JP6921373B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムは、改質用原料供給流路１４を通して供給される改質用原料中の硫黄成分を除去するための脱硫器２２と、脱硫された改質用原料を改質するための改質器４と、改質用原料及び酸化剤の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタック６とを備えている。

この燃料電池システムは、脱硫器２２による改質用原料の脱硫反応を水素が含まれる条件下で行うため、改質器４で改質された改質用原料である改質ガスの一部を脱硫器２２に戻すためのリサイクル流路４８が設けられている。このリサイクル流路４８にはリキッドドレイナ６０が配設されている。リキッドドレイナ６０は、改質ガスが冷却されることにより凝縮された改質ガス中の水分（ドレイン水）を留めるスチームトラップである。ドレイン水は、リキッドドレイナ６０から排水流路（図示なし）を介して外部に排出される。

特開２０１１−１５９４８５号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、リキッドドレイナ６０に加えて、リキッドドレイナ６０が故障した場合を考慮して、リサイクル流路４８を流通する改質ガスが排水流路を介して外部に排出されないように、例えばＵ字管等の水封構造を設けるときがある。このようにスチームトラップを構成したことにより、Ｕ字管等を加えることは、部品点数が比較的多くなるため、燃料電池システムが高コスト化する。一方、燃料電池システムにおいては、普及率向上等のため、低コスト化の要請がある。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質部にて改質された改質ガスの一部をリサイクルする燃料電池システムの低コスト化を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を水素によって除去し、かつ、改質用原料を改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に改質ガスを供給する改質ガス供給管と、脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、改質ガスの一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクルガス管であって、ドレイン水が生じるリサイクルガス管と、燃料電池からの水蒸気を含む排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された排ガスを排出するガス排出口を有する凝縮器と、ガス排出口より下方にて上方を開口するＵ字状に設けられ、第一端が凝縮器から凝縮水を導入する凝縮水導入口であり、第二端がリサイクルガス管からドレイン水を導入するドレイン水導入口であるとともに、底部と凝縮水導入口との間かつドレイン水導入口より下方に配置され、ドレイン水と凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口が設けられた混合水管と、混合水管の底部の流路である第一部位より上方に配置され、改質水を貯留するとともに、ドレイン水導入口より下方にて改質水を外部に排出する水排出口を有する水タンクと、第一部位より上方かつドレイン水導入口より下方に配置され、混合水導出口から導出された混合水を改質水として水タンクに導出するとともに、混合水を精製する水精製部が配置された改質水導出管と、を備えた燃料電池システムであって、混合水管の流路における第一部位からドレイン水導入口側の部位に位置する、改質ガスと混合水との境界面である第一境界面と、少なくとも混合水管の流路における第一部位より凝縮水導入口側の部位に位置するとともに、第一境界面と混合水を介して連通した、混合水と大気との境界面である第二境界面との上下方向に沿った高さが、第一境界面に対して所定圧力の前記改質ガスが作用することにより、改質ガスが第一境界面から第一部位へ流出しない下限の位置である第一位置に第一境界面が位置した場合において、第一境界面と第二境界面との間の混合水によって、第一境界面から第一部位への改質ガスの流出が規制される所定高さ以上となるように、混合水管、改質水導出管および水タンクが設けられている。

これによれば、第一位置に位置する第一境界面と、第一境界面に混合水を介して連通した第二境界面との上下方向に沿った高さが所定高さ以上になるとなるように、混合水管、改質水導出管および水タンクが設けられている。このため、第一境界面と第二境界面との間の混合水によって、第一境界面から第一部位、第二境界面ひいては外部への改質ガスの流出が抑制される。よって、従来技術のようなスチームトラップやＵ字管等の水封部材が不要となるため、燃料電池システムの部品点数を低減することができる。したがって、燃料電池システムの低コスト化を図ることができる。

本発明による燃料電池システムの第一実施形態の概要を示す概略図である。 図１に示す燃料電池システムの混合水管、リサイクルガス管、改質水導出管および水タンクの断面図であり、第一境界面が第一位置に位置した状態を表している。 図１に示す燃料電池システムのブロック図である。 図２に示す燃料電池システムの混合水管等の断面図であり、燃料電池システムの発電運転中において、第一境界面が混合水管の流路における第一部位からドレイン水導入口側の部位に位置する状態を表している。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第一変形例を示す混合水管等の断面図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第二変形例を示す混合水管等の断面図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第三変形例を示す混合水管等の断面図である。 本発明による燃料電池システムの第二実施形態を示す混合水管等の断面図である。 本発明による燃料電池システムの第二実施形態の第一変形例を示す混合水管等の断面図である。 本発明による燃料電池システムの第二実施形態の第二変形例を示す混合水管等の断面図である。 本発明による燃料電池システムの第二実施形態の第二変形例のブロック図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明による燃料電池システムの第一実施形態について説明する。本明細書においては説明の便宜上、図１における上側および下側をそれぞれ燃料電池システム１の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ燃料電池システム１の左方および右方として説明する。

燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１、凝縮器１２、インバータ装置１３、改質水を貯留する水タンク１４、および、制御装置１５を備えている。

燃料電池モジュール１１（３０）は、図１に示すように、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。

蒸発部３２には、改質用原料供給管１１ａを介して供給源Ｇｓから改質用原料が供給される。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

また、蒸発部３２には、水供給管１１ｂを介して水タンク１４から改質水が供給される。水供給管１１ｂは、改質水を送出する改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。改質水ポンプ１１ｂ１は、制御装置１５からの制御指令値にしたがって改質水の流量（単位時間あたりの流量）を調整する。

