JP7431049B2

JP7431049B2 - Solid oxide fuel cell system

Info

Publication number: JP7431049B2
Application number: JP2020015406A
Authority: JP
Inventors: 稔鈴木; 雅也佐々木; 雄也宅和
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2024-02-14
Anticipated expiration: 2040-01-31
Also published as: JP2021125290A

Description

本発明は、燃料ガスを改質した改質燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池反応によって発電を行うセルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell system equipped with a cell stack that generates power through a fuel cell reaction of reformed fuel gas obtained by reforming fuel gas and oxidant gas.

従来より、酸化物イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた固体酸化物形のセルスタックを収納容器内に収納した固体酸化物形燃料電池システムが知られている。この固体酸化物形燃料電池システムにおいては、セルスタックは複数の燃料電池セルを積層して構成され、各燃料電池セルにおける固体電解質の片面側に燃料ガスを酸化するための燃料極が設けられ、その他面側に空気（酸化剤ガス）中の酸素を還元するための酸素極が設けられている。この固体酸化物形燃料電池システムの燃料電池セルの作動温度は約７００～９００℃と高く、このような高温下において、燃料ガス（改質燃料ガス）中の水素や一酸化炭素、炭化水素と空気中の酸素とが電気化学反応を起こすことによって発電が行われる。 2. Description of the Related Art Conventionally, solid oxide fuel cell systems have been known in which a solid oxide cell stack using a solid electrolyte as a membrane that conducts oxide ions is housed in a storage container. In this solid oxide fuel cell system, a cell stack is configured by stacking a plurality of fuel cells, and a fuel electrode for oxidizing fuel gas is provided on one side of a solid electrolyte in each fuel cell, An oxygen electrode for reducing oxygen in the air ( oxidant gas ) is provided on the other side. The operating temperature of the fuel cells in this solid oxide fuel cell system is as high as approximately 700 to 900°C, and at such high temperatures, hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons in the fuel gas (reformed fuel gas) Electricity is generated through an electrochemical reaction with oxygen in the air.

このような固体酸化物形燃料電池システムとして、燃料ガス（原燃料ガス）を水蒸気改質するための改質器と、改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池反応によって発電を行うセルスタックと、セルスタックの酸素極（空気極）側に酸化剤ガスとしての空気を供給するための空気供給手段と、改質器に燃料ガス（原燃料ガス）を供給するための燃料ガス供給手段とを備え、セルスタック及び改質器が高温状態に保たれる高温空間に収容されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Such a solid oxide fuel cell system includes a reformer for steam reforming fuel gas (raw fuel gas), and a reformed fuel gas and oxidant gas that are reformed in the reformer. A cell stack that generates electricity through a battery reaction , an air supply means for supplying air as an oxidant gas to the oxygen electrode (air electrode) side of the cell stack, and supplying fuel gas (raw fuel gas) to the reformer. A system has been proposed in which the cell stack and the reformer are housed in a high-temperature space where the cell stack and the reformer are kept at a high temperature (see, for example, Patent Document 1).

この固体酸化物形燃料電池システムでは、セルスタックの上側に燃焼域が設けられ、この燃焼域の上方に改質器が配設されている。そして、改質器からの改質燃料ガスがセルスタックの燃料極側に送給され、空気供給手段からの空気がセルスタックの空気極側に送給され、このセルスタックにおける電気化学反応により発電が行われる。セルスタックの燃料極側からの燃料オフガス（即ち、アノードオフガス）及び空気極側からの空気オフガス（即ち、カソードオフガス）は燃焼域に送給されて燃焼され、この燃焼熱を利用して高温空間が高温状態に保たれるとともに、改質器などが加熱される。 In this solid oxide fuel cell system, a combustion zone is provided above the cell stack, and a reformer is disposed above the combustion zone. Then, reformed fuel gas from the reformer is fed to the fuel electrode side of the cell stack, air from the air supply means is fed to the air electrode side of the cell stack, and electricity is generated through an electrochemical reaction in this cell stack. will be held. Fuel off-gas from the fuel electrode side of the cell stack (i.e., anode off-gas) and air off-gas from the air electrode side (i.e., cathode off-gas) are fed to the combustion zone and burned, and this combustion heat is used to generate a high-temperature space. is maintained at a high temperature, and the reformer etc. are heated.

固体酸化物形燃料電池システムとして、セルスタックの上側に燃焼域を設けることに代えて、専用の燃焼器を備えたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この固体酸化物形燃料電池システムでは、セルスタックの燃料極側からの燃料オフガス（アノードオフガス）が燃料オフガス送給流路を通して燃焼器に送給され、またセルスタックの空気極側からの空気オフガス（カソードオフガス）が空気オフガス送給流路を通して燃焼器に送給され、この燃焼器において燃料オフガスが空気オフガスにより燃焼され、この燃焼熱を利用して高温空間が高温状態に保たれるとともに、改質器などが加熱される。 A solid oxide fuel cell system has also been proposed that includes a dedicated combustor instead of providing a combustion zone above the cell stack (see, for example, Patent Document 2). In this solid oxide fuel cell system, fuel off-gas (anode off-gas) from the fuel electrode side of the cell stack is sent to the combustor through the fuel off-gas supply channel, and air off-gas from the air electrode side of the cell stack is (Cathode off-gas) is sent to the combustor through the air off-gas supply flow path, and in this combustor, the fuel off-gas is combusted by the air off-gas, and this combustion heat is used to maintain the high-temperature space in a high-temperature state. The reformer etc. are heated.

近年、このような固体酸化物形燃料電池システムにおいて、発電効率を高めるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。この固体酸化物形燃料電池システムでは、セルスタックからの燃料オフガス（アノードオフガス）が高温空間から導出されて排熱回収用熱交換器に送給され、この排熱回収用熱交換器にて貯湯装置からの水との熱交換により冷却され、この冷却により燃料オフガスに含まれている水分が凝縮され、凝縮水は気液分離器で分離される。そして、水分が除去された燃料オフガス（アノードオフガス）の一部（４～１０％程度）が燃料ガス供給ポンプの上流側の減圧領域（燃料ガス供給系）に戻され、この戻された燃料オフガスが燃料ガス供給源からの燃料ガス（例えば、都市ガス）に混合されて改質器に供給される。一方、残りの燃料オフガス（燃料ガス供給系に戻されないもの）は、高温空間内の燃焼器に送給され、この燃焼器にて空気オフガス（カソードオフガス）により燃焼される。 In recent years, among such solid oxide fuel cell systems, systems with improved power generation efficiency have been proposed (for example, see Patent Document 3). In this solid oxide fuel cell system, fuel off-gas (anode off-gas) from the cell stack is extracted from the high-temperature space and sent to the heat exchanger for exhaust heat recovery, where it is stored in hot water. It is cooled by heat exchange with water from the device, and this cooling condenses water contained in the fuel off-gas, and the condensed water is separated in a gas-liquid separator. Then, a part (about 4 to 10%) of the fuel off-gas (anode off-gas) from which water has been removed is returned to the reduced pressure area (fuel gas supply system) upstream of the fuel gas supply pump, and this returned fuel off-gas is mixed with fuel gas (for example, city gas) from a fuel gas supply source and supplied to the reformer. On the other hand, the remaining fuel off-gas (not returned to the fuel gas supply system) is sent to the combustor in the high-temperature space, where it is combusted by air off-gas (cathode off-gas).

このように燃料オフガスの一部を燃料ガス供給系に戻すことにより、燃料電池システムの発電効率を高めることができる。一般的にセルスタックの燃料利用率が通常８２～８３％程度であるのが、燃料オフガスを戻すことにより、この燃料利用率を８７～９０％程度まで高めることができ、５～７ポイント程度の改善をすることが可能になり、これにより、発電効率の嵩上げをすることが可能となる。 By returning a portion of the fuel off-gas to the fuel gas supply system in this manner, the power generation efficiency of the fuel cell system can be increased. In general, the fuel utilization rate of a cell stack is normally around 82-83%, but by returning fuel off-gas, this fuel utilization rate can be increased to around 87-90%, resulting in a gain of around 5-7 points. It becomes possible to make improvements, and thereby it becomes possible to increase power generation efficiency.

特開２００５－２８５３４０号公報JP2005-285340A 特開２００８－２１５９６号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-21596 特開２０１８－１９８１１６号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-198116

このような固体酸化物形燃料電池システムを室温から起動する場合、燃焼器にて燃料ガスを燃焼させて高温空間内の温度を高めていくことになる。しかし、従来の固体酸化物燃料電池システム（特許文献３）では、燃料オフガス（アノードオフガス）をこの高温空間から抜き出して一旦冷却する構成であるために、室温から作動温度に上げていく際に、セルスタック及びセルスタック周辺の気化器、燃焼器、改質器などに与えられるべき熱量が減ずることになる。そのため、起動時間が長くなるとともに、起動のために必要なエネルギーが大きくなる（換言すると、起動の際の燃料ガスの消費量が多くなる）問題がある。 When starting up such a solid oxide fuel cell system from room temperature, fuel gas is combusted in a combustor to increase the temperature in the high-temperature space. However, in the conventional solid oxide fuel cell system (Patent Document 3), the fuel off-gas (anode off-gas) is extracted from this high-temperature space and cooled once, so when raising the temperature from room temperature to operating temperature, The amount of heat that should be given to the cell stack and the vaporizer, combustor, reformer, etc. around the cell stack is reduced. Therefore, there is a problem that the startup time becomes longer and the energy required for startup increases (in other words, the amount of fuel gas consumed during startup increases).

