JP2022031103A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】改質器に対して改質反応に必要な熱を確保すると共に、燃料電池スタックの温度上昇を抑制してその耐久性の向上を図る。【解決手段】燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器と、燃料電池スタックからの排出ガスを燃焼する燃焼器と、を備える。燃焼器は、燃料電池スタックと離間して設置される。改質器は、燃焼器と熱伝達可能に接触して設置された第１改質器と、第１改質器と離間すると共に燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置された第２改質器と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックの上に配置された改質器と、改質器の上に配置された燃焼器と、燃料電池セルスタック，改質器および燃焼器を覆う断熱体と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、改質器は、燃料電池スタックと燃焼器との間に配置され且つ熱交換可能とされており、改質器の改質反応に必要な熱を燃料電池スタックおよび燃焼器の両側から受けることができる。これにより、改質器からの熱の拡散を抑制し、改質器を効率的に加熱して燃料電池システムの発電効率を向上させることができるとしている。

特開２０１７－２１６０６５号公報

上述した燃料電池システムでは、燃料電池セルスタック，改質器および燃焼器のそれぞれのユニット間に隙間があり、授熱量が限定されてしまう。また、燃料電池セルスタック，改質器および燃焼器は、断熱体に覆われているため、改質器を加熱するために燃焼器の発熱量を上げると、燃料電池スタックも授熱し、燃料電池スタックの温度上昇によって耐久性が低下するおそれが生じる。

本発明の燃料電池システムは、改質器に対して改質反応に必要な熱を確保すると共に、燃料電池スタックの温度上昇を抑制してその耐久性の向上を図ることを主目的とする。

本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の燃料電池システムは、
燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、
原燃料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池スタックからの排出ガスを燃焼する燃焼器と、
を備える燃料電池システムであって、
前記燃焼器は、前記燃料電池スタックと離間して設置され、
前記改質器は、前記燃焼器と熱伝達可能に接触して設置された第１改質器と、前記第１改質器と離間すると共に前記燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置された第２改質器と、を有する、
ことを要旨とする。

この本発明の燃料電池システムでは、改質器を、互いに離間する複数の改質器（第１改質器，第２改質器）で構成し、第１改質器を、燃焼器と熱伝達可能に接触して設置し、第２改質器を、燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置する。これにより、第１改質器は、燃焼器の燃焼熱により加熱され、第２改質器は、燃料電池スタックの発電により生じる熱により加熱されるため、改質反応に必要な熱が不足しないようにすることができる。また、燃焼器は燃料電池スタックと離間して設置されるため、燃料電池スタックの温度上昇を抑制してその耐久性を向上させることができる。

こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、前記第２改質器からの燃料ガスの供給を受けて発電する第１燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックからのオフガスの供給を受けて発電する第２燃料電池スタックと、を有し、前記燃焼器には、前記第２燃料電池スタックを通過したオフガスが供給され、前記第２改質器は、前記第１燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置されるものとしてもよい。こうすれば、燃料利用率を高めて燃料電池システムの発電効率を向上させつつ、オフガスの減少により改質器において不足する熱を第１燃料電池スタックの発電により生じる熱で賄うことができる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記第１改質器と前記燃焼器とは、金属製のケースにより一体的に構成されているものとしてもよい。こうすれば、燃焼器により第１改質器を効率良く加熱することができる。

さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、前記第２改質器の改質触媒がアノードに組み込まれた内部改質方式の燃料電池スタックを含むものとしてもよい。こうすれば、燃料電池スタックと第２改質器との熱交換を促進して第２改質器を効率良く加熱することができると共に燃料電池スタックの温度上昇を抑制してその耐久性を向上させることができる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、前記第２改質器をアノード同士で挟み込むように設置された複数の燃料電池スタックを有するものとしてもよい。こうすれば、燃料電池スタックの発電により生じる熱により第２改質器を効率良く加熱することができる。

本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 他の実施形態における内部改質式の燃料電池スタックの概略構成図である。 他の実施形態における発電モジュールを含む燃料電池システムの概略構成図である。 流量配分調整処理の一例を示すフローチャートである。 分配比設定用マップの一例を示す説明図である。

