JP5625441B2

JP5625441B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP5625441B2
Application number: JP2010078396A
Authority: JP
Inventors: 耕平山口; 浦田　隆行; 隆行浦田; 中村　彰成; 彰成中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011210605A

Description

本発明は、燃料ガスを生成する水素生成装置と、燃焼部と、燃焼部の燃焼に必要な空気を供給する空気供給経路と、燃焼による排気ガスを外部へ排出する為の排気経路を備える燃料電池システムに関する。

都市ガスやＬＰガスなどの炭化水素系燃料を改質し、改質した燃料ガスと空気とを用い発電を行う燃料電池システムが開発されている。

この種の燃料電池システムとしては、改質を行う改質部と、改質部に隣接され改質部の加熱を行う燃焼部を備え、燃焼部には燃焼に必要な空気を供給する空気供給経路と、燃焼によって発生する排気ガスを外部へ排出する為の排気口をもつ排気経路とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

図１１に示すように、特許文献１の燃料電池システムは、原燃料１を改質器３で燃料ガスに改質し、燃料ガスと空気とを用い発電を行う。改質器３が改質を行う時には、バーナ１２はパイプ１３あるいはパイプ１５より供給される燃料と、ファン１４が動作することにより供給される空気とを用いて燃焼を行い、改質器３を加熱する。バーナ１２が燃焼することによって発生する排気ガスは排気系３１を経由し、燃料電池システム外部へ排出される構成となっている。

特開２００３−２７２６４７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、改質器３が停止した直後の改質器３が高温状態にあるときに、外部からの風が排気系３１に吹き込むと、排気系３１からファン１４に向かって気体が流れ、改質器３の余熱で加熱された高温の気体が逆流する。特に、ファン１４の空気の吸い込み口が燃料電池システム内部にある場合には、逆流した高温の気体はファン１４の吸い込み口より料電池システム内部へ広がり、燃料電池システム内部の部品を高温劣化させていた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、改質器の余熱で加熱された高温の気体が燃料電池システム内部へ逆流することがなく、燃料電池システム内部の部品が高温気体に曝されて劣化することがない、信頼性に優れる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃焼に必要な空気を供給する空気供給経路に高温気体の逆流を検知する手段と、空気供給経路内の空気の流量を計測する流量計測手段と、高温気体の逆流を防止する手段として動作する空気供給手段を設け、水素生成装置の停止後に逆流を検知する手段が高温気体の逆流を検知した場合には、流量計測手段により計測する空気供給手段から水素生成装置へ向かう空気の流量が所定流量以下になるように空気供給手段を動作させ逆流を防止する構成としたものである。

この構成により、水素生成装置の停止後に燃料電池システム外部から排気口に風が吹き込んだ場合においても空気供給経路へ高温気体が逆流することがなく、空気供給経路や燃料電池システム内部に設けてある部品などが高温気体に曝されることがない。その結果、空気供給経路や燃料電池システム内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。

本発明の燃料電池システムによれば、水素生成装置の停止後に排気口へ風が吹き込み、高温気体が逆流する場合においても燃料電池システム内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、燃料電池システムの信頼性を高めることができる。また、空気供給手段を逆流防止手段として用いることにより、燃料電池システムを簡素化でき、低コスト化を図ることができる。さらには、空気供給手段の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態６における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態７における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態８における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態９における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態１０における燃料電池システムの構成図従来の燃料電池システムの構成図

第１の発明は、発電部と、燃焼部の熱で加熱されて発電部の発電に用いる燃料ガスを生成する水素生成装置と、空気供給経路を介して前記燃焼部へ空気を供給する空気供給手段と、燃焼部の燃焼により発生する排気ガスを外気に排出する排気口をもつ排気経路と、水素生成装置から空気供給経路へ向かう高温気体の流れを検知するための逆流検知手段と、空気供給経路内の空気の流量を計測する流量計測手段と、水素生成装置の停止後に排気経路から外気が流入して水素生成装置の余熱で加熱された高温気体が水素生成装置から空気供給経路に向かって流れていることを逆流検知手段により検知した時に空気供給手段を逆流防止手段として動作させると共に流量計測手段により計測する空気供給手段から水素生成装置へ向かう空気の流量が所定流量以下になるように空気供給手段の空気供給能力を調節する制御手段と、を備えた燃料電池システムである。

