JP6043885B1 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池システムにおける発電効率を向上させる。【解決手段】改質器１４は、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の上に配置されている。改質器１４の上には、燃焼器４０が配置されている。改質器１４は、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８、及び燃焼器４０と熱交換可能とされている。【選択図】図１Power generation efficiency in a fuel cell system is improved. A reformer is disposed on a first fuel cell stack, a first fuel cell stack, and a second fuel cell stack. A combustor 40 is disposed on the reformer 14. The reformer 14 can exchange heat with the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, and the combustor 40. [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おいて、エネルギー利用効率を向上させるための構成として、種々の提案がなされている。燃料電池システムの中でも、燃料電池セルスタックが高温で稼働するものについては、燃料電池セルスタックで生成される熱を、燃料電池システム内で利用することにより、燃料電池システムの効率向上が見込める。   In a fuel cell system, various proposals have been made as configurations for improving energy utilization efficiency. Among fuel cell systems, those in which the fuel cell stack operates at a high temperature can be expected to improve the efficiency of the fuel cell system by using the heat generated in the fuel cell stack in the fuel cell system.

上記に関連して特許文献１には、固体酸化物形燃料電池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)について、燃料電池セルスタックの発電時に発生する熱を吸熱する位置に改質器を配置する構成が開示されている。特許文献１では、SOFCについて、燃料電池セルスタック、一部の改質器を断熱部材に覆われた装置本体内に配置している。また、特許文献２では、円柱形状の中心にＳＯＦＣスタックを配置し、その外側に燃焼器を配置する構成が開示されている。また、特許文献３では、燃料電池セルスタック、改質器、燃焼部を燃料電池ハウジング内に配置し、気化器や他の熱交換部と隔離して燃料電池ハウジング内を高温に維持している。   In relation to the above, Patent Document 1 discloses a configuration in which a reformer is disposed at a position where a solid oxide fuel cell (SOFC) absorbs heat generated during power generation of a fuel cell stack. It is disclosed. In Patent Document 1, with respect to SOFC, a fuel cell stack and a part of a reformer are arranged in an apparatus main body covered with a heat insulating member. Patent Document 2 discloses a configuration in which a SOFC stack is arranged at the center of a cylindrical shape, and a combustor is arranged outside thereof. Further, in Patent Document 3, the fuel cell stack, the reformer, and the combustion unit are arranged in the fuel cell housing, and the inside of the fuel cell housing is maintained at a high temperature by being isolated from the carburetor and other heat exchange units. .

しかしながら、特許文献１には、燃料電池セルスタックから排出される未使用燃料を含むオフガスを燃焼させること、及びオフガス燃焼位置についての記載はない。また、特許文献２には、改質器の外側における断熱等の構成についての記載はない。また、特許文献３には、燃料電池セルスタック、改質器、燃焼部を燃料電池ハウジング内に配置する記載はあるが、燃焼部は燃料電池セルスタックの上部に限定され、さらに燃焼点が広範囲に拡散されるため、必要な熱量を効率よく供給することが難しい。   However, Patent Document 1 does not describe the combustion of off gas containing unused fuel discharged from the fuel cell stack and the off gas combustion position. Further, Patent Document 2 does not describe a configuration such as heat insulation outside the reformer. Further, Patent Document 3 describes that the fuel cell stack, the reformer, and the combustion part are arranged in the fuel cell housing. However, the combustion part is limited to the upper part of the fuel cell stack, and further, the combustion point is wide. Therefore, it is difficult to efficiently supply the necessary amount of heat.

特開２００７−７３３５７号公報JP 2007-73357 A 特開２００５−２６８１７１号公報JP 2005-268171 A 特開２０１５−１０３４７７号公報JP2015-103477A

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、燃料電池システムの発電効率を向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above facts, and an object thereof is to improve the power generation efficiency of a fuel cell system.

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燃料電池セルスタックと、金属製部材で囲まれた燃焼空間が内部に形成され、前記燃料電池セルスタックから排出されたオフガスを前記燃焼空間へ導入する導入口を有し、前記燃焼空間で前記オフガスを燃焼させる燃焼器と、原料ガスを前記燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガスに改質する改質器と、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスと前記燃料電池セルスタック及び前記改質器の少なくとも一方へ供給される気体との間で熱交換を行う熱交換部と、前記燃料電池セルスタック、前記燃焼器、及び前記改質器を有する高温部を覆い、前記熱交換器と前記高温部との間を断熱する断熱体と、前記高温部と前記熱交換部を内部に収容し、内部を保温する筐体と、を備えている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a fuel cell stack that generates electric power by reacting fuel gas and air; and a combustion space surrounded by metal members formed therein, wherein the fuel cell stack A combustor for introducing the off gas discharged from the combustion space into the combustion space, and combusting the off gas in the combustion space; and reforming for reforming the raw material gas into a fuel gas to be supplied to the fuel cell stack A heat exchange unit for exchanging heat between the combustion exhaust gas discharged from the combustor and the gas supplied to at least one of the fuel cell stack and the reformer, the fuel cell stack, Covering the combustor and the high-temperature part having the reformer, and insulating the heat exchanger and the high-temperature part between the heat exchanger, the high-temperature part and the heat exchange part are housed inside, the interior Heat insulation That includes a housing, a.

請求項１に係る燃料電池システムは、燃料電池セルスタック、燃焼器、及び改質器を有する高熱部、及び、熱交換部を備えている。熱交換部は、燃焼器から排出された燃焼排ガスと燃料電池セルスタック及び改質器の少なくとも一方へ供給される気体との間で熱交換を行うが、高温部とは断熱体で断熱されている。したがって、発電効率の高い燃料電池システムにおいても、外部への放熱を抑制して高温部内を高温に維持し、燃料電池システムにおける発電効率を向上させることができる。   A fuel cell system according to a first aspect includes a high heat part having a fuel cell stack, a combustor, and a reformer, and a heat exchange part. The heat exchange part performs heat exchange between the flue gas discharged from the combustor and the gas supplied to at least one of the fuel cell stack and the reformer, but is insulated from the high temperature part by a heat insulator. Yes. Therefore, even in a fuel cell system with high power generation efficiency, heat dissipation to the outside can be suppressed and the inside of the high temperature part can be maintained at a high temperature, thereby improving the power generation efficiency in the fuel cell system.

また、燃焼器は、金属製部材で囲まれた燃焼空間が内部に形成され、燃料電池セルスタックから排出されたオフガスを燃焼空間へ導入する導入口を有し、燃焼空間でオフガスを燃焼させるように構成されているので、燃焼点を限定して効率的に熱を供給することができる。   Further, the combustor has a combustion space surrounded by metal members formed therein, and has an introduction port for introducing off gas discharged from the fuel cell stack into the combustion space, so that the off gas is burned in the combustion space. Therefore, heat can be efficiently supplied by limiting the combustion point.

請求項２記載の発明に係る燃料電池システムは、前記改質器は、前記燃焼器と前記燃料電池セルスタックとの間に前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼器と熱交換が可能に配置されている、ことを特徴とする。 In the fuel cell system according to claim 2, the reformer is disposed between the combustor and the fuel cell stack so as to be able to exchange heat with the fuel cell stack and the combustor. It is characterized by that.

請求項２に記載の燃料電池システムでは、改質器は、燃料電池セルスタックと燃焼器の間に配置されている。すなわち、改質器の一方側に燃料電池セルスタックが配置され、他方側に燃焼器が配置されている。そして、改質器は、燃料電池セルスタック及び燃焼器と熱交換が可能とされている。したがって、改質器での改質反応に必要な熱を燃料電池セルスタック及び燃焼器の両方のから受けることができると共に、改質器からの熱の放散を抑制することができる。これにより、効率的に改質器を加熱して、燃料電池システムにおける熱効率を向上せることができる。 In the fuel cell system according to claim 2, the reformer is arranged between the fuel cell stack and the combustor. That is, the fuel cell stack is arranged on one side of the reformer, and the combustor is arranged on the other side. The reformer can exchange heat with the fuel cell stack and the combustor. Therefore, heat necessary for the reforming reaction in the reformer can be received from both the fuel cell stack and the combustor, and heat dissipation from the reformer can be suppressed. Thereby, a reformer can be heated efficiently and the thermal efficiency in a fuel cell system can be improved.

