JP2024046540A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】水素化脱硫方式の脱硫器に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となる燃料電池システムを提供する。【解決手段】原料ガスの改質を行って改質ガスを生成する改質器と、前記原料ガスを前記改質器へ向けて送出するブロワと、前記改質ガスが供給される燃料極を有し、当該改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、前記原料ガスを処理する水素化脱硫方式の脱硫器と、を備え、前記燃料極から排出された第１アノードオフガスの一部を、前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させる燃料電池システムとする。【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池を用いた燃料電池システムに関する。

従来、発電効率が良く環境にも優しい電源として、各種方式の燃料電池が開発されている。特に、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は５０％以上の高い発電効率が得られるため、家庭用から産業用まで、広範な出力範囲の燃料電池システムに利用されている。

一方で、６０％を超える発電効率を目指して、セルスタックの多段化やオフガスの再循環といった燃料利用率を高める技術開発も進められている。例えば特許文献１には、固体酸化物形燃料電池のセルスタックを多段化するとともに、前段側のセルスタックから排出されたオフガスが後段側のセルスタックへ供給されるようにした多段式燃料電池システムの一例が開示されている。

特開２０１５－１３８５７３号公報

燃料電池システムに供給される都市ガス等の原料ガスには硫黄化合物が含まれており、この硫黄化合物は、改質触媒や発電セルの電極触媒を被毒する。そのため燃料電池システムにおいては、原料ガスに含まれる硫黄化合物を除去する装置を設けておくことが望ましく、このような装置としては水素化脱硫方式の脱硫器が好適である。また、燃料電池システムの構成の簡素化や導入時のイニシャルコスト削減等の観点から、当該脱硫器に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機が不要であることが望ましい。

本発明は上記課題に鑑み、水素化脱硫方式の脱硫器に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となる燃料電池システムの提供を目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、原料ガスの改質を行って改質ガスを生成する改質器と、前記原料ガスを前記改質器へ向けて送出するブロワと、前記改質ガスが供給される燃料極を有し、当該改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、前記原料ガスを処理する水素化脱硫方式の脱硫器と、を備え、前記燃料極から排出された第１アノードオフガスの一部を、前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させる構成とする。本構成によれば、水素化脱硫方式の脱硫器に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となる。なおここでの「第１アノードオフガス」は、凝縮させた水を分離した後の第１アノードオフガスも含む概念である。

本発明に係る燃料電池システムは、原料ガスの改質を行って改質ガスを生成する改質器と、前記原料ガスを前記改質器へ向けて送出するブロワと、前記改質ガスが供給される第１燃料極を有し、当該改質ガスを用いて発電を行う前段側セルスタックと、前記第１燃料極から排出された第１アノードオフガスが供給される第２燃料極を有し、当該第１アノードオフガスを用いて発電を行う後段側セルスタックと、前記原料ガスを処理する水素化脱硫方式の脱硫器と、を備え、前記第１アノードオフガスの一部を前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させる構成とする。本構成によれば、水素化脱硫方式の脱硫器に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となる。なおここでの「第１アノードオフガス」は、凝縮させた水を分離した後の第１アノードオフガスも含む概念である。

上記構成としてより具体的には、前記第１アノードオフガスと冷却用流体とを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器で生成した凝縮水を分離して前記改質に用いる改質水として回収する水タンクと、前記凝縮水を分離後の前記第１アノードオフガスの一部を前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させる構成としても良い。

上記構成としてより具体的には、前記第１アノードオフガスの一部を、流量調整器を介して前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させる構成としても良い。上記構成としてより具体的には、前記流量調整器は、オリフィスである構成としても良い。

上記構成としてより具体的には、前記原料ガスおよび前記第１アノードオフガスから選ばれた１種以上の可燃性ガスを燃焼させるバーナと、前記第１アノードオフガスの一部が混合された原料ガスを、前記脱硫器の上流側で前記バーナの燃焼ガスと熱交換させる原料予熱器と、を備える構成としても良い。なおここでの「第１アノードオフガス」は、凝縮させた水を分離した後の第１アノードオフガスも含む概念である。

上記構成としてより具体的には、前記原料ガス、前記第１アノードオフガス、および前記第２燃料極から排出される第２アノードオフガスから選ばれた１種以上の可燃性ガスを燃焼させるバーナと、前記第１アノードオフガスの一部が混合された原料ガスを、前記脱硫器の上流側で前記バーナの燃焼ガスと熱交換させる原料予熱器と、を備える構成としても良い。なおここでの「第２アノードオフガス」は、凝縮させた水を分離した後の第２アノードオフガスも含む概念である。

本発明に係る燃料電池システムによれば、水素化脱硫方式の脱硫器に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となる。

第１実施形態に係る燃料電池システムの概略的な構成図である。 第２実施形態に係る燃料電池システムの概略的な構成図である。 第３実施形態に係る燃料電池システムの概略的な構成図である。 第４実施形態に係る燃料電池システムの概略的な構成図である。 第１実施形態に関する併用型のバーナの構成図である。 第１実施形態に関する統合型のバーナの構成図である。 第２～第４実施形態に関する併用型のバーナの構成図である。 第２～第４実施形態に関する統合型のバーナの構成図である。

本発明の実施形態について第１～第４実施形態を例に挙げ、各図面を参照しながら以下に説明する。

１．第１実施形態
まず第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の概略的な構成図である。なお図１では流体の経路に関して、燃料ガスに関連する経路（ガス経路）を実線矢印で示し、改質水に関連する経路（水経路）を破線矢印で示し、空気に関連する経路（空気経路）を点線矢印で示し、その他の経路を一点鎖線の矢印で示している。また図１に示す白抜き矢印は、各経路を通る流体を示している。

図１に示すように燃料電池システム１は、改質器１１、蒸発器１２、水回収装置１４、バーナ１６、脱硫器１７、流量調整器１８、セルスタック２０、原料予熱器Ｈ１、および空気予熱器Ｈ２を備える。

セルスタック２０は、燃料極（アノード）２０ａと空気極（カソード）２０ｂを有する固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）であり、発電時の動作温度は例えば５００～７００℃程度である。セルスタック２０は、燃料極２０ａに水素を含む燃料ガスが供給され、空気極２０ｂに酸素を含む空気が供給されることにより、電気化学反応を発生させて発電することが可能である。本実施形態では一例として、セルスタック２０は一つだけ設けられているが、セルスタック２０を並列に複数個設けるようにしても良い。

