(57)【要約】【課題】システム効率を向上する。【解決手段】ＳＯＦＣ１０の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料としてＳＯＦＣ１０に再循環させる再循環ファン１７と、再循環ファン１７を通過する前の再循環燃料を降温するとともに再循環ファン１７を通過した後の再循環燃料を昇温するように熱交換を行う再生熱交換器１５とを備える。再生熱交換器１５を、高温領域の熱交換を行う高温再生熱交換器１５Ａと、低温領域の熱交換を行う低温再生熱交換器１５Ｂとから構成する。再循環ファン１７を通過する前の再循環燃料を降温するとともに余分な水分除去を行う凝縮器１６を備える。【選択図】　　　図１
2004103282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料として前記固体電解質型燃料電池に再循環させる再循環ファンと、
前記再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに前記再循環ファンを通過した後の前記再循環燃料を昇温するように熱交換を行う再生熱交換器とを備え、
前記再生熱交換器は、高温領域の熱交換を行う高温再生熱交換器と、低温領域の熱交換を行う低温再生熱交換器とから構成されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項２】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料として前記固体電解質型燃料電池に再循環させる再循環ファンと、
前記再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに前記再循環ファンを通過した後の前記再循環燃料を昇温するように熱交換を行う再生熱交換器と、
前記再生熱交換器で降温する前の前記再循環燃料を予め降温するように熱交換を行う蒸発器あるいは温水加熱器をと備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項３】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料として前記固体電解質型燃料電池に再循環させる再循環ファンと、
前記再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに前記再循環ファンを通過した後の前記再循環燃料を昇温するように熱交換を行う再生熱交換器と、
前記再生熱交換器で昇温する前の前記再循環燃料の一部を、前記再生熱交換器で降温する前の前記再循環燃料に混合するバイパスラインとを備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記再生熱交換器で昇温した後の前記再循環燃料をさらに昇温するとともに前記固体電解質型燃料電池から排出される排燃料を降温するように熱交換を行う熱交換器を備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池発電システムにおいて、
前記再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに余分な水分除去を行う凝縮器を備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項６】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料として前記固体電解質型燃料電池に再循環させるセラミックからなる高温再循環ファンを備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の固体電解質型燃料電池発電システムにおいて、
前記高温再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに余分な水分除去を行う凝縮器を備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項８】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から排出される排ガスを降温するように熱交換を行う蒸発器あるいは温水加熱器と、
前記蒸発器あるいは温水加熱器で降温した後の前記排ガスの一部を前記燃焼器に投入する投入ラインを備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項９】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から排出される排ガスを降温するとともに前記固体電解質型燃料電池に供給する空気を昇温するように熱交換を行う空気予熱器と、
前記空気予熱器で昇温する前の前記空気の一部を前記燃焼器に投入する投入ラインを備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【請求項１０】
固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、