例えば、燃料オフガス（アノードオフガス）を高温空間から抜き出して冷却した後昇温させたときに、起動時間が長くなる影響を数字で具体的に示すことは難しいが、冷起動するのに約３時間程度かかっていたものが、その約１．５倍の４．５時間を超えるような時間となる。 For example, when fuel off-gas (anode off-gas) is extracted from a high-temperature space, cooled, and then heated, it is difficult to quantify the effect of longer start-up time, but it takes approximately 3 hours for a cold start. What used to take approximately 1.5 hours now takes over 4.5 hours, about 1.5 times that time.

本発明の目的は、起動に必要な時間を短縮するとともに、起動に要するエネルギーを少なくすることができる固体酸化物形燃料電池システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell system that can shorten the time required for startup and reduce the energy required for startup.

本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システムは、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池反応によって発電を行うセルスタックと、前記酸化剤ガスを前記セルスタックに供給するための酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガスを前記改質器に供給するための燃料ガス供給手段と、前記改質器に関連して設けられた燃焼器と、前記セルスタックからの燃料オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮部と、を備え、前記改質器からの前記改質燃料ガスが前記セルスタックの燃料極側に送給され、前記酸化剤ガス供給手段からの前記酸化剤ガスが前記セルスタックの酸素極側に送給され、前記セルスタックの前記燃料極側からの燃料オフガスに含まれる水蒸気が前記水蒸気凝縮部にて冷却されて凝縮水として回収され、水蒸気が除去された燃料オフガスが前記燃焼器に送給されて前記セルスタックの前記酸素極側からの空気オフガスにより燃焼される固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスを前記改質器に送給する燃料ガス供給流路に、前記燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスの一部を前記燃焼器に送給する燃料ガス分岐送給流路が設けられ、前記燃料ガス分岐送給流路に流路開閉弁が設けられており、
起動時に前記流路開閉弁が開状態になると、前記燃料ガス供給流路を通して前記改質器に流れる燃料ガスの一部が前記燃料ガス分岐送給流路を通して前記燃焼器に送給され、また前記セルスタックの温度が上昇して前記流路開閉弁が閉状態となると、前記燃焼器への燃料ガスの送給が停止し、前記燃料ガス供給手段は、前記流路開閉弁が起動後閉状態になったときに前記改質器に供給する燃料ガスの供給流量を一時的に少なくするように制御されることを特徴とする。 A solid oxide fuel cell system according to claim 1 of the present invention includes a reformer for steam reforming fuel gas, and a reformed fuel gas and an oxidant gas reformed in the reformer. a cell stack that generates electricity through a fuel cell reaction ; an oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the cell stack; and a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the reformer. , a combustor provided in association with the reformer, and a steam condensing section that condenses water vapor contained in the fuel off-gas from the cell stack, wherein the reformed fuel gas from the reformer is The oxidizing gas from the oxidizing gas supply means is fed to the fuel electrode side of the cell stack, and the oxidizing gas is fed to the oxygen electrode side of the cell stack, and the oxidizing gas is fed to the fuel off gas from the fuel electrode side of the cell stack. The contained water vapor is cooled in the water vapor condensing section and recovered as condensed water, and the fuel off-gas from which the water vapor has been removed is sent to the combustor and combusted by air off-gas from the oxygen electrode side of the cell stack. A solid oxide fuel cell system comprising:
A fuel gas supply channel for supplying fuel gas from the fuel gas supply means to the reformer is provided with a fuel gas branch supply for supplying a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply channel to the combustor. A supply flow path is provided, and a flow path opening/closing valve is provided in the fuel gas branch supply flow path,
When the flow path opening/closing valve is opened at startup, a portion of the fuel gas flowing to the reformer through the fuel gas supply flow path is fed to the combustor through the fuel gas branch feed flow path, and When the temperature of the cell stack rises and the flow path on-off valve is closed, the supply of fuel gas to the combustor is stopped, and the fuel gas supply means closes the flow path on-off valve after activation. When this condition occurs, the flow rate of the fuel gas supplied to the reformer is controlled to be temporarily reduced .

また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記水蒸気凝縮部にて水蒸気が除去された燃料オフガスを前記燃焼器に送給する燃料オフガス送給流路に、前記燃料オフガス送給流路を流れる燃料オフガスの一部を前記燃料ガス供給手段の上流側に戻すリサイクル流路が設けられ、前記燃料オフガス送給流路を流れる燃料オフガスの一部が前記リサイクル流路を通して前記燃料ガス供給手段の上流側に戻されるとともに、その残部が燃料オフガス送給流路を通して前記燃焼器に送給されることを特徴とする。 Further, in the solid oxide fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the fuel off-gas supply flow path that supplies the fuel off-gas from which water vapor has been removed in the water vapor condensing section to the combustor is provided with the fuel off-gas supply flow path. A recycling channel is provided for returning a part of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply channel to the upstream side of the fuel gas supply means, and a part of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply channel returns to the recycling channel. The fuel gas is returned to the upstream side of the fuel gas supply means through the fuel off gas supply means, and the remainder is supplied to the combustor through the fuel off gas supply channel.

また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記燃料ガス供給手段と前記改質器との間に、前記燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去するための脱硫器が設けられ、前記燃料ガス分岐送給流路は前記脱硫器の配設部位の上流側又は下流側に接続されていることを特徴とする。 In the solid oxide fuel cell system according to claim 3 of the present invention, a sulfur component contained in the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path is provided between the fuel gas supply means and the reformer. The present invention is characterized in that a desulfurizer for removing sulfur is provided, and the fuel gas branch supply flow path is connected to an upstream side or a downstream side of a location where the desulfurizer is installed.

また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記燃料ガス分岐送給流路の流路圧力損失は、前記流路開閉弁の開状態における前記改質器への燃料ガスの供給流量が前記流路開閉弁の閉状態における前記改質器への燃料ガスの供給流量の１／２未満となるように設定されていることを特徴とする。 Further, in the solid oxide fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the flow path pressure loss of the fuel gas branch supply flow path is the same as the flow path pressure loss to the reformer when the flow path opening/closing valve is open. The fuel gas supply flow rate is set to be less than 1/2 of the fuel gas supply flow rate to the reformer when the flow path opening/closing valve is closed.

更に、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムは、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池反応によって発電を行うセルスタックと、前記酸化剤ガスを前記セルスタックに供給するための酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガスを前記改質器に供給するための燃料ガス供給手段と、前記改質器に関連して設けられた燃焼器と、前記セルスタックからの燃料オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮部と、前記水蒸気凝縮部にて水蒸気が除去された燃料オフガスを前記燃焼器に送給する燃料オフガス送給流路と、前記燃料オフガス送給流路を流れる燃料オフガスの一部を前記燃料ガス供給手段の上流側に戻すリサイクル流路とを備え、前記改質器からの前記改質燃料ガスが前記セルスタックの燃料極側に送給され、前記酸化剤ガス供給手段からの前記酸化剤ガスが前記セルスタックの酸素極側に送給され、前記セルスタックの前記燃料極側からの燃料オフガスに含まれる水蒸気が前記水蒸気凝縮部にて冷却されて凝縮水として回収され、前記燃料オフガス送給流路を流れる燃料オフガスの一部が前記リサイクル流路を通して前記燃料ガス供給手段の上流側に戻されるとともに、その残部が前記燃料オフガス送給流路を通して前記燃焼器に送給されて前記セルスタックからの空気オフガスにより燃焼される固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記セルスタックからの燃料オフガスを前記水蒸気凝縮部に排出する燃料オフガス排出流路と前記燃料オフガス送給流路とを接続するバイパス流路が設けられ、前記バイパス流路に流路開閉弁が設けられており、
起動時に前記流路開閉弁が開状態となり、前記燃料オフガス排出流路を通して前記水蒸気凝縮部に流れる燃料オフガスの一部が前記バイパス流路及び前記燃料オフガス送給流路を通して前記燃焼器に送給されることを特徴とする。 Furthermore, the solid oxide fuel cell system according to claim 5 of the present invention includes a reformer for steam reforming the fuel gas, and a reformed fuel gas reformed in the reformer and oxidized. A cell stack that generates electricity through a fuel cell reaction of an oxidant gas, an oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the cell stack, and a fuel gas supply for supplying the fuel gas to the reformer. a combustor provided in association with the reformer; a steam condensing section for condensing water vapor contained in the fuel off-gas from the cell stack; and a fuel off-gas from which water vapor has been removed in the steam condensing section. a fuel off-gas supply passage for supplying fuel off-gas to the combustor; and a recycling passage for returning a part of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply passage to the upstream side of the fuel gas supply means. The reformed fuel gas from the cell stack is fed to the fuel electrode side of the cell stack, and the oxidant gas from the oxidant gas supply means is fed to the oxygen electrode side of the cell stack. The water vapor contained in the fuel off-gas from the fuel electrode side is cooled in the steam condensing section and recovered as condensed water, and a part of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply channel passes through the recycling channel to the In a solid oxide fuel cell system, the fuel gas is returned to the upstream side of the fuel gas supply means, and the remainder thereof is sent to the combustor through the fuel off gas supply flow path and burned with air off gas from the cell stack. There it is,
A bypass flow path is provided that connects a fuel off-gas discharge flow path that discharges fuel off-gas from the cell stack to the steam condensing section and the fuel off-gas supply flow path, and a flow path opening/closing valve is provided in the bypass flow path. has been
At startup, the flow path opening/closing valve is in an open state, and a portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas discharge flow path to the steam condensing section is sent to the combustor through the bypass flow path and the fuel off-gas supply flow path. It is characterized by being

