JPWO2010134317A1 - 水素生成装置および燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

本発明の水素生成装置は、原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒（１Ａ）を有する改質器（１）と、水蒸気を生成する水蒸発器（３）と、改質器（１）の改質触媒（１Ａ）に原料を供給する原料供給路（２）と、改質器（１）の改質触媒（１Ａ）に水蒸発器で（３）生成した水蒸気を供給する水蒸気供給路（４）と、原料供給路（２）または水蒸気供給路（４）のいずれかに設けられた圧抜器（６）と、圧抜器（６）より排出された水蒸気を含むガスが流れる排出路（７）と、排出路（７）に設けられ、ガスを冷却するように構成された冷却器（８）と、を備える。

Description

本発明は、原料および水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置、およびその水素生成装置を用いた燃料電池システムに関するものである。
従来の水素生成装置を用いた燃料電池発電システムとしては、改質器における運転中の急激な圧力上昇を抑えるために、圧力上昇時にはバルブを介して生成した改質ガスを排出する燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置を示す模式図である。
図５に示すように、従来の燃料電池発電装置は、原料と水を搬送するポンプ１０１と、搬送された原料と水を蒸発させる蒸発器１０２と、水蒸気改質により原料と水蒸気から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器１０３と、生成された燃料ガスと空気中の酸素とを用いた電気化学反応により発電を行なう燃料電池１０４と、改質器１０３から燃料電池１０４へと流れる燃料ガスの圧力が所定値（例えば、１０ｋＰａ）以上になったときに燃料ガスを逃すリリーフバルブ１０５と、燃料電池１０４からの排出燃料ガスを燃焼させる触媒燃焼器１０６及び触媒燃焼器１０７と、を備える。
原料供給源および水供給源から供給された原料と水がポンプ１０１によって蒸発器１０２に搬送される。蒸発器１０２では、水が蒸発されて水蒸気が生成され、原料と水蒸気の混合気が改質器１０３に供給される。改質器１０３では原料と水蒸気から水素リッチな燃料ガスが生成され、図示されない一酸化炭素除去器で一酸化炭素が酸化により除去される。改質器１０３から排出された燃料ガスは、燃料電池１０４の燃料極へ供給され、電気化学反応により燃料電池１０４で電力が取り出される。燃料電池１０４の燃料極で消費されなかった燃料ガスは、触媒燃焼器１０６及び触媒燃焼器１０７で燃焼されて燃料電池発電装置外に排出される
そして、改質器１０３から燃料電池１０４へ送られる燃料ガスの圧力が所定値以上になると、リリーフバルブ１０５が開弁し、燃料ガスが触媒燃焼器１０７に送られ、燃料ガス中の水素が燃焼される。このようにして、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置では、改質器１０３における運転中の急激な圧力上昇を抑制している。
特開２００７−２６５６５１号公報（第３−６頁、図１）
しかしながら、図５に示す従来の燃料電池発電装置では、リリーフバルブ１０５から排出されるガスは水素リッチな燃料ガスであるため高温である。また、起動時など改質器１０３が十分に昇温なされていない場合では、燃料ガス中には高濃度の一酸化炭素を含有する。このような高温の燃料ガスまたは高濃度一酸化炭素を含有する燃料ガスがリリーフバルブより排出されるときに、触媒燃焼器１０７に不具合があると排出されるガスを燃焼することができない。また、触媒燃焼器１０７に不具合がない場合においても、過大な圧力上昇が発生したときには、排出されるガスの流速が速くなるため、排出されるガスの一部は触媒燃焼器１０７で燃焼されずにスリップして排出される。そのため、高温の燃料ガスが排出されるという課題がある。また、触媒燃焼器１０７では、一酸化炭素は燃焼されないため、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置では、高濃度一酸化炭素を含有する燃料ガスが排出されるという課題があった。
そこで、本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リリーフバルブが作動したときに排出するガスに対して、一酸化炭素排出を抑制し、かつ排出するガスの低温化を実現する水素生成装置、および水素生成装置を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
上述した従来の課題を解決するために、本発明は、原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、水蒸気を生成する水蒸発器と、改質器に原料を供給する原料供給路と、改質器に水蒸発器で生成した水蒸気を供給する水蒸気供給路と、原料供給路または水蒸気供給路のいずれかに設けられた圧抜器と、圧抜器より排出された水蒸気を含むガスが流れる排出路と、排出路に設けられたガスを冷却する冷却器と、を備える、水素生成装置である。本構成によって、圧抜器により改質器の改質触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
また、本発明は、前記水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムである。本構成により、燃料電池での圧力上昇においても、圧抜器により改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
本発明に係る水素生成装置およびそれを備える燃料電池システムによれば、圧抜器より改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができ、また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができるため、排出するガスに対して、一酸化炭素排出を防止し、かつ排出するガスの低温化を実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の本実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 図５は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。 図７は、本実施の形態５に係る水素生成装置の変形例１の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図８は、本実施の形態５に係る水素生成装置の変形例２の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態６に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図１１は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
上述した従来の課題を解決するために、第１の本発明は、原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、水蒸気を生成する水蒸発器と、改質器の改質触媒に原料を供給する原料供給路と、改質器の改質触媒に水蒸発器で生成した水蒸気を供給する水蒸気供給路と、原料供給路または水蒸気供給路のいずれかに設けられた圧抜器と、圧抜器より排出された水蒸気を含むガスが流れる排出路と、排出路に設けられ、ガスを冷却するように構成された冷却器と、を備える、水素生成装置である。本構成によって、圧抜器により改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
また、第２の本発明は、第１の本発明の水素生成装置において、圧抜器は、圧抜き動作を行なう開閉器を有する、水素生成装置である。本構成によって、水素生成装置が運転を停止しているときにおいて、開閉器により圧抜器を強制的に開放させることができる。
また、第３の本発明は、第１の本発明または第２の本発明の水素生成装置において、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、を備え、冷却器は、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガス及び排出路を流れるガスを冷却する第１冷却器である、水素生成装置である。本構成によって、通常運転時における燃焼排ガスの冷却と、圧抜器動作時における排出ガスの冷却を、第１冷却器で兼用することができる。
また、第４の本発明は、第３の本発明の水素生成装置において、燃焼排ガス経路は、排出路に接続されており、第１冷却器は、排出路の燃焼排ガス経路の接続部より下流側に設けられている、水素生成装置である。
また、第５の本発明は、第３の本発明の水素生成装置において、第１冷却器は、燃焼排ガス経路と排出路とを跨ぐように設けられている、水素生成装置である。
また、第６の本発明は、第３の本発明の水素生成装置において、燃焼器へ燃焼用空気を供給する空気供給器と、制御器と、を備え、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、空気供給器を動作させる、水素生成装置である。本構成によって、圧抜器により排出されるガスを空気供給器によって供給された空気で希釈して排出することができる。
また、第７の本発明は、第１の本発明の水素生成装置において、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器へ燃料用空気を供給する空気供給器と、制御器と、を備え、排出路は、燃焼器に接続され、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、空気供給器を動作させる、水素生成装置である。
また、第８の本発明は、第１の本発明または第２の本発明の水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムである。本構成により、燃料電池での圧力上昇においても、圧抜器により改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
また、第９の本発明は、第８の本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池より排出される残余燃料ガスが流れる残余燃料ガス流路を備え、冷却器は、残余燃料ガス流路を流れる残余燃料ガス及び排出路を流れるガスを冷却する第２冷却器である燃料電池システムである。本構成によって、通常運転時における残余燃料ガスの冷却と、圧抜器動作時における排出ガスの冷却を、第２冷却器で兼用することができる。
また、第１０の本発明は、第９の本発明の燃料電池システムにおいて、排出路は、残余燃料ガス流路に接続され、第２冷却器は、前余燃料ガス流路の排出路の接続部よりも下流側に設けられている、燃料電池システムである。
また、第１１の本発明は、第９の本発明の燃料電池システムにおいて、第２冷却器は、残余燃料ガス流路と排出路とを跨ぐように設けられている、燃料電池システムである。
また、第１２の本発明は、第９の本発明の燃料電池システムにおいて、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器と、制御器と、を備え、排出路は、燃焼器に接続され、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、空気供給器を動作させる、燃料電池システムである。本構成によって、圧抜器により排出されるガスを空気供給器によって供給された空気で希釈して排出することができる。
また、第１３の本発明は、第８の本発明または第９の本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、燃料電池より排出される残余酸化剤ガスが流れる残余酸化剤ガス流路と、を備え、冷却器は、残余酸化剤ガス流路を流れる残余酸化剤ガス及び排出路を流れるガスを冷却する第３冷却器である、燃料電池システムである。
また、第１４の本発明は、第１３の本発明の燃料電池システムにおいて、排出路は残余酸化剤ガス流路に接続され、第３冷却器は、残余酸化剤ガス流路の排出路の接続部よりも下流側に設けられている、燃料電池システムである。
また、第１５の本発明は、第１３の本発明の燃料電池システムにおいて、第３冷却器は、残余酸化剤ガス流路と排出路とを跨ぐように設けられている、燃料電池システムである。
また、第１６の本発明は、第１３の発明の燃料電池システムにおいて、制御器を備え、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、酸化剤ガス供給器を作動させる、燃料電池システムである。
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。なお、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態に係る水素生成装置は、図示されない改質触媒を用いて都市ガス（メタンガス）やプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質する改質器１と、改質器１に原料ガスを供給する原料ガス供給流路（原料供給路）２と、水を蒸発させることにより水蒸気改質に必要な水蒸気を発生させる水蒸発器３と、水蒸発器３で発生した水蒸気を改質器１に供給する水蒸気供給流路（水蒸気供給路）４と、改質器１での水蒸気改質により生成した水素含有ガスを排出する生成ガス排出路５と、原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力以上になったときに圧力を開放する圧抜器６と、圧抜器６の開放動作により排出されたガスを排出する圧抜流路（排出路）７と、圧抜流路７を通流する圧抜器６から排出されたガスを冷却する冷却器８と、を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としての原料ガス供給流路２、水蒸気供給流路４、圧抜流路７は、各々、第１の本発明における原料供給路、水蒸気供給路、排出路の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態における水素生成装置の具体的動作を説明する。
図１に示す水素生成装置では、図示していない原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路２を通じて改質器１に供給される。また改質器１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路４を通じて改質器１に供給される。改質器１では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、生成ガス排出路５を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、水素を用いて発電を行なう燃料電池などのデバイスに供給することができる。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１、生成ガス排出路５、または生成ガス排出路５の下流に接続している系外のデバイスにおいて圧力が上昇し、それらより上流に配置した原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、原料ガス供給流路２に配置した圧抜器６を開放しガスを排出する。圧抜器６の開放動作により排出されたガスは圧抜流路７を通流し、圧抜流路７上に配置した冷却器８により冷却された後、水素生成装置の系外に排出される。
本実施の形態における水素生成装置の構成をとると、圧抜器６を原料ガス供給流路２に配置しているため、原料ガス供給流路２より下流での一時的な流路閉塞や、系外のデバイスでの水素消費量の低下、図示していない開閉弁の誤作動等による流路遮断などにより、原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった場合は、圧抜器６を開放しガスを圧抜流路７に排出することにより圧力上昇を抑えることができる。
また、このとき原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった状態で運転が継続されている場合は圧抜器６からは供給された原料ガスを排出し、運転が停止した場合は、圧抜器６より下流の原料ガス供給流路２に滞留する原料ガス、ついで改質器１の改質触媒より上流に滞留する原料ガスと水蒸気の混合ガス、さらには水蒸発器３にて遅れて蒸発した水蒸気が水蒸気供給流路４を通じて排出される。さらに排出したガスは圧抜流路７上に配置した冷却器８により冷却される。さらに水蒸気は冷却器８により冷却・凝縮されて水として排出される。
そのためさらに、本実施の形態１に係る水素生成装置の構成をとると、排出ガスには生成ガス排出路５を通流する燃料ガス中に含まれるような一酸化炭素が含有していないため、安全なガスの排出を行なうことができる。また排出するガスは冷却器８により冷却されたのち水素生成装置の系外に排出されるため、排出するガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。排出されるガス中に水蒸気が含まれる場合は、さらに排出するガス量を低減することができる。
なお、本実施の形態１に係る水素生成装置の構成では、圧抜器６は原料ガス供給流路２に配置するとしたが、原料ガス供給流路２の途中から流路を分岐して、分岐した流路上に圧抜器６を配置しても同様に、安全なガスの排出、排出するガスの低温化、排出体積量の低減をすることができる。
またなお、本実施の形態１に係る圧抜器６の開放圧は５０ｋＰａとしたが、特にこの限りではなく、水素生成装置および、下流に配置するデバイスの許容圧力の範囲内で任意に設定してもよい。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態２に係る水素生成装置は、改質触媒（図示せず）を用いて都市ガス（メタンガス）やプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質する改質器１１と、改質器１１に原料ガスを供給する原料ガス供給流路（原料供給路）１２と、水を蒸発させることにより水蒸気改質に必要な水蒸気を発生させる水蒸発器１３と、水蒸発器１３で発生した水蒸気を改質器１１に供給する水蒸気供給流路（水蒸気供給路）１４と、改質器１１での水蒸気改質により生成した水素含有ガスを排出する生成ガス排出路１５と、水蒸気供給流路１４を通流する水蒸気の圧力が所定圧力以上になったときに圧力を開放する圧抜器１６と、圧抜器１６の開放動作により排出されたガスを排出する圧抜流路（排出路）１７と、圧抜流路１７を通流する圧抜器１６から排出されたガスを冷却する冷却器１８と、水素生成装置の一連の運転を制御する制御器１９とを備える。また圧抜器１６には制御器１９からの信号により開放動作を強制的に行なう開閉器２０を備え、水蒸気供給流路１４から分岐された圧抜流路１７に配置されている。
なお、本実施の形態における構成部材としての原料ガス供給流路１２、水蒸気供給流路１４、圧抜流路１７は、各々、第１の本発明における原料供給路、水蒸気供給路、排出路の具体的な実施の一例である。またなお、本実施の形態における構成部材としての制御器１９および開閉器２０は、第２の本発明における開閉器の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態２に係る水素生成装置の具体的動作を説明する。
