CN109478662A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统。燃料电池系统具备改性器(22)和固体氧化物型的多个燃料电池(23)。改性器(22)对原燃料进行改性而生成燃料气体。多个燃料电池(23)采用燃料气体和氧化剂气体进行发电。多个燃料电池(23)在上下方向和左右方向上并排配置。改性器(22)具备与多个燃料电池(23)中的任意一个燃料电池在前后方向上相对的电池对置面(221)。由此，能够提高多个燃料电池(23)的温度均匀性，其结果，可以抑制或防止燃料电池系统的发电效率降低。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
以往提出了利用燃料电池进行发电的各种燃料电池系统。例如已知在壳体中收容多个燃料电池的燃料电池系统。所述燃料电池系统中，在壳体的内部空间中配置有向多个燃料电池分别供给燃料气体和氧化剂气体的供给管、以及从多个燃料电池分别排出负极废气和正极废气的排出管。在这种燃料电池系统中，由于需要将多条配管配置在壳体内，所以燃料电池系统的小型化存在极限。
此外，在这种燃料电池系统中，由于多个燃料电池密集配置，所以有时配置在中央部的燃料电池会过度高温，从而系统整体的发电效率降低。日本专利公开公报特开2014-89889号(文献1)公开了下述技术：在具备多个电池堆的燃料电池模块中，实现了多个电池堆亦即电池堆组件的温度的均匀化。在所述燃料电池模块中，在水平配置的平板状的燃料气体容器上，水平地并排固定有多个电池堆。在多个电池堆的上方配置有平板状的第一改性器，在第一改性器的下方配置有多个第二改性器。多个第二改性器从第一改性器经过电池堆之间向下方延伸，并固定在燃料气体容器上。而且，利用第二改性器的吸热，使电池堆组件的中央部的电池堆的温度降低，实现了电池堆组件的温度的均匀化。
可是，在文献1的燃料电池模块中，由于改性器的结构复杂化且改性器整体大型化，所以难以使燃料电池模块小型化。此外，随着电池堆的数量增加，第二改性器的数量也增加，因而改性器的结构进一步复杂化，改性器整体也进一步大型化。而且，由于多个燃料电池模块水平配置，所以燃料电池模块的小型化存在极限。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池系统，在简化燃料电池系统的结构的同时，提高多个燃料电池的温度均匀性。
本发明的燃料电池系统包括：改性器，对原燃料进行改性而生成燃料气体；以及固体氧化物型的多个燃料电池，采用所述燃料气体和氧化剂气体进行发电，所述多个燃料电池在上下方向和左右方向上并排配置，所述改性器具备与所述多个燃料电池中的任意一个燃料电池在前后方向上相对的电池对置面。按照所述燃料电池系统，可以提高多个燃料电池的温度均匀性。
本发明的一个优选实施方式中，所述改性器的所述电池对置面与并排配置所述多个燃料电池的电池排列区域的中央部相对。
本发明的另一优选实施方式中，所述多个燃料电池分别与所述改性器的所述电池对置面相对。
本发明的另一优选实施方式中，还包括：废气燃烧部，燃烧来自所述多个燃料电池的废气所含的未利用的所述燃料气体；以及壳体，在内部空间依次配置所述多个燃料电池、所述改性器和所述废气燃烧部。
进一步优选的是，所述改性器还具备燃烧部对置面，所述燃烧部对置面与所述多个燃料电池隔着所述电池对置面位于相反侧，从所述废气燃烧部排出的气体经过曲折配管被导向所述壳体的外部，所述曲折配管沿着所述燃烧部对置面曲折。
更优选的是，所述改性器包括：供给部，被供给所述原燃料；以及送出部，送出所述燃料气体，所述曲折配管的处在所述废气燃烧部侧的端部位于所述改性器的所述供给部与所述送出部之间的中央部。
本发明的另一优选实施方式中，所述改性器的所述电池对置面与所述多个燃料电池中的在预定的排列方向上并排的三个以上的燃料电池相对，从所述排列方向上的所述改性器的一方的端部供给所述原燃料，从另一方的端部送出所述燃料气体。
本发明的另一优选实施方式中，由组装件支承部支承燃料电池组装件，所述燃料电池组装件包括：所述多个燃料电池中的相邻配置的两个以上的燃料电池；燃料气体共同供给管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，流通有从所述改性器向所述两个以上的燃料电池供给的所述燃料气体；负极废气共同排出管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，收集从所述两个以上的燃料电池排出的负极废气；氧化剂气体共同供给管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，流通有向所述两个以上的燃料电池供给的所述氧化剂气体；以及正极废气共同排出管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，收集从所述两个以上的燃料电池排出的正极废气。
