CN116349040A - 燃料电池发电系统 - Google Patents

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Abstract

燃料电池发电模块具备第一燃料电池模块、以及能够使用从第一燃料电池模块排出的第一排出燃料气体进行发电的第二燃料电池模块。构成为，第一再循环管线从供从第二燃料电池模块排出的第二排出燃料气体流动的第二排出燃料气体管线进行再循环，将第二排出燃料气体向第二燃料电池模块的燃料侧电极供给。

Description

燃料电池发电系统
技术领域
本公开涉及一种燃料电池发电系统。
本申请基于2020年10月30日在日本专利局申请的特愿2020-183269号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
通过使燃料气体和氧化性气体发生化学反应而发电的燃料电池具有优异的发电效率及环境应对等特性。其中，固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：SOFC)使用氧化锆陶瓷等陶瓷作为电解质，将氢、城市煤气、天然气、石油、甲醇、以及利用气化设备对含碳原料进行制造而成的气化气体等气体等作为燃料气体供给，使其在约700℃～1000℃的高温气氛下反应而进行发电。
作为利用了这种燃料电池的燃料电池发电系统的一例，有专利文献1。在专利文献1中，通过对燃料气体的流路级联连接多个燃料电池模块，能够改善各燃料电池模块中的供给燃料的利用率，提高系统效率。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3924243号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如上述专利文献1那样将多个燃料电池模块级联连接的燃料电池发电系统中，从前级的燃料电池模块排出的排出燃料气体被后级的燃料电池模块利用。因此，向后级的燃料电池模块供给的排出燃料气体与向前级的燃料电池模块供给的燃料气体相比，燃料成分浓度减少。其结果是，在后级的燃料电池模块中，与前级的燃料电池模块相比，输出被抑制，伴随发电的发热量变小，结果是，有时难以维持用于适当地运用燃料电池模块的温度。这样的状况特别是在部分负载运转时、系统要求负载变化的过渡运转时容易发生，有可能损害系统稳定性。
另外，在各燃料电池模块中，利用水蒸气将燃料气体所包含的甲烷成分重整而用于发电反应，但由于来自前级的燃料电池模块的排出燃料气体被供给到后级的燃料电池模块，因此根据前级的燃料电池模块的发电状态，有可能无法充分地得到重整所需的水蒸气。在上述专利文献1中，基于来自前级的燃料电池模块的排出燃料气体所包含的水蒸气，决定对后级的燃料电池模块追加供给的燃料气体量，由此控制排出燃料气体的S/C(水蒸气/燃料成分的比率)，但由于根据前级的燃料电池模块的发电状态(负载率、燃料利用率等)，排出燃料气体所包含的水分量不同，因此特别是在系统要求负载变化的过渡时难以维持适当的S/C。
本公开的至少一个方案是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种燃料电池发电系统，该燃料电池发电系统具备相对于燃料气体的流动串联(级联)连接的多个燃料电池模块，动作状态稳定，并且能够实现良好的系统效率。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本公开的至少一个方案具备：
第一燃料电池模块，其能够使用燃料气体进行发电；
第一排出燃料气体管线，其供从所述第一燃料电池模块排出的第一排出燃料气体流动；
第二燃料电池模块，其能够使用所述第一排出燃料气体进行发电；
第二排出燃料气体管线，其供从所述第二燃料电池模块排出的第二排出燃料气体流动；以及
第一再循环管线，其为了将所述第二排出燃料气体向所述第二燃料电池模块的燃料侧电极而从所述第二排出燃料气体管线进行再循环。
发明效果
根据本公开的至少一个方案，能够提供一种燃料电池发电系统，该燃料电池发电系统具备相对于燃料气体的流动串联(级联)连接的多个燃料电池模块，动作状态稳定，并且能够实现良好的系统效率。
附图说明
图1是一实施方式的SOFC模块的概要图。
图2是构成一实施方式的SOFC模块的SOFC盒的概要剖视图。
图3是构成一实施方式的SOFC模块的电池堆的概要剖视图。
图4是一实施方式的燃料电池发电系统的概要结构图。
图5是其他实施方式的燃料电池发电系统的概要结构图。
图6是示出相对于图4所示的燃料电池发电系统的系统要求负载与发电输出值的关系的图。
图7是示出系统要求负载为额定负载(100％)时的图4的燃料电池发电系统的动作状态的图。
图8是示出系统要求负载为最低负载(例如20％的情况)时的图4的燃料电池发电系统的动作状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，而只不过是说明例。
以下，为了方便说明，以纸面为基准使用“上”及“下”的表述说明的各构成要素的位置关系分别表示铅垂上方侧、铅垂下方侧。另外，在本实施方式中，在上下方向和水平方向上能够得到同样的效果的情况是，纸面中的上下方向不一定限定于铅垂上下方向，例如也可以对应于与铅垂方向正交的水平方向。
以下，对采用了固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)作为构成燃料电池发电系统的燃料电池的实施方式进行说明，在几个实施方式中，作为构成燃料电池发电系统的燃料电池，也可以采用SOFC以外的类型的燃料电池(例如熔融碳酸盐型燃料电池(Molten-carbonate fuel cells，MCFC)等)。
(燃料电池模块的结构)
首先，参照图1～图3对构成几个实施方式的燃料电池发电系统的燃料电池模块进行说明。图1是一实施方式的SOFC模块(燃料电池模块)的概要图。图2是构成一实施方式的SOFC模块(燃料电池模块)的SOFC盒(燃料电池盒)的概要剖视图。图3是构成一实施方式的SOFC模块(燃料电池模块)的电池堆的概要剖视图。
如图1所示，SOFC模块(燃料电池模块)210例如具备多个SOFC盒(燃料电池盒)203、以及收纳这些多个SOFC盒203的压力容器205。需要说明的是，在图1中例示了圆筒形的SOFC的电池堆101，但未必限于此，例如也可以是平板形的电池堆。另外，燃料电池模块210具备燃料气体供给管207、多个燃料气体供给支管207a、燃料气体排出管209、以及多个燃料气体排出支管209a。另外，燃料电池模块210具备氧化性气体供给管(未图示)、氧化性气体供给支管(未图示)及氧化性气体排出管(未图示)、以及多个氧化性气体排出支管(未图示)。
燃料气体供给管207设置于压力容器205的外部，与对应于燃料电池模块210的发电量而供给规定气体组成和规定流量的燃料气体的燃料气体供给部(未图示)连接，并且与多个燃料气体供给支管207a连接。该燃料气体供给管207将从上述的燃料气体供给部供给的规定流量的燃料气体向多个燃料气体供给支管207a再循环地引导。另外，燃料气体供给支管207a与燃料气体供给管207连接，并且与多个SOFC盒203连接。该燃料气体供给支管207a将从燃料气体供给管207供给的燃料气体以大致均等的流量向多个SOFC盒203引导，使多个SOFC盒203的发电性能大致均匀化。
