JP6026691B1 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

【課題】燃焼電池セルスタックを高温に維持しつつ、複数の燃料電池セルスタック間での温度の不均一を抑制する燃料電池システムを提供する。【解決手段】第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック16で構成されるスタックユニット19の一方側には、燃焼器40の第1燃焼空間41Aが配置され、他方側には第2燃焼空間42Aが配置されている。スタックユニット19と燃焼器40とは熱交換可能とされている。【選択図】図1A fuel cell system that suppresses temperature non-uniformity among a plurality of fuel cell stacks while maintaining a combustion battery cell stack at a high temperature. A first combustion space 41A of a combustor 40 is disposed on one side of a stack unit 19 constituted by a first fuel cell stack 16 and a second fuel cell stack 16, and a first unit is disposed on the other side. Two combustion spaces 42A are arranged. The stack unit 19 and the combustor 40 can exchange heat. [Selection] Figure 1

Description

本発明は燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムには、複数の燃料電池セルスタックを有するものがある。例えば、複数の燃料電池セルスタックを多段化し、前段の燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガス中の未反応燃料を、後段の燃料電池セルスタックでの発電に使用する、発電効率の高いものが提案されている。このように、複数の燃料電池セルスタックを有する場合、例えば燃料電池セルスタックの負荷電流の制御方法によっては、発電時の電流が異なる場合がある。その場合は、燃料電池セルスタックからの発熱量が異なり、各々の燃料電池セルスタックの近傍において温度が不均一になる。この場合には、各燃料電池セルスタック間で、発電効率が異なってしまう。また、複数の燃料電池セルスタック間において負荷電流の制御方法を同じにしても、ガスの流量変化などにより燃料電池セルスタックの温度が不均一になると、発電性能が変わるだけでなく、発電可能な温度に達するまでの時間に差が生じることも考えられる。   Some fuel cell systems have a plurality of fuel cell stacks. For example, a plurality of fuel cell stacks are multi-staged, and unreacted fuel in the anode off-gas discharged from the preceding fuel cell stack is used for power generation in the subsequent fuel cell stack. Proposed. Thus, when it has a some fuel cell stack, the electric current at the time of electric power generation may differ depending on the control method of the load current of a fuel cell stack, for example. In that case, the amount of heat generated from the fuel cell stacks is different, and the temperature becomes nonuniform in the vicinity of each fuel cell stack. In this case, the power generation efficiency differs between the fuel cell stacks. Even if the load current control method is the same among a plurality of fuel cell stacks, if the temperature of the fuel cell stack becomes non-uniform due to changes in gas flow rate, etc., not only the power generation performance will change, but also power generation is possible. There may be a difference in the time to reach the temperature.

例えば、特許文献1では、燃料電池セルスタックの外周に燃焼部から排出された燃焼ガスを流動させるガス流路を設けて、燃焼電池セルスタックの温度バラツキを抑制している。また、特許文献1では、複数の燃料電池スタックを有しているが、多段に構成されているものではない。各々の燃料電池スタックから排出されたオフガスは、それぞれが燃焼に供され、オフガスを燃焼器や、燃焼器以外の部分に導く構成を有していない。   For example, in patent document 1, the gas flow path which flows the combustion gas discharged | emitted from the combustion part on the outer periphery of a fuel cell stack is provided, and the temperature variation of a combustion battery cell stack is suppressed. Moreover, in patent document 1, although it has several fuel cell stacks, it is not comprised by multistage. Each off gas discharged from each fuel cell stack is used for combustion, and does not have a configuration for guiding the off gas to a combustor or a portion other than the combustor.

特開2007−242565号公報JP 2007-242565 A

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、燃焼電池セルスタックを高温に維持しつつ、複数の燃料電池セルスタック間での温度の不均一を抑制する燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above facts, and provides a fuel cell system that suppresses temperature non-uniformity among a plurality of fuel cell stacks while maintaining the combustion cell stack at a high temperature. Objective.

請求項1記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを反応させて発電する第1燃料電池セルスタックと、前記第1燃料電池セルスタックと並んで配置され、空気と前記第1燃料電池セルスタックの燃料極から排出された第1アノードオフガスとを反応させて発電し、前記第1燃料電池セルスタックと共にスタックユニットを構成する第2燃料電池セルスタックと、前記第2燃料電池セルスタックから排出された第2アノードオフガスを燃焼させ、前記スタックユニットを挟んで、一方側に前記第1燃料電池セルスタック及び前記第2燃料電池セルスタックと熱交換可能な第1燃焼空間、他方側に前記第1燃料電池セルスタック及び前記第2燃料電池セルスタックと熱交換可能な第2燃焼空間、が形成された燃焼器と、を備えている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a first fuel cell stack that generates electric power by reacting fuel gas and air, and the first fuel cell stack arranged side by side. A second fuel cell stack that forms a stack unit together with the first fuel cell stack by generating power by reacting with the first anode off gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack, and the second fuel cell A first combustion space capable of exchanging heat with the first fuel cell stack and the second fuel cell stack on one side of the second anode off-gas discharged from the stack and sandwiching the stack unit, and the other side And a combustor in which a second combustion space capable of exchanging heat with the first fuel cell stack and the second fuel cell stack is formed. That.

請求項1に係る燃料電池システムでは、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックは、並んで配置され、スタックユニットを構成している。燃焼器では、第2アノードオフガスが燃焼する。そして、燃焼器は、スタックユニットを挟んで、一方側に第1燃焼空間が形成され、他方側に第2燃焼空間が形成されており、スタックユニットと熱交換可能とされている。   In the fuel cell system according to claim 1, the first fuel cell stack and the second fuel cell stack are arranged side by side to constitute a stack unit. In the combustor, the second anode off gas burns. In the combustor, a first combustion space is formed on one side and a second combustion space is formed on the other side across the stack unit, and heat exchange with the stack unit is possible.

このように、スタックユニットが第1燃焼空間と第2燃焼空間に挟まれた位置に配置され、熱交換可能とされているので、第1燃料電池セルスタック及び第2燃料電池セルスタックからの熱の放散を抑制して高温を維持することができると共に、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックでの温度の不均一を抑制することができる。   As described above, the stack unit is disposed at a position sandwiched between the first combustion space and the second combustion space, and heat exchange is possible. Therefore, heat from the first fuel cell stack and the second fuel cell stack can be obtained. Can be suppressed and temperature non-uniformity in the first fuel cell stack and the second fuel cell stack can be suppressed.