进一步优选的是，所述燃料气体共同供给管和所述氧化剂气体共同供给管中的一方的共同供给管的与长边方向垂直的断面为矩形，所述负极废气共同排出管和所述正极废气共同排出管中的一方的共同排出管的与长边方向垂直的断面为矩形，所述一方的共同供给管的一个侧面与所述一方的共同排出管的一个侧面以能热交换的方式相对。
参照附图并根据以下的本发明的详细说明，可以更清楚地了解上述目的和其他目的、特征、方式及优点。
附图说明
图1是表示一个实施方式的燃料电池系统的结构的图。
图2是表示热模块的俯视图。
图3是表示燃料电池单元的主视图。
图4是表示燃料电池单元的后视图。
图5是表示燃料电池列及其附近部位的立体图。
图6是表示燃料电池列及其附近部位的仰视图。
图7是表示燃料电池列及其附近部位的侧视图。
附图标记说明
1 燃料电池系统
21 壳体
22 改性器
23 燃料电池
28 组装件支承部
73 废气燃烧部
74 曲折配管
210 (壳体的)内部空间
221 电池对置面
222 燃烧部对置面
223 供给部
224 送出部
230 燃料电池组装件
271 燃料气体共同供给管
272 负极废气共同排出管
273 氧化剂气体共同供给管
274 正极废气共同排出管
275～278 支管
741 (曲折配管的)端部
具体实施方式
图1是表示本发明一个实施方式的燃料电池系统1的结构的图。燃料电池系统1是采用燃料电池进行发电的发电系统。燃料电池系统1具备热模块2、原燃料供给部4、鼓风机51、第一热交换器71和第二热交换器72。
图2是表示热模块2的俯视图。如图1和图2所示，热模块2具备壳体21、两个燃料电池单元201和热供给部24。图1和图2中用断面表示了壳体21。壳体21例如为大致长方体状的箱体。壳体21的内表面由隔热性较高的隔热材料(例如石棉)形成。作为壳体21，例如使用将金属制的容器的内表面整体用隔热材料覆盖的构件。
两个燃料电池单元201收容于壳体21的内部空间210。两个燃料电池单元201在壳体21内位于上下方向的大致相同位置。另外，所述上下方向可以与重力方向一致，但是并非必须与重力方向一致。图1的示例中，两个燃料电池单元201在垂直于纸面的方向(以下称为“前后方向”)上并排配置。以下的说明中，将图1中的身前侧称为“前侧”，将里侧称为“后侧”。两个燃料电池单元201的结构彼此大致相同。后侧的燃料电池单元201的朝向(即配置姿势)与前侧的燃料电池单元201的朝向在前后方向和左右方向上相反。上下方向、前后方向和左右方向是彼此正交的方向。
前侧的燃料电池单元201与燃料电池系统1的其他结构的连接方式(即气体的流动)，和后侧的燃料电池单元201与燃料电池系统1的其他结构的连接方式大致相同。另外，在图1中，为了便于理解附图，用箭头描绘了前侧的燃料电池单元201与其他结构之间的气体的流动，并且针对后侧的燃料电池单元201与其他结构之间的气体的流动省略了图示。热供给部24主要在燃料电池系统1的启动运转时使用，用于加热两个燃料电池单元201。
图3是表示图1中的前侧的燃料电池单元201的主视图。图4是表示所述燃料电池单元201的后视图。燃料电池单元201具备改性器22、多个燃料电池23、废气燃烧部73和曲折配管74。在图3和图4中，为了便于理解燃料电池单元201中的气体流动，省略了改性器22、多个燃料电池23、废气燃烧部73和曲折配管74以外的一部分结构的图示，并且用箭头表示了气体的流动。此外，图3和图4中用断面表示了壳体21。
图3和图4的示例中，燃料电池单元201具备三个改性器22、12个燃料电池23、一个废气燃烧部73和一个曲折配管74。12个燃料电池23在上下方向和左右方向上并排配置(即排列)。具体而言，四个燃料电池列在上下方向上并排配置，各燃料电池列包含沿着左右方向并排配置在大致直线上的三个燃料电池23。
12个燃料电池23在前后方向上的位置大致相同。此外，各燃料电池列的三个燃料电池23与其他燃料电池列的三个燃料电池23位于左右方向的大致相同位置。换句话说，12个燃料电池23矩阵状配置。12个燃料电池23彼此分开。在以下的说明中，将12个燃料电池23并排配置的区域称为“电池排列区域”。从前侧或后侧观察12个燃料电池23时，电池排列区域是在内侧包含全部的12个燃料电池23的最小的大致矩形区域。
三个改性器22在左右方向上并排配置。各改性器22呈在上下方向和左右方向扩展的大致平板状(或者大致长方体状)。三个改性器22在上下方向的位置和在前后方向的位置大致相同。各改性器22具备大致垂直于前后方向的两个主面221、222。三个改性器22在前后方向上配置在12个燃料电池23和废气燃烧部73之间。换句话说，在壳体21的内部空间210中，在前后方向上依次配置有12个燃料电池23、三个改性器22和废气燃烧部73。
各改性器22的前侧的主面221与燃料电池23在前后方向上相对。在图3的示例中，12个燃料电池23分别与任意一个改性器22的主面221相对。在主视时，各燃料电池23整体与主面221相对。以下的说明中，将改性器22的主面221称为“电池对置面221”。此外，将改性器22的主面222称为“燃烧部对置面222”。三个改性器22的燃烧部对置面222与曲折配管74在前后方向上相对。三个改性器22中的中央的改性器22的燃烧部对置面222还与废气燃烧部73在前后方向上相对。废气燃烧部73位于所述燃烧部对置面222的上下方向的大致中央部，并且与所述大致中央部在前后方向上相对。