前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から排出される排ガスを降温するとともに前記固体電解質型燃料電池に供給する空気を昇温するように熱交換を行う空気予熱器と、
前記空気予熱器で降温する前の前記排ガスを予め降温するように熱交換を行う蒸発器あるいは温水加熱器とを備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池を用いた発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ）は、例えば脱硫装置で脱硫された天然ガスを燃料とし、空気を酸化剤として、１０００゜Ｃ程度の高温下での反応により発電を行うものである。
このようなＳＯＦＣを用いたコジェネレーションシステムの具体的な構成が開示されている例は少ないが、一般的な特徴としては、図９に示すように、ＳＯＦＣからの排ガス（ＳＯＦＣから排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器から排出される排ガス）を用いてこのＳＯＦＣに供給される空気を予熱している点や、ＳＯＦＣからの排ガスを用いて温水あるいは蒸気を製造している点などが挙げられる（例えば、特許文献１，特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１６２１３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−２３３１２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＯＦＣからの排ガスを排熱回収ボイラに一度通すだけでは十分な熱回収を行うことができず、そのシステム効率は満足できるものではなかった。さらに、このようなコジェネレーションシステムに用いられる各種機器の信頼性を十分に確保できるものでもなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、
▲１▼システム効率の向上
▲２▼各種機器の信頼性の向上
を図ることができる固体電解質型燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、まず、固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料として前記固体電解質型燃料電池に再循環させる再循環ファンと、前記再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに前記再循環ファンを通過した後の前記再循環燃料を昇温するように熱交換を行う再生熱交換器とを備えていることを必須としている。
このような本発明によれば、固体電解質型燃料電池から排出された排燃料の一部を再循環燃料として、再循環ファンにより固体電解質型燃料電池に再循環させることから、この再循環燃料に含まれる未燃成分を有効利用できるとともに、固体電解質型燃料電池に供給される燃料及び空気における燃料の流量を嵩上げして流量バランスをとることができるので、システム効率の向上を図ることが可能となる。
また、このような固体電解質型燃料電池から排出される排燃料は１０００゜Ｃ程度と、通常のファンの作動温度範囲よりもかなり高い温度となっているため、再循環燃料を、そのまま再循環ファンに導入することができない。これに対して、本発明では、再生熱交換器を用いて、再循環ファンを通過する前の再循環燃料を、通常のファンの作動温度範囲まで降温させることにより、上記の熱の問題を解決することができている。
【０００７】
ここで、上記の再生熱交換器としては、寸法低減のためにプレートフィンを有する熱交換器を用いることが多いが、このようなプレートフィンは薄肉であるため、固体電解質型燃料電池から排出される高温（１０００゜Ｃ程度）の排燃料の一部をそのまま再生熱交換器に通過させるようにしていると、ＳＵＳ等の汎用メタル材料からなるフィンでは減肉が激しく、この再生熱交換器の熱劣化が生じやすくなるおそれがある。
そこで、本発明における固体電解質型燃料電池発電システムは、以下に示すような構成を採用することとする。
【０００８】
・前記再生熱交換器は、高温領域の熱交換を行う高温再生熱交換器と、低温領域の熱交換を行う低温再生熱交換器とから構成されている。
このような構成とすると、高温領域の熱交換を行う高温再生熱交換器には、高温にも耐え得る高温材料を用いることによって熱劣化のおそれをなくしつつも、低温領域の熱交換を行う低温再生熱交換器には、汎用メタル材料を用いることによって、高価な高温材料を必要な温度範囲のみに適用して、コスト負担を増大させることがない。
【０００９】
・前記再生熱交換器で降温する前の前記再循環燃料を予め降温するように熱交換を行う蒸発器あるいは温水加熱器を備えている。
このような構成とすると、蒸発器あるいは温水加熱器によって、再生熱交換器で降温する前の再循環燃料を予め降温することができるから、汎用メタル材料からなる再生熱交換器を用いても熱劣化のおそれをなくすことができる。
【００１０】
・前記再生熱交換器で昇温する前の前記再循環燃料の一部を、前記再生熱交換器で降温する前の前記再循環燃料に混合するバイパスラインを備えている。
