JP2018070399A - 水素生成装置及びそれを備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】水素生成装置において簡素な構成でＣＯセンサの水素ガス曝露を抑制する。【解決手段】水素生成装置（２００）は、改質器（１１）と、燃焼器（１３）と、第１排気経路（１５）と、第２排気経路（２５）と、ＣＯセンサ（２７）と、遮断弁（２９）と、制御器（３１）とを備える。第１排気経路（１５）は、排ガスの流れ方向に分岐部（１９）及び合流部（２３）をこの順番で有する。第２排気経路（２５）は、分岐部（１９）に接続された一端を含む第１分岐路（１７）と、合流部（２３）に接続された他端を含む第２分岐路（２１）とを有する。ＣＯセンサ（２７）は、第２排気経路（２５）において第２分岐路（２１）から離れて配置されている。第２分岐路（２１）は、合流部（２３）からＣＯセンサ（２７）への排ガスの拡散を抑制する長さを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、水素生成装置及びそれを備えた燃料電池システムに関する。

一般的に、燃料電池システムには改質器を備えた水素生成装置が用いられる。改質器では、原料を用いて水素含有ガスが生成される。改質器における改質反応を適切に行うために、改質器の温度を所定の温度に保つ必要がある。このため、改質器を加熱する燃焼器が用いられる。燃焼器は、改質器で生成された水素含有ガス等の燃料を燃焼させる。燃焼器の排ガス中の一酸化炭素を検知するためにＣＯセンサが使用される。

例えば、特許文献１には、図５に示す通り、水素生成装置３００が記載されている。水素生成装置３００は、改質器３０１と、燃焼器３０２と、第１排ガス流路３０８と、ＣＯ検知器３０９と、第１遮断器３１０Ａと、第２遮断器３１０Ｂと、分岐路３１１Ａと、制御器３１２とを備えている。分岐路３１１Ａは、第１ガス流路３０８をバイパスする流路である。分岐路３１１Ａは、分岐路３１１Ａの上流端において第１ガス流路３０８から分岐し、分岐路３１１Ａの下流端において第１ガス流路３０８と連通している。第１遮断器３１０Ａ及び第２遮断器３１０Ｂは、分岐路３１１Ａに設けられている。ＣＯ検知器３０９は、分岐路３１１Ａにおいて第１遮断器３１０Ａと第２遮断器３１０Ｂとの間に設けられている。

制御器３１２は、第１排ガス流路３０８に排ガスが流れる期間の一部において、第１遮断器３１０Ａ及び第２遮断器３１０Ｂを遮断する。このため、ＣＯ検知器３０９の劣化を促進する水素ガスにＣＯ検知器３０９が曝される可能性が低減し、ＣＯ検知器３０９の水素曝露による劣化の可能性が低減する。

特開２０１４−２１８４０８号公報

特許文献１に記載の技術によれば、水素生成装置３００は複雑な構成を有する。このため、特許文献１に記載の技術は、水素生成装置の簡素化の観点から改良の余地を有する。

本開示は、
原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料ガス又は前記水素含有ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された排ガスを排出する第１排気経路であって、当該第１排気経路における前記排ガスの流れ方向に分岐部及び合流部をこの順番で有する第１排気経路と、
前記分岐部から前記第１排気経路と分岐して前記合流部まで延びている第２排気経路であって、前記分岐部に接続された一端を含む第１分岐路と、前記合流部に接続された他端を含む第２分岐路とを有する、第２排気経路と、
前記第２排気経路において前記第２分岐路から離れて配置されたＣＯセンサと、
前記第２排気経路において前記ＣＯセンサと前記第２排気経路の前記一端との間に配置され、前記排ガスの流入を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁の開閉を制御する制御器と、を備え、
前記第２分岐路は、前記合流部から前記ＣＯセンサへの前記排ガスの拡散を抑制する長さを有する、
水素生成装置を提供する。

