(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体酸化物形燃料電池セルからなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを内包する燃料電池容器と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記燃料電池容器に設けられ、前記燃料電池システムの外部から新鮮な燃料ガスを前記燃料電池容器内に流入させる燃料供給口と、
前記燃料電池スタックから排出される燃料極オフガスを前記燃料電池スタックに循環させるリサイクル燃料ラインと、
前記燃料電池容器に設けられ、前記リサイクル燃料ラインから前記燃料極オフガスを前記燃料電池容器内に流入させるリサイクル燃料供給口と、
前記リサイクル燃料ラインに設けられ、前記燃料極オフガスに含まれる水蒸気を脱湿する凝縮器と、
前記凝縮器の下流に配置され、前記燃料極オフガスを分配する分配部と、
前記分配部により前記リサイクル燃料ラインから分岐する燃料排出ラインに設けられ、分配された前記燃料極オフガスを燃焼する燃焼器と、    
前記燃焼器の熱により前記燃料電池スタックに供給される燃料の改質を行う燃料改質器を備え、
前記燃料供給口から流入するガスと前記リサイクル燃料供給口から流入するガスとが含有する合計の二酸化炭素の量と炭素の量を基準にして二酸化炭素：二酸化炭素以外の、炭素を含む全ての化合物のモル比が１≦二酸化炭素／炭素≦３となるよう、前記燃料極オフガスを前記リサイクル燃料ラインと前記燃料排出ラインとに分配することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
複数の固体酸化物形燃料電池セルからなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを内包する燃料電池容器と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記燃料電池容器に設けられ、前記燃料電池システムの外部から新鮮な燃料ガスを前記燃料電池容器内に流入させる燃料供給口と、
前記燃料電池スタックから排出される燃料極オフガスを、前記燃料供給口を介して前記燃料電池スタックに循環させるリサイクル燃料ラインと、
前記リサイクル燃料ラインに設けられ、前記燃料極オフガスに含まれる水蒸気を脱湿する凝縮器と、
前記凝縮器の下流に配置され、前記燃料極オフガスを分配する分配部と、
前記分配部により前記リサイクル燃料ラインから分岐する燃料排出ラインに設けられ、分配された前記燃料極オフガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器の熱により前記燃料電池スタックに供給される燃料の改質を行う燃料改質器を備え、
前記燃料供給口から流入するガスが含有する二酸化炭素の量と炭素の量を基準にして二酸化炭素：二酸化炭素以外の、炭素を含む全ての化合物のモル比が１≦二酸化炭素／炭素≦３となるよう、前記燃料極オフガスを前記リサイクル燃料ラインと前記燃料排出ラインとに分配することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記改質器は前記リサイクル燃料ラインに配置されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池本体から排出される燃料極オフガスをリサイクルする固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、作動温度が高く（７００〜１０００℃）、効率の良い燃料電池として期待されている。固体酸化物形燃料電池は、通常、その複数（以下、一つの燃料電池単位を「燃料電池セル」という場合がある）を電気的に直列および／または並列に接続して束ねた、スタックと呼ばれる構造にして用いられる。
【０００３】
従来の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックにおける燃料極オフガスの一部を循環するリサイクル燃料ラインを設け、このリサイクル燃料ラインで一部の燃料極オフガスをエジェクタで新鮮な燃料ガスと混合して発電室の外に配置される燃料改質器を介して発電室の中の燃料電池へ供給している。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
この燃料電池システムは、水蒸気と二酸化炭素を含む燃料極オフガスを再循環し、新たに水ポンプや蒸発器など用いて水蒸気の供給をする必要が無いため、システムの部品を少なく構成することができる。しかしながら、燃料極オフガスは水蒸気が多い状態で燃焼による燃焼ガス排出量と燃料リサイクル量によって制御されるため、燃焼ガスの熱量は水蒸気の潜熱による熱をロスし、利用可能な燃料のエネルギーのロスが多くなってしまうという課題があった。
