(57)【要約】【課題】発電システムにおける加熱が必要な各部を効率よく昇温して小型化をはかり、ポータブル化を実現する。【解決手段】燃料ガスであるＨ２及びＣＯと酸化ガスである空気で発電する固体酸化物形の燃料電池部１３と、燃料電池部１３に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路１６と、燃料電池部１３を加熱するバーナー１７と、燃料電池部１３から出る排気ガスをＣＯ除去器１８に通してから排出する排気路１９を有し、ガス容器１２内の燃料ガスを改質器１４で改質したのち燃料電池部１３に供給する、カートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム１１において、酸化ガス供給路１６と排気路１９の間で熱交換を行う熱交換器２３を備える。改質器１４を、発熱する部分酸化反応で改質するものとし、改質器１４を燃料電池部１３に隣接して一体化した改質発電ユニット２６を設ける。改質発電ユニット２６とバーナー１７を同一の断熱室３５に収容する。【選択図】図１
2017027766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化ガスで発電する固体酸化物形の燃料電池部と、前記燃料電池部に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池部を加熱する加熱手段と、前記燃料電池部から出る排気ガスをＣＯ除去器に通してから排出する排気路を有し、ガス容器に充填された前記燃料ガスを改質器で改質したのち前記燃料電池部に供給する、カートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システムであって、
前記酸化ガス供給路および前記排気路の間で熱交換を行う熱交換器を備え、
前記改質器が部分酸化反応で改質するものであるとともに、
該改質器を前記燃料電池部に隣接して一体化した改質発電ユニットを設け、
該改質発電ユニットと前記加熱手段が同一の断熱室に収容された
カートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記断熱室における前記改質発電ユニットより下方の空間に前記加熱手段が備えられ、
該加熱手段がバーナーであるとともに、
前記酸化ガス供給路の先端が前記加熱手段を備えた空間に開口された
請求項１に記載のカートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記熱交換器を複数備え、これら熱交換器同士の間に前記ＣＯ除去器を備えた
請求項１または請求項２に記載のカートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記酸化ガス供給路の入口と前記排気路の出口とが上部に設けられ、
前記酸化ガス供給路が、水平または略水平に導かれたのち下方に延設されて、前記断熱室の下部に開口され、
前記排気路が前記断熱室の上部から上に導かれたのち前記酸化ガス供給路に沿って延びて前記出口に接続された
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のカートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化ガスで発電する固体酸化物形の燃料電池部と、
該燃料電池部に供給される前記燃料ガスを充填したガス容器と、
該ガス容器の前記燃料ガスを部分酸化反応で改質する改質器で改質して前記燃料電池部に供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料電池部に前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、
前記燃料電池部を加熱する加熱手段と、
前記燃料電池部から出る排気ガスをＣＯ除去器に通してから排出する排気路と、
前記酸化ガス供給路および前記排気路の間で熱交換を行う熱交換器と、
前記改質器を前記燃料電池部に隣接して一体化した改質発電ユニットを、
該改質発電ユニットと前記加熱手段を同一の断熱室に収容した状態で、断熱性を有する中空構造の加熱炉に備えた発電部と、
