(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料側電極、電解質及び酸素側電極を含む燃料電池セルをそれぞれ含む少なくとも１つの燃料電池モジュールと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記燃料側電極に燃料ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの燃料供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に酸化性ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの酸化性ガス供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうち、前記燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する最下流モジュールから排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスラインと、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちのいずれかに含まれる前記酸素側電極に前記排燃料ガスを供給するように構成され、
前記いずれかの燃料電池モジュールのうち、第１部位に比べて低温の第２部位に、前記第１部位に比べて多くの前記排燃料ガスが供給されるように構成された
燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記最下流排燃料ガスラインは、前記いずれかの燃料電池モジュールに対応する前記酸化性ガス供給ラインに接続された
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記最下流モジュールから排出される前記排燃料ガスの全量が、前記最下流排燃料ガスラインを介して、前記いずれかの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に供給されるように構成された
請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
燃料側電極、電解質及び酸素側電極を含む燃料電池セルをそれぞれ含む少なくとも１つの燃料電池モジュールと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記燃料側電極に燃料ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの燃料供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に酸化性ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの酸化性ガス供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうち、前記燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する最下流モジュールから排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスラインと、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちのいずれかに含まれる前記酸素側電極に前記排燃料ガスを供給するように構成され、
何れかの前記燃料電池モジュールから排出される排燃料ガスを前記何れかの燃料電池モジュールに対応する前記燃料供給ラインに再循環させるための再循環ラインと、
前記再循環ラインに設けられた再循環ブロワと、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記再循環ブロワよりも下流側にて前記再循環ラインから分岐された排燃料ガスが流れるように構成される
燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記いずれかの燃料電池モジュールの発電室の温度に基づいて、前記最下流排燃料ガスラインを介した前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量を調節するための供給量調節部を備えた
請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
燃料側電極、電解質及び酸素側電極を含む燃料電池セルをそれぞれ含む少なくとも１つの燃料電池モジュールと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記燃料側電極に燃料ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの燃料供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に酸化性ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの酸化性ガス供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうち、前記燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する最下流モジュールから排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスラインと、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちのいずれかに含まれる前記酸素側電極に前記排燃料ガスを供給するように構成され、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールは、第１モジュール及び第２モジュールを含む複数の燃料電池モジュールを含み、
前記最下流排燃料ガスラインは、
前記最下流モジュールから排出される前記排燃料ガスを、前記第１モジュールの酸素側電極に供給するための第１分岐ラインと、
前記最下流モジュールから排出される前記排燃料ガスを、前記第２モジュールの酸素側電極に供給するための第２分岐ラインと、を含む
燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記第１モジュールの発電室の温度、及び、前記第２モジュールの発電室の温度に基づいて、前記第１分岐ラインを介した前記第１モジュールの前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量と、前記第２分岐ラインを介した前記第２モジュールの前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量の割合を調節するように構成された供給量調節部を備えた
請求項６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
燃料側電極、電解質及び酸素側電極を含む燃料電池セルをそれぞれ含む少なくとも１つの燃料電池モジュールと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記燃料側電極に燃料ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの燃料供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に酸化性ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの酸化性ガス供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうち、前記燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する最下流モジュールから排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスラインと、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちのいずれかに含まれる前記酸素側電極に前記排燃料ガスを供給するように構成され、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールは、前記最下流モジュールと、前記燃料ガスの流れにおいて前記最下流モジュールよりも上流側に位置する上流側モジュールと、を含む複数の燃料電池モジュールを含み、
前記上流側モジュールから排出される排燃料ガスを、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちいずれかに含まれる前記酸素側電極に供給するための上流側排燃料ガスラインを備える
燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記少なくともいずれかの燃料電池モジュールの発電室の温度に基づいて、前記最下流排燃料ガスラインを介した前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量、及び、前記上流側排燃料ガスラインを介した前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量を調節するための供給量調節部を備えた
請求項８に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
前記最下流モジュールからの排燃料ガスが、前記排燃料ガスと、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールからの排酸化性ガスとを燃焼させるための燃焼器を経由せずに排気されるように構成された