本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。図示するように、燃料電池システム１は、アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する第１燃料電池スタック２０と第１燃料電池スタック２０のオフガスとカソードガス（空気）とに基づいて発電する第２燃料電池スタック３０とを含む発電モジュール１０と、発電モジュール１０にアノードガスの原料となる原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置（図示せず）と、発電モジュール１０に原燃料ガスからアノードガスへ水蒸気改質するのに必要な改質水を供給する改質水供給装置（図示せず）と、発電モジュール１０（第１燃料電池スタック２０および第２燃料電池スタック３０）にカソードガスとしての空気を供給する空気供給装置（図示せず）と、を備える。

発電モジュール１０は、第１燃料電池スタック２０および第２燃料電池スタック３０の他に、気化器４２や第１改質器４３、第２改質器４４、燃焼器４５なども備える。これらは、モジュールケース１１に収容されている。

第１燃料電池スタック２０は、酸化ジルコニウム等の電解質２１と当該電解質２１を挟持するアノード電極２２およびカソード電極２３とを有する固体酸化物形の燃料電池スタックとして構成される。第２燃料電池スタック３０も、同様の電解質３１とアノード電極３２およびカソード電極３３とを有する固体酸化物形の燃料電池スタックとして構成される。

気化器４２は、燃焼器４５からの熱により原燃料ガス供給装置からの原燃料ガスと改質水供給装置からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器４２により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器４２から当該気化器４２に隣接する第１改質器４３に流入する。

第１改質器４３は、その内部に充填された例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有する外部改質器として構成されるものであり、燃焼器４５からの熱の存在下で、改質触媒による気化器４２からの混合ガスの反応（水蒸気改質反応）によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、第１改質器４３は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応（一酸化炭素シフト反応）によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、第１改質器４３によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気を含むアノードガスおよび未改質の原燃料ガス（部分改質ガス）が生成されることになる。第１改質器４３により生成された部分改質ガスは、第２改質器４４に流入する。

第２改質器４４は、第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２と同一材料により一体化された例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有する内部改質器として構成されるものであり、第１燃料電池スタック２０からの熱の存在下で、部分改質ガス中の未改質の原料ガスを改質触媒による反応（水蒸気改質反応）によってアノードガスに改質する。第１改質器４３と第２改質器４４とによって生成されたアノードガスは、第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２へ供給される。

また、第１燃料電池スタック２０のカソード電極２３には、空気供給装置からカソードガスとしての空気が供給される。カソード電極２３では、酸化物イオンが生成され、当該酸化物イオンが電解質２１を透過してアノード電極２２で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。第１燃料電池スタック２０において電気化学反応（発電）に使用されなかったアノードガス（以下、「アノードオフガス」という）は、燃料再生装置５０に供給され、電気化学反応（発電）に使用されなかったカソードガス（以下、「カソードオフガス」という）は、燃焼器４５に供給される。

燃料再生装置５０は、膜分離により第１燃料電池スタック２０から流入したアノードオフガス（水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気）から二酸化炭素および水蒸気を分離・除去する。燃料再生装置５０により二酸化炭素および水蒸気が分離・除去された後のアノードオフガスの残留ガスである水素および一酸化炭素は、第２燃料電池スタック３０のアノード電極３２へ供給される。なお、燃料再生装置５０は、膜分離以外の手法によって二酸化炭素および水蒸気を分離するものとしてもよいし、燃料再生装置５０を省略し、二酸化炭素および水蒸気を分離しないものとしてもよい。

また、第２燃料電池スタック３０のカソード電極３３には、空気供給装置からカソードガスとしての空気が供給される。カソード電極３３では、同様に、酸化物イオンが生成され、当該酸化物イオンが電解質２１を透過してアノード電極２２で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。第２燃料電池スタック３０のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、それぞれ燃焼器４５へ供給される。

燃焼器４５は、第１燃料電池スタック２０および第２燃料電池スタック３０として離間して設置される。この燃焼器４５は、金属製のケース４１により気化器４２および第１改質器４３と一体化されると共に内部に点火ヒータを有する。燃焼器４５に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、燃焼器４５に流入した酸素を含むカソードオフガスと混合される。着火ヒータにより点火させられてアノードオフガスが着火すると、当該アノードオフガスの燃焼により、気化器４２での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、第１改質器４３での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、燃焼器４５では、アノードオフガスの燃料により燃焼排ガスが生成され、生成された燃焼排ガスは、空気供給装置からカソード電極２３，３３への空気供給管に設置された熱交換器４６を通過し、当該空気供給管内を流れる空気を加熱してモジュールケース１１外へ排出される。なお、本実施形態の燃料電池システム１は、貯湯タンクを備え、モジュールケース１１外へ排出された燃焼排ガスとの熱交換により湯水を加熱して貯湯タンクに貯湯するコージェネレーションシステムとして構成されてもよい。