本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、燃料ガスを改質する改質器、発電を行うセルスタック、燃料オフガスを燃焼させる燃焼器及び燃料オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮部を備え、燃料ガス供給流路に燃料ガスの一部を燃焼器に送給する燃料ガス分岐送給流路が設けられ、この燃料ガス分岐送給流路に流路開閉弁が設けられているので、起動時に流路開閉弁が開状態となると、改質器に流れる燃料ガスの一部が燃料ガス分岐送給流路を通して燃焼器に送給され、これによって、燃料ガスの一部が燃焼器で直接的に流れて燃焼され、かくして、水蒸気凝縮に相当する冷却分を減らしてシステムの起動時間を短くすることができ、また起動時間の短縮化により起動の際に必要なエネルギーを少なくすることができる。また、この起動時、燃料ガスの残りは改質器を通してセルスタックに流れるので、昇温中もセルスタックの燃料極側に還元性ガスを流し続けることができ、これにより、セルスタックの燃料極の酸化劣化を防ぐことができる。
また、セルスタックの温度が上昇すると、流路開閉弁が閉状態となって燃焼器への燃料ガスの送給が停止され、この閉状態になったときに改質器に供給する燃料ガスの供給流量が一時的に少なくなるように制御されるので、改質器に送給される燃料ガスが一時的に大きく増えることがなく、これによって、改質器の大きな温度変動を防ぐことができる。 According to the solid oxide fuel cell system according to claim 1 of the present invention, there is provided a reformer for reforming fuel gas, a cell stack for generating electricity, a combustor for burning fuel off-gas, and water vapor contained in the fuel off-gas. A fuel gas branch supply channel is provided in the fuel gas supply channel to supply a part of the fuel gas to the combustor. Since a valve is provided, when the flow path opening/closing valve is opened at startup, a portion of the fuel gas flowing to the reformer is sent to the combustor through the fuel gas branch feeding flow path, and thereby the fuel A portion of the gas flows directly through the combustor and is combusted, thus reducing the cooling equivalent to water vapor condensation and reducing system start-up time. The required energy can be reduced. In addition, at this startup, the rest of the fuel gas flows through the reformer to the cell stack, so reducing gas can continue to flow to the fuel electrode side of the cell stack even during temperature rise. can prevent oxidative deterioration of
Additionally, when the temperature of the cell stack rises, the flow path on-off valve closes and stops supplying fuel gas to the combustor. Since the supply flow rate is controlled to temporarily decrease, the fuel gas supplied to the reformer does not temporarily increase significantly, thereby preventing large temperature fluctuations in the reformer. .

また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、燃料オフガスを燃焼器に送給する燃料オフガス送給流路にリサイクル流路が設けられ、燃料オフガス送給流路を流れる燃料オフガス（水蒸気凝縮部にて水蒸気が凝縮されて除去された後の燃料オフガス）の一部がリサイクル流路を通して燃料ガス供給手段の上流側に戻されるので、この燃料オフガスは燃料ガスに混合されて改質器にて改質された後にセルスタックに送給され、このように燃料オフガスの一部をリサイクルすることによって、セルスタックの発電効率を高めることができる。 Further, according to the solid oxide fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the fuel off-gas feed flow path for feeding the fuel off-gas to the combustor is provided with a recycling flow path, and the fuel off-gas feed flow path is provided with a recycling flow path. A part of the fuel off-gas flowing through the passage (the fuel off-gas after water vapor has been condensed and removed in the steam condensing section) is returned to the upstream side of the fuel gas supply means through the recycling passage, so this fuel off-gas is converted into fuel gas. After being mixed with fuel and reformed in a reformer, it is sent to the cell stack, and by recycling a portion of the fuel off-gas in this way, the power generation efficiency of the cell stack can be increased.

また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、燃料ガス供給手段と改質器との間に脱硫器が設けられ、燃料ガス分岐送給流路がこの脱硫器の配設部位の上流側に接続されるようにすると、流路開閉弁の配置部位を高温空間から遠ざけることが可能となり、高温空間から流路開閉弁への熱の影響を少なくすることができる。また、燃料ガス分岐送給流路が脱硫器の配設部位の下流側に接続するようにすると、脱硫器にて硫黄成分が除去された後の燃料ガスが燃焼器に送給され、硫黄成分の影響をなくすことができる。 Further, according to the solid oxide fuel cell system according to claim 3 of the present invention, a desulfurizer is provided between the fuel gas supply means and the reformer, and the fuel gas branch supply flow path is connected to the desulfurizer. By connecting the flow path on-off valve to the upstream side of the device, it is possible to move the flow path on-off valve away from the high-temperature space, thereby reducing the effect of heat from the high-temperature space on the flow path on-off valve. can. In addition, if the fuel gas branch supply flow path is connected to the downstream side of the desulfurizer installation site, the fuel gas after the sulfur components have been removed by the desulfurizer is sent to the combustor, and the sulfur components can eliminate the influence of

また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、流路開閉弁の開状態における改質器への燃料ガスの供給流量が流路開閉弁の閉状態における改質器への燃料ガスの供給流量の１／２未満となるように構成されているので、起動時に流路開閉弁が開状態になると、燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスの半分以上が燃焼器に流れ、これによって、水蒸気凝縮に相当する冷却分をより多く減らすことができ、システムの起動時間をより短くすることができる。 Further, according to the solid oxide fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the flow rate of fuel gas supplied to the reformer in the open state of the flow path on-off valve is the same as that in the closed state of the flow path on-off valve. Since the flow rate is less than 1/2 of the flow rate of fuel gas supplied to the fuel gas generator, when the flow path on-off valve is opened at startup, more than half of the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path is combusted. This allows the cooling component equivalent to water vapor condensation to be reduced by a greater amount and the system start-up time to be shorter.

更に、本発明の請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、燃料ガスを改質する改質器、発電を行うセルスタック、燃料オフガスを燃焼させる燃焼器、燃料オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮部、燃料オフガスを燃焼器に送給する燃料オフガス送給流路及び燃料オフガスの一部を燃料ガス供給手段の上流側に戻すリサイクル流路を備え、更にセルスタックからの燃料オフガスを水蒸気凝縮部に排出する燃料オフガス排出流路と燃料オフガス送給流路とを接続するバイパス流路が設けられ、このバイパス流路に流路開閉弁が設けられているので、起動時に流路開閉弁が開状態になると、燃料オフガス排出流路を流れる燃料オフガスの一部がバイパス流路及び燃料オフガス送給流路を通して燃焼器に送給され、これによって、燃焼器に流れる燃料オフガスの送給量を多くすることができるとともに、この燃料オフガスの温度も高く維持することができ、このようにしてもシステムの起動時間を短くすることができる。 Furthermore, according to the solid oxide fuel cell system according to claim 6 of the present invention, a reformer for reforming fuel gas, a cell stack for generating electricity, a combustor for burning fuel off-gas, and a It includes a water vapor condensing section that condenses water vapor, a fuel off gas supply channel that supplies fuel off gas to the combustor, and a recycling channel that returns a part of the fuel off gas to the upstream side of the fuel gas supply means, and A bypass flow path is provided that connects the fuel off-gas discharge flow path that discharges the fuel off-gas to the steam condensing section and the fuel off-gas supply flow path, and this bypass flow path is provided with a flow path opening/closing valve. When the flow path opening/closing valve is in the open state, a portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas exhaust flow path is sent to the combustor through the bypass flow path and the fuel off-gas supply flow path, thereby reducing the amount of fuel flowing into the combustor. The amount of off-gas fed can be increased, and the temperature of this fuel off-gas can also be maintained high, so that the startup time of the system can also be shortened.

本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第１の実施形態を簡略的に示す全体図。1 is an overall diagram schematically showing a first embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention. 本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第２の実施形態を簡略的に示す全体図。FIG. 2 is an overall diagram schematically showing a second embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention. 本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第３の実施形態を簡略的に示す全体図。FIG. 3 is an overall diagram schematically showing a third embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの各種実施形態について説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, various embodiments of the solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

〈第１の実施形態〉
まず、図１を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１において、図示の固体酸化物形燃料電池システム２は、燃料ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガスなど）を消費して発電を行うものであり、燃料ガスを改質するための改質器４と、この改質器４にて改質された改質燃料ガス及び酸化剤ガスとしての空気の燃料電池反応によって発電を行う固体酸化物形のセルスタック６と、を備えている。 <First embodiment>
First, with reference to FIG. 1, a first embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described. In FIG. 1, the illustrated solid oxide fuel cell system 2 generates electricity by consuming fuel gas (for example, city gas, LP gas, etc.), and includes a reformer for reforming the fuel gas. 4, and a solid oxide cell stack 6 that generates power through a fuel cell reaction of the reformed fuel gas reformed in the reformer 4 and air as an oxidant gas .

セルスタック６は、燃料電池反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形の燃料電池セルを集電部材を介して積層して構成されており、図示していないが、酸素イオンを伝導する固体電解質と、この固体電解質の片側に設けられた燃料極と、固体電解質の他側に設けられた空気極（酸素極）とを備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。 The cell stack 6 is configured by stacking a plurality of solid oxide fuel cells via a current collecting member for generating electricity through a fuel cell reaction, and conducts oxygen ions (not shown). It includes a solid electrolyte, a fuel electrode provided on one side of the solid electrolyte, and an air electrode (oxygen electrode) provided on the other side of the solid electrolyte, and zirconia doped with yttria, for example, is used as the solid electrolyte.