【０００５】
さらに、リサイクルする全ての燃料極オフガスが発電室の外の燃料改質器へ供給されるため、この燃料改質器に必要な熱および改質の容量が大きくなりエネルギーのロスが多くなってしまうという課題があった。
【０００６】
また、燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックにおける燃料極オフガスの全てをリサイクルするリサイクル燃料ラインを設け、この燃料循環ライン中に水蒸気と二酸化炭素の除去を同時に行うガス調整器を形成している。（例えば、特許文献２参照。）
【０００７】
この燃料電池システムは、燃料極側電極で生じる水蒸気や二酸化炭素の生成物の蓄積を抑制し、発電部の各セルが空気極側の酸素分圧と燃料極側の水素分圧との差を大きく、燃料電池の自由エネルギーをより大きく保って電気化学的な反応を効率良くできる。しかしながら、このような燃料電池システムの構成は、ガス調整器の機能を維持するため、水溶液の交換、排出物の取り出し、ガスを分離する水溶液の循環など、新たな管理や制御などが必要となり、保守管理が複雑となってしまうという課題があった。
【０００８】
【特許文献１】特許第２９６５２７２号公報（３〜５項、図１，２）
【特許文献２】特開２００６−１３９９８４号公報（７〜１５項、図１〜６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料改質器と燃焼器との熱効率を向上させ、エネルギー効率の高い燃料電池システムの提供を目的とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の燃料電池システムは、複数の固体酸化物形燃料電池セルからなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを内包する燃料電池容器と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃料電池容器に設けられ、前記燃料電池システムの外部から新鮮な燃料ガスを前記燃料電池容器内に流入させる燃料供給口と、前記燃料電池スタックから排出される燃料極オフガスを前記燃料電池スタックに循環させるリサイクル燃料ラインと、前記燃料電池容器に設けられ、前記リサイクル燃料ラインから前記燃料極オフガスを前記燃料電池容器内に流入させるリサイクル燃料供給口と、前記リサイクル燃料ライン設けられ、前記燃料極オフガスに含まれる水蒸気を脱湿する凝縮器と、前記凝縮器の下流に配置され、前記燃料極オフガスを分配する分配部と、前記分配部により前記リサイクル燃料ラインから分岐する燃料排出ラインに設けられ、分配された前記燃料極オフガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の熱により前記燃料電池スタックに供給される燃料の改質を行う燃料改質器を備え、前記燃料供給口から流入するガスと前記リサイクル燃料供給口から流入するガスとが含有する合計の二酸化炭素の量と炭素の量を基準にして二酸化炭素：二酸化炭素以外の、炭素を含む全ての化合物のモル比が１≦二酸化炭素／炭素≦３となるよう、前記燃料極オフガスを前記リサイクル燃料ラインと前記燃料排出ラインとに分配することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料改質器と燃焼器との熱効率を向上させ、エネルギー効率の高い燃料電池システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。
【００１３】
本発明に係わる燃料電池システムは、複数の固体酸化物形燃料電池セルからなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを内包する燃料電池容器と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃料電池容器に設けられ、前記燃料電池システムの外部から新鮮な燃料ガスを前記燃料電池容器内に流入させる燃料供給口と、前記燃料電池スタックから排出される燃料極オフガスを前記燃料電池スタックに循環させるリサイクル燃料ラインと、前記燃料電池容器に設けられ、前記リサイクル燃料ラインから前記燃料極オフガスを前記燃料電池容器内に流入させるリサイクル燃料供給口と、前記リサイクル燃料ラインに設けられ、前記燃料極オフガスに含まれる水蒸気を脱湿する凝縮器と、前記凝縮器の下流に配置され、前記燃料極オフガスを分配する分配部と、前記分配部により前記リサイクル燃料ラインから分岐する燃料排出ラインに設けられ、分配された前記燃料極オフガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の熱により前記燃料電池スタックに供給される燃料の改質を行う燃料改質器を備え、前記燃料供給口から流入するガスと前記リサイクル燃料供給口から流入するガスとが含有する合計の二酸化炭素の量と炭素の量を基準にして二酸化炭素：二酸化炭素以外の、炭素を含む全ての化合物のモル比が１≦二酸化炭素／炭素≦３となるよう、前記燃料極オフガスを前記リサイクル燃料ラインと前記燃料排出ラインとに分配することを特徴とする。