こうして構成された本実施形態の燃料電池システム１では、原燃焼ガスから水蒸気改質されたアノードガスとカソードガスとにより発電する第１燃料電池スタック２０と、第１燃料電池スタック２０のアノードオフガスとカソードオフガスとにより発電する第２燃料電池スタック３０と、を備えており、これにより、アノードオフガスを発電に再利用しないものに比して、燃料利用率を大幅に高めることができ、発電効率を向上させることができる。一方で、燃料利用率を高めると、燃焼器４５で燃焼に使用されるアノードオフガスが減少するから、水蒸気改質に必要な熱を確保することが困難となる。そこで、本実施形態では、原燃焼ガスからアノードガスに改質する改質器として、２つの改質器（第１改質器４３、第２改質器４４）を設置するものとし、上流側の第１改質器４３（外部改質器）の水蒸気改質反応に必要な熱を燃焼器４５でのアノードオフガスの燃焼により供給し、下流側の第２改質器４４（内部改質器）の水蒸気改質反応に必要な熱を第１燃料電池スタック２０の発電により生じる熱（ジュール熱）により供給する。これにより、燃料電池スタック（第１燃料電池スタック２０、第２燃料電池スタック３０）の燃料利用率を高めつつ、原燃料ガスからアノードガスへの水蒸気改質反応に必要な熱を十分に確保することができる。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、オフガスを燃焼する燃焼器４５を燃料電池スタック（第１燃料電池スタック２０および第２燃料電池スタック３０）から離間して設置し、水蒸気改質する改質器を、複数の改質器（第１改質器４３，第２改質器４４）により構成して、一方の第１改質器４３を、燃焼器４５と熱伝達可能に接触して配置し、他方の第２改質器４４を、第１改質器４３から離間させると共に第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２と熱伝達可能に接触して配置する。第１改質器４３は燃焼器４５の燃焼により生じる熱により加熱され、第２改質器４４は第１燃料電池スタック２０の発電により生じる熱（ジュール熱）により加熱されるため、水蒸気改質反応に必要な熱が不足しないようにすることができる。また、燃焼器４５は第１燃料電池スタック２０から離間して設置されるため、第１燃料電池スタック２０の温度上昇を抑制してその耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態の燃料電池システム１では、第１改質器４３と燃焼器４５とは、金属製のケース４１により一体的に構成されているため、燃焼器４５により第１改質器４３を効率良く加熱することができる。

さらに、本実施形態の燃料電池システム１では、第１燃料電池スタック２０は、第２改質器４４の改質触媒がアノード電極２２に組み込まれた内部改質方式の燃料電池スタックとして構成されるため、第２改質器４４と第１燃料電池スタック２０との熱交換を促進して第２改質器４４を効率良く加熱することができると共に第１燃料電池スタック２０の温度上昇を抑制してその耐久性を向上させることができる。

上述した実施形態では、燃料電池システム１は、２つの燃料電池スタック（第１燃料電池スタック２０および第２燃料電池スタック３０）を有するものとしたが、改質器が少なくとも１つの燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置されているものであれば、燃料電池スタックの数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。例えば、図２に示すように、それぞれ電解質２１ａ，２１ｂとアノード電極２２ａ，２２ｂとカソード電極２３ａ，２３ｂとを有すると共に互いのアノード電極２２ａ，２２ｂが向かい合う２つの燃料電池スタック２０ａ，２０ｂを備え、第２改質器４４は、アノード電極２２ａ，２２ｂ同士に挟み込まれるように設置されてもよい。これにより、２つの燃料電池スタック２０ａ，２０ｂにより第２改質器４４を効率良く加熱することができる。

上述した実施形態では、第２改質器４４は、第１燃料電池スタック２０に組み込まれた内部改質器として構成されるものとした。しかし、第１燃料電池スタック２０と熱伝達可能に接触して設置されるものであれば、内部改質器として構成されるものに限られず、外部改質器として構成されてもよい。

