JP2003229164A

JP2003229164A - 固体酸化物形燃料電池システム

Info

Publication number: JP2003229164A
Application number: JP2002069314A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogiwara; 崇荻原; Yoshio Matsuzaki; 良雄松崎
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4056770B2

Abstract

(57)【要約】【課題】予備改質器及び触媒燃焼一体型熱交換器を併置
すること、燃料極等への炭素析出を無くするとともに、
低温運転ができ、システム全体として小型化できるなど
各種有用な効果を備えた固体酸化物形燃料電池システム
を得る。【解決手段】断熱容器内に、固体酸化物形燃料電池スタ
ックと、燃料からＣ_２以上の炭化水素を除去するための
予備改質器と、該燃料電池スタックに導入する空気及び
燃料のうちの一方または両方を加熱する触媒燃焼一体型
熱交換器を配置してなることを特徴とする固体酸化物形
燃料電池システム。本システムは特に運転温度が８５０
℃程度以下である支持膜式固体酸化物形燃料電池システ
ムとして構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体酸化物形燃料
電池システムに関し、より具体的には断熱容器内に、固
体酸化物形燃料電池スタックとともに、予備改質器及び
熱交換器を備えてなる固体酸化物形燃料電池システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】固体酸化物形燃料電池（ＳｏｌｉｄＯ
ｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌｓ：以下適宜ＳＯＦＣと
略称する）は、固体電解質として酸化物イオン
（Ｏ^２−）導電体を用いる点に特徴を有するもので、固
体電解質を挟んで燃料極と空気極（又は酸素極、以下適
宜空気極と指称する）の両電極を配置して構成される。
その運転時に、燃料極側に燃料を供給し、空気極側に空
気、酸素富化空気、酸素等の酸化剤を供給して電気化学
反応を起こさせることにより電力が取り出される。

【０００３】図１は、ＳＯＦＣの単電池における固体電
解質（＝固体酸化物電解質）、燃料極、空気極の配置関
係及びその作動原理を説明する図である。単電池は固体
酸化物電解質を挟んで燃料極及び空気極が配置されて構
成される。空気極に導入される空気は空気極で酸化物イ
オン（Ｏ^２−）となり、固体酸化物電解質を通って燃料
極に至る。ここで、燃料極に導入される燃料と反応して
電子を放出し、電気と水等の反応生成物を生成する。空
気極での利用済み空気は空気極オフガスとして排出さ
れ、燃料極での利用済み燃料は燃料極オフガスとして排
出されるが、本明細書では、空気極オフガスを排気空
気、燃料極オフガスを排気燃料と指称している。

【０００４】図２〜３は平板方式のＳＯＦＣの態様例を
模式的に示した図である。ＳＯＦＣには円筒方式や一体
積層方式などもあるが、原理的には平板方式の場合と同
じである。図２は自立膜式の場合、図３は支持膜式の場
合である。図２〜３では単電池の場合を示しているが、
単電池１個の電圧は低いため、通常、単電池を複数層積
層して構成される。なお、単電池を複数層積層した構造
体を本明細書及び図面中固体酸化物形燃料電池スタック
（＝ＳＯＦＣスタック）、あるいは単にスタックと指称
している。また、図２〜３にはその一部の使用材料を示
しているが、これは一例として示したものである。

【０００５】図２のとおり、自立膜式の場合、単電池の
上に順次シール材、セパレータが配置され、単電池の下
に順次セパレータ、シール材、セパレータが配置され、
これらが密に積層されて構成される。自立膜式において
は、固体酸化物電解質膜自体でその構造を保持するよう
になっている。このため固体酸化物電解質膜はその膜厚
自体を厚くする必要があり、その厚さは通常１００μｍ
程度と厚く構成される。また、その作動温度は８００〜
１０００℃程度、通常１０００℃程度と高く、システム
内に１０００℃を超える高温場が形成される。このた
め、その構成材料が高価な耐熱合金やセラミックスに制
限され、セラミックスの場合はスタック内温度差に起因
して割れが生じるなどの問題があり、また、断熱容器に
収容する場合、その断熱材が厚くなり、ＳＯＦＣシステ
ムとして大型化してしまう。

【０００６】一方、図３のとおり、支持膜式の場合に
は、単電池はスペーサの枠内に保持され、その上部に順
次接合材、セル支持体、スペーサ、セパレータが配置さ
れる。単電池の下部にも順次接合材、セル支持体、スペ
ーサ、セパレータが配置されるが、図３ではそれらの部
材の記載は省略している。支持膜式においては、固体酸
化物電解質膜として例えばＬａＧａＯ_３系やジルコニア
系などの材料を用いてその膜厚を例えば１０μｍ程度と
いうように薄くし、これを膜厚の厚い燃料極で支持する
ように構成されている。

【０００７】本発明者らは、このような支持膜式ＳＯＦ
Ｃについて特に注目し、開発を進めており、これまで幾
つかの成果を得ている（特願２００１−１７６７３９
等）。支持膜式においては、固体酸化物電解質膜の膜厚
を薄く構成できることなどから、前記自立膜式の場合に
比べてより低温で運転でき、６５０〜８５０℃程度の範
囲、例えば７５０℃程度というような低温運転ができ
る。このため、その構成材料として例えばステンレス鋼
などの安価な材料の使用を可能とし、また小型化が可能
であるなどの諸利点を有する。

【０００８】ところで、ＳＯＦＣでは、水素はもちろ
ん、メタンもＣＯも燃料となるが、都市ガスやＬＰガス
などを用いる場合、それらは改質して用いられる。炭化
水素の改質法には水蒸気改質法や部分燃焼法があり、そ
の改質に水蒸気改質法を適用する場合、その燃料極上で
内部改質するのが一般的である。しかし、燃料にメタン
以外の炭化水素、すなわちエタン、エチレン、プロパ
ン、ブタン等の炭素数Ｃ_２以上の炭化水素が含まれてい
ると、ＳＯＦＣへの配管や燃料極で炭素を生成し、これ
が電気化学反応を阻害して電池性能を劣化させてしま
う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題は、長期
間、繰り返し作動して使用するＳＯＦＣにおいて致命的
となるが、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、灯油、ある
いはガソリンなどの燃料にはメタン以外の炭化水素、す
なわちＣ_２以上の炭化水素が含まれている。例えば都市
ガス１３Ａでは、その一例として、メタン８８．５％に
加え、エタン４．６％、プロパン５．４％、ブタン１．
５％（％はｖｏｌ％、以下同じ）程度であり、主成分で
あるメタンに加え、炭素数Ｃ_２〜Ｃ_４の炭化水素が約１
１．５％も含まれている。このため、これらをＳＯＦＣ
の燃料とするには、それら炭化水素を改質し、Ｃ_２以上
の炭化水素を除去しておく必要がある。