燃料气体排出支管209a与多个SOFC盒203连接，并且与燃料气体排出管209连接。该燃料气体排出支管209a将从SOFC盒203排出的排出燃料气体向燃料气体排出管209引导。另外，燃料气体排出管209与多个燃料气体排出支管209a连接，并且一部分配置于压力容器205的外部。该燃料气体排出管209将从燃料气体排出支管209a以大致均等的流量导出的排出燃料气体向压力容器205的外部引导。
压力容器205在内部的压力为0.1MPa～约3MPa、内部的温度为大气温度～约550℃下运用，因此利用具有耐力性和针对氧化性气体中所包含的氧等氧化剂的耐腐蚀性的材质。例如优选SUS304等的不锈钢系材料。
在此，在本实施方式中，对多个SOFC盒203被集合化而收纳于压力容器205的方式进行了说明，但不限于此，例如也能够作为SOFC盒203未集合化而被收纳于压力容器205内的方式。
如图2所示，SOFC盒203具备多个电池堆101、发电室215、燃料气体供给集管217、燃料气体排出集管219、氧化性气体(空气)供给集管221、以及氧化性气体排出集管223。另外，SOFC盒203具备上部管板225a、下部管板225b、上部隔热体227a、以及下部隔热体227b。
需要说明的是，在本实施方式中，SOFC盒203通过如图2那样配置燃料气体供给集管217、燃料气体排出集管219、氧化性气体供给集管221、以及氧化性气体排出集管223，从而成为燃料气体和氧化性气体在电池堆101的内侧和外侧对置地流动的结构，但未必限于此，例如也可以在电池堆101的内侧和外侧平行地流动、或者氧化性气体向与电池堆101的长度方向正交的方向流动。
发电室215是形成于上部隔热体227a与下部隔热体227b之间的区域。该发电室215是配置有电池堆101的燃料电池单元105的区域，是使燃料气体与氧化性气体发生电化学反应而进行发电的区域。另外，该发电室215的电池堆101长度方向的中央部附近处的温度由温度计测部(例如热电偶等温度传感器)监视，在燃料电池模块210稳定运转时成为约700℃～1000℃的高温气氛。
燃料气体供给集管217是被SOFC盒203的上部壳体229a和上部管板225a包围的区域，通过设置于上部壳体229a的上部的燃料气体供给孔231a与燃料气体供给支管207a连通。另外，多个电池堆101通过上部管板225a与密封构件237a接合，燃料气体供给集管217将从燃料气体供给支管207a经由燃料气体供给孔231a供给的燃料气体以大致均匀的流量向多个电池堆101的基体管103的内部引导，使多个电池堆101的发电性能大致均匀化。
燃料气体排出集管219是被SOFC盒203的下部壳体229b和下部管板225b包围的区域，通过下部壳体229b所具备的燃料气体排出孔231b与未图示的燃料气体排出支管209a连通。另外，多个电池堆101通过下部管板225b与密封构件237b接合，燃料气体排出集管219将通过多个电池堆101的基体管103的内部而向燃料气体排出集管219供给的排出燃料气体汇集，经由燃料气体排出孔231b向燃料气体排出支管209a引导。
对应于燃料电池模块210的发电量，将规定气体组成和规定流量的氧化性气体向氧化性气体供给支管进行再循环而向多个SOFC盒203供给。氧化性气体供给集管221是被SOFC盒203的下部壳体229b、下部管板225b和下部隔热体(支承体)227b包围的区域，通过设置于下部壳体229b的侧面的氧化性气体供给孔233a与未图示的氧化性气体供给支管连通。该氧化性气体供给集管221将从未图示的氧化性气体供给支管经由氧化性气体供给孔233a供给的规定流量的氧化性气体经由后述的氧化性气体供给间隙235a向发电室215引导。
氧化性气体排出集管223是被SOFC盒203的上部壳体229a、上部管板225a和上部隔热体(支承体)227a包围的区域，通过设置于上部壳体229a的侧面的氧化性气体排出孔233b与未图示的氧化性气体排出支管连通。该氧化性气体排出集管223将从发电室215经由后述的氧化性气体排出间隙235b向氧化性气体排出集管223供给的排出氧化性气体经由氧化性气体排出孔233b向未图示的氧化性气体排出支管引导。
上部管板225a在上部壳体229a的顶板与上部隔热体227a之间，以上部管板225a、上部壳体229a的顶板和上部隔热体227a大致平行的方式固定于上部壳体229a的侧板。另外，上部管板225a具有与SOFC盒203所具备的电池堆101的根数对应的多个孔，在该孔中分别插入电池堆101。该上部管板225a经由密封构件237a及粘接构件中的任一方或双方气密地支承多个电池堆101的一方的端部，并且将燃料气体供给集管217与氧化性气体排出集管223隔离。
上部隔热体227a以上部隔热体227a、上部壳体229a的顶板以及上部管板225a大致平行的方式配置于上部壳体229a的下端部，并固定于上部壳体229a的侧板。另外，在上部隔热体227a上，与SOFC盒203所具备的电池堆101的根数对应地设置有多个孔。该孔的直径设定为比电池堆101的外径大。上部隔热体227a具备在该孔的内表面与贯穿于上部隔热体227a的电池堆101的外表面之间形成的氧化性气体排出间隙235b。
该上部隔热体227a将发电室215与氧化性气体排出集管223分隔，抑制上部管板225a的周围的气氛高温化而强度降低、由氧化性气体中所包含的氧化剂引起的腐蚀增加。上部管板225a等由因科镍合金等具有高温耐久性的金属材料构成，防止由于上部管板225a等暴露在发电室215内的高温下而上部管板225a等内的温度差变大而发生热变形。另外，上部隔热体227a使通过发电室215而暴露在高温下的排出氧化性气体从氧化性气体排出间隙235b通过，向氧化性气体排出集管223引导。
根据本实施方式，通过上述的SOFC盒203的结构，燃料气体和氧化性气体在电池堆101的内侧和外侧对置地流动。由此，排出氧化性气体与通过基体管103的内部而向发电室215供给的燃料气体之间进行热交换，将由金属材料构成的上部管板225a等冷却到不发生压曲等变形的温度，向氧化性气体排出集管223供给。另外，燃料气体通过与从发电室215排出的排出氧化性气体的热交换而升温，向发电室215供给。其结果是，能够将在不使用加热器等情况下而被预热升温至适于发电的温度的燃料气体向发电室215供给。
下部管板225b在下部壳体229b的底板与下部隔热体227b之间，以下部管板225b、下部壳体229b的底板以及下部隔热体227b大致平行的方式固定于下部壳体229b的侧板。另外，下部管板225b具有与SOFC盒203所具备的电池堆101的根数对应的多个孔，在该孔中分别插入电池堆101。该下部管板225b经由密封构件237b及粘接构件中的任一方或双方气密地支承多个电池堆101的另一方的端部，并且将燃料气体排出集管219与氧化性气体供给集管221隔离。
下部隔热体227b以下部隔热体227b、下部壳体229b的底板以及下部管板225b大致平行的方式配置于下部壳体229b的上端部，并固定于下部壳体229b的侧板。另外，在下部隔热体227b上，与SOFC盒203所具备的电池堆101的根数对应地设置有多个孔。该孔的直径设定为比电池堆101的外径大。下部隔热体227b具备在该孔的内表面与贯穿于下部隔热体227b的电池堆101的外表面之间形成的氧化性气体供给间隙235a。