図２に示す水素生成装置では、図示していない原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路１２を通じて改質器１１に供給される。また改質器１１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器１３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路１４を通じて改質器１１に供給される。改質器１１では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、生成ガス排出路１５を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、水素を用いて発電を行なう燃料電池などのデバイスに供給することができる。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１１、生成ガス排出路１５、または生成ガス排出路１５の下流に接続している系外のデバイスにおいて圧力が上昇し、それらより上流に配置した水蒸気供給流路１４を通流する水蒸気の圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、水蒸気供給流路１４から分岐した圧抜流路１７に配置した圧抜器１６を開放しガスを排出する。圧抜器１６の開放動作により排出されたガスはさらに圧抜流路１７を通流し、圧抜器１６より下流の圧抜流路１７上に配置した冷却器１８により冷却された後、水素生成装置の系外に排出される。
なお、これら上記の具体的動作は制御器１９により制御されている。またさらに制御器１９は、水素生成装置が運転を停止しているときおいて一定の頻度で、圧抜器１６の開閉器２０に信号を発信し、強制的に開放動作を行なう。
本実施の形態２に係る水素生成装置の構成をとると、圧抜器１６を水蒸気供給流路１４から分岐した圧抜流路１７に配置しているため、水蒸気供給流路１４より下流での一時的な流路閉塞や、系外のデバイスでの水素消費量の低下、図示していない開閉弁の誤作動等による流路遮断などにより、水蒸気供給流路１４を通流する水蒸気の圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった場合は、圧抜器１６を開放しガスを圧抜流路１７に排出することにより圧力上昇を抑えることができる。
また、このとき水蒸気の圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった状態で運転が継続されている場合は圧抜器１６からは供給された水蒸気を排出し、運転が停止した場合は、水蒸気供給流路１４に滞留する水蒸気、ついで水蒸発器１３にて遅れて蒸発した水蒸気、さらには改質器１１の改質触媒より上流に滞留する原料ガスと水蒸気の混合ガスを排出する。さらに排出したガスは圧抜流路１７上に配置した冷却器１８により冷却される。さらに水蒸気は冷却器１８により冷却・凝縮されて水として排出される。
そのためさらに、本実施の形態２に係る水素生成装置の構成をとると、排出ガスには生成ガス排出路１５を通流する燃料ガス中に含まれるような一酸化炭素が含有していないため、安全なガスの排出を行なうことができる。また排出するガスは冷却器１８により冷却されたのち水素生成装置の系外に排出されるため、排出するガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。特に本実施の形態では水蒸気を優先的に排出し、冷却・凝縮させるため、排出するガス量を大幅に低減することができる。
またさらに本実施の形態２に係る水素生成装置の構成をとると、制御器１９からの信号により、圧抜器１６は開閉器２０を用いて停止中に一定の頻度で開放動作を強制的に行ない、圧抜器１６の固着を防止することができる。
なお、本実施の形態２に係る水素生成装置の構成では、圧抜器１６は水蒸気供給流路１４から分岐した圧抜流路１７に配置するとしたが、水蒸気供給流路１４上に圧抜器１６を配置しても同様に、安全なガスの排出、排出するガスの低温化、排出体積量の低減をすることができる。
またなお、本実施の形態における圧抜器６の開放圧は５０ｋＰａとしたが、特にこの限りではなく、水素生成装置および、下流に配置するデバイスの許容圧力の範囲内で任意に設定してもよい。
（実施の形態３）
図３は、本発明の本実施の形態３に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
本発明の実施の形態３に係る水素生成装置は、図１に示す水素生成装置に加えて、改質器１１を加熱するバーナ２１と、バーナ２１に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給流路２２と、バーナ２１から燃焼ガスを排出する燃焼排ガス流路２３と、バーナ２１に燃焼用空気を供給する燃焼ファン２４と、水素生成装置の一連の運転を制御する制御器２５を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としての冷却器８、バーナ２１は、各々、第３の本発明における第１冷却器、燃焼器の具体的な実施の一例である。またなお、本実施の形態における構成部材としての燃焼ファン２４は、第４の本発明における空気供給器の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態３に係る水素生成装置の具体的動作を説明する。
図３に示す水素生成装置では、図示していない原料供給源から供給された都市ガス（メタンガス）またはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路２を通じて改質器１に供給される。また改質器１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路４を通じて改質器１に供給される。改質器では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、生成ガス排出路５を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、水素を用いて発電を行なう燃料電池などのデバイスに供給することができる。
改質反応を継続させるためには改質器１を加熱する必要があるが、加熱用の燃焼ガスは燃焼ガス供給流路２２を通じてバーナ（燃焼器）２１に供給される。またバーナ燃焼に必要な空気は、燃焼ファン（空気供給器）２４によりバーナ２１に供給される。バーナ２１に供給された燃焼ガスと空気の燃焼により改質器１を加熱し、燃焼排ガスは燃焼排ガス流路２３を通じて排出され、圧抜流路７に合流した後、冷却器８により冷却され、水素生成装置の系外に排出される。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１、生成ガス排出路５、または生成ガス排出路５の下流に接続している系外のデバイスにおいて圧力が上昇し、それらより上流に配置した原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、原料ガス供給流路２に配置した圧抜器６を開放しガスを排出する。圧抜器６の開放動作により排出されたガスは圧抜流路７を通流し、圧抜流路７上に配置した冷却器８により冷却された後、水素生成装置の系外に排出される。このとき制御器２５は、燃焼ファン２４を作動させる。燃焼ファン２４により供給された空気は、バーナ２１から燃焼排ガス流路２３を通じて圧抜流路７に供給され、圧抜器６から排出されるガスと混合されて、冷却器８を通じて水素生成装置の系外に排出される。
本実施の形態３に係る水素生成装置の構成をとると、実施の形態１において説明した作用・効果に加えて、冷却器８は１部品で、水素生成装置が通常運転中はバーナ２１から排出される燃焼排ガスを冷却し、圧抜器６がガスを排出しているときには排出されたガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。さらに本実施の形態における水素生成装置の構成をとると、圧抜器６を開放しガスを排出するときには、制御器２５は燃焼ファン２４を作動させることにより空気をバーナ２１から燃焼排ガス流路２３を通じて圧抜流路７に供給し、排出するガスと混合するため、可燃性のガスである原料ガスを希釈して水素生成装置の系外に排出することができ、安全なガスの排出をすることができる。
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、改質触媒（図示せず）を用いて都市ガス（メタンガス）やプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質する改質器３１と、改質器３１に原料ガスを供給する原料ガス供給流路（原料供給路）３２と、水を蒸発させることにより水蒸気改質に必要な水蒸気を発生させる水蒸発器３３と、水蒸発器３３で発生した水蒸気を改質器３１に供給する水蒸気供給流路（水蒸気供給路）３４と、改質器３１での水蒸気改質により生成した水素含有ガスを燃料電池３６に供給する燃料ガス供給路３５と、燃料ガス供給路３５を通じて供給された水素含有ガスを用いて発電を行なう燃料電池３６と、燃料電池３６での発電に用いられなかった水素含有ガスを燃料電池３６から排出する残余燃料ガス排出路（残余燃料ガス流路）３７と、燃料ガス供給路３５を通流する燃料ガスを燃料電池３６をバイパスして残余燃料ガス排出路３７に通流するバイパス流路３８と、各流路３５、３７、３８を遮断する各開閉弁３９、４０、４１と、燃料電池３６から排出された残余燃料ガスまたはバイパス流路３８を通流した燃料ガスを冷却し含有する水蒸気を凝縮させる冷却器４２と、冷却器４２から排出される燃料ガスまたは残余燃料ガスを燃焼させるバーナ４３と、バーナ４３に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン４４と、バーナ４３から燃焼ガスを排出する燃焼排ガス流路４５と、原料ガス供給流路３２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力以上になったときに圧力を開放する圧抜器４６と、圧抜器４６の開放動作により排出されたガスを冷却器４２より上流かつ開閉弁４０より下流の残余燃料ガス排出路３７に排出する圧抜流路（排出路）４７と、燃料電池システムの一連の運転を制御する制御器４８を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としての残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２は、各々、第６の本発明における残余燃料ガス流路、第２冷却器の具体的な実施の一例である。またなお、本実施の形態における構成部材としての燃焼ファン２４、バーナ４３は、各々、第７の本発明における空気供給器、燃焼器の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態４に係る燃料電池システムの具体的動作を説明する。
図４に示す燃料電池システムでは、図示していない原料供給源から供給された都市ガス（メタンガス）またはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路３２を通じて改質器３１に供給される。また改質器３１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器３３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路３４を通じて改質器３１に供給される。改質器３１では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。
生成された燃料ガス中には燃料電池３６の触媒には有害となる一酸化炭素が含まれるが、改質器３１には、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素濃度も低減する機能も備えている。ただし起動初期においては改質器３１の触媒温度が十分に昇温されていないため、生成された燃料ガス中には高濃度の一酸化炭素が含まれる。このとき改質器３１から燃料ガス供給路３５に排出される燃料ガスは、開閉弁３９、４０を閉止し、開閉弁４１を開放することにより、バイパス流路３８と残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２に供給され、冷却と水蒸気凝縮ののちバーナ４３に供給し、改質器３１の加熱源として燃焼する。バーナ４３での加熱により改質器３１の触媒温度が十分に昇温されて燃料ガス中の一酸化炭素濃度が十分に低減されると、開閉弁３９、４０を開放し、開閉弁４１を閉止することにより、燃料ガスは燃料ガス供給路３５を通じて燃料電池３６に供給される。燃料電池３６に供給された燃料ガスは、図示していない別流路から燃料電池３６に供給された空気中の酸素と電気化学的に反応することにより発電を行なう。発電によって得られた直流電力は、図示していないインバータで交流変換された後、交流電力として図示していない電力負荷に供給される。一方、燃料電池３６から排出される残余燃料ガスには発電に使用されなかった水素や改質器３１で完全には改質されなかった炭化水素ガスなどの可燃性ガスが含まれる。残余燃料ガスは残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２に供給され、冷却と水蒸気凝縮ののちバーナ４３に供給され、改質器３１の温度を維持するための加熱源として燃焼する。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１、各流路３５、３７、３８、燃料電池３６、各開閉弁３９、４０、４１において圧力が上昇し、それらより上流に配置した原料ガス供給流路３２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、原料ガス供給流路３２から分岐した圧抜流路４７に配置した圧抜器４６を開放しガスを排出する。圧抜器４６の開放動作により排出されたガスは圧抜流路４７を通流し、残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２により冷却された後、バーナ４３、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出される。このとき制御器４８は、燃焼ファン４４を作動させる。燃焼ファン４４により供給された空気はバーナ４３に供給され、圧抜器４６から圧抜流路４７、残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２を通じてバーナ４３に供給された圧抜器４６から排出されるガスと混合されて、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出される。
なおこれら上記の具体的動作は制御器４８により制御されている。
本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成をとると、圧抜器４６を原料ガス供給流路３２に配置しているため、原料ガス供給流路３２より下流での一時的な流路閉塞や、燃料電池３６での水素消費量の低下、開閉弁３９、４０、４１による流路遮断などにより、原料ガス供給流路３２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった場合は、圧抜器４６を開放しガスを圧抜流路４７に排出することにより圧力上昇を抑えることができる。
またこのとき原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった状態で運転が継続されている場合は圧抜器４６からは供給された原料ガスを排出し、圧抜流路４７、残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２を通じてバーナ４３供給されて燃焼される。また運転が停止した場合は、圧抜器４６より下流の原料ガス供給流路３２に滞留する原料ガス、ついで改質器３１の改質触媒より上流に滞留する原料ガスと水蒸気の混合ガス、さらには水蒸発器３にて遅れて蒸発した水蒸気が水蒸気供給流路４を通じて排出される。さらに排出したガスは圧抜流路４７、残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２に供給され冷却され、含有水蒸気は冷却器８により冷却・凝縮されて水として除去された後、バーナ４３、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出される。
そのためさらに、本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成をとると、圧抜器４６を通じて燃料電池システムの系外に排出されるガスには運転継続の有無に関わらず、燃料ガス供給路３５を通流する燃料ガス中に含まれるような一酸化炭素が含有していないため、安全なガスの排出を行なうことができる。また運転が停止した場合において排出するガスは冷却器４２により冷却されたのち燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出されるため、排出するガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。排出されるガス中に水蒸気が含まれる場合は、さらに排出するガス量を低減することができる。
さらに本実施の形態における燃料電池システムの構成をとると、冷却器４２は１部品で、燃料電池システムが通常運転中はバーナ４３に供給する残余燃料ガスまたはバイパスされた燃料ガスを冷却することにより含有水蒸気を凝縮し、圧抜器４６がガスを排出しているときには排出されたガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。
さらにまた本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成をとると、圧抜器４６を開放しガスを排出するときには、制御器４８は燃焼ファン２４を作動させることにより空気をバーナ２１に供給するため、運転継続時には圧抜器４６より排出されるガスを残余燃料ガスまたはバイパスされた燃料ガスとともに燃焼し、運転が停止したときには、バーナ４３において圧抜器４６より排出されるガスと空気を混合するため、可燃性のガスである原料ガスを希釈して燃料電池システムの系外に排出することができ、安全なガスの排出をすることができる。
なお、本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成では、圧抜器４６は原料ガス供給流路３２から分岐した圧抜流路４７に配置するとしたが、原料ガス供給流路３２上に圧抜器４６を配置しても同様に、安全なガスの排出、排出するガスの低温化、排出体積量の低減をすることができる。
またなお、本実施の形態における圧抜器４６の開放圧は５０ｋＰａとしたが、特にこの限りではなく、改質器３１および、燃料電池３６の許容圧力の範囲内で任意に設定してもよい。
またなお、本実施の形態では、「圧抜流路４７は冷却器４２より上流かつ開閉弁４０より下流の残余燃料ガス排出路３７に排出する」としたが、「冷却器４２より上流かつ開閉弁４１より下流のバイパス流路３８に排出する」としてもバイパス流路３８から残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２、バーナ４３、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出することができるため、同様である。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置は、水蒸発器が改質器内に設けられた態様を例示するものである。
［水素生成装置の構成］
図６は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。なお、以下の図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図６に示すように、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置５０は、改質触媒１Ａを有する改質器１と、原料供給路２と、水蒸発器３と、水蒸気供給路４と、圧抜器６と、排出路７と、冷却器８と、を備え、圧抜器６よりも下流側の経路内が所定の圧力以上になると、圧抜器６が圧抜きするように構成されている。
