JP2004087162A - 固体電解質型燃料電池システム - Google Patents
固体電解質型燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004087162A JP2004087162A JP2002243040A JP2002243040A JP2004087162A JP 2004087162 A JP2004087162 A JP 2004087162A JP 2002243040 A JP2002243040 A JP 2002243040A JP 2002243040 A JP2002243040 A JP 2002243040A JP 2004087162 A JP2004087162 A JP 2004087162A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- preheating
- supply passage
- combustor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】起動時に燃料電池を予熱する予熱運転を行う固体電解質型燃料装置システムにおいて、予熱用燃焼器の有効活用を図る。
【解決手段】予熱用燃焼器（１５）を燃料電池（１１）の外部に設置する。燃料搬送通路（１９）には、脱硫器（１６）が設けられている。脱硫器（１６）からの燃料ガスを主燃料供給通路（１８）又は補助燃料供給通路（２３）に選択的に供給する三方弁（２２）を備えている。ガス搬送通路（２６）からの空気を燃料電池（１１）の空気極（１４）又は予熱用燃焼器（１５）に選択的に供給する三方弁（２５）を備えている。供給空気と燃焼器（１２）からの排ガスとを熱交換させる熱交換器（１７）を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】予熱用燃焼器（１５）を燃料電池（１１）の外部に設置する。燃料搬送通路（１９）には、脱硫器（１６）が設けられている。脱硫器（１６）からの燃料ガスを主燃料供給通路（１８）又は補助燃料供給通路（２３）に選択的に供給する三方弁（２２）を備えている。ガス搬送通路（２６）からの空気を燃料電池（１１）の空気極（１４）又は予熱用燃焼器（１５）に選択的に供給する三方弁（２５）を備えている。供給空気と燃焼器（１２）からの排ガスとを熱交換させる熱交換器（１７）を備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）には、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等の低温型燃料電池と比べると、発電効率や排熱温度が高いという長所がある。一方、固体電解質型燃料電池には、低温型燃料電池に比べて作動温度が高いため、起動の際に電池本体の温度が作動温度に達するまでに長時間を要するといった課題がある。起動時間を短縮するために電池本体を急激に加熱することも考えられるが、急激な加熱を行うと、熱衝撃によって電池本体に損傷を招くおそれがある。
【０００３】
そこで、従来より、特開２００１−１５５７５４号公報に開示されているように、燃料電池内部の空気通路に予熱用の燃焼器を設け、燃料電池の発電動作に先立って燃料電池の予熱を行うことが提案されている。すなわち、燃料電池の起動前に予熱用燃焼器を起動し、予熱用燃焼器で発生した高温の燃焼ガスを空気通路を通じて燃料電池の空気極に供給する。その結果、燃料電池は上記燃焼ガスによって加熱され、いわゆる予熱が行われる。そして、燃料電池の温度が所定の作動温度以上になると、予熱用燃焼器の運転を停止し、燃料電池を起動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池では、予熱用燃焼器が空気通路に内蔵されていたため、予熱用燃焼器の燃焼ガスを燃料電池の空気極に供給することしかできなかった。つまり、予熱用燃焼器の利用の自由度が小さかった。また、燃料電池の起動方法として、燃料電池の空気極側から予熱を行わざるを得ず、起動方法に自由度がなかった。しかし、予熱用燃焼器を従来以上に有効活用できれば、起動方法の自由度が拡大し、また、燃料電池システムの高性能化を図ることができる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体電解質型燃料装置システムにおいて、予熱用燃焼器の有効活用を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、予熱用燃焼器を燃料電池の外部に設置することとした。
【０００７】
請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムは、酸素極（１４）及び燃料極（１３）を有する固体電解質型の燃料電池（１１）と、前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給する主燃料供給通路（１８）と、前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に酸素含有気体を供給する主酸素供給通路（２７）と、前記燃料電池（１１）の外部に設けられた予熱用燃焼器（１５）と、前記予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給する補助燃料供給通路（２３）と、前記燃料電池（１１）の発電動作に先立って前記予熱用燃焼器（１５）を起動し、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを用いて前記燃料電池（１１）を予熱する予熱運転を実行する制御手段（３３）とを備えているものである。
【０００８】
上記燃料電池システムでは、予熱用燃焼器は燃料電池の外部に設けられている。言い換えると、予熱用燃焼器は燃料電池と別個に設けられている。そのため、燃焼ガスの供給先が限定されない等、予熱用燃焼器に対する制約が少なくなり、予熱用燃焼器の有効活用が図られる。
【０００９】
請求項２に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の酸素極（１４）及び燃料極（１３）のうちの一方又は両方に供給する燃焼ガス供給通路（２８）を備え、制御手段（３３）は、予熱運転時に前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記燃焼ガス供給通路（２８）を通じて前記燃料電池（１１）に供給するように構成されているものである。
【００１０】
上記燃料電池システムでは、予熱運転の際に、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。そして、高温の燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）を通じて、燃料電池の酸素極及び燃料極の一方又は両方に供給される。その結果、燃料電池の予熱が行われる。
【００１１】
請求項３に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、主酸素供給通路（２７）に設けられ、燃料電池（１１）の酸素極（１４）に供給される酸素含有気体と予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスとを熱交換させる熱交換器（４１）を備え、制御手段（３３）は、予熱運転時に、前記熱交換器（４１）において熱交換を行った酸素含有気体を前記主酸素供給通路（２７）を通じて前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に供給するように構成されているものである。
【００１２】
上記燃料電池システムでは、予熱運転の際に、予熱用燃焼器からの高温の燃焼ガスは、熱交換器を介して、主酸素供給通路を流れる酸素含有気体と熱交換を行う。その結果、酸素含有気体は加熱され、高温の気体となる。この高温の酸素含有気体は燃料電池の酸素極に供給され、燃料電池は予熱される。
【００１３】
上記燃料電池システムでは、予熱運転の際に燃料電池の酸素極に供給される高温の気体は、燃焼ガスではなく、主酸素供給通路を流れる酸素含有気体である。燃焼ガスと異なり、上記酸素含有気体には水蒸気や煤は混入していない。そのため、燃料電池の酸素極に水蒸気や煤が流入することが防止される。したがって、酸素極の劣化が防止され、燃料電池の信頼性が向上する。
【００１４】
請求項４に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の酸素極（１４）及び燃料極（１３）のうちの一方又は両方に供給する第１燃焼ガス供給通路（５２）と、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給する第２燃焼ガス供給通路（５１）と、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記第１燃焼ガス供給通路（５２）又は前記第２燃焼ガス供給通路（５１）に選択的に供給する流路切替機構（５５）とを備え、制御手段（３３）は、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記第１燃焼ガス供給通路（５２）に供給し、前記燃焼ガスによって前記燃料電池（１１）を予熱する第１予熱運転と、前記予熱用燃焼器（１５）に不完全燃焼を行わせ、燃料を含んだ不完全燃焼ガスを前記第２燃焼ガス供給通路（５１）に供給すると共に主酸素供給通路（２７）を通じて前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に酸素含有気体を供給し、前記不完全燃焼ガスによって前記燃料電池（１１）を予熱すると同時に前記燃料電池（１１）に発電動作を行わせる第２予熱運転と、前記予熱用燃焼器（１５）の運転を停止すると共に主燃料供給通路（１８）を通じて前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給し、前記燃料電池（１１）に発電動作を行わせる発電運転とを順に実行するものである。
【００１５】
上記燃料電池システムでは、起動の際に、まず第１予熱運転が行われる。この第１予熱運転により、燃料電池は予熱用燃焼器の燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。その後、燃料電池の発電動作がある程度可能となる状態になると（例えば、燃料電池の温度が所定温度にまで達した状態、第１予熱運転を開始してから所定時間が経過した状態等）、第２予熱運転が行われる。
【００１６】
第２予熱運転では、予熱用燃焼器が不完全燃焼を行い、燃料電池の燃料極に不完全燃焼ガスが供給される。不完全燃焼ガスは高温のガスであるため、それ自体で燃料電池を加熱する。また、不完全燃焼ガスには燃料が含まれているため、燃料電池の発電動作が行われる。そして、燃料電池の発電動作自体によって熱が生じる。その結果、燃料電池は、不完全燃焼ガスの排熱と発電に伴う発熱とにより、加熱される。その後、燃料電池が所定の発電動作を行うことのできる状態になると（例えば、燃料電池の温度が所定の作動温度にまで達した状態、第２予熱運転を開始してから所定時間が経過した状態等）、発電運転が行われる。
【００１７】
上記燃料電池システムでは、第２予熱運転時にある程度の電力を取り出すことにより、起動に際してのエネルギー損失が低減する。また、発電動作に伴う燃料電池自体の発熱を利用するので、予熱運転の全体の短縮化が図られる。
【００１８】
請求項５に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項４に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、予熱用燃焼器（１５）が不完全燃焼を行う際に前記予熱用燃焼器（１５）に水蒸気を導入する導入通路（５６）を備えているものである。
【００１９】
このことにより、不完全燃焼の際に生成される煤の量は低減される。また、燃料極に供給される不完全燃焼ガスに含まれる水蒸気量が増えるので、燃料極上における炭素析出が抑制される。
【００２０】
請求項６に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜５のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、燃料を搬送する燃料搬送手段（２１）が設けられた燃料搬送通路（１９）と、前記燃料搬送通路（１９）の燃料を主燃料供給通路（１８）又は補助燃料供給通路（２３）に選択的に供給する流路切替機構（２２）とを備え、前記燃料搬送手段（２１）は、前記流路切替機構（２２）が主燃料供給通路（１８）を選択すると燃料を燃料電池（１１）の燃料極（１３）にまで搬送し、前記流路切替機構（２２）が補助燃料供給通路（２３）を選択すると燃料を予熱用燃焼器（１５）にまで搬送するように構成されているものである。
【００２１】
上記燃料電池システムでは、燃料搬送手段は、燃料を燃料電池の燃料極に搬送する搬送手段と燃料を予熱用燃焼器に搬送する搬送手段とを兼用することになる。そのため、搬送手段の個数が減り、システムのコストが削減される。
【００２２】
請求項７に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜６のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、燃料電池（１１）の燃料極（１３）からの排ガスと酸素極（１４）からの排ガスとを混合して燃焼させる燃焼器（１２）と、前記燃焼器（１２）の燃焼ガスと前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）又は予熱用燃焼器（１５）に供給される酸素含有気体とを熱交換させる熱交換器（１７）を備えているものである。
【００２３】
上記燃料電池システムでは、燃焼器の燃焼ガスがシステムの外部に排出される前に、上記燃焼ガスに含まれる熱は、燃料電池の酸素極又は予熱用燃焼器に供給される酸素含有気体に回収される。したがって、排熱の有効利用が図られ、予熱運転時のエネルギー損失が低減する。
【００２４】
請求項８に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜７のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、酸素含有気体を搬送するガス搬送手段（３２）が設けられたガス搬送通路（２６）と、予熱用燃焼器（１５）に酸素含有気体を供給する補助酸素供給通路（２４）と、ガス搬送通路（２６）を流れる酸素含有気体を主酸素供給通路（２７）又は前記補助酸素供給通路（２４）に選択的に供給する流路切替機構（２５）とを備え、前記ガス搬送手段（３２）は、前記流路切替機構（２５）が前記主酸素供給通路（２７）を選択すると酸素含有気体を燃料電池（１１）の酸素極（１４）にまで搬送し、前記流路切替機構（２５）が前記補助酸素供給通路（２４）を選択すると酸素含有気体を前記予熱用燃焼器（１５）にまで搬送するように構成されているものである。
