JP7310613B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

下記特許文献１には、燃料電池システム及びその運転方法が開示されている。この背景技術（第１背景技術）は、燃料ガスの温度Ｔ１と酸化剤ガスの温度Ｔ２を検出し、両温度の差分温度に基づいて固体酸化物形燃料電池のスタックに供給するガス流量を調節することで燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の温度を制御するものである。このような第１背景技術によれば、固体酸化物形燃料電池の温度制御を均一かつ高精度に行うことが可能であり、以って動作安定性を確保することができる。

下記特許文献２には、燃料電池モジュール、これを備えた複合発電システムおよび燃料電池発電部の温度制御方法が開示されている。この背景技術（第２背景技術）は、酸化剤ガスを温度調節することなく燃料電池のセルスタックを適切に冷却するために、複数のセルスタックを囲む板材により仕切られる外側空間と内側空間とを対流する気体の流量を調整することにより複数のセルスタックを温度調節する。

特開２０１８－０７３６１４号公報 特開２０１６－０９１９６８号公報

ところで、第１背景技術では、燃料ガス及び酸化剤ガスのうち少なくとも一方のガス流量を変化させるので、スタックの性能（スタック性能）つまり固体酸化物形燃料電池の電池性能に影響を与えることになる。すなわち、第１背景技術は、電池性能を犠牲にして固体酸化物形燃料電池の温度制御を行うものである。

一方、第２背景技術は、電池性能を犠牲にしないものの、複数のセルスタックを囲む板材により仕切られる外側空間と内側空間とを設ける必要があるので、装置構成の大型化及び高コスト化が避けられない。すなわち、第２背景技術は、燃料電池の小型化に逆行するものである。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電池性能を犠牲にすることなく、かつ装置構成の大型化を抑制しつつ燃料電池の温度を制御することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、燃料電池システムに係る第１の解決手段として、原料ガスが供給され、排気ガスを排出する燃料電池と、前記排気ガスと前記原料ガスとを熱交換させる熱交換器と、該熱交換器における熱交換量を調節する熱交換調節装置とを備え、前記燃料電池は、複数のスタックから構成されており、前記熱交換器は、１あるいは複数の前記スタックからなるスタックグループ毎に設けられており、前記熱交換調節装置は、前記熱交換器間の熱交換量を調節することにより前記スタックグループ間の温度差を調節する、という手段を採用する。

本発明では、燃料電池システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記熱交換調節装置は、前記熱交換器に流入する前記排気ガスの流量を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節する、という手段を採用する。

本発明では、燃料電池システムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記熱交換調節装置は、前記熱交換器をバイパスする前記原料ガスの流量を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節する、という手段を採用する。

本発明では、燃料電池システムに係る第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記熱交換調節装置は、前記熱交換器をバイパスする前記排気ガスの流量を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節する、という手段を採用する。

本発明では、燃料電池システムに係る第５の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記熱交換調節装置は、前記原料ガスを前記熱交換器毎に加熱することによって前記スタックグループ間の温度差を調節する、という手段を採用する。

本発明では、燃料電池システムに係る第６の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記熱交換調節装置は、前記原料ガスの供給配管における放熱性能あるいは遮熱性能を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節する、という手段を採用する。

本発明では、燃料電池システムに係る第７の解決手段として、上記第１～第６のいずれかの解決手段において、前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池である、という手段を採用する。

本発明によれば、電池性能を犠牲にすることなく、かつ装置構成の大型化を抑制しつつ燃料電池の温度を制御することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。 本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、燃料電池の排気ガスが原料ガスよりも高温であることに着目したものであり、排気ガスと原料ガスとの熱交換によって燃料電池の温度を制御する燃料電池システムに関する。以下では、このような基本的なコンセプトに基づき、燃料電池の一形態である固体酸化物形燃料電池に本発明を適用した場合における第１～第５実施形態を説明する。

〔第１実施形態〕
最初に、図１を参照して第１実施形態に係る燃料電池システムＡについて説明する。この燃料電池システムＡは、図１に示すように固体酸化物形燃料電池Ｘ、第１スタック群１、第２スタック群２、第１熱交換器３、第２熱交換器４、第１制御弁５、第２制御弁６及び制御装置７を備える。