請求項３記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池セルスタック、前記改質器、前記燃焼器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする。 The fuel cell system according to a third aspect of the invention is characterized in that the fuel cell stack, the reformer, and the combustor are stacked in order from the bottom to the top.

請求項３記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池セルスタックの温度が燃焼器の温度よりも高温の場合に、高温部内において燃料電池セルスタックからの熱が上昇し、高温部内の熱を対流させることができる。また、相対的に質量が大きい燃料電池セルスタックを下部に配置するので、安定した積層構造とすることができる。さらに、燃焼器や改質器の耐荷重性を軽減することができる。 According to the fuel cell system of the third aspect of the present invention, when the temperature of the fuel cell stack is higher than the temperature of the combustor, the heat from the fuel cell stack rises in the high temperature portion, Heat can be convected. Further, since the fuel cell stack having a relatively large mass is disposed at the lower part, a stable laminated structure can be obtained. Furthermore, the load resistance of the combustor or reformer can be reduced.

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、前記改質器、前記燃料電池セルスタックの順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする。 The fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the combustor, the reformer, and the fuel cell stack are stacked in order from the bottom to the top.

請求項４記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼器の温度が燃料電池セルスタックの温度よりも高温の場合に、高温部内において燃焼器からの熱が上昇し、高温部内の熱を対流させて効率的に熱の供給を行うことができる。 According to the fuel cell system of the fourth aspect of the invention, when the temperature of the combustor is higher than the temperature of the fuel cell stack, the heat from the combustor rises in the high temperature portion, and the heat in the high temperature portion is reduced. Heat can be efficiently supplied by convection.

請求項５記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃焼器は、前記改質器と前記燃料電池セルスタックとの間に前記改質器及び前記燃料電池セルスタックと熱交換が可能に配置されている、ことを特徴とする。 In the fuel cell system according to claim 5, the combustor is disposed between the reformer and the fuel cell stack so as to be able to exchange heat with the reformer and the fuel cell stack. It is characterized by that.

請求項５記載の発明に係る燃料電池システムによれば、改質器及び燃料電池セルスタックの両方が燃焼器と熱交換可能に配置されている。したがって、改質器及び燃料電池セルスタックを、効率的に加熱することができる。 According to the fuel cell system of the fifth aspect of the present invention, both the reformer and the fuel cell stack are arranged so as to exchange heat with the combustor. Therefore, the reformer and the fuel cell stack can be efficiently heated.

請求項６記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池セルスタック、前記燃焼器、前記改質器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする。 A fuel cell system according to a sixth aspect of the invention is characterized in that the fuel cell stack, the combustor, and the reformer are stacked in order from the bottom to the top.

請求項６記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼器からの熱の対流を利用して改質器を効果的に加熱することができる。また、相対的に質量が大きい燃料電池セルスタックを下部に配置するので、安定した積層構造とすることができる。また、燃焼器や改質器の耐荷重性を軽減することができる。 According to the fuel cell system of the sixth aspect of the present invention, the reformer can be effectively heated using the convection of heat from the combustor. Further, since the fuel cell stack having a relatively large mass is disposed at the lower part, a stable laminated structure can be obtained. Further, the load resistance of the combustor or reformer can be reduced.

請求項７記載の発明に係る燃料電池システムは、前記改質器、前記燃焼器、前記燃料電池セルスタックの順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする。 A fuel cell system according to a seventh aspect of the invention is characterized in that the reformer, the combustor, and the fuel cell stack are stacked in order from the bottom to the top.

請求項７記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼器が燃料電池セルスタックと隣接された下側に配置されているので、燃料電池セルスタックと燃焼器との間で効果的に熱交換を行うことができる。 According to the fuel cell system of the seventh aspect of the present invention, since the combustor is disposed on the lower side adjacent to the fuel cell stack, heat is effectively generated between the fuel cell stack and the combustor. Exchanges can be made.

請求項８記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池セルスタックは、前記改質器と前記燃焼器との間に前記改質器及び前記燃焼器と熱交換が可能に配置されていることを特徴とする。 In the fuel cell system according to claim 8, the fuel cell stack is disposed between the reformer and the combustor so as to be able to exchange heat with the reformer and the combustor. It is characterized by that.

請求項８記載の発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池セルスタックの一方側に改質器が配置され、他方側に燃焼器が配置されている。したがって、燃料電池セルスタックからの熱の放散を抑制することができ、燃料電池セルスタックの温度を安定させることができる。 In the fuel cell system according to the eighth aspect of the present invention, the reformer is disposed on one side of the fuel cell stack, and the combustor is disposed on the other side. Therefore, heat dissipation from the fuel cell stack can be suppressed, and the temperature of the fuel cell stack can be stabilized.

請求項９記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃焼器、前記燃料電池セルスタック、前記改質器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする。 A fuel cell system according to a ninth aspect of the invention is characterized in that the combustor, the fuel cell stack, and the reformer are stacked in order from the bottom to the top.

請求項９記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼器の温度が燃料電池セルスタックの温度よりも高温の場合に、高温部内において燃焼器からの熱が上昇し、高温部内の熱を対流させて効率的に熱の供給を行うことができる。 According to the fuel cell system of the ninth aspect of the invention, when the temperature of the combustor is higher than the temperature of the fuel cell stack, the heat from the combustor rises in the high temperature portion, and the heat in the high temperature portion is reduced. Heat can be efficiently supplied by convection.

請求項１０記載の発明に係る燃料電池システムは、前記改質器、前記燃料電池セルスタック、前記燃焼器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする。 A fuel cell system according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that the reformer, the fuel cell stack, and the combustor are stacked in order from the bottom to the top.

請求項１０記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼器が燃料電池セルスタックの上側に配置されているので、燃焼器の耐荷重性を軽減することができる。 According to the fuel cell system of the tenth aspect, since the combustor is disposed on the upper side of the fuel cell stack, the load resistance of the combustor can be reduced.

請求項１１記載の発明に係る燃料電池システムは、前記熱交換部は、前記改質器へ供給する水を気化させる気化器、及び前記燃焼排ガスと前記燃料電池セルスタックへ供給される気体との間で熱交換を行う熱交換器、を含み、前記熱交換器は前記高温部に隣接配置され、前記気化器は前記熱交換器に対して前記高温部と反対側に隣接配置されている。   The fuel cell system according to an eleventh aspect of the present invention is the fuel cell system, wherein the heat exchanging unit is configured to vaporize water supplied to the reformer, and the combustion exhaust gas and the gas supplied to the fuel cell stack. A heat exchanger that exchanges heat between the heat exchanger, the heat exchanger is disposed adjacent to the high temperature portion, and the vaporizer is disposed adjacent to the heat exchanger on the opposite side of the high temperature portion.

請求項１１記載の発明に係る燃料電池システムによれば、高温部に隣接して熱交換器が配置されているので、燃焼排ガスやアノードオフガスの温度を維持しつつ当該熱交換器へ導入することができる。これにより、熱のロスを抑制しつつ、他のガスとの間で効率的に熱交換を行うことができる。また、改質器へ供給する水を気化する気化器が、熱交換器に隣接して配置されている。したがって、熱交換器を高温部と気化器の間に配置して、熱交換器からの放熱を抑制することができる。 According to the fuel cell system of the eleventh aspect of the present invention, since the heat exchanger is disposed adjacent to the high temperature portion, the heat exchanger is introduced into the heat exchanger while maintaining the temperature of the combustion exhaust gas and the anode off gas. Can do. Thereby, heat exchange can be performed efficiently with other gases while suppressing heat loss. A vaporizer for vaporizing water supplied to the reformer is disposed adjacent to the heat exchanger. Therefore, a heat exchanger can be arrange | positioned between a high temperature part and a vaporizer, and the heat radiation from a heat exchanger can be suppressed.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムにおける発電効率を向上させることができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the power generation efficiency in the fuel cell system can be improved.