原料ガス供給流路２は、その上流端がガスインフラライン（図示せず）に接続されていて、その下流端は、水蒸発器３に接続されている。また、原料ガス供給流路２には、原料ガス供給器５１が設けられており、原料ガス供給流路２の原料ガス供給器５１よりも下流側には、圧抜器６が設けられている。ここで、原料（ガス）は、当該原料と水蒸気とを用いて改質反応により水素含有ガスを生成できるものであればよい。原料として、例えば、エタン、プロパン等の炭化水素といった、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むものを使用することができる。
原料ガス供給器５１は、改質触媒１Ａに流量を調整しながら、原料を供給するように構成されている。原料ガス供給器５１としては、流量を調整しながら原料を供給し、原料の供給を遮断することができればどのような形態であってもよく、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ブースターポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
圧抜器６は、原料ガス供給流路２（及び原料ガス供給流路２と水蒸発器３を介して接続されている水蒸気供給流路４）内の圧力が、所定の圧力（例えば、５０ｋＰａ）以上になると、圧抜き動作を行うように構成されている。圧抜器６としては、例えば、所定の圧力以上になると、機械的に（物理的に）作動する圧力制御弁を用いてもよい。また、圧抜器６は、圧力制御弁と圧力検知器を有していて、圧力検知器が検知した原料ガス供給流路２内の圧力を基に、圧力制御弁を作動するように構成されていてもよい。さらに、圧抜器６は、圧力制御弁を有していて、該圧力制御弁は、水素生成装置５０を制御する制御器（図示せず）からの制御信号を基に作動するように構成されていてもよい。
また、圧抜器６には、圧抜流路７が接続されていて、圧抜器６より排出された水蒸気を含むガスは、圧抜流路７を通流して水素生成装置５０外に排出する。圧抜流路７には、冷却器８が設けられていて、冷却器８は圧抜流路７を通流するガスを冷却するように構成されている。冷却器８は、圧抜流路７を通流するガスを冷却することができればどの様な態様であってもよく、例えば、熱交換器を使用してもよく、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用してもよい。これにより、圧抜流路７を通流するガスが冷却され、水素生成装置５０外に排出されるガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。また、排出されるガス中に水蒸気が含まれるような場合には、水蒸気を凝縮して水にすることで、排出されるガス量を低減することができる。
水蒸発器３には、水供給経路５３が接続されていて、該水供給経路５３には、水供給器５２が設けられている。水供給器５２は、水供給源（例えば、水道、水タンク）から浄化器により水質浄化されたのち供給された水の流量を調整しながら、水蒸発器３に供給するように構成されている。水供給器５２としては、流量を調整しながら水蒸発器３に水を供給し、水蒸発器３への水の供給を遮断することができればどの様な形態であってもよく、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
水蒸発器３は、水供給器５２から水供給経路５３を介して供給された水を加熱して、水蒸気を生成するように構成されている。さらに、水蒸発器３には、水蒸気供給流路４を介して、改質触媒１Ａが接続されている。
改質触媒１Ａとしては、例えば、原料ガスと水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒する物質であって、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。なお、低コスト化の観点から、改質触媒としては、ニッケル元素を触媒金属として含む、ニッケル系触媒を使用することが好ましい。そして、改質器１の改質触媒１Ａでは、原料ガス供給器５１から供給された原料と、水蒸発器３から供給された水蒸気と、の改質反応により、水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは燃料ガス供給路３５を介して、水素利用機器（例えば、燃料電池や水素貯蔵タンク）３６に供給される。
［水素生成装置の動作］
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置５０の動作について説明する。
まず、原料ガス供給器５１及び水供給器５２が作動して、改質器１の水蒸発器３に原料ガス及び水が、それぞれ、原料ガス供給流路２及び水供給経路５３を介して供給される。水蒸発器３では、水供給器５２から供給された水が、加熱されて水蒸気が生成される。また、水蒸発器３では、原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが加熱される。生成された水蒸気と加熱された原料ガスは、水蒸気供給流路４を通流して、改質触媒１Ａに供給される。
改質触媒１Ａでは、原料と水蒸気が改質反応により、水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは燃料ガス供給路３５を介して、水素利用機器３６に供給される。
ところで、本実施の形態１に係る水素生成装置５０では、燃料ガス生成動作時（水素生成装置５０の燃料ガス生成運転中）に、例えば、原料ガス供給流路２より下流側の経路である水蒸気供給流路４を通流する水蒸気が凝縮して水が生成され、当該水により水蒸気供給流路４が一時的に閉塞して、改質器１内の圧力が増加し、ひいては、原料ガス供給流路２の圧力が増加して、所定の圧力（例えば、５０ｋＰａ）以上になった場合、圧抜器６が作動する。
このとき（原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき）、水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止するように構成されている場合には、原料ガス供給器５１及び水供給器５２が停止する。そして、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。また、水蒸発器３及び水蒸気供給流路４に滞留する原料ガス及び水蒸気が、原料ガス供給流路２を通流して、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。さらに、水蒸発器３内に存在する水が、水蒸発器３の余熱で蒸発して水蒸気が生成され、この生成された水蒸気が原料ガス供給流路２を通流して圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。
一方、原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止しないように構成されている場合には、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。
そして、圧抜流路７へ排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流する間に、冷却器８により冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、水素生成装置５０外に排出される。また、圧抜流路７へ排出された水蒸気は、冷却器８により冷却されて凝縮し、水として水素生成装置５０外に排出される。
このように、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、実施の形態１に係る水素生成装置と同様に、原料ガス供給流路２よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、原料ガス供給流路２内の圧力が、所定の圧力以上になっても、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の圧力、ひいては、改質器１内の圧力が上昇するのを抑制することができる。また、圧抜き動作で圧抜流路７に排出されたガスを冷却器８で冷却することにより、水素生成装置５０外に排出するガスを低温にすることができ、また、その排出するガス量を低減することができる。
また、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、実施の形態１に係る水素生成装置と同様に、改質器１の改質触媒１Ａよりも上流側の経路（本実施の形態５においては、原料ガス供給流路２）に圧抜器６を設けているため、上記特許文献１に開示されている燃料電池発電装置に比べて、改質触媒１Ａで生成された一酸化炭素を水素生成装置５０外に排出されるのを抑制することができる。
なお、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、改質器１の改質触媒１Ａで生成された水素含有ガス（改質ガス）が、水素利用機器３６に送出される構成としたが、これに限定されず、水素生成装置５０内に改質器１より送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが、水素利用機器３６に送出される形態であってもよい。
また、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、圧抜器６を原料ガス供給流路２に設ける形態としたが、これに限定されず、原料ガス供給流路２に分岐経路を接続して、該分岐経路に圧抜器６を設ける形態を採用してもよい。
さらに、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、圧抜器６が作動する原料ガス供給流路２内の圧力を５０ｋＰａと設定しているが、これに限定されず、水素生成装置５０及び水素利用機器３６の許容圧力の範囲内で任意に設定することができる。
［変形例１］
次に、本実施の形態５に係る水素生成装置５０の変形例について説明する。
図７は、本実施の形態５に係る水素生成装置５０の変形例１の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本変形例１の水素生成装置５０では、圧抜器６が水蒸気供給流路４に接続されていて、原料ガス供給流路２の下流端が水蒸気供給流路４の途中に接続されている。このため、水蒸気供給流路４の原料ガス供給流路２が接続されている部分より下流側の流路には、水蒸発器３で生成された水蒸気と、原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが通流する。
このように構成された本変形例１の水素生成装置５０においても、水蒸気供給流路４よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、水蒸気供給流路４内の圧力が、所定の圧力以上になっても、圧抜器６が作動することにより、水蒸気供給流路４内の水蒸気等が圧抜器６より圧抜流路７を介して水素生成装置５０外に排出される。このため、水蒸気供給流路４内の圧力、ひいては、改質器１内の圧力が上昇するのを抑制することができる。
また、本変形例１の水素生成装置５０は、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、水素生成装置５０外に排出するガスを低温にすることができ、また、その排出するガス量を低減することができる。さらに、本変形例１の水素生成装置５０は、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、改質触媒１Ａで生成された一酸化炭素を水素生成装置５０外に排出されるのを抑制することができる。
なお、本変形例１の水素生成装置５０では、水蒸発器３を改質器１内に配置する形態としたが、これに限定されず、実施の形態１に係る水素生成装置と同様に、水蒸発器３を改質器１外に配置する形態を採用してもよい。また、本変形例１の水素生成装置５０では、圧抜器６は、水蒸気供給流路４における原料ガス供給流路２の接続部より上流側に設けているが、これに限定されず、原料ガス供給流路２の接続部より下流側に設けてもよい。
［変形例２］
図８は、本実施の形態５に係る水素生成装置５０の変形例２の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。
図８に示すように、本変形例２の水素生成装置５０は、変形例１の水素生成装置５０と基本的構成は同じであるが、原料ガス供給流路２の下流端が水供給経路５３の途中に接続されている点が異なる。このため、水供給経路５３の原料ガス供給流路２が接続された部分より下流側の流路には、水供給器５２から供給された水と原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが通流する。
このように構成された本変形例２の水素生成装置５０においても、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る水素生成装置は、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、燃焼排ガス流路と排出路を跨ぐように設けられた第１冷却器と、を備える態様を例示するものである。
図９は、本発明の実施の形態６に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
図９に示すように、本発明の実施の形態６に係る水素生成装置５０は、実施の形態５に係る水素生成装置５０と基本的構成は同じであるが、燃焼器２１、空気供給器２４、及び制御器２５を備える点が異なる。具体的には、燃焼器２１には、燃焼用燃料を供給するための燃焼ガス供給流路２２と燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給路２６を介して空気供給器２４が接続されている。空気供給器２４としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。そして、燃焼器２１では、燃焼用燃料（例えば、原料や改質器１から排出された水素含有ガス）と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器１の改質触媒１Ａや水蒸発器３を加熱した後、燃焼排ガス流路２３を通流して水素生成装置５０外に排出される。
また、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、冷却器８が、燃焼排ガス流路２３を通流する燃焼排ガス及び圧抜流路７を通流するガス（水蒸気を含む）を冷却する第１冷却器８Ａで構成されている。第１冷却器８Ａとしては、本実施の形態６においては、熱交換器で構成されていて、該熱交換器は、１次流路、２次流路、及び３次流路を有している。第１冷却器８Ａの１次流路には、圧抜流路７が接続されていて、２次流路には、燃焼排ガス流路２３が接続されていて、３次流路には、冷却媒体流路（図示せず）が接続されている。これにより、冷却媒体流路を介して第１冷却器８Ａの３次流路に冷却媒体を通流させることにより、１次流路を通流するガス及び２次流路を通流する燃焼排ガスをそれぞれ冷却することができる。なお、冷却媒体としては、例えば、水やエチレングリコール等の不凍液が挙げられる。
制御器２５は、水素生成装置５０を構成する各機器を制御する機器であればどのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等で構成することができる。なお、制御器２５は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して水素生成装置５０の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器２５は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部だけでなく、メモリー等からなる記憶部及び計時部を有していてもよい。
このように構成された本実施の形態６に係る水素生成装置５０であっても、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、第１冷却器８Ａが、水素生成装置５０が通常運転（燃料ガス生成運転）中には、燃焼器２１から排出される燃焼排ガスを冷却し、圧抜器６が作動して、圧抜流路７にガスを排出しているときには、圧抜流路７を通流するガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。
なお、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、第１冷却器８Ａを熱交換器で構成し、該熱交換器が３つの流路を有するタイプを用いたが、これに限定されず、２つの流路を有するタイプを採用してもよい。この場合、制御器２５が、圧抜器６の作動時には、燃焼器２１に燃焼用燃料の供給を停止させて、燃焼器２１での燃焼を停止させるとともに、空気供給器２４を動作させる（空気供給器２４の作動を継続させる）ように制御する。これにより、燃焼排ガス流路２３には、空気供給器２４から燃焼器２１を介して燃焼排ガス流路２３に空気が供給され、燃焼排ガス流路２３を通流する空気が冷却媒体として機能し、圧抜流路７を通流するガスを第１冷却器８Ａで冷却することができる。なお、圧抜流路７を通流するガスの冷却量を増加させる観点から、空気供給器２４の操作量を増加させることが好ましく、空気供給器２４を最大の操作量で動作せることがより好ましい。
また、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、第１冷却器８Ａを熱交換器で構成したが、これに限定されず、燃焼排ガス流路２３を通流する燃焼排ガス及び圧抜流路７を通流するガスのそれぞれを冷却することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、ファン類を用いる形態を採用してもよい。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムは、冷却器が排出路と残余燃料ガス流路とを跨ぐように設けられた第２冷却器で構成されている態様を例示するものである。
［燃料電池システムの構成］
図１０は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１０に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１００は、水素生成装置５０と、燃料電池３６と、残余燃料ガス排出路３７と、を備えている。なお、本実施の形態７で用いている水素生成装置５０は、実施の形態６に係る水素生成装置５０と基本的構成は同じであるが、冷却器８が、圧抜流路７と残余燃料ガス排出路３７とを跨ぐように設けられた第２冷却器８Ｂで構成されている点と、圧抜流路７の下流端が、燃焼器２１に接続されている点と、が異なる。
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、燃料ガス供給路３５の下流端が、燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａの入口に接続されていて、水素生成装置５０で生成された燃料ガスが燃料ガス経路３６Ａに供給される。燃料ガス経路３６Ａの出口は、残余燃料ガス排出路３７を介して燃焼器２１に接続されている。
燃料ガス供給路３５の途中には、開閉弁３９が設けられている。開閉弁３９は、燃料ガス供給路３５を燃料ガス等のガスが通流するのを許可／遮断するように構成された機器であればどのような形態であってもよく、例えば、電磁弁を用いることができる。
また、燃料ガス供給路３５の開閉弁３９よりも上流側の部分には、バイパス流路３８の上流端が接続されていて、その下流端は、残余燃料ガス排出路３７に接続されている。バイパス流路３８の途中には、開閉弁４１が設けられている。開閉弁４１は、バイパス流路３８を通流する燃料ガス等のガスが通流するのを許可／遮断するように構成された機器であればどのような形態であってもよく、例えば、電磁弁を用いることができる。
残余燃料ガス排出路３７のバイパス流路３８の接続部分よりも上流側には、開閉弁４０が設けられている。開閉弁４０は、残余燃料ガス排出路３７を残余燃料ガス等のガスが通流するのを許可／遮断するように構成された機器であればどのような形態であってもよく、例えば、電磁弁を用いることができる。