請求項１乃至９の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１１】
前記最下流モジュールからの排燃料ガスが、メタン処理器を経由せずに排気されるように構成された
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１２】
前記少なくともいずれかの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極は、ペロブスカイト型構造を有する物質を含む
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１３】
前記酸素側電極に供給される前記酸化性ガスを昇圧するように構成された昇圧機を備える
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１４】
前記酸素側電極から排出される排酸化性ガスによって駆動されるように構成されたタービンを備える
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１５】
前記酸素側電極と前記タービンとの間には燃焼器が設けられていない
請求項１４に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池から排出される排燃料ガスにはメタン、水素及び一酸化炭素等の未利用燃料が含まれる。このため、燃料電池からの排燃料ガスは、通常、所定の未利用成分の排ガス中濃度が規定値（規制値等）未満に低減されるように処理を施してから、系外に放出されるようになっている。
【０００３】
特許文献１には、燃料電池からの排燃料ガスを燃焼器で燃焼させてから排出することが記載されている。特許文献１に記載の発電システムでは、燃料電池からの排燃料が流れる排燃料ラインに触媒燃焼器が設けられている。触媒燃焼器には、燃料電池からの排空気が供給されるようになっており、該触媒燃焼器にて排空気中の酸素を酸化剤として排燃料が燃焼され、これにより生成する燃焼ガスが、タービンを経由して排ガスラインを介して排出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６５９１１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池から排出される排燃料ガスは、燃料成分の濃度が比較的低い。このため、排燃料ガスを燃焼させる燃焼器として火炎燃焼式の燃焼器を用いる場合、安定的に排燃料ガスを燃焼させるために燃料源から追加燃料を投入したり、あるいは、燃焼器での失火を回避するために、排燃料ガスの状態（例えば流量や組成）が急激に変化しないように燃料電池の負荷変化速度を制限したりする必要がある場合がある。また、上述の燃焼器として触媒燃焼器を用いる場合、触媒性能を維持するために定期的な交換が必要となり、コスト増加の要因となり得る。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、コスト増大を抑制しながら排燃料ガスを適切に処理可能な燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料電池発電システムは、
燃料側電極、電解質及び酸素側電極を含む燃料電池セルをそれぞれ含む少なくとも１つの燃料電池モジュールと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記燃料側電極に燃料ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの燃料供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に酸化性ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの酸化性ガス供給ラインと、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうち、前記燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する最下流モジュールから排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスラインと、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちのいずれかに含まれる前記酸素側電極に前記排燃料ガスを供給するように構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、コスト増大を抑制しながら排燃料ガスを適切に処理可能な燃料電池発電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）の概略図である。
【図２】一実施形態に係るＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）を構成するＳＯＦＣカートリッジ（燃料電池カートリッジ）の概略的な断面図である。
【図３】一実施形態に係るＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）を構成するセルスタックの概略的な断面図である。
【図４Ａ】幾つかの実施形態に係る燃料発電システムの概略構成図である。
【図４Ｂ】幾つかの実施形態に係る燃料発電システムの概略構成図である。
【図５】一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【図６】一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【図７】一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【図８】一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【図９】一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１１】
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。また、本実施形態では、上下方向と水平方向で同様な効果を得られるものは、紙面における上下方向が必ずしも鉛直上下方向に限定することなく、例えば鉛直方向に直交する水平方向に対応してもよい。
【００１２】
以下において、燃料電池発電システムを構成する燃料電池として固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ，  ＳＯＦＣ）を採用した実施形態について説明するが、幾つかの実施形態では、燃料電池発電システムを構成する燃料電池として、ＳＯＦＣ以外のタイプの燃料電池（例えば溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ−ｃａｒｂｏｎａｔｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌｓ，  ＭＣＦＣ）等）を採用してもよい。
【００１３】
（燃料電池モジュールの構成）
まず、図１〜図３を参照して、幾つかの実施形態に係る燃料電池発電システムを構成する燃料電池モジュールについて説明する。図１は、一実施形態に係るＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）の概略図である。図２は、一実施形態に係るＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）を構成するＳＯＦＣカートリッジ（燃料電池カートリッジ）の概略的な断面図である。図３は、一実施形態に係るＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）を構成するセルスタックの概略的な断面図である。
【００１４】
ＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）２０１は、図１に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ（燃料電池カートリッジ）２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを備える。なお、図１には円筒形のＳＯＦＣのセルスタック１０１を例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａ及び燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを備える。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）及び酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを備える。
【００１５】
燃料ガス供給管２０７は、圧力容器２０５の外部に設けられ、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
【００１６】
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。
【００１７】
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約３ＭＰａ、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【００１９】