第１実施形態に係る燃料電池システムの主要部の配置図である。It is an arrangement plan of the principal part of the fuel cell system concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池システムの接続関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the connection relation of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例に係る燃料電池システムの主要部の配置図である。FIG. 6 is a layout view of main parts of a fuel cell system according to a modification of the first embodiment. 第１実施形態の他の変形例に係る燃料電池システムの主要部の配置図である。FIG. 6 is a layout view of main parts of a fuel cell system according to another modification of the first embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池システムの主要部の配置図である。It is an arrangement plan of the principal part of the fuel cell system concerning a 2nd embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池システムの主要部の配置図である。It is an arrangement plan of the principal part of the fuel cell system concerning a 3rd embodiment.

［第１実施形態］
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。 [First Embodiment]
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１には、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａの主要構成の概略配置が示されている。本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａは、発電効率が５０％以上、好ましくは５５％以上のモノジェネレーションシステムであり、コジェネレーションシステム（熱併給発電）と区別される。図１では、鉛直方向の上方を矢印ＵＰで示している。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１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８、熱交換部３０、燃焼器４０を備えている。   FIG. 1 shows a schematic arrangement of main components of a fuel cell system 10A according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10A according to the embodiment of the present invention is a monogeneration system having a power generation efficiency of 50% or more, preferably 55% or more, and is distinguished from a cogeneration system (cogeneration system). In FIG. 1, an upward direction in the vertical direction is indicated by an arrow UP. The fuel cell system 10A includes, as main components, a vaporizer 12, a reformer 14, a 1-1 fuel cell stack 16, a 1-2 fuel cell stack 17, a second fuel cell stack 18, and heat exchange. The unit 30 and the combustor 40 are provided.

第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８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１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８は、作動温度がＴ１とされている。例えば、作動温度Ｔ１は、６００℃〜１０００℃程度に設定できる。第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８は、上下方向に重なり合わないように、改質器１４の下側に配置されている。   The 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 are solid oxide fuel cell stacks (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), It has a plurality of stacked fuel cells. The operating temperature of the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 is T1. For example, the operating temperature T1 can be set to about 600 ° C to 1000 ° C. The 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 are arranged below the reformer 14 so as not to overlap in the vertical direction. Yes.

本実施形態の燃料電池システム１０Ａは、第１−１燃料電池セルスタック１６及び第１−２燃料電池セルスタック１７を経た燃料が不図示の燃料再生装置によって再生され、燃料ガスとして第２燃料電池セルスタック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。なお、燃料再生装置としては、水や二酸化炭素を除去する分離膜や吸着剤を用いることができる。   In the fuel cell system 10A of the present embodiment, the fuel that has passed through the first fuel cell stack 16 and the first fuel cell stack 17 is regenerated by a fuel regeneration device (not shown), and the second fuel cell is used as fuel gas. This is a multi-stage fuel cell system that is reused in the cell stack 18. In addition, as a fuel regeneration apparatus, the separation membrane and adsorbent which remove water and a carbon dioxide can be used.

第１−１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（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 1-1st fuel cell stack 16 has an electrolyte layer, and an anode (fuel electrode) 16A and a cathode (air electrode) 16B laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer, respectively. doing.

なお、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８は、同様の基本構成を有しており、アノード１６Ａに対応するアノード１７Ａ、１８Ａ、及びカソード１６Ｂに対応するカソード１７Ｂ、１８Ｂを、各々有している。ここでは、第１−１燃料電池セルスタック１６の構成についてのみ説明する。   The 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 have the same basic configuration, and the anode 17A corresponding to the anode 16A, 18A and cathodes 17B and 18B corresponding to the cathode 16B, respectively. Here, only the configuration of the first-first fuel cell stack 16 will be described.

第１燃料電池セルスタック１６のカソード１６Ｂには、酸化ガス（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、酸化ガス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燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａに到達する。 An oxidizing gas (air) is supplied to the cathode 16B of the first fuel cell stack 16. In the cathode 16B, as shown in the following formula (1), oxygen and electrons in the oxidizing gas 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）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− …（１） (Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (1)

また、カソード１６Ｂからは、カソードオフガスが排出される。 Further, the 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 equations (2) and (3), oxygen ions that have passed through the electrolyte layer 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, and are thus generated in each fuel cell. Each fuel cell generates heat during power generation.

（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …(２)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− …(３) (Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (3)

第１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａからは、アノードオフガスが排出される。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。   The anode off gas is discharged from the anode 16 </ b> A of the first fuel cell stack 16. 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)に限られるものではなく、高温で作動する他の燃料電池、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), but may be another fuel cell that operates at a high temperature, such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Good.

第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の上には、改質器１４が配置され、両者の間で熱交換が可能とされている。ここでの熱交換は、伝熱材の配置による伝熱や、輻射により行うことができる。改質器１４では、メタンを改質し、水素を含む燃料ガスが生成される。改質器１４は、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と熱交換可能とされている。改質器１４での改質温度をＴ２とする。改質温度をＴ２は、例えば、６００℃〜７００℃程度に設定できる。   A reformer 14 is disposed on the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18, and heat exchange is possible between them. Has been. The heat exchange here can be performed by heat transfer by arrangement of a heat transfer material or radiation. In the reformer 14, methane is reformed to generate fuel gas containing hydrogen. The reformer 14 can exchange heat with the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18. The reforming temperature in the reformer 14 is T2. The reforming temperature T2 can be set to about 600 ° C. to 700 ° C., for example.

改質器１４の上には、燃焼器４０が配置されている。燃焼器４０は、金属製とされ、金属正部材で囲まれた燃焼空間Ｒが内部に形成されている。また、燃焼器４０は、アノードオフガスを燃焼空間Ｒへ導く導入口４０Ａ、及びカソードオフガスを燃焼空間Ｒへ導く導入口４０Ｂを有している。燃焼器４０の下面は改質器１４の上面に沿って配置され、両者の間で熱交換が可能とされている。ここでの熱交換も、伝熱材の配置による伝熱や、輻射により行うことができる。改質器１４は、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と燃焼器４０との間に配置される。燃焼器４０では、第２燃料電池セルスタック１８のアノード１８Ａから排出されたアノードオフガスが燃焼される。燃焼器４０の温度をＴ３とする。Ｔ３は、例えば、６００℃〜９００℃程度に設定できる。定常運転では、燃焼器温度Ｔ３（出口温度）は、温度Ｔ１と同程度に設定されている。   A combustor 40 is disposed on the reformer 14. The combustor 40 is made of metal, and a combustion space R surrounded by a regular metal member is formed inside. Further, the combustor 40 has an inlet 40A for introducing the anode off gas to the combustion space R and an inlet 40B for guiding the cathode off gas to the combustion space R. The lower surface of the combustor 40 is disposed along the upper surface of the reformer 14, and heat exchange is possible between the two. The heat exchange here can also be performed by heat transfer by arrangement of a heat transfer material or radiation. The reformer 14 is disposed between the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, and the combustor 40. In the combustor 40, the anode off gas discharged from the anode 18A of the second fuel cell stack 18 is burned. The temperature of the combustor 40 is T3. T3 can be set to about 600 ° C. to 900 ° C., for example. In the steady operation, the combustor temperature T3 (exit temperature) is set to the same level as the temperature T1.

