JP2018169080A - Combustion system and combustion device - Google Patents

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達哉 中島
怜 加藤
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Abstract

To provide a combustion system and a combustion device capable of suppressing lowering of concentration of a fuel gas to an oxygen-containing gas with a simple constitution.SOLUTION: A burner 50 includes a fuel pipe 52 for guiding an anode off-gas for combustion to a combustion portion, an oxygen-containing gas main pipe 54 for sending a second cathode off-gas toward the combustion portion, a combustion oxygen passage 60 for guiding a part of the second cathode off-gas flowing in the oxygen-containing gas main pipe 54 to an outlet of the fuel pipe 52, and an oxygen-containing gas separation passage 64 for guiding a part of the second cathode off-gas flowing in the oxygen-containing gas main pipe 54 from an upstream side with respect to the outlet of the fuel pipe 52 to a position separating from a fuel discharge end 58C with respect to the combustion oxygen passage 60.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は燃料ガスを燃焼させる燃焼システム、及び燃焼装置に関する。   The present invention relates to a combustion system for burning fuel gas and a combustion apparatus.

燃料ガスを燃焼させるための燃焼装置として各種のバーナが開発されている。そして、燃焼性を向上させるために、燃料ガスと空気とを燃焼前に混合させる場合がある。例えば、特許文献1では、ガス混合室に可燃性ガスダクトから可燃性ガスを導入すると共に、燃焼空気ダクトから燃焼空気を導入し、ガス混合室で混合した後に、2次燃焼室へ噴出させて燃焼させている。しかしながら、特許文献1では、燃焼空気ダクトから送出された空気は、全量が2次燃焼室内へ供給されるため、2次燃焼室内での可燃性ガスの濃度が薄くなり、燃焼性の低下が生じる。   Various burners have been developed as combustion devices for burning fuel gas. And in order to improve combustibility, fuel gas and air may be mixed before combustion. For example, in Patent Document 1, combustible gas is introduced into a gas mixing chamber from a combustible gas duct, combustion air is introduced from a combustion air duct, mixed in the gas mixing chamber, and then jetted into a secondary combustion chamber for combustion. I am letting. However, in Patent Document 1, since the entire amount of air sent from the combustion air duct is supplied to the secondary combustion chamber, the concentration of the combustible gas in the secondary combustion chamber is reduced, and the combustibility is reduced. .

特開2006−266619号公報JP 2006-266619 A

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、簡易な構成で酸素含有ガスに対する燃料ガスの濃度の低下を抑制することの可能な燃焼システム、及び、燃焼装置を得ることが目的である。   The present invention has been made in view of the above facts, and an object thereof is to obtain a combustion system and a combustion apparatus capable of suppressing a decrease in the concentration of fuel gas with respect to an oxygen-containing gas with a simple configuration. .

請求項1記載の発明に係る燃焼システムは、燃料ガスを燃焼部へ導く燃料路と、酸素含有ガスを前記燃焼部へ向かって送出する本流路と、前記本流路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃焼部へ導く燃焼酸素路と、前記燃焼部よりも上流から前記本流路を流れる前記酸素含有ガスの一部を燃焼酸素路よりも前記燃焼部から離れた位置へ導く酸素含有ガス分離路と、を備えている。   A combustion system according to a first aspect of the present invention includes a fuel path that guides fuel gas to the combustion section, a main flow path that sends oxygen-containing gas toward the combustion section, and one of the oxygen-containing gas that flows through the main flow path. Oxygen path for leading a part to the combustion part, and oxygen-containing gas separation for leading a part of the oxygen-containing gas flowing in the main flow path from upstream to the combustion part to a position farther from the combustion part than the combustion oxygen path Road.

請求項1に係る燃焼システムでは、燃料路により燃焼ガスが燃焼部へ導かれる。また、本流路により酸素含有ガスが燃焼部へ向かって送出される。本流路を流れる酸素含有ガスの一部は、燃焼酸素路により燃焼部へ導かれ、燃焼部で燃焼ガスを燃焼させる。一方、燃焼部よりも上流から酸素含有ガス分離路により、本流路を流れる酸素含有ガスの一部が、燃焼酸素路よりも燃焼部から離れた位置へ導かれる。このように、本流路を流れる酸素含有ガスの一部を燃焼部へ導き、その他の酸素含有ガスを燃焼部から離れた位置へ導くことにより、燃焼部における燃料ガスの濃度の低下を抑制することができる。
なお、ここでの燃料ガスは、可燃性物質を含むガスをいい、特に限定されるものではない。
In the combustion system according to the first aspect, the combustion gas is guided to the combustion section by the fuel path. Moreover, oxygen-containing gas is sent out toward a combustion part by this flow path. A part of the oxygen-containing gas flowing through this flow path is guided to the combustion section through the combustion oxygen path, and the combustion gas is burned in the combustion section. On the other hand, a part of the oxygen-containing gas flowing through the main flow path is led to a position farther from the combustion section than the combustion oxygen path by the oxygen-containing gas separation path from the upstream of the combustion section. In this way, a part of the oxygen-containing gas flowing through this flow path is guided to the combustion section, and other oxygen-containing gases are guided to a position away from the combustion section, thereby suppressing a decrease in the concentration of fuel gas in the combustion section. Can do.
The fuel gas here is a gas containing a combustible substance, and is not particularly limited.

請求項2記載の発明に係る燃焼システムは、前記酸素含有ガス分離路は、前記本流路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃焼部よりも下流側へ導く。   In the combustion system according to a second aspect of the invention, the oxygen-containing gas separation path guides part of the oxygen-containing gas flowing through the main flow path to the downstream side of the combustion section.

請求項2記載の発明に係る燃焼システムによれば、本流路を流れる酸素含有ガスの一部が酸素含有ガス分離路から燃焼部よりも下流側へ導かれるので、酸素含有ガスを燃焼排ガスと共に処理することができる。   According to the combustion system of the second aspect of the present invention, a part of the oxygen-containing gas flowing through the main flow path is led from the oxygen-containing gas separation path to the downstream side of the combustion section, so that the oxygen-containing gas is treated with the combustion exhaust gas. can do.

請求項3記載の発明に係る燃焼システムは、アノードへ供給される燃料ガスとカソードへ供給される酸素含有ガスとにより発電する燃料電池を備え、前記燃料路は、前記アノードからのアノードオフガスを前記燃焼部へ供給するアノードオフガス管で構成され、前記燃焼酸素路は、前記カソードからのカソードオフガスを前記燃焼部へ供給する、カソードオフガス管で構成されている。   A combustion system according to a third aspect of the present invention includes a fuel cell that generates electric power using a fuel gas supplied to an anode and an oxygen-containing gas supplied to a cathode, and the fuel path converts the anode off-gas from the anode into the anode. The combustion oxygen path is configured by a cathode offgas pipe that supplies cathode offgas from the cathode to the combustion section.

請求項3記載の発明に係る燃焼システムによれば、燃料電池のアノードオフガスを燃料ガスとして燃焼させる際に、カソードオフガスの一部のみを燃焼部でアノードオフと合流させて、アノードオフガス中の可燃性ガスの燃焼部における濃度の低下を抑制させて燃焼させることができる。
なお、ここでの燃料ガスは、可燃性を有するだけでなく、燃料電池での発電に供されるガス、例えば水素を含むガスをいう。
According to the combustion system of the third aspect of the present invention, when the anode off-gas of the fuel cell is burned as the fuel gas, only a part of the cathode off-gas is merged with the anode off in the combustion part, so that the combustible in the anode off-gas is combusted. Combustion can be performed while suppressing a decrease in the concentration of the sex gas in the combustion section.
Here, the fuel gas is not only flammable but also a gas used for power generation in a fuel cell, for example, a gas containing hydrogen.

請求項4記載の発明に係る燃焼システムは、前記燃料電池は、第1燃料電池と、前記第1燃料電池のアノードオフガスを燃料ガスとしてアノードへ供給される第2燃料電池と、を含む多段式とされている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a combustion system wherein the fuel cell includes a first fuel cell and a second fuel cell that is supplied to the anode using the anode off-gas of the first fuel cell as a fuel gas. It is said that.

請求項4の発明に係る燃焼システムによれば、多段式の後段の第2燃料電池から送出されるアノードオフガスを燃焼させる際に、アノードオフガス中の可燃性ガスの燃焼部における濃度の低下を抑制させて燃焼させることができる。多段式の後段の第2燃料電池から送出されるアノードオフガスは、特に可燃性ガスの濃度が低いため、本発明を有効に適用することができる。   According to the combustion system of the fourth aspect of the present invention, when the anode off gas sent from the second fuel cell in the latter stage of the multistage combustion is burned, the decrease in the concentration of the combustible gas in the anode off gas in the combustion portion is suppressed. Can be burned. Since the anode off gas delivered from the second fuel cell in the latter stage of the multi-stage type has a particularly low combustible gas concentration, the present invention can be applied effectively.

請求項5記載の発明に係る燃焼システムは、前記アノードオフガス管は、前記第2燃料電池のアノードから前記燃焼部へアノードオフガスを供給する第2アノードオフガス管で構成され、前記カソードオフガス管は、前記第2燃料電池のカソードから前記燃焼部へカソードオフガスを供給する第2カソードオフガス管、または、前記第1燃料電池のカソードから前記燃焼部へ前記カソードオフガスを供給する第1カソードオフガス管、の一方で構成され、前記酸素含有ガス分離路は、第2カソードオフガス管または前記第1カソードオフガス管の他方で構成されている、   In the combustion system according to the fifth aspect of the present invention, the anode offgas pipe is configured by a second anode offgas pipe that supplies anode offgas from the anode of the second fuel cell to the combustion section, and the cathode offgas pipe includes: A second cathode offgas pipe for supplying a cathode offgas from the cathode of the second fuel cell to the combustion section, or a first cathode offgas pipe for supplying the cathode offgas from the cathode of the first fuel cell to the combustion section; The oxygen-containing gas separation path is configured on the other side of the second cathode offgas pipe or the first cathode offgas pipe.

請求項5記載の発明に係る燃焼システムでは、第2カソードオフガス管または第1カソードオフガス管の内の一方を燃焼酸素路とし、燃焼酸素路とならない他方を酸素含有ガス分離路とするので、別途分岐部分を設けることなく簡易にカソードオフガスを分岐させることができる。   In the combustion system according to the fifth aspect of the present invention, one of the second cathode offgas pipe or the first cathode offgas pipe is a combustion oxygen path, and the other that is not a combustion oxygen path is an oxygen-containing gas separation path. The cathode off gas can be easily branched without providing a branching portion.