これにより、水素生成装置の停止後に排気口へ燃料電池システム外部からの風が吹き込んだ場合においても空気供給経路へ水素生成装置の余熱で加熱された高温気体が空気供給経路へ向かって流れることがなく、空気供給経路や燃料電池システム内部に備える部品が高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。また、空気供給手段を逆流防止手段として用いることにより、燃料電池システムを簡素化でき、低コスト化を図ることができる。さらには、空気供給手段の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

第２の発明は、第１の発明において、流量計測手段は水素生成装置から空気供給経路へ向かう気体の流れを検知する逆流検知機能付きの流量計測手段であり、制御手段が空気供給手段を逆流防止手段として動作させる時に、流量計測手段の逆流検知機能が逆流を検知しないように空気供給手段の供給能力を調整する。つまり、水素生成装置の停止後に、水素生成装置から空気供給経路へ向かう流れを流量計測手段の逆流検知機能が検知しないように制御手段により空気供給手段から空気供給経路へ空気量を調整して供給する。これにより、燃料電池システム内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。さらには、空気供給手段の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

第８の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、逆流防止手段は空気供給経路を開閉する開閉手段であり、逆流検知手段により水素生成装置から空気供給経路へ向かう高温気体の流れが検知された場合、開閉手段は開閉動作を行う。つまり、水素生成装置の停止後に逆流検知手段が高温気体の逆流を検知した場合、水素生成装置から空気供給経路へ向かう逆流の流れを開閉手段が閉止することによって遮断する。これにより、燃料電池システム内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。

第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、制御手段により動作する逆流防止手段は所定の時間動作する。つまり、水素生成装置の停止後に逆流検知手段により高温気体の逆流が検知された場合、逆流防止手段は制御手段により所定の時間動作したのちに動作を停止する。これにより、逆流防止手段の動作時間を抑制でき、逆流防止手段を動作させるエネルギーの消費を抑制できるため燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

第１０の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、空気供給経路内の空気の温度を検出する空気温度検出手段または水素生成装置の内部温度を検出する内部温度検出手段を備え、空気温度検出手段または内部温度検出手段により検出される温度によって、逆流防止手段を制御手段により停止する。つまり、
空気温度検出手段または内部温度検出手段で検出される温度が所定の温度以下となる場合には逆流防止手段の動作を停止する。これにより、逆流防止手段の動作時間を抑制でき、逆流防止手段を動作させるエネルギーの消費を抑制できるため燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。

図１に示すように、燃料電池システム１は、基本構成として、発電に用いる燃料ガスを製造する水素生成装置２と、水素生成装置２で製造された燃料ガスを用いて発電を行う発電部１２を少なくとも備えている。ここで、水素生成装置２は、燃料ガスを原料燃料より生成する改質変成部４、改質変成部４を加熱する燃焼部３を少なくとも備えている。そして、燃焼部３には燃焼に必要な空気を供給する空気供給手段６が空気供給経路７を介して接続され、さらに燃焼部３には、燃焼に伴い発生する排気ガスを燃料電池システム外部へ排気するための排気口１６をもつ排気経路８が接続されている。

以下に、図１を参照しながら、燃料電池システム１の構成について説明する。

まず、発電部１２の発電に必要な燃料ガスは水素生成装置２で製造される。燃料ガスは原料燃料供給経路１４を経由し供給される炭化水素を主成分とする原料燃料と、改質水供給経路１８を経由し供給される改質水を改質変成部４で水蒸気改質反応によって改質され、水素リッチな燃料ガスとなる。