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図２に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給ヘッダ２１７と、燃料ガス排出ヘッダ２１９と、酸化性ガス（空気）供給ヘッダ２２１と、酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを備える。また、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備える。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給ヘッダ２１７と燃料ガス排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とが図２のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタック１０１の内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタック１０１の長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００２０】
発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置された領域であり、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、温度計測部（温度センサや熱電対など）で監視され、燃料電池モジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１０００℃の高温雰囲気となる。
【００２１】
燃料ガス供給ヘッダ２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。また、複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、燃料ガス供給ヘッダ２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。
【００２２】
燃料ガス排出ヘッダ２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、図示しない燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。また、複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、燃料ガス排出ヘッダ２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出ヘッダ２１９に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くものである。
【００２３】
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体（支持体）２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に導くものである。
【００２４】
酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体（支持体）２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、発電室２１５から、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くものである。
【００２５】
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材２３７ａ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給ヘッダ２１７と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを隔離するものである。
【００２６】
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを備える。
【００２７】
この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを仕切るも  のであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に導くものである。
【００２８】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される。また、燃料ガスは、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００２９】
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材２３７ｂ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを隔離するものである。
【００３０】
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを備える。
【００３１】
この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給ヘッダ２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。
【００３２】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料ガスは、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出ヘッダ２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００３３】
発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された直流電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換されて、電力供給先（例えば、負荷設備や電力系統）へと供給される。
【００３４】
図３に示すように、セルスタック１０１は、一例として円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。燃料電池セル１０５は、燃料側電極１０９と固体電解質膜（電解質）１１１と酸素側電極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル１０５の酸素側電極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル１０５の燃料側電極１０９に電気的に接続されたリード膜１１５を備える。
【００３５】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料側電極１０９に拡散させるものである。
【００３６】
燃料側電極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。燃料側電極１０９の厚さは５０μｍ〜２５０μｍであり、燃料側電極１０９はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。この場合、燃料側電極１０９は、燃料側電極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料側電極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質膜１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質膜１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
固体酸化物形燃料電池の燃料側電極１０９に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、及び石炭などの炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガスなどが挙げられる。
【００３７】
固体電解質膜１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質膜１１１は、酸素側電極で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料側電極に移動させるものである。燃料側電極１０９の表面上に位置する固体電解質膜１１１の膜厚は１０μｍ〜１００μｍであり固体電解質膜１１１はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。
【００３８】
酸素側電極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成され、酸素側電極１１３はスラリーをスクリーン印刷またはディスペンサを用いて塗布される。この酸素側電極１１３は、固体電解質膜１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。
酸素側電極１１３は２層構成とすることもできる。この場合、固体電解質膜１１１側の酸素側電極層（酸素側電極中間層）は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。酸素側電極中間層上の酸素側電極層（酸素側電極導電層）は、Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。
酸化性ガスとは，酸素を略１５％〜３０％含むガス  であり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
