JP4087877B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムで用いられるガスが凝縮して凝縮水を生成する可能性がある燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料原料を改質してアノードガスを生成する改質器と、改質器を加熱するバーナと、アノードおよびカソードをもつスタックと、バーナで燃焼したバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス排気口と、燃料電池のカソードに供給されるカソ−ドガスを加湿する加湿器と、燃料電池のカソ−ドから排出されたカソ−ドオフガスを排気するカソ−ドオフガス排気口とを備えている（特許文献１〜４）。
特開２００３−２１７６３５号公報 特開２００３−３３１９０１号公報 特開２００５−１９７１０８号公報 特開２００６−７３４７３号公報

上記した各特許文献によれば、燃料電池システムの構成要素としての上流要素の出口と下流要素の入口とを繋いでいる連通配管を流れるガスが冷えることがある。この場合、連通配管内においてガスが凝縮し、凝縮水を生成させるおそれがある。凝縮水が連通配管内に過剰に溜まると、連通配管における通路断面積が凝縮水で狭くなったり、当該通路が凝縮水で詰まったりするおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、改質器の出口とスタックのアノードの入口とを繋ぐ第１連通配管の途中で凝縮水が過剰に溜まることが抑制され、これにより第１連通配管の通路断面積が凝縮水で狭くなったり、当該第１連通配管の通路が凝縮水で詰まったりすることを抑制す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、凝縮水を生成するおそれがあると共に水素を含むアノードガスをガス状の燃料原料を水蒸気改質により改質して生成する改質器と、前記改質器に供給する水を貯める貯水部と、改質器を改質反応に適するように加熱するバーナと、当該アノードガスが流れるとともに触媒を担持するアノードおよびカソードをもつ燃料電池のスタックと、改質器の出口と前記スタックのアノードの入口とを繋ぐ第１連通配管とを具備する燃料電池システムにおいて、
第１連通配管は、
改質器とスタックとの間に配置され改質器の出口から流れるアノードガスから水分を除去可能な第１水除去要素と、
改質器の出口と第１水除去要素の入口とを繋ぐと共に改質器の出口から第１水除去要素の入口にかけてアノードガスが下降する第１下降配管と、
第１水除去要素の出口とスタックのアノードの入口とを繋ぐと共に第１水除去要素の出口からスタックのアノードの入口にかけてアノードガスが上昇する第１上昇配管とを具備しており、
且つ、第１水除去要素の入口は改質器の出口よりも下方に配置され、第１水除去要素の出口はスタックのアノードの入口よりも下方に配置され、
スタックのアノードの出口とバーナの入口とを繋ぐ第２連通配管が設けられており、更に、
スタックのカソードに供給されるカソ−ドガスを加湿する加湿部とスタックの前記カソードから排出されたカソ−ドオフガスから吸湿する吸湿部とをもつ加湿器と、加湿器の吸湿部とカソードオフガス排気口とを繋ぐ第４連通配管とが設けられており、
第４連通配管は、
加湿器の吸湿部とカソードオフガス排気口との間に配置され加湿器の吸湿部の出口から流れるカソードオフガスから水分を除去可能な第４水除去要素と、
加湿器の吸湿部の出口と第４水除去要素の入口とを繋ぐと共に第４水除去要素の入口にかけてカソードオフガスが下降する第４下降配管と、
第４水除去要素の出口とカソードオフガス排気口とを繋ぐと共に第４水除去要素の出口からカソードオフガス排気口にかけてカソードオフガスが上昇する第４上昇配管とを具備していることを特徴とする。

上流要素である改質器は燃料電池システムの構成要素であり、下流要素であるスタックのアノードよりも相対的に上流に位置するものである。下流要素であるスタックのアノードは燃料電池システムの構成要素であり、上流要素である改質器よりも相対的に下流に位置するものである。当該アノードガスは改質器（上流要素）からスタックのアノード（下流要素）に向けて第１連通配管を流れる。

第１連通配管は、上流要素である改質器と下流要素であるスタックのアノードとの間に配置された第１水除去要素と、上流要素である改質器の出口と第１水除去要素の入口とを繋ぐと共に上流要素である改質器の出口から第１水除去要素の入口にかけてガスが下降する第１下降配管と、第１水除去要素の出口と下流要素であるスタックのアノードの入口とを繋ぐと共に第１水除去要素の出口から下流要素であるスタックのアノードの入口にかけてガスが上昇する第１上昇配管とを備えている。

このため仮に第１連通配管の第１下降配管を流れるアノードガスが冷却され、当該ガスから凝縮水が第１下降配管において生成されるときであっても、その凝縮水は、第１下降配管に沿って第１水除去要素の入口に向けて下降するように流下して第１水除去要素に至る。

また、仮に第１連通配管の第１上昇配管を流れるガスが冷却され、当該ガスから凝縮水が第１上昇配管において生成されるときであっても、その凝縮水は第１上昇配管に沿って下降するように第１水除去要素の出口に向けて流下して第１水除去要素に至る。この結果、ガスから凝縮された凝縮水は第１水除去要素に貯められる。第１水除去要素に溜まった水は、定期的または不定期的に除去される。このため第１連通配管の第１上昇配管および第１下降配管の通路断面積が凝縮水で狭くなったり、第１上昇配管および第１下降配管の通路が詰まったりすることが抑制される。

ここで、下降配管とは、上流要素の出口から水除去要素の入口にかけてガスが下降する配管を意味する。従って、下降配管は、鉛直方向に沿ってガスが下降する配管でも良いし、ガスが鉛直方向に対して傾斜しつつ下降する配管であっても良い。あるいは下降配管は、部分的に水平部または上昇部をもっていても、上流要素の出口から水除去要素の入口にかけてガスが全体として下降移動する配管であれば良い。

上昇配管とは、水除去要素の出口から下流要素の入口にかけてガスが上昇する配管を意味する。従って、上昇配管は、鉛直方向に沿ってガスが上昇する配管でも良いし、ガスが鉛直方向に対して傾斜しつつ上昇する配管であっても良い。あるいは上昇配管は、部分的に水平部または下降部をもっていても、水除去要素の出口から下流要素の入口にかけてガスが全体として上昇移動する配管であれば良い。

（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、第１上昇配管は、第１水除去要素の出口から下流要素であるスタックのアノードの入口に向かうにつれて部分的に下降する下降中間部分を有していないことを特徴とする。従って、第１上昇配管は、第１水除去要素の出口から下流要素の入口に向かうにつれて単調上昇している。

様相２によれば、湿分をもつアノードガスが上昇配管内を通過するとき、第１上昇配管の温度によっては、湿分をもつアノードガスが第１上昇配管内で凝縮して凝縮水を生成することがある。この場合、第１上昇配管内において生成された凝縮水が過剰に溜まると、第１上昇配管の通路断面積を狭くしたり、詰まらせるおそれがある。この点様相２によれば、第１上昇配管で凝縮水が生成されるときであっても、生成された凝縮水は、第１上昇配管に沿って重力により第１水除去要素に向けて下方に流下し、第１水除去要素に移動する。このため、過剰の凝縮水が上昇配管の通路断面積を狭くしたり、詰まらせることが抑制される。

（３）様相３に係る燃料電池システムによれば、様相１において、第２上昇配管は、第２水除去要素の出口から下流要素（バーナ）の入口に向かうにつれて部分的に下降する下降中間部分を有しており、下降中間部分の下端部には、水を除去可能な別の水除去要素が設けられていることを特徴とする。

様相３によれば、湿分をもつアノードガスが第２上昇配管内を通過するとき、第２上昇配管の温度によっては、湿分をもつアノードガスが第２上昇配管内で凝縮して凝縮水を生成することがある。この場合、第２上昇配管内において生成された凝縮水が、部分的な下降中間部分に過剰に溜まるおそれがある。この場合、下降中間部分の通路断面積を狭くしたり、詰まらせるおそれがある。