【００１０】水蒸気改質法や部分燃焼法は、炭化水素を
水素を主成分とする改質ガスに変える技術であり、炭化
水素が例えばメタンである場合の水蒸気改質反応は、
式：ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ＝３Ｈ_２＋ＣＯで示される。ところ
が、ＳＯＦＣにおいては、水素はもちろん、メタンも一
酸化炭素も燃料となるため、ＳＯＦＣへ導入する燃料は
Ｃ_２以上の炭化水素が除去されていればよく、水素を主
成分とする改質ガスにまで改質する必要はない。

【００１１】このため、ＳＯＦＣ用燃料の改質は、該燃
料からエタン、プロパン等のＣ_２以上の炭化水素が消失
し除去されていれば足りるので、炭化水素をすべて水素
に変える必要はなく、予備改質器のみが用いられる。予
備改質器においては、Ｃ_２以上の炭化水素がメタン、水
素、一酸化炭素などに変えられ、その結果としてＣ_２以
上の炭化水素が除去される。本発明者らは、このような
事情、問題点に鑑み、本発明と相前後して、ＳＯＦＣス
タックに導入する燃料からＣ_２以上の炭化水素が除去さ
れた予備改質ガスを生成させるための固体酸化物形燃料
電池用予備改質器を開発している。

【００１２】一方、支持膜式ＳＯＦＣの運転温度は８５
０℃程度以下ではあるが、なお高温であるので、ＳＯＦ
Ｃスタック、予備改質器からの熱損失を可及的に少なく
する必要があり、このためこれらを断熱容器に収めるこ
とが考えられる。加えて、その運転時に、そのような一
定の温度に保持する必要があることから、ＳＯＦＣに導
入する空気及び燃料を加熱して供給することが望まれ
る。

【００１３】本発明者らは、ＳＯＦＣシステム、特に支
持膜式のＳＯＦＣシステムにおける以上のような事情に
鑑み、本発明と相前後して、固体酸化物形燃料電池に導
入する空気、燃料、あるいはその両者を最高到達温度を
抑えて加熱し、ＳＯＦＣスタックを含め、それらの機器
構成材料として安価な材料の使用を可能とし、且つ、小
型化を可能とした固体酸化物形燃料電池用触媒燃焼一体
型熱交換器を開発している。

【００１４】本発明においては、ＳＯＦＣシステムとと
もに、上記固体酸化物形燃料電池用予備改質器及び固体
酸化物形燃料電池用触媒燃焼一体型熱交換器を併せて使
用し、両装置の利点を合わせて有し、且つ、システムと
して熱損失を可及的に無くしてなる固体酸化物形燃料電
池システムを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、断熱容器内
に、固体酸化物形燃料電池スタックと、燃料からＣ_２以
上の炭化水素を除去するための予備改質器と、該燃料電
池スタックに導入する空気及び燃料のうちの一方または
両方を加熱する触媒燃焼一体型熱交換器を配置してなる
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムを提供
する。ここで「断熱容器内に」とはそれら機器を断熱材
で被う場合を含む意味である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る固体酸化物形燃料電
池システムは、断熱容器内に、固体酸化物形燃料電池ス
タック（＝ＳＯＦＣスタック）を配置するとともに、Ｓ
ＯＦＣスタックに導入する燃料からＣ_２以上の炭化水素
を除去するための予備改質器を配置し、且つ、ＳＯＦＣ
スタックに導入する空気及び燃料のうちのいずれか一方
または両方を加熱する触媒燃焼一体型熱交換器を備えて
構成される。

【００１７】《本発明で用いる予備改質器》本発明で用
いる予備改質器は、固体酸化物形燃料電池に導入する燃
料からＣ_２以上の炭化水素を除去した予備改質ガスを生
成させるための予備改質器である。これにより、ＳＯＦ
Ｃスタックに導入する燃料からエタンその他のＣ_２以上
の炭化水素を除去し、ＳＯＦＣシステムにおける発電を
長期にわたり安定して継続することができる。本予備改
質器では、加熱が必要な場合と必要でない場合がある
が、加熱が必要な場合、加熱源としてＳＯＦＣスタック
からの排気空気及び排気燃料のいずれか一方または両
方、あるいは両者の燃焼ガスを利用する。

【００１８】予備改質器には、水蒸気改質法による場合
は予備改質触媒が充填され、部分燃焼改質法による場合
は酸化触媒が充填される。水蒸気改質法による場合の改
質触媒としては、燃料からＣ_２以上の炭化水素を消失さ
せ、除去し得る触媒であれば特に限定はなく、例えばＮ
ｉ系触媒（例えばアルミナにＮｉを担持した触媒）、Ｒ
ｕ系触媒（例えばアルミナにＲｕを担持した触媒）など
を挙げることができる。

【００１９】燃料としては、都市ガス、ＬＰガス、天然
ガス等の気体燃料や灯油、ガソリン、アルコール類等の
液体燃料が用いられる。本予備改質器でこれらを改質す
ると、生成予備改質ガス中にはメタン、水素、一酸化炭
素のほか、二酸化炭素、水蒸気等が含まれているが、エ
タンその他、Ｃ_２以上の炭化水素が除去されているの
で、ＳＯＦＣスタックに至るまでの配管や燃料電池の燃
料極への炭素の析出が防止される。

【００２０】予備改質器が水蒸気改質法による予備改質
器の場合は、改質に必要な加熱源として、ＳＯＦＣスタ
ックからの排気酸化剤、排気燃料、あるいはその両方を
利用する。その加熱源として排気燃料を排気酸化剤で排
気燃料を燃焼させた燃焼ガスを用いてもよい。予備改質
器の運転時における改質触媒層の温度は３００〜６００
℃程度の範囲であるのが好ましく、また、Ｓ／Ｃ比は、
特に限定はないが、１．５〜６．０の範囲であるのが好
ましい。

【００２１】水蒸気改質法による予備改質器において
は、通常、改質反応を促進するために加熱が必要である
が、その加熱量は燃料中のＣ_２以上の炭化水素の量如何
により左右される。メタンの水素、一酸化炭素、二酸化
炭素への変換反応は吸熱反応であるのに対して、Ｃ_２以
上の炭化水素のメタンへの変換反応は発熱反応であり、
このため、ＬＰガスなどのようにＣ_２以上の炭化水素が
多い場合には、全体として発熱反応になる。