固体酸化物形燃料電池Ｘは、周知のように固体電解質形燃料電池とも呼ばれるものであり、固体電解質を電解質として用いるタイプの燃料電池である。燃料電池は、周知のように原料ガスとして水素、炭化水素あるいはアンモニア等の燃料ガスと、空気や酸素等の酸化剤ガスとを原料ガスとし、当該原料ガスの電気化学反応によって電力を取り出すものである。

この固体酸化物形燃料電池Ｘは、例えば水素を燃料ガスとしてアノード電極（負極）に供給し、また空気を酸化剤ガスとしてカソード電極（正極）に供給するものであり、水素、窒素及び水蒸気の混合ガスを排気ガスとして排出する。この固体酸化物形燃料電池Ｘでは、アノード電極（負極）において水素イオンと電子とが生成され、カソード電極（正極）で生成された酸素イオンが固体電解質を通過してアノード電極（負極）に到達することによって水が生成される。

このような固体酸化物形燃料電池Ｘは、図１に示すように複数のスタック（燃料電池スタックＳ）から構成されている。これら複数の燃料電池スタックＳは、全て同一仕様のものであり、電池の最小単位である電池セルを複数直列に積層した構造体である。なお、燃料電池スタックＳは、必ずしも同一仕様である必要はなく、段数やサイズ等の仕様が異なっていてもよい。

複数の燃料電池スタックＳは、出力端子が相互に直列あるいは／及び並列接続されている。上述した原料ガスは燃料電池スタックＳの各々に供給され、また排気ガスは各々の燃料電池スタックＳから排出される。これら複数の燃料電池スタックＳは、図示するように２つのスタックグループ、つまり第１スタック群１及び第２スタック群２に分類されている。なお、これら第１スタック群１及び第２スタック群２は一列に配列した状態に設けられている。

第１スタック群１は、例えば４つの燃料電池スタックＳからなる。この第１スタック群１には、代表温度を検出する第１温度センサ１ａが備えられている。第１温度センサ１ａは、第１スタック群１の温度（第１スタック群温度）を第１の温度検出値として制御装置７に出力する。

第２スタック群２は、第１スタック群１と同様に４つの燃料電池スタックＳからなる。すなわち、この第２スタック群２は、第１スタック群１と同一仕様を有するものである。この第２スタック群２には、代表温度を検出する第２温度センサ２ａが備えられている。第２温度センサ２ａは、第２スタック群２の温度（第２スタック群温度）を第２の温度検出値として制御装置７に出力する。

ここで、第１実施形態に係る燃料電池システムＡでは、第１スタック群１における各燃料電池スタックＳの排ガス及び第２スタック群２における各燃料電池スタックＳの排ガスは、図示するように合流した上で第１熱交換器３及び第２熱交換器４に分配供給されている。すなわち、第１スタック群１の排ガスを外部に排出する第１排出配管と第２スタック群２の排ガスを外部に排出する第２排出配管とは相互に接続されている。

第１熱交換器３は、第１スタック群１に接続されている第１供給配管の途中部位及び第１排出配管の途中部位に設けられている。すなわち、この第１熱交換器３は、一対の入力ポートと一対の出力ポートとを備えており、第１の入力ポートａ１に第１供給配管から原料ガス（第１原料ガス）が供給され、当該第１原料ガスを第１の出力ポートｂ１から排出すると共に、第２の入力ポートａ２に第１スタック群１及び第２スタック群２から合流排気ガスが供給され、当該合流排気ガスを第２の出力ポートｂ２から排出する。このような第１熱交換器３は、第１原料ガスと合流排気ガスとを熱交換させる。

第２熱交換器４は、第２スタック群２に接続されている第２供給配管の途中部位及び第２排出配管の途中部位に設けられている。すなわち、この第２熱交換器４は、一対の入力ポートと一対の出力ポートとを備えており、第１の入力ポートａ１に第２供給配管から原料ガス（第２原料ガス）が供給され、当該第２原料ガスを第１の出力ポートｂ２から排出すると共に、第２の入力ポートａ２に第１スタック群１及び第２スタック群２から合流排気ガスが供給され、当該合流排気ガスを第２の出力ポートｂ２から排出する。このような第２熱交換器４は、第２原料ガスと合流排気ガスとを熱交換させる。