このような構成とすると、再生熱交換器で昇温する前の再循環燃料の一部によって、再生熱交換器で降温する前の再循環燃料を予め降温することができるから、汎用メタル材料からなる再生熱交換器を用いても熱劣化のおそれをなくすことができる。
このとき、固体電解質型燃料電池に供給される燃料の温度を十分に昇温することができないような場合、本発明の固体電解質型燃料電池発電システムは、前記再生熱交換器で昇温した後の前記再循環燃料をさらに昇温するとともに前記固体電解質型燃料電池から排出される排燃料を降温するように熱交換を行う熱交換器を備えているようにすればよい。
【００１１】
なお、固体電解質型燃料電池から排出される排燃料には、多くの水分が含まれていることから、本発明の固体電解質型燃料電池発電システムは、前記再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに余分な水分除去を行う凝縮器を備えていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料の一部を、再循環燃料として前記固体電解質型燃料電池に再循環させるセラミックからなる高温再循環ファンを備えていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、固体電解質型燃料電池から排出された排燃料の一部を再循環燃料として、再循環ファンにより固体電解質型燃料電池に再循環させることから、この再循環燃料の一部に含まれる未燃成分を有効利用できるとともに、固体電解質型燃料電池に供給される燃料及び空気における燃料の流量を嵩上げして流量バランスをとることができるので、システム効率の向上を図ることが可能となる。
また、このような固体電解質型燃料電池から排出される排燃料は１０００゜Ｃ程度と、通常のファンの作動温度範囲よりもかなり高い温度となっているため、再循環燃料を、そのまま再循環ファンに通過させることができない。これに対して、本発明では、高温にも耐え得るセラミックからなる高温再循環ファンを用いたことにより、上記の熱の問題を解決することができている。
なお、再循環ファンを通過する前の再循環燃料の温度が高すぎる場合、本発明の固体電解質型燃料電池発電システムは、前記高温再循環ファンを通過する前の前記再循環燃料を降温するとともに余分な水分除去を行う凝縮器を備えていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排出される排ガスを降温するように熱交換を行う蒸発器あるいは温水加熱器と、前記蒸発器あるいは温水加熱器で降温した後の前記排ガスの一部を前記燃焼器に投入する投入ラインを備えていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、蒸発器あるいは温水加熱器で降温された後の排ガスを燃焼器に投入することにより、この燃焼器から排出される排ガスの温度を低くすることができるので、燃焼器のすぐ下流側に設置される空気予熱器等の信頼性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明は、固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排出される排ガスを降温するとともに前記固体電解質型燃料電池に供給する空気を昇温するように熱交換を行う空気予熱器と、前記空気予熱器で昇温する前の前記空気の一部を前記燃焼器に投入する投入ラインを備えていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、空気予熱器で昇温する前の常温の空気を燃焼器に投入することにより、この燃焼器から排出される排ガスの温度を低くすることができるので、燃焼器のすぐ下流側に設置される空気予熱器の信頼性を向上することができる。
【００１５】
また、本発明は、固体電解質型燃料電池を用いた発電システムにおいて、前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排出される排ガスを降温するとともに前記固体電解質型燃料電池に供給する空気を昇温するように熱交換を行う空気予熱器と、前記空気予熱器で降温する前の前記排ガスを予め降温するように熱交換を行う蒸発器あるいは温水加熱器とを備えていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、燃焼器から排出される排ガスを蒸発器あるいは温水加熱器で降温してから空気予熱器に投入することにより、燃焼器のすぐ下流側に設置される空気予熱器の信頼性を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムを添付した図面を参照しながら説明する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
第１実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図１に示す。ＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池発電システム）１０の下流側には、燃焼器１１、空気予熱器１２、蒸発器あるいは温水加熱器１３が順次接続されており、ＳＯＦＣ１０では、供給される燃料及び空気によって、１０００゜Ｃ程度の高温下で反応が進んで発電が行われ、１０００゜Ｃ程度の排燃料及び排空気が排出される。
