JP2001185197A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池コージェネレーション・システムの電
力負荷追従運転を容易にする。 【解決手段】原燃料を水蒸気改質反応によって水素に改
質する改質器５ａに加熱用バーナー５ｂを付設し、この
バーナー５ｂに原燃料を供給して燃焼させることによっ
て、燃料電池本体１の排ガスを燃料改質器５ａの加熱源
として使用しないようにし、燃料電池本体１で電力需要
及び熱需要に応じて改質器５ａへの原燃料の供給量及び
燃料電池本体１の燃料利用率を変更することができるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、負極に送り込む水素を燃料
とし、正極に送り込む酸素を酸化剤として、これらを電
解質を通じて反応させる発電器として一般に知られてい
る。この燃料電池に使用する水素は炭化水素又はメタノ
ールを改質することによって生成することができる。

【０００３】このような燃料電池を用いた発電システム
の一例が特開平１−１８６５７０号公報に記載されてい
る。これは、炭化水素を主成分とする原料ガスを改質器
に導入して水蒸気改質反応により水素リッチの改質ガス
を生成し、その改質ガスを燃料電池本体に供給するとい
うものである。この水蒸気改質反応は吸熱反応であり、
改質器での改質反応に必要な熱を得るために、改質器に
加熱用バーナーが付設され、このバーナーに燃料電池本
体の燃料極（水素極）から排出されるオフガスを供給し
て燃焼させるようになされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記燃料電池
システムでは、燃料電池本体の電力負荷の変動に応じて
燃料利用率を変化させると、それに改質器での改質反応
が影響される、という問題がある。

【０００５】すなわち、燃料電池本体の電力負荷が高く
なったときに、それに応じて燃料利用率を高めると、上
記オフガス中の水素濃度が下がるため、このオフガスを
燃料とする改質器加熱バーナーでは燃料不足となり、改
質反応に必要な熱を確保することができなくなる。これ
に対して、電力負荷増大時に、燃料利用率を変えずに改
質器への原料ガスの供給量を増大させることも考えられ
るが、この原料ガスの増大に見合う量の水素が直ちに供
給されるわけではないので、やはり熱不足を生じて改質
反応性が悪くなる。一方、上記電力負荷が低くなったと
きに、燃料利用率を低下させると、オフガス中の水素濃
度が高くなって改質器加熱用のバーナーに多量の水素が
供給されることになり、改質器のオーバーヒートを招
く。従って、上述の如き燃料電池システムでは原燃料供
給量及び燃料利用率を変化させない定格運転を行なうの
が一般的な使用形態である。

【０００６】上記公報では、水蒸気改質反応に部分酸化
反応を組合せ、上記電力負荷の変動に応じて改質器に空
気を供給することにより、部分酸化反応が発熱反応であ
ることを利用して改質器を内部から加熱することが提案
されているが、空気供給量を制御しても部分酸化反応熱
の影響が現れるのには時間がかかるため、改質器の温度
制御を実効あるものにすることは難しい。

【０００７】また、従来からコージェネレーション・シ
ステム（電・熱併給システム）の採用も検討されている
が、改質器及び燃料電池本体との熱交換によって得られ
る熱量には限りがあるため、熱需要が大きい場合にはビ
ルや一般家庭に必要な温水を確保することは難しく、大
きな補助ボイラーが必要になる。

【０００８】そこで、本発明は、上記電力負荷の変動が
あってもこれに応答性良く対応することができる燃料電
池システムを提供することを目的とするものであり、ま
た、熱供給能力の高いコージェネレーション・システム
を構築することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段及びその作用効果】本発明
は、このような課題に対して、上記オフガスを使用する
ことなく燃料改質器を加熱するバーナーを別途設けたも
のである。以下、具体的に説明する。

【００１０】本発明は、炭化水素類又はアルコール類の
原燃料を水素を含んだガスに改質する燃料改質手段（１
４）と、上記燃料改質手段（１４）によって改質された
ガスを燃料として発電する燃料電池本体（１）と、上記
燃料電池本体（１）の燃料極（３）から排出されるガス
を燃焼させるオフガスバーナー（１３）とを備え、上記
燃料改質手段（１４）は、全体としては吸熱反応である
改質反応によって上記原燃料から水素を含む改質ガスを
生成する改質器本体（５ａ）に、上記燃料極（３）の排
ガスを受けることなく上記原燃料を燃焼させて該改質器
本体（５ａ）を加熱するバーナー（５ｂ）が設けられた
改質器（５）を備えていることを特徴とする。

【００１１】すなわち、原燃料の一部を改質器本体加熱
用のバーナー（５ｂ）に利用することにより、改質器
（５）に対しては燃料極（３）の排ガス（オフガス）を
熱源としては供給しないようにしたものである。この燃
料極（３）の排ガスには未反応の水素が含まれている
が、これはオフガスバーナー（１３）によって燃焼除去
されることになる。

【００１２】そうして、燃料極（３）の水素を含有する
排ガスを改質器（５）側へ供給する必要がないというこ
とは、システムの構成（配管）が簡単になるというだけ
でなく、燃料電池本体（１）での燃料（水素）利用率
（燃料電池本体（１）に供給された水素量に対する反応
した水素量の比率）を例えば７５％以上に高めることが
できることを意味する。すなわち、従来は上記排ガスの
燃焼によって改質器本体（５ａ）を加熱するから、この
改質器本体（５ａ）の加熱に必要な水素が燃料電池本体
（１）で消費されないように燃料利用率を設定する必要
があり、燃料利用率を高めるにも限度があったものであ
る。

【００１３】例えば、従来は原燃料が都市ガスの場合は
７２％程度、メタノールでは７５％程度が燃料利用率の
上限であった。これに対して、本発明では上述の如く燃
料利用率を７５％以上に高めることができるから（上限
は例えば９８％程度）、発電効率（原燃料の全てを燃焼
させたときに得られる熱量に対する発電量の比率）を高
めることができる。また、燃料利用率を９０％以上にす
ると、排ガス中の水素を改質器本体（５ａ）の加熱源と
する従来の水蒸気改質の燃料電池システムと同等の発電
効率を得ることができる。

【００１４】また、本発明は、炭化水素類又はアルコー
ル類の原燃料を水素を含んだガスに改質する燃料改質手
段（１４）と、上記燃料改質手段（１４）によって改質
されたガスを燃料として発電する燃料電池本体（１）
と、上記燃料電池本体（１）の燃料極（３）から排出さ
れるガスを燃焼させるオフガスバーナー（１３）と、上
記燃料改質手段（１４）、燃料電池本体（１）及びオフ
ガスバーナー（１３）から熱回収する熱回収手段（２１
〜２３，４６）とを備え、上記燃料電池本体（１）から
の電力と上記熱回収手段（２１〜２３，４６）による回
収熱とを併給するコージェネレーションの燃料電池シス
テムにおいて、上記燃料改質手段（１４）は、全体とし
ては吸熱反応である改質反応によって上記原燃料から水
素を含む改質ガスを生成する改質器本体（５ａ）に、上
記燃料極（３）の排ガスを受けることなく上記原燃料を
燃焼させて該改質器本体（５ａ）を加熱するバーナー
（５ｂ）が設けられた改質器（５）を備えていることを
特徴とする。

【００１５】すなわち、本発明によれば、上述の如く原
燃料の一部を改質器本体加熱用のバーナー（５ｂ）に利
用することにより、改質器（５）に対しては燃料極
（３）の排ガス（オフガス）を熱源としては供給しない
ようにしたから、この排ガスを燃焼させるオフガスバー
ナー（１３）の燃焼熱をコージェネレーションに利用す
ることができるようになり、熱回収が容易になる。

【００１６】しかも、従来は既述の如く燃料利用率を変
えると改質器（５）へ送られる加熱用排ガスの水素量が
変化し、改質反応が影響されるという問題があったが、
本発明の場合は燃料利用率の変更が改質反応に影響を及
ぼすことがないから、この燃料利用率の調節によって、
熱電比（発電量に対する熱出力の比率）を需要に合わせ
ることが可能になる。

【００１７】また、本発明は、上述の如き燃料電池シス
テムにおいて、上記燃料電池本体（１）の燃料利用率を
調節するために上記改質器本体（５ａ）への原燃料の供
給量を調節する手段（３５）を備えていることを特徴と
する。

【００１８】すなわち、原燃料供給量の調節手段（３
５）を備えているから、燃料供給量及び燃料利用率を所
定値とした定格運転から、例えば原燃料供給量を下げる
ことによって燃料利用率を高めれば、少ない原燃料で発
電量を多くすることになるから、それだけ発電効率が高
まることになる。

【００１９】また、オフガスバーナー（１３）の燃焼熱
を供給するようにしたコージェネレーション・システム
においては、燃料電池本体（１）で使用されなかった水
素がオフガスバーナー（１３）によって熱供給の方に使
用されることになるから、原燃料供給量の調節と燃料電
池本体（１）の出力の調節（インバーター（１６）の出
力調節）とによって、電力需要を重視した高出力運転に
したり、熱需要を重視した運転にするなど種々の運転形
態をとることが可能になる。

【００２０】すなわち、例えば定格運転から原燃料供給
量を高め且つ燃料利用率を高めるように変更することに
よって、熱供給量を変えずに発電量を多くすることがで
き、また、原燃料供給量を高めて燃料利用率を下げるよ
うに変更すると、発電量を変えずに熱供給量を多くする
ことができ、また、原燃料供給量を下げて燃料利用率を
高めるように変更すると、発電量を変えずに熱供給量を
減らすことができる。