【００２５】
上記燃料電池システムでは、ガス搬送手段は、酸素含有気体を燃料電池の酸素極に搬送する搬送手段と酸素含有気体を予熱用燃焼器に搬送する搬送手段とを兼用することになる。そのため、搬送手段の個数が減り、システムのコストが削減される。
【００２６】
請求項９に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜８のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、燃料電池（１１）の燃料極（１３）又は予熱用燃焼器（１５）に供給される燃料を脱硫する脱硫器（１６）を備えているものである。
【００２７】
上記燃料電池システムでは、燃料電池の燃料極又は予熱用燃焼器における硫化物による被毒が防止される。
【００２８】
【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。
【００２９】
＜実施形態１＞
図１に示すように、実施形態１に係る燃料電池システム（１０）は、燃料極（１３）及び空気極（１４）を有する固体電解質型の燃料電池（１１）と、燃料極（１３）からの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとを混合させて燃焼させる燃焼器（１２）と、燃料電池システム（１０）の起動時に燃料電池（１１）を予熱するための予熱用燃焼器（１５）と、脱硫器（１６）と、燃焼器（１２）からの排ガスと空気極（１４）に供給される空気とを熱交換させる熱交換器（１７）とを備えている。
【００３０】
脱硫器（１６）は、燃料に含まれる硫化物を除去するものである。脱硫器（１６）の上流側は燃料搬送通路（１９）に接続され、脱硫器（１６）の下流側は燃料供給通路（２０）に接続されている。なお、本実施形態及び以下の実施形態では、燃料として都市ガスが用いられている。燃料搬送通路（１９）には、第１ブロワ（２１）が設けられている。
【００３１】
燃料供給通路（２０）の下流側は、三方弁（２２）の第１ポート（図中の左側のポート）に接続されている。三方弁（２２）の第２ポート（図中の右側のポート）には、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を導入する主燃料供給通路（１８）が接続されている。三方弁（２２）の第３ポート（図中の下側のポート）には、予熱用燃焼器（１５）に燃料を導入する補助燃料供給通路（２３）が接続されている。なお、三方弁（２２）は、第１ポートと第２ポートとをつなぐ第１状態と第１ポートと第３ポートとをつなぐ第２状態とに切り替え自在に構成されている。
【００３２】
予熱用燃焼器（１５）の燃料導入部には補助燃料供給通路（２３）が接続され、予熱用燃焼器（１５）の空気導入部には、補助空気供給通路（２４）が接続されている。
【００３３】
補助空気供給通路（２４）の上流側は、三方弁（２５）の第３ポート（図中の左側のポート）に接続されている。三方弁（２５）の第１ポート（図中の右側のポート）には、空気を搬送するガス搬送通路（２６）が接続されている。ガス搬送通路（２６）には、第２ブロワ（３２）が設けられている。三方弁（２５）の第２ポート（図中の上側のポート）には、燃料電池（１１）の空気極（１４）側に接続された主空気供給通路（２７）が接続されている。なお、三方弁（２５）も、第１ポートと第２ポートとをつなぐ第１状態と第１ポートと第３ポートとをつなぐ第２状態とに切り替え自在に構成されている。
【００３４】
予熱用燃焼器（１５）には、当該予熱用燃焼器（１５）において生成された燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給通路（２８）が接続されている。燃焼ガス供給通路（２８）の下流側は、主空気供給通路（２７）に接続されている。このような構成により、本実施形態では、燃焼ガス供給通路（２８）の燃焼ガスは燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入されることになる。
【００３５】
燃料電池（１１）の燃料極（１３）側には、燃料極（１３）からの排ガスを主燃料供給通路（１８）に戻す燃料返還通路（２９）が設けられている。燃料返還通路（２９）には、第３ブロワ（３０）が設けられている。
【００３６】
燃焼器（１２）には、当該燃焼器（１２）の燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出通路（３１）が接続されている。熱交換器（１７）は、燃焼ガス排出通路（３１）及びガス搬送通路（２６）に設けられており、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスとガス搬送通路（２６）を流れる空気とを熱交換させる。つまり、熱交換器（１７）は、燃焼ガスの排熱を用いて供給空気を加熱するように構成されている。
【００３７】
なお、燃料電池システム（１０）には、予熱用燃焼器（１５）のＯＮ／ＯＦＦや三方弁（２２，２５）の切り替え等の各種制御を実行するコントローラ（３３）が設けられている。
【００３８】
次に、燃料電池システム（１０）の動作について説明する。この燃料電池システム（１０）では、燃料電池（１１）の予熱運転を行った後、燃料電池（１１）の発電運転を行う。なお、運転の切替等の制御は、コントローラ（３３）によって自動的に行われる。
【００３９】
図１に示すように、予熱運転開始時には、三方弁（２２）及び三方弁（２５）は、いずれも第２状態に設定される。すなわち、予熱運転に際しては、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続され、ガス搬送通路（２６）と補助空気供給通路（２４）とが接続される。予熱用燃焼器（１５）は運転を行い、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行わない。
【００４０】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れるガスによって予熱された後、補助空気供給通路（２４）を経て予熱用燃焼器（１５）に導入される。予熱用燃焼器（１５）に導入された燃料及び空気は混合され、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。
【００４１】
予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）及び主空気供給通路（２７）を流通し、燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給される。そして、上記燃焼ガスは、空気極（１４）を通過する際に空気極（１４）を加熱する。これにより、燃料電池（１１）の予熱が行われ、燃料電池（１１）の温度は上昇する。
【００４２】
空気極（１４）を通過した燃焼ガスは、燃焼器（１２）及び燃焼ガス排出通路（３１）を通過し、熱交換器（１７）に流入する。上記燃焼ガスは、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる空気と熱交換を行い、当該空気を予熱する。そして、熱交換器（１７）を流出した燃焼ガスは、システムの外部に排出される。
【００４３】
上記予熱運転の結果、燃料電池（１１）は所定の作動温度にまで上昇する。すると、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替える。
【００４４】
なお、予熱運転から発電運転への切替は、燃料電池（１１）の温度に基づいて行われてもよく、予熱運転の運転時間に基づいて実行されてもよい。例えば、燃料電池（１１）に温度計（図示せず）を設けておき、当該温度計の測定温度が所定温度以上になると、システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替えるようにしてもよい。また、予熱運転の開始から所定時間が経過したときに、システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替えるようにしてもよい。
【００４５】
図２に示すように、発電運転時には、三方弁（２２）及び三方弁（２５）は、いずれも第１状態に設定される。すなわち、燃料供給通路（２０）と主燃料供給通路（１８）とが接続され、ガス搬送通路（２６）と主空気供給通路（２７）とが接続される。予熱用燃焼器（１５）は運転を停止し、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行う。また、第３ブロワ（３０）は運転を行い、燃料返還通路（２９）を通じて燃料ガスの再循環が行われる。
【００４６】
具体的には、第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料ガスは、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び主燃料供給通路（１８）を流通し、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスによって予熱された後、主空気供給通路（２７）を経て燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【００４７】
燃料電池（１１）においては、燃料極（１３）及び空気極（１４）において、それぞれ所定の電池反応が行われる。すなわち、燃料極（１３）及び空気極（１４）において、
燃料極：２Ｈ２＋２Ｏ２− → ２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−
空気極：Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｏ２−
なる電池反応が行われる。このことにより、燃料電池（１１）による発電が行われる。
【００４８】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。そして、この排ガスは、燃料極（１３）における電池反応に再利用される。
【００４９】
一方、燃料極（１３）から排出される残りの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両排ガスは混合され、燃焼が行われる。
【００５０】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を流通し、熱交換器（１７）に流入する。上記燃焼ガスは、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。そして、熱交換器（１７）を流出した燃焼ガスは、燃料電池システム（１０）の外部に排出される。
【００５１】
以上のように、本燃料電池システム（１０）によれば、予熱運転時には、燃料を予熱用燃焼器（１５）に供給し、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給することができる一方、発電運転時には、燃料を燃料電池（１１）の燃料極（１３）に直接供給することができる。
【００５２】
燃料供給通路（２０）に脱硫器（１６）を設けることとしたので、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給される燃料から硫化物を除去することができ、燃料に含まれる硫化物によって燃料極（１３）が被毒されることを防止することができる。
【００５３】
また、本燃料電池システム（１０）によれば、三方弁（２２）を設けることによって、燃料の供給経路を切り替え自在に構成した。そのうえで、三方弁（２２）の上流側の燃料搬送通路（１９）に第１ブロワ（２１）を設けることにより、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給するためのブロワと、予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給するためのブロワとを共通化することとした。すなわち、第１ブロワ（２１）に、燃料極（１３）に燃料を供給する機能と予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給する機能とを兼用させることとした。
【００５４】
また、三方弁（２５）を設けることによって、空気の供給経路を切り替え自在に構成した。そのうえで、三方弁（２５）の上流側のガス搬送通路（２６）に第２ブロワ（３２）を設けることにより、燃料電池（１１）の空気極（１４）に空気を供給するためのブロワと、予熱用燃焼器（１５）に空気を供給するためのブロワとを共通化することとした。すなわち、第２ブロワ（３２）に、空気極（１４）に空気を供給する機能と予熱用燃焼器（１５）に空気を供給する機能とを兼用させることとした。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、予熱用燃焼器（１５）の設置に伴って別個新たなブロワを設置する必要がない。そのため、部品点数の削減によるシステムの小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００５６】
燃料電池（１１）からの排ガスと供給空気とを熱交換させる熱交換器（１７）を設けることとしたので、燃料電池（１１）の排熱を有効活用することができ、エネルギー損失を低減することができる。したがって、システムの効率を向上させることができる。特に、予熱運転時に、予熱用燃焼器（１５）の燃料ガスの排熱を利用することができるので、より効率的な予熱運転を実現することができる。
【００５７】
−変形例−
上記実施形態は、予熱運転時に予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給するものであった。しかし、燃焼ガスを燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給することも可能である。また、燃焼ガスを空気極（１４）及び燃料極（１３）の両方に供給するようにしてもよい。
【００５８】
例えば、図３に示すように、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガス供給通路（２８）の下流側を、主燃料供給通路（１８）に接続するようにしてもよい。図３に示す燃料電池システムでは、予熱運転時には、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給され、燃料電池（１１）の予熱は燃料極（１３）側から行われる。
【００５９】