前記ガス容器を備えるガス供給装置と、
前記発電部で得られた電力を変換する電力変換装置が一体にまとめられた
ポータブル発電機。
【請求項６】
前記発電部、前記ガス供給装置および前記電力変換装置が、移動手段を有する筐体に搭載された
請求項５に記載のポータブル発電機。
【請求項７】
前記熱交換器を複数備え、これら熱交換器同士の間に前記ＣＯ除去器を備えた
請求項５または請求項６に記載のポータブル発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは、ポータブル性を有する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＦＣシステムは、燃料ガス（水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ））と酸化ガス（酸素（Ｏ２））を連続的に供給しつつ、電気化学反応により電気エネルギーを生じさせる。電力を発生させる燃料電池部はアノードとカソードを有し、たとえば下記特許文献１に開示されているように、アノードには燃料ガスを供給する燃料ガス供給路が、カソードには酸化ガスを供給する酸化ガス供給路が接続されている。燃料ガス供給路は、ブタンガスなど主とした燃料ガス（炭化水素燃料）を燃料電池部の前段でＨ２とＣＯに改質するための改質器を有する。
【０００３】
燃料電池部は高温で作動するものであり、改質器も改質触媒が一定程度の高温にならないと反応を開始しない。具体的には、燃料電池部はたとえば６００℃程度に昇温され、改質触媒はそれよりも低い３００℃程度に昇温されることが必要になる。このため、ＳＯＦＣシステムには各部を所定の温度に管理する構成も備えられる。加熱のための手段としては熱交換器やバーナーが用いられている。特許文献１の燃料電池システムでは、改質器をバーナーで加熱し、熱交換器で酸化ガスを加熱することによって温度管理を行うように構成されている。
【０００４】
また、燃料電池部から出る排気ガスには未反応のＣＯが含まれるため、安全のためには排気路にＣＯ除去器を備える必要がある。このＣＯ除去器は通過する排気ガスが一定温度以上、具体的にはおよそ２００℃以上でなければＣＯ除去ができないので、この点での温度管理も必要である。
【０００５】
加熱が必要な各部をそれぞれ別途に適切な温度に昇温してもよいが、加熱のために炭化水素燃料を用いるとすれば、燃料電池の燃料としての燃料ガスのほかにも燃料ガスが必要となる。つまり、可搬式とする場合、それぞれの燃料ガスを充填したガス容器を備える必要があり、全体を小型化するのに支障をきたす。
【０００６】
このため、燃料電池の燃料としての燃料ガスを、各部の昇温のための燃料ガスに用いることが考えられる。この場合、一つのガス容器からの燃料供給で、長時間にわたって発電が行えるようにするためには、ＳＯＦＣシステムの加熱に費やす燃料を可能な限り抑えることが必要である。そのためには加熱効率を高めるとよい。
【０００７】
しかし、特許文献１のように改質器の加熱と熱交換器による酸化ガスの加熱で昇温する温度管理の構成では、最も高温にすべき燃料電池部を加熱するものではなく、熱効率の点で十分ではない。これまで、ポータブル性を実現できるように熱効率を高めた燃料電池システムはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５６５９８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明は、加熱が必要な各部を効率よく適切に昇温できるようにして小型化やポータブル化を実現できるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのための手段は、燃料ガスと酸化ガスで発電する固体酸化物形の燃料電池部と、前記燃料電池部に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池部を加熱する加熱手段と、前記燃料電池部から出る排気ガスをＣＯ除去器に通してから排出する排気路を有し、ガス容器に充填された前記燃料ガスを改質器で改質したのち前記燃料電池部に供給する、カートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システムであって、前記酸化ガス供給路および前記排気路の間で熱交換を行う熱交換器を備え、前記改質器が部分酸化反応で改質するものであるとともに、該改質器を前記燃料電池部に隣接して一体化した改質発電ユニットを設け、該改質発電ユニットと前記加熱手段が同一の断熱室に収容されたカートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システムである。