請求項6記載の発明に係る燃焼システムは、前記アノードオフガス管は、前記アノードオフガスの一部を前記燃料電池のアノードへ再供給する循環分岐管を備えている。   In the combustion system according to the sixth aspect of the invention, the anode offgas pipe includes a circulation branch pipe that re-feeds a part of the anode offgas to the anode of the fuel cell.

請求項6記載の発明に係る燃焼システムでは、循環式の燃料電池から送出されるアノードオフガスを燃焼させる際に、アノードオフガス中の可燃性ガスの燃焼部における濃度の低下を抑制させて燃焼させることができる。循環式の燃料電池から送出されるアノードオフガスは、特に可燃性ガスの濃度が低いため、本発明を有効に適用することができる。   In the combustion system according to the sixth aspect of the invention, when the anode off-gas sent from the circulation type fuel cell is burned, the decrease in the concentration of the combustible gas in the anode off-gas in the combustion part is suppressed and burned. Can do. Since the anode off-gas delivered from the circulation type fuel cell has a particularly low combustible gas concentration, the present invention can be applied effectively.

請求項7記載の発明に係る燃焼装置は、燃料ガスを燃焼部へ導き、前記燃料ガスを放出させる燃料放出端を有する燃料路と、酸素含有ガスを前記燃焼部へ向かって送出する酸素含有ガス本路と、前記酸素含有ガス本路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃料放出端へ導き、前記酸素含有ガスを放出させる酸素放出端を有する燃焼酸素路と、前記酸素含有ガス本路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃焼酸素路よりも前記燃料放出端から離れた離間部へ分離する酸素含有ガス分離路と、を備えている。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus comprising: a fuel passage having a fuel discharge end for guiding fuel gas to a combustion section and discharging the fuel gas; and an oxygen-containing gas for sending oxygen-containing gas toward the combustion section. A main passage, a combustion oxygen passage having an oxygen discharge end for guiding a part of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas main passage to the fuel discharge end and releasing the oxygen-containing gas, and the oxygen-containing gas main passage And an oxygen-containing gas separation path that separates a part of the oxygen-containing gas flowing through the combustion oxygen path into a separated portion that is farther from the fuel discharge end than the combustion oxygen path.

請求項7に係る燃焼装置では、燃料路により燃焼ガスが燃焼部へ導かれる。燃料ガスは燃料放出端から燃焼部へ放出される。また、酸素含有ガス本路により酸素含有ガスが燃焼部へ向かって送出される。酸素含有ガス本路を流れる酸素含有ガスの一部は、燃焼酸素路により燃料路の燃料放出端へ導かれ、酸素放出端から酸素含有ガスを放出させて燃焼部で燃焼ガスを燃焼させる。また、酸素含有ガス本路を流れる酸素含有ガスの一部は、酸素含有ガス分離路により、燃焼酸素路よりも燃料放出端から離れた離間部へ分離される。このように、酸素含有ガス本路を流れる酸素含有ガスの一部を燃料路の燃料放出端へ導き、その他の酸素含有ガスを燃焼酸素路よりも燃料放出端から離れた分離放出部へ分離させることにより、燃料放出端における燃料ガスの濃度の低下を抑制して、燃焼性の低下を抑制することができる。   In the combustion apparatus according to the seventh aspect, the combustion gas is guided to the combustion section by the fuel path. The fuel gas is discharged from the fuel discharge end to the combustion section. Further, the oxygen-containing gas is sent out toward the combustion section by the oxygen-containing gas main path. Part of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas main path is guided to the fuel discharge end of the fuel path by the combustion oxygen path, and the oxygen-containing gas is released from the oxygen discharge end to burn the combustion gas in the combustion section. Further, a part of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas main path is separated by the oxygen-containing gas separation path into a separated portion that is farther from the fuel discharge end than the combustion oxygen path. In this way, a part of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas main path is guided to the fuel discharge end of the fuel path, and the other oxygen-containing gas is separated from the combustion oxygen path to the separation / release section farther from the fuel discharge end. Thereby, the fall of the density | concentration of the fuel gas in a fuel discharge end can be suppressed, and the fall of combustibility can be suppressed.

請求項8記載の発明に係る燃焼装置は、前記燃料路は、前記燃料放出端に、断面積が拡大された放出前空間と前記燃料ガスを吐出する複数の放出孔が形成された放出部、を有している。   A combustion apparatus according to an eighth aspect of the present invention is directed to the discharge section in which the fuel path includes a pre-release space having an enlarged cross-sectional area and a plurality of discharge holes for discharging the fuel gas at the fuel discharge end. have.

請求項8に係る燃焼装置によれば、燃料ガスは、放出部の放出前空間から複数の放出孔を通って燃焼部へ放出されるので、燃焼ガスを均一に放出させることができる。   According to the combustion apparatus of the eighth aspect, since the fuel gas is discharged from the pre-discharge space of the discharge portion through the plurality of discharge holes to the combustion portion, the combustion gas can be discharged uniformly.

請求項9記載の発明に係る燃焼装置は、前記酸素含有ガス本路と前記燃焼酸素路とは、互いに前記酸素含有ガスの流れ方向に離間して前記酸素含有ガスが流出可能となる離間部を有し、前記酸素含有ガス分離路は、前記離間部から前記酸素含有ガスの一部を分離する。   According to a ninth aspect of the present invention, the oxygen-containing gas main path and the combustion oxygen path are spaced apart from each other in the flow direction of the oxygen-containing gas so that the oxygen-containing gas can flow out. And the oxygen-containing gas separation path separates a part of the oxygen-containing gas from the separation portion.

請求項9に係る燃焼装置によれば、簡易な構成で、酸素含有ガス本路を燃焼酸素路と酸素含有ガス分離路とに分離することができる。   According to the combustion apparatus of the ninth aspect, the oxygen-containing gas main path can be separated into the combustion oxygen path and the oxygen-containing gas separation path with a simple configuration.

請求項10記載の発明に係る燃焼装置は、前記燃料路と前記酸素含有ガス本路とにより、前記燃料路の外側に前記酸素含有ガス本路が配置される二重管が構成されている。   In the combustion apparatus according to a tenth aspect of the present invention, a double pipe in which the oxygen-containing gas main path is disposed outside the fuel path is constituted by the fuel path and the oxygen-containing gas main path.

請求項10に係る燃焼装置によれば、燃料路からの燃焼ガスを、燃焼エリアの中心部に向けて放出させることができる。   According to the combustion apparatus which concerns on Claim 10, the combustion gas from a fuel path can be discharge | released toward the center part of a combustion area.

請求項11記載の発明に係る燃焼装置は、前記燃焼酸素路は、前記燃料路と離間して前記燃料路の外側を囲みつつ前記酸素含有ガス分離路と前記燃焼酸素路とを区画する分離壁を含んで構成されている。   The combustion apparatus according to claim 11, wherein the combustion oxygen passage is separated from the fuel passage and surrounds the outside of the fuel passage, and partitions the oxygen-containing gas separation passage and the combustion oxygen passage. It is comprised including.

請求項11に係る燃焼装置によれば、分離壁により、簡易な構成で燃焼酸素路を構成することができる。   According to the combustion apparatus of the eleventh aspect, the combustion oxygen path can be configured with a simple configuration by the separation wall.

請求項12記載の発明に係る燃焼装置は、前記酸素放出端に囲まれて、前記燃料放出端と前記酸素放出端との間に予混合空間が形成されている。   A combustion apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is surrounded by the oxygen discharge end, and a premixing space is formed between the fuel discharge end and the oxygen discharge end.

請求項12に係る燃焼装置によれば、予混合空間で燃料ガスと酸素含有ガスとを混合させて燃焼させることにより、燃焼性を向上させることができる。   According to the combustion apparatus of the twelfth aspect, the combustibility can be improved by mixing and burning the fuel gas and the oxygen-containing gas in the premix space.

請求項13記載の発明に係る燃焼装置は、前記燃焼酸素路の前記酸素放出端は、前記予混合空間の内側に傾斜している。   In the combustion apparatus according to the thirteenth aspect of the invention, the oxygen discharge end of the combustion oxygen passage is inclined inward of the premixing space.

請求項13に係る燃焼装置によれば、燃焼酸素路から放出される酸素含有ガスは、酸素放出端によって予混合空間の内側に集められ、燃焼ガスと良好に混合され、燃焼性を向上させることができる。   According to the combustion apparatus of the thirteenth aspect, the oxygen-containing gas released from the combustion oxygen passage is collected inside the premixing space by the oxygen release end, and is mixed well with the combustion gas to improve the combustibility. Can do.

請求項14記載の発明に係る燃焼装置は、前記燃焼部及び前記分離放出部は、燃焼空間を形成する筐体内に配置されている。   In the combustion apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention, the combustion section and the separation / release section are disposed in a casing that forms a combustion space.

請求項14に係る燃焼装置によれば、燃焼空間を形成する筐体内に、分離放出部から酸素含有ガスが放出されるので、燃焼部で燃焼せずに残った燃料ガスの燃焼が助けられると共に、分離放出部から放出された酸素含有ガスを加熱することができる。   According to the combustion apparatus of the fourteenth aspect, since the oxygen-containing gas is released from the separation / release part into the casing forming the combustion space, combustion of the remaining fuel gas without being burned in the combustion part is assisted. The oxygen-containing gas released from the separation / release part can be heated.

請求項15記載の発明に係る燃料電池システムは、請求項6〜13のいずれか1項に記載の燃焼装置と、アノードへ供給される燃料ガスとカソードへ供給される酸素含有ガスとにより発電する燃料電池と、前記アノードからの前記燃料ガスを前記燃料路へ導くアノードオフガス管と、前記カソードからの前記酸素含有ガスを前記酸素含有ガス本路へ導くカソードオフガス管と、を備えている。   A fuel cell system according to a fifteenth aspect of the invention generates power by using the combustion apparatus according to any one of the sixth to thirteenth aspects, the fuel gas supplied to the anode, and the oxygen-containing gas supplied to the cathode. A fuel cell; an anode off-gas pipe for guiding the fuel gas from the anode to the fuel path; and a cathode off-gas pipe for guiding the oxygen-containing gas from the cathode to the oxygen-containing gas main path.