図４に示すように、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガス供給通路（２８）の下流側を分岐させ、一方の分岐路（３４）を主空気供給通路（２７）に接続するとともに、他方の分岐路（３５）を主燃料供給通路（１８）に接続するようにしてもよい。図４に示す燃料電池システムでは、予熱運転時には、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは燃料電池（１１）の燃料極（１３）及び空気極（１４）の双方に供給され、燃料電池（１１）の予熱は燃料極（１３）及び空気極（１４）の双方から行われる。
【００６０】
＜実施形態２＞
図５に示す実施形態２に係る燃料電池システム（４０）は、予熱運転時に、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスによって空気を加熱し、加熱後の高温の空気を燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給するようにしたものである。
【００６１】
本実施形態では、ガス搬送通路（２６）は、主空気供給通路（２７）と補助空気供給通路（２４）とに分岐している。主空気供給通路（２７）は、燃料電池（１１）の空気極（１４）に接続されている。補助空気供給通路（２４）は、予熱用燃焼器（１５）に接続されている。補助空気供給通路（２４）には、閉鎖弁（４２）が設けられている。
【００６２】
燃焼ガス供給通路（２８）と主空気供給通路（２７）とには、予熱用燃焼器（１５）からの燃焼ガスと空気極（１４）への供給空気とを熱交換させる熱交換器（４１）が設けられている。熱交換器（４１）の高温側流路（４５）は補助空気供給通路（２４）に接続され、低温側流路（４６）は主空気供給通路（２７）に接続されている。
【００６３】
その他の構成は実施形態１と同様であるので、説明は省略する。
【００６４】
本燃料電池システム（４０）も、実施形態１の燃料電池システム（１０）と同様、システムの起動時には予熱運転を行い、その後に燃料電池（１１）の発電運転を行う。
【００６５】
予熱運転時には、三方弁（２２）は第２状態に設定され、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続される。閉鎖弁（４２）は開放される。予熱用燃焼器（１５）は運転を行い、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行わない。
【００６６】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。
【００６７】
一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる空気によって予熱された後、補助空気供給通路（２４）と主空気供給通路（２７）とに分流する。
【００６８】
補助空気供給通路（２４）に流入した空気は、予熱用燃焼器（１５）に導入される。予熱用燃焼器（１５）では、上記空気と補助燃料供給通路（２３）からの燃料とが混合され、燃焼が行われる。この燃焼によって生じた燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）を流れ、熱交換器（４１）の高温側流路（４５）に流入する。そして、上記燃焼ガスは、熱交換器（４１）の低温側流路（４６）を流れる空気と熱交換を行い、低温側流路（４６）の空気を加熱する。その後、燃焼ガスはシステム外に排出される。
【００６９】
一方、主空気供給通路（２７）に流入した空気は、熱交換器（４１）の低温側流路（４６）に流入し、上述のように、高温側流路（４５）を流れる燃焼ガスと熱交換を行う。これにより、低温側流路（４６）を流れる空気は高温側流路（４５）を流れる燃焼ガスによって加熱され、高温空気となって燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。そして、この高温空気は空気極（１４）を通過し、空気極（１４）を加熱する。その結果、燃料電池（１１）の予熱が行われ、燃料電池（１１）の温度は上昇する。
【００７０】
空気極（１４）を通過した空気は、燃焼器（１２）を通過し、燃焼ガス排出通路（３１）に流入する。燃焼ガス排出通路（３１）を流れる空気は、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる空気と熱交換を行い、ガス搬送通路（２６）を流れる空気を加熱する。その後、熱交換器（１７）を流出した空気は、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて排出される。
【００７１】
上記予熱運転の結果、燃料電池（１１）は所定の作動温度にまで上昇する。そして、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替える。なお、運転の切替制御は実施形態１と同様である。
【００７２】
発電運転時には、三方弁（２２）は第１状態に設定され、燃料供給通路（２０）と主燃料供給通路（１８）とが接続される。閉鎖弁（４２）は閉鎖される。予熱用燃焼器（１５）は運転を停止し、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行う。また、第３ブロワ（３０）が運転を行い、燃料ガスの再循環が行われる。
【００７３】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び主燃料供給通路（１８）を通過し、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスによって予熱された後、ガス搬送通路（２６）から主空気供給通路（２７）を経て、燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【００７４】
燃料電池（１１）では、燃料極（１３）及び空気極（１４）のそれぞれにおいて、所定の電池反応が行われる。それにより、燃料電池（１１）の発電が行われる。
【００７５】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。
【００７６】
燃料極（１３）から排出される残りの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両排ガスは混合され、燃焼が行われる。
【００７７】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて排出される。この際、燃焼ガスは熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）からの供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。
【００７８】
実施形態２の燃料電池システム（４０）によれば、実施形態１の燃料電池システム（１０）と同様の効果を得ることができる。加えて、実施形態２では、以下に説明するように、燃料電池（１１）の信頼性の向上を図ることができる。
【００７９】
すなわち、実施形態１では、予熱運転時に、燃料電池（１１）の空気極（１４）に燃焼ガスを供給していた。しかし、燃焼ガスには若干の水蒸気が含まれるため、空気極（１４）の電極上で水蒸気が凝縮し、電極に水滴が生じる可能性があった。また、燃焼ガスには煤が含まれる場合もある。そのため、水滴や煤が原因となり、長時間の運転の後に電極の劣化を招くおそれがあった。
【００８０】
しかし、本燃料電池システム（４０）によれば、予熱運転時には、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスによって供給空気を加熱し、高温になった供給空気を空気極（１４）に供給する。すなわち、空気極（１４）には、水蒸気がほとんど含まれない高温空気が供給される。また、高温空気には煤は含まれない。したがって、実施形態２によれば、空気極（１４）の性能劣化を防止することができる。そのため、燃料電池（１１）の信頼性を向上させることができる。
【００８１】
＜実施形態３＞
図６に示す実施形態３に係る燃料電池システム（５０）は、予熱運転を第１予熱運転及び第２予熱運転の２段階に分け、第１予熱運転では予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスの排熱のみで燃料電池（１１）を予熱し、第２予熱運転では、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスの排熱と燃料電池（１１）自体の発電による発熱とによって燃料電池（１１）を予熱することとしたものである。
【００８２】
本実施形態では、補助空気供給通路（２４）に閉鎖弁（５３）が設けられ、主空気供給通路（２７）に閉鎖弁（５４）が設けられている。燃焼ガス供給通路（２８）の下流側は、三方弁（５５）の第１ポート（図中の左側のポート）に接続されている。三方弁（５５）の第２ポート（図中の右側のポート）には、燃焼ガス供給通路（５２）の一端が接続されている。燃焼ガス供給通路（５２）の他端は、主空気供給通路（２７）における閉鎖弁（５４）の下流側部分に接続されている。三方弁（５５）の第３ポート（図中の上側のポート）には、主燃料供給通路（１８）に接続された燃焼ガス供給通路（５１）が接続されている。なお、三方弁（５５）は、第１ポートと第２ポートとをつなぐ第１状態と、第１ポートと第３ポートとをつなぐ第２状態とに切り替え自在に構成されている。
【００８３】
その他の構成は実施形態１と同様であるので、説明は省略する。
【００８４】
本燃料電池システム（５０）では、システムの起動時には第１予熱運転及び第２予熱運転を順に実行し、その後に燃料電池（１１）の発電運転を行う。
【００８５】
図６に示すように、第１予熱運転時には、三方弁（２２）は第２状態に設定され、三方弁（５５）は第１状態に設定される。すなわち、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続され、燃焼ガス供給通路（２８）と燃焼ガス供給通路（５２）とが接続される。閉鎖弁（５３）は開放され、閉鎖弁（５４）は閉鎖される。予熱用燃焼器（１５）は運転を行い、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行わない。
【００８６】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れるガスによって予熱された後、補助空気供給通路（２４）を経て予熱用燃焼器（１５）に導入される。予熱用燃焼器（１５）に導入された燃料及び空気は混合され、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。なお、この第１予熱運転時における予熱用燃焼器（１５）の燃焼は、完全燃焼である。
【００８７】
予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）、燃焼ガス供給通路（５２）及び主空気供給通路（２７）を流通し、燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給される。そして、上記燃焼ガスは空気極（１４）を通過し、燃料電池（１１）を加熱する。
【００８８】
空気極（１４）を通過した燃焼ガスは、燃焼器（１２）及び燃焼ガス排出通路（３１）を通過し、熱交換器（１７）に流入する。上記燃焼ガスは、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる空気と熱交換を行い、当該空気を予熱する。そして、熱交換器（１７）を流出した燃焼ガスは、システムの外部に排出される。
【００８９】
上記第１予熱運転の結果、燃料電池（１１）は作動温度（例えば１０００℃）よりも低い所定の温度（例えば５００℃）にまで上昇する。なお、この所定温度は、燃料電池（１１）がある程度予熱された結果、ある程度の発電動作を行うのに十分な温度である。燃料電池（１１）の温度が上記所定温度に達すると、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（１０）の運転を第１予熱運転から以下の第２予熱運転に切り替える。なお、第１予熱運転から第２予熱運転への切替は、燃料電池（１１）の温度に基づいて行ってもよく、第１予熱運転の経過時間に基づいて行ってもよい。
【００９０】
図７に示すように、第２予熱運転時には、三方弁（２２）は第２状態を維持する一方、三方弁（５５）は第１状態から第２状態に切り替えられる。すなわち、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続され、燃焼ガス供給通路（２８）と燃焼ガス供給通路（５１）とが接続される。閉鎖弁（５３）及び閉鎖弁（５４）は、いずれも開放される。予熱用燃焼器（１５）は運転を継続し、燃料電池（１１）は発電動作を開始する。燃焼器（１２）も運転を開始する。
【００９１】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料ガスは、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）から搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れるガスによって予熱された後、補助空気供給通路（２４）と主空気供給通路（２７）とに分流する。補助空気供給通路（２４）に流入した空気は、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、主空気供給通路（２７）に流入した空気は、燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【００９２】
予熱用燃焼器（１５）に導入された燃料及び空気は混合され、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。なお、この第２予熱運転時における予熱用燃焼器（１５）の燃焼は、不完全燃焼である。予熱用燃焼器（１５）においては、不完全燃焼によって、水素及び一酸化炭素が生成される。なお、予熱用燃焼器（１５）の燃焼の制御は、コントローラ（３３）によって行われる。
【００９３】
不完全燃焼後の燃焼ガス（以下、不完全燃焼ガスという）は、燃焼ガス供給通路（２８）及び燃焼ガス供給通路（５１）を経て、主燃料供給通路（１８）に流入する。そして、上記不完全燃焼ガスは、主燃料供給通路（１８）を通じて燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。
【００９４】
燃料極（１３）に導入された不完全燃焼ガスは、燃料極（１３）を通過し、燃料電池（１１）を予熱する。また、不完全燃焼ガスには水素が含まれていることから、不完全燃焼ガスは燃料としても機能する。そのため、燃料極（１３）において、所定の電池反応が行われる。一方、燃料電池（１１）の空気極（１４）には空気が供給されているので、空気極（１４）においても所定の電池反応が行われる。その結果、燃料電池（１１）において、発電動作が行われる。そして、燃料電池（１１）は、発電により生じた熱によっても加熱されることになる。