换句话说，改性器22具备与多个燃料电池23中的任意一个燃料电池23在前后方向上相对的电池对置面221。此外，改性器22还具备燃烧部对置面222，所述燃烧部对置面222与多个燃料电池23隔着电池对置面221位于相反侧。各改性器22的燃烧部对置面222与12个燃料电池23中的在上下方向上并排的四个燃料电池23相对。燃烧部对置面222的上下方向的中央部与直线状并排的所述四个燃料电池23中的位于中央部的两个燃料电池23在前后方向上相对。
曲折配管74在前后方向上配置在废气燃烧部73和三个改性器22之间。曲折配管74连接于废气燃烧部73的上部。曲折配管74沿着三个改性器22的燃烧部对置面222在左右方向曲折的同时，向下方延伸。曲折配管74的与长边方向垂直的断面的形状为大致矩形。由此，能够降低曲折配管74的制造成本。曲折配管74与三个改性器22的燃烧部对置面222接近配置。燃烧部对置面222与曲折配管74的一个侧面(即前侧的侧面)大致平行。曲折配管74也可以与三个改性器22的燃烧部对置面222接触。曲折配管74把从废气燃烧部73排出的气体导向壳体21的外部。曲折配管74的处在废气燃烧部73侧的端部741(即与废气燃烧部73连接的端部)位于改性器22的上下方向的大致中央部，并且与燃烧部对置面222在前后方向上相对。
多个燃料电池23分别为固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)。各燃料电池23例如为省略图示的多个单元(单电池)在上下方向层叠的电池堆。燃料电池23的形状例如为大致长方体状。各燃料电池23具备与上下方向大致垂直的上表面和下表面、与左右方向大致垂直的一对侧面、以及与前后方向大致垂直的另一对侧面。燃料电池23的后侧的侧面与改性器22的电池对置面221大致平行。换句话说，燃料电池23的侧面包含与改性器22的电池对置面221大致平行的面。
各燃料电池23的负极(阳极)供给有燃料气体，正极(阴极)供给有氧化剂气体。由此，在各燃料电池23中产生电化学反应，进行发电。换句话说，各燃料电池23采用燃料气体和氧化剂气体进行发电。燃料电池23中的电化学反应为发热反应，产生的热量诸如用于改性器22的加热，所述改性器22进行作为吸热反应的改性。例如在600℃～1000℃的高温下进行燃料电池23的发电。燃料气体例如为氢气。氧化剂气体例如为氧气。燃料气体也可以是氢气以外的各种气体，氧化剂气体也可以是氧气以外的各种气体。
各燃料电池23的负极连接于改性器22。改性器22借助原燃料供给管261连接于配置在壳体21外部的原燃料供给部4(参照图1)。图1所示的原燃料供给部4向改性器22(参照图3)供给原燃料和水蒸气。原燃料供给部4具备原燃料供给源41、杂质除去部42和水蒸气供给部3。杂质除去部42配置在原燃料供给管261上，把从原燃料供给源41向改性器22供给的来自原燃料的杂质(例如硫磺系杂质和氮系杂质)除去。
水蒸气供给部3具备供水部31、水蒸气生成部32和凝结部33。供水部31向水蒸气生成部32供水。具体而言，供水部31具备储水部311、泵312和供水管313。储水部311是储存水(例如纯水)的容器。储水部311借助供水管313连接于水蒸气生成部32。泵312设置在供水管313上，把储存于储水部311的水供给到水蒸气生成部32。
凝结部33在燃料电池系统1正常运转时使废气中的水蒸气凝结而生成水，并且借助供水部31供给到水蒸气生成部32。上述的正常运转是指燃料电池系统1以预定的输出正常进行发电的运转状态。所述预定的输出为燃料电池系统1的额定输出，或小于额定输出的一定的输出。此外，上述的启动运转是指从启动时至所述正常运转为止(即，燃料电池23的输出达到正常运转输出并稳定为止)的燃料电池系统1的运转状态。
水蒸气生成部32对从供水部31供给的水进行加热而生成水蒸气。水蒸气生成部32借助水蒸气供给管321连接于原燃料供给管261。水蒸气供给管321在比第一热交换器71更靠上游(具体为第一热交换器71和杂质除去部42之间)连接于原燃料供给管261。来自水蒸气生成部32的水蒸气与经过了杂质除去部42的原燃料一起，经过第一热交换器71向改性器22供给。
图3所示的改性器22对原燃料进行改性而生成包含燃料气体的改性气体。原燃料例如为碳氢化合物系燃料。原燃料也可以是碳氢化合物系燃料以外的各种燃料。原燃料例如使用LP气体、城市煤气、天然气、灯油、生物气体或生物乙醇等。在改性器22中，例如通过水蒸气改性法、部分氧化改性法、自热改性法或者这些改性法的组合等来进行原燃料的改性。
在图3的示例中，从原燃料供给源41供给的原燃料亦即城市煤气以及从水蒸气生成部32供给的水蒸气借助原燃料供给管261，从设置在改性器22的上端部的供给部223供给到改性器22的内部。从供给部223供给的城市煤气和水蒸气在改性器22的内部向下方流动。在改性器22中，通过水蒸气改性法并利用水蒸气将上述的城市煤气在高温下改性，生成改性气体，所述改性气体包含作为燃料气体的氢气。如上所述，改性器22中的改性气体的生成为吸热反应。