上述した実施形態では、第２改質器４４は、第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２と同じ材料により形成された改質触媒を有するものとした。しかし、アノード電極２２と異なる材料により形成された改質触媒を有するものとしてもよい。

次に、他の実施形態における発電モジュールを含む燃料電池システムについて説明する。図３は、他の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。なお、図中、他の実施形態における燃料電池システムの構成のうち本実施形態と同一の構成については同一の符号を付した。他の実施形態における燃料電池システムは、第１燃料電池スタック２０と第２燃料電池スタック３０とを含む発電モジュール１１０と、原燃料ガス供給装置と、改質水供給装置と、空気供給装置と、制御装置１６０とを備える。発電モジュール１１０は、図示するように、本実施形態における燃料電池システム１と同様の第１燃料電池スタック２０および第２燃料電池スタック３０の他に、気化器１４２と、１つの改質器１４３と、第１燃焼器１４４および第２燃焼器１４５と、混合器１４６と、分配弁１４７と、を備える。

気化器１４２は、第１燃焼器１４４と熱伝達可能に接触して設置され、第１燃焼器１４４からの熱の存在下で、原燃料ガスを予熱すると共に水蒸気を蒸発させて水蒸気を生成する。予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、１つの改質器１４３へ供給される。気化器１４２には、当該気化器１４２の温度（気化器温度Ｔ１）を検出する温度センサ１６１が設置されている。

改質器１４３は、外部改質器として構成されるものであり、第２燃焼器１４５と熱伝達可能に接触した設置され、第２燃焼器１４５からの熱の存在下で、気化器１４２から流入する混合ガスの反応（水蒸気改質反応）によって水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気を含むアノードガスを生成する。改質器１４３により生成されたアノードガスは、第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２へ供給される。改質器１４３には、当該改質器１４３の温度（改質器温度Ｔ２）を検出する温度センサ１６２が設置されている。また、第１燃料電池スタック２０のカソード電極２３には、カソードガスが供給される。これにより、第１燃料電池スタック２０において電気化学反応が生じ、電気エネルギが得られる。第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２からのアノードオフガスは、空気供給装置からカソード電極２３，３３への空気供給管に設置された第１熱交換器（図示せず）を通過し、当該空気供給管内を流れる空気を加熱してから燃料再生装置５０へ供給される。また、第１燃料電池スタック２０のカソード電極２３からのカソードオフガスは、混合器１４６へ供給される。混合器１４６は、改質器１４３と熱伝達できるように接触した状態で設置されている。

燃料再生装置５０に流入したアノードオフガスは、燃料再生装置５０によってオフガス中に含まれる二酸化炭素や水蒸気が除去された後、第２燃料電池スタック３０のアノード電極３２へ供給される。この際、アノードオフガスは、第１燃料電池スタック２０のアノード電極２２から燃料再生装置５０へのオフガス配管に設置された第２熱交換器（図示せず）を通過し、当該オフガス配管内を流れるアノードオフガスを加熱する。また、第２燃料電池スタック３０のカソード電極３３には、カソードガスが供給される。これにより、第２燃料電池スタック３０において電気化学反応が生じ、電気エネルギが得られる。他の実施形態の燃料電池システムでは、本実施形態の燃料電池システム１と同様に、第１燃料電池スタック２０のアノードオフガスを用いて第２燃料電池スタック３０で発電することで、燃料利用率を大幅に高めて発電効率を向上させることができる。第２燃料電池スタック３０からのアノードオフガスおよびカソードオフガスは、混合器１４６へ供給される。

混合器１４６に流入したアノードオフガスおよびカソードオフガスは、当該混合器１４６において混合され、その混合オフガスは、分配弁１４７を介して第１燃焼器１４４と第２燃焼器１４５とに分配される。そして、第１燃焼器１４４に分配された混合オフガスが燃焼することにより、気化器１４２での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成に必要な熱が発生することとなる。また、第２燃焼器１４５に分配された混合オフガスが燃焼することにより、改質器１４３での水蒸気改質反応に必要な熱が発生することとなる。なお、第２燃焼器１４５でのオフガスの燃焼により生成される燃焼排ガスは、上述した空気供給管の第１熱交換器よりも下流側に設置された第３熱交換器（図示せず）を通過し、当該空気供給管内を流れる空気を加熱してからモジュールケース外へ排出される。