【００３９】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、スラリーをスクリーン印刷する。インターコネクタ１０７は、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の酸素側電極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料側電極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。
【００４０】
リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材やＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出するものである。
【００４１】
幾つかの実施形態では、上述のように燃料側電極又は酸素側電極と基体管を別々に設けるのではなく、燃料側電極又は酸素側電極を厚く形成して基体管を兼用するようにしてもよい。また、本実施形態での基体管は円筒形状を用いたもので説明するが、基体管は筒状であればよく、必ずしも断面が円形に限定されなく、例えば楕円形状でもよい。円筒の周側面を垂直に押し潰した扁平円筒（Ｆｌａｔ  ｔｕｂｕｌａｒ）等のセルスタックでもよい。
【００４２】
（燃料電池発電システムの構成）
次に、図４Ａ〜図１０を参照して、幾つかの実施形態に係る燃料電池発電システム（以下、「発電システム」ともいう。）について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、幾つかの実施形態に係る燃料発電システムの概略構成図である。図５〜図１０は、それぞれ、一実施形態に係る燃料発電システムの構成を示す図である。
【００４３】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、一実施系形態に係る発電システム（燃料電池発電システム）１は、少なくとも１つの燃料電池モジュール２０１（図１参照）を含む燃料電池部１０と、燃料電池部１０に燃料ガスを供給するための燃料供給ライン２０と、燃料電池部１０に酸化性ガス（例えば空気）を供給するための酸化性ガス供給ライン４０と、燃料電池部１０からの排燃料ガスが流れる排燃料ガスライン２２と、燃料電池部１０からの排酸化性ガスが流れる排酸化性ガスライン４２と、を備える。
【００４４】
幾つかの実施形態では、酸化性ガス供給ライン４０に、燃料電池部１０に供給される酸化性ガスを昇圧するための昇圧機（例えば図４Ｂに示す圧縮機５０）が設けられ、昇圧機で昇圧した酸化性ガスが燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給されるようになっている。上述の昇圧機は、例えば圧縮機又はブロワであってもよい。
【００４５】
幾つかの実施形態では、排酸化性ガスライン４２に、排酸化性ガスによって駆動されるように構成されたタービン５２が設けられる。図４Ｂに示すように、圧縮機５０とタービン５２とは、回転シャフト５４を介して接続され、タービン５２によって圧縮機５０が回転駆動されるようになっていてもよい。あるいは、タービン５２には、該タービン５２によって駆動されるように構成された発電機が接続されていてもよい。
【００４６】
図５〜図１０に示すように、燃料電池部１０は、少なくとも１つの燃料電池モジュール２０１を含む。既に述べたように、燃料電池モジュール２０１は、１以上の燃料電池カートリッジ２０３を備えており、燃料電池カートリッジ２０３は、複数の燃料電池セル１０５をそれぞれ含む複数のセルスタック１０１により構成されている（図１及び図２参照）。燃料電池セル１０５の各々は、燃料側電極１０９、電解質１１１及び酸素側電極１１３を含む（図３参照）。
【００４７】
図５及び図６に示す例示的な実施形態では、燃料電池部１０は、１つの燃料電池モジュール２０１、すなわち第１燃料電池モジュール２０１Ａを含む。図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、燃料電池部１０は、２つの燃料電池モジュール２０１、すなわち、第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び第２燃料電池モジュール２０１Ｂを含む。
【００４８】
図５〜図１０に示すように、燃料供給ライン２０は、燃料電池モジュール２０１の各々に含まれる燃料側電極１０９（すなわち、燃料電池モジュール２０１を構成する燃料電池セル１０５の燃料側電極１０９）に燃料ガスを供給するように構成される。
【００４９】
図５及び図６に示す例示的な実施形態では、燃料供給ライン２０は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの燃料側電極１０９に燃料ガスを供給するための第１燃料供給ライン２０ａを含む。
【００５０】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、燃料供給ライン２０は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの燃料側電極１０９に燃料ガスを供給するための第１燃料供給ライン２０ａと、第２燃料電池モジュール２０１Ｂの燃料側電極１０９に燃料ガスを供給するための第２燃料供給ライン２０ｂと、を含む。また、複数の燃料電池モジュール２０１Ａ，２０１Ｂは、燃料ガスの流れにおいて直列に配列される。すなわち、２つの燃料電池モジュール２０１Ａ，２０１Ｂのうち、燃料ガス流れの上流側に位置する第１燃料電池モジュール２０１Ａの燃料側電極１０９には第１燃料供給ライン２０ａを介して燃料ガスが供給される。また、燃料ガス流れの下流側に位置する第２燃料電池モジュール２０１Ｂの燃料側電極１０９には、第１燃料電池モジュール２０１Ａからの排燃料ガスが、第２燃料供給ライン２０ｂを介して供給される。
【００５１】
なお、上述の第１燃料供給ライン２０ａ及び第２燃料供給ライン２０ｂは、それぞれ、各燃料電池モジュール２０１における燃料ガス供給管２０７及び燃料ガス供給枝管２０７ａ（図１参照）に対応する。
【００５２】
燃料電池部１０に含まれる燃料電池モジュール２０１のうち、燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する燃料電池モジュール２０１は、最下流モジュール１４である。すなわち、図５及び図６に示す実施形態における燃料電池モジュール２０１は最下流モジュール１４である。また、図７〜図１０に示す実施形態における第２燃料電池モジュール２０１Ｂは最下流モジュール１４である。また、図７〜図１０に示す実施形態において、燃料ガスの流れにおいて第２燃料電池モジュール２０１Ｂよりも上流側に位置する第１燃料電池モジュール２０１Ａは、上流側モジュール１６である。
【００５３】
燃料電池モジュール２０１からの排燃料ガスは、排燃料ガスライン２２（２２ａ，２２ｂ）を介して排出される。
【００５４】
図５〜図６に示す例示的な実施形態では、第１燃料電池モジュール２０１Ａからの排燃料ガスは、第１排燃料ガスライン２２ａを介して排出される。第１排燃料ガスライン２２ａは、最下流モジュール１４（第１燃料電池モジュール２０１Ａ）から排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスライン２１である。
【００５５】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、第１燃料電池モジュール２０１Ａからの排燃料ガスは第１排燃料ガスライン２２ａを介して排出され、第２燃料電池モジュール２０１Ｂからの排燃料ガスは第２排燃料ガスライン２２ｂを介して排出される。第２排燃料ガスライン２２ｂは、最下流モジュール１４（第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）から排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスライン２１である。
【００５６】
なお、上述の第１排燃料ガスライン２２ａ及び第２排燃料ガスライン２２ｂは、それぞれ、各燃料電池モジュール２０１における燃料ガス排出管２０９及び燃料ガス排出枝管２０９ａ（図１参照）に対応する。
【００５７】
図５〜図１０に示すように、酸化性ガス供給ライン４０は、燃料電池モジュール２０１の各々に含まれる酸素側電極１１３（すなわち、燃料電池モジュール２０１を構成する燃料電池セル１０５の酸素側電極１１３）に酸化性ガスを供給するように構成される。
【００５８】
図５及び図６に示す例示的な実施形態では、酸化性ガス供給ライン４０は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの酸素側電極１１３に酸化性ガスを供給するための第１酸化性ガス供給ライン４０ａを含む。
【００５９】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、酸化性ガス供給ライン４０は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの酸素側電極１１３に酸化性ガスを供給するための第１酸化性ガス供給ライン４０ａと、第２燃料電池モジュール２０１Ｂの酸素側電極１１３に酸化性ガスを供給するための第２酸化性ガス供給ライン４０ｂと、を含む。第１酸化性ガス供給ライン４０ａと第２酸化性ガス供給ライン４０ｂとは、第１燃料電池モジュール２０１Ａよりも上流側の位置で互いから分岐している。
【００６０】
なお、上述の第１酸化性ガス供給ライン４０ａ及び第２酸化性ガス供給ライン４０ｂは、それぞれ、各燃料電池モジュール２０１における酸化性ガス供給管及び酸化性ガス供給枝管（図１において不図示）に対応する。
【００６１】
燃料電池モジュール２０１からの排酸化性ガスは、排酸化性ガスライン４２（４２ａ，４２ｂ）を介して排出される。
【００６２】
図５〜図６に示す例示的な実施形態では、第１燃料電池モジュール２０１Ａからの排酸化性ガスは、第１排酸化性ガスライン４２ａを介して排出される。
