(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に改質器(126) から少なくとも水素を含む改質ガスと少なくとも酸素を含む他のガスとを供給し、上記改質ガス及び他のガスをアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型の燃料電池発電システムにおいて、
上記改質器(126) 内に配置され、原料から上記改質ガスを生成するための改質触媒層(113) と、
燃焼触媒を有することなく上記改質器(126) 内に配置され、上記改質触媒層(113) を加熱するための燃焼室(112) と、
上記アノード(103) から排出されるアノード排ガスの全量が供給され、該アノード排ガスを昇温させるように予備的に燃焼させた後上記燃焼室(112) に供給するための燃焼触媒層(116) と、
上記燃焼触媒層(116)から上記燃焼室(112) に供給されたアノード排ガスが空気と共に燃焼するように上記燃焼室(112) に空気を供給するための空気供給部(115) とを備え、
上記アノード排ガスが上記燃焼触媒層(116) で空気と共に予備的に燃焼するように上記アノード排ガスに上記空気供給部(115)から供給するための空気の一部である微量の空気を添加する微量空気添加手段をさらに備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、
上記微量空気添加手段は、改質器(126) とアノード(103) とを接続するガス配管に空気を導入するように構成された空気添加器(156) であることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムにおいて、
上記微量空気添加手段は、外気を上記アノード排ガスに添加するものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムにおいて、
上記微量空気添加手段は、上記カソード(102) から排出されるカソード排ガスを上記アノード排ガスに添加するものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、
上記空気供給部(115) は、上記燃焼室(112) に接して設けられ燃焼室(112) との境界壁に形成された多数の小孔(117a)を介して燃焼室(112) に空気を供給するように構成されており、
上記多数の小孔(117a)は、上記改質触媒層(113) への原料の入口側ほど開口率が高くなるように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池発電システムにおいて、
上記微量空気添加手段は、上記改質器(126) 内の空気供給部(115) から燃焼触媒層(116) に空気を導入するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５又は６に記載の燃料電池発電システムにおいて、
上記空気供給部(115) は、上記カソード(102) から排出されるカソード排ガスを供給するものであることを特徴とする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、改質器おける改質反応の熱源としてアノード排ガスとカソード排ガスを利用するようにした燃料電池発電システムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水やアルコール類などの燃料がもっている化学エネルギーを燃やして熱に変換することなしに、電池内で、燃料，酸化剤（空気，酸素など）をそれぞれカソード，アノードにおける電子をやりとりする電極反応を行わせ、全体として燃料の燃焼反応と同じ形の反応を行わせるようにした燃料電池は、高い熱交換効率を発揮することができるので、病院，学校，ビル等の施設の電力源として応用されつつある。
【０００３】