請求項15記載の発明に係る燃料電池システムによれば、カソードから排出された酸素含有ガスの一部を酸素含有ガス分離路により分離して、燃焼させる際の燃料ガスと酸素含有ガスと割合を容易に調整することができる。   According to the fuel cell system of the fifteenth aspect of the present invention, the ratio of the fuel gas and the oxygen-containing gas when the part of the oxygen-containing gas discharged from the cathode is separated by the oxygen-containing gas separation path and burned is determined. It can be adjusted easily.

本発明に係る燃焼システム、及び燃焼装置によれば、簡易な構成で酸素含有ガスに対する燃料ガスの濃度の低下を抑制することができる。   According to the combustion system and the combustion apparatus according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the concentration of the fuel gas with respect to the oxygen-containing gas with a simple configuration.

第1実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムに使用するバーナの斜視図である。It is a perspective view of the burner used for the fuel cell system concerning a 4th embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムに使用するバーナの断面図である。It is sectional drawing of the burner used for the fuel cell system concerning 4th Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1には、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム10Aが示されている。燃料電池システム10Aは、主要な構成として、気化器12、改質器14、第1燃料電池スタック16、第2燃料電池スタック18、空気供給部46、分離部20、第1熱交換部30、第2熱交換部32、第3熱交換部34、燃焼器40、及びタンク42を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a fuel cell system 10A according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell system 10A includes, as main components, a vaporizer 12, a reformer 14, a first fuel cell stack 16, a second fuel cell stack 18, an air supply unit 46, a separation unit 20, a first heat exchange unit 30, A second heat exchange unit 32, a third heat exchange unit 34, a combustor 40, and a tank 42 are provided.

気化器12には、原料ガス管P1の一端が接続されており、原料ガス管P1の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、ブロアBによりメタンが気化器12へ送出される。原料ガス管P1の中間部には、水を貯留するタンク42からの水供給管P2が接続されている。タンク42からは、ポンプPにより、水(液相)が気化器12へ送出される。気化器12では、水が気化される。気化には、後述する燃焼器40の熱が用いられる。なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、LPガス(液化石油ガス)、石炭改質ガス、低級炭化水素ガス、バイオガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数4以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは天然ガス、都市ガス、LPガス等のガスであってもよい。   One end of the source gas pipe P1 is connected to the vaporizer 12, and the other end of the source gas pipe P1 is connected to a gas source (not shown). From the gas source, methane is sent to the vaporizer 12 by the blower B. A water supply pipe P2 from a tank 42 for storing water is connected to an intermediate portion of the source gas pipe P1. Water (liquid phase) is sent from the tank 42 to the vaporizer 12 by the pump P. In the vaporizer 12, water is vaporized. For the vaporization, the heat of the combustor 40 described later is used. In this embodiment, methane is used as the raw material gas, but it is not particularly limited as long as it can be reformed, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal reformed gas, lower hydrocarbon gas, biogas, and the like. Examples of the lower hydrocarbon gas include lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms such as methane, ethane, ethylene, propane, and butane, and methane used in the present embodiment is preferable. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-described lower hydrocarbon gas, and the above-described lower hydrocarbon gas may be a gas such as natural gas, city gas, or LP gas.

メタン及び水蒸気は、気化器12から配管P3を介して改質器14へ送出される。改質器14は、燃焼器40、第1燃料電池スタック16、及び第2燃料電池スタック18と隣接されており、これらとの間で熱交換を行うことで加熱される。   Methane and water vapor are sent from the vaporizer 12 to the reformer 14 via the pipe P3. The reformer 14 is adjacent to the combustor 40, the first fuel cell stack 16, and the second fuel cell stack 18, and is heated by exchanging heat with them.

改質器14では、メタンを改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスを生成する。改質器14は、第1燃料電池スタック16のアノード(燃料極)16Aと接続されている。改質器14で生成された燃料ガスは、燃料ガス管P4を介して第1燃料電池スタック16のアノード16Aに供給される。   In the reformer 14, methane is reformed to generate fuel gas containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C. The reformer 14 is connected to the anode (fuel electrode) 16 </ b> A of the first fuel cell stack 16. The fuel gas generated by the reformer 14 is supplied to the anode 16A of the first fuel cell stack 16 via the fuel gas pipe P4.

第1燃料電池スタック16は固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セルを有している。第1燃料電池スタック16は本発明における燃料電池(第1燃料電池)の一例であり、本実施形態では、作動温度が650℃程度とされている。個々の燃料電池セルは、電解質層と、当該電解質層の表裏面にそれぞれ積層されたアノード16A、及びカソード(空気極)16Bと、を有している。図1では、複数の燃料電池セルの個々のアノード、カソードをまとめて、各々「アノード16A」「カソード16B」と図示している。   The first fuel cell stack 16 is a solid oxide fuel cell stack, and has a plurality of stacked fuel cells. The first fuel cell stack 16 is an example of a fuel cell (first fuel cell) in the present invention. In the present embodiment, the operating temperature is about 650 ° C. Each fuel cell has an electrolyte layer, and an anode 16A and a cathode (air electrode) 16B that are respectively laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer. In FIG. 1, individual anodes and cathodes of a plurality of fuel cells are collectively shown as “anode 16A” and “cathode 16B”, respectively.

なお、第2燃料電池スタック18についての基本構成は、第1燃料電池スタック16と同様であり、アノード16Aに対応するアノード18A、及びカソード16Bに対応するカソード18Bを有している。   The basic configuration of the second fuel cell stack 18 is the same as that of the first fuel cell stack 16, and has an anode 18A corresponding to the anode 16A and a cathode 18B corresponding to the cathode 16B.

第1燃料電池スタック16のカソード16Bには、後述する空気供給管P8を介して空気が供給される。カソード16Bでは、下記(1)式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通って第1燃料電池スタック16のアノード16Aに到達する。 Air is supplied to the cathode 16B of the first fuel cell stack 16 via an air supply pipe P8 described later. In the cathode 16B, as shown in the following formula (1), oxygen in the air and electrons react to generate oxygen ions. The generated oxygen ions reach the anode 16A of the first fuel cell stack 16 through the electrolyte layer.

(空気極反応)
1/2O+2e →O2− …(1)
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (1)

また、カソード16Bには、カソード16Bから排出されるカソードオフガスを第2燃料電池スタック18のカソード18Bへ案内する第1カソードオフガス管P6が接続されている。 The cathode 16B is connected to a first cathode offgas pipe P6 that guides the cathode offgas discharged from the cathode 16B to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18.

一方、第1燃料電池スタック16のアノード16Aでは、下記(2)式及び(3)式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。アノード16Aで生成された電子がアノード16Aから外部回路を通ってカソード16Bに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。また、各燃料電池セルは、発電時に発熱する。   On the other hand, in the anode 16A of the first fuel cell stack 16, as shown in the following formulas (2) and (3), oxygen ions that have passed through the electrolyte layer react with hydrogen and carbon monoxide in the fuel gas, Water (water vapor), carbon dioxide and electrons are generated. Electrons generated at the anode 16A move from the anode 16A through the external circuit to the cathode 16B, and are thus generated in each fuel cell. Each fuel cell generates heat during power generation.

(燃料極反応)
+O2− →HO+2e …(2)
CO+O2− →CO+2e …(3)
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e (3)

第1燃料電池スタック16のアノード16Aにはアノードオフガス管P7の一端が接続されており、アノードオフガス管P7には、アノード16Aからアノードオフガスが排出される。アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。   One end of an anode offgas pipe P7 is connected to the anode 16A of the first fuel cell stack 16, and the anode offgas is discharged from the anode 16A to the anode offgas pipe P7. The anode off gas contains unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and the like.

なお、本発明の燃料電池としては、固体酸化物形の燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に限られるものではなく、アノードオフガスに二酸化炭素及び水素の少なくとも一方が含まれる他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)であってもよい。 The fuel cell of the present invention is not limited to a solid oxide fuel cell (SOFC), and other fuel cells in which at least one of carbon dioxide and hydrogen is contained in the anode off-gas, For example, a molten carbonate fuel cell (MCFC) may be used.

アノードオフガス管P7の他端は、後述する第2熱交換部32及び第1熱交換部30を経て分離部20と接続されている。分離部20は、アノードオフガスから水蒸気を凝縮により分離するものである。 The other end of the anode off-gas pipe P7 is connected to the separation unit 20 via a second heat exchange unit 32 and a first heat exchange unit 30 described later. The separation unit 20 separates water vapor from the anode off gas by condensation.

アノードオフガスは、分離部20で水蒸気が分離されることにより水蒸気の濃度が低減された再生燃料ガスとなって、再生燃料ガス管P9へ送出される。再生燃料ガス管P9は、第2燃料電池スタック18のアノード18Aと接続されており、再生燃料ガスは、再生燃料ガス管P9を経て、第2燃料電池スタック18のアノード18Aに供給される。   The anode off-gas becomes a regenerated fuel gas having a reduced water vapor concentration by separating the water vapor in the separation unit 20, and is sent to the regenerated fuel gas pipe P9. The regenerated fuel gas pipe P9 is connected to the anode 18A of the second fuel cell stack 18, and the regenerated fuel gas is supplied to the anode 18A of the second fuel cell stack 18 via the regenerated fuel gas pipe P9.

一方、空気供給部46からは空気が供給され、後述する第1熱交換部30、第3熱交換部34を経てカソード16Bへ供給される。   On the other hand, air is supplied from the air supply unit 46 and supplied to the cathode 16B through the first heat exchange unit 30 and the third heat exchange unit 34 described later.

第2燃料電池スタック18のアノード18A及びカソード18Bでは、第1燃料電池スタック16と同様の反応により発電が行われる。アノード18Aから排出された使用済のガスは、配管P11により燃焼器40へ送出される。使用済のガス(以下「燃焼用アノードオフガス」という)には、メタンや一酸化炭素などの可燃性ガスが含まれており、燃焼器40で焼却に供される。   The anode 18A and the cathode 18B of the second fuel cell stack 18 generate power by the same reaction as that of the first fuel cell stack 16. The used gas discharged from the anode 18A is sent to the combustor 40 through the pipe P11. The used gas (hereinafter referred to as “combustion anode off-gas”) contains a combustible gas such as methane or carbon monoxide, and is used for incineration in the combustor 40.