また、残余燃料ガス排出路３７のバイパス流路３８の接続部分よりも下流側の部分には、該残余燃料ガス排出路３７と圧抜流路７とを跨ぐように、第２冷却器８Ｂが設けられている。第２冷却器８Ｂとしては、本実施の形態７においては、熱交換器で構成されていて、該熱交換器は、１次流路、２次流路、及び３次流路を有している。第２冷却器８Ｂの１次流路には、圧抜流路７が接続されていて、２次流路には、残余燃料ガス排出路３７が接続されていて、３次流路には、冷却媒体流路（図示せず）が接続されている。これにより、冷却媒体流路を介して第２冷却器８Ｂの３次流路に冷却媒体を通流させることにより、１次流路を通流するガス及び２次流路を通流する残余燃料ガスをそれぞれ冷却することができる。
なお、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００の燃料電池３６は、一般的な燃料電池を用いているため、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態７では、水素生成装置５０の制御器２５が、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御するように構成されている。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器２５が燃料電池システム１００を構成する各機器を制御することにより行われる。
まず、開閉弁３９及び開閉弁４０が閉止され、開閉弁４１が開放される。そして、原料ガス供給器５１が作動して、原料ガスが、原料ガス供給流路２、水蒸発器３、水蒸気供給流路４、燃料ガス供給路３５、バイパス流路３８、及び残余燃料ガス排出路３７を通流して、燃焼器２１に燃焼用燃料として供給される。燃焼器２１には、空気供給器２４から燃焼用空気が供給される。そして、燃焼器２１では、供給された燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器１の改質触媒１Ａや水蒸発器３を加熱した後、燃焼排ガス流路２３を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。
改質触媒１Ａや水蒸発器３が充分に加熱されると、水供給器５２が作動して、改質器１の水蒸発器３に原料ガス及び水が、それぞれ、原料ガス供給流路２及び水供給経路５３を介して供給される。水蒸発器３では、水供給器５２から供給された水が、加熱されて水蒸気が生成される。また、水蒸発器３では、原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが加熱される。生成された水蒸気と加熱された原料ガスは、水蒸気供給流路４を通流して、改質触媒１Ａに供給される。
改質触媒１Ａでは、原料と水蒸気が改質反応により、水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは、開閉弁３９及び開閉弁４０が開放され、開閉弁４１が閉止されることにより、燃料ガス供給路３５を介して、燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａに供給される。なお、開閉弁３９及び開閉弁４０が開放され、開閉弁４１が閉止するタイミングは、燃料電池３６を構成する燃料電池の種類によって異なり、例えば、燃料電池３６が、高分子電解質形燃料電池で構成されている場合には、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されてからになる。
燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａに供給された燃料ガスは、燃料ガス経路３６Ａを通流する間に、アノード（図示せず）に供給されて、図示されないカソードに供給された酸化剤ガスと、電気化学的に反応して、電力が発生する。アノードで使用されなかった残余燃料ガスは、残余燃料ガス排出路３７を通流して、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された残余燃料ガスは、燃焼用燃料として使用される。なお、残余燃料ガス中に含まれる水蒸気は、第２冷却器８Ｂによって凝縮されて、水として貯えられる。
ところで、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、水素生成装置５０の燃料ガス生成動作時（水素生成装置５０の燃料ガス生成運転中）に、例えば、原料ガス供給流路２より下流側の経路である水蒸気供給流路４を通流する水蒸気が凝縮して水が生成され、当該水により水蒸気供給流路４が一時的に閉塞した場合や開閉弁３９等の開閉弁が誤作動を起こした場合、燃料電池３６での燃料ガスの使用量が急激に減少したような場合等には、改質器１内の圧力が増加し、ひいては、原料ガス供給流路２の圧力が増加して、所定の圧力（例えば、５０ｋＰａ）以上になると、圧抜器６が作動する。
このとき（原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき）、水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止するように構成されている場合には、原料ガス供給器５１及び水供給器５２が停止する。そして、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。また、水蒸発器３及び水蒸気供給流路４に滞留する原料ガス及び水蒸気が、原料ガス供給流路２を通流して、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。さらに、水蒸発器３内に存在する水が、水蒸発器３の余熱で蒸発して水蒸気が生成され、この生成された水蒸気が原料ガス供給流路２を通流して圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。
そして、圧抜流路７へ排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流する間に、第２冷却器８Ｂにより冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された原料ガスは、空気供給器２４から燃焼用空気供給路２６を介して燃焼器２１に供給された空気で希釈されて、燃焼排ガス流路２３を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。また、圧抜流路７へ排出された水蒸気は、第２冷却器８Ｂにより冷却されて凝縮し、水として燃料電池システム１００内に貯えられる。
一方、原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき、水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止しないように構成されている場合には、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。圧抜流路７へ排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流する間に、第２冷却器８Ｂにより冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された原料ガスは、燃焼器２１で燃焼されて、燃焼排ガスが生成される。生成された燃料排ガスは、燃焼排ガス流路２３を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。
このため、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、圧抜器６から圧抜流路７へ原料ガスが排出されても、安全に燃料電池システム１００外に原料ガスを排出することができる。
このように、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、原料ガス供給流路２よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、原料ガス供給流路２内の圧力が、所定の圧力以上になっても、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の圧力、ひいては、改質器１内の圧力が上昇するのを抑制することができる。
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、圧抜器６が作動して、水素生成装置５０の燃料ガス生成動作を停止するような場合には、圧抜き動作で圧抜流路７に排出されたガスを第２冷却器８Ｂで冷却することにより、燃料電池システム１００外に排出するガスを低温にすることができ、かつ、その排出するガスを空気で希釈することにより、安全に排出することができる。一方、圧抜器６が作動して、水素生成装置５０の燃料ガス生成動作を停止しない場合には、燃焼器２１で燃焼して燃焼排ガスとして、燃料電池システム１００外に安全に排出することができる。
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、改質器１の改質触媒１Ａよりも上流側の経路（本実施の形態５においては、原料ガス供給流路２）に圧抜器６を設けているため、上記特許文献１に開示されている燃料電池発電装置に比べて、改質触媒１Ａで生成された一酸化炭素を水素生成装置５０外に排出されるのを抑制することができる。
さらに、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、第２冷却器８Ｂが、燃料電池システム１００が通常運転（発電運転）中には、燃料電池３６（正確には、燃料ガス経路３６Ａ）から排出される残余燃料ガスを燃焼器２１に水蒸気が供給されないように冷却して、燃焼器２１で失火が生じることを抑制し、また、圧抜器６が作動して、圧抜流路７にガスを排出しているときには、圧抜流路７を通流するガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。
なお、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、第２冷却器８Ｂを熱交換器で構成したが、これに限定されず、残余燃料ガス排出路３７を通流する残余燃料ガス及び圧抜流路７を通流するガスのそれぞれを冷却することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、ファン類を用いる形態を採用してもよい。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムは、冷却器が残余酸化剤ガス流路を通流する残余酸化剤ガスと排出路を通流するガス（水蒸気を含む）を冷却する第３冷却器で構成されている態様を例示するものである。
［燃料電池システムの構成］
図１１は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１１に示すように、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、実施の形態７に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、圧抜流路７の下流端が、残余酸化剤ガス流路５７に接続されている点と、冷却器８が、残余酸化剤ガス流路５７を通流する残余酸化剤ガスと圧抜流路７を通流するガス（水蒸気を含む）を冷却する第３冷却器８Ｃで構成されている点と、が異なる。
具体的には、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、酸化剤ガス供給器５５と、残余酸化剤ガス流路５７と、を備えている。酸化剤ガス供給器５５は、酸化剤ガス供給流路５６を介して、燃料電池３６の酸化剤ガス経路３６Ｂの入口と接続されている。酸化剤ガス供給器５５としては、燃料電池３６の酸化剤ガス経路３６Ｂに酸化剤ガス（空気）の流量を調整して供給することができればどのような形態であってもよく、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。
また、酸化剤ガス経路３６Ｂの出口には、残余酸化剤ガス流路５７が接続されている。残余酸化剤ガス流路５７の途中には、圧抜流路７の下流端が接続されている。また、残余酸化剤ガス流路５７の圧抜流路７が接続されている部分よりも下流側には、第３冷却器８Ｃが設けられている。
第３冷却器８Ｃとしては、圧抜流路７及び残余酸化剤ガス流路５７を通流するガスを冷却することができればどの様な態様であってもよく、例えば、熱交換器を使用してもよく、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用してもよい。これにより、圧抜流路７及び残余酸化剤ガス流路５７を通流するガスが冷却され、燃料電池システム１００外に排出されるガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。また、排出されるガス中に水蒸気が含まれるような場合には、水蒸気を凝縮して水にすることで、排出されるガス量を低減することができる。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器２５が燃料電池システム１００を構成する各機器を制御することにより行われる。
まず、燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａに燃料ガスが供給されるまでの動作は、実施の形態７に係る燃料電池システム１００と同様の動作が行われる。燃料ガス経路３６Ａに燃料ガスが供給される際に、酸化剤ガス供給器５５から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給流路５６を介して、燃料電池３６の酸化剤ガス経路３６Ｂに供給される。酸化剤ガス経路３６Ｂに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス経路３６Ｂを通流する間に、燃料電池３６のカソード（図示せず）に供給され、燃料電池３６のアノード（図示せず）に供給された燃料ガスとの電気化学反応に供される。カソードで使用されなかった残余酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス流路５７に排出される。残余酸化剤ガス流路５７に排出された残余酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス流路５７を通流する間に、第３冷却器８Ｃで冷却されて、燃料電池システム１００外に排出される。なお、残余酸化剤ガス中に含まれる水蒸気は、第３冷却器８Ｃにより凝縮されて水として貯えられる。
そして、上記実施の形態７に係る燃料電池システム１００と同様に、原料ガス供給流路２よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、原料ガス供給流路２内の圧力が、所定の圧力以上になると、圧抜器６が作動する。このとき、制御器２５は、水素生成装置５０の燃料ガス生成運転を停止／継続するように制御することにかかわらず、酸化剤ガス供給器５５を作動させる（酸化剤ガス供給器５５の動作を継続させる）。
これにより、圧抜器６から圧抜流路７に排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流して残余酸化剤ガス流路５７に供給されるが、酸化剤ガス供給器５５から酸化剤ガス供給流路５６及び酸化剤ガス経路３６Ｂを介して残余酸化剤ガス流路５７に供給された酸化剤ガスで希釈される。そして、希釈された原料ガスは、第３冷却器８Ｃで冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、燃料電池システム１００外に排出される。このため、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００では、安全に原料ガスを排出することができる。
また、圧抜器６から圧抜流路７に排出された水蒸気は、残余酸化剤ガス流路５７を通流して、第３冷却器８Ｃで凝縮されて、水として貯えられる。
このように本実施の形態８に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態７に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムは、第３冷却器が残余酸化剤ガス流路と排出路とを跨ぐように設けられている態様を例示するものである。
図１２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１２に示すように、本発明の実施の形態９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第３冷却器８Ｃが残余酸化剤ガス流路５７と圧抜流路７とを跨ぐように設けられている点が異なる。具体的には、第３冷却器８Ｃは、本実施の形態９においては、熱交換器で構成されていて、該熱交換器は、１次流路、２次流路、及び３次流路を有している。第３冷却器８Ｃの１次流路には、圧抜流路７が接続されていて、２次流路には、残余酸化剤ガス流路５７が接続されていて、３次流路には、冷却媒体流路（図示せず）が接続されている。これにより、冷却媒体流路を介して第３冷却器８Ｃの３次流路に冷却媒体を通流させることにより、１次流路を通流するガス及び２次流路を通流する残余酸化剤ガスをそれぞれ冷却することができる。なお、第３冷却器８Ｃは、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用してもよい。
このように構成された本実施の形態９に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
なお、上記実施の形態７乃至９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態６に係る水素生成装置５０を使用したが、これに限定されず、実施の形態１乃至３及び実施の形態５とその変形例１〜２の水素生成装置５０を使用してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る水素生成装置、およびその水素生成装置を用いた燃料電池システムは、圧力上昇時には水蒸気・原料ガスを優先的に排出することによりガスの安全な排出、および排出するガスの低温化をすることができるため、特に水蒸気改質を行なう燃料電池発電システム等に有用である。
１、１１、３１ 改質器
２、１２、３２ 原料ガス供給流路
３、１３、３３ 水蒸発器
４、１４、３４ 水蒸気供給流路
５、１５ 生成ガス排出路
６、１６、４６ 圧抜器
７、１７、４７ 圧抜流路
８、１８、４２ 冷却器
１９、４８ 制御器
２０ 開閉器
２１、４３ バーナ
２２ 燃焼ガス供給流路
２３、４５ 燃焼排ガス流路
２４、４４ 燃焼ファン
２５ 制御器
３５ 燃料ガス供給路
３６ 燃料電池
３７ 残余燃料ガス排出路
３８ バイパス流路
３９、４０、４１ 開閉弁
本発明は、原料および水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置、およびその水素生成装置を用いた燃料電池システムに関するものである。
従来の水素生成装置を用いた燃料電池発電システムとしては、改質器における運転中の急激な圧力上昇を抑えるために、圧力上昇時にはバルブを介して生成した改質ガスを排出する燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置を示す模式図である。
図５に示すように、従来の燃料電池発電装置は、原料と水を搬送するポンプ１０１と、搬送された原料と水を蒸発させる蒸発器１０２と、水蒸気改質により原料と水蒸気から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器１０３と、生成された燃料ガスと空気中の酸素とを用いた電気化学反応により発電を行なう燃料電池１０４と、改質器１０３から燃料電池１０４へと流れる燃料ガスの圧力が所定値（例えば、１０ｋＰａ）以上になったときに燃料ガスを逃すリリーフバルブ１０５と、燃料電池１０４からの排出燃料ガスを燃焼させる触媒燃焼器１０６及び触媒燃焼器１０７と、を備える。
原料供給源および水供給源から供給された原料と水がポンプ１０１によって蒸発器１０２に搬送される。蒸発器１０２では、水が蒸発されて水蒸気が生成され、原料と水蒸気の混合気が改質器１０３に供給される。改質器１０３では原料と水蒸気から水素リッチな燃料ガスが生成され、図示されない一酸化炭素除去器で一酸化炭素が酸化により除去される。改質器１０３から排出された燃料ガスは、燃料電池１０４の燃料極へ供給され、電気化学反応により燃料電池１０４で電力が取り出される。燃料電池１０４の燃料極で消費されなかった燃料ガスは、触媒燃焼器１０６及び触媒燃焼器１０７で燃焼されて燃料電池発電装置外に排出される
そして、改質器１０３から燃料電池１０４へ送られる燃料ガスの圧力が所定値以上になると、リリーフバルブ１０５が開弁し、燃料ガスが触媒燃焼器１０７に送られ、燃料ガス中の水素が燃焼される。このようにして、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置では、改質器１０３における運転中の急激な圧力上昇を抑制している。
特開２００７−２６５６５１号公報（第３−６頁、図１）
しかしながら、図５に示す従来の燃料電池発電装置では、リリーフバルブ１０５から排出されるガスは水素リッチな燃料ガスであるため高温である。また、起動時など改質器１０３が十分に昇温なされていない場合では、燃料ガス中には高濃度の一酸化炭素を含有する。このような高温の燃料ガスまたは高濃度一酸化炭素を含有する燃料ガスがリリーフバルブより排出されるときに、触媒燃焼器１０７に不具合があると排出されるガスを燃焼することができない。また、触媒燃焼器１０７に不具合がない場合においても、過大な圧力上昇が発生したときには、排出されるガスの流速が速くなるため、排出されるガスの一部は触媒燃焼器１０７で燃焼されずにスリップして排出される。そのため、高温の燃料ガスが排出されるという課題がある。また、触媒燃焼器１０７では、一酸化炭素は燃焼されないため、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置では、高濃度一酸化炭素を含有する燃料ガスが排出されるという課題があった。
そこで、本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リリーフバルブが作動したときに排出するガスに対して、一酸化炭素排出を抑制し、かつ排出するガスの低温化を実現する水素生成装置、および水素生成装置を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
上述した従来の課題を解決するために、本発明は、原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、水蒸気を生成する水蒸発器と、改質器に原料を供給する原料供給路と、改質器に水蒸発器で生成した水蒸気を供給する水蒸気供給路と、原料供給路または水蒸気供給路のいずれかに設けられた圧抜器と、圧抜器より排出された水蒸気を含むガスが流れる排出路と、排出路に設けられたガスを冷却する冷却器と、を備える、水素生成装置である。本構成によって、圧抜器により改質器の改質触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
また、本発明は、前記水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムである。本構成により、燃料電池での圧力上昇においても、圧抜器により改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
本発明に係る水素生成装置およびそれを備える燃料電池システムによれば、圧抜器より改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができ、また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができるため、排出するガスに対して、一酸化炭素排出を防止し、かつ排出するガスの低温化を実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の本実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 図５は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。 図７は、本実施の形態５に係る水素生成装置の変形例１の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図８は、本実施の形態５に係る水素生成装置の変形例２の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態６に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図１１は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
上述した従来の課題を解決するために、第１の本発明は、原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、水蒸気を生成する水蒸発器と、改質器の改質触媒に原料を供給する原料供給路と、改質器の改質触媒に水蒸発器で生成した水蒸気を供給する水蒸気供給路と、原料供給路または水蒸気供給路のいずれかに設けられた圧抜器と、圧抜器より排出された水蒸気を含むガスが流れる排出路と、排出路に設けられ、ガスを冷却するように構成された冷却器と、を備える、水素生成装置である。本構成によって、圧抜器により改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
また、第２の本発明は、第１の本発明の水素生成装置において、圧抜器は、圧抜き動作を行なう開閉器を有する、水素生成装置である。本構成によって、水素生成装置が運転を停止しているときにおいて、開閉器により圧抜器を強制的に開放させることができる。
また、第３の本発明は、第１の本発明または第２の本発明の水素生成装置において、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、を備え、冷却器は、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガス及び排出路を流れるガスを冷却する第１冷却器である、水素生成装置である。本構成によって、通常運転時における燃焼排ガスの冷却と、圧抜器動作時における排出ガスの冷却を、第１冷却器で兼用することができる。
また、第４の本発明は、第３の本発明の水素生成装置において、燃焼排ガス経路は、排出路に接続されており、第１冷却器は、排出路の燃焼排ガス経路の接続部より下流側に設けられている、水素生成装置である。
また、第５の本発明は、第３の本発明の水素生成装置において、第１冷却器は、燃焼排ガス経路と排出路とを跨ぐように設けられている、水素生成装置である。
また、第６の本発明は、第３の本発明の水素生成装置において、燃焼器へ燃焼用空気を供給する空気供給器と、制御器と、を備え、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、空気供給器を動作させる、水素生成装置である。本構成によって、圧抜器により排出されるガスを空気供給器によって供給された空気で希釈して排出することができる。
また、第７の本発明は、第１の本発明の水素生成装置において、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器へ燃料用空気を供給する空気供給器と、制御器と、を備え、排出路は、燃焼器に接続され、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、空気供給器を動作させる、水素生成装置である。
また、第８の本発明は、第１の本発明または第２の本発明の水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システムである。本構成により、燃料電池での圧力上昇においても、圧抜器により改質器の触媒より上流に滞留する原料ガス・水蒸気を優先的に排出することができる。また排出されるガスの温度は冷却器により低温化することができる。
また、第９の本発明は、第８の本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池より排出される残余燃料ガスが流れる残余燃料ガス流路を備え、冷却器は、残余燃料ガス流路を流れる残余燃料ガス及び排出路を流れるガスを冷却する第２冷却器である燃料電池システムである。本構成によって、通常運転時における残余燃料ガスの冷却と、圧抜器動作時における排出ガスの冷却を、第２冷却器で兼用することができる。
また、第１０の本発明は、第９の本発明の燃料電池システムにおいて、排出路は、残余燃料ガス流路に接続され、第２冷却器は、前余燃料ガス流路の排出路の接続部よりも下流側に設けられている、燃料電池システムである。
また、第１１の本発明は、第９の本発明の燃料電池システムにおいて、第２冷却器は、残余燃料ガス流路と排出路とを跨ぐように設けられている、燃料電池システムである。
また、第１２の本発明は、第９の本発明の燃料電池システムにおいて、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器と、制御器と、を備え、排出路は、燃焼器に接続され、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、空気供給器を動作させる、燃料電池システムである。本構成によって、圧抜器により排出されるガスを空気供給器によって供給された空気で希釈して排出することができる。
また、第１３の本発明は、第８の本発明または第９の本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、燃料電池より排出される残余酸化剤ガスが流れる残余酸化剤ガス流路と、を備え、冷却器は、残余酸化剤ガス流路を流れる残余酸化剤ガス及び排出路を流れるガスを冷却する第３冷却器である、燃料電池システムである。
また、第１４の本発明は、第１３の本発明の燃料電池システムにおいて、排出路は残余酸化剤ガス流路に接続され、第３冷却器は、残余酸化剤ガス流路の排出路の接続部よりも下流側に設けられている、燃料電池システムである。
また、第１５の本発明は、第１３の本発明の燃料電池システムにおいて、第３冷却器は、残余酸化剤ガス流路と排出路とを跨ぐように設けられている、燃料電池システムである。
また、第１６の本発明は、第１３の発明の燃料電池システムにおいて、制御器を備え、制御器は、圧抜器よりガスが排出されている際に、酸化剤ガス供給器を作動させる、燃料電池システムである。
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。なお、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態に係る水素生成装置は、図示されない改質触媒を用いて都市ガス（メタンガス）やプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質する改質器１と、改質器１に原料ガスを供給する原料ガス供給流路（原料供給路）２と、水を蒸発させることにより水蒸気改質に必要な水蒸気を発生させる水蒸発器３と、水蒸発器３で発生した水蒸気を改質器１に供給する水蒸気供給流路（水蒸気供給路）４と、改質器１での水蒸気改質により生成した水素含有ガスを排出する生成ガス排出路５と、原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力以上になったときに圧力を開放する圧抜器６と、圧抜器６の開放動作により排出されたガスを排出する圧抜流路（排出路）７と、圧抜流路７を通流する圧抜器６から排出されたガスを冷却する冷却器８と、を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としての原料ガス供給流路２、水蒸気供給流路４、圧抜流路７は、各々、第１の本発明における原料供給路、水蒸気供給路、排出路の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態における水素生成装置の具体的動作を説明する。
図１に示す水素生成装置では、図示していない原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路２を通じて改質器１に供給される。また改質器１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路４を通じて改質器１に供給される。改質器１では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、生成ガス排出路５を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、水素を用いて発電を行なう燃料電池などのデバイスに供給することができる。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１、生成ガス排出路５、または生成ガス排出路５の下流に接続している系外のデバイスにおいて圧力が上昇し、それらより上流に配置した原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、原料ガス供給流路２に配置した圧抜器６を開放しガスを排出する。圧抜器６の開放動作により排出されたガスは圧抜流路７を通流し、圧抜流路７上に配置した冷却器８により冷却された後、水素生成装置の系外に排出される。
本実施の形態における水素生成装置の構成をとると、圧抜器６を原料ガス供給流路２に配置しているため、原料ガス供給流路２より下流での一時的な流路閉塞や、系外のデバイスでの水素消費量の低下、図示していない開閉弁の誤作動等による流路遮断などにより、原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった場合は、圧抜器６を開放しガスを圧抜流路７に排出することにより圧力上昇を抑えることができる。
また、このとき原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった状態で運転が継続されている場合は圧抜器６からは供給された原料ガスを排出し、運転が停止した場合は、圧抜器６より下流の原料ガス供給流路２に滞留する原料ガス、ついで改質器１の改質触媒より上流に滞留する原料ガスと水蒸気の混合ガス、さらには水蒸発器３にて遅れて蒸発した水蒸気が水蒸気供給流路４を通じて排出される。さらに排出したガスは圧抜流路７上に配置した冷却器８により冷却される。さらに水蒸気は冷却器８により冷却・凝縮されて水として排出される。
そのためさらに、本実施の形態１に係る水素生成装置の構成をとると、排出ガスには生成ガス排出路５を通流する燃料ガス中に含まれるような一酸化炭素が含有していないため、安全なガスの排出を行なうことができる。また排出するガスは冷却器８により冷却されたのち水素生成装置の系外に排出されるため、排出するガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。排出されるガス中に水蒸気が含まれる場合は、さらに排出するガス量を低減することができる。
なお、本実施の形態１に係る水素生成装置の構成では、圧抜器６は原料ガス供給流路２に配置するとしたが、原料ガス供給流路２の途中から流路を分岐して、分岐した流路上に圧抜器６を配置しても同様に、安全なガスの排出、排出するガスの低温化、排出体積量の低減をすることができる。
またなお、本実施の形態１に係る圧抜器６の開放圧は５０ｋＰａとしたが、特にこの限りではなく、水素生成装置および、下流に配置するデバイスの許容圧力の範囲内で任意に設定してもよい。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態２に係る水素生成装置は、改質触媒（図示せず）を用いて都市ガス（メタンガス）やプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質する改質器１１と、改質器１１に原料ガスを供給する原料ガス供給流路（原料供給路）１２と、水を蒸発させることにより水蒸気改質に必要な水蒸気を発生させる水蒸発器１３と、水蒸発器１３で発生した水蒸気を改質器１１に供給する水蒸気供給流路（水蒸気供給路）１４と、改質器１１での水蒸気改質により生成した水素含有ガスを排出する生成ガス排出路１５と、水蒸気供給流路１４を通流する水蒸気の圧力が所定圧力以上になったときに圧力を開放する圧抜器１６と、圧抜器１６の開放動作により排出されたガスを排出する圧抜流路（排出路）１７と、圧抜流路１７を通流する圧抜器１６から排出されたガスを冷却する冷却器１８と、水素生成装置の一連の運転を制御する制御器１９とを備える。また圧抜器１６には制御器１９からの信号により開放動作を強制的に行なう開閉器２０を備え、水蒸気供給流路１４から分岐された圧抜流路１７に配置されている。
なお、本実施の形態における構成部材としての原料ガス供給流路１２、水蒸気供給流路１４、圧抜流路１７は、各々、第１の本発明における原料供給路、水蒸気供給路、排出路の具体的な実施の一例である。またなお、本実施の形態における構成部材としての制御器１９および開閉器２０は、第２の本発明における開閉器の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態２に係る水素生成装置の具体的動作を説明する。
図２に示す水素生成装置では、図示していない原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路１２を通じて改質器１１に供給される。また改質器１１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器１３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路１４を通じて改質器１１に供給される。改質器１１では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、生成ガス排出路１５を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、水素を用いて発電を行なう燃料電池などのデバイスに供給することができる。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１１、生成ガス排出路１５、または生成ガス排出路１５の下流に接続している系外のデバイスにおいて圧力が上昇し、それらより上流に配置した水蒸気供給流路１４を通流する水蒸気の圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、水蒸気供給流路１４から分岐した圧抜流路１７に配置した圧抜器１６を開放しガスを排出する。圧抜器１６の開放動作により排出されたガスはさらに圧抜流路１７を通流し、圧抜器１６より下流の圧抜流路１７上に配置した冷却器１８により冷却された後、水素生成装置の系外に排出される。
なお、これら上記の具体的動作は制御器１９により制御されている。またさらに制御器１９は、水素生成装置が運転を停止しているときおいて一定の頻度で、圧抜器１６の開閉器２０に信号を発信し、強制的に開放動作を行なう。
本実施の形態２に係る水素生成装置の構成をとると、圧抜器１６を水蒸気供給流路１４から分岐した圧抜流路１７に配置しているため、水蒸気供給流路１４より下流での一時的な流路閉塞や、系外のデバイスでの水素消費量の低下、図示していない開閉弁の誤作動等による流路遮断などにより、水蒸気供給流路１４を通流する水蒸気の圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった場合は、圧抜器１６を開放しガスを圧抜流路１７に排出することにより圧力上昇を抑えることができる。
また、このとき水蒸気の圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった状態で運転が継続されている場合は圧抜器１６からは供給された水蒸気を排出し、運転が停止した場合は、水蒸気供給流路１４に滞留する水蒸気、ついで水蒸発器１３にて遅れて蒸発した水蒸気、さらには改質器１１の改質触媒より上流に滞留する原料ガスと水蒸気の混合ガスを排出する。さらに排出したガスは圧抜流路１７上に配置した冷却器１８により冷却される。さらに水蒸気は冷却器１８により冷却・凝縮されて水として排出される。
そのためさらに、本実施の形態２に係る水素生成装置の構成をとると、排出ガスには生成ガス排出路１５を通流する燃料ガス中に含まれるような一酸化炭素が含有していないため、安全なガスの排出を行なうことができる。また排出するガスは冷却器１８により冷却されたのち水素生成装置の系外に排出されるため、排出するガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。特に本実施の形態では水蒸気を優先的に排出し、冷却・凝縮させるため、排出するガス量を大幅に低減することができる。
またさらに本実施の形態２に係る水素生成装置の構成をとると、制御器１９からの信号により、圧抜器１６は開閉器２０を用いて停止中に一定の頻度で開放動作を強制的に行ない、圧抜器１６の固着を防止することができる。
なお、本実施の形態２に係る水素生成装置の構成では、圧抜器１６は水蒸気供給流路１４から分岐した圧抜流路１７に配置するとしたが、水蒸気供給流路１４上に圧抜器１６を配置しても同様に、安全なガスの排出、排出するガスの低温化、排出体積量の低減をすることができる。
またなお、本実施の形態における圧抜器６の開放圧は５０ｋＰａとしたが、特にこの限りではなく、水素生成装置および、下流に配置するデバイスの許容圧力の範囲内で任意に設定してもよい。
（実施の形態３）
図３は、本発明の本実施の形態３に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
本発明の実施の形態３に係る水素生成装置は、図１に示す水素生成装置に加えて、改質器１１を加熱するバーナ２１と、バーナ２１に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給流路２２と、バーナ２１から燃焼ガスを排出する燃焼排ガス流路２３と、バーナ２１に燃焼用空気を供給する燃焼ファン２４と、水素生成装置の一連の運転を制御する制御器２５を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としての冷却器８、バーナ２１は、各々、第３の本発明における第１冷却器、燃焼器の具体的な実施の一例である。またなお、本実施の形態における構成部材としての燃焼ファン２４は、第４の本発明における空気供給器の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態３に係る水素生成装置の具体的動作を説明する。
図３に示す水素生成装置では、図示していない原料供給源から供給された都市ガス（メタンガス）またはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路２を通じて改質器１に供給される。また改質器１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路４を通じて改質器１に供給される。改質器では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。生成された水素リッチな燃料ガスは、生成ガス排出路５を通じて水素生成装置の系外に排出される。なお排出される燃料ガスは、水素を用いて発電を行なう燃料電池などのデバイスに供給することができる。
改質反応を継続させるためには改質器１を加熱する必要があるが、加熱用の燃焼ガスは燃焼ガス供給流路２２を通じてバーナ（燃焼器）２１に供給される。またバーナ燃焼に必要な空気は、燃焼ファン（空気供給器）２４によりバーナ２１に供給される。バーナ２１に供給された燃焼ガスと空気の燃焼により改質器１を加熱し、燃焼排ガスは燃焼排ガス流路２３を通じて排出され、圧抜流路７に合流した後、冷却器８により冷却され、水素生成装置の系外に排出される。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１、生成ガス排出路５、または生成ガス排出路５の下流に接続している系外のデバイスにおいて圧力が上昇し、それらより上流に配置した原料ガス供給流路２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、原料ガス供給流路２に配置した圧抜器６を開放しガスを排出する。圧抜器６の開放動作により排出されたガスは圧抜流路７を通流し、圧抜流路７上に配置した冷却器８により冷却された後、水素生成装置の系外に排出される。このとき制御器２５は、燃焼ファン２４を作動させる。燃焼ファン２４により供給された空気は、バーナ２１から燃焼排ガス流路２３を通じて圧抜流路７に供給され、圧抜器６から排出されるガスと混合されて、冷却器８を通じて水素生成装置の系外に排出される。
本実施の形態３に係る水素生成装置の構成をとると、実施の形態１において説明した作用・効果に加えて、冷却器８は１部品で、水素生成装置が通常運転中はバーナ２１から排出される燃焼排ガスを冷却し、圧抜器６がガスを排出しているときには排出されたガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。さらに本実施の形態における水素生成装置の構成をとると、圧抜器６を開放しガスを排出するときには、制御器２５は燃焼ファン２４を作動させることにより空気をバーナ２１から燃焼排ガス流路２３を通じて圧抜流路７に供給し、排出するガスと混合するため、可燃性のガスである原料ガスを希釈して水素生成装置の系外に排出することができ、安全なガスの排出をすることができる。
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、改質触媒（図示せず）を用いて都市ガス（メタンガス）やプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質する改質器３１と、改質器３１に原料ガスを供給する原料ガス供給流路（原料供給路）３２と、水を蒸発させることにより水蒸気改質に必要な水蒸気を発生させる水蒸発器３３と、水蒸発器３３で発生した水蒸気を改質器３１に供給する水蒸気供給流路（水蒸気供給路）３４と、改質器３１での水蒸気改質により生成した水素含有ガスを燃料電池３６に供給する燃料ガス供給路３５と、燃料ガス供給路３５を通じて供給された水素含有ガスを用いて発電を行なう燃料電池３６と、燃料電池３６での発電に用いられなかった水素含有ガスを燃料電池３６から排出する残余燃料ガス排出路（残余燃料ガス流路）３７と、燃料ガス供給路３５を通流する燃料ガスを燃料電池３６をバイパスして残余燃料ガス排出路３７に通流するバイパス流路３８と、各流路３５、３７、３８を遮断する各開閉弁３９、４０、４１と、燃料電池３６から排出された残余燃料ガスまたはバイパス流路３８を通流した燃料ガスを冷却し含有する水蒸気を凝縮させる冷却器４２と、冷却器４２から排出される燃料ガスまたは残余燃料ガスを燃焼させるバーナ４３と、バーナ４３に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン４４と、バーナ４３から燃焼ガスを排出する燃焼排ガス流路４５と、原料ガス供給流路３２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力以上になったときに圧力を開放する圧抜器４６と、圧抜器４６の開放動作により排出されたガスを冷却器４２より上流かつ開閉弁４０より下流の残余燃料ガス排出路３７に排出する圧抜流路（排出路）４７と、燃料電池システムの一連の運転を制御する制御器４８を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としての残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２は、各々、第６の本発明における残余燃料ガス流路、第２冷却器の具体的な実施の一例である。またなお、本実施の形態における構成部材としての燃焼ファン２４、バーナ４３は、各々、第７の本発明における空気供給器、燃焼器の具体的な実施の一例である。
まず、本実施の形態４に係る燃料電池システムの具体的動作を説明する。
図４に示す燃料電池システムでは、図示していない原料供給源から供給された都市ガス（メタンガス）またはプロパンガスは含有する付臭成分を除去された後、原料ガスとして原料ガス供給流路３２を通じて改質器３１に供給される。また改質器３１での改質反応に必要な水は、図示していない水供給源から水蒸発器３３に供給され、水蒸気として水蒸気供給流路３４を通じて改質器３１に供給される。改質器３１では供給された原料ガスと水蒸気を混合した後、改質触媒（図示せず）を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する。
生成された燃料ガス中には燃料電池３６の触媒には有害となる一酸化炭素が含まれるが、改質器３１には、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素濃度も低減する機能も備えている。ただし起動初期においては改質器３１の触媒温度が十分に昇温されていないため、生成された燃料ガス中には高濃度の一酸化炭素が含まれる。このとき改質器３１から燃料ガス供給路３５に排出される燃料ガスは、開閉弁３９、４０を閉止し、開閉弁４１を開放することにより、バイパス流路３８と残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２に供給され、冷却と水蒸気凝縮ののちバーナ４３に供給し、改質器３１の加熱源として燃焼する。バーナ４３での加熱により改質器３１の触媒温度が十分に昇温されて燃料ガス中の一酸化炭素濃度が十分に低減されると、開閉弁３９、４０を開放し、開閉弁４１を閉止することにより、燃料ガスは燃料ガス供給路３５を通じて燃料電池３６に供給される。燃料電池３６に供給された燃料ガスは、図示していない別流路から燃料電池３６に供給された空気中の酸素と電気化学的に反応することにより発電を行なう。発電によって得られた直流電力は、図示していないインバータで交流変換された後、交流電力として図示していない電力負荷に供給される。一方、燃料電池３６から排出される残余燃料ガスには発電に使用されなかった水素や改質器３１で完全には改質されなかった炭化水素ガスなどの可燃性ガスが含まれる。残余燃料ガスは残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２に供給され、冷却と水蒸気凝縮ののちバーナ４３に供給され、改質器３１の温度を維持するための加熱源として燃焼する。
一方、水素生成装置での水素生成中に、改質器１、各流路３５、３７、３８、燃料電池３６、各開閉弁３９、４０、４１において圧力が上昇し、それらより上流に配置した原料ガス供給流路３２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になったとき、原料ガス供給流路３２から分岐した圧抜流路４７に配置した圧抜器４６を開放しガスを排出する。圧抜器４６の開放動作により排出されたガスは圧抜流路４７を通流し、残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２により冷却された後、バーナ４３、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出される。このとき制御器４８は、燃焼ファン４４を作動させる。燃焼ファン４４により供給された空気はバーナ４３に供給され、圧抜器４６から圧抜流路４７、残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２を通じてバーナ４３に供給された圧抜器４６から排出されるガスと混合されて、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出される。
なおこれら上記の具体的動作は制御器４８により制御されている。
本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成をとると、圧抜器４６を原料ガス供給流路３２に配置しているため、原料ガス供給流路３２より下流での一時的な流路閉塞や、燃料電池３６での水素消費量の低下、開閉弁３９、４０、４１による流路遮断などにより、原料ガス供給流路３２を通流する原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった場合は、圧抜器４６を開放しガスを圧抜流路４７に排出することにより圧力上昇を抑えることができる。
またこのとき原料ガスの圧力が所定圧力（たとえば５０ｋＰａ）以上になった状態で運転が継続されている場合は圧抜器４６からは供給された原料ガスを排出し、圧抜流路４７、残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２を通じてバーナ４３供給されて燃焼される。また運転が停止した場合は、圧抜器４６より下流の原料ガス供給流路３２に滞留する原料ガス、ついで改質器３１の改質触媒より上流に滞留する原料ガスと水蒸気の混合ガス、さらには水蒸発器３にて遅れて蒸発した水蒸気が水蒸気供給流路４を通じて排出される。さらに排出したガスは圧抜流路４７、残余燃料ガス排出路３７を通じて冷却器４２に供給され冷却され、含有水蒸気は冷却器８により冷却・凝縮されて水として除去された後、バーナ４３、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出される。
そのためさらに、本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成をとると、圧抜器４６を通じて燃料電池システムの系外に排出されるガスには運転継続の有無に関わらず、燃料ガス供給路３５を通流する燃料ガス中に含まれるような一酸化炭素が含有していないため、安全なガスの排出を行なうことができる。また運転が停止した場合において排出するガスは冷却器４２により冷却されたのち燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出されるため、排出するガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。排出されるガス中に水蒸気が含まれる場合は、さらに排出するガス量を低減することができる。
さらに本実施の形態における燃料電池システムの構成をとると、冷却器４２は１部品で、燃料電池システムが通常運転中はバーナ４３に供給する残余燃料ガスまたはバイパスされた燃料ガスを冷却することにより含有水蒸気を凝縮し、圧抜器４６がガスを排出しているときには排出されたガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。
さらにまた本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成をとると、圧抜器４６を開放しガスを排出するときには、制御器４８は燃焼ファン２４を作動させることにより空気をバーナ２１に供給するため、運転継続時には圧抜器４６より排出されるガスを残余燃料ガスまたはバイパスされた燃料ガスとともに燃焼し、運転が停止したときには、バーナ４３において圧抜器４６より排出されるガスと空気を混合するため、可燃性のガスである原料ガスを希釈して燃料電池システムの系外に排出することができ、安全なガスの排出をすることができる。
なお、本実施の形態４に係る燃料電池システムの構成では、圧抜器４６は原料ガス供給流路３２から分岐した圧抜流路４７に配置するとしたが、原料ガス供給流路３２上に圧抜器４６を配置しても同様に、安全なガスの排出、排出するガスの低温化、排出体積量の低減をすることができる。
またなお、本実施の形態における圧抜器４６の開放圧は５０ｋＰａとしたが、特にこの限りではなく、改質器３１および、燃料電池３６の許容圧力の範囲内で任意に設定してもよい。
またなお、本実施の形態では、「圧抜流路４７は冷却器４２より上流かつ開閉弁４０より下流の残余燃料ガス排出路３７に排出する」としたが、「冷却器４２より上流かつ開閉弁４１より下流のバイパス流路３８に排出する」としてもバイパス流路３８から残余燃料ガス排出路３７、冷却器４２、バーナ４３、燃焼排ガス流路４５を通じて燃料電池システムの系外に排出することができるため、同様である。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置は、水蒸発器が改質器内に設けられた態様を例示するものである。
［水素生成装置の構成］
図６は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。なお、以下の図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図６に示すように、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置５０は、改質触媒１Ａを有する改質器１と、原料供給路２と、水蒸発器３と、水蒸気供給路４と、圧抜器６と、排出路７と、冷却器８と、を備え、圧抜器６よりも下流側の経路内が所定の圧力以上になると、圧抜器６が圧抜きするように構成されている。
原料ガス供給流路２は、その上流端がガスインフラライン（図示せず）に接続されていて、その下流端は、水蒸発器３に接続されている。また、原料ガス供給流路２には、原料ガス供給器５１が設けられており、原料ガス供給流路２の原料ガス供給器５１よりも下流側には、圧抜器６が設けられている。ここで、原料（ガス）は、当該原料と水蒸気とを用いて改質反応により水素含有ガスを生成できるものであればよい。原料として、例えば、エタン、プロパン等の炭化水素といった、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むものを使用することができる。
原料ガス供給器５１は、改質触媒１Ａに流量を調整しながら、原料を供給するように構成されている。原料ガス供給器５１としては、流量を調整しながら原料を供給し、原料の供給を遮断することができればどのような形態であってもよく、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ブースターポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
圧抜器６は、原料ガス供給流路２（及び原料ガス供給流路２と水蒸発器３を介して接続されている水蒸気供給流路４）内の圧力が、所定の圧力（例えば、５０ｋＰａ）以上になると、圧抜き動作を行うように構成されている。圧抜器６としては、例えば、所定の圧力以上になると、機械的に（物理的に）作動する圧力制御弁を用いてもよい。また、圧抜器６は、圧力制御弁と圧力検知器を有していて、圧力検知器が検知した原料ガス供給流路２内の圧力を基に、圧力制御弁を作動するように構成されていてもよい。さらに、圧抜器６は、圧力制御弁を有していて、該圧力制御弁は、水素生成装置５０を制御する制御器（図示せず）からの制御信号を基に作動するように構成されていてもよい。
また、圧抜器６には、圧抜流路７が接続されていて、圧抜器６より排出された水蒸気を含むガスは、圧抜流路７を通流して水素生成装置５０外に排出する。圧抜流路７には、冷却器８が設けられていて、冷却器８は圧抜流路７を通流するガスを冷却するように構成されている。冷却器８は、圧抜流路７を通流するガスを冷却することができればどの様な態様であってもよく、例えば、熱交換器を使用してもよく、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用してもよい。これにより、圧抜流路７を通流するガスが冷却され、水素生成装置５０外に排出されるガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。また、排出されるガス中に水蒸気が含まれるような場合には、水蒸気を凝縮して水にすることで、排出されるガス量を低減することができる。
水蒸発器３には、水供給経路５３が接続されていて、該水供給経路５３には、水供給器５２が設けられている。水供給器５２は、水供給源（例えば、水道、水タンク）から浄化器により水質浄化されたのち供給された水の流量を調整しながら、水蒸発器３に供給するように構成されている。水供給器５２としては、流量を調整しながら水蒸発器３に水を供給し、水蒸発器３への水の供給を遮断することができればどの様な形態であってもよく、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
水蒸発器３は、水供給器５２から水供給経路５３を介して供給された水を加熱して、水蒸気を生成するように構成されている。さらに、水蒸発器３には、水蒸気供給流路４を介して、改質触媒１Ａが接続されている。
改質触媒１Ａとしては、例えば、原料ガスと水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒する物質であって、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。なお、低コスト化の観点から、改質触媒としては、ニッケル元素を触媒金属として含む、ニッケル系触媒を使用することが好ましい。そして、改質器１の改質触媒１Ａでは、原料ガス供給器５１から供給された原料と、水蒸発器３から供給された水蒸気と、の改質反応により、水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは燃料ガス供給路３５を介して、水素利用機器（例えば、燃料電池や水素貯蔵タンク）３６に供給される。
［水素生成装置の動作］
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置５０の動作について説明する。
まず、原料ガス供給器５１及び水供給器５２が作動して、改質器１の水蒸発器３に原料ガス及び水が、それぞれ、原料ガス供給流路２及び水供給経路５３を介して供給される。水蒸発器３では、水供給器５２から供給された水が、加熱されて水蒸気が生成される。また、水蒸発器３では、原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが加熱される。生成された水蒸気と加熱された原料ガスは、水蒸気供給流路４を通流して、改質触媒１Ａに供給される。
改質触媒１Ａでは、原料と水蒸気が改質反応により、水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは燃料ガス供給路３５を介して、水素利用機器３６に供給される。
ところで、本実施の形態１に係る水素生成装置５０では、燃料ガス生成動作時（水素生成装置５０の燃料ガス生成運転中）に、例えば、原料ガス供給流路２より下流側の経路である水蒸気供給流路４を通流する水蒸気が凝縮して水が生成され、当該水により水蒸気供給流路４が一時的に閉塞して、改質器１内の圧力が増加し、ひいては、原料ガス供給流路２の圧力が増加して、所定の圧力（例えば、５０ｋＰａ）以上になった場合、圧抜器６が作動する。
このとき（原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき）、水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止するように構成されている場合には、原料ガス供給器５１及び水供給器５２が停止する。そして、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。また、水蒸発器３及び水蒸気供給流路４に滞留する原料ガス及び水蒸気が、原料ガス供給流路２を通流して、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。さらに、水蒸発器３内に存在する水が、水蒸発器３の余熱で蒸発して水蒸気が生成され、この生成された水蒸気が原料ガス供給流路２を通流して圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。
一方、原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止しないように構成されている場合には、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。
そして、圧抜流路７へ排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流する間に、冷却器８により冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、水素生成装置５０外に排出される。また、圧抜流路７へ排出された水蒸気は、冷却器８により冷却されて凝縮し、水として水素生成装置５０外に排出される。
このように、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、実施の形態１に係る水素生成装置と同様に、原料ガス供給流路２よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、原料ガス供給流路２内の圧力が、所定の圧力以上になっても、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の圧力、ひいては、改質器１内の圧力が上昇するのを抑制することができる。また、圧抜き動作で圧抜流路７に排出されたガスを冷却器８で冷却することにより、水素生成装置５０外に排出するガスを低温にすることができ、また、その排出するガス量を低減することができる。
また、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、実施の形態１に係る水素生成装置と同様に、改質器１の改質触媒１Ａよりも上流側の経路（本実施の形態５においては、原料ガス供給流路２）に圧抜器６を設けているため、上記特許文献１に開示されている燃料電池発電装置に比べて、改質触媒１Ａで生成された一酸化炭素を水素生成装置５０外に排出されるのを抑制することができる。
なお、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、改質器１の改質触媒１Ａで生成された水素含有ガス（改質ガス）が、水素利用機器３６に送出される構成としたが、これに限定されず、水素生成装置５０内に改質器１より送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが、水素利用機器３６に送出される形態であってもよい。
また、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、圧抜器６を原料ガス供給流路２に設ける形態としたが、これに限定されず、原料ガス供給流路２に分岐経路を接続して、該分岐経路に圧抜器６を設ける形態を採用してもよい。
さらに、本実施の形態５に係る水素生成装置５０では、圧抜器６が作動する原料ガス供給流路２内の圧力を５０ｋＰａと設定しているが、これに限定されず、水素生成装置５０及び水素利用機器３６の許容圧力の範囲内で任意に設定することができる。
［変形例１］
次に、本実施の形態５に係る水素生成装置５０の変形例について説明する。
図７は、本実施の形態５に係る水素生成装置５０の変形例１の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本変形例１の水素生成装置５０では、圧抜器６が水蒸気供給流路４に接続されていて、原料ガス供給流路２の下流端が水蒸気供給流路４の途中に接続されている。このため、水蒸気供給流路４の原料ガス供給流路２が接続されている部分より下流側の流路には、水蒸発器３で生成された水蒸気と、原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが通流する。
このように構成された本変形例１の水素生成装置５０においても、水蒸気供給流路４よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、水蒸気供給流路４内の圧力が、所定の圧力以上になっても、圧抜器６が作動することにより、水蒸気供給流路４内の水蒸気等が圧抜器６より圧抜流路７を介して水素生成装置５０外に排出される。このため、水蒸気供給流路４内の圧力、ひいては、改質器１内の圧力が上昇するのを抑制することができる。
また、本変形例１の水素生成装置５０は、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、水素生成装置５０外に排出するガスを低温にすることができ、また、その排出するガス量を低減することができる。さらに、本変形例１の水素生成装置５０は、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、改質触媒１Ａで生成された一酸化炭素を水素生成装置５０外に排出されるのを抑制することができる。
なお、本変形例１の水素生成装置５０では、水蒸発器３を改質器１内に配置する形態としたが、これに限定されず、実施の形態１に係る水素生成装置と同様に、水蒸発器３を改質器１外に配置する形態を採用してもよい。また、本変形例１の水素生成装置５０では、圧抜器６は、水蒸気供給流路４における原料ガス供給流路２の接続部より上流側に設けているが、これに限定されず、原料ガス供給流路２の接続部より下流側に設けてもよい。
［変形例２］
図８は、本実施の形態５に係る水素生成装置５０の変形例２の水素生成装置の概略構成を示すブロック図である。
図８に示すように、本変形例２の水素生成装置５０は、変形例１の水素生成装置５０と基本的構成は同じであるが、原料ガス供給流路２の下流端が水供給経路５３の途中に接続されている点が異なる。このため、水供給経路５３の原料ガス供給流路２が接続された部分より下流側の流路には、水供給器５２から供給された水と原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが通流する。
このように構成された本変形例２の水素生成装置５０においても、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る水素生成装置は、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、燃焼排ガス流路と排出路を跨ぐように設けられた第１冷却器と、を備える態様を例示するものである。
図９は、本発明の実施の形態６に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
図９に示すように、本発明の実施の形態６に係る水素生成装置５０は、実施の形態５に係る水素生成装置５０と基本的構成は同じであるが、燃焼器２１、空気供給器２４、及び制御器２５を備える点が異なる。具体的には、燃焼器２１には、燃焼用燃料を供給するための燃焼ガス供給流路２２と燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給路２６を介して空気供給器２４が接続されている。空気供給器２４としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。そして、燃焼器２１では、燃焼用燃料（例えば、原料や改質器１から排出された水素含有ガス）と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器１の改質触媒１Ａや水蒸発器３を加熱した後、燃焼排ガス流路２３を通流して水素生成装置５０外に排出される。
また、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、冷却器８が、燃焼排ガス流路２３を通流する燃焼排ガス及び圧抜流路７を通流するガス（水蒸気を含む）を冷却する第１冷却器８Ａで構成されている。第１冷却器８Ａとしては、本実施の形態６においては、熱交換器で構成されていて、該熱交換器は、１次流路、２次流路、及び３次流路を有している。第１冷却器８Ａの１次流路には、圧抜流路７が接続されていて、２次流路には、燃焼排ガス流路２３が接続されていて、３次流路には、冷却媒体流路（図示せず）が接続されている。これにより、冷却媒体流路を介して第１冷却器８Ａの３次流路に冷却媒体を通流させることにより、１次流路を通流するガス及び２次流路を通流する燃焼排ガスをそれぞれ冷却することができる。なお、冷却媒体としては、例えば、水やエチレングリコール等の不凍液が挙げられる。
制御器２５は、水素生成装置５０を構成する各機器を制御する機器であればどのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等で構成することができる。なお、制御器２５は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して水素生成装置５０の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器２５は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部だけでなく、メモリー等からなる記憶部及び計時部を有していてもよい。
このように構成された本実施の形態６に係る水素生成装置５０であっても、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、第１冷却器８Ａが、水素生成装置５０が通常運転（燃料ガス生成運転）中には、燃焼器２１から排出される燃焼排ガスを冷却し、圧抜器６が作動して、圧抜流路７にガスを排出しているときには、圧抜流路７を通流するガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。
なお、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、第１冷却器８Ａを熱交換器で構成し、該熱交換器が３つの流路を有するタイプを用いたが、これに限定されず、２つの流路を有するタイプを採用してもよい。この場合、制御器２５が、圧抜器６の作動時には、燃焼器２１に燃焼用燃料の供給を停止させて、燃焼器２１での燃焼を停止させるとともに、空気供給器２４を動作させる（空気供給器２４の作動を継続させる）ように制御する。これにより、燃焼排ガス流路２３には、空気供給器２４から燃焼器２１を介して燃焼排ガス流路２３に空気が供給され、燃焼排ガス流路２３を通流する空気が冷却媒体として機能し、圧抜流路７を通流するガスを第１冷却器８Ａで冷却することができる。なお、圧抜流路７を通流するガスの冷却量を増加させる観点から、空気供給器２４の操作量を増加させることが好ましく、空気供給器２４を最大の操作量で動作せることがより好ましい。
また、本実施の形態６に係る水素生成装置５０では、第１冷却器８Ａを熱交換器で構成したが、これに限定されず、燃焼排ガス流路２３を通流する燃焼排ガス及び圧抜流路７を通流するガスのそれぞれを冷却することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、ファン類を用いる形態を採用してもよい。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムは、冷却器が排出路と残余燃料ガス流路とを跨ぐように設けられた第２冷却器で構成されている態様を例示するものである。
［燃料電池システムの構成］
図１０は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１０に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１００は、水素生成装置５０と、燃料電池３６と、残余燃料ガス排出路３７と、を備えている。なお、本実施の形態７で用いている水素生成装置５０は、実施の形態６に係る水素生成装置５０と基本的構成は同じであるが、冷却器８が、圧抜流路７と残余燃料ガス排出路３７とを跨ぐように設けられた第２冷却器８Ｂで構成されている点と、圧抜流路７の下流端が、燃焼器２１に接続されている点と、が異なる。
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、燃料ガス供給路３５の下流端が、燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａの入口に接続されていて、水素生成装置５０で生成された燃料ガスが燃料ガス経路３６Ａに供給される。燃料ガス経路３６Ａの出口は、残余燃料ガス排出路３７を介して燃焼器２１に接続されている。
燃料ガス供給路３５の途中には、開閉弁３９が設けられている。開閉弁３９は、燃料ガス供給路３５を燃料ガス等のガスが通流するのを許可／遮断するように構成された機器であればどのような形態であってもよく、例えば、電磁弁を用いることができる。
また、燃料ガス供給路３５の開閉弁３９よりも上流側の部分には、バイパス流路３８の上流端が接続されていて、その下流端は、残余燃料ガス排出路３７に接続されている。バイパス流路３８の途中には、開閉弁４１が設けられている。開閉弁４１は、バイパス流路３８を通流する燃料ガス等のガスが通流するのを許可／遮断するように構成された機器であればどのような形態であってもよく、例えば、電磁弁を用いることができる。
残余燃料ガス排出路３７のバイパス流路３８の接続部分よりも上流側には、開閉弁４０が設けられている。開閉弁４０は、残余燃料ガス排出路３７を残余燃料ガス等のガスが通流するのを許可／遮断するように構成された機器であればどのような形態であってもよく、例えば、電磁弁を用いることができる。
また、残余燃料ガス排出路３７のバイパス流路３８の接続部分よりも下流側の部分には、該残余燃料ガス排出路３７と圧抜流路７とを跨ぐように、第２冷却器８Ｂが設けられている。第２冷却器８Ｂとしては、本実施の形態７においては、熱交換器で構成されていて、該熱交換器は、１次流路、２次流路、及び３次流路を有している。第２冷却器８Ｂの１次流路には、圧抜流路７が接続されていて、２次流路には、残余燃料ガス排出路３７が接続されていて、３次流路には、冷却媒体流路（図示せず）が接続されている。これにより、冷却媒体流路を介して第２冷却器８Ｂの３次流路に冷却媒体を通流させることにより、１次流路を通流するガス及び２次流路を通流する残余燃料ガスをそれぞれ冷却することができる。
なお、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００の燃料電池３６は、一般的な燃料電池を用いているため、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態７では、水素生成装置５０の制御器２５が、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御するように構成されている。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器２５が燃料電池システム１００を構成する各機器を制御することにより行われる。
まず、開閉弁３９及び開閉弁４０が閉止され、開閉弁４１が開放される。そして、原料ガス供給器５１が作動して、原料ガスが、原料ガス供給流路２、水蒸発器３、水蒸気供給流路４、燃料ガス供給路３５、バイパス流路３８、及び残余燃料ガス排出路３７を通流して、燃焼器２１に燃焼用燃料として供給される。燃焼器２１には、空気供給器２４から燃焼用空気が供給される。そして、燃焼器２１では、供給された燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器１の改質触媒１Ａや水蒸発器３を加熱した後、燃焼排ガス流路２３を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。
改質触媒１Ａや水蒸発器３が充分に加熱されると、水供給器５２が作動して、改質器１の水蒸発器３に原料ガス及び水が、それぞれ、原料ガス供給流路２及び水供給経路５３を介して供給される。水蒸発器３では、水供給器５２から供給された水が、加熱されて水蒸気が生成される。また、水蒸発器３では、原料ガス供給器５１から供給された原料ガスが加熱される。生成された水蒸気と加熱された原料ガスは、水蒸気供給流路４を通流して、改質触媒１Ａに供給される。
改質触媒１Ａでは、原料と水蒸気が改質反応により、水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは、開閉弁３９及び開閉弁４０が開放され、開閉弁４１が閉止されることにより、燃料ガス供給路３５を介して、燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａに供給される。なお、開閉弁３９及び開閉弁４０が開放され、開閉弁４１が閉止するタイミングは、燃料電池３６を構成する燃料電池の種類によって異なり、例えば、燃料電池３６が、高分子電解質形燃料電池で構成されている場合には、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されてからになる。
燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａに供給された燃料ガスは、燃料ガス経路３６Ａを通流する間に、アノード（図示せず）に供給されて、図示されないカソードに供給された酸化剤ガスと、電気化学的に反応して、電力が発生する。アノードで使用されなかった残余燃料ガスは、残余燃料ガス排出路３７を通流して、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された残余燃料ガスは、燃焼用燃料として使用される。なお、残余燃料ガス中に含まれる水蒸気は、第２冷却器８Ｂによって凝縮されて、水として貯えられる。
ところで、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、水素生成装置５０の燃料ガス生成動作時（水素生成装置５０の燃料ガス生成運転中）に、例えば、原料ガス供給流路２より下流側の経路である水蒸気供給流路４を通流する水蒸気が凝縮して水が生成され、当該水により水蒸気供給流路４が一時的に閉塞した場合や開閉弁３９等の開閉弁が誤作動を起こした場合、燃料電池３６での燃料ガスの使用量が急激に減少したような場合等には、改質器１内の圧力が増加し、ひいては、原料ガス供給流路２の圧力が増加して、所定の圧力（例えば、５０ｋＰａ）以上になると、圧抜器６が作動する。
このとき（原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき）、水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止するように構成されている場合には、原料ガス供給器５１及び水供給器５２が停止する。そして、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。また、水蒸発器３及び水蒸気供給流路４に滞留する原料ガス及び水蒸気が、原料ガス供給流路２を通流して、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。さらに、水蒸発器３内に存在する水が、水蒸発器３の余熱で蒸発して水蒸気が生成され、この生成された水蒸気が原料ガス供給流路２を通流して圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。
そして、圧抜流路７へ排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流する間に、第２冷却器８Ｂにより冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された原料ガスは、空気供給器２４から燃焼用空気供給路２６を介して燃焼器２１に供給された空気で希釈されて、燃焼排ガス流路２３を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。また、圧抜流路７へ排出された水蒸気は、第２冷却器８Ｂにより冷却されて凝縮し、水として燃料電池システム１００内に貯えられる。
一方、原料ガス供給流路２内が所定の圧力以上になったとき、水素生成装置５０が燃料ガスの生成運転を停止しないように構成されている場合には、原料ガス供給流路２内の原料ガスが、圧抜器６から圧抜流路７へ排出される。圧抜流路７へ排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流する間に、第２冷却器８Ｂにより冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された原料ガスは、燃焼器２１で燃焼されて、燃焼排ガスが生成される。生成された燃料排ガスは、燃焼排ガス流路２３を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。
このため、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、圧抜器６から圧抜流路７へ原料ガスが排出されても、安全に燃料電池システム１００外に原料ガスを排出することができる。
このように、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、原料ガス供給流路２よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、原料ガス供給流路２内の圧力が、所定の圧力以上になっても、圧抜器６が作動することにより、原料ガス供給流路２内の圧力、ひいては、改質器１内の圧力が上昇するのを抑制することができる。
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、圧抜器６が作動して、水素生成装置５０の燃料ガス生成動作を停止するような場合には、圧抜き動作で圧抜流路７に排出されたガスを第２冷却器８Ｂで冷却することにより、燃料電池システム１００外に排出するガスを低温にすることができ、かつ、その排出するガスを空気で希釈することにより、安全に排出することができる。一方、圧抜器６が作動して、水素生成装置５０の燃料ガス生成動作を停止しない場合には、燃焼器２１で燃焼して燃焼排ガスとして、燃料電池システム１００外に安全に排出することができる。
また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、実施の形態５に係る水素生成装置５０と同様に、改質器１の改質触媒１Ａよりも上流側の経路（本実施の形態５においては、原料ガス供給流路２）に圧抜器６を設けているため、上記特許文献１に開示されている燃料電池発電装置に比べて、改質触媒１Ａで生成された一酸化炭素を水素生成装置５０外に排出されるのを抑制することができる。
さらに、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、第２冷却器８Ｂが、燃料電池システム１００が通常運転（発電運転）中には、燃料電池３６（正確には、燃料ガス経路３６Ａ）から排出される残余燃料ガスを燃焼器２１に水蒸気が供給されないように冷却して、燃焼器２１で失火が生じることを抑制し、また、圧抜器６が作動して、圧抜流路７にガスを排出しているときには、圧抜流路７を通流するガスを冷却する、２つの機能を備えることができるため、低コスト化を実現することができる。
なお、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００では、第２冷却器８Ｂを熱交換器で構成したが、これに限定されず、残余燃料ガス排出路３７を通流する残余燃料ガス及び圧抜流路７を通流するガスのそれぞれを冷却することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、ファン類を用いる形態を採用してもよい。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムは、冷却器が残余酸化剤ガス流路を通流する残余酸化剤ガスと排出路を通流するガス（水蒸気を含む）を冷却する第３冷却器で構成されている態様を例示するものである。
［燃料電池システムの構成］
図１１は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１１に示すように、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、実施の形態７に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、圧抜流路７の下流端が、残余酸化剤ガス流路５７に接続されている点と、冷却器８が、残余酸化剤ガス流路５７を通流する残余酸化剤ガスと圧抜流路７を通流するガス（水蒸気を含む）を冷却する第３冷却器８Ｃで構成されている点と、が異なる。
具体的には、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、酸化剤ガス供給器５５と、残余酸化剤ガス流路５７と、を備えている。酸化剤ガス供給器５５は、酸化剤ガス供給流路５６を介して、燃料電池３６の酸化剤ガス経路３６Ｂの入口と接続されている。酸化剤ガス供給器５５としては、燃料電池３６の酸化剤ガス経路３６Ｂに酸化剤ガス（空気）の流量を調整して供給することができればどのような形態であってもよく、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。
また、酸化剤ガス経路３６Ｂの出口には、残余酸化剤ガス流路５７が接続されている。残余酸化剤ガス流路５７の途中には、圧抜流路７の下流端が接続されている。また、残余酸化剤ガス流路５７の圧抜流路７が接続されている部分よりも下流側には、第３冷却器８Ｃが設けられている。
第３冷却器８Ｃとしては、圧抜流路７及び残余酸化剤ガス流路５７を通流するガスを冷却することができればどの様な態様であってもよく、例えば、熱交換器を使用してもよく、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用してもよい。これにより、圧抜流路７及び残余酸化剤ガス流路５７を通流するガスが冷却され、燃料電池システム１００外に排出されるガスの低温化と排出体積量の低減をすることができる。また、排出されるガス中に水蒸気が含まれるような場合には、水蒸気を凝縮して水にすることで、排出されるガス量を低減することができる。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器２５が燃料電池システム１００を構成する各機器を制御することにより行われる。
まず、燃料電池３６の燃料ガス経路３６Ａに燃料ガスが供給されるまでの動作は、実施の形態７に係る燃料電池システム１００と同様の動作が行われる。燃料ガス経路３６Ａに燃料ガスが供給される際に、酸化剤ガス供給器５５から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給流路５６を介して、燃料電池３６の酸化剤ガス経路３６Ｂに供給される。酸化剤ガス経路３６Ｂに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス経路３６Ｂを通流する間に、燃料電池３６のカソード（図示せず）に供給され、燃料電池３６のアノード（図示せず）に供給された燃料ガスとの電気化学反応に供される。カソードで使用されなかった残余酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス流路５７に排出される。残余酸化剤ガス流路５７に排出された残余酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス流路５７を通流する間に、第３冷却器８Ｃで冷却されて、燃料電池システム１００外に排出される。なお、残余酸化剤ガス中に含まれる水蒸気は、第３冷却器８Ｃにより凝縮されて水として貯えられる。
そして、上記実施の形態７に係る燃料電池システム１００と同様に、原料ガス供給流路２よりも下流側の経路（改質触媒１Ａ含む）が一時的に閉塞して、原料ガス供給流路２内の圧力が、所定の圧力以上になると、圧抜器６が作動する。このとき、制御器２５は、水素生成装置５０の燃料ガス生成運転を停止／継続するように制御することにかかわらず、酸化剤ガス供給器５５を作動させる（酸化剤ガス供給器５５の動作を継続させる）。
これにより、圧抜器６から圧抜流路７に排出された原料ガスは、圧抜流路７を通流して残余酸化剤ガス流路５７に供給されるが、酸化剤ガス供給器５５から酸化剤ガス供給流路５６及び酸化剤ガス経路３６Ｂを介して残余酸化剤ガス流路５７に供給された酸化剤ガスで希釈される。そして、希釈された原料ガスは、第３冷却器８Ｃで冷却されて、低温化されて、かつ、その体積量が低減化されて、燃料電池システム１００外に排出される。このため、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００では、安全に原料ガスを排出することができる。
また、圧抜器６から圧抜流路７に排出された水蒸気は、残余酸化剤ガス流路５７を通流して、第３冷却器８Ｃで凝縮されて、水として貯えられる。
このように本実施の形態８に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態７に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムは、第３冷却器が残余酸化剤ガス流路と排出路とを跨ぐように設けられている態様を例示するものである。
図１２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１２に示すように、本発明の実施の形態９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第３冷却器８Ｃが残余酸化剤ガス流路５７と圧抜流路７とを跨ぐように設けられている点が異なる。具体的には、第３冷却器８Ｃは、本実施の形態９においては、熱交換器で構成されていて、該熱交換器は、１次流路、２次流路、及び３次流路を有している。第３冷却器８Ｃの１次流路には、圧抜流路７が接続されていて、２次流路には、残余酸化剤ガス流路５７が接続されていて、３次流路には、冷却媒体流路（図示せず）が接続されている。これにより、冷却媒体流路を介して第３冷却器８Ｃの３次流路に冷却媒体を通流させることにより、１次流路を通流するガス及び２次流路を通流する残余酸化剤ガスをそれぞれ冷却することができる。なお、第３冷却器８Ｃは、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用してもよい。
このように構成された本実施の形態９に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
なお、上記実施の形態７乃至９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態６に係る水素生成装置５０を使用したが、これに限定されず、実施の形態１乃至３及び実施の形態５とその変形例１〜２の水素生成装置５０を使用してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る水素生成装置、およびその水素生成装置を用いた燃料電池システムは、圧力上昇時には水蒸気・原料ガスを優先的に排出することによりガスの安全な排出、および排出するガスの低温化をすることができるため、特に水蒸気改質を行なう燃料電池発電システム等に有用である。
１、１１、３１ 改質器
２、１２、３２ 原料ガス供給流路
３、１３、３３ 水蒸発器
４、１４、３４ 水蒸気供給流路
５、１５ 生成ガス排出路
６、１６、４６ 圧抜器
７、１７、４７ 圧抜流路
８、１８、４２ 冷却器
１９、４８ 制御器
２０ 開閉器
２１、４３ バーナ
２２ 燃焼ガス供給流路
２３、４５ 燃焼排ガス流路
２４、４４ 燃焼ファン
２５ 制御器
３５ 燃料ガス供給路
３６ 燃料電池
３７ 残余燃料ガス排出路
３８ バイパス流路
３９、４０、４１ 開閉弁

Claims (16)

  1. 原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、
    前記水蒸気を生成する水蒸発器と、
    前記改質器の前記改質触媒に原料を供給する原料供給路と、
    前記改質器の前記改質触媒に前記水蒸発器で生成した水蒸気を供給する水蒸気供給路と、
    前記原料供給路または前記水蒸気供給路のいずれかに設けられた圧抜器と、
    前記圧抜器より排出された前記水蒸気を含むガスが流れる排出路と、
    前記排出路に設けられ、前記ガスを冷却するように構成された冷却器と、を備える、水素生成装置。
  2. 前記圧抜器は、圧抜き動作を行なう開閉器を有する、請求項１記載の水素生成装置。
  3. 前記改質器を加熱する燃焼器と、
    前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、を備え、
    前記冷却器は、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガス及び前記排出路を流れる前記ガスを冷却する第１冷却器である、請求項１または２のいずれかに記載の水素生成装置。
  4. 前記燃焼排ガス経路は、前記排出路に接続されており、
    前記第１冷却器は、前記排出路の前記燃焼排ガス経路の接続部より下流側に設けられている、請求項３に記載の水素生成装置。
  5. 前記第１冷却器は、前記燃焼排ガス経路と前記排出路とを跨ぐように設けられている、請求項３に記載の水素生成装置。
  6. 前記燃焼器へ燃焼用空気を供給する空気供給器と、
    制御器と、を備え、
    前記制御器は、前記圧抜器より前記ガスが排出されている際に、前記空気供給器を動作させる、請求項３記載の水素生成装置。
  7. 前記改質器を加熱する燃焼器と、
    前記燃焼器へ燃料用空気を供給する空気供給器と、
    制御器と、を備え、
    前記排出路は、前記燃焼器に接続され、
    前記制御器は、前記圧抜器より前記ガスが排出されている際に、前記空気供給器を動作させる、請求項１記載の水素生成装置。
  8. 請求項１または２のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える、燃料電池システム。
  9. 前記燃料電池より排出される残余燃料ガスが流れる残余燃料ガス流路を備え、
    前記冷却器は、前記残余燃料ガス流路を流れる前記残余燃料ガス及び前記排出路を流れる前記ガスを冷却する第２冷却器である、請求項８記載の燃料電池システム。
  10. 前記排出路は、前記残余燃料ガス流路に接続され、
    前記第２冷却器は、前記残余燃料ガス流路の前記排出路の接続部よりも下流側に設けられている、請求項９記載の燃料電池システム。
  11. 前記第２冷却器は、前記残余燃料ガス流路と前記排出路とを跨ぐように設けられている、請求項９記載の燃料電池システム。
  12. 前記改質器を加熱する燃焼器と、
    前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器と、
    制御器と、を備え、
    前記排出路は、前記燃焼器に接続され、
    前記制御器は、前記圧抜器より前記ガスが排出されている際に、前記空気供給器を動作させる、請求項９記載の燃料電池システム。
  13. 前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
    前記燃料電池より排出される残余酸化剤ガスが流れる残余酸化剤ガス流路と、を備え、
    前記冷却器は、前記残余酸化剤ガス流路を流れる前記残余酸化剤ガス及び前記排出路を流れる前記ガスを冷却する第３冷却器である、請求項８または９のいずれかに記載の燃料電池システム。
  14. 前記排出路は前記残余酸化剤ガス流路に接続され、
    前記第３冷却器は、前記残余酸化剤ガス流路の前記排出路の接続部よりも下流側に設けられている、請求項１３記載の燃料電池システム。
  15. 前記第３冷却器は、前記残余酸化剤ガス流路と前記排出路とを跨ぐように設けられている、請求項１３記載の燃料電池システム。
  16. 制御器を備え、
    前記制御器は、前記圧抜器より前記ガスが排出されている際に、前記酸化剤ガス供給器を作動させる、請求項１３に記載の燃料電池システム。
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