CN111133622A - 电化学装置和氢系统 - Google Patents

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Abstract

一种电化学装置，具备：将原料重整并生成第1含氢气体的重整器；加热重整器的燃烧器；具备阳极和阴极并利用向阳极供给的第1含氢气体工作的电化学器件；控制向电化学器件的阳极供给的第1含氢气体的流量、和来自用于供给与第1含氢气体不同的第2含氢气体的供给源的第2含氢气体的流量的第1流量控制器；控制使从电化学器件的阳极排出的阳极废气向电化学器件的阳极再循环的流量、和将阳极废气向所述燃烧器供给的流量的第2流量控制器；以及控制第1流量控制器和第2流量控制器的控制器。

Description

电化学装置和氢系统
技术领域
本公开涉及电化学装置和氢系统。
背景技术
煤炭、石油等化石燃料的枯竭以及由二氧化碳导致的全球变暖已被视作问题，因此近年来正在积极创建抑制对化石燃料的依赖的能源社会。作为其中的一项努力，具备固体高分子电解质形燃料电池(以下称为PEFC)的燃料电池系统(以下称为PEFC系统)的开发正在展开。
已提出一种在PEFC中，使用高纯度的氢气作为燃料气体的情况下，通过将PEFC的发电中没有使用的阳极废气恢复成PEFC而进行再利用(回收循环)的氢回收循环型的PEFC系统(例如参照专利文献1)。由此，能够高效率地利用氢气，因此能够提高PEFC系统的发电效率。
与此相对，已提出一种在PEFC中，例如将城市煤气、天然气、液化天然气(以下称为LNG；Liquefied natural gas)、液化石油气(以下称为LPG；liquefied petroleum gas)、煤油等作为原料的情况下，使用通过原料的水蒸气重整而生成的重整气体(含氢气体)作为燃料气体的燃料重整型的PEFC系统(例如参照专利文献2)。该情况下，城市煤气、天然气、LNG、LPG、煤油等原料与氢气相比，每摩尔的能量密度高，因此便于PEFC的燃料的存储和搬运。但是，本方式的PEFC系统中，由于重整气体中的氢浓度低以及水蒸气重整反应为吸热反应等理由，利用燃烧器使PEFC的发电中没有使用的阳极废气燃烧，由此得到水蒸气重整反应的热。
因此，燃料重整型的PEFC系统与氢回收循环型的PEFC系统相比，发电效率低。
然而，为了构建清洁的氢社会，已提出一种通过将利用由可再生能源得到的电力生成的氢用作燃料电池的燃料，从而不依赖现有的系统电力，能够将住宅、建筑物等的消耗电力自给自足的发电系统(例如参照非专利文献1)。
在先技术文献
专利文献1：日本特许第3893945号公报
专利文献2：日本特许第4954510号公报
非专利文献1：东芝评论Vol.71No.5(2016)p.30-36
发明内容
但是，非专利文献1中，对于在利用由可再生能源得到的电力生成含氢气体的情况下，由于向电化学器件供给的含氢气体不足，导致电化学装置的连续运行发生问题的可能性没有进行充分研究。
本公开的一技术方案(aspect)正是鉴于这样的情况而完成的，提供一种不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行的电化学装置。
另外，本公开的一技术方案提供一种即使在利用由可再生能源得到的电力生成含氢气体的情况下，也不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行的氢系统。
为解决上述课题，本公开的一技术方案涉及的电化学装置，具备：重整器、燃烧器、电化学器件、第1流量控制器、第2流量控制器和控制器，所述重整器将原料重整，生成第1含氢气体，所述燃烧器对所述重整器进行加热，所述电化学器件具备阳极和阴极，利用向阳极供给的第1含氢气体工作，所述第1流量控制器控制向所述电化学器件的阳极供给的第1含氢气体的流量、以及来自用于供给与所述第1含氢气体不同的第2含氢气体的供给源的所述第2含氢气体的流量，所述第2流量控制器控制使从所述电化学器件的阳极排出的阳极废气向所述电化学器件的阳极再循环的流量、以及将所述阳极废气向所述燃烧器供给的流量，所述控制器控制所述第1流量控制器和所述第2流量控制器。
另外，本公开的一技术方案涉及的氢系统，具备：上述电化学装置；利用可再生能源进行发电的发电装置；以及利用由所述发电装置发电得到的电力，通过水的电解而生成所述第2含氢气体的水电解装置，所述供给源存储由所述水电解装置生成的所述第2含氢气体。
本公开的一技术方案涉及的电化学装置，发挥能够不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行这样的效果。
另外，本公开的一技术方案涉及的氢系统，发挥即使在利用由可再生能源得到的电力生成含氢气体的情况下，也能够不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行这样的效果。
附图说明
图1是表示第1实施方式的电化学装置的一例的图。
图2A是表示第1实施方式的第1变形例的燃料电池系统的一例的图。
图2B是表示第1实施方式的第2变形例的燃料电池系统的一例的图。
图3是表示第1实施方式的第1实施例的燃料电池系统的一例的图。
图4是表示第1实施方式的第2实施例的燃料电池系统的一例的图。
图5是表示第1实施方式的第3实施例的燃料电池系统的一例的图。
图6是表示第1实施方式的第4实施例的燃料电池系统的一例的图。
图7是表示第2实施方式的电化学装置的一例的图。
图8是表示第3实施方式的氢系统的一例的图。
具体实施方式
可再生能源大多为太阳能、风能等自然能源，因此通常会受到日照条件、天气和气候等影响而不太稳定。所以，在利用由这样的可再生能源得到的电力，例如通过水电解装置生成含氢气体的情况下，有可能会由于向电化学器件供给的含氢气体不足，导致电化学装置的连续运行发生问题。
因此，以下对于在电化学器件为燃料电池的情况下，针对燃料电池的燃料气体即含氢气体的不足的燃料电池系统的连续运行的应对进行说明。
例如，在专利文献1中，如上所述，提出了一种通过使燃料电池中没有被用于发电的阳极废气返回燃料电池的阳极入口，将阳极废气(含氢气体)再利用(回收循环)的氢回收循环型的燃料电池系统。在该系统中，将存储于罐中的氢气向燃料电池供给。
此时，假设利用太阳能发电系统的电力通过水电解装置而生成的含氢气体存储于上述罐中，如果由于罐容量的制约、日照不足等原因导致罐中残留的氢量变少，则有时需要暂时停止燃料电池系统的运行，向罐中补充含氢气体。
与此相对，在专利文献2中，如上所述，提出了一种使用含氢的重整气体作为燃料电池的燃料气体的燃料重整型的燃料电池系统。再者，重整气体是通过将城市煤气、天然气、LNG、LPG、煤油等进行重整而得到的。该情况下，利用燃烧器使没有被用于燃料电池的发电的阳极废气(重整气体)燃烧，由此来供给重整器的重整反应所需的热。
因此，本发明人发现通过在氢回收循环型的燃料电池系统中组入燃料重整型的燃料电池，使用重整气体作为燃料电池的发电所使用的含氢气体的备用燃料气体，能够实现氢回收循环型的燃料电池系统的适当的连续运行，从而想到了以下的本公开的一技术方案。
再者，上述中对于燃料电池系统的连续运行的应对进行了说明，但例如在具备电化学式的氢泵的氢升压系统中，也可以通过使用重整气体代替氢泵的氢升压工作所使用的含氢气体来实现连续运行。
即、本公开的第1技术方案涉及的电化学装置，具备：重整器、燃烧器、电化学器件、第1流量控制器、第2流量控制器和控制器，重整器将原料重整，生成第1含氢气体，燃烧器对重整器进行加热，电化学器件具备阳极和阴极，利用向阳极供给的第1含氢气体工作，第1流量控制器控制向电化学器件的阳极供给的第1含氢气体的流量、以及来自用于供给与第1含氢气体不同的第2含氢气体的供给源的第2含氢气体的流量，第2流量控制器控制使从电化学器件的阳极排出的阳极废气向电化学器件的阳极再循环的流量、以及将阳极废气向燃烧器供给的流量，控制器控制第1流量控制器和第2流量控制器。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，能够不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行。例如，在电化学器件为燃料电池的情况下，本技术方案涉及的燃料电池系统，利用从供给源(例如氢存储器)供给的第2含氢气体由燃料电池发电时，能够根据情况(例如供给源存在的第2含氢气体量少的情况等)，利用从重整器供给的第1含氢气体由燃料电池发电。由此，无论供给源存在的第2含氢气体量多少，燃料电池系统的连续运行都能够持续。
本公开的第2技术方案涉及的电化学装置，在第1技术方案的电化学装置的基础上，可以设为：控制器在控制第1流量控制器，向电化学器件供给比第2含氢气体多的第1含氢气体时，控制第2流量控制器，使向燃烧器供给的阳极废气的流量比使阳极废气再循环的流量多。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，在从重整器流向电化学器件的第1含氢气体的流量多于从供给源流向电化学器件的第2含氢气体的流量的情况下，通过与电化学器件相比向燃烧器供给更多的阳极废气，容易将重整器的温度维持在适合于重整反应的温度。
本公开的第3技术方案涉及的电化学装置，在第1或第2技术方案的电化学装置的基础上，可以设为：控制器在控制第1流量控制器，向电化学器件供给比第1含氢气体多的第2含氢气体时，控制第2流量控制器，使再循环的阳极废气的流量比使阳极废气向燃烧器供给的流量多。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，在从供给源流向电化学器件的第2含氢气体的流量多于从重整器流向电化学器件的第1含氢气体的流量的情况下，通过与燃烧器相比向电化学器件供给(再循环)更多的阳极废气，容易提高电化学装置的效率。
本公开的第4技术方案涉及的电化学装置，在第1～第3技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：第1流量控制器是将电化学器件的燃料气体在第1含氢气体与第2含氢气体之间切换的第1切换器，第2流量控制器是在使阳极废气再循环与使阳极废气向燃烧器供给之间切换的第2切换器。
本公开的第5技术方案涉及的电化学装置，在第1～第3技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：第1流量控制器是将电化学器件的燃料气体在第1含氢气体与第2含氢气体之间切换的第1切换器，第2流量控制器是在使阳极废气再循环与使阳极废气向燃烧器供给之间切换的第2切换器，控制器在控制第1切换器，使第1含氢气体向电化学器件供给时，控制第2切换器，使阳极废气向燃烧器供给。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，在使用来自于重整器的第1含氢气体作为电化学器件的燃料气体的情况下，通过向燃烧器供给全部的阳极废气，能够将重整器的温度容易地维持在适合于重整反应的温度。
本公开的第6技术方案涉及的电化学装置，在第1～第3技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：第1流量控制器是将电化学器件的燃料气体在第1含氢气体与第2含氢气体之间切换的第1切换器，第2流量控制器是在使阳极废气再循环与使阳极废气向燃烧器供给之间切换的第2切换器，控制器在控制第1切换器，使第2含氢气体向电化学器件供给时，控制第2切换器，使阳极废气再循环。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，在使用来自于供给源的第2含氢气体作为电化学器件的燃料气体的情况下，通过向电化学器件的阳极供给(再循环)全部的阳极废气，能够使电化学装置高效率工作。
本公开的第7技术方案涉及的电化学装置，在第1～第6技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：在电化学器件利用第2含氢气体工作时，在重整器中开始生成第1含氢气体的情况下，控制器控制第2流量控制器，使阳极废气的至少一部分向燃烧器供给。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，在电化学器件利用第2含氢气体工作的阶段中，通过向燃烧器供给阳极废气的至少一部分，能够使重整器的温度适时地升温至适合于重整反应的温度。由此，本技术方案的电化学装置，能够顺利地进行从利用第2含氢气体的电化学装置的通常运行向利用第1含氢气体的电化学装置的备用运行的切换。
本公开的第8技术方案涉及的电化学装置，在第1～第6技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：在电化学器件利用第2含氢气体工作时，如果供给源的第2含氢气体量降低，则控制器进行控制，在重整器中开始生成第1含氢气体。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，在供给源的第2含氢气体量降低了的阶段中，通过在重整器中适时地开始第1含氢气体的生成，能够顺利地进行从利用第2含氢气体的电化学装置的通常运行向利用第1含氢气体的电化学装置的备用运行的切换。
本公开的第9技术方案涉及的电化学装置，在第1～第8技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：控制器控制第1流量控制器，与第1含氢气体相比优先将第2含氢气体向电化学器件供给，使电化学器件工作。
根据该技术构成，本技术方案涉及的电化学装置，通过将来自于供给源的第2含氢气体优先向电化学器件供给，与将来自于重整器的第1含氢气体优先向电化学器件供给的情况相比，能够提高电化学装置的效率。
本公开的第10技术方案涉及的电化学装置，在第1～第9技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：上述电化学器件包含燃料电池。
本公开的第11技术方案涉及的电化学装置，在第1～第9技术方案中的任一方案的电化学装置的基础上，可以设为：电化学器件包含氢泵，氢泵使供给到阳极的第1含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压。
近年来，通过利用可再生能源进行发电的发电装置与利用含氢气体工作的电化学装置的组合来构建环保的氢系统已受到关注。
例如，在白天等利用由太阳能发电系统得到的电力之中没有用于住宅的电力的剩余电力通过水电解装置生成含氢气体，并且在夜间利用该含氢气体在燃料电池中发电，由此有可能构建出不依赖现有的系统电力的系统。
但是，可再生能源大多是太阳能、风能等自然能源，因此通常会受到日照条件、天气和气候等影响而不稳定。所以，在利用由这样的可再生能源得到的电力通过水电解装置生成含氢气体的情况下，有可能在供给源内没有存储足够量的含氢气体。
因此，本发明人着眼于氢气的能量密度与城市煤气、天然气、LNG、LPG、煤油等化石燃料的能量密度之间的大小关系，想到了以下的本公开的一技术方案。
具体而言，例如从罐内的能量存储的观点出发，通常化石燃料与氢气相比，每摩尔的能量密度高。由此，化石燃料与氢气相比能够以少量存储高能量密度。另外，化石燃料与氢气相比在化学方面稳定，因此适合搬运和存储。
再者，上述中，对于利用可再生能源发电的发电装置与燃料电池系统的组合进行了说明，但例如该发电装置与电化学式的氢升压系统的组合中，同样的讨论也成立。
由此，本公开的第12技术方案涉及的氢系统，具备：第1～第12技术方案中的任一方案的电化学装置；利用可再生能源进行发电的发电装置；以及利用由发电装置发电得到的电力，通过水的电解而生成第2含氢气体的水电解装置，供给源存储由水电解装置生成的第2含氢气体。
根据该技术构成，本技术方案涉及的氢系统，即使在利用由可再生能源得到的电力生成第2含氢气体的情况下，也能够不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行。
例如，在电化学器件为燃料电池的情况下，通过使用由与氢气相比每摩尔的能量密度高且化学性稳定的化石燃料(原料)的重整而得到的第1含氢气体作为第2含氢气体的备用燃料气体，即使通过不稳定的可再生能源由发电装置得不到电力的状态持续，也能够使燃料电池系统的连续运行稳定地持续。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。以下说明的实施方式都只是表示上述各技术方案的一例。因此，以下示出的形状、材料、构成要素、以及构成要素的配置位置和连接形态等只是一例，只要没有记载于权利要求，就不限定上述各技术方案。另外，关于以下的构成要素之中没有记载于表示本技术方案的最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。
另外，在附图中，对于附带相同标记的部分，有时会省略说明。为了便于理解附图，示意性地示出各个构成要素，关于形状和尺寸等有时并不是准确的显示。
(第1实施方式)
[装置构成]
图1是表示第1实施方式的电化学装置的一例的图。
图1所示的例子中，电化学装置ECS具备电化学器件EC、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
再者，电化学装置ECS中根据需要有时会并设由图1的两点划线表示的供给源400(其它图中也同样)。作为供给源400，例如可举出存储含氢气体的罐等的氢存储器等。
重整器3是将原料重整而生成第1含氢气体(以下称为重整气体)的装置。具体而言，在重整器3中，进行原料的重整，生成含氢的重整气体。重整反应可以是任一形态。作为重整反应，例如可举出水蒸气重整反应、自动热反应和部分氧化反应等。
图1中虽然没有示出，但可以适当设置在各重整反应中所需的设备(其它图中也同样)。
例如，如果重整反应是水蒸气重整反应，则电化学装置ECS中设有使水蒸发的蒸发器、用于向蒸发器供给水的水供给路径、用于控制在水供给路径中流动的水的流量的水流量控制装置(例如泵、质量流量控制器)等。再者，该情况下，重整器3与蒸发器可以一体构成。
如果重整反应是自动热反应，则电化学装置ECS中除了上述各设备以外，还设有向重整器3供给空气的空气供给器(例如鼓风机)等。
电化学器件EC是具备阳极AN和阴极CA、利用向阳极AN供给的重整气体工作的装置。只要电化学器件EC利用向阳极AN供给的重整气体工作，就可以是任意结构。作为电化学器件EC，例如可举出燃料电池、电化学式的氢泵等。
因此，以下参照图1对电化学器件EC为燃料电池1的情况下的燃料电池系统100的结构和工作进行说明。再者，在第2实施方式中对电化学器件EC为氢泵的情况下的电化学装置ECS的结构和工作进行说明。
燃料电池1利用燃料气体进行发电。具体而言，向燃料电池1的阳极AN供给燃料气体，向燃料电池1的阴极CA供给氧化剂气体。由此，通过使燃料气体中的氢与氧化剂气体中的氧产生化学反应从而发电。
再者，本实施方式的燃料电池系统100中，向燃料电池1的阳极AN供给的燃料气体是以下详细说明的第2含氢气体或上述重整气体。另外，向燃料电池1的阴极CA供给的氧化剂气体例如可以使用空气，但并不限定于此。在氧化剂气体为空气的情况下，燃料电池系统100中可以设有向燃料电池1的阴极CA供给空气的空气供给器(例如鼓风机)。
燃料电池1可以是任意种类。本实施方式的燃料电池系统100中，作为燃料电池1以PEFC为例进行了说明，但并不限定于此。例如，作为一例可举出固体氧化物型燃料电池(SOFC)。
重整气体供给路径6是用于向燃料电池1的阳极入口1A供给重整气体的流路。由此，可以使用从重整器3通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的重整气体作为燃料电池1的燃料气体。
再者，重整气体供给路径6中可以设有用于减少由重整器3生成的重整气体中的一氧化碳的CO减少器。CO减少器可以是通过转换反应使一氧化碳减少的转换器、和通过氧化反应以及甲烷化反应中的任一者使一氧化碳减少的CO除去器之中的一者，也可以是这两者。
原料供给路径7是用于向重整器3供给原料的流路，与重整器3连接。再者，原料例如是城市煤气、天然气、LNG、LPG、煤油等至少包含由碳和氢构成的有机化合物的化石燃料。
原料供给路径7中可以设有用于控制在原料供给路径7中流动的原料的流量的原料流量控制装置(例如开关阀、流量调整阀、质量流量控制器等)。另外，作为原料，例如使用城市煤气等的情况下，原料供给路径7中可以设有用于除去向重整器3供给的原料中的硫化合物的脱硫器。脱硫器可以是常温脱硫器，也可以是加氢脱硫器。
氢供给路径5是流动第2含氢气体的流路。再者，如图1所示，氢供给路径5可以是流动从供给源400供给的第2含氢气体的流路，但不限定于此。该情况下，氢供给路径5的上游端与供给源400连接。
再者，作为第2含氢气体，例如可举出氢存储器等的供给源400中存储的氢气等。氢气例如可以是通过水的电解而产生的气体。因此，以下将第2含氢气体称为“氢气”。
第1流量控制器20是控制向燃料电池1的阳极AN供给的重整气体的流量和来自用于供给与重整气体不同的氢气的供给源400的氢气的流量的装置。第1流量控制器20只要能够控制向燃料电池1的阳极AN供给的上述重整气体的流量和氢气的流量，就可以是任意结构。例如，第1流量控制器20可以是将燃料电池1的燃料气体在重整气体与氢气之间切换的第1切换器。另外，第1流量控制器20可以是调节向燃料电池1的阳极AN供给的重整气体的流量和氢气的流量的第1流量调节器。
在此，氢供给路径5的下游端与重整气体供给路径6、重整器3或原料供给路径7连接。
因此，在氢供给路径5与重整气体供给路径6连接的情况下，通过第1流量控制器20的控制，可以使用从氢供给路径5通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的氢气作为燃料电池1的燃料气体。另外，通过第1流量控制器20的控制，也可以将由重整器3生成的重整气体通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给，由此使用重整气体作为燃料电池1的燃料气体。再者，该情况下的第1流量控制器20的具体例在第1实施例中进行说明。
在氢供给路径5与重整器3连接的情况下，通过第1流量控制器20的控制，能够使用从氢供给路径5通过重整器3和重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的氢气作为燃料电池1的燃料气体。另外，通过第1流量控制器20的控制，也可以将由重整器3生成的重整气体通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给，由此使用重整气体作为燃料电池1的燃料气体。再者，该情况下的第1流量控制器20的具体例在第2实施例中进行说明。
在氢供给路径5与原料供给路径7连接的情况下，通过第1流量控制器20的控制，可以使用从氢供给路径5通过原料供给路径7、重整器3和重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的氢气作为燃料电池1的燃料气体。另外，通过第1流量控制器20的控制，也可以将由重整器3生成的重整气体通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给，由此使用重整气体作为燃料电池1的燃料气体。再者，该情况下的第1流量控制器20的具体例在第3实施例中进行说明。
氢供给路径5中可以设有用于控制在氢供给路径5中流动的氢气的流量的氢流量控制装置(例如开关阀、流量调整阀、质量流量控制器等)。另外，氢供给路径5中，可以相对于氢气的流动在比氢流量控制装置靠下游的部分设有用于调整氢气的露点的露点调整器(例如加湿器)。
再循环路径8是从燃料电池1的阳极出口1B延伸并与重整气体供给路径6在合流部17合流的流路。由此，利用再循环路径8和重整气体供给路径6的一部分(准确来讲是合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的部分)，形成从燃料电池1的阳极出口1B延伸到阳极入口1A的循环路径。这样，能够构成为来自燃料电池1的阳极出口1B的阳极废气返回燃料电池1的阳极入口1A，从而能够实现燃料电池1的高效率的发电。
燃烧器2是对重整器3进行加热的装置。具体而言，在燃烧器2中，通过使从燃料电池1的阳极出口1B排出的阳极废气燃烧，对重整器3进行加热。由此，能够使重整器3的重整催化剂升温至适合于重整反应的温度。再者，向燃烧器2供给的含氧气体可以是任意气体，例如可以使用从燃料电池1的阴极CA排出的阴极废气。
阳极废气排出路径9是从再循环路径8起在分支部16分支并向燃烧器2延伸的流路。由此，能够将燃烧器2的燃料气体即阳极废气从分支部16起通过阳极废气排出路径9进行供给。
第2流量控制器11是控制使从燃料电池1的阳极AN排出的阳极废气向燃料电池1的阳极AN再循环的流量和将阳极废气向燃烧器2供给的流量的装置。第2流量控制器11只要能够控制使这样的阳极废气向燃料电池1的阳极AN再循环的流量和将阳极废气向燃烧器2供给的流量，就可以是任意结构。例如，第2流量控制器11可以是在使阳极废气再循环与使阳极废气向燃烧器2供给之间切换的第2切换器。另外，第2流量控制器11也可以是调节向燃料电池1的阳极AN供给的重整气体的流量和氢气的流量的第2流量调节器。
第2流量控制器11设置在阳极废气排出路径9上以及分支部16与合流部17之间的再循环路径8上或分支部16上。也就是说，第2流量控制器11是控制在分支部16与合流部17之间的再循环路径8以及阳极废气排出路径9中流动的阳极废气的流量的装置。
第2流量控制器11例如可以由三通阀或二通阀的组合构成。三通阀可以是设置在分支部16上的三通切换阀，也可以是三通流量调节阀。二通阀的组合中的一方，可以是设置在分支部16与合流部17之间的再循环路径8上的开关阀，也可以是流量调整阀。二通阀的组合中的另一方，可以是设置在阳极废气排出路径9上的开关阀，也可以是流量调整阀。
再者，以上的第2流量控制器11的具体例只是例示，并不限定与本例。
控制器18控制第1流量控制器20和第2流量控制器11。
具体而言，控制器18在控制第1流量控制器20，向燃料电池1供给比氢气多的重整气体时，控制第2流量控制器11，使向燃烧器2供给的阳极废气的流量比使阳极废气再循环的流量多。
作为一例可以为：第1流量控制器20是将燃料电池1的燃料气体在重整气体与氢气之间切换的第1切换器，第2流量控制器11是在使阳极废气再循环与使阳极废气向燃烧器2供给之间切换的第2切换器，控制器18控制第1切换器，使重整气体向燃料电池1供给时，控制第2切换器，使阳极废气向燃烧器2供给。
相反地，控制器18在控制第1流量控制器20，向燃料电池1供给比重整气体多的氢气时，控制第2流量控制器11，使再循环的阳极废气的流量比使阳极废气向燃烧器供给的流量多。
作为一例可以为：第1流量控制器20是将燃料电池1的燃料气体在重整气体与氢气之间切换的第1切换器，第2流量控制器11是在使阳极废气再循环与使阳极废气向燃烧器2供给之间切换的第2切换器，控制器18控制第1切换器，使氢气向燃料电池1供给时，控制第2切换器，使阳极废气再循环。
以上的第1流量控制器20和第2流量控制器11的控制中，控制器18可以控制第1流量控制器20，与重整气体相比优先将氢气向燃料电池1供给，使燃料电池1工作。
再者，可以在燃料电池1利用氢气进行发电时，在重整器3中开始生成重整气体的情况下，控制器18控制第2流量控制器11，将阳极废气的至少一部分向燃烧器2供给。
另外，控制器18可以控制燃料电池系统100的整体的工作。例如，可以在燃料电池1利用氢气进行发电时，如果供给源400的氢气量降低，则控制器18进行控制，在重整器3中开始生成重整气体。可以在燃料电池系统100的控制中，控制器18与第2流量控制器11、上述原料流量控制装置、上述氢流量控制装置和上述水流量控制装置通过无线或有线连接，根据来自控制器18的控制信号，分别控制在重整气体供给路径6中流动的重整气体或氢气的流量、阳极废气流量、原料流量、在氢供给路径5中流动的氢气流量、以及水流量等。
控制器18只要具有控制功能，则可以是任意结构。控制器18例如具备运算电路(未图示)和存储控制程序的存储电路(未图示)。作为运算电路，例如可举出MPU、CPU等。作为存储电路，例如可举出存储器等。控制器18可以由进行集中控制的单独的控制器构成，也可以由相互协作进行分散控制的多个控制器构成。
[工作]
以下，参照图1对第1实施方式的燃料电池系统100的运行(工作)的一例进行说明。
再者，以下所示的工作，例如通过控制器18的运算电路从存储电路中读取控制程序而执行。但并不是必须由控制器18进行以下的工作。操作员可以进行其中一部分的工作。
在供给源400中存在足够量的氢气的情况下，进行利用氢气作为燃料气体的燃料电池系统100的通常运行。也就是说，控制第1流量控制器20，与重整气体相比优先向燃料电池1供给氢气，使燃料电池1发电。
该阶段中，以来自氢供给路径5的氢气通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的方式控制第1流量控制器20。另外，以阳极废气全部在分支部16与合流部17之间的再循环路径8中流动的方式控制第2流量控制器11。也就是说，通过第2流量控制器11，切断再循环路径8与阳极废气排出路径9的连通。再者，此时，燃烧器2的燃烧工作和重整器3的工作(重整气体生成)停止。
通过以上，利用再循环路径8和重整气体供给路径6的一部分(准确来讲是合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的部分)，形成从燃料电池1的阳极出口1B延伸到阳极入口1A的循环路径，从燃料电池1的阳极排出的阳极废气在该循环路径内循环(也就是说，阳极废气全部再循环)。
由此，与不使阳极废气再循环的结构相比，燃料电池系统100的发电效率提高。
此时，阳极废气在上述循环路径中循环的过程中，在阳极废气中除氢气以外的杂质随时间而增加。作为杂质，例如在使用空气作为氧化剂气体的情况下，可举出从燃料电池1的阴极CA通过电解质膜向阳极AN泄漏的氮气等。
如果阳极废气中的杂质增加，则阳极废气中的氢浓度降低，因此在燃料电池1的发电中，通过在适当的时机将在与循环路径连通的排出路径中设置的排气阀(未图示)暂时打开，从循环路径向大气中释放出包含杂质的驰放气(purge gas)。由此，能够降低阳极废气中的杂质的浓度，能够使阳极废气中的氢浓度恢复。
再者，上述排出路径可以与循环路径的任一处连接。排出路径例如可以是阳极废气排出路径9。该情况下，第2流量控制器11可以兼具排气阀的功能。另外，驰放气可以在燃烧器2中被稀释3。
接着，如果在供给源400中残留的氢气量减少，则进行从上述燃料电池系统100的通常运行向使用重整气体作为燃料气体的燃料电池系统100的备用运行切换的工作。
在燃料电池系统100的备用运行中，燃料电池1利用氢气进行发电时，如果供给源400的氢气量降低，则在重整器3中开始进行重整气体的生成。另外，此时，控制第2流量控制器11，将阳极废气的至少一部分向燃烧器2供给。也就是说，在该阶段，以阳极废气全部或一部分在阳极废气排出路径9中流动的方式控制第2流量控制器11。此时，燃烧器2使来自于阳极废气排出路径9的阳极废气燃烧，由此对重整器3进行加热。如果通过燃烧器2的燃烧热使重整器3的重整催化剂升温至合适的温度，则向重整器3供给原料和水，将原料重整(例如水蒸气重整)，由此生成重整气体。这样的重整气体的生成工作与通常的重整装置的工作相同，因此省略详细的说明。
接着，如果通过重整器3将原料重整而生成重整气体，则以重整气体从重整器3通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的方式控制第1流量控制器20。
此时，在阳极废气的一部分在阳极废气排出路径9中流动的情况下，以阳极废气全部在阳极废气排出路径9中流动的方式控制第2流量控制器11。也就是说，通过第2流量控制器11，切断分支部16和合流部17之间的再循环路径8与比分支部16靠上游的再循环路径8的连通。
另外，以停止从氢供给路径5向燃料电池1的阳极AN供给氢气的方式控制第1流量控制器20。
再者，开始向燃料电池1的阳极AN供给重整气体的定时，优选比停止向燃料电池1的阳极AN供给氢气的定时早预定时间。这是由于如果重整气体的供给开始的定时晚于氢气的供给停止的定时，则有可能不向燃料电池1的阳极AN供给燃料气体。
另外，以上述阳极废气全部在阳极废气排出路径9中流动的方式控制第2流量控制器11的定时，优选比开始向燃料电池1的阳极AN供给重整气体早预定时间。这是由于如果控制第2流量控制器11的定时晚于开始向燃料电池1的阳极AN供给重整气体，则有可能将来自于重整气体的阳极废气向燃料电池1的阳极AN供给。
接着，如果向供给源400内补充足够量的氢气，则进行从燃料电池系统100的备用运行向燃料电池系统100的通常运行切换的工作。
在该阶段，以来自氢供给路径5的氢气通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给的方式控制第1流量控制器20。
另外，通过停止向重整器3供给原料和水，停止重整气体的生成。这样的重整气体的生成停止工作与通常的重整装置的工作相同，因此省略详细的说明。
然后，以阳极废气全部在分支部16与合流部17之间的再循环路径8中流动的方式控制第2流量控制器11。也就是说，通过第2流量控制器11切断再循环路径8与阳极废气排出路径9的连通。由此，停止燃烧器2的燃烧工作。
再者，开始向燃料电池1的阳极AN供给氢气的定时，优选比停止重整气体的生成早预定时间。这是由于如果开始向燃料电池1的阳极AN供给氢气的定时晚于停止重整气体的生成，则有可能不向燃料电池1的阳极AN供给燃料气体。
另外，以阳极废气全部在分支部16与合流部17之间的再循环路径8中流动的方式控制第2流量控制器11的定时，优选比开始向燃料电池1的阳极AN供给氢气晚预定时间。这是由于如果控制第2流量控制器11的定时早于开始向燃料电池1的阳极AN供给氢气，则有可能将来自于重整气体的阳极废气向燃料电池1的阳极AN供给。
如上所述，本实施方式的燃料电池系统100通过利用重整气体作为燃料电池1的发电所使用的氢气的备用燃料气体，能够不停止燃料电池1的发电、与以往相比更适当地进行连续运行。也就是说，本实施方式的燃料电池系统100在利用从氢供给路径5供给的氢气由燃料电池1进行发电时，能够根据情况(例如供给源400的氢气量少的情况等)利用重整气体由燃料电池1进行发电。由此，无论供给源400中存在的氢气量多少，都能够持续进行燃料电池系统100的连续运行。
另外，本实施方式的燃料电池系统100，在从重整器3流向燃料电池1的重整气体的流量比从供给源400流向燃料电池1的氢气的流量多的情况下，通过与燃料电池1相比向燃烧器2供给更多的阳极废气，能够使重整器3的温度维持在适合于重整反应的温度。例如，在使用来自于重整器3的重整气体作为燃料电池1的燃料气体的情况下，通过向燃烧器2供给全部阳极废气，能够容易地将重整器3的温度维持在适合于重整反应的温度。
另外，本实施方式的燃料电池系统100，在从供给源400流向燃料电池1的氢气的流量比从重整器3流向燃料电池1的重整气体的流量多的情况下，通过与燃烧器2相比向燃料电池1供给(再循环)更多的阳极废气，容易使燃料电池系统100的发电效率提高。例如，在使用来自于供给源400的氢气作为燃料电池1的燃料气体的情况下，通过向燃料电池1的阳极AN供给(再循环)全部阳极废气，能够使燃料电池系统100以高的发电效率工作。
另外，本实施方式的燃料电池系统100，在燃料电池1利用氢气进行发电的阶段中，通过向燃烧器2供给阳极废气的至少一部分，能够将重整器3的温度适时地升温至适合于重整反应的温度。由此，本实施方式的燃料电池系统100，能够顺利地进行从利用氢气的燃料电池系统100的通常运行向利用重整气体的燃料电池系统100的备用运行的切换。
另外，本实施方式的燃料电池系统100，在供给源400的氢气量降低的阶段中，通过在重整器4中适时地开始重整气体的生成，能够顺利地进行从利用氢气的燃料电池系统100的通常运行向利用重整气体的燃料电池系统100的备用运行的切换。
另外，本实施方式的燃料电池系统100，通过将来自于供给源400的氢气优先向燃料电池1的阳极AN供给，与将来自于重整器3的重整气体优先向燃料电池1的阳极AN供给的情况相比，能够使燃料电池系统100的发电效率提高。
(第1变形例)
图2A是表示第1实施方式的第1变形例的燃料电池系统的一例的图。
图2A所示的例子中，燃料电池系统100具备燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、升压器15A、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
其中，关于燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、第2流量控制器11和第1流量控制器20，与第1实施方式相同，因此省略说明。
本变形例的燃料电池系统100中，升压器15A设置在合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的重整气体供给路径6。也就是说，升压器15A是向燃料电池1的阳极AN泵送燃料气体(例如重整气体、氢气)的装置。
升压器15A只要能够向燃料电池1的阳极AN泵送燃料气体，就可以是任意结构。例如，升压器15A可以具备能够调整向燃料电池1的阳极AN输送的燃料气体的流量的流量调整功能。作为升压器15A，例如可举出泵、压缩机等，但不限定于此。该情况下，控制器18可以控制升压器15A的工作。
再者，本变形例的燃料电池系统100发挥的作用和效果与第1实施方式的燃料电池系统100发挥的作用和效果相同，因此省略说明。
本变形例的燃料电池系统100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式的燃料电池系统100相同。
(第2变形例)
图2B是表示第1实施方式的第2变形例的燃料电池系统的一例的图。
图2B所示的例子中，燃料电池系统100具备燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、升压器15B、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
其中，关于燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、第2流量控制器11和第1流量控制器20，与第1实施方式相同，因此省略说明。
本变形例的燃料电池系统100中，升压器15B设置在燃料电池1的阳极出口1B与分支部16之间的再循环路径8。也就是说，升压器15B是向第2流量控制器11泵送阳极废气的装置。
升压器15B只要能够向第2流量控制器11泵送阳极废气，就可以是任意结构。例如，升压器15B可以具备能够调整向第2流量控制器11输送的阳极废气的流量的流量调整功能。作为升压器15B，例如可举出泵、压缩机等，但不限定于此。该情况下，控制器18可以控制升压器15B的工作。
再者，本变形例的燃料电池系统100发挥的作用和效果与第1实施方式的燃料电池系统100发挥的作用和效果相同，因此省略说明。
本变形例的燃料电池系统100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式的燃料电池系统100相同。
(第1实施例)
图3是表示第1实施方式的第1实施例的燃料电池系统的一例的图。
图3所示的例子中，燃料电池系统100具备燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5A、原料供给路径7、升压器15A、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
其中，关于燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、原料供给路径7和第2流量控制器11，与第1实施方式相同，因此省略说明。关于升压器15A，与第1实施方式的第1变形例相同，因此省略说明。
本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5A是与重整气体供给路径6连接的流路。也就是说，氢供给路径5A的上游端与供给源400连接，氢供给路径5A的下游端与重整气体供给路径6连接。
该情况下，第1流量控制器20例如可以由三通阀或二通阀的组合构成。三通阀例如可以由设置在氢供给路径5与重整气体供给路径6的合流部上的三通切换阀构成，也可以由设置在该合流部上的三通流量调节阀构成。二通阀的组合中的一方，可以是设置在比上述合流部靠上游的氢供给路径5上的开关阀，也可以是流量调整阀。二通阀的组合中的另一方，可以是设置在比上述合流部靠上游的重整气体供给路径6上的开关阀，也可以是流量调整阀。再者，这样的第1流量控制器20的具体例只是例示，并不限定于本例。
由此，在燃料电池系统100的通常运行中，通过第1流量控制器20的控制，来自于氢供给路径5A的氢气，经由重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给。另外，在燃料电池系统100的备用运行中，通过第1流量控制器20的控制，由重整器3生成的重整气体通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给。
氢供给路径5A的下游端可以与重整气体供给路径6的任一处连接。例如，在图3所示的例子中，氢供给路径5A的下游端连接到重整器3与升压器15A之间的重整气体供给路径6，但氢供给路径5A的下游端也可以连接到升压器15A与燃料电池1的阳极入口1A之间的重整气体供给路径6。
然而，如果在氢供给路径5A由原料供给路径7和重整器3连接的情况下，由于氢供给路径5A与升压器15A之间的重整器3的存在，会发生压力损失。这样，燃料电池系统100的发电效率有可能降低，但本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5A与相对于重整气体的流动比重整器3靠下游的重整气体供给路径6连接，因此能够降低这样的可能性。
本实施例的燃料电池系统100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施方式的第1变形例～第2变形例中任一燃料电池系统100相同。例如，图3所示的例子中，升压器15A设置在合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的重整气体供给路径6，但不限定于此。升压器如图2B所示，可以设置在燃料电池1的阳极出口1B与分支部16之间的再循环路径8。
(第2实施例)
图4是表示第1实施方式的第2实施例的燃料电池系统的一例的图。
图4所示的例子中，燃料电池系统100具备燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5B、原料供给路径7、升压器15A、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
其中，关于燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、原料供给路径7和第2流量控制器11，与第1实施方式相同，因此省略说明。关于升压器15A，与第1实施方式的第1变形例相同，因此省略说明。
本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5B是与重整器3连接的流路。也就是说，氢供给路径5B的上游端与供给源400连接，氢供给路径5B的下游端与重整器3连接。
该情况下，第1流量控制器20例如可以由设置在氢供给路径5上的氢流量控制装置(例如升压器、开关阀、流量调整阀、质量流量控制器等)与设置在原料供给路径7上的原料流量控制装置(例如升压器、开关阀、流量调整阀、质量流量控制器等)的组合构成。再者，这样的第1流量控制器20的具体例只是例示，不限定于本例。
由此，在燃料电池系统100的通常运行中，通过第1流量控制器20的控制，来自氢供给路径5B的氢气依次经由重整器3、重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给。另外，在燃料电池系统100的备用运行中，通过第1流量控制器20的控制，由重整器3生成的重整气体通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给。
然而，如果在氢供给路径5B由重整气体供给路径6连接的情况下，停止了重整器3的工作时，容易发生重整器3内的重整催化剂的氧化劣化。但是，本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5B由重整器3连接，因此在停止了重整器3的工作时，来自氢供给路径5B的氢气在重整器3内的重整催化剂中通过。由此，能够将重整器3内的重整催化剂保持在还原气氛中，从而能够抑制重整催化剂的氧化劣化。
本实施例的燃料电池系统100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施方式的第1变形例～第2变形例中任一燃料电池系统100相同。例如，图4所示的例子中，升压器15A设置在合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的重整气体供给路径6上，但不限定于此。升压器如图2B所示，可以设置在燃料电池1的阳极出口1B与分支部16之间的再循环路径8上。
(第3实施例)
图5是表示第1实施方式的第3实施例的燃料电池系统的一例的图。
图5所示的例子中，燃料电池系统100具备燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5C、原料供给路径7、升压器15A、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
其中，关于燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、原料供给路径7和第2流量控制器11，与第1实施方式相同，因此省略说明。关于升压器15A，与第1实施方式的第1变形例相同，因此省略说明。
本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5C是与原料供给路径7连接的流路。也就是说，氢供给路径5C的上游端与供给源400连接，氢供给路径5C的下游端与原料供给路径7连接。
该情况下，第1流量控制器20例如可以由三通阀或二通阀的组合构成。三通阀例如可以由设置在氢供给路径5与原料供给路径7的合流部上的三通切换阀构成，也可以由设置在该合流部上的三通流量调节阀构成。二通阀的组合中的一方，可以是设置在比上述合流部靠上游的氢供给路径5上的开关阀，也可以是流量调整阀。二通阀的组合中的另一方，可以是设置在比上述合流部靠上游的原料供给路径7上的开关阀，也可以是流量调整阀。再者，这样的第1流量控制器20的具体例只是例示，不限定于本例。
由此，在燃料电池系统100的通常运行中，通过第1流量控制器20的控制，来自氢供给路径5C的氢气依次经由原料供给路径7、重整器3、重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给。另外，在燃料电池系统100的备用运行中，通过第1流量控制器20的控制，由重整器3生成的重整气体通过重整气体供给路径6向燃料电池1的阳极AN供给。
氢供给路径5C的下游端可以与原料供给路径7的任一处连接。
例如，燃料电池系统100具备用于控制在上述原料供给路径7中流动的原料的流量的原料流量控制装置的情况下，氢供给路径5C的下游端可以连接到重整器3与原料流量控制装置之间的原料供给路径7，也可以连接到比原料流量控制装置靠上游的原料供给路径7。
另外，例如燃料电池系统100具备用于除去向上述重整器3供给的原料中的硫化合物的脱硫器的情况下，氢供给路径5C的下游端可以连接到重整器3与脱硫器之间的原料供给路径7，也可以连接到相对于原料的流动比脱硫器靠上游的原料供给路径7。但脱硫器为加氢脱硫器时，优选将氢供给路径5C的下游端连接到与相对于原料的流动比加氢脱硫器靠上游的原料供给路径7。理由会在后面进行说明。
然而，如果氢供给路径5C由重整气体供给路径6连接的情况下，在停止了重整器3的工作时，容易发生重整器3内的重整催化剂的氧化劣化。但是，本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5C由原料供给路径7连接，因此在停止了重整器3的工作时，来自氢供给路径5C的氢气经由原料供给路径7在重整器3内的重整催化剂中通过。由此，能够将重整器3内的重整催化剂保持在还原气氛中，从而能够抑制重整催化剂的氧化劣化。
另外，作为原料，例如使用城市煤气等时，有时会在原料供给路径7设有加氢脱硫器。该情况下，通常大多会通过以使从重整器3送出的重整气体的一部分返回加氢脱硫器的方式设置配管，供给加氢脱硫器的加氢脱硫所需的氢。但是，本实施例的燃料电池系统100，能够从氢供给路径5C直接向加氢脱硫器供给氢，因此不需要进行上述配管的设置。
另外，燃料电池系统100通常大多采取由壳体(未图示)覆盖重整器3，并且原料供给路径7以穿过该壳体后到达重整器3的方式延伸的结构。此时，如果氢供给路径5C由重整气体供给路径6或重整器3连接的情况下，构成氢供给路径5C的配管会设置在壳体内。这样，通过该配管的存在，有可能难以将壳体内的构成部件紧凑地配置。另外，有可能难以维护保养壳体内的构成部件。
但是，本实施例的燃料电池系统100中，氢供给路径5C由原料供给路径7连接，因此能够将构成氢供给路径5C的配管配置在壳体外。由此，本实施例的燃料电池系统100，与氢供给路径5C由重整气体供给路径6或重整器3连接的情况相比，能够将壳体内的构成部件紧凑地配置。另外，壳体内的构成部件的维护性提高。
本实施例的燃料电池系统100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施方式的第1变形例～第2变形例中任一燃料电池系统100相同。例如，图5所示的例子中，升压器15A设置在合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的重整气体供给路径6上，但不限定于此。升压器可以如图2B所示，设置在燃料电池1的阳极出口1B与分支部16之间的再循环路径8上。
(第4实施例)
图6是表示第1实施方式的第4实施例的燃料电池系统的一例的图。
图6所示的例子中，燃料电池系统100具备燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、升压器15A、第2流量控制器11、第1流量控制器20、控制器18和检测器19。
其中，关于燃料电池1、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、第2流量控制器11和第1流量控制器20，与第1实施方式相同，因此省略说明。关于升压器15A，与第1实施方式的第1变形例相同，因此省略说明。
检测器19是检测供给源400的氢气量的传感器。检测器19只要能够检测供给源400的氢气量，就可以是任意结构。
例如，供给源400为氢存储器的情况下，上述检测器19可以是检测氢存储器内的氢气压力的压力检测器。也就是说，在氢存储器中存在的氢气的量充分的情况下，氢存储器中以高压状态填充有氢气。由此，能够通过由压力检测器检测的检测压力达到预定压力而判断为氢存储器中残留的氢气量变少。具体而言，压力检测器的检测信号在通过适当的信号处理电路(未图示)进行了信号处理后，向控制器18发送。由此，控制器18能够基于压力检测器的压力数据，判定氢存储器中存在的氢气量是否变少。再者，可以在氢存储器内设置压力检测器，直接检测氢存储器内的氢气压力，也可以在与该氢气压力相关的预定位置(例如构成氢供给路径5的配管内)设置压力检测器，间接地检测氢气压力。
另外，例如上述检测器19可以是检测氢存储器内的氢气的温度的温度检测器。也就是说，在氢存储器中存在的氢气的量充分的情况下，氢存储器中以高压状态填充有氢气。此时，在氢气的填充量与氢气的温度之间存在相关性。由此，能够通过由温度检测器检测的检测温度达到预定温度而判定为氢存储器中残留的氢气变少。具体而言，温度检测器的检测信号通过适当的信号处理电路(未图示)进行了信号处理后，向控制器18发送。由此，控制器18能够基于温度检测器的温度数据，判定氢存储器中存在的氢气量是否变少。再者，可以在氢存储器内设置温度检测器，直接检测氢存储器内的氢气的温度，也可以在与该氢气的温度相关的预定位置(例如构成氢供给路径5的配管表面)设置温度检测器，间接地检测氢气的温度。作为温度检测器，例如可举出热电偶等，但不限定于此。
控制器18基于检测器19的检测信号，控制第1流量控制器20和第2流量控制器11。
通过以上，本实施例的燃料电池系统100，在利用从氢供给路径5供给的氢气由燃料电池1进行发电时，能够通过检测器19适当地检测在供给源400存在的氢气量的多少。由此，控制器18能够通过基于该检测信号控制第1流量控制器20和第2流量控制器11的工作，在利用氢气由燃料电池1进行发电时，适时地切换为利用重整气体由燃料电池1进行发电的工作(燃料电池系统100的备用运行)。另外，能够在利用重整气体由燃料电池1进行发电时，适时地恢复为利用氢气由燃料电池1进行发电的工作(燃料电池系统100的通常运行)。
再者，上述控制器18的控制内容只是例示，不限定于本例。
例如，以上的压力检测器和温度检测器这两者的检测信号，可以在通过适当的信号处理电路(未图示)进行了信号处理后，向控制器18发送。
由此，控制器18，与基于压力检测器的压力数据和温度检测器的温度数据中任一数据来判断在供给源400存在的氢气量是否变少的情况相比，基于这两者的数据能够高精度地判定在供给源400存在的氢气量是否变少。
本实施例的燃料电池系统100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1变形例～第2变形例和第1实施方式的第1实施例～第3实施例中任一燃料电池系统100相同。例如，图6所示的例子中，升压器15A设置在合流部17与燃料电池1的阳极入口1A之间的重整气体供给路径6上，但不限定于此。升压器也可以如图2B所示设置在燃料电池1的阳极出口1B与分支部16之间的再循环路径8上。
(第2实施方式)
[装置构成]
图7是表示第2实施方式的电化学装置的一例的图。
图7所示的例子中，电化学装置ECS具备电化学器件EC、燃烧器2、重整器3、重整气体供给路径6、再循环路径8、阳极废气排出路径9、氢供给路径5、原料供给路径7、第2流量控制器11、第1流量控制器20和控制器18。
本实施方式中，作为电化学装置ECS的一例的氢升压系统100A，除了具备氢泵10作为电化学器件EC以外，与第1实施方式、第1实施方式的第1变形例～第2变形例和第1实施方式的第1实施例～第4实施例中任一燃料电池系统100相同。
氢泵10是使供给到阳极AN的重整气体中的氢经由电解质膜向阴极CA移动并升压的装置。再者，这样的利用电解质膜的电化学式的升压装置是公知的，因此省略详细说明。
[工作]
以下，参照图7对第2实施方式的氢升压系统100A的运行(工作)的一例进行说明。氢升压系统100A的工作除了将第1实施方式中说明的燃料电池系统100的燃料电池1的发电工作切换为以下的氢泵10的氢升压工作以外，与燃料电池系统100的工作相同，因此省略详细说明。
再者，以下的工作例如可以由控制器18的运算电路从存储电路读取控制程序而执行。并不是必须由控制器18执行以下的工作。操作员可以执行其中一部分的工作。
首先，在氢升压系统100A的通常运行中，通过第1流量控制器20的控制，向氢泵10的阳极AN供给来自氢供给路径5的低压的氢气，并且对氢泵10的阳极AN与阴极CA之间施加未图示的电压施加器的电压。
另一方面，在氢升压系统100A的备用运行中，通过第1流量控制器20的控制，向氢泵10的阳极AN供给由重整器3生成的低压的重整气体，并且对氢泵10的阳极AN与阴极CA之间施加未图示的电压施加器的电压。
这样，在阳极AN的阳极催化剂层中，通过氧化反应，氢气或重整气体中的氢分子(H2)分离成氢离子(质子)和电子(式(1))。质子在电解质膜内传导向阴极CA的阴极催化剂层移动。电子通过电压施加器向阴极催化剂层12移动。
然后，在阴极催化剂层中，通过还原反应再次生成氢分子(式(2))。
此时，利用未图示的流量调整器，使氢导出路径的压损增加，由此能够将在阴极CA生成的氢(H2)升压。再者，作为流量调整器，例如可举出设置在氢导出路径的止回阀、调整阀等。
阳极：H2(低压)→2H++2e-···(1)
阴极：2H++2e-→H2(高压)···(2)
这样，在氢泵10中，通过由电压施加器施加电压，向阳极AN供给的氢气或重整气体中的氢(H2)在阴极CA升压。由此，进行氢泵10的氢升压工作。另外，氢泵10的升压了的氢可以适时地向氢需求体供给。再者，作为氢需求体，例如可举出燃料电池等。
如上所述，本实施方式的氢升压系统100A，通过利用重整气体来代替氢泵10的氢升压工作中使用的氢气，能够不停止氢泵10的氢升压工作、与以往相比更适当地进行连续运行。也就是说，本实施方式的氢升压系统100A，在利用从氢供给路径5供给的氢气由氢泵10将氢升压时，能够根据情况(例如供给源400的氢气量少的情况等)，利用重整气体由氢泵10将氢升压。由此，无论在供给源400存在的氢气量多少，都能够持续地进行氢升压系统100A的连续运行。再者，本实施方式的氢升压系统100A发挥的上述以外的作用和效果，能够由第1实施方式中说明的燃料电池系统100的作用和效果容易地理解，因此省略详细的说明。
本实施方式的氢升压系统100A，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1变形例～第2变形例和第1实施方式的第1实施例～第4实施例中任一燃料电池系统100相同。
(第3实施方式)
[装置构成]
图8是表示第3实施方式的氢系统的一例的图。
近年来，通过利用可再生能源进行发电的发电装置与利用含氢气体工作的电化学装置的组合来构建环保的氢系统已受到关注。再者，作为电化学装置，如上所述，可举出燃料电池系统100、氢升压系统100A等。
以下，参照图8对电化学装置为燃料电池系统100的情况下的氢系统200的构成和工作进行说明。
图8所示的例子中，氢系统200具备燃料电池系统100、发电装置500、水电解装置300、供给源400和原料存储器600。
其中，关于燃料电池系统100，与第1实施方式、第1实施方式的第1变形例～第2变形例和第1实施方式的第1实施例～第4实施例中任一燃料电池系统100相同。由此，省略燃料电池系统100的详细说明和图示。
发电装置500是利用可再生能源进行发电的装置。通过发电装置500，根据需要将由发电装置500发电的电力向住宅900(例如住宅900的配电盘)、蓄电池700和水电解装置300供给。发电装置500只要具备这样的发电功能，就可以是任意种类。作为发电装置500，例如可举出太阳能发电系统，但不限定于此。例如，可再生能源可以是风能等。再者，发电装置500为太阳能发电系统的情况下，可以将太阳能发电系统的太阳能电池板设置在住宅900的屋顶。
蓄电池700是能够反复充放电使用的电池。通过蓄电池700，根据需要将蓄电池700中存储的电力向住宅900(配电盘)供给。蓄电池700只要具备这样的蓄电功能，就可以是任意种类。
水电解装置300是利用由发电装置500发电的电力，通过水的电解生成氢气的装置。水电解装置300的水电解的方式可以是任意种类。作为水电解的方式，例如可举出碱性水电解、固体高分子形水电解、固体氧化物形水电解等。
再者，虽然省略了图示，但可以适当设置由水电解装置300生成氢气所需的设备。例如可以设置用于向水电解装置300供给水的水泵、用于传导由水的电解产生的离子的电解质等。另外，也可以设置对电解质施加电压的电压施加器。
供给源400是存储由水电解装置300生成的氢气的装置。作为供给源400，例如可举出氢存储器。该情况下，氢存储器是与水电解装置300和氢供给路径5连接，存储由水电解装置300生成的氢气的装置。在氢存储器中，通过水电解装置300的水的电解而生成的氢气以气体或液体等各种状态存储。也就是说，氢存储器只要能够存储这样的氢气，就可以是任意结构。作为氢存储器，例如可举出罐，但不限定于此。另外，在氢存储器中，可以以氢气的状态存储氢，也可以使氢吸附于合金等进行存储。另外，也可以将氢气以液体的形式存储。
通过以上，能够将由水电解装置300生成的氢气暂时存储于供给源400。另外，在燃料电池系统100的通常运行中，能够通过氢供给路径5将供给源400的氢气向燃料电池系统100的燃料电池1供给。
原料存储器600与原料供给路径7连接，是存储原料的装置。原料存储器600只要能够存储原料，就可以是任意结构。作为原料存储器600，例如可举出罐，但不限定于此。原料存储器600可以是LPG的气瓶，也可以是存储煤油之类的罐。再者，氢系统200可以不具备这样的原料存储器600。例如，原料供给路径7可以是从外部引入系统内、流动城市煤气等原料的配管。
通过以上，在燃料电池系统100的备用运行中，能够通过原料供给路径7将原料存储器600的原料向燃料电池系统100的重整器3供给。再者，如上所述，原料例如是城市煤气、天然气、LNG、LPG、煤油等至少包含由碳和氢构成的有机化合物的化石燃料。
在此，在发电装置500与住宅900(配电盘)之间、蓄电池700与住宅900(配电盘)之间、以及燃料电池系统100与住宅900(配电盘)之间，分别经由电力转换器800(例如DC/AC转换器)连接。
[工作]
以下，参照图8对第2实施方式的氢系统200的运行(工作)的一例进行说明。
再者，以下所示的工作例如可以由控制器18的运算电路从存储电路读取控制程序而执行。但并不是必须由控制器18执行以下的工作。操作员可以执行其中一部分的工作。
在通过发电装置500的发电电力能够供应住宅900中所设的电力负荷的消耗电力的情况下(例如发电装置500为太阳能发电系统时，日照条件良好的情况、住宅900的电力需求少的情况等)，将与电力负荷的消耗电力相当的发电电力向住宅900供给，并且发电装置500的发电电力之中的剩余电力根据需要向蓄电池700和水电解装置300中的至少一者供给。再者，此时与水电解装置300相比，蓄电池700更优先接受来自发电装置500的发电电力。
通过以上，由蓄电池700进行充电。另外，由水电解装置300生成氢气，由水电解装置300生成的氢气存储于供给源400。
另外，在通过发电装置500的发电电力无法供应住宅900中所设的电力负荷的消耗电力的情况下(例如发电装置500为太阳能发电系统时，日照条件差的情况、住宅900的电力需求多的情况等)，电力负荷的消耗电力中的不足部分，根据需要从蓄电池700、燃料电池系统100中的至少一者向住宅900供给。
此时，在电力负荷的消耗电力中的不足部分从燃料电池系统100向住宅供给时，在供给源400内存储有足够量的氢气的情况下，进行燃料电池系统100的通常运行。由此，能够由燃料电池系统100进行高效率的发电。
在此，可再生能源大多是太阳能、风能等自然能源，因此通常会受到日照条件、天气和气候等影响而不稳定。所以，在利用由这样的可再生能源得到的电力通过水电解装置300生成氢气的情况下，有可能在供给源400内没有存储足够量的氢气。
因此，在供给源400内没有存储足够量的氢气的情况下，进行燃料电池系统100的备用运行。由此，即使在供给源400内没有存储足够量的氢气的情况下，也能够由燃料电池系统100进行发电。
另外，燃料电池系统100的通常运行中，如果在供给源400残留的氢气量变少，则进行从燃料电池系统100的通常运行向燃料电池系统100的备用运行切换的工作。由此，即使在供给源400残留的氢气量变少的情况下，也能够继续进行燃料电池系统100的发电。
另外，燃料电池系统100的备用运行中，如果向供给源400内补充了足够量的氢气，则进行从燃料电池系统100的备用运行向燃料电池系统100的通常运行切换的工作。由此，能够在燃料电池系统100中切换为高效率的发电。
再者，以上的燃料电池系统100的通常运行和备用运行的详细情况与第1实施方式相同，因此省略说明。
如上所述，本实施方式的氢系统200，即使在利用由可再生能源得到的电力生成氢气的情况下，也能够不停止燃料电池1的发电、与以往相比更适当地进行连续运行。例如，在原料存储器600中存储有与氢气相比每摩尔的能量密度高且化学性稳定的化石燃料(原料)。由此，通过使用由这样的原料的重整而得到的重整气体作为氢气的备用燃料气体，即使通过不稳定的可再生能源由发电装置500得不到电力的状态持续，也能够使燃料电池系统100的连续运行稳定地持续。
再者，第1实施方式、第1实施方式的第1变形例～第2变形例、第1实施方式的第1实施例～第4实施例、第2实施方式和第3实施方式，只要不彼此相互排斥，就可以相互组合。
另外，通过上述说明，本领域技术人员能够明确本公开的多处改良和其它实施方式。因此，上述说明应该仅被解释为例示，是为了将执行本公开的最优方式教导给本领域技术人员而提供的。可以不脱离本公开的主旨，对其结构和/或功能的详细情况进行实质变更。
产业可利用性
本公开的一技术方案，能够利用于不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行的电化学装置。
另外，本公开的一技术方案，能够利用于即使在利用由可再生能源得到的电力生成含氢气体的情况下，也不停止电化学器件的工作、与以往相比更适当地进行连续运行的氢系统。
附图标记说明
1：燃料电池
1A：阳极入口
1B：阳极出口
2：燃烧器
3：重整器
4：重整器
5：氢供给路径
5A：氢供给路径
5B：氢供给路径
5C：氢供给路径
6：重整气体供给路径
7：原料供给路径
8：再循环路径
9：阳极废气排出路径
10：氢泵
11：第2流量控制器
12：阴极催化剂层
15A：升压器
15B：升压器
16：分支部
17：合流部
18：控制器
19：检测器
20：第1流量控制器
100：燃料电池系统
100A：氢升压系统
200：氢系统
300：水电解装置
400：供给源
500：发电装置
600：原料存储器
700：蓄电池
800：电力转换器
900：住宅
AN：阳极
CA：阴极
EC：电化学器件
ECS：电化学装置

Claims (12)

1.一种电化学装置，具备：重整器、燃烧器、电化学器件、第1流量控制器、第2流量控制器和控制器，
所述重整器将原料重整，生成第1含氢气体，
所述燃烧器对所述重整器进行加热，
所述电化学器件具备阳极和阴极，利用向阳极供给的第1含氢气体工作，
所述第1流量控制器控制向所述电化学器件的阳极供给的第1含氢气体的流量、以及来自用于供给与所述第1含氢气体不同的第2含氢气体的供给源的所述第2含氢气体的流量，
所述第2流量控制器控制使从所述电化学器件的阳极排出的阳极废气向所述电化学器件的阳极再循环的流量、以及将所述阳极废气向所述燃烧器供给的流量，
所述控制器控制所述第1流量控制器和所述第2流量控制器。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，
所述控制器在控制所述第1流量控制器，供给比所述第2含氢气体多的所述第1含氢气体时，控制所述第2流量控制器，使向所述燃烧器供给的所述阳极废气的流量比使所述阳极废气再循环的流量多。
3.根据权利要求1或2所述的电化学装置，
所述控制器在控制所述第1流量控制器，供给比所述第1含氢气体多的所述第2含氢气体时，控制所述第2流量控制器，使再循环的所述阳极废气的流量比使所述阳极废气向所述燃烧器供给的流量多。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学装置，
所述第1流量控制器是将所述电化学器件的燃料气体在所述第1含氢气体与所述第2含氢气体之间切换的第1切换器，
所述第2流量控制器是在使所述阳极废气再循环与使所述阳极废气向所述燃烧器供给之间切换的第2切换器。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学装置，
所述第1流量控制器是将所述电化学器件的燃料气体在所述第1含氢气体与所述第2含氢气体之间切换的第1切换器，
所述第2流量控制器是在使所述阳极废气再循环与使所述阳极废气向所述燃烧器供给之间切换的第2切换器，
所述控制器在控制所述第1切换器，使所述第1含氢气体向所述电化学器件供给时，控制所述第2切换器，使所述阳极废气向所述燃烧器供给。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学装置，
所述第1流量控制器是将所述电化学器件的燃料气体在所述第1含氢气体与所述第2含氢气体之间切换的第1切换器，
所述第2流量控制器是在使所述阳极废气再循环与使所述阳极废气向所述燃烧器供给之间切换的第2切换器，
所述控制器在控制所述第1切换器，使所述第2含氢气体向所述电化学器件供给时，控制所述第2切换器，使所述阳极废气再循环。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电化学装置，
在所述电化学器件利用所述第2含氢气体工作时，在所述重整器中开始生成第1含氢气体的情况下，所述控制器控制所述第2流量控制器，使阳极废气的至少一部分向所述燃烧器供给。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的电化学装置，
在所述电化学器件利用所述第2含氢气体工作时，如果所述供给源的所述第2含氢气体量降低，则所述控制器进行控制，在所述重整器中开始生成第1含氢气体。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的电化学装置，
所述控制器控制所述第1流量控制器，与所述第1含氢气体相比优先将所述第2含氢气体向所述电化学器件供给，使所述电化学器件工作。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的电化学装置，
所述电化学器件包含燃料电池。
11.根据权利要求1～9中任一项所述的电化学装置，
所述电化学器件包含氢泵，所述氢泵使供给到阳极的第1含氢气体中的氢经由电解质膜向阴极移动并升压。
12.一种氢系统，具备：
权利要求1～11中任一项所述的电化学装置；
利用可再生能源进行发电的发电装置；以及
利用由所述发电装置发电得到的电力，通过水的电解而生成所述第2含氢气体的水电解装置，
所述供给源存储由所述水电解装置生成的所述第2含氢气体。
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