【００２２】すなわち、水蒸気改質法による予備改質器
においては、改質する燃料が例えば都市ガスの場合、都
市ガス中のＣ_２以上の炭化水素は、ＬＰガスなどに比べ
れば少ないため、Ｃ_２以上の炭化水素がメタンへ変換さ
れることによる発熱量よりも、メタンが水素、一酸化炭
素、二酸化炭素へ変換されることによる吸熱量が支配的
になり、全体では吸熱となるのに対して、ＬＰガスなど
のようにＣ_２以上の炭化水素が多い場合には、全体とし
て発熱になる。このため、予備改質する燃料中のＣ_２以
上の炭化水素量に応じて、加熱源による加熱を不要とす
るか、あるいは減らすことができる。

【００２３】一方、予備改質器が部分燃焼改質法による
予備改質器の場合は、部分酸化反応を利用するため、通
常、加熱は必要としないが、補助的に加熱するようにし
てもよい。部分燃焼改質法による場合、空気比λ（燃料
を完全燃焼させる上で理論的に必要な最小限の空気量に
対する実際に供給する乾き空気の量）を１未満として運
転される。予備改質器に充填する酸化触媒としては、燃
料を部分的に酸化させ得る触媒であれば特に限定はな
く、例えば白金、パラジウム等の貴金属触媒などが用い
られる。貴金属触媒はアルミナ等の担体に担持した形で
用いられる。

【００２４】図４〜７は、水蒸気改質法による予備改質
器の態様例を説明する図である。図４〜５の態様では、
改質触媒を充填した予備改質器に、燃料とともに水を供
給し、両者を反応させてＣ_２以上の炭化水素を除去した
予備改質ガスを生成させる。加熱源として、ＳＯＦＣス
タックからの排気空気及び排気燃料のいずれか一方、ま
たは両方を利用する。その加熱源として、排気燃料を排
気空気で燃焼させた燃焼ガスを利用することもできる。
図５はこの場合の態様を示している。

【００２５】排気空気及び排気燃料の温度は、ＳＯＦＣ
スタックの温度と同程度に高く、また両者の燃焼ガスは
さらに高い温度となるので、予備改質に必要な熱を賄う
ことができる。予備改質器に供給する水は、予め加熱し
て水蒸気として供給してもよく、予備改質器内で加熱し
て水蒸気としてもよい。このうち、水を予め加熱して水
蒸気として供給する場合、燃料についても予め加熱して
予熱し、両者の混合ガスを予備改質器に導入するように
してもよい。

【００２６】図６は、同じく予備改質器が水蒸気改質法
による場合であるが、加熱源として、ＳＯＦＣスタック
からの排気空気及び排気燃料のうちの一方または両方、
あるいは排気燃料を排気空気で燃焼させた燃焼ガスを利
用するとともに、ＳＯＦＣスタックからの排気燃料の一
部をリサイクルさせ、これを予備改質器に供給する燃料
に混合することで加熱する態様である。この場合、排気
燃料にはＳＯＦＣスタックで生成した水蒸気が含まれて
いるので、予備改質用の水蒸気源としても利用される。

【００２７】図６のように排気燃料の一部をリサイクル
させる態様では、排気燃料の温度はＳＯＦＣスタックの
温度と同程度に高く、加えて排気燃料にはＳＯＦＣスタ
ックで生成した水蒸気が含まれているので、リサイクル
排気燃料だけで予備改質器で必要な熱量及び水蒸気量を
賄うこともできる。この場合、排気燃料のリサイクル率
を増やすことで、予備改質に必要な熱量及水蒸気量を調
整することができ、別途加熱源は必要としない。図７は
この場合の態様を示している。

【００２８】図８〜９は部分燃焼改質法による予備改質
器の態様例を説明する図である。酸化触媒を充填した予
備改質器に、燃料とともに酸化剤を供給し、両者を反応
させてＣ_２以上の炭化水素を除去した予備改質ガスを生
成させる。部分燃焼改質法による場合には、基本的に燃
焼反応であるので、温度が上昇する。このため、加熱源
により加熱してもよいが、加熱は必須でない。酸化剤と
しては、空気のほか、酸素富化空気や酸素も用いられ
る。

【００２９】図８（ａ）は加熱をしない場合、図８
（ｂ）は加熱をする場合の態様を示している。図８
（ｂ）の態様での加熱源としては、ＳＯＦＣスタックか
らの排気空気及び排気燃料の一方、またはその両方を利
用する。その加熱源として排気燃料を排気空気で燃焼さ
せた燃焼ガスを利用してもよい。

【００３０】図９は、ＳＯＦＣスタックからの排気空気
をリサイクルし、予備改質器で改質する燃料に混合して
利用する態様である。これにより部分燃焼用の酸素とし
て排気空気中の酸素を利用する。この場合、排気空気の
リサイクル率を増やすことで新たな空気の供給を不要と
することもできる。

【００３１】以上のとおり、本予備改質器では、加熱が
必要な場合と必要でない場合があるが、加熱が必要な場
合、その加熱源としてＳＯＦＣスタックからの排気空気
及び排気燃料のいずれか一方または両方、あるいは排気
空気及び排気燃料の燃焼ガスを利用する。このため、本
予備改質器を、断熱容器内に配置されたＳＯＦＣスタッ
クの近傍で、且つ、同断熱容器内に併置することによ
り、それらの熱をより効率的且つ容易に利用することが
できる。

【００３２】《本発明で用いる触媒燃焼一体型熱交換
器》本発明で用いる触媒燃焼一体型熱交換器は、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
ＳＯＦＣからの排気燃料を排気空気で燃焼させる触媒燃
焼層と、第２熱交換器とにより構成され、ＳＯＦＣに導
入する空気及び燃料のいずれか一方または両方を加熱す
るようにしてなることを特徴とする。触媒燃焼層には燃
焼触媒が充填、配置され、触媒燃焼層で生成した燃焼ガ
スは第１熱交換器での加熱源として用いられる。

【００３３】加えて、ＳＯＦＣからの排気空気及び排気
燃料のいずれか一方または両方を第２熱交換器の加熱源
として用いる。ＳＯＦＣからの排気空気、排気燃料は、
第２熱交換器において、それぞれ、その全部とは限ら
ず、その一部を利用するようにしてもよい。本触媒燃焼
一体型熱交換器は、ＳＯＦＣスタックの近傍に配置さ
れ、予備改質器と共に断熱材で被うか、断熱容器内に収
容して用いられる。