請求項2記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃焼器には、前記スタックユニットに沿って配置され前記第1燃焼空間と前記第2燃焼空間と連通させる第1連結空間が形成されている。   In the fuel cell system according to a second aspect of the present invention, the combustor is formed with a first connection space that is disposed along the stack unit and communicates with the first combustion space and the second combustion space. .

請求項2記載の発明に係る燃料電池システムでは、第1燃焼空間と第2燃焼空間と連通させる第1連結空間がスタックユニットに沿って配置されているので、スタックユニットからの熱の放散をより抑制することができる。   In the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, since the first connection space that communicates with the first combustion space and the second combustion space is disposed along the stack unit, heat dissipation from the stack unit is further reduced. Can be suppressed.

請求項3記載の発明に係る燃料電池システムは、前記第1連結空間は前記第1燃料電池セルスタック側に配置され、前記第2アノードオフガスの燃焼点は、前記第1燃焼空間の前記第2燃料電池セルスタック側に形成され、燃焼排ガスを排出させる燃焼排ガス管が、前記第2燃焼空間の前記第2燃料電池セルスタック側に形成されている。   In the fuel cell system according to claim 3, the first connection space is arranged on the first fuel cell stack side, and the combustion point of the second anode off gas is the second combustion gas in the first combustion space. A flue gas pipe that is formed on the fuel cell stack side and discharges flue gas is formed on the second fuel cell stack side of the second combustion space.

請求項3記載の発明に係る燃料電池システムでは、燃焼器において、第1燃焼空間の第2燃料電池セルスタック側に形成された燃焼点が高温になり、燃焼排ガスがこの燃焼点から第1燃料電池セルスタック側へ向かい、第1連結空間を通って第2燃焼空間へ移動する。そして、第2燃焼空間を第2燃料電池セルスタック側へ向かって移動し、第2燃料電池セルスタック側に形成されている燃焼排ガス管から排出される。燃焼器内の温度は、第1燃焼空間の第2燃料電池セルスタック側、第1燃焼空間の第1燃料電池セルスタック側、第2燃焼空間の第1燃料電池セルスタック側、第2燃焼空間の第2燃料電池セルスタック側、の順で低下する。第2燃料電池セルスタックについては、最も高温である第1燃焼空間の燃焼点と、最も低温である第2燃焼空間の燃焼排ガス管へ送出への排出直前の部分と隣接する。一方、第1燃料電池セルスタックについては、第1燃焼空間の燃焼点よりも下流部分と隣接し、第2燃焼空間では排出よりも上流部分と隣接する。   In the fuel cell system according to the third aspect of the present invention, in the combustor, the combustion point formed on the second fuel cell stack side of the first combustion space becomes a high temperature, and the combustion exhaust gas is discharged from the combustion point to the first fuel. It goes to the battery cell stack side and moves to the second combustion space through the first connection space. And it moves toward the 2nd fuel cell stack side in the 2nd combustion space, and is discharged from the flue gas pipe formed in the 2nd fuel cell stack side. The temperature in the combustor includes the second fuel cell stack side of the first combustion space, the first fuel cell stack side of the first combustion space, the first fuel cell stack side of the second combustion space, and the second combustion space. It decreases in order of the second fuel cell stack side. The second fuel cell stack is adjacent to the combustion point of the first combustion space having the highest temperature and the portion immediately before discharge to the exhaust gas pipe of the second combustion space having the lowest temperature. On the other hand, the first fuel cell stack is adjacent to the downstream portion from the combustion point of the first combustion space, and is adjacent to the upstream portion from the exhaust in the second combustion space.

したがって、第1燃料電池セルスタック、第2燃料電池セルスタックの各々が受け取る熱が平準化され、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックでの温度の不均一を抑制することができる。   Therefore, the heat received by each of the first fuel cell stack and the second fuel cell stack is leveled, and uneven temperature in the first fuel cell stack and the second fuel cell stack can be suppressed. .

請求項4記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃焼器には、前記第1燃焼空間及び前記第2燃焼空間を一部として構成され前記スタックユニットの外周を囲む外周空間が形成されている。   In the fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention, the combustor includes an outer peripheral space that includes the first combustion space and the second combustion space as a part and surrounds an outer periphery of the stack unit. .

請求項4記載の発明に係る燃料電池システムによれば、スタックユニットの外周が燃焼器に形成された外周空間で囲まれているので、第1燃料電池セルスタック及び第2燃料電池セルスタックからの熱の放散をより抑制して高温を維持することができる。   According to the fuel cell system of the fourth aspect of the invention, since the outer periphery of the stack unit is surrounded by the outer peripheral space formed in the combustor, the first fuel cell stack and the second fuel cell stack Heat dissipation can be further suppressed to maintain a high temperature.

請求項5記載の発明に係る燃料電池システムは、前記第2アノードオフガスの燃焼点は、前記第1燃焼空間の前記第1燃料電池セルスタックと前記第2燃料電池セルスタックの中間部に形成され、燃焼排ガスを排出させる燃焼排ガス管が、前記第2燃焼空間に形成されているものである。   In the fuel cell system according to claim 5, the combustion point of the second anode off gas is formed at an intermediate portion of the first fuel cell stack and the second fuel cell stack in the first combustion space. A combustion exhaust pipe for discharging combustion exhaust gas is formed in the second combustion space.

請求項5記載の発明に係る燃料電池システムでは、燃焼器内の温度は、第1燃焼空間の第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックの中間部の燃焼点が最も高温となり、第2燃焼空間の第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックの中間部の燃焼排ガスが排出される部分、即ち、燃焼排ガス管が形成されている部分が低温となる。したがって、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックの各々が受け取る熱が平準化され、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックでの温度の不均一を抑制することができる。   In the fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, the temperature in the combustor is the highest at the combustion point at the intermediate portion between the first fuel cell stack and the second fuel cell stack in the first combustion space. The portion where the combustion exhaust gas is discharged at the intermediate portion between the first fuel cell stack and the second fuel cell stack in the two combustion spaces, that is, the portion where the combustion exhaust pipe is formed becomes low temperature. Accordingly, the heat received by each of the first fuel cell stack and the second fuel cell stack is leveled, and uneven temperature in the first fuel cell stack and the second fuel cell stack can be suppressed. .