カソード18Bから排出された第2カソードオフガスは、第2カソードオフガス管P12へ送出される。第2カソードオフガスには、酸素が含まれている。第2カソードオフガス管P12は、2つに分岐されている。分岐された一方は、燃焼器40と接続される第2カソードオフ燃焼導入管P12−1とされ、他方は燃焼器40の燃焼排ガスが排出される燃焼排ガス管P10と接続される第2カソードオフ分離管P12−2とされている。分岐部分には、分流器V1が設けられ、第2カソードオフ燃焼導入管P12−1へ送出される第2カソードオフガスの流量と、第2カソードオフ分離管P12−2へ送出される第2カソードオフガスの流量とが、調整可能とされている。なお、予め分離するガスの割合が決まっている場合は、分流器V1を用いずに、オリフィスなどを用いて分離しても良い。第2カソードオフ燃焼導入管P12−1からは、燃焼器40へ酸素を含む使用済のガス(以下「燃焼用カソードオフガス」という)が送出され、燃焼器40で焼却に供される。   The second cathode offgas discharged from the cathode 18B is sent to the second cathode offgas pipe P12. The second cathode off gas contains oxygen. The second cathode offgas pipe P12 is branched into two. One of the branches is a second cathode-off combustion introduction pipe P12-1 connected to the combustor 40, and the other is a second cathode-off connected to the combustion exhaust pipe P10 from which the combustion exhaust gas of the combustor 40 is discharged. It is set as the separation pipe P12-2. The branch portion is provided with a flow divider V1, and the flow rate of the second cathode off gas sent to the second cathode off combustion introduction pipe P12-1 and the second cathode sent to the second cathode off separation pipe P12-2. The off-gas flow rate can be adjusted. When the ratio of the gas to be separated is determined in advance, the separation may be performed using an orifice or the like without using the flow divider V1. From the second cathode off-combustion introduction pipe P <b> 12-1, used gas containing oxygen (hereinafter referred to as “combustion cathode off-gas”) is sent to the combustor 40 and used for incineration in the combustor 40.

本実施形態の燃料電池システム10Aは、第1燃料電池スタック16で使用された燃料であるアノードオフガスが再生されて、燃料ガスとして第2燃料電池スタック18で再利用される多段式の燃料電池システムとなっている。   In the fuel cell system 10A of the present embodiment, the anode off-gas that is the fuel used in the first fuel cell stack 16 is regenerated and reused as the fuel gas in the second fuel cell stack 18. It has become.

燃焼器40からは、燃焼排ガスが送出される。燃焼排ガスは、第2カソードオフ分離管P12−2からの使用済ガス(以下「迂回カソードオフガス」という)と合流し、燃焼排ガス管P10内を流通し、第3熱交換部34、及び、気化器12を経て、タンク42へ流入される。なお、第2カソードオフ分離管P12−2は、必ずしも燃焼器40と第3熱交換部34の間で燃焼排ガス管P10と合流される必要はなく、第3熱交換部34の下流側でも、その他の位置での合流でもよい。   Combustion exhaust gas is sent from the combustor 40. The combustion exhaust gas merges with the spent gas (hereinafter referred to as “detour cathode off gas”) from the second cathode off separation pipe P12-2, circulates in the combustion exhaust pipe P10, the third heat exchange unit 34, and the vaporization It flows into the tank 42 through the vessel 12. Note that the second cathode off separation pipe P12-2 does not necessarily have to be joined with the combustion exhaust gas pipe P10 between the combustor 40 and the third heat exchange section 34, and also on the downstream side of the third heat exchange section 34, It may be merged at other positions.

第1熱交換部30は、第1燃料電池スタック16のアノード16Aの下流側で分離部20の上流側、且つ、空気供給部46の下流側に設けられている。第1熱交換部30では、アノードオフガス管P7を流れるアノードオフガスと空気供給管P8を流れる空気との間で熱交換が行われる。   The first heat exchange unit 30 is provided downstream of the anode 16 </ b> A of the first fuel cell stack 16, upstream of the separation unit 20, and downstream of the air supply unit 46. In the first heat exchanging unit 30, heat exchange is performed between the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P7 and the air flowing through the air supply pipe P8.

第2熱交換部32は、第1燃料電池スタック16のアノード16Aの下流側で第1熱交換部30の上流側(アノードオフガス管P7について)、且つ、分離部20の下流側で第2燃料電池スタック18のアノード18Aの上流側(再生燃料ガス管P9について)に設けられている。第2熱交換部32では、アノードオフガス管P7を流れるアノードオフガスと再生燃料ガス管P9を流れる再生燃料ガスとの間で熱交換が行われる。   The second heat exchanging unit 32 includes a second fuel on the downstream side of the anode 16A of the first fuel cell stack 16 on the upstream side of the first heat exchanging unit 30 (for the anode offgas pipe P7) and on the downstream side of the separation unit 20. It is provided on the upstream side of the anode 18A of the battery stack 18 (about the regenerated fuel gas pipe P9). In the second heat exchanging section 32, heat exchange is performed between the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P7 and the regenerated fuel gas flowing through the regenerated fuel gas pipe P9.

第3熱交換部34は、第1熱交換部30の下流側で第1燃料電池スタック16のカソード16Bの上流側、且つ、燃焼器40の下流側で気化器12の上流側(燃焼排ガス管P10について)に設けられている。第3熱交換部34では、空気供給管P8を流れる空気Aと燃焼排ガス管P10を流れる燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。   The third heat exchanging section 34 is downstream of the first heat exchanging section 30 and upstream of the cathode 16B of the first fuel cell stack 16, and downstream of the combustor 40 and upstream of the carburetor 12 (combustion exhaust gas pipe). P10). In the 3rd heat exchange part 34, heat exchange is performed between the air A which flows through the air supply pipe P8, and the combustion exhaust gas which flows through the combustion exhaust gas pipe P10.

次に、本実施形態の燃料電池システム10Aの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 10A of the present embodiment will be described.

燃料電池システム10Aにおいては、ガス源からの燃料であるメタン及びタンク42からの水が、気化器12へ供給される。気化器12では、供給されたメタン及び水が混合されると共に、燃焼排ガス管P10を流通する燃焼排ガスから熱を得て加熱され、水が気化され水蒸気となる。   In the fuel cell system 10 </ b> A, methane, which is fuel from a gas source, and water from the tank 42 are supplied to the vaporizer 12. In the vaporizer 12, the supplied methane and water are mixed, and heat is obtained from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust pipe P <b> 10, and the water is vaporized to become steam.

メタン及び水蒸気は、気化器12から配管P3を介して改質器14へ送出される。改質器14では、改質反応により、水素を含む600℃程度の燃料ガスが生成される。燃料ガスは、燃料ガス管P4を介して第1燃料電池スタック16のアノード16Aに供給される。   Methane and water vapor are sent from the vaporizer 12 to the reformer 14 via the pipe P3. In the reformer 14, a fuel gas containing about 600 ° C. containing hydrogen is generated by the reforming reaction. The fuel gas is supplied to the anode 16A of the first fuel cell stack 16 through the fuel gas pipe P4.

第1燃料電池スタック16のカソード16Bには、空気供給部46から第1熱交換部30、第3熱交換部34経て加熱された空気が供給される。これにより、第1燃料電池スタック16では、前述の反応により発電が行われる。この発電に伴い燃料電池スタック16のアノード16Aからは、アノードオフガスが排出される。また、カソード16Bからは、カソードオフガスが排出される。カソードオフガスは、第1カソードオフガス管P6を通って第2燃料電池スタック18のカソード18Bへ供給される。 Air heated by the first heat exchange unit 30 and the third heat exchange unit 34 is supplied from the air supply unit 46 to the cathode 16B of the first fuel cell stack 16. Thereby, in the 1st fuel cell stack 16, electric power generation is performed by the above-mentioned reaction. Along with this power generation, anode off-gas is discharged from the anode 16A of the fuel cell stack 16. Further, the cathode off gas is discharged from the cathode 16B. The cathode off gas is supplied to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18 through the first cathode off gas pipe P6.

アノード16Aから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス管P7に導かれ、第2熱交換部32、第1熱交換部30を経て、分離部20へ流入される。アノードオフガス中の水蒸気は、分離部20で凝縮されて分離され、水蒸気の濃度が低減された再生燃料ガスが、再生燃料ガス管P9を経て第2燃料電池スタック18のアノード18Aに供給される。   The anode off gas discharged from the anode 16A is guided to the anode off gas pipe P7, and flows into the separation unit 20 through the second heat exchange unit 32 and the first heat exchange unit 30. The water vapor in the anode off-gas is condensed and separated by the separation unit 20, and the regenerated fuel gas whose water vapor concentration is reduced is supplied to the anode 18 </ b> A of the second fuel cell stack 18 through the regenerated fuel gas pipe P <b> 9.

第2燃料電池スタック18では、前述の反応により発電が行われる。アノード18Aからは、燃焼用アノードオフガスが配管P11により燃焼器40へ送出される。カソード18Bからは、第2カソードオフガス管P12へカソードオフガスが送出され、第2カソードオフ燃焼導入管P12−1と第2カソードオフ分離管P12−2とへ分流される。分流の一方(第2カソードオフ燃焼導入管P12−1側)は、第2カソードオフ燃焼導入管P12−1により燃焼器40へ送出される。分流の他方(第2カソードオフ分離管P12−2側)は、燃焼排ガス管P10へ送出される。   In the second fuel cell stack 18, power generation is performed by the above-described reaction. From the anode 18A, the combustion anode off-gas is sent to the combustor 40 through the pipe P11. Cathode off-gas is sent from the cathode 18B to the second cathode off-gas pipe P12 and divided into the second cathode off combustion introduction pipe P12-1 and the second cathode off separation pipe P12-2. One of the divided flows (the second cathode off combustion introduction pipe P12-1 side) is sent to the combustor 40 through the second cathode off combustion introduction pipe P12-1. The other of the divided flows (the second cathode off separation pipe P12-2 side) is sent to the combustion exhaust gas pipe P10.

