JP2009076327A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で少量の改質ガスにより改質器を充填可能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１００は、改質ユニット１４０と燃料電池１７０とを連通させ、燃料電池１７０から流出される改質ガスを改質ユニット１４０に供給させる循環経路１９１と、循環経路１９１に設け循環経路１９１を流れる改質ガスを貯留可能な貯留タンク１８１を有し、改質器１４１の圧力が大気圧以下の状態で貯留タンク１８１に貯留した改質ガスを改質ユニット１４０に供給する改質ガス供給手段１８０とを備えた。
【選択図】図１
【解決手段】燃料電池システム１００は、改質ユニット１４０と燃料電池１７０とを連通させ、燃料電池１７０から流出される改質ガスを改質ユニット１４０に供給させる循環経路１９１と、循環経路１９１に設け循環経路１９１を流れる改質ガスを貯留可能な貯留タンク１８１を有し、改質器１４１の圧力が大気圧以下の状態で貯留タンク１８１に貯留した改質ガスを改質ユニット１４０に供給する改質ガス供給手段１８０とを備えた。
【選択図】図１
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法に関する。特に、灯油などの炭化水素原料を用いる燃料電池システムに関する。
家庭用の電源として、水素と酸素の化学反応により発電する燃料電池が注目されており、開発が進められている。これと共に、燃料電池に供給する水素の製造装置として、灯油、天然ガス、アルコール等の炭化水素原料を改質し、水素を生成する改質装置が提案されている。
このような燃料電池システムを一般家庭に導入する際に、高効率下での運転パターンの一つとして起動停止運転（ＤＳＳ運転）がある。燃料電池システムを停止する際に触媒の活性低下を抑制するために水蒸気を充填後にドライガスを充填する必要がある。ところが、灯油等の液体燃料を原料とした燃料電池システムでは、ＬＰＧや都市ガスを原料としたシステムと異なり原料ガスを充填ガスとして活用できない難点がある。灯油などの液体燃料型のシステムでドライガスとして自給できるのは、燃焼ガスと改質ガスのみである。その中で改質ガスを活用した充填処理が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
このような燃料電池システムを一般家庭に導入する際に、高効率下での運転パターンの一つとして起動停止運転（ＤＳＳ運転）がある。燃料電池システムを停止する際に触媒の活性低下を抑制するために水蒸気を充填後にドライガスを充填する必要がある。ところが、灯油等の液体燃料を原料とした燃料電池システムでは、ＬＰＧや都市ガスを原料としたシステムと異なり原料ガスを充填ガスとして活用できない難点がある。灯油などの液体燃料型のシステムでドライガスとして自給できるのは、燃焼ガスと改質ガスのみである。その中で改質ガスを活用した充填処理が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１に記載のものは、互いに連通された改質装置としての複数の触媒反応器と、触媒反応器に接続された外部に排出する排気ラインに設けられ、排気ラインのガスを貯留する貯留装置と、貯留装置に貯留されたガスを触媒反応器に供給するガス補給ラインと、運転中に貯留装置に排気ラインのガスを貯留し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が負圧になったときに、貯留装置からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する負圧防止装置とを備える。
特許文献２に記載の燃料電池発電設備は、互いに連通された改質装置としての複数の触媒反応器と、触媒反応器に接続された外部に連通する排気ラインに設けられた貯留バッファとを備える。貯留バッファと排気ラインの全排気ライン内容積Ｖが、原料遮断弁から排気調節弁までに封入される全ガス量の停止時と常温常圧時の容積差ΔＶよりも十分大きく設定されている。
運転停止後、触媒反応器内の圧力が負圧になったときに、排気ライン内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する。
運転停止後、触媒反応器内の圧力が負圧になったときに、排気ライン内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する。
ところで、改質装置をドライガスで充填する際には、凝縮水を生成させないレベルまで改質ガスを供給する必要があり、改質装置の温度低下による減圧対応も合わせて考慮する必要がある。
このため、特許文献１や特許文献２に記載のものでは、大量のガスを保持する大きなガス貯留部を備えたり、減圧時にドライガスを追加供給するための煩雑なシステム制御を備える必要がある。
このため、特許文献１や特許文献２に記載のものでは、大量のガスを保持する大きなガス貯留部を備えたり、減圧時にドライガスを追加供給するための煩雑なシステム制御を備える必要がある。
本発明の目的は、上述のような問題などに鑑み、簡単な構成で少量の改質ガスにより改質器を充填可能な燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法を提供することである。
本発明の燃料電池システムは、炭化水素燃料を改質して、水素ガス（Ｈ2）を主成分とする改質ガスを製造する改質装置と、前記改質ガスを利用して発電する燃料電池とを有する燃料電池システムであって、前記改質装置と前記燃料電池とを連通させ、前記燃料電池から流出される前記改質ガスを前記改質装置へ供給させる循環経路と、この循環経路に設けられ、前記循環経路を流れる前記改質ガスを貯留可能な貯留装置を有し、前記改質装置の内圧が所定の圧力以下の状態で、前記貯留装置に貯留された前記改質ガスを前記改質装置に供給する改質ガス供給手段と、を具備したことを特徴とする。
このため、貯留装置に貯留された改質ガスは、改質装置の内部が所定の圧力になった際に、改質ガス供給手段により循環経路を通って、改質装置に充填される。したがって、簡単な構成により改質装置を改質ガスで充填することができる。また、改質装置が所定の圧力になった際に改質ガスを供給すればよいので、改質ガス供給量を調節でき、少量の供給量に抑えることができる。そして、改質ガスを貯留するための貯留装置の容積が小さくて済む。
このため、貯留装置に貯留された改質ガスは、改質装置の内部が所定の圧力になった際に、改質ガス供給手段により循環経路を通って、改質装置に充填される。したがって、簡単な構成により改質装置を改質ガスで充填することができる。また、改質装置が所定の圧力になった際に改質ガスを供給すればよいので、改質ガス供給量を調節でき、少量の供給量に抑えることができる。そして、改質ガスを貯留するための貯留装置の容積が小さくて済む。
本発明では、前記改質装置に水蒸気を導入して前記改質装置を冷却させる冷却手段を具備し、前記循環経路は、前記冷却手段にて前記改質装置に水蒸気を導入して冷却した後に、前記改質装置に改質ガスを供給して前記水蒸気を置換することが好ましい。
このため、水蒸気の導入により改質装置が冷えて、内圧を大きく低下させることができる。そして、改質装置の内圧が低下した後に、改質ガスを供給するので改質装置に供給するための改質ガスの量が少量で済む。
このため、水蒸気の導入により改質装置が冷えて、内圧を大きく低下させることができる。そして、改質装置の内圧が低下した後に、改質ガスを供給するので改質装置に供給するための改質ガスの量が少量で済む。
また、本発明では、前記改質ガス供給手段は、前記改質装置の内圧が周囲の気圧よりも低い状態で、前記改質ガスを前記改質装置に供給したことが好ましい。
このため、改質ガスが周囲の気圧よりも低い状態の改質装置に供給されるので、外部の空気が流入して改質装置の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
このため、改質ガスが周囲の気圧よりも低い状態の改質装置に供給されるので、外部の空気が流入して改質装置の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
そして、本発明では、前記循環経路には、前記貯留装置に連通し少なくとも一部の前記改質ガスが並列で流通可能に分岐された連通経路が設けられ、前記連通経路には、前記貯留装置より下流側に位置し、前記改質装置の内圧が周囲の気圧よりも低い状態で開口する改質ガス開閉弁が設けられたことが好ましい。
このため、循環経路に並列状に分岐し貯留装置に連通する連通経路に設けられた改質ガス開閉弁は、周囲の気圧よりも低い状態で開口し貯留装置の改質ガスが改質装置に流入するので、簡単な構成で改質装置に外部の空気が流入して改質装置の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
このため、循環経路に並列状に分岐し貯留装置に連通する連通経路に設けられた改質ガス開閉弁は、周囲の気圧よりも低い状態で開口し貯留装置の改質ガスが改質装置に流入するので、簡単な構成で改質装置に外部の空気が流入して改質装置の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
そして、本発明では、前記改質ガス供給手段は、前記改質装置の内圧が前記貯留装置の内圧よりも低い状態で、前記改質ガスを前記改質装置に供給したことが好ましい。
このため、改質装置の内圧が貯留装置の内圧よりも低いので、貯留装置に貯留された改質ガスは、改質装置に容易に流れる。したがって、改質装置に改質ガスを容易に充填できる。
このため、改質装置の内圧が貯留装置の内圧よりも低いので、貯留装置に貯留された改質ガスは、改質装置に容易に流れる。したがって、改質装置に改質ガスを容易に充填できる。
さらに、本発明では、前記改質ガス供給手段は、前記貯留装置に前記改質ガスを加圧して貯留することが好ましい。このため、改質装置の内部の圧力が貯留装置の圧力よりも高い状態でも、改質ガスを加圧することにより改質ガスを供給することができる。そして、加圧により改質ガスの供給量を調整することができる。
