特許 5928206 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5928206

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月1日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0662 20160101AFI20160519BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20160519BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20160519BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/06 S

   !H01M8/12

   !H01M8/10

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-155807(P2012-155807)

(22)【出願日】2012年7月11日

(65)【公開番号】特開2014-17211(P2014-17211A)

(43)【公開日】2014年1月30日

【審査請求日】2015年4月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】三瀬 尚史

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−００５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３６０５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１０６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３８７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１５６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１２９４６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭４８−０８９２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第０１４２０３１７（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池から排出されたオフガス中のオフガス水素を燃焼する第１触媒と、
前記燃料電池から排出されたオフガス中のオフガス水素を燃焼する第２触媒と、
前記燃料電池と前記第１触媒とを接続し、前記燃料電池の定格運転時よりもオフガス水素の量が増加する非定格運転時に、前記燃料電池からのオフガスを前記第１触媒に流通させる第１オフガス水素排出ラインと、
前記燃料電池と前記第２触媒とを接続し、前記定格運転時に、前記燃料電池からのオフガスを前記第２触媒に流通させる第２オフガス水素排出ラインと、
前記第１触媒と前記第２触媒とを接続し、前記第１触媒を通過したオフガスを前記第２触媒に流通させる第１連通排出ラインと、
前記第１連通排出ラインの途中に接続された第１熱交換器と、
一端部が前記第２触媒に接続され、前記第２触媒を通過したオフガスが流通する第２連通排出ラインと、
前記第２連通排出ラインの途中に接続された第２熱交換器と、を備える燃料電池システム。

【請求項2】

前記第２触媒の量は、前記第１触媒の量よりも少ない請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に接続され、水が流通し、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に直列的に水を流通させる水ラインを更に備える請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記第１熱交換器は、前記水ラインに流通する水の流れの上流側に接続され、前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器よりも前記水ラインに流通する水の流れの下流側に接続されている請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記第２熱交換器は、前記水ラインに流通する水の流れの上流側に接続され、前記第１熱交換器は、前記第２熱交換器よりも前記水ラインに流通する水の流れの下流側に接続されている請求項３に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池から排出されるオフガス水素を燃焼させる燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池においては、燃料電池の燃料極に水素ガスが供給され、空気極に空気が供給され、供給された水素と空気中の酸素とが化学反応し、発電が行われる。発電を行うためには、水素及び酸素を過剰に供給する必要がある。このため、燃料電池において化学反応による発電に寄与しなかった水素は、オフガス水素となり、化学反応による発電に寄与しなかった酸素は、オフガス酸素となり、これらはオフガスとして排出（排気）される。
オフガス水素は、発電に係る燃料コスト削減のため、また、安全性を確保するために、触媒が利用されて燃焼されることが従来知られている（特許文献１参照）。燃焼により生じた熱は、水等を加熱するエネルギーとして有効利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２７２６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料電池の定格運転時には、オフガス水素の量は少ない。これに対して燃料電池の起動時や、起動停止時や、緊急時等の非定格運転時には、オフガス水素の量が急増する。例えば、定格運転時におけるオフガス水素の量が１．６Ｎｍ^３／ｈである場合には、起動時や起動停止時には、７．７Ｎｍ^３／ｈである。

【0005】

少ないオフガス水素を燃焼するために必要な触媒の量は、少なくて済むが、大量のオフガス水素を燃焼するために必要な触媒の量は多い。上述のように起動時や起動停止時に発生するオフガス水素は大量であるため、この量に対応した量の触媒を用いる必要がある。
しかし、定格運転時には、オフガス水素の量が少ないにも拘らず、大量の触媒を利用することになる。このため、大量の触媒を、定格運転時の少ないオフガス水素の燃焼に使用することで、消耗してしまうことになる。特に、燃料電池がＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）等の高温型の燃料電池である場合には、燃料電池から排出された高温のオフガスが触媒に直接供給されることとなるため、触媒は、より早く消耗する。