第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８、改質器１４、及び燃焼器４０は、断熱体２６Ａによって覆われている。断熱体２６Ａとしては、市販の断熱材、例えば、ロスリムボード（ロスリム：登録商標）やマイクロサーム（登録商標）等を用いることができる。なお、断熱体２６Ａの他に、金属板などでさらに高温部２６を覆ってもよい。第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８、改質器１４、及び燃焼器４０で、高温部２６が構成されている。高温部２６の内部温度を、Ｔ０とする。温度Ｔ０は、例えば、６００℃〜７００℃程度となる。   The 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, the reformer 14, and the combustor 40 are covered with a heat insulator 26A. As the heat insulator 26A, a commercially available heat insulating material such as Roslim board (Roslim: registered trademark) or Microtherm (registered trademark) can be used. In addition to the heat insulator 26A, the high temperature part 26 may be further covered with a metal plate or the like. The first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, the reformer 14, and the combustor 40 constitute a high temperature unit 26. The internal temperature of the high temperature part 26 is T0. The temperature T0 is, for example, about 600 ° C to 700 ° C.

燃焼器４０の上で、断熱体２６Ａの外側には、熱交換部３０が配置されている。熱交換部３０は、後述する熱交換器３５及び気化器１２を含んで構成されている。熱交換器３５は、カソード１６Ｂ、１７Ｂへ供給する空気と燃焼排ガスとの間で熱交換を行う。熱交換器３５の雰囲気温度をＴ４とする。Ｔ４はＴ０よりも低温となっている。温度Ｔ４は、例えば、２００℃〜６００℃程度に設定できる。   On the combustor 40, the heat exchanging unit 30 is disposed outside the heat insulator 26A. The heat exchange unit 30 includes a heat exchanger 35 and a vaporizer 12 which will be described later. The heat exchanger 35 exchanges heat between the air supplied to the cathodes 16B and 17B and the combustion exhaust gas. The atmosphere temperature of the heat exchanger 35 is T4. T4 is cooler than T0. The temperature T4 can be set to about 200 ° C. to 600 ° C., for example.

熱交換器３５は、断熱体２６Ａの上に配置され、気化器１２は、熱交換器３５の上に配置されている。気化器１２には、メタン及び水が供給され、気化器１２内で水（液相）が気化される。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る。気化器１２内の温度をＴ５とすると、温度Ｔ５は温度Ｔ４よりも低温となっている。温度Ｔ５は、例えば、７０℃〜２５０℃程度に設定できる。   The heat exchanger 35 is disposed on the heat insulator 26 </ b> A, and the vaporizer 12 is disposed on the heat exchanger 35. Methane and water are supplied to the vaporizer 12, and water (liquid phase) is vaporized in the vaporizer 12. 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. Assuming that the temperature in the vaporizer 12 is T5, the temperature T5 is lower than the temperature T4. The temperature T5 can be set to about 70 ° C. to 250 ° C., for example.

高温部２６、熱交換器３５、及び気化器１２は、筐体２４内に収納されている。筐体２４は、断熱材で構成されており、筐体２４内は、筐体２４の外部よりも高温に保持されている。筐体２４によって、燃料電池システム１０Ａにおいて高温となる燃料電池ハウジング、所謂ホットモジュールが構成されている。なお、筐体２４は、金属板で構成してもよく、金属板の材料は輻射率の高い金属を使用してもよい。   The high temperature unit 26, the heat exchanger 35, and the vaporizer 12 are accommodated in the housing 24. The housing 24 is made of a heat insulating material, and the inside of the housing 24 is held at a higher temperature than the outside of the housing 24. The housing 24 constitutes a so-called hot module, which is a fuel cell housing that becomes high temperature in the fuel cell system 10A. The casing 24 may be made of a metal plate, and the metal plate may be made of a metal having a high emissivity.

次に、燃料電池システム１０Ａの各部の接続、及びガスの流路構成について説明する。   Next, connection of each part of the fuel cell system 10A and gas flow path configuration will be described.

図２に示されるように、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、不図示のポンプにより、水（液相）が気化器１２へ送出される。気化器１２には、燃焼器４０から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス管Ｐ１０が熱交換のために導入されている。気化器１２では水（液相）が気化される。   As shown in FIG. 2, the vaporizer 12 is connected to one end of a source gas pipe P1, 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. Further, water (liquid phase) is sent to the vaporizer 12 by a pump (not shown). In the carburetor 12, a flue gas pipe P10 for discharging flue gas from the combustor 40 is introduced for heat exchange. In the vaporizer 12, water (liquid phase) is vaporized.

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、第１−１燃料電池セルスタック１６（アノード１６Ａ）、及び、第１−２燃料電池セルスタック１７（アノード１７Ａ）、と接続されている。第１−１燃料電池セルスタック１６（アノード１６Ａ）と第１−２燃料電池セルスタック１７（アノード１７Ａ）は、並列に配置されている。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燃料電池セルスタック１６（アノード１６Ａ）、及び、第１−２燃料電池セルスタック１７（アノード１７Ａ）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 connected to the 1-1 fuel cell stack 16 (anode 16A) and the 1-2 fuel cell stack 17 (anode 17A). The 1-1 fuel cell stack 16 (anode 16A) and the 1-2 fuel cell stack 17 (anode 17A) are arranged in parallel. The fuel gas generated by the reformer 14 is supplied to the first fuel cell stack 16 (anode 16A) and the first-2 fuel cell stack 17 (anode 17A) via the fuel gas pipe P4. .

第１燃料電池セルスタック１６（アノード１６Ａ）、及び、第１−２燃料電池セルスタック１７（アノード１７Ａ）には、アノードオフガスを排出する第１アノードオフガス管Ｐ７−１が接続されている。第１アノードオフガス管Ｐ７−１の他端は、不図示の燃料再生装置を介して第２燃料電池セルスタック１８（アノード１８Ａ）と接続されている。第１アノードオフガス管Ｐ７−１を通って、アノードオフガスからＣＯ２や水が分離された再生燃料ガスが、第２燃料電池セルスタック１８（アノード１８Ａ）へ供給される。 A first anode offgas pipe P7-1 for discharging anode offgas is connected to the first fuel cell stack 16 (anode 16A) and the 1-2 fuel cell stack 17 (anode 17A). The other end of the first anode offgas pipe P7-1 is connected to the second fuel cell stack 18 (anode 18A) via a fuel regeneration device (not shown). Through the first anode off gas pipe P7-1, the regenerated fuel gas from which CO 2 and water are separated from the anode off gas is supplied to the second fuel cell stack 18 (anode 18A).

第２燃料電池セルスタック１８（アノード１８Ａ）には、第２アノードオフガス管Ｐ７−２の一端が接続されている。第２アノードオフガス管Ｐ７−２の他端は、燃焼器４０と接続されている。第２アノードオフガス管Ｐ７−２により、第２燃料電池セルスタック１８からのアノードオフガスが燃焼器４０へ送出される。   One end of a second anode offgas pipe P7-2 is connected to the second fuel cell stack 18 (anode 18A). The other end of the second anode offgas pipe P7-2 is connected to the combustor 40. The anode off gas from the second fuel cell stack 18 is sent to the combustor 40 through the second anode off gas pipe P7-2.

一方、第１−１燃料電池セルスタック１６（カソード１６Ｂ）及び第１−２燃料電池セルスタック１７（カソード１７Ｂ）には、酸化ガス管Ｐ５の一端が接続され、酸化ガス管Ｐ５の他端には、ブロアＢ２が接続されている。酸化ガス管Ｐ５は、熱交換器３５を経て、第１−１燃料電池セルスタック１６（カソード１６Ｂ）及び第１−２燃料電池セルスタック１７（カソード１７Ｂ）と接続されている。第１−１燃料電池セルスタック１６（カソード１６Ｂ）と第１−２燃料電池セルスタック１７（カソード１７Ｂ）は、並列に配置されている。ブロアＢ２から送出された空気は、酸化ガス管Ｐ５によって、第１−１燃料電池セルスタック１６（カソード１６Ｂ）及び第１−２燃料電池セルスタック１７（カソード１７Ｂ）へ供給される。   On the other hand, one end of an oxidizing gas pipe P5 is connected to the 1-1st fuel cell stack 16 (cathode 16B) and the 1-2 fuel cell stack 17 (cathode 17B), and the other end of the oxidizing gas pipe P5 is connected. Is connected to the blower B2. The oxidizing gas pipe P5 is connected to the first and second fuel cell stacks 16 (cathode 16B) and the first and second fuel cell stack 17 (cathode 17B) via the heat exchanger 35. The 1-1 fuel cell stack 16 (cathode 16B) and the 1-2 fuel cell stack 17 (cathode 17B) are arranged in parallel. The air sent from the blower B2 is supplied to the 1-1st fuel cell stack 16 (cathode 16B) and the 1-2th fuel cell stack 17 (cathode 17B) through the oxidizing gas pipe P5.