そして、本発明では、前記循環経路は前記貯留装置よりも上流側において、前記燃料電池から流出される前記改質ガスを循環させるとともに、前記貯留装置の前記改質ガスを加圧して供給する循環ブロワを有したことが好ましい。
このため、循環ブロワは、循環経路を通して改質ガスを改質装置に循環させることができるとともに、貯留装置に貯留させることができるので、共用化を図ることができ、構成が簡略化される。
このため、循環ブロワは、循環経路を通して改質ガスを改質装置に循環させることができるとともに、貯留装置に貯留させることができるので、共用化を図ることができ、構成が簡略化される。
そして、本発明では、前記循環経路には、前記貯留装置の上流側と下流側とに逆止弁が設けられたことが好ましい。このため、上流側の逆止弁は、貯留装置内の改質ガスが逆流することを防止する。一方、下流側の逆止弁は、改質装置内の改質ガスが貯留装置に逆流することを防止する。
また、本発明では、前記循環経路は、前記燃料電池から流出される流出ガスに含まれる前記改質ガスを分集して前記改質装置へ供給させる分離手段を有したことが好ましい。
このため、分離手段により得られた純度の高い改質ガスが改質装置に供給されるので、改質装置の内部に充填された触媒は活性が低下しない。
このため、分離手段により得られた純度の高い改質ガスが改質装置に供給されるので、改質装置の内部に充填された触媒は活性が低下しない。
さらに、本発明では、前記炭化水素燃料は灯油であることが好ましい。このため、改質装置の充填に灯油を改質した改質ガスを利用できる。
本発明の燃料電池システムの停止方法は、炭化水素原料を改質装置により水素ガス（Ｈ2）を主成分とする改質ガスに改質し、燃料電池がこの改質ガスを利用して発電する燃料電池システムの停止方法であって、前記燃料電池から流出された改質ガスを前記改質装置に循環させる循環経路に設けられた貯留装置に貯留し、前記改質装置に水蒸気を供給して前記改質装置を冷却し、前記貯留装置へ前記水蒸気を供給した後、前記循環経路を介して前記燃料電池から流出される前記改質ガスを前記改質装置へ供給して前記水蒸気を置換し、前記改質装置の内圧が所定の圧力以下の状態で、前記貯留装置に貯留された前記改質ガスを前記改質装置に供給することを特徴とする。
このような構成によれば、改質装置に水蒸気を充填した後、貯留装置に貯留された改質ガスを改質装置に充填するので、簡単な構成により少量の改質ガスで改質装置を充填することができる。
このような構成によれば、改質装置に水蒸気を充填した後、貯留装置に貯留された改質ガスを改質装置に充填するので、簡単な構成により少量の改質ガスで改質装置を充填することができる。
以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態について説明する。
本実施の形態では、炭化水素原料として灯油を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、例えば灯油に限らず、軽油やナフサなどの各種液体燃料の他、例えば都市ガスやＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）であるプロパンガスなどの気体燃料も対象とする各種燃料電池システムに利用できる。さらに、燃料電池に供給する燃料ガスを製造する製造装置などに適用できる。
図１は、本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態における燃料電池システムの燃料電池から流出された改質ガスの循環経路の概略構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、炭化水素原料として灯油を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、例えば灯油に限らず、軽油やナフサなどの各種液体燃料の他、例えば都市ガスやＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）であるプロパンガスなどの気体燃料も対象とする各種燃料電池システムに利用できる。さらに、燃料電池に供給する燃料ガスを製造する製造装置などに適用できる。
図１は、本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態における燃料電池システムの燃料電池から流出された改質ガスの循環経路の概略構成を示すブロック図である。
[燃料電池システムの構成]
液体燃料供給手段１１０は、図１に示すように、液体燃料貯溜タンク１１１と、液体燃料供給経路１１２と、を備えている。
液体燃料貯溜タンク１１１は、例えば灯油などの液体燃料１１１Ａを流出可能に貯溜する。液体燃料供給経路１１２は、液体燃料貯溜タンク１１１に接続され、液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを流通させる。この液体燃料供給経路１１２は、液体燃料ポンプ１１２Ａおよび燃料供給バルブ１１２Ｂを有し、一端が液体燃料貯溜タンク１１１に接続され他端が脱硫手段１２０に接続された燃料供給管１１２Ｃを備えている。そして、液体燃料供給経路１１２は、液体燃料ポンプ１１２Ａの駆動により液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを脱硫手段１２０へ流通させる。
なお、液体燃料供給手段１１０としては、液体燃料貯溜タンク１１１を備えた構成に限られるものではなく、例えば、別途設けられた液体燃料貯溜タンク１１１に接続されこの液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを流通させる液体燃料供給経路１１２のみを備えた構成としてもよい。
液体燃料供給手段１１０は、図１に示すように、液体燃料貯溜タンク１１１と、液体燃料供給経路１１２と、を備えている。
液体燃料貯溜タンク１１１は、例えば灯油などの液体燃料１１１Ａを流出可能に貯溜する。液体燃料供給経路１１２は、液体燃料貯溜タンク１１１に接続され、液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを流通させる。この液体燃料供給経路１１２は、液体燃料ポンプ１１２Ａおよび燃料供給バルブ１１２Ｂを有し、一端が液体燃料貯溜タンク１１１に接続され他端が脱硫手段１２０に接続された燃料供給管１１２Ｃを備えている。そして、液体燃料供給経路１１２は、液体燃料ポンプ１１２Ａの駆動により液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを脱硫手段１２０へ流通させる。
なお、液体燃料供給手段１１０としては、液体燃料貯溜タンク１１１を備えた構成に限られるものではなく、例えば、別途設けられた液体燃料貯溜タンク１１１に接続されこの液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを流通させる液体燃料供給経路１１２のみを備えた構成としてもよい。
脱硫手段１２０は、脱硫器１２１と、図示しないバッファタンクと、などを備えている。
脱硫器１２１は、液体燃料貯溜タンク１１１から液体燃料供給経路１１２を介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１１１Ａを、液相吸着法により液体燃料１１１Ａ中に含有される硫黄化合物を吸着除去する脱硫処理を実施する。この脱硫器１２１は、図示しない、脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。脱硫剤容器は、内部に脱硫剤が充填された略円筒状に形成され、軸方向の一端に液体燃料供給経路１１２の燃料供給管１１２Ｃの他端が接続され液体燃料１１１Ａが流入される図示しない流入口を有し、軸方向の他端にバッファタンクに接続され脱硫剤と接触して流通する液体燃料１１１Ａを流出させる図示しない流出口を有している。そして、脱硫器１２１は、脱硫剤容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに流出口が鉛直方向の上方に向けて開口する状態に設置される。すなわち、脱硫器１２１は、脱硫剤容器の下部から液体燃料１１１Ａが流入され、鉛直方向の上方に向けて流通しつつ上部から流出させる状態に設置される。脱硫加熱手段は、例えば脱硫剤容器の外面に螺旋状に配設されたシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫剤容器の外面側から流通する液体燃料１１１Ａを例えば２００℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる。なお、脱硫器１２１の外面には、電気ヒータとともに脱硫剤容器の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。また、電気ヒータは、螺旋状に配設する構成に限らず、例えば脱硫剤容器の長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。