包含燃料气体的改性气体从设置在改性器22的下端部的送出部224向改性器22的外部送出。换句话说，在与改性器22相对的四个燃料电池23的排列方向(即上下方向)上，从改性器22的一方的端部供给上述的原燃料和水蒸气，从另一方的端部送出包含燃料气体的改性气体。从改性器22送出的改性气体在壳体21内经过改性气体供给管251，并且供给到多个燃料电池23各自的负极。
从多个燃料电池23各自的负极排出的气体亦即负极废气向壳体21外部排出。负极废气包括：作为燃料气体的氢气被用于燃料电池23的发电而生成的水蒸气；以及未用于燃料电池23的发电的未利用的燃料气体等。在以下的说明中，把从燃料电池23以未利用的状态排出的燃料气体称为“未利用燃料气体”。
来自多个燃料电池23的负极废气在壳体21外部由负极废气管262导向图1所示的第一热交换器71。第一热交换器71配置在原燃料供给管261上。在第一热交换器71中，利用流过负极废气管262的高温的负极废气，对从原燃料供给源41和水蒸气生成部32向改性器22供给的原燃料和水蒸气进行预备加热。
经过了第一热交换器71的负极废气由负极废气管262导向上述的凝结部33。在凝结部33中，负极废气中的水蒸气凝结而生成水。由凝结部33生成的水借助供水管331送向供水部31的储水部311，储水部311内的水由泵312供给到水蒸气生成部32。经过了凝结部33的负极废气在壳体21外部被导向后述的汇合点731。
各燃料电池23的正极借助氧化剂气体供给管263，与配置在壳体21外部的鼓风机51连接。利用鼓风机51，包含氧化剂气体亦即氧气的空气被供给到图3所示的多个燃料电池23各自的正极。即，鼓风机51是向燃料电池23供给氧化剂气体的氧化剂气体供给部。
从多个燃料电池23各自的正极排出的气体亦即正极废气向壳体21的外部排出。来自多个燃料电池23的正极废气在壳体21外部由正极废气管264导向图1所示的第二热交换器72。在第二热交换器72中，利用流过正极废气管264的高温的正极废气，对向各燃料电池23供给的空气进行预备加热。
经过了第二热交换器72的正极废气管264在壳体21外部的汇合点731处与负极废气管262汇合。在汇合点731处，经过了第一热交换器71和凝结部33的负极废气与经过了第二热交换器72的正极废气汇合。汇合后的负极废气和正极废气(以下也简称为“废气”)借助废气管265再次返回壳体21内，并从下方导向图4所示的废气燃烧部73。所述废气在废气燃烧部73中燃烧。由此，来自多个燃料电池23的负极废气所含的未利用燃料气体等燃烧。废气燃烧部73例如使用催化剂燃烧器。
如上所述，从废气燃烧部73送出的高温的气体(以下称为“燃烧气体”)经过曲折配管74向壳体21外部排出。在燃料电池单元201中，利用流过曲折配管74的高温的燃烧气体，对三个改性器22进行加热。
在燃料电池系统1的正常运转中，如上所述，在图3所示的多个燃料电池23中分别采用燃料气体和氧化剂气体进行发电。多个燃料电池23发电时产生的热量被赋予改性器22。从多个燃料电池23赋予改性器22的热量用于改性器22中的原燃料的水蒸气改性等。换句话说，多个燃料电池23利用改性器22中的吸热反应而被冷却。此外，图4所示的废气燃烧部73中的未利用燃料气体燃烧时产生的热量也被赋予改性器22，用于改性器22中的原燃料的水蒸气改性等。
而且，在燃料电池系统1的正常运转中，如上所述，在图1所示的第一热交换器71中，利用从多个燃料电池23排出的负极废气，对向改性器22供给的原燃料和水蒸气进行预备加热。此外，在第二热交换器72中，利用从多个燃料电池23排出的正极废气，对向各燃料电池23供给的空气进行预备加热。利用上述的热量，在燃料电池系统1中，可以在系统内生成正常运转时系统内所必要的热量的同时，进行正常运转。换句话说，在正常运转时的燃料电池系统1中，能够进行热自主运转。
在燃料电池系统1中，通过将负极废气所含的水蒸气用于改性器22中进行的水蒸气改性，从而可以在系统内生成正常运转时系统内所必要的水蒸气的同时，进行正常运转。换句话说，在正常运转时的燃料电池系统1中，能够进行水自主运转。
图5是表示一个燃料电池列及其附近部位的立体图。图6是表示一个燃料电池列及其附近部位的仰视图。图7是表示一个燃料电池列及其附近部位的侧视图。如上所述，燃料电池列包含在左右方向上相邻配置的三个燃料电池23。所述三个燃料电池23配置在大致水平扩展的平板状的台板27上。
在台板27的下方，配置有燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274。燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274例如为铁素体系不锈钢制品。由此，可以提高各管的耐高温氧化性。此外，可以防止铬等混入流经各管内的气体，以防止铬等对燃料电池23的污染。燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274也可以由铁素体系不锈钢以外的各种材料形成。