【００９５】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。
【００９６】
空気極（１４）からの排ガスと燃料極（１３）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両ガスは混合され、燃焼が行われる。
【００９７】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて外部に排出される。この際、燃焼ガスは熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）からの供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。
【００９８】
上記第２予熱運転の結果、燃料電池（１１）は所定の作動温度（例えば１０００℃）にまで上昇する。そして、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（５０）の運転を第２予熱運転から発電運転に切り替える。なお、運転の切替制御は実施形態１と同様である。
【００９９】
図８に示すように、発電運転時には、三方弁（２２）は第１状態に切り替えられる。その結果、燃料供給通路（２０）と主燃料供給通路（１８）とが接続される。三方弁（５５）は、第２状態を維持する。閉鎖弁（５３）は閉鎖され、閉鎖弁（５４）は開放状態を維持する。予熱用燃焼器（１５）は運転を停止し、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を継続する。
【０１００】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料ガスは、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び主燃料供給通路（１８）を通過し、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスによって予熱された後、ガス搬送通路（２６）から主空気供給通路（２７）を経て、燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【０１０１】
燃料電池（１１）においては、燃料極（１３）及び空気極（１４）において、それぞれ所定の電池反応が行われる。その結果、燃料電池（１１）の発電が行われる。
【０１０２】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。
【０１０３】
燃料極（１３）から排出される残りの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両排ガスは混合され、燃焼が行われる。
【０１０４】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて排出される。この際、燃焼ガスは熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）からの供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。
【０１０５】
以上のように、実施形態３の燃料電池システム（５０）によれば、実施形態１の燃料電池システム（１０）と同様の効果を得ることができる。加えて、実施形態３では、第２予熱運転を行うことにより、システムの起動時にある程度の電力を取り出すことが可能となり、起動時のエネルギー損失を低減することができる。また、燃料電池（１１）自身の発熱を有効活用することができ、予熱運転全体の短縮化を図ることができる。
【０１０６】
−変形例−
なお、前記燃料には炭化水素が含まれることから、予熱用燃焼器（１５）における不完全燃焼の際には、燃料に水蒸気を混入させることが好ましい。そこで、予熱用燃焼器（１５）に、水蒸気を供給する水蒸気供給通路（５６）を設けるようにしてもよい。
【０１０７】
第２予熱運転の際に水蒸気供給通路（５６）を通じて水蒸気を供給することにより、予熱用燃焼器（１５）の不完全燃焼の際に生成される煤を低減することができる。また、燃料極（１３）に投入されるガスの水蒸気の割合を高くすることにより、燃料極（１３）の電極上での炭素析出を防止することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、予熱用燃焼器が燃料電池の外部に設けられているため、予熱用燃焼器の制約が少なくなる。したがって、予熱用燃焼器の利用の自由度を拡大することができ、予熱用燃焼器の有効活用を図ることができる。
【０１０９】
請求項２記載の発明によれば、予熱用燃焼器の燃焼ガスを燃料電池の酸素極及び燃料極の一方又は両方に直接供給することにより、燃料電池を効率よく予熱することができる。
【０１１０】
請求項３記載の発明によれば、予熱運転の際に燃料電池の酸素極に燃焼ガスが導入されないので、酸素極に水蒸気や煤が流入することを防止することができる。したがって、燃料電池の酸素極の劣化を防止することができ、燃料電池の品質及び信頼性を向上させることができる。
【０１１１】
請求項４記載の発明によれば、予熱運転を第１予熱運転と第２予熱運転とに分け、第２予熱運転時に燃料電池からある程度の電力を取り出すこととしたので、予熱運転のエネルギー損失を低減させることができる。また、第２予熱運転の際には、燃焼ガスの排熱に加えて、発電動作に伴う燃料電池自体の発熱も利用するので、比較的短時間の間に燃料電池の温度を作動温度にまで上昇させることが可能となる。
【０１１２】
請求項５記載の発明によれば、燃料電池の燃料極に供給される不完全燃焼ガスに含まれる水蒸気の量を増大することができるので、燃料極における炭素析出を抑制することができる。したがって、燃料極の劣化を防止することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。
【０１１３】
請求項６記載の発明によれば、燃料を搬送するための搬送手段の個数を減らすことができ、部品点数の削減によるコスト低減を図ることができる。
【０１１４】
請求項７記載の発明によれば、排熱の有効利用を図ることができ、予熱運転時のエネルギー損失を低減することができる。
【０１１５】
請求項８記載の発明によれば、酸素含有気体を搬送するための搬送手段の個数を減らすことができ、部品点数の削減によるコスト低減を図ることができる。
【０１１６】
請求項９記載の発明によれば、燃料電池の燃料極又は予熱用燃焼器における硫化物による被毒を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの構成図であり、予熱運転時の運転動作を示す図である。
【図２】実施形態１に係る燃料電池システムの構成図であり、発電運転時の運転動作を示す図である。
【図３】実施形態１の変形例を示す燃料電池システムの構成図である。
【図４】実施形態１の他の変形例を示す燃料電池システムの構成図である。
【図５】実施形態２に係る燃料電池システムの構成図である。
【図６】実施形態３に係る燃料電池システムの構成図であり、第１予熱運転時の運転動作を示す図である。
【図７】実施形態３に係る燃料電池システムの構成図であり、第２予熱運転時の運転動作を示す図である。
【図８】実施形態３に係る燃料電池システムの構成図であり、発電運転時の運転動作を示す図である。
【図９】実施形態３の変形例に係る燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
（１１） 燃料電池
（１２） 燃焼器
（１３） 燃料極
（１４） 空気極（酸素極）
（１５） 予熱用燃焼器
（１６） 脱硫器
（１７） 熱交換器
（１８） 主燃料供給通路
（２１） 第１ブロワ（燃料搬送手段）
（２２） 三方弁（流路切替機構）
（２３） 補助燃料供給通路
（２４） 補助空気供給通路（補助酸素供給通路）
（２５） 三方弁（流路切替機構）
（２７） 主空気供給通路（主酸素供給通路）
（３２） 第２ブロワ（ガス搬送手段）
（３３） コントローラ（制御手段）
（５６） 水蒸気供給通路（導入通路）
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）には、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等の低温型燃料電池と比べると、発電効率や排熱温度が高いという長所がある。一方、固体電解質型燃料電池には、低温型燃料電池に比べて作動温度が高いため、起動の際に電池本体の温度が作動温度に達するまでに長時間を要するといった課題がある。起動時間を短縮するために電池本体を急激に加熱することも考えられるが、急激な加熱を行うと、熱衝撃によって電池本体に損傷を招くおそれがある。
【０００３】
そこで、従来より、特開２００１−１５５７５４号公報に開示されているように、燃料電池内部の空気通路に予熱用の燃焼器を設け、燃料電池の発電動作に先立って燃料電池の予熱を行うことが提案されている。すなわち、燃料電池の起動前に予熱用燃焼器を起動し、予熱用燃焼器で発生した高温の燃焼ガスを空気通路を通じて燃料電池の空気極に供給する。その結果、燃料電池は上記燃焼ガスによって加熱され、いわゆる予熱が行われる。そして、燃料電池の温度が所定の作動温度以上になると、予熱用燃焼器の運転を停止し、燃料電池を起動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池では、予熱用燃焼器が空気通路に内蔵されていたため、予熱用燃焼器の燃焼ガスを燃料電池の空気極に供給することしかできなかった。つまり、予熱用燃焼器の利用の自由度が小さかった。また、燃料電池の起動方法として、燃料電池の空気極側から予熱を行わざるを得ず、起動方法に自由度がなかった。しかし、予熱用燃焼器を従来以上に有効活用できれば、起動方法の自由度が拡大し、また、燃料電池システムの高性能化を図ることができる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体電解質型燃料装置システムにおいて、予熱用燃焼器の有効活用を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、予熱用燃焼器を燃料電池の外部に設置することとした。
【０００７】
請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムは、酸素極（１４）及び燃料極（１３）を有する固体電解質型の燃料電池（１１）と、前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給する主燃料供給通路（１８）と、前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に酸素含有気体を供給する主酸素供給通路（２７）と、前記燃料電池（１１）の外部に設けられた予熱用燃焼器（１５）と、前記予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給する補助燃料供給通路（２３）と、前記燃料電池（１１）の発電動作に先立って前記予熱用燃焼器（１５）を起動し、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを用いて前記燃料電池（１１）を予熱する予熱運転を実行する制御手段（３３）とを備えているものである。
【０００８】
上記燃料電池システムでは、予熱用燃焼器は燃料電池の外部に設けられている。言い換えると、予熱用燃焼器は燃料電池と別個に設けられている。そのため、燃焼ガスの供給先が限定されない等、予熱用燃焼器に対する制約が少なくなり、予熱用燃焼器の有効活用が図られる。
【０００９】
請求項２に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の酸素極（１４）及び燃料極（１３）のうちの一方又は両方に供給する燃焼ガス供給通路（２８）を備え、制御手段（３３）は、予熱運転時に前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記燃焼ガス供給通路（２８）を通じて前記燃料電池（１１）に供給するように構成されているものである。
【００１０】
上記燃料電池システムでは、予熱運転の際に、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。そして、高温の燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）を通じて、燃料電池の酸素極及び燃料極の一方又は両方に供給される。その結果、燃料電池の予熱が行われる。
【００１１】
請求項３に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、主酸素供給通路（２７）に設けられ、燃料電池（１１）の酸素極（１４）に供給される酸素含有気体と予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスとを熱交換させる熱交換器（４１）を備え、制御手段（３３）は、予熱運転時に、前記熱交換器（４１）において熱交換を行った酸素含有気体を前記主酸素供給通路（２７）を通じて前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に供給するように構成されているものである。
【００１２】
上記燃料電池システムでは、予熱運転の際に、予熱用燃焼器からの高温の燃焼ガスは、熱交換器を介して、主酸素供給通路を流れる酸素含有気体と熱交換を行う。その結果、酸素含有気体は加熱され、高温の気体となる。この高温の酸素含有気体は燃料電池の酸素極に供給され、燃料電池は予熱される。
【００１３】
上記燃料電池システムでは、予熱運転の際に燃料電池の酸素極に供給される高温の気体は、燃焼ガスではなく、主酸素供給通路を流れる酸素含有気体である。燃焼ガスと異なり、上記酸素含有気体には水蒸気や煤は混入していない。そのため、燃料電池の酸素極に水蒸気や煤が流入することが防止される。したがって、酸素極の劣化が防止され、燃料電池の信頼性が向上する。
【００１４】