脱硫器１２１は、液体燃料貯溜タンク１１１から液体燃料供給経路１１２を介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１１１Ａを、液相吸着法により液体燃料１１１Ａ中に含有される硫黄化合物を吸着除去する脱硫処理を実施する。この脱硫器１２１は、図示しない、脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。脱硫剤容器は、内部に脱硫剤が充填された略円筒状に形成され、軸方向の一端に液体燃料供給経路１１２の燃料供給管１１２Ｃの他端が接続され液体燃料１１１Ａが流入される図示しない流入口を有し、軸方向の他端にバッファタンクに接続され脱硫剤と接触して流通する液体燃料１１１Ａを流出させる図示しない流出口を有している。そして、脱硫器１２１は、脱硫剤容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに流出口が鉛直方向の上方に向けて開口する状態に設置される。すなわち、脱硫器１２１は、脱硫剤容器の下部から液体燃料１１１Ａが流入され、鉛直方向の上方に向けて流通しつつ上部から流出させる状態に設置される。脱硫加熱手段は、例えば脱硫剤容器の外面に螺旋状に配設されたシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫剤容器の外面側から流通する液体燃料１１１Ａを例えば２００℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる。なお、脱硫器１２１の外面には、電気ヒータとともに脱硫剤容器の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。また、電気ヒータは、螺旋状に配設する構成に限らず、例えば脱硫剤容器の長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。
バッファタンクは、脱硫器１２１で脱硫処理された液体燃料１１１Ａを一時的に貯溜するタンクである。バッファタンクには、貯溜する液体燃料１１１Ａの液量を検出する液量センサが設けられている。この液量センサは、バッファタンクに所定量が貯溜される状態に、液体燃料供給経路１１２の液体燃料ポンプ１１２Ａの駆動制御のために液量に関する信号を出力する。そして、このバッファタンクの下部には、脱硫燃料バルブ１２２Ａおよび図示しない脱硫燃料ポンプを有した脱硫燃料経路１２２が接続され、貯溜する脱硫処理後の液体燃料１１１Ａを気化手段１３０へ供給可能となっている。また、バッファタンクの上部には、気化した液体燃料１１１Ａを排出、例えば改質装置としての改質ユニット１４０で燃焼される燃焼ガスとして供給させる図示しない燃焼ガス供給経路が接続されている。
気化手段１３０は、脱硫手段１２０の脱硫燃料経路１２２に接続され、脱硫手段１２０から供給される脱硫処理後の液体燃料１１１Ａを気化させる。この気化手段１３０は、気化器１３１と、冷却手段としての熱交換装置１３２と、給水経路１３３と、などを備えている。なお、気化手段１３０は、改質ユニット１４０に一体的に構成されてもよい。
気化器１３１は、脱硫燃料経路１２２に接続され液体燃料１１１Ａが供給されるとともに、熱交換装置１３２に接続され熱交換装置１３２から水蒸気が供給される。そして、気化器１３１は、液体燃料１１１Ａおよび水蒸気を適宜混合して気化、すなわち原料ガスである気化液体燃料を生成させる。この気化器１３１は、改質ユニット１４０に接続され、水蒸気が混合されて気化した液体燃料１１１Ａである気化液体燃料を改質器１４１へ供給する。
熱交換装置１３２は、改質ユニット１４０に接続され、改質器１４１から排気される排ガスを冷却させるとともに排ガスと熱交換させる水から水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器１３１へ供給させる。具体的には、熱交換装置１３２には、純水１３３Ａを貯溜する純水タンク１３３Ｂが搬送ポンプ１３３Ｃおよび搬送バルブ１３３Ｄを有した給水経路１３３を介して接続され、純水タンク１３３Ｂから純水１３３Ａが供給される。この純水１３３Ａが改質器１４１からの排ガスと熱交換されて水蒸気として気化器１３１に供給される。なお、純水タンク１３３Ｂは、蒸留水などの不純物を含まない純水１３３Ａを貯溜し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
気化器１３１は、脱硫燃料経路１２２に接続され液体燃料１１１Ａが供給されるとともに、熱交換装置１３２に接続され熱交換装置１３２から水蒸気が供給される。そして、気化器１３１は、液体燃料１１１Ａおよび水蒸気を適宜混合して気化、すなわち原料ガスである気化液体燃料を生成させる。この気化器１３１は、改質ユニット１４０に接続され、水蒸気が混合されて気化した液体燃料１１１Ａである気化液体燃料を改質器１４１へ供給する。
熱交換装置１３２は、改質ユニット１４０に接続され、改質器１４１から排気される排ガスを冷却させるとともに排ガスと熱交換させる水から水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器１３１へ供給させる。具体的には、熱交換装置１３２には、純水１３３Ａを貯溜する純水タンク１３３Ｂが搬送ポンプ１３３Ｃおよび搬送バルブ１３３Ｄを有した給水経路１３３を介して接続され、純水タンク１３３Ｂから純水１３３Ａが供給される。この純水１３３Ａが改質器１４１からの排ガスと熱交換されて水蒸気として気化器１３１に供給される。なお、純水タンク１３３Ｂは、蒸留水などの不純物を含まない純水１３３Ａを貯溜し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
改質ユニット１４０は、気化手段１３０により水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな改質ガスに改質する。改質ユニット１４０は、改質手段としての改質器１４１と、ＣＯ変成装置としてのＣＯ変成器１４２と、ＣＯ選択酸化器１４３と、を一体に備える。
改質器１４１は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒および加熱装置としてのバーナ１４１Ａを備えている。バーナ１４１Ａには、液体燃料貯溜タンク１１１に接続され搬送ポンプ１４４Ａを有し液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを搬送する燃料搬送経路１４４が接続されている。燃料搬送経路１４４は、図２に示すように、ストレーナ１４４Ｂを備える。また、バーナ１４１Ａには、送気ブロワ１４５Ａおよび送気バルブ１４５Ｂを有した送気経路１４５が接続され、送気ブロワ１４５Ａの駆動により燃焼用空気が供給される。さらに、バーナ１４１Ａには、詳細は後述する燃料電池１７０に接続され開閉バルブ１４６Ａを有し燃料電池１７０から排出される流出物である燃料ガスを排出する返送手段としての燃料ガス供給経路１４６が接続されている。そして、バーナ１４１Ａは、送気ブロワ１４５Ａから供給される空気により、燃料搬送経路１４４を介して供給された液体燃料１１１Ａおよび燃料ガス供給経路１４６を介して供給された燃料ガスを燃焼させ、改質器１４１に供給された気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。このバーナ１４１Ａの燃焼による高温の排ガスは、気化手段１３０の熱交換装置１３２に供給され、純水１３３Ａとの熱交換により冷やされて外気中に排気される。
改質器１４１は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒および加熱装置としてのバーナ１４１Ａを備えている。バーナ１４１Ａには、液体燃料貯溜タンク１１１に接続され搬送ポンプ１４４Ａを有し液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを搬送する燃料搬送経路１４４が接続されている。燃料搬送経路１４４は、図２に示すように、ストレーナ１４４Ｂを備える。また、バーナ１４１Ａには、送気ブロワ１４５Ａおよび送気バルブ１４５Ｂを有した送気経路１４５が接続され、送気ブロワ１４５Ａの駆動により燃焼用空気が供給される。さらに、バーナ１４１Ａには、詳細は後述する燃料電池１７０に接続され開閉バルブ１４６Ａを有し燃料電池１７０から排出される流出物である燃料ガスを排出する返送手段としての燃料ガス供給経路１４６が接続されている。そして、バーナ１４１Ａは、送気ブロワ１４５Ａから供給される空気により、燃料搬送経路１４４を介して供給された液体燃料１１１Ａおよび燃料ガス供給経路１４６を介して供給された燃料ガスを燃焼させ、改質器１４１に供給された気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。このバーナ１４１Ａの燃焼による高温の排ガスは、気化手段１３０の熱交換装置１３２に供給され、純水１３３Ａとの熱交換により冷やされて外気中に排気される。
ＣＯ変成器１４２は、改質器１４１から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ2）に変成する。このＣＯ変成器１４２は、図示し
ない銅系のＣＯ変成触媒、例えばＣｕ−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3の触媒が充填されてＣＯ変成層を形成する内部空間を有したＣＯ変成容器を備えている。
ＣＯ選択酸化器１４３は、酸化ブロワ１４３Ａが接続されて空気が供給される。そして、ＣＯ選択酸化器１４３は、供給される空気中の酸素により、ＣＯ変成器１４２で変成されずに残留するＣＯをＣＯ2に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ選択酸化器１４３の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
ない銅系のＣＯ変成触媒、例えばＣｕ−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3の触媒が充填されてＣＯ変成層を形成する内部空間を有したＣＯ変成容器を備えている。
ＣＯ選択酸化器１４３は、酸化ブロワ１４３Ａが接続されて空気が供給される。そして、ＣＯ選択酸化器１４３は、供給される空気中の酸素により、ＣＯ変成器１４２で変成されずに残留するＣＯをＣＯ2に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ選択酸化器１４３の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
酸素含有気体供給手段１５０は、酸素含有気体として例えば空気を燃料電池１７０へ供給する。
具体的には、酸素含有気体供給手段１５０は、ブロワ１５１と、一端がブロワ１５１に接続され他端が燃料電池１７０に接続された空気供給管１５２と、この空気供給管１５２に設けられた空気バルブ１５３と、を備えている。そして、ブロワ１５１の駆動により、空気供給管１５２を介して空気を燃料電池１７０へ供給する。