第１制御弁５は、第１熱交換器３の第２の出力ポートｂ２に接続された第１排出配管の途中部位に設けられた流量調節弁である。この第１制御弁５は、制御装置７から入力される制御信号（第１制御信号）に基づいて開口度が変化する。すなわち、この第１制御弁５は、第１制御信号に基づいて第１熱交換器３の第２の出力ポートｂ２から排出される合流排気ガスの流量つまり第１熱交換器３に流入する合流排気ガスの流量（第１排気ガス流量）を調節する。

第２制御弁６は、第２熱交換器４の第２の出力ポートｂ２に接続された第２排出配管の途中部位に設けられた流量調節弁である。この第２制御弁６は、制御装置７から入力される制御信号（第２制御信号）に基づいて開口度が変化する。すなわち、この第２制御弁６は、第２制御信号に基づいて第２熱交換器４の第２の出力ポートｂ２から排出される合流排気ガスの流量つまり第２熱交換器４に流入する合流排気ガスの流量（第２排気ガス流量）を調節する。

制御装置７は、第１温度センサ１ａ及び第２温度センサ２ａを制御量発生機器とし、第１制御弁５及び第２制御弁６を被制御機器とする弁制御装置である。すなわち、この制御装置７は、第１温度センサ１ａ及び第２温度センサ２ａから入力される制御量（第１、第２の温度検出値）に基づいて第１制御弁５及び第２制御弁６の各開口度を示す操作量を生成する。このような制御装置７は、第１、第２の温度検出値に基づいて第１制御弁５及び第２制御弁６の各開口度をフィードバック制御する。

ここで、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第１制御弁５、第２制御弁６及び制御装置７は、第１実施形態における熱交換調節装置を構成している。すなわち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第１制御弁５、第２制御弁６及び制御装置７は、全体として第１熱交換器３及び第２熱交換器４における熱交換量を調節するものである。

次に、第１実施形態に係る燃料電池システムＡの動作について詳しく説明する。
この燃料電池システムＡでは、外部のガス供給源から原料ガスが順次供給されることにより電力を発生させる。

すなわち、固体酸化物形燃料電池Ｘにおいて、第１スタック群１は、第１供給配管を介してガス供給源から供給される第１原料ガスを用いて電力を発生させ、内部で発生した排気ガスを第１排気配管を介して外部に排出する。また、同じく固体酸化物形燃料電池Ｘにおいて、第２スタック群２は、第２供給配管を介してガス供給源から供給される第２原料ガスを用いて電力を発生させ、内部で発生した排気ガスを第２排気配管を介して外部に排出する。

ここで、第１排気配管と第２排気配管とが相互の接続されているので、第１スタック群１の排ガス及び第２スタック群２の排ガスは合流した上で第１熱交換器３及び第２熱交換器４に分配供給される。

また、第１スタック群１及び第２スタック群２は同一仕様に構成されているので、第１原料ガスの第１スタック群１への供給量（第１原料供給量）及び第２原料ガスの第２スタック群２への供給量（第２原料供給量）は同等である。しかしながら、第１スタック群１及び第２スタック群２は、その配置等に起因して温度差が発生し得る。このような温度差は、固体酸化物形燃料電池Ｘの全体的な発電性能を低下させるものである。

これに対して、制御装置７は、上記温度差を解消するように、つまり第１スタック群温度と第２スタック群温度とが等しくなるように、第１、第２の温度検出値に基づいて第１制御弁５及び第２制御弁６の各開口度をフィードバック制御する。例えば第１スタック群温度が第２スタック群温度よりも高くなると、制御装置７は第１制御弁５の開口度を小さく設定する。

このような開口度調整の結果、第１熱交換器３の第１排気ガス流量が少なくなるので、第１熱交換器３における熱交換量（第１熱交換量）が小さくなる。すなわち、制御装置７は、第１排気ガスによる第１原料ガスの加熱を抑制させ、以って第１原料ガスの温度を低下させる。この結果、第１スタック群温度と第２スタック群温度とは同等となり、固体酸化物形燃料電池Ｘの発電性能の低下が是正される。

一方、第１スタック群温度が第２スタック群温度よりも低くなると、制御装置７は第１制御弁５の開口度を大きく設定する。このような開口度調整の結果、第１熱交換器３の第１排気ガス流量が多くなるので、第１熱交換器３における熱交換量（第１熱交換量）が大きくなる。

すなわち、制御装置７は、第１排気ガスによる第１原料ガスの加熱を増大させ、以って第１原料ガスの温度を上昇させる。この結果、第１スタック群温度と第２スタック群温度とは同等となり、固体酸化物形燃料電池Ｘの発電性能の低下が是正される。