【００６３】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、第１燃料電池モジュール２０１Ａからの排酸化性ガスは第１排酸化性ガスライン４２ａを介して排出され、第２燃料電池モジュール２０１Ｂからの排酸化性ガスは第２排酸化性ガスライン４２ｂを介して排出される。図７〜図１０に示すように、第１排酸化性ガスライン４２ａと第２排酸化性ガスライン４２ｂとが接続され、複数の燃料電池モジュール２０１からの排酸化性ガスが合流して排出されるようになっていてもよい。
【００６４】
なお、上述の第１排酸化性ガスライン４２ａ及び第２排酸化性ガスライン４２ｂは、それぞれ、各燃料電池モジュール２０１における酸化性ガス排出管及び酸化性ガス排出枝管（図１において不図示）に対応する。
【００６５】
幾つかの実施形態では、発電システム１は、何れかの燃料電池モジュール２０１から排出される排燃料ガスを、該燃料電池モジュール２０１に対応する燃料供給ライン２０に再循環させるための再循環ライン２４と、再循環ライン２４に設けられた再循環ブロワ２３と、を含む。
【００６６】
図５〜図１０に示す例示的な実施形態では、再循環ライン２４は、第１燃料電池モジュール２０１Ａから第１排燃料ガスライン２２ａを介して排出された排燃料ガスを、第１燃料供給ライン２０ａに再循環させるように構成されている。第１排燃料ガスライン２２ａの一部は、再循環ライン２４の一部を構成し、再循環ブロワ２３は、再循環ライン２４を構成する第１排燃料ガスライン２２ａの部位に設けられている。
【００６７】
幾つかの実施形態では、最下流排燃料ガスライン２１は、燃料電池部１０に含まれる燃料電池モジュール２０１のうち何れかに含まれる酸素側電極１１３に、最下流モジュール１４からの排燃料ガスを供給するように構成される。最下流排燃料ガスライン２１は、上述の何れかの燃料電池モジュール２０１に対応する酸化性ガス供給ライン４０に接続され、酸化性ガス供給ライン４０を介して該燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に排燃料ガスを供給するようになっていてもよい。すなわち、酸化性ガス供給ライン４０から燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給される酸化性ガスに、最下流排燃料ガスライン２１からの排燃料ガスを混合させるようにしてもよい。
【００６８】
図５及び図６に示す例示的な実施形態では、第１燃料電池モジュール２０１Ａ（最下流モジュール１４）に対応する第１排燃料ガスライン２２ａを含む最下流排燃料ガスライン２１は、第１燃料電池モジュール２０１Ａに対応する第１酸化性ガス供給ライン４０ａに接続されている。そして、第１燃料電池モジュール２０１Ａからの排燃料ガスは、最下流排燃料ガスライン２１（第１排燃料ガスライン２２ａを含む）及び第１酸化性ガス供給ライン４０ａを介して、第１燃料電池モジュール２０１Ａに含まれる酸素側電極１１３に供給される。
【００６９】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、第２燃料電池モジュール２０１Ｂ（最下流モジュール１４）に対応する第２排燃料ガスライン２２ｂを含む最下流排燃料ガスライン２１は、第１燃料電池モジュール２０１Ａに対応する第１酸化性ガス供給ライン４０ａに接続される第１分岐ライン３０と、第２燃料電池モジュール２０１Ｂに対応する第２酸化性ガス供給ライン４０ｂに接続される第２分岐ライン３２と、を含む。そして、第２燃料電池モジュール２０１Ｂからの排燃料ガスは、最下流排燃料ガスライン２１（第２排燃料ガスライン２２ｂ及び第１分岐ライン３０を含む）及び第１酸化性ガス供給ライン４０ａを介して第１燃料電池モジュール２０１Ａに含まれる酸素側電極１１３に供給されるとともに、最下流排燃料ガスライン２１（第２排燃料ガスライン２２ｂ及び第２分岐ライン３２を含む）及び第２酸化性ガス供給ライン４０ｂを介して第２燃料電池モジュール２０１Ｂに含まれる酸素側電極１１３に供給される。
【００７０】
燃料電池セルの酸素側電極は、燃料成分と酸素との触媒燃焼反応における触媒として作用する構造を有することがある。上述の実施形態によれば、最下流モジュール１４から排出される排燃料ガスを、何れかの燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を酸素側電極１１３の触媒作用を利用して適切に燃焼させることができる。すなわち、燃料電池モジュール２０１の運転中、発電室２１５は６００−１０００℃程度の高温であり、このため、酸素側電極１１３における触媒燃焼反応において未燃のおそれがなく、また、触媒燃焼反応は無炎燃焼であるから、失火のおそれもない。よって、酸素側電極１１３にて、排燃料ガス中の未利用燃料成分を安定的に燃焼させることができる。したがって、排燃料ガスが流れる流路に通常設けられる燃焼器（すなわち、燃料電池モジュールからの排燃料ガスと排酸化性ガスとを燃焼させるための燃焼器）を省略してコスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【００７１】
また、上述のように燃焼器を省略できるため、その分系統圧損が低下し、燃料供給動力及び酸化性ガス供給動力（昇圧装置等の動力）を削減することができる。
【００７２】
また、上述の実施形態によれば、燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３にて排燃料ガス中の未利用燃料成分を燃焼させるようにしたので、この燃焼により生成する熱を利用して燃料電池モジュール２０１における温度のばらつきを抑制することができる。よって、燃料電池モジュール２０１の発電効率を高めることができ、これにより、発電システム１の効率を向上することができる。
【００７３】
すなわち、燃料電池モジュール２０１内に温度分布がある場合、燃料電池モジュール２０１における最高温度を許容値以下に抑えて運転する必要があるため、低温の部位における発電効率が低下する。したがって、上述のように、酸素側電極１１３での燃焼反応で生じる熱を利用して、燃料電池モジュール２０１における比較的低温の部位の温度を上昇させることで、例えば、燃料電池モジュール２０１を構成する燃料電池カートリッジ２０３の内部の面内温度分布を緩和することができる。あるいは、複数の燃料電池カートリッジ２０３毎に排燃料ガスの供給量を調整すれば、燃料電池カートリッジ２０３間の温度分布も緩和できる。このようにして、燃料電池モジュール２０１における温度のばらつきを抑制することができる。
【００７４】
また、上述のように、燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３での燃焼により、低負荷運転時においても、発電室２１５の温度を維持しやすくなると共に排燃料を安定燃焼させるために追加の燃料を燃焼器に供給する必要がないため、低負荷運転時の発電効率が向上する。また、待機運転（ホットスタンバイ）においても燃料消費量の削減が可能となる。さらに、燃料電池モジュール２０１への供給空気温度を従来より下げられるため、供給空気温度を昇温するための熱交換器の伝熱面積を削減して、コストを削減することができる。
【００７５】
幾つかの実施形態では、最下流モジュール１４からの排燃料ガスが供給される燃料電池モジュール２０１に含まれる酸素側電極１１３は、ペロブスカイト型結晶構造を有する物質を含む。この場合、排燃料ガスが供給される燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３は、燃料成分と酸素との触媒燃焼反応における触媒として作用するペロブスカイト型結晶構造を有する物質で形成されている。よって、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を該酸素側電極１１３にて適切に燃焼させることができる。
【００７６】
幾つかの実施形態では、例えば図５〜図１０に示すように、最下流排燃料ガスライン２１は、再循環ブロワ２３よりも下流側にて再循環ライン２４から分岐された排燃料ガスが流れるように構成され、この排燃料ガスが、燃料電池モジュール２０１（第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）の酸素側電極１１３に供給されるようになっている。
【００７７】
この場合、排燃料ガスの再循環に用いる再循環ブロワ２３で昇圧された排燃料ガスが、再循環ライン２４から分岐されて最下流排燃料ガスライン２１を介して燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給される。したがって、排燃料ガスを燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給するために昇圧するための昇圧装置を、再循環ブロワ２３に加えて設ける必要がないので、コスト増大を効果的に抑制することができる。
【００７８】
幾つかの実施形態では、例えば図５、図７及び図９に示すように、発電システム１は、最下流排燃料ガスライン２１から分岐する排出ライン２８と、排出ライン２８に設けられた排出バルブ２９と、を備える。この場合、例えば、排出バルブ２９の開度を調節することで、最下流排燃料ガスライン２１を介して燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給する排燃料ガスの量を調節することができる。これにより、最下流排燃料ガスライン２１を介して排燃料ガスを供給する燃料電池モジュール２０１の過昇温を抑制することができる。
【００７９】