具体的には、酸素含有気体供給手段１５０は、ブロワ１５１と、一端がブロワ１５１に接続され他端が燃料電池１７０に接続された空気供給管１５２と、この空気供給管１５２に設けられた空気バルブ１５３と、を備えている。そして、ブロワ１５１の駆動により、空気供給管１５２を介して空気を燃料電池１７０へ供給する。
また、改質ユニット１４０のＣＯ選択酸化器１４３には、燃料ガスバルブ１６３Ａを有した燃料ガス供給経路１６３を介して燃料電池１７０が接続され、改質ユニット１４０で改質された水素リッチの改質ガス、例えば加湿器などにて６０〜７０℃程度に調整しつつ例えば純水タンク１３３Ｂから供給される純水１３３Ａにて加湿した燃料ガスを燃料電池１７０へ供給する。
また、燃料ガス供給経路１６３は、燃料ガスバルブ１６３Ａより上流側の位置で、バイパス経路１６５が接続されている。このバイパス経路１６５は、切替バルブ１６５Ａを有し、燃料ガス供給経路１４６における開閉バルブ１４６Ａより下流側に接続されている。そして、バイパス経路１６５は、燃料ガス供給経路１６３を流通する燃料ガスを、燃料ガス供給経路１４６を介して改質器１４１のバーナ１４１Ａへ供給する。
開閉バルブ１４６Ａは、貯留タンク１８１に改質ガスが所定量充填された際に開状態となり、負極１７２から排出されたガスの一部を燃料ガス供給経路１４６を介してバーナ１４１Ａへ供給する。
また、燃料ガス供給経路１６３は、燃料ガスバルブ１６３Ａより上流側の位置で、バイパス経路１６５が接続されている。このバイパス経路１６５は、切替バルブ１６５Ａを有し、燃料ガス供給経路１４６における開閉バルブ１４６Ａより下流側に接続されている。そして、バイパス経路１６５は、燃料ガス供給経路１６３を流通する燃料ガスを、燃料ガス供給経路１４６を介して改質器１４１のバーナ１４１Ａへ供給する。
開閉バルブ１４６Ａは、貯留タンク１８１に改質ガスが所定量充填された際に開状態となり、負極１７２から排出されたガスの一部を燃料ガス供給経路１４６を介してバーナ１４１Ａへ供給する。
燃料電池１７０は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池１７０は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極１７１と、負極１７２と、正極１７１および負極１７２間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極１７１側には、酸素含有気体供給手段１５０から例えば加湿器で６０〜７０℃程度に加熱および加湿された空気が供給され、負極１７２側には例えば加湿器で加湿された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水１３３Ａ）が生成されるとともに、正極１７１および負極１７２間に直流電力が発生する。
そして、負極１７２側は、上述したように改質器１４１のバーナ１４１Ａに燃料ガス供給経路１４６を介して接続され、余った水素分をバーナ１４１Ａの燃料として供給する。また、正極１７１側には、分離器１７５が接続されている。この分離器１７５には、正極１７１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１３３Ａ）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１７５には、純水タンク１３３Ｂが接続され、分離した水（純水１３３Ａ）を純水タンク１３３Ｂへ供給する。
また、燃料電池１７０には、冷却装置１７７が設けられている。この冷却装置１７７は、燃料電池１７０に付設された熱回収装置１７７Ａが設けられている。この熱回収装置１７７Ａには、冷却水循環ポンプ１７８Ａおよび熱交換器１７８Ｂを備えた冷却水循環経路１７８を介して純水タンク１３３Ｂが接続されている。そして、冷却装置１７７は、冷却水循環ポンプ１７８Ａの駆動により、熱回収装置１７７Ａと純水タンク１３３Ｂとの間で冷却水となる純水１３３Ａを冷却水循環経路１７８で循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池１７０を冷却させるとともに熱を回収する。熱交換器１７８Ｂは、循環され熱回収装置１７７Ａで熱を回収した純水１３３Ａと、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
そして、負極１７２側は、上述したように改質器１４１のバーナ１４１Ａに燃料ガス供給経路１４６を介して接続され、余った水素分をバーナ１４１Ａの燃料として供給する。また、正極１７１側には、分離器１７５が接続されている。この分離器１７５には、正極１７１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１３３Ａ）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１７５には、純水タンク１３３Ｂが接続され、分離した水（純水１３３Ａ）を純水タンク１３３Ｂへ供給する。
また、燃料電池１７０には、冷却装置１７７が設けられている。この冷却装置１７７は、燃料電池１７０に付設された熱回収装置１７７Ａが設けられている。この熱回収装置１７７Ａには、冷却水循環ポンプ１７８Ａおよび熱交換器１７８Ｂを備えた冷却水循環経路１７８を介して純水タンク１３３Ｂが接続されている。そして、冷却装置１７７は、冷却水循環ポンプ１７８Ａの駆動により、熱回収装置１７７Ａと純水タンク１３３Ｂとの間で冷却水となる純水１３３Ａを冷却水循環経路１７８で循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池１７０を冷却させるとともに熱を回収する。熱交換器１７８Ｂは、循環され熱回収装置１７７Ａで熱を回収した純水１３３Ａと、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
循環手段１９０は、燃料電池１７０に接続され、燃料電池１７０から流出する流出物、すなわち燃料電池１７０から排出される燃料ガスなどの気相分（以下、液体除去ガスと称す）を脱硫手段１２０より下流側に供給する。この循環手段１９０は、循環経路１９１と、貯溜手段１９２と、循環ブロワ１９３と、を備えている。
循環経路１９１は、第１循環バルブ１９１Ａ１１を有し、一端が燃料電池１７０の負極１７２側に接続すなわち燃料ガス供給経路１４６における開閉バルブ１４６Ａより上流側に接続された第１流出物循環管１９１Ａ１を備えている。また、この第１流出物循環管１９１Ａ１の他端には、第２循環バルブ１９１Ｂ１１を有する第２流出物循環管１９１Ｂ１が貯溜手段１９２を介して接続されている。この第２流出物循環管１９１Ｂ１は、第１流出物循環管１９１Ａ１と接続された反対側の端部が脱硫手段１２０の下流側で気化手段１３０の気化器１３１より上流側、すなわち脱硫燃料経路１２２における脱硫燃料バルブ１２２Ａより下流側に接続されている。さらに、第２流出物循環管１９１Ｂ１には、第２循環バルブ１９１Ｂ１１より下流側に位置して、第３流出物循環管１９１Ｃ１が接続されている。この第３流出物循環管１９１Ｃ１は、第３循環バルブ１９１Ｃ１１を有し、燃料搬送経路１４４における搬送ポンプ１４４Ａより下流側でバーナ１４１Ａより上流側、特に搬送ポンプ１４４Ａの駆動を停止して液体燃料１１１Ａの供給を停止した際に燃料搬送経路１４４中に残留し改質器１４１の熱により液体燃料１１１Ａが気化してしまう位置より上流側に接続されている。
循環経路１９１は、第１循環バルブ１９１Ａ１１を有し、一端が燃料電池１７０の負極１７２側に接続すなわち燃料ガス供給経路１４６における開閉バルブ１４６Ａより上流側に接続された第１流出物循環管１９１Ａ１を備えている。また、この第１流出物循環管１９１Ａ１の他端には、第２循環バルブ１９１Ｂ１１を有する第２流出物循環管１９１Ｂ１が貯溜手段１９２を介して接続されている。この第２流出物循環管１９１Ｂ１は、第１流出物循環管１９１Ａ１と接続された反対側の端部が脱硫手段１２０の下流側で気化手段１３０の気化器１３１より上流側、すなわち脱硫燃料経路１２２における脱硫燃料バルブ１２２Ａより下流側に接続されている。さらに、第２流出物循環管１９１Ｂ１には、第２循環バルブ１９１Ｂ１１より下流側に位置して、第３流出物循環管１９１Ｃ１が接続されている。この第３流出物循環管１９１Ｃ１は、第３循環バルブ１９１Ｃ１１を有し、燃料搬送経路１４４における搬送ポンプ１４４Ａより下流側でバーナ１４１Ａより上流側、特に搬送ポンプ１４４Ａの駆動を停止して液体燃料１１１Ａの供給を停止した際に燃料搬送経路１４４中に残留し改質器１４１の熱により液体燃料１１１Ａが気化してしまう位置より上流側に接続されている。
貯溜手段１９２は、循環経路１９１に設けられ、燃料電池１７０の負極１７２から流出される燃料ガスを貯溜する。この貯溜手段１９２には、気液分離手段１９２Ａが設けられている。気液分離手段１９２Ａは、負極１７２から循環経路１９１を流通し貯溜手段１９２に流入した流出ガスに含まれる改質ガスを気液分離する。具体的には、気液分離手段１９２Ａは、貯溜手段１９２を構成する図示しない貯溜タンクに設けられ、燃料ガス中の液相分である水（純水１３３Ａ）のみを純水タンク１３３Ｂへ流過させる図示しないドレントラップと、燃料ガス中の気相分のみを液体除去ガスとして循環経路１９１の下流側へ流通させるベントトラップとを備えている。
循環ブロワ１９３は、循環経路１９１の第２流出物循環管１９１Ｂ１における第２循環バルブ１９１Ｂ１１より上流側に設けられている。循環ブロワ１９３の駆動により貯溜手段１９２に貯留された気相分は脱硫手段１２０より下流側へ供給されるとともに、改質ガス供給手段１８０に供給される。
循環ブロワ１９３は、循環経路１９１の第２流出物循環管１９１Ｂ１における第２循環バルブ１９１Ｂ１１より上流側に設けられている。循環ブロワ１９３の駆動により貯溜手段１９２に貯留された気相分は脱硫手段１２０より下流側へ供給されるとともに、改質ガス供給手段１８０に供給される。