该下部隔热体227b将发电室215与氧化性气体供给集管221分隔，抑制下部管板225b的周围的气氛高温化而强度降低、由氧化性气体中所包含的氧化剂引起的腐蚀增加。下部管板225b等由因科镍合金等具有高温耐久性的金属材料构成，防止由于下部管板225b等暴露在高温下而下部管板225b等内的温度差变大而发生热变形。另外，下部隔热体227b使供给到氧化性气体供给集管221的氧化性气体通过氧化性气体供给间隙235a而向发电室215引导。
根据本实施方式，通过上述的SOFC盒203的结构，燃料气体和氧化性气体在电池堆101的内侧和外侧对置地流动。由此，通过基体管103的内部并通过了发电室215的排出燃料气体与供给到发电室215的氧化性气体之间进行热交换，将由金属材料构成的下部管板225b等冷却到不发生压曲等变形的温度，并向燃料气体排出集管219供给。另外，氧化性气体通过与排出燃料气体的热交换而升温，向发电室215供给。其结果是，能够将在不使用加热器等的情况下升温至发电所需的温度的氧化性气体向发电室215供给。
在发电室215中发电的直流电力通过设置于多个燃料电池单元105的由Ni/YSZ等构成的引线膜115导出至电池堆101的端部附近后，经由集电板(未图示)向SOFC盒203的集电棒(未图示)集电，向各SOFC盒203的外部取出。通过所述集电棒导出至SOFC盒203的外部的直流电力，将各SOFC盒203的发电电力相互连接为规定的串联数及并联数，向燃料电池模块210的外部导出，通过未图示的功率调节器等电力转换装置(逆变器等)转换为规定的交流电力，向电力供给目的地(例如，负载设备、电力系统)供给。
如图3所示，作为一例，电池堆101具备圆筒形状的基体管103、在基体管103的外周面形成有多个的燃料电池单元105、以及形成于相邻的燃料电池单元105之间的连接体(interconnector)107。燃料电池单元105将燃料侧电极109、固体电解质膜(电解质)111以及氧侧电极113层叠而形成。另外，电池堆101具备经由连接体107与形成于基体管103的外周面的多个燃料电池单元105中的、在基体管103的轴向上形成于最端部的一端的燃料电池单元105的氧侧电极113电连接的引线膜115，并具备与形成于最端部的另一端的燃料电池单元105的燃料侧电极109电连接的引线膜115。
基体管103由多孔质材料构成，例如以CaO稳定化ZrO2(CSZ)、CSZ与氧化镍(NiO)的混合物(CSZ+NiO)、或Y2O3稳定化ZrO2(YSZ)、或MgAl2O4等为主要成分。该基体管103支承燃料电池单元105、连接体107和引线膜115，并且使向基体管103的内周面供给的燃料气体经由基体管103的细孔向形成于基体管103的外周面的燃料侧电极109扩散。
燃料侧电极109由Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料的氧化物构成，例如使用Ni/YSZ。燃料侧电极109的厚度为50μm～250μm，燃料侧电极109也可以通过对浆料进行丝网印刷而形成。在该情况下，在燃料侧电极109中，作为燃料侧电极109的成分的Ni相对于燃料气体具有催化剂作用。该催化剂作用是使经由基体管103供给的燃料气体、例如甲烷(CH4)与水蒸气的混合气体反应、重整为氢(H2)和一氧化碳(CO)的作用。另外，燃料侧电极109使通过重整而得到的氢(H2)及一氧化碳(CO)与经由固体电解质膜111供给的氧离子(O2-)在与固体电解质膜111的界面附近发生电化学反应，从而生成水(H2O)及二氧化碳(CO2)。需要说明的是，燃料电池单元105此时通过从氧离子释放的电子进行发电。
作为能够向固体氧化物型燃料电池的燃料侧电极109供给并利用的燃料气体，除了氢(H2)及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃系气体、城市煤气、天然气之外，还可以举出利用气化设备将石油、甲醇、及煤炭等含碳原料制造而成的气化气体等。
固体电解质膜111主要使用具备气体难以通过的气密性和高温下高氧离子导电性的YSZ。该固体电解质膜111使在氧侧电极处生成的氧离子(O2-)移动到燃料侧电极。位于燃料侧电极109的表面上的固体电解质膜111的膜厚为10μm～100μm，固体电解质膜111也可以对浆料进行丝网印刷而形成。
氧侧电极113例如由LaSrMnO3系氧化物或LaCoO3系氧化物构成，氧侧电极113使用丝网印刷或分配器涂布浆料。该氧侧电极113在与固体电解质膜111的界面附近，使供给的空气等氧化性气体中的氧解离而生成氧离子(O2-)。
氧侧电极113也可以设为两层结构。在该情况下，固体电解质膜111侧的氧侧电极层(氧侧电极中间层)由示出高离子导电性且催化剂活性优异的材料构成。氧侧电极中间层上的氧侧电极层(氧侧电极导电层)也可以由Sr及Ca掺杂LaMnO3所示的钙钛矿型氧化物构成。由此，能够进一步提高发电性能。
氧化性气体是含有大致15％～30％的氧的气体，代表性地优选空气，但除了空气以外，还可以使用燃烧废气与空气的混合气体、氧与空气的混合气体等。
连接体107由SrTiO3系等M1-xLxTiO3(M为碱土金属元素，L为镧系元素)所示的导电性钙钛矿型氧化物构成，对浆料进行丝网印刷。连接体107为致密的膜，以避免燃料气体与氧化性气体混合。另外，连接体107在氧化气氛和还原气氛这两种气氛下具有稳定的耐久性和导电性。该连接体107在相邻的燃料电池单元105中，将一方的燃料电池单元105的氧侧电极113与另一方的燃料电池单元105的燃料侧电极109电连接，将相邻的燃料电池单元105彼此串联连接。
引线膜115需要具备电子传导性、以及与构成电池堆101的其他材料的热膨胀系数接近，因此由Ni/YSZ等Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料、SrTiO3系等M1-xLxTiO3(M为碱土金属元素，L为镧系元素)构成。该引线膜115将由通过连接体107串联连接的多个燃料电池单元105发电的直流电力导出至电池堆101的端部附近。
在几个实施方式中，也可以不是如上所述那样分别设置燃料侧电极或氧侧电极和基体管，而是将燃料侧电极或氧侧电极形成得较厚而兼用基体管。另外，本实施方式中的基体管以使用圆筒形状的基体管进行说明，但基体管只要是筒状即可，截面未必限定于圆形，例如也可以是椭圆形状。也可以是将圆筒的周侧面垂直压扁的扁平圆筒(Flat tubular)等电池堆。
(燃料电池发电系统的结构)
接着，对利用了具有上述结构的燃料电池模块210的燃料电池发电系统1进行说明。图4是一实施方式的燃料电池发电系统1的概要结构图。
如图4所示，燃料电池发电系统1具备：包含第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B的燃料电池部10；用于向燃料电池部10供给燃料气体Gf的燃料气体供给管线20；供从第一燃料电池模块210A排出的第一排出燃料气体Gef1流动的第一排出燃料气体管线22A；供从第二燃料电池模块210B排出的第二排出燃料气体Gef2流动的第二排出燃料气体管线22B；用于向燃料电池部10供给氧化性气体Go的氧化性气体供给管线40；供从第一燃料电池模块210A排出的第一排出氧化性气体Geo1流动的第一排出氧化性气体管线42A；以及供来自第二燃料电池模块210B的第二排出氧化性气体Geo2流动的第二排出氧化性气体管线42B。