燃焼器40からは、燃焼排ガス管P10へ燃焼排ガスが排出される。燃焼排ガスは、第3熱交換部34、及び気化器12を経て、タンク42へ送出される。燃焼排ガスに含まれる水蒸気は、気化器12からタンク42までの経路やタンク42内で冷却され、凝縮されてタンク42に貯留される。その他の燃焼排ガスは、タンク42から放出される。第2カソードオフ分離管P12−2は、第3熱交換部34よりも上流側で燃焼排ガス管P10と合流され、迂回カソードオフガスが燃焼排ガスと共にタンク42へ送られる。   The combustion exhaust gas is discharged from the combustor 40 to the combustion exhaust gas pipe P10. The combustion exhaust gas is sent to the tank 42 through the third heat exchange unit 34 and the vaporizer 12. The water vapor contained in the combustion exhaust gas is cooled in the path from the vaporizer 12 to the tank 42 or in the tank 42, condensed, and stored in the tank 42. Other combustion exhaust gas is discharged from the tank 42. The second cathode off separation pipe P12-2 is joined to the combustion exhaust gas pipe P10 on the upstream side of the third heat exchanging section 34, and the bypass cathode off gas is sent to the tank 42 together with the combustion exhaust gas.

本実施形態の燃料電池システム10Aによれば、第2カソードオフガス管P12は、2つに分岐されているので、燃焼器40へ供給される第2カソードオフガスの流量は少なくなる。したがって、燃焼空間における可燃性ガスの濃度の低下を抑制して、燃焼器40での燃焼用アノードオフガスの燃焼性の低下を抑制することができる。   According to the fuel cell system 10A of this embodiment, since the second cathode offgas pipe P12 is branched into two, the flow rate of the second cathode offgas supplied to the combustor 40 is reduced. Therefore, the fall of the combustibility of the combustor 40 can be suppressed by suppressing the fall of the density | concentration of the combustible gas in a combustion space.

また、第2カソードオフ分離管P12−2は燃焼器40よりも下流側の燃焼排ガス管P10と合流されるので、燃焼排ガスと共に迂回カソードオフガスを第3熱交換部34での熱交換用に用いることができる。   Further, since the second cathode off separation pipe P12-2 joins with the combustion exhaust gas pipe P10 on the downstream side of the combustor 40, the bypass cathode off gas is used for heat exchange in the third heat exchanging section 34 together with the combustion exhaust gas. be able to.

また、本実施形態の燃料電池システム10Aは、第1燃料電池スタック16と第2燃料電池スタック18のアノードについて、アノードガス流れが直列に接続された多段式の燃料電池システムである。さらに、水凝縮により燃料再生を実施しているため、燃料電池システム全体での燃料ガス利用率を高く設定できることから、後段の第2燃料電池スタック18のアノード18Aから送出されるアノードオフガスは、特に可燃性ガスの濃度が低くなることがある。そのため、本発明を有効に適用することができる。   The fuel cell system 10A of the present embodiment is a multistage fuel cell system in which anode gas flows are connected in series with respect to the anodes of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18. Further, since fuel regeneration is performed by water condensation, the fuel gas utilization rate in the entire fuel cell system can be set high, and therefore the anode off-gas sent from the anode 18A of the second fuel cell stack 18 at the subsequent stage is particularly The concentration of combustible gas may be low. Therefore, the present invention can be applied effectively.

また、本実施形態では、燃料電池システム10Aを例に説明したが、その他の燃焼システムにも本発明は適用可能である。特に、燃料電池システムでは、アノード16A、18A、カソード16B、18Bへは、燃料電池(第1燃料電池スタック16、第2燃料電池スタック18)での発電を考慮した量の燃料ガスと空気が各々供給される。したがって、アノードオフガスとカソードオフガスとの割合は、燃焼用としてはアンバランスになりやすい。そのため、本発明により、可燃性ガス(水素、一酸化炭素等)に対する酸素や窒素の過剰割合を有効に緩和することができる。   In the present embodiment, the fuel cell system 10A has been described as an example, but the present invention can also be applied to other combustion systems. In particular, in the fuel cell system, the anodes 16A and 18A, and the cathodes 16B and 18B each receive fuel gas and air in amounts that take into account the power generation in the fuel cells (the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18). Supplied. Therefore, the ratio of anode off gas to cathode off gas tends to be unbalanced for combustion. Therefore, according to the present invention, the excess ratio of oxygen and nitrogen to combustible gas (hydrogen, carbon monoxide, etc.) can be effectively reduced.

なお、本実施形態では、第1燃料電池スタック16のカソード16Bから第2燃料電池スタック18のカソード18Bへ空気が供給されるように直列に接続されている例について説明したが、空気供給部46からカソード16Bとカソード18Bの両方へ供給されるように並列に接続されていてもよい。その場合には、カソード16Bからのカソードオフガスまたはカソード18Bからのカソードオフガスのどちらか一方を燃焼器40へ供給し、他方を燃焼器40の下流側の燃焼排ガス管P10と接続させることができる。また、カソード16Bからのカソードオフガスとカソード18Bからのカソードオフガスを一旦合流させ、その下流側で分岐させても良い。   In the present embodiment, an example in which air is connected in series so that air is supplied from the cathode 16B of the first fuel cell stack 16 to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18 has been described. May be connected in parallel so as to be supplied to both the cathode 16B and the cathode 18B. In that case, either the cathode off gas from the cathode 16B or the cathode off gas from the cathode 18B can be supplied to the combustor 40, and the other can be connected to the combustion exhaust pipe P10 on the downstream side of the combustor 40. Alternatively, the cathode off gas from the cathode 16B and the cathode off gas from the cathode 18B may be merged once and branched downstream thereof.

[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図2には、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システム10Bが示されている。燃料電池システム10Bは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第2燃料電池スタック18を有していない、循環式である点が異なっている。   FIG. 2 shows a fuel cell system 10B according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell system 10B is different from the fuel cell system 10A described in the first embodiment in that it does not have the second fuel cell stack 18 and is a circulation type.

第1カソードオフガス管P6の一端は、第1燃料電池スタック16のカソード16Bに接続され、第1カソードオフガス管P6の他端は、燃焼器40と接続される第1カソードオフ燃焼導入管P6−1と、燃焼排ガス管P10と接続される第1カソードオフ分離管P6−2に分流器V2で分岐されている。なお、第1カソードオフ分離管P6−2は、必ずしも燃焼器40と第3熱交換部34の間で燃焼排ガス管P10と合流される必要はなく、第3熱交換部34の下流側でも、その他の位置での合流でもよい。また、分流器V2に代えてオリフィスなどで分流してもよい。   One end of the first cathode offgas pipe P6 is connected to the cathode 16B of the first fuel cell stack 16, and the other end of the first cathode offgas pipe P6 is connected to the combustor 40. 1 and a first cathode off separation pipe P6-2 connected to the combustion exhaust gas pipe P10 are branched by a flow divider V2. The first cathode off separation pipe P6-2 does not necessarily need to be joined with the combustion exhaust gas pipe P10 between the combustor 40 and the third heat exchange section 34, and even on the downstream side of the third heat exchange section 34, It may be merged at other positions. Further, instead of the flow divider V2, the flow may be divided by an orifice.

また、再生燃料ガス管P9の一端は分離部20と接続され、再生燃料ガス管P9の他端は、燃焼器40と接続される配管P11と、配管P3と接続される循環配管P9−2に分流器V3で分岐されている。本実施形態では、分流器V3は、第2熱交換器32の上流側に設けられているが、第2熱交換器32の下流側に設けてもよい。循環配管P9−2の下流端は、配管P3と改質器14の上流側で合流されている。なお、循環配管P9−2の下流端は、配管P3と改質器14の下流側で合流されてもよい。   Further, one end of the regenerated fuel gas pipe P9 is connected to the separation unit 20, and the other end of the regenerated fuel gas pipe P9 is connected to a pipe P11 connected to the combustor 40 and a circulation pipe P9-2 connected to the pipe P3. It is branched by the shunt V3. In the present embodiment, the flow divider V <b> 3 is provided on the upstream side of the second heat exchanger 32, but may be provided on the downstream side of the second heat exchanger 32. The downstream end of the circulation pipe P9-2 is joined on the upstream side of the pipe P3 and the reformer 14. Note that the downstream end of the circulation pipe P9-2 may be joined on the downstream side of the pipe P3 and the reformer 14.

本実施形態でも、多段式であることの効果を除き、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態の燃料電池システム10Bは、循環式であるため、燃料ガスを再利用しない場合と比較してアノードオフガス中の可燃性ガス濃度は低い。したがって、本発明を有効に適用することができる。   Also in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained except for the effect of being a multistage type. Further, since the fuel cell system 10B of the present embodiment is a circulation type, the combustible gas concentration in the anode off-gas is low as compared with the case where the fuel gas is not reused. Therefore, the present invention can be applied effectively.

[第3実施形態]
次に本発明の第3実施形態について説明する。なお、第1、2実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st, 2 embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図3には、本発明の第3実施形態に係る燃料電池システム10Cが示されている。燃料電池システム10Cは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第1燃料電池スタック16と並列に配置された第3燃料電池スタック17を有している点が異なっている。   FIG. 3 shows a fuel cell system 10C according to a third embodiment of the present invention. The fuel cell system 10C is different from the fuel cell system 10A described in the first embodiment in that it includes a third fuel cell stack 17 arranged in parallel with the first fuel cell stack 16. .

第3燃料電池スタック17の基本構成は第1燃料電池スタック16と同様であり、アノード16Aに対応するアノード17A、及びカソード16Bに対応するカソード17Bを有している。改質器14に接続された燃料ガス管P4は、分岐部B4で燃料ガス管P4−2と分岐されている。燃料ガス管P4はアノード16Aと接続され、改質器14からアノード16Aへ燃料ガスを供給する。燃料ガス管P4−2はアノード17Aと接続され、改質器14からアノード17Aへ燃料ガスを供給する。アノード17Aには、アノードオフガス管P7が接続され、アノードオフガス管P7−2は、アノードオフガス管P7と第2熱交換部32の上流側の合流部B5で合流されている。アノード17Aからは、使用済のアノードオフガスが送出され、アノードオフガス管P7−2、P7を経て、分離部20へ流入される。 The basic configuration of the third fuel cell stack 17 is the same as that of the first fuel cell stack 16, and includes an anode 17A corresponding to the anode 16A and a cathode 17B corresponding to the cathode 16B. The fuel gas pipe P4 connected to the reformer 14 is branched from the fuel gas pipe P4-2 at the branching section B4. The fuel gas pipe P4 is connected to the anode 16A and supplies fuel gas from the reformer 14 to the anode 16A. The fuel gas pipe P4-2 is connected to the anode 17A and supplies fuel gas from the reformer 14 to the anode 17A. An anode offgas pipe P7 is connected to the anode 17A, and the anode offgas pipe P7-2 is joined at the junction B5 upstream of the anode offgas pipe P7 and the second heat exchange section 32. From the anode 17A, the used anode off gas is sent out and flows into the separation unit 20 through the anode off gas pipes P7-2 and P7.