請求項４に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の酸素極（１４）及び燃料極（１３）のうちの一方又は両方に供給する第１燃焼ガス供給通路（５２）と、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給する第２燃焼ガス供給通路（５１）と、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記第１燃焼ガス供給通路（５２）又は前記第２燃焼ガス供給通路（５１）に選択的に供給する流路切替機構（５５）とを備え、制御手段（３３）は、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記第１燃焼ガス供給通路（５２）に供給し、前記燃焼ガスによって前記燃料電池（１１）を予熱する第１予熱運転と、前記予熱用燃焼器（１５）に不完全燃焼を行わせ、燃料を含んだ不完全燃焼ガスを前記第２燃焼ガス供給通路（５１）に供給すると共に主酸素供給通路（２７）を通じて前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に酸素含有気体を供給し、前記不完全燃焼ガスによって前記燃料電池（１１）を予熱すると同時に前記燃料電池（１１）に発電動作を行わせる第２予熱運転と、前記予熱用燃焼器（１５）の運転を停止すると共に主燃料供給通路（１８）を通じて前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給し、前記燃料電池（１１）に発電動作を行わせる発電運転とを順に実行するものである。
【００１５】
上記燃料電池システムでは、起動の際に、まず第１予熱運転が行われる。この第１予熱運転により、燃料電池は予熱用燃焼器の燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。その後、燃料電池の発電動作がある程度可能となる状態になると（例えば、燃料電池の温度が所定温度にまで達した状態、第１予熱運転を開始してから所定時間が経過した状態等）、第２予熱運転が行われる。
【００１６】
第２予熱運転では、予熱用燃焼器が不完全燃焼を行い、燃料電池の燃料極に不完全燃焼ガスが供給される。不完全燃焼ガスは高温のガスであるため、それ自体で燃料電池を加熱する。また、不完全燃焼ガスには燃料が含まれているため、燃料電池の発電動作が行われる。そして、燃料電池の発電動作自体によって熱が生じる。その結果、燃料電池は、不完全燃焼ガスの排熱と発電に伴う発熱とにより、加熱される。その後、燃料電池が所定の発電動作を行うことのできる状態になると（例えば、燃料電池の温度が所定の作動温度にまで達した状態、第２予熱運転を開始してから所定時間が経過した状態等）、発電運転が行われる。
【００１７】
上記燃料電池システムでは、第２予熱運転時にある程度の電力を取り出すことにより、起動に際してのエネルギー損失が低減する。また、発電動作に伴う燃料電池自体の発熱を利用するので、予熱運転の全体の短縮化が図られる。
【００１８】
請求項５に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項４に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、予熱用燃焼器（１５）が不完全燃焼を行う際に前記予熱用燃焼器（１５）に水蒸気を導入する導入通路（５６）を備えているものである。
【００１９】
このことにより、不完全燃焼の際に生成される煤の量は低減される。また、燃料極に供給される不完全燃焼ガスに含まれる水蒸気量が増えるので、燃料極上における炭素析出が抑制される。
【００２０】
請求項６に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜５のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、燃料を搬送する燃料搬送手段（２１）が設けられた燃料搬送通路（１９）と、前記燃料搬送通路（１９）の燃料を主燃料供給通路（１８）又は補助燃料供給通路（２３）に選択的に供給する流路切替機構（２２）とを備え、前記燃料搬送手段（２１）は、前記流路切替機構（２２）が主燃料供給通路（１８）を選択すると燃料を燃料電池（１１）の燃料極（１３）にまで搬送し、前記流路切替機構（２２）が補助燃料供給通路（２３）を選択すると燃料を予熱用燃焼器（１５）にまで搬送するように構成されているものである。
【００２１】
上記燃料電池システムでは、燃料搬送手段は、燃料を燃料電池の燃料極に搬送する搬送手段と燃料を予熱用燃焼器に搬送する搬送手段とを兼用することになる。そのため、搬送手段の個数が減り、システムのコストが削減される。
【００２２】
請求項７に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜６のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、燃料電池（１１）の燃料極（１３）からの排ガスと酸素極（１４）からの排ガスとを混合して燃焼させる燃焼器（１２）と、前記燃焼器（１２）の燃焼ガスと前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）又は予熱用燃焼器（１５）に供給される酸素含有気体とを熱交換させる熱交換器（１７）を備えているものである。
【００２３】
上記燃料電池システムでは、燃焼器の燃焼ガスがシステムの外部に排出される前に、上記燃焼ガスに含まれる熱は、燃料電池の酸素極又は予熱用燃焼器に供給される酸素含有気体に回収される。したがって、排熱の有効利用が図られ、予熱運転時のエネルギー損失が低減する。
【００２４】
請求項８に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜７のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、酸素含有気体を搬送するガス搬送手段（３２）が設けられたガス搬送通路（２６）と、予熱用燃焼器（１５）に酸素含有気体を供給する補助酸素供給通路（２４）と、ガス搬送通路（２６）を流れる酸素含有気体を主酸素供給通路（２７）又は前記補助酸素供給通路（２４）に選択的に供給する流路切替機構（２５）とを備え、前記ガス搬送手段（３２）は、前記流路切替機構（２５）が前記主酸素供給通路（２７）を選択すると酸素含有気体を燃料電池（１１）の酸素極（１４）にまで搬送し、前記流路切替機構（２５）が前記補助酸素供給通路（２４）を選択すると酸素含有気体を前記予熱用燃焼器（１５）にまで搬送するように構成されているものである。
【００２５】
上記燃料電池システムでは、ガス搬送手段は、酸素含有気体を燃料電池の酸素極に搬送する搬送手段と酸素含有気体を予熱用燃焼器に搬送する搬送手段とを兼用することになる。そのため、搬送手段の個数が減り、システムのコストが削減される。
【００２６】
請求項９に記載の固体電解質型燃料電池システムは、請求項１〜８のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムにおいて、燃料電池（１１）の燃料極（１３）又は予熱用燃焼器（１５）に供給される燃料を脱硫する脱硫器（１６）を備えているものである。
【００２７】
上記燃料電池システムでは、燃料電池の燃料極又は予熱用燃焼器における硫化物による被毒が防止される。
【００２８】
【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。
【００２９】
＜実施形態１＞
図１に示すように、実施形態１に係る燃料電池システム（１０）は、燃料極（１３）及び空気極（１４）を有する固体電解質型の燃料電池（１１）と、燃料極（１３）からの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとを混合させて燃焼させる燃焼器（１２）と、燃料電池システム（１０）の起動時に燃料電池（１１）を予熱するための予熱用燃焼器（１５）と、脱硫器（１６）と、燃焼器（１２）からの排ガスと空気極（１４）に供給される空気とを熱交換させる熱交換器（１７）とを備えている。
【００３０】
脱硫器（１６）は、燃料に含まれる硫化物を除去するものである。脱硫器（１６）の上流側は燃料搬送通路（１９）に接続され、脱硫器（１６）の下流側は燃料供給通路（２０）に接続されている。なお、本実施形態及び以下の実施形態では、燃料として都市ガスが用いられている。燃料搬送通路（１９）には、第１ブロワ（２１）が設けられている。
【００３１】
燃料供給通路（２０）の下流側は、三方弁（２２）の第１ポート（図中の左側のポート）に接続されている。三方弁（２２）の第２ポート（図中の右側のポート）には、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を導入する主燃料供給通路（１８）が接続されている。三方弁（２２）の第３ポート（図中の下側のポート）には、予熱用燃焼器（１５）に燃料を導入する補助燃料供給通路（２３）が接続されている。なお、三方弁（２２）は、第１ポートと第２ポートとをつなぐ第１状態と第１ポートと第３ポートとをつなぐ第２状態とに切り替え自在に構成されている。
【００３２】
予熱用燃焼器（１５）の燃料導入部には補助燃料供給通路（２３）が接続され、予熱用燃焼器（１５）の空気導入部には、補助空気供給通路（２４）が接続されている。
【００３３】
補助空気供給通路（２４）の上流側は、三方弁（２５）の第３ポート（図中の左側のポート）に接続されている。三方弁（２５）の第１ポート（図中の右側のポート）には、空気を搬送するガス搬送通路（２６）が接続されている。ガス搬送通路（２６）には、第２ブロワ（３２）が設けられている。三方弁（２５）の第２ポート（図中の上側のポート）には、燃料電池（１１）の空気極（１４）側に接続された主空気供給通路（２７）が接続されている。なお、三方弁（２５）も、第１ポートと第２ポートとをつなぐ第１状態と第１ポートと第３ポートとをつなぐ第２状態とに切り替え自在に構成されている。
【００３４】
予熱用燃焼器（１５）には、当該予熱用燃焼器（１５）において生成された燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給通路（２８）が接続されている。燃焼ガス供給通路（２８）の下流側は、主空気供給通路（２７）に接続されている。このような構成により、本実施形態では、燃焼ガス供給通路（２８）の燃焼ガスは燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入されることになる。
【００３５】
燃料電池（１１）の燃料極（１３）側には、燃料極（１３）からの排ガスを主燃料供給通路（１８）に戻す燃料返還通路（２９）が設けられている。燃料返還通路（２９）には、第３ブロワ（３０）が設けられている。
【００３６】
燃焼器（１２）には、当該燃焼器（１２）の燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出通路（３１）が接続されている。熱交換器（１７）は、燃焼ガス排出通路（３１）及びガス搬送通路（２６）に設けられており、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスとガス搬送通路（２６）を流れる空気とを熱交換させる。つまり、熱交換器（１７）は、燃焼ガスの排熱を用いて供給空気を加熱するように構成されている。
【００３７】
なお、燃料電池システム（１０）には、予熱用燃焼器（１５）のＯＮ／ＯＦＦや三方弁（２２，２５）の切り替え等の各種制御を実行するコントローラ（３３）が設けられている。
【００３８】
次に、燃料電池システム（１０）の動作について説明する。この燃料電池システム（１０）では、燃料電池（１１）の予熱運転を行った後、燃料電池（１１）の発電運転を行う。なお、運転の切替等の制御は、コントローラ（３３）によって自動的に行われる。
【００３９】
図１に示すように、予熱運転開始時には、三方弁（２２）及び三方弁（２５）は、いずれも第２状態に設定される。すなわち、予熱運転に際しては、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続され、ガス搬送通路（２６）と補助空気供給通路（２４）とが接続される。予熱用燃焼器（１５）は運転を行い、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行わない。
【００４０】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れるガスによって予熱された後、補助空気供給通路（２４）を経て予熱用燃焼器（１５）に導入される。予熱用燃焼器（１５）に導入された燃料及び空気は混合され、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。
【００４１】
予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）及び主空気供給通路（２７）を流通し、燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給される。そして、上記燃焼ガスは、空気極（１４）を通過する際に空気極（１４）を加熱する。これにより、燃料電池（１１）の予熱が行われ、燃料電池（１１）の温度は上昇する。
【００４２】
空気極（１４）を通過した燃焼ガスは、燃焼器（１２）及び燃焼ガス排出通路（３１）を通過し、熱交換器（１７）に流入する。上記燃焼ガスは、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる空気と熱交換を行い、当該空気を予熱する。そして、熱交換器（１７）を流出した燃焼ガスは、システムの外部に排出される。
【００４３】
上記予熱運転の結果、燃料電池（１１）は所定の作動温度にまで上昇する。すると、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替える。
【００４４】
なお、予熱運転から発電運転への切替は、燃料電池（１１）の温度に基づいて行われてもよく、予熱運転の運転時間に基づいて実行されてもよい。例えば、燃料電池（１１）に温度計（図示せず）を設けておき、当該温度計の測定温度が所定温度以上になると、システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替えるようにしてもよい。また、予熱運転の開始から所定時間が経過したときに、システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替えるようにしてもよい。
【００４５】
図２に示すように、発電運転時には、三方弁（２２）及び三方弁（２５）は、いずれも第１状態に設定される。すなわち、燃料供給通路（２０）と主燃料供給通路（１８）とが接続され、ガス搬送通路（２６）と主空気供給通路（２７）とが接続される。予熱用燃焼器（１５）は運転を停止し、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行う。また、第３ブロワ（３０）は運転を行い、燃料返還通路（２９）を通じて燃料ガスの再循環が行われる。
【００４６】