水回収装置１４や脱硫器１７を除く燃料電池システム１の大部分の要素は、図１に示す断熱領域ＴＡ内に配置されている。断熱領域ＴＡは断熱材等で覆われており、外部への熱放出が極力抑えられるよう配慮されている。これにより燃料電池システム１は、熱自立の点で有利な構成となっている。

燃料電池システム１には、原料ガス（本実施形態では一例として、メタンを含む都市ガスとする）を受入れる原料ガス受入部Ｐｇ、および、空気を受入れる空気受入部Ｐａが設けられている。なお、原料ガスや空気は基本的に燃料電池システム１の外部から供給される。

原料ガス受入部Ｐｇは、第１ガス経路Ｌｇ１を介して改質器１１に繋がっている。第１ガス経路Ｌｇ１の途中には、前段側から順に、第１ブロワＢ１、原料予熱器Ｈ１、脱硫器１７、および蒸発器１２が設けられている。

改質器１１は、第２ガス経路Ｌｇ２を介して、セルスタック２０の燃料極２０ａに繋がっている。燃料極２０ａは、第３ガス経路Ｌｇ３を介して水回収装置１４に繋がっている。水回収装置１４は、水タンク１４ａおよび凝縮器１４ｂを備えている。水回収装置１４は、第４ガス経路Ｌｇ４を介してバーナ１６に繋がっている。バーナ１６からは燃焼ガス経路Ｌｘが伸びており、燃焼ガス経路Ｌｘの後端は燃料電池システム１の外部に繋がっている。燃焼ガス経路Ｌｘの途中には、前段側から順に、空気予熱器Ｈ２、原料予熱器Ｈ１、および蒸発器１２が設けられている。

空気受入部Ｐａは第１空気経路Ｌａ１を介してセルスタック２０の空気極２０ｂに繋がっている。第１空気経路Ｌａ１の途中には、前段側から順に、第２ブロワＢ２および空気予熱器Ｈ２が設けられている。空気極２０ｂは、第２空気経路Ｌａ２を介してバーナ１６に繋がっている。

原料予熱器Ｈ１は、第１ガス経路Ｌｇ１の所定位置（第１ブロワＢ１と脱硫器１７の間の位置）を通る流体と、燃焼ガス経路Ｌｘの所定位置（空気予熱器Ｈ２と蒸発器１２の間の位置）を通る流体との間で、熱交換が行われるようにする。空気予熱器Ｈ２は、第１空気経路Ｌａ１の所定位置（第２ブロワＢ２と空気極２０ｂの間の位置）を通る流体と、燃焼ガス経路Ｌｘの所定位置（バーナ１６と原料予熱器Ｈ１の間の位置）を通る流体との間で、熱交換が行われるようにする。

水タンク１４ａは、水経路Ｌｗを介して第１ガス経路Ｌｇ１の所定位置（脱硫器１７と蒸発器１２の間の位置）に繋がっている。水経路Ｌｗには水ポンプＷ１が設けられており、水タンク１４ａ内の水を改質水Ｗａとして第１ガス経路Ｌｇ１へ継続的に供給することが可能である。これにより燃料電池システム１は、水自立を実現させることが可能である。水ポンプＷ１は、水タンク１４ａから第１ガス経路Ｌｇ１への改質水Ｗａの供給量を調節することが可能である。

また、第４ガス経路Ｌｇ４の所定位置α（水回収装置１４とバーナ１６の間の位置）は、水素供給経路Ｌｈを介して第１ガス経路Ｌｇ１の所定位置（第１ブロワＢ１よりも前段側の位置）に繋がっている。水素供給経路Ｌｈの途中には流量調整器１８が設けられている。

次に、燃料電池システム１の動作概要について説明する。原料ガス受入部Ｐｇから第１ガス経路Ｌｇ１内に供給された原料ガスＧａは、水素供給経路Ｌｈから流入した残存オフガスＧｄが混ざり、第１ブロワＢ１の作用により後段側へ送られる。この原料ガスＧａは、原料予熱器Ｈ１での熱交換によって加熱された後、脱硫器１７において脱硫処理が施された上で、蒸発器１２に流入する。なお当該脱硫処理の詳細については改めて説明する。

原料ガスＧａの供給に並行して、水ポンプＷ１によって水タンク１４ａから水経路Ｌｗ内に供給された改質水Ｗａが第１ガス経路Ｌｇ１へ流入し、原料ガスＧａとともに蒸発器１２に流入する。蒸発器１２においては、熱交換による改質水Ｗａの加熱によって水蒸気（過熱蒸気）が生成し、これが原料ガスＧａに混合する。このようにして生成された原料ガスＧａと水蒸気の混合気体は、改質器１１へ流入する。

改質器１１は、蒸発器１２から受けた水蒸気を用いて原料ガスＧａを改質し、改質ガスＧｂを生成して後段側へ送出する。改質器１１は、水蒸気改質用の触媒を有しており、原料ガスＧａに含まれるメタンと水蒸気を反応させ、一酸化炭素と水素を含む改質ガスＧｂを生成する。水蒸気改質は吸熱反応であるが、バーナ１６からの熱供給により、改質器１１は安定的に改質ガスＧｂを生成することが可能である。改質器１１から送出された改質ガスＧｂは、第２ガス経路Ｌｇ２を介して燃料極２０ａに流入する。

一方、上述した原料ガスＧａおよび改質水Ｗａの供給に並行して、空気受入部Ｐａから第１空気経路Ｌａ１内に空気Ａａが供給される。第１空気経路Ｌａ１内の空気Ａａは、第２ブロワＢ２の作用により後段側へ送られる。この空気Ａａは、空気予熱器Ｈ２での熱交換によって加熱された後、空気極２０ｂに流入する。

セルスタック２０は、燃料極２０ａに流入した改質ガスＧｂと空気極２０ｂに流入した空気Ａａを用いて発電するとともに、燃料極２０ａから第１オフガスＧｃ１（第１アノードオフガス）を排出する。この発電で得られた電力は、不図示の電力供給ラインを介して外部の負荷機器へ供給される。第１オフガスＧｃ１には、燃料極２０ａにおいて未反応であった水素等の燃料成分が含まれている。なお空気極２０ｂからは、空気極２０ｂにおいて未反応であった酸素等を含む残りの空気Ａｂが、第２空気経路Ｌａ２を介してバーナ１６へ排出される。

燃料極２０ａから排出された第１オフガスＧｃ１は第３ガス経路Ｌｇ３を通り、水回収装置１４に流入する。水回収装置１４において、凝縮器１４ｂは、第１オフガスＧｃ１を露点温度以下まで冷却し、第１オフガスＧｃ１に含まれる水蒸気を凝縮させる。

