JP7013605B1 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力容器内の加圧された酸化性ガスに含まれる水分が結露して金属製の端子に付着することを防止する。【解決手段】圧力容器２０５と、ＳＯＦＣカートリッジと、圧力容器２０５の内部空間Ｓ１と連通する連通空間Ｓ２が内部に形成された筒状の管台４００と、管台４００の端面に気密性を維持して圧力容器２０５の外部へ貫通して配置されるとともにＳＯＦＣカートリッジと電気的に接続される金属製の端子５００と、酸化性ガスまたはＳＯＦＣカートリッジから排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は内部空間Ｓ１へ流通し、内部空間Ｓ１から連通空間Ｓ２へ排酸化性ガスが流入しないように外部から連通空間Ｓ２へ連通空間Ｓ２において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部７００と、管台４００の内部に配置される抵抗体と、を備える発電システムを提供する。【選択図】図６

Description

本開示は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関するものである。
燃料ガスと酸化性ガスとを化学反応させることにより発電する燃料電池システムが知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、炭素質原料をガス化設備により製造した石炭ガス化ガス等のガス、水素、都市ガス、天然ガス、石油、メタノールなどを燃料として運転される燃料電池システムである。このようなＳＯＦＣは、直接発電であることにより、更には例えばガスタービン等の内燃機関と組み合わせて複合発電システムを構築することにより、発電効率の高い発電が可能とされている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の燃料電池システムは、加圧された酸化性ガスを収容する圧力容器と、圧力容器に配置されるＳＯＦＣカートリッジを有し、ＳＯＦＣカートリッジにおいて、酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて発電をする。燃料電池システムの発電量を更に増加させるためには、圧力容器の内部の圧力を増加させて燃料電池の起電力を向上することが求められる
特開２０１８－３２４７２号公報
しかしながら、圧力容器の内部の圧力を増加させると、それに伴って圧力容器に収容される酸化性ガスや排酸化性ガスの露点温度が上昇することで、圧力容器内の一部の低温度領域において結露が発生することが懸念される。ここで、酸化性ガスとは、主として燃料電池の空気極へ供給されるガスであり、例えば、空気である。排酸化性ガスとは、空気極側の発電室から排出されるガスであり、発電により酸素の一部が消費されるとともに、一部が微量漏入した燃料と酸素が反応し、生成された水分を更に含むガスである。
従い、内部圧力を一層に増加することで、従来の燃料電池本体での結露への注目に留まらず、圧力容器の内部においても露点温度の上昇に伴う結露の発生抑制への配慮が必要になる。すなわち、圧力容器内の一部に温度が低下した領域があり、ここに水分を含んだ酸化性ガス（または排酸化性ガス）が通過すると、圧力容器内の酸化性ガス（または排酸化性ガス）の温度が露点温度を下回り、酸化性ガス（または排酸化性ガス）に含まれる水分が結露する可能性がある。特に電気やガスを出し入れするため設置してある圧力容器から突出する管台では、外部空間により冷却されて温度低下し易いため、管台内部へ流入してくる酸化性ガス（または排酸化性ガス）が存在すると、このガスが含有する水分の結露への配慮が一層に必要になる。
燃料電池システムの発電量を増加させるために圧力容器の内部の圧力を増加させるほど、酸化性ガス（または排酸化性ガス）に含まれる水分が結露する可能性が高くなる。そして、圧力容器には、ＳＯＦＣカートリッジが発電した電力や計測信号などを外部に出力するための金属製の端子が圧力容器内部より温度が低下している管台などに設けられており、この端子に結露が付着し易くなり漏電等の不具合が発生する可能性がある。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧力容器内の加圧された酸化性ガス（または排酸化性ガス）に含まれる水分が結露し、圧力容器の内部空間に連通して配置される管台などの突出部分の内部において、電気的に接続される金属製の端子に水分の結露が付着することを防止することが可能な燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。
本発明は、本開示の一態様に係る燃料電池システムは、大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部と、前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体と、前記酸化性ガスを加圧して前記圧力容器に供給する加圧部と、を備え、前記追加ガス供給部は、前記加圧部により加圧された前記酸化性ガスの一部を前記追加ガスとして前記連通空間へ供給する。
本開示の一態様に係る燃料電池システムの運転方法は、大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、前記突出部の内部に配置されるとともに前記内部空間と前記連通空間との間を流通する前記酸化性ガスに圧力損失を与える抵抗体と、前記酸化性ガスを加圧して前記圧力容器に供給する加圧部と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記内部空間から前記連通空間へ前記発電装置から排出された排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給工程を備え、前記追加ガス供給工程は、前記加圧部により加圧された前記酸化性ガスの一部を前記追加ガスとして前記連通空間へ供給する。
本開示によれば、圧力容器内の加圧された酸化性ガス（または排酸化性ガス）に含まれる水分が結露し、圧力容器の内部空間に連通して配置される管台などの突出部分の内部において、電気的に接続される金属製の端子に水分の結露が付着することを防止することが可能な燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供することができる。
本開示の一実施形態に係るＳＯＦＣモジュールが有するセルスタックを示す縦断面である。 本開示の一実施形態に係るＳＯＦＣモジュールを示す斜視図である。 本開示の一実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジを示す縦断面図である。 図２に示す圧力容器の斜視図である。 図４に示す管台の正面図である。 図５に示す管台のＡ－Ａ矢視断面図である。 酸化性ガスノズルの第１変形例を示す縦断面図である。 酸化性ガスノズルの第２変形例を示す横端面図である。 酸化性ガスノズルの第３変形例を示す横端面図である。 本開示の一実施形態に係る複合発電システムを示す系統図である。 本開示の一実施形態に係る複合発電システムにおいてターボチャージャを用いた変形例のターボチャージャ周りの主系統を示す系統図である。 本開示の一実施形態に係る複合発電システムの変形例を示す系統図である。
以下に、本開示に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。また、本実施形態では、上下方向と水平方向で同様な効果を得られるものは、紙面における上下方向が必ずしも鉛直上下方向に限定することなく、例えば鉛直方向に直交する水平方向に対応してもよい。
また、以下においては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のセルスタックとして円筒形（筒状）を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。基体上に燃料電池セルを形成するが、基体ではなく電極（燃料極もしくは空気極）が厚く形成されて、基体を兼用したものでも良い。