図３は、従来の固体高分子型燃料電池発電システム(100X)の構成を概略的に示す配管系統図である。同図において、(101) は電池本体を示し、該電池本体(101) の内部には、カソード(102) と、アノード(103) とが設けられている。また、(120) は取り入れた外気を圧縮して燃料電池(101) 等に送り込むための空気圧縮機、(121) は都市ガス中の硫黄成分を取り除くための脱硫器、(122) は脱硫された都市ガスを圧縮して高圧にするためのガス圧縮機、(124) はポンプ(123) 等を介して送られる水を貯留するタンク、(126) はガス圧縮機(122) から送られる都市ガスと、ポンプ(125) を介してタンク(124) から送られる水とを反応させて改質ガスを生成するための改質器、(127a,127b) は改質器(126) で発生した改質ガスを変成するための高温変成器及び低温変成器、(128) は変成器(127b)から出る改質ガス中のＣＯガスをさらに酸化させた後、電池本体(101) に送るための部分酸化反応器をそれぞれ示す。また、(131) は電池冷却水を放熱させるための放熱器、(132) は上記改質器(126) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器、(136) はカソード(102) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器、(137) はアノード(103) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器をそれぞれ示す。そして、各凝縮器(131,136,137) で生成された水は上記タンク(124) に戻される一方、気体は外部に排出されるように構成されている。
【０００４】
また、燃料電池発電システム(100X)内には改質器(126) に水を供給するための水供給系(140) が設けられている。この水供給系(140) の水流通路(141) には、ポンプ(125) と水処理装置(142) とが介設されている。
【０００５】
さらに、改質器(126) の出口に設けられた第１熱交換器(151) と、高温変成器(127a)の出口に設けられた第２熱交換器(152) と、低温変成器(127b)の出口に設けられた第３熱交換器(153) と、部分酸化反応器(128) の出口に設けられた第４熱交換器(154) とが配設されていて、各熱交換器(151,152,153,154) には、改質ガスが流れる通路に介設されたガス側熱交換コイルと、上記水側流通路(141) に介設された水側熱交換コイルとが収納されている。すなわち、この水側熱交換コイルとガス側熱交換コイルとによって、改質ガスと水流通路(141) の水との熱交換を行って改質ガスの冷却と排熱の回収とを行うように構成されている。なお、(155) は電池本体(101) のアノード(103) 、カソード(102) から排出されて改質器(126) に送られるアノード排ガス及びカソード排ガスと改質器(126) から排出される燃焼排ガスとの熱交換を行うための第５熱交換器を示す。
【０００６】
さらに、(134) は脱硫器(121) を経た都市ガスと水流通路(141) の水とを混合させるための混合器、(135) は圧縮機(120) から送られる外気と低温変成器(127b)から出るガスとを混合させるための混合器をそれぞれ示す。また、改質器(126) 内には、アノード排ガスとカソード排ガスとを受け入れるための排ガス室(111) と、アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させるための燃焼室(112) と、混合器(134) から送られる都市ガス及びスチームとの混合ガスを反応させて改質ガスを生成するための改質触媒層(113) とが設けられている。上記排ガス室(111) 、燃焼室(112) 及び改質触媒層(113) により、改質器用燃焼器(110X)が構成されている。
【０００７】
次に、上記燃料電池発電システム(100X)における動作を説明する。
【０００８】
まず、水供給系(140) において、タンク(124) から排出される水が、水処理装置(142) 、第４熱交換器(154) 、第３熱交換器(153) 、第２熱交換器(152) 、第１熱交換器(151) を順に経て加熱されスチームとなって、混合器(134) に送られる。混合器(134) では、ガス圧縮機(122) から送られる脱硫された都市ガスと、水供給系(140) から送られるスチームとが混合され、改質器(126) 内の改質器用燃焼器(110X)に入る。一方、電池本体(101) のアノード(103) からは水素ガスを含むアノードガスが送られ、カソード(102) からは水蒸気及び空気を含むカソード排ガスが送られ、両者が改質器用燃焼器(110X)において、燃焼室(112) で燃焼され、改質触媒層(113) 内で触媒の存在の下で都市ガス及びスチームが加熱されて、主としてＣＯ２ ガスと水素ガスとを含む改質ガスが生成される。
【０００９】