【００１４】
この好ましい態様によれば、燃料排出ラインから燃焼器に供給される燃料極オフガスは、生成する燃焼ガスの水蒸気潜熱による熱ロスを低減し、少ない燃料で燃料改質器を加熱制御できる。また、燃料極オフガス中の二酸化炭素の一部を燃料排出ラインから除去し、燃料電池システム中の二酸化炭素の蓄積を抑制できる。その結果、リサイクル可能な燃料を増やすことができるため、燃料電池システムは高燃料利用率で高い発電効率で運転でき、二酸化炭素を除去するガス調整器のような複雑な保守管理（水溶液の交換、排出物の取り出し、ガスを分離する水溶液の循環など）が不要である。したがって、実用的で地球環境にやさしい優れた燃料電池システムを提供できる。また、燃料極オフガスの一部がリサイクル燃料ラインにより発電室に直接供給され、この燃料極オフガス中の二酸化炭素が発電室の内部における燃料電池の燃料極表面で燃料ガスを改質反応させる反応ガスとして利用できるため、燃料改質器を経由して新鮮な燃料ガスと改質反応させる水蒸気の供給量を低減して燃料改質器の温度維持に必要な熱量を少なくできる。その結果、燃料改質器はコンパクトで低熱容量に形成できるため、温度維持に必要な熱エネルギーを少なくでき、負荷変動による燃料改質器の応答性も向上できる。
【００１５】
また本発明では、複数の固体酸化物形燃料電池セルからなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを内包する燃料電池容器と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃料電池容器に設けられ、前記燃料電池システムの外部から新鮮な燃料ガスを前記燃料電池容器内に流入させる燃料供給口と、前記燃料電池スタックから排出される燃料極オフガスを、前記燃料供給口を介して前記燃料電池スタックに循環させるリサイクル燃料ラインと、前記リサイクル燃料ラインに設けられ、前記燃料極オフガスに含まれる水蒸気を脱湿する凝縮器と、前記凝縮器の下流に配置され、前記燃料極オフガスを分配する分配部と、前記分配部により前記リサイクル燃料ラインから分岐する燃料排出ラインに設けられ、分配された前記燃料極オフガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の熱により前記燃料電池スタックに供給される燃料の改質を行う燃料改質器を備え、前記燃料供給口から流入するガスが含有する二酸化炭素の量と炭素の量を基準にして二酸化炭素：二酸化炭素以外の、炭素を含む全ての化合物のモル比が１≦二酸化炭素／炭素≦３となるよう、前記燃料極オフガスを前記リサイクル燃料ラインと前記燃料排出ラインとに分配することを特徴とする。
【００１６】
この好ましい態様によっても同様に、燃料排出ラインから燃焼器に供給される燃料極オフガスは、生成する燃焼ガスの水蒸気潜熱による熱ロスを低減し、少ない燃料で燃料改質器を加熱制御できる。また、燃料極オフガス中の二酸化炭素の一部を燃料排出ラインから除去し、燃料電池システム中の二酸化炭素の蓄積を抑制できる。その結果、リサイクル可能な燃料を増やすことができるため、燃料電池システムは高燃料利用率で高い発電効率で運転でき、二酸化炭素を除去するガス調整器のような複雑な保守管理（水溶液の交換、排出物の取り出し、ガスを分離する水溶液の循環など）が不要である。したがって、実用的で地球環境にやさしい優れた燃料電池システムを提供できる。また、燃料極オフガスの一部がリサイクル燃料ラインにより発電室に直接供給され、この燃料極オフガス中の二酸化炭素が発電室の内部における燃料電池の燃料極表面で燃料ガスを改質反応させる反応ガスとして利用できるため、燃料改質器を経由して新鮮な燃料ガスと改質反応させる水蒸気の供給量を低減して燃料改質器の温度維持に必要な熱量を少なくできる。その結果、燃料改質器はコンパクトで低熱容量に形成できるため、温度維持に必要な熱エネルギーを少なくでき、負荷変動による燃料改質器の応答性も向上できる。
【００１７】
また、この発明に係わる燃料電池システムは、前記改質器は前記リサイクル燃料ラインに配置されていることを特徴とする。
【００１８】