【００２１】また、本発明は、上述の如きコージェネレ
ーションの燃料電池システムにおいて、上記改質器本体
（５ａ）への原燃料の供給量を調節する手段（３５）
と、上記燃料電池本体（１）から出力される直流電力を
交流電力に変換する出力制御可能なインバーター（１
６）と、電力需要を検出する手段（３７）と、熱需要を
検出する手段（３８）と、上記電力需要と熱需要とに基
づいて目標とする原燃料供給量を求め上記原燃料供給量
調節手段（３５）の作動を制御するとともに、当該電力
需要と熱需要とに対応する熱電比となるように上記イン
バーター（１６）の出力を制御する制御手段（３６）と
を備えていることを特徴とする。

【００２２】これにより、電力需要の変化及び熱需要の
変化に対応させて原燃料供給量及びインバーター（１
６）の出力を制御することができ、必要な電力供給及び
熱供給が可能になる。

【００２３】また、本発明は、上述の如き原燃料供給量
の調節手段（３５）及び出力制御可能なインバーター
（１６）を備えているコージェネレーションの燃料電池
システムにおいて、電力需要を検出する手段（３７）
と、熱需要を検出する手段（３８）と、上記電力需要と
熱需要とに基づいて目標とする原燃料供給量を求め上記
原燃料供給量調節手段（３５）の作動を制御する一方、
上記インバーター（１６）の出力を現在の電力需要に基
づいて且つ燃料利用率が所定の限界燃料利用率を越えな
いように制御する制御手段（３６）とを備えていること
を特徴とする。

【００２４】すなわち、当該燃料電池システムを電力負
荷に追従させて運転する場合、電力負荷は刻一刻と変化
するが、それに応じて原燃料供給量を変化させても、こ
の原燃料の変化が燃料電池本体（１）に供給される改質
ガスの変化となって現れるまでには一定の時間がかか
る。所謂応答遅れである。これに対して、インバーター
（１６）の出力は応答性よく制御することができる。従
って、原燃料供給量の変更の影響が改質ガスに現れるま
では、その原燃料供給量の変更を前提としてインバータ
ー（１６）の出力を制御しても電力負荷に対応した出力
にならない。

【００２５】そこで、本発明は、燃料改質手段（１４）
の負荷に対する追従遅れをインバーター（１６）の出力
調節によって吸収するようにしたものである。この場
合、熱需要の変化に対しては、熱回収手段（２１〜２
３，４６）によって回収された熱を蓄える貯湯タンク
（３４）を設けることによって対応することができる。
また、インバーター（１６）の出力制御により燃料利用
率が変化するが、限界燃料利用率を定めてこれを越えな
いようにするから、燃料電池本体（１）の内部異常の発
生を未然に防ぐことができる。限界燃料利用率として
は、例えば９８％前後の一定値を採用することができ、
あるいは原燃料供給量と電力需要とに基づいてその都度
設定してもよい。

【００２６】また、上記制御手段（３６）については、
上記電力需要と熱需要とに基づいて目標とする原燃料供
給量を求め上記原燃料供給量調節手段（３５）の作動を
制御する一方、該原燃料供給量調節手段（３５）の作動
から所定時間を経過するまでは、該原燃料供給量調節手
段（３５）の作動制御を中止するとともに、前回の原燃
料供給量と現在の電力需要とに基づいて目標とする燃料
利用率を求め上記この目標燃料利用率が得られるように
上記インバーター（１６）の出力を制御するものとする
ことができる。

【００２７】また、本発明は、上述の如き原燃料供給量
の調節手段（３５）及び出力制御可能なインバーター
（１６）を備えているコージェネレーションの燃料電池
システムにおいて、上記熱回収手段（２１〜２３，４
６）によって回収される熱を温水にして蓄える貯湯タン
ク（３４）と、現時点の電力需要を検出する手段（３
７）と、季節等に対応させて予め設定されて電子的に格
納された熱電比データを備え、該熱電比データから読み
込まれた熱電比と上記現時点の電力需要とに基づいて上
記原燃料供給調節手段（３５）の作動を制御するととも
に、上記熱電比が得られるように上記インバーター（１
６）の出力を制御する制御手段（３６）とを備えている
ことを特徴とする。

【００２８】すなわち、この発明は、熱電比データの採
用によって熱需要が多い時期には熱電比が大きく（燃料
利用率が小さく）なるようにすることが可能になるか
ら、熱回収手段（２１〜２３，４６）によって多量の熱
が回収されて貯湯タンク（３４）に高温の熱を多量に蓄
えることができ、熱需要の急増に対応することが容易に
なるとともに、バックアップ用の機器を省くことが可能
になる。一方、熱需要が少ない時期には熱電比が小さく
（燃料利用率が大きく）なるから、発電効率が高くな
り、省エネルギーに有利になる。

【００２９】この場合、熱電比データを季節又は時刻に
対応させて設定し、且つ季節又は時刻から予測される熱
需要が多くなるほど熱電比が大きくなるように設定して
おき、現在の季節又は時刻に基づいて上記熱電比データ
から読み込まれた熱電比と上記現時点の電力需要とに基
づいて上記原燃料供給量調節手段（３５）の作動を制御
するとともに、上記熱電比が得られるように上記インバ
ーター（１６）の出力を制御するようにすることが好ま
しい。

【００３０】また、本発明は、上述の如き燃料電池シス
テムにおいて、上記改質器本体（５ａ）に上記原燃料を
供給する原燃料供給源（８）と、上記改質器本体（５
ａ）に水蒸気を供給する水蒸気供給源（３９，４２，４
３）とを備え、上記改質器本体（５ａ）は、上記原燃料
と水蒸気とを含む気体の供給を受け、該原燃料の水蒸気
改質反応によって水素を生成するとともに、副生するＣ
Ｏから水性ガスシフト反応によって水素を生成するもの
であり、上記燃料改質手段（１４）は、上記改質器本体
（５ａ）から上記燃料電池本体（１）に供給される改質
ガス中の残存ＣＯを選択酸化反応によって低減するＣＯ
選択酸化器（７）を備えていることを特徴とする。

【００３１】すなわち、改質器本体（５ａ）に原燃料と
水蒸気とを供給することによって水蒸気改質反応と水性
ガスシフト反応とを生起させて原燃料を改質するように
したものである。この反応式は次のようになる。

【００３２】 ＣnＨm＋nＨ₂Ｏ→nＣＯ＋(n＋m/2)Ｈ₂ ……（１） ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ ……（２） （１）式が水蒸気改質反応であり、この反応によって目
的とする水素が得られるとともに、同時に生ずるＣＯが
（２）式の水性ガスシフト反応によって酸化され、その
際に水素が発生する。（１）の水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、（２）の水性ガスシフト反応は発熱反応であ
るが、全体としてみれば吸熱反応になる。

【００３３】また、（１）式の水蒸気改質反応によって
生ずるＣＯが（２）式の水性ガスシフト反応によって酸
化されるため、当該燃料改質器本体（５ａ）から燃料電
池へ向けて送られる改質ガスのＣＯ濃度が低くなる。従
って、ＣＯ変成器（６）（ＣＯを水性ガスシフト反応に
よって酸化させる）やＣＯ選択酸化器（７）を設ける場
合でも、それらの負担が小さくなり、それらの小型化が
図れる。

【００３４】また、本発明は、上述の如き燃料電池シス
テムにおいて、上記原燃料が硫黄成分を含有するもので
あり、上記改質器本体（５ａ）に供給される原燃料中の
硫黄成分を常温で吸着する吸着剤（４１）を備えている
ことを特徴とする。

【００３５】原燃料、例えば都市ガスにメルカプタン等
の硫黄成分が含まれている場合、従来は原燃料に水素を
供給して２００℃程度に加熱することにより、硫黄成分
を硫化水素に変え、この硫化水素を吸着剤に吸着させて
除去していたが、これでは水素供給手段及び加熱手段を
別途必要とする。そこで、本発明は原燃料中の硫黄成分
を常温で吸着する二酸化マンガン等の吸着剤（４１）を
採用したものである。従って、改質に必要な熱エネルギ
ーを低減することができるとともに、予め原燃料を加熱
する必要がないから、改質器本体（５ａ）の起動性が向
上するとともに、負荷応答性が向上する、すなわち、改
質器本体（５ａ）に対する原燃料供給量を増減すべきと
きに原燃料を加熱する必要がないから、速やかに対応す
ることができる。

【００３６】上記改質器本体（５ａ）にはハニカム形状
のモノリス触媒を用いることが好適である。これによ
り、ペレット型触媒に比べて単位容量当たりの触媒表面
積を増大させることが容易になり、反応性向上によっ
て、熱エネルギーの低減が図れるとともに、起動性の向
上・負荷応答性の向上が図れるので、原燃料供給量を可
変にして運転するシステムに好適である。また、通路抵
抗が小さくなるから、常圧運転が可能になり、コンプレ
ッサーを省くことができるから、システムの簡略化に有
利になる。

【００３７】上記改質器本体（５ａ）、ＣＯ変成器
（６）及びＣＯ選択酸化器（７）の触媒としては貴金属
系のものが好ましい。これは、貴金属系の場合、他の遷
移金属とは違って、硫黄被毒が少ないので、原燃料供給
量を可変にして運転するシステムに好適である。また、
使用時に還元処理をする必要がなく、また、廃棄時に触
媒の酸化反応を生じることがなく、廃棄処理も容易であ
るからである。例えば、改質器本体（５ａ）用の触媒と
してＲｈ若しくはＲｕ単独、又はＲｈ若しくはＲｕを主
成分とする合金ないしは複酸化物等の化合物、ＣＯ変成
器（６）用の触媒としてはＰｔ単独又はＰｔを主成分と
する合金（例えばＰｔ−Ｒｕ合金）ないしは複酸化物等
の化合物、ＣＯ選択酸化器（７）用の触媒としてはＲｕ
若しくはＰｔ単独、又はＲｕ若しくはＰｔを主成分とす
る合金ないしは複酸化物等の化合物を採用することが高
活性が得られ好ましい。