このような第１実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池Ｘの電池性能を犠牲にすることなく、かつ燃料電池システムＡの装置構成の大型化を抑制しつつ固体酸化物形燃料電池Ｘの温度を制御することが可能である。そして、この結果として、固体酸化物形燃料電池Ｘの全体的な発電性能の低下を是正することが可能である。

なお、原料ガス及び排気ガスの各温度並びに両者の温度差は、燃料電池の仕様や運転状態によって異なる。一例として、原料ガスの入口温度は６９０℃、排気ガスの出口温度は７６０、また両者の温度差は７０℃である。

〔第２実施形態〕
続いて、図２を参照して第２実施形態に係る燃料電池システムＢについて説明する。この燃料電池システムＢは、上述した燃料電池システムＡの第１制御弁５、第２制御弁６及び制御装置７に代えて、第１加熱コイル８、第２加熱コイル９及び制御装置７Ａを備える。なお、図２では、図１と同一の構成要素に同一符号を付している。

第１加熱コイル８は、第１供給配管の途中部、より正確には第１供給配管において第１熱交換器３の上流側に設けられた加熱器であり、制御装置７Ａから入力される第１加熱制御信号に基づいて第１原料ガスを加熱する加熱器である。第２加熱コイル９は、第２供給配管の途中部、より正確には第２供給配管において第２熱交換器４の上流側に設けられた加熱器であり、制御装置７Ａから入力される第２加熱制御信号に基づいて第２原料ガスを加熱する。

制御装置７Ａは、第１、第２の温度検出値に基づいて第１加熱コイル８及び第２加熱コイル９の各発熱量をフィードバック制御する。すなわち、制御装置７Ａは、第１原料ガスの加熱量及び第２原料ガスの加熱量を第１、第２の温度検出値に基づいて操作するフィードバック制御装置である。

このような燃料電池システムＢの各構成要件のうち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第１加熱コイル８、第２加熱コイル９及び制御装置７Ａは、第２実施形態における熱交換調節装置を構成している。すなわち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第１加熱コイル８、第２加熱コイル９及び制御装置７Ａは、全体として第１熱交換器３及び第２熱交換器５における熱交換量を調節するものである。

このような燃料電池システムＢでは、第１スタック群温度と第２スタック群温度とが等しくなるように、第１、第２の温度検出値に基づいて第１加熱コイル８及び第２加熱コイル９の各発熱量が調節される。この結果、第１スタック群温度と第２スタック群温度とは同等となり、固体酸化物形燃料電池Ｘの発電性能の低下が是正される。

このような第２実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池Ｘの電池性能を犠牲にすることなく、かつ燃料電池システムＢの装置構成の大型化を抑制しつつ固体酸化物形燃料電池Ｘの温度を制御することが可能である。そして、この結果として、固体酸化物形燃料電池Ｘの全体的な発電性能の低下を是正することが可能である。

〔第３実施形態〕
続いて、図３を参照して第３実施形態に係る燃料電池システムＣについて説明する。この燃料電池システムＣは、上述した燃料電池システムＡの第１制御弁５、第２制御弁６及び制御装置７に代えて、第３制御弁１０、第４制御弁１１及び制御装置７Ｂを備える。なお、図３では、図１と同一の構成要素に同一符号を付している。

第３制御弁１０は、第１熱交換器３の原料バイパス流路（第１原料バイパス流路）の途中部位に設けられており、制御装置７Ｂから入力される第１流量制御信号に基づいて第１原料ガスの原料バイパス流量（第１原料バイパス流量）を調節する。第４制御弁１１は、第２熱交換器５の原料バイパス流路（第２原料バイパス流路）の途中部位に設けられており、制御装置７Ｂから入力される第２流量制御信号に基づいて第２原料ガスのバイパス流量（第２原料バイパス流量）を調節する。

このような燃料電池システムＣの各構成要件のうち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第３制御弁１０、第４制御弁１１及び制御装置７Ｂは、第３実施形態における熱交換調節装置を構成している。すなわち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第３制御弁１０、第４制御弁１１及び制御装置７Ｂは、全体として第１熱交換器３及び第２熱交換器４における熱交換量を調節するものである。