【００３４】燃料としては、都市ガス、ＬＰガス、天然
ガス等のガス燃料のほか、灯油、ガソリン、アルコール
類等の液体燃料も使用される。空気としては、空気のほ
か、酸素富化空気や酸素なども用いられるが、本明細書
ではそれらを含めて空気と指称している。燃料、空気
は、本熱交換器において、ＳＯＦＣに導入するその全部
とは限らず、それぞれその一部を加熱するようにしても
よい。

【００３５】次に、本熱交換器における第１熱交換器及
び第２熱交換器への各流体の流通の仕方については、下
記（１）〜（２）の態様で行うことができる。（１）ＳＯＦＣスタックに導入する空気及び燃料のいず
れか一方または両方を、まず第１熱交換器において、触
媒燃焼層でＳＯＦＣスタックからの排気燃料を排気空気
で燃焼させて生成した燃焼ガスにより予熱する。次い
で、第２熱交換器において、ＳＯＦＣスタックからの排
気空気、排気燃料のうちいずれか一方、または両方によ
り加熱してＳＯＦＣスタックに供給するように構成す
る。

【００３６】（２）ＳＯＦＣスタックに導入する空気及
び燃料のいずれか一方または両方を、上記（１）の態様
とは逆に、まず第２熱交換器で予熱した後、第１熱交換
器で加熱する。すなわち、ＳＯＦＣに導入する空気及び
燃料のいずれか一方または両方を、まず第２熱交換器に
おいて、ＳＯＦＣスタックからの排気空気及び排気燃料
のいずれか一方または両方により予熱し、次いで、第１
熱交換器において、触媒燃焼層でＳＯＦＣスタックから
の排気燃料を排気空気で燃焼させて生成した燃焼ガスに
より加熱してＳＯＦＣスタックに供給するように構成す
る。

【００３７】図１０〜１７は本発明に係る触媒燃焼一体
型熱交換器の構成態様例を説明する図である。図１０〜
１３はＳＯＦＣスタックに導入する空気、燃料を第１熱
交換器で予熱した後、第２熱交換器で加熱してＳＯＦＣ
スタックに供給する場合、図１４〜１７はＳＯＦＣスタ
ックに導入する空気、燃料を第２熱交換器で予熱した
後、第１熱交換器で加熱してＳＯＦＣスタックに供給す
る場合である。

【００３８】図１０〜１７では、第１熱交換器と触媒燃
焼層と第２熱交換器が、順次、下部から上部に配置され
ているが、これらの位置関係は、例えば、それらの上
下関係を図５〜１７とは逆に配置する、触媒燃焼層の
側部に第１熱交換器と第２熱交換器を配置するなど、触
媒燃焼層を中心に適宜の配置とすることができる。ま
た、これら第１熱交換器、第２熱交換器としては多管
式、コイル式、平板式、二重管式など適宜選定して使用
される。

【００３９】図１０の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気又は燃料を、まず第１熱交換器において、
触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより間接的に熱交換さ
せて予熱する。次いで、第２熱交換器において、排気空
気又は排気燃料と間接的に熱交換させて加熱した後、Ｓ
ＯＦＣスタックに導入するように構成される。

【００４０】図１１の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気又は燃料を、まず第１熱交換器において、
触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより間接的に熱交換さ
せて予熱する。次いで、第２熱交換器において、排気空
気及び排気燃料の両方と間接的に熱交換させて加熱した
後、ＳＯＦＣスタックに導入するように構成される。

【００４１】図１２の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気及び燃料を、まず第１熱交換器において、
触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより間接的に熱交換さ
せて予熱する。次いで、第２熱交換器において、排気空
気又は排気燃料と間接的に熱交換させて加熱した後、Ｓ
ＯＦＣスタックに導入するように構成される。

【００４２】図１３の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気及び燃料を、まず第１熱交換器において、
触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより間接的に熱交換さ
せて予熱する。次いで、第２熱交換器において、排気空
気及び排気燃料と間接的に熱交換させて加熱した後、Ｓ
ＯＦＣスタックに導入するように構成される。

【００４３】以上の図１０〜１３の態様においては、第
２熱交換器で用いる加熱源はＳＯＦＣスタックからの排
気空気又は排気燃料、あるいはその両方であるので、そ
の温度はＳＯＦＣスタックの運転温度と同等の温度であ
り、この加熱源で加熱される空気、燃料はＳＯＦＣスタ
ックの運転温度に近い温度でＳＯＦＣスタックに導入さ
れる。

【００４４】図１４の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気又は燃料を、まず第２熱交換器において、
ＳＯＦＣスタックからの排気空気又は排気燃料と間接的
に熱交換させて予熱する。次いで、第１熱交換器におい
て、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスと間接的に熱交換さ
せて加熱した後、ＳＯＦＣスタックに導入するように構
成される。第１熱交換器での加熱源は触媒燃焼層で生成
した燃焼ガスであるので、この加熱源で加熱された空気
又は燃料はＳＯＦＣスタックの運転温度に近い温度でＳ
ＯＦＣスタックに導入される。この点、図１５〜１７の
態様においても同様である。

【００４５】図１５の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気又は燃料を、まず第２熱交換器において、
ＳＯＦＣスタックからの排気空気及び排気燃料と間接的
に熱交換させて予熱する。次いで、第１熱交換器におい
て、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスと間接的に熱交換さ
せて加熱した後、ＳＯＦＣスタックに導入するように構
成される。

【００４６】図１６の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気及び燃料を、まず第２熱交換器において、
ＳＯＦＣスタックからの排気空気又は排気燃料と間接的
に熱交換させて予熱する。次いで、第１熱交換器におい
て、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスと間接的に熱交換さ
せて加熱した後、ＳＯＦＣスタックに導入するように構
成される。

【００４７】図１７の態様の場合、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気及び燃料を、まず第２熱交換器において、
ＳＯＦＣスタックからの排気空気及び排気燃料と間接的
に熱交換させて予熱する。次いで、第１熱交換器におい
て、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスと間接的に熱交換さ
せて加熱した後、ＳＯＦＣスタックに導入するように構
成される。

【００４８】触媒燃焼層に充填する燃焼触媒としては、
ＳＯＦＣスタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
得る触媒であれば特に限定はなく、例えば白金、パラジ
ウム等の貴金属触媒などが用いられ、貴金属触媒はアル
ミナ等の担体に担持した形で用いられる。また、触媒燃
焼層における空間速度については特に限定はないが、好
ましくは１０００〜６００００ｈ^−１の範囲とすること
ができる。