【００３８】また、本発明は、上述の如き水蒸気改質反
応によって原燃料の改質を行なうようにした燃料電池シ
ステムにおいて、上記水蒸気供給源は、上記燃料電池本
体（１）より排出されるガスから水蒸気透過膜によって
水蒸気を分離する水蒸気分離器（４２，４３）であるこ
とを特徴とする。

【００３９】すなわち、燃料電池本体（１）の空気極
（２）（酸素極ないしは酸化剤極）では電解質を通過し
た水素イオンと酸素との反応によって水蒸気が発生する
から、この空気極（２）の排ガスには水蒸気が含まれ
る。また、固体高分子電解質膜を用いる場合、その加湿
のために改質ガスに水蒸気が添加されるし、空気極
（２）側から水蒸気の一部が燃料極（３）側に戻るか
ら、この燃料極（３）の排ガスにも水蒸気が含まれる。

【００４０】そこで、本発明は、この空気極（２）及び
燃料極（３）の少なくとも一方の排ガスから水蒸気透過
膜によって水蒸気を分離し、これを改質器本体（５ａ）
に供給するようにしたものである。これにより、水蒸気
供給源を別途設ける必要がなくなるとともに、その水質
管理が不要になり、或いは水蒸気供給源を別途設けると
しても補助的な小型のもので賄うことができる。また、
従来は燃料電池本体（１）の排ガスから水を凝縮させ
て、それを改質器本体（５ａ）に導入する前に蒸発させ
ていたが、そのような凝縮・蒸発が不要になるから、改
質器本体（５ａ）に対する原燃料供給量の増減に対して
応答させ易くなる。

【００４１】また、本発明は、上述の如き水蒸気改質反
応によって原燃料の改質を行なうようにした燃料電池シ
ステムにおいて、上記燃料電池本体（１）の空気極
（２）より排出されるガスから水蒸気透過膜によって水
蒸気を分離し、上記改質器本体（５ａ）に供給する第１
水蒸気分離器（４２）と、上記燃料電池本体（１）の燃
料極（３）より排出されるガスから水蒸気透過膜によっ
て水蒸気を分離し、上記燃料電池本体（１）の空気極
（２）に供給する第２水蒸気分離器（４３）とを備えて
いることを特徴とする。

【００４２】すなわち、燃料利用率を高めた場合、それ
だけ空気極（２）の排ガス中に含まれる水蒸気量が多く
なる。そこで、本発明は、比較的多くの水蒸気を必要と
する改質器本体（５ａ）に対しては空気極（２）の排ガ
スから水蒸気を分離して供給するようにし、改質ガスと
共に燃料電池本体（１）に供給する加湿用の水蒸気は燃
料極（３）の排ガスから分離して得るようにしたもので
ある。

【００４３】また、本発明は、上述の如き水蒸気改質反
応によって原燃料の改質を行なうようにした燃料電池シ
ステムにおいて、上記燃料電池本体（１）の空気利用率
が５０％以上の所定値となるように上記燃料電池本体
（１）の空気極（２）に供給する空気流量を制御する制
御手段（３６）を備えていることを特徴とする。

【００４４】すなわち、空気利用率を高めると、それだ
け空気極（２）の排ガスは残存空気量が少なくなるから
水蒸気の分圧が高くなり、上記水蒸気透過膜による水蒸
気の分離効率が高まる。よって、水蒸気供給量を高める
上で有利になる。上記空気流量の制御は、酸素供給源と
しての空気ブロア（４）の回転数の変更により、或いは
酸素供給源と空気極（２）との間の空気供給通路（１
０）に流量調節手段（４０）を設けてこれを調節するこ
とにより、行なうことができる。

【００４５】また、上述のような手段で改質器本体（５
ａ）、燃料極（３）又は空気極（２）に水蒸気を導入す
る場合においても、主に起動時や部分負荷運転時に一時
的な水蒸気切れを生じないようにするために、これらの
各機器に対して別に補助加湿手段を設けるようにしても
よい。そのような補助加湿手段は、燃料電池本体（１）
の冷却水又は給湯用の温水、すなわち、熱回収用の水を
水蒸気源とすることが好ましい。燃料電池本体（１）の
排ガスから水を凝縮・蒸発させて補助加湿をするよりも
システム構成が簡略になるためである。

【００４６】また、本発明は、上述のコージェネレーシ
ョンの燃料電池システムにおいて、上記熱回収手段（４
６）は、上記燃料改質手段（１４）、燃料電池本体
（１）及びオフガスバーナー（１３）から水を媒体とし
て燃料電池本体（１）、燃料改質手段（１４）、オフガ
スバーナー（１３）の順で熱回収することを特徴とす
る。

【００４７】すなわち、機器の温度は上記燃料電池本体
（１）、燃料改質手段（１４）、オフガスバーナー（１
３）の順で高くなる。そこで、本発明は、熱回収効率を
高めるために、当該順序で熱を回収するようにしたもの
である。これにより、熱回収用の水の温度を例えば７５
℃以上に高めることが容易になる。

【００４８】また、本発明は、上述の如き順序で熱回収
を行なうようにした燃料電池システムにおいて、上記燃
料改質手段（１４）は、上記改質器（５）と、該改質器
本体（５ａ）から送られる改質ガス中のＣＯを水性ガス
シフト反応によって低減するＣＯ変成器（６）と、該Ｃ
Ｏ変成器（６）から送られる改質ガス中の残存ＣＯを選
択酸化反応によって低減するＣＯ選択酸化器（７）とを
備え、上記熱回収手段（４６）は、上記燃料改質手段
（１４）からの熱回収をＣＯ選択酸化器（７）、ＣＯ変
成器（６）の順で行なうものであり、上記ＣＯ変成器
（６）の入口又は出口のガス温度を検出する手段と、上
記検出手段の出力に基づいて上記ガス温度が所定温度に
なるように上記熱回収手段（４６）の水流量を調節する
流量調節手段（５２）とを備えていることを特徴とす
る。

【００４９】すなわち、ＣＯ変成器（６）、ＣＯ選択酸
化器（７）及び燃料電池本体（１）のうちではＣＯ変成
器（６）の温度が最も高くなるが、このＣＯ変成器
（６）の入口又は出口が適正温度になれば、その下流側
のＣＯ選択酸化器（７）や燃料電池本体（１）の入口温
度も適正値からのずれが小さくなる。

【００５０】ここに、改質器本体（５ａ）は、ＣＯ変成
器（６）よりも高温になるが、吸熱反応を維持するため
にバーナー（５ｂ）で加熱して所定の高温状態に保持す
べきものであるから、水流量の調節によって温度を調整
することには相応しくない。また、そのような水流量の
調節によって改質器本体（５ａ）を所定の高温に保持し
ても、その下流側に存するＣＯ変成器（６）、ＣＯ選択
酸化器（７）及び燃料電池本体（１）を適正な温度に保
持することは難しい。

【００５１】従って、改質器（５）については、改質器
本体（５ａ）及びバーナー（５ｂ）から周囲に放散され
る熱を回収するようにすることが好ましく、それによ
り、改質器（５）からの熱回収を行なわない場合に比べ
て燃料改質手段（１４）全体からの熱回収効率を高める
ことができる。

【００５２】また、本発明は、上述の如きコージェネレ
ーションの燃料電池システムにおいて、熱需要を検出す
る手段（３８）と、上記熱需要が少ないほど上記燃料電
池本体（１）の空気利用率が低くなるように上記燃料電
池本体（１）の空気極（２）に供給する空気流量を制御
する制御手段（３６）とを備えていることを特徴とす
る。

【００５３】すなわち、空気利用率については、例えば
３０〜６０％の範囲で制御するに当たり、燃料電池本体
（１）に供給する空気量を増大させて空気利用率を下げ
ると、この燃料電池本体（１）からの熱回収率は低下す
るが、そのことは熱需要が少ないときには問題になら
ず、逆に空気利用率の低下によって発電効率が高くな
る、という効果が得られる。

【００５４】上述の空気供給量の調節、また、先に説明
した熱回収用水流量の調節には、回転数可変の直流モー
タで駆動するブロア又はポンプを用い、この直流モータ
の電力としては燃料電池本体（１）の交流に変換される
前の直流電力を利用するようにすればよい。これによ
り、直流→交流→直流と二重の変換を行なう必要がなく
なり、エネルギー損失を少なくすることができる。

【００５５】また、本発明は、上述の如き燃料電池シス
テムにおいて、上記改質器（５）のバーナー（５ｂ）の
排ガスを上記オフガスバーナー（１３）に導入する排ガ
ス通路を備えていることを特徴とする。

【００５６】これにより、バーナー（５ｂ）の排ガス中
の未燃成分が大気中に排出されることを防止する上で有
利になり、また、コージェネレーション・システムにお
いては、バーナー（５ｂ）の排ガスからオフガスバーナ
ー（１３）を介して熱を回収することができ、熱回収率
が高まる。

【００５７】また、本発明は、上述のコージェネレーシ
ョンの燃料電池システムにおいて、補助バーナー（５
５）を備え、上記熱回収手段（４６）が上記燃料改質手
段（１４）、燃料電池本体（１）及びオフガスバーナー
（１３）から熱を回収した後に上記補助バーナー（５
５）の燃焼熱を回収することを特徴とする。