このセルスタック６の燃料極側８は、改質燃料ガス送給流路１０介して改質器４に接続され、この形態では、改質器４は、改質用水を気化するための気化器１２と一体的にユニットとして構成されている。尚、気化器１２は、改質器４と別体に構成し、気化器１２にて気化された水蒸気を水蒸気送給流路（図示せず）を介して改質器４に送給するようにしてもよい。 The fuel electrode side 8 of this cell stack 6 is connected to the reformer 4 via a reformed fuel gas supply channel 10, and in this form, the reformer 4 is a vaporizer for vaporizing reforming water. 12 as a unit. The vaporizer 12 is configured separately from the reformer 4, and is configured to feed the steam vaporized in the vaporizer 12 to the reformer 4 via a water vapor feed channel (not shown). You can also do this.

気化器１２は、燃料ガス供給流路１４を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源（図示せず）（例えば、埋設管や貯蔵タンクなどから構成される）に接続され、燃料ガス供給源からの燃料ガスが燃料ガス供給流路１４を通して気化器１２に供給される。尚、この燃料ガス供給流路１４を改質器４に接続し、燃料ガス供給源からの燃料ガスを改質器４に直接的に供給するようにしてもよい。 The carburetor 12 is connected to a fuel gas supply source (not shown) (for example, composed of a buried pipe, a storage tank, etc.) for supplying fuel gas via a fuel gas supply flow path 14, and Fuel gas from a supply source is supplied to the carburetor 12 through a fuel gas supply channel 14 . Note that this fuel gas supply channel 14 may be connected to the reformer 4 so that fuel gas from the fuel gas supply source is directly supplied to the reformer 4.

また、この気化器１２は、水供給流路１８を介して水供給源（図示せず）（例えば、水タンクや水回収タンクなどから構成される）に接続され、水供給源からの改質用水が水供給流路１８を通して気化器１２に供給される。改質器４には改質触媒が収容され、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって、燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガスが気化器１２にて気化された水蒸気でもって水蒸気改質される。 Further, this vaporizer 12 is connected to a water supply source (not shown) (for example, composed of a water tank, a water recovery tank, etc.) via a water supply flow path 18, and is connected to a water supply source (not shown) (for example, composed of a water tank, a water recovery tank, etc.), and is connected to a water supply source for reforming from the water supply source. Water is supplied to the vaporizer 12 through the water supply channel 18 . A reforming catalyst is housed in the reformer 4. For example, ruthenium supported on alumina is used as the reforming catalyst, and this reforming catalyst vaporizes the fuel gas supplied through the fuel gas supply channel 14. The vaporized water vapor is used for steam reforming in the vessel 12.

この燃料ガス供給流路１４には、気化器１２から上流側に向けて順に脱硫器２０、第１絞り部材２２、燃料ガス供給ポンプ２４（燃料ガス供給手段を構成する）、第２絞り部材２６、圧力調整部材としてのゼロガバナ２８、燃料流量センサ３０及び遮断弁３２が配設されている。脱硫器２０は、燃料ガスに含まれる硫黄成分（付臭剤中の硫黄成分）を除去し、燃料ガス供給ポンプ２４は、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスを昇圧して気化器１２に供給し、この燃料ガス供給ポンプ２４の回転数を制御することによって燃料ガスの供給流量が調整され、燃料ガス供給ポンプ２４の回転数を大きくする（又は小さくする）と、燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガスの供給流量が多くなる（又は少なくなる）。 This fuel gas supply channel 14 includes, in order from the carburetor 12 toward the upstream side, a desulfurizer 20, a first throttle member 22, a fuel gas supply pump 24 (constituting fuel gas supply means), and a second throttle member 26. , a zero governor 28 as a pressure regulating member, a fuel flow sensor 30, and a cutoff valve 32 are provided. The desulfurizer 20 removes sulfur components contained in the fuel gas (sulfur components in the odorant), and the fuel gas supply pump 24 boosts the pressure of the fuel gas flowing through the fuel gas supply channel 14 and supplies it to the vaporizer 12. The fuel gas supply flow rate is adjusted by controlling the rotation speed of the fuel gas supply pump 24. When the rotation speed of the fuel gas supply pump 24 is increased (or decreased), the fuel gas supply flow path 14 The supply flow rate of fuel gas supplied through the fuel gas increases (or decreases).

また、ゼロガバナ２８は、燃料ガス供給源（図示せず）から燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガスを所定圧力（即ち、大気圧）に調整し、燃料ガス流量センサ３０は、燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガスの流量を測定し、遮断弁３２は、閉状態になると燃料ガス供給流路１４を遮断して燃料ガスの供給を停止する。また、燃料ガスポンプ２４の両側（即ち、下流側及び上流側）に位置する第１及び第２絞り部材２２，２６は、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの流量を安定させるために設けられ、第１絞り部材２２は例えばキャピラリー管から構成され、第２絞り部材２６は、例えば小さいオリフィスを有する絞り部材から構成される。また、燃料ガス流量センサ３０は、例えば熱式流量センサから構成することができる。尚、原燃料ガスを安定的して供給することができるときには、第１絞り部材２２を省略するようにしてもよく、また第２絞り部材２６に代えて例えばバッファ－タンクを用いるようにしてもよい。 Further, the zero governor 28 adjusts the fuel gas supplied from the fuel gas supply source (not shown) through the fuel gas supply flow path 14 to a predetermined pressure (i.e., atmospheric pressure), and the fuel gas flow sensor 30 adjusts the fuel gas The flow rate of the fuel gas supplied through the supply passage 14 is measured, and when the cutoff valve 32 is in the closed state, the cutoff valve 32 shuts off the fuel gas supply passage 14 and stops the supply of fuel gas. Further, the first and second throttle members 22 and 26 located on both sides (i.e., the downstream side and the upstream side) of the fuel gas pump 24 are provided to stabilize the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply channel 14. , the first throttle member 22 is composed of, for example, a capillary tube, and the second throttle member 26 is composed of, for example, a throttle member having a small orifice. Moreover, the fuel gas flow rate sensor 30 can be configured, for example, from a thermal type flow rate sensor. Incidentally, when the raw fuel gas can be stably supplied, the first throttle member 22 may be omitted, and the second throttle member 26 may be replaced with, for example, a buffer tank. good.

水供給流路１８には水供給ポンプ３４が配設され、この水供給ポンプ３４によって、水供給源（図示せず）からの改質用水が水供給流路１８を通して気化器１２に供給される。この水供給ポンプ３４の回転数を制御することによって改質用水の供給流量が調整され、水供給ポンプ３４の回転数を大きくする（又は小さくする）と、水供給流路１８を通して供給される改質用水の供給流量が多くなる（又は少なくなる）。 A water supply pump 34 is disposed in the water supply channel 18, and the water supply pump 34 supplies reforming water from a water supply source (not shown) to the vaporizer 12 through the water supply channel 18. . By controlling the rotation speed of this water supply pump 34, the supply flow rate of reforming water is adjusted, and when the rotation speed of the water supply pump 34 is increased (or decreased), reforming water is supplied through the water supply flow path 18. The supply flow rate of quality water increases (or decreases).

このセルスタック６の空気極側３６は、空気供給流路３８を介して空気供給手段としての空気ブロア４０に接続されている。空気ブロア４０は、空気（酸化材ガス）を空気供給流路３８を通してセルスタック６の空気極側３６（酸素極側）に供給する。この空気ブロア４０の回転数を制御することによって空気の供給流量が調整され、空気ブロア４０の回転数を大きくする（又は小さくする）と、空気供給流路３８を通して供給される空気（酸化材ガス）の供給流量が多くなる（又は少なくなる）。 The air electrode side 36 of the cell stack 6 is connected to an air blower 40 as an air supply means via an air supply channel 38. The air blower 40 supplies air (oxidant gas) to the air electrode side 36 (oxygen electrode side) of the cell stack 6 through the air supply channel 38. The air supply flow rate is adjusted by controlling the rotation speed of the air blower 40, and when the rotation speed of the air blower 40 is increased (or decreased), the air (oxidant gas ) supply flow rate increases (or decreases).

セルスタック６の燃料極側８から排出される燃料オフガス（即ち、アノードオフガス）は、燃料オフガス導出流路４４を通して水蒸気凝縮部４６に送給され、この水蒸気凝縮部４６にて燃料オフガスに含まれている水蒸気が凝縮されて除去され、水蒸気が除去された燃料オフガスは、燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給される。また、セルスタック６の空気極側３６から排出される空気オフガス（即ち、カソードオフガス）は、空気オフガス送給流路５２を通して燃焼器５０に送給され、この燃焼器５０において、セルスタック６の燃料極側８からの燃料オフガス（燃料ガスを含んでいる）と空気極側３６（酸素極側）からの空気オフガス（酸素を含んでいる）とが燃焼される。気化器１２及び改質器４は、この燃焼器５０に接触乃至近接して配置されており、この燃料オフガスの燃焼熱を利用して気化器１２及び改質器４などが加熱される。燃焼器５０からの燃焼排気ガスは排気ガス排出流路５４を通して大気に排出される。 The fuel off-gas (that is, anode off-gas) discharged from the fuel electrode side 8 of the cell stack 6 is fed to the steam condensing section 46 through the fuel off-gas outlet flow path 44, and is contained in the fuel off-gas in the steam condensing section 46. The water vapor present in the fuel off-gas is condensed and removed, and the fuel off-gas from which the water vapor has been removed is fed to the combustor 50 through the fuel off-gas feed passage 48 . Furthermore, air off-gas (that is, cathode off-gas) discharged from the air electrode side 36 of the cell stack 6 is fed to the combustor 50 through the air off-gas feed passage 52. The fuel off-gas (containing fuel gas) from the fuel electrode side 8 and the air off-gas (containing oxygen) from the air electrode side 36 (oxygen electrode side) are combusted. The carburetor 12 and the reformer 4 are arranged in contact with or close to the combustor 50, and the vaporizer 12, the reformer 4, etc. are heated using the combustion heat of the fuel off-gas. Combustion exhaust gas from the combustor 50 is exhausted to the atmosphere through an exhaust gas exhaust flow path 54.