この点様相３によれば、上昇配管において、ガス通路が部分的に下降する下降中間部分が設けられており、下降中間部分の下端部には別の水除去要素が設けられている。このため凝縮水は下降中間部分に沿って流下して別の水除去要素に移動する。ここで、別の水除去要素は水を除去可能とされている。別の水除去要素に溜まった水は、定期的または不定期的に除去される。このため、過剰の凝縮水により下降中間部分の通路断面積が狭くなったり、上昇配管および下降配管の通路が詰まったりすることが抑制される。第２水除去要素としては、別の水除去要素の貯留空間に溜まった水の水位が所定量に到達すると、貯留空間の水を自動的にまたは手作業などにより排出させる方式が好ましい。

（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、水除去要素は、ガスに含まれている水分を凝縮水として凝縮させると共に水を除去可能な凝縮器、水を貯めると共に水を除去可能な貯水タンク、水を抜くドレンのうちの少なくとも一つであることを特徴とする。

この場合、凝縮水が水除去要素に所定量溜まると、外方に排出される。このため、第１連通配管の上昇配管および下降配管の通路断面積が凝縮水で狭くなったり、第１連通配管の上昇配管および下降配管の通路が詰まったりすることが抑制される。凝縮器としては、アノードガスに含まれている水分を凝縮水として生成するものであれば良く、例えば、ガスを冷却手段により冷却させることにより、ガスに含まれている水分を凝縮水として生成する方式、あるいは、ガスを物理的攪拌させることにより凝縮水を生成する方式、あるいは、ガスを迷路通路に通過させてガスの複数回の衝突により凝縮水を生成する方式等を採用できる。冷却手段としては冷却水、冷却気体等の冷却媒体が例示される。なお、凝縮器が複数設けられている場合には、全部の凝縮器について本発明の構造が採用されていることが好ましい。

様相１によれば、加湿器の吸湿部およびカソ−ドオフガス排気口を繋ぐ第４連通配管の第４上昇配管および第４下降配管において、通路断面積が凝縮水で狭くなったり、当該通路が詰まったりすることが抑制される。この結果、燃料電池システムの目標とする発電性能が得られる。

本発明に係る燃料電池システムによれば、上流要素である改質器および下流要素であるスタックのアノードとを連結している第１連通配管を流れるアノードガスが凝縮して凝縮水を生成するときであっても、その凝縮水は水除去要素に流下して水除去要素に溜まる。この結果、第１連通配管の上昇配管および下降配管の途中において凝縮水が溜まることが抑制される。これにより第１連通配管の上昇配管および下降配管の通路断面積が凝縮水で狭くなったり、当該通路が凝縮水で詰まったりすることが抑制される。これによりガスの流れが良好に確保され、燃料電池システムの発電性能を得るのに有利となる。更に、改質器での改質運転が安定化するため、ＣＯ濃度が抑えられ、スタックのアノードに担持されている触媒が被毒されることが抑えられる。更にまた、アノードでフラッディングが発生することが抑えられる。

更に、加湿器の吸湿部およびカソ−ドオフガス排気口を繋ぐ第４連通配管の第４上昇配管および第４下降配管において、通路断面積が凝縮水で狭くなったり、当該通路が詰まったりすることが抑制される。この結果、燃料電池システムの目標とする発電性能が得られる。

（１）以下、本発明の実施形態１について図１〜図３を参照しつつ説明する。

（全体構成）
図１は実施形態１の全体構成の概念図を示す。図１において、燃料源１０とスタック２のアノード２０とを繋ぐアノードガス通路１が設けられている。アノードガス通路１は、アノードガス（一般的には水素ガスまたは水素含有ガス）をスタック２のアノード２０に供給するための通路である。アノードガス通路１には、燃料源１０、第１開閉弁３１、第１ポンプ４１、脱硫器１２、第２開閉弁３２、改質器６０、第１凝縮器５１（第１水除去要素）、第３開閉弁３３、スタック２のアノード２０が直列にこの順に設けられている。スタック２は、高分子材料を基材とするイオン伝導膜を有する固体高分子形の燃料電池で形成されている。

アノードガス通路１は、改質器６０とスタック２のアノード２０とを第１凝縮器５１を介して繋ぐ第１連通配管１００をもつ。

図１に示すように、燃料電池のスタック２のアノード２０からバーナ６１に向けて、アノードオフガス通路となる第２連通配管２００が導出されている。第２連通配管２００は、スタック２のアノード２０から排出された発電反応後のアノードオフガスを第２凝縮器５２を介してバーナ６１に供給する通路である。発電反応後のアノードオフガスは、発電反応を経ていない水素を有することがあるため、バーナ６１で燃焼させて再利用を図るためである。

図１に示すように、第２連通配管２００には、スタック２のアノード２０の出口２０ｐから第４開閉弁３４、第２凝縮器５２、バーナ６１がこの順に直列に設けられている。更に図１に示すように、アノードガス通路１から分岐通路１１が分岐されている。分岐通路１１は、第２ポンプ４２を介してバーナ６１に繋がる。更に、バーナ６１で燃焼されたバーナ排ガスを外部に排出するバーナ排ガス排気口６２が設けられている。バーナ６１の出口６１ｐとバーナ排ガス排気口６２とを第３凝縮器５３を介して繋ぐ第３連通配管３００が設けられている。従って、バーナ６１で燃焼されたバーナ排ガスは、第３凝縮器５３で熱交換により冷却され、バーナ排ガスに含まれている排熱および湿分が第３凝縮器５３で回収される。

カソ−ド通路７は、スタック２のカソ−ド２１にカソ−ドガス（酸化剤ガス、一般的には空気）を供給する通路である。カソ−ド通路７には、カソードガスポンプ７０、加湿器７１の加湿部７２、スタック２のカソ−ド２１、加湿器７１の吸湿部７３、第４凝縮器５４、カソ−ドオフガス排気口７５がこの順に設けられている。加湿器７１は、スタック２のカソ−ド２１に供給するカソ−ドガスを加湿する加湿部７２と、スタック２のカソ−ド２１から排出されたカソ−ドオフガスの水分を吸湿する吸湿部７３とを備えている。このように吸湿部７３はカソ−ドオフガスの水分を吸湿する。このように吸湿部７３に吸湿された水分は加湿部７２に移行する。そして、スタック２のカソ−ド２１に供給するカソードガスを加湿部７２によって加湿するようにされている。すなわち、加湿器７１は、スタック２のカソ−ド２１から排出されたカソードオフガスの水分によって、スタック２のカソ−ド２１に供給される前のカソードガスを加湿するものである。

図１に示すように、カソ−ド通路７は、加湿器７１の吸湿部７３の出口７３ｐから第４凝縮器５４を介してカソ−ドオフガス排気口７５に向かう第４連通配管４００を備えている。カソ−ドオフガス排気口７５は、スタック２のカソ−ド２１から排出された発電後のカソ−ドオフガスを外部に排出するものである。

図１に示すように、凝縮水を貯める貯水部８が設けられている。貯水部８は、第１凝縮器５１〜第４凝縮器５４の凝縮水を貯める水タンク８０と、水タンク８０の凝縮水を精製して純水化させる水精製部８１とをもつ。第１凝縮器５１〜第４凝縮器５４の水を貯水部８の水タンク８０に重力により移動させ得るように、貯水部８は、第１凝縮器５１〜第４凝縮器５４よりも下方に配置されている。なお、図１において、第３凝縮器５３、第４凝縮器５４から水タンク８０に繋がる管路は省略されている。