なお凝縮器１４ｂは、例えば外部から供給される冷却用空気との熱交換により第１オフガスＧｃ１を冷却するように構成されても良い。この場合に冷却用空気の流路は、密閉型であってもよいし、開放型であってもよい。前者の場合、プレート式、シェルアンドプレート式、シェルアンドチューブ式等の熱交換器を使用することができ、ブロワにより冷却用空気を伝熱面に送り込む。後者の場合、空冷式のラジエーターを使用することができ、第１オフガスＧｃ１が内部流通する熱交換コアの表面にファンにより冷却用空気を通風させる。なお、ラジエーターは、冷却用空気の供給時の圧力損失が低いうえ、空気流量の調節も容易であるので、燃料電池システム１の補機電力を低減できるメリットがある。

凝縮器１４ｂを通過した第１オフガスＧｃ１は水タンク１４ａで気水分離され、凝縮水が水タンク１４ａに回収される一方、凝縮しなかった残りの部分は残存オフガスＧｄとして第４ガス経路Ｌｇ４へ流入する。残存オフガスＧｄは、気水分離の処理（凝縮させた水を分離させる処理）を施した第１オフガスＧｃ１に相当する。なお水回収装置１４は、第１オフガスＧｃ１からの水蒸気除去を効率良く行うことができるように、断熱領域ＴＡの外部に配置されている。

水タンク１４ａに回収された凝縮水は、先述のとおり水経路Ｌｗと第１ガス経路Ｌｇ１を介して蒸発器１２に供給され、改質水Ｗａとして再利用される。なお、第１オフガスＧｃ１から水蒸気を除去して残存オフガスＧｄを生成することにより、第１オフガスＧｃ１中の未反応の燃料成分をバーナ１６で効率良く燃焼させることが可能となる。

第４ガス経路Ｌｇ４に流入した残存オフガスＧｄは、一部が水素供給経路Ｌｈを介して第１ガス経路Ｌｇ１に流入し、残りがバーナ１６に流入する。バーナ１６は、空気極２０ｂから排出された空気Ａｂと残存オフガスＧｄの混合気体を燃焼させて熱を発生させるとともに、燃焼によって生じた燃焼ガスＧｆを燃焼ガス経路Ｌｘに排出する。この燃焼ガスＧｆは、燃焼ガス経路Ｌｘを通って燃料電池システム１の外部へ排出されることになる。なお、バーナ１６は改質器１１の近傍に配置されており、バーナ１６から生じる熱は、放射伝熱や対流伝熱により改質器１１へ効率良く伝わるようになっている。

燃焼ガス経路Ｌｘを通る燃焼ガスＧｆは、空気予熱器Ｈ２を通過する際に空気Ａａと熱交換される。空気予熱器Ｈ２における熱交換により、空気Ａａの温度が上昇するとともに、燃焼ガスＧｆの温度が下降する。更に燃焼ガスＧｆは、原料予熱器Ｈ１を通過する際に原料ガスＧａと熱交換される。原料予熱器Ｈ１における熱交換により、原料ガスＧａの温度が上昇するとともに、燃焼ガスＧｆの温度が下降する。そして更に燃焼ガスＧｆは、蒸発器１２を通過する際に改質水Ｗａと熱交換された上で、燃料電池システム１の外部へ排出される。蒸発器１２は、燃焼ガスＧｆとの熱交換により改質水Ｗａを加熱して、先述したとおり水蒸気を生成することになる。

ここで、燃料電池システム１において実施される脱硫処理について説明する。先述したとおり、原料ガス受入部Ｐｇに供給された原料ガスＧａは、水素供給経路Ｌｈから流入した残存オフガスＧｄが混ざり、第１ブロワＢ１の作用により第１ガス経路Ｌｇ１の後段側へ送られる。この残存オフガスＧｄには、燃料極２０ａで未反応であった燃料成分の水素が含まれている。そのため、原料ガスＧａに残存オフガスＧｄを混入させることにより、原料ガスＧａに水素が添加される。

水素を添加させた原料ガスＧａは、原料予熱器Ｈ１で燃焼ガスＧｆとの熱交換により加熱された後、脱硫器１７に流入する。脱硫器１７は、水素化脱硫方式の脱硫器であり、触媒を用いて水素と反応させることにより、原料ガスＧａに含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換しつつ吸着除去する。このような脱硫処理を行うことにより、改質触媒や電極触媒に対する被毒を極力抑えることが可能である。また、原料予熱器Ｈ１での原料ガスＧａの加熱は、原料ガスＧａの温度が当該脱硫処理に必要な反応温度（例えば、３００℃程度）に達するように行われる。

脱硫器１７は、容器内部を２段化して、Ｎｉ－Ｍｏ系触媒およびＣｏ－Ｍｏ系触媒により、硫黄化合物を反応性の高い硫化水素に変換する前段領域と、ＺｎＯ系材料により硫化水素を吸着除去する後段領域とに分けても良い。

なお仮に、第１オフガスＧｃ１（水蒸気を分離させる前のアノードオフガス）を原料ガスＧａへ混入させると、第１ブロワＢ１で水分が凝縮して原料ガスＧａの供給が阻害されたり、水素の相対的濃度が低下して脱硫処理が不十分となったりする虞がある。この点も考慮して本実施形態では、水タンク１４ａで水蒸気を分離させた後の残存オフガスＧｄを原料ガスＧａへ混入させ、脱硫処理が適切に行われるようにしている。

また、残存オフガスＧｄを原料ガスＧａへ混入させる位置（混入位置）について、仮に脱硫器１７の入口を混入位置とすると、第４ガス経路Ｌｇ４（残存オフガスＧｄの供給元）に比べて当該混入位置の方が静圧は高いため、残存オフガスＧｄを当該混入位置へ送るための昇圧機構が必要となる。しかし本実施形態では、第４ガス経路Ｌｇ４に比べて静圧の低い第１ブロワＢ１の前段側（吸入側）を混入位置とすることにより、このような昇圧機構は不要となっている。

更に燃料電池システム１では、水素供給経路Ｌｈに流量調整器１８が設けられており、原料ガスＧａへ混入させる残存オフガスＧｄの流量を調整することが可能となっている。本実施形態の例では、流量調整器１８として所望の圧力損失を生じるオリフィスが設けられており、当該圧力損失に応じた所定流量の残存オフガスＧｄを原料ガスＧａへ混入させることができる。また流量調整器１８は、オリフィスに替えて流量調整弁を使用することにより、当該圧力損失を適宜調節できるように構成してもよい。