カソード17Bには、第3熱交換部34の下流側で空気供給管P8から分岐部B6で分岐された空気供給管P8−2が接続されている。カソード17Bへは、酸化ガス管P8−2を介して空気が供給される。カソード17Bから排出されたカソードオフガスは、燃焼カソードオフガス管P6−3に送出され、燃焼排ガス管P10と合流される。   An air supply pipe P8-2 branched from the air supply pipe P8 at the branch part B6 is connected to the cathode 17B on the downstream side of the third heat exchange part 34. Air is supplied to the cathode 17B via the oxidizing gas pipe P8-2. The cathode offgas discharged from the cathode 17B is sent to the combustion cathode offgas pipe P6-3 and merged with the combustion exhaust pipe P10.

本実施形態の燃料電池システム10Cでも、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Even in the fuel cell system 10C of the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

さらに、本実施形態では、カソード17Bから排出されたカソードオフガスを、燃焼排ガス管P10へ直接送るので、カソードオフガス路に分岐路を設けることなく簡易な構成で第2カソードオフガスの流量を少なくすることができる。   Further, in the present embodiment, the cathode off gas discharged from the cathode 17B is directly sent to the combustion exhaust gas pipe P10. Therefore, the flow rate of the second cathode off gas can be reduced with a simple configuration without providing a branch path in the cathode off gas path. Can do.

なお、本実施形態では、第1燃料電池スタック16のカソード16Bから第2燃料電池スタック18のカソード18Bへ空気が供給されるように直列に接続されている例について説明したが、空気供給部46からカソード16B、17B、18Bの各々へ空気が供給されるように並列に接続されていてもよい。その場合には、カソード16B、カソード17B、カソード18Bの各々からのカソードオフガス管の少なくとも1つを燃焼器40と接続し、他を燃焼器40の下流側の燃焼排ガス管P10と接続させることができる。一例として、カソード16B、17Bからのカソードオフガス管を燃焼排ガス管P10と接続させ、カソード18Bからのカソードオフガス管を燃焼器40と接続させることができる。他の例として、カソード16B、17Bからのカソードオフガス管を燃焼器40と接続させ、カソード18Bからのカソードオフガス管を燃焼排ガス管P10と接続させることができる。   In the present embodiment, an example in which air is connected in series so that air is supplied from the cathode 16B of the first fuel cell stack 16 to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18 has been described. May be connected in parallel so that air is supplied to each of the cathodes 16B, 17B, and 18B. In that case, at least one of the cathode off-gas pipes from each of the cathode 16B, the cathode 17B, and the cathode 18B is connected to the combustor 40, and the other is connected to the combustion exhaust pipe P10 on the downstream side of the combustor 40. it can. As an example, the cathode offgas pipes from the cathodes 16B and 17B can be connected to the combustion exhaust gas pipe P10, and the cathode offgas pipes from the cathode 18B can be connected to the combustor 40. As another example, the cathode offgas pipes from the cathodes 16B and 17B can be connected to the combustor 40, and the cathode offgas pipe from the cathode 18B can be connected to the combustion exhaust pipe P10.

[第4実施形態]
次に本発明の第4実施形態について説明する。なお、第1−3実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1-3 embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図4には、本発明の第4実施形態に係る燃料電池システム10Dが示されている。燃料電池システム10Dは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第2カソードオフガス管P12が2つに分岐されておらず、第2カソードオフ分離管P12−2を有していない点が異なっている。   FIG. 4 shows a fuel cell system 10D according to a fourth embodiment of the present invention. Compared to the fuel cell system 10A described in the first embodiment, the fuel cell system 10D has the second cathode off-gas pipe P12 that is not branched into two and has a second cathode off-separation pipe P12-2. Not different.

本実施形態の燃焼器40は、バーナ50を備えている。バーナ50は、図4に示されるように、燃料路管52、酸素含有ガス本路管54を備えている。バーナ50は、筐体56内に配置されている。筐体56は、燃焼器40の外板を構成する直方体の箱状とされており、鋼板製で、内部に燃焼空間40Rが形成されている。   The combustor 40 of this embodiment includes a burner 50. As shown in FIG. 4, the burner 50 includes a fuel path pipe 52 and an oxygen-containing gas main path pipe 54. The burner 50 is disposed in the housing 56. The casing 56 is in the shape of a rectangular parallelepiped box that constitutes the outer plate of the combustor 40, is made of a steel plate, and has a combustion space 40R formed therein.

燃料路管52は、上流側が管状とされ、配管P11と接続されており、筐体56を貫通して筐体56の内部に挿入されている。燃料路管52の下流端には、放出部58が形成されている。放出部58は、直方体の箱状とされ、箱の内部に燃料路管52の上流側よりも断面が拡大された放出前空間58Aが形成されている。放出部58には、配管P11から送出された燃焼用アノードオフガスが流れ込む。放出部58の下流端、即ち燃焼用アノードオフガスの放出端(以下「燃料放出端58C」と称する)側には、複数の放出孔58Bが形成されている。放出孔58Bから燃焼用アノードオフガスが放出される。   The upstream side of the fuel path pipe 52 is tubular and is connected to the pipe P <b> 11. The fuel path pipe 52 passes through the casing 56 and is inserted into the casing 56. A discharge portion 58 is formed at the downstream end of the fuel passage tube 52. The discharge portion 58 has a rectangular parallelepiped box shape, and a pre-discharge space 58A having a cross-section enlarged from the upstream side of the fuel path pipe 52 is formed inside the box. The combustion anode off-gas sent from the pipe P11 flows into the discharge portion 58. A plurality of discharge holes 58B are formed at the downstream end of the discharge portion 58, that is, at the discharge end of the combustion anode off gas (hereinafter referred to as “fuel discharge end 58C”). The combustion anode off-gas is discharged from the discharge hole 58B.

酸素含有ガス本路管54は、第2カソードオフガス管P12と接続されており、燃料路管52の外周に形成されている。燃料路管52と酸素含有ガス本路管54により、燃料路管52を内側に配置した二重管53が構成されている。酸素含有ガス本路管54は、筐体56内と連通されている。   The oxygen-containing gas main pipe 54 is connected to the second cathode off-gas pipe P <b> 12 and is formed on the outer periphery of the fuel path pipe 52. The fuel path pipe 52 and the oxygen-containing gas main path pipe 54 constitute a double pipe 53 in which the fuel path pipe 52 is disposed inside. The oxygen-containing gas main pipe 54 communicates with the inside of the housing 56.

酸素含有ガス本路管54は、放出部58よりも上流側で終端している。本実施形態では、筐体56への入口で終端し、燃料路管52が筐体56内に開口している。放出部58の外周には、燃焼酸素路60が形成されている。燃焼酸素路60は、放出部58から離間されて放出部58を囲むように配置された分離壁60Aと放出部58との間に形成されている。分離壁60Aの上流端と酸素含有ガス本路管54の終端との間には、離間部59が形成されている。離間部59は、燃焼空間40Rに開放されており、酸素含有ガス本路管54内の流路と燃焼酸素路60とが非連続とされている。   The oxygen-containing gas main pipe 54 is terminated upstream of the discharge part 58. In this embodiment, it terminates at the entrance to the housing 56, and the fuel path pipe 52 opens into the housing 56. A combustion oxygen passage 60 is formed on the outer periphery of the discharge portion 58. The combustion oxygen passage 60 is formed between the separation wall 60 </ b> A and the discharge portion 58 disposed so as to be separated from the discharge portion 58 and surround the discharge portion 58. A separation portion 59 is formed between the upstream end of the separation wall 60 </ b> A and the end of the oxygen-containing gas main pipe 54. The separation portion 59 is open to the combustion space 40R, and the flow path in the oxygen-containing gas main pipe 54 and the combustion oxygen path 60 are discontinuous.

分離壁60Aの下流端は放出部58の下流端よりも下流側に延出されており、分離壁60Aには放出部58の下流端に対応する部分から開口を絞るように、即ち、燃焼酸素路60の延出方向から見て、分離壁60Aで囲まれる予混合空間62の内側に傾斜された、酸素放出端60Bが形成されている。酸素放出端60Bの端縁により、開口60Cが形成されている。酸素放出端60Bと燃料放出端58Cとの間には、予混合空間62が形成されている。予混合空間62には、放出孔58Bから放出された燃焼用アノードオフガスが流入すると共に、燃焼酸素路60から放出された燃焼用カソードオフガスが流入する。燃焼用アノードオフガスと燃焼用カソードオフガスは、予混合空間62で混合され、開口60Cから燃焼空間40Rへ放出される。   The downstream end of the separation wall 60A extends downstream from the downstream end of the discharge portion 58, and the separation wall 60A has an opening narrowed from a portion corresponding to the downstream end of the discharge portion 58, that is, combustion oxygen. When viewed from the extending direction of the channel 60, an oxygen release end 60B is formed which is inclined inside the premixing space 62 surrounded by the separation wall 60A. An opening 60C is formed by the edge of the oxygen release end 60B. A premix space 62 is formed between the oxygen discharge end 60B and the fuel discharge end 58C. Combustion anode off-gas released from the discharge hole 58B flows into the premix space 62, and combustion cathode off-gas released from the combustion oxygen passage 60 flows into the premix space 62. The combustion anode off-gas and the combustion cathode off-gas are mixed in the premixing space 62 and discharged from the opening 60C to the combustion space 40R.

開口60Cの下流側には、着火部70が設けられており、着火部70による着火により、開口60C下流側付近で燃焼用アノードオフガスが燃焼される。この燃焼が生じる部分が燃焼部である。   An ignition unit 70 is provided on the downstream side of the opening 60 </ b> C, and the combustion anode off-gas is combusted in the vicinity of the downstream side of the opening 60 </ b> C by ignition by the ignition unit 70. A portion where this combustion occurs is a combustion portion.