燃料電池システムの起動について説明する。起動時には、第１ポンプ４１が停止し、第１開閉弁３１が開放すると共に第２開閉弁３２および第３開閉弁３３が閉鎖した状態で、第２ポンプ４２が駆動する。すると、燃料源１０から燃料原料が分岐通路１１を経てバーナ６１に供給されてバーナ６１で燃焼される。これにより改質器６０が改質反応に適する温度に加熱される。その後、第２ポンプ４２の作動を継続させて燃料原料を分岐通路１１を経てバーナ６１に供給しつつ、第２開閉弁３２が開放する。この状態で、第１ポンプ４１が作動して燃料原料（例えば炭化水素ガス）がアノードガス通路１を介して改質器６０に供給される。更に第３ポンプ４３が作動して貯水部８の水精製部８１の純水（原料水）が給水通路８２を介して改質器６０に供給される。この結果、改質器６０において燃料原料を水蒸気改質する改質反応が発生する。よって、改質器６０において、燃料原料は、水素リッチなアノードガスに改質される。改質されたアノードガスは第１凝縮器５１、第３開閉弁３３を介してスタック２のアノード２０に供給され、発電反応に使用される。

ところで起動時当初では、改質器６０で改質されたアノードガスの組成の安定性は、必ずしも充分ではないことがある。このため図１に示すようにアノードガス通路１には、スタック２のアノード２０を迂回する迂回通路１３が設けられている。迂回通路１３は第５開閉弁３５を有する。従って、アノードガスの組成の安定性が充分ではないとき、第３開閉弁３３が閉鎖した状態で第５開閉弁３５が開放する。この結果、改質器６０で改質されたアノードガスは、スタック２のアノード２０を迂回しつつ迂回通路１３に流れ、第２凝縮器５２および第２連通配管２００を経てバーナ６１の入口６１ｉに供給される。

改質器６０で改質されたアノードガスは、起動時においても、通常運転時においても、水蒸気改質反応を経ているため、湿分を含むことが多い。このアノードガスは第１凝縮器５１で冷却されるため、アノードガスに含まれている湿分は凝縮して凝縮水となる。凝縮水は第１凝縮器５１の底部に貯まる。第１凝縮器５１で凝縮水を生成したアノードガスは、第３開閉弁３３を介してスタック２のアノード２０に供給され、発電反応に使用される。また、改質器６０で改質されたアノードガスが迂回通路１３を流れてスタック２を迂回するときにおいても、アノードガスは第１凝縮器５１および第２凝縮器５２を通過し、第１凝縮器５１および第２凝縮器５２で冷却されるため、アノードガスに含まれている湿分は、第１凝縮器５１および第２凝縮器５２で冷却され凝縮水を生成する。凝縮水は第１凝縮器５１の底部および第２凝縮器５２の底部に貯まる。このように第１凝縮器５１および第２凝縮器５２で凝縮水を生成して湿分が低下したアノードガスは、バーナ６１に供給され、バーナ６１で良好に燃焼されて再利用される。

カソードガスポンプ７０（カソードガス搬送要素）が作動すると、カソ−ドガス（酸化剤ガス、一般的には空気）が加湿器７１の加湿部７２で加湿され、スタック２のカソ−ド２１に供給され、発電反応に使用される。発電反応は水を生成する。このためスタック２のカソ−ド２１から排出されたカソ−ドオフガスは、かなりの湿分を含む。このためカソ−ドオフガス（酸化剤オフガス、一般的には空気オフガス）は、加湿器７１の吸湿部７３で湿分を除去された後、第４凝縮器５４で熱交換により冷却されて凝縮水を生成する。凝縮水は第４凝縮器５４の底部に溜まる。第４凝縮器５４を経たカソ−ドオフガスはカソ−ドオフガス排気口７５から外部に排出される。

上記したようにスタック２のアノード２０にアノードガスが供給されると共にカソ−ド２１にカソ−ドガスが供給される。これによりスタック２において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。スタック２のアノード２０の出口２０ｐから排出されたアノードオフガスは、発電反応を経ているものの、まだ未反応の水素を含むことが多い。そこで、スタック２のアノード２０から排出されたアノードオフガスは、開放している第４開閉弁３４、第２凝縮器５２を介してバーナ６１に供給され、バーナ６１で燃焼される。また、スタック２のアノード２０から排出されたアノードオフガスは湿分を有するが、第２凝縮器５２で熱交換されて冷却されるため、アノードオフガスに含まれている湿分は第２凝縮器５２において凝縮され、凝縮水を生成する。このように湿分が除去されたアノードオフガスがバーナ６１に供給されるため、バーナ６１の燃焼を安定させることができる。

図３に示すように、前記した第１凝縮器５１（第１水除去要素）は、第１貯留空間５１０と、第１貯留空間５１０に貯留されている水位を検知する第１水位センサ５１１と、第１貯留空間５１０に貯留されている水を水タンク８０に排出する第１ドレンバルブ５１２とをもつ。第１貯留空間５１０には、冷却水等の冷媒が通る冷媒管５１９が設けられている。第１貯留空間５１０に流入したガスは、冷媒管５１９により冷却され、ガスに含まれている水分は、冷却前の蒸気圧と冷却後の蒸気圧との差により、凝縮水として生成される。その凝縮水は第１貯留空間５１０に貯留される。そして第１水位センサ５１１の検知水位が所定水位になると、第１ドレンバルブ５１２が自動的に開放し、第１貯留空間５１０に貯留されている水は、貯水部８の水タンク８０に重力により移動する。

図３に示すように、第２凝縮器５２（水除去要素）は、第２貯留空間５２０と、第２貯留空間５２０に貯留されている水位を検知する第２水位センサ５２１と、第２凝縮器５２本体に貯留されている水を水タンク８０に排出する第２ドレンバルブ５２２とをもつ。第２水位センサ５２１の検知水位が所定水位になると、第２ドレンバルブ５２２が開放し、第２貯留空間５２０に貯留されている水は、貯水部８の水タンク８０に重力により移動する。

図３に示すように、第３凝縮器５３（第３水除去要素）は、第３貯留空間５３０と、第３貯留空間５３０に貯留されている水位を検知する第３水位センサ５３１と、第３貯留空間５３０に貯留されている水を水タンク８０に排出する第３ドレンバルブ５３２とをもつ。第３水位センサ５３１の検知水位が所定水位になると、第３ドレンバルブ５３２が開放し、第３貯留空間５３０に貯留されている水は、貯水部８の水タンク８０に重力により移動する。

第４凝縮器５４（第４水除去要素）は、第４貯留空間５４０と、第４貯留空間５４０に貯留されている水位を検知する第４水位センサ５４１と、第４貯留空間５４０に貯留されている水を水タンク８０に排出する第４ドレンバルブ５４２とをもつ。第４水位センサ５４１の検知水位が所定水位になると、第４ドレンバルブ５４２が開放し、第４貯留空間５４０に貯留されている水は、貯水部８の水タンク８０に重力により移動する。なお制御装置５００が設けられている。制御装置５００は、第１開閉弁３１〜第５開閉弁３５、第１ポンプ４１〜第３ポンプ４３を制御する。

（要部構成）
（ｉ）本実施形態の要部構成について図２を参照して説明を加える。図２は天地関係（上下関係）も併せて示す。図２において、図示上側が『天側』『上方』を示し、図示下側が『地側』『下方』を示す。

図２に示すように、前記したごとく、改質器６０とスタック２のアノード２０とを繋ぐ第１連通配管１００が設けられている。第１連通配管１００は、改質器６０（上流要素）とスタック２のアノード２０（下流要素）との間に配置された水除去要素としての第１凝縮器５１と、改質器６０の出口６０ｐと第１凝縮器５１の入口５１ｉとを繋ぐと共に改質器６０の出口６０ｐから第１凝縮器５１の入口５１ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として下降する第１下降配管１０１と、第１凝縮器５１の出口５１ｐとスタック２のアノード２０の入口２０ｉとを繋ぐと共に第１凝縮器５１の出口５１ｐからスタック２のアノード２０の入口２０ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として上昇する第１上昇配管１０５とを備えている。