以上に説明したように燃料電池システム１は、原料ガスＧａの改質を行って改質ガスＧｂを生成する改質器１１と、原料ガスＧａを改質器１１へ向けて送出する第１ブロワＢ１と、改質ガスＧｂが供給される燃料極２０ａを有し、改質ガスＧｂを用いて発電を行うセルスタック２０と、原料ガスＧａを処理する水素化脱硫方式の脱硫器１７と、を備える。そして燃料電池システム１は、残存オフガスＧｄ（水回収装置１４で凝縮水を分離した後の第１オフガスＧｃ１に相当する）の一部を、第１ブロワＢ１の吸入側で原料ガスＧａに混合させる。そのため燃料電池システム１は、水素化脱硫方式の脱硫器１７に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となっている。また、燃料電池システム１によれば、水素および一酸化炭素の一部がセルスタック２０にリサイクルされるので、改質ガスＧｂの燃料濃度が上がり、結果として出力電圧および発電効率が向上するメリットがある。

２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明では、第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。

図２は、第２実施形態の燃料電池システム１ａの概略的な構成図である。本図に示すように燃料電池システム１ａには、第１実施形態の燃料電池システム１と同様に、改質器１１、蒸発器１２、水回収装置１４、バーナ１６、脱硫器１７、流量調整器１８、原料予熱器Ｈ１、および空気予熱器Ｈ２を備えており、これらの基本的な構成および機能は第１実施形態と同等である。

また燃料電池システム１ａでは、さらに再熱器Ｈ３が設けられており、第１実施形態のセルスタック２０の代わりに、前段側セルスタック１３および後段側セルスタック１５が設けられている。これらのセルスタック１３，１５の基本的な構成および機能は、第１実施形態のセルスタック２０と同等である。前段側セルスタック１３は第１燃料極１３ａと第１空気極１３ｂを有しており、後段側セルスタック１５は第２燃料極１５ａと第２空気極１５ｂを有している。本実施形態では一例として、前段側セルスタック１３および後段側セルスタック１５は一つずつ設けられているが、これらの一方または両方を並列に複数個設けるようにしても良い。

原料ガス受入部Ｐｇは、第１ガス経路Ｌｇ１を介して改質器１１に繋がっている。第１ガス経路Ｌｇ１の途中には、前段側から順に、第１ブロワＢ１、原料予熱器Ｈ１、脱硫器１７、および蒸発器１２が設けられている。

改質器１１は、第２ガス経路Ｌｇ２を介して、前段側セルスタック１３の第１燃料極１３ａに繋がっている。第１燃料極１３ａは、第３ガス経路Ｌｇ３を介して水回収装置１４に繋がっている。第３ガス経路Ｌｇ３の途中には、再熱器Ｈ３が設けられている。水回収装置１４は、第４ガス経路Ｌｇ４を介して後段側セルスタック１５の第２燃料極１５ａに繋がっている。第４ガス経路Ｌｇ４の途中には、再熱器Ｈ３が設けられている。

第２燃料極１５ａは、第５ガス経路Ｌｇ５を介してバーナ１６に繋がっている。バーナ１６からは燃焼ガス経路Ｌｘが伸びており、燃焼ガス経路Ｌｘの後端は燃料電池システム１の外部に繋がっている。燃焼ガス経路Ｌｘの途中には、前段側から順に、空気予熱器Ｈ２、原料予熱器Ｈ１、および蒸発器１２が設けられている。

空気受入部Ｐａは第１空気経路Ｌａ１を介して前段側セルスタック１３の第１空気極１３ｂに繋がっている。第１空気経路Ｌａ１の途中には、前段側から順に、第２ブロワＢ２および空気予熱器Ｈ２が設けられている。第１空気極１３ｂは、第３空気経路Ｌａ３を介して後段側セルスタック１５の第２空気極１５ｂに繋がっている。第２空気極１５ｂは、第４空気経路Ｌａ４を介してバーナ１６に繋がっている。

なお第１空気経路Ｌａ１～第４空気経路Ｌａ４は、空気予熱器Ｈ２で予熱後の空気Ａａが、第１空気極１３ｂおよび第２空気極１５ｂに対して並列に供給・排出されるように構成されていてもよい。

原料予熱器Ｈ１は、第１ガス経路Ｌｇ１の所定位置（第１ブロワＢ１と脱硫器１７の間の位置）を通る流体と、燃焼ガス経路Ｌｘの所定位置（空気予熱器Ｈ２と蒸発器１２の間の位置）を通る流体との間で、熱交換が行われるようにする。空気予熱器Ｈ２は、第１空気経路Ｌａ１の所定位置（第２ブロワＢ２と第１空気極１３ｂの間の位置）を通る流体と、燃焼ガス経路Ｌｘの所定位置（バーナ１６と原料予熱器Ｈ１の間の位置）を通る流体との間で、熱交換が行われるようにする。再熱器Ｈ３は、第３ガス経路Ｌｇ３の所定位置（第１燃料極１３ａと水回収装置１４の間の位置）を通る流体と、第４ガス経路Ｌｇ４の所定位置（所定位置αと第２燃料極１５ａの間の位置）を通る流体との間で、熱交換が行われるようにする。

水タンク１４ａは、水経路Ｌｗを介して第１ガス経路Ｌｇ１の所定位置（脱硫器１７と蒸発器１２の間の位置）に繋がっている。水経路Ｌｗには水ポンプＷ１が設けられており、水タンク１４ａ内の水を改質水Ｗａとして第１ガス経路Ｌｇ１へ継続的に供給することが可能である。

また、第４ガス経路Ｌｇ４の所定位置α（水回収装置１４と再熱器Ｈ３の間の位置）は、水素供給経路Ｌｈを介して第１ガス経路Ｌｇ１の所定位置（第１ブロワよりも前段側の位置）に繋がっている。水素供給経路Ｌｈの途中には流量調整器１８が設けられている。なお本実施形態の流量調整器１８も、第１実施形態と同様に所望の圧力損失を生じるオリフィスが設けられており、当該圧力損失に応じた所定流量の再生オフガスＧｄ（第１実施形態の残存オフガスＧｄに相当）を原料ガスＧａへ混入させることができる。また流量調整器１８は、オリフィスに替えて流量調整弁を使用することにより、当該圧力損失を適宜調節できるように構成してもよい。