その後、この改質ガスが、高温変成器(127a)、低温変成器(127b)及び部分酸化反応器(128) を経るにつれて、ＣＯガス成分を減じられた後、電池本体(101) に送られる。ただし、部分酸化反応器(128) において、低温変成器(127b)から出る改質ガスに空気圧縮機(120) から送られる空気を混合させてＣＯガスをさらに酸化させている。そして、電池本体(101) で、部分酸化反応器(128) から送られる水素と、空気圧縮機(120) から送られる空気中の酸素とを結合させて、そのときに生じるイオンをカソード(102) ，アノード(103) の電荷に変えることで、電力が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の燃料電池発電システムでは、電池本体(101) の余剰燃料である水素ガスを含むアノード排ガスを、空気及び水蒸気を含むカソード排ガスと混合させて改質器(126) の燃焼室(112) で燃焼させて、改質触媒層(113) の熱源として使用しているが、この余剰燃料はカロリーが低いためにカロリーを別途補充する手段が必要となる。そこで、従来の燃料電池発電システムでは、カロリーの高い都市ガスをも燃焼させており、そのために、燃料電池発電システム全体の発電効率が悪化していた。また、従来のバーナーのみを用いた燃焼器では、火炎が改質器の壁に接触することによる管壁の劣化及び過剰加熱により、改質触媒層(113) の温度が上昇し、この温度上昇によって改質触媒層(113) の劣化が促進されるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、アノード排ガスにカロリーを補充することなく低カロリーで燃焼させうる手段を講ずることにより、燃料電池発電システムの発電効率の向上と改質触媒層の寿命の向上を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明が講じた手段は、アノード排ガスを触媒の下で予備的に燃焼させてから燃焼室内でカソードガスとともに燃焼させるように燃料電池発電システムを構成することにある。具体的には、請求項１〜９に記載されている燃料電池発電システムに関する手段を講じている。
【００１３】
本発明の燃料電池発電システムは、請求項１に記載されているように、アノード(103) ，カソード(102) を有する電池本体(101) に改質器(126) から少なくとも水素を含む改質ガスと少なくとも酸素を含む他のガスとを供給し、上記改質ガス及び他のガスをアノード(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成された固体高分子型の燃料電池発電システムを前提とする。そして、上記改質器(126) 内に配置され、原料から上記改質ガスを生成するための改質触媒層(113) と、燃焼触媒を有することなく上記改質器(126) 内に配置され、上記改質触媒層(113) を加熱するための燃焼室(112) と、上記アノード(103) から排出されるアノード排ガスの全量が供給され、該アノード排ガスを昇温させるように予備的に燃焼させた後上記燃焼室(112) に供給するための燃焼触媒層(116) と、上記燃焼触媒層(116)から上記燃焼室(112) に供給されたアノード排ガスが空気と共に燃焼するように上記燃焼室(112) に空気を供給するための空気供給部(115) とを備え、上記アノード排ガスが上記燃焼触媒層(116) で空気と共に予備的に燃焼するように上記アノード排ガスに上記空気供給部(115)から供給するための空気の一部である微量の空気を添加する微量空気添加手段をさらに備えている。
【００１４】
請求項１及び下記の各請求項の発明特定事項は、図１及び図２に記載されている。請求項１により、改質器(126) 内の燃焼室(112) でアノード排ガスが燃焼する前に燃焼触媒層(116) でアノード排ガスが触媒の存在の下に予備的に燃焼して、高温状態になってから燃焼室(112) に供給される。したがって、燃焼室(112) ではカロリーの低いガスのみでスムーズに燃焼が行われ、カロリーの高いガスを燃焼させる必要がなくなる。したがって、改質触媒層(113) 内の温度が低下して、改質触媒層(113) の寿命が改善されることになる。
【００１５】
また、請求項１により、アノード排ガスに空気が微量添加されて燃焼触媒層(116) での予備的な燃焼が容易に行われる。そして、アノード排ガスとカソード排ガスとが燃焼室で燃焼するので、さらに低カロリー状態での燃焼が可能となる。したがって、改質触媒層(113) の寿命がさらに長くなる。
【００１６】
請求項２に記載されているように、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記微量空気添加手段を、改質器(126) とアノード(103) とを接続するガス配管に空気を導入するように構成された空気添加器(156) とすることができる。