分離壁60Aと筐体56の間には、燃焼空間40Rの一部で酸素含有ガス分離路64が形成されている。酸素含有ガス分離路64は、離間部59で酸素含有ガス本路管54からの酸素含有ガス分離路64側へ流れた分離カソードオフガスを、酸素放出端60Bよりも下流側、即ち、燃料放出端58Cから酸素放出端60Bよりも離れた位置までガイドする。酸素放出端60Bと隣接する下流側を、分離放出部66と称する。分離放出部66は、燃焼酸素路60よりも燃料放出端58Cから離れている。   Between the separation wall 60A and the housing 56, an oxygen-containing gas separation path 64 is formed in a part of the combustion space 40R. The oxygen-containing gas separation path 64 allows the separated cathode off-gas that has flowed from the oxygen-containing gas main pipe 54 to the oxygen-containing gas separation path 64 side at the separation portion 59 downstream of the oxygen discharge end 60B, that is, the fuel discharge end. Guide from 58C to a position further away from the oxygen release end 60B. A downstream side adjacent to the oxygen release end 60 </ b> B is referred to as a separation release unit 66. The separation / release part 66 is further away from the fuel discharge end 58 </ b> C than the combustion oxygen path 60.

次に、本実施形態のバーナ50の動作について説明する。   Next, operation | movement of the burner 50 of this embodiment is demonstrated.

アノード18Aからの燃焼用アノードオフガスは、燃料路管52へ導入された後、放出前空間58Aへ導かれ、放出孔58Bから予混合空間62へ放出される。酸素含有ガス本路管54へ導入されたカソードオフガスは、燃焼空間40Rへ送出され、一部が燃焼用カソードオフガスとして燃焼酸素路60へ流入し、予混合空間62へ送られる。予混合空間62では、燃焼用アノードオフガスと燃焼用カソードオフガスが混合され、開口60Cから燃焼空間40Rへ放出されて開口60C下流側付近に燃焼点を形成しつつ燃焼される。   The combustion anode off-gas from the anode 18A is introduced into the fuel path pipe 52, then guided to the pre-discharge space 58A, and discharged from the discharge hole 58B to the premixing space 62. The cathode off gas introduced into the oxygen-containing gas main pipe 54 is sent to the combustion space 40R, and part of the cathode off gas flows into the combustion oxygen passage 60 as the combustion cathode off gas and is sent to the premixing space 62. In the premix space 62, the combustion anode off gas and the combustion cathode off gas are mixed, discharged from the opening 60C to the combustion space 40R, and burned while forming a combustion point near the downstream side of the opening 60C.

一方、酸素含有ガス本路管54へ導入されたカソードオフガスは、一部が分離カソードオフガスとして離間部59から酸素含有ガス分離路64へ流入し、分離放出部66を経て燃焼空間40Rの下流側へ送られる。分離カソードオフガスは、燃焼空間40Rにおいて、開口60C下流側付近で燃焼されなかった燃焼用アノードオフガスの燃焼を助ける。   On the other hand, a part of the cathode off-gas introduced into the oxygen-containing gas main pipe 54 flows into the oxygen-containing gas separation path 64 from the separation portion 59 as a separation cathode off-gas, passes through the separation discharge portion 66, and is downstream of the combustion space 40R. Sent to. The separated cathode off-gas assists combustion of the combustion anode off-gas that has not been burned near the downstream side of the opening 60C in the combustion space 40R.

また、本実施形態のバーナ50では、第2カソードオフガスが2つに分岐され、燃焼空間40R内に導入された第2カソードオフガス燃焼用の一部のみが燃焼用アノードオフガスと混合される。したがって、予混合空間62へ供給される燃焼用カソードオフガスの流量は少なくなる。したがって、予混合空間62における可燃性ガスの濃度の低下を抑制して、燃焼器40での燃焼用アノードオフガスの燃焼性の低下を抑制することができる。   Further, in the burner 50 of the present embodiment, the second cathode off gas is branched into two, and only a part for the second cathode off gas combustion introduced into the combustion space 40R is mixed with the combustion anode off gas. Therefore, the flow rate of the combustion cathode off gas supplied to the premixing space 62 is reduced. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the concentration of the combustible gas in the premix space 62 and to suppress a decrease in the combustibility of the combustion anode off-gas in the combustor 40.

また、予混合空間62で燃焼用アノードオフガスと燃焼用カソードオフガスとを混合させて燃焼させることにより、燃焼性を向上させることができる。   Further, by mixing and burning the combustion anode off-gas and the combustion cathode off-gas in the premixing space 62, the combustibility can be improved.

また、第2カソードオフガスの分離は、離間部59から酸素含有ガス分離路64へ流入させることにより、簡易な構成で容易に行うことができる。   Further, the separation of the second cathode off-gas can be easily performed with a simple configuration by flowing into the oxygen-containing gas separation path 64 from the separation portion 59.

また、バーナ50は、放出部58が設けられているので、燃焼用アノードオフガスを予混合空間62へ均一に放出することができる。   In addition, since the burner 50 is provided with the discharge portion 58, the combustion anode off-gas can be discharged uniformly into the premixing space 62.

また、燃料路管52と酸素含有ガス本路管54により、燃料路管52を内側に配置した二重管53が構成されているので、燃焼用アノードオフガスを燃焼エリアの中心部から放出させることができる。   Further, since the fuel pipe 52 and the oxygen-containing gas main pipe 54 constitute a double pipe 53 having the fuel path pipe 52 disposed inside, the combustion anode off-gas is discharged from the center of the combustion area. Can do.

また、本実施形態では、放出部58の外周に分離壁60Aを設けることにより簡易な構成で燃焼酸素路60と酸素含有ガス分離路64を構成することができる。   In the present embodiment, the combustion oxygen path 60 and the oxygen-containing gas separation path 64 can be configured with a simple configuration by providing the separation wall 60A on the outer periphery of the discharge portion 58.

また、本実施形態では、分離壁60Aの下流端に酸素放出端60Bが形成されており、酸素放出端60Bは、開口を絞るように内側に傾斜されている。したがって、燃焼酸素路60から放出される燃焼用カソードオフガスは、酸素放出端60Bにより予混紡空間の内側に集められ、燃焼用アノードオフガスと良好に混合され、燃焼性を向上させることができる。   In the present embodiment, the oxygen release end 60B is formed at the downstream end of the separation wall 60A, and the oxygen release end 60B is inclined inward so as to narrow the opening. Therefore, the combustion cathode off-gas released from the combustion oxygen passage 60 is collected inside the premixed spinning space by the oxygen release end 60B, and is well mixed with the combustion anode off-gas, thereby improving the combustibility.

また、本実施形態では、筐体56の内部の燃焼空間40Rに分離放出部66が形成されている。したがって、燃焼されずに開口60Cよりも下流側へ送出された可燃性ガス(燃焼用アノードオフガスに含まれるメタン等)の燃焼を助けることができる。   In the present embodiment, a separation / release part 66 is formed in the combustion space 40 </ b> R inside the housing 56. Therefore, it is possible to assist the combustion of the combustible gas (such as methane contained in the combustion anode off-gas) that is sent to the downstream side of the opening 60C without being burned.

また、本実施形態では、箱状の筐体56を例に説明したが、筐体は他の形状でもよい。一例として、筐体を円筒状にすることができる。筐体を円筒状にする場合には、放出前空間58A、分離壁60A等についても円筒状となる。   In the present embodiment, the box-shaped housing 56 has been described as an example, but the housing may have other shapes. As an example, the housing can be cylindrical. When the casing is cylindrical, the pre-release space 58A, the separation wall 60A, and the like are also cylindrical.

なお、本実施形態では、燃料電池システム10Dの燃焼器40での燃焼に、バーナ50を用いたが、バーナ50は、第1−第3実施形態の燃料電池システム10A−10Cに用いてもよい。また、本実施形態のバーナ50は、燃料電池システム以外の燃焼用として用いてもよい。   In the present embodiment, the burner 50 is used for combustion in the combustor 40 of the fuel cell system 10D. However, the burner 50 may be used for the fuel cell systems 10A-10C of the first to third embodiments. . Further, the burner 50 of the present embodiment may be used for combustion other than the fuel cell system.

さらに、本発明は、前述の第1〜第4実施形態に限定されず、本発明の技術的思想内で、当業者によって、前述の各実施形態を組み合わせて実施される。また、本発明において、例えば、熱交換器の設置位置、組み合わせなどはこれらの実施形態に限定されない。また、ガス、水などの各種流体の加熱及び冷却には熱交換器以外の手段を用いてもよい。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described first to fourth embodiments, and is implemented by a person skilled in the art in combination with the above-described embodiments within the technical idea of the present invention. Moreover, in this invention, the installation position of a heat exchanger, a combination, etc. are not limited to these embodiment, for example. Moreover, you may use means other than a heat exchanger for the heating and cooling of various fluids, such as gas and water.

また、燃料電池システム10A、10B、10Cでは、改質器14を備えたものを例として説明したが、改質器を有さず、燃料ガスを燃料電池スタックへ供給するものであってもよい。アノードが直列に接続される燃料電池スタックの数も、2個、3個に限定されず、4個以上が接続されるものであってもよい。 Further, in the fuel cell systems 10A, 10B, and 10C, the example provided with the reformer 14 has been described as an example. . The number of fuel cell stacks to which the anodes are connected in series is not limited to two or three, but four or more may be connected.

さらに、燃料電池システム10A、10B、10Cでは、分離部20は、アノードオフガスから水蒸気を凝縮により分離するものとして説明したが、分離膜など他の手段で水蒸気を分離してもよい。また、水蒸気以外のガス、例えば二酸化炭素を除去するものであってもよい。 Furthermore, in the fuel cell systems 10A, 10B, and 10C, the separation unit 20 has been described as separating the water vapor from the anode off gas by condensation, but the water vapor may be separated by other means such as a separation membrane. Moreover, gas other than water vapor, for example, carbon dioxide may be removed.

また、本発明は、燃料電池システム以外の、エンジンシステムでの燃焼部分などにも適用することができる。 The present invention can also be applied to a combustion part in an engine system other than the fuel cell system.