本開示の技術によれば、水素生成装置を簡素化できる。

図１は、本開示の一実施形態に係る水素生成装置及び燃料電池システムの構成図である。 図２は、図１における遮断弁の制御の一例を示すフローチャートである。 図３は、図１における第１排気経路及び第２排気経路を構成する配管の一例を示す断面図である。 図４は、図３に示す配管部材をIV-IV線に沿って見た断面図である。 図５は、従来例に係る水素生成装置を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、改質器で生成された水素含有ガス等の燃料を燃焼器で燃焼させた場合に燃焼器の排ガス中のＣＯを検知するＣＯセンサに関する課題について鋭意検討を重ね、以下の知見を得た。

ＣＯセンサの一例として、半導体式ガスセンサ及び接触燃焼式ガスセンサが知られている。半導体式ガスセンサは、貴金属等の金属元素を微量添加して増感したｎ型酸化物半導体（例えば、酸化スズの焼結体）を備え、その半導体が可燃性ガスと接触した際に電気伝導度が変化する特性を利用して可燃性ガスを検知する。接触燃焼式ガスセンサは、例えば、白金の細線に担持体を添着させて貴金属が担持された素子と、貴金属が担持されていない素子との一対の素子を備える。一対の素子を所定の温度に加熱した状態で可燃性ガスが素子に接触すると触媒酸化反応によって一対の素子に発熱差が生じる。これにより、接触燃焼式ガスセンサは可燃性ガスを検知する。

このようなＣＯセンサを水素生成装置に用いる場合、燃焼器において燃料が適切に燃焼しないと、燃焼器からの排ガスに水素ガスが含まれうる。この場合、燃焼器からの排ガスにＣＯセンサが曝露されると、ＣＯセンサの中心的な機能を担う電極及び触媒が劣化してしまう。このため、水素生成装置を備えたシステムの優れた安全性を保証するためには、ＣＯセンサが水素ガスに曝露されないように管理する必要がある。特許文献１に記載の技術は、ＣＯセンサの水素ガス曝露を抑制する観点から有利である。また、分岐路３１１Ａに導かれた排ガスを第１ガス流路３０８に戻して第１ガス流路３０８を流れる排ガスとともに放出できる。しかし、分岐路３１１Ａに２つの遮断器を設ける必要があるので複雑な構造を有する。そこで、本発明者らは、排ガスの一部をＣＯ検知のためにバイパスさせる場合に簡素な構成でＣＯセンサの水素ガス曝露を抑制できる技術について日夜検討を重ね、本開示の水素生成装置を案出した。

本開示の第１態様は、
原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料ガス又は前記水素含有ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された排ガスを排出する第１排気経路であって、当該第１排気経路における前記排ガスの流れ方向に分岐部及び合流部をこの順番で有する第１排気経路と、
前記分岐部から前記第１排気経路と分岐して前記合流部まで延びている第２排気経路であって、前記分岐部に接続された一端を含む第１分岐路と、前記合流部に接続された他端を含む第２分岐路とを有する、第２排気経路と、
前記第２排気経路において前記第２分岐路から離れて配置されたＣＯセンサと、
前記第２排気経路において前記ＣＯセンサと前記第２排気経路の前記一端との間に配置され、前記排ガスの流入を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁の開閉を制御する制御器と、を備え、
前記第２分岐路は、前記合流部から前記ＣＯセンサへの前記排ガスの拡散を抑制する長さを有する、
水素生成装置を提供する。

第１態様によれば、ＣＯセンサによって排ガス中のＣＯを検知できるとともに第２排気経路を流れる排ガスを合流部で第１排気経路を流れる排ガスと合流させて排出できる。加えて、第２排気経路において、第１排気経路の合流部に接続された第２排気経路の他端とＣＯセンサとの間に遮断弁を配置しなくても、排ガスに水素ガスが含まれる場合に上記の遮断弁のみを閉じることにより、ＣＯセンサの水素ガス曝露を抑制できる。なぜなら、ＣＯセンサは、第２排気経路において第２分岐路から離れて配置されており、かつ、第２分岐路は、第１排気経路の合流部からＣＯセンサへの排ガスの拡散を抑制する長さを有するからである。このように、第１態様によれば、簡素な構成でＣＯセンサの水素ガス曝露を抑制できる。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記第１排気経路は、前記分岐部と前記合流部との間に位置する第１上り部と、前記第１上り部から前記合流部に上方に延びている立ち上がり路とを有し、前記第２分岐路は、前記第２排気経路における前記ＣＯセンサと前記合流部との間に位置する第２上り部を有し、前記第２上り部から前記合流部まで上方に延びている、水素生成装置を提供する。第２態様によれば、第１排気経路において排ガスは立ち上がり路を上方に流れて合流部を通過するので、排ガスに水素ガスが含まれていても、水素ガスが合流部を上方に通過しやすい。このため、第１排気経路から第２分岐路に水素ガスが拡散することを抑制できる。