【0006】

また、定格運転時に少量の触媒を使用する場合と比較して、非定格運転時に大量の触媒を使用する場合には、オフガス水素の燃焼によって大量の熱が発生する。この熱を熱交換器等により効率よく利用することが要求される。

【0007】

本発明は、オフガス水素の燃焼に用いられる触媒の消耗を極力抑え、且つ効率のよい熱交換をすることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガス中のオフガス水素を燃焼する第１触媒と、前記燃料電池から排出されたオフガス中のオフガス水素を燃焼する第２触媒と、前記燃料電池と前記第１触媒とを接続し、前記燃料電池の定格運転時よりもオフガス水素の量が増加する非定格運転時に、前記燃料電池からのオフガスを前記第１触媒に流通させる第１オフガス水素排出ラインと、前記燃料電池と前記第２触媒とを接続し、前記定格運転時に、前記燃料電池からのオフガスを前記第２触媒に流通させる第２オフガス水素排出ラインと、前記第１触媒と前記第２触媒とを接続し、前記第１触媒を通過したオフガスを前記第２触媒に流通させる第１連通排出ラインと、前記第１連通排出ラインの途中に接続された第１熱交換器と、一端部が前記第２触媒に接続され、前記第２触媒を通過したオフガスが流通する第２連通排出ラインと、前記第２連通排出ラインの途中に接続された第２熱交換器と、を備える燃料電池システムに関する。

【0009】

また、前記第２触媒の量は、前記第１触媒の量よりも少ないことが好ましい。また、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に接続され、水が流通し、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に直列的に水を流通させる水ラインを更に備えることが好ましい。

【0010】

また、前記第１熱交換器は、前記水ラインに流通する水の流れの上流側に接続され、前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器よりも前記水ラインに流通する水の流れの下流側に接続されていることが好ましい。

【0011】

また、前記第２熱交換器は、前記水ラインに流通する水の流れの上流側に接続され、前記第１熱交換器は、前記第２熱交換器よりも前記水ラインに流通する水の流れの下流側に接続されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、オフガス水素の燃焼に用いられる触媒の消耗を極力抑え、且つ効率のよい熱交換をすることができる燃料電池システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る燃料電池システム１における燃料電池１１の起動時の様子を示す概略図である。

【図2】本実施形態に係る燃料電池システム１における燃料電池１１の定格運転時の様子を示す概略図である。

【図3】本実施形態に係る燃料電池システム１の第１の変形例を示す概略図である。

【図4】本実施形態に係る燃料電池システム１の第２の変形例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１における燃料電池１１の起動時の様子を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る燃料電池システム１における燃料電池１１の定格運転時の様子を示す概略図である。以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。

【0015】

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１１と、第１触媒１２と、第２触媒１３と、第１熱交換器１４と、第２熱交換器１５と、制御部１６とを有する。また、燃料電池システム１は、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１と、第１触媒側オフガス排出ラインＬ２と、第２触媒側オフガス排出ラインＬ３と、第１連通排出ラインＬ４と、第２連通排出ラインＬ５と、空気供給ラインＬ６と、水ラインＬ７とを有する。

【0016】

燃料電池側オフガス排出ラインＬ１は、その一端部において燃料電池１１に接続され、その他端部において三方弁２１に接続されている。燃料電池側オフガス排出ラインＬ１には、燃料電池１１からのオフガス水素及びオフガス酸素を含むオフガスＧ１が流通する。

【0017】

第１触媒側オフガス排出ラインＬ２は、その一端部において三方弁２１に接続されており、その他端部において第１触媒１２に接続されている。第１触媒側オフガス排出ラインＬ２には、燃料電池１１の起動時や、起動停止時や、緊急時等の非定格運転時に、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１を流通してきたオフガスＧ１が流通する。第１触媒側オフガス排出ラインＬ２は、第１触媒１２に当該オフガスＧ１を流通させる。