10A、10B、10C 燃料電池システム(燃焼システム)
16 第1燃料電池スタック(燃料電池、第1燃料電池)
16A、17A、18A アノード
16B、17B、18B カソード
17 第3燃料電池スタック(燃料電池、第1燃料電池)
18 第2燃料電池スタック(燃料電池、第2燃料電池)
20 分離部、 40 燃焼器(燃焼部)
50 バーナ(燃焼装置)、 52 燃料路管(燃料路)、 53 二重管
54 酸素含有ガス本路管(酸素含有ガス本路)
56 筐体、 58 放出部、 58A 放出前空間、 58C 燃料放出端
59 離間部、 60 燃焼酸素路、 60A 分離壁
60B 酸素放出端、 60C 開口、 62 予混合空間
64 酸素含有ガス分離路、 66 分離放出部、 P11 配管(燃料路)
P12 カソードオフガス管(本流路)
P12−1 第2カソードオフ燃焼導入管(燃焼酸素路)
P12−2 第2カソードオフ分離管(酸素含有ガス分離路)
10A, 10B, 10C Fuel cell system (combustion system)
16 First fuel cell stack (fuel cell, first fuel cell)
16A, 17A, 18A Anode 16B, 17B, 18B Cathode 17 Third fuel cell stack (fuel cell, first fuel cell)
18 Second fuel cell stack (fuel cell, second fuel cell)
20 separation unit, 40 combustor (combustion unit)
50 burner (combustion device), 52 fuel path pipe (fuel path), 53 double pipe 54 oxygen-containing gas main pipe (oxygen-containing gas main path)
56 housing, 58 discharge section, 58A space before discharge, 58C fuel discharge end 59 separation section, 60 combustion oxygen path, 60A separation wall 60B oxygen discharge end, 60C opening, 62 premix space 64 oxygen-containing gas separation path, 66 separation Release part, P11 piping (fuel path)
P12 Cathode off-gas pipe (main flow path)
P12-1 Second cathode off combustion introduction pipe (combustion oxygen path)
P12-2 Second cathode off separator (Oxygen-containing gas separator)

Claims (15)

燃料ガスを燃焼部へ導く燃料路と、
酸素含有ガスを前記燃焼部へ向かって送出する本流路と、前記本流路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃焼部へ導く燃焼酸素路と、前記燃焼部よりも上流から前記本流路を流れる前記酸素含有ガスの一部を燃焼酸素路よりも前記燃焼部から離れた位置へ導く酸素含有ガス分離路と、
を備えた燃焼システム。
A fuel path for guiding the fuel gas to the combustion section;
A main flow path for sending oxygen-containing gas toward the combustion section, a combustion oxygen path for guiding a part of the oxygen-containing gas flowing through the main flow path to the combustion section, and the main flow path from the upstream side of the combustion section An oxygen-containing gas separation path for leading a part of the flowing oxygen-containing gas to a position farther from the combustion section than the combustion oxygen path;
With combustion system.
前記酸素含有ガス分離路は、前記本流路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃焼部よりも下流側へ導く、請求項1に記載の燃焼システム。   The combustion system according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas separation path guides a part of the oxygen-containing gas flowing through the main flow path to a downstream side of the combustion unit. アノードへ供給される燃料ガスとカソードへ供給される酸素含有ガスとにより発電する燃料電池を備え、
前記燃料路は、前記アノードからのアノードオフガスを前記燃焼部へ供給するアノードオフガス管で構成され、前記燃焼酸素路は、前記カソードからのカソードオフガスを前記燃焼部へ供給する、カソードオフガス管で構成されている、請求項1または請求項2に記載の燃焼システム。
Comprising a fuel cell that generates electric power from a fuel gas supplied to the anode and an oxygen-containing gas supplied to the cathode;
The fuel path is configured by an anode offgas pipe that supplies anode offgas from the anode to the combustion section, and the combustion oxygen path is configured by a cathode offgas pipe that supplies cathode offgas from the cathode to the combustion section. The combustion system according to claim 1 or 2, wherein
前記燃料電池は、第1燃料電池と、前記第1燃料電池のアノードオフガスを燃料ガスとしてアノードへ供給される第2燃料電池と、を含む多段式とされている、請求項3に記載の燃焼システム。   4. The combustion according to claim 3, wherein the fuel cell is a multistage type including a first fuel cell and a second fuel cell that is supplied to the anode using the anode off-gas of the first fuel cell as a fuel gas. 5. system. 前記アノードオフガス管は、前記第2燃料電池のアノードから前記燃焼部へアノードオフガスを供給する第2アノードオフガス管で構成され、
前記カソードオフガス管は、前記第2燃料電池のカソードから前記燃焼部へカソードオフガスを供給する第2カソードオフガス管、または、前記第1燃料電池のカソードから前記燃焼部へ前記カソードオフガスを供給する第1カソードオフガス管、の一方で構成され、
前記酸素含有ガス分離路は、第2カソードオフガス管または前記第1カソードオフガス管の他方で構成されている、
請求項4に記載の燃焼システム。
The anode offgas pipe is composed of a second anode offgas pipe that supplies anode offgas from the anode of the second fuel cell to the combustion section;
The cathode offgas pipe supplies the cathode offgas from the cathode of the second fuel cell to the combustion section, or supplies the cathode offgas from the cathode of the first fuel cell to the combustion section. One cathode off-gas pipe,
The oxygen-containing gas separation path is constituted by the other of the second cathode offgas pipe or the first cathode offgas pipe.
The combustion system according to claim 4.
前記アノードオフガス管は、前記アノードオフガスの一部を前記燃料電池のアノードへ再供給する循環分岐管を備えた、請求項3に記載の燃焼システム。   The combustion system according to claim 3, wherein the anode offgas pipe includes a circulation branch pipe that re-feeds a part of the anode offgas to the anode of the fuel cell. 燃料ガスを燃焼部へ導き、前記燃料ガスを放出させる燃料放出端を有する燃料路と、
酸素含有ガスを前記燃焼部へ向かって送出する酸素含有ガス本路と、
前記酸素含有ガス本路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃料放出端へ導き、前記酸素含有ガスを放出させる酸素放出端を有する燃焼酸素路と、
前記酸素含有ガス本路を流れる前記酸素含有ガスの一部を前記燃焼酸素路よりも前記燃料放出端から離れた分離放出部へ分離する酸素含有ガス分離路と、
を備えた燃焼装置。
A fuel path having a fuel discharge end for guiding the fuel gas to the combustion section and releasing the fuel gas;
An oxygen-containing gas main path for sending an oxygen-containing gas toward the combustion section;
A combustion oxygen path having an oxygen discharge end for guiding a part of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas main path to the fuel discharge end and releasing the oxygen-containing gas;
An oxygen-containing gas separation path that separates a part of the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas main path into a separation and discharge portion that is farther from the fuel discharge end than the combustion oxygen path;
Combustion device equipped with.
前記燃料路は、前記燃料放出端に、断面積が拡大された放出前空間と前記燃料ガスを吐出する複数の放出孔が形成された放出部、を有している、請求項7に記載の燃焼装置。   8. The fuel path according to claim 7, wherein the fuel passage has a pre-release space with an enlarged cross-sectional area and a discharge portion formed with a plurality of discharge holes for discharging the fuel gas at the fuel discharge end. Combustion device. 前記酸素含有ガス本路と前記燃焼酸素路とは、互いに前記酸素含有ガスの流れ方向に離間して前記酸素含有ガスが流出可能となる離間部を有し、前記酸素含有ガス分離路は、前記離間部から前記酸素含有ガスの一部を分離する、請求項7または請求項8に記載の燃焼装置。   The oxygen-containing gas main path and the combustion oxygen path are spaced apart from each other in the flow direction of the oxygen-containing gas so that the oxygen-containing gas can flow out, and the oxygen-containing gas separation path includes the The combustion apparatus according to claim 7 or 8, wherein a part of the oxygen-containing gas is separated from the separation portion. 前記燃料路と前記酸素含有ガス本路とにより、前記燃料路の外側に前記酸素含有ガス本路が配置される二重管が構成されている、請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の燃焼装置。   10. The double pipe in which the oxygen-containing gas main path is disposed outside the fuel path is constituted by the fuel path and the oxygen-containing gas main path. The combustion apparatus as described in. 前記燃焼酸素路は、前記燃料路と離間して前記燃料路の外側を囲みつつ前記酸素含有ガス分離路と前記燃焼酸素路とを区画する分離壁を含んで構成されている、請求項7〜請求項10のいずれか1項に記載の燃焼装置。   The combustion oxygen path includes a separation wall that separates the oxygen-containing gas separation path and the combustion oxygen path from the fuel path and surrounds the outside of the fuel path. The combustion device according to claim 10. 前記酸素放出端に囲まれて、前記燃料放出端と前記酸素放出端との間に予混合空間が形成されている、請求項7〜請求項11のいずれか1項に記載の燃焼装置。   The combustion apparatus according to any one of claims 7 to 11, wherein a premix space is formed between the fuel discharge end and the oxygen discharge end, surrounded by the oxygen discharge end. 前記燃焼酸素路の前記酸素放出端は、前記予混合空間の内側に傾斜している、請求項12に記載の燃焼装置。   The combustion apparatus according to claim 12, wherein the oxygen discharge end of the combustion oxygen passage is inclined inward of the premixing space. 前記燃焼部及び前記分離放出部は、燃焼空間を形成する筐体内に配置されている、請求項7〜請求項13のいずれか1項に記載の燃焼装置。   The combustion apparatus according to any one of claims 7 to 13, wherein the combustion section and the separation / release section are disposed in a casing that forms a combustion space. 請求項7〜14のいずれか1項に記載の燃焼装置と、
アノードへ供給される燃料ガスとカソードへ供給される酸素含有ガスとにより発電する燃料電池と、
前記アノードからの前記燃料ガスを前記燃料路へ導くアノードオフガス管と、
前記カソードからの前記酸素含有ガスを前記酸素含有ガス本路へ導くカソードオフガス管と、
を備えた燃料電池システム。
The combustion apparatus according to any one of claims 7 to 14,
A fuel cell that generates electricity using a fuel gas supplied to the anode and an oxygen-containing gas supplied to the cathode;
An anode offgas pipe for guiding the fuel gas from the anode to the fuel path;
A cathode offgas pipe for guiding the oxygen-containing gas from the cathode to the oxygen-containing gas main line;
A fuel cell system comprising:
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