在以下的说明中，将上述的三个燃料电池23、台板27、燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274统称为“燃料电池组装件230”。在图3的示例中，燃料电池单元201具备在上下方向并排配置的四个燃料电池组装件230。四个燃料电池组装件230的结构彼此大致相同。如图5至图7所示，各燃料电池组装件230由设置在壳体21内部的组装件支承部28支承。具体而言，各燃料电池组装件230的台板27的前后端部由组装件支承部28从下方支承。组装件支承部28例如是不锈钢制的框架。
在燃料电池组装件230中，燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274分别是在左右方向上延伸的配管。燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274各自的与长边方向垂直的断面的形状为大致矩形。由此，能够降低燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274的制造成本。燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274在上下方向和前后方向上并排配置。
图7的示例中，在燃料气体共同供给管271的下侧配置有氧化剂气体共同供给管273。燃料气体共同供给管271的下侧的侧面与氧化剂气体共同供给管273的上侧的侧面实质性面接触。在燃料气体共同供给管271的右侧配置有负极废气共同排出管272。燃料气体共同供给管271的右侧的侧面与负极废气共同排出管272的左侧的侧面实质性面接触。在负极废气共同排出管272的下侧配置有正极废气共同排出管274。负极废气共同排出管272的下侧的侧面与正极废气共同排出管274的上侧的侧面实质性面接触。正极废气共同排出管274配置在氧化剂气体共同供给管273的右侧。正极废气共同排出管274的左侧的侧面与氧化剂气体共同供给管273的右侧的侧面实质性面接触。
燃料气体共同供给管271借助支管275分别连接于台板27上的三个燃料电池23。负极废气共同排出管272借助支管276分别连接于三个燃料电池23。氧化剂气体共同供给管273借助支管277分别连接于三个燃料电池23。正极废气共同排出管274借助支管278分别连接于三个燃料电池23。支管275～278例如借助设置于台板27的贯穿孔，利用螺栓等固定在燃料电池23的下表面。支管275～278的与长边方向垂直的断面的形状例如为圆形。支管275～278例如是铁素体系不锈钢制品。支管275～278也可以由铁素体系不锈钢以外的各种材料形成。
在燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274的左右方向的一侧端部(在图5的示例中为左侧的端部)，例如分别设置有省略图示的柔性管。燃料气体共同供给管271的端部的柔性管在壳体21内连接于图3所示的改性气体供给管251。负极废气共同排出管272的端部的柔性管在壳体21内连接于负极废气管262。氧化剂气体共同供给管273的端部的柔性管在壳体21内连接于氧化剂气体供给管263。正极废气共同排出管274的端部的柔性管在壳体21内连接于正极废气管264。
在各燃料电池单元201中，由改性器22送出的改性气体(即包含燃料气体的改性气体)从改性气体供给管251供给到图5至图7所示的各燃料电池组装件230的燃料气体共同供给管271。而后，流过燃料气体共同供给管271的改性气体借助支管275分别供给到三个燃料电池23。从三个燃料电池23排出的负极废气借助支管276被收集到负极废气共同排出管272，并且从负极废气共同排出管272借助负极废气管262向壳体21的外部送出。
此外，由鼓风机51送出的作为氧化剂气体的空气，从氧化剂气体供给管263供给到各燃料电池组装件230的氧化剂气体共同供给管273。而后，流过氧化剂气体共同供给管273的空气借助支管277分别供给到三个燃料电池23。从三个燃料电池23排出的正极废气借助支管278被收集到正极废气共同排出管274中，并从正极废气共同排出管274借助正极废气管264向壳体21的外部送出。
在组装燃料电池单元201时，将四个燃料电池组装件230安装于组装件支承部28，所述组装件支承部28预先固定在壳体21内部。而且，各燃料电池组装件230的燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274各自的端部分别固定于改性气体供给管251、负极废气管262、氧化剂气体供给管263和正极废气管264，所述改性气体供给管251、负极废气管262、氧化剂气体供给管263和正极废气管264预先设置于壳体21内部。由此，可以容易地组装燃料电池单元201。