まず、図１を参照して本実施形態に係る一例として、基体管を用いる円筒形セルスタックについて説明する。基体管を用いない場合は、例えば燃料極を厚く形成して基体管を兼用してもよく、基体管の使用に限定されることはない。また、本実施形態での基体管は円筒形状を用いたもので説明するが、基体管は筒状であればよく、必ずしも断面が円形に限定されなく、例えば楕円形状でもよい。円筒の周側面を垂直に押し潰した扁平円筒（Ｆｌａｔ ｔｕｂｕｌａｒ）等のセルスタックでもよい。
ここで、図１は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示す縦断面図である。セルスタック１０１は、一例として円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。
燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質膜１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル１０５の燃料極１０９に電気的に接続されたリード膜１１５を備える。
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。燃料極１０９の厚さは５０μｍ～２５０μｍであり、燃料極１０９はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。
また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質膜１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２－）とを固体電解質膜１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
固体酸化物形燃料電池の燃料極１０９に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、及び石炭などの炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガスなどが挙げられる。
固体電解質膜１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質膜１１１は、空気極で生成される酸素イオン（Ｏ２－）を燃料極に移動させるものである。燃料極１０９の表面上に位置する固体電解質膜１１１の膜厚は１０μｍ～１００μｍであり固体電解質膜１１１はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成され、空気極１１３はスラリーをスクリーン印刷またはディスペンサを用いて塗布される。この空気極１１３は、固体電解質膜１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２－）を生成するものである。
空気極１１３は２層構成とすることもできる。この場合、固体電解質膜１１１側の空気極層（空気極中間層）は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層（空気極導電層）は、Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。酸化性ガスとは，酸素を略１５％～３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１－ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、スラリーをスクリーン印刷する。インターコネクタ１０７は、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。
また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。
リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材やＳｒＴｉＯ３系などのＭ１－ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。
次に、図２と図３とを参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図２は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールを示す斜視図である。また、図３は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジを示す縦断面図である。
ＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）２０１は、図２に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ（発電装置）２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを備える。なお、図２には円筒形のＳＯＦＣのセルスタック１０１を例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａ及び燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを備える。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と複数の酸化性ガス供給枝管（不図示）及び酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを備える。
燃料ガス供給管２０７は、圧力容器２０５の外部に設けられ、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。
また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管２０９に導くものである。
また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）～約３ＭＰa（ａｂｓ）、内部の温度が大気温度～約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図３に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給ヘッダ２１７と、燃料ガス排出ヘッダ２１９と、酸化性ガス供給ヘッダ２２１と、酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを備える。また、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備える。
なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給ヘッダ２１７と燃料ガス排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とが図３のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタック１０１の内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタック１０１の長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置された領域であり、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、温度計測部（温度センサや熱電対など）で監視され、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃～１０００℃の高温雰囲気となる。
燃料ガス供給ヘッダ２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。
また、複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、燃料ガス供給ヘッダ２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。