請求項6記載の発明に係る燃料電池システムは、前記第2燃焼空間には、燃焼排ガスの流路長を長くする仕切部材が設けられている、ことを特徴とする。   The fuel cell system according to a sixth aspect of the invention is characterized in that the second combustion space is provided with a partition member that lengthens the passage length of the combustion exhaust gas.

請求項6記載の発明に係る燃料電池システムでは、第1燃焼空間よりも燃焼点から遠い第2燃焼空間に、燃焼排ガスの流路長を長くする仕切部材が設けられている。したがって、仕切部材が設けられていない場合と比較して、第2燃焼空間とスタックユニットとの熱交換量を多くすることができる。   In the fuel cell system according to the sixth aspect of the present invention, the partition member that lengthens the flow path length of the combustion exhaust gas is provided in the second combustion space farther from the combustion point than the first combustion space. Therefore, the amount of heat exchange between the second combustion space and the stack unit can be increased compared to the case where no partition member is provided.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼電池セルスタックを高温に維持しつつ、複数の燃料電池セルスタック間での温度の不均一を抑制することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to suppress temperature nonuniformity among the plurality of fuel cell stacks while maintaining the combustion battery cell stack at a high temperature.

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1実施形態における放出部の例(A)〜(C)を示す図である。It is a figure which shows the example (A)-(C) of the discharge | release part in 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例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 the modification of 1st 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2実施形態における第1放出部、第2放出部の例(A)〜(C)を示す図である。It is a figure which shows the example (A)-(C) of the 1st discharge | release part in 2nd Embodiment, and a 2nd discharge | release part. 第2実施形態の変形例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 the modification of 2nd Embodiment.

[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態を詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本実施形態に係る燃料電池システム10Aの概略構成が示されている。本実施形態に係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燃料電池セルスタック16、第2燃料電池セルスタック18、及び、燃焼器40を備えている。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system 10A according to the present embodiment. The fuel cell system 10A according to the present embodiment includes a vaporizer 12, a reformer 14, a first fuel cell stack 16, a second fuel cell stack 18, and a combustor 40 as main components. .

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B1によりメタンが気化器12へ送出される。また、気化器12には、水供給管P2が接続されている。水供給管P2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から排出された燃焼排ガスG10の熱を用いることができる。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 B1. The vaporizer 12 is connected to a water supply pipe P2. Water (liquid phase) is sent from the water supply pipe P2 to the vaporizer 12 by the pump P. In the vaporizer 12, water is vaporized. For the vaporization, the heat of the combustion exhaust gas G10 discharged from the combustor 40 described later can be 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, 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.

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、後述する燃焼器40との熱交換により加熱される。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G1を生成する。改質器14には、燃料ガス管P4の一端が接続されている。燃料ガス管P4の他端は、燃料電池セルスタック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G1は、燃料ガス管P4を介してアノード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. The reformer 14 is heated by heat exchange with a combustor 40 described later. In the reformer 14, methane is reformed to generate a fuel gas G1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C. One end of a fuel gas pipe P4 is connected to the reformer 14. The other end of the fuel gas pipe P4 is connected to the anode (fuel electrode) 16A of the fuel cell stack 16. The fuel gas G1 generated by the reformer 14 is supplied to the anode 16A through the fuel gas pipe P4.

第1燃料電池セルスタック16は、固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、積層された複数の燃料電池セルを有している。第1燃料電池セルスタック16は、作動温度が650℃程度に設定されている。   The first fuel cell stack 16 is a solid oxide fuel cell stack (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) and has a plurality of stacked fuel cells. The operating temperature of the first fuel cell stack 16 is set to about 650 ° C.

第1燃料電池セルスタック16の個々の燃料電池セルは、電解質膜と、当該電解質膜の表裏面にそれぞれ積層されたアノード(燃料極)16A、及びカソード(空気極)16Bと、を有している。   Each fuel cell of the first fuel cell stack 16 includes an electrolyte membrane, and an anode (fuel electrode) 16A and a cathode (air electrode) 16B laminated on the front and back surfaces of the electrolyte membrane, respectively. Yes.

第1燃料電池セルスタック16のカソード16Bには、空気管P5の一端が接続され、空気管P5の他端には、ブロアB2が接続されている。ブロアB2から送出された空気G5は、空気管P5によって、カソード16Bへ供給される。なお、空気管P5を流通する空気G5は、後述する燃焼排ガスG10との間で熱交換を行って、加熱してもよい。   One end of an air pipe P5 is connected to the cathode 16B of the first fuel cell stack 16, and a blower B2 is connected to the other end of the air pipe P5. The air G5 sent from the blower B2 is supplied to the cathode 16B through the air pipe P5. The air G5 flowing through the air pipe P5 may be heated by exchanging heat with a combustion exhaust gas G10 described later.

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膜を通って第1燃料電池セルスタック16のアノード16Aに到達する。 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 membrane.

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

カソード16Bからは、カソードオフガスが排出される。 Cathode off-gas is discharged from the cathode 16B.

一方、第1燃料電池セルスタック16のアノード16Aでは、下記(2)式及び(3)式に示すように、電解質膜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、各燃料電池セルスタックにおいて発電される。また、各燃料電池セルスタックは、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 equations (2) and (3), oxygen ions that have passed through the electrolyte membrane react with hydrogen and carbon monoxide in the fuel gas. Water (steam) and 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, thereby generating electric power in each fuel cell stack. Each fuel cell stack 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)

アノード16Aには、アノードオフガス管P7の一端が並列接続されている。アノード16Aからアノードオフガス管P7へ、第1アノードオフガスG3が排出される。第1アノードオフガスG3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 in parallel to the anode 16A. The first anode off gas G3 is discharged from the anode 16A to the anode off gas pipe P7. The first anode off gas G3 contains unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and the like.

アノードオフガス管P7の他端は、後述する第2燃料電池セルスタック18のアノード18Aと接続されており、第1アノードオフガスG3はアノード18Aへ送出される。 The other end of the anode off gas pipe P7 is connected to an anode 18A of a second fuel cell stack 18 described later, and the first anode off gas G3 is sent to the anode 18A.