第１−１燃料電池セルスタック１６（カソード１６Ｂ）、及び、第１−２燃料電池セルスタック１７（カソード１７Ｂ）には、カソードオフガスを排出する第１カソードオフガス管Ｐ９−１が接続されている。第１カソードオフガス管Ｐ９−１の他端は、第２燃料電池セルスタック１８（カソード１８Ｂ）と接続されている。第１カソードオフガス管Ｐ９−１により、カソードオフガスが、第２燃料電池セルスタック１８（カソード１８Ｂ）へ供給される。   A first cathode offgas pipe P9-1 for discharging cathode offgas is connected to the first-1 fuel cell stack 16 (cathode 16B) and the first-2 fuel cell stack 17 (cathode 17B). . The other end of the first cathode offgas pipe P9-1 is connected to the second fuel cell stack 18 (cathode 18B). The cathode offgas is supplied to the second fuel cell stack 18 (cathode 18B) through the first cathode offgas pipe P9-1.

第２燃料電池セルスタック１８（カソード１８Ｂ）には、第２カソードオフガス管Ｐ９−２の一端が接続されている。第２カソードオフガス管Ｐ９−２の他端は、燃焼器４０と接続されている。第２カソードオフガス管Ｐ９−２により、第２燃料電池セルスタック１８からのカソードオフガスが燃焼器４０へ送出される。   One end of a second cathode offgas pipe P9-2 is connected to the second fuel cell stack 18 (cathode 18B). The other end of the second cathode offgas pipe P9-2 is connected to the combustor 40. The cathode offgas from the second fuel cell stack 18 is sent to the combustor 40 through the second cathode offgas pipe P9-2.

燃焼器４０の出口側には、燃焼排ガス管Ｐ１０の一端が接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０は、熱交換器３５、気化器１２を経て、外部に排出されている。熱交換器３５は、熱交換部３０内に収納されている。熱交換器３５では、酸化ガス管Ｐ５を流れる酸化ガスと、燃焼排ガスとの間での熱交換が行われ、酸化ガスが加熱され、燃焼排ガスが冷却される。   One end of the combustion exhaust pipe P10 is connected to the outlet side of the combustor 40. The combustion exhaust pipe P10 is discharged to the outside through the heat exchanger 35 and the vaporizer 12. The heat exchanger 35 is accommodated in the heat exchange unit 30. In the heat exchanger 35, heat exchange is performed between the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas pipe P5 and the combustion exhaust gas, the oxidation gas is heated, and the combustion exhaust gas is cooled.

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、まず、ガス源からの燃料であるメタン及び水タンクからの水が、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 10A, first, methane, which is fuel from a gas source, and water from a water tank 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１−１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａ、及び、第１−２燃料電池セルスタック１７のアノード１７Ａ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-1 fuel cell stack 16 and the anode 17A of the first-2 fuel cell stack 17 via the fuel gas pipe P4.

第１−１燃料電池セルスタック１６のカソード１６Ｂ、及び、第１−２燃料電池セルスタック１７のカソード１７Ｂには、酸化ガス管Ｐ５を経て酸化ガスが供給される。この酸化ガスは、ブロアＢ２で送出された空気が、熱交換器３５で加熱されて供給される。 The oxidizing gas is supplied to the cathode 16B of the 1-1 fuel cell stack 16 and the cathode 17B of the 1-2 fuel cell stack 17 via the oxidizing gas pipe P5. The oxidizing gas is supplied by heating the air sent out by the blower B2 by the heat exchanger 35.

これにより、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７では、前述の反応により発電が行われる。上記反応により第１燃料電池セルスタック１６は発熱し、温度Ｔ１で発電が行われる。 Thereby, in the 1-1st fuel cell stack 16 and the 1-2 fuel cell stack 17, electric power is generated by the above-described reaction. Due to the above reaction, the first fuel cell stack 16 generates heat, and power is generated at the temperature T1.

この発電に伴い、第１−１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａ、第１−２燃料電池セルスタック１７のアノード１７Ａからは、アノードオフガスが排出される。また、カソード１６Ｂ、１７Ｂ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、カソードオフガス管Ｐ９−１を通って第２燃料電池セルスタック１８のカソード１８Ｂへ供給される。 Along with this power generation, anode off-gas is discharged from the anode 16A of the first-1 fuel cell stack 16 and the anode 17A of the first-2 fuel cell stack 17. Further, the cathode off gas is discharged from the cathodes 16B and 17B. The cathode off gas is supplied to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18 through the cathode off gas pipe P9-1.

アノード１６Ａ、１７Ａから排出されたアノードオフガスは、第１アノードオフガス管Ｐ７−１に導かれ、水、二酸化炭素が除去されて第２燃料電池セルスタック１８のアノード１８Ａへ供給される。   The anode off gas discharged from the anodes 16A and 17A is guided to the first anode off gas pipe P7-1, where water and carbon dioxide are removed and supplied to the anode 18A of the second fuel cell stack 18.

第２燃料電池セルスタック１８では、前述の反応により発電が行われる。この反応により第２燃料電池セルスタック１８は発熱し、温度Ｔ１程度の温度で発電が行われる。アノード１８Ａ、カソード１８Ｂでの使用済ガスは、第２アノードオフガス管Ｐ７−２、第２カソードオフガス管Ｐ９−２により各々燃焼器４０へ送出され、燃焼器４０で焼却に供される。   In the second fuel cell stack 18, power generation is performed by the above-described reaction. By this reaction, the second fuel cell stack 18 generates heat, and power generation is performed at a temperature of about temperature T1. Spent gas at the anode 18A and the cathode 18B is sent to the combustor 40 through the second anode offgas pipe P7-2 and the second cathode offgas pipe P9-2, and is burned by the combustor 40.

燃焼器４０からの燃焼排ガスは、燃焼排ガス管Ｐ１０により、熱交換器３５、及び気化器１２を経て、外部へ排出される。   The combustion exhaust gas from the combustor 40 is discharged to the outside through the heat exchanger 35 and the vaporizer 12 through the combustion exhaust pipe P10.

本実施形態の燃料電池システム１０Ａは、第１−１燃料電池セルスタック１６及び第１−２燃料電池セルスタック１７から排出されたアノードオフガスを第２燃料電池セルスタック１８で再利用する多段式であるので、発電効率を高くすることができる。このように発電効率の高い燃料電池システムでは、燃焼に供されるアノードオフガスに含まれる未使用燃料が少ないため、改質反応や燃料電池セルスタックの温度維持のために必要な熱量を確保することが重要となる。本実施形態の燃料電池システム１０Ａでは、断熱された筐体２４内に燃料電池セルスタック（第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８）、改質器１４、及び、燃焼部４０を配置している。したがって、外部への熱の放散が抑制され、筐体２４内で熱を効率的に供給することができる。   The fuel cell system 10A of the present embodiment is a multi-stage type in which the anode off-gas discharged from the 1-1 fuel cell stack 16 and the 1-2 fuel cell stack 17 is reused in the second fuel cell stack 18. Therefore, the power generation efficiency can be increased. In such a fuel cell system with high power generation efficiency, since there is little unused fuel contained in the anode off-gas used for combustion, it is necessary to ensure the amount of heat necessary for reforming reaction and maintaining the temperature of the fuel cell stack. Is important. In the fuel cell system 10A of the present embodiment, the fuel cell stack (first fuel cell stack 16, first fuel cell stack 17, second fuel cell stack 18 and second fuel cell stack 18 is housed in a thermally insulated casing 24. ), The reformer 14 and the combustion section 40 are arranged. Therefore, heat dissipation to the outside is suppressed, and heat can be efficiently supplied within the housing 24.

