特許 6050907 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(B1)

(11)【特許番号】6050907

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04701 20160101AFI20161212BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20161212BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 T

   H01M8/04 J

   !H01M8/12

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-65235(P2016-65235)

(22)【出願日】2016年3月29日

【審査請求日】2016年7月1日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 達哉

(72)【発明者】

【氏名】井出 卓宏

【審査官】 大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２６５８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６１６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８９４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０５６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８７３７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４−８／０６６８，８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスと空気とを反応させて発電する第１燃料電池セルスタックと、
空気と前記第１燃料電池セルスタックの燃料極から排出された第１アノードオフガスとを反応させて発電する第２燃料電池セルスタックと、
前記第２燃料電池セルスタックから排出された第２アノードオフガスを燃焼させる燃焼器と、
を備え、
前記第１燃料電池セルスタック及び前記第２燃料電池セルスタックは、前記燃焼器に沿って前記燃焼器と熱交換可能に配置され、前記燃焼器内の燃焼空間へ前記第２アノードオフガスが放出される放出部が、前記第１燃料電池セルスタックと前記第２燃料電池セルスタックの中間部に対応する位置、及び、前記中間部を挟んで前記第１燃料電池セルスタック側、前記第２燃料電池セルスタック側の各々に対応する位置、の少なくとも一方に形成される、
燃料電池システム。

【請求項2】

前記第１燃料電池セルスタックと前記第２燃料電池セルスタックは、前記燃焼器の一方面側に並んで配置され、
前記放出部は、前記燃焼空間の前記第１燃料電池セルスタック側の一端と前記第２燃料電池セルスタック側の他端の中間部に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記燃焼器から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出部が前記燃焼器の前記一端と前記他端とに形成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記第１燃料電池セルスタックと前記第２燃料電池セルスタックは、前記燃焼器の一方面側に並んで配置され、
前記放出部が前記燃焼空間を挟んで前記燃焼器の前記第１燃料電池セルスタック側の一端と前記第２燃料電池セルスタック側の他端に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記第２アノードオフガスは、前記一端に形成された前記放出部から前記他端へ向けて放出されると共に、前記他端に形成された前記放出部から前記一端へ向けて放出される、ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記燃焼器から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出部が、前記燃焼器の前記一端と前記他端の中間部に形成されている、請求項４または請求項５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】

本発明は燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムには、複数の燃料電池セルスタックを有するものがある。例えば、複数の燃料電池セルスタックを多段化し、前段の燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガス中の未反応燃料を、後段の燃料電池セルスタックでの発電に使用する、発電効率の高いものが提案されている。このように、複数の燃料電池セルスタックを有する場合、例えば燃料電池セルスタックの負荷電流の制御方法によっては、発電時の電流が異なる場合がある。その場合は、燃料電池セルスタックからの発熱量が異なり、各々の燃料電池セルスタックの近傍において温度が不均一になる。この場合には、各燃料電池セルスタック間で、発電効率が異なってしまう。また、複数の燃料電池セルスタック間において負荷電流の制御方法を同じにしても、ガスの流量変化などにより燃料電池セルスタックの温度が不均一になると、発電性能が変わるだけでなく、発電可能な温度に達するまでの時間に差が生じることも考えられる。

【0003】

例えば、特許文献１では、燃料電池セルスタックの外周に燃焼部から排出された燃焼ガスを流動させるガス流路を設けて、燃焼電池セルスタックの温度バラツキを抑制している。また、特許文献１では、複数の燃料電池スタックを有しているが、多段に構成されているものではない。各々の燃料電池スタックから排出されたオフガスは、それぞれが燃焼に供され、オフガスを燃焼器や、燃焼器以外の部分に導く構成を有していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２４２５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、燃焼電池セルスタックを高温に維持しつつ、複数の燃料電池セルスタック間での温度の不均一を抑制す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】

【0006】

請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを反応させて発電する第１燃料電池セルスタックと、空気と前記第１燃料電池セルスタックの燃料極から排出された第１アノードオフガスとを反応させて発電する第２燃料電池セルスタックと、前記第２燃料電池セルスタックから排出された第２アノードオフガスを燃焼させる燃焼器と、を備え、前記第１燃料電池セルスタック及び前記第２燃料電池セルスタックは、前記燃焼器に沿って前記燃焼器と熱交換可能に配置され、前記燃焼器内の燃焼空間へ前記第２アノードオフガスが放出される放出部が、前記第１燃料電池セルスタックと前記第２燃料電池セルスタックの中間部に対応する位置、及び、前記中間部を挟んで前記第１燃料電池セルスタック側、前記第２燃料電池セルスタック側の各々に対応する位置、の少なくとも一方に形成されるものである。