蒸発部３２は、改質水から水蒸気を生成するものである。蒸発部３２は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水タンク１４から供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。また、蒸発部３２は、供給源Ｇｓから供給された改質用原料を予熱する。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部３３に供給する。

改質部３３は、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池３４に供給するものである。改質部３３は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出する。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。

改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

燃料電池３４は、水素を含む改質ガスと酸化剤ガスにより発電するものである。燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。

セル３４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口（図示なし）に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出される。

カソードエアは、カソードエア供給管１１ｃを介してカソードエアブロワ１１ｃ１から供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出される。カソードエアブロワ１１ｃ１は、筐体１０ａ内の空気をカソードエアとして送出する。

燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間には、燃焼部３６が設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部３３を加熱する。

燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７が発生している。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガス（本発明の排ガスに相当）が発生している。また、燃焼部３６は、燃料電池モジュール３０内の温度を燃料電池３４の動作温度にする。

凝縮器１２は、燃料電池３４からの水蒸気を含む燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された燃焼排ガスを排出するガス排出口１２ａを有するものである。凝縮器１２は、具体的には、燃料電池モジュール３０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。ガス排出口１２ａは、凝縮器１２の側壁に設けられている。

貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび凝縮器１２が配設されている。

凝縮器１２において、燃料電池モジュール３０からの燃焼排ガスは、第一排気管１１ｄを通って凝縮器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ冷却されるとともに燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮される。冷却後の燃焼排ガスはガス排出口１２ａおよびガス排出口１２ａに接続された第二排気管１１ｅを通って外部に排出される。一方、凝縮された凝縮水は、混合水管４０に導出される（詳細は後述する）。

上述した凝縮器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール３０の排熱を貯湯水に回収して蓄える。

インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。

インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御する。

次に、改質用原料供給管１１ａに関して詳述する。改質用原料供給管１１ａには、上流から順番に遮断弁１１ａ１、圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５および脱硫器１１ａ６が設けられている。

遮断弁１１ａ１は、改質用原料の供給を遮断可能とするものである。遮断弁１１ａ１は、制御装置１５の指令によって改質用原料供給管１１ａを開閉自在に遮断する弁（２連弁）である。圧力センサ１１ａ２は、改質用原料の圧力（圧力センサ１１ａ２の設置場所の圧力）を検出するものである。圧力センサ１１ａ２の検出結果は、制御装置１５に出力される。流量センサ１１ａ３は、改質用原料の流量（単位時間あたりの流量）を検出するものである。流量センサ１１ａ３の検出結果は、制御装置１５に出力される。

圧力調整装置１１ａ４は、入力した改質用原料の圧力を所定の圧力に調整して出力する。例えば、圧力調整装置１１ａ４は、入力した改質用原料の圧力を大気圧にて出力するゼロガバナである。圧力調整装置１１ａ４は、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５より１次側を後述するリサイクルガス管３９に対して圧力を低くするためのものである。圧力調整装置１１ａ４が、改質用原料供給管１１ａをリサイクルガス管３９より低圧とすることにより、改質ガスがリサイクルガス管３９を流通する。

原料ポンプ１１ａ５は、改質用原料を送出するものである。原料ポンプ１１ａ５は、制御装置１５からの制御指令値にしたがって改質用原料の流量（単位時間あたりの流量）を調整する。

脱硫器１１ａ６は、改質用原料に含まれる硫黄成分（例えば、硫黄化合物）を水素によって除去し、かつ、改質用原料を改質部３３に供給するものである。脱硫器１１ａ６内には、触媒および超高次脱硫剤が収容されている。触媒においては、硫黄化合物と水素とが反応して硫化水素が発生する。例えば、触媒は、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系である。超高次脱硫剤としては、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などを用いることができる。

超高次脱硫剤は、触媒にて硫黄化合物から変換された硫化水素を取り込んで除去するものである。このような超高次脱硫剤は、２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫器１１ａ６は、内部が２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態となる箇所に配置されている。例えば、脱硫器１１ａ６は、後述する燃焼部３６によって高温状態となる燃料電池モジュール３０のケーシング３１内、またはケーシング３１外面に配置されている。また、燃料電池システム１は、脱硫剤として超高次脱硫剤を用いることに関連して、リサイクルガス管３９が設けられている。

リサイクルガス管３９は、改質部３３から燃料電池３４に改質ガスを供給する改質ガス供給管３８と、脱硫器１１ａ６に改質用原料を供給する改質用原料供給管１１ａとを接続し、改質ガスの一部をリサイクル燃料として脱硫器１１ａ６に戻す管である。上述したように、改質ガスには水素が含まれている。

リサイクルガス管３９の第一端は、改質部３３から燃料電池３４に改質ガスを供給する改質ガス供給管３８に接続されている。リサイクルガス管３９の第二端は、改質用原料供給管１１ａの脱硫器１１ａ６の上流位置、さらに具体的には、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の配設部位と圧力調整装置１１ａ４の配設部位との間にて接続されている。これにより、改質部３３から改質ガス供給管３８を通して流れる改質ガスの一部がリサイクル燃料としてリサイクルガス管３９を通して改質用原料供給管１１ａに戻される。

このように、改質ガスの一部が改質用原料供給管１１ａに戻されることにより、改質ガス中の水素が改質用原料に混合されて改質用原料供給管１１ａを通して脱硫器１１ａ６内の超高次脱硫剤に送給される。その結果、改質用原料中の硫黄化合物が水素と反応して硫化水素が発生し、その硫化水素が超高次脱硫剤によって除去される。