このような燃料電池システムＣでは、第１スタック群温度と第２スタック群温度とが等しくなるように、第１、第２の温度検出値に基づいて第３制御弁１０及び第４制御弁１１の各開口度つまり第１原料バイパス流量及び第２原料バイパス流量が調節される。この結果、第１熱交換器３に流入する第１原料ガスの流量と第２熱交換器４に流入する第２原料ガスの流量が調節されることになるので、第１スタック群温度と第２スタック群温度とは同等となり、固体酸化物形燃料電池Ｘの発電性能の低下が是正される。

このような第３実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池Ｘの電池性能を犠牲にすることなく、かつ燃料電池システムＣの装置構成の大型化を抑制しつつ固体酸化物形燃料電池Ｘの温度を制御することが可能である。そして、この結果として、固体酸化物形燃料電池Ｘの全体的な発電性能の低下を是正することが可能である。

〔第４実施形態〕
続いて、図４を参照して第３実施形態に係る燃料電池システムＤについて説明する。この燃料電池システムＤは、上述した燃料電池システムＡの第１制御弁５、第２制御弁６及び制御装置７に代えて、第５制御弁１２、第６制御弁１３及び制御装置７Ｃを備える。なお、図４では、図１と同一の構成要素に同一符号を付している。

第５制御弁１２は、第１熱交換器３の排気バイパス流路（第１排気バイパス流路）の途中部位に設けられており、制御装置７Ｃから入力される第３流量制御信号に基づいて第１排気ガスの排気バイパス流量（第１排気バイパス流量）を調節する。第４制御弁１１は、第２熱交換器５の排気バイパス流路の途中部位に設けられており、制御装置７Ｃから入力される第４流量制御信号に基づいて第２排気ガスの排気バイパス流量（第２排気バイパス流量）を調節する。

このような燃料電池システムＤの各構成要件のうち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第３制御弁１０、第４制御弁１１及び制御装置７Ｂは、第４実施形態における熱交換調節装置を構成している。すなわち、第１温度センサ１ａ、第２温度センサ２ａ、第５制御弁１２、第６制御弁１３及び制御装置７Ｃは、全体として第１熱交換器３及び第２熱交換器５における熱交換量を調節するものである。

このような燃料電池システムＤでは、第１スタック群温度と第２スタック群温度とが等しくなるように、第１、第２の温度検出値に基づいて第５制御弁１２及び第６制御弁１３の各開口度つまり第１排気バイパス流量及び第２排気バイパス流量が調節される。この結果、第１熱交換器３に流入する第１排気ガスの流量と第２熱交換器４に流入する第２排気ガスの流量が調節されることになるので、第１スタック群温度と第２スタック群温度とは同等となり、固体酸化物形燃料電池Ｘの発電性能の低下が是正される。

このような第４実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池Ｘの電池性能を犠牲にすることなく、かつ燃料電池システムＤの装置構成の大型化を抑制しつつ固体酸化物形燃料電池Ｘの温度を制御することが可能である。そして、この結果として、固体酸化物形燃料電池Ｘの全体的な発電性能の低下を是正することが可能である。

〔第５実施形態〕
続いて、図５を参照して第５実施形態に係る燃料電池システムＥについて説明する。この燃料電池システムＥは、上述した燃料電池システムＡの第１制御弁５、第２制御弁６を削除して第１調整配管１４及び第２調整配管１５を追加すると共に、制御装置７に代えて制御装置７Ｅを備える。なお、図５では、図１と同一の構成要素に同一符号を付している。

第１調整配管１４は、第１供給配管の途中部位に着脱自在に設けられており、特定の配管性能を有する。すなわち、この第１調整配管１４は、配管長あるいは／及び放熱性能（遮熱性能）が異なる複数の配管の総称であり、これら複数の配管のうち特定の配管性能つまり第１配管性能を有するものである。

第２調整配管１５は、第２供給配管の途中部位に着脱自在に設けられており、特定の配管性能を有する。すなわち、この第２調整配管１５は、第１調整配管１４と同様に配管長あるいは／及び放熱性能（遮熱性能）が異なる複数の配管の総称であり、これら複数の配管のうち特定の配管性能つまり第２配管性能を有するものである。

このような燃料電池システムＥの各構成要件のうち、第１調整配管１４及び第２調整配管１５は、第５実施形態における熱交換調節装置を構成している。すなわち、第１調整配管１４及び第２調整配管１５は、全体として第１熱交換器３及び第２熱交換器４における熱交換量を調節するものである。