【0007】

請求項１に係る燃料電池システムでは、第１燃料電池セルスタックと第２燃料電池セルスタックは、燃焼器と熱交換可能に配置されている。そして、燃焼器内の燃焼空間へ第２燃料電池セルスタックから排出された第２アノードオフガスが放出される放出部が、第１燃料電池セルスタックと第２燃料電池セルスタックの中間部に対応する位置、または、前記中間部を挟んだ両側の各々に対応する位置、または、その両方に形成されている。ここでの放出部は、燃焼器内部で第２アノードオフガスが燃焼する燃焼点となる位置であり、燃焼器内でも高温となる部分である。したがって、第１燃料電池セルスタックと第２燃料電池セルスタックのどちらかに偏って燃焼器の熱が伝達されることがなく、両者を高温に維持しつつ第１燃料電池セルスタックと第２燃料電池セルスタックの温度の不均一化を抑制することができる。

【0008】

請求項２記載の発明に係る燃料電池システムは、前記第１燃料電池セルスタックと前記第２燃料電池セルスタックは、前記燃焼器の一方面側に並んで配置され、前記放出部は、前記燃焼空間の前記第１燃料電池セルスタック側の一端と前記第２燃料電池セルスタック側の他端の中間部に形成されている、ことを特徴とする。

【0009】

請求項２に係る燃料電池システムでは、第１燃料電池セルスタックと第２燃料電池セルスタックの中間部と燃焼器の中間部とが一致し、燃焼器内の温度の不均一化を抑制することができる。

【0010】

請求項３記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃焼器から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出部が前記燃焼器の前記一端と前記他端とに形成されている。

【0011】

請求項３記載の発明に係る燃料電池システムでは、燃焼器の中間部から送入された第２アノードオフガスが燃焼に供され、燃焼器の一端と他端から排出されるので、燃焼器内で燃焼排ガスが中央部から両端部に流れ、燃焼器内の温度差を小さくすることができる。

【0012】

請求項４記載の発明に係る燃料電池システムは、前記第１燃料電池セルスタックと前記第２燃料電池セルスタックは、前記燃焼器の一方面側に並んで配置され、前記放出部が前記燃焼空間を挟んで前記燃焼器の前記第１燃料電池セルスタック側の一端と前記第２燃料電池セルスタック側の他端に形成されている、ことを特徴とする。

【0013】

請求項４に係る燃料電池システムでは、燃焼器の一端と他端に放出部を設けることにより、燃焼器の一方面側に並んで配置された第１燃料電池セルスタック側と第２燃料電池セルスタック側に燃焼点が形成され、第１燃料電池セルスタックと第２燃料電池セルスタックの温度の不均一化を抑制することができる。

【0014】

請求項５記載の発明に係る燃料電池システムは、前記第２アノードオフガスは、前記一端に形成された前記放出部から前記他端へ向けて放出されると共に、前記他端に形成された前記放出部から前記一端へ向けて放出される、ことを特徴とする。

【0015】

請求項５に係る燃料電池システムでは、燃焼器において、第２アノードオフガスが、一端に形成された放出部から他端へ向けて放出されると共に、他端に形成された放出部から一端へ向けて放出される。したがって、燃焼器内において燃焼排ガスが一端から他端へ、他端から一端へ流れ、燃焼器内の温度差を小さくすることができる。

【0016】

請求項６記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃焼器から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出部が、前記燃焼器の前記一端と前記他端の中間部に形成されている。

【0017】

請求項６に係る燃料電池システムでは、燃焼器の一端と他端から送入された第２アノードオフガスが燃焼に供され、燃焼器の中間部から排出されるので、燃焼器内で気体が両端部から中央部に流れ、燃焼器内の温度差を小さくすることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼電池セルスタックを高温に維持しつつ、複数の燃料電池セルスタック間での温度の不均一を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図2】第１実施形態における放出部の例（Ａ）〜（Ｃ）を示す図である。

【図3】第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図4】第２実施形態における第１放出部、第２放出部の例（Ａ）〜（Ｃ）を示す図である。