【００５８】すなわち、補助バーナー（５５）を設ける
ことによって、熱需要が高くなった場合でもこれに対応
することができ、例えばお湯切れを防止することができ
る。

【００５９】また、オフガスバーナー（１３）とは別に
補助バーナー（５５）を設けるのではなく、このオフガ
スバーナー（１３）に燃料電池本体（１）の排ガスとは
別に燃料を供給する手段を設け、熱需要が高くなったと
きにオフガスバーナー（１３）に燃料を供給して対応す
るようにしてもよい。

【００６０】上記改質器（５）ののバーナー（５ｂ）、
オフガスバーナー（１３）及び補助バーナー（５５）に
ついては触媒を用いて排ガス又は燃料を燃焼させる触媒
燃焼方式を採用することが好ましい。すなわち、火炎バ
ーナーの場合は、燃料を絞った状態で安定した火炎を形
成することが難しいが、触媒燃焼であれば、部分負荷で
も安定した燃焼が可能である。特に使用頻度が低い補助
バーナー（５５）については負荷の変動幅が大きくなる
ので、触媒燃焼を採用することが好ましい。触媒として
は例えばＰｔ系、Ｐｄ系、Ｒｕ系のものを採用すること
ができる。

【００６１】また、以上で説明した燃料電池システムに
おいて、上記炭化水素類又はアルコール類の原燃料とし
ては、上記メタンの他、プロパン、天然ガス（ＬＮＧを
含む）、ナフサ、灯油、液化石油ガス（ＬＰＧ）、都市
ガス、メタノール等を採用することができ、灯油、アル
コール類等の液体燃料の場合は気化器を用いるようにす
ればよい。

【００６２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００６３】＜実施形態１＞図１に示す燃料電池システ
ム構成において、１は触媒電極である空気極（カソー
ド）２と同じく触媒電極である燃料極（アノード）３と
を有する固体高分子電解質型の燃料電池本体であり、空
気極２には直流モータで駆動される回転数可変の空気ブ
ロア（酸素供給源）４が空気供給通路１０によって接続
され、燃料極３には燃料改質器５が改質ガス供給通路２
０によって接続されている。改質ガス供給通路２０に
は、ＣＯ変成器６及びＣＯ選択酸化器７が燃料電池本体
１に向かって順に設けられている。この燃料改質器５、
ＣＯ変成器６及びＣＯ選択酸化器７が燃料改質手段１４
を構成している。なお、空気ブロア４に代えてコンプレ
ッサーを用いてもよい。

【００６４】燃料改質器５は、全体としては吸熱反応で
ある改質反応によって原燃料（都市ガス）から水素を含
む改質ガスを生成する改質器本体５ａに、上記燃料極３
の排ガスを受けることなく上記原燃料を燃焼させて該改
質器本体５ａを加熱するバーナー５ｂが設けられてなる
ものである。

【００６５】改質器本体５ａには原燃料源（都市ガス）
８が原料ガス供給通路３０によって接続されているとと
もに、水蒸気改質反応を生起させるために水蒸気源１８
が水蒸気供給通路１９によって接続されている。原料ガ
ス供給通路３０には常温脱硫器４１が設けられている。
バーナー５ｂには、原料ガス供給通路３０から分岐した
通路３０ａと、上記空気供給通路１０から分岐した通路
１０ａとが接続されている。また、バーナー５ｂには予
熱用の電気ヒータ（図示省略）が設けられている。

【００６６】燃料電池本体１の空気極２及び燃料極３の
各排気口は排ガス通路１１，１２によってオフガスバー
ナー１３に接続されている。燃料電池本体１の可変抵抗
による電圧調節器１５を介して出力制御可能なインバー
ター１６に接続され、このインバーター１６に電力負荷
（電気負荷）１７が接続されている。

【００６７】上記改質器本体５ａは水蒸気改質反応に活
性を呈する触媒（Ｒｈ又はＲｕ又はＮｉをＡｌ₂Ｏ₃に担
持させてなる触媒）をハニカム担体に担持させてなるハ
ニカム触媒を有する。ＣＯ変成器６は水性ガスシフト反
応に活性を呈する触媒（Ｐｔ又はＰｔ−ＲｕをＡｌ₂Ｏ₃
に担持させてなる触媒）をハニカム担体に担持させてな
るハニカム触媒を有する。ＣＯ選択酸化器７はＣＯの選
択酸化反応に活性を呈する触媒（Ｒｕ又はＰｔをＡｌ₂
Ｏ₃又はゼオライトに担持させてなる触媒）をハニカム
担体に担持させてなるハニカム触媒を有する。改質器５
のバーナー５ｂ及びオフガスバーナー１３は燃焼用触媒
（Ｐｔ系、Ｐｄ系、Ｒｕ系の触媒）を有する。常温脱硫
器４１は、原燃料中の硫黄成分（メルカプタン等）を常
温で吸着除去する二酸化マンガン等の吸着剤を有する。

【００６８】上記燃料電池システムにおいては、その起
動時には燃料改質器５のバーナー５ｂの温度が低いため
に電気ヒータが作動されて触媒が活性を呈する温度にな
るまで、例えば４００℃程度まで加熱される。起動後は
電気ヒータは停止され、原燃料ガス及び空気がバーナー
５ｂに供給される。バーナー５ｂでは、原燃料ガスの触
媒燃焼が起こり、その燃焼熱で改質器本体５ａが所定の
反応温度（例えば８００〜９００℃）に加熱保持され
る。

【００６９】改質器本体５ａの触媒上では、原燃料ガス
の水蒸気改質反応が起こり、水素とＣＯとが生成する
（（１）式参照）。また、副生したＣＯは水性ガスシフ
ト反応によって二酸化炭素になり、同時に水素が生成す
る。改質器本体５ａを出た改質ガスは、ＣＯ変成器６へ
送られ、そこの触媒上で生ずる水性ガスシフト反応によ
ってＣＯ濃度が低下する。ＣＯ変成器６を出た改質ガス
はＣＯ選択酸化器７へ送られ、そこの触媒上で生ずるＣ
Ｏの選択酸化反応によってＣＯ濃度がさらに低下する。
ＣＯ選択酸化器７を出た改質ガスは燃料電池本体１の燃
料極３に入る。

【００７０】燃料電池１では燃料極３の電極表面で２Ｈ
₂→４Ｈ⁺＋４ｅ^-、空気極２の電極表面でＯ₂＋４Ｈ⁺＋
４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏの電池反応を起こす。従って、空気極２
の排ガスには電池反応に使われなかった余剰空気と電池
反応によって生じた水蒸気とが含まれる。一方、燃料極
３の排ガスには電池反応に使用されなかった水素、未改
質の原燃料、空気及び水蒸気が含まれる。

【００７１】燃料極３の排ガスには上述の如く未反応水
素及び未改質の原燃料が含まれるから、これらがオフガ
スバーナー１３において触媒燃焼により除去される。

【００７２】以上のように、燃料改質器５においては、
バーナー５ａによる原燃料の触媒燃焼によって改質器本
体５ａが適正な改質反応温度に維持されるから、燃料極
３の排ガスの燃焼による加熱は行なわない。従って、電
力需要の変化に応じて燃料電池本体１での水素利用率を
変更しても、改質器本体５ａでの改質反応には何の影響
も及ばず、また、燃料利用率を例えば７５〜９８％とい
う大きな値にすることができる。

【００７３】また、上記常温脱硫器４１を採用したこと
により、従来の脱硫器のような水素の供給及び原燃料の
加熱は不要となり、エネルギー効率が高くなるととも
に、燃料改質器５の起動性、負荷応答性が向上する。

【００７４】−燃料利用率の変更について− 図２は燃料電池本体１の電流密度ｉと電池電圧Ｅ、電力
Ｐとの関係を示す。燃料電池本体１を運転して電流を取
り出すと、分極現象のため電池電圧Ｅは、開路電圧Ｅ^*
よりも過電圧ηだけ低下する。すなわち、Ｅ＝Ｅ^* −η
である。この過電圧のうち抵抗過電圧は燃料電池本体の
抵抗Ｒと電流密度ｉとの積であり、従って、電流密度ｉ
が大きくなるに従って過電圧ηが大きくなり、電池電圧
Ｅは図２で示すように低下する。換言すれば、電流密度
ｉを定めれば、電池電圧Ｅ、つまり出力電圧Ｅが定ま
る。一方、電力Ｐは電流値と電圧Ｅとの積であるから、
図２に示すような特性になる。

【００７５】電池電解質における水素イオンの移動量は
電流密度ｉに依存するから、電流密度ｉが定まれば、燃
料電池本体１に供給される水素量のうち電池反応に使用
される水素量、つまりは水素イオンとなる量が定まるこ
とになる。従って、燃料利用率を変更するには、燃料電
池本体１に対する水素供給量ひいては改質器５に対する
原燃料の供給量、又はインバーター１６の出力を変更す
ればよいことになる。

【００７６】＜実施形態２＞本実施形態については、図
３に示されており、コージェネレーション・システムに
するために、水を媒体として廃熱等を回収する第１〜第
３の熱回収手段２１〜２３を設けた点が実施形態１と相
違する。

【００７７】第１熱回収手段２１は、燃料改質手段１４
から廃熱を回収するものであり、ＣＯ変成器６及びＣＯ
選択酸化器７から廃熱を熱交換によって回収する熱交換
部２４を有する冷却水通路２５と、冷却水を循環させる
ポンプ２６を備えている。第２熱回収手段２２は、燃料
電池本体１から廃熱を回収するものであり、この廃熱を
熱交換によって回収する熱交換部２７を有する冷却水通
路２８と、冷却水を循環させるポンプ２９を備えてい
る。第３熱回収手段２３は、オフガスバーナー１３から
燃焼熱を回収するものであり、この燃焼熱を熱交換によ
って回収する熱交換部３１を有する冷却水通路３２と、
冷却水を循環させるポンプ３３を備えている。これらの
熱回収手段２１〜２３によって回収された熱は温水とし
て貯湯タンク３４に蓄えられ、暖房、給湯に使用され
る。