【００４９】本発明に係る触媒燃焼一体型熱交換器によ
れば、ＳＯＦＣからの排気燃料を排気空気により触媒燃
焼層で燃焼させ、その燃焼熱を利用してＳＯＦＣスタッ
クに導入する燃料、空気、あるいはその両方を加熱する
ことにより、ＳＯＦＣスタックの運転時における最高到
達温度を８２０℃程度以下に抑えることができる。これ
により、触媒燃焼一体型熱交換器自体はもちろん、ＳＯ
ＦＣスタック、予備改質器、配管等の構成材料として、
自立膜式ＳＯＦＣのような高価な材料を必要とせず、例
えばステンレス鋼などの安価な材料が使用できる。ま
た、これらを収容する断熱容器の断熱材を薄くでき、且
つ、ＳＯＦＣシステム全体としての小型化を可能とする
ことができる。

【００５０】本発明の触媒燃焼一体型熱交換器は、特に
支持膜式ＳＯＦＣに対して使用されるが、自立膜式ＳＯ
ＦＣについても、８５０℃程度以下で運転されるもので
あれば上記と同様にして適用できることはもちろんであ
る。

【００５１】《本発明の固体酸化物形燃料電池システム
の態様例》本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、
以上で述べた予備改質器及び触媒燃焼一体型熱交換器を
ＳＯＦＣスタックとともに、これら機器相互を結ぶ配管
等を含めて断熱容器内に収容し組み込むことで構成され
る。断熱容器を構成する断熱材としては、ガラスウール
やスラグウール、各種耐火物その他適宜の材料が用いら
れる。図１８〜２１はこの態様例を示す図である。

【００５２】図１８は、ＳＯＦＣスタック、予備改質器
及び触媒燃焼一体型熱交換器を組み込んだ態様である。
断熱容器内に、順次上部から下部へ、ＳＯＦＣスタッ
ク、触媒燃焼一体型熱交換器（第１熱交換器、触媒燃焼
層、第２熱交換器からなる）及び予備改質器が組み込ま
れている。ＳＯＦＣスタックからの排気燃料及び排気空
気を触媒燃焼層で燃焼させた燃焼ガスを燃料の予熱に利
用した後、予備改質器の加熱源として使用する。なお、
燃料に硫黄化合物が含まれていると、ＳＯＦＣの燃料極
を被毒するため、脱硫器で脱硫した後、予備改質器に供
給されが、燃料に硫黄化合物を含まないか、既に除去さ
れている場合には脱硫器は必要でない。この点図１９〜
２１でも同じである。

【００５３】図１９は、ＳＯＦＣスタックからの排気燃
料の一部を燃料としてリサイクルさせる場合である。Ｓ
ＯＦＣスタックからの排気燃料の一部を分岐させて予備
改質器に供給する燃料に混合して再利用する。残余の排
気燃料は、触媒燃焼層で排気空気により燃焼させ、生成
燃焼ガスにより、予備改質器で改質された燃料を予熱
（加熱）する。生成燃焼ガスは空気の予熱に用いてもよ
く、図１９はこの場合を示している。ここで予熱された
空気は、第２熱交換器でさらに加熱されＳＯＦＣスタッ
クに供給される。

【００５４】図２０は、ＳＯＦＣスタックに導入する燃
料をスタックの周囲（周り）で加熱する場合である。予
備改質器で予備改質された燃料は、触媒燃焼層からの燃
焼ガスで予熱された後、スタックの周囲で加熱され、ス
タックに供給される。この場合、燃料は予備改質器を出
た後、触媒燃焼一体型熱交換器を経ずにスタックの周囲
に供給してもよい。この点図２１の場合も同様である。
スタックの周りでの加熱は、（１）燃料をスタック及び
断熱容器間のスペースに流通させる、（２）燃料をスタ
ック及び断熱容器間のスペースに管状導管を配置して流
通させるなど適宜の手法で実施される。空気は、触媒燃
焼層からの燃焼ガスで予熱された後、排気空気で加熱さ
れ、スタックに供給される。燃料に代えて、空気をスタ
ックの周りで加熱するようにしてもよい。この場合、空
気は空気ブロワから直接スタックの周囲に供給してもよ
い。この点図２１の場合も同様である。

【００５５】図２１は、ＳＯＦＣスタックに導入する燃
料をスタックの周囲（周り）で加熱する点では図２０の
態様と同様であるが、ＳＯＦＣスタックからの排気燃料
の一部を燃料としてリサイクルさせる場合である。ＳＯ
ＦＣスタックからの排気燃料の一部を分岐させて予備改
質器に供給する燃料に混合して再利用する。残余の排気
燃料は、触媒燃焼層で排気空気により燃焼させ、生成燃
焼ガスにより、予備改質器で改質された燃料を予熱（加
熱）する。生成燃焼ガスは空気の加熱に用いてもよい。

【００５６】断熱容内でのＳＯＦＣスタック、予備改質
器及び触媒燃焼一体型熱交換器の配置関係は、図１８〜
２１の態様とは限らず、例えば、（１）ＳＯＦＣスタッ
クを下部に配置し、順次、その上に触媒燃焼一体型熱交
換器及び予備改質器を配置する、（２）ＳＯＦＣスタッ
クを中央部に置き、その下に触媒燃焼一体型熱交換器
を、その上に予備改質器を配置する、（３）ＳＯＦＣス
タックを中央部に置き、その下に予備改質器を、その上
に触媒燃焼一体型熱交換器を配置する、など適宜の配置
を採ることができる。また、触媒燃焼一体型熱交換器自
体についても、第１熱交換器をＳＯＦＣスタック側に配
置するなど適宜の配置とすることができる。

【００５７】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれらに限定されないことはもち
ろんである。なお、関連する図において、各流体の配管
には適宜弁等が配置され、また各必要箇所に温度検出用
センサを配置したが、図ではその記載は省略している。