具体的には、第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料ガスは、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び主燃料供給通路（１８）を流通し、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスによって予熱された後、主空気供給通路（２７）を経て燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【００４７】
燃料電池（１１）においては、燃料極（１３）及び空気極（１４）において、それぞれ所定の電池反応が行われる。すなわち、燃料極（１３）及び空気極（１４）において、
燃料極：２Ｈ２＋２Ｏ２− → ２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−
空気極：Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｏ２−
なる電池反応が行われる。このことにより、燃料電池（１１）による発電が行われる。
【００４８】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。そして、この排ガスは、燃料極（１３）における電池反応に再利用される。
【００４９】
一方、燃料極（１３）から排出される残りの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両排ガスは混合され、燃焼が行われる。
【００５０】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を流通し、熱交換器（１７）に流入する。上記燃焼ガスは、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。そして、熱交換器（１７）を流出した燃焼ガスは、燃料電池システム（１０）の外部に排出される。
【００５１】
以上のように、本燃料電池システム（１０）によれば、予熱運転時には、燃料を予熱用燃焼器（１５）に供給し、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給することができる一方、発電運転時には、燃料を燃料電池（１１）の燃料極（１３）に直接供給することができる。
【００５２】
燃料供給通路（２０）に脱硫器（１６）を設けることとしたので、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給される燃料から硫化物を除去することができ、燃料に含まれる硫化物によって燃料極（１３）が被毒されることを防止することができる。
【００５３】
また、本燃料電池システム（１０）によれば、三方弁（２２）を設けることによって、燃料の供給経路を切り替え自在に構成した。そのうえで、三方弁（２２）の上流側の燃料搬送通路（１９）に第１ブロワ（２１）を設けることにより、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給するためのブロワと、予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給するためのブロワとを共通化することとした。すなわち、第１ブロワ（２１）に、燃料極（１３）に燃料を供給する機能と予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給する機能とを兼用させることとした。
【００５４】
また、三方弁（２５）を設けることによって、空気の供給経路を切り替え自在に構成した。そのうえで、三方弁（２５）の上流側のガス搬送通路（２６）に第２ブロワ（３２）を設けることにより、燃料電池（１１）の空気極（１４）に空気を供給するためのブロワと、予熱用燃焼器（１５）に空気を供給するためのブロワとを共通化することとした。すなわち、第２ブロワ（３２）に、空気極（１４）に空気を供給する機能と予熱用燃焼器（１５）に空気を供給する機能とを兼用させることとした。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、予熱用燃焼器（１５）の設置に伴って別個新たなブロワを設置する必要がない。そのため、部品点数の削減によるシステムの小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００５６】
燃料電池（１１）からの排ガスと供給空気とを熱交換させる熱交換器（１７）を設けることとしたので、燃料電池（１１）の排熱を有効活用することができ、エネルギー損失を低減することができる。したがって、システムの効率を向上させることができる。特に、予熱運転時に、予熱用燃焼器（１５）の燃料ガスの排熱を利用することができるので、より効率的な予熱運転を実現することができる。
【００５７】
−変形例−
上記実施形態は、予熱運転時に予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給するものであった。しかし、燃焼ガスを燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給することも可能である。また、燃焼ガスを空気極（１４）及び燃料極（１３）の両方に供給するようにしてもよい。
【００５８】
例えば、図３に示すように、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガス供給通路（２８）の下流側を、主燃料供給通路（１８）に接続するようにしてもよい。図３に示す燃料電池システムでは、予熱運転時には、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給され、燃料電池（１１）の予熱は燃料極（１３）側から行われる。
【００５９】
図４に示すように、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガス供給通路（２８）の下流側を分岐させ、一方の分岐路（３４）を主空気供給通路（２７）に接続するとともに、他方の分岐路（３５）を主燃料供給通路（１８）に接続するようにしてもよい。図４に示す燃料電池システムでは、予熱運転時には、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは燃料電池（１１）の燃料極（１３）及び空気極（１４）の双方に供給され、燃料電池（１１）の予熱は燃料極（１３）及び空気極（１４）の双方から行われる。
【００６０】
＜実施形態２＞
図５に示す実施形態２に係る燃料電池システム（４０）は、予熱運転時に、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスによって空気を加熱し、加熱後の高温の空気を燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給するようにしたものである。
【００６１】
本実施形態では、ガス搬送通路（２６）は、主空気供給通路（２７）と補助空気供給通路（２４）とに分岐している。主空気供給通路（２７）は、燃料電池（１１）の空気極（１４）に接続されている。補助空気供給通路（２４）は、予熱用燃焼器（１５）に接続されている。補助空気供給通路（２４）には、閉鎖弁（４２）が設けられている。
【００６２】
燃焼ガス供給通路（２８）と主空気供給通路（２７）とには、予熱用燃焼器（１５）からの燃焼ガスと空気極（１４）への供給空気とを熱交換させる熱交換器（４１）が設けられている。熱交換器（４１）の高温側流路（４５）は補助空気供給通路（２４）に接続され、低温側流路（４６）は主空気供給通路（２７）に接続されている。
【００６３】
その他の構成は実施形態１と同様であるので、説明は省略する。
【００６４】
本燃料電池システム（４０）も、実施形態１の燃料電池システム（１０）と同様、システムの起動時には予熱運転を行い、その後に燃料電池（１１）の発電運転を行う。
【００６５】
予熱運転時には、三方弁（２２）は第２状態に設定され、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続される。閉鎖弁（４２）は開放される。予熱用燃焼器（１５）は運転を行い、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行わない。
【００６６】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。
【００６７】
一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる空気によって予熱された後、補助空気供給通路（２４）と主空気供給通路（２７）とに分流する。
【００６８】
補助空気供給通路（２４）に流入した空気は、予熱用燃焼器（１５）に導入される。予熱用燃焼器（１５）では、上記空気と補助燃料供給通路（２３）からの燃料とが混合され、燃焼が行われる。この燃焼によって生じた燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）を流れ、熱交換器（４１）の高温側流路（４５）に流入する。そして、上記燃焼ガスは、熱交換器（４１）の低温側流路（４６）を流れる空気と熱交換を行い、低温側流路（４６）の空気を加熱する。その後、燃焼ガスはシステム外に排出される。
【００６９】
一方、主空気供給通路（２７）に流入した空気は、熱交換器（４１）の低温側流路（４６）に流入し、上述のように、高温側流路（４５）を流れる燃焼ガスと熱交換を行う。これにより、低温側流路（４６）を流れる空気は高温側流路（４５）を流れる燃焼ガスによって加熱され、高温空気となって燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。そして、この高温空気は空気極（１４）を通過し、空気極（１４）を加熱する。その結果、燃料電池（１１）の予熱が行われ、燃料電池（１１）の温度は上昇する。
【００７０】
空気極（１４）を通過した空気は、燃焼器（１２）を通過し、燃焼ガス排出通路（３１）に流入する。燃焼ガス排出通路（３１）を流れる空気は、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる空気と熱交換を行い、ガス搬送通路（２６）を流れる空気を加熱する。その後、熱交換器（１７）を流出した空気は、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて排出される。
【００７１】
上記予熱運転の結果、燃料電池（１１）は所定の作動温度にまで上昇する。そして、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（１０）の運転を予熱運転から発電運転に切り替える。なお、運転の切替制御は実施形態１と同様である。
【００７２】
発電運転時には、三方弁（２２）は第１状態に設定され、燃料供給通路（２０）と主燃料供給通路（１８）とが接続される。閉鎖弁（４２）は閉鎖される。予熱用燃焼器（１５）は運転を停止し、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行う。また、第３ブロワ（３０）が運転を行い、燃料ガスの再循環が行われる。
【００７３】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び主燃料供給通路（１８）を通過し、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスによって予熱された後、ガス搬送通路（２６）から主空気供給通路（２７）を経て、燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【００７４】
燃料電池（１１）では、燃料極（１３）及び空気極（１４）のそれぞれにおいて、所定の電池反応が行われる。それにより、燃料電池（１１）の発電が行われる。
【００７５】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。
【００７６】
燃料極（１３）から排出される残りの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両排ガスは混合され、燃焼が行われる。
【００７７】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて排出される。この際、燃焼ガスは熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）からの供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。
【００７８】
実施形態２の燃料電池システム（４０）によれば、実施形態１の燃料電池システム（１０）と同様の効果を得ることができる。加えて、実施形態２では、以下に説明するように、燃料電池（１１）の信頼性の向上を図ることができる。
【００７９】
すなわち、実施形態１では、予熱運転時に、燃料電池（１１）の空気極（１４）に燃焼ガスを供給していた。しかし、燃焼ガスには若干の水蒸気が含まれるため、空気極（１４）の電極上で水蒸気が凝縮し、電極に水滴が生じる可能性があった。また、燃焼ガスには煤が含まれる場合もある。そのため、水滴や煤が原因となり、長時間の運転の後に電極の劣化を招くおそれがあった。
【００８０】
しかし、本燃料電池システム（４０）によれば、予熱運転時には、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスによって供給空気を加熱し、高温になった供給空気を空気極（１４）に供給する。すなわち、空気極（１４）には、水蒸気がほとんど含まれない高温空気が供給される。また、高温空気には煤は含まれない。したがって、実施形態２によれば、空気極（１４）の性能劣化を防止することができる。そのため、燃料電池（１１）の信頼性を向上させることができる。
【００８１】
＜実施形態３＞
図６に示す実施形態３に係る燃料電池システム（５０）は、予熱運転を第１予熱運転及び第２予熱運転の２段階に分け、第１予熱運転では予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスの排熱のみで燃料電池（１１）を予熱し、第２予熱運転では、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスの排熱と燃料電池（１１）自体の発電による発熱とによって燃料電池（１１）を予熱することとしたものである。
【００８２】