改質ガス供給手段１８０は、改質ガスを貯留可能な貯留タンク１８１を有し、燃料電池システム１００の稼働停止の際に貯留タンク１８１に貯留された改質ガスを供給して改質ガスにて改質ユニット１４０内を置換および充填させる。貯留タンク１８１の容量は、少なくとも１回分の改質ユニット１４０内の置換および充填に必要な改質ガスの容積以上である。この改質ガス供給手段１８０は、改質ユニット１４０内の圧力が所定の圧力以下の状態で貯留タンク１８１内の改質ガスを改質ユニット１４０に供給する。改質ガス供給手段１８０は、連通経路としての副流路１９１Ｂ２に設けられ開閉可能な改質ガス開閉弁１８２と、貯留タンク１８１の上流側に設けられた逆止弁１８３Ａと、貯留タンク１８１の下流側に設けられた逆止弁１８３Ｂとを有する。そして、貯留タンク１８１には内圧を検出する圧力計１８４が取り付けられている。貯留タンク１８１には圧力計に限らず、温度計が取り付けられていても良い。また、改質ガス供給手段１８０の両端部には、図２に示すように、バルブ１８１Ａ、１８２Ｂが設けられている。バルブ１８１Ａを閉状態とし、バルブ１８１Ｂを開状態とすることにより、貯留タンクに貯留された改質ガスを排出できる。
そして、燃料電池システム１００は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料の流量制御、脱硫器１２１の脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器１４１のバーナ１４１Ａの燃焼制御、熱交換装置１３２で水蒸気を生成させるための純水１３３Ａの供給量制御や温度管理、発電量の管理、改質器への改質ガスによる充填処理などを実施する。
改質ガスの充填処理として、発電処理を停止する際には、予め水蒸気で改質器内を充填する。そして、改質器内が負圧状態になった際に、貯留タンク１８１の改質ガスにより、水蒸気を排出する。なお、改質ガスによる充填は、水蒸気による充填の後に行う場合に限られず、水蒸気による充填と同時に行ってもよい。
この制御装置は、液体燃料の流量制御、脱硫器１２１の脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器１４１のバーナ１４１Ａの燃焼制御、熱交換装置１３２で水蒸気を生成させるための純水１３３Ａの供給量制御や温度管理、発電量の管理、改質器への改質ガスによる充填処理などを実施する。
改質ガスの充填処理として、発電処理を停止する際には、予め水蒸気で改質器内を充填する。そして、改質器内が負圧状態になった際に、貯留タンク１８１の改質ガスにより、水蒸気を排出する。なお、改質ガスによる充填は、水蒸気による充填の後に行う場合に限られず、水蒸気による充填と同時に行ってもよい。
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００における動作について、図１および２を参照して説明する。
（起動処理）
制御装置は、発電要求に関する信号を取得すると、各バルブが閉状態であることを確認する。すなわち液体燃料供給経路１１２の燃料供給バルブ１１２Ｂ、脱硫燃料経路１２２の脱硫燃料バルブ１２２Ａ、循環経路１９１の第１循環バルブ１９１Ａ１１、第２循環バルブ１９１Ｂ１１、第３循環バルブ１９１Ｃ１１、給水経路１３３の搬送バルブ１３３Ｄ、酸素含有気体供給手段１５０の空気バルブ１５３、送気経路１４５の送気バルブ１４５Ｂ、燃料ガス供給経路１４６の開閉バルブ１４６Ａ、バイパス経路１６５の切替バルブ１６５Ａ、燃料ガス供給経路１６３の燃料ガスバルブ１６３Ａ、改質ガス開閉弁１８２を閉状態に制御する。なお、発電要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の開始あるいは電力消費の増大などに伴う信号、低下蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
そして、制御装置は、暖気処理を実施する。すなわち、制御装置は、図示しない起動用ヒータを動作させてバーナ１４１Ａを加熱する。また、制御装置は、送気経路１４５の送気バルブ１４５Ｂを開状態にするとともに送気ブロワ１４５Ａを駆動させ、改質器１４１のバーナ１４１Ａに燃焼用空気を供給させる。さらに、制御装置は、冷却水循環経路１７８の冷却水循環ポンプ１７８Ａを駆動させ、純水タンク１３３Ｂに貯留する純水１３３Ａを、冷却装置１７７、熱交換器１７８Ｂおよび純水タンク１３３Ｂで循環させる。
次に、上述した燃料電池システム１００における動作について、図１および２を参照して説明する。
（起動処理）
制御装置は、発電要求に関する信号を取得すると、各バルブが閉状態であることを確認する。すなわち液体燃料供給経路１１２の燃料供給バルブ１１２Ｂ、脱硫燃料経路１２２の脱硫燃料バルブ１２２Ａ、循環経路１９１の第１循環バルブ１９１Ａ１１、第２循環バルブ１９１Ｂ１１、第３循環バルブ１９１Ｃ１１、給水経路１３３の搬送バルブ１３３Ｄ、酸素含有気体供給手段１５０の空気バルブ１５３、送気経路１４５の送気バルブ１４５Ｂ、燃料ガス供給経路１４６の開閉バルブ１４６Ａ、バイパス経路１６５の切替バルブ１６５Ａ、燃料ガス供給経路１６３の燃料ガスバルブ１６３Ａ、改質ガス開閉弁１８２を閉状態に制御する。なお、発電要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の開始あるいは電力消費の増大などに伴う信号、低下蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
そして、制御装置は、暖気処理を実施する。すなわち、制御装置は、図示しない起動用ヒータを動作させてバーナ１４１Ａを加熱する。また、制御装置は、送気経路１４５の送気バルブ１４５Ｂを開状態にするとともに送気ブロワ１４５Ａを駆動させ、改質器１４１のバーナ１４１Ａに燃焼用空気を供給させる。さらに、制御装置は、冷却水循環経路１７８の冷却水循環ポンプ１７８Ａを駆動させ、純水タンク１３３Ｂに貯留する純水１３３Ａを、冷却装置１７７、熱交換器１７８Ｂおよび純水タンク１３３Ｂで循環させる。
この暖気処理の後、制御装置は、バーナ１４１Ａの温度状態を確認する。そして、制御装置は、バーナ１４１Ａがある程度の温度に暖まったことを認識すると、燃料搬送経路１４４の搬送ポンプ１４４Ａを駆動させ、液体燃料貯溜タンク１１１に貯留する液体燃料１１１Ａをバーナ１４１Ａに供給するとともに、バーナ１４１Ａの図示しない点火器を動作させ、液体燃料１１１Ａを燃焼させて改質器１４１を加熱する。
さらに、制御装置は、バーナ１４１Ａの火炎の温度を検知する。そして、制御装置は、バーナ１４１Ａの火炎検知温度が所定の温度に達したことを認識すると、改質ユニット１４０の改質器１４１、ＣＯ変成器１４２およびＣＯ選択酸化器１４３の各温度が所定の温度に達したか否かを検出する。そして、制御装置は、例えば、改質器１４１の改質触媒の温度が５５０℃以上でＣＯ変成器１４２の温度が１５０℃に達したことを認識すると、還元・改質処理を実施する。
さらに、制御装置は、バーナ１４１Ａの火炎の温度を検知する。そして、制御装置は、バーナ１４１Ａの火炎検知温度が所定の温度に達したことを認識すると、改質ユニット１４０の改質器１４１、ＣＯ変成器１４２およびＣＯ選択酸化器１４３の各温度が所定の温度に達したか否かを検出する。そして、制御装置は、例えば、改質器１４１の改質触媒の温度が５５０℃以上でＣＯ変成器１４２の温度が１５０℃に達したことを認識すると、還元・改質処理を実施する。
この還元・改質処理では、制御装置は、脱硫手段１２０の脱硫燃料経路１２２の脱硫燃料バルブ１２２Ａを開状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプを駆動させ、脱硫手段１２０のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料１１１Ａを気化手段１３０の気化器１３１へ供給させる。さらに、制御装置は、液体燃料供給経路１１２の燃料供給バルブ１１２Ｂを開状態とするとともに液体燃料ポンプ１１２Ａを駆動させ、液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａを脱硫手段１２０の脱硫器１２１へ燃料供給管１１２Ｃを介して供給させる。この液体燃料１１１Ａの脱硫器１２１への供給により、液体燃料１１１Ａは、脱硫剤との接触により含有される硫黄化合物が吸着除去され、バッファタンクへ流入される。
また、制御装置は、給水経路１３３の搬送バルブ１３３Ｄを開状態とするとともに、気化手段１３０の給水経路１３３の搬送ポンプ１３３Ｃを駆動させ、純水タンク１３３Ｂに貯溜する純水１３３Ａを熱交換装置１３２へ供給する。この純水１３３Ａの供給により、熱交換装置１３２で改質器１４１からの排ガスとの熱交換により水蒸気が生成されて気化器１３１へ供給される。気化器１３１への液体燃料１１１Ａの供給と、熱交換装置１３２から気化器１３１への水蒸気の供給とにより、液体燃料１１１Ａは水蒸気と混合されて気化され気化液体燃料として改質器１４１へ供給される。
そして、制御装置は、バイパス経路１６５の切替バルブ１６５Ａを開状態とし、気化器１３１から気化液体燃料として供給され改質ユニット１４０で改質処理されて流出するガスをバイパス経路１６５および燃料ガス供給経路１４６を介して改質器１４１のバーナ１４１Ａへ供給する。すなわち、改質ユニット１４０における気化液体燃料の不安定な改質処理状態で処理された燃料ガスは、改質器１４１の安定加熱のための燃焼に利用される。
この気化液体燃料の改質器１４１への供給により改質器１４１から改質処理されて流出するガス（改質ガス）は水素ガスを比較的に高濃度に含有しているので、ＣＯ変成器１４２に流入することで、ＣＯ変成触媒が酸化されていても還元されることとなる。
また、制御装置は、給水経路１３３の搬送バルブ１３３Ｄを開状態とするとともに、気化手段１３０の給水経路１３３の搬送ポンプ１３３Ｃを駆動させ、純水タンク１３３Ｂに貯溜する純水１３３Ａを熱交換装置１３２へ供給する。この純水１３３Ａの供給により、熱交換装置１３２で改質器１４１からの排ガスとの熱交換により水蒸気が生成されて気化器１３１へ供給される。気化器１３１への液体燃料１１１Ａの供給と、熱交換装置１３２から気化器１３１への水蒸気の供給とにより、液体燃料１１１Ａは水蒸気と混合されて気化され気化液体燃料として改質器１４１へ供給される。