第2燃料電池セルスタック18は、第1燃料電池セルスタック16と同様の構成を有しており、アノード16Aに対応するアノード18Aと、カソード16Bに対応するカソード18Bを備えている。第2燃料電池セルスタック18では、第1燃料電池セルスタック16と同様の反応により、発電が行われる。第2燃料電池セルスタック18は第1燃料電池セルスタック16と並んで配置されており、第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18とでスタックユニット19が構成されている。スタックユニット19は、第1燃料電池セルスタック16及び第2燃料電池セルスタック18の各々が後述する燃焼器40の第1燃焼空間41A、第2燃焼空間42Aの各々との間で熱交換可能となっている。なお、当該熱交換は、輻射であってもよいし、伝熱材を介した伝熱であってもよい。   The second fuel cell stack 18 has the same configuration as the first fuel cell stack 16, and includes an anode 18A corresponding to the anode 16A and a cathode 18B corresponding to the cathode 16B. In the second fuel cell stack 18, power generation is performed by the same reaction as in the first fuel cell stack 16. The second fuel cell stack 18 is arranged side by side with the first fuel cell stack 16, and the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 constitute a stack unit 19. The stack unit 19 can exchange heat between each of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 with each of the first combustion space 41A and the second combustion space 42A of the combustor 40 described later. It has become. The heat exchange may be radiation or heat transfer through a heat transfer material.

燃焼器40は、スタックユニット19を挟んで一方側に配置された第1燃焼部41と他方側に配置された第2燃焼部42を備えている。第1燃焼部41及び第2燃焼部42は、各々金属製の箱状とされ、第1燃焼部41の内部に第1燃焼空間41Aが形成され、第2燃焼部42の内部に第2燃焼空間42Aが形成されている。第1燃焼部41と第2燃焼部42とは、第1燃料電池セルスタック16側の端部で第1連結部44を介して連結されている。第1連結部44は、スタックユニット19に沿って配置され、内部には、第1燃焼空間41A及び第2燃焼空間42Aの各々と連通する第1連結空間44Aが形成されている。   The combustor 40 includes a first combustion unit 41 disposed on one side of the stack unit 19 and a second combustion unit 42 disposed on the other side. The first combustion part 41 and the second combustion part 42 are each made of a metal box, the first combustion space 41A is formed inside the first combustion part 41, and the second combustion is inside the second combustion part 42. A space 42A is formed. The first combustion unit 41 and the second combustion unit 42 are connected via the first connection unit 44 at the end on the first fuel cell stack 16 side. The 1st connection part 44 is arrange | positioned along the stack unit 19, and the 1st connection space 44A connected with each of the 1st combustion space 41A and the 2nd combustion space 42A is formed in the inside.

第1燃焼部41の第2燃料電池セルスタック18側の端部には、カソードオフガス管P9−2の一端、及びアノードオフガス管P8の一端が接続されている。カソードオフガス管P9−2の他端は、カソード18Bに接続されている。第1燃焼部41には、第1燃焼空間41A内へカソードオフガスG9−2を放出する放出部45が形成されている。カソード18Bから排出されたカソードオフガスG9−2は、カソードオフガス管P9−2内を通り、放出部45から第1燃焼空間41Aへ放出される。   One end of the cathode offgas pipe P9-2 and one end of the anode offgas pipe P8 are connected to the end of the first combustion unit 41 on the second fuel cell stack 18 side. The other end of the cathode offgas pipe P9-2 is connected to the cathode 18B. The first combustion section 41 is formed with a discharge section 45 that discharges the cathode off gas G9-2 into the first combustion space 41A. The cathode offgas G9-2 discharged from the cathode 18B passes through the cathode offgas pipe P9-2 and is discharged from the discharge portion 45 to the first combustion space 41A.

アノードオフガス管P8の他端は、アノード18Aに接続されている。第1燃焼部41には、第1燃焼空間41A内へ第2アノードオフガスG8を放出する放出部46が形成されている。放出部46から放出された第2アノードオフガスG8中の未反応水素、一酸化炭素は、カソードオフガスG9−2中の酸素を支燃ガスとして、放出部46近傍を燃焼点として燃焼する。   The other end of the anode off gas pipe P8 is connected to the anode 18A. The first combustion section 41 is formed with a discharge section 46 that discharges the second anode off gas G8 into the first combustion space 41A. Unreacted hydrogen and carbon monoxide in the second anode off-gas G8 released from the discharge part 46 burn with oxygen in the cathode off-gas G9-2 as a combustion gas and the vicinity of the discharge part 46 as a combustion point.

なお、放出部45、46までの経路は、図2(A)に示されるように、第1燃焼部41の外側から放出部45、46までカソードオフガス管P9−2、第2アノードオフガス管P8を延在させてもよいし、図2(B)に示されるように、第1燃焼部41の内側にカソードオフガス管P9−2、第2アノードオフガス管P8を引き込んで放出部45、46まで延在させてもよい。さらに、図2(C)に示されるように、第1燃焼部41の内部にカソードオフガス管P9−2の流路43Aを設けて放出部45まで導き、第1燃焼部41の内部に第2アノードオフガス管P9−2の流路43Bを設けて放出部46まで導き第1燃焼空間41A内へ第2アノードオフガスG8を放出させてもよい。   As shown in FIG. 2A, the paths to the discharge parts 45 and 46 are the cathode offgas pipe P9-2 and the second anode offgas pipe P8 from the outside of the first combustion part 41 to the discharge parts 45 and 46. 2B, or as shown in FIG. 2B, the cathode offgas pipe P9-2 and the second anode offgas pipe P8 are drawn inside the first combustion section 41 to the discharge sections 45 and 46. It may be extended. Further, as shown in FIG. 2C, a flow path 43 </ b> A of the cathode offgas pipe P <b> 9-2 is provided inside the first combustion unit 41 and led to the discharge unit 45, and the second combustion is performed inside the first combustion unit 41. The flow path 43B of the anode off-gas pipe P9-2 may be provided so as to be led to the discharge portion 46 and to discharge the second anode off-gas G8 into the first combustion space 41A.

第2燃焼部42には、燃焼排ガス管P10が接続されている。燃焼排ガス管P10は、第2燃焼部42の第2燃料電池セルスタック18側の端部に接続されている。燃焼排ガス管P10から、燃焼排ガスG10が排出される。   A combustion exhaust pipe P <b> 10 is connected to the second combustion unit 42. The combustion exhaust gas pipe P10 is connected to the end of the second combustion unit 42 on the second fuel cell stack 18 side. The combustion exhaust gas G10 is discharged from 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.