燃料ガス排出ヘッダ２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、図示しない燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。
また、複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、燃料ガス排出ヘッダ２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出ヘッダ２１９に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くものである。
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを図示しない酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に導くものである。
酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、発電室２１５から排出される排酸化性ガスを、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くものである。
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。
また、上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の貫通穴を有し、該貫通穴にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材２３７ａ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給ヘッダ２１７と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを隔離するものである。
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。
また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の貫通穴が設けられている。この貫通穴の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この貫通穴の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを備える。
この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はニッケル基合金（インコネル（登録商標））などの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に導くものである。
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される。また、燃料ガスは、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室２１５に供給することができる。
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の貫通穴を有し、該貫通穴にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材２３７ｂ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを隔離するものである。
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の貫通穴が設けられている。この貫通穴の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この貫通穴の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを備える。
この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はニッケル基合金（インコネル（登録商標））などの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給ヘッダ２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料ガスは、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出ヘッダ２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。
発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された直流電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換されて、電力供給先（例えば、負荷設備や電力系統）へと供給される。
次に、本実施形態の圧力容器２０５に取り付けられる管台（突出部）４００について図面を参照して説明する。図４は、図２に示す圧力容器２０５の斜視図である。図５は、図４に示す管台４００の正面図である。図６は、図５に示す管台４００のＡ－Ａ矢視断面図である。
図４に示すように、圧力容器２０５は、軸線Ｘ１に沿って円筒状に延びる本体部２０５ａと、本体部２０５ａに開閉可能に取り付けられる蓋部となる鏡板２０５ｂと、を有する。圧力容器２０５は、大気圧よりも高い所定圧力（例えば、０．１ＭＰａ（ａｂｓ）より高く３ＭＰa（ａｂｓ）以下）に加圧された酸化性ガスが流通する内部空間Ｓ１（図６参照）を形成する。圧力容器２０５は、所定圧力まで昇圧することで、発電室２１５のセルスタック１０１の燃料電池セル１０５における燃料ガスと酸化性ガスとが高い圧力のもとで電気化学的に反応するために、燃料電池セル１０５の起電力が上昇して、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量を増加することが出来るので好ましい。
図４に示すように、圧力容器２０５の外周面のうちで例えば、鏡板２０５ｂには複数（図４では５つ）の管台４００が、外周面から突出するように取り付けられている。前述したように、圧力容器２０５の内部（内部空間Ｓ１）には、酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて発電をするＳＯＦＣカートリッジ（発電装置）２０３が配置される。
図５および図６に示すように、管台４００は、円筒部４１０と、第１端板４２０と、第２端板４３０と、断熱材４４０と、を有する。円筒部４１０は、軸線Ｘ２に沿って延びるように円筒状に形成される。本実施形態では、軸線Ｘ２は、例えば圧力容器２０５の軸線Ｘ１と並行であるものを例示しているが、必ずしも限定されない。円筒部４１０は、内部空間Ｓ１と連通する連通空間Ｓ２を内部に形成する。
第１端板４２０は、円筒部４１０の軸線Ｘ２に沿った一端に固定された板状部材である。第２端板４３０は、第１端板４２０と締結具（図示略）により気密性を維持しながら着脱可能に取り付けられる板状部材である。図６に示すように、第１端板４２０には貫通穴４２１が形成されており、第２端板４３０には貫通穴４３１が形成されている。
管台４００の端面である第１端板４２０および第２端板４３０には、貫通穴４２１および貫通穴４３１の双方を、気密性を維持しながら貫通するように端子５００が配置されている。端子５００は、金属製であり、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が発電した電力を出力するためにＳＯＦＣカートリッジ２０３と電気的に接続されている。
図６に示すように、貫通穴４２１および貫通穴４３１の内周面と端子５００との間には、端子５００と第１端板４２０および第２端板４３０とが短絡することを防止するために筒状の絶縁部材５１０が気密性を維持しながら配置されている。
図６に示すように、円筒部４１０は、その内部に圧力容器２０５の内部空間Ｓ１と連通する連通空間Ｓ２を形成する。円筒部４１０の内周面には、断熱材４４０が取り付けられている。断熱材４４０は、円筒部４１０が配置される外部空間Ｓ３と連通空間Ｓ２との熱移動量を低減するための部材である。