そして、制御装置は、バイパス経路１６５の切替バルブ１６５Ａを開状態とし、気化器１３１から気化液体燃料として供給され改質ユニット１４０で改質処理されて流出するガスをバイパス経路１６５および燃料ガス供給経路１４６を介して改質器１４１のバーナ１４１Ａへ供給する。すなわち、改質ユニット１４０における気化液体燃料の不安定な改質処理状態で処理された燃料ガスは、改質器１４１の安定加熱のための燃焼に利用される。
この気化液体燃料の改質器１４１への供給により改質器１４１から改質処理されて流出するガス（改質ガス）は水素ガスを比較的に高濃度に含有しているので、ＣＯ変成器１４２に流入することで、ＣＯ変成触媒が酸化されていても還元されることとなる。
この還元・改質処理の後、制御装置は、改質ユニット１４０における改質処理のための改質器１４１、ＣＯ変成器１４２およびＣＯ選択酸化器１４３の各温度などの条件を確認する。この改質処理の条件が満たされたことを認識すると、酸化ブロワ１４３Ａを駆動させてＣＯ選択酸化器１４３へ空気を供給する。この空気の供給により、ＣＯ変成器１４２で変成されずに残留するＣＯをＣＯ2に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去させる。
そして、改質処理条件の確認後、改質ユニット１４０が安定したか否か、例えば安定する時間が経過したか否かを判断する。そして、制御装置は、改質ユニット１４０の安定時間が経過したことを認識すると、発電処理を実施する。
そして、改質処理条件の確認後、改質ユニット１４０が安定したか否か、例えば安定する時間が経過したか否かを判断する。そして、制御装置は、改質ユニット１４０の安定時間が経過したことを認識すると、発電処理を実施する。
すなわち、制御装置は、酸素含有気体供給手段１５０の空気バルブ１５３を開状態とするとともにブロワ１５１を駆動させ、空気を例えば６０〜７０℃に加熱しつつ純水タンク１３３Ｂから供給される純水１３３Ａにて加湿する。そして、加湿した空気を燃料電池１７０の正極１７１へ供給させる。
さらに、制御装置は、バイパス経路１６５の切替バルブ１６５Ａを閉状態とするとともに、燃料ガス供給経路１６３の燃料ガスバルブ１６３Ａを開状態とし、改質ユニット１４０で改質された水素リッチの改質ガスを、例えば６０〜７０℃に調整しつつ純水タンク１３３Ｂから供給される純水１３３Ａにて加湿する。そして、加湿した改質ガスを燃料電池１７０の負極１７２へ供給させる。
これら加湿された空気および改質ガスの供給により、燃料電池１７０では供給された燃料ガスの水素と供給された空気中の酸素とが反応して水（純水１３３Ａ）を生成させるとともに、正極１７１および負極１７２間に直流電力を発生させる。そして、制御装置は、燃料電池１７０で発生する直流電力の電圧を確認し、発生した直流電力を制御装置の図示しないインバータを介して交流電力に変換させ、電力負荷へ供給させる。具体的には、外部からの商用交流電源を供給する状態から燃料電池システム１００から家庭用電力として供給させる状態に切り替える。このようにして、所定の電圧で発電されたことを認識することで、定常運転処理に移行する。
さらに、制御装置は、バイパス経路１６５の切替バルブ１６５Ａを閉状態とするとともに、燃料ガス供給経路１６３の燃料ガスバルブ１６３Ａを開状態とし、改質ユニット１４０で改質された水素リッチの改質ガスを、例えば６０〜７０℃に調整しつつ純水タンク１３３Ｂから供給される純水１３３Ａにて加湿する。そして、加湿した改質ガスを燃料電池１７０の負極１７２へ供給させる。
これら加湿された空気および改質ガスの供給により、燃料電池１７０では供給された燃料ガスの水素と供給された空気中の酸素とが反応して水（純水１３３Ａ）を生成させるとともに、正極１７１および負極１７２間に直流電力を発生させる。そして、制御装置は、燃料電池１７０で発生する直流電力の電圧を確認し、発生した直流電力を制御装置の図示しないインバータを介して交流電力に変換させ、電力負荷へ供給させる。具体的には、外部からの商用交流電源を供給する状態から燃料電池システム１００から家庭用電力として供給させる状態に切り替える。このようにして、所定の電圧で発電されたことを認識することで、定常運転処理に移行する。
そして、制御装置は、第２循環バルブ１９１Ｂ１１、改質ガス開閉弁１８２を閉状態とし、第１循環バルブ１９１Ａ１１を開状態とする。そして、循環ブロワ１９３を駆動させると、貯溜手段１９２により分離された改質ガスは第２流出物循環管１９１Ｂ１と副流路１９１Ｂ２とに流入する。副流路１９１Ｂ２を流れる改質ガスは、逆止弁１８３Ａを通って貯留タンク１８１に貯留される。改質ガスが所定量貯留されると、開閉バルブ１４６Ａが開状態となり、負極１７２から流出する改質ガスの一部が燃料ガス供給経路１４６を流過してバーナ１４１Ａに送られる。なお、負極１７２から流出する改質ガスの一部を燃料電池システム１００の系外に排出しても良い。
（停止処理）
次に、燃料電池システム１００における動作として、停止時の動作である停止処理について説明する。
まず、制御装置は、停止要求に関する信号を取得すると、停止処理を実施する。この停止要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の低下あるいは停止に伴う信号、蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
すなわち、制御装置は、燃料電池１７０で発電している電力負荷への供給を遮断し、例えば商用交流電源を供給する状態に切り替える。また、制御装置の図示しないインバータをオフする。そして、制御装置は、燃料ガス供給経路１６３の燃料ガスバルブ１６３Ａおよび燃料ガス供給経路１４６の開閉バルブ１４６Ａを閉状態とし、改質ユニット１４０で改質された水素リッチの改質ガスの燃料電池１７０への供給を停止する。さらに、制御装置は、脱硫手段１２０の脱硫燃料経路１２２の脱硫燃料バルブ１２２Ａを閉状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプの駆動を停止させ、脱硫手段１２０のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料１１１Ａの気化器１３１への供給を遮断する。また、制御装置は、液体燃料供給経路１１２の燃料供給バルブ１１２Ｂを閉状態とするとともに液体燃料ポンプ１１２Ａの駆動を停止させ、液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａの脱硫器１２１への供給を停止する。
次に、燃料電池システム１００における動作として、停止時の動作である停止処理について説明する。
まず、制御装置は、停止要求に関する信号を取得すると、停止処理を実施する。この停止要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の低下あるいは停止に伴う信号、蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
すなわち、制御装置は、燃料電池１７０で発電している電力負荷への供給を遮断し、例えば商用交流電源を供給する状態に切り替える。また、制御装置の図示しないインバータをオフする。そして、制御装置は、燃料ガス供給経路１６３の燃料ガスバルブ１６３Ａおよび燃料ガス供給経路１４６の開閉バルブ１４６Ａを閉状態とし、改質ユニット１４０で改質された水素リッチの改質ガスの燃料電池１７０への供給を停止する。さらに、制御装置は、脱硫手段１２０の脱硫燃料経路１２２の脱硫燃料バルブ１２２Ａを閉状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプの駆動を停止させ、脱硫手段１２０のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料１１１Ａの気化器１３１への供給を遮断する。また、制御装置は、液体燃料供給経路１１２の燃料供給バルブ１１２Ｂを閉状態とするとともに液体燃料ポンプ１１２Ａの駆動を停止させ、液体燃料貯溜タンク１１１に貯溜する液体燃料１１１Ａの脱硫器１２１への供給を停止する。
この停止処理の際、制御装置は、水蒸気による充填処理を実施する。停止処理時では改質ユニット１４０は高温であることから、熱交換装置１３２で水蒸気を生成させ気化器１３１を介して、改質ユニット１４０に流入させる。すなわち、改質ユニット１４０に残留する気化液体燃料や燃料ガスなどの改質ガスが水蒸気により押し出されるように、バイパス経路１６５，燃料ガス供給経路１４６を介してバーナ１４１Ａへ流入し、水蒸気は改質ユニット１４０から燃料電池１７０の負極１７２までを充填する状態となる。この水蒸気の改質ユニット１４０への流入により、改質ユニット１４０の冷却が早まる。なお、水蒸気により改質ユニット１４０を充填処理する際、第２流出物循環管１９１Ｂ１の第２循環バルブ１９１Ｂ１１を閉状態としてもよい。
この水蒸気の充填において、改質ユニット１４０に残留する気化液体燃料や燃料ガスなどの改質ガスをバーナ１４１Ａに流過させず、循環手段１９０へ流入させ貯溜手段１７９で回収する構成としてもよい。水蒸気で充填する構成では、残留燃料等を改質ユニット１４０からごく短時間で排出できるものの、改質ユニット１４０は常温まで温度が下がり続けるため、内部の圧力は負圧の状態となる。
改質ユニット１４０の内部の圧力が、大気圧より小さくなると、給水経路１３３の搬送ポンプ１３３Ｃの駆動を停止させ、熱交換装置１３２への純水１３３Ａの供給を停止させる。この純水１３３Ａの供給停止により、水蒸気の発生が停止され、水蒸気による充填が停止される。
この水蒸気の充填において、改質ユニット１４０に残留する気化液体燃料や燃料ガスなどの改質ガスをバーナ１４１Ａに流過させず、循環手段１９０へ流入させ貯溜手段１７９で回収する構成としてもよい。水蒸気で充填する構成では、残留燃料等を改質ユニット１４０からごく短時間で排出できるものの、改質ユニット１４０は常温まで温度が下がり続けるため、内部の圧力は負圧の状態となる。