ブロアB2により所定の流量で送出された空気G5は、カソード16Bへ供給され、発電に供された後、カソードオフガス管P9−1を経てカソードオフガスG9−1がカソード18Bへ送出される。カソードオフガスG9−1は、カソード18Bで発電に供され、カソード18BからカソードオフガスG9−2が排出される。カソードオフガスG9−2は、カソードオフガス管P9−2を経て燃焼器40の第1燃焼部41へ送出され、放出部45から第1燃焼空間41A内へ放出される。   The air G5 sent out at a predetermined flow rate by the blower B2 is supplied to the cathode 16B and used for power generation, and then the cathode offgas G9-1 is sent out to the cathode 18B via the cathode offgas pipe P9-1. Cathode off gas G9-1 is used for power generation at cathode 18B, and cathode off gas G9-2 is discharged from cathode 18B. The cathode offgas G9-2 is sent to the first combustion section 41 of the combustor 40 through the cathode offgas pipe P9-2, and is discharged from the discharge section 45 into the first combustion space 41A.

一方、ブロアB1により送出されたメタンは、気化器12へ供給される。また、気化器12には、ポンプPにより水(液相)が供給され、燃焼排ガス(不図示)により加熱される。これにより水は気化され、加熱されたメタンと水蒸気は配管P3を経て改質器14へ送出される。改質器14は、燃焼器40との熱交換により加熱され、メタンが燃料ガスG1へ改質される。燃料ガスG1は、燃料ガス管P4を経てアノード16Aへ供給され、発電に供される。アノード16Aからは、未反応の水素等の燃料を含む第1アノードオフガスG3が排出され、アノードオフガス管P7を経てアノード18Aへ供給される。第1アノードオフガスG3は、アノード18Aで発電に供され、アノード18Aから第2アノードオフガスG8が排出される。   On the other hand, the methane sent out by the blower B1 is supplied to the vaporizer 12. Further, the vaporizer 12 is supplied with water (liquid phase) by a pump P and is heated by combustion exhaust gas (not shown). Thereby, water is vaporized, and the heated methane and water vapor are sent to the reformer 14 through the pipe P3. The reformer 14 is heated by heat exchange with the combustor 40, and methane is reformed into the fuel gas G1. The fuel gas G1 is supplied to the anode 16A via the fuel gas pipe P4 and is used for power generation. From the anode 16A, the first anode offgas G3 containing fuel such as unreacted hydrogen is discharged and supplied to the anode 18A via the anode offgas pipe P7. The first anode off gas G3 is subjected to power generation at the anode 18A, and the second anode off gas G8 is discharged from the anode 18A.

第2アノードオフガスG8は、アノードオフガス管P8を経て燃焼器40の第1燃焼部41へ送出され、放出部46から第1燃焼空間41A内へ放出され、放出部46の近傍で燃焼する。これにより、放出部46近傍の温度が上昇する。燃焼排ガスG10は、第1燃焼空間41Aの第2燃料電池セルスタック18側から第1燃料電池セルスタック16側へ流れ、第1連結空間44Aを経て第2燃焼空間42Aへ流入する。そして、第2燃焼空間42Aの第1燃料電池セルスタック16側から第2燃料電池セルスタック18側へ流れ、燃焼排ガス管P10Aから排出される。燃焼器40内の温度は、燃焼排ガスG10の燃焼点に近い第1燃焼空間41Aの第2燃料電池セルスタック18側、第1燃焼空間41Aの第1燃料電池セルスタック16側、第2燃焼空間42Aの第1燃料電池セルスタック16側、第2燃焼空間42Aの第2燃料電池セルスタック18側、の順で低下する。   The second anode off gas G8 is sent to the first combustion section 41 of the combustor 40 through the anode off gas pipe P8, discharged from the discharge section 46 into the first combustion space 41A, and burns in the vicinity of the discharge section 46. Thereby, the temperature in the vicinity of the discharge part 46 rises. The combustion exhaust gas G10 flows from the second fuel cell stack 18 side of the first combustion space 41A to the first fuel cell stack 16 side, and flows into the second combustion space 42A through the first connection space 44A. And it flows from the 1st fuel cell stack 16 side of the 2nd combustion space 42A to the 2nd fuel cell stack 18 side, and is discharged from combustion exhaust pipe P10A. The temperatures in the combustor 40 are the first fuel space 41A side of the first combustion space 41A close to the combustion point of the combustion exhaust gas G10, the first fuel cell stack 16 side of the first combustion space 41A, and the second combustion space. It decreases in the order of the first fuel cell stack 16 side of 42A and the second fuel cell stack 18 side of the second combustion space 42A.

本実施形態では、スタックユニット19が第1燃焼空間41Aと第2燃焼空間42Aに挟まれた位置に配置されているので、第1燃料電池セルスタック及び第2燃料電池セルスタックからの熱の放散を抑制して高温を維持することができる。また、第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の各々が燃焼器40と熱交換されるので、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックでの温度の不均一を抑制することができる。   In this embodiment, since the stack unit 19 is disposed at a position sandwiched between the first combustion space 41A and the second combustion space 42A, heat dissipation from the first fuel cell stack and the second fuel cell stack. Can be suppressed and high temperature can be maintained. In addition, since each of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 is heat-exchanged with the combustor 40, the temperature unevenness in the first fuel cell stack and the second fuel cell stack is reduced. Can be suppressed.

また、本実施形態では、第1燃焼空間41Aと第2燃焼空間42Aと連通させる第1連結空間44Aがスタックユニット19に沿って配置されているので、スタックユニット19からの熱の放散をより抑制することができる。   Further, in the present embodiment, since the first connection space 44A that communicates with the first combustion space 41A and the second combustion space 42A is disposed along the stack unit 19, heat dissipation from the stack unit 19 is further suppressed. can do.