【図5】第２実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を詳細に説明する。

【0021】

図１には、本実施形態に係る燃料電池システム１０Ａの概略構成が示されている。本実施形態に係る燃料電池システム１０Ａは、主要な構成として、気化器１２、改質器１４、第１燃料電池セルスタック１６、第２燃料電池セルスタック１８、及び、燃焼器４０を備えている。

【0022】

気化器１２には、原料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、原料ガス管Ｐ１の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、ブロアＢ１によりメタンが気化器１２へ送出される。また、気化器１２には、水供給管Ｐ２が接続されている。水供給管Ｐ２からは、ポンプＰにより、水（液相）が気化器１２へ送出される。気化器１２では、水が気化される。気化には、後述する燃焼器４０から排出された燃焼排ガスＧ１０の熱を用いることができる。なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数４以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよい。

【0023】

メタン及び水蒸気は、気化器１２から配管Ｐ３を介して改質器１４へ送出される。改質器１４は、後述する燃焼器４０との熱交換により加熱される。改質器１４では、メタンを改質し、水素を含む６００℃程度の温度の燃料ガスＧ１を生成する。改質器１４には、燃料ガス管Ｐ４の一端が接続されている。燃料ガス管Ｐ４の他端は、燃料電池セルスタック１６のアノード（燃料極）１６Ａと接続されている。改質器１４で生成された燃料ガスＧ１は、燃料ガス管Ｐ４を介してアノード１６Ａに供給される。

【0024】

第１燃料電池セルスタック１６は、固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)、積層された複数の燃料電池セルを有している。第１燃料電池セルスタック１６は、作動温度が６５０℃程度に設定されている。第１燃料電池セルスタック１６は、後述する燃焼器４０の一方面に沿って配置され、燃焼器４０との間で熱交換可能となっている。なお、当該熱交換は、輻射であってもよいし、伝熱材を介した伝熱であってもよい。

【0025】

第１燃料電池セルスタック１６の個々の燃料電池セルは、電解質膜と、当該電解質膜の表裏面にそれぞれ積層されたアノード（燃料極）１６Ａ、及びカソード（空気極）１６Ｂと、を有している。図１では、複数の燃料電池セルの個々のアノード、カソードをまとめて、各々「アノード１６Ａ」「カソード１６Ｂ」と図示している。

【0026】

第１燃料電池セルスタック１６のカソード１６Ｂには、空気管Ｐ５の一端が接続され、空気管Ｐ５の他端には、ブロアＢ２が接続されている。ブロアＢ２から送出された空気Ｇ５は、空気管Ｐ５によって、カソード１６Ｂへ供給される。なお、空気管Ｐ５を流通する空気Ｇ５は、後述する燃焼排ガスＧ１０との間で熱交換を行って、加熱してもよい。

【0027】

カソード１６Ｂでは、下記（１）式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質膜を通って第１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａに到達する。

【0028】

（空気極反応）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ →Ｏ^２− …（１）

【0029】

カソード１６Ｂからは、カソードオフガスが排出される。

【0030】

一方、第１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａでは、下記（２）式及び（３）式に示すように、電解質膜を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。アノード１６Ａで生成された電子がアノード１６Ａから外部回路を通ってカソード１６Ｂに移動することで、各燃料電池セルスタックにおいて発電される。また、各燃料電池セルスタックは、発電時に発熱する。

【0031】

（燃料極反応）
Ｈ_２ ＋Ｏ^２− →Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …(２)
ＣＯ＋Ｏ^２− →ＣＯ_２＋２ｅ⁻ …(３)

【0032】

アノード１６Ａには、アノードオフガス管Ｐ７の一端が接続されている。アノード１６Ａからアノードオフガス管Ｐ７へ、第１アノードオフガスＧ３が排出される。第１アノードオフガスＧ３には、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。

【0033】

第２燃料電池セルスタック１８は、第１燃料電池セルスタック１６と同様の構成を有しており、アノード１６Ａに対応するアノード１８Ａと、カソード１６Ｂに対応するカソード１８Ｂを備えている。第２燃料電池セルスタック１８では、第１燃料電池セルスタック１６と同様の反応により、発電される。第２燃料電池セルスタック１８は、後述する燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６と同一面側に沿って並んで配置され、燃焼器４０との間で熱交換可能となっている。なお、当該熱交換は、輻射であってもよいし、伝熱材を介した伝熱であってもよい。