【００１１】
課題を解決するための別の手段は、燃料ガスと酸化ガスで発電する固体酸化物形の燃料電池部と、該燃料電池部に供給される前記燃料ガスを充填したガス容器と、該ガス容器の前記燃料ガスを部分酸化反応で改質する改質器で改質して前記燃料電池部に供給する燃料ガス供給路と、前記燃料電池部に前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池部を加熱する加熱手段と、前記燃料電池部から出る排気ガスをＣＯ除去器に通してから排出する排気路と、前記酸化ガス供給路および前記排気路の間で熱交換を行う熱交換器と、前記改質器を前記燃料電池部に隣接して一体化した改質発電ユニットを、該改質発電ユニットと前記加熱手段を同一の断熱室に収容した状態で、断熱性を有する中空構造の加熱炉に備えた発電部と、前記ガス容器を備えるガス供給装置と、前記発電部で得られた電力を変換する電力変換装置が一体にまとめられたポータブル発電機である。
【００１２】
これらの構成では、燃料電池部から排気路に流れる高温の排気ガスの熱を、熱交換器が酸化ガス供給路内の酸化ガスに与えて、酸化ガスを加熱するととともにＣＯ除去器を有する排気路内の排気ガスの温度を下げる。加熱手段は燃料電池部を加熱するが、このときに燃料電池部と一体の改質器も加熱する。そのうえ改質器で行われる改質は発熱反応である部分酸化反応で行わるので発熱を伴う。改質器で発生するこの熱は、燃料電池部に供給される燃料ガスの温度を高めるとともに、燃料電池部の昇温に寄与する。このような燃料電池部と改質器を一体にした改質発電ユニットを収容する断熱室は、加熱手段も一緒に収容しており、小型化に資するとともに、燃料ガスや酸化ガス、燃料電池部に与えた熱が逃げることを抑制し、燃料電池部が電気エネルギーを安定的に発生させることに寄与する。
【００１３】
前述のポータブル発電機の構成では、前述のカートリッジガスを用いた燃料電池発電システムの主要部分を備えた発電部と、ガス供給装置と、電力変換装置が、それぞれが所定の機能を果たしながらも一体であり、移動するときでも一体性を保つ。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ＳＯＦＣシステムの中に、熱交換による加熱と、発熱反応による加熱と、加熱手段による加熱と、断熱室による保温断熱を効果的に組み合わせたので、加熱が必要な各部を効率よく適切に温度管理できる。小型化も可能で、ポータブル化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＳＯＦＣシステムのブロック図。
【図２】ポータブル発電機の概観図。
【図３】改質発電ユニットの断面図。
【図４】発電部における気体の流れを示す斜視図。
【図５】発電部の内部構造を示す斜視図。
【図６】断熱室部分の断面図。
【図７】電力変換システム回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、カートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム１１（以下、「ＳＯＦＣシステム」という）のブロック図であり、図２はそのＳＯＦＣシステム１１を組み込んだポータブル発電機５１の側面図（図２（ａ））と正面図（図２（ｂ））である。
【００１８】
このＳＯＦＣシステムは、ブタンガスなどを主とした燃料ガス（炭化水素燃料）を充填したガス容器１２を使用し、電力を必要とする様々な時に、必要とする場所に移動して発電できるように構成されている。
【００１９】
まず、ＳＯＦＣシステム１１の構成を説明する。