図２に示すように、改質器６０の出口６０ｐよりも、第１凝縮器５１の入口５１ｉは下方に配置されている。スタック２のアノード２０の入口２０ｉよりも、第１凝縮器５１の出口５１ｐは下方に配置されている。換言すると、改質器６０の出口６０ｐ、スタック２のアノード２０の入口２０ｉよりも、第１凝縮器５１の入口５１ｉおよび出口５１ｐは下方に配置されている。

第１下降配管１０１は、改質器６０の出口６０ｐから第１凝縮器５１の入口５１ｉにかけて全体として全て下降しており、上昇する部分および水平部分を有していないことが好ましい。即ち第１下降配管１０１は単調下降していることが好ましい。単調下降とは、上昇する部分および水平部分を有していないことをいう。この場合、仮に第１下降配管１０１が冷やされ、第１下降配管１０１を流れるアノードガスに含まれている湿分が第１下降配管１０１において凝縮し、第１下降配管１０１において凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第１下降配管１０１に沿って第１凝縮器５１の入口５１ｉに向けて矢印Ａ１方向に重力により良好に流下され、第１下降配管１０１に凝縮水が残留することが抑制される。

また第１上昇配管１０５は、第１凝縮器５１の出口５１ｐからスタック２のアノード２０の入口２０ｉにかけて全体として全て上昇しており、下降する部分および水平部分を有していないことが好ましい。即ち第１上昇配管１０５は単調上昇していることが好ましい。単調上昇とは、下降する部分および水平部分を有していないことをいう。この場合、仮に第１上昇配管１０５が冷やされ、アノードガスに含まれている湿分が第１上昇配管１０５において凝縮して第１上昇配管１０５に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第１上昇配管１０５に沿って第１凝縮器５１の出口５１ｐに向けて矢印Ａ２方向に重力により良好に流下され、第１上昇配管１０５に凝縮水が残留することが抑制される。

本実施形態によれば、図２に示すように、第１下降配管１０１（第１凝縮器５１の上流の配管）のうち第１凝縮器５１に繋がる付け根部分１０１ｘは、第１凝縮器５１の入口５１ｉに近づくにつれて下降している。第１上昇配管１０５のうち第１凝縮器５１に繋がる付け根部分１０５ｘは、第１凝縮器５１の出口５１ｐから離れるにつれて上昇している。この場合、生成された凝縮水を第１凝縮器５１に流下させるのに有利である。

なお、第１連通配管１００において凝縮水が過剰に溜まったときには、改質器６０における改質反応（一酸化炭素除去反応を含む）に影響を与え、アノードガス中のＣＯ濃度が上昇したり、あるいは、スタック２のアノード２０に担持されている触媒が被毒されて電池性能が低下したり、あるいは、スタック２のアノード２０側でフラッディングやガス欠乏が発生するおそれがある。

（ｉｉ）また図２に示すように、スタック２のアノード２０とバーナ６１とを繋ぐ第２連通配管２００が設けられている。第２連通配管２００は、スタック２のアノード２０（上流要素）とバーナ６１（下流要素）との間に配置された水除去要素としての第２凝縮器５２と、スタック２のアノード２０の出口２０ｐと第２凝縮器５２の入口５２ｉとを繋ぐと共にスタック２のアノード２０の出口２０ｐから第２凝縮器５２の入口５２ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として下降する第２下降配管２０１と、第２凝縮器５２の出口５２ｐとバーナ６１の入口６１ｉとを繋ぐと共に第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１の入口６１ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として上昇する第２上昇配管２０５とを備えている。

図２に示すように、スタック２のアノード２０の出口２０ｐよりも、第２凝縮器５２の入口５２ｉは下方に配置されている。バーナ６１の入口６１ｉよりも、第２凝縮器５２の出口５２ｐは下方に配置されている。換言すると、スタック２のアノード２０の出口２０ｐ、バーナ６１の入口６１ｉよりも、第２凝縮器５２の入口５２ｉおよび出口５２ｐは下方に配置されている。

図２に示すように、第２下降配管２０１は、スタック２のアノード２０の出口２０ｐから第２凝縮器５２の入口５２ｉにかけて全体として全て下降しており、上昇する部分および水平部分を有していない。即ち第２下降配管２０１は単調下降している。このため、仮に第２下降配管２０１が冷やされ、アノード２０から排出されたアノードオフガスに含まれている湿分が第２下降配管２０１において凝縮して第２下降配管２０１に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第２下降配管２０１に沿って第２凝縮器５２の入口５２ｉに向けて矢印Ｂ１方向に重力により流下され、第２下降配管２０１に凝縮水が残留することが抑制される。

第２上昇配管２０５は、第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１の入口６１ｉにかけて全体として全て上昇しており、下降する部分および水平部分を有していない。即ち第２上昇配管２０５は単調上昇している。このため、仮に第２上昇配管２０５が冷やされ、アノードオフガスに含まれている湿分が第２上昇配管２０５において凝縮して第２上昇配管２０５に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第２上昇配管２０５に沿って第２凝縮器５２の出口５２ｐに向けて矢印Ｂ２方向に重力により流下され、第２上昇配管２０５に凝縮水が残留することが抑制される。

本実施形態によれば、図２に示すように、第２下降配管２０１（第２凝縮器５２の上流の配管）のうち第２凝縮器５２に繋がる付け根部分２０１ｘは、第２凝縮器５２の入口５２ｉに近づくにつれて（ガス進行方向に沿って）下降している。第２上昇配管２０５のうち第２凝縮器５２に繋がる付け根部分２０５ｘは、第２凝縮器５２の出口５２ｐから離れるにつれて上昇している。この場合、生成された凝縮水を第２凝縮器５２に流下させるのに有利である。

ここで、第２連通配管２００において凝縮水が仮に過剰に溜まると、次の不具合が発生するおそれがある。即ち、スタック２のアノード２０から排出されたアノードオフガスをバーナ６１へ供給する点において安定性が損なわれるおそれがある。この場合、バーナ６１における空燃比の適切性が低下するおそれがあり、ひいてはバーナ排ガスのガスエミッション（ＣＯ、ＮＯｘ、ＴＨＣ）が悪化したり、火炎が吹き消されるおそれがある。更に、第２連通配管２００に過剰に溜まった凝縮水がバーナ６１に供給され、排ガスエミッションが悪化したり、火炎が吹き消されるおそれがあり、この意味においても、バーナ６１における燃焼の安定性が損なわれるおそれがある。排ガスエミッションが悪化するとは、環境に悪影響を与える成分の排ガス中の濃度が上昇することをいう。

（ｉｉｉ）また、図２に示すように、バーナ排ガス排気口６２とカソ−ドオフガス排気口７５とは一体化されて一体開口とされている。このため、バーナ排ガスおよびカソ−ドオフガスは、合流して一体開口から外部に排出される。図２に示すように、バーナ６１とバーナ排ガス排気口６２とを繋ぐ第３連通配管３００が設けられている。第３連通配管３００は、バーナ６１（上流要素）の出口６１ｐとバーナ排ガス排気口６２（下流要素）との間に配置された水除去要素としての第３凝縮器５３と、バーナ６１の出口６１ｐから第３凝縮器５３の入口５３ｉにかけて全体として下降する第３下降配管３０１と、第３凝縮器５３の出口５３ｐとバーナ排ガス排気口６２とを繋ぐと共に第３凝縮器５３の出口５３ｐからバーナ排ガス排気口６２にかけて全体として上昇する第３上昇配管３０５とを備えている。

図２に示すように、バーナ６１の出口６１ｐよりも、第３凝縮器５３の入口５３ｉは下方に配置されている。バーナ排ガス排気口６２よりも第３凝縮器５３の出口５３ｐは下方に配置されている。換言すると、バーナ６１の出口６１ｐおよびバーナ排ガス排気口６２よりも、第３凝縮器５３の入口５３ｉおよび出口５３ｐは下方に配置されている。