【００１７】
請求項１又は２における微量空気添加手段は、請求項３に記載されているように、外気をアノード排ガスに添加するものであってもよいし、請求項４に記載されているように、上記カソード(102) から排出されるカソード排ガスをアノード排ガスに添加するものであってもよい。
【００１８】
請求項５に記載されているように、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記空気供給部(115) を上記燃焼室(112) に接して設け燃焼室(112) との境界壁に形成された多数の小孔(117a)を介して燃焼室(112) に空気を供給するように構成し、上記多数の小孔(117a)を上記改質触媒層(113) への原料の入口側ほど開口率が高くなるように構成することができる。
【００１９】
これにより、吸熱反応である改質反応がより促進される改質触媒層(113) の入口側ほど燃焼室(112) の火力が強くなるので、改質触媒層(113) 全体の温度分布が均一化され、改質触媒層(113) の寿命もより長くなるとともに、燃料電池発電システム全体の発電効率も向上する。
【００２０】
請求項６に記載されているように、請求項５に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記微量空気添加手段を、上記改質器(126) 内の空気供給部(115) から燃焼触媒層(116) に空気を導入するように構成することができる。
【００２１】
これにより、外部に空気添加器を設けなくても改質器(126) の内部でアノード排ガスに空気を予備的に添加することが可能になるので、燃料電池発電システムがコンパクトになる。
【００２２】
請求項７に記載されているように、請求項１，２，３，４，５又は６に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記空気供給部(115) を、上記カソード(102) から排出されるカソード排ガスを供給するものとすることができる。
【００２３】
これにより、カソード排ガス中に含まれる空気をアノード排ガスに添加したものを改質触媒層(113) の加熱源として利用することが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体高分子型燃料電池発電システム(100A)の構成を概略的に示す配管系統図である。同図において、(101) は電池本体を示し、該電池本体(101) の内部には、カソード(102) と、アノード(103) とが設けられている。また、(120) は取り入れた外気を圧縮して燃料電池(101) 等に送り込むための空気圧縮機、(121) は都市ガス中の硫黄成分を取り除くための脱硫器、(122) は脱硫された都市ガスを圧縮して高圧にするためのガス圧縮機、(124) はポンプ(123) 等を介して送られる水を貯留するタンク、(126) はガス圧縮機(122) から送られる都市ガスと、ポンプ(125) を介してタンク(124) から送られる水とを反応させて改質ガスを生成するための改質器、(127a,127b) は改質器(126) で生成された改質ガス中のＣＯガスを減ずるための高温変成器及び低温変成器、(128) は低温変成器(127b)から出る改質ガス中のＣＯガスをさらに酸化させた後、電池本体(101) に送るための部分酸化反応器をそれぞれ示す。また、(131) は電池冷却水を放熱させるための放熱器、(132) は上記改質器(126) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器、(136) はカソード(102) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器、(137) はアノード(103) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器をそれぞれ示す。そして、各凝縮器(131,136,137) で生成された水は上記タンク(124) に戻される一方、気体は外部に排出されるように構成されている。
【００２５】
また、燃料電池発電システム(100A)内には改質器(126) に水を供給するための水供給系(140) が設けられている。この水供給系(140) の水流通路(141) には、ポンプ(125) と水処理装置(142) とが介設されている。
【００２６】