【００２０】
ＳＯＦＣシステム１１は、図１に示したように、燃料ガスと酸化ガスで発電する固体酸化物形燃料電池部１３と、ガス容器１２に充填された燃料ガス（カートリッジガス）を改質器１４で改質してから燃料電池部１３に供給する燃料ガス供給路１５と、燃料電池部１３に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路１６と、燃料電池部１３を加熱する加熱手段としてのバーナー１７と、燃料電池部１３から出る排気ガスをＣＯ除去器１８に通してから排出する排気路１９を有する。
【００２１】
燃料電池部１３は、酸化反応が起こるアノード１３ａと、還元反応が起こるカソード１３ｂと、イオン伝導体である電解質１３ｃを有し、燃料ガス供給路１５はアノード１３ａに、酸化ガス供給路１６はカソード１３ｂに接続される。アノード１３ａでは、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）が燃料として使用され、カソード１３ｂでは空気（酸素）が酸化剤として使用される。
【００２２】
燃料ガス供給路１５は、前述のようにガス容器１２に充填されたブタンガスなどの燃料ガスを改質器１４に送り、改質器１４でＨ２とＣＯなどに改質してからＨ２とＣＯを燃料電池部１３に供給する。ブタンガスなど炭化水素燃料には着臭剤として硫黄の成分が入っており、この硫黄成分は改質触媒および燃料電池部１３のセルに悪影響を及ぼすので、改質器１４よりも上流側に、硫黄成分を除去する脱硫装置２０を備える。
【００２３】
酸化ガス供給路１６は、ポータブル発電機５１の外から常温の空気を取り込む通路である。空気導入のため、酸化ガス供給路１６の入口には送風機２１が備えられる。送風機２１には小型のファンなどを使用できる。
【００２４】
バーナー１７は、燃料ガス（炭化水素燃料）を燃焼して燃料電池部１３を所定温度に加熱する。ポータブル発電機の小型化や構造の簡素化、取扱い性の向上などのため、バーナー１７の燃焼に必要な燃料ガスは前述のガス容器１２から供給し、空気は前述の酸化ガス供給路１６から供給する。バーナー１７への燃料ガスの供給のため、燃料ガス供給路１５からはバーナー１７に向けてバーナー燃料供給路２２を分岐している。バーナー燃料供給路２２は燃料ガス供給路１５における脱硫装置２０よりも下流側に接続されている。
【００２５】
排気路１９は、高温の排気ガスを排出する通路で、前述のように排気ガスからＣＯを取り除く公知のＣＯ除去器１８を途中に備えている。ＣＯ除去器１８は内部の触媒を利用して２００℃以上の温度の排気ガスからＣＯを除去するものである。
【００２６】
燃料電池部１３で発生した電気エネルギーは電力変換されて使用される。
【００２７】
このようにして発電するＳＯＦＣシステム１１は、加熱が必要な各部を効率よく適切に昇温できるように、前述のバーナー１７による加熱のほかに、熱交換による加熱と、発熱反応による加熱と、断熱材料による保温断熱を行う構成が備えられる。
【００２８】
熱交換による加熱は、酸化ガス供給路１６から供給される酸化ガスに対して行われる。すなわち、酸化ガス供給路１６と排気路１９に、これらの間で熱交換を行う熱交換器２３を備えて、酸化ガス供給路１６から導入される酸化ガスを加熱する一方、排気ガスの温度を下げる。
【００２９】
熱交換器２３は間隔をあけて複数備え、酸化ガスの昇温を段階的に行うようにする。このとき排気路１９に備えるＣＯ除去器１８は、前述のように２００℃以上の排気ガスに対して作用をするので、排気ガスの温度がそれ以下に下がらない位置に備えられる。たとえば２個の熱交換器２３を備えた場合には、熱交換器２３の熱交換能力にもよるが、これらの間にＣＯ除去器１８が備えられる。排気ガスは排気路１９の上流側では６００℃を超える高温であり、排気路１９の出口から排出される排気ガスの温度は８０℃より低いことが求められるからである。熱交換器２３を３個、４個と備えた場合には、ＣＯ除去が適切になされる位置にＣＯ除去器１８は設置される。熱交換器２３が１個の場合には、ＣＯ除去作用がなされるのであれば、ＣＯ除去器１８はその熱交換器２３よりも上流側に設置されても、下流側に設置されてもいずれでもよい。
【００３０】