【0018】

第２触媒側オフガス排出ラインＬ３は、その一端部において三方弁２１に接続されており、その他端部において第２触媒１３に接続されている。第２触媒側オフガス排出ラインＬ３には、燃料電池１１の定格運転時に、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１を流通してきたオフガスＧ１が流通する。第２触媒側オフガス排出ラインＬ３は、第２触媒１３に当該オフガスＧ１を流通させる。

【0019】

燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２は、第１オフガス水素排出ラインを構成する。第１オフガス水素排出ラインは、燃料電池１１と第１触媒１２とを接続している。第１オフガス水素排出ラインには、燃料電池１１の非定格運転時に、燃料電池１１からのオフガスＧ１が流通する。
また、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３は、第２オフガス水素排出ラインを構成し、第２オフガス水素排出ラインは、燃料電池１１と第２触媒１３とを接続している。第２オフガス水素排出ラインには、定格運転時に、燃料電池１１からのオフガスＧ１が流通する。

【0020】

空気供給ラインＬ６の一端部には、ファン２２及びフィルタ２３が接続されている。空気供給ラインＬ６の他端部は、第１触媒１２に接続されている。空気供給ラインＬ６には、ファン２２の回転により、フィルタ２３を通過した空気Ａ１が流通する。空気供給ラインＬ６は、当該空気Ａ１を第１触媒１２に流通させる。

【0021】

第１連通排出ラインＬ４は、その一端部において第１触媒１２に接続されており、その他端部において第２触媒１３に接続されている。従って、第１連通排出ラインＬ４は、第１触媒１２と第２触媒１３とを接続している。第１連通排出ラインＬ４の途中の部分には、第１熱交換器１４が接続されている。燃料電池１１の非定格運転時に第１連通排出ラインＬ４には、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２を流通し、第１触媒１２を通過してきたオフガスＧ１と、空気供給ラインＬ６を流通してきた空気Ａ１とが、第１触媒１２側から第２触媒１３側へと流通する。また、燃料電池１１の定格運転時に第１連通排出ラインＬ４には、空気供給ラインＬ６を流通し、第１触媒１２を通過してきた空気Ａ１が、第１触媒１２側から第２触媒１３側へと流通する。

【0022】

第２連通排出ラインＬ５は、その一端部において第２触媒１３に接続されている。また、第２連通排出ラインＬ５の途中の部分には、第２熱交換器１５が接続されている。燃料電池１１の非定格運転時に第２連通排出ラインＬ５には、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１、第１触媒側オフガス排出ラインＬ２及び第１連通排出ラインＬ４を流通し且つ第１触媒１２、第１熱交換器１４及び第２触媒１３を通過してきたオフガスＧ１と、空気供給ラインＬ６及び第１連通排出ラインＬ４を流通し且つ第１触媒１２、第１熱交換器１４及び第２触媒１３を通過してきた空気Ａ１とが、第２連通排出ラインＬ５の一端側から他端側へと流通する。
また、燃料電池１１の定格運転時において第２連通排出ラインＬ５には、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３を流通し且つ第２触媒１３を通過してきたオフガスＧ１と、空気供給ラインＬ６及び第１連通排出ラインＬ４を流通し且つ第１触媒１２、第１熱交換器１４及び第２触媒１３を通過してきた空気Ａ１とが、第２連通排出ラインＬ５の一端側から他端側へと流通し、第２連通排出ラインＬ５の他端部において排出される。

【0023】

水ラインＬ７は、その一端部（図１における左端部）において水送給部（図示せず）に接続されている。また、水ラインＬ７の他端部（図１における右端部）は、貯湯タンク（図示せず）に接続されている。水ラインＬ７の途中の部分には、第１熱交換器１４と第２熱交換器１５とが、それぞれ接続されている。第１熱交換器１４は、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの上流側に接続されており、第２熱交換器１５は、第１熱交換器１４よりも、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの下流側に接続されている。水ラインＬ７には、水送給部によって送られてきた水Ｗ１が、第１熱交換器１４及び第２熱交換器１５に、この順で直列的に流通する。