さらに、改質器(126) の出口に設けられた第１熱交換器(151) と、高温変成器(127a)の出口に設けられた第２熱交換器(152) と、低温変成器(127b)の出口に設けられた第３熱交換器(153) と、部分酸化反応器(128) の出口に設けられた第４熱交換器(154) とが配設されていて、各熱交換器(151,152,153,154) には、改質ガスが流れる通路に介設されたガス側熱交換コイルと、上記水側流通路(141) に介設された水側熱交換コイルとが収納されている。すなわち、この水側熱交換コイルとガス側熱交換コイルとによって、改質ガスと水流通路(141) の水との熱交換を行って改質ガスの冷却と配設の回収とを行うように構成されている。なお、(155) は電池本体(101) のアノード(103) 、カソード(102) から排出されて改質器(126) に送られるガスと改質器(126) から排出される排気ガスとの熱交換を行うための第５熱交換器を示す。
【００２７】
さらに、(134) は脱硫器(121) を経た都市ガスと水流通路(141) の水とを混合させるための混合器、(135) は圧縮機(120) から送られる外気と低温変成器(127b)から出るガスとを混合させるための混合器をそれぞれ示す。
【００２８】
ここで、本実施形態の特徴部分について説明する。
【００２９】
上記アノード(103) から改質器(126) にアノード排ガスを供給する通路には、アノード排ガスにカソード排ガス（又は空気）を微量添加するための空気添加器(156) が介設されている。図示しないが、空気添加器(156) は、カソード排ガスが流れる通路からアノード排ガスが流れる通路にカソードガスを強制的に流すための圧縮機，ブロワー等の手段を備えている。ただし、アノード排ガスが流れる通路の方が低圧となるような条件下では、圧縮機，ブロワー等は必要でない。
【００３０】
また、改質器(126) 内には、アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させるための燃焼室(112) と、混合器(134) から送られる都市ガス及びスチームの混合ガスを反応させて改質ガスを生成するための改質触媒層(113) と、カソード排ガスを受け入れる空気供給部としてのカソード排ガス室(115) と、アノード排ガスを燃焼するための触媒を有する燃焼触媒層(116) とが設けられている。上記燃焼室(112) ，改質触媒層(113) ，カソード排ガス室(115) 及び燃焼触媒層(116) により改質器(126) が構成されているが、この改質器(126) は、ほとんど図４に示す従来の改質器用燃焼器(110X)として機能する部分のみからなり、極めてコンパクトな構造となっている。
【００３１】
なお、上記空気添加器(156) においてカソード排ガスでなく外気を微量添加するように構成してもよい。また、本実施形態では、空気添加器(156) を第５熱交換器(155) の上流側に配置しているが、空気添加器(156) は第５熱交換器(155) の下流側に配置してもよい。
【００３２】
次に、上記燃料電池発電システム(100) における動作を説明する。
【００３３】
まず、水供給系(140) において、タンク(124) から排出される水が、水処理装置(142) 、第４熱交換器(154) 、第３熱交換器(153) 、第２熱交換器(152) 、第１熱交換器(151) を順に経て加熱されスチームとなって、混合器(134) に送られる。混合器(134) では、ガス圧縮機(122) から送られる脱硫された都市ガスと、水供給系(140) から送られるスチームとが混合され、改質器(126) 内の改質器用燃焼器(110A)に入る。一方、電池本体(101) のカソード(102) からは空気（酸素，窒素）及び水蒸気を含むカソード排ガスがカソード排ガス室(115) に送り込まれる。また、アノード(103) からは水素ガスを含むアノード排ガスが送られ、空気添加器(156) でこのアノード排ガスにカソード排ガスが微量添加された後、燃焼触媒層(116) に送り込まれる。そして、燃焼触媒層(116) において燃焼触媒の存在下で微量の空気（カソード排ガス）が添加されたアノード排ガスが燃焼して高温になる。また、燃焼室(112) には、燃焼触媒層(116) から高温になったアノード排ガスが供給され、カソード排ガス室(111) から小孔（図示せず）を介してカソード排ガスが供給されて、両者が混合されて燃焼する。その結果、改質触媒層(113) 内で触媒の存在の下で都市ガス及びスチームが加熱されて反応し、主としてＣＯ２ ガスと水素ガスとを含む改質ガスが生成される。
【００３４】
その後の改質ガスの流れは上記従来の燃料電池発電システム(100X)における流れと同じである。
【００３５】