図６に示すように、管台４００の円筒部４１０の内部には、圧力容器２０５の内部空間Ｓ１と連通空間Ｓ２との間のガスの移動量を低減し、ガスが通過することを抑制する抵抗体６００が配置されている。このガスとは、発電室２１５（空気極１１３側）から排出されて内部空間Ｓ１内を流通する排酸化性ガスと、連通空間Ｓ２へ外部から導入される酸化性ガス（後述）のいずれか、もしくは両方の場合がある。
抵抗体６００は、例えば、アルミナやシリカ等のセラミックス材料により形成される繊維を積層して形成されている。抵抗体６００は、繊維を積層して形成されているため、内部空間Ｓ１と連通空間Ｓ２との間を流通するガスに圧力損失を与えることで、ガス（本実施形態では主として発電室２１５から排出される排酸化性ガス）の連通空間Ｓ２への流通を抑制する。
本実施形態では、抵抗体６００は、内部空間Ｓ１と連通空間Ｓ２との間を流通するガス（排酸化性ガス）に圧力損失を与えて流通流量を低減するとともに、内部空間Ｓ１と連通空間Ｓ２との熱移動量を低下させる機能を有する。抵抗体６００を配置して連通空間Ｓ２を内部空間Ｓ１からある程度隔離するようにすることにより、内部空間Ｓ１から連通空間Ｓ２へ高圧かつ水分を含むガス（排酸化性ガス）が流入することが抑制される。
後述するように、連通空間Ｓ２から内部空間Ｓ１へ追加ガスを流通させることにより、内部空間Ｓ１から連通空間Ｓ２へのガス（排酸化性ガス）の流入を抑制するように追加ガスノズル７１０から連通空間Ｓ２に追加ガスが供給され、連通空間Ｓ２内の水分を排酸化性ガスに比べ低減することができる。ここで、追加ガスは後述するように、酸化性ガスの一部を分岐してもよく、この追加ガスに含有される水分量は、圧力容器２０５の内部空間Ｓ１に存在する非酸化性ガスに含有される水分量よりも少ないことが望ましい。
ここで、水分量は、厳密には同一の温度・圧力条件での含有する水分重量で判断してもよい。また、追加ガスは、水分除去した酸化性ガスや、別系統から導入したドライガスや不活性ガスでもよい。したがって、内部空間Ｓ１から連通空間Ｓ２へ高圧かつ水分を含むガス（排酸化性ガス）が流入し、流入したガス（排酸化性ガス）に含まれる水分が内部空間Ｓ１よりも外部空間Ｓ３と熱移動量の多い連通空間Ｓ２で結露することが防止される。
図６に示すように、管台４００の円筒部４１０には、外周面を貫通するように追加ガスノズル７１０が挿入されている。図６に示す追加ガスノズル７１０は、本実施形態では例えば軸線Ｘ２に直交する軸線Ｙ１に沿って、連通空間Ｓ２の外部から連通空間Ｓ２へ向けて追加ガスを導く筒体である。軸線Ｙ１と軸線Ｘ２の関係は一例である。追加ガスノズル７１０は、後述するように、圧力容器２０５の外部から連通空間Ｓ２へ供給した追加ガスは連通空間Ｓ２内で拡散して、内部空間Ｓ１へと流入する。
図６に示す追加ガスノズル７１０は、軸線Ｘ２と所定の位置関係として例えば直交する軸線Ｙ１に沿って、軸線Ｘ２に向けて追加ガスを導くものであるが、他の態様であってもよい。例えば、図７に示す第１変形例のようにしてもよい。図７に示す第１変形例は、追加ガスノズル７１０を管台４００の内部の端面である第１端板４２０に向けて追加ガスを導入するものである。
図７に示すように、第１変形例の追加ガスノズル７１０は、軸線Ｘ２と所定の位置関係として例えば直交する軸線Ｙ１に対して吹き出し口を角度θ１だけ第１端板４２０に向けて傾斜した軸線Ｙ２に沿って追加ガスを導入する。管台４００の内部で追加ガスを第１端板４２０に向けて吹き付けることで、第１端板４２０付近まで確実に導入した追加ガスが行き届くとともに、仮に第１端板４２０の端子５００の近傍に結露が生じたとしても、追加ガスを吹き付けることにより露点よりも温度上昇させて結露を除去することができる。
また、追加ガスノズル７１０は、図８に示す第２変形例または図９に示す第３変形例のようにしてもよい。図８および図９は、管台４００を軸線Ｘ２に直交する方向にみた管台４００の横端面図である。図８および図９に示すように、管台４００の円筒部４１０および断熱材４４０は、軸線Ｘ２に沿って延びる断面視が円形の内周面を有する。
図８に示すように、第２変形例の追加ガスノズル７１０は、軸線Ｙ１と平行な軸線Ｙ３に沿って追加ガスを外部から連通空間Ｓ２へ導く。図８に示すように、追加ガスノズル７１０の中心軸である軸線Ｙ３の延長線上に軸線Ｘ２は存在せず、軸線Ｘ２と軸線Ｙ３とは距離Ｄだけ離れている。そのため、第２変形例の追加ガスノズル７１０により連通空間Ｓ２へ導かれた追加ガスは、軸線Ｘ２回り（図８中に矢印で示す方向）に旋回するように流れることで連通空間Ｓ２内の全体に渡り導入した追加ガスが行き届き、結露発生を効果的に防止する。
図８までに示した追加ガスノズル７１０は直管であり、吹き出し口の断面は軸線Ｙ１または軸線Ｙ３と直交するようになっている。一方、図９に示すように、第３変形例の追加ガスノズル７１０の吹き出し口の断面は、軸線Ｙ１と直交しない構成になっている。すなわち、軸線Ｙ１に対して軸線Ｘ２に直交する平面状で角度θ２だけ軸線Ｘ２から離れる方向に傾斜した軸線Ｙ４に沿って追加ガスを外部から連通空間Ｓ２へ導く。
図９に示すように、追加ガスノズル７１０の中心軸である軸線Ｙ４の延長線上に軸線Ｘ２は存在しない。そのため、第３変形例の追加ガスノズル７１０により連通空間Ｓ２へ導かれた追加ガスは、軸線Ｘ２回り（図９中に矢印で示す方向）に旋回するように流れることで、連通空間Ｓ２内の全体に渡り導入した追加ガスが行き届き、結露発生を効果的に防止する。
本開示の一実施形態に係る発電システムの概略構成について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態に係る複合発電システム（以下「発電システム」という。）３１０を示す系統図である。図１０に示すように、発電システム３１０は、ガスタービン３１１、発電機３１２、及びＳＯＦＣ３１３を備えている。ＳＯＦＣ３１３は、図示しないＳＯＦＣモジュールが１つまたは複数が組み合わされて構成され、以降は単に「ＳＯＦＣ」と記載する。この発電システム３１０は、ＭＧＴ３１１による発電と、ＳＯＦＣ３１３による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成されている。
ＭＧＴ３１１は、圧縮機（Ａ／Ｃ）３２１、燃焼器３２２、タービン（Ｇ／Ｔ）３２３を備えており、圧縮機３２１とタービン３２３とは回転軸３２４により一体回転可能に連結されている。後述するタービン３２３が回転することで圧縮機３２１が回転駆動する。本実施形態は酸化性ガスとして空気を用いた例であり、圧縮機３２１は、空気取り込みライン３２５から取り込んだ空気Ａを所定の圧力へ圧縮して送気する。
燃焼器３２２には、第１酸化性ガス供給ライン３２６を介して圧縮機３２１からの空気Ａの少なくとも一部である圧縮空気Ａ１が供給されるとともに、第１燃料ガス供給ライン３５１を介して燃料ガスＬ１が供給される。第１酸化性ガス供給ライン３２６には、燃焼器３２２へ供給する圧縮空気Ａ１の空気量を調整するための制御弁３２７が設けられ、第１燃料ガス供給ライン３５１には、燃焼器３２２へ供給する燃料ガス流量を調整するための制御弁３５２が設けられている。
更に、燃焼器３２２には、後述するＳＯＦＣ３１３の燃料ガス再循環ライン３４９を循環する排燃料ガスＬ３の一部が分岐されて排燃料ガス供給ライン３４５を通じて供給される。排燃料ガス供給ライン３４５には、燃焼器３２２に供給する排燃料ガス量を調整するための制御弁３４７が設けられている。更に、燃焼器３２２には、後述する排酸化性ガス供給ライン３３４を通じてＳＯＦＣ３１３の空気極１１３で用いられた排空気Ａ３（排酸化性ガス）の一部が供給される。
燃焼器３２２は、燃料ガスＬ１、空気Ａの一部（圧縮空気Ａ１）、排燃料ガスＬ３、及び排空気Ａ３（排酸化性ガス）を混合して燃焼させ、燃焼ガスＧを生成する。燃焼ガスＧは燃焼ガス供給ライン３２８を通じてタービン３２３に供給される。タービン３２３は、燃焼ガスＧが断熱膨張することにより回転し、排ガスが燃焼排ガスライン３２９から排出される。発電機３１２は、タービン３２３と同軸上に設けられており、タービン３２３が回転駆動することで発電する。