【0024】

水送給部と貯湯タンクとの間には、熱利用部（図示せず）が設けられている。水送給部は、ポンプや水栓等により構成され、水Ｗ１を水ラインＬ７に供給する。貯湯タンクは、第１熱交換器１４や第２熱交換器１５で加熱されて湯となった水Ｗ１を貯留する。熱利用部では、加熱されて湯となった水Ｗ１がそのまま利用されたり、当該湯の熱が利用されたりする。

【0025】

燃料電池１１は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池１１においては、水素と酸素とが反応することによる発電が行われる。燃料電池１１において発電を行う時の温度である運転温度は、８００℃〜１０００℃と高温である。燃料電池１１によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）を介してＤＣ／ＡＣコンバータ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。

【0026】

第１触媒１２において触媒としては、活性金属として白金、ロジウム、パラジウム、コバルト、ルテニウム、ニッケル等が一般的に用いられ、本実施形態では、白金（Ｐｔ）が用いられる。第１触媒１２は、燃料電池１１において排出されたオフガス水素であって、燃料電池１１の非定格運転時に、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２を流通してきたオフガスＧ１中のオフガス水素を燃焼する。白金触媒の量は、例えば１５．０ｇである。

【0027】

第２触媒１３において触媒としては、活性金属として白金、ロジウム、パラジウム、コバルト、ルテニウム、ニッケル等が一般的に用いられ、本実施形態では、白金（Ｐｔ）が用いられる。第２触媒１３は、燃料電池１１において排出されたオフガス水素であって、主として燃料電池１１の定格運転時に、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３を流通してきたオフガスＧ１中のオフガス水素を燃焼する。白金触媒の量は、例えば３．０ｇである。従って、第２触媒１３における触媒の量は、第１触媒１２における触媒の量よりも少ない。

【0028】

第１熱交換器１４は、第１連通排出ラインＬ４を流通するオフガスＧ１からの熱を、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１に伝達し、水Ｗ１を加熱する。第１熱交換器１４は、後述のように、定格運転時にオフガス水素が第１触媒１２において燃焼させられることにより発生する熱を、熱交換できる程度の能力を有している。
第２熱交換器１５は、第２連通排出ラインＬ５を流通するオフガスＧ１からの熱を、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１に伝達し、水Ｗ１を加熱する。第２熱交換器１５は、後述のように、非定格運転時のオフガス水素が第２触媒１３において燃焼させられることにより発生する熱を、熱交換できる程度の能力を有している。後述のように、非定格運転時において第１触媒１２で燃焼させられるオフガス水素の量は、定格運転時において第２触媒１３で燃焼させられるオフガス水素の量よりも多い。従って、第１熱交換器１４は、それに応じた第２熱交換器１５よりも高い熱交換の能力を有する。

【0029】

制御部１６は、三方弁２１及びファン２２に電気的に接続されている。制御部１６は、燃料電池１１の非定格運転時に三方弁２１に対して制御を行い、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１と第２触媒側オフガス排出ラインＬ３とを連通させ、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３に対して、第１触媒側オフガス排出ラインＬ２を遮断する。また、制御部１６は、燃料電池１１の定格運転時に三方弁２１に対して制御を行い、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１と第１触媒側オフガス排出ラインＬ２とを連通させ、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２に対して、第２触媒側オフガス排出ラインＬ３を遮断する。また、制御部１６は、燃料電池１１の運転中にファン２２を回転させるように、ファン２２に対する制御を行う。

【0030】

次に、本発明の実施形態による燃料電池システム１の動作について説明する。燃料電池１１の起動時には、先ず制御部１６は、三方弁２１に対して制御を行い、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１と第１触媒側オフガス排出ラインＬ２とを連通させ、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２に対して、第２触媒側オフガス排出ラインＬ３を遮断する。