また、本実施形態では、第2燃料電池セルスタック18は、燃焼器40の最も高温である第1燃焼空間41Aの燃焼点近傍と、最も低温である第2燃焼空間42Aの燃焼排ガス管P10へ送出への排出直前の部分と隣接する。一方、第1燃料電池セルスタック16については、第1燃焼空間41Aとは燃焼点よりも下流部分と隣接し、第2燃焼空間とは排出よりも上流部分と隣接する。したがって、第1燃料電池セルスタック16、第2燃料電池セルスタック18の各々が受け取る熱が平準化され、第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18での温度の不均一を抑制することができる。   Further, in the present embodiment, the second fuel cell stack 18 is in the vicinity of the combustion point of the first combustion space 41A, which is the highest temperature of the combustor 40, and to the combustion exhaust pipe P10 of the second combustion space 42A, which is the lowest temperature. Adjacent to the part just before discharge to delivery. On the other hand, for the first fuel cell stack 16, the first combustion space 41A is adjacent to the downstream portion from the combustion point, and the second combustion space is adjacent to the upstream portion from the discharge. Therefore, the heat received by each of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 is leveled, and uneven temperature in the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 is suppressed. can do.

なお、第2燃焼部42の第2燃焼空間42Aには、図3に示されるように、仕切部材42Wを設けて、第1連結部44との接続部分から燃焼排ガス管P10との間の流路を長くしてもよい。このように、第2燃焼空間42A内の流路を長くすることにより、第1燃焼空間41Aよりも温度が低い第2燃焼空間42Aとスタックユニット19との熱交換量を多くすることができる。また、仕切部材42Wは、第2燃焼空間42Aの中の比較的低温部分である、第2燃料電池セルスタック18側のみに設けてもよい。   As shown in FIG. 3, the second combustion space 42 </ b> A of the second combustion unit 42 is provided with a partition member 42 </ b> W so that the flow between the connection portion with the first connection portion 44 and the combustion exhaust gas pipe P <b> 10. You may lengthen the road. Thus, by increasing the length of the flow path in the second combustion space 42A, the amount of heat exchange between the second combustion space 42A having a temperature lower than that of the first combustion space 41A and the stack unit 19 can be increased. The partition member 42W may be provided only on the second fuel cell stack 18 side, which is a relatively low temperature portion in the second combustion space 42A.

また、本実施形態では、放出部45、46、燃焼排ガス管P10を第2燃料電池セルスタック18側に設け、第1連結部44を第1燃料電池セルスタック16側に設けたが、放出部45、46、燃焼排ガス管P10を第1燃料電池セルスタック16側に設け、第1連結部44を第2燃料電池セルスタック18側に設けてもよい。さらに、本実施形態では、放出部45、46を第1燃焼部41に設け、燃焼排ガス管P10を第2燃焼部42に設けたが、放出部45、46を第2燃焼部42に設け、燃焼排ガス管P10を第1燃焼部42に設けてもよい。   In the present embodiment, the discharge portions 45 and 46 and the combustion exhaust pipe P10 are provided on the second fuel cell stack 18 side, and the first connection portion 44 is provided on the first fuel cell stack 16 side. 45, 46 and the flue gas pipe P10 may be provided on the first fuel cell stack 16 side, and the first connecting portion 44 may be provided on the second fuel cell stack 18 side. Further, in the present embodiment, the discharge parts 45 and 46 are provided in the first combustion part 41 and the combustion exhaust gas pipe P10 is provided in the second combustion part 42. However, the discharge parts 45 and 46 are provided in the second combustion part 42, The combustion exhaust pipe P <b> 10 may be provided in the first combustion unit 42.

また、本実施形態の燃料電池システム10Aは、第1燃料電池セルスタック16を前段、第2燃料電池セルスタック18を後段とする、2段の構成の例で説明したが、第2燃料電池セルスタック18の後段に別の燃料電池セルスタックを有する3段の構成、更に4段目の燃料電池セルスタックを備えた燃料電池システムに本発明を適用することもできる。   Further, the fuel cell system 10A of the present embodiment has been described with an example of a two-stage configuration in which the first fuel cell stack 16 is a front stage and the second fuel cell stack 18 is a rear stage. The present invention can also be applied to a fuel cell system including a three-stage configuration having another fuel cell stack at the rear stage of the stack 18 and a fourth-stage fuel cell stack.

[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。本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の燃料電池システム10Bは、燃焼器の形状、及び、第2アノードオフガス管P8、カソードオフガスG9−2の導入位置が第1実施形態と異なっている。図4に示されるように、燃焼器50は、第1燃料電池セルスタック16側の端部で第1燃焼部41と第2燃焼部42を連結する第1連結部44と、第2燃料電池セルスタック18側の端部で第1燃焼部41と第2燃焼部42を連結する第2連結部48を備えている。第1連結部44は、スタックユニット19の第1燃料電池セルスタック16側に沿って配置され、第2連結部48は、スタックユニット19の第2燃料電池セルスタック18側に沿って配置されている。第1連結部44内には、第1連結空間44Aが形成されており、第2連結部48内には、第2連結空間48Aが形成されている。第1連結空間44A及び第2連結空間48Aは、第1燃焼空間41A及び第2燃焼空間42Aと連通されており、第1燃焼空間41A、第1連結空間44A、第2燃焼空間42A、及び第2連結空間48Aにより、スタックユニット19の外周を囲む外周空間50Aが構成されている。   The fuel cell system 10B of the present embodiment is different from the first embodiment in the shape of the combustor and the introduction positions of the second anode offgas pipe P8 and the cathode offgas G9-2. As shown in FIG. 4, the combustor 50 includes a first connection part 44 that connects the first combustion part 41 and the second combustion part 42 at the end on the first fuel cell stack 16 side, and a second fuel cell. A second connection portion 48 that connects the first combustion portion 41 and the second combustion portion 42 at the end on the cell stack 18 side is provided. The first connecting portion 44 is disposed along the first fuel cell stack 16 side of the stack unit 19, and the second connecting portion 48 is disposed along the second fuel cell stack 18 side of the stack unit 19. Yes. A first connection space 44 </ b> A is formed in the first connection portion 44, and a second connection space 48 </ b> A is formed in the second connection portion 48. The first connection space 44A and the second connection space 48A communicate with the first combustion space 41A and the second combustion space 42A, and the first combustion space 41A, the first connection space 44A, the second combustion space 42A, and the second combustion space 42A. An outer peripheral space 50A surrounding the outer periphery of the stack unit 19 is configured by the two connection spaces 48A.