幾つかの実施形態では、例えば図６、図８及び図１０に示すように、最下流モジュール１４（第１燃料電池モジュール２０１Ａ又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）から排出される排燃料ガスの全量が、最下流排燃料ガスライン２１を介して、燃料電池モジュール２０１（第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）に含まれる酸素側電極１１３に供給されるように構成される。すなわち、これらの実施形態では、発電システム１には、上述の排出ライン２８及び排出バルブ２９が設けられておらず、最下流モジュール１４から排出される排燃料ガスの全量が、何れかの燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給されてから、系外に排出される。
【００８０】
上述の実施形態によれば、最下流モジュール１４から排出される排燃料ガスの全量を、燃料電池モジュール２０１に含まれる酸素側電極１１３に供給するようにしたので、排燃料ガスの全量を酸素側電極１１３にて適切に燃焼させることができる。
【００８１】
幾つかの実施形態では、発電システム１は、複数の燃料電池モジュール２０１のうち上流側モジュール１６から排出される排燃料ガスを、複数の燃料電池モジュール２０１のうちいずれかに含まれる酸素側電極１１３に供給するための上流側排燃料ガスラインを備える。
【００８２】
図９及び図１０に示す例示的な実施形態では、第１燃料電池モジュール２０１Ａ（上流側モジュール１６）に対応する第１排燃料ガスライン２２ａから分岐し、第２燃料電池モジュール２０１Ｂに対応する第２酸化性ガス供給ライン４０ｂに接続される上流側排燃料ガスライン３４が設けられている。そして、第１燃料電池モジュール２０１Ａ（上流側モジュール１６）から排出される排燃料ガスが、上流側排燃料ガスライン３４及び第２酸化性ガス供給ライン４０ｂを介して、第２燃料電池モジュール２０１Ｂに含まれる酸素側電極１１３に供給されるようになっている。
【００８３】
上述の実施形態によれば、最下流モジュール１４（第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）及び上流側モジュール１６（第１燃料電池モジュール２０１Ａ）から排出される未利用燃料成分の濃度が異なる排燃料ガスを燃料電池モジュール２０１（第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）の酸素側電極１１３に供給するようにしたので、排燃料ガスが供給される燃料電池モジュール２０１の温度をより柔軟に調節しやすい。よって、燃料電池モジュール２０１の発電効率を高めやすくなり、これにより、発電システム１の効率を向上させやすくなる。
【００８４】
幾つかの実施形態では、例えば図７〜図１０に示すように、発電システム１は、燃料電池モジュール２０１（第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）の発電室２１５の温度に基づいて、最下流排燃料ガスライン２１又は上流側排燃料ガスライン３４を介した燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３への排燃料ガスの供給量を調節するための供給量調節部５８を備えていてもよい。
【００８５】
この場合、燃料電池モジュール２０１の発電室２１５の温度に基づいて、最下流排燃料ガスライン２１又は上流側排燃料ガスライン３４を介した酸素側電極１１３への排燃料ガスの供給量を調節するようにしたので、燃料電池モジュール２０１における温度のばらつきを効果的に抑制することができる。よって、燃料電池モジュール２０１を含む発電システム１の発電効率を効果的に高めることができる。
【００８６】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態では、供給量調節部５８は、最下流排燃料ガスライン２１に設けられたバルブ、すなわち、第１分岐ライン３０に設けられたバルブ３１、及び、第２分岐ライン３２に設けられたバルブ３３を含む。また、供給量調節部５８は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの発電室２１５の温度を検出するように構成された温度センサ６２と、第２燃料電池モジュール２０１Ｂの発電室２１５の温度を検出するように構成された温度センサ６４と、を含む。
図９〜図１０に示す例示的な実施形態では、供給量調節部５８は、上流側排燃料ガスライン３４に設けられたバルブ３５をさらに含んでいる。
【００８７】
供給量調節部５８は、さらに、バルブ３１，３３，３５の開度を調節するためのコントローラ６０を含んでいてもよい。コントローラ６０は、温度センサ６２，６４から、第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び第２燃料電池モジュール２０１Ｂの発電室２１５の温度の検出結果を示す信号を受け取るように構成されていてもよい。コントローラ６０は、温度センサ６２，６４から受け取った温度の検出結果に基づいて、バルブ３１，３３，３５の開度を調節するように構成されていてもよい。
【００８８】
図７〜図１０に示す例示的な実施形態において、供給量調節部５８は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの発電室２１５の温度、及び、第２燃料電池モジュール２０１Ｂの発電室２１５の温度に基づいて、第１分岐ライン３０を介した第１燃料電池モジュール２０１Ａの酸素側電極１１３への排燃料ガスの供給量と、第２分岐ライン３２を介した第２燃料電池モジュール２０１Ｂの酸素側電極１１３への排燃料ガスの供給量の割合を調節するように構成されていてもよい。
【００８９】
この場合、第１燃料電池モジュール２０１Ａの発電室２１５の温度と、第２燃料電池モジュール２０１Ｂの発電室２１５の温度とのバランスを適切なものとすることができる。よって、発電システム１の効率を向上することができる。
【００９０】
図９〜図１０に示す例示的な実施形態において、供給量調節部５８は、第１燃料電池モジュール２０１Ａの発電室２１５の温度、及び、第２燃料電池モジュール２０１Ｂの発電室２１５の温度に基づいて、最下流排燃料ガスライン２１（第１分岐ライン３０を含む）を介した第１燃料電池モジュール２０１Ａの酸素側電極１１３への燃料ガスの供給量、最下流排燃料ガスライン２１（第２分岐ライン３２を含む）を介した第２燃料電池モジュール２０１Ｂの酸素側電極１１３への燃料ガスの供給量、及び、上流側排燃料ガスライン３４を介した第２燃料電池モジュール２０１Ｂの酸素側電極１１３への燃料ガスの供給量を調節するように構成されていてもよい。
【００９１】
この場合、排燃料ガスが供給される酸素側電極１１３を含む第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び第２燃料電池モジュール２０１Ｂの発電室２１５の温度に基づいて、最下流モジュール１４からの排燃料ガスの供給量、及び、上流側モジュール１６からの排燃料ガスの供給量を調節する。すなわち、未利用燃料成分の濃度が異なる排燃料ガスの供給量や供給割合を調節するようにしたので、排燃料ガスが供給される燃料電池モジュール２０１の温度をより柔軟に調節することができる。よって、発電システム１の発電効率を効果的に高めることができる。
【００９２】
図５〜図１０に示す発電システム１は、最下流モジュール１４からの排燃料ガスが、該排燃料ガスと、何れかの燃料電池モジュール２０１からの排酸化性ガスとを燃焼させるための燃焼器を経由せずに、排気されるように構成されている。あるいは、上述の発電システム１において、最下流モジュール１４からの排燃料ガスが、上述の燃焼器を経由せずに、排酸化性ガスライン４２を介して排出される。
あるいは、幾つかの実施形態では、発電システム１において、排燃料ガスライン２２及び排酸化性ガスライン４２には、最下流モジュール１４からの排燃料ガスと、何れかの燃料電池モジュール２０１からの排酸化性ガスとを燃焼させるための燃焼器が設けられていない。
【００９３】
上述した実施形態によれば、既に述べたように、最下流モジュール１４から排出される排燃料ガスを、燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を酸素側電極１１３にて適切に燃焼させることができる。したがって、排燃料ガスと、燃料電池モジュール２０１からの排酸化性ガスとを燃焼させるために通常設けられる燃焼器を省略することができるので、コスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【００９４】
図５〜図１０に示す発電システム１は、最下流モジュール１４からの排燃料ガスが、メタン処理器を経由せずに排気されるように構成されている。すなわち、この発電システム１において、排燃料ガスライン２２及び排酸化性ガスライン４２には、排燃料ガス中のメタンを低減するためのメタン処理器が設けられていない。
【００９５】
燃料電池から排出される排燃料ガスには、通常、メタンを含む未利用燃料が含まれる。このため、従来、燃料電池からの排燃料ガスは、該排燃料ガスの排出流路に設けたメタン処理器での処理によりメタン濃度を低減してから系外に放出されることがある。メタン処理器にはメタンと酸化性ガスを反応させる貴金属触媒を用いることができる。この点、上述の実施形態によれば、最下流モジュール１４から排出される排燃料ガスを、燃料電池モジュール２０１の酸素側電極１１３に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれるメタンを含む未利用燃料成分を酸素側電極１１３にて適切に燃焼させることができる。したがって、上述のメタン処理器を省略することができるので、コスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【００９６】
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
【００９７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料電池発電システム（例えば上述の発電システム１）は、