【0031】

これにより、図１に示すように、燃料電池１１からのオフガスＧ１は、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２を流通し、第１触媒１２に流通する。オフガスＧ１は、第２触媒側オフガス排出ラインＬ３には流通しない。第１触媒１２では、オフガスＧ１中のオフガス水素が燃焼される。オフガスＧ１中には、大量のオフガス水素が含まれており、具体的には、例えば、７．７Ｎｍ^３／ｈの量のオフガス水素が、この量のオフガスＧ１に対応した量の触媒である白金を有する第１触媒１２で燃焼される。
一方、第１触媒１２には、フィルタ２３を通してファン２２により空気供給ラインＬ６に供給され、空気供給ラインＬ６を流通してきた空気Ａ１が供給される。

【0032】

そして、第１触媒１２を通過したオフガスＧ１及び空気Ａ１は、第１連通排出ラインＬ４を通して熱交換の能力の高い第１熱交換器１４に流通する。第１触媒１２における大量のオフガス水素の燃焼により生じた大量の熱は、オフガスＧ１及び空気Ａ１を介して、第１熱交換器１４において水ラインＬ７を流通する水Ｗ１に伝達される。これにより、当該水Ｗ１は加熱され、水ラインＬ７を流通し、第２熱交換器１５に送られる。

【0033】

第１熱交換器１４を通過することにより温度が低下したオフガスＧ１及び空気Ａ１は、第１連通排出ラインＬ４を流通して第２触媒１３に流通する。第２触媒１３では、第１触媒１２を通過したにも拘らずオフガスＧ１中に残留しているオフガス水素が燃焼される。オフガスＧ１中に残留しているオフガス水素は、僅かな量である。従って、オフガス水素が燃焼することにより発生する熱も僅かである。

【0034】

そして、第２触媒１３を通過したオフガスＧ１及び空気Ａ１は、第２熱交換器１５に流通する。第２触媒１３における少量のオフガス水素の燃焼により生じた少量の熱は、オフガスＧ１及び空気Ａ１を介して、第２熱交換器１５において水ラインＬ７を流通する水Ｗ１に伝達される。これにより、当該水Ｗ１は僅かに加熱され、貯湯タンクに送られ、貯留される。

【0035】

燃料電池１１を起動開始してから所定の時間が経過し、燃料電池１１が定格運転を行う定格運転時になると、制御部１６は、三方弁２１に対して制御を行い、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１と第２触媒側オフガス排出ラインＬ３とを連通させ、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３に対して、第１触媒側オフガス排出ラインＬ２を遮断する。

【0036】

これにより、図２に示すように、燃料電池１１からのオフガスＧ１は、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３を流通し、第２触媒１３に流通する。オフガスＧ１は、第１触媒側オフガス排出ラインＬ２、第１触媒１２、第１熱交換器１４、及び第１連通排出ラインＬ４には流通しない。第２触媒１３では、オフガスＧ１中のオフガス水素が燃焼される。オフガスＧ１中には、少量のオフガス水素が含まれており、具体的には、例えば、１．６Ｎｍ^３／ｈの量のオフガス水素が、この量のオフガスＧ１に対応した量の活性金属である白金を有する第２触媒１３で燃焼される。
一方、第２触媒１３には、フィルタ２３を通してファン２２により空気供給ラインＬ６に供給され、第１触媒１２、第１連通排出ラインＬ４及び第１熱交換器１４を流通してきた空気Ａ１が供給される。

【0037】

そして、第２触媒１３を通過したオフガスＧ１及び空気Ａ１は、第２熱交換器１５に流通する。第２触媒１３における少量のオフガス水素の燃焼により生じた少量の熱は、オフガスＧ１及び空気Ａ１を介して、第２熱交換器１５において水ラインＬ７を流通する水Ｗ１に伝達される。これにより、当該水Ｗ１は加熱され、貯湯タンクに送られ、貯留される。
以上、燃料電池１１の起動時及びその後の定格運転時の、燃料電池システム１の動作について説明したが、燃料電池１１の起動停止時や、燃料電池１１の過負荷による発電不良若しくは停電等の理由により一時的に発電できない緊急時には、大量のオフガスＧ１が発生し、燃料電池システム１は、前述したような燃料電池１１の起動時と同様の動作を行う。