如上所述，燃料电池系统1具备改性器22和固体氧化物型的多个燃料电池23。改性器22对原燃料进行改性而生成燃料气体。多个燃料电池23采用燃料气体和氧化剂气体进行发电。多个燃料电池23在上下方向和左右方向上并排配置。改性器22具备与多个燃料电池23中的任意一个燃料电池23在前后方向上相对的电池对置面221。由此，在简化燃料电池系统1的结构的同时，可以在改性器22中有效利用来自燃料电池23的热量。
在图3的示例中，多个燃料电池23分别与改性器22的电池对置面221相对。因此，分别来自多个燃料电池23的热量被改性器22借助电池对置面221吸收。由此，来自多个燃料电池23的热量在改性器22中被有效利用，同时可以提高多个燃料电池23的温度均匀性。其结果，可以抑制或防止一部分燃料电池23的异常高温导致的燃料电池系统1的发电效率降低。多个燃料电池23的温度差例如在10℃以内。
在燃料电池系统1中，多个燃料电池23并非必须分别与改性器22的电池对置面221相对。例如，改性器22的电池对置面221也可以与上述的电池排列区域的中央部相对。在图3的示例中，改性器22的电池对置面221可以仅与电池排列区域的中央部的两个燃料电池23在前后方向上相对，也可以与包含所述两个燃料电池23的几个燃料电池23在前后方向上相对。由于位于电池排列区域的中央部的燃料电池23被其他燃料电池23从上下方向的两侧和左右方向的两侧包夹，所以与位于电池排列区域的周缘部的燃料电池23相比，有时会处于高温。因此，通过使改性器22的电池对置面221与比其他燃料电池23高温的燃料电池23相对，从而可以提高多个燃料电池23的温度均匀性。其结果，可以抑制或防止一部分燃料电池23的异常高温导致的燃料电池系统1的发电效率降低。
在燃料电池系统1中，改性器22的电池对置面221并非必须与电池排列区域的中央部相对。例如，在壳体21内的各结构的配置关系中，在上下方向和左右方向上并排配置的多个燃料电池23中的一部分的燃料电池23相比于其他燃料电池23成为高温的情况下，改性器22可以配置成使电池对置面221与所述一部分的燃料电池23在前后方向上相对。所述一部分的燃料电池23也可以是配置在上述多个燃料电池23的周缘部的一个燃料电池23。即，如上所述，改性器22的电池对置面221只要与多个燃料电池23中的任意一个燃料电池23在前后方向上相对即可。由此，与上述同样，能够提高多个燃料电池23的温度均匀性，其结果，可以抑制或防止燃料电池系统1的发电效率降低。
如上所述，燃料电池23的侧面包含与改性器22的电池对置面221大致平行的面，且所述面与电池对置面221在前后方向上相对。由此，可以高效实现燃料电池23和改性器22之间的热交换。此外，优选改性器22的电池对置面221与在前后方向上所相对的燃料电池23的前侧或后侧的侧面整体相对。由此，还可以提高所述燃料电池23的温度均匀性。
如上所述，燃料电池系统1还具备废气燃烧部73和壳体21。废气燃烧部73使来自多个燃料电池23的废气所含的未利用的燃料气体燃烧。在壳体21的内部空间210中，多个燃料电池23、改性器22和废气燃烧部73依次配置。如此，通过在作为发热体的多个燃料电池23和作为发热体的废气燃烧部73之间配置作为吸热体的改性器22，从而可以高效利用来自多个燃料电池23和废气燃烧部73的热量。此外，还可以提高壳体21的内部空间210的温度均匀性。
在燃料电池系统1中，改性器22具备燃烧部对置面222，所述燃烧部对置面222与多个燃料电池23隔着电池对置面221位于相反侧。此外，从废气燃烧部73排出的气体(即燃烧气体)经过沿着燃烧部对置面222曲折的曲折配管74，并被导向壳体21外部。由此，可以高效实现来自废气燃烧部73的燃烧气体与改性器22之间的热交换。此外，曲折配管74的断面形状为大致矩形，曲折配管74的一个侧面与燃烧部对置面222大致平行。由此，可以进一步高效实现来自废气燃烧部73的燃烧气体与改性器22之间的热交换。
如上所述，改性器22具备被供给原燃料的供给部223以及将燃料气体送出的送出部224。在改性器22中，从供给部223朝向送出部224移动的原燃料的水蒸气改性，在供给部223与送出部224之间的大致中央部最为活跃。因此，伴随原燃料改性而产生的吸热也在供给部223与送出部224之间的大致中央部最大。
在燃料电池系统1中，曲折配管74的处在废气燃烧部73侧的端部741位于改性器22的供给部223与送出部224之间的中央部。由此，可以在刚刚从废气燃烧部73排出的高温的燃烧气体与改性器22中的吸热反应剧烈的部位之间进行热交换。其结果，可以进一步高效实现来自废气燃烧部73的燃烧气体与改性器22之间的热交换。此外，在燃料电池系统1中，废气燃烧部73也位于改性器22的供给部223与送出部224之间的中央部。由此，还可以高效实现废气燃烧部73与改性器22之间的热交换。
如上所述，各改性器22的电池对置面221与多个燃料电池23中的在上下方向上并排的四个燃料电池23相对。而且，从所述上下方向上的改性器22的一方的端部亦即供给部223供给原燃料，并且从另一方的端部亦即送出部224送出燃料气体。如此，通过使在上下方向上并排的四个燃料电池23中的位于热量不易扩散的中央部的燃料电池23与改性器22中的吸热反应剧烈的部位相对，从而可以提高所述四个燃料电池23的温度均匀性。