第1燃焼部41の第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の中間部には、カソードオフガス管P9−2の一端、及びアノードオフガス管P8の一端が接続されている。カソードオフガス管P9−2の他端は、カソード18Bに接続されている。第1燃焼部41には、第1燃焼空間41A内へカソードオフガスG9−2を放出する放出部52が形成されている。カソード18Bから排出されたカソードオフガスG9−2は、カソードオフガス管P9−2内を通り、放出部52から第1燃焼空間41Aへ放出される。   One end of a cathode offgas pipe P9-2 and one end of an anode offgas pipe P8 are connected to an intermediate portion of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 of the first combustion unit 41. The other end of the cathode offgas pipe P9-2 is connected to the cathode 18B. The first combustion section 41 is formed with a discharge section 52 that discharges the cathode off gas G9-2 into the first combustion space 41A. The cathode offgas G9-2 discharged from the cathode 18B passes through the cathode offgas pipe P9-2 and is discharged from the discharge portion 52 to the first combustion space 41A.

アノードオフガス管P8の他端は、アノード18Aに接続されている。第1燃焼部41には、第1燃焼空間41A内へ第2アノードオフガスG8を放出する放出部54が形成されている。放出部54から放出された第2アノードオフガスG8中の未反応水素、一酸化炭素は、カソードオフガスG9−2により酸化され、放出部54近傍を燃焼点として燃焼する。   The other end of the anode off gas pipe P8 is connected to the anode 18A. The first combustion section 41 is formed with a discharge section 54 that discharges the second anode off gas G8 into the first combustion space 41A. Unreacted hydrogen and carbon monoxide in the second anode off-gas G8 released from the emission part 54 are oxidized by the cathode off-gas G9-2 and burned with the vicinity of the emission part 54 as a combustion point.

なお、放出部52、54まで経路は、図5(A)に示されるように、第1燃焼部41の外側から放出部52、54までカソードオフガス管P9−2、第2アノードオフガス管P8を延在させてもよいし、図5(B)に示されるように、第1燃焼部41の内側にカソードオフガス管P9−2、第2アノードオフガス管P8を引き込んで放出部52、54まで延在させてもよい。さらに、図5(C)に示されるように、第1燃焼部41の内部にカソードオフガス管P9−2の流路53を設けて放出部52まで導き、第1燃焼部41の内部に第2アノードオフガス管P8の流路55を設けて放出部54まで導き第1燃焼空間41A内へ第2アノードオフガスG8を放出させてもよい。   As shown in FIG. 5A, the path to the discharge parts 52 and 54 includes the cathode offgas pipe P9-2 and the second anode offgas pipe P8 from the outside of the first combustion part 41 to the discharge parts 52 and 54. As shown in FIG. 5B, the cathode offgas pipe P9-2 and the second anode offgas pipe P8 are drawn inside the first combustion section 41 and extended to the discharge sections 52 and 54. May be present. Furthermore, as shown in FIG. 5C, a flow path 53 of the cathode offgas pipe P <b> 9-2 is provided inside the first combustion unit 41 and led to the discharge unit 52, and the second combustion is performed inside the first combustion unit 41. The second anode off gas G8 may be discharged into the first combustion space 41A by providing the flow path 55 of the anode off gas pipe P8 to the discharge portion 54.

第2燃焼部42には、燃焼排ガス管P10が接続されている。燃焼排ガス管P10は、第2燃焼部42の第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の中間部に接続されている。燃焼排ガス管P10から、燃焼排ガスG10が排出される。   A combustion exhaust pipe P <b> 10 is connected to the second combustion unit 42. The combustion exhaust gas pipe P <b> 10 is connected to an intermediate portion between the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 of the second combustion unit 42. The combustion exhaust gas G10 is discharged from the combustion exhaust gas pipe P10.

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

カソードオフガスG9−2は、カソードオフガス管P9−2を経て燃焼器40の第1燃焼部41へ送出され、放出部52から第1燃焼空間41A内へ放出される。一方、第2アノードオフガスG8は、アノードオフガス管P8を経て燃焼器40の第1燃焼部41へ送出され、放出部54から第1燃焼空間41A内へ放出され、放出部54の近傍で燃焼する。これにより、放出部54近傍の温度が上昇する。燃焼排ガスG10は、第1燃焼空間41Aの第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の中間部から、第1連結空間44A側、及び第2連結空間48A側へ流れ、第1連結空間44A、第2連結空間48Aを経て各々第2燃焼空間42Aへ流入する。そして、第2燃焼空間42Aの第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の中間部へ移動し、燃焼排ガス管P10Aから排出される。燃焼器40内の温度は、第1燃焼空間41A、第1連結空間44A及び第2連結空間48A、第2燃焼空間42A、の順で低下する。   The cathode off gas G9-2 is sent to the first combustion unit 41 of the combustor 40 via the cathode off gas pipe P9-2, and is discharged from the discharge unit 52 into the first combustion space 41A. On the other hand, the second anode off-gas G8 is sent to the first combustion section 41 of the combustor 40 through the anode off-gas pipe P8, discharged from the discharge section 54 into the first combustion space 41A, and burns in the vicinity of the discharge section 54. . Thereby, the temperature in the vicinity of the discharge part 54 rises. The combustion exhaust gas G10 flows from the intermediate portion of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 in the first combustion space 41A to the first connection space 44A side and the second connection space 48A side, Each flows into the second combustion space 42A via the connection space 44A and the second connection space 48A. And it moves to the intermediate part of the 1st fuel cell stack 16 and the 2nd fuel cell stack 18 of the 2nd combustion space 42A, and is discharged from combustion exhaust pipe P10A. The temperature in the combustor 40 decreases in the order of the first combustion space 41A, the first connection space 44A, the second connection space 48A, and the second combustion space 42A.

本実施形態では、スタックユニット19が外周空間50Aに囲まれて配置されているので、第1燃料電池セルスタック及び第2燃料電池セルスタックからの熱の放散を抑制して高温を維持することができる。また、第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の各々が燃焼器40と熱交換されるので、第1燃料電池セルスタックと第2燃料電池セルスタックでの温度の不均一を抑制することができる。   In the present embodiment, since the stack unit 19 is disposed so as to be surrounded by the outer peripheral space 50A, heat dissipation from the first fuel cell stack and the second fuel cell stack can be suppressed to maintain a high temperature. it can. In addition, since each of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 is heat-exchanged with the combustor 40, the temperature unevenness in the first fuel cell stack and the second fuel cell stack is reduced. Can be suppressed.