また、本実施形態の燃料電池システム１０Ａでは、改質器１４が、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と、燃焼器４０との間に配置され、且つ熱交換可能とされている。したがって、改質器１４での改質反応に必要な熱を燃料電池セルスタック及び燃焼器４０の両側から受けることができる。また、改質器１４が燃料電池セルスタックと燃焼器４０に挟まれているので、改質器１４からの熱の放散を抑制することができる。これにより、効率的に改質器１４を加熱して、燃料電池システム１０Ａにおける熱効率を向上させ、アノードオフガス以外の燃料の使用を抑制して発電効率を向上させることができる。 Further, in the fuel cell system 10A of the present embodiment, the reformer 14 includes a first fuel cell stack 16, a first fuel cell stack 17, a second fuel cell stack 18, and a combustor. 40 and is capable of heat exchange. Therefore, heat necessary for the reforming reaction in the reformer 14 can be received from both sides of the fuel cell stack and the combustor 40. In addition, since the reformer 14 is sandwiched between the fuel cell stack and the combustor 40, heat dissipation from the reformer 14 can be suppressed. Thereby, the reformer 14 can be efficiently heated, the thermal efficiency in the fuel cell system 10A can be improved, the use of fuel other than the anode off-gas can be suppressed, and the power generation efficiency can be improved.

また、本実施形態では、質量が大きい第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８が下部に配置され、比較的軽量の改質器１４、燃焼器４０がその上に配置されている。したがって、安定した積層構造とすることができると共に、燃焼器４０や改質器１４の耐荷重性を軽減し、支持構造を軽量化することにより、高温部２６の熱容量を小さくすることができる。 In the present embodiment, the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18, which have a large mass, are disposed in the lower part, and are relatively lightweight. A combustor 14 and a combustor 40 are disposed thereon. Therefore, a stable laminated structure can be obtained, and the heat capacity of the high temperature portion 26 can be reduced by reducing the load resistance of the combustor 40 and the reformer 14 and reducing the weight of the support structure.

また、本実施形態では、熱交換部３０が高温部２６に隣接して配置されているので、高温部２６からの燃焼排ガス管Ｐ１０や第１アノードオフガス管Ｐ７−１等の温度を維持しつつ各熱交換器への配管を行うことができる。したがって、熱のロスを抑制して、他のガスとの熱交換を効率的に行うことができる。 Moreover, in this embodiment, since the heat exchange part 30 is arrange | positioned adjacent to the high temperature part 26, maintaining the temperature of the combustion exhaust gas pipe P10 from the high temperature part 26, the 1st anode off gas pipe P7-1, etc. Piping to each heat exchanger can be performed. Therefore, heat loss can be suppressed and heat exchange with other gases can be performed efficiently.

また、本実施形態では、熱交換部３０の上部に気化器１２が配置されており、熱勾配、温度Ｔ０（高温部２６）＞温度Ｔ４（熱交換器３５）＞温度Ｔ５（気化器１２）が、各部の配置順となっている。したがって、高温部２６、熱交換部３０、及び、気化器１２において、適切に熱を融通させることができる熱勾配とすることができる。 Moreover, in this embodiment, the vaporizer 12 is arrange | positioned at the upper part of the heat exchange part 30, thermal gradient, temperature T0 (high temperature part 26)> temperature T4 (heat exchanger 35)> temperature T5 (vaporizer 12). However, it is the order of arrangement of each part. Therefore, in the high temperature part 26, the heat exchange part 30, and the vaporizer | carburetor 12, it can be set as the thermal gradient which can accommodate heat appropriately.

また、本実施形態では、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８、燃焼器４０、及び改質器１４で構成された高温部２６が、断熱体２６Ａに覆われているので、高温部２６からの放熱を抑制して、高温部２６内の温度Ｔ０を維持することができる。また、高温部２６と熱交換部３０を断熱することができる。 In the present embodiment, the high temperature configured by the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, the second fuel cell stack 18, the combustor 40, and the reformer 14. Since the part 26 is covered with the heat insulator 26A, heat radiation from the high temperature part 26 can be suppressed and the temperature T0 in the high temperature part 26 can be maintained. Moreover, the high temperature part 26 and the heat exchange part 30 can be insulated.

また、本実施形態では、第１−１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の間に第１−２燃料電池セルスタック１７を配置したが、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８の配置順は、この順序である必要はない。本実施形態のように、第１−１燃料電池セルスタック１６と第１−２燃料電池セルスタック１７を隣接させた場合、全体配管長を短縮することができ、熱の放散を抑制することが可能である。一方、第１−１燃料電池セルスタック１６と第１−２燃料電池セルスタック１７の間に挟んだ場合、第１−１燃料電池セルスタック１６及び第１−２燃料電池セルスタック１７の発電状況に影響を受けて温度が変動し温度低下する可能性が高い第２燃料電池セルスタック１８の保温を行うことができる。 Further, in the present embodiment, the 1-2 fuel cell stack 17 is disposed between the 1-1 fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, but the 1-1 fuel cell stack 16 The arrangement order of the 1-2 fuel cell stack 17 and the second fuel cell stack 18 need not be in this order. When the 1-1 fuel cell stack 16 and the 1-2 fuel cell stack 17 are adjacent to each other as in the present embodiment, the entire pipe length can be shortened and heat dissipation can be suppressed. Is possible. On the other hand, when sandwiched between the 1-1 fuel cell stack 16 and the 1-2 fuel cell stack 17, the power generation status of the 1-1 fuel cell stack 16 and the 1-2 fuel cell stack 17 Thus, the temperature of the second fuel cell stack 18 that is highly likely to change and decrease in temperature can be maintained.

また、本実施形態では、燃焼器４０は、金属製部材で囲まれた燃焼空間Ｒを有し、アノードオフガスを導く導入口４０Ａ、カソードオフガスを導く導入口４０Ｂを有している。アノードオフガスは、燃焼器４０の内部で燃焼される。したがって、燃焼点を限定して、所望の位置に効率よく熱を供給することができる。また、燃焼器４０は、容易に所望の大きさ、形状、配置にすることができ、設計の自由度を高くすることができる。 Further, in the present embodiment, the combustor 40 has a combustion space R surrounded by a metal member, and has an inlet 40A for introducing the anode off-gas and an inlet 40B for guiding the cathode off-gas. The anode off gas is combusted inside the combustor 40. Therefore, it is possible to efficiently supply heat to a desired position by limiting the combustion point. Moreover, the combustor 40 can be easily made into a desired size, shape, and arrangement, and the degree of freedom in design can be increased.

なお、本実施形態では、改質器１４を挟んで、下側に第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を配置し、上側に燃焼器４０を配置したが、他の構成で改質器１４を加熱することもできる。例えば、図３に示されるように、改質器１４を挟んで、下側に燃焼器４０を配置し、上側に第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を配置した、燃料電池システム１０Ｂとしてもよい。 In the present embodiment, the 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 are disposed on the lower side of the reformer 14, Although the combustor 40 is disposed on the upper side, the reformer 14 can be heated in other configurations. For example, as shown in FIG. 3, the combustor 40 is disposed on the lower side with the reformer 14 interposed therebetween, and the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the first fuel cell stack 17, And it is good also as the fuel cell system 10B which has arrange | positioned the 2nd fuel cell stack 18.