本実施形態では、アノード排ガスが燃焼触媒の存在の下、燃焼触媒層(116) 内で予備的に燃焼して高温になってから燃焼室(112) に供給されるので、燃焼室(112) において、燃焼がスムーズに行われカロリーの低いガスだけで燃焼が可能になる。したがって、燃料電池発電システム全体の発電効率が向上するとともに、改質触媒層(113) の温度上昇が抑制され、改質触媒層(113) の寿命が長くなる。従来では、バーナーによる加熱で一部熱流束の速い部分が生じ適正温度（８００℃）をその部分の改質触媒が越えてしまうことにより耐久性の悪化を招いていたが、本方式では均一な燃焼が行えるため、温度むらが生じにくく改質触媒(113) の寿命が長くなる。
【００３６】
特に、アノード排ガスにカソード排ガス（空気）を微量添加して燃焼触媒層(116) で燃焼させているので、さらに低カロリーのガスだけで燃焼が可能になる。たとえば、燃焼触媒層(116) でアノード排ガスと微量のカソード排ガスとを予備的に燃焼させてから、このアノード排ガスを燃焼室(112) でカソード排ガスと共に燃焼させた場合には、燃焼触媒層(116) を６００℃程度より低い温度で使用できるため、燃焼触媒の劣化を防止することができる。したがって、燃料電池発電システム全体の発電効率の向上と改質器(126) の耐久性の向上とを図ることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る改質器(126) の構造を概略的に示す斜視図である。なお、燃料電池発電システム全体の構成は、既に説明した図１に示す構成とほぼ同様である。ただし、本実施形態では、空気添加器(156) は設けられていない。
【００３８】
図２に示すように、本実施形態に係る改質器(126) は、３層の積層構造を有している。最下層には、カソードからの窒素，酸素，水蒸気を主成分とするガスを受け入れるためのカソード排ガス室(115) が設けられている。中間層には、燃焼触媒層(116) と燃焼室(112) とが設けられている。また、最上層には、改質触媒層(113) が設けられている。そして、上記カソード排ガス室(115) の天井部には、カソード排ガスを上方の燃焼触媒層(116) と燃焼室(112) とに供給するための多数の小孔（117a,117b)が設けられている。カソード排ガス室(115) と燃焼触媒層(116) との境界壁に設けられた微量空気添加手段として機能する小孔(117b)の数はごくわずかであり、燃焼触媒層(116) には微量のカソード排ガスを供給するように構成されている。一方、カソード排ガス室(115) と燃焼室(112) との境界壁に設けられた小孔(117a)は、燃焼触媒層(116) に近い領域では密に燃焼触媒層(116) から離れた領域では粗に形成されている。つまり、改質触媒層(113) への原料ガスの入口側ほど小孔の開口率を高くしてカソード排ガスの供給量を多くして、多くの燃焼熱を発生させるように構成されている。
【００３９】
次に、本実施形態の改質器(126) における動作を説明する。
【００４０】
第１の実施形態と同様に、電池本体(101) のカソード(102) からは空気（酸素，窒素）及び水蒸気を含むカソード排ガスが、カソード排ガス室(115) に送り込まれる。また、燃焼触媒層(116) には、アノード(103) から水素ガスを含むアノード排ガスが送られるとともに、カソード排ガス室(115) から小孔(117b)を介して微量のカソード排ガスが吹き込まれ、両者が混合した状態でアノード排ガスが燃焼する。そして、燃焼室(112) には、燃焼触媒層(116) で燃焼して高温になったアノード排ガスが供給され、カソード排ガス室(115) からはその上壁に設けられた小孔(117a)を介してカソード排ガスが供給され、燃焼室(112) 内で両者が混合されて燃焼する。その結果、改質触媒層(113) 内で、改質触媒の存在の下で都市ガスが加熱されて、主としてＣＯ２ ガスと水素ガスとを含む改質ガスに改質される。
【００４１】
その後の改質ガスの流れは上記従来の燃料電池発電システム(100X)における流れと同じである。
【００４２】
本実施形態によると、上記第１の実施形態と同様に、予めアノード排ガスを燃焼触媒層(116) 内で予備的に燃焼させて高温にしてから燃焼室(112) 内でアノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させているので、低カロリーガスのみでの燃焼を可能となる。また、燃焼触媒層(116) に微量のカソード排ガス（空気）を供給してアノード排ガスを燃焼させているので、さらに低カロリーガスのみでの燃焼が可能となる。
【００４３】
さらに、アノード排ガス室(115) から燃焼室(112) にカソード排ガスを供給する小孔を改質触媒層(113) への都市ガス等の入口側に近いほど密に、つまり開口率が高くなるように形成したので、改質触媒層(113) における温度分布の均一化を図ることができる。すなわち、改質反応は吸熱反応であり、入口ほど吸熱量が多く出口ほど吸熱量が少ないために、温度分布が不均一となりがちである。それに対し、本実施形態では、改質触媒層(113) への都市ガス等の入口側に近いほどカソード排ガスの供給量を多くしてアノード排ガスの燃焼を高めているので、改質触媒層(113) の全域で吸熱量と発熱量とのバランスがよくなり、改質反応の効率の向上を図ることができる。
【００４４】
ただし、小孔の開口率を高くするための構造は本実施形態に限られるものではなく、小孔の径を大きくすることも可能である。
【００４５】
（その他の実施形態）
上記第２の実施形態のような改質器(126) の構造において、カソード排ガス室(115) と燃焼触媒層(116) との間には小孔(117b)を設けずに、第１の実施形態のような空気添加器を改質器(126) の外部に別途設ける構造としてもよい。また、改質器(126) 内で燃焼触媒層(116) にアノード排ガスが入る直前にカソード排ガス（又は空気）を添加する構成としてもよい。
【００４６】
また、第２の実施形態において、小孔の開口率を高くするための構造は第２の実施形態の構造に限られるものではなく、たとえば改質触媒層への原料ガスの入口側ほど小孔の径を大きくするような構造も可能である。
【００４７】
さらに、上記各実施形態では、燃焼室(112) においてアノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させるようにしているが、カソード排ガスの代わりに空気を導入しても、アノード排ガスを有効に利用することができる。
【００４８】
また、上記各実施形態において、変成器は必ずしも高温変成器(127a)と低温変成器(127b)とにより構成されている必要はなく、単一の変成器で構成されていてもよいものとする。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１〜７によれば、アノード排ガスを改質器の燃焼室で燃焼させて、改質触媒層で原料ガスを改質する際の加熱源とするように構成された燃料電池発電システムにおいて、アノード排ガスを予め燃焼触媒層で燃焼させてから燃焼室に供給するように構成したので、カロリーの高いガスを混ぜることなくアノード排ガスを燃焼させることができ、よって、システムの発電効率の向上と改質触媒層の寿命の向上を図ることができる。
【００５０】
特に、アノード排ガスに微量の空気を添加して燃焼触媒層で燃焼させることにより、さらに低カロリー状態でアノード排ガスを燃焼させることができる。
【００５１】
また、アノード排ガスを改質器の燃焼室でカソード排ガスとともに燃焼させることにより、２つの排ガスを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を概略的に示す配管系統図である。
【図２】  第２の実施形態に係る改質器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図３】  従来の燃料電池発電システムの構成を概略的に示す配管系統図である。
【符号の説明】
100   燃料電池発電システム
101   電池本体
102   カソード
103   アノード
110   改質器用燃焼器
111   排ガス室
112   燃焼室
113   改質触媒層
115   カソード排ガス室（空気供給部）
116   燃焼触媒層
117a  小孔
117b  小孔（微量空気添加手段）
120   空気圧縮機
121   脱硫器
122   ガス圧縮機
123   ポンプ
124   タンク
125   ポンプ
126   改質器
126a  バーナー
127   変成器
128   部分酸化反応器
131   放熱器
132   凝縮器
136   凝縮器
137   凝縮器
140   水供給系
141   水流通路
142   水処理装置
151   第１熱交換器
152   第２熱交換器
153   第３熱交換器
154   第４熱交換器
155   第５熱交換器
156   空気添加器（微量空気添加手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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