改質ユニット１４０の内部の圧力が、大気圧より小さくなると、給水経路１３３の搬送ポンプ１３３Ｃの駆動を停止させ、熱交換装置１３２への純水１３３Ａの供給を停止させる。この純水１３３Ａの供給停止により、水蒸気の発生が停止され、水蒸気による充填が停止される。
そして、第２流出物循環管１９１Ｂ１の第２循環バルブ１９１Ｂ１１を開状態にし、貯留タンク１８１に貯蔵された改質ガスを脱硫手段１２０の脱硫燃料経路１２２の下流側に供給する。
この改質ガスの供給により、改質ユニット１４０内の水蒸気がバイパス経路１６５、１４６を介してバーナ１４１Ａへ押し出されるように流入し、改質ガスが改質器１４１、ＣＯ変成器１４２、およびＣＯ選択酸化器１４３に順次流入して置換する状態となる。
そして、改質ユニット１４０の内部の圧力が正圧状態となったことを認識すると、第２流出物循環管１９１Ｂ１の第２循環バルブ１９１Ｂ１１を閉状態として改質ガスの供給を中止させる。これにより、改質ガスは、燃料電池システムの停止中、改質ユニット１４０の内部に残留するので、触媒などを劣化させることがない。
そして、制御装置は、ブロワ１５１の駆動を停止させ、燃料電池１７０の正極１７１への空気の供給を停止させる。そしてさらに、制御装置は、送気ブロワ１４５Ａの駆動を停止させ、バーナ１４１Ａへの燃焼用空気の供給を停止させ、燃料電池システム１００は稼働停止される。
この改質ガスの供給により、改質ユニット１４０内の水蒸気がバイパス経路１６５、１４６を介してバーナ１４１Ａへ押し出されるように流入し、改質ガスが改質器１４１、ＣＯ変成器１４２、およびＣＯ選択酸化器１４３に順次流入して置換する状態となる。
そして、改質ユニット１４０の内部の圧力が正圧状態となったことを認識すると、第２流出物循環管１９１Ｂ１の第２循環バルブ１９１Ｂ１１を閉状態として改質ガスの供給を中止させる。これにより、改質ガスは、燃料電池システムの停止中、改質ユニット１４０の内部に残留するので、触媒などを劣化させることがない。
そして、制御装置は、ブロワ１５１の駆動を停止させ、燃料電池１７０の正極１７１への空気の供給を停止させる。そしてさらに、制御装置は、送気ブロワ１４５Ａの駆動を停止させ、バーナ１４１Ａへの燃焼用空気の供給を停止させ、燃料電池システム１００は稼働停止される。
〔燃料電池システムの作用効果〕
本発明の燃料電池システム１００は、改質ユニット１４０と燃料電池１７０とを連通させ、燃料電池１７０から流出される改質ガスを改質ユニット１４０に供給させる循環経路１９１と、循環経路１９１に設けられ、循環経路１９１を流れる改質ガスを貯留可能な貯留タンク１８１を有し、改質ユニット１４０の内圧が大気圧よりも低い状態で、貯留タンク１８１に貯留された改質ガスを改質ユニット１４０に供給する改質ガス供給手段１８０とを備える。
このため、貯留タンク１８１に貯留された改質ガスは、改質ユニット１４０の内部が大気圧よりも低い状態で、改質ガス供給手段１８０により副経路１９１Ｂ２、第２流出物循環管１９１Ｂ１を通って、改質ユニット１４０に充填される。したがって、簡単な構成で改質ユニット１４０を充填することができる。また、改質ユニット１４０の内圧が大気圧よりも低い状態となった際に改質ガスを供給すればよいので、改質ガス供給量を少なくできる。そして、貯留タンク１８１の容積が小さくて済む。
また、改質ガスが大気圧よりも低い状態の改質ユニット１４０に供給されるので、外部の空気が流入して改質ユニット１４０の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
本発明の燃料電池システム１００は、改質ユニット１４０と燃料電池１７０とを連通させ、燃料電池１７０から流出される改質ガスを改質ユニット１４０に供給させる循環経路１９１と、循環経路１９１に設けられ、循環経路１９１を流れる改質ガスを貯留可能な貯留タンク１８１を有し、改質ユニット１４０の内圧が大気圧よりも低い状態で、貯留タンク１８１に貯留された改質ガスを改質ユニット１４０に供給する改質ガス供給手段１８０とを備える。
このため、貯留タンク１８１に貯留された改質ガスは、改質ユニット１４０の内部が大気圧よりも低い状態で、改質ガス供給手段１８０により副経路１９１Ｂ２、第２流出物循環管１９１Ｂ１を通って、改質ユニット１４０に充填される。したがって、簡単な構成で改質ユニット１４０を充填することができる。また、改質ユニット１４０の内圧が大気圧よりも低い状態となった際に改質ガスを供給すればよいので、改質ガス供給量を少なくできる。そして、貯留タンク１８１の容積が小さくて済む。
また、改質ガスが大気圧よりも低い状態の改質ユニット１４０に供給されるので、外部の空気が流入して改質ユニット１４０の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
燃料電池システム１００では、改質ユニット１４０に水蒸気を導入し、改質ユニット１４０を冷却させる熱交換装置１３２を備え、熱交換装置１３２により改質ユニット１４０に水蒸気を導入した後に、副流路１９１Ｂ２および第２流出物循環管１９１Ｂ１を介して改質ガスを供給し、水蒸気を置換する。
このため、水蒸気の導入により改質ユニット１４０が冷えて、内圧を大きく低下させることができる。また、水蒸気により改質ユニット１４０の内圧が低下した後に、改質ガスを供給するので、改質ユニット１４０を充填するための改質ガスの量がさらに少量で済む。
このため、水蒸気の導入により改質ユニット１４０が冷えて、内圧を大きく低下させることができる。また、水蒸気により改質ユニット１４０の内圧が低下した後に、改質ガスを供給するので、改質ユニット１４０を充填するための改質ガスの量がさらに少量で済む。
そして、燃料電池システム１００では、循環経路１９１には、貯留タンク１８１に連通し少なくとも一部の改質ガスが並列で流通可能に分岐された副流路１９１Ｂ２が設けられ、副流路１９１Ｂ２には、貯留タンク１８１より下流側に位置し、改質ユニット１４０の内圧が大気圧よりも低い状態で開口する改質ガス開閉弁１８２が設けられている。
このため、副流路１９１Ｂ２に設けられた改質ガス開閉弁１８２は、大気圧よりも低い状態で開口し貯留タンク１８１の改質ガスが改質ユニット１４０に流入するので、簡単な構成で改質ユニット１４０に外部の空気が流入して改質ユニット１４０の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
このため、副流路１９１Ｂ２に設けられた改質ガス開閉弁１８２は、大気圧よりも低い状態で開口し貯留タンク１８１の改質ガスが改質ユニット１４０に流入するので、簡単な構成で改質ユニット１４０に外部の空気が流入して改質ユニット１４０の触媒が失活するなどの不都合が防止される。
そして、循環ブロワ１９３は、貯留タンク１８１よりも上流側に設けられ、燃料電池１７０から流出される改質ガスを循環させるとともに、改質ガスを貯留タンク１８１に貯留させる。
このため、循環ブロワ１９３は、循環経路１９１を通して改質ガスを改質ユニット１４０に循環させることができるとともに、改質ガスを貯留タンク１８１に貯留させることができるので、共用化を図ることができ、構成が簡略化される。
このため、循環ブロワ１９３は、循環経路１９１を通して改質ガスを改質ユニット１４０に循環させることができるとともに、改質ガスを貯留タンク１８１に貯留させることができるので、共用化を図ることができ、構成が簡略化される。
また、燃料電池システム１００では、副流路１９１Ｂ２には、貯留タンク１８１の上流側と下流側とに逆止弁１８３Ａ，１８３Ｂが設けられている。このため、上流側の逆止弁は、貯留タンク１８１内の改質ガスが逆流することを防止する。一方、下流側の逆止弁は、改質ユニット１４０内の改質ガスが貯留タンク１８１に逆流することを防止する。
また、循環経路１９１は、貯留タンク１８１よりも上流側において、燃料電池１７０から流出される流出ガスに含まれる改質ガスを分離する気液分離手段１９２Ａを有する。
このため、気液分離手段１９２Ａにより得られた純度の高い改質ガスは、貯留タンク１８１に貯留される。そして、貯留された純度の高い改質ガスが改質ガス供給手段１８０により改質ユニット１４０に供給されるので、改質ユニット１４０の内部に充填された触媒は、活性が低下しない。
気液分離手段１９２Ａは、例えば、公知の乾燥剤や吸水剤を含む管などであってもよい。乾燥剤、吸収剤としては、シリカゲル、モレキュラーシーブ、塩化カルシウム、活性炭、活性アルミナ、シリカアルミナ、ケイ酸マグネシウム、硫酸銅などが挙げられる。
また、気液分離手段１９２Ａは、乾燥材や吸水材などであってもよい。乾燥材、吸収材としては、フェルト、スポンジ、脱脂綿、不織繊維などが挙げられる。
このため、気液分離手段１９２Ａにより得られた純度の高い改質ガスは、貯留タンク１８１に貯留される。そして、貯留された純度の高い改質ガスが改質ガス供給手段１８０により改質ユニット１４０に供給されるので、改質ユニット１４０の内部に充填された触媒は、活性が低下しない。
気液分離手段１９２Ａは、例えば、公知の乾燥剤や吸水剤を含む管などであってもよい。乾燥剤、吸収剤としては、シリカゲル、モレキュラーシーブ、塩化カルシウム、活性炭、活性アルミナ、シリカアルミナ、ケイ酸マグネシウム、硫酸銅などが挙げられる。
また、気液分離手段１９２Ａは、乾燥材や吸水材などであってもよい。乾燥材、吸収材としては、フェルト、スポンジ、脱脂綿、不織繊維などが挙げられる。
さらに、本発明では、炭化水素燃料は灯油である。このため、改質ユニット１４０の充填に灯油を改質した改質ガスを利用できる。
また、制御装置にて統括制御している。このため、温度、流量、バルブの開閉タイミング、ポンプの駆動停止タイミングなど、比較的に容易に制御でき、例えばソフトウェアによるプログラム制御などにて改質ガスの充填および循環制御の構築も容易で、特に停止・起動が比較的に頻繁に実施される家庭用のシステムとしても、自動制御も容易にできる。
なお、制御装置としては、複数の回路基板にて構成されるなど、１個体の形態に限らず、複数の制御回路がネットワークとして構築されたものなど、各種形態が適用できる。