上述のとおり第２実施形態の燃料電池システム１ａは、前段側セルスタック１３と後段側セルスタック１５を備えた多段式の燃料電池システムである点で、第１実施形態とは異なっている。燃料電池システム１ａにおいて、原料ガス受入部Ｐｇから第１ガス経路Ｌｇ１内に供給された原料ガスＧａは、水素供給経路Ｌｈから流入した再生オフガスＧｄが混ざり、第１ブロワＢ１の作用により後段側へ送られる。この原料ガスＧａは、原料予熱器Ｈ１での熱交換によって加熱された後、脱硫器１７において脱硫処理が施された上で、蒸発器１２に流入する。

原料ガスＧａの供給に並行して、水ポンプＷ１によって水タンク１４ａから水経路Ｌｗ内に供給された改質水Ｗａが第１ガス経路Ｌｇ１へ流入し、原料ガスＧａとともに蒸発器１２に流入する。蒸発器１２においては、熱交換による改質水Ｗａの加熱によって水蒸気（過熱蒸気）が生成し、これが原料ガスＧａに混合する。このようにして生成された原料ガスＧａと水蒸気の混合気体は、改質器１１へ流入する。

改質器１１は、蒸発器１２から受けた水蒸気を用いて原料ガスＧａを改質し、改質ガスＧｂを生成して後段側へ送出する。改質器１１から送出された改質ガスＧｂは、第２ガス経路Ｌｇ２を介して第１燃料極１３ａに流入する。

一方、上述した原料ガスＧａおよび改質水Ｗａの供給に並行して、空気受入部Ｐａから第１空気経路Ｌａ１内に空気Ａａが供給される。第１空気経路Ｌａ１内の空気Ａａは、第２ブロワＢ２の作用により後段側へ送られる。この空気Ａａは、空気予熱器Ｈ２での熱交換によって加熱された後、第１空気極１３ｂに流入する。

前段側セルスタック１３は、第１燃料極１３ａに流入した改質ガスＧｂと第１空気極１３ｂに流入した空気Ａａを用いて発電するとともに、第１燃料極１３ａから第１オフガスＧｃ１（第１アノードオフガス）を排出する。なお第１空気極１３ｂからは、第１空気極１３ｂにおいて未反応であった酸素等を含む残りの空気Ａｘ（カソードオフガス）が、第３空気経路Ｌａ３を介して第２空気極１５ｂへ排出される。

第１燃料極１３ａから排出された第１オフガスＧｃ１は第３ガス経路Ｌｇ３を通り、水回収装置１４に流入する。第１オフガスＧｃ１は、再熱器Ｈ３を通る際に再生オフガスＧｄと熱交換される。水回収装置１４において、凝縮器１４ｂは、第１オフガスＧｃ１と冷却用流体とを熱交換させる熱交換器として機能し、第１オフガスＧｃ１を露点温度以下まで冷却し、第１オフガスＧｃ１に含まれる水蒸気を凝縮させる。

凝縮器１４ｂを通過した第１オフガスＧｃ１は水タンク１４ａで気水分離され、凝縮水が水タンク１４ａに回収される一方、凝縮しなかった残りの部分は再生オフガスＧｄとして第４ガス経路Ｌｇ４へ流入する。

水タンク１４ａに回収された凝縮水は、水経路Ｌｗと第１ガス経路Ｌｇ１を介して蒸発器１２に供給され、改質水Ｗａとして再利用される。なお、第１オフガスＧｃ１から水蒸気を除去して再生オフガスＧｄを生成することにより、第１オフガスＧｃ１中の未反応の燃料成分を後段側セルスタック１５で効率良く利用することが可能となる。

第４ガス経路Ｌｇ４に流入した再生オフガスＧｄは、一部が水素供給経路Ｌｈを介して第１ガス経路Ｌｇ１に流入し、残りが再熱器Ｈ３を通って第２燃料極１５ａに流入する。なお再生オフガスＧｄは、再熱器Ｈ３を通る際に第１オフガスＧｃ１と熱交換され、温度が上昇する。

後段側セルスタック１５は、第２燃料極１５ａに流入した再生オフガスＧｄと第２空気極１５ｂに流入した空気Ａｘを用いて発電するとともに、第２燃料極１５ａから第２オフガスＧｃ２（第２アノードオフガス）を排出する。この発電で得られた電力は、前段側セルスタック１３の発電電力と共に不図示の電力供給ラインを介して外部の負荷機器へ供給される。なお第２空気極１５ｂからは、第２空気極１５ｂにおいて未反応であった酸素等を含む残りの空気Ａｂが、第４空気経路Ｌａ４を介してバーナ１６へ排出される。

バーナ１６は、第２空気極１５ｂから排出された空気Ａｂと第２燃料極１５ａから排出された第２オフガスＧｃ２の混合気体を燃焼させて熱を発生させるとともに、燃焼によって生じた燃焼ガスＧｆを燃焼ガス経路Ｌｘに排出する。この燃焼ガスＧｆは、燃焼ガス経路Ｌｘを通って燃料電池システム１の外部へ排出されることになる。

燃焼ガス経路Ｌｘを通る燃焼ガスＧｆは、空気予熱器Ｈ２を通過する際に空気Ａａと熱交換される。空気予熱器Ｈ２における熱交換により、空気Ａａの温度が上昇するとともに、燃焼ガスＧｆの温度が下降する。更に燃焼ガスＧｆは、原料予熱器Ｈ１を通過する際に原料ガスＧａと熱交換される。原料予熱器Ｈ１における熱交換により、原料ガスＧａの温度が上昇するとともに、燃焼ガスＧｆの温度が下降する。そして更に燃焼ガスＧｆは、蒸発器１２を通過する際に改質水Ｗａと熱交換された上で、燃料電池システム１の外部へ排出される。蒸発器１２は、燃焼ガスＧｆとの熱交換により改質水Ｗａを加熱して、先述したとおり水蒸気を生成することになる。

また第２実施形態の燃料電池システム１ａにおいても、第１実施形態の場合と同様に脱硫処理が行われる。すなわち、原料ガス受入部Ｐｇに供給された原料ガスＧａは、水素供給経路Ｌｈから流入した再生オフガスＧｄが混ざり、第１ブロワＢ１の作用により第１ガス経路Ｌｇ１の後段側へ送られる。このようにして原料ガスＧａに再生オフガスＧｄを混入させることにより、原料ガスＧａに水素が添加される。

水素を添加させた原料ガスＧａは、原料予熱器Ｈ１で燃焼ガスＧｆとの熱交換により加熱された後、脱硫器１７に流入する。脱硫器１７は、触媒を用いて水素と反応させることにより、原料ガスＧａに含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換して吸着除去する。なお、原料予熱器Ｈ１での原料ガスＧａの加熱は、原料ガスＧａの温度が当該脱硫処理に必要な反応温度（例えば、３００℃程度）に達するように行われる。