この好ましい態様によれば、凝縮器で不要な水分のみを除去して凝縮後の水を水蒸気に再生して燃料電池スタックへ供給する必要がないため、凝縮後の水の駆動と水蒸気に再生に必要なエネルギーを削減できる。その結果、水ポンプや蒸発器などを削減して燃料電池の補機をシンプルに構成でき、信頼性の高い燃料電池システムを提供できる。
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して具体的かつ詳細に説明を行う。図１は本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの構成を説明する図である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。図１に示す燃料電池システムは、燃料電池発電部と、この周囲に配設される燃料給排部、空気給排部から構成される。燃料電池発電部は、燃料ガス供給口１、リサイクル燃料供給口２、燃料極オフガス取出口３、空気極オフガス取出口４が備えられた燃料電池容器５の中に、複数の燃料電池セルからなる燃料電池スタック６（図には燃料電池セルを記載している）と、燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルの内部に空気を供給する空気供給管７と、燃料極オフガスと空気極オフガスを分離して発電室８と気密に保つガスシール部９を収納して構成されている。燃料給排部は、燃料電池容器５の周囲に配設されており、第１熱交換器１０、ＣＯシフト反応器１１、燃料極オフガスに含まれる水蒸気を脱湿する凝縮器１２、リサイクル燃料送風機１３、凝縮器１２の下流に配置される流量分配制御部（分配部）１４、リサイクル燃料バイパスライン１５、燃料排出ライン１６、燃料排出ライン１６に配置される燃焼器１７、燃焼器１７の熱により料電池スタック６に供給する燃料の改質を行う燃料改質器１８、再生蒸発器１９、水タンク２１、水ポンプ２２、水蒸気供給ライン２３、燃料供給ライン２４、排ガスライン２０から構成されている。燃料給排部での燃料ガスは、新鮮な燃料ガス、リサイクル燃料ガス、排燃料ガスに区分される。また、空気給排部は、第２熱交換器２５、流量制御バルブ２６、空気供給送風機２７、空気排出ライン２８から構成されている。空気給排部での空気は、供給空気と排空気に区分される。
【００２２】
次に、このように構成された燃料電池システムの動作について説明する。
燃料給排部において、新鮮な燃料ガスは、水タンク２１（凝縮器１２で除去された水を貯水）より水ポンプ２２で所定水量を供給して再生蒸発器１９が再生した水蒸気と混合される。次いで、新鮮な燃料ガスは、燃料改質器で約２０〜５０％の炭化水素が水蒸気と改質反応され、水素と一酸化炭素の燃料ガス濃度を増して燃料供給口１より発電室８に供給される。またリサイクル燃料ガスは、リサイクル燃料送風機１３（送風機はモーター駆動による消費電力を少なくできることから低温部に形成することが好ましい。）が駆動され、燃料極オフガス取出口３より第１熱交換器１０で冷却（例えば、約７００から４００℃）後、ＣＯシフト反応器１１で一酸化炭素の濃度を低減（例えば、１％以下）し、凝縮器１２で凝縮冷却（例えば、水分を５％以下に除去、約３００から１００℃）してリサイクル燃料送風機１３より流量分配制御部１４に導入される。次いで、流量分配制御部１４により燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルの燃料極表面で炭化水素と内部改質する際の改質ガスとして水蒸気を補足する二酸化炭素の量（例えば、発電室８の燃料供給口１とリサイクル燃料供給口２の合計における組成中の二酸化炭素カーボンのモル比：二酸化炭素／炭素を１〜３なるように補足）を基準にして分配前後のガス温度と圧力の演算値を元にリサイクル燃料バイパスライン１５に分配され、リサイクル燃料供給口２より発電室８に供給される。また排燃料ガスは、流量分配制御部１４よりリサイクル燃料バイパスライン１５に供給された残りが燃料排出ライン１６に分配される。この燃料排出ライン１６より燃焼器１７に供給され、排燃料ガスと排空気が燃焼して燃焼ガスを生成される。この燃焼ガスは、燃料改質器１８と再生蒸発器１９を経由してそれぞれを加熱制御（例えば、燃料改質器の表面温度を改質触媒温度としたとき、燃料触媒温度は約３００〜６００℃に制御される。また再生蒸発器の内部温度は、約１５０〜３００℃に制御される。）し、燃料電池本体や給湯器などの補機の保温に熱利用された後、排ガスとして放出される。
空気給排部において、新鮮な空気は、空気供給送風機２７が駆動され、この送風機から第２熱交換器２５と第１熱交換器１０を経由してそれぞれで加熱され、さらに空気供給管７を介して加熱しながら、発電室８の燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルに供給される。また排空気は、第２熱交換器２４で冷却された後、空気排出ライン２８より燃焼器１７に供給される。このとき、排空気は燃焼器１７の温度制御をするため、流量制御バルブ２５にて新鮮な空気供給可能な構成となっている。