燃焼器３２２に供給する燃料ガスＬ１及び後述する燃料ガスＬ２は可燃性ガスであり、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化させたガスあるいは天然ガス、都市ガス、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素ガス、及び炭素質原料（石油や石炭等）のガス化設備により製造されたガス等が用いられる。燃料ガスとは、予め発熱量が略一定に調整された燃料ガスを意味する。
熱交換器３３０は、タービン３２３から排出された排ガスと圧縮機３２１から供給される空気Ａとの間で熱交換を行う。排ガスは、空気Ａとの熱交換で冷却された後に、図示しない煙突を通して外部に放出される。
前述の図１０の構成において、酸化性ガス（空気Ａ）を圧縮して送風する回転機器は、圧縮機３２１、燃焼器３２２、タービン３２３を備えたガスタービン３１１であったが、本変形例の実施形態では、ターボチャージャで構成されてもよい。
図１１は、本発明の一実施形態に係る発電システムであり、本実施形態では、ターボチャージャ８１１を構成する圧縮機８２１に酸化性ガスとして空気Ａを取り込んで圧縮して供給し、圧縮された空気ＡをＳＯＦＣ３１３の空気極１１３へと供給する。ＳＯＦＣ３１３で発電のための化学反応に用いられた後の排空気Ａ３（排酸化性ガス）は、排酸化性ガス排出ライン３３３から排酸化性ガス供給ライン３３４を介して触媒燃焼器８２２へ、及びＳＯＦＣ３１３で発電のための化学反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３の一部は、排燃料ガス供給ライン３４５を介して触媒燃焼器８２２へ送られる。
触媒燃焼器８２２で燃焼により高温化した燃焼ガスＧは、ターボチャージャ８１１を構成するタービン８２３に送られ、タービン８２３を回転させて回転動力が発生する。この回転動力で圧縮機８２１を駆動することで、圧縮空気が発生する。この実施形態によれば、酸化性ガス（空気Ａ）を圧縮して送風する回転機器の動力をターボチャージャ８１１で発生させることが出来るため、所要動力を低減して発電システムの発電効率を向上できる。
図１０の構成において、ＳＯＦＣ３１３は、還元剤として燃料ガスＬ２と、酸化剤として空気Ａ２とが供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行う。このＳＯＦＣ３１３は、図示しないＳＯＦＣモジュールから構成され、ＳＯＦＣモジュールの圧力容器内に設けた複数のセルスタックの集合体が収容されており、図示しないセルスタックには、燃料極１０９と空気極１１３と固体電解質膜１１１を備えている。
ＳＯＦＣ３１３は、空気極１１３に空気Ａ２が供給され、燃料極１０９に燃料ガスＬ２が供給されることで発電して、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換される。本実施形態では、ＳＯＦＣ３１３に供給される酸化性ガスとして、圧縮機３２１によって圧縮された空気Ａの少なくとも一部（空気Ａ２）を採用する場合を例示して説明する。
ＳＯＦＣ３１３には、第１酸化性ガス供給ライン３２６から分岐した第２酸化性ガス供給ライン３３１を通じて酸化性ガスとして空気Ａ２が空気極１１３の図示しない酸化性ガス導入部に供給される。この第２酸化性ガス供給ライン３３１には、供給する空気Ａ２の流量を調整するための制御弁３３５が設けられている。
また、第１酸化性ガス供給ライン３２６において、第２酸化性ガス供給ライン３３１の分岐点よりも空気Ａ２の上流側（換言すると、圧縮機３２１側）には、熱交換器３３０が設けられている。熱交換器３３０において、空気Ａは、燃焼排ガスライン３２９から排出される排ガスとの間で熱交換されて昇温される。更に、第２酸化性ガス供給ライン３３１には、熱交換器３３０をバイパスするバイパスライン３３２が設けられている。
バイパスライン３３２には、制御弁３３６が設けられ、空気Ａのバイパス流量が調整可能とされている。制御弁３３５、３３６の開度が後述する制御装置３８０によって制御されることで、熱交換器３３０を通過する空気Ａと熱交換器３３０をバイパスする空気Ａとの流量割合が調整され、空気Ａの一部である第２酸化性ガス供給ライン３３１を通じてＳＯＦＣ３１３に供給される空気Ａ２の温度が調整される。ＳＯＦＣ３１３に供給される空気Ａ２の温度は、ＳＯＦＣ３１３を構成する図示しないＳＯＦＣモジュール内部の各構成機器の材料に損傷を与えないよう温度の上限が制限されている。
更に、第２酸化性ガス供給ライン３３１には、可燃性ガスとして燃料ガスＬ２を供給して、酸化性ガス（空気Ａ２）の温度を上昇させて空気極１１３を昇温する空気極燃料供給ライン３７１が接続されている。空気極燃料供給ライン３７１には、第２酸化性ガス供給ライン３３１へ供給する燃料ガス量を調整するための制御弁３７２が設けられている。制御弁３７２の弁開度が後述する制御装置３８０によって制御されることにより、空気Ａ２に添加される燃料ガスＬ２の供給量が調整される。空気Ａ２に添加される燃料ガスＬ２の量は、可燃限界濃度以下で供給され、より好ましくは３体積％以下で供給される。
図１０に示した実施形態において、ＳＯＦＣ３１３には、空気極１１３で用いられた排空気Ａ３（排酸化性ガス）を排出する排酸化性ガス排出ライン３３３が接続されている。この排酸化性ガス排出ライン３３３には、燃焼器３２２に排空気Ａ３を供給するための排酸化性ガス供給ライン３３４が接続されている。排酸化性ガス供給ライン３３４には、ＳＯＦＣ３１３とＭＧＴ３１１との間の系統を切り離すための遮断弁３３８が設けられている。また、排酸化性ガス排出ライン３３３には、空気極１１３で用いられた排空気Ａ３を系統外へ排出する排酸化性ガス量を調整するための制御弁（もしくは遮断弁）３３７が設けられている。
ＳＯＦＣ３１３には、更に、燃料ガスＬ２を燃料極１０９の図示しない燃料ガス導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン３４１と、燃料極１０９で反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ガスライン３４３とが接続されている。第２燃料ガス供給ライン３４１には、燃料極１０９に供給する燃料ガスＬ２の流量を調整するための制御弁３４２が設けられ、排燃料ガスライン３４３には燃料極１０９で反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３を系統外へ排出する排燃料ガス量を調整するための制御弁（もしくは遮断弁）３４６が設けられている。
排燃料ガスライン３４３の制御弁３４６と、排酸化性ガス排出ライン３３３の制御弁３３７を制御することにより、排燃料ガスＬ３もしくは排空気Ａ３を系外に排出することで過剰になった圧力を素早く調整することができる。また、ＳＯＦＣ３１３の燃料極１０９と空気極１１３の差圧（以下、燃料空気差圧）は、燃料極１０９側が所定の圧力範囲で高くなるように、制御弁３４７により制御する。
また、排燃料ガスライン３４３には、排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ３１３の燃料極１０９の燃料ガス導入部へと再循環させるための燃料ガス再循環ライン３４９が接続されている。燃料ガス再循環ライン３４９には、排燃料ガスＬ３を再循環させるための再循環ブロワ３４８が設けられている。
更に、燃料ガス再循環ライン３４９には、燃料極１０９に燃料ガスＬ２を改質するための純水を供給する純水供給ライン３６１が設けられている。純水供給ライン３６１にはポンプ３６２が設けられている。ポンプ３６２の吐出流量が制御装置３８０によって制御されることにより、燃料極１０９に供給される純水量が調整される。
制御装置３８０は、例えば、発電システム（複合発電システム）３１０に備える圧力計及び各温度計、流量計などの計測値等に基づき、各遮断弁及び各流量調整弁の制御を行う。
制御装置３８０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。
そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
本実施形態の発電システム３１０は、管台４００の連通空間Ｓ２へ追加ガスとして酸化性ガスの一部を供給する追加ガス供給部７００を備える。追加ガス供給部７００は、図６に示す追加ガスノズル７１０と、追加ガス供給ライン７２０と、制御弁７３０と、を有する。制御弁７３０は、制御装置３８０から送信される制御信号により制御される。