分配弁１４７は、図示しない駆動モータにより回動されるロータリ式の弁機構を備え、第１燃焼器１４４側の弁開度と第２燃焼器１４５側の弁開度とを調整することにより、第１燃焼器１４４へ供給される混合オフガスと第２燃焼器１４５へ供給される混合オフガスとの流量配分を調整する。

制御装置１６０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成される。制御装置１６０には、温度センサ１６１からの気化器温度Ｔ１や温度センサ１６２からの改質器温度Ｔ２などが入力され、制御装置１６０からは、原燃料ガス供給装置や改質水供給装置、空気供給装置、分配弁１４７（駆動モータ）などへの制御信号などが出力される。

次に、混合オフガスの流量配分を調整する際の動作について説明する。図４は、制御装置１６０により実行される流量配分調整処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池システムが起動したときに実行される。

流量配分調整処理が実行されると、制御装置１６０のＣＰＵは、まず、温度センサ１６１からの気化器温度Ｔ１と温度センサ１６２からの改質器温度Ｔ２とを入力し（ステップＳ１００）、入力した気化器温度Ｔ１が所定温度α１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、所定温度α１は、気化器１４２で改質水を十分に蒸発させるのに必要な温度範囲の下限値であり、例えば、１００℃に定められる。気化器温度Ｔ１が所定温度α１以上であると判定すると、気化器温度Ｔ１および改質器温度Ｔ２に基づいて分配比Ｄを設定し（ステップＳ１２０）、設定した分配比に基づいて分配弁１４７（駆動モータ）を制御して（ステップＳ１３０）、ステップＳ１００に戻る。分配比Ｄの設定は、例えば、気化器温度Ｔ１および改質器温度Ｔ２と分配比Ｄとの関係を実験などにより予め求めて分配比設定用マップとして記憶しておき、気化器温度Ｔ１および改質器温度Ｔ２が与えられると、マップから対応する分配比Ｄを導出することにより行なわれる。

図５は、分配比設定用マップの一例を示す説明図である。分配比設定用マップとして複数のマップを有し、分配比Ｄの設定は、改質器温度Ｔ２に応じて複数のマップから選択したマップを用いて行なわれる。図５（ａ）は、改質器温度Ｔ２が所定温度β１（例えば、５００℃）以上のときに用いられる第１マップを示し、図５（ｂ）は、改質器温度Ｔ２が所定温度β１未満かつ所定温度β２（例えば、４５０℃）以上であるときに用いられる第２マップを示し、図５（ｃ）は、改質器温度Ｔ２が所定温度β２未満であるときに用いられる第３マップを示す。

第１マップでは、図５（ａ）に示すように、気化器温度Ｔ１が所定温度α３（例えば、２００℃）以上の温度範囲において、流量配分が第２燃焼器１４５側に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。また、気化器温度Ｔ１が所定温度α３未満かつ上述した所定温度α１以上の温度範囲において、気化器温度Ｔ１が低くなるにつれて第１燃焼器１４４側の流量配分が徐々に大きくなるように分配比Ｄが設定される。

第２マップでは、図５（ｂ）に示すように、気化器温度Ｔ１が所定温度α３以上の温度範囲において、流量配分が対象の温度範囲で第１マップよりも第２燃焼器１４５側に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。また、気化器温度Ｔ１が所定温度α３未満かつ所定温度α２（例えば、１５０℃）以上の温度範囲において、流量配分が所定温度α３以上の温度範囲よりも第１燃焼器１４４側に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。さらに、気化器温度Ｔ１が所定温度α２未満かつ所定温度α１以上の温度範囲において、流量配分が所定温度α３未満かつ所定温度α２以上の温度範囲よりも第１燃焼器１４４側に更に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。

第３マップでは、図５（ｃ）に示すように、気化器温度Ｔ１が所定温度α３以上の温度範囲において、流量配分が対象の温度範囲で第２マップよりも第２燃焼器１４５側に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。また、気化器温度Ｔ１が所定温度α３未満かつ所定温度α２以上の温度範囲において、流量配分が所定温度α３以上の温度範囲よりも第１燃焼器１４４側に大きくなり且つ対象の温度範囲で第２マップよりも第２燃焼器１４５側に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。さらに、気化器温度Ｔ１が所定温度α２未満かつ所定温度α１以上の温度範囲において、流量配分が所定温度α３未満かつ所定温度α２以上の温度範囲よりも第１燃焼器１４４側に更に大きくなり且つ対象の温度範囲において第２マップよりも第２燃焼器１４５側に大きい一定値となるように分配比Ｄが設定される。