【００１８】
ＳＯＦＣ１０の発電動作によって排出される１０００゜Ｃ程度の排燃料及び排空気は、燃焼器１１に送られて、ここで混合されて燃焼させられることになる。燃焼器１１からは１２００゜Ｃ程度の排ガスが排出され、この排ガスは、空気予熱器１２、蒸発器あるいは温水加熱器１３でそれぞれ熱交換することによって降温される。
【００１９】
空気予熱器１２には、押込送風機１４が接続されており、この押込送風機１４によって外部から送り込まれる常温の空気が、空気予熱器１２において燃焼器１１から排出される高温の排ガスと熱交換することにより昇温されて予熱された後、ＳＯＦＣ１０に供給される。
蒸発器あるいは空気予熱器１３には、水あるいは温水が供給されており、この水あるいは温水が、空気予熱器１２から排出される高温の排ガスと熱交換することにより昇温され、水蒸気あるいは温水が製造される。
【００２０】
そして、この固体電解質型燃料電池発電システムには、ＳＯＦＣ１０から排出される１０００゜Ｃ程度の排燃料の一部を、再循環燃料としてＳＯＦＣ１０に再循環して供給するための再循環ラインが設けられている。
再循環ラインは、排燃料の一部を再循環燃料として吸い上げてＳＯＦＣ１０に供給するための再循環ファン１７と、この再循環ラインを通過する再循環燃料の降温及び昇温を行う再生熱交換器１５と、この再循環ラインを通過する再循環燃料の降温及び余分な水分除去を行う凝縮器１６と、新たな燃料が投入される燃料投入口とを有している。
【００２１】
また、再生熱交換器１５は、高温条件にも優れた耐久性を示す例えば高ニッケル高クロム合金鋼などの高温材料からなる高温再生熱交換器１５Ａと、例えばＳＵＳなどの汎用メタル材料からなる低温再生熱交換器１５Ｂとから構成されている。
再循環ファン１７によって吸い上げられる１０００゜Ｃ程度の排燃料の一部（再循環燃料）は、まず、高温再生熱交換器１５Ａによって例えば６００゜Ｃ程度にまで降温され、さらに、低温再生熱交換器１５Ｂによって１００゜Ｃ程度にまで降温された後、凝縮器１６によって４０゜Ｃ程度まで降温されるとともに余分な水分が除去される。
【００２２】
凝縮器１６を通過した再循環燃料には、燃料投入口から新たな燃料が供給されて混合され、この再循環燃料と新たに投入された燃料との混合燃料が、再循環ファン１７を通過してから、低温再生熱交換器１５Ｂによって昇温され、さらに、高温再生熱交換器１５Ａによって昇温された後、ＳＯＦＣ１０に供給される。
【００２３】
つまり、高温再生熱交換器１５Ａは、ＳＯＦＣ１０から排出される再循環燃料（排燃料の一部）を低温再生熱交換器１５Ｂによって降温する前に予め降温するとともに、ＳＯＦＣ１０に供給される再循環燃料及び新たに投入された燃料の混合燃料を低温再生熱交換器１５Ｂによって昇温した後にさらに昇温するように熱交換を行っているのである。
また、低温再生熱交換器１５Ｂは、ＳＯＦＣ１０から排出される再循環燃料（排燃料の一部）を高温再生熱交換器１５Ａによって降温した後にさらに降温するとともに、ＳＯＦＣ１０に供給される再循環燃料及び新たに投入された燃料の混合燃料を高温再生熱交換器１５Ｂによって昇温する前に予め昇温するように熱交換を行っているのである。
【００２４】
このような本第１実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、ＳＯＦＣ１０から排出される排燃料の一部（再循環燃料）を、新たに供給される燃料と混合してＳＯＦＣ１０に供給していることから、この再循環燃料に含まれる未燃成分の有効利用を図ることができ、かつ、ＳＯＦＣ１０に供給される燃料及び空気のうちの燃料の流量を嵩上げできて、それらの流量バランスをとることができるので、システム効率の向上を図ることが可能となる。
【００２５】
また、再循環ファン１７によって吸い上げられる１０００゜Ｃ程度の再循環燃料は、再循環ファン１７を通過する前に、再生熱交換器１５によって１００゜Ｃ程度まで降温されることから、再生熱交換器１５で降温された後の再循環燃料の温度が通常のファン作動温度範囲となり、上記のように、高温（１０００゜Ｃ程度）の排燃料の一部を吸い上げるために再循環ファン１７を用いたとしても何ら不具合が生じることがない。
【００２６】
さらに、薄肉のプレートフィンを有する再生熱交換器１５（高温再生熱交換器１５Ａ及び低温再生熱交換器１５Ｂ）を用いたとしても、高温領域の熱交換を行う高温再生熱交換器１５Ａには、高温状態にも耐え得る高温材料を用いることで、その熱劣化のおそれを生じさせることがなく、かつ、低温領域の熱交換を行う低温再生熱交換器１５Ｂには、汎用メタル材料を用いることで、高価な高温材料を必要な温度範囲（高温領域）のみに適用してコスト面での不具合が生じることがないという効果を得ることができる。
【００２７】
そして、再循環ファン１７によって吸い上げられる再循環燃料には、水分が多く含まれているが、この再循環燃料に含まれる余分な水分が、凝縮器１６によって除去されるので、ＳＯＦＣ１０の発電性能の向上を図ることができ、システム効率の向上につながる。
【００２８】