図２に示すように、第３下降配管３０１は、バーナ６１の出口６１ｐから第３凝縮器５３の入口５３ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として全て下降しており、上昇する部分および水平部分を有していない。即ち第３下降配管３０１は単調下降している。このため、仮に第３下降配管３０１が冷やされ、バーナ排ガスに含まれている湿分が第３下降配管３０１において凝縮して第３下降配管３０１に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第３下降配管３０１に沿って第３凝縮器５３の入口５３ｉに向けて矢印Ｃ１方向に重力により流下され、第３下降配管３０１に凝縮水が残留することが抑制される。第３凝縮器５３の上流の配管である第３下降配管３０１の付け根部分３０１ｘは、ガス進行方向に沿って下降傾斜している。

図２に示すように、第３上昇配管３０５は、第３凝縮器５３の出口５３ｐからバーナ排ガス排気口６２にかけて全体として全て上昇しており、下降する部分および水平部分を有していない。即ち第３上昇配管３０５は単調上昇している。このため、仮に第３上昇配管３０５が冷やされ、バーナ排ガスに含まれている湿分が第３上昇配管３０５において凝縮して第３上昇配管３０５に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第３上昇配管３０５に沿って第３凝縮器５３の出口５３ｐに向けて矢印Ｃ２方向に重力により流下され、第３上昇配管３０５に凝縮水が残留することが抑制される。

ここで、第３連通配管３００において凝縮水が過剰に溜まると、次の不具合が発生するおそれがある。即ち、バーナ６１の背圧の影響を受けて圧損が増加するおそれがある。この場合、アノードオフガスがバーナ６１の入口６１ｉに供給されにくくなるおそれがあり、バーナ６１へのアノードオフガスの供給の安定性が損なわれるおそれがある。この場合、バーナ６１における空燃比の適切性が低下するおそれがあり、ひいてはバーナ排ガスのガスエミッション（ＣＯ、ＮＯｘ、ＴＨＣ）が悪化したり、火炎が吹き消されるおそれがある。

（ｖ）また、図２に示すように、加湿器７１とカソードオフガス排気口７５とを繋ぐ第４連通配管４００が設けられている。第４連通配管４００は、加湿器７１（上流要素）の吸湿部７３の出口７３ｐとカソードオフガス排気口７５（下流要素）との間に配置された水除去要素としての第４凝縮器５４と、加湿器７１の吸湿部７３の出口７３ｐから第４凝縮器５４の入口５４ｉにかけて全体として下降する第４下降配管４０１と、第４凝縮器５４の出口５４ｐとカソ−ドオフガス排気口７５とを繋ぐと共に第４凝縮器５４の出口５４ｐからカソ−ドオフガス排気口７５にかけて全体として上昇する第４上昇配管４０５とを備えている。

図２に示すように、加湿器７１の吸湿部７３の出口７３ｐよりも、第４凝縮器５４の入口５４ｉは下方に配置されている。カソ−ドオフガス排気口７５よりも、第４凝縮器５４の出口５４ｐは下方に配置されている。換言すると、加湿器７１の吸湿部７３の出口７３ｐ、カソ−ドオフガス排気口７５よりも、第４凝縮器５４は下方に配置されている。

図２に示すように、第４下降配管４０１は、加湿器７１の吸湿部７３の出口７３ｐから第４凝縮器５４の入口５４ｉにかけて全体として全て下降しており、上昇する部分および水平部分を有していない。即ち第４下降配管４０１は単調下降している。このため、仮に第４下降配管４０１が冷やされ、カソ−ドオフガスに含まれている湿分が第４下降配管４０１において凝縮して第４下降配管４０１に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第４下降配管４０１に沿って第４凝縮器５４の入口５４ｉに向けて矢印Ｄ１方向に重力により流下され、第４下降配管４０１に凝縮水が残留することが抑制される。

第４上昇配管４０５は、第４凝縮器５４の出口５４ｐからカソ−ドオフガス排気口７５にかけて全体として全て上昇しており、下降する部分および水平部分を有していない。即ち第４上昇配管４０５は単調上昇している。このため、仮に第４上昇配管４０５が冷やされ、カソ−ドオフガスに含まれている湿分が第４上昇配管４０５において凝縮して第４上昇配管４０５に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第４上昇配管４０５に沿って第４凝縮器５４の出口５４ｐに向けて矢印Ｄ２方向に重力により流下され、第４上昇配管４０５に凝縮水が残留することが抑制される。

第４連通配管４００において凝縮水が過剰に溜まると、次の不具合が発生するおそれがある。カソ−ドオフガスの排出路の圧損が増加するため、カソ−ドガスがスタック２のカソ−ド２１に供給されにくくなる。このためスタック２のカソ−ド２１においてフラッディングが発生する頻度が増加するおそれがある。この場合、スタック２の発電出力の安定性が損なわれるおそれがある。

以上説明したように本実施形態によれば、第１連通配管１００、第２連通配管２００、第３連通配管３００、第４連通配管４００において凝縮水が生成したとしても、凝縮水が溜まることが抑制される。従って、第１連通配管１００、第２連通配管２００、第３連通配管３００、第４連通配管４００の通路断面積が凝縮水で狭くなったり、その通路が凝縮水で詰まったりすることが抑制される。

但し、第１下降配管１０１は、改質器６０の出口６０ｐから第１凝縮器５１の入口５１ｉにかけて全体として下降しておれば、水平部分または実質的に水平部分を部分的に有していても良い。即ち、第１下降配管１０１は単調下降している形態に限定されない。

また、第１上昇配管１０５は、第１凝縮器５１の出口５１ｐからスタック２のアノード２０の入口２０ｉにかけて全体として上昇していれば、水平部分または実質的に水平部分を部分的に有していても良い。即ち、第１上昇配管１０５は単調上昇している形態に限定されない。この場合、万一、水平部分において凝縮水が発生したとしても、水平部分に繋がる傾斜部分（上昇傾斜部分または下降傾斜部分）に水が比較的速やかに移動できるため、水が水平部分に長時間にわたり過剰に残留することが抑制される。

（２）以下、本発明の実施形態２について説明する。

図４は実施形態２を示す。図４は天地関係（上下関係）も併せて示す。図４において、図示上側が『天側』『上方』を示し、図示下側が『地側』『下方』を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。カソ−ドオフガス排気口７５とバーナ排ガス排気口６２とが互いに独立して設けられている。

従って、スタック２のカソ−ド２１から排出されたカソ−ドオフガスは、カソ−ドオフガス排気口７５から外部に排出される。バーナ６１で燃焼されたバーナ排ガスは、バーナ排ガス排気口６２から外部に排出される。

この場合、カソ−ドオフガス排気口７５とバーナ排ガス排気口６２とが互いに独立して設けられているため、カソ−ドオフガスの排気とバーナ排ガスの排気とが互いに与える影響を小さくできる利点が得られる。

（３）以下、本発明の実施形態３について説明する。

図５は実施形態３（スタック２のカソ−ド２１側は省略）を示す。図５は天地関係（上下関係）も併せて示す。図５において、図示上側が『天側』『上方』を示し、図示下側が『地側』『下方』を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。改質器６０とスタック２のアノード２０とを繋ぐ第１連通配管１００が設けられている。本実施形態によれば、図５に示すように、第１連通配管１００の第１下降配管１０１のうち第１凝縮器５１に繋がる付け根部分１０１ｘは、第１凝縮器５１の入口５１ｉに近づくにつれて下降している。第１上昇配管１０５のうち第１凝縮器５１に繋がる付け根部分１０５ｘは、第１凝縮器５１の出口５１ｐから離れるにつれて上昇している。この場合、生成された凝縮水を第１凝縮器５１に流下させるのに有利である。