【0034】

カソード１８Ｂには、カソードオフガス管Ｐ９−２の一端が接続されている。カソードオフガス管Ｐ９−２の他端は、燃焼器４０と接続されている。カソード１８Ｂから排出されたカソードオフガスＧ９−２は燃焼器４０へ送出される。燃焼器４０は、内部に燃焼空間Ｒが形成された金属製の箱体とされ、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８の一方面側を覆うように配置されている。燃焼器４０には、燃焼器４０内へカソードオフガスＧ９−２を放出する放出部４３が形成されている。放出部４３は、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部に対応する位置に配置されている。ここでの中間部とは、放出部４３から第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８までの距離が略等距離の部分をいい、当該距離の差は１０cm以下であることが好ましく、さらに、５cm以下であることがより好ましい。なお、本実施形態では、燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８が並ぶ方向における中間部と、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部とは、概ね一致している。

【0035】

なお、本実施形態では、燃焼器４０の中間部と、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部と、を概ね一致させたが、必ずしも一致させる必要はなく、ずれていてもよい。

【0036】

アノード１８Ａには、アノードオフガス管Ｐ８の一端が接続されている。アノードオフガス管Ｐ８の他端は、燃焼器４０と接続されている。燃焼器４０には、燃焼器４０内へ第２アノードオフガスＧ８を放出する放出部４２が形成されている。放出部４２は、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部に対応する位置に配置されている。ここでの中間部も、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８までの距離が略等距離の部分をいう。また、燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８が並ぶ方向における中間部と、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部とは、概ね一致している。放出部４２と放出部４３の距離は１０ｃｍ以下であることが好ましく、さらに５ｃｍ以下であることがより好ましい。と放出部４２から放出された第２アノードオフガスＧ８中の未反応水素、一酸化炭素は、放出部４２近傍で燃焼する。これにより、燃焼器４０内の放出部４２近傍が燃焼点となる。

【0037】

なお、放出部４２までの経路としては、図２（Ａ）に示されるように、燃焼器４０の外側から放出部４２までアノードオフガス管Ｐ８を延在させてもよいし、図２（Ｂ）に示されるように、燃焼器４０の内側にアノードオフガス管Ｐ８を引き込んで放出部４２まで延在させてもよい。さらに、図２（Ｃ）に示されるように、燃焼器４０の内部に第２アノードオフガスＧ８の流路４１を設けて放出部４２まで導き、燃焼器４０内へ第２アノードオフガスＧ８を放出させてもよい。また、放出部４３についても、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、放出部４２と同様に形成してもよい。

【0038】

燃焼器４０には、燃焼排ガス管Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂが接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０Ａは、燃焼器４０の燃焼空間Ｒを挟んで一端側に接続され、燃焼排ガス管Ｐ１０Ａは、燃焼器４０の燃焼空間Ｒを挟んで他端側に接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂから、燃焼排ガスＧ１０が排出される。

【0039】

次に、本実施形態の燃料電池システム１０Ａの動作について説明する。

【0040】

ブロアＢ２により所定の流量で送出された空気Ｇ５は、カソード１６Ｂへ供給され、発電に供された後、カソードオフガス管Ｐ９−１を経てカソードオフガスＧ９−１がカソード１８Ｂへ送出される。カソードオフガスＧ９−１は、カソード１８Ｂで発電に供され、カソード１８ＢからカソードオフガスＧ９−２が排出される。カソードオフガスＧ９−２は、カソードオフガス管Ｐ９−２を経て燃焼器４０へ送出される。

【0041】

一方、ブロアＢ１により送出されたメタンは、気化器１２へ供給される。また、気化器１２には、ポンプＰにより水（液相）が供給され、燃焼排ガス（不図示）により加熱される。これにより水は気化され、加熱されたメタンと水蒸気は配管Ｐ３を経て改質器１４へ送出され、燃料ガスＧ１へ改質される。燃料ガスＧ１は、燃料ガス管Ｐ４を経てアノード１６Ａへ供給され、発電に供される。アノード１６Ａからは、未反応の水素等の燃料を含む第１アノードオフガスＧ３が排出され、アノードオフガス管Ｐ７を経てアノード１８Ａへ供給される。第１アノードオフガスＧ３は、アノード１８Ａで発電に供され、アノード１８Ａから第２アノードオフガスＧ８が排出される。