なお、制御装置としては、複数の回路基板にて構成されるなど、１個体の形態に限らず、複数の制御回路がネットワークとして構築されたものなど、各種形態が適用できる。
〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
図３は、他の実施形態における燃料電池システムの燃料電池から流出された改質ガスの循環経路の概略構成を示すブロック図である。
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
図３は、他の実施形態における燃料電池システムの燃料電池から流出された改質ガスの循環経路の概略構成を示すブロック図である。
改質ガス供給手段１８０は、改質ユニット１４０の内部が負圧状態になった際に、改質ガスを改質ユニット１４０に供給する構成としたが、例えば図３に示すように、改質ユニット１４０の内圧が貯留タンク１８１の内圧よりも高い状態で、改質ユニット１４０に改質ガスを供給する構成としてもよい。
この場合、循環ブロワ１９３を作動させることにより、貯留タンク１８１に貯留された改質ガスを改質ユニット１４０に流すことができるので、改質ガス開閉弁１８２を設ける必要がない。このため、改質ガス供給手段１８０の構成を簡単にできる。
この場合、循環ブロワ１９３を作動させることにより、貯留タンク１８１に貯留された改質ガスを改質ユニット１４０に流すことができるので、改質ガス開閉弁１８２を設ける必要がない。このため、改質ガス供給手段１８０の構成を簡単にできる。
そして、貯留タンク１８１は、常圧または低圧タンクである構成を示したが、中高圧タンクでもよい。また、貯留タンク１８１は、水素ガスを吸着できる有機金属化合物などの吸着剤を備えた水素吸蔵装置などでもよい。
また、改質ガス開閉弁１８２は、改質ユニット１４０の内圧が負圧状態となった際に、開状態となる構成を示したが、これに限られない。例えば、改質ユニット１４０には、圧力検値器が設けられ、圧力検値器が所定の圧力を検出すると、改質ガス開閉弁１８２が自動的に開口する構成でもよい。
また、改質ユニット１４０にはさらに温度検値器が設けられ、改質ユニット１４０の内部の圧力および温度が所定値以下の状態で際に、改質ガス開閉弁１８２が開口する構成でもよい。
また、改質ユニット１４０にはさらに温度検値器が設けられ、改質ユニット１４０の内部の圧力および温度が所定値以下の状態で際に、改質ガス開閉弁１８２が開口する構成でもよい。
そして、本発明の燃料電池システムとしては、制御装置で統括して運転制御する構成に限らず、例えば脱硫手段１２０や気化手段１３０、改質ユニット１４０などの構成毎に制御する構成としてもよい。
また、統括制御としてソフトウェアによる信号制御にてバルブの開閉やポンプあるいはブロワの駆動制御を実施する構成としたり、各構成のハードウェアで制御する構成としたりするなど、制御構成としてはいずれの構成が適用できる。
また、統括制御としてソフトウェアによる信号制御にてバルブの開閉やポンプあるいはブロワの駆動制御を実施する構成としたり、各構成のハードウェアで制御する構成としたりするなど、制御構成としてはいずれの構成が適用できる。
さらに、液体燃料を加熱して脱硫する構成としたが、例えば加熱することなく常温で脱硫処理する構成を適用することもできる。このような構成では、バッファタンクなどを省略することができ、加熱のためのエネルギ消費の防止もできる。
また、液体燃料の気化としては、水蒸気混合のみならず、例えば改質ユニット１４０からの排ガスとの熱交換により直接的に気化させて別途水蒸気を混合したり、エゼクタを用いたりするなど、各種気化装置を用いることができる。
また、燃料電池１７０は、固体高分子型に限らず、他の各種構成が適用できる。
また、液体燃料の気化としては、水蒸気混合のみならず、例えば改質ユニット１４０からの排ガスとの熱交換により直接的に気化させて別途水蒸気を混合したり、エゼクタを用いたりするなど、各種気化装置を用いることができる。
また、燃料電池１７０は、固体高分子型に限らず、他の各種構成が適用できる。
また、循環経路１９１は、貯留タンク１８１より上流側において、燃料電池１７０から流出される流出ガスに含まれる改質ガスを分離する気液分離手段１９２Ａを有する構成を示したがこれに限られない。例えば、気液分離手段１９２Ａは、貯留タンク１８１の下流側に設けることもできる。
さらに、副流路１９１Ｂ２には、貯留タンク１８１の上流側と下流側とに一対の逆止弁が設けられた構成としたが、例えば貯留タンク１８１の上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に設ける構成としてもよい。また、逆止弁は、例えば、スイング逆止弁、リフト逆止弁、ボール逆止弁、フート逆止弁などが挙げられる。さらに、逆止弁は、電磁弁であっても良い。
また、気化器１３１は、改質ユニット１４０に水蒸気を含むガスを導入する構成としたが、例えば、改質ユニット１４０に都市ガスやＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）であるプロパンガスなどのドライガスを導入してもよい。このような構成によれば、水蒸気を含まないので、触媒の失活を防止できる。
本発明は、灯油などの液体燃料や液化石油ガスなどの炭化水素原料を用いて発電させる燃料電池システムにおいて、改質器を停止させる際の充填処理に利用できる。
１００……燃料電池システム
１１１Ａ…炭化水素原料としての液体燃料
１３２…冷却手段としての熱交換装置
１４０……改質ユニット
１５０……酸素含有気体供給手段
１７０……燃料電池
１８０……改質ガス供給手段
１８１……貯留装置としての貯留タンク
１８２……改質ガス開閉弁
１８３Ａ，１８３Ｂ……逆止弁
１９１……循環経路
１９１Ｂ２……連通経路としての副流路
１９２Ａ……気液分離手段
１１１Ａ…炭化水素原料としての液体燃料
１３２…冷却手段としての熱交換装置
１４０……改質ユニット
１５０……酸素含有気体供給手段
１７０……燃料電池
１８０……改質ガス供給手段
１８１……貯留装置としての貯留タンク
１８２……改質ガス開閉弁
１８３Ａ，１８３Ｂ……逆止弁
１９１……循環経路
１９１Ｂ２……連通経路としての副流路
１９２Ａ……気液分離手段
Claims (11)
- 炭化水素燃料を改質して、水素ガス（Ｈ2）を主成分とする改質ガスを製造する改質装置と、前記改質ガスを利用して発電する燃料電池とを有する燃料電池システムであって、
前記改質装置と前記燃料電池とを連通させ、前記燃料電池から流出される前記改質ガスを前記改質装置へ供給させる循環経路と、
この循環経路に設けられ、前記循環経路を流れる前記改質ガスを貯留可能な貯留装置を有し、前記改質装置の内圧が所定の圧力以下の状態で、前記貯留装置に貯留された前記改質ガスを前記改質装置に供給する改質ガス供給手段と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記改質装置に水蒸気を導入して前記改質装置を冷却させる冷却手段を具備し、
前記循環経路は、前記冷却手段にて前記改質装置に水蒸気を導入して冷却した後に、前記改質装置に改質ガスを供給して前記水蒸気を置換する
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記改質ガス供給手段は、前記改質装置の内圧が周囲の気圧よりも低い状態で、前記改質ガスを前記改質装置に供給した
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記循環経路には、前記貯留装置に連通し少なくとも一部の前記改質ガスが並列で流通可能に分岐された連通経路が設けられ、
前記連通経路には、前記貯留装置より下流側に位置し、前記改質装置の内圧が周囲の気圧よりも低い状態で開口する改質ガス開閉弁が設けられた
ことを具備したことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記改質ガス供給手段は、前記改質装置の内圧が前記貯留装置の内圧よりも低い状態で、前記改質ガスを前記改質装置に供給した
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記改質ガス供給手段は、前記貯留装置に前記改質ガスを加圧して貯留する
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記循環経路は、前記貯留装置よりも上流側において、前記燃料電池から流出される前記改質ガスを循環させるとともに、前記貯留装置の前記改質ガスを加圧して供給する循環ブロワを有した
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記循環経路には、前記貯留装置の上流側および下流側に逆止弁が設けられた
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記循環経路は、前記燃料電池から流出される流出ガスに含まれる前記改質ガスを分集して前記改質装置へ供給させる分離手段を有した
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記炭化水素燃料は灯油である
ことを特徴とした燃料電池システム。 - 炭化水素原料を改質装置により水素ガス（Ｈ2）を主成分とする改質ガスに改質し、燃料電池がこの改質ガスを利用して発電する燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池から流出された改質ガスを前記改質装置に循環させる循環経路に設けられた貯留装置に貯留し、
前記改質装置に水蒸気を供給して前記改質装置を冷却し、前記貯留装置へ前記水蒸気を供給した後、
前記循環経路を介して前記燃料電池から流出される前記改質ガスを前記改質装置へ供給して前記水蒸気を置換し、前記改質装置の内圧が所定の圧力よりも低い状態で、前記貯留装置に貯留された前記改質ガスを前記改質装置に供給する
ことを特徴とする燃料電池システムの停止方法。
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