更に、燃料オフガス送給路４８から分岐してリサイクル流路５６が設けられ、このリサイクル流路５６は、燃料ガス供給流路１４、具体的には燃料ガス供給ポンプ２４の配設部位と第２絞り部材２６の配設部位との間の部位に接続されている。このようにリサイクル流路５６が設けられているので、燃料オフガス送給流路４８を流れる燃料オフガス（アノードオフガス）の一部はリサイクル流路５６を通して燃料ガス供給流路１４における燃料ガス供給ポンプ２４の配設部位の上流側に戻され、その残部は、燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給される。尚、燃料ガス供給ポンプ２４を通る燃料ガスが結露をすると、この燃料ガス供給ポンプ２４の動作が不安定となるおそれがあるために、水蒸気凝縮部４６は燃料ガスの供給時に常に作動して燃料オフガスに含まれる水蒸気を除去する。 Further, a recycle flow path 56 is provided branching off from the fuel off-gas feed path 48, and this recycle flow path 56 connects the fuel gas supply flow path 14, specifically, the location where the fuel gas supply pump 24 is disposed, and the second recycle flow path 56. It is connected to a region between the aperture member 26 and the region where the aperture member 26 is provided. Since the recycling channel 56 is provided in this way, a part of the fuel off-gas (anode off-gas) flowing through the fuel off-gas supply channel 48 is passed through the recycling channel 56 to the fuel gas supply pump 24 in the fuel gas supply channel 14. The remainder is sent to the combustor 50 through the fuel off-gas feed passage 48. Note that if the fuel gas passing through the fuel gas supply pump 24 condenses, there is a risk that the operation of the fuel gas supply pump 24 will become unstable. Removes water vapor contained in off-gas.

この実施形態では、燃料オフガス送給流路４８に関連して第１熱交換器５８が配設され、この第１熱交換器５８は、セルスタック６から燃料オフガス導出流路４４を通して水蒸気凝縮部４６に流れる燃料オフガス（アノードオフガス）と燃料オフガス送給流路４８を流れる燃料オフガスとの間で熱交換を行い、この熱交換により加温された燃料オフガスが燃焼器５０に送給される。 In this embodiment, a first heat exchanger 58 is disposed in association with the fuel off-gas supply channel 48, and the first heat exchanger 58 is connected to the water vapor condensing section through the fuel off-gas deriving channel 44 from the cell stack 6. Heat exchange is performed between the fuel off-gas (anode off-gas) flowing through the fuel off-gas 46 and the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply passage 48 , and the fuel off-gas heated by this heat exchange is delivered to the combustor 50 .

また、空気供給流路３８に関連して第２熱交換器６０が配設され、この第２熱交換器６０は、空気供給流路３８を流れる空気（酸化材ガス）と排気ガス排出流路５４を通して排出される燃焼排気ガスとの間で熱交を行い、この熱交換により加温された空気がセルスタック６の空気極側３６に送給される。 Further, a second heat exchanger 60 is disposed in association with the air supply flow path 38, and this second heat exchanger 60 is configured to connect the air (oxidant gas) flowing through the air supply flow path 38 and the exhaust gas discharge flow path. Heat exchange is performed with the combustion exhaust gas discharged through 54 , and air heated by this heat exchange is sent to the air electrode side 36 of the cell stack 6 .

この実施形態では、改質器ユニット（改質器４及び気化器１２）、セルスタック６、燃焼器５０、第１熱交換器５８及び第２熱交換器６０が高温ハウジング６２に収容されている。高温ハウジング６２は、金属製（例えば、ステンレス鋼製）であり、その内面は断熱部材（図示せず）で覆われており、その内側に高温空間６４を規定し、改質器ユニット（改質器４および気化器１２）、セルスタック６、燃焼器５０、第１熱交換器５８及び第２熱交換器６０がこの高温空間６４内で高温状態に保たれる。 In this embodiment, a reformer unit (reformer 4 and vaporizer 12), cell stack 6, combustor 50, first heat exchanger 58 and second heat exchanger 60 are housed in a high temperature housing 62. . The high-temperature housing 62 is made of metal (for example, stainless steel), and its inner surface is covered with a heat insulating member (not shown). 4 and vaporizer 12), cell stack 6, combustor 50, first heat exchanger 58, and second heat exchanger 60 are maintained at a high temperature within this high temperature space 64.

この固体酸化物形燃料電池システム２では、更に、セルスタック６の燃料極側８からの燃料オフガスを一次的に冷却するために、燃料オフガス導出流路４４の一部が高温ハウジング５４（高温空間６４）外に導出されて水蒸気凝縮部４６に接続され、また水蒸気凝縮部４６からの燃料オフガス送給流路４８の一部が高温ハウジング５４（高温空間６４）外からその内側に導入されて第１熱交換器５８を経て燃焼器５０に接続されている。 In this solid oxide fuel cell system 2, in order to primarily cool the fuel off-gas from the fuel electrode side 8 of the cell stack 6, a part of the fuel off-gas outlet passage 44 is connected to the high-temperature housing 54 (high-temperature space 64) A part of the fuel off-gas supply channel 48 is led out to the outside and connected to the steam condensing section 46, and a part of the fuel off-gas supply channel 48 from the steam condensing section 46 is introduced into the high temperature housing 54 (high temperature space 64) from outside to the inside thereof. 1 and is connected to the combustor 50 via a heat exchanger 58.

水蒸気凝縮部４６は、第３熱交換器６６及びドレンセパレータ６８から構成され、燃料オフガス導出流路４４が第３熱交換器６６に流れ、ドレンセパレータ６８からの燃料オフガスが燃料オフガス送給流路４８に流れる。第３熱交換器６６は、例えば、燃料オフガスの熱を温水として貯湯するためのコ－ジェネレーションシステム用の貯湯装置（図示せず）の循環流路７０と組み合わせて用いられ、燃料オフガス導出流路４４を流れる燃料オフガスと貯湯装置（図示せず）からの水との間で熱交換が行われ、この熱交換により燃料オフガスが冷却されてそれに含まれた水蒸気が凝縮され、このように作用するので、第３熱交換器６６は、燃料オフガスを冷却凝縮するための冷却凝縮器として機能する。 The steam condensing section 46 is composed of a third heat exchanger 66 and a drain separator 68, the fuel off-gas derivation channel 44 flows to the third heat exchanger 66, and the fuel off-gas from the drain separator 68 flows through the fuel-off gas supply channel. It flows to 48. The third heat exchanger 66 is used, for example, in combination with a circulation passage 70 of a hot water storage device (not shown) for a co-generation system for storing the heat of fuel off-gas as hot water, and a fuel off-gas outlet passage. Heat exchange occurs between the fuel off-gas flowing through 44 and water from a hot water storage device (not shown), which cools the fuel off-gas and condenses the water vapor contained therein, thus acting Therefore, the third heat exchanger 66 functions as a cooling condenser for cooling and condensing the fuel off-gas.

また、第３熱交換器６６の下流側に配設されるドレンセパレータ６８は、第３熱交換器６６にて凝縮された凝縮水と燃料オフガスとを分離し、分離された凝縮水は外部に排水され、水分が除去された燃料オフガスが燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給され、燃料オフガス送給流路４８を流れる燃料オフガスの一部は高温ハウジング６２（高温空間６４）の外側にてリサイクル流路５６を通して燃料ガス供給流路１４（具体的には、燃料ガス供給ポンプ２４の上流側）に戻される。尚、この凝縮水は、外部に排出することに代えて、水回収タンク（図示せず）に回収して改質用水として利用するようにしてもよい。 Further, a drain separator 68 disposed on the downstream side of the third heat exchanger 66 separates the condensed water condensed in the third heat exchanger 66 from the fuel off-gas, and the separated condensed water is discharged to the outside. The drained fuel off-gas from which water has been removed is sent to the combustor 50 through the fuel off-gas supply passage 48, and a portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply passage 48 is transferred to the high-temperature housing 62 (high-temperature space 64). The fuel gas is returned to the fuel gas supply channel 14 (specifically, upstream of the fuel gas supply pump 24) through the recycling channel 56 on the outside of the fuel gas supply pump 24. Note that instead of discharging this condensed water to the outside, it may be collected in a water recovery tank (not shown) and used as reforming water.

この固体酸化物形燃料電池システム２では、更に、燃料ガス供給流路１４（具体的には、脱硫器２０の下流側部位であって、高温ハウジング６２の外側部位）から分岐して燃料ガス分岐送給流路７２が設けられ、この燃料ガス分岐送給流路７２に流路開閉弁７４が配設されている。流路開閉弁７４は、この燃料ガス分岐送給流路７２を開閉し、開状態のときに燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの一部をこの燃料ガス分岐送給流路７２を通して燃焼器５０に導く。 In this solid oxide fuel cell system 2, the fuel gas is further branched from the fuel gas supply flow path 14 (specifically, the downstream side of the desulfurizer 20 and the outside of the high temperature housing 62). A feeding channel 72 is provided, and a channel opening/closing valve 74 is disposed in this fuel gas branch feeding channel 72. The flow path opening/closing valve 74 opens and closes this fuel gas branch supply flow path 72, and when it is in the open state, a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path 14 is combusted through this fuel gas branch supply flow path 72. It leads to the container 50.

