JP2003077517A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アノード排ガスを用いて、改質反応に供する
水を気化させる際に、水の気化量を所望の量に近づける
技術を提供する。 【解決手段】 燃料電池２６から排出されるアノード排
ガスは、燃焼器２８に導かれて燃焼反応に供される。燃
焼器２８における燃焼反応で生じる燃焼ガスの一部は、
蒸発・混合部２０に供給され、改質反応に供する水およ
び改質燃料と熱交換して、これらを気化・昇温させる。
また、残りの燃焼ガスは、蒸発・混合部２０に供給され
ることなく、燃焼ガス分岐路５２に導かれる。このと
き、改質反応に供される水および改質燃料の量に応じて
絞り弁５３の開度が調節され、蒸発・混合部２０に供給
される燃焼ガス量が制御される。このように、水および
改質燃料の量に応じた熱量を蒸発・混合部２０に供給す
ることによって、所望量の水を気化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池と、こ
の燃料電池に供給する水素を生成する改質器とを備える
燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池に供給する燃料ガスとして、炭
化水素系の改質燃料を改質して得られる水素リッチガス
を用いる方法が知られている。改質反応は、所定の高温
下で進行するため、改質燃料を改質する際には、改質反
応に先立って改質燃料を昇温させたり、改質反応に供す
る水を予め気化・昇温させたり、改質反応が進行する改
質器を加熱したりする必要がある。このような改質反応
のための加熱の動作を行なうために、燃料電池から排出
されるアノード排ガスを用いる方法が知られている。

【０００３】アノード排ガス中には、電気化学反応で利
用されなかった水素が含まれており、この残留水素を燃
焼させて上記加熱の動作に用いることによって、燃料電
池システムのエネルギ効率を向上させることができる。
このように、アノード排ガスを利用する場合には、アノ
ード排ガス量が変動したときにも、上記加熱の動作が安
定して行なわれることが望ましい。例えば、特開平６−
２３１７９２号公報には、アノード排ガスを燃焼部で燃
焼させることによって、改質反応で要する熱を発生させ
る構成が開示されている。ここでは、アノード排ガスの
発熱量を推定して、燃焼部に供給する空気量を調節する
ことで、アノード排ガス量が変動するときにも、燃焼部
の温度が上昇しすぎるのを防止して燃焼部の保護を図っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アノー
ド排ガスを用いて改質反応に供する水を予め気化・昇温
させる場合には、アノード排ガス量が変動することに対
する対策は充分に検討されていなかった。例えば、アノ
ード排ガス量が変動すると、水の気化量が変動して、改
質反応に供される水蒸気量が一時的に不足あるいは過剰
となるおそれがある。改質器内において水蒸気量が不足
すると、望ましくない程度にカーボンの析出が起こるお
それがある。上記のように燃焼部の温度を調節したとし
ても、アノード排ガス量の変動と共に水の気化量が変動
してしまうのを防止することは困難である。アノード排
ガスを用いて気化を行なう際にアノード排ガス量が変動
することによる問題は、水を気化させる場合だけでな
く、一般に、液状の改質原料を気化させる場合に共通す
る問題であった。

【０００５】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、アノード排ガスを用いて液
状の改質原料を気化させる際に、液状の改質原料の気化
量を所望の量に近づける技術を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するために、本発明は、水素と酸素の供給
を受けて電気化学反応により発電を行なう燃料電池を備
える燃料電池システムであって、液状の改質原料を気化
させる熱交換器と、前記熱交換器で気化された前記改質
原料を用いて改質反応を進行し、前記電気化学反応に供
する水素を生成する改質器と、前記燃料電池から排出さ
れるアノード排ガスが、アノード排ガス流路を介して供
給され、該アノード排ガスを燃焼させる第１の燃焼器
と、前記第１の燃焼器における燃焼反応で得られる熱の
少なくとも一部を、前記熱交換器における前記液状の改
質原料の気化のために前記熱交換器に伝える伝熱部と、
前記伝熱部を介して前記熱交換器に供給されて、前記気
化のために利用される熱量を、前記改質器に対して要求
される改質反応の量の増減に応じて制御する制御部とを
備えることを要旨とする。

【０００７】このような構成によれば、アノード排ガス
を燃焼させて得られる熱量のうち、熱交換器に供給され
て前記気化のために利用される熱量を、前記改質器で進
行すべき改質反応の量の増減に応じて制御するため、こ
れによって、熱交換器における前記気化の状態の制御を
行なうことができる。したがって、改質器に対して要求
される改質反応の量が増減する場合にも、熱交換器にお
いて気化する改質原料の量を、改質器に対して要求され
る改質反応の量に応じた量に維持することができる。こ
こで、改質器に対して要求される改質反応の量とは、熱
交換器を介して改質器に供給される水および改質燃料の
量、あるいは、燃料電池の負荷要求を意味する。また、
液状の改質原料とは、改質反応に供される水および／ま
たは液状の改質燃料を意味する。

【０００８】本発明の燃料電池システムにおいて、前記
伝熱部は、前記第１の燃焼器で生じた高温の燃焼ガス
を、前記熱交換器に供給する燃焼ガス流路として構成さ
れ、前記燃焼ガス流路は、前記燃焼ガスを、前記熱交換
器を迂回するように導く燃焼ガスバイパス路と接続して
おり、前記制御部は、前記燃焼ガスのうち、前記燃焼ガ
スバイパス路に流入する燃焼ガスの量を調節することに
よって、前記熱量の制御を行なうこととしても良い。

【０００９】あるいは、本発明の燃料電池システムにお
いて、前記アノード排ガス流路は、前記アノード排ガス
を、前記第１の燃焼器を迂回するように導くアノード排
ガスバイパス路と接続しており、前記制御部は、前記ア
ノード排ガスのうち、前記アノード排ガスバイパス路に
流入するアノード排ガスの量を調節することによって、
前記熱量の制御を行なうこととしても良い。

【００１０】このような燃料電池システムにおいて、さ
らに、燃焼触媒を有し、前記アノード排ガスバイパス流
路に流入したアノード排ガスを燃焼させると共に、前記
第１の燃焼器で生じた熱が伝えられる第２の燃焼器を備
えることとしても良い。

【００１１】このような構成とすれば、第１の燃焼器で
生じた熱が第２の燃焼器に伝えられるため、第２の燃焼
器において燃焼反応が進行しないときにも、第２の燃焼
器の温度を、燃焼反応が進行可能な温度に維持すること
ができる。したがって、第２の燃焼器にアノード排ガス
が供給されたときには、直ちにこれを燃焼させることが
できる。

【００１２】また、本発明の燃料電池システムにおい
て、前記第１の燃焼器は、内部に水を噴霧する水噴霧部
を備え、前記制御部は、前記水噴霧部が噴霧する水の量
を調節することによって、前記熱量の制御を行なうこと
としても良い。

【００１３】このような本発明の燃料電池システムにお
いて、前記第１の燃焼器は、燃焼触媒を備えることとし
ても良い。

【００１４】あるいは、前記第１の燃焼器は、前記アノ
ード排ガスを燃焼させるバーナを備えることとしても良
い。

【００１５】本発明は、上記以外の種々の形態で実現可
能であり、例えば、燃料改質装置や、燃料電池システム
における暖機方法などの形態で実現することが可能であ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。 Ａ．装置の全体構成： Ｂ．蒸発・混合部２０への供給熱量の制御： Ｃ．燃焼ガスの利用： Ｄ．第２実施例： Ｅ．第３実施例： Ｆ．変形例：

【００１７】Ａ．装置の全体構成：図１は、本実施例の
燃料電池システム１０の構成を表わす説明図である。燃
料電池システム１０は、蒸発・混合部２０と、改質器２
２と、ＣＯ低減部２４と、燃料電池２６と、燃焼器２８
と、制御ユニット３０と、を備える。

【００１８】蒸発・混合部２０は、改質燃料と水との供
給を受けて、水を気化させると共に、水および改質燃料
を混合・昇温させる。そのために、蒸発・混合部２０に
は、燃料流路４０を介して、改質器２２で進行する改質
反応に供するための改質燃料が供給される。また、蒸発
・混合部２０には、水流路４１を介して、改質反応に供
するための水が供給される。本実施例では、改質燃料と
して天然ガスを用いており、燃料流路４０は、天然ガス
を供給する商用ガスラインと接続されている。燃料流路
４０には、弁４２が設けられており、蒸発・混合部２０
に供給する改質燃料の量を調節可能となっている。同様
に、水流路４１は、水を供給するライン（水道管）と接
続されている。水流路４１には、弁４３が設けられてお
り、蒸発・混合部２０に供給する水の量を調節可能とな
っている。これら弁４２，４３は、制御ユニット３０に
接続されている。本実施例の蒸発・混合部２０では、改
質燃料と水との混合ガスを、５００〜７００℃に昇温さ
せる。

【００１９】蒸発・混合部２０から排出された改質燃料
と水との混合ガスは、混合ガス路２１を介して改質器２
２に供給され、改質器２２において改質反応に供されて
改質ガス（水素リッチガス）を生成する。ここで、改質
器２２には、用いる改質燃料に応じた改質触媒が備えら
れており、この改質燃料を改質する反応に適した温度と
なるように、改質器２２の内部温度が制御される。ま
た、改質器２２で進行する改質反応は、水蒸気改質反応
や部分酸化反応、あるいは両者を組み合わせたものなど
種々の態様を選択することができ、改質触媒は、このよ
うに改質器２２内で進行させる改質反応に応じたものを
選択すればよい。本実施例の改質器２２は、改質触媒と
して、ロジウム触媒を備えている。

【００２０】改質器２２で生成された改質ガスは、ＣＯ
低減部２４において一酸化炭素濃度が低減されて、燃料
ガス路４４を介して、燃料電池２６のアノード側に対し
て燃料ガスとして供給される。一酸化炭素は、燃料電池
２６が備える触媒を被毒するおそれがあるが、改質ガス
は通常所定量の一酸化炭素を含有するため、ＣＯ低減部
２４を設けて、燃料電池２６に供給するのに先立ってガ
ス中の一酸化炭素濃度の低減を図っている。ＣＯ低減部
２４は、一酸化炭素と水蒸気とから二酸化炭素と水素と
を生じるシフト反応を促進する触媒を備え、シフト反応
によって水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する
シフト部とすることができる。シフト反応を促進する触
媒としては、例えば銅系触媒を用いることができる。あ
るいは、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化
反応を促進する触媒を備え、一酸化炭素選択酸化反応に
よって水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減する一
酸化炭素選択酸化部とすることができる。一酸化炭素選
択酸化触媒としては、例えば、白金触媒やルテニウム触
媒を用いることができる。また、ＣＯ低減部２４は、こ
れらシフト部と一酸化炭素選択酸化部との両方を備える
こととしても良い。

【００２１】燃料電池２６のカソード側に対しては、ブ
ロワ３２から圧縮空気が酸化ガスとして供給される。上
記改質ガスよりなる燃料ガスおよび酸化ガスを利用し
て、燃料電池２６では電気化学反応によって起電力が生
じる。

【００２２】燃料電池２６は、固体高分子型燃料電池で
ある。以下に、燃料電池２６で進行する電気化学反応を
表わす式を示す。

【００２３】 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１） ２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（２） Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

【００２４】（１）式はアノード側における反応を示
し、（２）式はカソード側における反応を示し、（３）
式は燃料電池全体で行なわれる反応を示す。このよう
に、燃料電池２６のアノード側では水素が消費される
が、燃料電池２６における水素の利用率は、定常状態で
約８５〜９０％であり、燃料ガス中の水素の一部はその
ままアノード排ガス中に残留する。アノード排ガス路４
５に排出されたアノード排ガスは、燃焼器２８に供給さ
れる。

【００２５】燃焼器２８は、燃焼触媒である白金系触媒
を備えており、供給されたアノード排ガス中の水素を燃
焼させる。燃焼器２８には、さらにブロワ３４が併設さ
れており、ブロワ３４によって、燃焼反応に要する空気
が供給される。燃焼器２８においては、ブロワ３４から
供給される空気量を調節することによって、アノード排
ガスを燃焼させて得られる燃焼ガスの温度を制御するこ
とができる。本実施例では、燃焼ガスの温度が７００〜
９００℃となるように供給空気量が調節される。また、
燃焼器２８には、燃焼燃料供給路４８を介して、既述し
た改質燃料と同様の天然ガスが供給可能となっている。
燃焼燃料供給路４８は、天然ガスを供給する商用ガスラ
インと接続されている。燃焼燃料供給路４８には、制御
ユニット３０に接続された弁４９が設けられており、弁
４９の開度を調節することによって、燃焼器２８に供給
する天然ガス量を制御可能となっている。

【００２６】なお、アノード排ガス路４５には、改質ガ
ス分岐路４６が接続している。改質ガス分岐路４６は、
燃料ガス路４４から分岐しており、ＣＯ低減部２４から
排出された改質ガスを、燃料電池２６を経由することな
くアノード排ガス路４５に導入する。燃料ガス路４４に
おいて、改質ガス分岐路４６との分岐部には流路切替弁
４７が設けられている。流路切替弁４７は、制御ユニッ
ト２５に接続されており、流路切替弁４７を切り替える
ことによって、ＣＯ低減部２４から排出された改質ガス
の流路を切り替えることができる。

【００２７】燃焼器２８においてアノード排ガス中の水
素を燃焼させて得られる燃焼ガスは、燃焼ガス流路５０
を経由して蒸発・混合部２０に供給される。蒸発・混合
部２０は熱交換器を備えており、この熱交換器におい
て、既述した水および改質燃料と、燃焼ガスとを熱交換
させ、水を気化させると共に水および改質燃料を昇温さ
せる。熱交換に用いられた後の燃焼ガス（燃焼排ガス）
は、排ガス路５１に排出される。なお、燃焼ガス流路５
０には、燃焼ガス分岐路５２が接続している。燃焼ガス
分岐路５２には、絞り弁５３が設けられている。絞り弁
５３は制御ユニット３０に接続されており、絞り弁５３
の開度を調節することによって、燃焼器２８から排出さ
れる燃焼ガスのうち、蒸発・混合部２０に供給される燃
焼ガスの量を制御可能となっている。

【００２８】なお、燃料電池システム１０においては、
各部の運転状態を検出するために、種々のセンサが設け
られている。燃焼器２８から蒸発・混合部２０に燃焼ガ
スを導く燃焼ガス流路５０には、燃焼ガスの圧力を検出
する第１圧力センサ５４と、燃焼ガスの温度を検出する
第１温度センサ５５とが設けられている。蒸発・混合部
２０から燃焼排ガスが排出される排ガス路５１には、燃
焼排ガスの温度を検出する第２温度センサ５７と、燃焼
排ガスの圧力を検出する第２圧力センサ５６とが設けら
れている。また、蒸発・混合部２０から改質器２２に混
合ガスを供給する混合ガス路２１には、混合ガスの圧力
を検出する第３圧力センサ５８が設けられている。

【００２９】制御ユニット３０は、マイクロコンピュー
タを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予
め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを
実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するの
に必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納され
たＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必
要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各
種センサからの検出信号を入力すると共にＣＰＵでの演
算結果に応じて信号を出力する入出力ポート等を備え
る。

【００３０】Ｂ．蒸発・混合部２０への供給熱量の制
御：本実施例の燃料電池システム１０では、燃料電池２
６の要求負荷の変動に応じて、制御ユニット３０が絞り
弁５３の開度を調節することによって、燃焼器２８から
蒸発・混合部２０に供給される燃焼ガスの量を制御す
る。このようにして蒸発・混合部２０において水および
改質燃料と熱交換するために用いる熱量を制御すること
で、蒸発・混合部２０で改質燃料に混合する水蒸気の量
を調節している。以下に、改質燃料に混合する水蒸気量
の調節に関わる動作について説明する。

【００３１】燃焼器２８から蒸発・混合部２０に供給さ
れる燃焼ガスの量を制御する際には、まず、制御ユニッ
ト３０は、燃焼器２８に供給されるアノード排ガス中の
水素量を算出する。この、アノード排ガス中の水素を燃
焼して得られる熱量と、蒸発・混合部２０において水お
よび改質燃料を加熱するのに要する熱量とに基づいて、
絞り弁５３の開度を調節する。燃焼器２８に供給される
アノード排ガス中の水素量は、燃料電池２６に供給され
た燃料ガス中の水素量と、燃料電池２６における電気化
学反応で消費された水素量の差として求められる。

【００３２】燃料電池２６に供給される燃料ガス中の水
素量は、改質反応に供される改質燃料量および水蒸気量
と、改質器２２における改質反応の効率とに基づいて求
められる。改質反応に供される改質燃料量および水蒸気
量は、燃料電池２６の要求負荷に応じて、制御ユニット
３０が弁４２，４３に出力した駆動信号に基づいて、知
ることができる。改質器２２における改質反応の効率
は、改質器２２に供給される改質燃料および水の流量
と、改質器２２内の温度とに基づいて定まる。改質器２
２に供給される改質燃料および水の流量は、上記弁４
２，４３に出力した駆動信号に基づいて算出することが
でき、また、改質器２２内の温度は、改質器２２内に設
けられた図示しない温度センサによって検出される。制
御ユニット３０は、これらの情報に基づいて、燃料電池
２６に供給される水素量を算出する。

【００３３】燃料電池２６における電気化学反応で消費
される水素量は、燃料電池２６で進行した電気化学反応
の量に基づいて算出することができる。燃料電池２６
は、図示しない電流計および電圧計を備えている。燃料
電池２６の出力電流値に基づいて、燃料電池２６におけ
る電気化学反応で生じた電子数を算出することができ、
この結果と（１）式とに基づいて、燃料電池２６で消費
された水素量を求めることができる。このようにして求
められた上記燃料電池２６に供給された水素量と、燃料
電池２６で消費された水素量との差を求めることで、燃
焼器２８に供給されるアノード排ガス中の水素量を算出
することができる。

【００３４】絞り弁５３の開度を調節する際には、これ
と同時に、上記アノード排ガス中の水素量に基づいてブ
ロワ３４の駆動量が制御される。ブロワ３４の駆動量
は、ブロワ３４から燃焼器２８に対して供給される空気
量が、アノード排ガス中の水素を完全酸化させるのに充
分量であって、さらに、燃焼ガスの温度が所定の温度
（７００〜９００℃）となる量に、制御される。すなわ
ち、本実施例では、燃焼器２８の内部温度に比べてはる
かに低温である空気を所定量供給することによって、燃
焼器２８内の高温の燃焼ガスを希釈して、燃焼ガスの温
度を上記した所望の温度範囲内にしている。燃焼器２８
に供給される水素量が定まれば、これを完全酸化するの
に要する空気量、および、これが完全酸化したときに生
じる熱量が求まる。燃焼ガス温度を上記温度範囲とする
のに必要な空気量は、燃焼器２８に供給される水素が完
全酸化するときに生じる熱量に応じて定まる。したがっ
て、本実施例の制御ユニット３０には、燃焼器２８に供
給されたアノード排ガス中の水素量に対して、供給空気
量が上記の量となるようなブロワ３４の駆動量がマップ
として記憶されており、これを参照してブロワ３４に対
して駆動信号が出力される。

【００３５】絞り弁５３の開度を調節する際に、燃焼器
２８に供給されるアノード排ガス中の水素を燃焼して得
られる熱量は、上記のように求められる。また、蒸発・
混合部２０に供給される水および改質燃料の量は、要求
負荷に応じて定まるため、これら水および改質燃料を昇
温させると共に所望量の水を気化させるのに要する熱量
が求められる。燃焼器２８で生じる燃焼ガスが有する熱
量と、蒸発・混合部２０で要する熱量とに基づき、蒸発
・混合部２０での熱交換効率を考慮して、絞り弁５３の
開度を制御する。本実施例では、このように、いわゆる
フィードフォーワード制御によって、蒸発・混合部２０
における水および改質燃料の加熱状態が所望の状態とな
るように、絞り弁５３の開度を制御している。

【００３６】このような絞り弁５３の開度を調節する際
には、燃焼器２８から排出される燃焼ガスの温度を検出
する第１温度センサ５５の検出値と、圧力を検出する第
１圧力センサの検出値とをさらに利用している。燃焼ガ
スの圧力は、燃焼器２８から排出される燃焼ガスの流量
を反映する値である。燃焼ガスの圧力および温度の実測
値より、燃焼器２８から実際に排出される燃焼ガスの状
態（有する熱量および流量）を知ることができ、これに
基づいて、絞り弁５３の開度を補正する。

【００３７】なお、このような制御を行なう際には、上
記第１温度センサ５５の検出値を利用して、ブロワ３４
の駆動量をフィードバック制御している。すなわち、ブ
ロワ３４が供給する空気量を調節して燃焼ガス温度を所
定の温度（範囲）に制御する際に、燃焼ガス温度の実測
値を利用して、ブロワ３４の駆動量を補正している。

【００３８】本実施例では、さらに、蒸発・混合部２０
から排ガス路５１に排出される燃焼排ガスの温度および
圧力を測定しており、絞り弁５３の開度を調節する際
に、この検出値を用いてフィードバック制御を行なって
いる。蒸発・混合部２０から排ガス路５１に排出される
燃焼排ガスの圧力および温度としては、蒸発・混合部２
０において水および改質燃料が所望の状態に加熱された
ときの値（目標値）を、蒸発・混合部２０に供給する水
および改質燃料の量に応じて予め設定することができ
る。このように設定した目標値と、第２温度センサ５７
および第２圧力センサ５６の実測値との偏差を求めて、
絞り弁５３の開度を補正する。

【００３９】さらに、本実施例では、第３圧力センサ５
８によって、蒸発・混合部２０から改質器２２に供給さ
れる混合ガスの圧力を検出しており、この値に基づいて
フィードバック制御を行なっている。蒸発・混合部２０
において所望の状態で加熱が行なわれるときには、所望
量の水が気化し、改質燃料と混合して改質ガスとなる。
したがって、蒸発・混合部２０に供給された水および改
質燃料の量に対して、蒸発・混合部２０における加熱が
所望の状態で行なわれたときの混合ガスの圧力を予め設
定することができる。このように予め設定した値（目標
値）と実測値との偏差を求めて、絞り弁５３の開度を調
節する。

【００４０】なお、絞り弁５３の開度を調節することに
よって、最終的に改質器２２に供給される混合ガス中の
水蒸気量が所望量となればよいので、第３圧力センサ５
８の検出結果だけに基づいて絞り弁５３の開度を制御す
ることも可能である。しかしながら、燃焼ガスや燃焼排
ガスの温度および圧力に基づいて制御を行なうことで、
制御を行なう上での時間おくれを、より小さくすること
ができる。

【００４１】以上のように構成された本実施例の燃料電
池システム１０によれば、絞り弁５３の開度を調節する
ことによって、燃焼器２８においてアノード排ガスを燃
焼させて発生させた熱量のうち、蒸発・混合部２０に供
給する熱量を制御することができる。したがって、負荷
変動に伴ってアノード排ガス量が変動するときにも、蒸
発・混合部２０における気化・昇温に用いる熱量を適正
な値とすることができる。そのため、負荷変動時にも、
改質器２２に供給する混合ガス中の水蒸気量を望ましい
量に維持することができ、水蒸気不足に起因して改質器
２２内でカーボンが析出するといった不都合が生じるの
を防止することができる。

【００４２】なお、燃料電池システム１０としては、燃
料電池２６が定常状態で発電を行なっているときには、
アノード排ガスを燃焼器２８で燃焼して得られる熱量
と、蒸発・混合部２０で要する熱量とが、略釣り合って
いることが、エネルギ効率上望ましい。燃料電池システ
ムがこのように構成されている場合であっても、負荷変
動時には、一時的にアノード排ガス中の水素量が、燃料
電池の要求負荷（蒸発・混合部２０を介して改質器２２
に供給すべき水および改質燃料の量）に対して過剰とな
る場合がある。このようなときには、アノード排ガスを
燃焼させて得られる燃焼ガスをそのまま蒸発・混合部に
供給すると、蒸発・混合部における水の気化量が不安定
となって、上記不都合を生じるおそれがある。本実施例
の燃料電池システム１０は、燃料電池２６の負荷要求に
対してアノード排ガス中の水素量が過剰になるときに
は、速やかに絞り弁５３の開度を制御するため、このよ
うな不都合を回避することができる。なお、一時的にア
ノード排ガス中の水素量が不足する場合には、燃焼器２
８に対して燃焼燃料供給路４８を介して天然ガスが補わ
れる。

【００４３】また、このように、蒸発・混合部２０を介
して改質器２２に供給すべき水および改質燃料の量に対
して、燃焼器２８から供給される燃焼ガス量を制御する
ことが要求される場合としては、燃料電池システム１０
の起動時を挙げることができる。燃料電池システム１０
の起動時には、蒸発・混合部２０で加熱された混合ガス
が、改質器２２およびＣＯ低減部２４内を通過すること
によって、改質器２２およびＣＯ低減部２４が次第に暖
機される。このように、改質器２２およびＣＯ低減部２
４が暖機途中のときには、改質反応や一酸化炭素濃度を
低減するための反応が充分に進行しない。そこで燃料電
池システム１０は、燃料ガス路４４から分岐する改質ガ
ス分岐路４６を備えており、一酸化炭素濃度が低い水素
リッチガスが得られるようになるまでは、ＣＯ低減部２
４から排出されるガスを燃料電池２６に供給しない制御
を行なう。すなわち、ＣＯ低減部２４から排出されるガ
スを、燃料電池２６を経由することなく改質ガス分岐路
４６を介して、燃焼器２８に供給する。これによって、
望ましくない程度に一酸化炭素濃度が高いガスが燃料電
池２６に供給されて、触媒が被毒してしまうのを防止す
ることができる。改質ガス分岐路４６を介して燃焼器２
８に供給されるガス中の水素および未反応のメタン（改
質されていない改質燃料）は、燃焼器２８において燃焼
反応に供される。

【００４４】このように、燃料電池システム１０の暖機
中は、ＣＯ低減部２４から排出されるガス中の水素が燃
料電池２６で消費されることがないため、改質器２２に
供給すべき水および改質燃料の量に対して、燃焼器２８
から供給される燃焼ガスが有する熱量が過剰となる。本
実施例の燃料電池システム１０によれは、絞り弁５３の
開度を調節して、燃焼器２８から蒸発・混合部２０に供
給する燃焼ガス量を制御するため、起動時においても、
蒸発・混合部２０で気化・昇温に用いる熱量を適正な値
とすることができる。

【００４５】Ｃ．燃焼ガスの利用：図１に示す燃料電池
システム１０において、絞り弁５３を介して燃焼ガス分
岐路５２に導入された燃焼ガスは、熱源としての利用が
可能である。図２は、図１に示した燃料電池システム１
０において、燃焼ガス分岐路５２に導入された燃焼ガス
を利用するシステム構成とした一例を示す説明図であ
る。なお、図２においては、制御ユニット３０および各
センサの記載は省略しているが、絞り弁５３の開度の調
節に関わる制御は同様に行なわれるものとする。

【００４６】図２に示す燃料電池システムでは、燃焼ガ
ス分岐路５２は、切り替え弁６５において、第１分岐路
６２と第２分岐路６４とに分岐している。また、この燃
料電池システムは、冷却水タンク６０と給湯タンク６３
とを備えている。冷却水タンク６０は、燃料電池２６が
発電を行なう際に燃料電池２６内部を冷却するための冷
却水の少なくとも一部を貯蔵可能なタンクである。第１
分岐路６２は、この冷却水タンク６０内を通過するよう
に配設されており、燃焼ガスが第１分岐路６２内を通過
することによって、冷却水タンク６０内の冷却水を加熱
することができる。燃料電池システム１０の起動時に
は、絞り弁５３の開度および切り替え弁６５を調節して
燃焼ガスを第１分岐路６２内に導くと共に、冷却水の流
路に設けたポンプ６６を駆動して、冷却水タンク６０と
燃料電池２６との間で冷却水を循環させる。

【００４７】このような構成とすれば、燃料電池システ
ム１０の起動時において、改質器２２およびＣＯ低減部
２４を暖機中で燃料電池２６に燃料ガスが供給されない
ときに、同時に燃料電池２６の暖機を行なうことができ
る。したがって、燃料電池システム１０全体の暖機時間
を短縮することができる。改質器２２およびＣＯ低減部
２４の暖機が進行して、燃料ガスを燃料電池２６に供給
可能となったときに、燃料電池２６が充分に暖機されて
いないと、燃料電池２６に供給した燃料ガス中の水蒸気
が凝縮してフラッディングが起こるおそれがある。図２
の燃料電池システムによれば、改質器２２およびＣＯ低
減部２４と共に燃料電池２６の暖機を行なうことができ
るため、ＣＯ低減部２４から燃料ガスを供給可能となっ
たときには燃料電池２６内部も昇温している。したがっ
て、フラッディングを防止することができると共に、速
やかに電気化学反応を進行させることができる。

【００４８】また、給湯タンク６３は、燃料電池システ
ム外の施設に給湯するためのタンクである。第２分岐路
６４は、給湯タンク６３内を通過するように配設されて
おり、燃焼ガスが第２分岐路６４内を通過することによ
って、給湯タンク６３内の水を加熱することができる。
図２の燃料電池システムでは、燃料電池２６の暖機が終
了すると、切り替え弁６５を切り替えて、給湯タンク内
の水を加熱する。例えば、燃料電池システムが家庭用の
定置型電源として用いられているときには、給湯タンク
６３を、家庭用の給湯装置として用いたり、暖房用に用
いたりすることができる。このように、燃焼器２８から
排出される燃焼ガスの一部を、給湯タンク６３内の水を
加熱するために用いることで、燃料電池システムで発生
するエネルギを有効に利用することができる。

【００４９】Ｄ．第２実施例：図３は、第２実施例の燃
料電池システム１１０の構成を表わす説明図である。燃
料電池システム１１０において、第１実施例の燃料電池
システム１０と共通するものには同じ参照番号を付し、
詳しい説明は省略する。

【００５０】燃料電池システム１１０は、第１燃焼器１
２８および第２燃焼器１２９を備え、アノード排ガス
は、第１燃焼器１２８と第２燃焼器１２９とに導かれ
る。すなわち、アノード排ガス路４５は、第１燃焼器１
２８に接続すると共に、第２燃焼器１２９に接続するア
ノード排ガス分岐路１４５に途中で分岐している。アノ
ード排ガス分岐路１４５は、絞り弁１５３を備えてお
り、制御ユニット３０によってその開度を調節すること
で、第２燃焼器１２９に供給するアノード排ガス量を制
御することができる。なお、第１燃焼器１２８および第
２燃焼器１２９に対しては、ブロワ３４によって、燃焼
に必要な空気が供給される。制御ユニット３０によっ
て、ブロワ３４の駆動量を調節すると共に、ブロワ３４
から第２燃焼器１２９に空気を供給する流路に設けた絞
り弁１３５の開度を調節することで、上記２つの燃焼器
に供給する空気量を制御することができる。第２燃焼器
１２９に供給されるアノード排ガス量に応じて、絞り弁
１３５の開度が調節される。また、図３では記載を省略
したが、第１燃焼器１２８および第２燃焼器１２９に対
しては、第１実施例の燃焼器２８と同様に、燃焼の燃料
として天然ガスを供給可能となっている。

【００５１】上記のように絞り弁１５３の開度を調節
し、アノード排ガスの一部を、絞り弁１５３を経由して
第２燃焼器１２９へ導くことによって、第１燃焼器１２
８から蒸発・混合部２０に供給される燃焼ガスが有する
熱量を調節することができる。第２実施例の燃料電池シ
ステム１１０では、第１実施例の燃料電池システム１０
において絞り弁５３の開度を制御するのと同様に、絞り
弁１５３の開度に関する制御が行なわれる。すなわち、
燃料電池２６に対する要求負荷や、燃焼ガスあるいは燃
焼排ガスの温度および圧力を検出して、絞り弁１５３の
開度を制御する。第１実施例では、アノード排ガス中の
水素量が過剰と判断されるときには、燃焼器２８で燃焼
反応を行なったあと、燃焼ガスの一部を、蒸発・混合部
２０に接続しない流路に導いた。これに対して第２実施
例では、燃焼器よりも上流側で、アノード排ガスの一部
を、蒸発・混合部２０に接続する燃焼器とは異なる燃焼
器に導くこととした。

【００５２】このような燃料電池システム１１０によれ
ば、蒸発・混合部２０を介して改質器２２に供給すべき
水および改質燃料量に対して、アノード排ガスを燃焼さ
せて得られる燃焼ガスが有する熱量が過剰となる場合に
も、気化・昇温に用いる熱量を適正な量とすることがで
きる。したがって、燃料電池２６に対する負荷要求が変
動するとき、あるいは燃料電池システム１１０の起動時
においても、改質反応に供する混合ガス中の水蒸気量
を、安定して適正な量にすることができる。また、燃焼
器よりも上流側のアノード排ガスの流路に絞り弁１５３
を設けているため、第１実施例の燃料電池システム１０
が備える絞り弁５３のように、燃焼ガスの温度のような
高温に耐える弁を用いる必要がない。

【００５３】なお、図２では、第１燃焼器１２８と第２
燃焼器１２９とは隣接するように表わされているが、両
者は、互いに熱交換可能に形成されている。第１燃焼器
１２８および第２燃焼器１２９の構成の一例を図４に示
す。第１燃焼器１２８および第２燃焼器１２９は、全体
として円柱状であるメタルハニカムによって形成されて
いる。第２燃焼器１２９は、上記円柱状のメタルハニカ
ムの中央部に、より径の細い円柱状の構造として配設さ
れている。第１燃焼器１２８は、第２燃焼器１２９の外
側面を覆うように、第２燃焼器１２９に隣接して配設さ
れている。このように、第１燃焼器１２８および第２燃
焼器１２９を隣接させることで、両者の間では容易に熱
が伝えられる。

【００５４】絞り弁１５３が閉じられて、アノード排ガ
スが第１燃焼器１２８のみに供給されるときには、第１
燃焼器１２８だけで燃焼反応が進行する。このときに
も、隣接する第２燃焼器１２９に対して熱が伝えられる
ため、第２燃焼器１２９内部を、燃焼触媒が充分な活性
を示す温度に維持することができる。したがって、この
ように両者を配設することによって、絞り弁１５３が開
かれて第２燃焼器１２９にアノード排ガスが供給される
ときに、直ちにこれを完全燃焼させることが可能とな
る。これによって、第２燃焼器１２９から排出される燃
焼ガス中に、望ましくない成分（未反応の炭化水素や一
酸化炭素や窒素酸化物など）が残留するのを防止するこ
とができる。

【００５５】なお、第２燃焼器１２９から排出される燃
焼ガスは、図２に示した燃料電池システムと同様に、電
源としての燃料電池システム外で、熱源として利用する
ことができる。

【００５６】Ｅ．第３実施例：図５は、第３実施例の燃
料電池システム２１０の構成を表わす説明図である。燃
料電池システム２１０において、第１実施例の燃料電池
システム１０と共通するものには同じ参照番号を付し、
詳しい説明は省略する。なお、図５では、制御ユニット
３０の記載および制御ユニット３０と各部とが接続され
る様子の記載は省略した。

【００５７】燃料電池システム２１０では、燃料電池２
６から排出されるアノード排ガスは、燃焼器２２８に供
給されて、燃焼反応に供される。燃焼器２２８は、既述
した実施例と同様に、内部に燃焼触媒を備えている。ま
た、燃焼器２２８は、燃焼器２２８内に水を噴霧するイ
ンジェクタ２２９を備えている。アノード排ガス中の水
素は、燃焼触媒上で燃焼することによって熱を発生する
が、このときインジェクタ２２９によって水の噴霧を行
なうと、発生した熱の一部は、噴霧された水を気化・昇
温させるために消費される。本実施例では、アノード排
ガス中の水素量が過剰であると判断されるときには、イ
ンジェクタ２２９から水を噴霧して、燃焼反応で生じた
熱の一部を消費することによって、蒸発・混合部２０に
供給される燃焼ガスが有する熱量が適正な量となるよう
に制御している。

【００５８】インジェクタ２２９による水の噴霧の要・
不要、あるいは水を噴霧するときにはその噴霧量は、既
述した実施例における絞り弁の開度制御と同様に、アノ
ード排ガス中の水素量と、燃料電池２６への要求負荷の
大きさ（蒸発・混合部２０を介して改質器２２に供給さ
れる水および改質燃料の量）とに基づいて決定される。
アノード排ガス中の水素量は、既述したように、燃料電
池２６に供給された燃料ガス中の水素量と、燃料電池２
６における電気化学反応で消費された水素量の差として
求められる。アノード排ガス量が求まれば、これを完全
燃焼させたときに生じる熱量が算出される。改質器２２
に供給する水および改質燃料を気化・昇温させるために
蒸発・混合部２０において要する熱量に対して、上記燃
焼反応で得られる熱量が過剰であるときには、インジェ
クタ２２９による水の噴霧を行なう。このような場合に
は、過剰分の熱量を消費するのに要する水の量を算出
し、算出した水の量が噴霧量となるように、インジェク
タ２２９に対して駆動信号を出力する。

【００５９】なお、実際の制御では、上記したように、
アノード排ガス中の水素量と燃料電池２６への要求負荷
の大きさとに基づいて算出される過剰な熱量を消費可能
となるように、インジェクタ２２９を駆動するフィード
フォーワード制御に加えて、センサの検出値を用いたフ
ィードバック制御が行なわれる。図５に示すように、燃
料電池システム２１０の燃焼ガス流路５０には、燃焼ガ
スの温度を検出する第１温度センサ５５と、燃焼ガスの
圧力を検出する第１圧力センサ５４とが配設されてい
る。また、蒸発・混合部２０と改質器２２とを接続する
混合ガス路２１には、混合ガスの圧力を検出する第３圧
力センサ５８が配設されている。既述したように、蒸発
・混合部２０を介して改質器２２に供給する水および改
質燃料に基づいて、これを気化・昇温させるために蒸発
・混合部２０において要する熱量を求めることができ
る。したがって、気化・昇温すべき水および改質燃料の
量に応じて、燃焼器２２８における燃焼反応で生じる熱
量の目標値を予め定めておくことができる。第１温度セ
ンサ５５と第１圧力センサ５４の検出値から、燃焼ガス
が実際に有する熱量（燃焼反応で生じた熱量）を求める
ことができるため、この測定値に基づく値と、上記目標
値との偏差を求めて、インジェクタ２２９による水の噴
霧量を制御することができる。

【００６０】さらにこのとき、燃料電池システム２１０
では、第１実施例と同様に、第３圧力センサ５８の検出
値（混合ガスの圧力）に基づいて、フィードバック制御
を行なっている。すなわち、蒸発・混合部２０における
加熱が所望の状態で行なわれたときの混合ガスの圧力と
して予め設定された目標値と実測値との偏差を求めて、
インジェクタ２２９による水の噴霧量を制御する。

【００６１】以上のように構成された第３実施例の燃料
電池システム２１０によれば、蒸発・混合部２０を介し
て改質器２２に供給すべき水および改質燃料量に対し
て、蒸発・混合部２０においてこれらを気化・昇温させ
るために用いる熱量を適正な量とすることができる。し
たがって、燃料電池２６に対する負荷要求が変動すると
き、あるいは燃料電池システム１１０の起動時において
も、改質反応に供する混合ガス中の水蒸気量を、安定し
て適正な量にすることができる。

【００６２】また、本実施例によれば、燃焼器２２８内
に水を噴霧することで、燃焼反応の温度を所望の温度範
囲に保つことができる。したがって、第１および第２実
施例のように、燃焼器に供給する空気量を制御して燃焼
温度を調節するのに比べて、燃焼温度を調節するために
消費するエネルギを削減することができるという効果を
奏する。供給空気量を増加させて燃焼温度を低下させる
ためにブロワ３４の駆動量を増すと、多くのエネルギを
消費する必要があるが、燃料電池システム２１０では、
ブロワ３４は、アノード排ガスを完全燃焼させるのに必
要な量の空気を供給するだけで済む。燃焼器２２８内の
燃焼温度を下げるために要するエネルギ量は、水を噴霧
して燃焼温度を下げる場合には、同様の目的でブロワ３
４の駆動量を増加させる場合に比べて、１０分の１から
１００分の１程度に削減することが可能である。

【００６３】また、本実施例のように、燃焼過程で水を
加えることで、燃料電池システムの起動時にＣＯ低減部
２４から排出されるガスを燃焼器２２８で燃焼させる際
に、未燃焼の改質燃料を削減可能であるという効果を奏
する。燃料電池システムの起動時にＣＯ低減部２４から
排出されるガスは、未改質の改質燃料（メタン）を含有
している。メタンは、水素に比べて燃焼速度が遅く燃焼
しにくいため、メタンの一部が未燃焼で排出されるおそ
れがある。本実施例のように燃焼器に水（水蒸気）を加
えると、燃焼反応時に改質燃料から水素を生じる反応が
進行するようになる。燃焼過程で水を加えることによっ
て、燃焼速度が速い水素を改質燃料から生成可能とな
り、未燃焼の改質燃料を削減することが可能となる。ま
た、燃料電池システムの起動時に、燃焼速度の遅い未改
質の改質燃料を燃焼可能となるように、充分な大きさの
燃焼触媒を用意する必要がないため、燃焼器２２８をよ
り小型化することができる。

【００６４】なお、上記実施例において、燃焼器２２８
に供給する水は、アノード排ガスから回収した水を用い
ることとしても良い。このような構成の燃料電池システ
ム２１０Ａを図６に示す。ここでは、図６において付加
された構成について説明する。燃料電池システム２１０
Ａは、アノード排ガスを冷却する冷却部２７０および気
水分離器２７２を備えている。アノード排ガスが冷却部
２７０で冷却されると、アノード排ガス中の水蒸気の一
部が凝縮する。気水分離器２７２では、このようにして
生じた凝縮水と、水素を含有する気体とが分離される。
気水分離器２７２で分離された凝縮水は、ポンプ２７４
によって汲み出され、インジェクタ２２９によって燃焼
器２２８内に噴霧される。気水分離器２７２で分離され
た水素を含有する気体は、水素供給路２４５を介して燃
焼器２２８に供給され、燃焼反応に供される。

【００６５】上記第１ないし第３実施例では、アノード
排ガスを燃焼させる燃焼器は、燃焼触媒を用いて燃焼反
応を進行することとした。燃焼触媒を用いた燃焼反応
は、触媒が所定の温度範囲にあれば、燃焼反応を安定し
て維持すると共に完全燃焼させることが可能である。し
たがって、水素濃度が非常に薄いアノード排ガスを燃焼
させる際に、燃焼器内の温度がある程度変化しても、望
ましくない成分（一酸化炭素、未燃の改質燃料、ＮＯｘ
など）を生じることなく容易に完全燃焼させることがで
きる。また、燃料電池システムの起動時においても、燃
焼反応を安定して制御しやすい燃焼触媒を用いることに
よって、未改質の改質燃料を良好に燃焼させることがで
きる。

【００６６】しかしながら、既述した実施例の燃焼器に
おいて、燃焼触媒を用いる代わりに、気相燃焼を行なう
バーナを用いることも可能であり、蒸発・混合部に供給
する熱量を制御する上で同様の効果を奏することができ
る。特に、第３実施例の燃焼器２２８においてバーナを
用いる場合には、燃料電池システムの起動時において優
れた効果を奏する。すなわち、バーナを用いて気相燃焼
を行なう際には、燃焼時に水（水蒸気）を加えること
で、燃焼過程で未改質の改質燃料から水素を生成するこ
とによる効果をより顕著に得ることができる。さらに、
バーナを用いて燃焼反応を行なう場合には、燃焼触媒を
用いる場合に比べて、燃焼器を、より小型化することが
可能となる。気相燃焼では、触媒を用いる場合ほどに
は、反応槽の大きさ（触媒体積）によって燃焼反応の効
率が影響を受けることがないため、より小さな燃焼器を
用いても充分な燃焼効率を得ることが可能となる。

【００６７】上記実施例では、燃焼器２２８で生じた熱
を蒸発・混合部２０に伝えるために、燃焼ガス流路５０
によって燃焼器２２８から蒸発・混合部２０に燃焼ガス
を導いた。これに対して、燃焼器２２８と蒸発・混合部
２０とを一体で形成することとしても良い。両者を一体
で形成し、燃焼器２２８で生じた熱を直接に蒸発・混合
部２０に供給する場合にも、燃焼時に水を加えて燃焼反
応で生じる熱量を制御することで、同様の効果を得るこ
とができる。

【００６８】Ｆ．変形例：なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【００６９】Ｆ１．変形例１：上記実施例では、蒸発・
混合部２０に対しては、改質燃料である天然ガスと水と
を供給することとしたが、少なくとも改質反応に供する
水を気化・昇温させる際に、本発明を適用することがで
きる。すなわち、少なくとも水と、アノード排ガスを燃
焼させて得られる燃焼ガスとを熱交換させる熱交換器に
おいて、改質器で進行すべき改質反応の量の増減に応じ
て、熱交換に用いる燃焼ガスが有する熱量を制御する際
に、本発明を適用することができる。これによって、改
質器２２に供給する混合ガス中の水蒸気量を、所望の量
に維持することができる。また、改質器２２において部
分酸化反応を進行させる場合には、この部分酸化反応で
要する酸素を供給するために、上記水と共に空気を蒸発
・混合部２０に対して供給することとしても良い。

【００７０】Ｆ２．変形例２：また、上記実施例では、
改質燃料として、メタンを主成分とする天然ガスを用い
たが、異なる改質燃料を用いることとしても良い。改質
燃料としては、天然ガスなどの気体炭化水素の他、ガソ
リンなどの液体炭化水素や、メタノールなどのアルコー
ルやアルデヒド類など、改質反応によって水素を生成可
能な種々の炭化水素系燃料を選択することができる。利
用する改質燃料に応じて、改質器２２で用いる改質触媒
の種類および改質反応温度が定まる。したがって、蒸発
・混合部２０では、改質器２２における改質反応温度に
応じた温度にまで混合気体を昇温すればよく、その際
に、アノード排ガスを燃焼させて得られる熱量を用いる
ことで、本発明を適用可能となる。ここで、改質燃料と
して液状の燃料を用い、アノード排ガスを燃焼して得ら
れる熱によって、この液状の燃料を水と共に気化・昇温
させる場合には、改質器に供給する混合ガス中の改質燃
料の量を、安定して所望量に維持できるという効果を得
ることができる。本発明は、改質器に供給する水および
／または改質器に供給する液状の改質燃料（すなわち液
状の改質原料）を、アノード排ガスを燃焼させて得られ
る熱量を用いて気化させる際に適用可能である。

【００７１】Ｆ３．変形例３：また、本発明は、図２に
示したように定置型の燃料電池システムだけでなく、燃
料電池システムを移動体の駆動用電源として用いる場合
にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池システム１０の構成を表わす説明図で
ある。

【図２】燃焼ガス分岐路５２に導入された燃焼ガスを利
用するシステムの一例を示す説明図である。

【図３】燃料電池システム１１０の構成を表わす説明図
である。

【図４】第１燃焼器１２８および第２燃焼器１２９の構
成の一例を示す説明図である。

【図５】第３実施例の燃料電池システム２１０の構成を
表わす説明図である。

【図６】燃料電池システム２１０Ａの構成を表わす説明
図である。

【符号の説明】

１０，１１０，２１０，２１０Ａ…燃料電池システム ２０…混合部 ２１…混合ガス路 ２２…改質器 ２４…ＣＯ低減部 ２５…制御ユニット ２６…燃料電池 ２８，２２８…燃焼器 ３０…制御ユニット ３２，３４…ブロワ ４０…燃料流路 ４１…水流路 ４２，４３，４９…弁 ４４…燃料ガス路 ４５…アノード排ガス路 ４６…改質ガス分岐路 ４７…流路切替弁 ４８…燃焼燃料供給路 ５０…燃焼ガス流路 ５１…排ガス路 ５２…燃焼ガス分岐路 ５３，１５３…絞り弁 ５４…第１圧力センサ ５５…第１温度センサ ５６…第２圧力センサ ５７…第２温度センサ ５８…第３圧力センサ ６０…冷却水タンク ６２…第１分岐路 ６３…給湯タンク ６４…第２分岐路 ６５…弁 ６６…ポンプ １２８…第１燃焼器 １２９…第２燃焼器 １３５…絞り弁 １４５…アノード排ガス分岐路 ２２９…インジェクタ ２４５…水素供給路 ２７０…冷却部 ２７２…気水分離器 ２７４…ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 進 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 KK41 MM01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素と酸素の供給を受けて電気化学反応
   により発電を行なう燃料電池を備える燃料電池システム
   であって、 液状の改質原料を気化させる熱交換器と、 前記熱交換器で気化された前記改質原料を用いて改質反
   応を進行し、前記電気化学反応に供する水素を生成する
   改質器と、 前記燃料電池から排出されるアノード排ガスが、アノー
   ド排ガス流路を介して供給され、該アノード排ガスを燃
   焼させる第１の燃焼器と、 前記第１の燃焼器における燃焼反応で得られる熱の少な
   くとも一部を、前記熱交換器における前記液状の改質原
   料の気化のために前記熱交換器に伝える伝熱部と、 前記伝熱部を介して前記熱交換器に供給されて、前記気
   化のために利用される熱量を、前記改質器に対して要求
   される改質反応の量の増減に応じて制御する制御部とを
   備える燃料電池システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記伝熱部は、前記第１の燃焼器で生じた高温の燃焼ガ
   スを、前記熱交換器に供給する燃焼ガス流路として構成
   され、 前記燃焼ガス流路は、前記燃焼ガスを、前記熱交換器を
   迂回するように導く燃焼ガスバイパス路と接続してお
   り、 前記制御部は、前記燃焼ガスのうち、前記燃焼ガスバイ
   パス路に流入する燃焼ガスの量を調節することによっ
   て、前記熱量の制御を行なう燃料電池システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記アノード排ガス流路は、前記アノード排ガスを、前
   記第１の燃焼器を迂回するように導くアノード排ガスバ
   イパス路と接続しており、 前記制御部は、前記アノード排ガスのうち、前記アノー
   ド排ガスバイパス路に流入するアノード排ガスの量を調
   節することによって、前記熱量の制御を行なう燃料電池
   システム。
4. 【請求項４】 請求項３記載の燃料電池システムであっ
   て、 さらに、燃焼触媒を有し、前記アノード排ガスバイパス
   流路に流入したアノード排ガスを燃焼させると共に、前
   記第１の燃焼器で生じた熱が伝えられる第２の燃焼器を
   備える燃料電池システム。
5. 【請求項５】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記第１の燃焼器は、内部に水を噴霧する水噴霧部を備
   え、 前記制御部は、前記水噴霧部が噴霧する水の量を調節す
   ることによって、前記熱量の制御を行なう燃料電池シス
   テム。
6. 【請求項６】 請求項５記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記第１の燃焼器は、燃焼触媒を備える、燃料電池シス
   テム。
7. 【請求項７】 請求項５記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記第１の燃焼器は、前記アノード排ガスを燃焼させる
   バーナを備える、燃料電池システム。