【0038】

上記本実施形態の燃料電池システム１によれば、以下のような効果を得ることができる。燃料電池システム１は、燃料電池１１から排出されたオフガスＧ１中のオフガス水素を燃焼する第１触媒１２と、燃料電池１１から排出されたオフガスＧ１中のオフガス水素を燃焼する第２触媒１３と、を備える。また、燃料電池システム１は、燃料電池１１と第１触媒１２とを接続し、燃料電池１１の定格運転時よりもオフガス水素の量が増加する非定格運転時に、燃料電池１１からのオフガスＧ１が流通する第１オフガス水素排出ラインと、燃料電池１１と第２触媒１３とを接続し、定格運転時に、燃料電池１１からのオフガスＧ１が流通する第２オフガス水素排出ラインと、第１触媒１２と第２触媒１３とを接続し、第１触媒１２を通過したオフガスＧ１を第２触媒１３に流通させる第１連通排出ラインＬ４と、一端部が第２触媒１３に接続され、第２触媒１３を通過したオフガスＧ１が流通する第２連通排出ラインＬ５と、を備えている。また、第２触媒１３の量は、第１触媒１２の量よりも少ない。

【0039】

このため、オフガス水素の少ない燃料電池１１の定格運転時には、触媒の量の少ない第２触媒１３へオフガス水素を流通させ、オフガス水素の多い燃料電池１１の起動時や起動停止時や緊急時等の非定格運転時には、触媒の量の多い第１触媒１２へオフガス水素を流通させることができる。
このため、非定格運転時に、大量のオフガス水素を、量の多い触媒を有する第１触媒１２で燃焼させ、更に、第１触媒１２を流通したオフガスＧ１を第２触媒１３で燃焼させるため、燃料電池１１において負荷変動があり、オフガスＧ１中のオフガス水素の量が変動して多くなった場合であっても、第２触媒１３において確実に燃焼させることができる。即ち、非定格運転時の状態となることが多い場合に、燃料電池システム１において、確実にオフガス水素を燃焼して、効率のよい熱交換をすることができる。

【0040】

また、燃料電池システム１は、第１熱交換器１４及び第２熱交換器１５に接続され、水Ｗ１が流通し、第１熱交換器１４及び第２熱交換器１５に直列的に水Ｗ１を流通させる水ラインＬ７を備える。水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの上流側に第１熱交換器１４が接続され、第１熱交換器１４よりも水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの下流側に第２熱交換器１５が接続されている。このため、第１触媒１２及び第２触媒１３において発生しオフガスＧ１を介して第１熱交換器１４及び第２熱交換器１５に伝達された熱を、第１熱交換器１４及び第２熱交換器１５において水ラインＬ７中の水Ｗ１に伝達することができる。このため、オフガス水素を有効利用することができる。

【0041】

また、オフガス水素の少ない燃料電池１１の定格運転時には、触媒の量の少ない第２触媒１３へオフガス水素を流通させ、オフガス水素の多い燃料電池１１の起動時や起動停止時や緊急時等の非定格運転時には、触媒の量の多い第１触媒１２へオフガス水素を流通させることができる。このため、定格運転時に、少量のオフガス水素を、量の多い触媒を有する第１触媒１２で燃焼させることをしないため、定格運転時の少量のオフガス水素の燃焼で、第１触媒１２が消耗することを防止ことができる。

【0042】

また、定格運転時には、ＳＯＦＣにより構成される高温型の燃料電池１１からの高温のオフガスＧ１は、第２触媒１３に直接流通する。このため、触媒の量の多い第１触媒１２に、高温のオフガスＧ１が直接供給されることを防止することができ、第１触媒１２の消耗を抑えることができる。

【0043】

本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、本実施形態では、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの上流側に第１熱交換器１４が接続され、第１熱交換器１４よりも水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの下流側に第２熱交換器１５が接続されていたがこの構成に限定されない。