なお先述した第１実施形態および第２実施形態の燃料電池システム１，１ａは、バーナ１６から排出される燃焼ガスＧｆを、空気予熱器Ｈ２、原料予熱器Ｈ１、蒸発器１２の順に流通させる構成となっている。原料予熱器Ｈ１を先に通ることにより、蒸発器１２における燃焼ガスＧｆからの入熱量はその分低下するが、原料予熱器Ｈ１で原料ガスＧａが予熱されるため、改質水Ｗａの受熱量の大幅な低下は生じない。

３．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明では、第２実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第２実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。

図３は、第３実施形態の燃料電池システム１ｂの概略的な構成図である。本図に示すように、燃料電池システム１ｂの燃焼ガス経路Ｌｘはバーナ１６から伸びており、バーナ１６の後段側直近の位置γにおいて、第１燃焼ガス経路Ｌｘ１と第２燃焼ガス経路Ｌｘ２に分岐して更に伸びている。

第１燃焼ガス経路Ｌｘ１は、原料予熱器Ｈ１を通って燃料電池システム１の外部へ伸びている。一方で第２燃焼ガス経路Ｌｘ２は、前段側から順に空気予熱器Ｈ２および蒸発器１２を通って、第１燃焼ガス経路Ｌｘ１の所定位置δ（原料予熱器Ｈ１よりも後段側の位置）に繋がっている。

これによりバーナ１６から燃焼ガス経路Ｌｘに排出される燃焼ガスＧｆは、一部が第１燃焼ガス経路Ｌｘ１を通って燃料電池システム１の外部へ排出され、残りが第２燃焼ガス経路Ｌｘ２を通って燃料電池システム１の外部へ排出されることになる。第１燃焼ガス経路Ｌｘ１を通る燃焼ガスＧｆは、原料予熱器Ｈ１を通る際に原料ガスＧａとの熱交換が行われ、これにより原料ガスＧａの温度が上昇する。

また、第２燃焼ガス経路Ｌｘ２を通る燃焼ガスＧｆは、空気予熱器Ｈ２を通る際に空気Ａａとの熱交換が行われ、これにより空気Ａａの温度が上昇する。更に、第２燃焼ガス経路Ｌｘ２を通る燃焼ガスＧｆは、蒸発器１２を通る際に改質水Ｗａとの熱交換が行われ、これにより改質水Ｗａを加熱して水蒸気を生成させることが可能である。

上述のとおり第３実施形態の燃料電池システム１ｂにおいては、燃焼ガスＧｆが流通するルートは、原料予熱器Ｈ１を流通する第１燃焼ガス経路Ｌｘ１と、空気予熱器Ｈ２と蒸発器１２を順に流通する第２燃焼ガス経路Ｌｘ２とに分かれている。このように本実施形態では、燃焼ガスＧｆが流通するルートを分けているため、その分、ガス流通の圧力損失が小さくなり、各ブロワの吐出圧力を下げることが可能である。

４．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明では、第２実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第２実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。

図４は、第４実施形態の燃料電池システム１ｃの概略的な構成図である。本図に示すように、燃料電池システム１ｃの燃焼ガス経路Ｌｘはバーナ１６から伸びており、バーナ１６の後段側直近の位置γにおいて、第１燃焼ガス経路Ｌｘ１と第２燃焼ガス経路Ｌｘ２に分岐して更に伸びている。

第１燃焼ガス経路Ｌｘ１は、原料予熱器Ｈ１を通って燃料電池システム１の外部へ伸びている。一方で第２燃焼ガス経路Ｌｘ２は、前段側から順に再熱器Ｈ３および空気予熱器Ｈ２を通って、第１燃焼ガス経路Ｌｘ１の所定位置δ（原料予熱器Ｈ１よりも後段側の位置）に繋がっている。また、第１燃料極１３ａから伸びる第３ガス経路Ｌｇ３は、再熱器Ｈ３の代わりに蒸発器１２を通って、水回収装置１４に繋がっている。

これによりバーナ１６から燃焼ガス経路Ｌｘに排出される燃焼ガスＧｆは、一部が第１燃焼ガス経路Ｌｘ１を通って燃料電池システム１の外部へ排出され、残りが第２燃焼ガス経路Ｌｘ２を通って燃料電池システム１の外部へ排出されることになる。第１燃焼ガス経路Ｌｘ１を通る燃焼ガスＧｆは、原料予熱器Ｈ１を通る際に原料ガスＧａとの熱交換が行われ、これにより原料ガスＧａの温度が上昇する。

第２燃焼ガス経路Ｌｘ２を通る燃焼ガスＧｆは、再熱器Ｈ３を通る際に再生オフガスＧｄとの熱交換が行われ、これにより再生オフガスＧｄの温度が上昇する。更に、第２燃焼ガス経路Ｌｘ２を通る燃焼ガスＧｆは、空気予熱器Ｈ２を通る際に空気Ａａとの熱交換が行われ、これにより空気Ａａの温度が上昇する。また、第３ガス経路Ｌｇ３を通る第１オフガスＧｃ１は、蒸発器１２を通る際に改質水Ｗａとの熱交換が行われ、これにより改質水Ｗａを加熱して水蒸気を生成させることが可能である。

上述のとおり第４実施形態の燃料電池システム１ｃにおいては、燃焼ガスＧｆが流通するルートは、原料予熱器Ｈ１を流通する第１燃焼ガス経路Ｌｘ１と、再熱器Ｈ３と空気予熱器Ｈ２を順に流通する第２燃焼ガス経路Ｌｘ２とに分かれている。このように本実施形態では、燃焼ガスＧｆが流通するルートを分けているため、その分、ガス流通の圧力損失が小さくなり、各ブロワの吐出圧力を下げることが可能である。

また第４実施形態の燃料電池システム１ｃは、第１オフガスＧｃ１を蒸発器１２の熱源にしつつ冷却する形態としている。この形態によれば、第２および第３実施形態のように空気予熱器Ｈ２で熱利用後の燃焼ガスＧｆを熱源とする場合に比べ、蒸発器１２での熱源温度が高くなる。そのため、蒸発器１２での熱交換に関する伝熱面の面積をその分小さくすることができ、蒸発器１２の小型化を図ることが可能となる。また、このような熱利用により第１オフガスＧｃ１が予め冷却されることで、水回収装置１４における改質水Ｗａを得る際の凝縮エネルギー（空冷式の凝縮器１４ｂを用いる場合は、必要な通風量の確保に要するファンモータの動力等）を小さく抑えることが可能となる。