このように、分配比Ｄは、気化器温度Ｔ１が低いほど第１燃焼器１４４側の流量配分が大きくなり、改質器温度Ｔ２が低いほど第２燃焼器１４５側の流量配分が大きくなるように設定される。燃料利用率を高めることで少なくなるアノードオフガスを気化器加熱用の第１燃焼器１４４と改質器加熱用の第２燃焼器１４５とに適切な分配比で分配することで、気化器１４２の温度と改質器１４３の温度とを良好にバランスさせることができ、水蒸気の生成に必要な熱や水蒸気改質反応に必要な熱を確保することが可能となる。

ステップＳ１１０において、気化器温度Ｔ１が所定温度α１以上でないと判定すると、気化器１４２の温度が異常低下していると判断し、システムを停止して（ステップＳ１４０）、流量配分調整処理を終了する。

このように、他の発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、改質水を蒸発させて水蒸気を生成する気化器と、前記気化器で生成された水蒸気により原燃料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、オフガスの燃焼により前記気化器を加熱する第１燃焼器と、オフガスの燃焼により前記改質器を加熱する第２燃焼器と、前記燃料電池スタックからのオフガスを調整可能な分配比で前記第１燃焼器と前記第２燃焼器とに分配する分配器と、を備えることを要旨とする。この発明の燃料電池システムでは、第１燃焼器と第２燃焼器とにそれぞれ分配するオフガスの分配比を調整することにより、少ないオフガスで気化器と改質器とをそれぞれ適温に加熱することができる。これにより、燃料電池スタックの燃料利用率を向上させて燃料電池システムの効率を向上させることが可能となる。こうした他の発明の燃料電池システムにおいて、前記気化器の温度を検出する第１温度センサと、前記改質器の温度を検出する第２温度センサと、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサによりそれぞれ検出される温度に基づいて前記分配器を制御する制御装置と、を備えるものとしてもよい。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、第１燃料電池スタック２０が「燃料電池スタック」に相当し、燃焼器４５が「燃焼器」に相当し、第１改質器４３が「第１改質器」に相当し、第２改質器４４が「第２改質器」に相当する。また、第２燃料電池スタック３０が「第２燃料電池スタック」に相当する。また、ケース４１が「ケース」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。

１ 燃料電池システム、１０，１１０ 発電モジュール、１１ モジュールケース、２０ 第１燃料電池スタック、２０ａ，２０ｂ 燃料電池スタック、２１，２１ａ，２１ｂ，３１ 電解質、２２，２２ａ，２２ｂ，３２ アノード電極、２３，２３ａ，２３ｂ，３３ カソード電極、３０ 第２燃料電池スタック、４１ ケース、４２，１４２ 気化器、４３ 第１改質器、４４ 第２改質器、４５ 燃焼器、４６ 熱交換器、５０ 燃料再生装置、１４３ 改質器、１４４ 第１燃焼器、１４５ 第２燃焼器、１４６ 混合器、１４７ 分配弁、１６０ 制御装置、１６１，１６２ 温度センサ。

Claims (5)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、
   原燃料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
   前記燃料電池スタックからの排出ガスを燃焼する燃焼器と、
   を備える燃料電池システムであって、
   前記燃焼器は、前記燃料電池スタックと離間して設置され、
   前記改質器は、前記燃焼器と熱伝達可能に接触して設置された第１改質器と、前記第１改質器と離間すると共に前記燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置された第２改質器と、を有する、
   燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池スタックは、前記第２改質器からの燃料ガスの供給を受けて発電する第１燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックからのオフガスの供給を受けて発電する第２燃料電池スタックと、を有し、
   前記燃焼器には、前記第２燃料電池スタックを通過したオフガスが供給され、
   前記第２改質器は、前記第１燃料電池スタックと熱伝達可能に接触して設置される、
   燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
   前記第１改質器と前記燃焼器とは、金属製のケースにより一体的に構成されている、
   燃料電池システム。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池スタックは、前記第２改質器の改質触媒がアノードに組み込まれた内部改質方式の燃料電池スタックを含む、
   燃料電池システム。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池スタックは、前記第２改質器をアノード同士で挟み込むように設置された複数の燃料電池スタックを有する、
   燃料電池システム。

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