在燃料电池系统1中，改性器22的供给部223和送出部224并非必须配置在上下方向的端部。此外，在上下方向上并排的燃料电池23的数量也不必是4个，例如也可以是三个以上。换句话说，改性器22的电池对置面221与多个燃料电池23中的在预定的排列方向上并排的三个以上的燃料电池23相对，从所述排列方向中的改性器22的一方的端部供给原燃料，并且从另一方的端部送出燃料气体。如此，通过使所述三个以上的燃料电池23中的位于热量不易扩散的中央部的燃料电池23与改性器22中的吸热反应剧烈的部位相对，从而可以提高所述三个以上的燃料电池23的温度均匀性。
在燃料电池系统1中，燃料电池组装件230由组装件支承部28支承。上述示例中，燃料电池组装件230包含12个燃料电池23中的三个燃料电池23，但是不限于此，包含两个以上的燃料电池23即可。此外，燃料电池组装件230也可以省略台板27。即，燃料电池组装件230包含两个以上的燃料电池23、燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274。
所述两个以上的燃料电池23相邻配置。燃料气体共同供给管271分别与所述两个以上的燃料电池23连接。燃料气体共同供给管271中流通有从改性器22向所述两个以上的燃料电池23供给的燃料气体。负极废气共同排出管272分别与所述两个以上的燃料电池23连接。负极废气共同排出管272中收集有从所述两个以上的燃料电池23排出的负极废气。氧化剂气体共同供给管273分别与所述两个以上的燃料电池23连接。氧化剂气体共同供给管273中流通有向所述两个以上的燃料电池23供给的氧化剂气体。正极废气共同排出管274分别与所述两个以上的燃料电池23连接。正极废气共同排出管274中收集有从所述两个以上的燃料电池23排出的正极废气。由此，可以简化燃料电池系统1的结构。其结果，可以使燃料电池系统1小型化。此外，还能够使燃料电池系统1的组装变得容易。
在燃料电池组装件230中，燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274的与长边方向垂直的断面为矩形。而且，燃料气体共同供给管271的一个侧面与负极废气共同排出管272的一个侧面接触。由此，可以利用流过负极废气共同排出管272的高温的负极废气，对流过燃料气体共同供给管271的燃料气体高效地进行加热。此外，氧化剂气体共同供给管273的一个侧面与正极废气共同排出管274的一个侧面接触。由此，可以利用流过正极废气共同排出管274的高温的正极废气，对流过氧化剂气体共同供给管273的氧化剂气体高效地进行加热。
在燃料电池组装件230中，也可以使燃料气体共同供给管271的一个侧面与正极废气共同排出管274的一个侧面接触，并且也可以使氧化剂气体共同供给管273的一个侧面与负极废气共同排出管272的一个侧面接触。此外，在燃料电池组装件230中，燃料气体共同供给管271与负极废气共同排出管272并非必须接触，氧化剂气体共同供给管273与正极废气共同排出管274也并非必须接触。而且，燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274的与长边方向垂直的断面的形状可以进行各种变更。
但是，优选燃料气体共同供给管271和氧化剂气体共同供给管273中的一方的共同供给管的与长边方向垂直的断面为矩形，负极废气共同排出管272和正极废气共同排出管274中的一方的共同排出管的与长边方向垂直的断面为矩形。此外，优选所述一方的共同供给管的一个侧面与所述一方的共同排出管的一个侧面以能热交换的方式相对。由此，可以利用流过所述一方的共同排出管的高温气体，对流过所述一方的共同供给管的气体高效地进行加热。
上述的燃料电池系统1可以进行各种变更。
例如，只要多个燃料电池23在上下方向和左右方向上并排配置即可，并非必须在上下方向上直线状并排且在左右方向上直线状并排。例如，在上下方向上并排配置的四个燃料电池23中，在上下方向相邻的各两个燃料电池列也可以配置成在左右方向错开预定的距离。换句话说，所述四个燃料电池23也可以在上下方向交错排列。
燃料电池系统1所含的燃料电池23的数量可以适当变更。例如，燃料电池系统1也可以具备在上下方向和左右方向两两并排的四个燃料电池23。燃料电池23的形状不限于大致长方体，可以进行各种变更。例如，燃料电池23的形状也可以是以朝向上下方向的中心轴为中心的大致圆柱状。
在燃料电池系统1中，在上下方向并排配置的燃料电池组装件230的数量例如可以是2个，也可以是3个以上。在燃料电池组装件230中，多个燃料电池23并非必须配置在台板27上。例如也可以从燃料电池组装件230省略台板27，并且将所述多个燃料电池23配置在燃料气体共同供给管271、负极废气共同排出管272、氧化剂气体共同供给管273和正极废气共同排出管274中的任意一个管上，并由所述管支承所述多个燃料电池23。
燃料电池系统1中，燃料电池单元201的数量可以是1个，也可以是3个以上。在各燃料电池单元201中，改性器22的数量可以是1个，也可以是2个以上。改性器22的供给部223和送出部224的位置可以与燃料电池23的排列方向无关地进行各种变更。