燃料側電極（１０９）、電解質（１１１）及び酸素側電極（１１３）を含む燃料電池セル（１０５）をそれぞれ含む少なくとも１つの燃料電池モジュール（例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）と、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記燃料側電極に燃料ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの燃料供給ライン（２０）と、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極に酸化性ガスをそれぞれ供給するための少なくとも１つの酸化性ガス供給ライン（４０）と、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうち、前記燃料ガスの流れにおける最下流側に位置する最下流モジュール（１４）から排出される排燃料ガスが流れる最下流排燃料ガスライン（２１）と、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちのいずれか（例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）に含まれる前記酸素側電極に前記排燃料ガスを供給するように構成される。
【００９８】
燃料電池セルの酸素側電極は、燃料成分と酸素との触媒燃焼反応における触媒として作用する構造を有することがある。上記（１）の構成によれば、最下流モジュール（燃料電池モジュール）から排出される排燃料ガスを、燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を酸素側電極にて適切に燃焼させることができる。したがって、排燃料ガスが流れる流路に通常設けられる燃焼器（すなわち、燃料電池モジュールからの排燃料ガスと排酸化性ガスとを燃焼させるための燃焼器）を省略してコスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
また、上記（１）の構成によれば、燃料電池モジュールの酸素側電極にて排燃料ガス中の未利用燃料成分を燃焼させるようにしたので、この燃焼により生成する熱を利用して燃料電池モジュールにおける温度のばらつきを抑制することができる。よって、燃料電池モジュールの発電効率を高めることができ、これにより、燃料電池発電システムの効率を向上することができる。
【００９９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記いずれかの燃料電池モジュール（例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）に対応する前記酸化性ガス供給ライン（例えば上述の第１酸化性ガス供給ライン４０ａ又は第２酸化性ガス供給ライン４０ｂ）に接続される。
【０１００】
上記（２）の構成によれば、最下流排燃料ガスラインを流れる排燃料ガスを、酸化性ガス供給ラインを介して燃料電池モジュールに供給するようにしたので、燃料電池モジュールを構成する燃料電池セルの各々の酸素側電極に効率的に排燃料ガスを供給することができる。
【０１０１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記最下流モジュールから排出される前記排燃料ガスの全量が、前記最下流排燃料ガスラインを介して、前記いずれかの燃料電池モジュール（例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）に含まれる前記酸素側電極に供給されるように構成される。
【０１０２】
上記（３）の構成によれば、最下流モジュールから排出される排燃料ガスの全量を、燃料電池モジュールに含まれる酸素側電極に供給するようにしたので、排燃料ガスの全量を酸素側電極にて適切に燃焼させることができる。したがって、コスト増大を効果的に抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【０１０３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記いずれかの燃料電池モジュール（例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ及び／又は第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）の発電室の温度に基づいて、前記最下流排燃料ガスラインを介した前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量を調節するための供給量調節部（５８）を備える。
【０１０４】
上記（４）の構成によれば、燃料電池モジュールの発電室の温度に基づいて、最下流排燃料ガスラインを介した酸素側電極への排燃料ガスの供給量を調節するようにしたので、燃料電池モジュールにおける温度のばらつきを効果的に抑制することができる。よって、燃料電池モジュールの発電効率を効果的に高めることができる。
【０１０５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールは、第１モジュール（例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ）及び第２モジュール（例えば上述の第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）を含む複数の燃料電池モジュールを含み、
前記最下流排燃料ガスラインは、
前記最下流モジュールから排出される前記排燃料ガスを、前記第１モジュールの酸素側電極に供給するための第１分岐ライン（３０）と、
前記最下流モジュールから排出される前記排燃料ガスを、前記第２モジュールの酸素側電極に供給するための第２分岐ライン（３２）と、を含む。
【０１０６】
上記（５）の構成によれば、最下流モジュールから排出される排燃料ガスを、複数の燃料電池モジュールの各々の酸素側電極に供給するようにしたので、複数の燃料電池モジュールの酸素側電極を用いて、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を効率的に燃焼させることができる。
【０１０７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記第１モジュールの発電室の温度、及び、前記第２モジュールの発電室の温度に基づいて、前記第１分岐ラインを介した前記第１モジュールの前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量と、前記第２分岐ラインを介した前記第２モジュールの前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量の割合を調節するように構成された供給量調節部を備える。
【０１０８】
上記（６）の構成によれば、第１モジュールの発電室の温度及び第２モジュールの発電室の温度に基づいて、第１モジュールの酸素側電極への排燃料ガスの供給量と、第２モジュールの酸素側電極への排燃料ガスの供給量の割合を調節するようにしたので、第１モジュールの発電室の温度と、第２モジュールの発電室の温度とのバランスを適切なものとすることができる。よって、燃料電池発電システムの効率を向上することができる。
【０１０９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記少なくとも１つの燃料電池モジュールは、前記最下流モジュール（１４、例えば上述の第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）と、前記燃料ガスの流れにおいて前記最下流モジュールよりも上流側に位置する上流側モジュール（１６、例えば上述の第１燃料電池モジュール２０１Ａ）と、を含む複数の燃料電池モジュールを含み、
前記上流側モジュールから排出される排燃料ガスを、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールのうちいずれか（例えば上述の第２燃料電池モジュール２０１Ｂ）に含まれる前記酸素側電極に供給するための上流側排燃料ガスライン（３４）を備える。
【０１１０】
上記（７）の構成によれば、最下流モジュール及び上流側モジュールから排出される未利用燃料成分の濃度が異なる排燃料ガスを燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するようにしたので、排燃料ガスが供給される燃料電池モジュールの温度を調節しやすい。よって、燃料電池モジュールの発電効率を高めやすくなり、これにより、燃料電池発電システムの効率を向上させやすくなる。
【０１１１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記少なくともいずれかの燃料電池モジュールの発電室の温度に基づいて、前記最下流排燃料ガスラインを介した前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量、及び、前記上流側排燃料ガスラインを介した前記酸素側電極への前記排燃料ガスの供給量を調節するための供給量調節部（５８）を備える。
【０１１２】
上記（８）の構成によれば、排燃料ガスが供給される酸素側電極を含む燃料電池モジュールの発電室の温度に基づいて、最下流モジュールからの排燃料ガスの供給量、及び、上流側モジュールからの排燃料ガスの供給を調節するようにしたので、排燃料ガスが供給される燃料電池モジュールの温度を適切に調節することができる。よって、燃料電池モジュールの発電効率を効果的に高めることができ、これにより、燃料電池発電システムの効率を向上させることができる。
【０１１３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