図５に示すように、スタック２のアノード２０とバーナ６１とを繋ぐ第２連通配管２００が設けられている。第２連通配管２００は、スタック２のアノード２０（上流要素）とバーナ６１（下流要素）との間に配置された水除去要素としての第２凝縮器５２と、スタック２のアノード２０の出口２０ｐと第２凝縮器５２の入口５２ｉとを繋ぐと共にスタック２のアノード２０の出口２０ｐから第２凝縮器５２の入口５２ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として下降する第２下降配管２０１と、第２凝縮器５２の出口５２ｐとバーナ６１の入口６１ｉとを繋ぐと共に第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１の入口６１ｉにかけてガス進行方向に沿って全体として上昇する第２上昇配管２０５とを備えている。

図５に示すように、第２下降配管２０１は、スタック２のアノード２０の出口２０ｐから第２凝縮器５２の入口５２ｉにかけて全体として全て下降しており、上昇する部分および水平部分を有していない。即ち第２下降配管２０１は単調下降している。このため、仮に第２下降配管２０１が冷やされ、アノード２０から排出されたアノードオフガスに含まれている湿分が第２下降配管２０１において凝縮して第２下降配管２０１に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第２下降配管２０１に沿って第２凝縮器５２の入口５２ｉに向けて矢印Ｂ１方向に重力により流下され、第２下降配管２０１に凝縮水が残留することが抑制される。

図５に示すように、第２下降配管２０１（第２凝縮器５２の上流の配管）のうち第２凝縮器５２に繋がる付け根部分２０１ｘは、第２凝縮器５２の入口５２ｉに近づくにつれて下降している。図５に示すように、第２上昇配管２０５（第２凝縮器５２の下流の配管）は、第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１の入口６１ｉにかけて全体として上昇している。故に、第２上昇配管２０５のうち第２凝縮器５２の出口５２ｐに繋がる付け根部分２０５ｘは、第２凝縮器５２の出口５２ｐから離れるにつれて上昇している。この場合、生成された凝縮水を第２凝縮器５２に流下させるのに有利である。

図５に示すように、第２上昇配管２０５は、第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１（下流要素）の入口６１ｉに向かうにつれて、上昇する第１上昇中間部分２０５ａと、下降する第１下降中間部分２０５ｂと、第１下降中間部分２０５ｂの下流となるように上昇する第２上昇中間部分２０５ｃと、第２上昇中間部分２０５ｃの下流となるように上昇する第３上昇中間部分２０５ｄとを有している。

図５に示すように、第１下降中間部分２０５ｂおよび第２上昇中間部分２０５ｃは、疑似Ｖ形状を構成する。このような配管構造となるのは、主として、スペース上の制約に起因する。

図５に示すように、重力を利用して水を流下させ得るように、第１下降中間部分２０５ｂの下端部、第２上昇中間部分２０５ｃの下端部には、別の水除去要素５６が設けられている。従って、第１下降中間部分２０５ｂおよび第２上昇中間部分２０５ｃよりも下方に、水除去要素５６が設けられている。水除去要素５６が設けられている配管構造を採用しているのは、主として、スペース上の制約に起因する。

重力を利用して水を流下させ得るように、水除去要素５６の下方に水タンク８０が設けられている。水除去要素５６は、貯水タンク機能をもつ貯水空間５６ａと、貯水空間５６ａに溜まった水の水位を検知する水位センサ５６ｂと、ドレンバルブ５６ｃとを備えている。水位センサ５６ｂで検知して検知水位が所定水位となるとき、ドレンバルブ５６ｃは開放される。貯水空間５６ａの水は水タンク８０に流下する。重力を利用して貯水空間５６ａの水を排水できるように、水除去要素５６は水タンク８０の上方に位置している。

本実施形態によれば、仮に、第１上昇中間部分２０５ａを流れているアノードオフガスに含まれている湿分が第１上昇中間部分２０５ａにおいて凝縮して第１上昇中間部分２０５ａに凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第１上昇中間部分２０５ａに沿って第２凝縮器５２の出口５２ｐに向けて矢印Ｂ２方向に重力により流下され、第１上昇中間部分２０５ａに凝縮水が残留することが抑制される。

仮に、第１下降中間部分２０５ｂを流れているアノードオフガスに含まれている湿分が第１下降中間部分２０５ｂにおいて凝縮して第１下降中間部分２０５ｂに凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第１下降中間部分２０５ｂに沿って水除去要素５６の入口５６ｉに向けて矢印Ｆ１方向に重力により流下され、第１下降中間部分２０５ｂに凝縮水が残留することが抑制される。

更に、仮に第２上昇中間部分２０５ｃおよび第３上昇中間部分２０５ｄを流れているアノードオフガスに含まれている湿分が凝縮して凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第２上昇中間部分２０５ｃおよび第３上昇中間部分２０５ｄに沿って水除去要素５６の出口５６ｐに向けて矢印Ｆ２方向に重力により流下され、第２上昇中間部分２０５ｃおよび第３上昇中間部分２０５ｄに凝縮水が残留することが抑制される。なお、図４において第１上昇配管１０５および第２上昇配管２０５はあたかも交差しているかのように図示されているが、これは図面の配置の関係でこのように描かれたものである。第１上昇配管１０５および第２上昇配管２０５はそれぞれ独立の配管であり、交差していない。

（４）以下、本発明の実施形態４について説明する。

図６は実施形態４（スタック２のカソ−ド２１側は省略）を示す。図６は天地関係（上下関係）も併せて示す。図６において、図示上側が『天側』『上方』を示し、図示下側が『地側』『下方』を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。改質器６０とスタック２のアノード２０とを繋ぐ第１連通配管１００が設けられている。図６に示すように、スタック２のアノード２０とバーナ６１とを繋ぐ第２連通配管２００が設けられている。第２連通配管２００は、スタック２のアノード２０（上流要素）とバーナ６１（下流要素）との間に配置された水除去要素として機能する第２凝縮器５２と、スタック２のアノード２０の出口２０ｐと第２凝縮器５２の入口５２ｉとを繋ぐと共にスタック２のアノード２０の出口２０ｐから第２凝縮器５２の入口５２ｉにかけて全体として下降する第２下降配管２０１と、第２凝縮器５２の出口５２ｐとバーナ６１の入口６１ｉとを繋ぐと共に第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１の入口６１ｉにかけて全体として上昇する第２上昇配管２０５とを備えている。

図６に示すように、第２下降配管２０１は、スタック２のアノード２０の出口２０ｐから第２凝縮器５２の入口５２ｉにかけて全体として全て下降しており、上昇する部分および水平部分を有していない。即ち第２下降配管２０１は単調下降している。このため、仮に第２下降配管２０１が冷やされ、アノード２０から排出されたアノードオフガスに含まれている湿分が第２下降配管２０１において凝縮して第２下降配管２０１に凝縮水が発生したとしても、凝縮水は第２下降配管２０１に沿って第２凝縮器５２の入口５２ｉに向けて矢印Ｂ１方向に重力により流下され、第２下降配管２０１に凝縮水が残留することが抑制される。

図６に示すように、第２上昇配管２０５は、第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１の入口６１ｉにかけて全体として上昇している。図６に示すように、第２上昇配管２０５は、第２凝縮器５２の出口５２ｐからバーナ６１（下流要素）の入口６１ｉに向かう中間部分において、ガス通路が上昇する第１上昇中間部分２０５ｕと、第１上昇中間部分２０５ｕの下流となる第２上昇中間部分２０５ｖと、第２上昇中間部分２０５ｖの下流となる第１下降中間部分２０５ｗと、第１下降中間部分２０５ｗの下流となる第３上昇中間部分２０５ｘとを有している。第１下降中間部分２０５ｗおよび第２上昇中間部分２０５ｖは、実質的なＶ形状を構成する。