【0042】

第２アノードオフガスＧ８は、アノードオフガス管Ｐ８を経て燃焼器４０へ送出され、放出部４２から燃焼器４０内へ放出される。第２アノードオフガスＧ８中の未反応水素、一酸化炭素は、放出部４２近傍で燃焼する。これにより、放出部４２近傍の温度が上昇する。燃焼器４０内の燃焼排ガスＧ１０は、燃焼排ガス管Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂから排出される。

【0043】

本実施形態では、放出部４２が、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部に対応する位置に配置されているので、放出部４２近傍の熱がどちらかの燃料電池セルスタック側に偏って伝達されることがなく、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８を高温に維持しつつ、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の温度の不均一化を抑制することができる。

【0044】

また、本実施形態では、燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８が並ぶ方向における中間部と、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部とが一致し、この中間部に放出部４２が配置されている。したがって、燃焼空間Ｒ内における温度の片寄りを抑制することができる。

【0045】

また、本実施形態では、燃焼排ガス管Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂが、燃焼器４０両端に接続されているので、燃焼器４０内で燃焼排ガスが中央部から両端部に流れ、燃焼器４０内の温度差を小さくすることができる。

【0046】

なお、本実施形態の燃料電池システム１０Ａは、第１燃料電池セルスタック１６を前段、第２燃料電池セルスタック１８を後段とする、２段の構成の例で説明したが、第２燃料電池セルスタック１８の後段に別の燃料電池セルスタックを有する３段の構成、更に４段目の燃料電池セルスタックを備えた燃料電池システムに本発明を適用することもできる。

【0047】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0048】

図３に示されるように、本実施形態の燃料電池システム１０Ｂは、第２アノードオフガス管Ｐ８が分岐して、２カ所に設けられた第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂから燃焼器４０へ第２アノードオフガスＧ８が流入する。第１放出部４６Ａは、燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６が配置されている側の一端に設けられ、第２放出部４６Ｂは、燃焼器４０の第２燃料電池セルスタック１８が配置されている側の他端に設けられている。すなわち、第１放出部４６Ａと第２放出部４６Ｂとは、燃焼空間Ｒを挟んで互いに対向する位置に配置されている。また、第２アノードオフガスＧ８は、第１放出部４６Ａから燃焼器４０の他端へ向かって放出され、第２放出部４６Ｂから燃焼器４０の一端へ向かって放出される。なお、第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂから放出される第２アノードオフガスＧ８の単位時間当たりの流量は、略等しくなるように、第２アノードオフガス管Ｐ８の長さや流路径等が設定されている。

【0049】

また、カソードオフガス管Ｐ９−２も分岐し、２カ所に設けられた第１放出部４５Ａ、第２放出部４５Ｂから燃焼器４０へカソードオフガスＧ９−２が流入する。第１放出部４５Ａは、燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６が配置されている側の一端の第１放出部４６Ａの近傍に設けられ、第２放出部４５Ｂは、燃焼器４０の第２燃料電池セルスタック１８が配置されている側の他端の第２放出部４６Ｂの近傍に設けられている。すなわち、第１放出部４５Ａ、４６Ａと第２放出部４５Ｂ、４６Ｂとは、燃焼空間Ｒを挟んで互いに対向する位置に配置されている。また、第２アノードオフガスＧ８は、第１放出部４６Ａから燃焼器４０の他端へ向かって放出され、第２放出部４６Ｂから燃焼器４０の一端へ向かって放出される。さらに、カソードオフガスＧ９−２は、第１放出部４５Ａから燃焼器４０の他端へ向かって放出され、第２放出部４５Ｂから燃焼器４０の一端へ向かって放出される。第１放出部４５Ａと第１放出部４６Ａの距離、及び、第１放出部４５Ｂと第１放出部４６Ｂの距離は、１０ｃｍ以下であることが好ましく、さらに５ｃｍ以下であることがより好ましい。

【0050】

第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂから放出された第２アノードオフガスＧ８中の未反応水素、一酸化炭素は、第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂの近傍で各々燃焼する。これにより、燃焼器４０内の第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂの近傍が燃焼点となる。

【0051】

なお、第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂは、図４（Ａ）に示されるように、燃焼器４０の外側から第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂまでアノードオフガス管Ｐ８を延在させてもよいし、図４（Ｂ）に示されるように、燃焼器４０の内側にアノードオフガス管Ｐ８を引き込んで第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂまで延在させてもよい。さらに、図４（Ｃ）に示されるように、燃焼器４０の内部に第２アノードオフガスＧ８の流路４７を設けて第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂまで導き、燃焼器４０内へ第２アノードオフガスＧ８を放出させてもよい。また、放出部４５Ａ、４５Ｂについても、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、放出部４６Ａ、４６Ｂと同様に形成してもよい。

【0052】

燃焼器４０には、燃焼排ガス管Ｐ１０が接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０は、燃焼器４０の第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の並び方向の中間部に対応する位置に接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０から、燃焼排ガスＧ１０が燃焼器４０の外へ排出される。

【0053】

本実施形態では、第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂが、燃焼器４０の、第１燃料電池セルスタック１６に対応する一端と、第２燃料電池セルスタック１８に対応する他端に配置されている。したがって、第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂの各々の近傍の燃焼点における熱が、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の各々に伝達され、温度の不均一化を抑制することができる。

【0054】

また、本実施形態では、第２アノードオフガスＧ８が、第１放出部４６Ａから燃焼器４０の他端へ向かって放出され、第２放出部４６Ｂから燃焼器４０の一端へ向かって放出される。したがって、燃焼空間Ｒにおいて燃焼排ガスが一端から他端へ、他端から一端へ流れ、燃焼器４０内の温度差を小さくすることができる。

【0055】

また、本実施形態では、燃焼排ガス管Ｐ１０が、燃焼器４０の中央部に接続されているので、燃焼器４０内で燃焼排ガスが両端部から中央部に流れ、燃焼器４０内の温度差を小さくすることができる。

【0056】

なお、本実施形態では、第１放出部４６Ａ、第２放出部４６Ｂを燃焼器４０の一端と他端に設けたが、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の各々に対応する位置であれば、他の位置に設けてもよい。例えば、図５に示されるように、第１燃料電池セルスタック１６の中央部分に対応する位置に配置された第１放出部４８Ａと、第２燃料電池セルスタック１８の中央部分に対応する位置に配置された第２放出部４８Ｂとしてもよい。この場合には、カソードオフガスＧ９−２を放出する第１放出部４５Ａ、第２放出部４５Ｂについても、第１放出部４８Ａ、第２放出部４８Ｂに隣接させた位置に配置した第１放出部４９Ａ、第２放出部４９Ｂとする。

【0057】

また、本実施形態の燃料電池システム１０Ｂは、第１燃料電池セルスタック１６を前段、第２燃料電池セルスタック１８を後段とする、２段の構成の例で説明したが、第２燃料電池セルスタック１８の後段に別の燃料電池セルスタックを有する３段の構成、更に４段目やそれ以上の燃料電池セルスタックを備えた燃料電池システムに本発明を適用することもできる。この場合には、各々の燃料電池セルスタック（３段目、４段目等）毎に第２アノードオフガスＧ８を放出する放出部を設けることが好ましい。

【0058】

なお、本発明の燃料電池としては、固体酸化物形の燃料電池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)に限られるものではなく、他の燃料電池、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)であってもよい。

【0059】

さらに、本発明は、前述の第１、２実施形態に限定されず、本発明の技術的思想内で、当業者によって、既知の装置を組み合わせて実施することができる。例えば、熱交換器の設置、組み合わせなどを、種々に設定することができる。

【符号の説明】

【0060】

１０Ａ 、１０Ｂ 燃料電池システム
１６ 第１燃料電池セルスタック
１６Ａ アノード
１６Ｂ カソード
１８ 第２燃料電池セルスタック
１８Ａ アノード
１８Ｂ カソード
４０ 燃焼器
４２ 放出部
４６Ａ 第１放出部（放出部）
４６Ｂ 第２放出部（放出部）
４８Ａ 第１放出部（放出部）
４８Ｂ 第２放出部（放出部）
Ｒ 燃焼空間
Ｇ３ 第１アノードオフガス
Ｇ８ 第２アノードオフガス
Ｐ１０、Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂ 燃焼排ガス管（燃焼排ガス排出部）

【要約】

【課題】複数の燃料電池セルスタック間での温度の不均一を抑制する燃料電池システムを提供する。
【解決手段】第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１６は、燃焼器４０に沿って燃焼器４０と熱交換可能に配置されている。燃焼器４０内の燃焼空間Ｒへ第２アノードオフガスが放出される放出部４２が、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８の中間部に対応する位置に形成されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】