本開示の第３態様は、第２態様に加えて、前記立ち上がり路、前記第２分岐路、及び前記立ち上がり路と前記第２分岐路とを仕切る仕切壁を内部に有する配管部材をさらに備えた、水素生成装置を提供する。第３態様によれば、単一の配管部材によって、立ち上がり路及び第２分岐路を形成できる。

本開示の第４態様は、第２態様又は第３態様に加えて、
前記燃焼器で生成された前記排ガスから凝縮したドレンを貯留するタンクと、
前記第１上り部よりも下方に配置された第１排水口及び前記第１上り部よりも下方に配置されたドレン合流部を有するとともに前記タンクに接続され、前記第１排気経路に含まれる前記ドレンを前記第１排水口から排出する第１ドレン流路と、
前記第２上り部よりも下方に配置された第２排水口を有するとともに前記ドレン合流部に接続され、前記第２排水口から前記第２分岐路に含まれる前記ドレンを排出する第２ドレン流路と、をさらに備え、
少なくとも前記第１ドレン流路の一部に水トラップが形成されており、
前記第１上り部及び前記第２上り部は、前記タンクに貯留された前記ドレンの水位よりも上方に位置している、
水素生成装置を提供する。

第４態様によれば、排ガスから凝縮したドレンを第１ドレン流路及び第２ドレン流路を通過させてタンクに貯留でき、かつ、少なくとも第１ドレン流路の一部に水トラップを形成できる。加えて、第１上り部及び第２上り部がタンクに貯留されたドレンの水位よりも上方に位置しているので、水トラップは第１上り部及び第２上り部よりも下方に位置する。このため、第１上り部及び第２上り部が水トラップにより閉塞されることがないので、第１排気経路及び第２排気経路における排ガスの流れが水トラップによって阻害されない。

本開示の第５態様は、
第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様の水素生成装置と、
前記水素生成装置の前記改質器で生成された前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた、
燃料電池システムを提供する。

第５態様によれば、水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電しつつ、第１態様〜第４態様と同様の効果を得ることができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

図１に示す通り、本開示の一実施形態に係る燃料電池システム１００は、水素生成装置２００と、燃料電池４５とを備えている。水素生成装置２００は、改質器１１と、燃焼器１３と、第１排気経路１５と、第２排気経路２５と、ＣＯセンサ２７と、遮断弁２９と、制御器３１とを備えている。改質器１１は、原料ガスから水素含有ガスを生成するデバイスである。燃焼器１３は、原料ガス又は改質器１１によって生成された水素含有ガス等の燃料を燃焼させて改質器１１を加熱する。第１排気経路１５は、燃焼器１３で生成された排ガスを排出する経路である。第１排気経路１５は、第１排気経路１５における排ガスの流れ方向に分岐部１９及び合流部２３をこの順番で有する。第２排気経路２５は、分岐部１９から第１排気経路１５と分岐して合流部２３まで延びている経路である。第２排気経路２５は、分岐部１９に接続された第２排気経路２５の一端を含む第１分岐路１７と、合流部２３に接続された第２排気経路２５の他端を含む第２分岐路２１とを有する。ＣＯセンサ２７は、第２排気経路２５において第２分岐路２１から離れて配置されている。遮断弁２９は、第２排気経路２５においてＣＯセンサ２７と分岐部１９に接続された第２排気経路２５の一端との間に配置され、排ガスの流入を遮断可能である。制御器３１は、遮断弁２９の開閉を制御する。第２分岐路２１は、合流部２３からＣＯセンサ２７への排ガスの拡散を抑制する長さを有する。