以上に説明したように第２～第４実施形態の燃料電池システム１ａ～１ｃは、原料ガスＧａの改質を行って改質ガスＧｂを生成する改質器１１と、原料ガスＧａを改質器１１へ向けて送出する第１ブロワＢ１と、改質ガスＧｂが供給される第１燃料極１３ａを有し、改質ガスＧｃを用いて発電を行う前段側セルスタック１３と、再生オフガスＧｄ（水回収装置１４で凝縮水を分離した後の第１オフガスＧｃ１に相当する）が供給される第２燃料極１５ａを有し、再生オフガスＧｄを用いて発電を行う後段側セルスタック１５と、原料ガスＧａを処理する水素化脱硫方式の脱硫器１７と、を備える。

更に燃料電池システム１ａ～１ｃは、再生オフガスＧｄの一部を、第１ブロワＢ１の吸入側で原料ガスＧａに混合させる。そのため燃料電池システム１ａ～１ｃは、水素化脱硫方式の脱硫器１７に対して水素含有ガスを供給するための昇圧用の補機を不要とすることが可能となっている。なお燃料電池システム１ａ～１ｃは、第１オフガスＧｃ１と冷却用流体とを熱交換させる凝縮器１４ｂ（熱交換器の一形態）と、凝縮器１４ｂで生成した凝縮水を分離して改質水Ｗａとして回収する水タンク１４ａとを有し、当該凝縮水を分離後の第１オフガスＧｃ１（すなわち再生オフガスＧｄ）の一部を、第１ブロワＢ１の吸入側で原料ガスＧａに混合させるようにしている。

５．その他
上述した各実施形態のバーナ１６は、例えば燃料電池システムの動作状態等に応じて、セルスタックを通っていない原料ガスＧｚと空気Ａｚを用いて燃焼を行うこともできる仕様としても良い。ここで原料ガスＧｚは、原料ガス受入部Ｐｇに供給された原料ガスＧａの一部としても良く、これとは別に外部から供給される原料ガスとしても良い。また空気Ａｚは、空気受入部Ｐａに供給された空気Ａａの一部としても良く、これとは別に外部から供給される空気としても良い。以下、このような仕様としたバーナ１６として、併用型のバーナ１６ａおよび統合型のバーナ１６ｂを例に挙げて、より具体的に説明する。

図５は、第１実施形態のバーナ１６の代わりに設けられる場合の併用型のバーナ１６ａの構成を例示している。図５に示すバーナ１６ａは、オフガスバーナ１６１および補助燃焼バーナ１６２が設けられている。オフガスバーナ１６１は、第４ガス経路Ｌｇ４と第２空気経路Ｌａ２が接続され、空気Ａｂを用いて再生オフガスＧｄを燃焼させて燃焼ガスＧｆを排出することが可能である。補助燃焼バーナ１６２は、原料ガスＧｚと空気Ａｚを流入させることができ、これらを用いた燃焼を行って燃焼ガスＧｆを排出することが可能である。

図６は、第１実施形態のバーナ１６の代わりに設けられる場合の統合型のバーナ１６ｂの構成を例示している。図６に示すバーナ１６ｂは、第４ガス経路Ｌｇ４と第２空気経路Ｌａ２が接続されており、更に、第４ガス経路Ｌｇ４には原料ガスＧｚを流入させることができるとともに、第２空気経路Ｌａ２には空気Ａｚを流入させることができる。これによりバーナ１６ｂは、再生オフガスＧｄおよび原料ガスＧｚの少なくとも一方と、空気Ａｂおよび空気Ａｚの少なくとも一方とを流入させることができ、これらを用いた燃焼を行って燃焼ガスＧｆを排出することが可能である。

図５或いは図６に示したバーナによれば、例えば燃料電池システムの冷態起動時等であっても、セルスタックを通っていない原料ガスＧｚと空気Ａｚを燃焼させることができ、燃焼ガスＧｆを熱源として水蒸気を生成するなどして、改質器およびセルスタックを昇温させることが可能となる。なお、当該バーナに供給する再生オフガスＧｄと原料ガスＧｚの比率や空気Ａｂと空気Ａｚの比率などは、燃料電池システムの動作状態等によって変化し得る。すなわち、当該システムのスタートアップ運転、発電運転（全負荷運転または部分負荷運転）、シャットダウン運転等に応じて、当該バーナへの供給ガスは適宜状態変化する。

第１実施形態の燃料電池システム１においてバーナ１６の代わりに図６に示した統合型のバーナ１６ｂを採用する場合、当該バーナは、原料ガスＧｚおよび残存オフガスＧｄ（凝縮させた水を分離した後の第１アノードオフガス）から選ばれた１種以上の可燃性ガスを燃焼させることができる。すなわち燃料電池システム１は、原料ガスＧｚのみの可燃性ガス、残存オフガスＧｄのみの可燃性ガス、および、原料ガスＧｚと再生オフガスＧｄが混合した可燃性ガスの何れについても状況に応じて選択的に用意することができ、当該バーナは、この用意された可燃性ガスを燃焼させることができる。なお燃料電池システム１は、原料ガスＧｚと再生オフガスＧｄが混合した可燃性ガスを用意する場合、部分負荷運転等における熱自立の状況に応じて当該可燃性ガスにおける原料ガスＧｚと再生オフガスＧｄの比率を調節することができる。

図７は、第２～第４実施形態のバーナ１６の代わりに設けられる場合の併用型のバーナ１６ａの構成を例示している。図７に示すバーナ１６ａは、オフガスバーナ１６１および補助燃焼バーナ１６２が設けられている。オフガスバーナ１６１は、第５ガス経路Ｌｇ５と第４空気経路Ｌａ４が接続され、空気Ａｂを用いて第２オフガスＧｃ２を燃焼させて燃焼ガスＧｆを排出することが可能である。補助燃焼バーナ１６２は、原料ガスＧｚと空気Ａｚを流入させることができ、これらを用いた燃焼を行って燃焼ガスＧｆを排出することが可能である。

図８は、第２～第４実施形態のバーナ１６の代わりに設けられる場合の統合型のバーナ１６ｂの構成を例示している。図８に示すバーナ１６ｂは、第５ガス経路Ｌｇ５と第４空気経路Ｌａ４が接続されており、更に、第５ガス経路Ｌｇ５には原料ガスＧｚを流入させることができるとともに、第４空気経路Ｌａ４には空気Ａｚを流入させることができる。これによりバーナ１６ｂは、第２オフガスＧｃ２および原料ガスＧｚの少なくとも一方と、空気Ａｂおよび空気Ａｚの少なくとも一方とを流入させることができ、これらを用いた燃焼を行って燃焼ガスＧｆを排出することが可能である。

