JP6064782B2 - Fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池および改質器を複数備える燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device including a plurality of fuel cells and reformers.

従来、固体酸化物型燃料電池の如く、作動温度が高温（５００℃〜１０００℃）となる高温型の燃料電池を備える燃料電池装置として、燃料電池の発電時に生ずる熱を、改質器における改質反応の促進等に利用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, as a fuel cell device including a high-temperature fuel cell whose operating temperature is high (500 ° C. to 1000 ° C.) like a solid oxide fuel cell, heat generated during power generation of the fuel cell is improved in the reformer. The thing utilized for promotion of a quality reaction etc. is proposed (for example, refer patent document 1).

この特許文献１では、燃料電池に対して水蒸気改質を行う改質器を対面配置することで、燃料電池で生ずる熱を改質器に供給して、改質器における改質反応の促進を図っている。なお、特許文献１には、燃料電池および改質器を対面配置してなるモジュールを複数設置する構成も開示されている。   In Patent Document 1, a reformer that performs steam reforming on a fuel cell is disposed so as to supply heat generated in the fuel cell to the reformer to promote the reforming reaction in the reformer. I am trying. Patent Document 1 also discloses a configuration in which a plurality of modules each having a fuel cell and a reformer arranged in a face-to-face arrangement are installed.

特開２０１１−２３８３６３号公報JP 2011-238363 A

ところで、燃料電池および改質器を対面配置してなるモジュールを複数設置する構成において、各改質器それぞれに水蒸気を供給する水供給系を設けると、水供給系の構成機器が著しく増加してしまう。   By the way, in a configuration in which a plurality of modules each having a fuel cell and a reformer are arranged facing each other, if a water supply system for supplying water vapor is provided to each reformer, the components of the water supply system are significantly increased. End up.

ここで、燃料電池では、改質器にて生成された燃料ガスの例えば８０％〜９０％が、酸素との電気化学反応に利用され、残りの未反応の燃料ガスおよび内部で生成された水（水蒸気）等がオフガスとして排出される。   Here, in the fuel cell, for example, 80% to 90% of the fuel gas generated in the reformer is used for an electrochemical reaction with oxygen, and the remaining unreacted fuel gas and water generated therein are used. (Steam) is discharged as off-gas.

この点に着眼し、本発明者らは、燃料電池および改質器を複数備える燃料電池装置において、改質器と燃料電池とを交互に直列に連結することで、前段側の燃料電池から排出されるオフガス中の水蒸気を後段側の改質器の改質反応に利用する構成を案出した。   Focusing on this point, the present inventors in the fuel cell apparatus having a plurality of fuel cells and reformers, discharge the fuel cells from the preceding stage by connecting the reformers and the fuel cells alternately in series. A configuration has been devised in which water vapor in the off-gas is used for the reforming reaction of the reformer on the rear stage side.

図８は、本発明者らが案出した燃料電池装置の一例（以下、案出例と呼ぶ。）である。この案出例では、図８に示すように、燃料電池の熱が改質器に供給されるように、前段側で直列に連結された改質器ＳＲ１と燃料電池ＦＣ１とを対面配置すると共に、後段側で直列に接続された改質器ＳＲ２と燃料電池ＦＣ２とを対面配置する構成としている。   FIG. 8 is an example of a fuel cell device devised by the present inventors (hereinafter referred to as a devised example). In this proposal example, as shown in FIG. 8, the reformer SR1 and the fuel cell FC1 that are connected in series on the front stage side face each other so that the heat of the fuel cell is supplied to the reformer. The reformer SR2 and the fuel cell FC2 connected in series on the rear stage side are arranged to face each other.

これによれば、燃料電池ＦＣ１、ＦＣ２で生ずる熱が改質器ＳＲ１、ＳＲ２に供給されると共に、前段側の燃料電池ＦＣ１のオフガス中に含まれる水蒸気が後段側の改質器ＳＲ２へ供給される。このため、各改質器ＳＲ１、ＳＲ２における改質反応の促進を図りつつ、水供給系の簡素化を図ることが可能となる。なお、前段とは、直列に連結された改質器および燃料電池における水蒸気の流れ方向における上流側を意味し、後段とは、直列に連結された改質器および燃料電池における水蒸気の流れ方向における下流側を意味する。   According to this, the heat generated in the fuel cells FC1 and FC2 is supplied to the reformers SR1 and SR2, and the water vapor contained in the off-gas of the front-stage fuel cell FC1 is supplied to the rear-stage reformer SR2. The For this reason, it is possible to simplify the water supply system while promoting the reforming reaction in each of the reformers SR1 and SR2. The former stage means the upstream side in the flow direction of water vapor in the reformer and the fuel cell connected in series, and the rear stage means in the direction of water vapor flow in the reformer and the fuel cell connected in series. Means downstream.

ところが、本発明者らが更に調査研究を進めたところ、図８の如く燃料電池装置を構成すると、改質器と燃料電池と間の熱量バランスが悪いことが判明した。この点について、以下に説明する。   However, as a result of further investigation and research by the present inventors, it has been found that when the fuel cell device is configured as shown in FIG. 8, the heat balance between the reformer and the fuel cell is poor. This point will be described below.

後段側の改質器ＳＲ２には、高温のオフガスが流入することから、改質時に必要とされる吸熱量が少なくなる。一方、改質器ＳＲ２に対面配置された燃料電池ＦＣ２は、その内部で水蒸気や二酸化炭素等の不活性ガスの濃度が高くなり、発電効率が低下して発電ロスによる発熱量が増加してしまう。   Since high-temperature off-gas flows into the reformer SR2 on the rear stage side, the endothermic amount required during reforming is reduced. On the other hand, the fuel cell FC2 disposed facing the reformer SR2 has a high concentration of inert gas such as water vapor and carbon dioxide inside thereof, resulting in a decrease in power generation efficiency and an increase in heat generation due to power generation loss. .

このため、後段側の燃料電池ＦＣ２に改質器ＳＲ２を対面配置すると、燃料電池ＦＣ２の熱を改質器ＳＲ２で吸熱できず、燃料電池ＦＣ２の温度が過度に上昇してしまう虞がある。このことは、後段側の燃料電池ＦＣ２に後段側の改質器ＳＲ２を対面配置する場合に限らず、燃料電池ＦＣ２の熱が改質器ＳＲ２へ供給される構成において生ずる。   For this reason, if the reformer SR2 is disposed facing the rear fuel cell FC2, the heat of the fuel cell FC2 cannot be absorbed by the reformer SR2, and the temperature of the fuel cell FC2 may be excessively increased. This is not limited to the case where the rear-stage reformer SR2 is disposed facing the rear-stage fuel cell FC2, but occurs in a configuration in which the heat of the fuel cell FC2 is supplied to the reformer SR2.

また、前段側の改質器ＳＲ１には、燃料電池ＦＣ１のオフガスよりも低温となる燃料および水蒸気が流入することから、改質時に必要とされる吸熱量が多くなる。一方、改質器ＳＲ１に対面配置された燃料電池ＦＣ１は、その内部における燃料ガスの濃度が高く、発電効率が良いことから発電ロスによる発熱量が少ない。   Further, since the fuel and water vapor that are at a lower temperature than the off-gas of the fuel cell FC1 flow into the reformer SR1 on the upstream side, the amount of heat absorption required during reforming increases. On the other hand, the fuel cell FC1 disposed facing the reformer SR1 has a high concentration of fuel gas in the inside thereof and good power generation efficiency, and therefore generates less heat due to power generation loss.

このため、前段側の燃料電池ＦＣ１に改質器ＳＲ１を対面配置すると、燃料電池ＦＣ１から改質器ＳＲ１へ供給される熱量が不足し、改質器ＳＲ１における改質反応を適切に促進できなくなってしまう虞がある。このことは、前段側の燃料電池ＦＣ１に前段側の改質器ＳＲ１を対面配置する場合に限らず、燃料電池ＦＣ１の熱が改質器ＳＲ１へ供給される構成において生ずる。   For this reason, when the reformer SR1 is disposed facing the front-stage fuel cell FC1, the amount of heat supplied from the fuel cell FC1 to the reformer SR1 is insufficient, and the reforming reaction in the reformer SR1 cannot be promoted appropriately. There is a risk that. This occurs not only in the case where the front-stage reformer SR1 is disposed facing the front-stage fuel cell FC1, but in a configuration in which the heat of the fuel cell FC1 is supplied to the reformer SR1.

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池および改質器を複数備える燃料電池装置において、水供給系の簡素化を図りつつ、燃料電池と改質器との間の熱量バランスの悪化を抑制可能とすることを目的とする。   In view of the above, the present invention can suppress deterioration of the heat balance between the fuel cell and the reformer while simplifying the water supply system in the fuel cell device including a plurality of fuel cells and reformers. It aims to be.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水蒸気を用いて炭化水素系の燃料を改質して燃料ガスを生成する複数の改質器（４４）と、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する複数の燃料電池（１０）と、を備え、複数の改質器および複数の燃料電池は、改質器→燃料電池の順序で交互に直列に連結され、前段の燃料電池のオフガス中に含まれる水蒸気が後段の改質器へ流入するようになっており、直列に連結された改質器および燃料電池を一つの連結体としたとき、複数の改質器は、後段側の連結体を構成する改質器（ＳＲ２）が、前段側の連結体を構成する燃料電池（ＦＣ１）に対して熱的に接触するように対面配置され、前段側の連結体を構成する改質器（ＳＲ１）が、後段側の連結体を構成する燃料電池（ＦＣ２）に対して熱的に接触するように対面配置されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a plurality of reformers (44) for reforming a hydrocarbon fuel using steam to generate a fuel gas, a fuel gas and an oxidant A plurality of fuel cells (10) that output electrical energy by electrochemical reaction with gas, and the plurality of reformers and the plurality of fuel cells are alternately connected in series in the order of reformers → fuel cells. The water vapor contained in the off-gas of the preceding fuel cell flows into the reformer of the subsequent stage, and when the reformer and the fuel cell connected in series are combined into one connected body, The reformer is disposed so as to face the reformer (SR2) constituting the rear-stage coupling body so as to be in thermal contact with the fuel cell (FC1) constituting the front-stage coupling body. The reformer (SR1) that constitutes the connected body constitutes the connected body on the rear stage side. That the fuel cell (FC2) are arranged facing in thermal contact is characterized in that.

これによれば、前段側の燃料電池のオフガス中に含まれる水蒸気が後段側の改質器へ供給されるので、各改質器に対して個別に水供給系を設置する必要がない。   According to this, since the water vapor contained in the off gas of the fuel cell on the front stage side is supplied to the reformer on the rear stage side, it is not necessary to separately install a water supply system for each reformer.

加えて、発熱量が少ない前段側の燃料電池に対して吸熱量が少ない後段側の改質器を熱的に接触させる構成とすることで、燃料電池の熱を改質器にて適切に吸熱させることができるので、燃料電池の温度が過度に上昇してしまうことを抑制できる。   In addition, by adopting a configuration in which the rear-stage reformer with a small amount of heat absorption is in thermal contact with the front-stage fuel cell with a small amount of heat generation, the heat of the fuel cell is appropriately absorbed by the reformer. Therefore, it is possible to suppress the temperature of the fuel cell from rising excessively.

また、発熱量が多い後段側の燃料電池に対して吸熱量が多い前段側の改質器を熱的に接触させる構成とすることで、燃料電池から改質器へ熱量を充分に供給することができるので、改質器における改質反応を適切に促進させることができる。   In addition, a structure in which the reformer on the upstream side, which has a large amount of heat absorption, is in thermal contact with the fuel cell on the downstream side, which generates a large amount of heat, can sufficiently supply heat from the fuel cell to the reformer. Therefore, the reforming reaction in the reformer can be appropriately promoted.

このように、本発明によれば、水供給系の簡素化を図りつつ、改質器と燃料電池と間の熱量バランスの悪化を効果的に抑制することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to effectively suppress the deterioration of the heat balance between the reformer and the fuel cell while simplifying the water supply system.

ここで、請求項に記載の「熱的に接触する」とは、熱伝達が可能なように部材同士が直接的に接触している状態だけでなく、仮に部材間が離間したとしても、部材間の空間を介して部材同士の熱伝達が可能となっている状態を含む意味である。このことは、後述の「発明を実施するための形態」においても同様である。   Here, “thermally contacting” described in the claims is not only a state in which the members are in direct contact with each other so that heat can be transferred, but even if the members are separated from each other, This includes the state in which heat transfer between members is possible through the space between them. The same applies to the “form for carrying out the invention” described later.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the parenthesis of each means described in this column and the claim shows an example of a correspondence relationship with the specific means described in the embodiment described later.

第１実施形態に係る燃料電池装置を含むシステムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a system including a fuel cell device according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the fuel cell apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池装置の配置形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement | positioning form of the fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池装置の配置形態の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the arrangement | positioning form of the fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池装置の配置形態の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the arrangement | positioning form of the fuel cell apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 本発明者らが案出した燃料電池装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the fuel cell apparatus which the present inventors devised.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
第１実施形態について説明すると、図１、図２に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、作動温度が高温（５００℃〜１０００℃）となる固体酸化物型の燃料電池１０、および改質器４４を複数備える燃料電池装置１を含んで構成されている。 (First embodiment)
The first embodiment will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system of the present embodiment includes a solid oxide fuel cell 10 whose operating temperature is high (500 ° C. to 1000 ° C.), and The fuel cell device 1 includes a plurality of reformers 44.

まず、燃料電池装置１における主要な構成機器の概略を説明し、燃料電池装置１における具体的な内部構造については後述する。   First, an outline of main components in the fuel cell device 1 will be described, and a specific internal structure of the fuel cell device 1 will be described later.

燃料電池１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガス（本実施形態では空気）の電気化学反応により電気エネルギを出力する発電セル（図示略）を積層したスタック構造となっている。なお、発電セルのセル形状は、平板型および円筒型のいずれで構成されていてもよい。   The fuel cell 10 has a stack structure in which power generation cells (not shown) that output electric energy by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas (air in the present embodiment) are stacked. The cell shape of the power generation cell may be either a flat plate type or a cylindrical type.

発電セルは、固体酸化物電解質、空気極（カソード）、燃料極（アノード）で構成されている。本実施形態の発電セルは、炭化水素系の燃料であるメタン（ＣＨ４）を改質して生成される水素（Ｈ２）、および一酸化炭素（ＣＯ）を燃料ガスとしている。なお、使用する燃料は、炭化水素系の燃料であればメタン以外を採用してもよい。 The power generation cell includes a solid oxide electrolyte, an air electrode (cathode), and a fuel electrode (anode). The power generation cell of the present embodiment uses hydrogen (H 2 ) generated by reforming methane (CH 4 ), which is a hydrocarbon fuel, and carbon monoxide (CO) as fuel gases. The fuel to be used may be other than methane as long as it is a hydrocarbon-based fuel.

各発電セルでは、以下の反応式［化１］、［化２］に示す水素および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。
（燃料極）２Ｈ２＋２Ｏ２−→２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−・・・［化１］
（空気極）Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−・・・［化２］
また、各発電セルでは、以下の反応式［化３］、［化４］に示す一酸化炭素（ＣＯ）および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。
（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ２−→２ＣＯ２＋４ｅ−・・・［化３］
（空気極）Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−・・・［化４］
なお、燃料電池１０にて発電に利用される水素および一酸化炭素は、それぞれ水蒸気および二酸化炭素になる。このため、燃料電池１０から排出されるオフガスには、未反応の燃料ガス（水素および一酸化炭素）の他、水蒸気および二酸化炭素が含まれている。 In each power generation cell, electric energy is output by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen represented by the following reaction formulas [Chemical Formula 1] and [Chemical Formula 2].
(Fuel electrode) 2H 2 + 2O 2- → 2H 2 O + 4e - ··· [ Formula 1]
(Air electrode) O 2 + 4e − → 2O 2− ..
In each power generation cell, electric energy is output by an electrochemical reaction of carbon monoxide (CO) and oxygen represented by the following reaction formulas [Chemical Formula 3] and [Chemical Formula 4].
(Fuel electrode) 2CO + 2O 2- → 2CO 2 + 4e - ··· [ of 3]
(Air electrode) O 2 + 4e − → 2O 2− .
Note that hydrogen and carbon monoxide used for power generation in the fuel cell 10 are water vapor and carbon dioxide, respectively. For this reason, the off gas discharged from the fuel cell 10 contains water vapor and carbon dioxide in addition to unreacted fuel gas (hydrogen and carbon monoxide).

また、改質器４４は、燃料電池１０の外部において、水蒸気を用いて炭化水素系の燃料を改質して燃料ガスを生成する燃料ガス生成器である。改質器４４では、以下の反応式［化５］に示す改質反応、および反応式［化６］に示すシフト反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）が生成される。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２・・・［化５］
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２・・・［化６］
なお、改質器４４における改質反応は、吸熱反応であり、高温の条件下で行うことで、高転化率の改質反応を実現することができる。 Further, the reformer 44 is a fuel gas generator that generates a fuel gas by reforming a hydrocarbon fuel using water vapor outside the fuel cell 10. In the reformer 44, fuel gas (hydrogen, carbon monoxide) is generated by a reforming reaction represented by the following reaction formula [Chemical Formula 5] and a shift reaction represented by the chemical formula [Chemical Formula 6].
CH 4 + H 2 O → CO + H 2 ..
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 [Chemical 6]
The reforming reaction in the reformer 44 is an endothermic reaction, and a reforming reaction with a high conversion rate can be realized by performing the reforming reaction under a high temperature condition.

続いて、燃料電池装置１における空気、燃料、水蒸気の各供給系について説明する。本実施形態の燃料電池装置１には、空気を供給する空気供給経路３、燃料を供給する燃料供給経路４、および水蒸気を供給する水供給経路５が接続されている。   Next, air, fuel, and water vapor supply systems in the fuel cell device 1 will be described. An air supply path 3 for supplying air, a fuel supply path 4 for supplying fuel, and a water supply path 5 for supplying water vapor are connected to the fuel cell device 1 of the present embodiment.

空気供給経路３には、上流側から順に、塵や埃等を除去する空気フィルタ３１、空気を圧送する空気用ブロワ３２、空気予熱器３３が設けられている。空気予熱器３３は、空気用ブロワ３２から圧送された空気を、後述する燃焼器７１で生成した燃焼ガスと熱交換させて加熱し、加熱した空気を燃料電池装置１へと供給する酸化剤ガス予熱器である。   In the air supply path 3, an air filter 31 that removes dust and the like, an air blower 32 that pumps air, and an air preheater 33 are provided in order from the upstream side. The air preheater 33 heats the air pumped from the air blower 32 by exchanging heat with a combustion gas generated by a combustor 71 described later, and supplies the heated air to the fuel cell device 1. It is a preheater.

燃料供給経路４には、上流側から順に、燃料に含まれる硫黄成分を除去する脱硫器４１、燃料を圧送する燃料ポンプ４２、燃料予熱器４３が設けられている。燃料予熱器４３は、燃料電池装置１の各改質器４４における改質反応の促進するために、燃料ポンプ４２から圧送された燃料を後述する燃焼器７１で生成した燃焼ガスと熱交換させて加熱するものである。   The fuel supply path 4 is provided with a desulfurizer 41 that removes sulfur components contained in the fuel, a fuel pump 42 that pumps the fuel, and a fuel preheater 43 in order from the upstream side. The fuel preheater 43 heat-exchanges the fuel pumped from the fuel pump 42 with the combustion gas generated by the combustor 71 described later in order to promote the reforming reaction in each reformer 44 of the fuel cell device 1. It is for heating.

水供給経路５には、上流側から順に、純水器５１、水ポンプ５２、気化器５３が設けられている。水ポンプ５２は、気化器５３を介して水蒸気を燃料電池装置１へ供給するものであり、気化器５３は、純水器５１を介して水ポンプ５２から供給される水を、後述する燃焼器７１で精製した燃焼ガスと燃焼ガスと熱交換させて蒸発させる蒸発器である。   The water supply path 5 is provided with a pure water device 51, a water pump 52, and a vaporizer 53 in order from the upstream side. The water pump 52 supplies water vapor to the fuel cell device 1 via the vaporizer 53, and the vaporizer 53 supplies water supplied from the water pump 52 via the pure water device 51 to a combustor described later. 71 is an evaporator that evaporates by exchanging heat between the combustion gas purified in 71 and the combustion gas.

続いて、燃料電池装置１からのオフガスの排出系について説明する。本実施形態の燃料電池装置１には、燃料電池１０の空気極側のオフガスを外部に排出する空気排出経路７ａ、および燃料電池１０の燃料極側のオフガスを外部に排出する燃料排出経路７ｂが接続されている。各排出経路７ａ、７ｂは、燃焼器７１に接続されている。   Next, an off gas discharge system from the fuel cell device 1 will be described. The fuel cell device 1 of the present embodiment includes an air discharge path 7a for discharging the off-gas on the air electrode side of the fuel cell 10 to the outside, and a fuel discharge path 7b for discharging the off-gas on the fuel electrode side of the fuel cell 10 to the outside. It is connected. Each discharge path 7a, 7b is connected to a combustor 71.

燃焼器７１は、各オフガスを混合した混合ガスを可燃ガスとして燃焼させることで、燃料電池装置１へ供給する空気や燃料の予熱等の熱源として利用される高温の燃焼ガスを生成するものである。なお、燃焼器７１は、バーナによる燃焼形式、および燃焼触媒による燃焼形式のいずれで構成されていてもよい。   The combustor 71 generates a high-temperature combustion gas that is used as a heat source such as preheated air or fuel supplied to the fuel cell device 1 by burning a mixed gas obtained by mixing each off gas as a combustible gas. . Note that the combustor 71 may be configured in any one of a combustion type using a burner and a combustion type using a combustion catalyst.

この燃焼器７１には、高温の燃焼ガスを排出する燃焼ガス経路７が接続されている。燃焼ガス経路７は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効利用するために、上流側から順に空気予熱器３３、燃料予熱器４３、気化器５３といった機器に接続されている。なお、各機器３３、４３、５３への燃焼ガスを流す順序は、各機器３３、４３、５３にて必要とされる熱量に応じて変更してもよい。   The combustor 71 is connected to a combustion gas path 7 for discharging high-temperature combustion gas. The combustion gas path 7 is connected to devices such as an air preheater 33, a fuel preheater 43, and a carburetor 53 in order from the upstream side in order to effectively use the heat of the combustion gas flowing inside. In addition, you may change the order which flows the combustion gas to each apparatus 33,43,53 according to the calorie | heat amount required by each apparatus 33,43,53.

次に、本実施形態の燃料電池装置１の内部構造について図２を用いて詳述する。本実施形態の燃料電池装置１は、２つの燃料電池１０、および燃料電池１０と同数の改質器４４を備えている。   Next, the internal structure of the fuel cell device 1 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. The fuel cell device 1 of the present embodiment includes two fuel cells 10 and the same number of reformers 44 as the fuel cells 10.

各燃料電池１０および各改質器４４は、改質器４４→燃料電池１０の順序で交互に直列に連結され、前段（水蒸気流れ上流側）の燃料電池１０のオフガス中に含まれる水蒸気が後段（水蒸気流れ下流側）の改質器４４へ流入するようになっている。言い換えると、改質器４４→燃料電池１０の順序で直列に連結された改質器４４、燃料電池１０を一つの連結体としたとき、後段側の連結体を構成する第２改質器ＳＲ２が、前段側の連結体を構成する第１燃料電池ＦＣ１の出口側に接続されている。   The fuel cells 10 and the reformers 44 are alternately connected in series in the order of the reformers 44 → the fuel cells 10, and the water vapor contained in the off-gas of the fuel cell 10 at the front stage (upstream side of the steam flow) is the rear stage. It flows into the reformer 44 (on the downstream side of the steam flow). In other words, when the reformer 44 and the fuel cell 10 connected in series in the order of the reformer 44 and the fuel cell 10 are combined into one connecting body, the second reformer SR2 constituting the connecting body on the rear stage side. However, it is connected to the outlet side of the first fuel cell FC1 that constitutes the connecting body on the front stage side.

具体的には、各改質器４４のうち、前段側の連結体を構成する第１改質器ＳＲ１は、燃料分配部４５を介して燃料供給経路４に接続されると共に、水供給経路５に接続されている。   Specifically, among the reformers 44, the first reformer SR <b> 1 that constitutes the upstream-side coupling body is connected to the fuel supply path 4 via the fuel distributor 45 and the water supply path 5. It is connected to the.

また、各燃料電池１０のうち、前段側の連結体を構成する第１燃料電池ＦＣ１は、空気分配部３５を介して空気供給経路３に接続されると共に、燃料ガス流路６１を介して第１改質器ＳＲ１の出口側に接続されている。なお、燃料ガス流路６１は、改質器４４にて生成された燃料ガスを燃料電池１０へ導く流路である。   In addition, among the fuel cells 10, the first fuel cell FC <b> 1 that constitutes the upstream-side coupling body is connected to the air supply path 3 via the air distributor 35 and is connected via the fuel gas flow path 61 to the first fuel cell FC <b> 1. 1 is connected to the outlet side of the reformer SR1. The fuel gas channel 61 is a channel that guides the fuel gas generated by the reformer 44 to the fuel cell 10.

一方、各改質器４４のうち、後段側の連結体を構成する第２改質器ＳＲ２は、第１燃料電池１の燃料極側のオフガスが流れる燃料オフガス流路６２に接続されると共に、燃料分配部４５を介して燃料供給経路４に接続されている。   On the other hand, among the respective reformers 44, the second reformer SR2 constituting the rear-stage side connected body is connected to the fuel off-gas passage 62 through which the off-gas on the fuel electrode side of the first fuel cell 1 flows, It is connected to the fuel supply path 4 via the fuel distributor 45.

また、各燃料電池１０のうち、後段側の連結体を構成する第２燃料電池ＦＣ２は、空気分配部３５を介して空気供給経路３に接続されると共に、燃料ガス流路６１を介して第２改質器ＳＲ２の出口側に接続されている。   In addition, among the fuel cells 10, the second fuel cell FC <b> 2 that constitutes the connecting body on the rear stage side is connected to the air supply path 3 via the air distributor 35 and is connected via the fuel gas flow path 61 to the second fuel cell FC <b> 2. 2 It is connected to the outlet side of the reformer SR2.

なお、各燃料電池１０は、空気側のオフガスが流れる空気オフガス流路３６を介して空気排出経路７ａに接続されている。また、後段側の連結体を構成する第２燃料電池ＦＣ２は、第２燃料電池ＦＣ２の燃料極側のオフガスが流れる燃料オフガス流路６２を介して燃料排出経路７ｂに接続されている。   Each fuel cell 10 is connected to the air discharge path 7a via an air off-gas passage 36 through which air-side off-gas flows. In addition, the second fuel cell FC2 that constitutes the connecting body on the rear stage side is connected to the fuel discharge path 7b via the fuel offgas passage 62 through which the offgas on the fuel electrode side of the second fuel cell FC2 flows.

また、前述の燃料分配部４５は、燃料ポンプ４２から供給される燃料を各改質器４４に対して分配するための流路であり、各改質器４４に接続されている。燃料分配部４５には、各改質器４４への燃料の分配量を調整する流量調整手段として流量調整弁４５ａが設けられている。   The fuel distributor 45 is a flow path for distributing the fuel supplied from the fuel pump 42 to the reformers 44, and is connected to the reformers 44. The fuel distributor 45 is provided with a flow rate adjusting valve 45 a as a flow rate adjusting means for adjusting the amount of fuel distributed to each reformer 44.

ここで、第２改質器ＳＲには、燃料分配部４５を介して流入する燃料に加えて、第１燃料電池ＦＣ１から未反応燃料が流入する。このため、流量調整弁４５ａは、燃料分配部４５を介して第２改質器ＳＲ２に流入する燃料の流入量が燃料分配部４５を介して第１改質器ＳＲ１に流入する燃料の流入量よりも少なくなるように構成されている。   Here, unreacted fuel flows into the second reformer SR from the first fuel cell FC1 in addition to the fuel flowing in through the fuel distributor 45. For this reason, the flow rate adjusting valve 45a is configured such that the amount of fuel flowing into the second reformer SR2 via the fuel distributor 45 flows into the first reformer SR1 via the fuel distributor 45. It is comprised so that it may become less.

流量調整弁４５ａとしては、例えば、燃料分配部４５における第２改質器ＳＲ２へ至る流路の通路開度を絞る固定絞りで構成することができる。なお、流量調整弁４５ａは、固定絞りに限定されず、通路開度を変更可能な可変絞りで構成してもよい。   For example, the flow rate adjusting valve 45a can be configured by a fixed throttle that throttles the passage opening degree of the flow path to the second reformer SR2 in the fuel distributor 45. The flow rate adjusting valve 45a is not limited to a fixed throttle, and may be configured with a variable throttle that can change the passage opening.

また、本実施形態では、各燃料電池１０の発電時に放出される熱（放射熱）を各改質器４４における改質反応に有効利用するために、燃料電池１０に対して改質器４４を熱的に接触させる構成を採用している。   In this embodiment, in order to effectively use the heat (radiant heat) released during power generation of each fuel cell 10 for the reforming reaction in each reformer 44, the reformer 44 is provided to the fuel cell 10. The structure which makes it contact thermally is adopted.

前述の［発明が解決しようとする課題］で説明したように、直列に連結された改質器４４および燃料電池１０を単純に熱的に接触させる構成とすると、改質器４４と燃料電池１０との間の熱量バランスが悪化する虞がある。   As described above in [Problems to be Solved by the Invention], when the reformer 44 and the fuel cell 10 connected in series are simply brought into thermal contact, the reformer 44 and the fuel cell 10 are arranged. There is a risk that the heat balance between the two will deteriorate.

そこで、本実施形態では、後段側の連結体を構成する第２改質器ＳＲ２を、前段側の第１燃料電池ＦＣ１に対して熱的に接触するように構成し、前段側の連結体を構成する第１改質器ＳＲ１を後段側の第２燃料電池ＦＣ２に対して熱的に接触するように構成している。   Therefore, in the present embodiment, the second reformer SR2 constituting the subsequent-stage connected body is configured to be in thermal contact with the first-stage first fuel cell FC1, and the front-stage connected body is The first reformer SR1 to be configured is configured to be in thermal contact with the second fuel cell FC2 on the rear stage side.

具体的には、前段側の連結体を構成する第１燃料電池ＦＣ１の放射熱が後段側の連結体を構成する第２改質器ＳＲ２へ供給されるように、第１燃料電池ＦＣ１および第２改質器ＳＲ２を同一の断熱ケーシング１１内に収容している。さらに、本実施形態では、第１燃料電池ＦＣ１の放射熱により第２改質器ＳＲ２が充分に加熱されるように、第１燃料電池ＦＣ１に対して第２改質器ＳＲ２を対面配置している。   Specifically, the first fuel cell FC1 and the first fuel cell FC1 are connected so that the radiant heat of the first fuel cell FC1 constituting the front-stage coupling body is supplied to the second reformer SR2 constituting the rear-stage coupling body. Two reformers SR2 are accommodated in the same heat insulation casing 11. Further, in the present embodiment, the second reformer SR2 is disposed facing the first fuel cell FC1 so that the second reformer SR2 is sufficiently heated by the radiant heat of the first fuel cell FC1. Yes.

また、後段側の連結体を構成する第２燃料電池ＦＣ２の放射熱が前段側の連結体を構成する第１改質器ＳＲ１へ供給されるように、第２燃料電池ＦＣ２および第１改質器ＳＲ１を同一の断熱ケーシング１１内に収容している。さらに、本実施形態では、第２燃料電池ＦＣ２の放射熱により第１改質器ＳＲ１が充分に加熱されるように、第２燃料電池ＦＣ２に対して第１改質器ＳＲ１を対面配置している。   In addition, the second fuel cell FC2 and the first reforming are so arranged that the radiant heat of the second fuel cell FC2 constituting the rear-stage coupling body is supplied to the first reformer SR1 constituting the front-stage coupling body. The container SR1 is accommodated in the same heat insulating casing 11. Further, in the present embodiment, the first reformer SR1 is disposed facing the second fuel cell FC2 so that the first reformer SR1 is sufficiently heated by the radiant heat of the second fuel cell FC2. Yes.

次に、上記構成に係る燃料電池システムの作動について説明する。図示しないコントローラからの制御指令により、燃料電池システムの運転が開始されると、空気用ブロワ３２、燃料ポンプ４２、水ポンプ５２等が作動する。   Next, the operation of the fuel cell system according to the above configuration will be described. When the operation of the fuel cell system is started by a control command from a controller (not shown), the air blower 32, the fuel pump 42, the water pump 52, etc. are operated.

空気供給経路３では、空気用ブロワ３２にて圧送された空気が空気予熱器３３にて所望の温度となるまで加熱された後、燃料電池装置１へ供給され、空気分配部３５を介して各燃料電池１０へ分配される。   In the air supply path 3, the air pressure-fed by the air blower 32 is heated by the air preheater 33 until it reaches a desired temperature, and then supplied to the fuel cell device 1, and is supplied to each of the air via the air distributor 35. It is distributed to the fuel cell 10.

燃料供給経路４では、燃料ポンプ４２にて圧送された燃料が、燃料予熱器４３にて所望の温度まで加熱された後、燃料電池装置１へ供給され、燃料分配部４５を介して各改質器４４へ分配される。   In the fuel supply path 4, the fuel pumped by the fuel pump 42 is heated to a desired temperature by the fuel preheater 43, then supplied to the fuel cell device 1, and each reforming is performed via the fuel distributor 45. Distributed to the container 44.

また、水供給経路５では、水ポンプ５２にて圧送された水が、気化器５３にて水蒸気となるまで加熱された後、燃料電池装置１へ供給され、各改質器４４のうち、前段側の連結体を構成する第１改質器ＳＲ１へ流入する。   In the water supply path 5, the water pumped by the water pump 52 is heated until it becomes water vapor by the vaporizer 53, and then supplied to the fuel cell device 1. It flows into 1st reformer SR1 which comprises the connection body of a side.

燃料電池装置１では、前段側の連結体を構成する第１改質器ＳＲ１にて燃料および水蒸気の改質反応により水素リッチな燃料ガスが生成される。そして、第１改質器ＳＲ１にて生成された燃料ガスが第１燃料電池ＦＣ１へ流入する。   In the fuel cell device 1, hydrogen-rich fuel gas is generated by the reforming reaction of fuel and steam in the first reformer SR <b> 1 that constitutes the connection body on the upstream side. Then, the fuel gas generated in the first reformer SR1 flows into the first fuel cell FC1.

第１燃料電池ＦＣ１では、燃料ガスおよび空気が供給されると、水素および一酸化炭素を燃料として前述の反応式［化１］〜［化４］に示す電気化学反応により、電気エネルギを出力する。   In the first fuel cell FC1, when fuel gas and air are supplied, electric energy is output by the electrochemical reaction represented by the above reaction formulas [Chemical Formula 1] to [Chemical Formula 4] using hydrogen and carbon monoxide as fuel. .

その後、第１燃料電池ＦＣ１における燃料極側のオフガスは、新規な燃料と共に後段側の連結体を構成する第２改質器ＳＲ２へ流入する。なお、第２改質器ＳＲ２に流入するオフガスには、第１燃料電池ＦＣ１における未反応の燃料ガスや第１燃料電池ＦＣ１で生成された水蒸気が含まれている。   Thereafter, the off-gas on the fuel electrode side in the first fuel cell FC1 flows into the second reformer SR2 that constitutes the subsequent-stage connection body together with the new fuel. The off-gas flowing into the second reformer SR2 includes unreacted fuel gas in the first fuel cell FC1 and water vapor generated in the first fuel cell FC1.

第２改質器ＳＲ２では、前段側の連結体を構成する第１燃料電池ＦＣ１のオフガスに含まれる水蒸気および燃料の改質反応により水素リッチな燃料ガスが生成される。そして、第２改質器ＳＲ２にて生成された燃料ガスが第２燃料電池ＦＣ２へ流入する。   In the second reformer SR2, hydrogen-rich fuel gas is generated by a reforming reaction of water vapor and fuel contained in the off-gas of the first fuel cell FC1 that constitutes the preceding-stage connected body. Then, the fuel gas generated in the second reformer SR2 flows into the second fuel cell FC2.

第２燃料電池ＦＣ２では、燃料ガスおよび空気が供給されると、水素および一酸化炭素を燃料として前述の反応式［化１］〜［化４］に示す電気化学反応により、電気エネルギを出力する。   In the second fuel cell FC2, when fuel gas and air are supplied, electric energy is output by the electrochemical reaction shown in the above reaction formulas [Chemical Formula 1] to [Chemical Formula 4] using hydrogen and carbon monoxide as fuel. .

その後、第２燃料電池ＦＣ２から排出された各オフガスは、燃料電池装置１の外部に設置された燃焼器７１にて燃焼される。そして、燃焼器７１にて生ずる高温の燃焼ガスは、燃焼ガス経路７を介して空気予熱器３３、燃料予熱器４３、気化器５３に流れ、各機器における熱源として利用された後に排出される。   Thereafter, each off gas discharged from the second fuel cell FC2 is burned in a combustor 71 installed outside the fuel cell device 1. The high-temperature combustion gas generated in the combustor 71 flows to the air preheater 33, the fuel preheater 43, and the vaporizer 53 via the combustion gas path 7, and is discharged after being used as a heat source in each device.

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１では、後段側の第２改質器ＳＲ２を前段側の第１燃料電池ＦＣ１に対して熱的に接触するように構成し、前段側の第１改質器ＳＲ１を後段側の第２燃料電池ＦＣ２に対して熱的に接触するように構成している。   In the fuel cell device 1 of the present embodiment described above, the second reformer SR2 on the rear stage side is configured to be in thermal contact with the first fuel cell FC1 on the front stage side, and the first reformer on the front stage side is configured. The mass device SR1 is configured to be in thermal contact with the second fuel cell FC2 on the rear stage side.

これによれば、前段側の第１燃料電池ＦＣ１のオフガス中に含まれる水蒸気が後段側の第２改質器ＳＲ２へ供給されるので、各改質器４４に対して個別に水ポンプ５２や気化器５３等の水供給系を設置する必要がない。   According to this, since the water vapor contained in the off-gas of the first fuel cell FC1 on the front stage side is supplied to the second reformer SR2 on the rear stage side, the water pumps 52 and There is no need to install a water supply system such as the vaporizer 53.

加えて、発熱量が少ない前段側の第１燃料電池ＦＣ１に対して吸熱量が少ない後段側の第２改質器ＳＲ２を同一の断熱ケーシング１１内に収容し、前段側の第１燃料電池ＦＣ１に対して後段側の第２改質器ＳＲ２を熱的に接触させる構成としている。   In addition, the second reformer SR2 on the rear stage side, which has a smaller amount of heat absorption than the first fuel cell FC1 on the front stage side, which generates less heat, is housed in the same heat insulating casing 11, and the first fuel cell FC1 on the front stage side. In contrast, the second reformer SR2 on the rear stage side is brought into thermal contact.

これによれば、同一の断熱ケーシング１１内に収容された燃料電池１０の熱を改質器４４にて適切に吸熱することができるので、燃料電池１０の温度が過度に上昇してしまうことを抑制できる。   According to this, since the heat of the fuel cell 10 accommodated in the same heat insulating casing 11 can be appropriately absorbed by the reformer 44, the temperature of the fuel cell 10 is excessively increased. Can be suppressed.

また、発熱量が多い後段側の第２燃料電池ＦＣ２に対して吸熱量が多い前段側の第１改質器ＳＲ１を同一の断熱ケーシング１１内に収容し、後段側の第２燃料電池ＦＣ２に対して前段側の第１改質器ＳＲ１を熱的に接触させる構成としている。   Further, the first reformer SR1 on the front stage side, which has a large amount of heat absorption with respect to the second fuel cell FC2 on the rear stage side, which generates a large amount of heat, is housed in the same heat insulating casing 11, and is stored in the second fuel cell FC2 on the rear stage side. On the other hand, the first reformer SR1 on the front stage side is in thermal contact with the first reformer SR1.

これによれば、同一の断熱ケーシング１１内に収容された燃料電池１０から改質器４４へ熱量を充分に供給することができるので、改質器４４における改質反応を適切に促進させることができる。   According to this, since a sufficient amount of heat can be supplied from the fuel cell 10 accommodated in the same heat insulating casing 11 to the reformer 44, the reforming reaction in the reformer 44 can be promoted appropriately. it can.

このように、本実施形態の燃料電池装置１によれば、水供給系の簡素化を図りつつ、改質器４４と燃料電池１０と間の熱量バランスの悪化を効果的に抑制することが可能となる。   Thus, according to the fuel cell device 1 of the present embodiment, it is possible to effectively suppress the deterioration of the heat balance between the reformer 44 and the fuel cell 10 while simplifying the water supply system. It becomes.

特に、本実施形態の燃料電池装置１では、前段側の第１燃料電池ＦＣ１に対して後段側の第２改質器ＳＲ２を対面配置すると共に、後段側の第２燃料電池ＦＣ２に対して前段側の第１改質器ＳＲ１を対面配置する構成としている。これによれば、燃料電池１０の発電時の放射熱を改質器４４へ充分に供給することが可能となる。   Particularly, in the fuel cell device 1 of the present embodiment, the second reformer SR2 on the rear stage side is disposed facing the first fuel cell FC1 on the front stage side, and the front stage is disposed on the second fuel cell FC2 on the rear stage side. The first reformer SR1 on the side is arranged to face each other. According to this, it is possible to sufficiently supply the reformer 44 with the radiant heat generated when the fuel cell 10 generates power.

また、本実施形態の燃料電池装置１では、燃料分配部４５により単一の燃料ポンプ４２から供給された燃料を各改質器４４へ分配する構成としているので、水供給系に加えて、燃料供給系の簡素化も図ることができる。また、燃料分配部４５に流量調整弁４５ａを設けているので、各改質器４４への燃料の分配量を適切に調整することができる。   In the fuel cell device 1 of the present embodiment, the fuel supplied from the single fuel pump 42 by the fuel distributor 45 is distributed to the reformers 44. Therefore, in addition to the water supply system, The supply system can also be simplified. Further, since the flow rate adjusting valve 45a is provided in the fuel distributor 45, the amount of fuel distributed to each reformer 44 can be adjusted appropriately.

ここで、本実施形態では、改質器４４および燃料電池１０の連結体を２段備える燃料電池装置１について説明したが、これに限定されない。   Here, in the present embodiment, the fuel cell device 1 including two stages of the connecting body of the reformer 44 and the fuel cell 10 has been described, but the present invention is not limited to this.

例えば、燃料電池装置１を改質器４４および燃料電池１０の連結体を多段備える構成としてもよい。この場合、図３に示すように、各改質器４４のうち、最も後段の連結体を構成する改質器４４から順に、前段側に位置する連結体を構成する燃料電池１０に対して熱的に接触するように構成すればよい。   For example, the fuel cell device 1 may be configured to include multiple stages of the connected body of the reformer 44 and the fuel cell 10. In this case, as shown in FIG. 3, among the reformers 44, heat is applied to the fuel cell 10 constituting the connecting body located on the front side in order from the reformer 44 constituting the most downstream connecting body. It may be configured so as to come into contact with each other.

具体的には、改質器４４および燃料電池１０の連結体をｎ段備える燃料電池装置１では、「ｎ」段目の改質器ＳＲｎを「１」段目の燃料電池ＦＣ１に対して熱的に接触させ、「ｎ−１」段目の改質器ＳＲｎ−１を「２」段目の燃料電池ＦＣ１に対して熱的に接触させる。つまり、「ｉ」段目（ｉ：２〜ｎ）の連結体を構成する改質器ＳＲｉを「ｎ−ｉ＋１」番目の連結体を構成する燃料電池ＦＣｎ−ｉ＋１に対して熱的に接触させる構成とすればよい。   Specifically, in the fuel cell device 1 including n stages of the connected body of the reformer 44 and the fuel cell 10, the “n” stage reformer SRn is heated with respect to the “1” stage fuel cell FC1. The "n-1" stage reformer SRn-1 is brought into thermal contact with the "2" stage fuel cell FC1. That is, the reformer SRi constituting the “i” stage (i: 2 to n) connected body is brought into thermal contact with the fuel cell FCn-i + 1 constituting the “n−i + 1” th connected body. What is necessary is just composition.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、燃料電池装置１の構成要素を変更している点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the components of the fuel cell device 1 are changed. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、図４に示すように、空気予熱器３３を複数に分割し、各空気予熱器３３が各燃料電池１０に対して熱的に接触するように、燃料電池１０と同一の断熱ケーシング１１内に収容している。なお、本実施形態では、複数に分割された各空気予熱器３３が燃料電池装置１の構成要素となる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the air preheater 33 is divided into a plurality of parts, and the same heat insulation as the fuel cell 10 is made so that each air preheater 33 is in thermal contact with each fuel cell 10. It is accommodated in the casing 11. In the present embodiment, each air preheater 33 divided into a plurality is a component of the fuel cell device 1.

本実施形態の空気予熱器３３は、断熱ケーシング１１内において、燃料電池１０からの放射熱により加熱されるように、燃料電池１０に対面配置されている。この際、改質器４４と空気予熱器３３との熱交換を抑制するために、各空気予熱器３３を、燃料電池１０における改質器４４と対向する面の反対側に対面配置することが望ましい。   The air preheater 33 of the present embodiment is disposed facing the fuel cell 10 so as to be heated by the radiant heat from the fuel cell 10 in the heat insulating casing 11. At this time, in order to suppress heat exchange between the reformer 44 and the air preheater 33, the air preheaters 33 may be disposed facing each other on the opposite side of the surface facing the reformer 44 in the fuel cell 10. desirable.

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の構成によれば、第１実施形態で説明した効果に加えて、次の効果を奏する。すなわち、本実施形態では、燃料電池１０と空気予熱器３３を同一の断熱ケーシング１１内に収容しているので、燃料電池１０からの放射熱を空気予熱器３３における空気の加熱に有効利用することができる。   Other configurations are the same as those of the first embodiment. According to the configuration of the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the following effects are achieved. That is, in this embodiment, since the fuel cell 10 and the air preheater 33 are accommodated in the same heat insulation casing 11, the radiant heat from the fuel cell 10 is effectively used for heating the air in the air preheater 33. Can do.

特に、本実施形態では、各燃料電池１０に対して空気予熱器３３を対面配置する構成としているので、燃料電池１０の発電時の放射熱を空気予熱器３３へ充分に供給することが可能となる。この際、燃料電池１０における改質器４４と対向する面の反対側に空気予熱器３３を対面配置しているので、改質器４４と空気予熱器３３との間の熱交換を抑制することができる。   In particular, in the present embodiment, the air preheater 33 is arranged so as to face each fuel cell 10, so that the radiant heat at the time of power generation of the fuel cell 10 can be sufficiently supplied to the air preheater 33. Become. At this time, since the air preheater 33 is disposed on the opposite side of the surface facing the reformer 44 in the fuel cell 10, heat exchange between the reformer 44 and the air preheater 33 is suppressed. Can do.

ここで、本実施形態では、燃焼器７１を燃料電池装置１の外部に設ける構成としているが、これに限定されない。すなわち、燃焼器７１を複数に分割して、各断熱ケーシング１１の内部に個別に収容するようにしてもよい。この点については、空気予熱器３３を備えない第１実施形態の燃料電池装置１においても同様である。   Here, in the present embodiment, the combustor 71 is provided outside the fuel cell device 1, but is not limited thereto. That is, the combustor 71 may be divided into a plurality of parts and individually accommodated in each heat insulating casing 11. This also applies to the fuel cell device 1 of the first embodiment that does not include the air preheater 33.

例えば、燃料電池１０および改質器４４の連結体を２段備える燃料電池装置１では、図５に示すように、２つに分割された燃焼器７１それぞれを改質器４４に隣接して配置すればよい。また、燃料電池１０および改質器４４を４段備える燃料電池装置１では、図６に示すように、４つに分割された燃焼器７１それぞれを改質器４４に隣接して配置すればよい。なお、各燃焼器７１は、燃焼器７１の熱の外部への放熱を抑制するため、燃料電池装置１の中心側に配置することが望ましい。   For example, in the fuel cell device 1 including two stages of the connection body of the fuel cell 10 and the reformer 44, each of the combustors 71 divided into two is arranged adjacent to the reformer 44 as shown in FIG. do it. Further, in the fuel cell device 1 including the fuel cell 10 and the reformer 44 in four stages, as shown in FIG. 6, each of the four combustors 71 may be disposed adjacent to the reformer 44. . Note that each combustor 71 is desirably disposed on the center side of the fuel cell device 1 in order to suppress the heat radiation of the combustor 71 to the outside.

これによれば、燃料電池１０の放射熱および燃焼器７１の熱が改質器４４に供給されるので、改質器４４における改質反応を効果的に促進させることが可能となる。また、各燃焼器７１を燃料電池装置１の中心側に配置することで、燃焼器７１の熱が外部へ放熱されてしまうことを抑制することが可能となる。   According to this, since the radiant heat of the fuel cell 10 and the heat of the combustor 71 are supplied to the reformer 44, the reforming reaction in the reformer 44 can be effectively promoted. In addition, by disposing each combustor 71 on the center side of the fuel cell device 1, it is possible to suppress the heat of the combustor 71 from being radiated to the outside.

また、本実施形態では、燃料電池１０および改質器４４の連結体それぞれを個別に断熱ケーシング１１内に収容する例について説明したが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、燃料電池１０および改質器４４の連結体それぞれを単一の断熱ケーシング１１内に収容してもよい。この場合、空気予熱器３３および燃焼器７１は、燃料電池１０の数に合わせて分割することなく、各燃料電池１０に対して空気予熱器３３を対面配置し、各改質器４４に対して燃焼器７１を隣接して配置すればよい。   Moreover, although this embodiment demonstrated the example which accommodates each connection body of the fuel cell 10 and the reformer 44 in the heat insulation casing 11 individually, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, each connection body of the fuel cell 10 and the reformer 44 may be accommodated in a single heat insulating casing 11. In this case, the air preheater 33 and the combustor 71 are arranged so as to face each fuel cell 10 without being divided according to the number of the fuel cells 10, and each reformer 44 is What is necessary is just to arrange | position the combustor 71 adjacent.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably. For example, various modifications are possible as follows.

（１）上述の各実施形態では、燃料電池１０と改質器４４を同一の断熱ケーシング１１内に収容することで、改質器４４を燃料電池１０に対して熱的に接触させる例について説明したが、これに限定されない。燃料電池１０から改質器４４へ熱が供給される構成であれば、例えば、断熱ケーシング１１を廃し、燃料電池１０に対して改質器４４を対面配置する構成としてもよい。   (1) In each of the above-described embodiments, an example in which the fuel cell 10 and the reformer 44 are housed in the same heat insulating casing 11 so that the reformer 44 is in thermal contact with the fuel cell 10 will be described. However, it is not limited to this. As long as heat is supplied from the fuel cell 10 to the reformer 44, for example, the heat insulating casing 11 may be discarded and the reformer 44 may be disposed facing the fuel cell 10.

（２）上述の第２実施形態では、燃料電池１０と空気予熱器３３を同一の断熱ケーシング１１内に収容することで、空気予熱器３３を燃料電池１０に対して熱的に接触させる例について説明したが、これに限定されない。燃料電池１０から空気予熱器３３へ熱が供給される構成であれば、例えば、断熱ケーシング１１を廃し、燃料電池１０に対して空気予熱器３３を対面配置する構成としてもよい。   (2) In the second embodiment described above, the fuel cell 10 and the air preheater 33 are housed in the same heat insulation casing 11 so that the air preheater 33 is in thermal contact with the fuel cell 10. Although described, it is not limited to this. As long as heat is supplied from the fuel cell 10 to the air preheater 33, for example, the heat insulation casing 11 may be eliminated and the air preheater 33 may be disposed facing the fuel cell 10.

（３）上述の各実施形態では、燃料電池装置１に燃料分配部４５を設け、単一の燃料ポンプ４２から各改質器４４へ燃料を分配させる構成とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、燃料ポンプ４２を複数設け、各改質器４４に対して個別に燃料を供給するようにしてもよい。   (3) In each of the above-described embodiments, the fuel cell unit 1 is provided with the fuel distributor 45 and the fuel is distributed from the single fuel pump 42 to the reformers 44. It is not limited. For example, a plurality of fuel pumps 42 may be provided, and fuel may be supplied to each reformer 44 individually.

（４）上述の各実施形態の如く、燃料分配部４５に流量調整弁４５ａを設けることが望ましいが、これに限定されず、流量調整弁４５ａを省略してもよい。   (4) Although it is desirable to provide the flow regulating valve 45a in the fuel distributor 45 as in the above-described embodiments, the present invention is not limited to this, and the flow regulating valve 45a may be omitted.

（５）上述の各実施形態では、燃料電池１０として高温で作動する固体酸化物型の燃料電池を用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、燃料電池１０として高温で作動する溶融炭酸塩型の燃料電池を用いてもよい。   (5) In each of the above-described embodiments, the example using the solid oxide fuel cell that operates at a high temperature as the fuel cell 10 has been described. However, the present invention is not limited thereto. A salt type fuel cell may be used.

（６）上述の各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。   (6) The above-described embodiments are not irrelevant to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible.

（７）上述の各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   (7) In each of the above-described embodiments, elements constituting the embodiment are not necessarily indispensable unless specifically indicated as essential and clearly considered essential in principle. Needless to say.

（８）上述の各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。   (8) In each of the above-described embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, the specific number is clearly specified when clearly indicated as essential. It is not limited to the specific number except when limited to.

（９）上述の各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。   (9) In each of the above-described embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc., unless specifically stated or limited in principle to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to shape, positional relationship, and the like.

１ 燃料電池装置
１０ 燃料電池（ＦＣ１、ＦＣ２）
４４ 改質器（ＳＲ１、ＳＲ２） 1 Fuel cell device 10 Fuel cell (FC1, FC2)
44 Reformer (SR1, SR2)

Claims (7)

水蒸気を用いて炭化水素系の燃料を改質して燃料ガスを生成する複数の改質器（４４）と、
前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する複数の燃料電池（１０）と、を備え、
前記複数の改質器および前記複数の燃料電池は、前記改質器→前記燃料電池の順序で交互に直列に連結され、前段の前記燃料電池のオフガス中に含まれる水蒸気が後段の前記改質器へ流入するようになっており、
直列に連結された前記改質器および前記燃料電池を一つの連結体としたとき、
前記複数の改質器は、
後段側の前記連結体を構成する前記改質器（ＳＲ２）が、前段側の前記連結体を構成する前記燃料電池（ＦＣ１）に対して熱的に接触するように対面配置され、
前段側の前記連結体を構成する前記改質器（ＳＲ１）が、後段側の前記連結体を構成する前記燃料電池（ＦＣ２）に対して熱的に接触するように対面配置されていることを特徴とする燃料電池装置。 A plurality of reformers (44) for reforming a hydrocarbon-based fuel using steam to generate a fuel gas;
A plurality of fuel cells (10) for outputting electric energy by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas,
The plurality of reformers and the plurality of fuel cells are alternately connected in series in the order of the reformer → the fuel cell, and water vapor contained in the off-gas of the preceding fuel cell is the reforming in the subsequent stage. To flow into the vessel,
When the reformer and the fuel cell connected in series are combined into one connected body,
The plurality of reformers are:
The reformer constituting the coupling member of the second-stage (SR2) is being opposed placed in thermal contact with the fuel cell of the connecting member of the front side (FC1),
The reformer (SR1) constituting the connecting body on the front stage side is disposed to face the fuel cell (FC2) constituting the connecting body on the rear stage side so as to be in thermal contact. A fuel cell device. 前記複数の改質器は、最も後段側に位置する前記連結体を構成する前記改質器から順に、前段側に位置する前記連結体を構成する前記燃料電池に対して、熱的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。   The plurality of reformers are in thermal contact with the fuel cells constituting the coupling body located on the front stage side in order from the reformer constituting the coupling body located on the most downstream side. The fuel cell device according to claim 1, wherein 前記複数の改質器は、
前記燃料電池からの放射熱により加熱されるように、
後段側の前記連結体を構成する前記改質器が、前段側の前記連結体を構成する前記燃料電池に対面配置され、
前段側の前記連結体を構成する前記改質器が、後段側の前記連結体を構成する前記燃料電池に対面配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。 The plurality of reformers are:
To be heated by radiant heat from the fuel cell,
The reformer constituting the connecting body on the rear stage side is disposed facing the fuel cell constituting the connecting body on the front stage side,
3. The fuel cell device according to claim 1, wherein the reformer that configures the connection body on the front stage side is disposed facing the fuel cell that configures the connection body on the rear stage side. 4. 前記燃料電池に供給される前の前記酸化剤ガスを加熱する複数の酸化剤ガス予熱器（３３）を備え、
前記複数の酸化剤ガス予熱器それぞれは、前記燃料電池に対して熱的に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。 A plurality of oxidant gas preheaters (33) for heating the oxidant gas before being supplied to the fuel cell;
4. The fuel cell device according to claim 1, wherein each of the plurality of oxidant gas preheaters is configured to be in thermal contact with the fuel cell. 5. 前記複数の酸化剤ガス予熱器は、前記燃料電池からの放射熱により加熱されるように、前記燃料電池に対面配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。   5. The fuel cell device according to claim 4, wherein the plurality of oxidant gas preheaters are disposed facing the fuel cell so as to be heated by radiant heat from the fuel cell. 前記燃料電池に供給される前の前記酸化剤ガスを加熱する複数の酸化剤ガス予熱器（３３）を備え、
前記複数の酸化剤ガス予熱器それぞれは、前記燃料電池からの放射熱により加熱されるように、前記燃料電池における前記改質器と対向する面の反対側に対面配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。 A plurality of oxidant gas preheaters (33) for heating the oxidant gas before being supplied to the fuel cell;
Each of the plurality of oxidant gas preheaters is disposed facing the opposite side of the surface of the fuel cell that faces the reformer so as to be heated by radiant heat from the fuel cell. The fuel cell device according to claim 3. 前記複数の改質器へ前記燃料を供給する単一の燃料ポンプ（４２）と、
前記燃料ポンプから供給される前記燃料を前記複数の改質器に対して分配する燃料分配部（４５）と、
前記燃料分配部に設けられ、前記複数の改質器へ分配する前記燃料の分配量を調整する流量調整手段（４５ａ）と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池装置。 A single fuel pump (42) for supplying the fuel to the plurality of reformers;
A fuel distributor (45) for distributing the fuel supplied from the fuel pump to the plurality of reformers;
A flow rate adjusting means (45a) provided in the fuel distribution section for adjusting the distribution amount of the fuel distributed to the plurality of reformers;
The fuel cell device according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
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