一般的に、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の温度は、負荷変動により変化する。一方、燃焼器４０の温度は、可燃ガスを供給することにより、制御が容易である。そこで、燃焼器４０を改質器１４の下側に配置する上記の構成により、容易に改質器１４の温度を制御することができる。例えば、燃料電池システム１０Ａの起動時などで、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の温度がＴ１よりも低い場合に、燃焼器４０への可燃ガスの供給量を調整することにより、燃焼熱を制御して、改質器１４を加熱することができる。また、燃焼器４０の温度が燃料電池セルスタックの温度よりも高温の場合に、高温部２６内において燃焼器４０からの熱が上昇し、高温部２６内の熱を対流させて効率的に熱の供給を行うことができる。 In general, the temperatures of the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 change due to load fluctuations. On the other hand, the temperature of the combustor 40 can be easily controlled by supplying a combustible gas. Therefore, the temperature of the reformer 14 can be easily controlled by the above-described configuration in which the combustor 40 is disposed below the reformer 14. For example, when the temperature of the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 is lower than T1 when the fuel cell system 10A is activated, By adjusting the supply amount of the combustible gas to the combustor 40, the heat of combustion can be controlled and the reformer 14 can be heated. Further, when the temperature of the combustor 40 is higher than the temperature of the fuel cell stack, the heat from the combustor 40 rises in the high temperature portion 26, and the heat in the high temperature portion 26 is convected to efficiently heat. Can be supplied.

また、図４に示されるように、改質器１４を挟んで、左右に燃焼器４０と、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８とを配置した、燃料電池システム１０Ｃとすることもできる。 Further, as shown in FIG. 4, the combustor 40, the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell are sandwiched between the reformer 14 on the left and right. A fuel cell system 10 </ b> C in which the cell stack 18 is arranged may be used.

［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１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８と、改質器１４と、燃焼器４０の位置が第１実施形態と異なり、その他の構成については第１実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the positions of the 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, the reformer 14, and the combustor 40 are the first embodiment. Unlike the first embodiment, other configurations are the same as those of the first embodiment.

本実施形態では、図５（Ａ）に示されるように、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を挟んで、上側に燃焼器４０が配置され、下側に改質器１４が配置されている。第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と燃焼器４０との間では、熱交換が可能とされている。また、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と改質器１４の間でも熱交換が可能とされている。ここでの熱交換は、伝熱材の配置による伝熱や、輻射により行うことができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 5 (A), the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 are sandwiched between the upper side and the upper side. The combustor 40 is disposed, and the reformer 14 is disposed on the lower side. Heat exchange is possible between the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, and the second fuel cell stack 18 and the combustor 40. Heat exchange is also possible between the reformer 14 and the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, and the reformer 14. The heat exchange here can be performed by heat transfer by arrangement of a heat transfer material or radiation.

本実施形態では、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８が、燃焼器４０と改質器１４に挟まれている。したがって、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８からの熱の放散を抑制することができ、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の温度を安定させることができる。   In the present embodiment, the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 are sandwiched between the combustor 40 and the reformer 14. Accordingly, heat dissipation from the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 can be suppressed, and the first fuel cell stack 1-1. 16, the temperature of the 1-2 fuel cell stack 17 and the second fuel cell stack 18 can be stabilized.

また、本実施形態では、燃焼器４０が第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８よりも上に配置されているので、燃焼器４０の耐荷重性を軽減することができる。 In the present embodiment, the combustor 40 is disposed above the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18. The load resistance of the container 40 can be reduced.

なお、本実施形態では、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を挟んで、上側に燃焼器４０を配置し、下側に改質器１４を配置したが、図５（Ｂ）に示されるように、上側に改質器１４を配置し、下側に燃焼器４０を配置してもよい。このような配置にすることにより、燃焼器４０の温度が第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の温度よりも高温の場合に、高温部２６内において燃焼器４０からの熱が上昇し、高温部２６内の熱を効果的に対流させて効率的に熱の供給を行うことができる。また、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を燃焼器４０の直下に配置することにより、燃料電池セルスタックの昇温速度が上がる。したがって、起動時に所定の起動温度に達するまでの時間が短縮されるので、起動に要する時間を短縮することができる。 In the present embodiment, the combustor 40 is disposed on the upper side of the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18. However, as shown in FIG. 5B, the reformer 14 may be disposed on the upper side and the combustor 40 may be disposed on the lower side. With this arrangement, the temperature of the combustor 40 is higher than the temperatures of the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18. In addition, the heat from the combustor 40 rises in the high temperature portion 26, and the heat in the high temperature portion 26 can be effectively convected to efficiently supply heat. Further, the temperature increase rate of the fuel cell stack is obtained by arranging the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 immediately below the combustor 40. Goes up. Therefore, the time required to reach a predetermined startup temperature at the time of startup is shortened, so that the time required for startup can be reduced.

［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。本実施形態では、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８と、改質器１４と、燃焼器４０の位置が第１、２実施形態と異なり、その他の構成については第１、２実施形態と同様である。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the positions of the first fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, the reformer 14, and the combustor 40 are the first and second positions. Unlike the embodiment, the other configurations are the same as those of the first and second embodiments.

本実施形態では、図６（Ａ）に示されるように、燃焼器４０を挟んで、上側に第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８が配置され、下側に改質器１４が配置されている。第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と燃焼器４０との間では、熱交換が可能とされている。また、燃焼器４０と改質器１４の間でも熱交換が可能とされている。ここでの熱交換は、伝熱材の配置による伝熱や、輻射により行うことができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6 (A), the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell are placed on the upper side across the combustor 40. A cell stack 18 is disposed, and the reformer 14 is disposed on the lower side. Heat exchange is possible between the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, and the second fuel cell stack 18 and the combustor 40. Heat exchange is also possible between the combustor 40 and the reformer 14. The heat exchange here can be performed by heat transfer by arrangement of a heat transfer material or radiation.

本実施形態では、燃焼器４０が、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８と改質器１４に挟まれている。したがって、改質器及び燃料電池セルスタックの両方が燃焼器４０と隣接して熱交換可能に配置されている。したがって、改質器１４、及び、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、第２燃料電池セルスタック１８を、効率的に加熱することができる。   In the present embodiment, the combustor 40 is sandwiched between the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, the second fuel cell stack 18, and the reformer 14. Therefore, both the reformer and the fuel cell stack are disposed adjacent to the combustor 40 so as to be able to exchange heat. Therefore, the reformer 14, the 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 can be efficiently heated.

また、本実施形態では、燃焼器４０が第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８の直下に配置されているので、燃焼器４０と第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８との間で、効果的に熱交換を行うことができ、燃料電池セルスタックの昇温速度が上がる。したがって、起動時に所定の起動温度に達するまでの時間が短縮されるので、起動に要する時間を短縮することができる。 In the present embodiment, the combustor 40 is disposed directly below the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18. 40 and the 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 can effectively exchange heat, and the fuel cell stack The temperature rise rate increases. Therefore, the time required to reach a predetermined startup temperature at the time of startup is shortened, so that the time required for startup can be reduced.

なお、本実施形態では、燃焼器４０を挟んで、上側に第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を配置し、下側に改質器１４を配置したが、図６（Ｂ）に示されるように、上側に改質器１４を配置し、下側に第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を配置してもよい。このような配置にすることにより、燃焼器４０からの熱の対流を利用して改質器１４を効果的に加熱することができる。また、第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を燃焼器４０の直下に配置することにより、燃料電池セルスタックの昇温速度が上がる。したがって、起動時に所定の起動温度に達するまでの時間が短縮されるので、起動に要する時間を短縮することができる。さらに、相対的に質量が大きい第１−１燃料電池セルスタック１６、第１−２燃料電池セルスタック１７、及び第２燃料電池セルスタック１８を下部に配置するので、安定した積層構造とすることができる。また、燃焼器４０や改質器１４の耐荷重性を軽減することができる。 In the present embodiment, the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 are disposed on the upper side with the combustor 40 interposed therebetween, and the lower side. As shown in FIG. 6B, the reformer 14 is disposed on the upper side, the first fuel cell stack 16 and the first fuel cell 1-2 are disposed on the lower side. The cell stack 17 and the second fuel cell stack 18 may be arranged. With this arrangement, the reformer 14 can be effectively heated using the convection of heat from the combustor 40. Further, the temperature increase rate of the fuel cell stack is obtained by arranging the first fuel cell stack 16, the first fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 immediately below the combustor 40. Goes up. Therefore, the time required to reach a predetermined startup temperature at the time of startup is shortened, so that the time required for startup can be reduced. Furthermore, since the 1-1 fuel cell stack 16, the 1-2 fuel cell stack 17, and the second fuel cell stack 18 having a relatively large mass are disposed in the lower part, a stable stacked structure is provided. Can do. Further, the load resistance of the combustor 40 and the reformer 14 can be reduced.