本実施形態では、補助空気供給通路（２４）に閉鎖弁（５３）が設けられ、主空気供給通路（２７）に閉鎖弁（５４）が設けられている。燃焼ガス供給通路（２８）の下流側は、三方弁（５５）の第１ポート（図中の左側のポート）に接続されている。三方弁（５５）の第２ポート（図中の右側のポート）には、燃焼ガス供給通路（５２）の一端が接続されている。燃焼ガス供給通路（５２）の他端は、主空気供給通路（２７）における閉鎖弁（５４）の下流側部分に接続されている。三方弁（５５）の第３ポート（図中の上側のポート）には、主燃料供給通路（１８）に接続された燃焼ガス供給通路（５１）が接続されている。なお、三方弁（５５）は、第１ポートと第２ポートとをつなぐ第１状態と、第１ポートと第３ポートとをつなぐ第２状態とに切り替え自在に構成されている。
【００８３】
その他の構成は実施形態１と同様であるので、説明は省略する。
【００８４】
本燃料電池システム（５０）では、システムの起動時には第１予熱運転及び第２予熱運転を順に実行し、その後に燃料電池（１１）の発電運転を行う。
【００８５】
図６に示すように、第１予熱運転時には、三方弁（２２）は第２状態に設定され、三方弁（５５）は第１状態に設定される。すなわち、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続され、燃焼ガス供給通路（２８）と燃焼ガス供給通路（５２）とが接続される。閉鎖弁（５３）は開放され、閉鎖弁（５４）は閉鎖される。予熱用燃焼器（１５）は運転を行い、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を行わない。
【００８６】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料は、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れるガスによって予熱された後、補助空気供給通路（２４）を経て予熱用燃焼器（１５）に導入される。予熱用燃焼器（１５）に導入された燃料及び空気は混合され、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。なお、この第１予熱運転時における予熱用燃焼器（１５）の燃焼は、完全燃焼である。
【００８７】
予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスは、燃焼ガス供給通路（２８）、燃焼ガス供給通路（５２）及び主空気供給通路（２７）を流通し、燃料電池（１１）の空気極（１４）に供給される。そして、上記燃焼ガスは空気極（１４）を通過し、燃料電池（１１）を加熱する。
【００８８】
空気極（１４）を通過した燃焼ガスは、燃焼器（１２）及び燃焼ガス排出通路（３１）を通過し、熱交換器（１７）に流入する。上記燃焼ガスは、熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）を流れる空気と熱交換を行い、当該空気を予熱する。そして、熱交換器（１７）を流出した燃焼ガスは、システムの外部に排出される。
【００８９】
上記第１予熱運転の結果、燃料電池（１１）は作動温度（例えば１０００℃）よりも低い所定の温度（例えば５００℃）にまで上昇する。なお、この所定温度は、燃料電池（１１）がある程度予熱された結果、ある程度の発電動作を行うのに十分な温度である。燃料電池（１１）の温度が上記所定温度に達すると、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（１０）の運転を第１予熱運転から以下の第２予熱運転に切り替える。なお、第１予熱運転から第２予熱運転への切替は、燃料電池（１１）の温度に基づいて行ってもよく、第１予熱運転の経過時間に基づいて行ってもよい。
【００９０】
図７に示すように、第２予熱運転時には、三方弁（２２）は第２状態を維持する一方、三方弁（５５）は第１状態から第２状態に切り替えられる。すなわち、燃料供給通路（２０）と補助燃料供給通路（２３）とが接続され、燃焼ガス供給通路（２８）と燃焼ガス供給通路（５１）とが接続される。閉鎖弁（５３）及び閉鎖弁（５４）は、いずれも開放される。予熱用燃焼器（１５）は運転を継続し、燃料電池（１１）は発電動作を開始する。燃焼器（１２）も運転を開始する。
【００９１】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料ガスは、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び補助燃料供給通路（２３）を流通し、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）から搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れるガスによって予熱された後、補助空気供給通路（２４）と主空気供給通路（２７）とに分流する。補助空気供給通路（２４）に流入した空気は、予熱用燃焼器（１５）に導入される。一方、主空気供給通路（２７）に流入した空気は、燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【００９２】
予熱用燃焼器（１５）に導入された燃料及び空気は混合され、予熱用燃焼器（１５）において燃焼が行われる。なお、この第２予熱運転時における予熱用燃焼器（１５）の燃焼は、不完全燃焼である。予熱用燃焼器（１５）においては、不完全燃焼によって、水素及び一酸化炭素が生成される。なお、予熱用燃焼器（１５）の燃焼の制御は、コントローラ（３３）によって行われる。
【００９３】
不完全燃焼後の燃焼ガス（以下、不完全燃焼ガスという）は、燃焼ガス供給通路（２８）及び燃焼ガス供給通路（５１）を経て、主燃料供給通路（１８）に流入する。そして、上記不完全燃焼ガスは、主燃料供給通路（１８）を通じて燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。
【００９４】
燃料極（１３）に導入された不完全燃焼ガスは、燃料極（１３）を通過し、燃料電池（１１）を予熱する。また、不完全燃焼ガスには水素が含まれていることから、不完全燃焼ガスは燃料としても機能する。そのため、燃料極（１３）において、所定の電池反応が行われる。一方、燃料電池（１１）の空気極（１４）には空気が供給されているので、空気極（１４）においても所定の電池反応が行われる。その結果、燃料電池（１１）において、発電動作が行われる。そして、燃料電池（１１）は、発電により生じた熱によっても加熱されることになる。
【００９５】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。
【００９６】
空気極（１４）からの排ガスと燃料極（１３）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両ガスは混合され、燃焼が行われる。
【００９７】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて外部に排出される。この際、燃焼ガスは熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）からの供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。
【００９８】
上記第２予熱運転の結果、燃料電池（１１）は所定の作動温度（例えば１０００℃）にまで上昇する。そして、コントローラ（３３）は、燃料電池システム（５０）の運転を第２予熱運転から発電運転に切り替える。なお、運転の切替制御は実施形態１と同様である。
【００９９】
図８に示すように、発電運転時には、三方弁（２２）は第１状態に切り替えられる。その結果、燃料供給通路（２０）と主燃料供給通路（１８）とが接続される。三方弁（５５）は、第２状態を維持する。閉鎖弁（５３）は閉鎖され、閉鎖弁（５４）は開放状態を維持する。予熱用燃焼器（１５）は運転を停止し、燃料電池（１１）及び燃焼器（１２）は運転を継続する。
【０１００】
第１ブロワ（２１）によって搬送された燃料ガスは、脱硫器（１６）において脱硫された後、燃料供給通路（２０）及び主燃料供給通路（１８）を通過し、燃料電池（１１）の燃料極（１３）に導入される。一方、第２ブロワ（３２）によって搬送された空気は、熱交換器（１７）において、燃焼ガス排出通路（３１）を流れる燃焼ガスによって予熱された後、ガス搬送通路（２６）から主空気供給通路（２７）を経て、燃料電池（１１）の空気極（１４）に導入される。
【０１０１】
燃料電池（１１）においては、燃料極（１３）及び空気極（１４）において、それぞれ所定の電池反応が行われる。その結果、燃料電池（１１）の発電が行われる。
【０１０２】
燃料極（１３）からの排ガスの一部は、燃料返還通路（２９）を通じて主燃料供給通路（１８）に戻される。
【０１０３】
燃料極（１３）から排出される残りの排ガスと空気極（１４）からの排ガスとは、燃焼器（１２）に導入される。そして、燃焼器（１２）において、上記両排ガスは混合され、燃焼が行われる。
【０１０４】
燃焼器（１２）の燃焼ガスは、燃焼ガス排出通路（３１）を通じて排出される。この際、燃焼ガスは熱交換器（１７）において、ガス搬送通路（２６）からの供給空気と熱交換を行い、供給空気を加熱する。
【０１０５】
以上のように、実施形態３の燃料電池システム（５０）によれば、実施形態１の燃料電池システム（１０）と同様の効果を得ることができる。加えて、実施形態３では、第２予熱運転を行うことにより、システムの起動時にある程度の電力を取り出すことが可能となり、起動時のエネルギー損失を低減することができる。また、燃料電池（１１）自身の発熱を有効活用することができ、予熱運転全体の短縮化を図ることができる。
【０１０６】
−変形例−
なお、前記燃料には炭化水素が含まれることから、予熱用燃焼器（１５）における不完全燃焼の際には、燃料に水蒸気を混入させることが好ましい。そこで、予熱用燃焼器（１５）に、水蒸気を供給する水蒸気供給通路（５６）を設けるようにしてもよい。
【０１０７】
第２予熱運転の際に水蒸気供給通路（５６）を通じて水蒸気を供給することにより、予熱用燃焼器（１５）の不完全燃焼の際に生成される煤を低減することができる。また、燃料極（１３）に投入されるガスの水蒸気の割合を高くすることにより、燃料極（１３）の電極上での炭素析出を防止することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、予熱用燃焼器が燃料電池の外部に設けられているため、予熱用燃焼器の制約が少なくなる。したがって、予熱用燃焼器の利用の自由度を拡大することができ、予熱用燃焼器の有効活用を図ることができる。
【０１０９】
請求項２記載の発明によれば、予熱用燃焼器の燃焼ガスを燃料電池の酸素極及び燃料極の一方又は両方に直接供給することにより、燃料電池を効率よく予熱することができる。
【０１１０】
請求項３記載の発明によれば、予熱運転の際に燃料電池の酸素極に燃焼ガスが導入されないので、酸素極に水蒸気や煤が流入することを防止することができる。したがって、燃料電池の酸素極の劣化を防止することができ、燃料電池の品質及び信頼性を向上させることができる。
【０１１１】
請求項４記載の発明によれば、予熱運転を第１予熱運転と第２予熱運転とに分け、第２予熱運転時に燃料電池からある程度の電力を取り出すこととしたので、予熱運転のエネルギー損失を低減させることができる。また、第２予熱運転の際には、燃焼ガスの排熱に加えて、発電動作に伴う燃料電池自体の発熱も利用するので、比較的短時間の間に燃料電池の温度を作動温度にまで上昇させることが可能となる。
【０１１２】
請求項５記載の発明によれば、燃料電池の燃料極に供給される不完全燃焼ガスに含まれる水蒸気の量を増大することができるので、燃料極における炭素析出を抑制することができる。したがって、燃料極の劣化を防止することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。
【０１１３】
請求項６記載の発明によれば、燃料を搬送するための搬送手段の個数を減らすことができ、部品点数の削減によるコスト低減を図ることができる。
【０１１４】
請求項７記載の発明によれば、排熱の有効利用を図ることができ、予熱運転時のエネルギー損失を低減することができる。
【０１１５】
請求項８記載の発明によれば、酸素含有気体を搬送するための搬送手段の個数を減らすことができ、部品点数の削減によるコスト低減を図ることができる。
【０１１６】
請求項９記載の発明によれば、燃料電池の燃料極又は予熱用燃焼器における硫化物による被毒を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの構成図であり、予熱運転時の運転動作を示す図である。
【図２】実施形態１に係る燃料電池システムの構成図であり、発電運転時の運転動作を示す図である。
【図３】実施形態１の変形例を示す燃料電池システムの構成図である。
【図４】実施形態１の他の変形例を示す燃料電池システムの構成図である。
【図５】実施形態２に係る燃料電池システムの構成図である。
【図６】実施形態３に係る燃料電池システムの構成図であり、第１予熱運転時の運転動作を示す図である。
【図７】実施形態３に係る燃料電池システムの構成図であり、第２予熱運転時の運転動作を示す図である。
【図８】実施形態３に係る燃料電池システムの構成図であり、発電運転時の運転動作を示す図である。
【図９】実施形態３の変形例に係る燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
（１１） 燃料電池
（１２） 燃焼器
（１３） 燃料極
（１４） 空気極（酸素極）
（１５） 予熱用燃焼器
（１６） 脱硫器
（１７） 熱交換器
（１８） 主燃料供給通路
（２１） 第１ブロワ（燃料搬送手段）
（２２） 三方弁（流路切替機構）
（２３） 補助燃料供給通路
（２４） 補助空気供給通路（補助酸素供給通路）
（２５） 三方弁（流路切替機構）
（２７） 主空気供給通路（主酸素供給通路）
（３２） 第２ブロワ（ガス搬送手段）
（３３） コントローラ（制御手段）
（５６） 水蒸気供給通路（導入通路）
Claims (9)
- 酸素極（１４）及び燃料極（１３）を有する固体電解質型の燃料電池（１１）と、
前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給する主燃料供給通路（１８）と、
前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に酸素含有気体を供給する主酸素供給通路（２７）と、
前記燃料電池（１１）の外部に設けられた予熱用燃焼器（１５）と、
前記予熱用燃焼器（１５）に燃料を供給する補助燃料供給通路（２３）と、
前記燃料電池（１１）の発電動作に先立って前記予熱用燃焼器（１５）を起動し、前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを用いて前記燃料電池（１１）を予熱する予熱運転を実行する制御手段（３３）と