発熱反応による加熱は、改質器１４において、主に燃料ガスと燃料電池部１３に対して行われる。すなわち改質器１４には、発熱反応である部分酸化反応で改質する改質器１４を用いる。部分酸化は、炭化水素の一部を酸素あるいは空気で燃焼させて水素と一酸化炭素の混合ガスを製造する反応である。部分酸化を行うため、改質器１４には空気を供給する改質用空気供給路２４が接続されている。改質用空気供給路２４は空気を供給するためコンプレッサ２５を備えている。
この改質器１４の触媒は３００℃程度に昇温されていないと反応を開始しない。部分酸化反応が始まると、触媒は約７００℃に達する。
【００３１】
改質器１４で行われる改質による発熱反応で生じた熱を燃料電池部１３の加熱に利用するため、改質器１４を燃料電池部１３に隣接して一体化した改質発電ユニット２６を設ける。
【００３２】
改質発電ユニット２６は、図３に示したように燃料電池部１３のセルスタック２７のマニホールド２７ａの下面に対して改質触媒層１４ａを重ねるように備えている。改質触媒層１４ａは粒状の触媒を充填して形成されている。
【００３３】
改質触媒層１４ａの下面には拡散板２９が備えられる。拡散板２９は、拡散板２９より下方のガス拡散空間３０に供給された燃料ガスと空気を均一に拡散、および燃料ガスと空気の予熱をして改質触媒層１４ａに作用させるためのもので、多数の穴を有するセラミックス製の多孔質板で構成されている。
【００３４】
ガス拡散空間３０は金属製の箱体３１に形成され、拡散板２９と改質触媒層１４ａとセルスタック２７のマニホールド２７ａはその箱体３１に保持されている。箱体３１には、ガス拡散空間３０に燃料ガスと空気を供給する管体３２が接続されている。この管体３２は、燃料ガス供給路１５と改質用空気供給路２４の一部を形成するものである。箱体１５を構成する金属は、セルスタック２７のマニホールド２７ａと熱膨張率が近似しているものを使用する。
【００３５】
断熱材料による保温断熱は、発熱により燃料電池部１３を加熱する改質器１４と、燃焼により燃料電池部１３を加熱するバーナー１７を、燃料電池部１３と共に断熱室３５に収容することで行う（図１参照）。バーナー１７は、断熱室３５における改質発電ユニット２６より下方の空間に備えられる。
【００３６】
ＳＯＦＣシステム１１の燃料電池部１３を中心とした主要部分は、前述のように改質発電ユニット２６とバーナー１７を同一の断熱室３５に収容して構成される。改質発電ユニット２６とバーナー１７は断熱性を有する中空構造で、内部に断熱室３５を有する加熱炉３６に収容される。加熱炉３６は耐熱性、熱衝撃性、化学的安定性にすぐれ、熱伝導率と蓄熱性が低く比較的軽量な材料かならなる成形品で形成される。材料は、たとえばアルミシリカ系繊維が使用できる。
【００３７】
この加熱炉３６に酸化ガス供給路１６や排気路１９などを接続した部分が発電部５２で、図２に示したように、発電部５２はガス容器１２を備えるガス供給装置５３と、発電部５２で得られた電力を変換する電力変換装置５４と共に一体にまとめられて、ポータブル発電機５１が構成される。
【００３８】
発電部５２とガス供給装置５３と電力変換部５４は、移動手段を有する一つの筐体５５に搭載される。筐体５５の底面の移動手段はキャスタ５６等で構成され、筐体５５の上部には手押しハンドル５７が形成されている。手押しハンドル５７は筐体５５の下部から立設されたものであってもよい。
【００３９】
図４は発電部５２における気体の流れを示した斜視図であり、内部には主要な部材として、改質発電ユニット２６と、２個の熱交換器２３つまり低温側熱交換器２３ａおよび高温側熱交換器２３ｂと、ＣＯ除去器１８と、バーナー１７と、送風機２１が収納されている。送風機２１は一部が発電部５２から突出するように図示したが発電部５２内に全体を収めてもよい。図４中、太線の実線矢印は酸化ガス供給路１６の入口から改質発電ユニット２６の燃料電池部１３に至るまでの空気の流れを示し、太線の破線矢印は燃料電池部１３から排出路１９の出口に至るまでの排気ガスの流れを示している。
【００４０】