発電室内部では、新鮮な燃料ガスとリサイクル燃料ガスが発電室８における燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルの燃料極表面に、また新鮮な空気が空気供給管７より発電室８における燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルの先端より空気極表面に、それぞれ供給されると、電解質の両側で電気化学反応が起こり、電力と熱と水を発生する。この反応は水の電気化学反応の逆反応である。反応済みの燃料極オフガスは燃料極オフガス取出口３、反応済みの空気極オフガスは空気極オフガス取出口４より、それぞれ排出される。
【００２３】
この燃料電池システムにおいて、例えば、燃料ガスにメタンを主成分とする都市ガスを用いた場合、燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルの燃料極側の表面では、以下の化学反応式ａ〜ｄによる燃料ガスの改質反応、シフト反応、発電反応が行われ、炭酸ガスも改質反応に利用される。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ⇒ＣＯ＋３Ｈ２    ａ
ＣＨ４＋ＣＯ２⇒２ＣＯ＋２Ｈ２  ｂ
Ｈ２Ｏ＋ＣＯ⇔ＣＯ２＋Ｈ２      ｃ
Ｈ２＋１／２Ｏ２⇒Ｈ２Ｏ        ｄ
このとき、燃料極オフガス中の水分が一部または全量を除去された状態で流量分配制御部により、リサイクル燃料バイパスライン１５と燃料排出ライン１６に分配され、発電室８と燃焼器１７にそれぞれ供給される。リサイクル燃料バイパスラインから発電室に供給される燃料極オフガスは、このガス中の二酸化炭素を発電室の内部における燃料電池の燃料極表面で燃料ガスを改質反応させる反応ガスとして利用できるため、燃料改質器を経由して新鮮な燃料ガスと改質反応させる水蒸気の供給量を低減して燃料改質器の温度維持に必要な熱量を少なくできる。また、燃料排出ラインから燃焼器に供給される燃料極オフガスは、生成する燃焼ガスの水蒸気潜熱による熱ロスを低減して少ない燃料で燃料改質器を加熱でき、燃料電池システム中への二酸化炭素の蓄積を抑制できる。さらに、この燃料電池システムでは、二酸化炭素を除去するガス調整器のような複雑な保守管理（水溶液の交換、排出物の取り出し、ガスを分離する水溶液の循環など）が不要である。その結果、リサイクル可能な燃料を増やすことができるため、燃料電池システムは高燃料利用率で高い発電効率で運転でき、簡易な保守で管理できる。したがって、実用的で地球環境にやさしい優れた燃料電池システムを提供できる。
【００２４】
また、すでに改質された燃料極オフガスがリサイクル燃料バイパスラインからリサイクル燃料供給口を介して発電室に直接供給されているため、発電室の外部に配置される燃料改質器では、リサイクル燃料ガスの改質反応に要する水蒸気と改質触媒の量を低減できる。その結果、発電室の外部に配置される燃料改質器は熱容量より小さくできるため、燃料改質器の温度維持に必要な熱エネルギーを少なくできる。また、燃料改質器をコンパクトに構成できるため、負荷変動による燃料改質器の応答性を向上できる。
【００２５】
図２は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池システムの構成を説明する図である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。なお、図２の燃料電池システムにおいて図１の燃料電池システムと同様の部分には同一符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００２６】
図２に示す燃料電池システムは、燃料電池発電部と、この周囲に配設される燃料給排部、空気給排部から構成される。燃料電池発電部は、燃料電池容器５の燃料ガス供給口が燃料ガス供給口２９の１ヶ所で構成されている。燃料給排部は、第１熱交換器１０、凝縮器１２、リサイクル燃料送風機１３、凝縮器１２の下流に配置される流量分配制御部１４、リサイクル燃料バイパスライン３１、燃料排出ライン１６、リサイクル燃料改質ライン３２、燃料排出ライン１６に配置される燃焼器１７、燃焼器１７の熱により料電池スタック６に供給する燃料の改質を行う燃料改質器１８、リサイクル燃料供給口３０を有する燃料供給ライン３３、排ガスライン２０から構成されている。
【００２７】
次に、このように構成された燃料電池システムの動作について説明する。