制御装置３８０は、制御弁７３０を制御することにより、管台４００の連通空間Ｓ２を満たした酸化性ガスが連通空間Ｓ２から圧力容器２０５の内部空間Ｓ１へと流入する。このため圧縮機３２１により圧縮された空気Ａ２を分岐して、空気Ａ２の一部を管台４００の連通空間Ｓ２へ供給する。圧縮機３２１は、酸化性ガスである空気Ａを圧縮して多くの分量は圧力容器２０５内の空気極１１３へ供給する。追加ガス供給部７００は、圧縮機３２１により加圧された空気Ａ２の一部を分岐した追加ガスを連通空間Ｓ２へ供給する。
図１０に示すように、発電システム３１０は、圧力容器２０５の内部空間Ｓ１の圧力を計測する圧力センサ（圧力計測部）９０を備える。制御装置３８０は、圧力センサ９０が計測する圧力に基づいて連通空間Ｓ２へ供給する追加ガスの流量を調整する。具体的には、追加ガスとして酸化性ガスの一部を用いる場合は、連通空間Ｓ２へ供給する追加ガスの流量が過剰な大流量となり空気極１１３への酸化性ガスの供給量が不足しないように、連通空間Ｓ２から内部空間Ｓ１へ追加ガスが小流量で流通される圧力状態が形成されるように、制御弁７３０の開度を調整する。
ここで、連通空間Ｓ２から内部空間Ｓ１へ追加ガスが小流量で流通される圧力状態とは、連通空間Ｓ２の圧力が、内部空間Ｓ１の圧力に小流量の追加ガスが抵抗体６００を通過する際の圧力損失分を加算した圧力よりも少なくとも僅かでも高い状態をいう。このような圧力状態とすることで、抵抗体６００によりガス(排酸化性ガス)が通過しにくい状態であることに加えて、連通空間Ｓ２から内部空間Ｓ１へ小流量の追加ガスが流通される状態となり、内部空間Ｓ１から連通空間Ｓ２へ水分を含む追加ガス（排酸化性ガス）が流入することが効果的に抑制される。
図１０に示す発電システム３１０は、圧縮機３２１が加圧して高温（例えば、３００℃～４００℃程度）となった酸化性ガスを管台４００の連通空間Ｓ２に供給するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、圧縮機３２１が加圧して高温（例えば、３００℃～４００℃程度）となった酸化性ガスは、連通空間Ｓ２に導入して結露を防止するには高い温度となっている。このため酸化性ガスと燃料ガスとを熱交換させることで酸化性ガスの保有する熱量の一部を燃料ガスの予熱に利用して、酸化性ガスの温度を連通空間Ｓ２で結露しない温度に調整してから管台４００の連通空間Ｓ２へ供給するようにしてもよい。図１２は、本開示の一実施形態に係る複合発電システム（発電システム３１０）の変形例を示す系統図である。
図１２に示す発電システム３１０の追加ガス供給部７００は、追加ガスノズル７１０、追加ガス供給ライン７２０、制御弁７３０に加え、更に熱交換器（温度調整部）７４０を有する。熱交換器７４０は、圧縮機３２１から供給される高温（例えば、３００℃～４００℃程度）の酸化性ガスと例えば常温の燃料ガスＬ２との熱交換を行うことにより、管台４００に供給される追加ガスの温度を連通空間Ｓ２で結露しない適正な温度に調整して、燃料ガスＬ２へ熱交換した高温の追加ガスが保有していた熱量の一部を系統内に有効に戻すので、系統外へ排ガスとして排出される熱損出を抑制することができる。
図１２に示す発電システム３１０は、連通空間Ｓ２もしくは管台４００の端面（管台表面）の温度を検出する温度センサ９１を有する。制御装置３８０は、圧力センサ９０が計測する圧力と温度センサ９１が検出する温度から推定した連通空間Ｓ２の圧力雰囲気およびガスの水蒸気分圧（設定値もしくは別途計測値）に基づいて、連通空間Ｓ２へ供給する追加ガスが連通空間Ｓ２で結露しない温度となるように制御弁７３０の開度を調整する。
なお、他の変形例として、図１０、図１１および図１２に示す発電システム３１０において、追加ガス供給ライン７２０に、酸化性ガスに含まれる水分を除去するガスクーラ（水分除去部）を設けるようにしてもよい。ガスクーラにより酸化性ガスから水分を除去することで、排酸化性ガスの含有する水分量より少ない水分量を含有する追加ガスを供給することができ、連通空間Ｓ２結露が発生することを更に防止することができる。なお、図１２に示す温度センサ９１の計測値を参照し、ガスクーラにより低下する追加ガスが連通空間Ｓ２に供給された際の温度が、連通空間Ｓ２の圧力雰囲気で結露が生じる温度を下回らないようにするのが好ましい。
以上説明した実施形態に記載の燃料電池システム（３１０）は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る燃料電池システムは、大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間（Ｓ１）を形成する圧力容器（２０５）と、前記内部空間（Ｓ１）に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置（２０３）と、前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間（Ｓ２）が内部に形成された筒状の突出部（４００）と、前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子（５００）と、前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部（７００）と、前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体（６００）と、を備える。
本開示に係る燃料電池システムによれば、発電装置から排出される加圧された排酸化性ガスが流通する圧力容器において、この外周面に突出して取り付けられた突出部の端面に金属製の端子が気密に配置されている。突出部が外気により冷却されるため、突出部の内部に形成される連通空間は圧力容器の内部空間よりも温度が低下して、排酸化性ガスに含まれる水分が結露して端子に付着する可能性がある。
そこで、本開示に係る燃料電池システムでは、追加ガス供給部により連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを連通空間へ供給し、内部空間から連通空間へ排酸化性ガスが流通しないようにしている。加圧された排酸化性ガスが内部空間から連通空間に導かれないため、加圧された排酸化性ガスに含まれる水分が連通空間で結露することを防止することができる。したがって、圧力容器内の加圧された排酸化性ガスに含まれる水分が結露し、圧力容器の内部空間に配置される発電装置と電気的に接続される金属製の端子に付着することを防止することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記追加ガスに含有される水分量は排酸化性ガスに含有される水分量よりも少ない構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、連通区間へ供給する追加ガスに含有される水分量は排酸化性ガスに含有される水分量よりも少なくすることで、排酸化性ガスに比べて連通空間内で結露することを防止することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記酸化性ガスを加圧して前記圧力容器に供給する加圧部（３２１）を備え、前記追加ガス供給部は、前記加圧部により加圧された前記酸化性ガスの一部を前記追加ガスとして前記連通空間へ供給する構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、加圧した追加ガスを連通空間へ供給するにあたり、追加ガス供給部は、酸化性ガスを加圧して圧力容器に供給する加圧部を利用することにより、他の機器を増設する必要がない。