リサイクルガス管３９には、オリフィス３９ａが設けられている。オリフィス３９ａには流路孔（図示なし）が設けられ、流路孔によってリサイクルガス管３９を通して戻される改質ガスの流量を所定流量に調整する。

また、リサイクルガス管３９は、燃焼部３６によって高温状態となる燃料電池モジュール３０内から、燃料電池モジュール３０内より低温の燃料電池モジュール３０外にかけて配設されている。これにより、燃料電池モジュール３０内において比較的高温であった改質ガスの温度は、燃料電池モジュール３０外を通るときに低下するため、改質ガスに含まれる水蒸気が凝縮されて、ドレイン水（凝縮水）が生成される。このドレイン水は、混合水管４０に導出される。

混合水管４０は、図１および図２に示すように、ガス排出口１２ａより下方にて上方を開口するＵ字状に設けられている。混合水管４０は、第一部位４０ａを有している。第一部位４０ａは、混合水管４０の底部の流路である。第一部位４０ａは、混合水管４０の底部にて左右方向に延びるように形成されている。

混合水管４０は、第一端（右端）が凝縮器１２から凝縮水を導入する凝縮水導入口４０ｂであり、第二端（左端）がリサイクルガス管３９からドレイン水を導入するドレイン水導入口４０ｃである。凝縮水導入口４０ｂは、凝縮器１２の底壁に配置されている。

ドレイン水導入口４０ｃは、リサイクルガス管３９におけるオリフィス３９ａよりも上流側にて、リサイクルガス管３９の側壁に接続されている。リサイクルガス管３９においては、オリフィス３９ａより上流側が正圧となるため、ドレイン水がオリフィス３９ａを通らずに混合水管４０に流入する。これにより、ドレイン水の改質用原料供給管１１ａへの流入が抑制される。

混合水管４０内においては、ドレイン水と凝縮水とが混合される。混合水管４０は、底部（第一部位４０ａ）と凝縮水導入口４０ｂとの間かつドレイン水導入口４０ｃより下方に配置され、ドレイン水と凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口４０ｄが設けられている。混合水導出口４０ｄは、混合水管４０の側壁に開口するように形成されている。混合水導出口４０ｄから導出された混合水は、水タンク１４へ改質水導出管４１を介して供給される。

水タンク１４は、第一部位４０ａより上方に配置されている。水タンク１４は、具体的には、上下方向において、第一部位４０ａとドレイン水導入口４０ｃとの間に配置されている。水タンク１４は、上方を開放する有底筒状に形成されている。水タンク１４は、内部に改質水を貯留する。水タンク１４は、水排出口１４ａおよび水導出口１４ｂが設けられている。

水排出口１４ａは、ドレイン水導入口４０ｃより下方にて改質水を外部に排出するものである。水排出口１４ａは、ドレイン水導入口４０ｃより下方にて水タンク１４の上側部に形成され、外部に向けて改質水を排出可能に設けられている。すなわち、水タンク１４の水位の上限は、水排出口１４ａの下端と同じ高さとなる。

水導出口１４ｂは、水排出口１４ａより下方に形成され、水供給管１１ｂの下端が接続され、改質水を蒸発部３２に向けて導出するものである。また、水タンク１４は、水位センサ１４ｃが配置されている。

水位センサ１４ｃは、水タンク１４の水位を検出するものである。水タンク１４の水位は、水タンク１４の内側の底面から水タンク１４の水面Ｓｍまでの高さである。水位センサ１４ｃは、例えば、フロート１４ｃ１を有するリードスイッチ式の水位センサである。

水位センサ１４ｃは、水タンク１４の水位が第一所定水位Ｓｗ１より高い場合に第一オン信号を、水タンク１４の水位が第一所定水位Ｓｗ１以下である場合に第一オフ信号を制御装置１５に出力する。第一所定水位Ｓｗ１は、上下方向において水導出口１４ｂと水排出口１４ａとの間に設けられている。

第一オフ信号が出力された場合、水源Ｗ（例えば水道配管）からの水が、給水管４２を介して、給水管４２に配置された第一水精製部４２ａを通って改質水として水タンク１４に供給される。第一水精製部４２ａは、水を精製するものである。制御装置１５は、第一オフ信号が出力された場合、給水管４２に配置された開閉弁４２ｂを開状態にする給水制御部１５ａを備えている（図３参照）。開閉弁４２ｂは、ノーマルクローズ型の電磁弁である。

改質水導出管４１は、第一部位４０ａより上方かつドレイン水導入口４０ｃより下方に配置され、混合水導出口４０ｄから導出された混合水を改質水として水タンク１４へ導出するとともに、混合水を精製する第二水精製部４３（本発明の水精製部に相当）が配置されたものである。

改質水導出管４１の第一端は、混合水導出口４０ｄに接続され、混合水が導入される混合水導入口４１ａである。改質水導出管４１の第二端は、水タンク１４の側壁の下側部に接続され、改質水を導出する改質水導出口４１ｂである。改質水導出管４１は、混合水導出口４０ｄから左方に延びてから下方に向けて折れ曲がり、下方に延びるように形成され、さらに、左方に折れ曲がることにより、水タンク１４に接続される。また、改質水導出管４１の流路における最も上方の部位である第二部位４１ｃが、水排出口１４ａより上方に配置されている。第二部位４１ｃは、本第一実施形態において、混合水導入口４１ａを含んだ部位である。