改質器１１は、例えば、水蒸気改質反応（ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂）等の改質反応により水素ガスを生成する。例えば、改質器１１には、改質反応を進行させるための改質触媒が収められている。改質器１１は、例えば、水及び原料ガスを用いて水素ガスを生成する。原料ガスは、例えば、都市ガス及び液化石油ガス（ＬＰガス）等の炭化水素ガスである。例えば、水素生成装置２００は、ポンプ又はブロワ等の原料ガス供給器５１をさらに備え、原料ガス供給器５１の作動により原料ガスが改質器１１に供給される。

改質器１１で生成された水素含有ガスは燃料電池４５に供給される。燃料電池４５は、改質器１１で生成された水素含有ガスを用いて発電する。例えば、燃料電池システム１００は、ポンプ又はブロワ等の酸化剤ガス供給器５２をさらに備え、酸化剤ガス供給器５２の作動により酸化剤ガスが燃料電池４５に供給される。燃料電池４５において、酸化剤ガスと水素含有ガスとが反応して電力が生成される。燃料電池４５は、例えば、固体高分子形燃料電池である。例えば、燃料電池４５による発電に伴う排熱によって湯が生成される。この場合、生成された湯は貯湯タンク（図示省略）に貯められる。

燃焼器１３は、燃料を燃焼させることにより改質器１１を加熱する。燃焼器１３は、例えば、改質器１１に隣接して配置されている。燃焼器１３は、点火装置及び火炎検知器等の必要な機器（図示省略）を備えている。点火装置は、特定の種類の点火装置に限定されないが、例えば、接地電極と、接地電極との間に火花を発生可能な位置に配置された高圧電極とを備えた装置である。火炎検知器は、特定の種類の火炎検知器に限定されないが、例えば、フレームロッド又は熱電対である。フレームロッドによれば、燃料が燃焼した際に発生するイオン化電流値を測定でき、これにより火炎を検知できる。熱電対によれば、火炎の温度を検知することにより、火炎を検知できる。

水素生成装置２００は、例えば、燃焼器１３に接続された燃料供給路４７をさらに備え、燃料供給路４７から原料ガス又は水素含有ガス等の燃料が燃焼器１３に供給される。例えば、燃料供給路４７は、改質器１１で生成され燃料電池４５を通過した水素含有ガスが燃焼器１３に供給されるように燃料電池４５に接続されている。この場合、燃焼器１３には、燃料電池４５のアノードから排出されたガス（アノードオフガス）が燃料供給路４７を通って供給される。また、燃焼器１３は、ポンプ又はブロア等の酸化剤ガス供給器に接続されている。これにより、空気等の酸化剤ガスが酸化剤ガス供給器によって燃焼器１３に供給され、燃焼器１３において燃料を燃焼させることができる。例えば、燃焼器１３は、酸化剤ガス供給器５２に接続されていてもよいし、酸化剤ガス供給器５２とは別の酸化剤ガス供給器に接続されていてもよい。

第１排気経路１５は、燃焼器１３に接続されている。第１排気経路１５は、例えば、燃焼器１３に接続された入口から水素生成装置２００又は燃料電池システム１００の筐体の外部に接している出口まで延びている。これにより、燃焼器１３で生成された排ガスは、第１排気経路１５を通って大気に放出される。

第２排気経路２５において、遮断弁２９が開いているとき、第１分岐路１７と第２分岐路２１とが連通している。この場合、分岐部１９において、排ガスの一部は第１分岐路１７及び第２分岐路２１を通過して合流部２３に流れ込み、第１排気経路１５を通過して合流部２３に到達した排ガスの残部と合流する。その後、排ガスは合流部２３を通過して筐体の外部に向かって流れる。これにより、ＣＯセンサ２７に接触しながら排ガスの一部が第２排気経路２５を通過するので、排ガス中のＣＯ検知が可能である。

ＣＯセンサ２７は、ＣＯを検知できる限り特に制限されないが、例えば接触燃焼式ガスセンサ又は半導体式ガスセンサである。

例えば、燃焼器１３において燃料である水素含有ガスが適切に燃焼しないと、燃焼器１３の排ガスに水素が含まれる可能性がある。ＣＯセンサ２７が水素に曝露されると、ＣＯセンサ２７の中心的な役割を担う電極又は触媒が経時的に劣化する。この劣化は、水素による電極又は触媒が還元されることにより生じる。このため、ＣＯセンサ２７が水素に曝露されると、ＣＯセンサ２７におけるＣＯの検知反応が阻害され、ＣＯセンサ２７がＣＯを適切に検知できなくなる。