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記内部空間の圧力を計測する圧力計測部（９０）を備え、前記追加ガス供給部は、前記圧力計測部が計測する圧力に基づいて前記連通空間へ供給する前記追加ガスの流量を調整する構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、追加ガスとして酸化性ガスの一部を用いる場合は、圧力計測部が計測する圧力容器の内部空間の圧力に基づいて連通空間へ供給する追加ガスの流量が過剰な大流量となり空気極への酸化性ガスの供給量が不足しないよう調整し、連通空間から内部空間へ追加ガスが流通するようにして結露を防止することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記追加ガス供給部が前記連通空間へ供給する前記追加ガスと前記燃料ガスを熱交換するとともに、前記連通空間で結露しない温度となるように前記追加ガスの温度を調整する温度調整部（７４０）を備える構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、温度調整部により連通空間へ供給する追加ガスの保有する熱量の一部を燃料ガスの予熱に利用するよう追加ガスの温度を連通空間で結露しない温度となるように調整することにより、追加ガス供給部へ供給された追加ガスに含まれる水分が結露することを防止しながらシステム効率を向上することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記追加ガス供給部が前記連通空間へ供給する前記追加ガスは、前記酸化性ガスを分岐した後に、含有する水分の少なくとも一部が水分除去部により除去されたものである構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、酸化性ガスから分岐した後に水分除去部で温度が低下した追加ガスを連通空間（Ｓ２）に供給するにあたり、追加ガスの温度が連通空間（Ｓ２）の圧力雰囲気で結露が生じる温度を下回らないようにするのが好ましい。水分除去部により追加ガスに含まれる水分が除去されるため、連通空間内で水分が結露することを更に防止することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいて、前記追加ガス供給部は、前記突出部に取り付けられるとともに前記追加ガスを前記連通空間へ導入するノズル（７１０）を有し、前記ノズルは、前記突出部内部で前記端面に向けて前記追加ガスを導入する構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、ノズルから導入される追加ガスが突出部の内部で端面に向けて吹き付けられるため、外部空間から冷却されて温度が低下し易い端面に挿入される端子において水分が結露することを効果的に防止することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいて、前記追加ガス供給部は、前記突出部に取り付けられるとともに前記追加ガスを前記連通空間へ導入するノズル（７１０）を有し、前記ノズルは、前記連通空間において前記軸線回りに前記追加ガスが旋回するように前記追加ガスを導入する構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、ノズルから導入される追加ガスが軸線回りに旋回するため、連通空間内の全体に渡り導入した追加ガスが行き届き、連通空間内で水分が結露することを効果的に防止することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記加圧部に接続されたガスタービン（３１１）又はターボチャージャ（８１１）を備え、前記ガスタービン又はターボチャージャは、前記加圧部を備え、前記ガスタービン又はターボチャージャは、前記タービンを備え、前記圧力容器と前記タービンとの間には、燃焼器（３２２）又は触媒燃焼器（８２２）を備え、前記燃焼器又は前記触媒燃焼器で発生させた燃焼ガスによって前記タービンを駆動し、前記タービンと前記加圧部とが連動して駆動することにより前記圧力容器へ前記酸化性ガスを供給する構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、ガスタービン又はターボチャージャに備えられたタービンは、圧力容器との間に備えられた燃焼器又は触媒燃焼器で発生させた燃焼ガスによって駆動し、それと連動して加圧部を駆動することによって圧力容器へ酸化性ガスを供給することができる。
本開示に係る燃料電池システムにおいては、前記発電装置は、前記燃料電池により発電された電力を電力供給先へ供給し、前記加圧部を有するガスタービンまたはターボチャージャを備える構成であってもよい。
本構成の燃料電池システムによれば、ガスタービン又はターボチャージャに備えられた加圧部によって加圧された酸化性ガスを発電装置へ供給することで、燃料電池により発電された電力を電力供給先へ供給することができる。
以上説明した実施形態に記載の燃料電池システムの運転方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る燃料電池システムの運転方法は、大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、前記突出部の内部に配置されるとともに前記内部空間と前記連通空間との間を流通する前記酸化性ガスに圧力損失を与える抵抗体と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記内部空間から前記連通空間へ前記発電装置から排出された排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給工程を備える。
本開示に係る燃料電池システムの運転方法によれば、発電装置から排出される加圧された排酸化性ガスが流通する圧力容器において、この外周面に突出して取り付けられた突出部の端面に金属製の端子が気密に配置されている。突出部が外気に冷却されるため、突出部の内部に形成される連通空間は圧力容器の内部空間よりも温度が低下して、排酸化性ガスに含まれる水分が結露して端子に付着する可能性がある。
そこで、本開示に係る燃料電池システムの運転方法では、追加ガス供給工程により連通空間へ追加ガスを供給し、連通空間から内部空間へ追加ガスが流通するようにしている。加圧された排酸化性ガスが内部空間から連通空間に導かれないため、加圧された排酸化性ガスに含まれる水分が連通空間で結露することを防止することができる。したがって、圧力容器内の加圧された排酸化性ガスに含まれる水分が結露し、圧力容器の内部空間に配置される発電装置と電気的に接続される金属製の端子に付着することを防止することができる。
９０ 圧力センサ（圧力計測部）
９１ 温度センサ
２０１ ＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）
２０３ ＳＯＦＣカートリッジ（発電装置）
２０５ 圧力容器
２０５ａ 本体部
２０５ｂ 鏡板
３１０ 発電システム（燃料電池システム）
３１１ ガスタービン
３２１ 圧縮機（加圧部）
３８０ 制御装置
４００ 管台（突出部）
４１０ 円筒部
４２０ 第１端板
４２１ 貫通穴
４３０ 第２端板
４３１ 貫通穴
４４０ 断熱材
５００ 端子
５１０ 絶縁部材
６００ 抵抗体
７００ 追加ガス供給部
７１０ 追加ガスノズル
７２０ 追加ガス供給ライン
７３０ 制御弁
７４０ 熱交換器（温度調整部）
８１１ ターボチャージャ
Ｓ１ 内部空間
Ｓ２ 連通空間
Ｓ３ 外部空間
Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４ 軸線
θ１，θ２ 角度

Claims (11)

  1. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、
    前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、
    前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、
    前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、
    前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部と、
    前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体と、
    前記酸化性ガスを加圧して前記圧力容器に供給する加圧部と、を備え、