【００５８】《実施例１》本実施例では図２２に示す予
備改質器と図２３〜２４に示す燃焼触媒一体型熱交換器
を組み合わせて用いた。図２４は図２３中Ａ−Ａ線断面
図である。予備改質器は、横断面円形で多重円筒状の予
備改質器で、図２２のとおり、中央部に管状の熱交換器
（水加熱器）を配置し、これを囲んで改質触媒を充填
し、改質触媒層を構成している。ＳＯＦＣスタックから
のオフガス（ＳＯＦＣ排ガス）が管状水加熱器の水管外
周を流通して管内を流通する水を加熱し、ＳＯＦＣ排ガ
ス排出管から排出される。本例では、改質触媒としてＮ
ｉ／Ａｌ_２Ｏ_３〔アルミナにＮｉを担持したもの：球状
（平均直径≒２ｍｍ）〕に対してＬａを５ｍｏｌ％添加
した触媒を用いた。ＮｉとＡｌ_２Ｏ_３の比率は重量比で
５０：５０である。

【００５９】燃料は、その導入管から導入され、混合部
で管状水加熱器で生成した水蒸気と混合して改質触媒層
に導入される。ここで燃料中のＣ_２以上の炭化水素が改
質され、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、Ｃ_１炭化水素
であるメタンに変換される。これによりＣ_２以上の炭化
水素が除去され、ＳＯＦＣの燃料としてＳＯＦＣの燃料
極に供給される。以上の構造を有する予備改質器を、配
管を含めて、すべてＳＵＳ３１０Ｓを用いて作製した。

【００６０】本予備改質器における他の試験条件は、燃
料＝都市ガス１３Ａ（脱硫済み）、燃料利用率＝８０
％、酸化剤＝空気、酸化剤利用率＝３０％、Ｓ／Ｃ比＝
２．０、空間速度（水蒸気込み）＝３０００ｈ^−１とし
た。各箇所のガスの成分、組成及び流量（ＮＬＭ＝Ｎｏ
ｒｍａｌＬｉｔｅｒｐｅｒＭｉｍｕｔｅ）を表１
に示している。

【００６１】

【表１】

【００６２】触媒燃焼一体型熱交換器は、図２３のとお
り、中央下部に第１熱交換器、中央上部に第２熱交換器
が配置されている。両熱交換器は、ＳＯＦＣスタックに
導入する空気を間接熱交換により加熱するもので、チュ
ーブプレートとコルゲートフィンを交互に積み重ねたプ
レートフィン型の熱交換器である。第１熱交換器の側部
には触媒燃焼層が配置され、第２熱交換器の側部には触
媒燃焼層と混合部が配置され、触媒燃焼層と混合部の間
にはバッフル（多孔板）が配置されている。

【００６３】ＳＯＦＣスタックからの排気燃料と排気空
気が混合部で混合され、第２熱交換器側部の触媒燃焼層
に導入される。ＳＯＦＣスタックからの排気空気は、第
２熱交換器の側部（混合部と相対する側）に設けたヘッ
ダから第２熱交換器に導入され、第２熱交換器におい
て、第１熱交換器で加熱（予熱）された空気をさらに加
熱した後、混合部に導入される。ここで排気空気自体の
温度は低下する。

【００６４】混合部で混合された混合ガスは、第２熱交
換器側部の触媒燃焼層で燃焼した後、さらに第１熱交換
器側部の触媒燃焼層で燃焼し、第１熱交換器に導入され
る。触媒燃焼層と第１熱交換器の間にはバッフル（多孔
板）が配置されている。燃焼ガスは第１熱交換器で空気
を間接的に加熱し、燃焼排ガス出口ヘッダを経て排出さ
れる。第１熱交換器で加熱された空気は、第２熱交換器
でさらに加熱され、ＳＯＦＣスタックの空気極に導入さ
れ、発電に供される。

【００６５】以上の構造を有する触媒燃焼一体型熱交換
器をすべてステンレス鋼：ＳＵＳ３１０Ｓを用いて構成
し、触媒燃焼層に、燃焼触媒としてＰｄ／Ａｌ_２Ｏ_３触
媒〔アルミナにＰｄを担持した触媒、Ｐｄ＝０．５重量
％、球状（平均直径≒２ｍｍ）〕を充填した。本熱交換
器における他の試験条件は以下のとおりである。燃料＝
都市ガス１３Ａ（脱硫済み）。燃料利用率＝８０％。酸
化剤＝空気。酸化剤利用率＝３０％。Ｓ／Ｃ比＝２．
０。触媒燃焼層での空間速度（水蒸気込み）＝３０００
０ｈ^−１。試験条件のうち、関係ガスの組成、流量（Ｎ
ＬＭ＝ＮｏｒｍａｌＬｉｔｅｒｐｅｒＭｉｍｕｔ
ｅ）、温度等の条件は表２のとおりである。

【００６６】

【表２】

【００６７】こうして構成した予備改質器及び触媒燃焼
一体型熱交換器を支持膜式ＳＯＦＣスタック実機ととも
に、図２０のように断熱材としてガラスウールを配した
断熱容器に収容した。予備改質器を経た燃料は、スタッ
クの周りのスペース、すなわちスタック外壁と断熱容器
の内壁をＳＵＳ３１０Ｓで構成し、その間に流通させて
加熱し、ＳＯＦＣスタックの燃料極に供給するようにし
た。こうして構成したＳＯＦＣシステムを用いて試験を
実施した。

【００６８】図２５は本試験における予備改質器につい
ての結果を示す図である。横軸は時間、左縦軸はガス濃
度、右縦軸は予備改質器からの予備改質ガス出口（改質
触媒層出口部）におけるその温度である。予備改質器の
出口の予備改質ガスの温度は試験開始当初から３９５℃
であり、２００時間超経過してもほぼ一定で変化してい
ない。

【００６９】ＣＨ_４の濃度ついては、試験開始時以降、
測定時ごとに多少の上下変動があるだけで、ほぼ５３％
の水準を維持している。Ｈ_２の濃度ついても、試験開始
時以降、測定時ごとに多少の上下変動があるだけで、ほ
ぼ３０％の水準を維持している。ＣＯ_２の濃度は、試験
開始当初から１４．６％で２２０時間超経過しても変わ
らず、ＣＯ、Ｃ_２〜Ｃ_４の成分は、試験開始当初から殆
ど含まれていない。

【００７０】試験後の改質触媒層中の触媒について炭素
（Ｃ）分析を行った。その結果、炭素（Ｃ）は検出され
なかった。また、生成予備改質ガスを７００℃に昇温し
てＳＯＦＣスタックに供給したが、配管や電極に炭素
（Ｃ）は析出しなかった。このように、本発明によれ
ば、エタン以上の炭化水素、すなわちＣ_２以上の炭化水
素がきわめて有効に除去され、これら炭化水素による炭
素析出、すなわちスタックへ導入する以前の配管やＳＯ
ＦＣの燃料極での炭素析出を無くすることができる。