そこで、排ガスに水素が含まれる可能性がある場合には、遮断弁２９を閉じることにより、ＣＯセンサ２７に向かって流入する排ガスを遮断でき、ＣＯセンサ２７が水素に曝露されることを抑制できる。遮断弁２９は、排ガスの流入を遮断可能な弁であれば、特定の弁に限定されない。一例において、遮断弁２９として常閉式又は常開式の電磁弁を利用できる。

典型的には、第２排気経路２５には、遮断弁２９以外の遮断弁が配置されていない。このため、遮断弁２９が閉じられている場合でも、第２排気経路２５におけるＣＯセンサ２７の周辺の空間は、第２分岐路２１によって合流部２３と連通している。しかし、第２分岐路２１は、合流部２３からＣＯセンサ２７への排ガスの拡散を抑制する長さを有する。このため、燃焼器１３の排ガスに水素が含まれる可能性がある場合でも、遮断弁２９が閉じられていれば、ＣＯセンサ２７が水素に曝露されることを抑制できる。このように、水素生成装置２００は、簡易な構成でＣＯセンサ２７の水素ガス曝露を抑制できる。合流部２３からＣＯセンサ２７への排ガスの拡散を抑制するために必要な第２分岐路２１の長さは、第１排気経路１５において合流部２３を通過する排ガスの流速、方向、及び水素濃度等の水素生成装置２００の運転条件、第２分岐路２１を形成する配管の形状、第２分岐路２１が延びる方向、及び合流部２３とＣＯセンサ２７との位置関係等の条件によって様々な値でありうる。このため、合流部２３からＣＯセンサ２７への排ガスの拡散を抑制するために必要な第２分岐路２１の長さは、例えば、予め行った実験又はシミュレーション（模擬実験）の結果を踏まえつつ安全率を考慮して決定することができる。

制御器３１は、例えば、排ガスが第１排気経路１５を流れる期間の一部において、遮断弁２９を閉じるように遮断弁２９の開閉を制御する。制御器３１は、遮断弁２９の開閉を制御する機能を発揮できる構成であれば、特定の構成に限定されない。制御器３１は、例えば信号の入出力のためのインターフェースと、MPU（Micro Processor Unit）及びCPU（Central Processing Unit）等の演算処理装置と、制御プログラムを記憶する及び演算処理装置による演算結果を一時的に記憶するRAM（Ramdom Access Memory）及びROM（Read Only Memory）等の記憶装置とが相互に接続された構成を有する。なお、制御器３１は、集中制御を行う単独の機器によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の機器によって構成されていてもよい。例えば、遮断弁２９は、制御器３１からの制御信号を受信可能に有線又は無線によって制御器３１に接続されている。

制御器３１は、例えば、図２に示すフローチャートの処理に従って、遮断弁２９の開閉を制御する。この処理は、遮断弁２９が開いている状態、すなわち、ＣＯセンサ２７によって排ガス中のＣＯ検知が行われている状態で開始される。まず、ステップＳ１０１において、制御器３１は、燃焼器１３に排ガスが流れる期間のうち所定期間であるか否か判断する。所定期間は、燃焼器１３からの排ガスが第１排気経路１５を流れる期間のうちの一部の期間であり、水素生成装置２００の構成及び動作等の条件に従って適宜設定される。所定期間において、典型的には、排ガスに水素が含まれるように燃焼器１３が動作する。ステップＳ１０１における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１０１における判断結果が肯定的になるまでステップＳ１０１の処理が繰り返される。ステップＳ１０１における判断結果が肯定的である場合、制御器３１は、ステップＳ１０２に進み、遮断弁２９を閉じるための制御信号を遮断弁２９に向かって出力する。これにより、遮断弁２９が閉じ、排ガスに水素が含まれる可能性がある場合に、ＣＯセンサ２７が水素に曝露されず、ＣＯセンサ２７の機能不全を防止できる。