【００７８】従って、オフガスバーナー１３の燃焼熱を
回収することによって回収熱量が全体として多くなり、
例えば７５℃以上の高温水を得ることが容易になる。

【００７９】なお、図示は省略するが、燃料電池本体１
から熱回収するための冷却水の水質を保持するために、
燃料電池本体１からの熱回収流路を別途設け、この流路
と上記冷却水通路との間で熱交換をさせることにより、
燃料電池本体１の廃熱を回収するようにしてもよい。

【００８０】＜実施形態３＞本実施形態は図４〜図７に
示されており、燃料改質器５の改質器本体５ａおよびバ
ーナー５ｂに対する原燃料の供給量を調節する流量調節
弁３５ａ，３５ｂを原料ガス供給通路３０及び分岐通路
３０ｂに設け、この流量調節弁３５ａ，３５ｂ及びイン
バーター１６の出力を電力需要、熱需要等に応じて制御
手段（マイクロコンピュータ）３６によって制御するよ
うにした点が実施形態２と異なる。電力需要の検出手段
３７は電力負荷から電力需要量を検出するものであり、
熱需要の検出手段３８は貯湯タンク（３４）の残熱量か
ら熱需要量を検出するものである。なお、熱回収手段の
図示は省略した。

【００８１】すなわち、流量調節弁３５ａによる改質器
本体５ａへの原燃料供給量の調節により、燃料電池本体
１に対する水素供給量Ｑinが変化する。従って、この水
素供給量Ｑinを変化させ、燃料利用率を変化させること
により、電力需要、熱需要に応じた熱電比にすることが
できる。なお、流量調節弁３５ｂはバーナー５ｂへの原
燃料の供給が改質器本体５ａへの原燃料供給量に対応す
る量となるように調節される。ここに発電量（Ｗ）及び
オフガスバーナー１３による発熱量（Ｗ）とは次のよう
になる。

【００８２】発電量＝２Ｆ・Ｅ・Ｑus／１０００ 発熱量＝（１−ηｆ）Ｑin Ｆ；ファラデー定数（Ａｓ／ｍｏｌ） Ｅ；セル電圧（Ｖ） Ｑus；燃料電池本体１での水素使用量 Ｑin；燃料電池本体１に対する水素供給量のエンタルピ
ー量 ηｆ；燃料利用率（＝Ｑus／Ｑin） そこで、発電量一定（電力需要一定）で熱需要に応じて
上記原燃料供給量及び燃料利用率を変化させる操作例
１，２、電力需要及び熱需要が少ないときの操作例３に
ついて表１を参照しながら説明する。

【００８３】−定格運転− 所定の燃料供給量（熱量３１２５Ｗ）において燃料利用
率を８０％にして運転する場合を定格とする。

【００８４】−操作１− 定格運転から、燃料供給量を２倍の２００％にして水素
供給量Ｑinを２倍にし、発電量一定であるから燃料利用
率は半分の４０％になる。これにより、燃料電池本体１
で使用されずに排出される水素量が６０％に増大するの
で、オフガスバーナー１３での熱回収量が増大する。

【００８５】すなわち、表１に示すように、この操作例
の場合、燃料供給量が定格運転からみて２倍になってい
るために、第２熱回収手段２２による燃料電池本体１か
らの回収熱の割合は相対的に低くなるが、燃料利用率の
低下により、第１及び第３の各熱回収手段２１，２３に
よる燃料改質手段１４及びオフガスバーナー１３からの
回収熱の割合が５７％というように相対的に高くなり、
熱電比は４．３に高まる。従って、熱需要が多い冬期や
廃熱を冷房に利用する夏期の日中の運転に有利である。

【００８６】−操作例２− 定格運転から、燃料供給量を８４％にし、発電量一定で
あるから燃料利用率は９５％にする。これにより、燃料
電池本体１で使用されずに排出される水素量が５％に減
少するので、オフガスバーナー１３での熱回収量が少な
くなる。

【００８７】すなわち、表１に示すように、この操作例
の場合、燃料供給量が定格運転からみて少なくなってい
るために、第２熱回収手段２２による燃料電池本体１か
らの回収熱の割合は相対的に高くなるが、燃料利用率の
増大により、第１及び第３の各熱回収手段２１，２３に
よる燃料改質手段１４及びオフガスバーナー１３からの
回収熱の割合が１３％というように相対的に低くなり、
熱電比は１．１に下がる。従って、熱需要の少ない夏期
や中間期（春・秋）に有利になる。

【００８８】−操作例３− 定格運転から、燃料供給量を５０％にし燃料利用率を９
５％にする。これにより、電流密度が低下するのでセル
電圧が若干上昇し、表１に示すように回収熱量は少なく
なるが、発電効率は高くなる。従って、電力需要及び熱
需要が少ないときに有利である。

【００８９】

【表１】

【００９０】次に電力需要、熱需要に基づく燃料供給
量、燃料利用率の制御例について説明する。

【００９１】−制御例１− 図５に示すように、スタート後のステップＳ１で、電力
負荷、貯湯タンクの残熱量を読み込む。続くステップＳ
２において、電力負荷及び残熱量に基づいて発電量Ｐ及
び熱電比Ｑ／Ｐを決定する。なお、Ｑは熱出力、すなわ
ち、熱回収手段２１〜２３による回収熱量である。続く
ステップＳ３において、上記発電量Ｐ及び熱電比Ｑ／Ｐ
に基づいて燃料供給量Ｆ（＝Ｐ＋Ｑ＋α）を求め、この
燃料供給量Ｆと発電量Ｐとに基づいて燃料利用率ηｆを
求める。なお、αは損失熱量である。

【００９２】続くステップＳ４において、上記燃料供給
量Ｆが得られるように流量調節弁３５ａの開度を設定す
る一方、空気ブロア４の回転数を上記熱電比Ｑ／Ｐに基
づいて予め電子的に格納されたテーブルにより設定し、
それぞれ実行する。続くステップＳ５において、上記燃
料利用率ηｆとなるようにインバーター１６の出力を調
整する。

【００９３】従って、この制御は電力需要・熱需要追従
制御ということができる。

【００９４】−制御例２− 図６に示す制御例は季節・時刻対応制御であって、熱需
要は、上記残熱量に基づいて検出されるとともに、季節
・時刻・外気温に基づいて検出（予測）される。すなわ
ち、制御手段３６は、季節・時刻に対応させて予め設定
し電子的に格納された熱電比データを備えている。この
熱電比データは、季節・時刻から予測される熱需要が多
くなるほど熱電比が大きくなるように設定されたもので
あり、具体的には夏期の日中及び冬期は高い熱電比が設
定され、中間期（春・秋）には低い熱電比が設定されて
いる。この熱電比データから得られる熱電比が上記残熱
量及び外気温に基づいて補正されることになる。

【００９５】まず、スタート後のステップＳＡ１におい
て、月日、時刻、電力負荷、貯湯タンクの残熱量、外気
温を読み込む。続くステップＳＡ２において上記電力負
荷に基づいて発電量Ｐを決定し、ステップＳＡ３におい
て上記月日及び時刻に基づいて熱電比Ｑ／Ｐを設定す
る。次に、ステップＳＡ４において上記月日及び時刻に
基づく熱電比Ｑ／Ｐを残熱量及び外気温に基づいて補正
する。この補正は、例えば残熱量が少ないほど熱電比Ｑ
／Ｐが高くなるように、また、夏期は外気温が高いほど
熱電比Ｑ／Ｐが高くなるように、冬期は外気温が低いほ
ど熱電比Ｑ／Ｐが高くなるようにするというものであ
る。

【００９６】そうして、ステップＳＡ５において、上記
発電量Ｐ及び熱電比Ｑ／Ｐに基づいて燃料供給量Ｆ（＝
Ｐ＋Ｑ＋α）を求め、この燃料供給量Ｆと発電量Ｐとに
基づいて燃料利用率ηｆを求める。続くステップＳＡ６
において、上記燃料供給量Ｆが得られるように流量調節
弁３５ａの開度を設定し、燃料供給量に対応して空気ブ
ロア４の回転数を設定し、それぞれ実行する。そして、
ステップＳＡ７において、上記燃料利用率ηｆとなるよ
うにインバーター１６の出力を調整する。

【００９７】従って、この制御例によれば、冬期等の熱
需要が多い時期には熱電比が大きくなるから、換言すれ
ば燃料利用率が小さくなるから、実際の熱需要が少ない
場合でも熱回収手段２１〜２３によって多量の熱が回収
されて貯湯タンクに高温の熱を多量に蓄えることがで
き、熱需要の急増に対応することが容易になるととも
に、バックアップ用の機器を省くことが可能になる。但
し、貯湯タンク３４の残熱量が多くなると、冬期であっ
ても熱電比を小さくすることができ、省エネルギーに有
利になる。一方、熱需要が少ない時期には上記熱電比が
小さく（燃料利用率が大きく）なるから、発電効率が高
くなり、省エネルギーに有利になる。

【００９８】−制御例３− 図７に示す制御例は燃料改質手段１４の電力負荷の変動
に対する応答遅れに対策したものである。

【００９９】すなわち、スタート後のステップＳＢ１に
おいて、電力負荷、貯湯タンクの残熱量を読み込む。続
くステップＳＢ２において、電力負荷及び残熱量に基づ
いて発電量Ｐ(k) 及び熱電比Ｑ(k)／Ｐ(k)を決定する。
(k) は今回読み込んだデータから値を意味し、後に出て
くる(k-1) は前回読み込んだデータからの値を意味す
る。