【００７１】本試験における触媒燃焼一体型熱交換器に
おける結果につては、ＳＯＦＣスタックからの排気空気
を、第１熱交換器でＳＯＦＣスタックに導入する空気と
熱交換して温度を下げ、混合部で排気燃料と混合して燃
焼触媒層で燃焼させた。この燃焼により最高８２０℃ま
で温度が上昇した。この最高温度は触媒燃焼層と第１熱
交換器の間のバッフル部で観察された。こうして、構成
機器の最高到達温度を８２０℃に抑えることができた。
室温で供給した空気は７０３℃まで加温された。本試験
を連続して２２０時間続けたが、これらの温度に実質上
変化はなかった。

【００７２】《実施例２》実施例１で用いた触媒燃焼一
体型熱交換器に、ＳＯＦＣスタックに導入する空気に代
えて、ＳＯＦＣスタックに導入する燃料を導入した以外
は、実施例１と同様にして試験した。その結果、予備改
質器及び触媒燃焼一体型熱交換器ともに実施例１と同様
の効果が得られた。

【００７３】《実施例３》本実施例では、実施例１で用
いた図２２の予備改質器に代えて、図２６に示す予備改
質器を用い、ＳＯＦＣスタック、触媒燃焼一体型熱交換
器とともに、図２１のように組み込んだ。予備改質器に
おいて、排気燃料の６０％（燃料リサイクル率＝６０
％）をリサイクルさせて燃料に混入し、ＳＯＦＣスタッ
クの燃料として再利用するように構成した。スタックか
らの排気燃料のうち、残余の４０％を排気空気で燃焼さ
せ、その燃焼ガスを用いた。これら以外は実施例１と同
様にして実施した。各ガスの成分、組成及び流量を表３
に示しているが、リサイクル燃料（＝再循環ガス）の流
量以外は表１、表２と同じである。

【００７４】

【表３】

【００７５】図２７は本試験における予備改質器につい
て結果を示す図で、横軸、左縦軸、右縦軸は図２５の場
合と同じである。図２７のとおり、燃焼ガス、すなわち
ＳＯＦＣスタックからの排気燃料のうち残余の４０％を
排気空気で燃焼させて生成した燃焼ガスの温度は５３０
℃であり、２４０時間超経過してもほぼ一定で変化して
いない。

【００７６】ＣＨ_４の濃度については、試験開始以降、
多少の上下変動があるだけで、ほぼ２７％の水準を維持
している。Ｈ_２の濃度についても、試験開始以降、測定
時ごとに多少の上下変動があるだけで、ほぼ５２％の水
準を維持している。ＣＯ_２の濃度は試験開始当初から１
９％程度で２４０時間超経過しても変わらず、さらに、
ＣＯの濃度については、試験当初から５％程度で、２４
０時間超経過しても殆ど変化はない。特に、Ｃ_２Ｈ_６、
Ｃ_３Ｈ_８、ｎ−Ｃ_４Ｈ_１０、ｉ−Ｃ_４Ｈ_１０等のＣ_２以
上の成分については、試験開始時以降検出されなかっ
た。このように、本発明によれば、エタン以上、すなわ
ちＣ_２以上の炭化水素がきわめて有効に除去され、これ
ら炭化水素による炭素析出、すなわちスタックへ導入す
る以前の配管やＳＯＦＣの燃料極での炭素析出を無くす
ることができる。

【００７７】本試験における触媒燃焼一体型熱交換器に
おける結果につていは、この試験でも実施例１と同様の
結果が得られた。こうして、機器の最高温度を８２０℃
に抑えることができた。本試験を連続して２４０時間余
続けたが、これらの温度に実質上変化はなかった。

【００７８】

【発明の効果】本発明に係るＳＯＦＣシステムによれ
ば、スタックに導入する燃料からエタン以上、すなわち
Ｃ_２以上の炭化水素がきわめて有効に除去され、Ｃ_２以
上の炭化水素による炭素析出、すなわちスタックへ導入
する以前の配管やＳＯＦＣの燃料極での炭素析出を無く
することができる。これによりＳＯＦＣシステムにおけ
る発電を長期にわたり安定して行うことができる。

【００７９】本システムで用いる予備改質器は３００〜
６００℃程度という温度範囲で作動し、また本システム
で用いる触媒燃焼一体型熱交換器によれば、最高到達温
度を抑えることができることから、ＳＯＦＣシステム全
体として低温運転ができる。これにより、システム構成
機器の構成材料として安価な材料の使用を可能とし、且
つ、システム全体として小型化を図ることができる。ま
た、システム全体として低温運転ができることから、Ｓ
ＯＦＣシステムでも、特に運転温度が８５０℃程度以下
である支持膜式ＳＯＦＣシステムとして構成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＯＦＣの単電池における固体酸化物電解質、
燃料極、空気極の配置関係及びその作動原理を説明する
図

【図２】平板方式のＳＯＦＣの構造を模式的に示した図
（自立膜式）

【図３】平板方式のＳＯＦＣの構造を模式的に示した図
（支持膜式）

【図４】水蒸気改質法による予備改質器の態様を説明す
る図

【図５】水蒸気改質法による予備改質器の態様を説明す
る図

【図６】水蒸気改質法による予備改質器の態様を説明す
る図

【図７】水蒸気改質法による予備改質器の態様を説明す
る図

【図８】部分燃焼改質法による予備改質器の態様を説明
する図

【図９】部分燃焼改質法による予備改質器の態様を説明
する図

【図１０】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１１】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１２】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１３】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１４】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１５】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１６】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１７】触媒燃焼一体型熱交換器の構成態様を説明す
る図