本発明の燃料電池セルスタックとしては、上記第１〜第３実施形態の燃料電池セルスタックに代えて、円筒状の燃料電池セルスタックを採用してもよい。その場合には、燃料電池セルスタックを中心として、外周に同心円状に円筒状の改質器、燃焼器を配置することができる。 As the fuel cell stack of the present invention, a cylindrical fuel cell stack may be adopted instead of the fuel cell stack of the first to third embodiments. In that case, a cylindrical reformer and combustor can be arranged concentrically on the outer periphery around the fuel cell stack.

また、本発明は、多段式の燃料電池システムに適用した例で説明したが、循環式など、他の燃料電池システムや、燃料を再利用しない１段の燃料電池システムに適用することもできる。また、多段式の燃料電池システムにおいて、ＣＯ２や水を分離しないシステムや、他の方法で分離するシステムに適用することもできる。 Further, although the present invention has been described with reference to an example applied to a multistage fuel cell system, the present invention can also be applied to other fuel cell systems such as a circulation type and a one-stage fuel cell system that does not reuse fuel. Further, in a multi-stage fuel cell system, the present invention can also be applied to a system that does not separate CO 2 or water, or a system that separates by other methods.

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明をモノジェネレーションシステムの燃料電池システムに適用した例について説明したが、本発明はコジェネレーションシステムの燃料電池システムに適用することもできる。本発明を適用することにより、コジェネレーションシステムの燃料電池システムにおいても、効率的に改質器を加熱して、発電効率を向上させることができる。なお、上記第１〜第３実施形態に例示したモノジェネレーションシステムにおいて、発電効率の高い燃料電池システムでは、燃料利用率が高く、燃焼器で燃焼させる未反応燃料が少ないため、特に本発明が好適である。 Moreover, although the said 1st-3rd embodiment demonstrated the example which applied this invention to the fuel cell system of the monogeneration system, this invention can also be applied to the fuel cell system of a cogeneration system. By applying the present invention, also in the fuel cell system of the cogeneration system, it is possible to efficiently heat the reformer and improve the power generation efficiency. In the monogeneration system exemplified in the first to third embodiments, the fuel cell system with high power generation efficiency has a high fuel utilization rate and a small amount of unreacted fuel burned in the combustor. It is.

さらに、本発明は、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 can be implemented by a combination of known devices by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. For example, the installation and combination of heat exchangers can be set in various ways.

１０Ａ 燃料電池システム、 １２ 気化器、 １４ 改質器
１６ 第１−１燃料電池セルスタック（燃料電池セルスタック）
１７ 第１−２燃料電池セルスタック（燃料電池セルスタック）
１８ 第２燃料電池セルスタック（燃料電池セルスタック）
２６ 高温部、 ２６Ａ 断熱体
３０ 熱交換部、 ４０ 燃焼器、 ４０Ａ、４０Ｂ 導入口、 Ｒ 燃焼空間 10A fuel cell system, 12 vaporizer, 14 reformer 16 1-1 fuel cell stack (fuel cell stack)
17 1-2 fuel cell stack (fuel cell stack)
18 Second fuel cell stack (fuel cell stack)
26 High temperature part, 26A Insulator 30 Heat exchange part, 40 Combustor, 40A, 40B Inlet, R Combustion space

Claims (11)

燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、
金属製部材で囲まれた燃焼空間が内部に形成され、前記燃料電池セルスタックから排出されたオフガスを前記燃焼空間へ導入する導入口を有し、前記燃焼空間で前記オフガスを燃焼させる燃焼器と、
原料ガスを前記燃料電池セルスタックへ供給する燃料ガスに改質する改質器と、
前記燃焼器から排出された燃焼排ガスと前記燃料電池セルスタック及び前記改質器の少なくとも一方へ供給される気体との間で熱交換を行う熱交換部と、
前記燃料電池セルスタック、前記燃焼器、及び前記改質器を有する高温部を覆い、前記熱交換部と前記高温部との間を断熱する断熱体と、
前記高温部と前記熱交換部を内部に収容し、内部を保温する筐体と、
を備えた燃料電池システム。 A fuel cell stack that generates electricity by reacting fuel gas and air; and
A combustor having a combustion space surrounded by a metal member formed therein, having an inlet for introducing offgas discharged from the fuel cell stack into the combustion space, and combusting the offgas in the combustion space; ,
A reformer that reforms a raw material gas into a fuel gas that is supplied to the fuel cell stack;
A heat exchanging section for exchanging heat between the flue gas discharged from the combustor and the gas supplied to at least one of the fuel cell stack and the reformer;
A heat insulator that covers the high temperature part having the fuel cell stack, the combustor, and the reformer, and insulates between the heat exchange part and the high temperature part;
A housing that houses the high temperature part and the heat exchange part inside, and keeps the inside warm,
A fuel cell system comprising: 前記改質器は、前記燃焼器と前記燃料電池セルスタックとの間に前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼器と熱交換が可能に配置されている、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 reformer is disposed between the combustor and the fuel cell stack so as to be able to exchange heat with the fuel cell stack and the combustor. 前記燃料電池セルスタック、前記改質器、前記燃焼器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel cell stack, the reformer, and the combustor are stacked in order from the bottom to the top. 前記燃焼器、前記改質器、前記燃料電池セルスタックの順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the combustor, the reformer, and the fuel cell stack are stacked in order from the bottom to the top. 前記燃焼器は、前記改質器と前記燃料電池セルスタックとの間に前記改質器及び前記燃料電池セルスタックと熱交換が可能に配置されている、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 arranged between the reformer and the fuel cell stack so as to be able to exchange heat with the reformer and the fuel cell stack. 前記燃料電池セルスタック、前記燃焼器、前記改質器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5, wherein the fuel cell stack, the combustor, and the reformer are stacked in order from the bottom to the top. 前記改質器、前記燃焼器、前記燃料電池セルスタックの順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5, wherein the reformer, the combustor, and the fuel cell stack are stacked in order from the bottom to the top. 前記燃料電池セルスタックは、前記改質器と前記燃焼器との間に前記改質器及び前記燃焼器と熱交換が可能に配置されている、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 fuel cell stack is disposed between the reformer and the combustor such that heat exchange with the reformer and the combustor is possible. 前記燃焼器、前記燃料電池セルスタック、前記改質器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 8, wherein the combustor, the fuel cell stack, and the reformer are stacked in order from the bottom to the top. 前記改質器、前記燃料電池セルスタック、前記燃焼器の順に下から上へ積層されている、ことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 8, wherein the reformer, the fuel cell stack, and the combustor are stacked in order from the bottom to the top. 前記熱交換部は、前記改質器へ供給する水を気化させる気化器、及び前記燃焼排ガスと前記燃料電池セルスタックへ供給される気体との間で熱交換を行う熱交換器、を含み、
前記熱交換器は前記高温部に隣接配置され、前記気化器は前記熱交換器に対して前記高温部と反対側に隣接配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The heat exchange unit includes a vaporizer that vaporizes water to be supplied to the reformer, and a heat exchanger that performs heat exchange between the combustion exhaust gas and the gas supplied to the fuel cell stack,
The said heat exchanger is arrange | positioned adjacent to the said high temperature part, and the said vaporizer is arrange | positioned adjacent to the said high temperature part on the opposite side with respect to the said heat exchanger. Fuel cell system.
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