【０１００】続くステップＳＢ３において、フラグが
「１」か否かを確認し、ＮＯの場合はステップＳＢ４に
進み、ＹＥＳの場合はステップＳＢ９に進む。このフラ
グは燃料改質手段１４の設定変更の効果が実際に燃料電
池本体１に現れる状態になったか否かを確認するための
ものであり、その設定については後述する。

【０１０１】今が燃料改質手段１４の設定変更の制御が
まだ行なわれていない時であれば、フラグは「０」であ
り、ステップＳＢ３の判別はＮＯになるから、ステップ
ＳＢ４に進み、上記発電量Ｐ(k)及び熱電比Ｑ(k)／Ｐ
(k)に基づいて燃料供給量Ｆ(k)（＝Ｐ(k)＋Ｑ(k)＋α）
を求める。

【０１０２】続くステップＳＢ５において上記燃料供給
量Ｆ(k) が得られるように流量調節弁３５ａの開度を設
定し、空気ブロア４の回転数を上記熱電比Ｑ(k)／Ｐ(k)
に基づいて設定しそれぞれ実行する。併せて、タイマー
Ｔをリセットして零からカウントを開始するとともに、
フラグのセット（フラグ＝１）を行なう（ステップＳＢ
６，ＳＢ７）。このタイマーＴは燃料供給量Ｆ(k) に基
づく流量調節弁３５ａ及び空気ブロア４の制御が実行さ
れてからの経過時間をカウントするものである。

【０１０３】続くステップＳＢ８においてタイマーＴが
所定時間Ｔｏに達しているか否かを確認し、達していな
ければそのままリターンし、達していればフラグを
「０」にしてリターンする（ステップＳＢ８→ＳＢ１
１）。この所定時間Ｔｏは燃料改質手段１４の設定変更
が行なわれてから、その効果が実際に燃料電池本体１に
現れるまでの時間に相当する。

【０１０４】今が燃料改質手段１４の設定変更の制御が
行なわれて直ぐの時であれば、ステップＳＢ８の判別は
ＮＯになり、フラグは「１」にセットされたままである
ため、次にステップＳＢ３に進んだときの判別がＹＥＳ
になってステップＳＢ９に進み燃料利用率ηｆを算出す
る。この算出は燃料供給量の前回値Ｆ(k-1)と発電量の
今回値Ｐ(k)とに基づいて行なわれる。すなわち、ηｆ
＝Ｐ(k)／Ｆ(k-1)である。続くステップＳＢ１０におい
て上記燃料利用率ηｆとなるようにインバーター１６の
出力を調整する。

【０１０５】このように所定時間Ｔｏを経過するまでは
ステップＳＢ９による燃料供給量の前回値Ｆ(k-1) に基
づく燃料利用率ηｆの算出が継続される。所定時間Ｔｏ
を経過すると、ステップＳＢ８の判別がＹＥＳとなって
ステップＳＢ１１に進み、フラグが「０」になるから、
ステップはＳＢ３からＳＢ４に進み、再び燃料供給量Ｆ
(k) の算出及びその制御が行なわれる。

【０１０６】従って、この制御例によれば、電力需要又
は熱需要の変化によって燃料供給量の変更制御が行なわ
れた場合、その変更制御の影響が燃料電池本体１に供給
される改質ガスに現れるようになるまでの所定時間は、
燃料利用率ηｆが変更制御前の燃料供給量に基づいて設
定され実行されることになる。すなわち、燃料供給量制
御の応答遅れを見越して、応答性の良い燃料利用率につ
いては実際に燃料電池本体１に供給されている水素量に
基づいて制御するようにしたものであり、このため、電
力需要の変動に対して確実に追従できることになる。

【０１０７】なお、熱需要が刻一刻と変動する場合に
は、この変動に対して厳密には追従できないことになる
が、熱需要がそのように変動することは少なく、また、
そのような変動があっても、貯湯タンク３４によって吸
収することができる。

【０１０８】＜実施形態４＞本実施形態は図８に示され
ており、燃料電池本体１及び燃料改質器５の本体５ａに
水蒸気を供給するために、燃料電池本体１の排ガス中の
水蒸気を利用するようにした点が実施形態２と異なる。
この利用のために、本実施形態では、空気極２及び燃料
極３の各排ガス通路１１，１２に水蒸気透過膜を有する
水蒸気分離器４２，４３が設けられている。なお、電圧
調節器、インバーター、電力負荷、原燃料供給量調節
弁、制御系及び熱回収系の図示は省略した。

【０１０９】すなわち、水蒸気分離器４２，４３は、水
蒸気透過膜によって隔てられた除湿側の室４２ａ，４３
ａと加湿側の室４２ｂ，４３ｂとを有する。そうして、
除湿側の室４２ａは、空気極２からの排ガスがその室を
通るように空気極排ガス通路１１に配置され、もう一つ
の除湿側の室４３ａは、燃料極３からの排ガスがその室
を通るように燃料極排ガス通路１２に配置されている。
一方、加湿側の室４２ｂは、空気ブロア４から燃料電池
本体１の空気極２へ向かう空気がその室を通るように空
気供給通路１０に配置され、もう一つの加湿側の室４３
ｂは、脱硫器４１から改質器本体５ａへ向かう原燃料ガ
スがその室を通るように原燃料供給通路３０に配置され
ている。

【０１１０】従って、この実施形態によれば、例えば水
を蒸発させるような加湿器、或いは排ガス中の水蒸気を
凝縮させて蒸発させるような加湿器は不要となる。燃料
電池本体１の空気極２に供給される水蒸気はこの燃料電
池本体１の電解質膜を濡らし、水素イオンの移動性を高
める。

【０１１１】＜実施形態５＞本実施形態は図９に示され
ており、空気極２の排ガスから水蒸気を分離する水蒸気
分離器４２の加湿側の室４２ｂを、空気ブロア４から燃
料改質器５へ向かう空気がその室を通るように分岐通路
１０ａに配置し、燃料極３の排ガスから水蒸気を分離す
る水蒸気分離器４３の加湿側の室４３ｂを、空気ブロア
４から燃料電池本体１の空気極２へ向かう空気がその室
を通るように空気供給通路１０に配置した点が実施形態
４と異なる。なお、電圧調節器、インバーター、電力負
荷、原燃料供給量調節弁、制御系及び熱回収系の図示は
省略した。

【０１１２】従って、この実施形態によれば、水蒸気量
が多い空気極２の排ガスを利用して比較的多くの水蒸気
を必要とする燃料改質器５に水蒸気を供給することがで
きることになる。

【０１１３】＜実施形態６＞本実施形態は、図１０に示
されており、燃料電池本体１に空気を供給する空気供給
通路１０に空気流量調節弁４０を設け、この空気流量調
節弁４０を制御手段により空気利用率が５０％以上所定
値、例えば６０％となるように電力負荷に応じて制御す
るようにした点が実施形態５と異なる。なお、電圧調節
器、インバーター、電力負荷、原燃料供給量調節弁、制
御系及び熱回収系の図示は省略した。

【０１１４】従って、本実施形態によれば、空気利用率
が高くなることによって、空気極２の排ガスの残存空気
量が少なくなり、その結果、該排ガスの水蒸気分圧が高
くなって、水蒸気分離器４２の水蒸気透過膜による水蒸
気分離効率が高まり、燃料改質器５の本体５ａに比較的
多量の水蒸気を供給することができるようになる。

【０１１５】図１０の例では空気流量調節弁４０により
空気利用率が５０％以上となるように燃料電池本体１に
対する空気供給量を調節するようにしたが、そのような
流量調節弁を設けずに、空気供給通路１０及び分岐通路
１０ａを互いの通路抵抗に差があるものに設計すること
により、当該排ガスの水蒸気分圧を高くし、結果として
燃料改質器５に比較的多量の水蒸気を供給することがで
きるようにしてもよい。

【０１１６】＜実施形態７＞本実施形態は図１１に示さ
れており、空気供給通路１０における第２水蒸気分離器
加湿側の室４３ｂよりも下流側、原燃料供給通路３０に
おける第１水蒸気分離器加湿側の室４２ｂと燃料改質器
本体５ａとの間、並びに改質ガス供給通路２０における
ＣＯ選択酸化器７よりも下流側にそれぞれ補助加湿器４
５が設けられている点が実施形態５と異なる。補助加湿
器４５としては、例えば水を加熱蒸発させるものを用い
ることができる。なお、電圧調節器、インバーター、電
力負荷、原燃料供給量調節弁、制御系及び熱回収系の図
示は省略した。

【０１１７】従って、例えば燃料改質器本体５ａに対す
る燃料供給量が一時的に増大し、多量の水蒸気を必要と
するときに、各補助加湿器４５を作動させて必要量を賄
うようにすることができる。

【０１１８】＜実施形態８＞本実施形態は図１２に示さ
れており、第１及び第２の水蒸気分離器４２，４３につ
いては実施形態４と同様に構成し、燃料電池本体１の冷
却水を利用して各補助加湿器４５による補助加湿を行な
うようにした点が実施形態７と異なる。

【０１１９】すなわち、貯湯タンク３４より延設された
冷却水通路３２は、ポンプ３３によって吐出された冷却
水が、燃料電池本体１との熱交換を行なう熱交換部３１
から、改質ガス供給通路２０の補助加湿器４５、原燃料
供給通路３０の補助加湿器４５、空気供給通路１０の補
助加湿器４５を順に通って貯湯タンク３４に戻るように
構成されている。なお、電圧調節器、インバーター、電
力負荷、原燃料供給量調節弁、制御系及び他の熱回収系
の図示は省略した。

【０１２０】従って、補助加湿用の水が燃料電池本体１
との熱交換によって加熱されて蒸発し易くなるから、別
途加熱手段を設ける必要がなくなり、或いは加熱手段の
小型化が図れる。