何れかの前記燃料電池モジュールから排出される排燃料ガスを前記何れかの燃料電池モジュールに対応する前記燃料供給ラインに再循環させるための再循環ライン（２４）と、
前記再循環ラインに設けられた再循環ブロワ（２３）と、を備え、
前記最下流排燃料ガスラインは、前記再循環ブロワよりも下流側にて前記再循環ラインから分岐された排燃料ガスが流れるように構成される。
【０１１４】
上記（９）の構成によれば、排燃料ガスの再循環に用いる再循環ブロワで昇圧された排燃料ガスが、再循環ラインから分岐されて最下流排燃料ガスラインを介して燃料電池モジュールの酸素側電極に供給される。したがって、排燃料ガスを燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するために昇圧するための昇圧装置を、再循環ブロワに加えて設ける必要がないので、コスト増大を効果的に抑制することができる。
【０１１５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記最下流モジュールからの排燃料ガスが、前記排燃料ガスと、前記少なくとも１つの燃料電池モジュールからの排酸化性ガスとを燃焼させるための燃焼器を経由せずに排気されるように構成される。
【０１１６】
上記（１０）の構成によれば、上記（１）で述べたように、最下流モジュールから排出される排燃料ガスを、燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を酸素側電極にて適切に燃焼させることができる。したがって、排燃料ガスと、燃料電池モジュールからの排酸化性ガスとを燃焼させるために通常設けられる燃焼器を省略することができるので、コスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【０１１７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記最下流モジュールからの排燃料ガスが、メタン処理器を経由せずに排気されるように構成される。
【０１１８】
燃料電池から排出される排燃料ガスには、通常、メタンを含む未利用燃料が含まれる。このため、従来、燃料電池からの排燃料ガスは、該排燃料ガスの排出流路に設けたメタン処理器での処理によりメタン濃度を低減してから系外に放出されることがある。この点、  上記（１１）の構成によれば、最下流モジュールから排出される排燃料ガスを、燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれるメタンを含む未利用燃料成分を酸素側電極にて適切に燃焼させることができる。したがって、上述のメタン処理器を省略することができるので、コスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【０１１９】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記少なくともいずれかの燃料電池モジュールに含まれる前記酸素側電極は、ペロブスカイト型結晶構造を有する物質を含む。
【０１２０】
上記（１２）の構成によれば、排燃料ガスが供給される燃料電池モジュールの酸素側電極は、燃料成分と酸素との触媒燃焼反応における触媒として作用するペロブスカイト型結晶構造を有する物質で形成されている。よって、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を該酸素側電極にて適切に燃焼させることができる。したがって、排燃料ガスが流れる流路に通常設けられる燃焼器を省略してコスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【０１２１】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記酸素側電極に供給される前記酸化性ガスを昇圧するように構成された昇圧機（例えば上述の圧縮機５０）を備える。
【０１２２】
上記（１３）の構成によれば、昇圧機で昇圧した酸化性ガスを燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するようにしたので、燃料電池モジュールにおける発電効率を高めることができる。
【０１２３】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかの構成において、
前記燃料電池発電システムは、
前記酸素側電極から排出される排酸化性ガスによって駆動されるように構成されたタービン（５２）を備える。
【０１２４】
上記（１４）の構成によれば、燃料電池モジュールからの排酸化性ガスによってタービンを駆動するようにしたので、タービンで排酸化性ガスの圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して有効利用することができる。
【０１２５】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）の構成において、
前記酸素側電極と前記タービンとの間には燃焼器が設けられていない。
【０１２６】
上記（１５）の構成によれば、上記（１）で述べたように、最下流モジュールから排出される排燃料ガスを、燃料電池モジュールの酸素側電極に供給するようにしたので、排燃料ガスに含まれる未利用燃料成分を酸素側電極にて適切に燃焼させることができる。したがって、排燃料ガスと、燃料電池モジュールからの排酸化性ガスとを燃焼させるために通常設けられる燃焼器を省略することができるので、コスト増大を抑制しながら、排燃料ガスを適切に処理することができる。
【０１２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【０１２８】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【０１２９】
１            発電システム
１０          燃料電池部
１４          最下流モジュール
１６          上流側モジュール
２０          燃料供給ライン
２０ａ        第１燃料供給ライン
２０ｂ        第２燃料供給ライン
２１          最下流排燃料ガスライン
２２          排燃料ガスライン
２２ａ        第１排燃料ガスライン
２２ｂ        第２排燃料ガスライン
２３          再循環ブロワ
２４          再循環ライン
２８          排出ライン
２９          排出バルブ
３０          第１分岐ライン
３１          バルブ
３２          第２分岐ライン
３３          バルブ
３４          上流側排燃料ガスライン
３５          バルブ
４０          酸化性ガス供給ライン
４０ａ        第１酸化性ガス供給ライン
４０ｂ        第２酸化性ガス供給ライン
４２          排酸化性ガスライン
４２ａ        第１排酸化性ガスライン
４２ｂ        第２排酸化性ガスライン
５０          圧縮機（昇圧機）
５２          タービン
５４          回転シャフト
５８          供給量調節部
６０          コントローラ
６２          温度センサ
６４          温度センサ
１０１        セルスタック
１０３        基体管
１０５        燃料電池セル
１０７        インターコネクタ
１０９        燃料側電極
１１１        固体電解質膜（電解質）
１１３        酸素側電極
１１５        リード膜
２０１        燃料電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）
２０１Ａ      第１燃料電池モジュール
２０１Ｂ      第２燃料電池モジュール
２０３        燃料電池カートリッジ（ＳＯＦＣカートリッジ）
２０５        圧力容器
２０７        燃料ガス供給管
２０７ａ      燃料ガス供給管枝管
２０９        燃料ガス排出管
２０９ａ      燃料ガス排出枝管
２１５        発電室
２１７        燃料ガス供給ヘッダ
２１９        燃料ガス排出ヘッダ
２２１        酸化性ガス供給ヘッダ
２２３        酸化性ガス排出ヘッダ
２２５ａ      上部管板
２２５ｂ      下部管板
２２７ａ      上部断熱体
２２７ｂ      下部断熱体
２２９ａ      上部ケーシング
２２９ｂ      下部ケーシング
２３１ａ      燃料ガス供給孔
２３１ｂ      燃料ガス排出孔
２３３ａ      酸化性ガス供給孔
２３３ｂ      酸化性ガス排出孔
２３５ａ      酸化性ガス供給隙間
２３５ｂ      酸化性ガス排出隙間
２３７ａ      シール部材
２３７ｂ      シール部材
【図１】
0006980045.tif 000002
【図２】
0006980045.tif 000003
【図３】
0006980045.tif 000004
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
0006980045.tif 000007
【図６】
0006980045.tif 000008
【図７】
0006980045.tif 000009
【図８】
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【図９】
0006980045.tif 000011
【図１０】
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