次に、制御器３１は、ステップＳ１０３に進み、遮断弁２９を閉じるための制御信号を遮断弁２９に向かって出力してから所定時間が経過したか否か判断する。所定時間は、例えば、排ガスに水素が含まれないように燃焼器１３が動作するまでに必要な時間に基づいて定められている。ステップＳ１０３における判断結果が肯定的である場合、制御器３１は、ステップＳ１０４に進み、遮断弁２９を開くための制御信号を遮断弁２９に向かって出力し、一連の処理が終了する。これにより、遮断弁２９が開き、ＣＯセンサ２７によって排ガス中のＣＯの検知が再開される。

制御器３１は、例えば、燃焼器１３が有する火炎検知器（図示省略）の検出結果に基づいて、遮断弁２９の開閉を制御してもよい。この場合、火炎検知器は、例えば、火炎検知器による火炎の検知結果を示す信号を制御器３１が受信可能であるように制御器３１と有線又は無線によって接続されている。制御器３１は、火炎検知器が火炎を検知していることを示す信号を受信している期間には遮断弁２９を開き、火炎検知器が火炎を検知していないことを示す信号を受信している期間には遮断弁２９を閉じるように制御する。

図１に示す通り、例えば、第１排気経路１５は、第１上り部３９と、立ち上がり路１６とをさらに有する。第１上り部３９は、分岐部１９と合流部２３との間に位置する。立ち上がり路１６は、第１上り部３９から合流部２３に上方に延びている経路である。また、第２分岐路２１は、第２排気経路２５におけるＣＯセンサ２７と合流部２３との間に位置する第２上り部４０を有し、第２上り部４０から合流部２３まで上方に延びている。第１排気経路１５において排ガスは立ち上がり路１６を上方に流れて合流部２３を通過するので、排ガスに水素ガスが含まれていても、水素ガスが合流部２３を上方に通過しやすい。このため、第１排気経路１５から第２分岐路１５に水素ガスが拡散することを抑制できる。この場合、第２分岐路２１の長さが比較的短くても、第２分岐路２１により合流部２３からＣＯセンサ２７への排ガスの拡散を抑制できる。

例えば、第１排気経路１５は、分岐部１９から第１上り部３９までの区間において、水平面に対して下方に傾きつつ水平面に沿って延びている。このため、第１排気経路１５が延びる方向は、第１上り部３９において上方に向かって大きく変化する。例えば、第２排気経路２５は、ＣＯセンサ２７から第２上り部４０までの区間において、水平面に対して下方に傾きつつ水平面に沿って延びている。このため、第２排気経路２５が延びる方向は、第２上り部４０において上方に向かって大きく変化する。

図１に示す通り、例えば、水素生成装置２００は、排ガス熱交換器４９をさらに備えており、第１排気経路１５における燃焼器１３と分岐部１９との間の経路の一部は排ガス熱交換器４９の内部で延びている。排ガス熱交換器４９は、例えば、排ガスと水との熱交換により水を温める。排ガスは排ガス熱交換器４９において冷却されるので、排ガスから水分が凝縮する可能性がある。また、第１排気経路１５又は第２排気経路２５を排ガスが流れる過程で排ガスが冷えて排ガスから水分が凝縮する可能性がある。第１排気経路１５が分岐部１９から第１上り部３９までの区間において水平面に対して下方に傾いていると、凝縮水が分岐部１９に向かって流れることを防止できる。加えて、第２排気経路２５がＣＯセンサ２７から第２上り部４０までの区間において水平面に対して下方に傾いていると、凝縮水がＣＯセンサ２７に向かって流れることを防止できる。

図１に示す通り、水素生成装置２００は、例えば、タンク３３と、第１ドレン流路３７と、第２ドレン流路４１とをさらに備えている。タンク３３は、燃焼器１３で生成された排ガスから凝縮したドレン（凝縮水）を貯留する。第１ドレン流路３７は、第１排水口４２及びドレン合流部４３を有するとともにタンク３３に接続された流路である。第１排水口４２及びドレン合流部４３は、第１上り部３９よりも下方に配置されている。第１ドレン流路３７は、第１排気経路１５に含まれるドレンを第１排水口４２から排出するための流路である。第２ドレン流路４１は、第２上り部４０よりも下方に配置された第２排水口４４を有するとともにドレン合流部４３に接続されている。第２ドレン流路４１は、第２排水口４４から第２分岐路２１に含まれるドレンを排出するための流路である。第２排出口４４から排出されたドレンは、ドレン合流部４３において第１排水口４２から排出されたドレンと合流して第１ドレン流路３７を流れてタンク３３に回収される。少なくとも第１ドレン流路３７の一部に水トラップが形成されている。これにより、排ガスがタンク３３から外部に漏れ出すことを防止できる。第１上り部３９及び第２上り部４０は、タンク３３に貯留されたドレンの水位よりも上方に位置している。このため、第１上り部３９及び第２上り部４０よりも下方に水トラップが形成される。その結果、第１排気経路１５及び第２排気経路２５における排ガスの流れが水トラップによって阻害されない。