図４に示したように、送風機２１を通して導入された酸化ガスである空気は、低温側熱交換器２３ａと高温側熱交換器２３ｂを順に通って燃料電池部１３を有する改質発電ユニット２６より下方のバーナー１７を備えた空間に導かれ、燃料電池部１３に向けて上昇する。燃料電池部１３の上部から排出される排気ガスは、高温側熱交換部２３ｂとＣＯ除去器１８と低温側熱交換器２３ａを順に通って排出される。
【００４１】
このような気体の流れを実現するため、発電部５２の内部は図５に示したように構成されている。つまり、酸化ガス供給路１６の入口（送風機２１）と排気路１９の出口１９ａとが発電部５２の上部に設けられ、酸化ガス供給路１６は水平または略水平に導かれたのち下方に延設されて、酸化ガス供給路１６の先端は加熱炉３６内の断熱室３５に入り、断熱室３５の下部、つまりバーナー１７を備えた空間に開口されている。排気路１９は加熱炉３６内の断熱室３５の上部から上に導かれたのち酸化ガス供給路１６に沿って延びて排気路１９の出口１９ａに接続されている。酸化ガス供給路１６と排気路１９は、パイプ３３を適宜接続して形成される。管体には、図示を省略するが断熱材を巻くなどして断熱構造が設けられる。
【００４２】
図４、図５に示した例では、発電部５２は全体として直方体状で、コンパクトに形成される。
【００４３】
限られた大きさの発電部５２に、前述のような加熱炉３６を収めるとともに、酸化ガス供給路１６と排気路１９を形成して各部材を配設するため、図５に示したように、酸化ガス供給路１６の入口は直方体状の発電部５２の上部における一方の短辺側の面に形成されている。この部分に送風機２１が固定される。排気路１９の出口１９ａは、発電部５２における酸化ガス供給路１６の入口を有する面の隣に位置する長辺側の面に形成されている。
【００４４】
酸化ガス供給路１６は、送風機２１の送風口２１ａから排気路１９の出口１９ａを有する面と反対側の短辺方向に曲がったのち、出口１９ａと反対側の長辺側の面に近い部分に排気路用のスペースを残して内側で長辺方向に延びている。送風機２１から長辺側の面に向けて延びる部分に、四面に口を有する低温側熱交換器２３ａが保持されている。低温側熱交換器２３ａは前後左右の四面にそれぞれ方向の異なる口を有する。具体的には、低温側熱交換器２３ａは略直方体状で、長手方向の両端（前後）と、これら両端の近い部分の左面または右面に口が形成されている。
【００４５】
酸化ガス供給路１６の長辺側の面に沿って延びる部分１６ａは水平ではなく略水平、具体的にはやや上方に向けて斜めに延びている。これから先の部分１６ｂは、入口とは反対側の短辺側の面に近い位置で真っ直ぐ下に延び、その先の部分１６ｃを排気路用のスペースを残した側、つまり排気路１９の出口１９ａを有する側の面と反対側の面に向けて曲げてから、長辺側の面に沿って水平に延ばしている。この部分には前後と上下の四面に口を有する高温側熱交換器２３ｂが保持されている。
【００４６】
低温側熱交換器２３ａと高温側熱交換器２３ｂには同一形状のものが使用され、向きを変えて取り付けられる。
【００４７】
高温側熱交換器２３ｂから先の部分１６ｄは、適宜位置で真っ直ぐ下に延ばしている。真っ直ぐ下に延びるこの部分は、加熱炉３６の一側に沿っており、加熱炉３６の厚み方向における断熱室３５を有する側に偏っている。
【００４８】
酸化ガス供給路１６の先端は、図６にも示したように、加熱炉３６に接続されて断熱室３５の下部の空間に開口している。酸化ガス供給路１６の先端部には、断熱室３５側に傾く傾斜面１６ｅが形成されている。この傾斜面１６ｅの下方にバーナー１７が保持されている。つまり、酸化ガス供給路１６を流れる酸化ガスは一部がバーナー１７に供給されて断熱室３５の下部に入る。
【００４９】
断熱室３５は下部におけるバーナー１７よりも若干高い位置に整流板３７を備えている。整流板３７は、バーナー１７の燃焼による空気や熱の流れを均等にするためもので、適宜大きさ適宜形状、適宜数の貫通した窓部３７ａを有している。
【００５０】
断熱室３５には、整流板３７の上方にセルスタック２７が位置するように、改質発電ユニット２６が保持されている。改質発電ユニット２６は、複数のセルスタック２７を配設して構成されている。図示例の燃料電池部１３は６個のセルスタック２７を有する。電気エネルギーを発生させる反応は各セルスタック２７を構成するチューブ状のセルの周囲で生じる。