燃料給排部において、新鮮な燃料ガスは、凝縮器１２で所定量の水蒸気を除去したリサイクル燃料ガスと燃料改質器１８に供給される前に混合される。この混合ガスは、燃料改質器で炭化水素の約２０〜５０％が水蒸気と改質反応をして水素と一酸化炭素の燃料ガス濃度を増して燃料供給口２９より発電室８に供給される。またリサイクル燃料ガスは、リサイクル燃料送風機１３が駆動され、燃料極オフガス取出口３より第１熱交換器１０で冷却（例えば、約７００から４００℃）後、凝縮器１２で凝縮冷却（例えば、水分を４０％除去、約３００から１５０℃）してリサイクル燃料送風機１３より流量分配制御部１４に導入される。次いで、流量分配制御部１４により燃料電池スタック６に備えられた燃料電池セルの燃料極表面で炭化水素と内部改質する際の改質ガスとして水蒸気を補足する二酸化炭素の量および燃料改質器に必要な水蒸気量を基準にしてリサイクル燃料バイパスライン２９とリサイクル燃料改質ライン３２に分配され、リサイクル燃料供給口３０より燃料供給ライン３３を通じて発電室８に供給される。また排燃料ガスは、流量分配制御部１４より残りの燃料極オフガスが燃料排出ライン１６に分配される。この燃料排出ライン１６より燃焼器１７に供給され、排燃料ガスと排空気が燃焼して燃焼ガスを生成される。この燃焼ガスは、燃料改質器１８を加熱制御し、燃料電池本体や給湯器などの補機の保温に熱利用された後、排ガスとして放出される。
【００２８】
この燃料電池システムでは、凝縮器で不要な水分のみを除去するため、水ポンプと再生蒸発器を無くすことができる。また再生蒸発器における必要な熱量制御が不要なため、燃料改質器のみの温度で燃焼器を制御できる。その結果、燃料電池の補機をシンプルで制御しやすくできるため、コンパクトで信頼性の高い燃料電池システムを構成できる。
【００２９】
このとき、改質触媒温度（燃料改質器の表面温度）３００〜５００℃であることが好ましい。これは、都市ガスなどメタンを含む低級炭化水素からなる燃料を使用し、新鮮な燃料ガスと燃料極オフガスと水蒸気を燃料改質器へ供給する際、新鮮な燃料ガスを燃料改質する改質触媒温度を低く保つことにより、水蒸気と改質触媒の改質反応と、燃料極オフガス中の一酸化炭素と二酸化炭素にシフト反応と、のそれぞれの反応の活性化を抑制して水蒸気を枯渇などによる炭化水素や一酸化炭素から炭素析出を抑制するためである。
【００３０】
燃焼器は、燃料電池容器５の外側に隣接して配設されることが好ましい。その結果、燃焼器は熱伝導により発電室から燃料電池容器を介して放出される熱エネルギーを得て燃料改質器の温度維持に必要な燃焼器の燃焼熱による熱エネルギーを少なくできるため、リサイクル可能な燃料を増やすことができ、燃料電池システムのエネルギー効率を向上できる。また、燃焼器が燃料電池容器の外側に隣接されることにより燃焼器と発電室との間を一定の距離を保って配管接続できるため、燃焼器と発電室を所定の圧力で安定に保つことができる。これにより、燃料電池の製造・負荷変動・連続運転などによる発電性能のバラツキや燃料電池の放熱差による燃料偏流などで燃焼器の燃焼状態の変動しても、燃焼器内の酸化ガスが発電室に逆流するガスクロスなどの燃料電池の劣化要因を抑制できるため、発電室と燃焼器とが接続される近傍において燃料電池の燃料極材料や集電材料が、酸化還元を繰返して熱膨張や熱収縮による劣化を抑制でき、燃料電池の耐久性能を向上できる。
【００３１】
燃料改質器は、燃料電池容器５の外側に隣接して配設されることが好ましい。その結果、燃料改質器は熱伝導により発電室から燃料電池容器を介して放出される熱エネルギーを得て燃料改質器の温度維持に必要な熱エネルギーを少なくできるため、リサイクル可能な燃料を増やすことができ、燃料電池システムのエネルギー効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す燃料電池システムの構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２９…燃料供給口
２、３０…リサイクル燃料供給口
３…燃料極オフガス取出口
４…空気極オフガス取出口
５…燃料電池容器
６…燃料電池スタック
７…空気供給管
８…発電室
９…ガスシール部
１０…第１熱交換器
１１…ＣＯシフト反応器
１２…凝縮器
１３…リサイクル燃料送風機
１４…流量分配制御部
１５、３１…リサイクル燃料バイパスライン
１６…燃料排出ライン
１７…燃焼器
１８…燃料改質器
１９…再生蒸発器
２０…排ガスライン
２１…水タンク
２２…水ポンプ
２３…水蒸気供給ライン
２４、３３…燃料供給ライン
２５…第２熱交換器
２６…流量制御バルブ
２７…空気供給送風機
２８…空気排出ライン
３２…リサイクル燃料改質ライン
【図１】
0005327693.tif 000002
【図２】
0005327693.tif 000003