上記の通り、排ガスは排ガス熱交換器４９において冷却され、排ガスから水分が凝縮する可能性がある。第１排気経路１５又は第２排気経路２５を排ガスが流れる過程で排ガスが冷えて排ガスから水分が凝縮する可能性がある。特に、排ガスが合流部に近づくにつれて排ガスから水分が凝縮しやすい。第１排気経路１５の第１上り部３９と合流部２３との間の部分は立ち上がり路１６として形成されており、第２分岐路２１は、第２上り部４０から合流部２３まで上方に延びている。このため、第１排気経路１５及び第２排気経路２５に含まれる凝縮水を、水トラップを介してタンク３３に回収できる。

ドレン合流部４３は、典型的には、第１上り部３９よりも下方に配置されている。第２上り部４０は、例えば、第１上り部３９よりも上方に配置されている。なお、第２上り部４０は、第１上り部３９と略同じ高さに配置されていてもよい。

立ち上がり流路１６及び第２分岐路２１を形成するための配管部材の一例について説明する。図３に示す通り、水素生成装置２００は、例えば、配管部材５０を備えている。配管部材５０は、立ち上がり流路１６、第２分岐路２１、及び仕切壁１８を内部に有する部材である。仕切壁１８は、立ち上がり路１６と第２分岐路２１とを仕切る壁である。この場合、単一の配管部材５０によって、立ち上がり路１６及び第２分岐路２１を形成できる。

水素生成装置２００は、配管部材５２、配管部材５４、及び配管部材５６をさらに備えている。配管部材５２は、分岐部１９と第１上り部３９との間の第１排気経路１５を形成している。配管部材５４は、第１排気経路１５の一部及び第１分岐路１７を形成している。配管部材５４は遮断弁２９に接続されている。配管部材５６は、遮断弁２９と第２上り部４０との間の第２排気経路２５を形成している。配管部材５６の一端は遮断弁２９に接続されている。配管部材５６にはＣＯセンサ２７が取付けられている。配管部材５２の一端は、配管部材５４に接続されている。

図３及び図４に示す通り、配管部材５０は、第１の方向に延びている主管５１と、主管５１の外周面から第１の方向と垂直な方向に突出している３つのフランジ（フランジ５５、フランジ５７、及びフランジ５９）とを有している。フランジ５５及びフランジ５７は同一の方向（第２の方向）に開口している。フランジ５９は、主管５１の周方向にフランジ５５から離れて配置されている。主管５１は、その両端に一対のフランジ（フランジ５３ａ及びフランジ５３ｂ）を有する。フランジ５５は、フランジ５５の内部に配管部材５２の他端が挿入された状態で配管部材５２と接続されている。第１上り部３９は、フランジ５５の内部に形成されている。フランジ５７は、フランジ５７の内部に配管部材５６の他端が挿入された状態で配管部材５６と接続されている。第２上り部４０は、フランジ５７の内部に形成されている。

仕切壁１８は、主管５１の内部空間を第１の方向及び第２の方向と垂直な第３の方向に二分するように、フランジ５３ａに含まれる主管５１の一端から第１の方向に所定の距離れた位置からフランジ５３ｂの根元まで第１の方向に延びている。仕切壁１８は、フランジ５３ｂの根元において主管５１の内周面につながっている。仕切壁１８によって仕切られた２つの空間の一方が立ち上がり路１６に相当する。仕切壁１８によって仕切られた２つの空間の他方が第２分岐路２１に相当する。仕切壁１８とフランジ５３ａに含まれる主管５１の一端との間の空間が合流部２３に相当する。フランジ５３ｂの内部空間は、第１上り部３９と連通しており、フランジ５３ｂによって第１排水口４２が形成されている。一方、フランジ５９の内部空間が第２上り部４０と連通している。フランジ５９によって第２排水口４４が形成されている。