改質反応を進行させるための触媒には、種々の触媒種が用いられるが、ルテニウムが好適に用いられている。改質変成部４は燃焼部３と排気経路８と隣接され、燃焼部３の燃焼熱によって加熱されると共に水蒸気改質反応に用いられる改質水が気化される。具体的な加熱温度は、触媒の種類に応じて異なるが、ルテニウム等一般的に用いられている触媒の場合、６００℃前後である。また、改質変成部４の外周には断熱部５を備え、燃焼部３の燃焼熱により加熱温度まで加熱した改質変成部４の放熱による温度低下を抑制し水蒸気改質反応を安定させるとともに、放熱によるエネルギーロスを抑制する。したがって発電部１２で発電を行っているときには、燃焼部３の燃焼熱と断熱部５により、改質変成部４の内部温度は６００℃前後に維持される。

水素生成装置２で製造された燃料ガスは燃料ガス供給経路１９を経由し発電部１２へ送る。発電部１２には余剰燃料ガス経路２１が接続されており、水素生成装置２より発電部１２へ送られた燃料ガスのうち発電に使用しない余剰の燃料ガスを余剰燃料ガス経路２１に送る。余剰燃料ガス経路２１に送られた燃料ガスは余剰燃料ガス経路２１に接続したガス供給経路２２を流れ、ガス供給経路２２に接続した燃焼部３に送られる。これにより、余剰燃料ガスは燃焼部３の燃料として利用することができる。また、燃焼部３は燃焼に必要な空気を供給するための空気供給手段６が空気供給経路７を介して接続され、空気供給手段６が動作することにより燃料電池システム１内部の空気を吸入し、燃焼部３へ送る。これにより、余剰燃料ガスと空気とが燃焼部３で燃焼される。

さらに、燃焼部３には、燃焼に伴い発生する排気ガスを燃料電池システム外部へ排気するための排気口１６が排気経路８を介して接続され、排気ガスは燃料電池システム外部へ排出される。

発電部１２が発電を停止する場合、すなわち、水素生成装置２での燃料ガスの製造を停止する場合には、原料燃料供給経路１４に備えた原料燃料元弁２４を閉止することにより、水素生成装置２へ供給する原料燃料を遮断する。また、ガス供給経路２２に備えたバーナ前弁１７を閉止することにより、燃焼部３への余剰燃料ガスの供給を遮断する。さらには、空気供給手段６を停止することにより燃焼部３での燃焼が停止する。燃焼部３での燃焼が停止することで、自然放熱により改質変成部４の温度は６００℃前後より下がり始めるが２５℃前後の常温まで低下するのには数時間を要する。

水素生成装置２の停止後に燃料電池システム１外部より排気口１６へ風が入り込む場合、排気経路８から燃焼部３、空気供給経路７を経由して空気供給手段６への気体の流れが生じる。このとき、空気供給手段６へ向かう気体は水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱により高温となる。

ここで、空気供給経路７に備えた逆流検知手段９により、空気供給手段６へ向かう高温気体の流れが検知された場合には、逆流検知手段９より制御手段１３へ信号を送る。制御手段１３は逆流検知手段９の信号により高温気体が逆流していると判断し、空気供給経路７に備えた逆流防止手段１０を動作させる。これにより、空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。

本実施の形態によれば、水素生成装置２の停止後に排気口１６へ燃料電池システム１外部から風が吹き込んだ場合においても水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品が高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。

図２に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給経路７に備えた空気供給経路７の内部温度を検出する空気温度検出手段２５を備え、空気温度検出手段２５を逆流検知手段として用いる点を特徴とする。他の構成は、実施の形態１の燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである逆流検知手段として用いる空気温度検出手段２５の逆流検知動作について、主に説明する。

すなわち、水素生成装置２の停止後に排気口１６へ風が吹き込み、水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流する場合、空気供給経路７の内部温度を検出する空気温度検出手段２５で検出される温度が所定の温度以上であれば、制御手段１３は空気供給手段６に向かって高温気体が逆流していると判断し、空気供給経路７に備えた逆流防止手段１０を動作させる。これにより、空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。