第二水精製部４３は、混合水を純水化するイオン交換樹脂が収納されている。第二水精製部４３は、混合水が上方から下方に流れるように配置されている。改質水導出管４１は、第二水精製部４３によって精製された混合水を改質水として水タンク１４に導出する。

また、第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さが、第一位置Ｐ１に第一境界面Ｓｋ１が位置した場合において、所定高さＨｓとなるように、混合水管４０、改質水導出管４１および水タンク１４が設けられている。

第一境界面Ｓｋ１は、混合水管４０の流路における第一部位４０ａからドレイン水導入口４０ｃ側の部位に位置する、改質ガスと混合水との境界面である。

第一位置Ｐ１は、第一境界面Ｓｋ１の上下方向の位置であって、改質ガスが第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａへ流出しない下限の位置である。第一境界面Ｓｋ１に対して所定圧力の改質ガスが作用することにより、第一位置Ｐ１に第一境界面Ｓｋ１が位置する。所定圧力は、燃料電池システム１の運転中における改質ガスの圧力の正常圧力範囲より大きい圧力に設定されている。第一位置Ｐ１は、具体的には、第一部位４０ａの最上端と同じ高さである。

第一境界面Ｓｋ１が第一位置Ｐ１より下方に位置した場合、改質ガスが第一部位４０ａに流出する。この場合、改質ガスが混合水管４０の第一部位４０ａから凝縮水導入口４０ｂを通って、凝縮器１２のガス排出口１２ａから外部に流出することが考えられる。

第二境界面Ｓｋ２は、少なくとも混合水管４０の流路における第一部位４０ａより混合水導出口４０ｄ側の部位に位置するとともに、第一境界面Ｓｋ１と混合水を介して連通した、混合水と大気との境界面である。

第二境界面Ｓｋ２は、本第一実施形態においては、燃料電池システム１の発電運転中において、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより混合水導出口４０ｄ側の部位にて、改質水導出管４１の流路の第二部位４１ｃ（具体的には混合水導入口４１ａの最下端）と同じ高さに位置する（詳細は後述する）。本第一実施形態においては、第一位置Ｐ１と混合水導入口４１ａの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓに設定されている。第二境界面Ｓｋ２は、本実施形態において、凝縮水導入口４０ｂおよび凝縮器１２のガス排出口１２ａを介して大気と連通している。

所定高さＨｓは、第一位置Ｐ１に位置する第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との間の混合水によって、第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａへの改質ガスの流出が規制される高さである。すなわち、所定高さＨｓは、第一位置Ｐ１に位置する第一境界面Ｓｋ１に作用する改質ガスの圧力と、第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との間の混合水の圧力とが等しくなる高さである。本第一実施形態においては、所定圧力の改質ガスが第一境界面Ｓｋ１に作用して第一位置Ｐ１に第一境界面Ｓｋ１が位置する場合、第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との間の混合水によって第一境界面Ｓｋ１に対して作用する圧力が所定圧力となる。これにより、第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａへの改質ガスの流出が抑制される。

このように、第一位置Ｐ１に位置する第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓとなるように改質水導出管４１および水タンク１４が設けられることにより、混合水管４０、改質水導出管４１によって、改質ガスに対する水封構造が構成される。

次に、上述した燃料電池システム１の発電運転中において、ドレイン水および凝縮水が改質水として水タンク１４に供給されるまでの燃料電池システム１の動作について、図４を用いて説明する。

燃料電池システム１の発電運転中においては、制御装置１５は、燃料電池３４の発電電力を外部電力負荷１６ｃの消費電力となるように制御する（負荷追従運転）。制御装置１５は、燃料電池３４の発電電力に応じて改質用原料の流量および改質水の流量を調整する。

燃料電池システム１の発電運転中においては、上述したようにリサイクルガス管３９においてドレイン水が生成される。ドレイン水は、混合水管４０にドレイン水導入口４０ｃから導入される。また、燃料電池システム１の発電運転中においては、上述したように凝縮器１２において凝縮水が生成される。凝縮水は、混合水管４０に凝縮水導入口４０ｂから導入される。

ドレイン水および凝縮水は、混合水管４０内にて混合されて、混合水として第一部位４０ａに溜まる。さらに混合水が増加することにより、混合水が混合水導出口４０ｄから混合水導入口４１ａに導入される。上述したように、改質水導出管４１の流路における最も上方の第二部位４１ｃは、混合水導入口４１ａを含んだ部位であり、かつ、水タンク１４の水位の上限となる水排出口１４ａより上方に位置する。よって、混合水は、混合水導入口４１ａから水タンク１４へ流れ落ちる。したがって、第二境界面Ｓｋ２は、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位において、混合水導入口４１ａの最下端と同じ位置に位置する。

一方、第一境界面Ｓｋ１は、第二境界面Ｓｋ２より下方に位置する。このときの第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さの差は、燃料電池システム１の発電運転中における改質ガスの圧力と、大気圧との差によって生じる。

燃料電池システム１の発電運転中における改質ガスの圧力は、正常圧力範囲内であるため、上述した所定圧力より小さい。よって、このときの第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さＨｄは、所定高さＨｓより小さい。このため、第一境界面Ｓｋ１は第一位置Ｐ１より上方に位置する。したがって、改質ガスが第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａを通って第二境界面Ｓｋ２ひいては外部に流出しない。

改質水導出管４１に導入された混合水は、第二水精製部４３を通るときに精製され、改質水として水タンク１４に供給される。改質水は、水タンク１４に貯留されるとともに、改質水ポンプの駆動によって水導出口１４ｂより蒸発部３２に向けて導出される。

また、ドレイン水および凝縮水の生成される量が蒸発部３２に供給される改質水の量の方より多い場合、水タンク１４の水位が上昇する。水タンク１４の水位が水排出口１４ａに到達した場合、改質水は、水排出口１４ａより外部に排出される。

そして、混合水導出口４０ｄが水排出口１４ａより上方に位置するため、第二境界面Ｓｋ２が混合水導出口４０ｄより上昇しない。また、第一境界面Ｓｋ１は、第二境界面Ｓｋ２ひいては混合水導出口４０ｄより下方に位置する。さらに、混合水導出口４０ｄより上方に、ドレイン水導入口４０ｃおよびガス排出口１２ａが設けられている。したがって、混合水がリサイクルガス管３９内およびガス排出口１２ａに到達しない。

一方、ドレイン水および凝縮水の生成される量が蒸発部３２に供給される改質水の量の方より少ない場合、水タンク１４の水位が低下する。水タンク１４の水位が低下して第一所定水位Ｓｗ１となった場合、水位センサ１４ｃの出力信号に基づいて、上述したように、水源Ｗからの水が改質水として水タンク１４に供給される。

本第一実施形態によれば、燃料電池システム１は、水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池３４に供給する改質部３３と、改質用原料に含まれる硫黄成分を水素によって除去し、かつ、改質用原料を改質部３３に供給する脱硫器１１ａ６と、改質部３３から燃料電池３４に改質ガスを供給する改質ガス供給管３８と、脱硫器１１ａ６に改質用原料を供給する改質用原料供給管１１ａとを接続し、改質ガスの一部をリサイクル燃料として脱硫器１１ａ６に戻すリサイクルガス管３９であって、ドレイン水が生じるリサイクルガス管３９と、燃料電池３４からの水蒸気を含む燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された燃焼排ガスを排出するガス排出口１２ａを有する凝縮器１２と、ガス排出口１２ａより下方にて上方を開口するＵ字状に設けられ、第一端が凝縮器１２から凝縮水を導入する凝縮水導入口４０ｂであり、第二端がリサイクルガス管３９からドレイン水を導入するドレイン水導入口４０ｃであるとともに、底部と凝縮水導入口４０ｂとの間かつドレイン水導入口４０ｃより下方に配置され、ドレイン水と凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口４０ｄが設けられた混合水管４０と、混合水管４０の底部の流路である第一部位４０ａより上方に配置され、改質水を貯留するとともに、ドレイン水導入口４０ｃより下方にて改質水を外部に排出する水排出口１４ａを有する水タンク１４と、第一部位４０ａより上方かつドレイン水導入口４０ｃより下方に配置され、混合水導出口４０ｄから導出された混合水を改質水として水タンク１４に導出するとともに、混合水を精製する第二水精製部４３が配置された改質水導出管４１と、を備えている。混合水管４０の流路における第一部位４０ａからドレイン水導入口４０ｃ側の部位に位置する、改質ガスと混合水との境界面である第一境界面Ｓｋ１と、少なくとも混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位に位置するとともに、第一境界面Ｓｋ１と混合水を介して連通した、混合水と大気との境界面である第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さが、第一境界面Ｓｋ１に対して所定圧力の前記改質ガスが作用することにより、改質ガスが第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａへ流出しない下限の位置である第一位置Ｐ１に第一境界面Ｓｋ１が位置した場合において、第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との間の混合水によって、第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａへの改質ガスの流出が規制される所定高さＨｓとなるように、混合水管４０、改質水導出管４１および水タンク１４が設けられている。

これによれば、第一位置Ｐ１に位置する第一境界面Ｓｋ１と、第一境界面Ｓｋ１に混合水を介して連通した第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さが所定高さＨｓになるとなるように、混合水管４０、改質水導出管４１および水タンク１４が設けられている。このため、第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との間の混合水によって、第一境界面Ｓｋ１から第一部位４０ａ、第二境界面Ｓｋ２ひいては外部への改質ガスの流出が抑制される。よって、従来技術のようなスチームトラップやＵ字管等の水封部材が不要となるため、燃料電池システム１の部品点数を低減することができる。したがって、燃料電池システム１の低コスト化を図ることができる。

また、ドレイン水が、従来技術のように外部に排出されずに水タンク１４に回収されるため、燃料電池システム１の水自立運転を可能とすることができる。水自立運転は、改質部３３にて必要な水蒸気量を、外部からの補給なしで水タンク１４の改質水の量、すなわち凝縮器１２からの凝縮水の量およびリサイクルガス管３９からのドレイン水の量、のみにより確保することができる燃料電池システム１の運転である。換言すれば、水自立運転は、水タンク１４への外部からの給水なしで発電運転可能である燃料電池システム１の運転である。

また、改質水導出管４１の流路における最も上方の部位である第二部位４１ｃが、水排出口１４ａより上方に配置されることにより、第二境界面Ｓｋ２が、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位にて、第二部位４１ｃと同じ高さに位置する。

これによれば、第二境界面Ｓｋ２が、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位にて、改質水導出管４１の流路の第二部位４１ｃ（具体的には混合水導入口４１ａの最下端）と同じ高さに位置するように、混合水管４０、改質水導出管４１および水タンク１４が設けられている。よって、混合水管４０内の混合水によって改質ガスに対する水封構造を確実に構成することができる。

＜第一実施形態の第一変形例＞
次に、第一実施形態の第一変形例について、主として上述した第一実施形態と異なる部分を、図５を用いて説明する。

上述した第一実施形態において改質水導出管４１は、上方から下方に向けて延びるように形成されているが、本第一変形例の改質水導出管１４１は、上方を開放するＵ字状に形成されている。改質水導出口１４１ｂは、水タンク１４の上方にて開口するように設けられている。また、本第一変形例の第二水精製部４３は、混合水が下方から上方に流れるように配置されている。

また、本第一変形例においても、改質水導出管１４１の流路における最も上方の第二部位１４１ｃは、混合水導入口１４１ａを含んだ部位であり、かつ、水タンク１４の水排出口１４ａより上方に位置する。よって、第二境界面Ｓｋ２は、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位において、混合水導入口１４１ａの最下端と同じ位置に位置する。本第一変形例においては、第一位置Ｐ１と混合水導入口１４１ａの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓに設定されている。

＜第一実施形態の第二変形例＞
次に、第一実施形態の第二変形例について、主として上述した第一実施形態と異なる部分を、図６を用いて説明する。本第二変形例の改質水導出管２４１は、上方を開放するＵ字状に形成されている。

改質水導出口２４１ｂは、水タンク１４の上方（すなわち水排出口１４ａより上方）にて開口するように設けられている。また、本第二変形例において、改質水導出管２４１の流路における最も上方の第二部位２４１ｃは、改質水導出口２４１ｂを含んだ部位であり、かつ、水タンク１４の水排出口１４ａより上方に位置するように設けられている。よって、本第二変形例においては、混合水は、改質水導出口２４１ｂから水タンク１４へ流れ落ちる。

よって、第二境界面Ｓｋ２は、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位、および改質水導出管２４１内において、第二部位２４１ｃ（具体的には改質水導出口２４１ｂの最下端）と同じ位置に位置する。本第二変形例においては、第一位置Ｐ１と改質水導出口２４１ｂの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓに設定されている。

＜第一実施形態の第三変形例＞
次に、第一実施形態の第三変形例について、主として上述した第一実施形態の第二変形例と異なる部分を、図７を用いて説明する。本第三変形例の第二水精製部４３は、混合水が上方から下方に流れるように配置されている。

本第三変形例においても、上述した第二変形例と同様に、改質水導出管３４１の流路における最も上方の第二部位３４１ｃは、改質水導出口３４１ｂを含んだ部位であり、かつ、水タンク１４の水排出口１４ａより上方に位置する。よって、第二境界面Ｓｋ２は、混合水管４０の流路における第一部位４０ａより凝縮水導入口４０ｂ側の部位、および改質水導出管３４１内において、第二部位３４１ｃ（具体的には改質水導出口３４１ｂの最下端）と同じ位置に位置する。本第三変形例においては、第一位置Ｐ１と改質水導出口３４１ｂの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓに設定されている。

＜第二実施形態＞
次に、本発明による燃料電池システム１の第二実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分を、図８を用いて説明する。

本第二実施形態においては、改質水導出管４４１の流路における最も上方の部位である第二部位４４１ｃが、改質水導出口４４１ｂを含む部位である。改質水導出口４４１ｂが、水タンク１４の側壁における第一所定水位Ｓｗ１より上方、かつ、水排出口１４ａ以下の位置に配置されている。

また、上述した第一実施形態と同様に、水タンク１４の水位が第一所定水位Ｓｗ１以下となった場合、水源Ｗから水タンク１４に改質水が供給される（給水制御部１５ａ）。また、水タンク１４の水位が水排出口１４ａに到達した場合、改質水が水排出口１４ａから外部に排出される。すなわち、水タンク１４の水位は、第一所定水位Ｓｗ１と水排出口１４ａとの間にて変動する。

よって、第一境界面Ｓｋ１と混合水（および改質水（精製された混合水））を介して連通した第二境界面Ｓｋ２は、水タンク１４の水位が改質水導出口４４１ｂより上方に位置する場合、水タンク１４内および混合水管４０内において水タンク１４の水位と同じ高さに位置する。また、第二境界面Ｓｋ２は、水タンク１４の水位が改質水導出口４４１ｂと同じ高さに位置する場合、図８に示すように、混合水管４０内、水タンク１４内および改質水導出管４４１内において、水タンク１４の水位と同じ高さに位置する。

さらに、水タンク１４の水位が改質水導出口４４１ｂより下方に位置する場合、改質水は、改質水導出口４４１ｂから水タンク１４内に流れ落ちる。よってこの場合、第二境界面Ｓｋ２は、混合水管４０内および改質水導出管４４１内において、改質水導出口４４１ｂの最下端と同じ位置に位置する。本第二実施形態においては、第一位置Ｐ１と改質水導出口４４１ｂの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓに設定されている。したがって、第一位置Ｐ１に位置する第一境界面Ｓｋ１と第二境界面Ｓｋ２との上下方向の高さは、所定高さＨｓ以上となる。

本第二実施形態によれば、燃料電池システム１は、改質水導出管４４１の流路における最も上方の部位である第二部位４４１ｃが、水排出口１４ａ以下の位置に配置されることにより、第二境界面Ｓｋ２が、第二部位４４１ｃおよび第二部位４４１ｃより上方の水タンク１４の水位の一方と同じ高さに位置する。

これによれば、第二境界面Ｓｋ２が第二部位（具体的には、改質水導出口４４１ｂの最下端）および第二部位より上方の水タンク１４の水位の一方と同じ高さに位置するように、混合水管４０、改質水導出管および水タンク１４が設けられている。よって、混合水管４０内、改質水導出管４４１内および水タンク１４内の混合水（改質水）によって改質ガスに対する水封構造を確実に構成することができる。

＜第二実施形態の第一変形例＞
次に、本発明による燃料電池システム１の第二実施形態の第一変形例について、主として上述した第二実施形態と異なる部分を、図９を用いて説明する。

本第一変形例においては、改質水導出管５４１の流路における最も上方の部位である第二部位５４１ｃが、混合水導入口５４１ａを含む部位である。混合水導入口５４１ａが、水タンク１４の側壁における第一所定水位Ｓｗ１より上方、かつ、水排出口１４ａ以下の位置に配置されている。また、上述した第二実施形態と同様に、水タンク１４の水位は、第一所定水位Ｓｗ１と水排出口１４ａとの間にて変動する。

よって、第一境界面Ｓｋ１と混合水（および改質水（精製された混合水））を介して連通した第二境界面Ｓｋ２は、水タンク１４の水位が混合水導入口５４１ａより上方に位置する場合、水タンク１４内および混合水管４０内において水タンク１４の水位と同じ高さに位置する。また、第二境界面Ｓｋ２は、水タンク１４の水位が混合水導入口５４１ａと同じ高さに位置する場合、図９に示すように、混合水管４０内、水タンク１４内および改質水導出管５４１内において、水タンク１４の水位と同じ高さに位置する。

さらに、水タンク１４の水位が混合水導入口５４１ａより下方に位置する場合、混合水は、混合水導入口５４１ａから流れ落ちる。よってこの場合、第二境界面Ｓｋ２は、混合水管４０内において、混合水導入口５４１ａの最下端と同じ位置に位置する。本第一変形例においては、第一位置Ｐ１と混合水導入口５４１ａの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓに設定されている。

＜第二実施形態の第二変形例＞
次に、本発明による燃料電池システム１の第二実施形態の第二変形例について、主として上述した第二実施形態の第一変形例と異なる部分を、図１０を用いて説明する。

本第二変形例において、改質水導出管６４１が、水タンク１４の第二所定水位Ｓｗ２（本発明の所定水位に相当）より下方に配置されている。第二所定水位Ｓｗ２は、第一所定水位Ｓｗ１より下方に設定されている。改質水導出口６４１ｂは、水タンク１４の第二所定水位Ｓｗ２より下方（例えば底部）に接続されている。

上述した第二実施形態と同様に、水タンク１４の水位は、第一所定水位Ｓｗ１と水排出口１４ａとの間を変動する。また、改質水導出管６４１が第一所定水位Ｓｗ１より下方に位置する。よって、第二境界面Ｓｋ２は、水タンク１４内および混合水管４０内において、水タンク１４の水位と同じ高さに位置する。

また、第一位置Ｐ１と水タンク１４の第二所定水位Ｓｗ２との上下方向に沿った高さが所定高さＨｓとなるように設けられている。よって、第二境界面Ｓｋ２と第一位置Ｐ１との上下方向に沿った高さは、所定高さＨｓ以上となる。

また、制御装置１５は、図１１に示すように、停止制御部６１５ｂをさらに備えている。停止制御部６１５ｂは、水位センサ１４ｃによって検出された水タンク１４の水位が第二所定水位Ｓｗ２以下である場合、改質ガスの燃料電池３４への供給を停止する制御を行うものである。

例えば、開閉弁４２ｂが故障したために、水タンク１４の水位が第一所定水位Ｓｗ１以下になったときにおいても、改質水が水タンク１４に供給されず、水タンク１４の水位が第二所定水位Ｓｗ２になった場合、制御装置１５が遮断弁１１ａ１を閉じるように制御する。これにより、改質ガスの燃料電池３４への供給が停止されるため、リサイクルガス管３９ひいては混合水管４０への改質ガスの流入が停止する。よって、改質ガスが混合水管４０を通って外部に流出することが規制される。

本第二実施形態の第二変形例によれば、改質水導出管６４１が、水タンク１４の第二所定水位Ｓｗ２より下方に配置されている。燃料電池システム１は、水タンク１４の水位を検出する水位センサ１４ｃをさらに備えている。第一位置Ｐ１に位置する第一境界面Ｓｋ１と水タンク１４の第二所定水位Ｓｗ２との上下方向に沿った高さが、所定高さＨｓとなるように設定されている。制御装置１５は、水位センサ１４ｃによって検出された水タンク１４の水位が第二所定水位Ｓｗ２以下である場合、改質ガスの燃料電池３４への供給を停止する制御を行う停止制御部６１５ｂをさらに備えている。

これによれば、水位センサ１４ｃによって検出された水タンク１４の水位が第二所定水位Ｓｗ２以下であるとき、改質ガスの燃料電池３４への供給が停止される。すなわち、水タンク１４の水位が第二所定水位Ｓｗ２より低くなることにより、第一位置Ｐ１と第二境界面Ｓｋ２との上下方向に沿った高さが所定高さＨｓより低くなる前に、改質ガスの供給が停止される。よって、改質ガスが混合水管４０から改質水導出管６４１および水タンク１４を通って外部に排出されることがより確実に抑制される。

＜他の変形例＞
なお、上述した各実施形態において、燃料電池システムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、水位センサ１４ｃは、リードスイッチ式の水位センサであるが、静電容量式の水位センサとしても良い。

また、上述した第一実施形態および第一実施形態の各変形例において、第二部位４１ｃ、１４１ｃ、２４１ｃは、混合水導入口４１ａ，１４１ａ，５４１ａおよび改質水導出口２４１ｂ，３４１ｂ，４４１ｂの一方を含んだ部位であるが、これに代えて、改質水導出管４１，１４１，２４１の第一端と第二端との間の部位に設けるようにしても良い。

また、上述した各実施形態および各変形例においては、第一位置Ｐ１と、混合水導入口４１ａ，１４１ａ，５４１ａの最下端、改質水導出口２４１ｂ，３４１ｂ，４４１ｂまたは第二所定水位Ｓｗ２との上下方向に沿った高さが所定高さＨｓに設定されているが、これらの高さが所定高さＨｓ以上となるように設定されるようにしても良い。

また、上述した第二実施形態の第二変形例において、停止制御部６１５ｂは、水位センサ１４ｃによって検出された水タンク１４の水位が第二所定水位Ｓｗ２以下である場合、改質ガスの燃料電池３４への供給を停止する制御を行うが、これに代えて、燃料電池システム１を停止するようにしても良い。

また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、リサイクルガス管３９、混合水管４０、改質水導出管４１，１４１，２４１，３４１，４４１，５４１，６４１および水タンク１４の形状や配置位置等を変更しても良い。

１…燃料電池システム、１１（３０）…燃料電池モジュール、１１ａ…改質用原料供給管、１１ａ１…遮断弁、１１ａ６…脱硫器、１２…凝縮器、１２ａ…ガス排出口、１４…水タンク、１４ａ…水排出口、１４ｃ…水位センサ、１５…制御装置、２１…貯湯槽、３０…燃料電池モジュール、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池、３８…改質ガス供給管、３９…リサイクルガス管、４０…混合水管、４０ａ…第一部位、４０ｂ…凝縮水導入口、４０ｃ…ドレイン水導入口、４０ｄ…混合水導出口、４１…改質水導出管、４１ａ…混合水導入口、４１ｂ…改質水導出口、４１ｃ…第二部位、４３…第二水精製部（水精製部）、６１５ｂ…停止制御部、Ｐ１…第一位置、Ｓｋ１…第一境界面、Ｓｋ２…第二境界面、Ｓｗ１…第一所定水位、Ｓｗ２…第二所定水位（所定水位）。

Claims (4)

1. 水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
   改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
   改質用原料と前記水蒸気とから前記改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃料電池に供給する改質部と、
   前記改質用原料に含まれる硫黄成分を前記水素によって除去し、かつ、前記改質用原料を前記改質部に供給する脱硫器と、
   前記改質部から前記燃料電池に前記改質ガスを供給する改質ガス供給管と、前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記改質ガスの一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクルガス管であって、ドレイン水が生じる前記リサイクルガス管と、
   前記燃料電池からの前記水蒸気を含む排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された前記排ガスを排出するガス排出口を有する凝縮器と、
   前記ガス排出口より下方にて上方を開口するＵ字状に設けられ、第一端が前記凝縮器から前記凝縮水を導入する凝縮水導入口であり、第二端が前記リサイクルガス管から前記ドレイン水を導入するドレイン水導入口であるとともに、底部と前記凝縮水導入口との間かつ前記ドレイン水導入口より下方に配置され、前記ドレイン水と前記凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口が設けられた混合水管と、
   前記混合水管の底部の流路である第一部位より上方に配置され、前記改質水を貯留するとともに、前記ドレイン水導入口より下方にて前記改質水を外部に排出する水排出口を有する水タンクと、
   前記第一部位より上方かつ前記ドレイン水導入口より下方に配置され、前記混合水導出口から導出された前記混合水を前記改質水として前記水タンクに導出するとともに、前記混合水を精製する水精製部が配置された改質水導出管と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記混合水管の流路における前記第一部位から前記ドレイン水導入口側の部位に位置する、前記改質ガスと前記混合水との境界面である第一境界面と、
   少なくとも前記混合水管の流路における前記第一部位より前記凝縮水導入口側の部位に位置するとともに、前記第一境界面と前記混合水を介して連通した、前記混合水と大気との境界面である第二境界面との上下方向に沿った高さが、
   前記第一境界面に対して所定圧力の前記改質ガスが作用することにより、前記改質ガスが前記第一境界面から前記第一部位へ流出しない下限の位置である第一位置に前記第一境界面が位置した場合において、
   前記第一境界面と前記第二境界面との間の前記混合水によって、前記第一境界面から前記第一部位への前記改質ガスの流出が規制される所定高さ以上となるように、前記混合水管、前記改質水導出管および前記水タンクが設けられている燃料電池システム。
2. 前記改質水導出管の流路における最も上方の部位である第二部位が、前記水排出口より上方の位置に配置されることにより、
   前記第二境界面が、前記第二部位と同じ高さに位置する請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記改質水導出管の流路における最も上方の部位である第二部位が、前記水排出口以下の位置に配置されることにより、
   前記第二境界面が、前記第二部位より上方の前記水タンクの水位および前記第二部位の一方と同じ高さに位置する請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記改質水導出管が、前記水タンクの所定水位以下の位置に配置され、
   前記水タンクの水位を検出する水位センサをさらに備え、
   前記第一位置に位置する前記第一境界面と前記水タンクの前記所定水位との上下方向に沿った高さが、前記所定高さ以上となるように設定され、
   前記水位センサによって検出された前記水タンクの水位が前記所定水位以下である場合、前記改質ガスの前記燃料電池への供給を停止する制御を行う停止制御部をさらに備えている請求項３に記載の燃料電池システム。

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