図６に示すように、第１下降中間部分２０５ｗの下端部には、水除去要素５６が設けられている。第３上昇中間部分２０５ｘの下端部は第２水除去要素５６に繋がれる。水位センサ５６ｂが所定水位を検知すると、ドレン弁５６ｃが開放し、水除去要素５６の貯水空間５６ａの水は、前記した水タンク８０に重力により流下する。このように重力を利用して貯水空間５６ａの水を排水できるように、第２水除去要素５６は水タンク８０の上方に位置している。

本実施形態によれば、仮に、第１上昇中間部分２０５ｕおよび第２上昇中間部分２０５ｖを流れているアノードオフガスに含まれている湿分が第１上昇中間部分２０５ｕおよび第２上昇中間部分２０５ｖにおいて凝縮して、第１上昇中間部分２０５ｕおよび第２上昇中間部分２０５ｖに凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第１上昇中間部分２０５ｕおよび第２上昇中間部分２０５ｖに沿って第２凝縮器５２の出口５２ｐに向けて矢印Ｂ２方向に重力により流下される。従って、第１上昇中間部分２０５ｕおよび第２上昇中間部分２０５ｖに凝縮水が残留することが抑制される。

仮に、第１下降中間部分２０５ｗを流れているアノードオフガスに含まれている湿分が第１下降中間部分２０５ｗにおいて凝縮して第１下降中間部分２０５ｗに凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第１下降中間部分２０５ｗに沿って第２水除去要素５６の入口５６ｉに向けて矢印Ｊ１方向に重力により流下され、第１下降中間部分２０５ｗに凝縮水が残留することが抑制される。

更に、仮に第３上昇中間部分２０５ｘを流れているアノードオフガスに含まれている湿分が凝縮して凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第３上昇中間部分２０５ｘに沿って第２水除去要素５６の出口５６ｐに向けて矢印Ｊ２方向に重力により流下され、第３上昇中間部分２０５ｘに凝縮水が残留することが抑制される。

（５）以下、本発明の実施形態５について説明する。

図７は実施形態５（スタック２のカソ−ド２１側は省略）を示す。図７は天地関係（上下関係）も併せて示す。図７において、図示上側が『天側』『上方』を示し、図示下側が『地側』『下方』を示す。本実施形態は図５に示す実施形態３と基本的には同様の構成および作用効果を有する。以下、実施形態３と相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、改質器６０とスタック２のアノード２０とを繋ぐ第１連通配管１００が設けられている。

第１連通配管１００は、改質器６０（上流要素）とスタック２のアノード２０（下流要素）との間に配置されガスの湿分を低下させる湿分低下機能をもつ第１凝縮器５１と、改質器６０の出口６０ｐから第１凝縮器５１の入口５１ｉにかけて基本的には全体として下降する第１下降配管１０１と、第１凝縮器５１の出口５１ｐからスタック２のアノード２０の入口２０ｉにかけて上昇する第１上昇配管１０５とを備えている。

図７に示すように、第１上昇配管１０１は、改質器６０の出口６０ｐからガスが下降する第１下降中間部分１０１ａと、ガスが途中で上昇する第１上昇中間部分１０１ｂと、ガスが再び下降する第２下降中間部分１０１ｃとを有している。

図７に示すように、第１下降中間部分１０１ａおよび第１上昇中間部分１０１ｂは、疑似Ｖ形状を構成する。このような配管構造となるのは、主として、スペース上の制約に起因する。

図７に示すように、重力を利用して水を流下させ得るように、第１下降中間部分１０１ａの下端部、第１上昇中間部分１０１ｂの下端部には、水除去要素５６Ｂが設けられている。従って、第１下降中間部分１０１ａおよび第１上昇中間部分１０１ｂよりも下方に、水除去要素５６Ｂが設けられている。水除去要素５６Ｂが設けられている配管構造を採用しているのは、主として、スペース上の制約に起因する。

重力を利用して水を流下させ得るように、水除去要素５６Ｂの下方に水タンク８０が設けられている。水除去要素５６Ｂは、前記した第２水除去要素５６と同じ機能をもつ。但し、水除去要素５６Ｂではアノードガスの出口および入口は共通化されており、入口機能および出口機能をもつ出入共通口５６ｍとされている。

本実施形態によれば、仮に、第１下降中間部分１０１ａを流れているアノードガスに含まれている湿分が凝縮して凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第１下降中間部分１０１ａに沿って第２凝縮器５２Ｂの出入共通口５６ｍに向けて矢印Ａ１方向に流下される。よって、第１下降中間部分１０１ａに凝縮水が残留することが抑制される。

仮に、第１上昇中間部分１０１ｂを流れているアノードガスに含まれている湿分が凝縮して第１上昇中間部分１０１ｂに凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第１上昇中間部分１０１ｂに沿って水除去要素５６Ｂの出入共通口５６ｍに向けて矢印Ａ３方向に流下される。よって、第１上昇中間部分１０１ｂに凝縮水が残留することが抑制される。

更に、仮に第２下降中間部分１０１ｃを流れているアノードガスに含まれている湿分が凝縮して凝縮水が発生したとしても、その凝縮水は第２下降中間部分１０１ｃに沿って水除去要素５６Ｂの出入共通口５６ｍに向けて矢印Ａ３方向に重力により流下される。よって、第２下降中間部分１０１ｃに凝縮水が残留することが抑制される。

（その他）
本発明によれば、水除去要素の下流に位置する上昇配管は、水除去要素の出口から下流要素の入口にかけて、上昇配管を流れるガスの流れ方向において、流路を下方に傾斜させることなく、水除去要素と下流要素との間を連通していることが好ましい。但しこれに限らず、上昇配管は、部分的に水平部分および／または下降部分を有していても良い。この場合、前述したように水平部分および／または下降部分に水が過剰に残留しないように配慮することが好ましい。

下降配管は、上流要素の出口から水除去要素の入口にかけて、ガスの流れの方向において流路を上方に傾斜させることなく、水除去要素と下流要素との間を連通していることが好ましい。但しこれに限らず、下降配管は部分的に水平部分および／または上昇部分を有していても良い。この場合、水平部分および／または上昇部分に水が過剰に残留しないように配慮することが好ましい。

上記した各実施形態によれば、貯水部８は水タンク８０と水精製部８１とを有するが、水精製部８１と水タンク８０とは互いに分離されていても良い。上記した各実施形態によれば、第１凝縮器５１の入口５１ｉおよび出口５１ｐは別個とされているが、入口および出口を兼用できるように単一の開口に共通化されていても良い。第２凝縮器５２の入口５２ｉおよび出口５２ｐ、第３凝縮器５３の入口５３ｉおよび出口５３ｐ、第４凝縮器５４の入口５４ｉおよび出口５４ｐについても同様である。改質器６０を有する燃料電池システムに適用されているが、改質器を有しない燃料電池システムに適用しても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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できるものである。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）各請求項において、水除去要素の上流に位置する下降配管のうち水除去要素の入口に繋がる付け根部分は、水除去要素の入口に近づくにつれて下降していることを特徴とする燃料電池システム。下降配管において生成された凝縮水を下降配管のガス流れ方向に沿って水除去要素に向けて流下させるのに有利である。

（付記項２）各請求項において、水除去要素の下流に位置する上昇配管のうち水除去要素の出口に繋がる付け根部分は、水除去要素の出口から離れるにつれて上昇していることを特徴とする燃料電池システム。上昇配管において生成された凝縮水を上昇配管のガスの流れ方向とは逆の方向に沿って水除去要素に向けて流下させるのに有利である。