図７或いは図８に示したバーナによれば、例えば燃料電池システムの起動時等であっても、セルスタックを通っていない原料ガスＧｚと空気Ａｚを燃焼させることができ、セルスタックの状態に関わらず安定的に燃焼熱を得ることが可能となる。なお、当該バーナに供給する第２オフガスＧｃ２と原料ガスＧｚの比率や空気Ａｂと空気Ａｚの比率などは、燃料電池システムの動作状態等によって変化し得る。

第２～第４実施形態の燃料電池システム１ａ～１ｃにおいてバーナ１６の代わりに図８に示した統合型のバーナ１６ｂを採用する場合、当該バーナは、原料ガスＧｚおよび第２オフガスＧｃ２（第２アノードオフガス）から選ばれた１種以上の可燃性ガスを燃焼させることができる。すなわち燃料電池システム１は、原料ガスＧｚのみの可燃性ガス、第２オフガスＧｃ２のみの可燃性ガス、および、原料ガスＧｚと第２オフガスＧｃ２が混合した可燃性ガスの何れについても状況に応じて選択的に用意することができ、当該バーナは、この用意された可燃性ガスを燃焼させることができる。なお燃料電池システム１は、原料ガスＧｚと第２オフガスＧｃ２が混合した可燃性ガスを用意する場合、部分負荷運転等における熱自立の状況に応じて当該可燃性ガスにおける原料ガスＧｚと第２オフガスＧｃ２の比率を調節することができる。

また各実施形態において図５～図８に例示したバーナを採用した場合であっても、原料予熱器Ｈ１は、残存オフガスＧｄまたは再生オフガスＧｄ（凝縮させた水を分離した後の第１オフガスＧｃ１）の一部が混合された原料ガスＧａを、脱硫器１７の上流側でバーナの燃焼ガスＧｆと熱交換させるようになっている。これにより、再生オフガスＧｄの一部が混合された原料ガスＧａを、燃料電池システムの動作状態等に関わらず安定的に予熱することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、セルスタック１３，１５は、溶融炭酸塩形燃料電池に置き換えることができる。
本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、固体酸化物形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池を用いた燃料電池システムに利用可能である。

１、１ａ～１ｃ 燃料電池システム
１１ 改質器
１２ 蒸発器
１３ 前段側セルスタック
１３ａ 第１燃料極
１３ｂ 第１空気極
１４ 水回収装置
１４ａ 水タンク
１４ｂ 凝縮器
１４ｃ 冷却用空気経路
１５ 後段側セルスタック
１５ａ 第２燃料極
１５ｂ 第２空気極
１６、１６ａ、１６ｂ バーナ
１６ａ 併用型のバーナ
１６ｂ 統合型のバーナ
１６１ オフガスバーナ
１６２ 補助燃焼バーナ
１７ 脱硫器
１８ 流量調整器
２０ セルスタック
２０ａ 燃料極
２０ｂ 空気極
Ａａ、Ａｂ、Ａｘ 空気
Ｂ１ 第１ブロワ
Ｂ２ 第２ブロワ
Ｇａ 原料ガス
Ｇｂ 改質ガス
Ｇｃ１ 第１オフガス
Ｇｃ２ 第２オフガス
Ｇｄ 残存オフガス、再生オフガス
Ｇｆ 燃焼ガス
Ｈ１ 原料予熱器
Ｈ２ 空気予熱器
Ｈ３ 再熱器
Ｌａ１ 第１空気経路
Ｌａ２ 第２空気経路
Ｌａ３ 第３空気経路
Ｌａ４ 第４空気経路
Ｌｇ１ 第１ガス経路
Ｌｇ２ 第２ガス経路
Ｌｇ３ 第３ガス経路
Ｌｇ４ 第４ガス経路
Ｌｇ５ 第５ガス経路
Ｌｈ 水素供給経路
Ｌｘ 燃焼ガス経路
Ｌｘ１ 第１燃焼ガス経路
Ｌｘ２ 第２燃焼ガス経路
Ｌｗ 水経路
Ｐａ 空気受入部
Ｐｇ 原料ガス受入部
ＴＡ 断熱領域
Ｗ１ 水ポンプ

Claims (7)

1. 原料ガスの改質を行って改質ガスを生成する改質器と、
   前記原料ガスを前記改質器へ向けて送出するブロワと、
   前記改質ガスが供給される燃料極を有し、当該改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、
   前記原料ガスを処理する水素化脱硫方式の脱硫器と、を備え、
   前記燃料極から排出された第１アノードオフガスの一部を、前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させることを特徴とする燃料電池システム。
2. 原料ガスの改質を行って改質ガスを生成する改質器と、
   前記原料ガスを前記改質器へ向けて送出するブロワと、
   前記改質ガスが供給される第１燃料極を有し、当該改質ガスを用いて発電を行う前段側セルスタックと、
   前記第１燃料極から排出された第１アノードオフガスが供給される第２燃料極を有し、当該第１アノードオフガスを用いて発電を行う後段側セルスタックと、
   前記原料ガスを処理する水素化脱硫方式の脱硫器と、を備え、
   前記第１アノードオフガスの一部を、前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させることを特徴とする燃料電池システム。
3. 前記第１アノードオフガスと冷却用流体とを熱交換させる熱交換器と、
   前記熱交換器で生成した凝縮水を分離して前記改質に用いる改質水として回収する水タンクと、
   前記凝縮水を分離後の前記第１アノードオフガスの一部を、前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させ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。
4. 前記第１アノードオフガスの一部を、流量調整器を介して前記ブロワの吸入側で前記原料ガスに混合させることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記流量調整器は、オリフィスである請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 原料ガスおよび前記第１アノードオフガスから選ばれた１種以上の可燃性ガスを燃焼させるバーナと、
   前記第１アノードオフガスの一部が混合された原料ガスを、前記脱硫器の上流側で前記バーナの燃焼ガスと熱交換させる原料予熱器と、を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
7. 原料ガスおよび前記第２燃料極から排出される第２アノードオフガスから選ばれた１種以上の可燃性ガスを燃焼させるバーナと、
   前記第１アノードオフガスの一部が混合された原料ガスを、前記脱硫器の上流側で前記バーナの燃焼ガスと熱交換させる原料予熱器と、を備える請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。