【0044】

例えば、図３に示すように、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの上流側に第２熱交換器１５が接続され、第２熱交換器１５よりも水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの下流側に第１熱交換器１４が接続されていてもよい。図３は、本実施形態に係る燃料電池システム１の第１の変形例を示す概略図である。

【0045】

具体的には、図３に示すように、水ラインＬ７は、その一端部（図３における左端部）において貯湯タンク（図示せず）に接続されている。また、水ラインＬ７の他端部（図３における右端部）は、水送給部（図示せず）に接続されている。水ラインＬ７の途中の部分には、本実施形態と同様に、第１熱交換器１４と第２熱交換器１５とが、それぞれ接続されている。第１熱交換器１４は、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの下流側に接続されており、第２熱交換器１５は、第１熱交換器１４よりも、水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの上流側に接続されている。水ラインＬ７には、水送給部に接続によって送られてきた水Ｗ１が、第２熱交換器１５及び第１熱交換器１４にこの順で直列的に流通する。水送給部と貯湯タンクとの間には、本実施形態と同様に熱利用部（図示せず）が設けられている。

【0046】

水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの上流側に第２熱交換器１５が接続され、第２熱交換器１５よりも水ラインＬ７に流通する水Ｗ１の流れの下流側に第１熱交換器１４が接続されているため、非定格運転時に、水ラインＬ７中の水Ｗ１を、第２熱交換器１５において、低い温度において僅かな熱で加熱し、温度上昇させた後に、第１熱交換器１４において、当該温度上昇後の温度を基準として、多大な熱によって加熱して、更に大幅に温度上昇させることができる。このため、第２熱交換器１５及び第１熱交換器１４を通過した後の水ラインＬ７中の水Ｗ１の温度を、より高温にすることができる。

【0047】

また、本実施形態では、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第１触媒側オフガス排出ラインＬ２は、第１オフガス水素排出ラインを構成し、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１及び第２触媒側オフガス排出ラインＬ３は、第２オフガス水素排出ラインを構成していた。即ち、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１は、第１オフガス水素排出ラインの一部及び第２オフガス水素排出ラインの一部を構成していたが、この構成に限定されない。例えば、第１オフガス水素排出ラインと第２オフガス水素排出ラインとは、別個独立したラインにより構成されていてもよい。

【0048】

また、本実施形態では、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１には、燃料電池１１からのオフガス水素及びオフガス酸素を含むオフガスＧ１が流通していたが、これに限定されない。
例えば、図４に示すように、燃料電池側オフガス排出ラインＬ１には、オフガス水素のみが流通し、オフガス酸素は、別個独立したラインＬ８に流通するようにしてもよい。図４は、本実施形態に係る燃料電池システム１の第２の変形例を示す概略図である。この場合、オフガス酸素が流通するラインＬ８の他端は、第２連通排出ラインＬ５の部分であって、第２熱交換器１５よりも下流側の部分に接続される。

【0049】

また、高温型の燃料電池である燃料電池１１は、ＳＯＦＣにより構成されていたが、ＳＯＦＣに限定されない。また、燃料電池１１は高温型の燃料電池でなくてもよい。例えば、ＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）等を用いてもよい。また、第１触媒１２における触媒の量や第２触媒１３における触媒の量や、定格運転時及び非定格運転時のオフガス水素の量等の値は、本実施形態のこれらの値に限定されない。

【符号の説明】

【0050】

１ 燃料電池システム
１１ 燃料電池
１２ 第１触媒
１３ 第２触媒
１４ 第１熱交換器
１５ 第２熱交換器
１６ 制御部
Ｌ１ 燃料電池側オフガス排出ライン
Ｌ２ 第１触媒側オフガス排出ライン
Ｌ３ 第２触媒側オフガス排出ライン
Ｌ４ 第１連通排出ライン
Ｌ５ 第２連通排出ライン
Ｌ７ 水ライン
Ｇ１ オフガス
Ｗ１ 水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】