このような燃料電池システムＥでは、第１スタック群温度と第２スタック群温度とが等しくなるように、第１調整配管１４と第２調整配管１５とが複数の配管の中から選択されて第１供給配管及び第２供給配管に装着される。この結果、第１熱交換器３に流入する第１原料ガスの温度と第２熱交換器５に流入する第２原料ガスの温度が調節されることになるので、第１スタック群温度と第２スタック群温度とは同等となり、固体酸化物形燃料電池Ｘの発電性能の低下が是正される。

このような第５実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池Ｘの電池性能を犠牲にすることなく、かつ燃料電池システムＥの装置構成の大型化を抑制しつつ固体酸化物形燃料電池Ｘの温度を制御することが可能である。そして、この結果として、固体酸化物形燃料電池Ｘの全体的な発電性能の低下を是正することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、種々の形態の燃料電池に適用することが可能である。

（２）上記各実施形態では、熱交換器の形態について限定しなかったが、本発明では種々の熱交換器を採用することが可能である。熱交換器には多管式、プレート式、インチューブ式、コイル式等、種々のものが知られているが、本発明のは特定の形態の熱交換器に限定されない。

（３）上記各実施形態では、各スタック群を構成するスタック数を４個としたが、本発明はこれに限定されない。極端には各スタック群は各々に１個のスタックによって構成されていてもよく、また複数のスタックによってスタック群を構成する場合には、４個以外の個数でも良い。

（４）上記各実施形態では、スタック群の個数を２としたが、本発明はこれに限定されない。スタック群の個数は、複数であれば２以外であってもよい。

（５）上記第１実施形態は、第１制御弁５及び第２制御弁６を用いて第１排気ガス流量及び第２排気ガス流量を調節するものであり、よって第１スタック群１及び第２スタック群２の各カソード電極（正極）に対する背圧（カソード背圧）を変化させるものである。このようなカソード背圧の変化は、第１スタック群１及び第２スタック群２を構成する各燃料電池スタックＳに悪影響を与える虞がある。

このような第１実施形態に関する懸念を解消するための対策として、第１制御弁４及び第２制御弁６の各開口度の調整幅に制限を設けること、あるいは第１スタック群１及び第２スタック群２への燃料ガスの供給圧力を調節することが考えられる。前者の対策については、例えば圧力計を用いて第１排気ガス及び第２排気ガスの各圧力を検出し、当該各圧力に応じて第１制御弁５及び第２制御弁６の各開口度の調整幅を制限することによって達成される。一方、後者の対策については、燃料ガスの供給系に圧力調整弁を設け、カソード背圧に応じて圧力調整弁を調整することによって達成される。

Ｘ 固体酸化物形燃料電池
１ 第１スタック群
２ 第２スタック群
３ 第１熱交換器
４ 第２熱交換器
５ 第１制御弁
６ 第２制御弁
７、７Ａ～７Ｃ 制御装置
８ 第１加熱コイル
９ 第２加熱コイル
１０ 第３制御弁
１１ 第４制御弁
１２ 第５制御弁
１３ 第６制御弁
１４ 第１調整配管
１５ 第２調整配管

Claims (7)

1. 原料ガスが供給され、排気ガスを排出する燃料電池と、
   前記排気ガスと前記原料ガスとを熱交換させる熱交換器と、
   該熱交換器における熱交換量を調節する熱交換調節装置とを備え、
   前記燃料電池は、複数のスタックから構成されており、
   前記熱交換器は、１あるいは複数の前記スタックからなるスタックグループ毎に設けられており、
   前記熱交換調節装置は、前記熱交換器間の熱交換量を調節することにより前記スタックグループ間の温度差を調節することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記熱交換調節装置は、前記熱交換器に流入する前記排気ガスの流量を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記熱交換調節装置は、前記熱交換器をバイパスする前記原料ガスの流量を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記熱交換調節装置は、前記熱交換器をバイパスする前記排気ガスの流量を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記熱交換調節装置は、前記原料ガスを前記熱交換器毎に加熱することによって前記スタックグループ間の温度差を調節することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記熱交換調節装置は、前記原料ガスの供給配管における放熱性能あるいは遮熱性能を操作することによって前記スタックグループ間の温度差を調節することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
   
   

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