次に、この固体酸化物形燃料電池システム２の起動運転について説明する。起動時には、燃料ガス供給ポンプ２４及び空気ブロア４０が作動され、燃料ガス供給源（図示せず）からの燃料ガスが、燃料ガス供給流路１４を通して供給され、また空気（酸化剤ガス）が空気供給流路３８を通して供給される。このとき、流路開閉弁７４は開状態に保たれ、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの一部は燃料ガス分岐送給流路７２を通して燃焼器５０に送給され、この燃料ガスの残部は、気化器１２、改質器４を通してセルスタック６の燃料極側８に送給される。 Next, the startup operation of this solid oxide fuel cell system 2 will be explained. At startup, the fuel gas supply pump 24 and the air blower 40 are operated, fuel gas from a fuel gas supply source (not shown) is supplied through the fuel gas supply channel 14, and air ( oxidant gas ) is supplied to the air. It is supplied through the supply channel 38. At this time, the flow path opening/closing valve 74 is kept open, and a portion of the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path 14 is fed to the combustor 50 through the fuel gas branch feed flow path 72, and the fuel gas is supplied to the combustor 50 through the fuel gas branch feed flow path 72. The remainder is sent to the fuel electrode side 8 of the cell stack 6 through the vaporizer 12 and the reformer 4.

起動時にはセルスタック６の温度は低く、セルスタック６で発電が行われず、セルスタック６の燃料極側８を流れた燃料ガスは、燃料ガス導出流路４４及び水蒸気凝縮部４６を通して燃料オフガス送給流路４８に流れる。燃料オフガス送給流路４８を流れる燃料オフガスの一部はリサイクル流路５６を通して燃料ガス供給流路１４に戻され、燃料ガス供給源（図示せず）からの燃料ガスに混合されて下流側に送給され、その残部は燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給される。また、空気供給流路３８を流れる空気は、セルスタック６の空気極側３６（酸素極側）を流れて空気オフガス送給流路５２を通して燃焼器５０に送給される。 At startup, the temperature of the cell stack 6 is low and power generation is not performed in the cell stack 6, and the fuel gas flowing through the fuel electrode side 8 of the cell stack 6 is sent through the fuel gas outlet flow path 44 and the steam condensing section 46 to supply fuel off-gas. It flows into the flow path 48. A portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply channel 48 is returned to the fuel gas supply channel 14 through the recycling channel 56, mixed with fuel gas from a fuel gas supply source (not shown), and sent downstream. The remainder is delivered to the combustor 50 through the fuel off-gas delivery channel 48 . Further, the air flowing through the air supply channel 38 flows through the air electrode side 36 (oxygen electrode side) of the cell stack 6 and is fed to the combustor 50 through the air off-gas supply channel 52.

起動時にこのように流れるので、燃焼器５０には、燃料オフガス送給流路４８からの燃料オフガス、燃料ガス分岐送給流路７２からの燃料ガス及び空気オフガス送給流路５２からの空気オフガスが送給され、これらがこの燃焼器５０で燃焼され、これらの燃焼熱でもって気化器１２及び改質器４とともに高温ハウジング６２（高温空間６４）内が加熱される。 Since the flow occurs in this manner at startup, the combustor 50 has fuel off gas from the fuel off gas feed passage 48, fuel gas from the fuel gas branch feed passage 72, and air off gas from the air off gas feed passage 52. are fed and combusted in this combustor 50, and the interior of the high-temperature housing 62 (high-temperature space 64) is heated together with the vaporizer 12 and the reformer 4 with the heat of combustion.

燃焼器５０への燃料ガスの送給流量については、流路開閉弁７２が開状態における気化器１２（即ち、改質器４）への燃料ガスの供給流量（Ｑｂ）が、流路開閉弁７４が閉状態における気化器１２（改質器４）への燃料ガスの供給流量（Ｑａ）の１／２未満（Ｑｂ＜Ｑａ／２）となるようにするのが好ましく、このように構成することにより、流路開閉弁７２が開状態になると燃料ガス供給流路１４を流れる燃焼ガスの半分以上が燃焼器５０に直接的に送給されるようになり、これによって、燃料オフガスの水蒸気凝縮に伴う冷却分が少なくなって燃焼器５０の温度が従来よりも短時間で上昇し、かくして、起動に必要なエネルギーを少なくすることができる（起動に必要な燃料ガスの消費量が少なくなる）。その結果、高温空間６４内の温度上昇を早くし、起動時間の短縮を図ることができる。尚、燃焼器５０への燃料ガスの供給流量の調整は、燃料ガス分岐送給流路７２の流路圧力損失を適切に設定することにより行うことができる。 Regarding the flow rate of fuel gas supplied to the combustor 50, the flow rate (Qb) of fuel gas supplied to the vaporizer 12 (i.e., the reformer 4) when the flow path on-off valve 72 is in the open state is It is preferable that the flow rate (Qa) of fuel gas supplied to the carburetor 12 (reformer 4) is less than 1/2 (Qb<Qa/2) when 74 is in the closed state, and is configured in this way. As a result, when the flow path on-off valve 72 is opened, more than half of the combustion gas flowing through the fuel gas supply flow path 14 is directly supplied to the combustor 50, and thereby water vapor condensation of the fuel off-gas is caused. The amount of cooling associated with this is reduced, and the temperature of the combustor 50 rises in a shorter time than before, thus reducing the energy required for startup (reducing the consumption of fuel gas required for startup). . As a result, the temperature in the high-temperature space 64 can be raised quickly, and the startup time can be shortened. Note that the flow rate of fuel gas supplied to the combustor 50 can be adjusted by appropriately setting the flow path pressure loss of the fuel gas branch supply flow path 72.

燃焼器５０での燃焼による燃焼熱により高温ハウジング６２内の温度がある程度上昇すると、水供給ポンプ３４が作動され、改質用水が水供給流路１８を通して気化器１２に供給される。このように改質用水が供給されると、気化器１２にて改質用水が気化されて水蒸気となり、改質器４にてこの水蒸気を用いて燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された改質燃料ガスがセルスタック６の燃料極側８に送給されるようになる。 When the temperature inside the high-temperature housing 62 rises to some extent due to the combustion heat generated by the combustion in the combustor 50, the water supply pump 34 is activated, and reforming water is supplied to the vaporizer 12 through the water supply passage 18. When the reforming water is supplied in this way, the reforming water is vaporized into steam in the vaporizer 12, and the fuel gas is steam reformed using this steam in the reformer 4. The reformed fuel gas is now fed to the fuel electrode side 8 of the cell stack 6.

そして、高温ハウジング６２内が高温となり、セルスタック６の温度が例えば作動温度（例えば、７００～９００℃）まで上昇する（又はセルスタック６の周囲温度が約６５０℃前後まで上昇する）と、流路開閉弁７４が閉状態となって燃料ガス分岐送給流路７２を通しての燃料ガスの送給が終了し、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの全てが気化器１２に供給され、改質器４にて水蒸気改質された後にセルスタック６の燃料極側８に送給される。また、セルスタック６の発電が開始され、セルスタック６の燃料極側８を流れる改質燃料ガス及びその空気極側３６を流れる空気（酸化剤ガス）の燃料電池反応により発電が行われる。 Then, when the inside of the high-temperature housing 62 becomes high temperature and the temperature of the cell stack 6 rises to the operating temperature (for example, 700 to 900°C) (or the ambient temperature of the cell stack 6 rises to around 650°C), the flow The passage opening/closing valve 74 is closed, and the supply of fuel gas through the fuel gas branch supply passage 72 is completed, and all of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage 14 is supplied to the carburetor 12, and the fuel gas is supplied to the carburetor 12. After being steam reformed in the reformer 4, it is fed to the fuel electrode side 8 of the cell stack 6. Moreover, power generation of the cell stack 6 is started, and power generation is performed by a fuel cell reaction of the reformed fuel gas flowing through the fuel electrode side 8 of the cell stack 6 and the air ( oxidant gas ) flowing through the air electrode side 36 thereof.

セルスタック６での発電後の燃料オフガスは、上述したように、燃料オフガス導出流路４４を通して水蒸気凝縮部４６に送給され、この水蒸気凝縮部４６にて水蒸気が凝縮除去された後の燃料オフガスは燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給されるとともに、その燃料オフガスの一部は、リサイクル流路５６を通して燃料ガス供給流路１４に戻される。 As described above, the fuel off-gas after power generation in the cell stack 6 is sent to the steam condensing section 46 through the fuel off-gas outlet flow path 44, and the fuel off-gas after the steam is condensed and removed in the steam condensing section 46. is fed to the combustor 50 through the fuel off-gas feed path 48, and a portion of the fuel off-gas is returned to the fuel gas feed path 14 through the recycle path 56.

流路開閉弁７４が閉状態になったときには、燃料ガス分岐送給流路７２を流れていた燃料ガスが燃料ガス供給流路１４を通して気化器１２に流れるようになるために、燃料ガス供給流路１４を通して気化器１２に供給される燃料ガスの供給流量が急激に上昇し、これによって、気化器１２及び改質器４の温度が急に大きく変動するおそれが生じる。そのために、流路開閉弁７４を閉状態にするときには、燃料ガス供給ポンプ２４を制御してその供給流量が一時的に少なくなるようにするのが好ましく、このように制御することによって、気化器１２及び改質器４における急激な温度変動を抑えることができる。 When the flow path opening/closing valve 74 is in the closed state, the fuel gas flowing through the fuel gas branch supply flow path 72 comes to flow to the carburetor 12 through the fuel gas supply flow path 14, so that the fuel gas supply flow is reduced. The flow rate of the fuel gas supplied to the carburetor 12 through the passage 14 increases rapidly, which may cause the temperatures of the carburetor 12 and the reformer 4 to suddenly fluctuate greatly. For this reason, when the flow path opening/closing valve 74 is closed, it is preferable to control the fuel gas supply pump 24 so that the supply flow rate is temporarily reduced. 12 and the reformer 4 can be suppressed.