〔第２実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第２実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図２に示す。本第２実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、第１実施形態と同様の構成をなしているものであって（再生熱交換器１５は、高温再生熱交換器１５Ａと低温再生熱交換器１５Ｂとに分かれていない）、再循環ファン１７によって吸い上げられる１０００゜Ｃ程度の排燃料の一部（再循環燃料）を、再生熱交換器１５で降温する前に、予め降温するように熱交換を行う第２の蒸発器あるいは温水加熱器１８を備えているものである。
【００２９】
また、第２の蒸発器あるいは温水加熱器１８は、空気予熱器１２のすぐ下流側に設けられた蒸発器あるいは温水加熱器１３と接続されている。
第２の蒸発器あるいは温水加熱器１８には、蒸発器あるいは温水加熱器１３で製造された水蒸気あるいは温水が供給されており、この水蒸気あるいは温水が、ＳＯＦＣ１０から排出される高温の排燃料の一部（再循環燃料）と熱交換することにより、さらに昇温され、水蒸気あるいは温水が製造される。なお、第２の蒸発器あるいは温水加熱器１８は、節炭器として用いることもできる。
【００３０】
このような本第２実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、上述した第１実施形態と同様の構成を採用した部分については同様の効果を得ることができるのに加えて、汎用メタル材料から構成された薄肉のプレートフィンを有する再生熱交換器１５を用いたとしても、再循環燃料を、この再生熱交換器１５で降温する前に、第２の蒸発器あるいは温水加熱器１８で予め降温するようにしていることから、熱劣化のおそれを生じさせることがないという効果を得ることができる。
ここで、このような第２の蒸発器あるいは温水加熱器１８は、管内熱伝達率支配となるために、メタル温度を低い温度で保つことができ、熱劣化のおそれがないので、安価な汎用材料を用いることができて、コスト面での負担が増大することがない。
【００３１】
〔第３実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第３実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図３に示す。本第３実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、第１実施形態と同様の構成をなしているものであって（再生熱交換器１５は、高温再生熱交換器１５Ａと低温再生熱交換器１５Ｂとに分かれていない）、再循環ファン１７を通過した再循環燃料及び新たに供給された燃料の混合燃料の一部を、再生熱交換器１５で昇温する前に、ＳＯＦＣ１０から排出されて再生熱交換器１５で降温する前の１０００゜Ｃ程度の高温の再循環燃料に混合するようなバイパスラインを備えているものである。
【００３２】
このような本第３実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、上述した第１実施形態と同様の構成を採用した部分については同様の効果を得ることができるのに加えて、汎用メタル材料から構成された薄肉のプレートフィンを有する再生熱交換器１５を用いたとしても、再循環燃料を、この再生熱交換器１５で降温する前に、再循環ファン１７を通過して再生熱交換器１５で昇温する前の低温の再循環燃料及び新たに供給された燃料の混合燃料の一部を混合して予め降温するようにしていることから、熱劣化のおそれを生じさせることがないという効果を得ることができる。
【００３３】
〔第４実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第４実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図４に示す。本第４実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、第３実施形態と同様の構成をなしているものであって、再循環ファン１７を通過した再循環燃料及び新たに供給された燃料の混合燃料の一部を、再生熱交換器１５で昇温した後に、さらに昇温するとともにＳＯＦＣ１０から排出される排燃料を降温するように熱交換を行う熱交換器１９を備えているものである。
また、押込送風機１４によって外部から送り込まれ、空気予熱器１２で昇温されて予熱された後の空気を、さらに昇温するとともにＳＯＦＣ１０から排出される排空気を降温するように熱交換を行う第２の空気予熱器２０を備えている。
【００３４】
このような本第４実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、例えば、上述した第３実施形態のようなバイパスラインを用いたために、ＳＯＦＣ１０に供給される再循環燃料及び新たに供給される燃料の混合燃料を十分に昇温することができないおそれがある場合でも、この混合燃料を、ＳＯＦＣ１０から排出される高温の排燃料と熱交換して十分に昇温することができるので、ＳＯＦＣ１０の発電性能の向上を図ることができ、システム効率の向上につながる。
なお、熱交換器１９及び第２の空気予熱器２０は、ＳＯＦＣ１０から排出される１０００゜Ｃ程度の高温である排燃料と排空気とが直接投入されることになるため、薄肉のプレートフィンを有する熱交換器ではなく、二重管熱交換器などのメタル肉厚を厚くとることができる耐久性の高い熱交換器とされている。
【００３５】
〔第５実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第５実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図５に示す。本第５実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、ＳＯＦＣ１０から排出される１０００゜Ｃ程度の排燃料の一部を、再循環燃料としてＳＯＦＣ１０に再循環して供給するための再循環ラインが設けられたものである。
再循環ラインは、排燃料の一部を再循環燃料として吸い上げてＳＯＦＣ１０に供給するためのセラミックからなる高温再循環ファン２１と、この再循環ラインと並列に接続されて再循環ラインを通過する再循環燃料の一部に対して降温及び余分な水分除去を行う凝縮器２２と、新たな燃料が投入される燃料投入口とを有している。
【００３６】
高温再循環ファン２１によって吸い上げられる１０００゜Ｃ程度の排燃料の一部（再循環燃料）は、この再循環燃料の一部が凝縮器２２に通過させられて降温されるとともに余分な水分が除去されることにより、温度調整が行われる。
その一部が凝縮器２２を通過して温度調整された再循環燃料には、燃料投入口から新たな燃料が供給されて混合され、この再循環燃料と新たに投入された燃料との混合燃料が、高温のまま、高温再循環ファン２１を通過してから、ＳＯＦＣ１０に供給される。
【００３７】
このような本５実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、ＳＯＦＣ１０から排出される排燃料の一部（再循環燃料）を、新たに供給される燃料と混合してＳＯＦＣ１０に供給していることから、この再循環燃料に含まれる未燃成分の有効利用を図ることができ、かつ、ＳＯＦＣ１０に供給される燃料及び空気のうちの燃料の流量を嵩上げできて、それらの流量バランスをとることができるので、システム効率の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
また、高温再循環ファン２１によって吸い上げられる１０００゜Ｃ程度の再循環燃料は、多少温度調整されるものの依然として高温のまま、高温再循環ファン２１を通過することになるのであるが、この高温再循環ファン２１は、セラミックから構成されて高温でも作動可能であるので、再生熱交換器のような機器が不要となり、ひいては、システム効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
〔第６実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第６実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図６に示す。本第６実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、第１実施形態と同様の構成をなしているものであって（再生熱交換器１５は、高温再生熱交換器１５Ａと低温再生熱交換器１５Ｂとに分かれていない）、燃焼器１１から排出された１２００゜Ｃ程度の排ガスが、空気予熱器１２、蒸発器あるいは温水加熱器１３でそれぞれ熱交換することによって、例えば１１０゜Ｃ程度まで降温された後、この降温された排ガスを、第２の再循環ファン２３を用いて燃焼器１１に投入するための投入ラインを備えているものである。
【００４０】
このような本第６実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、燃焼器１１から排出された高温の排ガスを、空気予熱器１２、蒸発器あるいは温水加熱器１３で降温した後、第２の再循環ファン２３を用いて、燃焼器１１に投入するようにしていることから、この燃焼器１１から排出される排ガスの温度を低くすることができ、燃焼器１１のすぐ下流側に設置される空気予熱器１２の熱劣化を抑制して信頼性を向上することができる。
【００４１】
〔第７実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第７実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図７に示す。本第７実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、第１実施形態と同様の構成をなしているものであって（再生熱交換器１５は、高温再生熱交換器１５Ａと低温再生熱交換器１５Ｂとに分かれていない）、空気予熱器１２に接続された押込送風機１４によって外部から送り込まれる常温の空気の一部を、空気予熱器１２で昇温して予熱する前に、燃焼器冷却系空気として燃焼器１１に投入するための投入ラインを備えているものである。
【００４２】
このような本第７実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、押込送風機１４によって外部から送り込まれる常温の空気の一部を、空気予熱器１２で昇温して予熱する前に、押込送風機１４を用いて、燃焼器１１に投入するようにしていることから、この燃焼器１１から排出される排ガスの温度を低くすることができ、燃焼器１１のすぐ下流側に設置される空気予熱器１２の熱劣化を抑制して信頼性を向上することができる。
【００４３】
〔第８実施形態〕（上述した実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する）
第８実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を図８に示す。本第８実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムは、第１実施形態と同様の構成をなしているものであって（再生熱交換器１５は、高温再生熱交換器１５Ａと低温再生熱交換器１５Ｂとに分かれていない）、燃焼器１１から排出される１２００゜Ｃ程度の排ガスを、空気予熱器１２で降温する前に、予め降温するように熱交換を行う第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４を備えているものである。
【００４４】
また、第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４は、空気予熱器１２の下流側に設けられた蒸発器あるいは温水加熱器１３と接続されている。
第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４には、蒸発器あるいは温水加熱器１３によって製造された水蒸気あるいは温水が供給されており、この水蒸気あるいは温水が、燃焼器１１から排出される高温の排ガスと熱交換することにより、さらに昇温され、水蒸気あるいは温水が製造される。なお、第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４は、節炭器として用いることもできる。
【００４５】
このような本第８実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムによれば、燃焼器１１から排出された高温の排ガスを、空気予熱器１２で降温する前に、第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４で予め降温するようにしていることから、空気予熱器１２に投入される排ガスの温度を低くすることができ、この空気予熱器１２の熱劣化を抑制して信頼性を向上することができる。
ここで、このような第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４は、管内熱伝達率支配となるために、メタル温度を低い温度で保つことができ、熱劣化のおそれがないので、安価な汎用材料を用いることができて、コスト面での負担が増大することがない。
さらに、第３の蒸発器あるいは温水加熱器２４に供給される水蒸気あるいは温水は、蒸発器あるいは温水加熱器１３で予め昇温されていることから、燃焼器１１から排出される排ガスの温度が下がりすぎてしまうことがない。
【００４６】
なお、上述した各実施形態で説明したような構成を適宜複数組み合わせることによって、固体電解質型燃料電池発電システムを構成するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体電解質型燃料電池発電システムの効率の向上を図ることができる。また、本発明によれば、固体電解質型燃料電池発電システムに用いられている各種機器の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第５実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第６実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第８実施形態による固体電解質型燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図９】固体電解質型燃料電池を用いたコジェネレーションシステムの従来の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　ＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）
１１　燃焼器
１２　空気予熱器
１３　蒸発器あるいは温水加熱器
１４　押込送風機
１５　再生熱交換器
１５Ａ　高温再生熱交換器
１５Ｂ　低温再生熱交換器
１６　凝縮器
１７　再循環ファン
１８　第２の蒸発器あるいは温水加熱器
１９　熱交換器
２０　第２の空気予熱器
２１　高温再循環ファン
２２　凝縮器
２３　第２の再循環ファン
２４　第３の蒸発器あるいは温水加熱器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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