を備えている固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムであって、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の酸素極（１４）及び燃料極（１３）のうちの一方又は両方に供給する燃焼ガス供給通路（２８）を備え、
制御手段（３３）は、予熱運転時に前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記燃焼ガス供給通路（２８）を通じて前記燃料電池（１１）に供給する固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムであって、主酸素供給通路（２７）に設けられ、燃料電池（１１）の酸素極（１４）に供給される酸素含有気体と予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスとを熱交換させる熱交換器（４１）を備え、
制御手段（３３）は、予熱運転時に、前記熱交換器（４１）において熱交換を行った酸素含有気体を前記主酸素供給通路（２７）を通じて前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に供給する固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項１に記載の固体電解質型燃料電池システムであって、予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを燃料電池（１１）の酸素極（１４）及び燃料極（１３）のうちの一方又は両方に供給する第１燃焼ガス供給通路（５２）と、
前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に供給する第２燃焼ガス供給通路（５１）と、
前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記第１燃焼ガス供給通路（５２）又は前記第２燃焼ガス供給通路（５１）に選択的に供給する流路切替機構（５５）とを備え、
制御手段（３３）は、
前記予熱用燃焼器（１５）の燃焼ガスを前記第１燃焼ガス供給通路（５２）に供給し、前記燃焼ガスによって前記燃料電池（１１）を予熱する第１予熱運転と、
前記予熱用燃焼器（１５）に不完全燃焼を行わせ、燃料を含んだ不完全燃焼ガスを前記第２燃焼ガス供給通路（５１）に供給すると共に主酸素供給通路（２７）を通じて前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）に酸素含有気体を供給し、前記不完全燃焼ガスによって前記燃料電池（１１）を予熱すると同時に前記燃料電池（１１）に発電動作を行わせる第２予熱運転と、
前記予熱用燃焼器（１５）の運転を停止すると共に主燃料供給通路（１８）を通じて前記燃料電池（１１）の燃料極（１３）に燃料を供給し、前記燃料電池（１１）に発電動作を行わせる発電運転と
を順に実行する固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項４に記載の固体電解質型燃料電池システムであって、予熱用燃焼器（１５）が不完全燃焼を行う際に前記予熱用燃焼器（１５）に水蒸気を導入する導入通路（５６）を備えている固体電解質型燃料電池システム。
- 請求項１〜５のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムであって、
燃料を搬送する燃料搬送手段（２１）が設けられた燃料搬送通路（１９）と、
前記燃料搬送通路（１９）の燃料を主燃料供給通路（１８）又は補助燃料供給通路（２３）に選択的に供給する流路切替機構（２２）とを備え、
前記燃料搬送手段（２１）は、前記流路切替機構（２２）が主燃料供給通路（１８）を選択すると燃料を燃料電池（１１）の燃料極（１３）にまで搬送し、前記流路切替機構（２２）が補助燃料供給通路（２３）を選択すると燃料を予熱用燃焼器（１５）にまで搬送するように構成されている固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項１〜６のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムであって、
燃料電池（１１）の燃料極（１３）からの排ガスと酸素極（１４）からの排ガスとを混合して燃焼させる燃焼器（１２）と、
前記燃焼器（１２）の燃焼ガスと前記燃料電池（１１）の酸素極（１４）又は予熱用燃焼器（１５）に供給される酸素含有気体とを熱交換させる熱交換器（１７）を備えている固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項１〜７のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムであって、
酸素含有気体を搬送するガス搬送手段（３２）が設けられたガス搬送通路（２６）と、
予熱用燃焼器（１５）に酸素含有気体を供給する補助酸素供給通路（２４）と、
ガス搬送通路（２６）を流れる酸素含有気体を主酸素供給通路（２７）又は前記補助酸素供給通路（２４）に選択的に供給する流路切替機構（２５）とを備え、
前記ガス搬送手段（３２）は、前記流路切替機構（２５）が前記主酸素供給通路（２７）を選択すると酸素含有気体を燃料電池（１１）の酸素極（１４）にまで搬送し、前記流路切替機構（２５）が前記補助酸素供給通路（２４）を選択すると酸素含有気体を前記予熱用燃焼器（１５）にまで搬送するように構成されている固体電解質型燃料電池システム。 - 請求項１〜８のいずれか一つに記載の固体電解質型燃料電池システムであって、
燃料電池（１１）の燃料極（１３）又は予熱用燃焼器（１５）に供給される燃料を脱硫する脱硫器（１６）を備えている固体電解質型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002243040A JP3956803B2 (ja) | 2002-08-23 | 2002-08-23 | 固体電解質型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002243040A JP3956803B2 (ja) | 2002-08-23 | 2002-08-23 | 固体電解質型燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004087162A true JP2004087162A (ja) | 2004-03-18 |
| JP3956803B2 JP3956803B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=32051908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002243040A Expired - Fee Related JP3956803B2 (ja) | 2002-08-23 | 2002-08-23 | 固体電解質型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3956803B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010534911A (ja) * | 2007-07-27 | 2010-11-11 | ボルボ テクノロジー コーポレイション | 燃料電池及び燃料電池装置を運転する方法 |
| KR20170076913A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| KR20170076934A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| KR20170076920A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
-
2002
- 2002-08-23 JP JP2002243040A patent/JP3956803B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010534911A (ja) * | 2007-07-27 | 2010-11-11 | ボルボ テクノロジー コーポレイション | 燃料電池及び燃料電池装置を運転する方法 |
| KR20170076913A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| KR20170076934A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| KR20170076920A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| KR102153758B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2020-09-09 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 |
| KR102190938B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2020-12-15 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 |
| KR102190939B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2020-12-15 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3956803B2 (ja) | 2007-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5900329A (en) | Fuel-cell system and method for operating a fuel-cell system | |
| US8202656B2 (en) | Thermally integrated fuel cell system | |
| JP4666910B2 (ja) | 冷却タービン一体型燃料電池ハイブリッド発電装置 | |
| EP1523056B1 (en) | Integrated fuel cell hybrid power plant with controlled oxidant flow for combustion of spent fuel | |
| US9509006B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2004207241A (ja) | 空気及び燃料の流れを再循環させる燃料電池一体型ハイブリッド発電装置 | |
| EP2027624B1 (en) | Anode gas stack start-up heater and purge gas generator | |
| JP4254172B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池システム | |
| JP5871945B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム及び固体酸化物形燃料電池システム運用方法 | |
| JP5328661B2 (ja) | カソード給気を予熱するための装置を備えた燃料電池システム | |
| CN109964351B (zh) | 具有用于整体式重整燃料电池的修正燃料电池循环的整合燃料电池块 | |
| CN101473482B (zh) | 燃料电池设备中的预热装置 | |
| JPH10507867A (ja) | 燃料電池設備及び燃料電池設備の運転方法 | |
| JP3956803B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池システム | |
| EP3477752A1 (en) | Fuel cell system comprising heat exchanger using combustion exhaust gas | |
| JPH07220745A (ja) | 燃料電池システム | |
| KR20190077051A (ko) | 블록-내 연료 전지 개질화를 위한 개량된 연료 전지 사이클 | |
| JP3997264B2 (ja) | 燃料電池コージェネレーションシステム | |
| JP2004199997A (ja) | 固体酸化物形燃料電池を用いた水素利用システム | |
| US8202660B2 (en) | Fuel cell system including fuel processor and managing method thereof | |
| JP3976575B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP6582572B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2022062588A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH04269460A (ja) | 燃料電池プラントの昇温方法 | |
| JPH10223236A (ja) | 燃料電池発電装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050628 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060913 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060926 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061124 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070417 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070430 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100518 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110518 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120518 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130518 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |