JP2008103279A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】脈動を低減させた状態で、原燃料ガスを下流側（改質装置側）に向けて搬送させるのに有利な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、原燃料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質装置１と、改質装置１で生成されたアノードガスに基づいて発電を行う燃料電池２と、燃料源４と改質装置１とを繋ぐ供給通路３と、供給通路３において改質装置１と燃料源４との間に設けられ燃料源４の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置１に供給するガス搬送源５とを備えている。供給通路３においてガス搬送源５の下流で且つ改質装置１の上流に、バッファタンク９と絞り１０とが上流からこの順に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、改質装置を備える燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質装置と、改質装置で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池と、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、燃料源の原燃料ガスを改質装置に供給するポンプとを備えている。このような燃料電池システムによれば、ポンプの下流にアキュムレータ設けられているものが知られている（特許文献１）。アキュムレータは、ポンプから圧送された原燃料ガスの脈動を減衰させる。

また、圧力損失部における圧力損失を測定する差圧センサと、原料ガス供給路内の圧力を測定する圧力センサと、原料ガス供給路内の温度を測定する温度センサと、各センサからの信号に基づいて原料ガス流量を演算する演算手段と、演算手段で演算される原料ガス流量に基づいて原料ガス昇圧ポンプの能力を制御する原料ガス昇圧ポンプの能力を制御する制御部とを備える燃料電池システムが開示されている（特許文献２）。このものによれば、原料ガスの脈動があったとしても、各センサからの信号に基づいて原料ガスの流量を演算で求め得ると記載されている。
特開２００２−３５８９９０号公報 特開２００３−１５１６０２号公報

特許文献１に係る燃料電池システムによれば、アキュムレータは、ポンプから圧送された原燃料ガスの脈動を減衰させるが、必ずしも充分ではない。特許文献２に係る燃料電池システムによれば、原料ガスの脈動があったとしても、各センサからの信号に基づいて原料ガスの流量を演算で求め得るが、原料ガスの脈動の発生が容認されており、原燃料ガスの脈動を積極的に減衰させるものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、脈動を減衰させて低減させた状態で、原燃料ガスを下流側（改質装置側）に向けて搬送させるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システムは、燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置と、改質装置で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池と、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、供給通路において改質装置と燃料源との間に設けられ燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置に供給するガス搬送源とを具備する燃料電池システムにおいて、
供給通路においてガス搬送源の下流で且つ改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする。

供給通路にはバッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられている。バッファタンクは、供給通路の流路断面積よりも大きい流路断面積をもつ空間室を意味する。絞りは、供給通路の流路断面積よりも小さな流路断面積をもつ孔を意味する。絞りはオリフィスまたはノズルが例示される。原燃料ガスは、バッファタンクに供給された後、流路断面積が小さな絞りを流れる。この結果、原燃料ガスが脈動をもつときであっても、原燃料ガスの脈動は減衰されて緩和される。

即ち、ガス搬送源が原燃料ガス（原燃料流体）を改質装置に向けて供給するとき、ガス搬送源が原燃料ガスの脈動を発生させたとしても、バッファタンクおよび絞りにより、原燃料ガスの脈動が抑制される。この結果、様相１に係る燃料電池システムは、脈動を減衰させて低減させた状態で、原燃料ガスを下流側（改質装置側）に向けて搬送させることができる。

（２）様相２に係る燃料電池システムによれば、様相１において、供給通路において絞りの下流に、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが設けられている。前述したようにバッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられているため、原燃料ガスの脈動が減衰されて抑制される。従って原燃料ガスの脈動が抑えられた状態で、原燃料ガスが流量センサに送られる。このため原燃料ガスの乱流または不均一性を抑制しつつ原燃料ガスを流量センサに供給でき、流量センサによる検知精度が良好に確保される。流量センサとしては、原燃料ガスの単位時間当たりの搬送流量を検知できるものであれば何でも良いが、原燃料ガスの脈動が抑えられるため、複雑な制御回路および高価な流量センサを必要とせず、安価な質量流量センサ等を用いることができる。

（３）様相３に係る燃料電池システムによれば、様相１または２において、供給通路においてガス搬送源の上流にチェック弁が設けられており、チェック弁は、供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、弁体が閉弁動作をする方向に弁体を付勢する付勢バネとを備えており、チェック弁は、ガス搬送源から原燃料ガスが燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、燃料源からガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する。チェック弁が閉弁すれば、燃料源からガス搬送源への原燃料ガスの供給が停止される。チェック弁が開弁すれば、燃料源からガス搬送源へ原燃料ガスが供給される。

（４）様相４に係る燃料電池システムによれば、様相１〜３において、ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、ガス搬送源の駆動時において、吸込口はチェック弁の弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる。この場合、ガス搬送源の吸込圧によりチェック弁の弁体を開弁方向に動作させることができる。この場合、ガス搬送源の搬送力が増加するにつれて、チェック弁の弁体を開弁方向に動作させて開弁度を増加させる。このためチェック弁を経て供給される原燃料ガスの流量を自動的に増加させることができる。またガス搬送源の搬送力が減少するにつれて、ガス搬送源の吸込圧が減少するので、チェック弁の弁体を閉弁方向に動作させて開弁度を減少させることができる。このためチェック弁を経て供給される原燃料ガスの流量を自動的に減少させることができる。

（５）様相５に係る燃料電池システムによれば、様相１〜４において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が供給通路においてバッファタンクおよび絞りの上流または下流に設けられている。脱硫器が供給通路においてバッファタンクおよび絞りの上流に設けられている場合には、脱硫した原燃料ガスをバッファタンクおよび絞りに向けて流すことができる。脱硫器が供給通路においてバッファタンクおよび絞りの下流に設けられている場合には、バッファタンクおよび絞りにより脈動が低減した原燃料ガスを脱硫器に流すことができ、脱硫器に供給される原燃料ガスの均一性を高めることができ、脱硫器における脱硫効果の均一性を高めるのに有利である。

（６）様相６に係る燃料電池システムによれば、様相１〜５において、バッファタンクを構成する壁に絞りが形成されている。このようにバッファタンクおよび絞りが機械構造として一体に形成されているため、コンパクト化に有利となる。

本発明に係る燃料電池システムによれば、ガス搬送源が原燃料ガスを改質装置に向けて供給するとき、ガス搬送源が原燃料ガスの脈動を発生させたとしても、バッファタンクおよび絞りにより、原燃料ガスの脈動が減衰されて低減される。この結果、脈動を減衰させて低減させた状態で、原燃料ガスを下流側（改質装置側）に向けて搬送させることができる。

以下、本発明を実施するための実施形態を各実施例に従って説明する。

本発明の実施例１を図１〜図３を参照として説明する。本実施例の燃料電池システムは定置形であり、図１に示すように、燃料源４の原燃料ガス（例えばメタン、ブタン、プロパンなどを主要成分とする炭化水素系ガス）を改質させてアノードガスを生成させる改質装置１と、改質装置１で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池２と、燃料源４と改質装置１とを繋ぐ第１供給通路３と、第１供給通路３において改質装置１と燃料源４との間に設けられ燃料源４の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置１に供給するガス搬送源としての第１ポンプ５とを備えている。第１供給通路３のうち燃料源４側には、開閉可能な弁部３ｘ，３ｙを備える二連弁が設けられている。改質装置１は、改質触媒を担持するセラミックス担体をもつ改質部１ａと、改質反応に適するように改質部１ａを加熱する燃焼部１ｃとを備えている。燃焼部１ｃで燃焼した燃焼排ガスを外気に放出させる燃焼排ガス通路１ｍが燃焼部１ｃに形成されている。燃焼用空気を燃焼部１ｃに供給する燃焼用空気通路６が設けられている。燃焼用空気通路６には燃焼用空気ポンプ７（燃焼用空気ガス搬送源）が設けられている。

第１供給通路３は燃料源４と改質装置１の改質部１ａとを繋ぐ通路である。第１供給通路３には、その上流側から下流に向けて順に、チェック弁８、ガス搬送源としての第１ポンプ５、バッファタンク９、絞り１０、流量センサ１１、脱硫器１２、改質装置１の改質部１ａがこの順で直列に配置されている。第１ポンプ５はポンプ吸込口５ｉおよびポンプ吐出５ｐｉをもつ。第１供給通路３には第２供給通路１３が分岐されている。第２供給通路１３は燃料源４と改質装置１の燃焼部１ｃとを繋ぐ通路である。第２供給通路１３には、その上流側から下流に向けて順に、第２ガス搬送源としての第２ポンプ１４、合流部１５、燃焼部１ｃが直列に配置されている。第２ポンプ１４はポンプ吸込口１４ｉおよびポンプ吐出１４ｐをもつ。

上記したバッファタンク９は、第１供給通路３の流路断面積よりも大きい流路断面積をもつ箱状の空間室を意味する。絞り１０は、第１供給通路３の流路断面積よりも小さな流路断面積をもつ孔を意味し、オリフィスまたはノズルが例示される。流量センサ１１としては、原燃料ガスの単位時間当たりの搬送流量を検知できるものであれば、何でも良い。

第１供給通路３において第１ポンプ５の上流にチェック弁８が設けられている。チェック弁８は、第１供給通路３に連通する弁口８ａと、閉弁動作および開弁動作を行う弁体８ｃと、弁体８ｃが閉弁動作をする方向（矢印Ａ２方向）に弁体８ｃを付勢する付勢バネ８ｄとを備えている。チェック弁８は一方向通過性をもち、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉから原燃料ガスが燃料源４に向かうことを抑える閉弁動作と、燃料源４から第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉに向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する。第１ポンプ５が駆動していないとき、チェック弁８の弁口８ａに付勢バネ８ｄの付勢バネにより弁体８ｃが閉弁している。

燃料電池２は、固体高分子型のイオン伝導膜（例えばパーフルオロスルホン酸樹脂）を厚み方向に挟むカソード極２ｃとアノード極２ａとをもつ膜電極接合体を複数組み付けることにより、スタックを構成している。膜電極接合体はシート状でも良いし、チューブ型でも良い。なおイオン伝導膜は固体高分子型に限らず、酸化物型でも良い。

改質装置１の改質部１ａの吐出ポート１ｘと燃料電池２のアノード極２ａの入口２ａｉとを繋ぐアノードガス通路１６が設けられている。アノードガス通路１６には開閉可能なアノード入口弁１７が設けられている。燃料電池２のアノード極２ａの出口２ａｐと改質装置１の燃焼部１ｃのポート１ｃｉとは、アノードオフガス通路２０で繋がれている。アノードオフガス通路２０にはアノード出口弁２２が設けられている。燃料電池２のアノード極２ａを迂回するように、改質装置１の改質部１ａの吐出ポート１ｘと改質装置１の燃焼部１ｃとを繋ぐバイパス通路２５が設けられている。バイパス通路２５にはバイパス弁２６が設けられている。燃料電池２のカソード極２ｃの入口２ｃｉに、カソードガス（一般的には空気）を供給するカソードガス通路３０が設けられている。カソードガス通路３０にはカソードガスポンプ３４（カソードガスガス搬送源）、カソードガスを加湿する加湿器３５および開閉可能なカソード入口弁３１が設けられている。燃料電池２のカソード極２ｃの出口２ｃｐからカソードオフガス通路３２が導出されている。カソードオフガス通路３２には開閉可能なカソード出口弁３３が設けられている。

さて燃料電池システムの起動時について説明する。この場合、制御装置により燃焼用空気ポンプ７が作動すると、燃焼用空気が燃焼用空気通路６を介して合流部１５に供給される。また制御装置により第２ポンプ１４が作動すると、原燃料ガスが合流部１５に供給される。これにより原燃料ガスと燃焼用空気とが燃焼部１ｃ上流の合流部１５で混合され、適切な空燃比となり、混合流体は改質装置１の燃焼部１ｃに供給され、燃焼部１ｃで燃焼が行われる。このため改質部１ａが改質反応に適するように高温に加熱される。

改質部１ａが適温になると、制御装置により第１ポンプ５が作動する。すると、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）により、付勢バネ８ｄのバネ力に反抗しつつ、チェック弁８の弁体８ｃが開弁方向（矢印Ａ１方向）に自動的に引き寄せられ、弁口８ａが自動的に開弁する。この結果、燃料源４から原燃料ガスがチェック弁８の弁口８ａ、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉおよびポンプ吐出口５ｐ、バッファタンク９、絞り１０、流量センサ１１、脱硫器１２を順に経て、改質部１ａのポート１ｒに供給される。

更に図略の蒸発部から水蒸気が改質部１ａに供給される。これにより原燃料ガスが水蒸気により改質され、水素リッチなアノードガスが改質部１ａで得られる。アノードガスの含まれている一酸化炭素は、図略のＣＯ低減部により低減される。ＣＯが低減されたアノードガスは、アノードガス通路１６から燃料電池２のアノード極２ａの入口２ａｉに供給されて発電に使用される。

ただし改質装置１の起動時には、改質ガスの組成の安定性が充分ではない。このため改質部１ａで生成されたアノードガスは、燃料電池２のアノード極２ａを迂回するように、バイパス通路２５および開放状態のバイパス弁２６を介して、アノードオフガス通路２０に供給され、改質装置１の燃焼部１ｃのポート１ｃｉに供給され、燃焼部１ｃで燃焼される。このようにアノードガスが燃料電池２のアノード極２ａを迂回する場合、アノード入口弁１７およびアノード出口弁２２は閉鎖されており、アノードガスは燃料電池２のアノード極２ａに供給されない。

そして改質ガスの組成が安定すると、バイパス弁２６が閉鎖し、アノード入口弁１７およびアノード出口弁２２が開放する。このため、改質部１ａで生成されたアノードガスは、吐出ポート１ｘ、アノードガス供給路１６、アノード入口弁１７を経て燃料電池２のアノード極２ａの入口２ａｉに供給される。ここで、カソードガス通路３０のカソードガスポンプ３４（カソードガスガス搬送源）が駆動するため、カソードガス通路３０からカソードガス（一般的には空気）が加湿器３５を経て燃料電池２のカソード極２ｃの入口２ｃｉに供給される。これにより燃料電池２において発電が行われる。発電反応後のアノードオフガスは、可燃成分を有することがあるため、アノードオフガス通路２０を経て燃焼部１ｃの吸込ポート１ｃｉに至り、燃焼部１ｃで燃焼される。

さて本実施例によれば、図１に示すように、原燃料ガスを改質装置１の改質部１ａに供給するにあたり、第１供給通路３にはバッファタンク９と絞り１０とが上流からこの順に設けられている。このため、第１ポンプ５が脈動を伴って原燃料ガスを下流に向けて搬送させるときであっても、原燃料ガスの脈動はバッファタンク９および絞り１０により緩和される。即ち、第１ポンプ５が原燃料ガスを改質装置１に向けて供給するとき、第１ポンプ５が原燃料ガスの脈動を発生させたとしても、バッファタンク９および絞り１０により、原燃料ガスの脈動が減衰されて抑制される。この結果、原燃料ガスの脈動が減衰されて低減された状態で、原燃料ガスは下流側（改質装置１側）に向けて搬送される。従って脈動が低減または解消された原燃料ガスが改質装置１の改質部１ａに供給される。この結果、改質部１ａにおける改質反応の均一性が向上し、改質部１ａにおける改質反応が良好に行われる。

更に本実施例によれば、図１に示すように、絞り１０の下流に流量センサ１１が設けられている。改質装置１での改質反応を良好に行うためには、流量センサ１１による原燃料ガスの検知精度が良好に確保されることが要請されている。しかし原燃料ガスが脈動していると、流量センサ１１による検知精度が良好に確保されないおそれがある。この点について本実施例によれば、第１供給通路３において、バッファタンク９と絞り１０とが上流からこの順に設けられている。そして原燃料ガスの流量を検知する流量センサ１１が絞り１０の下流に設けられている。換言すると、第１供給通路３において流量センサ１１の上流にバッファタンク９および絞り１０がこの順で設けられている。このため流量センサ１１の上流において原燃料ガスの脈動が減衰されて抑制されている。この結果、原燃料ガスの脈動を低減させた状態で、原燃料ガスを下流側（改質装置１側）に向けて搬送させることができる。従って原燃料ガスの脈動が抑えられた状態で、原燃料ガスが流量センサ１１に送られる。このため流量センサ１１による検知精度が良好に確保される。従って流量センサ１１を安価なものにできる。

本実施例によれば、第１ポンプ５が駆動して原燃料ガスを改質装置１に向けて搬送させるとき、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉは吸込圧（負圧）を発生させる。この場合、第１ポンプ５の駆動力が大きく、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）が所定圧を越えていれば、チェック弁８の弁体８ｃの開弁度はほぼ一定である。しかしながら第１ポンプ５の駆動力が小さく、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）が所定圧未満であれば、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）とチェック弁８の弁体８ｃの開弁度とは、比例的な相関関係をもつ。よって第１ポンプ５の吸込圧（負圧）が所定圧未満であれば、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）の大きさに応じて、チェック弁８の弁体８ｃを開弁方向（矢印Ａ１方向）に吸引させて弁体８ｃの開弁度を調整することができる。

この場合、第１ポンプ５におけるガス搬送力が増加するにつれて、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）が増加するため、チェック弁８の弁体８ｃを開弁方向（矢印Ａ１方向）に吸引する吸引力が増加し、チェック弁８の開弁度を増加させることができ、ひいては、チェック弁８を通過する原燃料ガスの流量を自動的に増加させることができる。

これに対して第１ポンプ５の搬送力が減少するにつれて、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）が減少するため、チェック弁８の弁体８ｃを吸引する吸引力（矢印Ａ１方向）が減少する。よって、チェック弁８の付勢バネ８ｄの付勢力が吸引力に打ち勝ち、弁体８ｃの開弁度を減少させることができ、ひいてはチェック弁８を通過する原燃料ガスの流量を自動的に減少させることができる。

図３は、チェック弁８の開弁度と燃料電池２の発電出力との関係を簡略的に表すグラフを示す。図３の横軸は燃料電池２の発電出力を示す。図３の縦軸はチェック弁８の開弁度を示す。燃料電池２が通常運転しているとき、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）はほぼ一定であり、図３の特性線に示すように、チェック弁８の開弁度はほぼ一定値Ｋに維持される。図３のＭＡは燃料電池２の通常運転の発電領域を示す。しかし燃料電池システムの起動時において、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）が次第に増加するため、図３に示すように、チェック弁８の開弁度は次第に増加する傾斜特性領域ＭＢをもつ。

ここで、燃料電池システムの起動時において、燃料供給源４から原燃料ガスが第１ポンプ５を介して改質装置１の改質部１ａに大流量で急激に供給されると、改質部１ａにおける原燃料ガスと水蒸気との比率が変化し、水蒸気（原料水）の割合が相対的に低下し、改質部１ａにおいてコーキング（炭化物発生）が発生するおそれがある。この点本実施例によれば、燃料電池システムの起動時（傾斜特性領域ＭＢ）においては、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）が減少しているため、チェック弁８の弁体８ｃが閉弁方向（矢印Ａ２方向）に動作し、弁体８ｃの開弁度を減少させることができる。このため、チェック弁８を流れる原燃料ガスの単位時間あたりの流量が過剰に増加することが抑えられる。このため水蒸気（原料水）を過剰にせずとも、改質部１ａにおけるコーキングの発生を抑制するのに有利となる。

また、図３の特性線から理解できるように、燃料電池２の運転が通常運転（領域ＭＡ）から傾斜特性領域ＭＢを経て停止状態に移行するとき、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）は次第に減少するため、チェック弁８の開弁度は次第に減少する。この場合、図３に示すように、燃料電池２の運転が傾斜特性領域ＭＢから停止状態に移行するとき、第１ポンプ５におけるガス搬送力が減少するにつれて、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）が減少するため、チェック弁８の弁体８ｃを閉弁方向（矢印Ａ２方向）に動作させて弁体８ｃの開弁度を減少させることができる。このため燃料電池システムを停止させる際に、チェック弁８は、チェック弁８を流れる原燃料ガスの流量を自動的に減少させることができる。なお、第１ポンプ５が完全に停止すれば、付勢バネ８ｄの付勢力によりチェック弁８の弁体８ｃは自動的に閉鎖される。

また、燃料源４の改質前の原燃料ガスを改質部１ａおよび／または燃料電池２のアノード極２ａに封入する封入操作が実行されることがある。封入操作の場合、大きな流量の原燃料ガスが燃料電池２のアノード極２ａに急激に供給されることは、避けることが好ましい。この点本実施例によれば、第１ポンプ５の駆動力を小さくし、第１ポンプ５の吸込圧（負圧）を減少させれば、チェック弁８の開弁度を自動的に減少させることができる。従って原燃料ガスを燃料電池２のアノード極２ａに少量ずつ供給して封入するのに有利となる。なお、燃料源４の改質前の原燃料ガスを改質部１ａおよび／または燃料電池２のアノード極２ａに供給し、既存のガスを追い出すパージ操作を実行しても良い。

図２は本実施例に係るバッファタンク９を示す。このバッファタンク９は、流路断面積が小さな絞り１０を一体に装備するものであり、大きな室容積をもつバッファ室９ｅを有する角箱形状をなす箱体９ａと、箱体９ａの側面壁９ｃに設けられ第１ポンプ５のポンプ吐出口５ｐに繋がる入口管９ｉと、箱体６ａの側面壁９ｃに設けられ流量センサ１１に繋がる出口管９ｐとをもつ。バッファ室９ｅの流路断面積は、第１供給通路３の流路断面積、出口管９ｐの流路断面積、入口管９ｉの流路断面積よりもかなり大きく設定されている。絞り１０は出口管９ｐの始端側に設けられている。つまり、小孔状をなす絞り１０は箱体９ａの側面壁９ｃ（バッファタンク９を構成する壁）に孔を形成することにより、バッファタンク９の側面壁９ｃに直接設けられている。絞り１０の流路断面積は、出口管９ｐの流路断面積、入口管９ｉの流路断面積、第１供給通路３の流路断面積よりも小さく設定されており、原燃料ガス等のガスを絞る絞り効果を有する。上記したようにバッファタンク９は、流路断面積が小さな絞り１０を一体に装備するため、コンパクト化を図り得る。

脱硫器１２は、改質装置１の改質部１ａに供給される原燃料ガスの硫黄成分を低減または除去させるものである。脱硫器１２は、脱硫剤を担持したビーズなどの担体の集合体を備えている。また、脱硫器１２は、脱硫剤を担持したモノリス構造体で形成しても良い。図１に示すように、脱硫器１２が第１供給通路３においてバッファタンク９および絞り１０の下流に設けられているため、バッファタンク９および絞り１０により脈動が低減した原燃料ガスを脱硫器１２に流すことができる。従って、原燃料ガスができるだけ均一に脱硫器１２に流れ、脱硫器１２における脱硫効果の均一性を高めるのに有利である。

加えて本実施例によれば、図１に示すように、脱硫器１２は、第１供給通路３において、バッファタンク９および絞り１０の下流に設けられている。このため、大気開放されている燃焼部１ｃと脱硫器１２との接触を避けることができる。故に大気と脱硫器１２の脱硫剤との直接的な接触が抑えられ、脱硫器１２の脱硫性能を長期にわたり確保するのに有利となる。

図４は本発明の実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図４に示すように、第１ポンプ５は、ハウジングとなる基体５００と、基体５００に矢印Ａ１，Ａ２方向に往復移動可能に保持された駆動軸５０１と、駆動軸５０１をスライド可能に保持する軸受５０１ｗと、駆動軸５０１を往復移動させるための駆動部となる電磁石５０２と、電磁石５０２を保持する保持部５０３と、駆動軸５０１の長さ方向の一端部に設けられた可撓性をもつ第１ダイヤフラム膜５２０ｆと、駆動軸５０１の長さ方向の他端部に設けられた可撓性をもつ第２ダイヤフラム膜５２０ｓとをもつ。

更に図４に示すように、第１ポンプ５は、第１ダイヤフラム膜５２０ｆを覆う第１作動室５３２ｆを形成する第１閉鎖部材５３０ｆと、第２ダイヤフラム膜５２０ｓを覆う第２作動室５３２ｓを形成する第２閉鎖部材５３０ｓと、第１閉鎖部材５３０ｆに設けられた第１吐出ポート５４１ｆおよび第１吸込ポート５４３ｆと、第１吐出ポート５４１ｆに移動可能に嵌合された第１吐出弁６４１ｆと、第１吸込ポート５４３ｆに移動可能に嵌合された第１吸込弁６４３ｆと、第１吐出ポート５４１ｆに連通可能な第１吐出室５５１ｆと、第１吸込ポート５４３ｆに連通可能な第１吸込室５５３ｆと、第２閉鎖部材５３０ｓに設けられた第２吐出ポート５４１ｓおよび第２吸込ポート５４３ｓと、第２吐出ポート５４１ｓに嵌合された第２吐出弁６４１ｓと、第２吸込ポート５４３ｓに嵌合された第２吸込弁６４３ｓと、第２吐出ポート５４１ｓに連通可能な第２吐出室５５１ｓと、第２吸込ポート５４３ｓに連通可能な第２吸込室５５３ｓと、原燃料ガスを吐出させるポンプ吐出口５ｐと、燃料源４およびチェック弁８の側から原燃料ガスを吸い込むポンプ吸込口５ｉとを備えている。

図４に示すように、第１吐出室５５１ｆと第１吸込室５５３ｆとを気密的に仕切る第１仕切部材５５５ｆが設けられている。第２吐出室５５１ｓと第２吸込室５５３ｓとを気密的に仕切る第２仕切部材５５５ｓが設けられている。

ここで本実施例によれば、ポンプ吸込口５ｉは、第１吸込室５５３ｆおよび第２吸込室５５３ｓに連通可能である。ポンプ吐出口５ｐは、第１吐出室５５１ｆおよび第２吐出室５５１ｓに連通可能である。第１吸込室５５３ｆと第２吐出室５５１ｓとは図略の連通路を介して互いに連通する。第２吸込室５５３ｓと第１吐出室５５１ｆとは図略の連通路を介して互いに連通する。

本実施例によれば、図４に示すように、第１吐出弁６４１ｆは断面でＴ形状をなしており、移動可能な軸部７００と、軸部７００に連接された鍔状のストッパ部７０１とをもつ。他の弁についても同様な断面形状をもつ。

第１作動室５３２ｆが増圧されると、断面Ｔ形状の第１吐出弁６４１ｆは開弁方向（矢印Ｂ１方向）に移動して開弁されるものの、断面逆Ｔ形状の第１吸込弁６４３ｆは矢印Ｂ１方向に移動できず、閉鎖されたままである。これに対して第２作動室５３２ｓが増圧されると、断面Ｔ形状の第２吐出弁６４１ｓは開弁方向（矢印Ｂ２０方向）に移動して開弁されるものの、断面逆Ｔ形状の第２吸込弁６４３ｓは矢印Ｂ１０方向に移動できず、閉鎖されたままである。

ところで電磁石５０２が励磁作動すると、駆動軸５０１が矢印Ｘ１方向および矢印Ｘ２方向に交互に往復移動する。駆動軸５０１が矢印Ｘ１方向に移動するときについて説明する。この場合、第２ダイヤフラム膜５２０ｓが矢印Ｘ１方向に向けて変形し、第２作動室５３２ｓの容積を大きくし、第２作動室５３２ｓを減圧させて吸込力を発生させ、第２吸込弁６４３ｓを開弁方向（矢印Ｂ１０方向）に移動させて開弁する。更に駆動軸５０１が矢印Ｘ１方向に移動すると、第１ダイヤフラム膜５２０ｆが矢印Ｘ１方向に変形し、第１作動室５３２ｆの容積を小さくさせ、第１作動室５３２ｆを増圧させて吐出力を発生させ、第１吐出弁６４１ｆを開弁方向（矢印Ｂ１方向）に移動させて開弁させる。この結果、駆動軸５０１が矢印Ｘ１方向に移動するときには、原燃料ガスは、ポンプ吸込口５ｉ→第２吸込室５５３ｓ→第２吸込ポート５４３ｓ→第２作動室５３２ｓ→第１作動室５３２ｆ→第１吐出ポート５４１ｆ→第１吐出室５５１ｆ→ポンプ吐出口５ｐに流れる。結果として、原燃料ガスはポンプ吸込口５ｉから吸引され、ポンプ吐出口５ｐから吐出される。

次に、駆動軸５０１が矢印Ｘ２方向に移動するときについて説明する。この場合、第１ダイヤフラム膜５２０ｆが矢印Ｘ２方向に向けて変形し、第１作動室５３２ｆの容積を大きくし、第１作動室５３２ｆを減圧させて吸込力を発生させ、第１吸込弁６４３ｆを開弁方向（矢印Ｂ２方向）に移動させて開弁する。更に駆動軸５０１が矢印Ｘ２方向に移動すると、第２ダイヤフラム膜５２０ｓが矢印Ｘ２方向に変形し、第２作動室５３２ｓの容積を小さくさせ、第２作動室５３２ｓを増圧させて吐出力を発生させ、第２吐出弁６４１ｓを開弁方向（矢印Ｂ２０方向）に移動させて開弁させる。この結果、駆動軸５０１が矢印Ｘ２方向に移動するときには、原燃料ガスは、ポンプ吸込口５ｉ→第１吸込室５５３ｆ→第１吸込ポート５４３ｆ→第１作動室５３２ｆ→第２作動室５３２ｓ→第２吐出ポート５４１ｓ→第２吐出室５５１ｓ→ポンプ吐出口５ｐに流れる。結果として、原燃料ガスはポンプ吸込口５ｉから吸引され、ポンプ吐出口５ｐから吐出される。

本実施例においても、第１ポンプ５のポンプ吸込口５ｉの吸込圧（負圧）によって、チェック弁８の弁体８ｃを開弁方向（矢印Ａ１方向）に吸引する吸引力が増加し、チェック弁８の開弁度を調整することができる。

図５は本発明の実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５に示すように、脱硫器１２は第１ポンプ５の上流に設けられている。即ち脱硫器１２は第１供給通路３においてチェック弁８の上流に設けられている。このため、硫黄成分が脱硫器１２により脱硫されて浄化された原燃料ガスが、チェック弁８、第１ポンプ５、バッファタンク９、絞り１０、流量センサ１１、改質装置１の改質部１ａの順に流れる。このため、硫黄成分がチェック弁８、第１ポンプ５、バッファタンク９、絞り１０、流量センサ１１に影響を与えることが抑制される。更に絞り１０は、流路断面積を手動または自動で可変とする可変絞り１０とされている。このため原燃料ガスの脈動を減衰させる効果を適宜調整することができる。

（その他）
実施例２では、第１ポンプ５は駆動軸を往復移動させることによりダイヤフラム膜を変形させる方式が採用されているが、これに限定されるものではなく、回転式のポンプでも良く、例えばベーンポンプ、ギヤポンプでも良く、要するに、原燃料ガスを搬送させるとき脈動を発生するものであれば良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施例に特有の構造は、他の実施例においても適用できる。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置をもつ改質システムであって、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、前記供給通路において前記改質装置と前記燃料源との間に設けられ前記燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って前記改質装置に供給するガス搬送源とを具備しており、前記供給通路において前記ガス搬送源の下流で且つ前記改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする改質システム。
［付記項２］付記項１において、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが前記供給通路において前記絞りの下流に設けられている改質システム。
［付記項３］付記項１または２において、前記供給通路において前記ガス搬送源の上流に、チェック弁が設けられており、前記チェック弁は、前記供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、前記弁体が閉弁動作をする方向に前記弁体を付勢する付勢バネとを備えており、前記チェック弁は、前記ガス搬送源から原燃料ガスが前記燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、前記燃料源から前記ガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する改質システム。
［付記項４］付記項３において、前記ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、前記ガス搬送源の駆動時において、前記吸込口は前記チェック弁の前記弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる改質システム。
［付記項５］付記項１〜３のうちのいずれか一項において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が前記供給通路において前記バッファタンクおよび前記絞りの上流または下流に設けられている改質システム。

本発明は改質装置をもつ燃料電池システム、改質装置をもつ改質システムに利用できる。

実施例１に係る燃料電池システムの概念を示す図である。 実施例１に係り、バッファタンクを示す斜視図である。 実施例１に係る燃料電池の発電出力とチェック弁の開度を模式的に示すグラフである。 実施例２に係り、第１ポンプの断面図である。 実施例３に係る燃料電池システムの概念を示す図である。

符号の説明

１は改質装置、１ａは改質部、１ｃは燃焼部、２は燃料電池、３は第１供給通路、４は燃料源、５は第１ポンプ（ガス搬送源）、６は燃焼用空気通路、８はチェック弁、９はバッファタンク、１０は絞り、１２は脱硫器、１３は第２供給通路を示す。

Claims (6)

1. 燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置と、
   前記改質装置で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池と、
   前記燃料源と前記改質装置とを繋ぐ供給通路と、
   前記供給通路において前記改質装置と前記燃料源との間に設けられ前記燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って前記改質装置に供給するガス搬送源とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記供給通路において前記ガス搬送源の下流で且つ前記改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１において、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが前記供給通路において前記絞りの下流に設けられている燃料電池システム。
3. 請求項１または２において、前記供給通路において前記ガス搬送源の上流に、チェック弁が設けられており、
   前記チェック弁は、前記供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、前記弁体が閉弁動作をする方向に前記弁体を付勢する付勢バネとを備えており、
   前記チェック弁は、前記ガス搬送源から原燃料ガスが前記燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、前記燃料源から前記ガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する燃料電池システム。
4. 請求項３において、前記ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、前記ガス搬送源の駆動時において、前記吸込口は前記チェック弁の前記弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる燃料電池システム。
5. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が前記供給通路において前記バッファタンクおよび前記絞りの上流または下流に設けられている燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記バッファタンクを構成する壁に前記絞りが形成されている燃料電池システム。

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