需要说明的是，也可以在氧化性气体供给管线40中设置用于对供给到燃料电池部10的氧化性气体Go进行升压的升压机(未图示)。升压机例如是压缩机或再循环鼓风机。
第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B如前所述具备一个以上的燃料电池盒203，燃料电池盒203由分别包含多个燃料电池单元105的多个电池堆101构成(参照图1及图2)。燃料电池单元105分别包括燃料侧电极109、固体电解质膜111及氧侧电极113(参照图3)。
在图4中，燃料电池部10构成为，通过相对于燃料气体供给管线20串联(级联)连接第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B，从而从前级的第一燃料电池模块210A排出的第一排出燃料气体Gef1经由第一排出燃料气体管线22A向后级的第二燃料电池模块210B供给。另外，在第一排出燃料气体管线22A中流动的第一排出燃料气体Gef1的一部分通过第一再循环气体再循环鼓风机28A经由第二再循环管线24A向第一燃料电池模块210A的燃料气体入口供给。来自后级的第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2经由第二排出燃料气体管线22B向外部排出。另外，在第二排出燃料气体管线22B中流动的第二排出燃料气体Gef2的一部分也可以通过第二再循环气体再循环鼓风机28B经由第一再循环管线24B向第二燃料电池模块210B的燃料气体入口供给。
需要说明的是，在本实施方式中，例示了两个燃料电池模块相对于燃料气体供给管线20串联(级联)连接的情况，但串联(级联)连接的燃料电池模块的数量可以是任意的(三个以上)。
另外，在图4中，例示了第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B相对于氧化性气体供给管线40并联(parallel)连接的情况。即，构成为，从在上游侧分支的氧化剂气体供给管线42A、42B向前级的第一燃料电池模块210A和后级的第二燃料电池模块210B分别供给空气。来自前级的第一燃料电池210A的第一排出氧化性气体Geo1经由第一排出氧化性气体管线42C向外部排出，来自后级的第二燃料电池模块210B的第二排出氧化性气体Geo2经由第二排出氧化性气体管线42D向外部排出。
在其他实施方式中，氧化性气体供给管线40也可以与构成燃料电池部10的第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B串联(级联)连接。即，也可以将来自第一燃料电池模块210A的第一排出氧化性气体Geo1的一部分或全部向第二燃料电池模块210B供给。
需要说明的是，燃料气体供给管线20与图1所示的燃料气体供给管207对应，第一排出燃料气体管线22A与图1所示的燃料气体排出管209连接。另外，第二排出燃料气体管线22B与图1所示的第二燃料电池模块的燃料气体排出管209连接。
需要说明的是，氧化性气体供给管线42A、42B与图1中未图示的氧化性气体供给管对应，第一排出氧化性气体管线42C与图1中未图示的氧化性气体排出管连接。另外，第二排出氧化性气体管线42D与图1中未图示的氧化性气体排出管对应。
燃料电池发电系统1具备从第二排出燃料气体管线22B进行再循环的第一再循环管线24B。第一再循环管线24B与第一排出燃料气体管线22A连接，构成为能够将来自第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2向第二燃料电池模块210B的上游侧供给(即，第一再循环管线24B构成为能够将第二排出燃料气体Gef2向第二燃料电池模块210B循环供给)。
由此，与前级的第一燃料电池模块210A的动作状态无关地，通过调整经由第一再循环管线24B的来自第二排出燃料气体Gef2的再利用供给量，能够适当地确保向第二燃料电池模块210B供给的燃料气体的重整所需的水蒸气。由此，与第一燃料电池模块210A的动作状态无关地，即使在系统要求负载Ls发生了变化的情况下，也能够使第二燃料电池模块210B的动作状态稳定化。
需要说明的是，也可以在第一再循环管线24B中设置用于调整在第一再循环管线24B中流动的第二排出燃料气体Gef2的流量的阀。在该情况下，该阀的开度能够由后述的控制装置380控制。
另外，燃料电池发电系统1具备从第一排出燃料气体管线22A进行再循环的第二再循环管线24A。第二再循环管线24A与燃料气体供给管线20连接，构成为能够将来自第一燃料电池模块210A的第一排出燃料气体Gef1向第一燃料电池模块210A的上游侧供给(即，第二再循环管线24A构成为能够将第一排出燃料气体Gef1向第一燃料电池模块210A循环供给)。由此，通过调整经由第二再循环管线24A的第一排出燃料气体Gef1的供给量，在第一燃料电池模块210A中，能够适当地确保燃料气体的重整所需的水分。
需要说明的是，也可以在第二再循环管线24A中设置用于调整在第二再循环管线24A中流动的第一排出燃料气体Gef1的流量的阀。在该情况下，该阀的开度能够由后述的控制装置380控制。
与第一再循环管线24B的第一合流部26A设置于第一排出燃料气体管线22A中的比第二再循环管线24A的第二分支部26B靠上游的位置。由此，即使在第一燃料电池模块210A非发电(热备用)状态下，也能够将由于第二燃料电池模块210B的发电而产生的水蒸气向第一燃料电池模块201A供给。
图5是其他实施方式的燃料电池发电系统1的概要结构图。需要说明的是，在图5中，只要没有特别记载，则对与图4对应的结构标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图5所示，在其他实施方式中，也可以在第一排出燃料气体管线22A中的与第一再循环管线24B的第一合流部26A和与第二再循环管线24A的第二分支部26B之间设置再循环鼓风机28。再循环鼓风机28设置于比第二分支部26B靠上游侧的位置，由此经由第二再循环管线24A对第一燃料电池模块210A进行第一排出燃料气体Gef1的循环供给。另外，再循环鼓风机28设置于比第一合流部26A靠下游侧的位置，由此对第一再循环管线24B施加负压，进行经由第一再循环管线24B的第二排出燃料气体Gef2对第二燃料电池模块210B的循环供给。这样，通过设置于第一排出燃料气体管线22A的一台再循环鼓风机28，能够实现经由前述的第一再循环管线24B及第二再循环管线24A的第二燃料电池模块210B及第一燃料电池模块210A中的燃料气体的循环供给(即，与在第一再循环管线24B及第二再循环管线24A中分别配置再循环鼓风机的情况相比，能够削减再循环鼓风机的台数并简化系统结构)。
另外，燃料电池发电系统1具备以能够将第二排出燃料气体Gef2向第一燃料电池模块210A的氧化性气体供给管线42A供给的方式将第二排出燃料气体管线22B与氧化性气体供给管线42A连接的第二排出燃料气体供给管线24C。燃料电池单元的氧侧电极113具有作为燃料成分与氧的催化剂燃烧反应中的催化剂发挥作用的功能。根据上述的实施方式，将来自第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2向第一燃料电池模块210A的氧侧电极113供给，因此，利用氧侧电极113的催化剂作用使排出燃料气体所包含的未利用燃料成分适当地燃烧，即使第一燃料电池模块在非发电(热备用)状态下也能够维持规定的温度。