配管部材５０は、例えば、水素生成装置２００において第１の方向（主管５１が延びている方向）が鉛直方向となるように取り付けられている。これにより、立ち上がり路１６が第１上り部３９から合流部２３に上方に延びている。加えて、第２分岐路２１は、第２上り部４０から合流部２３まで上方に延びている。

（変形例）
立ち上がり路１６及び第２分岐路２１が単一の配管部材によって形成されていることは必須ではない。例えば、立ち上がり路１６及び第２分岐路２１を別々の配管で形成したうえで、これらの配管をジョイント部品によって接合して合流部２３を形成してもよい。

１１ 改質器
１３ 燃焼器
１５ 第１排気経路
１６ 立ち上がり路
１７ 第１分岐路
１８ 仕切壁
１９ 分岐部
２０ 配管部材
２１ 第２分岐路
２３ 合流部
２５ 第２排気経路
２７ ＣＯセンサ
２９ 遮断弁
３１ 制御器
３３ タンク
３７ 第１ドレン流路
３９ 第１上り部
４０ 第２上り部
４１ 第２ドレン流路
４２ 第１排水口
４３ ドレン合流部
４４ 第２排水口
４５ 燃料電池
１００ 燃料電池システム
２００ 水素生成装置

Claims (5)

1. 原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器と、
   前記原料ガス又は前記水素含有ガスを燃焼させて改質器を加熱する燃焼器と、
   前記燃焼器で生成された排ガスを排出する第１排気経路であって、当該第１排気経路における前記排ガスの流れ方向に分岐部及び合流部をこの順番で有する第１排気経路と、
   前記分岐部から前記第１排気経路と分岐して前記合流部まで延びている第２排気経路であって、前記分岐部に接続された一端を含む第１分岐路と、前記合流部に接続された他端を含む第２分岐路とを有する、第２排気経路と、
   前記第２排気経路において前記第２分岐路から離れて配置されたＣＯセンサと、
   前記第２排気経路において前記ＣＯセンサと前記第２排気経路の前記一端との間に配置され、前記排ガスの流入を遮断可能な遮断弁と、
   前記遮断弁の開閉を制御する制御器と、を備え、
   前記第２分岐路は、前記合流部から前記ＣＯセンサへの前記排ガスの拡散を抑制する長さを有する、
   水素生成装置。
2. 前記第１排気経路は、前記分岐部と前記合流部との間に位置する第１上り部と、前記第１上り部から前記合流部に上方に延びている立ち上がり路とを有し、
   前記第２分岐路は、前記第２排気経路における前記ＣＯセンサと前記合流部との間に位置する第２上り部を有し、前記第２上り部から前記合流部まで上方に延びている、
   請求項１に記載の水素生成装置。
3. 前記立ち上がり路、前記第２分岐路、及び前記立ち上がり路と前記第２分岐路とを仕切る仕切壁を内部に有する配管部材をさらに備えた、請求項２に記載の水素生成装置。
4. 前記燃焼器で生成された前記排ガスから凝縮したドレンを貯留するタンクと、
   前記第１上り部よりも下方に配置された第１排水口及び前記第１上り部よりも下方に配置されたドレン合流部を有するとともに前記タンクに接続され、前記第１排気経路に含まれる前記ドレンを前記第１排水口から排出する第１ドレン流路と、
   前記第２上り部よりも下方に配置された第２排水口を有するとともに前記ドレン合流部に接続され、前記第２排水口から前記第２分岐路に含まれる前記ドレンを排出する第２ドレン流路と、をさらに備え、
   少なくとも前記第１ドレン流路の一部に水トラップが形成されており、
   前記第１上り部及び前記第２上り部は、前記タンクに貯留された前記ドレンの水位よりも上方に位置している、
   請求項２又は３に記載の水素生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成装置と、
   前記水素生成装置の前記改質器で生成された前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた、
   燃料電池システム。

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