    前記追加ガス供給部は、前記加圧部により加圧された前記酸化性ガスの一部を前記追加ガスとして前記連通空間へ供給する燃料電池システム。
  2. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、
    前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、
    前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、
    前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、
    前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部と、
    前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体と、を備え、
    前記追加ガス供給部が、前記連通空間へ供給する前記追加ガスと前記燃料ガスを熱交換するとともに、前記連通空間で結露しない温度となるように前記追加ガスの温度を調整する温度調整部を備える燃料電池システム。
  3. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、
    前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、
    前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、
    前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、
    前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部と、
    前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体と、を備え、
    前記追加ガス供給部が前記連通空間へ供給する前記追加ガスは、前記酸化性ガスを分岐した後に、含有する水分量の少なくとも一部が水分除去部により除去されたものである燃料電池システム。
  4. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、
    前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、
    前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、
    前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、
    前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部と、
    前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体と、を備え、
    前記追加ガス供給部は、前記突出部に取り付けられるとともに前記追加ガスを前記連通空間へ導入するノズルを有し、
    前記ノズルは、前記突出部の内部で前記端面に向けて前記追加ガスを導入する燃料電池システム。
  5. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、
    前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、
    前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、
    前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、
    前記酸化性ガスまたは前記発電装置から排出された排酸化性ガスの少なくとも一部は前記内部空間へ流通し、前記内部空間から前記連通空間へ前記排酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給部と、
    前記突出部の内部に配置されるとともに前記排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが前記内部空間と前記連通空間との間を流通する際に圧力損失を与える抵抗体と、を備え、
    前記追加ガス供給部は、前記突出部に取り付けられるとともに前記追加ガスを前記連通空間へ導入するノズルを有し、
    前記ノズルは、前記連通空間において前記追加ガスが旋回するように前記追加ガスを導入する燃料電池システム。
  6. 前記追加ガス供給部が、前記連通空間へ供給する前記追加ガスに含有される水分量は、前記排酸化性ガスに含有される水分量よりも少ないことを特徴とした請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  7. 前記内部空間の圧力を計測する圧力計測部を備え、
    前記追加ガス供給部は、前記圧力計測部が計測する圧力に基づいて前記連通空間へ供給する前記追加ガスの流量を調整する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  8. 前記加圧部に接続されたガスタービン又はターボチャージャを備え、
    前記ガスタービン又は前記ターボチャージャは、前記加圧部を備え、
    前記ガスタービン又は前記ターボチャージャは、タービンを備え、
    前記圧力容器と前記タービンとの間には、燃焼器又は触媒燃焼器を備え、
    前記燃焼器又は前記触媒燃焼器で発生させた燃焼ガスによって前記タービンを駆動し、
    前記タービンと前記加圧部とが連動して駆動することにより前記圧力容器へ前記酸化性ガスを供給する請求項１に記載の燃料電池システム。
  9. 前記発電装置は、前記燃料電池により発電された電力を電力供給先へ供給し、
    前記加圧部を有するガスタービンまたはターボチャージャを備える請求項１に記載の燃料電池システム。
  10. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、前記突出部の内部に配置されるとともに前記内部空間と前記連通空間との間を流通する前記酸化性ガスに圧力損失を与える抵抗体と、前記酸化性ガスを加圧して前記圧力容器に供給する加圧部と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    前記内部空間から前記連通空間へ前記発電装置から排出された排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給工程を備え、
    前記追加ガス供給工程は、前記加圧部により加圧された前記酸化性ガスの一部を前記追加ガスとして前記連通空間へ供給する燃料電池システムの運転方法。
  11. 大気圧よりも高い所定圧力に加圧された内部空間を形成する圧力容器と、前記内部空間に配置されるとともに酸化性ガスと燃料ガスとを反応させて燃料電池により発電をする発電装置と、前記圧力容器の外周面に取り付けられるとともに前記内部空間と連通する連通空間が内部に形成された筒状の突出部と、前記突出部の端面に気密性を維持して前記圧力容器の外部へ貫通して配置されるとともに前記発電装置と電気的に接続される金属製の端子と、前記突出部の内部に配置されるとともに前記内部空間と前記連通空間との間を流通する前記酸化性ガスに圧力損失を与える抵抗体と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    前記内部空間から前記連通空間へ前記発電装置から排出された排酸化性ガスおよび／または前記酸化性ガスが流入しないように前記外部から前記連通空間へ前記連通空間において結露しない範囲の水分量を含有する追加ガスを供給する追加ガス供給工程を備え、
    前記追加ガス供給工程は、前記連通空間へ供給する前記追加ガスと前記燃料ガスを熱交換するとともに、前記連通空間で結露しない温度となるように前記追加ガスの温度を調整する燃料電池システムの運転方法。
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