また、本実施形態では、第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18の中間部に高温部分と低温部分が配置されるので、第1燃料電池セルスタック16、第2燃料電池セルスタック18の各々が受け取る熱が平準化され、第1燃料電池セルスタック16と第2燃料電池セルスタック18での温度の不均一を抑制することができる。   Further, in the present embodiment, since the high temperature portion and the low temperature portion are disposed in the intermediate portion between the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, the first fuel cell stack 16, the second fuel cell The heat received by each of the stacks 18 is leveled, and uneven temperature in the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 can be suppressed.

なお、本実施形態でも、第2燃焼部42の第2燃焼空間42Aに、図6に示されるように、仕切部材42Wを設けて、第2燃焼空間42A内の流路を長くしてもよい。このように、第2燃焼空間42A内の流路を長くすることにより、第1燃焼空間41Aよりも温度が低い第2燃焼空間42Aとスタックユニット19との熱交換量を多くすることができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 6, the partition member 42W may be provided in the second combustion space 42A of the second combustion section 42 to lengthen the flow path in the second combustion space 42A. . Thus, by increasing the length of the flow path in the second combustion space 42A, the amount of heat exchange between the second combustion space 42A having a temperature lower than that of the first combustion space 41A and the stack unit 19 can be increased.

また、本実施形態では、放出部52、54を第1燃焼空間41A側に設け、燃焼排ガス管P10を第2燃焼空間42A側に設けたが、放出部52、54を第2燃焼空間42A側に設け、燃焼排ガス管P10を第1燃焼空間42A側に設けてもよい。   In the present embodiment, the discharge parts 52 and 54 are provided on the first combustion space 41A side and the combustion exhaust pipe P10 is provided on the second combustion space 42A side. However, the discharge parts 52 and 54 are provided on the second combustion space 42A side. The combustion exhaust pipe P10 may be provided on the first combustion space 42A side.

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、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), but may be another fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). May be.

さらに、本発明は、前述の第1、2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、既知の装置を組み合わせて実施することができる。例えば、熱交換器の設置、組み合わせなどを、種々に設定することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and can be implemented by a person skilled in the art in combination with known devices within the technical idea of the present invention. For example, the installation and combination of heat exchangers can be set in various ways.

10A、10B 燃料電池システム
16 第1燃料電池セルスタック
16A アノード(燃料極)
18 第2燃料電池セルスタック
18A アノード(燃料極)
19 スタックユニット
40 燃焼器
41A 第1燃焼空間
42A 第2燃焼空間
50 燃焼器
50A 外周空間
G3 第1アノードオフガス
G8 第2アノードオフガス
P10 燃焼排ガス管
10A, 10B Fuel cell system 16 First fuel cell stack 16A Anode (fuel electrode)
18 Second fuel cell stack 18A Anode (fuel electrode)
19 Stack unit 40 Combustor 41A First combustion space 42A Second combustion space 50 Combustor 50A Outer peripheral space G3 First anode off gas G8 Second anode off gas P10 Combustion exhaust pipe

Claims (6)

燃料ガスと空気とを反応させて発電する第1燃料電池セルスタックと、
前記第1燃料電池セルスタックと並んで配置され、空気と前記第1燃料電池セルスタックの燃料極から排出された第1アノードオフガスとを反応させて発電し、前記第1燃料電池セルスタックと共にスタックユニットを構成する第2燃料電池セルスタックと、
前記第2燃料電池セルスタックから排出された第2アノードオフガスを燃焼させ、前記スタックユニットを挟んで、一方側に前記第1燃料電池セルスタック及び前記第2燃料電池セルスタックと熱交換可能な第1燃焼空間、他方側に前記第1燃料電池セルスタック及び前記第2燃料電池セルスタックと熱交換可能な第2燃焼空間、が形成された燃焼器と、
を備えた、燃料電池システム。
A first fuel cell stack that generates electricity by reacting fuel gas and air;
Arranged side by side with the first fuel cell stack, the air reacts with the first anode off gas discharged from the fuel electrode of the first fuel cell stack to generate electric power, and the stack together with the first fuel cell stack A second fuel cell stack constituting the unit;
A second anode off gas discharged from the second fuel cell stack is combusted, and the first fuel cell stack and the second fuel cell stack can exchange heat with each other across the stack unit. A combustor in which one combustion space and a second combustion space capable of exchanging heat with the first fuel cell stack and the second fuel cell stack are formed on the other side;
A fuel cell system comprising:
前記燃焼器には、前記スタックユニットに沿って配置され前記第1燃焼空間と前記第2燃焼空間と連通させる第1連結空間が形成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the combustor includes a first connection space that is disposed along the stack unit and communicates with the first combustion space and the second combustion space. 前記第1連結空間は前記第1燃料電池セルスタック側に配置され、前記第2アノードオフガスの燃焼点は、前記第1燃焼空間の前記第2燃料電池セルスタック側に形成され、燃焼排ガスを排出させる燃焼排ガス管が、前記第2燃焼空間の前記第2燃料電池セルスタック側に形成されている、請求項2に記載の燃料電池システム。 The first connection space is disposed on the first fuel cell stack side, and the combustion point of the second anode off gas is formed on the second fuel cell stack side of the first combustion space to discharge combustion exhaust gas. The fuel cell system according to claim 2, wherein a combustion exhaust gas pipe to be formed is formed on the second fuel cell stack side of the second combustion space. 前記燃焼器には、前記第1燃焼空間及び前記第2燃焼空間を一部として構成され前記スタックユニットの外周を囲む外周空間が形成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the combustor is formed with an outer peripheral space that includes the first combustion space and the second combustion space as a part and surrounds an outer periphery of the stack unit. 前記第2アノードオフガスの燃焼点は、前記第1燃焼空間の前記第1燃料電池セルスタックと前記第2燃料電池セルスタックの中間部に形成され、燃焼排ガスを排出させる燃焼排ガス管が、前記第2燃焼空間に形成されている、請求項4に記載の燃料電池システム。   A combustion point of the second anode off gas is formed in an intermediate portion of the first fuel cell stack and the second fuel cell stack in the first combustion space, and a combustion exhaust pipe for discharging combustion exhaust gas is provided in the first combustion space. The fuel cell system according to claim 4, wherein the fuel cell system is formed in two combustion spaces. 前記第2燃焼空間には、燃焼排ガスの流路長を長くする仕切部材が設けられている、ことを特徴とする請求項3または請求項5に記載の燃料電池システム。 6. The fuel cell system according to claim 3, wherein the second combustion space is provided with a partition member that lengthens a flow path length of the combustion exhaust gas.
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