【００５１】
断熱室３５の上部３５ａは、上方ほど収束する形状であり、排気路１９の入口である。この部分は高温側熱交換器２３ｂの下面の口に連通している。下面の口に入った排気ガスは上面の口から出る。高温側熱交換器２３ｂの上面の口から出た排気路１９の先の部分１９ｂは、気体の流れは逆であるが、図５に示したように酸化ガス供給路１６に沿ってまっすぐ水平にのびる。この部分にＣＯ除去器１８が保持される。ＣＯ除去器１８から出た排気路１９の先の部分１９ｃは、水平に曲がって短辺側の面に沿ってのび、低温側熱交換器２３ａの長手方向の一方の口に入り、他方の口を通り排気路１９の出口１９ａに抜ける。
【００５２】
加熱炉３６には、改質発電ユニット２６の管体３２や、バーナー１７へ燃焼ガスを供給する管体３８、点火プラグ３９、熱管理用の温度計など（図示せず）、必要な部材が保持される。
【００５３】
このような構成の発電部５２に燃焼ガスを供給する前述のガス供給装置５３は、図１に示したように、ガス容器１２と、これを着脱可能に取り付けて開弁及び閉弁する取り付け部（図示せず）と、脱硫装置２０と、改質用空気供給のためのコンプレッサ２５と、図示は省略するがその他の必要な機器や制御部を備えている。
【００５４】
電力変換部５４は、図７の電力変換システム回路図に示したような回路を備え、電気エネルギーを適宜変換して使用に供する。セルスタック２７を構成する複数本のセルは直列接続されており、図７に示したように６個のセルスタック２７は並列接続されている。各セルスタック２７間での電圧のばらつきを解消すべく、セルスタック２７ごとにＤＣ−ＤＣコンバータ４１を備えている。図７中、４２は電波バランス用抵抗、４３は保護用ポリスイッチ、４４は逆潮流防止用ダイオード、４５は出力端子である。
【００５５】
以上のように構成されたポータブル発電機５１とそのＳＯＦＣシステム１１では、次のようにして発電がなされる。
【００５６】
ガス容器１２に充填された燃料ガスがバーナー燃料供給路２２を通ってバーナー１７に供給され、送風機２１で取り込まれた空気が酸化ガス供給路１６を通ってバーナー１７に供給されて、点火プラグ３９によってバーナー１７で燃焼が起こると、燃料電池部１３を有する改質発電ユニット２６は加熱され、所定の温度、たとえば６００℃程度まで昇温する。このときに発生する熱は、加熱炉３６内の断熱室３５及びその周囲の保温力によって蓄えられ、燃料電池部１３と改質器１４の昇温を促す。
【００５７】
所定温度、たとえば３００℃程度の以上になった改質器１４では燃料ガスの改質を行う。つまり、ガス容器１２から燃料ガス供給路１５を通って供給される炭化水素燃料である燃料ガスは、脱硫装置２０で硫黄成分が除去されてから、改質器１４に供給される。この燃料ガスと共に、空気が改質用空気供給路２４を通して改質器１４に供給されると、改質触媒層１４ａにおいて部分酸化反応が起こって、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）の混合気体である燃料ガスが製造される。このとき、改質器１４を構成する改質触媒層１４ａの直下位置には拡散板２９が備えられているので、燃料ガスと酸化ガスを改質触媒層１４ａにまんべんなく均等に作用させて、良好な反応を行わせることができる。
【００５８】
改質器１４での改質は前述のように部分酸化反応で行うので発熱を伴う。前述のように改質触媒層１４ａは７００℃程度まで昇温し、改質器１４から燃料電池部１３に供給される燃料ガスは熱く、燃料電池部１３の昇温もなされる。
【００５９】
燃料電池部１３では、改質器１４から供給される燃料ガス（Ｈ２及びＣＯ）と、酸化ガス供給路１６を通して供給される酸化ガス（空気）が電気化学反応を起こして、直流電流が得られる。空気の供給に際しては、酸化ガス供給路１６を通る空気は、排気路１９を通る排気ガスが熱交換器２３によって段階的に昇温される。
【００６０】
送風機２１によって酸化ガス供給路１６に取り込まれた空気は、低温側熱交換器２３ａに入り、排気ガスとの熱交換により最初の昇温をする。つづいて、酸化ガス供給路１６における斜めに上昇する部分１６ａと空気を下方に導く部分１６ｂを通して、低温側熱交換器２３ａよりも下方に備えられた高温側熱交換器２３ｂで、次の昇温を行う。高温側熱交換器２３ｂに入るまでの部分は熱くなった空気の自然の流れに逆らうように空気を導くので、空気の昇温は十分に行える。