【０１２１】＜実施形態９＞本実施形態は図１３及び図
１４に示されており、燃料改質手段１４、燃料電池本体
１及びオフガスバーナー１３の各々に熱回収手段を設け
るのではなく、これらの機器全てから順に熱回収を行な
う熱回収手段４６を設けた点、並びにＣＯ変成器６の入
口ガス温度を検出する温度センサ５４を設け、該温度セ
ンサ５４で検出される温度が所定範囲（例えば４００±
１０℃）となるように冷却水流量を制御するようにした
点が実施形態２と異なる。なお、電圧調節器、インバー
ター、電力負荷、原燃料供給量調節弁及び制御系の図示
は省略した。

【０１２２】すなわち、熱回収手段４６は、水を媒体と
して熱回収を行なうものであって、燃料電池本体１から
廃熱を熱交換によって回収する第１熱交換部４７、ＣＯ
選択酸化器７、ＣＯ変成器６の順でこれらから廃熱を熱
交換によって回収する第２熱交換部４８、燃料改質器５
から熱を回収する第３熱交換部４９、及びオフガスバー
ナー１３から燃焼熱を熱交換によって回収する第３熱交
換部５０を有する冷却水通路５１、並びに冷却水を循環
させるポンプ５２を備え、燃料電池本体１、ＣＯ選択酸
化器７、ＣＯ変成器６、燃料改質器５、オフガスバーナ
ー１３の順で熱を回収するように構成されている。回収
された熱は温水としてタンク３４に蓄えられ、暖房、給
湯に使用される。第３熱交換部４９では、改質器本体
（５ａ）及びバーナー（５ｂ）から周囲に放散される熱
が回収される。

【０１２３】ポンプ５２及び空気ブロア４は直流モータ
で駆動される回転数可変のものであり、且つ燃料電池本
体１のインバーター１６で変換される前の直流で駆動さ
れるものである。

【０１２４】制御のフローは図１４に示されており、ス
タート後のステップＳＣ１においてＣＯ変成器６の入口
ガス温度Ｔを読込み、この温度Ｔが所定の上限温度Ｔ１
よりも高いときにはポンプ５２による水流量を増大させ
る（ステップＳＣ２，ＳＣ３）。上記入口ガス温度Ｔが
所定の下限温度Ｔ２よりも低いときにはポンプ５２によ
る水流量を低減させ（ステップＳＣ４，ＳＣ５）、入口
ガス温度ＴがＴ１〜Ｔ２の範囲にあるときには水流量を
変更することなくリターンさせる。

【０１２５】従って、本実施形態によれば、熱を効率良
く回収することができ、得られる温水の温度を例えば７
５℃以上の高温にすることが容易になる。また、ＣＯ変
成器６に導入される改質ガスが熱回収手段４６の水流量
の制御によってこのＣＯ変成に適切な温度に調整される
から、このＣＯ変成器６による改質ガス中のＣＯ濃度の
低減に有利になるとともに、ＣＯ選択酸化器７に導入さ
れる改質ガス、燃料電池本体１に導入される改質ガスも
それぞれ略適正な温度になり、ＣＯ濃度の低減、発電効
率の向上に有利になる。

【０１２６】＜実施形態１０＞本実施形態は、図１５に
示されており、燃料改質器５のバーナー５ｂの排ガスを
オフガスバーナー１３に導入する排ガス通路５５を設
け、この排ガスをオフガスバーナー１３で燃焼させて第
３熱回収手段２３で熱回収するようにした点が実施形態
２と異なる。なお、電圧調節器、インバーター、電力負
荷、原燃料供給量調節弁、制御系及び他の熱回収手段の
図示は省略した。

【０１２７】従って、熱改質器５のバーナー５ｂの排ガ
ス中の未燃成分が大気中に排出されることを防止するこ
とができ、また、バーナー５ｂの排ガスをオフガスバー
ナー１３で燃焼させて熱を回収することができるから、
熱回収率が高まる。

【０１２８】＜実施形態１１＞本実施形態は図１６に示
されており、給湯用の追焚バーナー（補助バーナー）５
６を設けた点、熱回収手段４６に燃料改質器５からの熱
回収部が設けられていない点が実施形態９と異なる。な
お、電圧調節器、インバーター、電力負荷、原燃料供給
量調節弁及び制御系の図示は省略した。

【０１２９】追焚バーナー５６は触媒燃焼方式のもので
あり、これには原燃料供給通路３０から分岐した分岐通
路３０ｂと燃料改質器５のバーナー５ｂの排ガスを供給
する排ガス通路５５とが接続されている。分岐通路３０
ｂには空気供給通路１０から分岐した分岐通路１０ｂが
接続され、その接続点よりも下流側に開閉弁５７が設け
られている。貯湯タンク３４からは給湯路５８が延設さ
れ、この給湯路５８にポンプ５９及び追焚バーナー５６
の燃焼熱を回収する熱交換部６０が設けられている。追
焚バーナー５６には燃料電池本体１の使用中は燃料改質
器５のバーナー５ｂの排ガスが常時流れ、開閉弁５７は
給湯時に開となるように制御される。

【０１３０】従って、追焚バーナー５６は、給湯してい
ない時でも、燃料改質器５のバーナー５ｂの排ガスの熱
によって加熱されるとともに、この排ガスに残存する未
燃の原燃料の触媒燃焼によって加熱された状態にある。
給湯を開始すると、開閉弁５７が開になることによって
原燃料及び空気が追焚バーナー５６に供給され、この原
燃料の触媒燃焼によって発生する熱により給湯用の水が
熱交換部６０で加熱されて供給されることになる。

【０１３１】よって、熱需要が急に多くなったときでも
追焚バーナー５６によってこれに対応することができ、
お湯切れを避けることができる。しかも、待ち時間零で
給湯を行なうことができるとともに、燃料改質器５のバ
ーナー５ｂの排ガス中の未燃成分を追焚バーナー５６で
の触媒燃焼で除去することができる。

【０１３２】＜実施形態１２＞本実施形態は、図１７に
示されており、給湯用の補助バーナーを別に設けるので
はなく、オフガスバーナー１３を給湯用補助バーナーと
しても使用するようにした点が実施形態１１と異なる。
なお、電圧調節器、インバーター、電力負荷、原燃料供
給量調節弁及び制御系の図示は省略した。

【０１３３】すなわち、オフガスバーナー１３には燃料
改質器５のバーナー５ｂの排ガス通路５５と原燃料供給
通路６１とが接続されている。そうして、貯湯タンク３
４から延設された給湯路５８にオフガスバーナー１３の
燃焼熱を回収する熱交換部６０が設けられている。オフ
ガスバーナー１３には給湯時に原燃料供給通路６１から
原燃料ガスが供給される。

【０１３４】従って、本実施形態によれば、給湯用補助
バーナーを別に設けることなくオフガスバーナー１３を
利用して実施形態１１と同様の効果を得ることができ、
システム構成が簡単になる。

【０１３５】なお、以上の各実施形態では燃料改質器５
のバーナー５ｂでの燃焼に全て原燃料を用いるようにし
たが、燃料利用率を変化させたときに改質反応にそれほ
ど影響が出ない範囲で、燃料電池本体１の排ガスの一部
をバーナー５ｂに供給して燃焼させるようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの
構成図。

【図２】燃料電池本体の放電特性を示すグラフ図。

【図３】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの
構成図。

【図４】本発明の実施形態３に係る燃料電池システムの
構成図。

【図５】同形態の制御例１を示すフロー図。

【図６】同形態の制御例２を示すフロー図。

【図７】同形態の制御例３を示すフロー図。

【図８】本発明の実施形態４に係る燃料電池システムの
構成図。

【図９】本発明の実施形態５に係る燃料電池システムの
構成図。

【図１０】本発明の実施形態６に係る燃料電池システム
の構成図。

【図１１】本発明の実施形態７に係る燃料電池システム
の構成図。

【図１２】本発明の実施形態８に係る燃料電池システム
の構成図。

【図１３】本発明の実施形態９に係る燃料電池システム
の構成図。

【図１４】同形態の制御例を示すフロー図。

【図１５】本発明の実施形態１０に係る燃料電池システ
ムの構成図。

【図１６】本発明の実施形態１１に係る燃料電池システ
ムの構成図。

【図１７】本発明の実施形態１２に係る燃料電池システ
ムの構成図。

【符号の説明】

１ 燃料電池本体 ２ 空気極 ３ 燃料極 ４ 空気ブロア ５ 燃料改質器 ５ａ 改質器本体 ５ｂ バーナー ６ ＣＯ変成器 ７ ＣＯ選択酸化器 ８ 原燃料源 １３ オフガスバーナー １４ 燃料改質手段 １５ 電圧調節器 １６ インバーター ２１〜２３ 熱回収手段 ３４ 貯湯タンク ３５ 原燃料流量調節弁 ３６ 制御手段 ３７ 電力需要検出手段 ３８ 熱需要検出手段 ４０ 空気流量調節弁 ４１ 常温脱硫器 ４２，４３ 水蒸気分離器 ４２ａ，４３ａ 除湿側の室 ４２ｂ，４３ｂ 加湿側の室 ４５ 補助加湿器 ４６ 熱回収手段 ５４ 温度センサ ５５ 排ガス通路 ５６ 追焚バーナー（補助バーナー）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 伸樹 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB03 EB04 EB14 EB32 EB33 EB43 EB44 5H027 AA02 BA01 BA16 BA17 DD06 KK22 KK25 KK28 KK41 KK51 MM04 MM09 MM27