【図１８】ＳＯＦＣシステムの態様例を示す図

【図１９】ＳＯＦＣシステムの態様例を示す図

【図２０】ＳＯＦＣシステムの態様例を示す図

【図２１】ＳＯＦＣシステムの態様例を示す図

【図２２】実施例１〜２のＳＯＦＣシステムで用いた予
備改質器を示す図

【図２３】実施例１〜２のＳＯＦＣシステムで用いた燃
焼触媒一体型熱交換器を示す図

【図２４】図２３のＡ−Ａ線断面図

【図２５】実施例１における予備改質器についての結果
を示す図

【図２６】実施例３のＳＯＦＣシステムで用いた予備改
質器を示す図

【図２７】実施例３における予備改質器についての結果
を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱容器内に、固体酸化物形燃料電池スタ
ックと、燃料からＣ_２以上の炭化水素を除去するための
予備改質器と、該燃料電池スタックに導入する空気及び
燃料のうちの一方または両方を加熱する触媒燃焼一体型
熱交換器を配置してなることを特徴とする固体酸化物形
燃料電池システム。
【請求項２】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、加熱源とし
て燃料電池スタックからの排気空気を利用して該燃料か
らＣ_２以上の炭化水素を消失させるようにしてなる予備
改質器であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸
化物形燃料電池システム。
【請求項３】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、加熱源とし
て燃料電池スタックからの排気燃料を利用して該燃料か
らＣ_２以上の炭化水素を消失させるようにしてなる予備
改質器であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸
化物形燃料電池システム。
【請求項４】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、加熱源とし
て燃料電池スタックからの排気空気及び排気燃料を利用
して該燃料からＣ_２以上の炭化水素を消失させるように
してなる予備改質器であることを特徴とする請求項１に
記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、加熱源とし
て燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼さ
せた燃焼ガスを利用して該燃料からＣ_２以上の炭化水素
を消失させるようにしてなる予備改質器であることを特
徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項６】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、水を予め加
熱して水蒸気にするとともに燃料を予め加熱して予熱
し、両者の混合ガスを予備改質器に導入することにより
該燃料からＣ_２以上の炭化水素を消失させるようにして
なる予備改質器であることを特徴とする請求項１に記載
の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、燃料電池ス
タックからの排気燃料の一部をリサイクルして該燃料に
混合して反応させることにより該燃料からＣ_２以上の炭
化水素を消失させるようにしてなる予備改質器であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池
システム。
【請求項８】前記予備改質器が、改質触媒を充填した水
蒸気改質法による予備改質器であり、且つ、加熱源を用
いることなく、改質反応による熱を利用して該燃料から
Ｃ_２以上の炭化水素を消失させるようにしてなる予備改
質器であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化
物形燃料電池システム。
【請求項９】前記予備改質器が、酸化触媒を充填した部
分燃焼改質法による予備改質器であり、該燃料を空気で
部分燃焼させることによりＣ_２以上の炭化水素を消失さ
せるようにしてなる予備改質器であることを特徴とする
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１０】請求項１０の予備改質器において、該予
備改質器を補助的に加熱するようにし、且つ、その加熱
源として燃料電池スタックからの排気燃料及び排気燃料
のいずれか一方または両方を利用するようにしてなるこ
とを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１１】請求項１０の予備改質器において、該予
備改質器を補助的に加熱するようにし、且つ、その加熱
源として燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で
燃焼させた燃焼ガスを利用するようにしてなることを特
徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１２】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気を、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより
第１熱交換器で予熱した後、燃料電池スタックからの排
気空気及び排気燃料のいずれか一方により第２熱交換器
で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼
一体型熱交換器であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項１３】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気を、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより
第１熱交換器で予熱した後、燃料電池スタックからの排
気空気及び排気燃料の両方により第２熱交換器で加熱し
て燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼一体型熱
交換器であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
か１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１４】請求項１２又は１３に記載の固体酸化物
形燃料電池システムにおいて、燃料電池に導入する燃料
を、燃料電池スタックの周囲で加熱した後、燃料電池に
導入することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項１５】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する燃料を、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより
第１熱交換器で予熱した後、燃料電池スタックからの排
気空気及び排気燃料のいずれか一方により第２熱交換器
で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼
一体型熱交換器であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項１６】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する燃料を、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより
第１熱交換器で予熱した後、燃料電池スタックからの排
気空気及び排気燃料の両方により第２熱交換器で加熱し
て燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼一体型熱
交換器であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
か１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１７】請求項１５又は１６に記載の固体酸化物
形燃料電池システムにおいて、燃料電池に導入する空気
を、燃料電池スタックの周囲で加熱した後、燃料電池に
導入することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項１８】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気及び燃料を、触媒燃焼層で生成した燃焼ガ
スにより第１熱交換器で予熱した後、燃料電池スタック
からの排気空気及び排気燃料のいずれか一方により第２
熱交換器で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる
触媒燃焼一体型熱交換器であることを特徴とする請求項
１〜１２のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池
システム。
【請求項１９】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気及び燃料を、触媒燃焼層で生成した燃焼ガ
スにより第１熱交換器で予熱した後、燃料電池スタック
からの排気空気及び排気燃料の両方により第２熱交換器
で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼
一体型熱交換器であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項２０】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気を、燃料電池スタックからの排気空気及び
排気燃料のいずれか一方により第２熱交換器で予熱した
後、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより第１熱交換器
で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼
一体型熱交換器であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項２１】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気を、燃料電池スタックからの排気空気及び
排気燃料の両方により第２熱交換器で予熱した後、触媒
燃焼層で生成した燃焼ガスにより第１熱交換器で加熱し
て燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼一体型熱
交換器であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
か１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２２】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する燃料を、燃料電池スタックからの排気空気及び
排気燃料のいずれか一方により第２熱交換器で予熱した
後、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより第１熱交換器
で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼
一体型熱交換器であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項２３】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する燃料を、燃料電池スタックからの排気空気及び
排気燃料の両方により第２熱交換器で予熱した後、触媒
燃焼層で生成した燃焼ガスにより第１熱交換器で加熱し
て燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼一体型熱
交換器であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
か１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２４】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気及び燃料を、燃料電池スタックからの排気
空気及び排気燃料のいずれか一方により第２熱交換器で
予熱した後、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより第１
熱交換器で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる
触媒燃焼一体型熱交換器であることを特徴とする請求項
１〜１２のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池
システム。
【請求項２５】前記触媒燃焼一体型熱交換器が、触媒燃
焼層で生成した燃焼ガスを熱源とする第１熱交換器と、
燃料電池スタックからの排気燃料を排気空気で燃焼させ
る触媒燃焼層と、第２熱交換器とからなり、燃料電池に
導入する空気及び燃料を、燃料電池スタックからの排気
空気及び排気燃料の両方により第２熱交換器で予熱した
後、触媒燃焼層で生成した燃焼ガスにより第１熱交換器
で加熱して燃料電池に供給するようにしてなる触媒燃焼
一体型熱交換器であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システ
ム。
【請求項２６】前記燃料が都市ガス、ＬＰガス、天然ガ
ス、ＬＰガス、ガソリン又はアルコール類である請求項
１〜２５のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池
システム。
【請求項２７】前記固体酸化物形燃料電池が支持膜式の
固体酸化物形燃料電池である請求項１〜２６のいずれか
１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。