（付記項３）アノードガス、カソ−ドガス、アノードオフガス、カソ−ドオフガス、バーナ排ガスのうちのいずれかが流れる上流要素と、当該ガスが流れる下流要素と、上流要素の出口と下流要素の入口とを繋ぐ連通配管とを具備する燃料電池システムにおいて、連通配管は、上流要素と下流要素との間に配置され上流要素から流れるガスから水分を除去可能な水除去要素と、上流要素の出口と水除去要素の入口とを繋ぐと共に上流要素の出口から水除去要素の入口にかけてガスが下降する下降配管と、水除去要素の出口と下流要素の入口とを繋ぐと共に水除去要素の出口から下流要素の入口にかけてガスが上昇する上昇配管とを具備しており、水除去要素を挟むように配置された下降配管および上昇配管において生成される凝縮水は、その下降配管および上昇配管で挟まれている水除去要素に向けて流下することを特徴とする燃料電池システム。

（付記項４）アノードガス、カソ−ドガス、アノードオフガス、カソ−ドオフガス、バーナ排ガスのうちのいずれかのガスが流れる上流要素と、当該ガスが流れる下流要素と、上流要素の出口と下流要素の入口とを繋ぐ連通配管とを具備する燃料電池システムにおいて、上流要素から流れるガスから水分を除去可能な凝縮器が上流要素と下流要素との間に設けられており、連通配管は、上流要素と凝縮器とを繋ぐと共に上流要素の出口から凝縮器の入口にかけてガスが全体として下降する下降配管と、凝縮器と下流要素とを繋ぐと共に前記凝縮器の出口から下流要素の入口にかけてガスが全体として上昇する上昇配管とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。全体として下降するとは、水平部または下降部が部分的で有れば、有していても良いという意味である。全体として上昇するとは、水平部または下降部が部分的で有れば、有していても良いという意味である。

（付記項５）付記項４において、凝縮器が複数設けられており、各凝縮器を挟むように配置された下降配管および上昇配管は、付記項４の構造とされていることを特徴とする燃料電池システム。

本発明は例えば車両用、定置用、電気機器用、電子機器用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。

実施形態１に係り、燃料電池システムのブロック図である。 実施形態１に係り、天地関係を示す燃料電池システムのブロック図である。 実施形態１に係り、第１凝縮器の構成図である。 実施形態２に係り、天地関係を示す燃料電池システムのブロック図である。 実施形態３に係り、天地関係を示す燃料電池システムのブロック図である。 実施形態４に係り、天地関係を示す燃料電池システムのブロック図である。 実施形態５に係り、天地関係を示す燃料電池システムのブロック図である。

符号の説明

１はアノードガス通路、１３は迂回通路、２はスタック、２０はアノード、２１はカソ−ド、３１〜３５は開閉弁、５１〜５４は凝縮器（水除去要素）、６０は改質器、６１はバーナ、６２はバース排ガス排気口、７はカソ−ド通路、７１は加湿器、７５はカソ−ドオフガス排気口、８は貯水部、８０は水タンク、８１は水精製部、１００は第１連通配管、１０１は第１下降配管、１０５は第１上昇配管、２００は第２連通配管、２０１は第２下降配管、２０５は第２上昇配管、３００は第３連通配管、３０１は第３下降配管、３０５は第３上昇配管、４００は第４連通配管、４０１は第４下降配管、４０５は第４上昇配管を示す。

Claims (7)

1. 凝縮水を生成するおそれがあると共に水素を含むアノードガスをガス状の燃料原料を水蒸気改質により改質して生成する改質器と、前記改質器に供給する水を貯める貯水部と、前記改質器を改質反応に適するように加熱するバーナと、当該アノードガスが流れるとともに触媒を担持するアノードおよびカソードをもつ燃料電池のスタックと、前記改質器の出口と前記スタックのアノードの入口とを繋ぐ第１連通配管とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記第１連通配管は、
   前記改質器と前記スタックとの間に配置され前記改質器の出口から流れるアノードガスから水分を除去可能な第１水除去要素と、
   前記改質器の出口と前記第１水除去要素の入口とを繋ぐと共に前記改質器の出口から前記第１水除去要素の入口にかけてアノードガスが下降する第１下降配管と、
   前記第１水除去要素の出口と前記スタックの前記アノードの入口とを繋ぐと共に前記第１水除去要素の出口から前記スタックの前記アノードの入口にかけてアノードガスが上昇する第１上昇配管とを具備しており、
   且つ、前記第１水除去要素の前記入口は前記改質器の出口よりも下方に配置され、前記第１水除去要素の前記出口は前記スタックのアノードの入口よりも下方に配置され、
   前記スタックの前記アノードの出口と前記バーナの入口とを繋ぐ第２連通配管が設けられており、更に、
   前記スタックの前記カソードに供給される前記カソ−ドガスを加湿する加湿部と前記スタックの前記カソードから排出された前記カソ−ドオフガスから吸湿する吸湿部とをもつ加湿器と、前記加湿器の前記吸湿部とカソードオフガス排気口とを繋ぐ第４連通配管とが設けられており、
   前記第４連通配管は、
   前記加湿器の前記吸湿部と前記カソードオフガス排気口との間に配置され前記加湿器の前記吸湿部の出口から流れるカソードオフガスから水分を除去可能な第４水除去要素と、
   前記加湿器の前記吸湿部の出口と前記第４水除去要素の入口とを繋ぐと共に前記第４水除去要素の入口にかけてカソードオフガスが下降する第４下降配管と、
   前記第４水除去要素の出口と前記カソードオフガス排気口とを繋ぐと共に前記第４水除去要素の出口から前記カソードオフガス排気口にかけてカソードオフガスが上昇する第４上昇配管とを具備し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、前記第１上昇配管は、前記第１水除去要素の出口から前記スタックの前記アノードの入口に向かうにつれて部分的に下降する下降中間部分を有していないことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１において、前記第１連通配管の前記第１下降配管は、前記改質器の出口から前記第１水除去要素の入口に向かうにつれて部分的に上昇する上昇中間部分を有しており、且つ、前記上昇中間部分の下端部には、水を除去可能な別の水除去要素が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記水除去要素は、ガスに含まれている水分を凝縮させると共に水を除去可能な凝縮器、水を貯めると共に水を除去可能な貯水タンク、水を抜くドレンのうちの少なくとも一つであることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記スタックの前記アノードと前記バーナとを繋ぐ前記第２連通配管は、
   前記スタックの前記アノードと前記バーナとの間に配置され前記スタックの前記アノードの出口から流れるアノードオフガスから水分を除去可能な第２水除去要素と、
   前記スタックの前記アノードの出口と前記第２水除去要素の入口とを繋ぐと共に前記第２水除去要素の入口にかけてアノードガスが下降する第２下降配管と、
   前記第２水除去要素の出口と前記バーナとを繋ぐと共に前記第２水除去要素の出口から前記バーナの入口にかけてアノードオフガスが上昇する第２上昇配管とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項において、前記バーナで燃焼したバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス排気口と、前記バーナと前記バーナ排ガス排気口とを繋ぐ第３連通配管とが設けられており、
   前記第３連通配管は、
   前記バーナと前記バーナ排ガス排気口との間に配置され前記バーナの出口から流れるバーナ排ガスから水分を除去可能な第３水除去要素と、
   前記バーナの出口と前記第３水除去要素の入口とを繋ぐと共に前記第３水除去要素の入口にかけてバーナ排ガスが下降する第３下降配管と、
   前記第３水除去要素の出口と前記バーナ排ガス排気口とを繋ぐと共に前記第３水除去要素の出口から前記バーナ排ガス排気口の入口にかけてバーナ排ガスが上昇する第３上昇配管とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項５において、前記第２連通配管の前記第２上昇配管は、前記第２水除去要素の出口から前記バーナの入口に向かうにつれて部分的に下降する下降中間部分を有しており、且つ、前記下降中間部分の下端部には、水を除去可能な別の水除去要素が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。

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