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化水素類又はアルコール類の原燃料を
   水素を含んだガスに改質する燃料改質手段（１４）と、 上記燃料改質手段（１４）によって改質されたガスを燃
   料として発電する燃料電池本体（１）と、 上記燃料電池本体（１）の燃料極（３）から排出される
   ガスを燃焼させるオフガスバーナー（１３）とを備え、 上記燃料改質手段（１４）は、全体としては吸熱反応で
   ある改質反応によって上記原燃料から水素を含む改質ガ
   スを生成する改質器本体（５ａ）に、上記燃料極（３）
   の排ガスを受けることなく上記原燃料を燃焼させて該改
   質器本体（５ａ）を加熱するバーナー（５ｂ）が設けら
   れた改質器（５）を備えていることを特徴とする燃料電
   池システム。
2. 【請求項２】 炭化水素類又はアルコール類の原燃料を
   水素を含んだガスに改質する燃料改質手段（１４）と、 上記燃料改質手段（１４）によって改質されたガスを燃
   料として発電する燃料電池本体（１）と、 上記燃料電池本体（１）の燃料極（３）から排出される
   ガスを燃焼させるオフガスバーナー（１３）と、 上記燃料改質手段（１４）、燃料電池本体（１）及びオ
   フガスバーナー（１３）から熱回収する熱回収手段（２
   １〜２３，４６）とを備え、 上記燃料電池本体（１）からの電力と上記熱回収手段
   （２１〜２３，４６）による回収熱とを併給するコージ
   ェネレーションの燃料電池システムにおいて、 上記燃料改質手段（１４）は、全体としては吸熱反応で
   ある改質反応によって上記原燃料から水素を含む改質ガ
   スを生成する改質器本体（５ａ）に、上記燃料極（３）
   の排ガスを受けることなく上記原燃料を燃焼させて該改
   質器本体（５ａ）を加熱するバーナー（５ｂ）が設けら
   れた改質器（５）を備えていることを特徴とする燃料電
   池システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載されている
   燃料電池システムにおいて、 上記燃料電池本体（１）が燃料利用率７５％以上で運転
   されることを特徴とする燃料電池システム。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載されている
   燃料電池システムにおいて、 上記燃料電池本体（１）の燃料利用率を調節するために
   上記改質器本体（５ａ）への原燃料の供給量を調節する
   手段（３５）を備えていることを特徴とする燃料電池シ
   ステム。
5. 【請求項５】 請求項２に記載されている燃料電池シス
   テムにおいて、 上記改質器本体（５ａ）への原燃料の供給量を調節する
   手段（３５）と、 上記燃料電池本体（１）から出力される直流電力を交流
   電力に変換する出力制御可能なインバーター（１６）
   と、 電力需要を検出する手段（３７）と、 熱需要を検出する手段（３８）と、 上記電力需要と熱需要とに基づいて目標とする原燃料供
   給量を求め上記原燃料供給量調節手段（３５）の作動を
   制御するとともに、当該電力需要と熱需要とに対応する
   熱電比となるように上記インバーター（１６）の出力を
   制御する制御手段（３６）とを備えていることを特徴と
   する燃料電池システム。
6. 【請求項６】 請求項２に記載されている燃料電池シス
   テムにおいて、 上記改質器本体（５ａ）への原燃料の供給量を調節する
   手段（３５）と、 上記燃料電池本体（１）から出力される直流電力を交流
   電力に変換する出力制御可能なインバーター（１６）
   と、 電力需要を検出する手段（３７）と、 熱需要を検出する手段（３８）と、 上記電力需要と熱需要とに基づいて目標とする原燃料供
   給量を求め上記原燃料供給量調節手段（３５）の作動を
   制御する一方、上記インバーター（１６）の出力を現在
   の電力需要に基づいて且つ所定の限界燃料利用率を越え
   ないように制御する制御手段（３６）とを備えているこ
   とを特徴とする燃料電池システム。
7. 【請求項７】 請求項２に記載されている燃料電池シス
   テムにおいて、 上記改質器本体（５ａ）への原燃料の供給量を調節する
   手段（３５）と、 上記燃料電池本体（１）から出力される直流電力を交流
   電力に変換する出力制御可能なインバーター（１６）
   と、 上記熱回収手段（２１〜２３，４６）によって回収され
   る熱を温水にして蓄える貯湯タンク（３４）と、 現時点の電力需要を検出する手段（３７）と、 季節等に対応させて予め設定されて電子的に格納された
   熱電比データを備え、該熱電比データから読み込まれた
   熱電比と上記現時点の電力需要とに基づいて上記原燃料
   供給調節手段（３５）の作動を制御するとともに、上記
   熱電比が得られるように上記インバーター（１６）の出
   力を制御する制御手段（３６）とを備えていることを特
   徴とする燃料電池システム。
8. 【請求項８】 請求項１又は請求項２に記載されている
   燃料電池システムにおいて、 上記改質器本体（５ａ）に上記原燃料を供給する原燃料
   供給源（８）と、 上記改質器本体（５ａ）に水蒸気を供給する水蒸気供給
   源（３９，４２，４３）とを備え、 上記改質器本体（５ａ）は、上記原燃料と水蒸気とを含
   む気体の供給を受け、該原燃料の水蒸気改質反応によっ
   て水素を生成するとともに、副生するＣＯから水性ガス
   シフト反応によって水素を生成するものであり、 上記燃料改質手段（１４）は、上記改質器本体（５ａ）
   から上記燃料電池本体（１）に供給される改質ガス中の
   残存ＣＯを選択酸化反応によって低減するＣＯ選択酸化
   器（７）を備えていることを特徴とする燃料電池システ
   ム。
9. 【請求項９】 請求項１又は請求項２に記載されている
   燃料電池システムにおいて、 上記原燃料が硫黄成分を含有するものであり、 上記改質器本体（５ａ）に供給される原燃料中の硫黄成
   分を常温で吸着する吸着剤（４１）を備えていることを
   特徴とする燃料電池システム。
10. 【請求項１０】 請求項１又は請求項２に記載されてい
    る燃料電池システムにおいて、 上記改質器本体（５ａ）は、ハニカム形状のモノリス担
    体に改質用触媒を担持させてなるハニカム触媒を備えて
    いることを特徴とする燃料電池システム。
11. 【請求項１１】 請求項８に記載されている燃料電池シ
    ステムにおいて、 上記水蒸気供給源は、上記燃料電池本体（１）より排出
    されるガスから水蒸気透過膜によって水蒸気を分離する
    水蒸気分離器（４２，４３）であることを特徴とする燃
    料電池システム。
12. 【請求項１２】 請求項８に記載されている燃料電池シ
    ステムにおいて、 上記燃料電池本体（１）の空気極（２）より排出される
    ガスから水蒸気透過膜によって水蒸気を分離し、上記改
    質器本体（５ａ）に供給する第１水蒸気分離器（４２）
    と、 上記燃料電池本体（１）の燃料極（３）より排出される
    ガスから水蒸気透過膜によって水蒸気を分離し、上記燃
    料電池本体（１）の空気極（２）に供給する第２水蒸気
    分離器（４３）とを備えていることを特徴とする燃料電
    池システム。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載されている燃料電池
    システムにおいて、 上記燃料電池本体（１）の空気利用率が５０％以上の所
    定値となるように上記燃料電池本体（１）の空気極
    （２）に供給する空気流量を制御する制御手段（３６）
    を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
14. 【請求項１４】 請求項２に記載されている燃料電池シ
    ステムにおいて、 上記熱回収手段（４６）は、上記燃料改質手段（１
    ４）、燃料電池本体（１）及びオフガスバーナー（１
    ３）から水を媒体として燃料電池本体（１）、燃料改質
    手段（１４）、オフガスバーナー（１３）の順で熱回収
    することを特徴とする燃料電池システム。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載されている燃料電池
    システムにおいて、 上記燃料改質手段（１４）は、上記改質器（５）と、改
    質器本体（５ａ）から送られる改質ガス中のＣＯを水性
    ガスシフト反応によって低減するＣＯ変成器（６）と、
    該ＣＯ変成器（６）から送られる改質ガス中の残存ＣＯ
    を選択酸化反応によって低減するＣＯ選択酸化器（７）
    とを備え、 上記熱回収手段（４６）は、上記燃料改質手段（１４）
    からの熱回収をＣＯ選択酸化器（７）、ＣＯ変成器
    （６）の順で行なうものであり、 上記ＣＯ変成器（６）の入口又は出口のガス温度を検出
    する手段と、 上記検出手段の出力に基づいて上記ガス温度が所定温度
    になるように上記熱回収手段（４６）の水流量を調節す
    る流量調節手段（５２）とを備えていることを特徴とす
    る燃料電池システム。
16. 【請求項１６】 請求項２に記載されている燃料電池シ
    ステムにおいて、 熱需要を検出する手段（３８）と、 上記熱需要が少ないほど上記燃料電池本体（１）の空気
    利用率が低くなるように上記燃料電池本体（１）の空気
    極（２）に供給する空気流量を制御する制御手段（３
    ６）とを備えていることを特徴とする燃料電池システ
    ム。
17. 【請求項１７】 請求項１又は請求項２に記載されてい
    る燃料電池システムにおいて、 上記改質器（５）のバーナー（５ｂ）の排ガスを上記オ
    フガスバーナー（１３）に導入する排ガス通路を備えて
    いることを特徴とする燃料電池システム。
18. 【請求項１８】 請求項２に記載されている燃料電池シ
    ステムにおいて、 補助バーナー（５５）を備え、 上記熱回収手段（４６）が上記燃料改質手段（１４）、
    燃料電池本体（１）及びオフガスバーナー（１３）から
    熱を回収した後に上記補助バーナー（５５）の燃焼熱を
    回収することを特徴とする燃料電池システム。