本実施の形態によれば、水素生成装置２の停止後に排気口１６へ風が吹き込んだ場合においても水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品が高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図である。

図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給経路７に備えた空気供給経路７の空気の流量を計測する流量計測手段１１と、水素生成装置２の内部温度を検出する内部温度検出手段１５を備え、流量計測手段１１で計測される空気供給経路７を流れる流量と、内部温度計測手段１５で計測される水素生成装置２の内部温度を用いて逆流検知手段とする点を特徴とする。他の構成は、実施の形態１の燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである流量計測手段１１と、内部温度検出手段１５を逆流検知手段として用いる逆流検知動作について、主に説明する。

排気口１６へ風が吹き込み、空気供給手段６に向かって気体が逆流する場合、空気供給経路７に備えた流量計測手段１１によって空気供給手段６に向かって逆流する気体の流量が計測される。このとき、内部温度計測手段１５で計測する水素生成装置２の内部温度が所定の温度以上であれば、改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流していると制御手段１３により判断し、空気供給経路７に備えた逆流防止手段１０を動作させる。これにより、空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。

本実施の形態によれば、水素生成装置２の停止後に排気口１６へ風が吹き込んだ場合においても水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品などが高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図である。

図４に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給経路７の空気の流量を計測する流量計測手段１１は逆流検知機能付きである点で実施の形態３とは異なる。他の構成は、実施の形態３の燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである逆流検知機能付きの流量計測手段１１と、内部温度検出手段１５を逆流検知手段として用いる逆流検知動作について、主に説明する。

排気口１６へ風が吹き込み、空気供給手段６に向かって気体が逆流する場合、空気供給経路７に備えた逆流検知機能付きの流量計測手段１１によって空気供給手段６に向かう逆流が検知される。このとき、内部温度計測手段１５で計測する水素生成装置２の内部温度が所定の温度以上であれば、改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流していると制御手段１３により判断し、空気供給経路７に備えた逆流防止手段１０を動作させる。これにより、空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。

（実施の形態５）
以下に、本発明の実施の形態５における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図５は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図である。

図５に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給手段６を逆流防止手段とする点で実施の形態１から４のいずれかとは異なる。他の構成は、実施の形態１から４のいずれかの燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである空気供給手段６を逆流防止手段として用いる逆流防止動作について、主に説明する。

逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知された場合、制御手段１３は逆流防止手段である空気供給手段６を動作させ、空気供給経路７に燃料電池システム１内部より吸入した空気を送る。つまり、空気供給手段６を動作させることによって空気供給手段６に向かう高温気体の流れ方向とは逆方向の排気口１６へ向かう空気の流れとする。これにより、排気口１６から空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。

本実施の形態によれば、水素生成装置２の停止後に排気口１６へ風が吹き込んだ場合においても水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品などが高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。さらに、空気供給手段６を逆流手段として用いることにより、燃料電池システムを簡素化でき、低コスト化を図ることができる。

（実施の形態６）
以下に、本発明の実施の形態６における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図６は、本発明の実施の形態６における燃料電池システムの構成図である。

図６に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給経路７内部の空気の流量を計測する流量計測手段１１を備え、逆流防止手段である空気供給手段６を動作させる時に、流量計測手段１１で計測する流量が所定の流量以下となるように制御手段１３によって空気供給手段６の空気供給能力を調整する点で実施の形態５とは異なる。他の構成は、実施の形態５と同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである流量計測手段１１で計測される流量が所定の流量以下となるように空気供給手段６の空気供給能力を調整する逆流防止動作について、主に説明する。

逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知された場合、制御手段１３は逆流防止手段である空気供給手段６を動作させ、空気供給経路７に燃料電池システム１内部より吸入した空気を送る。つまり、空気供給手段６を動作させることによって排気口１６から空気供給手段６に向かう流れとは逆方向の空気供給手段６から排気口１６へ向かう空気の流れとする。ここで、空気供給手段６は流量計測手段１１で計測される流量が所定の流量以下となるように制御手段１３によって空気供給能力を調整する。すなわち、高温気体の逆流の流量に応じて空気供給経路７に供給する空気量を調整する。これにより、空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。さらには、空気供給手段６の空気供給能力を高温気体の逆流の流量に応じた能力で動作することができる。

本実施の形態によれば、水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、空気供給経路７や燃料電池システム１内部に備える部品などが高温気体に曝されることがない。その結果、空気供給経路７や燃料電池システム１内部に備える部品などの高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。さらには、空気供給手段６の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

（実施の形態７）
以下に、本発明の実施の形態７における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図７は、本発明の実施の形態７における燃料電池システムの構成図である。

図７に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、逆流検知機能付きである流量計測手段１１を備え、逆流防止手段である空気供給手段６を動作させる時に、流量計測手段１１の逆流検知機能が逆流を検知しないように制御手段１３によって空気供給手段６の空気供給能力を調整する点で実施の形態６とは異なる。他の構成は、実施の形態６と同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである流量計測手段１１の逆流検知機能が逆流を検知しないように空気供給手段６の空気供給能力を調整する逆流防止動作について、主に説明する。

逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知された場合、制御手段１３は逆流防止手段である空気供給手段６を動作させ、空気供給経路７に燃料電池システム１内部より吸入した空気を送る。つまり、空気供給手段６を動作させることによって空気供給手段６に向かう高温気体の流れ方向とは逆方向の排気口１６へ向かう空気の流れとする。ここで、空気供給手段６は流量計測手段１１の逆流検知機能が逆流を検知しないように制御手段１３によって空気供給能力を調整する。空気供給手段６の空気供給能力は、流量計測手段１１の逆流検知機能が逆流を検知しない最低限の空気供給能力とする。これにより、空気供給手段６へ向かう高温気体の逆流を防止する。

本実施の形態によれば、水素生成装置２に備えた改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品が高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。さらには、空気供給手段６の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

（実施の形態８）
以下に、本発明の実施の形態８における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図８は、本発明の実施の形態８における燃料電池システムの構成図である。

図８に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給経路７を開閉する開閉手段２６を逆流防止手段とする点で実施の形態１から４のいずれかとは異なる。他の構成は、実施の形態１から４のいずれかの燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである開閉手段２６を逆流防止手段として用いる逆流防止動作について、主に説明する。

逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知された場合、制御手段１３は逆流防止手段である開閉手段２６を動作させ閉止する。つまり、空気供給経路７を流れる高温気体の逆流を遮断する。

本実施の形態によれば、改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品が高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態９）
以下に、本発明の実施の形態９における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図９は、本発明の実施の形態９における燃料電池システムの構成図である。

図９に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、逆風検知手段９で高温気体の逆流を検知すると逆風防止手段１０は制御手段１３によって所定時間動作することを特徴とする点で実施の形態１から８のいずれかとは異なる。他の構成は、実施の形態１から８のいずれかの燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである逆風防止手段１０を所定時間動作する逆流防止動作について、主に説明する。

逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知された場合、制御手段１３は逆流防止手段１０を所定時間動作させ停止する。逆流防止手段１０を停止させたのちに再度、逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知される場合には、再度、逆流防止手段１０を所定時間動作させ停止する。

制御手段１３により逆流防止手段１０を動作させる所定時間は数分程度の時間とし、逆流防止手段１０を動作する時間を高温気体の逆流を防止する最低限の時間とすることにより、逆流防止手段１０で消費されるエネルギーを抑制することができる。

本実施の形態によれば、改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品などが高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。さらには、逆流防止手段１０の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

（実施の形態１０）
以下に、本発明の実施の形態１０における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。

図１０は、本発明の実施の形態１０における燃料電池システムの構成図である。

図１０に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１は、空気供給経路７の空気温度を検出する空気温度検出手段２５または水素生成装置２の内部温度を検出する内部温度検出手段１５を備え、空気温度検出手段２５または内部温度検出手段１５で検出される温度により逆流防止手段１０を停止するタイミングを制御手段１３により決定することを特徴とする点で実施の形態１から８のいずれかとは異なる。他の構成は、実施の形態１から８のいずれかの燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。

そこで、以下では、本実施の形態のポイントである空気温度検出手段２５または内部温度検出手段１５で検出される温度によって逆流防止手段１０の停止するタイミングを制御手段１３が決定する逆流防止動作について、主に説明する。

逆流検知手段９によって高温気体の逆流が検知された場合、制御手段１３は逆流防止手段１０を動作させる。このとき、制御手段１３は空気温度検出手段２５または内部温度検出手段１５で検出される温度を監視する。

空気温度検出手段２５または内部温度検出手段１５で検出させる温度が所定の温度より低くなった場合には、制御手段１３は高温気体の逆流が発生しないと判断し、逆流防止手段１０を停止する。逆に、空気温度検出手段２５または内部温度検出手段１５が所定の温度より高い場合には、逆流防止手段１０を継続して動作する。

これにより、制御手段１３により逆流防止手段１０を動作させる時間を高温気体の逆流を防止する最低限の時間とし、逆流防止手段１０で消費されるエネルギーを抑制することができる。

本実施の形態によれば、改質変成部４の余熱で加熱された高温気体が空気供給手段６に向かって逆流することがなく、燃料電池システム１内部に備える部品が高温気体に曝されることがない。その結果、燃料電池システム１内部に備える部品の高温気体による劣化を抑制または防止することができ、信頼性に優れる燃料電池システムを実現できる。さらには、逆流防止手段１０の動作エネルギーは無駄なく高温気体の逆流防止に使用されるため、燃料電池システムの省エネ性を高めることができる。

本発明の燃料電池システムによれば、水素生成装置の停止後に高温の気体が燃料電池システム内部へ逆流する場合でも、高温気体の逆流を防止でき、燃料電池システム内部を構成する部品の高温気体による劣化を抑制または防止できるため、燃料電池システムの技術分野において有用である。

１燃料電池システム
２水素生成装置
３燃焼部
４改質変成部
５断熱手段
６空気供給手段
７空気供給経路
８排気経路
９逆流検知手段
１０逆流防止手段
１１流量計測手段
１２発電部
１３制御手段
１４原料燃料供給経路
１５内部温度検出手段
１６排気口
１７バーナ前弁
１８改質水供給経路
１９燃料ガス供給経路
２０原料燃料バイパス経路
２１余剰燃料ガス経路
２２ガス供給経路
２３空気吸入フィルタ
２４原料燃料元弁
２５空気温度検出手段
２６開閉手段

Claims

発電部と、燃焼部の熱で加熱されて前記発電部の発電に用いる燃料ガスを生成する水素生成装置と、空気供給経路を介して前記燃焼部へ空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部の燃焼により発生する排気ガスを外部へ排出する排気口をもつ排気経路と、前記水素生成装置から前記空気供給経路へ向かう高温気体の流れを検知するための逆流検知手段と、前記空気供給経路内の空気の流量を計測する流量計測手段と、前記水素生成装置の停止後に前記排気経路から外気が流入して前記水素生成装置の余熱で加熱された高温気体が前記水素生成装置から前記空気供給経路に向かい流れていることを前記逆流検知手段により検知した時に前記空気供給手段を逆流防止手段として動作させると共に前記流量計測手段により計測する前記空気供給手段から前記水素生成装置へ向かう空気の流量が所定流量以下になるように前記空気供給手段の空気供給能力を調節する制御手段とを備えた燃料電池システム。
前記流量計測手段は、前記水素生成装置から前記空気供給経路へ向かう気体の流れを検知する逆流検知機能付き流量計測手段であり、前記制御手段は、前記空気供給手段を逆流防止手段として動作させる時に前記流量計測手段により逆流検知機能が前記水素生成装置から前記空気供給経路へ向かう気体の流れを検知しないように前記空気供給手段の空気供給能力を調節する請求項１記載の燃料電池システム。