进一步对上述内容进行详细说明。在固体氧化物型燃料电池中，运用中的发电室215的温度为600～1000℃左右的高温，该高温状态通过伴随发电的发热而自主地维持，但例如若由于系统要求负载Ls减少而成为非发电(热备用)状态，则伴随发电反应的停止，温度降低。因此，在系统要求负载Ls再次增加而再次开始发电的情况下，必须将发电室215升温至能够发电的温度，难以迅速地追随系统要求负载Ls的变化。
针对这样的课题，在本实施方式中，即使在第一燃料电池模块210A处于非发电(热备用)状态的情况下，通过经由第二排出燃料气体供给管线24C向第一燃料电池模块210A的氧侧电极113供给来自第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2并使其燃烧，也能够将第一燃料电池模块210A的发电室215维持在发电所需的温度。由此，能够将处于非发电(热备用)状态的第一燃料电池模块210A迅速地切换到发电状态，能够得到良好的负载响应性能。另外，这样的非发电(热备用)状态的温度维持能够在不从外部对第一燃料电池模块210A追加多余的燃料气体的情况下进行，因此有效地抑制能量消耗，提高系统要求负载降低时的系统发电效率。
需要说明的是，非发电(热备用)状态下的发电室215的温度例如为600～900℃左右。
需要说明的是，关于经由第二排出燃料气体供给管线24C的第二排出燃料气体Gef2向第一燃料电池模块210A的供给，除了上述的将第一燃料电池模块210A维持在非发电(热备用)状态的情况之外，也可以在为了不将第二排出燃料气体Gef2所包含的未利用燃料成分(氢、CO、甲烷等)向外部排出而使其在第一燃料电池模块210A中燃烧消耗的情况下进行。在该情况下，在能够简化用于处理第二排出燃料气体Gef2所包含的未利用燃料成分的废气处理装置的方面是有利的。
另外，也可以在第三再循环管线24C中设置用于调整在第三再循环管线24C中流动的第二排出燃料气体Gef2的流量的阀。在该情况下，该阀的开度能够由后述的控制装置380控制。
另外，燃料电池发电系统1还具备以能够将第二排出燃料气体Gef2向第二燃料电池模块210B的氧化性气体供给管线42B供给的方式将第二排出燃料气体管线22B与氧化性气体供给管线42B连接的第二排出燃料气体供给管线24D。燃料电池单元的氧侧电极113具有作为燃料成分与氧的催化剂燃烧反应中的催化剂发挥作用的结构。根据上述的实施方式，将来自第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2向第二燃料电池模块210B的氧侧电极113供给，因此，利用氧侧电极113的催化剂作用使排出燃料气体所包含的未利用燃料成分适当地燃烧，第二燃料电池模块即使在非发电(热备用)或者最低负载运转状态下也能够维持规定的温度。
在本实施方式中，即使在第二燃料电池模块210B处于非发电(热备用)或者最低负载运转状态的情况下，通过经由第二排出燃料气体供给管线24D向第二燃料电池模块210B的氧侧电极113供给来自第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2并使其燃烧，也能够将第二燃料电池模块210B的发电室215维持在发电所需的温度。由此，能够将处于非发电(热备用)状态的第二燃料电池模块210B迅速地切换到发电状态，能够得到良好的负载响应性能。另外，这样的非发电(热备用)或者最低负载状态的温度维持能够在不从外部对第二燃料电池模块210A追加多余的燃料气体的情况下进行，因此有效地抑制燃料消耗，提高系统要求负载降低时的系统发电效率。
另外，也能够在第二排出燃料气体供给管线24D中设置用于调整在第二排出燃料气体供给管线24D中流动的第二排出燃料气体Gef2的流量的阀。在该情况下，该阀的开度能够由后述的控制装置380控制。
另外，燃料电池发电系统1具备用于控制燃料电池发电系统1的各结构的控制装置380。控制装置380例如由CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、以及计算机可读取的存储介质等构成。并且，作为一例，用于实现各种功能的一系列的处理以程序的形式存储于存储介质等中，CPU将该程序读取到RAM等中，执行信息的加工/运算处理，由此实现各种功能。需要说明的是，程序也可以应用预先安装于ROM、其他存储介质中的方式、以存储于计算机可读取的存储介质的状态提供的方式、经由基于有线或无线的通信单元而分发的方式等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、磁光盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
在此，参照图6～图8，对由控制装置380进行的燃料电池发电系统1的控制内容进行说明。需要说明的是，本控制内容表示实施例之一，不规定控制方法。
图6是示出针对图4所示的燃料电池发电系统1的系统要求负载Ls与发电输出值的关系的图。图7是示出系统要求负载Ls为100％时的图4的燃料电池发电系统1的动作状态的图。图8是示出系统要求负载Ls为20％时的图4的燃料电池发电系统1的动作状态的图。
在图6中，燃料电池发电系统1的系统整体的发电输出值P、第一燃料电池模块210A的发电输出值PA、以及第二燃料电池模块的发电输出值PB以相对于系统整体的额定输出的各自的比例来表示。
控制装置380基于系统要求负载Ls分别控制第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B。系统要求负载Ls是从燃料电池发电系统1的外部进行指令且基于对燃料电池发电系统1的电力需求而变动的参数。例如，系统要求负载Ls根据与作为燃料电池发电系统1的电力供给目的地的电力系统连接的其他发电系统(再生能量发电系统)的发电状况、对电力系统的电力需求而变化。控制装置380基于这样的系统要求负载Ls，分别控制第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B的动作状态，由此以与系统要求负载Ls对应的方式调整系统整体的发电输出值P。
在此，在一般的燃料电池的级联发电系统中，与系统要求负载Ls对应的燃料向第一燃料电池模块210A供给，在第二燃料电池模块210B中，进行与从第一燃料电池模块210A排出的第一排出燃料气体Gef1所包含的未利用燃料对应的发电。因此，第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B的发电输出的比例与系统要求负载Ls无关地大致恒定。例如，在第一燃料电池模块210A及第二燃料电池模块210B的额定输出值的比率为8：2的情况下，系统要求负载Ls的80％分配给第一燃料电池模块210A，剩余的20％分配给第二燃料电池模块210B。