【００６１】
高温側熱交換器２３ｂを出た空気は、さらに下方に導かれ、バーナー１７に酸素を供給しながら熱せられて、燃料電池部１３に供給される。このとき、予め加熱されている酸化ガスは、更に温度を上げて約７００℃に昇温され、整流板３によって断熱室３５内のセルスタック２７部分に等しく拡散される。この加熱された酸化ガスによっても燃料電池部１３は加熱され、約６００℃程度まで昇温する。
【００６２】
燃料電池部１３における発電で生じる高温の排気ガスは、断熱室３５の上部から高温側熱交換器２３ｂに入り、酸化ガス供給路１６をとおして導入される酸化ガス（空気）との間で熱交換をする。この結果、空気は昇温する一方で排気ガスは温度を下げる。高温側熱交換器２３ｂを出た排気ガスは、ＣＯ除去器１８を通ってから低温側熱交換器２３ａに入り、更に温度を下げる一方で、酸化ガス供給路１６に入る空気の温度を上げる。低温側熱交換器２３ａを通った排気ガスは排気路１９の出口１９ａから排出される。
【００６３】
高温側熱交換器２３ｂを通過した排気ガスの温度は低下されるものの、断熱室３５内で６００℃を超える排気ガスの温度は２００℃以上に保たれ、ＣＯ除去器１８で一酸化炭素（ＣＯ）が除去される。その後、排気ガスは低温側熱交換器２３ａを通って８０℃以下の温度に下がり、排出される。
【００６４】
燃料電池部１３では、熱交換器２３による酸化ガスの加熱と、バーナー１７による加熱と改質器１４の発熱反応による加熱と、断熱室３５による断熱保温とによって効果的に適切な温度に昇温できる。断熱室は、バーナー１７を一緒に収容しており、小型化に資するとともに、燃料ガスや酸化ガス、燃料電池部に与えた熱が逃げることを抑制する。このため、電気エネルギーを安定的に発生させることができる。
【００６５】
燃料電池部１３で得られた直流電流は、電力変換部５４において例えば図７に示したような回路によって安定的に供給され、適宜変換して使用に供される。
【００６６】
そして、このようなＳＯＦＣシステム１１を備えたポータブル発電機５１は、発電部５２とガス供給装置５３と電力変換装置５４が一体であるので、移動や使用が容易である。移動に際しては筐体５５の下のキャスタ５６と、上部に備えられたハンドル５７が移動に際しての操作性を向上する。
【００６７】
しかも、前述のように改質発電ユニット２６は燃料電池部１３と改質部１４を一体に備えるとともに、改質発電ユニット２６はバーナー１７と一緒に断熱室３５に収容されるので、小型化が図れる。このため発電部５２の小型化を実現でき、ひいてはポータブル発電機５１全体の小型化が可能で、ポータブル化を実現できる。
【００６８】
この発明の構成と、前述の一形態の構成との対応において、  
この発明の加熱手段は、前述のバーナー１７に対応し、  
同様に、  
移動手段は、キャスタ５６に対応するも、  
この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。
【００６９】
たとえば、加熱手段は、発電のための燃料ガスを充填したガス容器１２の燃料ガスを用いて加熱するもののほか、別途に備えられた燃料ガスを用いて加熱するものでもよく、また燃料ガスを燃焼させる以外の方式の加熱手段でもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１１…カートリッジガスを用いた固体酸化物形燃料電池発電システム
１２…ガス容器
１３…燃料電池部
１４…改質器
１５…燃料ガス供給路
１６…酸化ガス供給路
１７…バーナー
１８…ＣＯ除去器
１９…排気路
２３…熱交換器
２３ａ…低温側熱交換器
２３ｂ…高温側熱交換器
２６…改質発電ユニット
３５…断熱室
５１…ポータブル発電機
５２…発電部
５３…ガス供給装置
５４…電力変換装置
５５…筐体
５６…キャスタ
【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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