この場合、燃料ガス供給ポンプ２４の回転数を一時的に低下させて燃料ガスの供給流量を約半分程度まで絞り、その後燃料ガス供給ポンプ２４の回転数を徐々に上昇させて燃料ガスの供給流量を漸増させて所望の供給流量（発電電力に応じた供給流量）となるように制御するのが好ましい。 In this case, the rotation speed of the fuel gas supply pump 24 is temporarily lowered to reduce the fuel gas supply flow rate to about half, and then the rotation speed of the fuel gas supply pump 24 is gradually increased to reduce the fuel gas supply flow rate. It is preferable to gradually increase the supply flow rate to obtain a desired supply flow rate (supply flow rate according to the generated power).

〈第２の実施形態〉
次に、図２を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態において、上述した第１の実施形態と実質上同一の部材については同一の参照番号を付し、その説明を省略する。 <Second embodiment>
Next, with reference to FIG. 2, a second embodiment of the solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described. In the following embodiments, members that are substantially the same as those in the above-described first embodiment are given the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted.

図２において、この第２の実施形態では、燃料ガス供給流路１４（具体的には、脱硫器２０の上流側部位）から分岐して燃料ガス分岐送給流路７２Ａが設けられ、この燃料ガス分岐送給流路７２Ａが燃焼器５０に接続されている。また、この燃料ガス分岐送給流路７２Ａには、流路開閉弁７４及び脱硫器８２が下流側に向けてこの順に配設されている。この第２の実施形態のその他の構成は、上述の第１の実施形態と実質上同一である。 In FIG. 2, in this second embodiment, a fuel gas branch supply channel 72A is provided branching from the fuel gas supply channel 14 (specifically, the upstream portion of the desulfurizer 20), and this fuel gas branch supply channel 72A is provided. A gas branch feed channel 72A is connected to the combustor 50. Further, in this fuel gas branch supply flow path 72A, a flow path opening/closing valve 74 and a desulfurizer 82 are arranged in this order toward the downstream side. The other configurations of this second embodiment are substantially the same as those of the first embodiment described above.

この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ａでは、第１の実施形態と同様に、起動時に流路開閉弁７４が開状態となり、燃料ガス供給源（図示せず）から燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの一部は、燃料ガス分岐送給流路７２Ａに流れ、脱硫器８２にて燃料ガス中に含まれる硫黄成分が除去された後に燃焼器５０に送給される。 In the solid oxide fuel cell system 2A of the second embodiment, similarly to the first embodiment, the flow path on-off valve 74 is opened at the time of startup, and the fuel gas is supplied from the fuel gas supply source (not shown). A part of the fuel gas flowing through the supply flow path 14 flows into the fuel gas branch feed flow path 72A, and is sent to the combustor 50 after the sulfur component contained in the fuel gas is removed by the desulfurizer 82. .

従って、この第２の実施形態においても、燃焼器５０には、燃料オフガス送給流路４８からの燃料オフガス、燃料ガス分岐送給流路７２Ａからの燃料ガス及び空気オフガス送給流路５２からの空気オフガスが送給され、これらがこの燃焼器５０で燃焼され、これらの燃焼熱でもって気化器１２及び改質器４とともに高温ハウジング６２（高温空間６４）内が所要の通りに加熱される。尚、この燃料ガス分岐送給流路７２Ａの脱硫器８２については、省略することもできる。 Therefore, in the second embodiment as well, the combustor 50 receives fuel off gas from the fuel off gas supply passage 48, fuel gas from the fuel gas branch supply passage 72A, and air from the air off gas supply passage 52. The air off-gas is fed and combusted in this combustor 50, and the inside of the high-temperature housing 62 (high-temperature space 64) along with the vaporizer 12 and the reformer 4 are heated as required with the heat of combustion. . Note that the desulfurizer 82 of this fuel gas branch supply flow path 72A may be omitted.

燃焼器５０による燃焼によって高温ハウジング６２（高温空間６４）内が高温となり、セルスタック６の温度が例えば作動温度まで上昇すると、流路開閉弁７４が閉状態となって燃料ガス分岐送給流路７２Ａを通しての燃料ガスの送給が終了し、燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの全てが気化器１２に供給され、改質器４にて水蒸気改質された後にセルスタック６の燃料極側８に送給され、このときの燃料ガスの供給流量の制御（即ち、燃料ガス供給ポンプ２４の制御）は、第１の実施形態と同様に行うのが好ましい。 When the inside of the high-temperature housing 62 (high-temperature space 64) becomes high due to combustion in the combustor 50 and the temperature of the cell stack 6 rises to, for example, the operating temperature, the flow path on-off valve 74 is closed and the fuel gas branch supply flow path is closed. After the supply of fuel gas through 72A is completed, all of the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path 14 is supplied to the vaporizer 12, and after being steam reformed in the reformer 4, it is transferred to the fuel electrode of the cell stack 6. It is preferable to control the supply flow rate of fuel gas (that is, control the fuel gas supply pump 24) in the same manner as in the first embodiment.

この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ａにおいても、起動時に燃料ガス供給流路１４を流れる燃料ガスの一部が燃料ガス分岐送給流路７２Ａを通して燃焼器５０に直接的に送給されるので、燃料オフガスの水蒸気凝縮に伴う冷却分が少なくなって燃焼器５０の温度が従来よりも短時間で上昇し、これによって、起動に必要なエネルギーを少なくすることができ、その結果、上述したと同様に高温空間６４内の温度上昇を早くし、起動時間の短縮を図ることができる。加えて、燃料ガス分岐送給流路７２Ａが燃料ガス供給流路１４における脱硫器２０の配設部位よりも上流部位から分岐されているので、流路開閉弁７４を高温ハウジング６２から離れた部位に配設することができ、高温ハウジング６２から流路開閉弁７４への熱の影響を少なくすることができる。 Also in the solid oxide fuel cell system 2A of the second embodiment, a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply channel 14 at the time of startup is directly supplied to the combustor 50 through the fuel gas branch supply channel 72A. Since the amount of cooling caused by the water vapor condensation of the fuel off-gas is reduced, the temperature of the combustor 50 rises in a shorter time than in the past, thereby reducing the energy required for startup. As a result, as described above, the temperature in the high temperature space 64 can be increased quickly, and the startup time can be shortened. In addition, since the fuel gas branch supply flow path 72A is branched from a portion upstream of the location where the desulfurizer 20 is disposed in the fuel gas supply flow path 14, the flow path opening/closing valve 74 is separated from the high temperature housing 62. It is possible to reduce the influence of heat from the high temperature housing 62 to the flow path opening/closing valve 74.

〈第３の実施形態〉
次に、図３を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態では、燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスの一部を燃焼器に送給することに代えて、燃料オフガス導出流路を流れる燃料オフガスの一部を水蒸気凝縮部を経ることなく燃料オフガス送給流路に送給するようにしている。 <Third embodiment>
Next, a third embodiment of the solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG. In this third embodiment, instead of supplying a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply flow path to the combustor, a part of the fuel off gas flowing through the fuel off gas derivation flow path is passed through a steam condensing section. The fuel off-gas is supplied to the fuel off-gas supply flow path without any problem.

図３において、この第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｂでは、セルスタック６の燃料極側８からの燃料オフガスが流れる燃料オフガス導出流路４４（具体的には、高温ハウジング６２の外側の部位）と水蒸気凝縮部４６にて水蒸気が除去された後の燃料オフガスが流れる燃料オフガス送給流路４８（具体的には、高温ハウジング６２内であって、第１熱交換器５８の配設部位よりも上流側部位）との間を接続するようにバイパス流路９２が設けられ、このバイパス流路９２に流路開閉弁９４が配設されている。この流路開閉弁９４は、高温ハウジング６２の外側に配置され、このように配置することにより、高温ハウジング６２（高温空間６４）内の熱の影響を少なくすることができる。この第３の実施形態のその他の構成は、燃料ガス分岐送給流路及びこれに関連する構成が省略されている点を除いて、上述の第１の実施形態と実質上同一である。 In FIG. 3, in the solid oxide fuel cell system 2B of the third embodiment, the fuel off gas from the fuel electrode side 8 of the cell stack 6 flows through the fuel off gas outlet channel 44 (specifically, the high temperature housing 62 ) and a fuel off-gas supply flow path 48 (specifically, a portion inside the high-temperature housing 62 and a portion outside the first heat exchanger 58 A bypass flow path 92 is provided so as to connect between the flow path 92 and the flow path 92 (a portion upstream of the disposed portion), and a flow path opening/closing valve 94 is provided in this bypass flow path 92. This flow path opening/closing valve 94 is arranged outside the high temperature housing 62, and by arranging it in this way, the influence of heat within the high temperature housing 62 (high temperature space 64) can be reduced. The other configurations of the third embodiment are substantially the same as those of the first embodiment described above, except that the fuel gas branch supply flow path and related configurations are omitted.