与此相对，在本实施方式中，如图6所示，控制装置380根据系统要求负载Ls可变地对第一燃料电池模块210A的输出PA进行控制，但第二燃料电池模块210B的输出PB以成为预先设定的大致恒定输出的方式进行控制。即，后级的第二燃料电池模块210B的发电输出值PB与系统要求负载Ls无关地被控制为大致恒定目标值，针对系统要求负载Ls的变化，通过对前级的第一燃料电池模块210A的动作状态进行控制来应对。这样，通过将第二燃料电池模块210B的发电输出值PB与系统要求负载Ls无关地控制为大致恒定，即使在系统要求负载Ls发生了变化的情况下，额定输出相对于第一燃料电池模块小的后级的第二燃料电池模块210B也以大致恒定的输出发电并维持发电室温度，由此能够将系统要求负载Ls的影响设为最小限度，能够改善系统的负载响应性能。
第二燃料电池模块210B的发电输出值PB的恒定目标值例如设定为第二燃料电池模块210B的额定输出值。由此，在第二燃料电池模块210B中，与系统要求负载Ls无关地进行额定运转，因此能够进行高效的发电。由此，即使在系统要求负载Ls发生了变化的情况下，也能够使后级的第二燃料电池模块210B的动作状态稳定化，并且实现良好的系统效率。
在本实施方式中，第二燃料电池模块210B的额定输出值比第一燃料电池模块210A的额定输出值小。因此，第二燃料电池模块210B与第一燃料电池模块210A相比，伴随发电的发热量少，并且与第一燃料电池模块210A相比，热容量小，因此相对于系统要求负载Ls，难以将发电室温度始终维持在适当温度，但如上所述，通过将第二燃料电池模块210B的发电输出值PB控制为恒定目标值，容易维持在适当温度，即使在系统要求负载Ls发生变化或部分负载运转时，也能够进行稳定的系统运转。
在图7及图8中，作为一例示出了燃料电池发电系统1的整体额定输出值为100kW、第一燃料电池模块210A的额定输出值为80kW、第二燃料电池模块210B的额定输出值为20kW的情况。如图7所示，在系统要求负载Ls为100％(即，100kW)的情况下，若将在燃料气体供给管线20中流动的燃料气体Gf设为100，则在前级的第一燃料电池模块210A中，作为燃料利用率Uf＝80％，燃料气体Gf的80％被消耗，剩余的20％作为第一排出燃料气体Gef1排出。第一排出燃料气体Gef1向后级的第二燃料电池模块210B供给。在第二燃料电池模块210B中，作为燃料利用率Uf＝50％，第一排出燃料气体Gef1的50％被消耗，剩余的10％作为第二排出燃料气体Gef2排出，系统整体的燃料利用率为90％。
需要说明的是，该10％的第二排出燃料气体Gef2也可以直接向外部排出，但在图7中，通过经由第二排出燃料气体供给管线24C向第一燃料电池模块210A的氧化性气体供给管线42A供给，使第二排出燃料气体Gef2所包含的未利用燃料成分燃烧后，向外部排出。
另外，控制装置380在系统要求负载Ls为第二燃料电池模块210B的额定输出值以下的情况下(例如由与作为燃料电池发电系统1的电力供给目的地的电力系统连接的再生能量发电系统产生剩余电力时、电力需求降低的夜晚时等)，能够将第一燃料电池模块210A的输出降低到抑制由投入燃料引起的碳析出所需的最低负载运转。在该情况下，如上所述，第一燃料电池模块210A的温度维持通过经由第二排出燃料气体供给管线24C向第一燃料电池模块210A的氧侧电极113供给第二排出燃料气体Gef2并使其燃烧来实现。在第一燃料电池模块210A的最低负载运转状态下，利用再循环鼓风机28向第一燃料电池模块210A的燃料供给管线20供给以额定负载运转重整用蒸气的第二燃料电池模块210B的排出燃料气体中所包含的水蒸气，由此能够进行更低负载或无负载的运转。在该情况下，由于将第一燃料电池模块210A维持在燃料电池的动作所需的温度或与其接近的温度，因此在将来系统要求负载Ls增加时，再次开始基于第一燃料电池模块210A的发电，能够避免伴随第一燃料电池模块210A的启动停止的能量消耗，并且得到良好的负载追随性。
在图8中，作为部分负载运转的一例，示出了将系统要求负载Ls设为20％、第一燃料电池模块210A为无负载运转(热备用)状态及第二燃料电池模块210B的额定输出值为20kW的情况下的燃料电池发电系统1的动作状态。在该情况下，若将在燃料气体供给管线20中流动的燃料气体Gf设为20，则前级的第一燃料电池模块210A被控制为无负载运转(热备用)状态，防止碳析出所需的水蒸气经由第一再循环气体管线24B及第二再循环气体管线24B被供给来自第二燃料电池模块210B的第二排出燃料气体Gef2。在第二燃料电池模块210B中，在作为燃料利用率Uf＝80％而向第一燃料电池供给的燃料气体Gf的80％被消耗、且将系统要求负载Ls的额定时设为100的情况下，相当于4％的燃料作为第二排出燃料气体Gef2排出。该4％的第二排出燃料气体Gef2经由第二排出燃料气体供给管线24C向第一燃料电池模块210A的氧侧电极113供给，从而用于第一燃料电池模块210A的无负载运转(热备用)状态的温度维持。
另外，控制装置380也可以在系统要求负载Ls降低到小于第二燃料电池模块210B的额定输出值的情况下(例如由与作为燃料电池发电系统1的电力供给目的地的电力系统连接的再生能量发电系统产生剩余电力时、电力需求降低的夜晚时等)，除了第一燃料电池模块210A之外，进一步将第二燃料电池模块210B控制为低负载运转状态。此时，第一燃料电池模块210A被控制为无负载运转(热备用)状态，第二燃料电池模块210B被控制为低负载运转状态。如上所述，第一燃料电池模块210A的无负载运转(热备用)状态通过经由第二排出燃料气体供给管线24C对第一燃料电池模块210A的氧侧电极113供给第二排出燃料气体Gef2并使其燃烧来实现。另外，如上所述，第二燃料电池模块210B的低负载运转状态通过经由第四再循环管线24D对第二燃料电池模块210B的氧侧电极113供给第二排出燃料气体Gef2并使其燃烧来实现。
在低负载运转状态下，由第二燃料电池模块210B通过发电进行防止碳析出所需的水蒸气的供给，燃料电池模块维持在燃料电池的动作所需的温度或与其接近的温度，燃料供给系统、燃料再循环系统持续运转，因此在将来系统要求负载增加时，能够在短时间内再次开始由各燃料电池模块进行的发电，避免伴随燃料电池模块的启动停止的能量消耗，并且得到良好的负载追随性。
这样，在第一燃料电池模块210A被控制为无负载运转(热备用)状态、第二燃料电池模块210B被控制为低负载运转状态的情况下，控制装置380也可以控制第二燃料电池模块210B产生用于使燃料电池发电系统1维持无负载运转(热备用)状态的站内电力。在该情况下，第二燃料电池模块210B进行最小限度的发电，以产生燃料电池发电系统1为了维持无负载运转(热备用)状态或自身的最低负载运转状态所需的站内电力。由此，在将来系统要求负载Ls增加时，能够在各燃料电池模块中迅速地再次开始发电，能够避免伴随燃料电池模块的启动停止的能量消耗，并且得到良好的负载追随性。
另外，能够在不接受来自外部(系统)的电力的供给的情况下以最小限度的燃料将系统整体保持为始终能够发电的状态，改善作为独立电源的运用性。
如上所说明的那样，根据上述各实施方式，在具备相对于燃料气体的流动串联(级联)连接的多个燃料电池模块的燃料电池发电系统1中，能够提供动作状态稳定且可以实现良好的负载追随性和系统效率的燃料电池发电系统1。
上述各实施方式所记载的内容例如如以下那样进行掌握。
(1)一方案的燃料电池发电系统具备：
第一燃料电池模块(例如上述实施方式的第一燃料电池模块210A)，其能够使用燃料气体(例如上述实施方式的燃料气体Gf1)进行发电；
第一排出燃料气体管线(例如上述实施方式的第一排出燃料气体管线22A)，其供从所述第一燃料电池模块排出的第一排出燃料气体(例如上述实施方式的第一排出燃料气体Gef1)流动；
第二燃料电池模块(例如上述实施方式的第二燃料电池模块210B)，其能够使用所述第一排出燃料气体进行发电；
第二排出燃料气体管线(例如上述实施方式的第二排出燃料气体管线22B)，其供从所述第二燃料电池模块排出的第二排出燃料气体(例如上述实施方式的第二排出燃料气体Gef2)流动；以及
第一再循环管线(例如上述实施方式的第一再循环管线24B)，其为了将所述第二排出燃料气体向所述第二燃料电池模块的燃料侧电极供给而从所述第二排出燃料气体管线进行再循环。
根据上述(1)的方案，在第一燃料电池模块及第二燃料电池模块相对于燃料气体的流动串联(级联)连接的燃料电池发电系统中，构成为从第二燃料电池模块排出的第二排出燃料气体能够经由第一再循环管线向第二燃料电池模块的燃料侧电极供给。由此，与第一燃料电池模块的动作状态无关地，通过调整经由第一再循环管线的第二排出燃料气体的供给量，在第二燃料电池模块中，能够适当地确保燃料气体的重整所需的水分。由此，与第一燃料电池模块的动作状态无关地，即使在系统要求负载发生了变化的情况下，也能够使第二燃料电池模块的动作状态稳定化。
(2)在其他方案中，在上述(1)的方案的基础上，
还具备第二再循环管线，所述第二再循环管线为了将所述第一排出燃料气体向所述第一燃料电池模块的燃料侧电极供给而从所述第一排出燃料气体管线进行再循环，
所述第一再循环管线相对于所述第一排出燃料气体管线以在比所述第二再循环管线的分支部靠上游的位置合流的方式连接。
根据上述(2)的方案，即使第一燃料电池模块在非发电(热备用)状态下，也能够将通过第二燃料电池模块的发电所产生的水蒸气向第一燃料电池模块供给。
(3)在其他方案中，上述(2)的方案的基础上，
在所述第一再循环管线以及所述第二再循环管线中分别设置有再循环鼓风机。
根据上述(3)的方案，能够独立地控制第一再循环管线及所述第二再循环管线中的循环量。
(4)在其他方案中，在上述(2)的方案的基础上，
在所述第一排出燃料气体管线中的与所述第一再循环管线的第一合流部(例如上述实施方式的第一合流部26A)和与所述第二再循环管线的第二分支部(例如上述实施方式的第二分支部26B)之间，设置有用于压送所述第一排出燃料气体的再循环鼓风机(例如上述实施方式的再循环鼓风机28)。
根据上述(4)的方案，通过在第一排出燃料气体管线的上述位置设置再循环鼓风机，能够进行针对第一燃料电池模块的燃料侧电极的经由第二再循环管线的第二排出燃料气体的供给、以及针对第二燃料电池模块的燃料侧电极的经由第一再循环管线的第二排出燃料气体的供给。
(5)在其他方案中，在上述(1)至(4)中任一个方案的基础上，
具备控制装置(例如上述实施方式的控制装置380)，该控制装置用于基于系统要求负载(例如上述实施方式的系统要求负载Ls)分别控制所述第一燃料电池模块及所述第二燃料电池模块，
所述控制装置根据所述系统要求负载对所述第一燃料电池模块的输出进行可变控制，并且与所述系统要求负载无关地将所述第二燃料电池模块的输出控制为预先设定的恒定目标值。
根据上述(5)的方案，在系统要求负载发生了变化的情况下，第二燃料电池模块的输出维持为恒定目标值，另一方面，对第一燃料电池模块的输出进行可变控制，由此进行向系统要求负载的追随。这样，与系统要求负载无关地将第二燃料电池模块的输出控制为恒定目标值，即使在系统要求负载发生了变化的情况下，也能够稳定地维持第二燃料电池模块的动作状态，并且能够改善系统的负载响应性能。
(6)在其他方案中，在上述(5)的方案的基础上，
所述恒定目标值是所述第二燃料电池模块的大致额定输出值。
根据上述(6)的方案，与系统要求负载无关地，第二燃料电池发电模块的输出被维持为大致额定输出值。由此，即使在系统要求负载发生了变化的情况下，在第二燃料电池模块中也能够使动作状态稳定化，并且能够得到良好的发电效率。
(7)在其他方案中，在上述(5)或(6)的方案的基础上，
所述第二燃料电池模块的额定输出值小于所述第一燃料电池模块的额定输出值。
根据上述(7)的方案，由于第二燃料电池模块的额定输出值比第一燃料电池模块小，因此伴随发电的发热量少。在这样的系统中，由于第二燃料电池模块中的发热量比第一燃料电池模块少，燃料电池模块的热容量小，因此在负载变化时、部分负载时难以维持为适当温度，但如上所述，通过将第二燃料电池模块的输出控制为恒定目标值，容易维持适当温度，即使在系统要求负载变化或者部分负载运转时，也能够进行稳定的系统运转。
(8)在其他方案中，在上述(5)至(7)中任一个方案的基础上，
所述控制装置在所述系统要求负载为所述第二燃料电池模块的额定输出值以下的情况下，将所述第一燃料电池模块控制为无负载运转(热备用)状态。
根据上述(8)的方案，在系统要求负载为第二燃料电池模块的额定输出值以下的情况下，基于系统要求负载对输出进行可变控制的第一燃料电池模块被控制为无负载运转(热备用)状态。在无负载运转(热备用)状态下，虽然不进行发电，但燃料电池模块被维持为燃料电池的动作所需的温度或与其接近的温度，因此在将来系统要求负载增加时，能够迅速地再次开始由第一燃料电池模块进行的发电，避免伴随燃料电池模块的启动停止的能量消耗，并且得到良好的负载追随性。
(9)在其他方案中，在上述(5)至(8)中任一个方案的基础上，
所述控制装置控制为，以能够通过使所述第二燃料电池模块的所述第二排出燃料气体再循环来供给维持所述第一燃料电池模块的无负载运转(热备用)状态所需的重整用蒸气的方式，由所述第二燃料电池模块进行发电。
根据上述(9)的方案，通过使第二排出燃料气体再循环而向第一燃料电池模块供给，能够在不从外部供给水蒸气的情况下利用第二排出燃料气体所包含的水蒸气以良好的效率维持第二燃料电池模块的无负载运转(热备用)状态。
(10)在其他方案中，在上述(5)至(9)中任一个方案的基础上，
所述控制装置以能够供给用于使所述第一燃料电池模块维持无负载运转(热备用)状态的所需的重整用蒸气的方式，控制所述第二燃料电池模块。
根据上述(10)的方案，在将燃料电池发电系统所具备的第一燃料电池模块维持在无负载运转(热备用)状态时，能够供给防止第一燃料电池模块210A中的碳析出所需的重整蒸气，并且由第二燃料电池模块产生为了使燃料电池发电系统1维持在无负载运转(热备用)状态所需的站内电力。由此，在将来系统要求负载增加时，能够在各燃料电池模块中迅速地再次开始发电，能够避免伴随燃料电池模块的启动停止的能量消耗，并且得到良好的负载追随性。
(11)在其他方案中，在上述(1)至(10)中任一个方案的基础上，
还具备第二排出燃料气体供给管线(例如上述实施方式的24C)，该第二排出燃料气体供给管线以能够将第二排出燃料气体Gef2向第一燃料电池模块210A的氧化性气体供给管线42A供给的方式将第二排出燃料气体管线22B与氧化性气体供给管线42A连接。
根据上述(11)的方案，能够经由第二排出燃料气体供供给管线向第一燃料电池模块的氧侧电极供给第二排出燃料气体。由此，第二排出燃料气体在第一燃料电池模块的氧侧电极燃烧，能够将第一燃料电池模块控制为无负载运转(热备用)状态。这样，能够在不从外部追加燃料气体的情况下，通过有效利用来自第二燃料电池模块的排出燃料气体，在抑制能量消耗的同时高效地实现第一燃料电池模块的无负载运转(热备用)状态。
(12)在其他方案中，在上述(1)至(11)中任一个方案的基础上，
还具备第二排出燃料气体供给管线(例如上述实施方式的24D)，该第二排出燃料气体供给管线以将所述第二排出燃料气体Gef2向第二燃料电池模块210B的氧化性气体供给管线42B供给的方式将第二排出燃料气体管线22B与氧化性气体供给管线42B连接。
根据上述(12)的方案，能够经由第二排出燃料气体供给管线向第二燃料电池模块的氧侧电极供给第二排出燃料气体。由此，第二排出燃料气体在第二燃料电池模块的氧侧电极燃烧，能够将第二燃料电池模块控制为必要最小限度的低负载运转状态。这样，通过将来自外部的燃料气体的供给设为最小限度，有效利用来自第二燃料电池模块的排出燃料气体，能够在抑制能量消耗的同时高效地实现第二燃料电池模块的低负载运转状态。
附图标记说明：
1...燃料电池发电系统；
10...燃料电池部；
20...燃料气体供给管线；
22A...第一排出燃料气体管线；
22B...第二排出燃料气体管线；
24A...第二再循环管线；
24B...第一再循环管线；
24C...第二排出燃料供给管线(第一燃料电池模块用)；
24D...第二排出燃料供给管线(第二燃料电池模块用)；
26A...第一合流部；
26B...第二分支部；
28...再循环鼓风机；
28A...第一再循环鼓风机；
28B...第二再循环鼓风机；
40...氧化性气体供给管线；
42A...第一氧化性气体供给管线；
42B...第二氧化性气体供给管线；
42C...第一排出氧化性气体管线；
42D...第二排出氧化性气体管线；
101...电池堆；
103...基体管；
105...燃料电池单元；
107...连接体；
109...燃料侧电极；
111...固体电解质膜；
113...氧侧电极；
115...引线膜；
210...燃料电池模块(SOFC模块)；
210A...第一燃料电池模块；
210B...第二燃料电池模块；
203...燃料电池盒(SOFC盒)；
205...压力容器；
207...燃料气体供给管；
207a...燃料气体供给支管；
209...燃料气体排出管；
209a...燃料气体排出支管；
215...发电室；
217...燃料气体供给集管；
219...燃料气体排出集管；
221...氧化性气体供给集管；
223...氧化性气体排出集管；
225a...上部管板；
225b...下部管板；
227a...上部隔热体；
227b...下部隔热体；
229a...上部壳体；
229b...下部壳体；
231a...燃料气体供给孔；
231b...燃料气体排出孔；
233a...氧化性气体供给孔；
233b...氧化性气体排出孔；
235a...氧化性气体供给间隙；
235b...氧化性气体排出间隙；
237a、237b...密封构件；
380...控制装置；
Gef1...第一排出燃料气体；
Gef2...第二排出燃料气体；
Geo1...第一排出氧化性气体；
Geo2...第二排出氧化性气体；
Gf...燃料气体；
Go...氧化性气体。

Claims (12)

1.一种燃料电池发电系统，其中，
所述燃料电池发电系统具备：
第一燃料电池模块，其能够使用燃料气体进行发电；
第一排出燃料气体管线，其供从所述第一燃料电池模块排出的第一排出燃料气体流动；
第二燃料电池模块，其能够使用所述第一排出燃料气体进行发电；
第二排出燃料气体管线，其供从所述第二燃料电池模块排出的第二排出燃料气体流动；以及
第一再循环管线，其为了将所述第二排出燃料气体向所述第二燃料电池模块的燃料侧电极供给而从所述第二排出燃料气体管线进行再循环。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其中，
所述燃料电池发电系统还具备第二再循环管线，所述第二再循环管线为了将所述第一排出燃料气体向所述第一燃料电池模块的燃料侧电极供给而从所述第一排出燃料气体管线进行再循环，
所述第一再循环管线相对于所述第一排出燃料气体管线以在比所述第二再循环管线的分支部靠上游的位置合流的方式连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池发电系统，其中，
在所述第一再循环管线以及所述第二再循环管线中分别设置有再循环鼓风机。
4.根据权利要求2所述的燃料电池发电系统，其中，
在所述第一排出燃料气体管线中的与所述第一再循环管线的第一合流部和所述第二再循环管线的第二分支部之间，设置有用于压送所述第一排出燃料气体的再循环鼓风机。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池发电系统，其中，
所述燃料电池发电系统具备控制装置，所述控制装置用于基于系统要求负载分别控制所述第一燃料电池模块及所述第二燃料电池模块，
所述控制装置根据所述系统要求负载对所述第一燃料电池模块的输出进行可变控制，并且与所述系统要求负载无关地将所述第二燃料电池模块的输出控制为预先设定的恒定目标值。
6.根据权利要求5所述的燃料电池发电系统，其中，
所述恒定目标值为所述第二燃料电池模块的额定输出值。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池发电系统，其中，
所述第二燃料电池模块的额定输出值小于所述第一燃料电池模块的额定输出值。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的燃料电池发电系统，其中，
所述控制装置在所述系统要求负载为所述第二燃料电池模块的额定输出值以下的情况下，将所述第一燃料电池模块控制为无负载运转状态。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的燃料电池发电系统，其中，
所述控制装置控制为，以能够通过使所述第二燃料电池模块的所述第二排出燃料气体再循环来供给维持所述第一燃料电池模块的无负载运转状态所需的重整用蒸气的方式，由所述第二燃料电池模块进行发电。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的燃料电池发电系统，其中，
所述控制装置以产生所述燃料电池发电系统维持无负载运转状态所需的最小限度的电力的方式，控制所述第二燃料电池模块。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的燃料电池发电系统，其中，
所述燃料电池发电系统还具备第二排出燃料气体供给管线，所述第二排出燃料气体供给管线以能够将所述第二排出燃料气体向所述第一燃料电池模块的氧化性气体供给管线供给的方式将所述第二排出燃料气体管线与所述氧化性气体供给管线连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的燃料电池发电系统，其中，
所述燃料电池发电系统还具备第二排出燃料气体供给管线，所述第二排出燃料气体供给管线以能够将所述第二排出燃料气体向所述第二燃料电池模块的氧化性气体供给管线供给的方式将所述第二排出燃料气体管线与所述氧化性气体供给管线连接。
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