在废气燃烧部73中产生的燃烧热例如也可以用于水蒸气生成部32中的水的加热、利用涡轮等的发电。此外，废气燃烧部73的位置可以进行各种变更。例如，也可以将废气燃烧部73设置在壳体21的外部，并省略曲折配管74。此时，改性器22的主面222不与废气燃烧部73相对。改性器22只要具备电池对置面221即可，也可以是平板状以外的各种形状。
燃料电池系统1中，在将负极废气中所含的水蒸气利用凝结部33作为水取出的基础上，借助供水部31供给到水蒸气生成部32，但是包含水蒸气的所述负极废气的一部分也可以在保持气体状的状态下供给到改性器22。此时，也能实现正常运转时的水自主运转。
燃料电池系统1中，在正常运转时，并非必须进行热自主运转，也可以利用热供给部24持续进行壳体21内的加热。此外，在燃料电池系统1中，在正常运转时，并非必须进行水自主运转，例如除了从凝结部33送往储水部311的水以外，也可以把从装置外部供给到储水部311的水持续供给到水蒸气生成部32。
上述实施方式和各变形例的结构只要不相互矛盾就可以适当组合。
对发明进行了详细的描述和说明，但是上述的说明仅仅是例示性的说明而非限定性说明。因此，只要不脱离本发明的范围，就可以采用多种变形和多种方式。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
改性器，对原燃料进行改性而生成燃料气体；以及
固体氧化物型的多个燃料电池，采用所述燃料气体和氧化剂气体进行发电，
所述多个燃料电池在上下方向和左右方向上并排配置，
所述改性器具备与所述多个燃料电池中的任意一个燃料电池在前后方向上相对的电池对置面。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述改性器的所述电池对置面与并排配置所述多个燃料电池的电池排列区域的中央部相对。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述多个燃料电池分别与所述改性器的所述电池对置面相对。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
废气燃烧部，燃烧来自所述多个燃料电池的废气所含的未利用的所述燃料气体；以及
壳体，在内部空间依次配置所述多个燃料电池、所述改性器和所述废气燃烧部。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述改性器还具备燃烧部对置面，所述燃烧部对置面与所述多个燃料电池隔着所述电池对置面位于相反侧，
从所述废气燃烧部排出的气体经过曲折配管被导向所述壳体的外部，所述曲折配管沿着所述燃烧部对置面曲折。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述改性器包括：
供给部，被供给所述原燃料；以及
送出部，送出所述燃料气体，
所述曲折配管的处在所述废气燃烧部侧的端部位于所述改性器的所述供给部与所述送出部之间的中央部。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述改性器的所述电池对置面与所述多个燃料电池中的在预定的排列方向上并排的三个以上的燃料电池相对，
从所述排列方向上的所述改性器的一方的端部供给所述原燃料，从另一方的端部送出所述燃料气体。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
由组装件支承部支承燃料电池组装件，
所述燃料电池组装件包括：
所述多个燃料电池中的相邻配置的两个以上的燃料电池；
燃料气体共同供给管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，流通有从所述改性器向所述两个以上的燃料电池供给的所述燃料气体；
负极废气共同排出管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，收集从所述两个以上的燃料电池排出的负极废气；
氧化剂气体共同供给管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，流通有向所述两个以上的燃料电池供给的所述氧化剂气体；以及
正极废气共同排出管，分别与所述两个以上的燃料电池连接，收集从所述两个以上的燃料电池排出的正极废气。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料气体共同供给管和所述氧化剂气体共同供给管中的一方的共同供给管的与长边方向垂直的断面为矩形，
所述负极废气共同排出管和所述正极废气共同排出管中的一方的共同排出管的与长边方向垂直的断面为矩形，
所述一方的共同供给管的一个侧面与所述一方的共同排出管的一个侧面以能热交换的方式相对。
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