この第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｂでは、起動時に流路開閉弁９４が開状態となり、セルスタック６の燃料極側８から燃料ガス導出流路４４を流れる燃料オフガスの一部は、バイパス流路９２を通して燃料オフガス送給流路４８に流れ、燃料オフガス送給流路４８を流れる燃料オフガス（水蒸気凝縮部４６にて水蒸気が除去された燃料オフガス）とともに第１熱交換器５８を通して燃焼器５０に送給される。 In the solid oxide fuel cell system 2B of the third embodiment, the flow path opening/closing valve 94 is opened at the time of startup, and a portion of the fuel off-gas flowing through the fuel gas outlet flow path 44 from the fuel electrode side 8 of the cell stack 6 is closed. The part flows into the fuel off-gas supply passage 48 through the bypass passage 92, and together with the fuel off-gas (fuel off-gas from which water vapor has been removed in the steam condensing part 46) flowing through the fuel off-gas supply passage 48, the first heat exchanger 58 to the combustor 50.

従って、この第３の実施形態においては、この燃焼器５０には、燃料オフガス送給流路４８からの燃料オフガス（即ち、バイパス流路９２を通して燃料オフガス送給流路４８に送給された燃料オフガス及び水蒸気凝縮４６にて水蒸気が凝縮除去された後に燃料オフガス送給流路４８に送給された燃料オフガス）及び空気オフガス送給流路５２からの空気オフガスが送給され、これらがこの燃焼器５０で燃焼され、これらの燃焼熱でもって気化器１２及び改質器４とともに高温ハウジング６２（高温空間６４）内が所要の通りに加熱される。尚、燃料オフガス送給流路４８を流れる燃料オフガスの一部は、リサイクル流路５６を通して燃料ガス供給流路１４に戻される。 Therefore, in this third embodiment, this combustor 50 is supplied with fuel off-gas from the fuel off-gas supply passage 48 (i.e., fuel supplied to the fuel off-gas supply passage 48 through the bypass passage 92). After water vapor has been condensed and removed in the off-gas and steam condensation 46, the fuel off-gas supplied to the fuel off-gas supply passage 48 and the air off-gas from the air off-gas supply passage 52 are supplied, and these are The heat of combustion is used to heat the inside of the high-temperature housing 62 (high-temperature space 64) together with the vaporizer 12 and reformer 4 as required. A portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply channel 48 is returned to the fuel gas supply channel 14 through the recycling channel 56.

燃焼器５０による燃焼によって高温ハウジング６２（高温空間６４）内が高温となり、セルスタック６の温度が例えば作動温度まで上昇すると、流路開閉弁９４が閉状態となってバイパス流路９２を通しての燃料オフガスの送給が終了し、燃料オフガス導出流路４４を流れる燃料オフガスの全てが水蒸気凝縮部４６に送給され、水蒸気凝縮部４６にて水蒸気が除去された後の燃料オフガスが燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給され、燃焼器５０に送給される燃料オフガスの一部がリサイクル流路５６を通して燃料ガス供給流路１４に戻される。 When the inside of the high-temperature housing 62 (high-temperature space 64) becomes high temperature due to combustion in the combustor 50 and the temperature of the cell stack 6 rises to, for example, the operating temperature, the flow passage opening/closing valve 94 is closed and the fuel flows through the bypass flow passage 92. After the supply of off-gas is completed, all of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas derivation channel 44 is supplied to the steam condensing section 46, and the fuel off-gas after water vapor has been removed in the steam condensing section 46 is used as the fuel off-gas supply. A portion of the fuel off-gas that is delivered to the combustor 50 through the flow path 48 is returned to the fuel gas supply flow path 14 through the recycle flow path 56 .

この第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｂにおいては、起動時に燃料オフガス導出流路４４を流れる燃料オフガスの一部がバイパス流路９２及び燃料オフガス送給流路４８を通して燃焼器５０に送給されるので、燃焼器５０に流れる燃料オフガスの送給量を多くすることができるとともに、この燃料オフガスの温度も高く維持することができ、これによって、高温空間６４内の温度が従来よりも短時間で上昇するようになり、かくして、起動時間の短縮化を図ることができ、また起動時に必要なエネルギーを少なくすることができる。 In the solid oxide fuel cell system 2B of the third embodiment, a part of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas derivation channel 44 at the time of startup passes through the bypass channel 92 and the fuel off-gas supply channel 48 to the combustor 50. Since the amount of fuel off-gas flowing to the combustor 50 can be increased and the temperature of this fuel off-gas can also be maintained high, the temperature in the high-temperature space 64 can be maintained at a higher level than before. As a result, the start-up time can be shortened, and the energy required at start-up can be reduced.

以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの各種実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。 Although various embodiments of the solid oxide fuel cell system according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.

２，２Ａ，２Ｂ固体酸化物形燃料電池システム
４改質器
６セルスタック
１２気化器
１４燃料ガス供給流路
２４燃料ガス供給ポンプ
３８空気供給流路
４４燃料オフガス導出流路
４６水蒸気凝縮部
４８燃料オフガス送給流路
５０燃焼器
５２空気オフガス送給流路
５６リサイクル流路
６２高温ハウジング
６４高温空間
７２，７２Ａ燃料ガス分岐送給流路
７４，９４流路開閉弁
９２バイパス流路

2, 2A, 2B Solid oxide fuel cell system 4 Reformer 6 Cell stack 12 Vaporizer 14 Fuel gas supply channel 24 Fuel gas supply pump 38 Air supply channel 44 Fuel off-gas outlet channel 46 Steam condensing section 48 Fuel Off-gas supply channel 50 Combustor 52 Air off-gas supply channel 56 Recycling channel 62 High-temperature housing 64 High-temperature space 72, 72A Fuel gas branch supply channel 74, 94 Channel opening/closing valve 92 Bypass channel

Claims

a reformer for steam reforming fuel gas; a cell stack for generating electricity through a fuel cell reaction of the reformed fuel gas and oxidizing gas reformed in the reformer; an oxidant gas supply means for supplying the cell stack, a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the reformer, a combustor provided in association with the reformer, and the cell stack. a water vapor condensing section that condenses water vapor contained in fuel off-gas from the stack, the reformed fuel gas from the reformer is fed to the fuel electrode side of the cell stack, and the oxidizing gas supply means The oxidizing gas from the cell stack is fed to the oxygen electrode side of the cell stack, and the water vapor contained in the fuel off-gas from the fuel electrode side of the cell stack is cooled in the water vapor condensing section and recovered as condensed water. , a solid oxide fuel cell system in which fuel off-gas from which water vapor has been removed is fed to the combustor and combusted by air off-gas from the oxygen electrode side of the cell stack,
A fuel gas supply channel for supplying fuel gas from the fuel gas supply means to the reformer is provided with a fuel gas branch supply for supplying a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply channel to the combustor. A supply flow path is provided, and a flow path opening/closing valve is provided in the fuel gas branch supply flow path,
When the flow path opening/closing valve is opened at startup, a portion of the fuel gas flowing to the reformer through the fuel gas supply flow path is fed to the combustor through the fuel gas branch feed flow path, and When the temperature of the cell stack rises and the flow path on-off valve is closed, the supply of fuel gas to the combustor is stopped, and the fuel gas supply means closes the flow path on-off valve after activation. A solid oxide fuel cell system characterized in that the flow rate of fuel gas supplied to the reformer is controlled to be temporarily reduced when the condition occurs .

A portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply passage is supplied to the fuel off-gas supply passage through which the fuel off-gas from which water vapor has been removed in the steam condensation section is supplied to the combustor. A recycling channel is provided to return the fuel off-gas to the upstream side, and a part of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas supply channel is returned to the upstream side of the fuel gas supply means through the recycling channel, and the remainder is returned to the upstream side of the fuel gas supply means. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell system is fed to the combustor through a feed channel.

A desulfurizer for removing sulfur components contained in the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage is provided between the fuel gas supply means and the reformer, and the fuel gas branch supply passage is The solid oxide fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the solid oxide fuel cell system is connected to an upstream side or a downstream side of a location where the desulfurizer is installed.

The flow path pressure loss of the fuel gas branch supply flow path is such that the flow rate of fuel gas supplied to the reformer when the flow path on-off valve is open is equal to the flow rate of fuel gas supplied to the reformer when the flow path on-off valve is closed. 4. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell system is set to be less than 1/2 of the fuel gas supply flow rate.

a reformer for steam reforming fuel gas; a cell stack for generating electricity through a fuel cell reaction of the reformed fuel gas and oxidizing gas reformed in the reformer; an oxidant gas supply means for supplying the cell stack, a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the reformer, a combustor provided in association with the reformer, and the cell stack. a steam condensing section that condenses water vapor contained in the fuel off-gas from the stack; a fuel off-gas supply channel that supplies the fuel off-gas from which water vapor has been removed in the steam condensing section to the combustor; a recycle flow path that returns a part of the fuel off-gas flowing through the feed flow path to the upstream side of the fuel gas supply means, and the reformed fuel gas from the reformer is fed to the fuel electrode side of the cell stack. The oxidizing gas from the oxidizing gas supply means is fed to the oxygen electrode side of the cell stack, and the water vapor contained in the fuel off-gas from the fuel electrode side of the cell stack is condensed in the water vapor condensing section. A part of the fuel off-gas that is cooled and collected as condensed water and flowing through the fuel off-gas supply passage is returned to the upstream side of the fuel gas supply means through the recycling passage, and the remainder is returned to the fuel off-gas supply means through the recycling passage. A solid oxide fuel cell system that is fed to the combustor through a flow path and is combusted by air off-gas from the cell stack,
A bypass flow path is provided that connects a fuel off-gas discharge flow path that discharges fuel off-gas from the cell stack to the steam condensing section and the fuel off-gas supply flow path, and a flow path opening/closing valve is provided in the bypass flow path. has been
At startup, the flow path opening/closing valve is in an open state, and a portion of the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas discharge flow path to the steam condensing section is sent to the combustor through the bypass flow path and the fuel off-gas supply flow path. A solid oxide fuel cell system characterized by: