WO2011118169A1 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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fuel cell
hydrogen
valve
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章典 行正
繁樹 保田
直久 田邉
英俊 若松
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system in which a small amount of oxidizing gas is mixed into a hydrogen-containing gas supplied to a fuel cell, and a method for operating the fuel cell system.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional fuel cell system. As shown in FIG. 8, in the conventional fuel cell system 700, the means for supplying the hydrogen-containing gas necessary for the power generation operation is not usually provided as an infrastructure. For this reason, a hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas required during power generation operation is provided.
  • the hydrogen generator includes a hydrogen generator 2 having a reformer 3, and a raw material containing an organic compound having at least carbon and hydrogen as constituent elements as a reforming reaction proceeds in a reforming catalyst in the reformer 3.
  • a hydrogen-containing gas is generated from the water vapor.
  • the reforming catalyst included in the reformer 3 is heated to a temperature suitable for the progress of the reforming reaction by the combustor 5 adjacent to the reformer 3.
  • the conventional fuel cell system 700 completes warming-up of the hydrogen generator 2 including the reformer 3 for a while even after the generation of the hydrogen-containing gas is started by the hydrogen generator at the time of startup.
  • the hydrogen-containing gas is not supplied to the fuel cell 1 until the composition becomes stable.
  • the first on-off valve 7a is closed, the second on-off valve 6 is opened, and the hydrogen-containing gas delivered from the hydrogen generator 2 passes through the second flow path 8 which is a bypass flow path.
  • the combustor 5 is configured to be used for combustion as combustion fuel (see, for example, Patent Document 1).
  • the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 2 at the time of startup is not supplied to the fuel cell 1 and flows through the second flow path 8 as described above. It is configured.
  • the hydrogen-containing gas gradually diffuses into the first channel 10 downstream from the branching portion to the second channel 8.
  • the first flow path 10 downstream from the branch portion is more than the flow path (the first flow path 10 upstream from the branch section, the second flow path 8 and the like) through which the hydrogen-containing gas has already passed.
  • the temperature since the temperature is low, condensed water is generated from the diffused hydrogen-containing gas, which may block the flow path.
  • the fuel cell system 700 shifts from start-up to power generation operation, supply of hydrogen-containing gas to the fuel cell is started. If this flow path blockage occurs, supply of hydrogen-containing gas to the fuel cell is hindered. There is a possibility that it is not preferable.
  • the possibility that the hydrogen-containing gas diffuses and flows into the first flow path 10 downstream from the branching portion at the time of start-up and the flow path is blocked by the generated condensed water is conventionally known. It aims at providing the fuel cell system which suppresses more.
  • a fuel cell system of the present invention includes a hydrogen generator having a reformer that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using raw materials and steam, and the reforming reaction in the reformer.
  • a combustor that supplies heat for the fuel, a fuel cell that generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator, and a hydrogen-containing gas that is sent from the hydrogen generator and passes through the fuel cell.
  • a first on-off valve provided in one flow path, and a second on-off valve provided in the second flow path The oxidizing gas supplier connected to the third flow path and the first on-off valve are closed and the second on-off valve are opened at the time of start-up, and the hydrogen-containing gas is sent from the hydrogen generator.
  • a controller that controls the oxidant gas supply device to operate and supply oxygen from the third flow path to the first flow path.
  • the operation method of the fuel cell system of the present invention includes a hydrogen generator having a reformer that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using raw materials, and supplies heat for the reforming reaction to the reformer.
  • a combustor a fuel cell that generates electricity using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator, a first flow path through which the hydrogen-containing gas that is sent from the hydrogen generator and passes through the fuel cell flows, A second flow path that branches from the first flow path, bypasses the fuel cell, and supplies a hydrogen-containing gas to the combustor; a branch portion to the second flow path; and the fuel cell.
  • a first on-off valve provided; a second on-off valve provided in the second flow path; and the third An operating method of a fuel cell system comprising an oxidizing gas supply device provided in a path, wherein at the time of start-up, the first on-off valve is closed and the second on-off valve is opened, and the hydrogen generator
  • the hydrogen-containing gas is sent out in step (a), and the oxidizing gas supplier operates in step (a), and the oxidizing gas is supplied to the first flow path upstream of the branch portion through the third flow path.
  • the condensate generated by the diffusion of the hydrogen-containing gas into the fuel gas passage downstream from the branching portion may cause the passage blockage. Is also suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an outline of an operation flow of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration that characterizes the fuel cell system according to the second modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to Modification 3 of Embodiment 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to Modification 4 of Embodiment 2.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional fuel cell system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • solid arrows indicate paths through which water, raw material gas, oxidizing gas, and oxidizing gas flow when the fuel cell system is operated.
  • broken arrows indicate signals.
  • the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a hydrogen generator 2 having a reformer 3 that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using raw materials, and a reformer 3.
  • a combustor 5 that supplies heat for a quality reaction, a fuel cell 1 that generates electricity using a hydrogen-containing gas supplied from a hydrogen generator 2, and a hydrogen content that is sent from the hydrogen generator 2 and passes through the fuel cell 1
  • a third flow path 16 through which the oxidizing gas supplied to the first flow path 10 between the battery 1 and the first flow path 10 and the third flow path 16 downstream of the junction 10c between the first flow path 10 and the third flow path 16 is provided.
  • the first on-off valves 7a and 7b provided in the first flow path 10 and the second open / close valves provided in the second flow path 8 Comprising a closed 6, the oxidizing gas supply unit 15 provided in the third flow channel 16, and a controller 200 for controlling the operation of each device constituting the fuel cell system 100.
  • the reforming catalyst for example, a Ni-based catalyst containing Ni as a catalyst metal, a Ru-based catalyst containing Ru as a catalyst metal, or the like is used.
  • the evaporator generates water vapor by evaporating water supplied from a water supply device (not shown) and supplies the water vapor to the reformer 3.
  • the reformer 3 is provided with a temperature detector 3 a that detects the temperature of the reformer 3. The temperature data detected by the temperature detector 3a is fed back to the controller 200.
  • the combustor 5 generates high-temperature combustion gas using the raw material gas or the hydrogen-containing gas generated in the reformer 3 as fuel, and supplies heat so that the reformer 3 has a temperature suitable for the reforming reaction. To do.
  • the combustor 5 also supplies heat for generating water vapor in the evaporator.
  • power generation is performed by reacting the hydrogen-containing gas generated as described above with an oxidant gas (for example, air) supplied from the oxidant gas supplier 14.
  • an oxidant gas for example, air supplied from the oxidant gas supplier 14.
  • a blower or the like is used as the oxidant gas supply unit 14.
  • the first flow path 10 communicates from the hydrogen generator 2 through the fuel cell 1 to the combustor 5.
  • a first on-off valve 7 a is provided between the branch part 10 a and the fuel cell 1
  • a first on-off valve 7 b is provided between the fuel cell 1 and the junction part 10 b. It has been.
  • the second flow path 8 starts from the branch portion 10 a of the first flow path 10, bypasses the fuel cell 1, merges with the first flow path 10 again at the merge section 10 b, and communicates with the combustor 5. Road.
  • the second flow path 8 uses a flow path that is common to the first flow path 10 from the merging portion 10 b to the combustor 5.
  • the 2nd on-off valve 6 is provided between the branch part 10a and the junction part 10b in the 2nd flow path 8, it is not limited to this example, If it is on a 2nd flow path Any part may be used.
  • the oxidizing gas supply unit 15 supplies the oxidizing gas to the first channel 10 between the branch part 10 a and the fuel cell 1 through the third channel 16.
  • the 3rd flow path 16 is comprised so that the 1st flow path 10 and the junction part 10c between the branch part 10a and the 1st on-off valve 7a may merge.
  • the controller 200 only needs to be configured to have a control function, and includes an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) for storing a control program.
  • Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU.
  • An example of the storage unit is a memory.
  • the hydrogen generator 2 includes only the reformer 3 as a reactor related to the generation of the hydrogen-containing gas.
  • the present invention is not limited to this example.
  • a shifter (not shown) that reduces carbon monoxide in the hydrogen-containing gas sent from the reformer 3 by a shift reaction, and carbon monoxide in the hydrogen-containing gas at least of an oxidation reaction and a methanation reaction You may provide at least any one of the CO removal device (not shown) reduced by either one.
  • controller 200 may be not only a single controller but also a controller group in which a plurality of controllers cooperate to execute control of the fuel cell system.
  • the second flow path 8 is partially shared downstream of the fuel cell 1 in the first flow path 10, but is not limited to this example, and is shared flow path
  • the portions may be configured as independent channels by the first channel 10 and the second channel 8.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an outline of an operation flow of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • a temperature raising operation is started to raise the temperature of the hydrogen generator 2 so that the hydrogen generator 2 can generate a hydrogen-containing gas.
  • the combustor 5 is combusted by the raw material gas that has passed through the hydrogen generator 2.
  • the second on-off valve 6a is maintained while the closed state of the first on-off valve 7a closed by the controller 200 is maintained. Is released (step S200).
  • the operation of the raw material supplier is started to start supplying the raw material to the hydrogen generator 2, and the raw material sent from the hydrogen generator 2 is supplied to the combustor 5 via the second flow path 8 and burned.
  • the vessel 5 starts a combustion operation using this raw material (step S201).
  • the reforming reaction does not proceed in the reformer 3, and the raw material is supplied to the combustor 5 as it is. Then, the reformer 3 and the evaporator are heated by the combustion exhaust gas discharged from the combustor 5 and the temperature is raised.
  • step S202 whether or not the detected temperature T of the temperature detector 3a for detecting the temperature of the reformer 3 is equal to or higher than a predetermined threshold temperature Tth (for example, 300 ° C.) after starting the temperature raising operation of the hydrogen generator 2. Is determined (step S202).
  • a predetermined threshold temperature Tth for example, 300 ° C.
  • step S202 When the detected temperature T becomes equal to or higher than the first threshold temperature Tth (Yes in step S202), the controller 200 starts the operation of the oxidizing gas supply 15 and the first from the downstream of the branching unit 10a through the third flow path 16. Supply of the oxidizing gas to the flow path 10 is started (step S203).
  • the controller 200 After the supply of the oxidizing gas to the first flow path 10 is started, the controller 200 starts the operation of the water supply device, the water supply to the evaporator is started, and the reformer 3 generates the hydrogen-containing gas. The process is started (step S204).
  • step S205 it is determined whether or not the detected temperature T of the temperature detector 3a has reached a second threshold temperature Tx (for example, 650 ° C.) (step S205).
  • a second threshold temperature Tx for example, 650 ° C.
  • the controller 200 opens the first on-off valves 7a and 7b and closes the second on-off valve 6 to supply the hydrogen-containing gas sent from the hydrogen generator 2.
  • Supply to the fuel cell 1 is started, and power generation operation of the fuel cell system 100 is started (step S206).
  • the start of the fuel cell system is completed by the transition to the power generation operation of the fuel cell system 100 in step S206.
  • the controller 200 operates the oxidizing gas supply unit 15 to supply the oxidizing gas to the first flow path 10 downstream from the branch portion 10a through the third flow path 16.
  • the predetermined first threshold temperature Tth is set as a threshold temperature for determining whether the reformer 3 is capable of proceeding with the reforming reaction and is capable of evaporating water in the evaporator.
  • the second threshold temperature Tx is a temperature at which the hydrogen-containing gas can be supplied from the hydrogen generator 2 to the fuel cell 1 in the power generation operation of the fuel cell system. Further, the second threshold temperature Tx is set as a temperature higher than the first threshold temperature Tth.
  • the first threshold temperature Tth and the second threshold temperature Tx are appropriately set according to the configuration, size, etc. of the fuel cell system 100.
  • the control flow is configured to supply the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit 15 to the first flow path 10 before the generation of the hydrogen-containing gas is started. This is because, after the hydrogen generator 2 starts generating the hydrogen-containing gas, the hydrogen-containing gas flows into the first flow path 10 downstream from the branch portion 10a, compared to the case where the oxidizing gas supplier 15 starts to operate. This is to further reduce the possibility of diffusion inflow.
  • the timing of starting the operation of the oxidizing gas supply unit 15 is not limited to this example, and may be after the generation of the hydrogen-containing gas in the hydrogen generator 2 or at the same time.
  • the hydrogen-containing gas flows into the first flow path 10 downstream from the branch portion 10a during the time when the oxidizing gas supplier 15 is not operating when the hydrogen-containing gas is generated, and the condensed water is There is a possibility of generating.
  • the condensed water is discharged to the second flow path 8 on the flow of the oxidizing gas supplied to the first flow path 10 by the subsequent operation of the oxidizing gas supply 15. Further, the blockage of the first channel 10 downstream from the branching portion 10a is suppressed as compared with the conventional fuel cell system.
  • the oxidizing gas is continuously supplied to the first flow path 10 from the oxidizing gas supply 15. You may control so that it may carry out, and you may control so that it may operate
  • this condensed water is discharged to the second flow path 8 by the flow of the oxidizing gas supplied to the first flow path 10 when the next operation is resumed, and is downstream of the branch portion.
  • the blockage of the first channel 10 is suppressed as compared with the conventional fuel cell system.
  • the opening / closing operation of the first opening / closing valve 7b when the first opening / closing valve 7a is closed has not been described, but the first opening / closing valve 7b is closed even if it is opened. Or any of them.
  • the first on-off valve 7b may be controlled to close, and the first on-off valve 7a may be controlled to open. I do not care.
  • only one of the first on-off valve 7a and the first on-off valve 7b may be provided to perform the closing control.
  • the “first on-off valve” that is closed when controlling the inflow destination of the hydrogen-containing gas generated in the hydrogen generator 2 to be the second flow path 8 instead of the fuel cell 1 is the junction section. Any on-off valve may be used as long as it is provided on the first flow path 10 downstream of 10c.
  • an on-off valve is provided on the third flow path 16, and the on-off valve is opened and the operation of the oxidizing gas supplier 15 is started in step S 203 of the operation flow.
  • the condensation of the first flow path 10 downstream from the branch portion 10a described in the first embodiment is performed using one oxidizing gas supply mechanism (the oxidizing gas supply unit 15 and the third flow path 16). It is possible to obtain both effects of suppressing the blockage of the flow path with water and suppressing the decrease in power generation performance due to the adsorption of carbon monoxide on the anode of the fuel cell during power generation operation.
  • the oxidizing gas supply from the oxidizing gas supplier 15 during the power generation operation may be executed continuously during the power generation operation, or may be executed intermittently.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • the same components as those in the schematic diagram of FIG. 3 are identical to those in the schematic diagram of FIG.
  • the fuel cell system of the present embodiment has substantially the same configuration as the fuel cell system of the first embodiment.
  • a CO remover 19 that reduces carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer 3 by an oxidation reaction and a third flow passage 16 are branched into the hydrogen generator 2 and the CO remover.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in that it includes a fourth flow path 18 through which the oxidizing gas supplied to 19 flows.
  • the CO remover 19 reduces carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the reformer 3 in the hydrogen generator 2 by an oxidation reaction. Specifically, it is reduced by adding an oxidizing gas to the supplied hydrogen-containing gas and converting carbon monoxide to carbon dioxide by an oxidation reaction.
  • the fourth flow path 18 branches from the third flow path 16 and communicates with the CO remover 19.
  • the oxidizing gas supplier 15 supplies the oxidizing gas to the CO remover 19 through the fourth flow path 18. That is, the oxidizing gas sent from the oxidizing gas supply unit 15 is configured to divert into the third channel 16 and the fourth channel 18.
  • the function of supplying the oxidizing gas to the CO remover 19 at the time of start-up and the function of supplying the oxidizing gas to the first flow path 10 downstream from the branch portion 10a are preferable.
  • the oxidizing gas supplier 15 is similarly operated to supply the oxidizing gas to the CO remover 19 and the fuel cell 1.
  • a mode of performing an oxidizing gas supply (air bleed) to the hydrogen-containing gas may be adopted.
  • the flow rate of the oxidizing gas supplied is preferably set according to the amount of the hydrogen-containing gas generated in the reformer 3. This is because the amount of carbon monoxide contained in the hydrogen-containing gas also changes in proportion to the amount of hydrogen-containing gas produced by the reformer 3. Specifically, when the supply amount of the raw material to the reformer 3 increases, the supply amount of the oxidizing gas also increases. When the supply amount of the raw material to the reformer 3 decreases, the supply amount of the oxidizing gas also decreases.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to this modification.
  • the fuel cell system of the present modification is provided with a third on-off valve 20 in the third flow path 16 upstream of the branching portion to the fourth flow path 18.
  • the third flow path 16 and the fourth flow path 18 are made conductive by opening the open / close valve 20.
  • the third on-off valve 20 is opened.
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams showing an example of an outline of a characteristic configuration of the fuel cell system according to this modification.
  • the fuel cell system of the present modification has a third on-off valve 20 that communicates / blocks the third flow path 16 and a fourth switch that communicates / blocks the fourth flow path 18. 4 on-off valve 21.
  • Specific configurations of the third on-off valve 20 and the fourth on-off valve 21 are as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c).
  • the third on-off valve 20 is provided in the third flow path 16 on the downstream side (first flow path 10 side) with respect to the branch to the fourth flow path 18. Yes.
  • the fourth on-off valve 21 is provided in the third flow path 16 on the upstream side (oxidation gas supply 15 side) from the branching portion to the fourth flow path 18.
  • both the third on-off valve 20 and the fourth on-off valve 21 are opened.
  • the third on-off valve 20 is closed and the fourth on-off valve 21 is opened.
  • the third on-off valve 20 is provided in the third flow path 16 on the upstream side (oxidation gas supplier 15 path side) with respect to the branch to the fourth flow path 18. .
  • the fourth on-off valve 21 is provided in the fourth flow path 18.
  • both the third on-off valve 20 and the fourth on-off valve 21 are opened.
  • the third on-off valve 20 is opened and the fourth on-off valve 21 is closed.
  • the third on-off valve 20 is provided in the third flow path 16 on the downstream side (the first flow path 10 side) from the branching portion to the fourth flow path 18. Yes.
  • the fourth on-off valve 21 is provided in the fourth flow path 18.
  • both the third on-off valve 20 and the fourth on-off valve 21 are opened.
  • the third on-off valve 20 is opened and the fourth on-off valve 21 is closed.
  • the third on-off valve 20 is closed and the fourth on-off valve 21 is opened.
  • the controller 200 controls the third on-off valve 20 and By independently controlling the opening / closing operation of the fourth on-off valve 21, the supply / interruption of the oxidizing gas is controlled independently for at least one of the third flow path 16 and the fourth flow path. This is more preferable than Modification 1 in that it can be performed.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to the present modification.
  • the third on-off valve 20 is provided in the third flow path 16 upstream of the branching portion to the fourth flow path 18 as in the first modification.
  • the third flow path 16 and the fourth flow path 18 are made conductive by opening the third on-off valve 20.
  • the fuel cell 1 is configured to be positioned above the hydrogen generator 2. Therefore, the hydrogen-containing gas inlet of the fuel cell is arranged above the hydrogen-containing gas outlet of the hydrogen generator.
  • the second embodiment is different from the second embodiment in that the first flow path 10 downstream from the branching portion 10a to the second flow path 8 is configured to rise upward from the branching portion 10a.
  • the first flow path 10 downstream from the branching portion 10a is configured to rise, the hydrogen-containing gas sent from the hydrogen generator 2 is downstream from the branching portion 10a.
  • the condensed water may flow backward and flow into the high-temperature CO remover 19 to cause bumping.
  • the flow rate of the hydrogen-containing gas flowing into the combustor 5 may fluctuate greatly, and the combustor 5 may cause misfire or incomplete combustion.
  • the first flow path 10 downstream from the branching portion 10a is shut off at the time of startup, while the second flow path is conductive.
  • the third on-off valve is opened and the oxidizing gas supplier 15 is operated.
  • a gas-liquid separator 22 is provided in the second flow path 8, and the second flow path 8 from the branch portion 10a to the gas-liquid separator 22 is configured to have a downward slope. Yes. This is because the condensed water generated in the second flow path 8 is discharged to the gas-liquid separator 22 without flowing back to the CO remover 19.
  • the fuel cell system of Modification 4 is the same as that of the fuel cell system of Embodiment 2 and Modifications 1-3 thereof, but the third flow path and the fourth flow path are not shared and are independent.
  • an oxidizing gas supply device that supplies an oxidizing gas for air bleeding and an oxidizing gas supply device that supplies an oxidizing gas for the oxidation reaction in the CO remover 19 are separately provided.
  • the fuel cell system may be configured in the same manner as in any one of the second embodiment and its modification example 1-3.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system 100 of the present modification.
  • the third flow path 16 and the fourth flow path 18 are provided independently of each other, and an oxidizing gas for air bleed is used.
  • An oxidizing gas supply unit 15 for supplying and an oxidizing gas supply unit 23 for supplying an oxidizing gas for the oxidation reaction in the CO removing unit 19 are provided.
  • the possibility of causing the channel blockage due to the condensed water generated by the diffusion of the hydrogen-containing gas into the fuel gas channel downstream from the branching portion is suppressed compared to the conventional case. It is useful as a fuel cell system.

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Abstract

　燃料電池システム（１００）は、改質器（３）を有する水素生成器（２）と、改質器（３）に熱を供給する燃焼器（５）と、燃料電池（１）と、第１の流路（１０）と、第２の流路（８）と、分岐部（１０ａ）と燃料電池（１）との間の第１の流路（１０）に供給される酸化ガスが流れる第３の流路（１６）と、合流部（１０ｃ）よりも下流の第１の流路（１０）に設けられた第１の開閉弁（７ａ）と、第２の流路（８）に設けられた第２の開閉弁（６）と、第３の流路（１６）に設けられた酸化ガス供給器（１５）と、起動時において、第１の開閉弁（７ａ）が閉止されるとともに第２の開閉弁（６）が開放され、水素生成器（２）より水素含有ガスが送出されている時に、酸化ガス供給器（１５）を動作させ、第３の流路（１６）を通じて分岐部（１０ｃ）より下流の第１の流路（１０）に酸化ガスを供給する制御器（２００）とを備える。

Description

燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
　本発明は、燃料電池に供給される水素含有ガスに少量の酸化ガスを混入させる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。
　図８は、従来の燃料電池システムの概略構成図である。図８に示されるように、従来の燃料電池システム７００において、発電運転時に必要となる水素含有ガスの供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されていない。そのため、発電運転時に必要となる水素含有ガスを生成するための水素生成装置が設けられている。
　水素生成装置は改質器３を有する水素生成器２を備え、改質器３内の改質触媒において改質反応が進行することにより、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原料と水蒸気とから水素含有ガスが生成される。この際、改質器３が有する改質触媒は、改質器３に隣接する燃焼器５により改質反応の進行に適した温度に加熱される。ところで、従来の燃料電池システム７００は、起動時において水素生成装置で水素含有ガスの生成を開始してもしばらくは、改質器３を含む水素生成器２の暖機が完了し、水素含有ガスの組成が安定するまで、燃料電池１への水素含有ガスの供給を行わない。この間、第１の開閉弁７ａは閉止されるとともに、第２の開閉弁６は開放され、水素生成器２より送出される水素含有ガスは、バイパス流路である第２の流路８を介して燃焼器５に供給され、燃焼器５はこれを燃焼燃料として燃焼に用いるよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６－３１８７１４号公報
　上記特許文献１記載の燃料電池システムにおいては、上述のように起動時において水素生成器２より供給される水素含有ガスは、燃料電池１に供給されず第２の流路８を通流するよう構成されている。しかし、水素含有ガスは第２の流路８への分岐部より下流の第１の流路１０にも徐々に拡散する。この時、分岐部より下流の第１の流路１０は、水素含有ガスが既に通流している流路（分岐部よりも上流の第１の流路１０、第２の流路８等）よりも温度が低いため、拡散した水素含有ガスより凝縮水が生じ、流路を閉塞する可能性がある。燃料電池システム７００を起動から発電運転に移行する際に、燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するが、この流路閉塞が生じると、燃料電池への水素含有ガスの供給が阻害される可能性があり好ましくない。
　本発明は、上記従来の課題を考慮して、起動時に、分岐部より下流の第１の流路１０に水素含有ガスが拡散流入し、生成した凝縮水により流路閉塞を起こす可能性を従来よりも抑制する燃料電池システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、原料と水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成器と、前記改質器に改質反応のための熱を供給する燃焼器と、前記水素生成器から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器より送出され前記燃料電池を通過する水素含有ガスが
流れる第１の流路と、第１の流路より分岐し、前記燃料電池をバイパスして燃焼器に供給される水素含有ガスが流れる第２の流路と、前記第２の流路への分岐部と前記燃料電池との間の第１の流路に供給される酸化ガスが流れる第３の流路と、前記第１の流路と前記第３の流路との合流部より下流の前記第１の流路に設けられた第１の開閉弁と、前記第２の流路に設けられた第２の開閉弁と、前記第３の流路に接続された酸化ガス供給器と、起動時において、第１の開閉弁が閉止されるとともに第２の開閉弁が開放され、前記水素生成器より水素含有ガスが送出されている時に、前記酸化ガス供給器を動作させ、前記第３の流路から前記第１の流路に酸素を供給するよう制御する制御器とを備える。
　本発明の燃料電池システムの運転方法は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成器と、前記改質器に前記改質反応のための熱を供給する燃焼器と、前記水素生成器から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器より送出され前記燃料電池を通過する水素含有ガスが流れる第１の流路と、前記第１の流路より分岐し、前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器に水素含有ガスを供給する第２の流路と、前記第２の流路への分岐部と前記燃料電池との間の前記第１の流路に供給される酸化ガスが流れる第３の流路と、前記第１の流路と前記第３の流路との合流部より下流の前記第１の流路に設けられた第１の開閉弁と、前記第２の流路に設けられた第２の開閉弁と、前記第３の流路に設けられた酸化ガス供給器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、起動時において、前記第１の開閉弁を閉止するとともに前記第２の開閉弁を開放し、前記水素生成器より前記水素含有ガスを送出するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において前記酸化ガス供給器が動作し、前記第３の流路を通じて前記分岐部より上流の前記第１の流路に酸化ガスを供給するステップ（ｂ）とを備える。
　本発明の燃料電池システム及びその運転方法によれば、起動時に、分岐部より下流の燃料ガス流路に水素含有ガスが拡散流入して生成した凝縮水により流路閉塞を起こす可能性が従来よりも抑制される。
図１は実施の形態１の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図 図２は実施の形態１の燃料電池システムの動作フローの概要の一例を示す図 図３は実施の形態２の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図 図４は実施の形態２の変形例１の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図 図５は実施の形態２の変形例２の燃料電池システムの特徴となる構成の概略の一例を示す図 図６は実施の形態２の変形例３の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図 図７は実施の形態２の変形例４の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図 図８は従来の燃料電池システムの概略構成図
　（実施の形態１）
　以下、実施の形態１の燃料電池システムについて、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図中、矢印実線は燃料電池システムが運転するときに流れる水や原料ガス、酸化ガス、酸化剤ガスの流れる経路を示す。図中、矢印破線は信号を示す。
　図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１００は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器３を有する水素生成器２と、改質器３に改質反応のための熱を供給する燃焼器５と、水素生成器２から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池１と、水素生成器２より送出され燃料電池１を通過する水素含有ガスが流れる第１の流路１０と、第１の流路１０より分岐し燃料電池１をバイパスして燃焼器５に水素含有ガスを供給する第２の流路８と、分岐部１０ａと燃料電池１との間の第１の流路１０に供給される酸化ガスが流れる第３の流路１６と、第１の流路１０と第３の流路１６との合流部１０ｃより下流の第１の流路１０に設けられた第１の開閉弁７ａ、７ｂと、第２の流路８に設けられた第２の開閉弁６と、第３の流路１６に設けられた酸化ガス供給器１５と、燃料電池システム１００を構成する各機器の動作を制御する制御器２００とを備える。
　なお、改質器３は、原料供給器（図示せず）から供給された原料と蒸発器（図示せず）から供給された水蒸気とが改質触媒上で改質反応して水素含有ガスを生成する。上記改質触媒には、例えば、Ｎｉを触媒金属として含むＮｉ系触媒、Ｒｕを触媒金属として含むＲｕ系触媒等が使用される。蒸発器は、水供給器（図示せず）から供給される水を蒸発させることで水蒸気を生成し、改質器３に供給する。また、改質器３には、改質器３の温度を検出する温度検知器３ａが備えられている。温度検知器３ａで検出した温度のデータは、制御器２００にフィードバックされる。燃焼器５は、原料ガスや改質器３で生成された水素含有ガスを燃料として、高温の燃焼ガスを発生させ、改質器３を改質反応に適した温度にするように熱を供給する。また、燃焼器５は、蒸発器において水蒸気を生成するための熱も供給する。燃料電池１において、上記のように生成された水素含有ガスと、酸化剤ガス供給器１４から供給される酸化剤ガス（例えば、空気）とを反応させることにより、発電を行う。酸化剤ガス供給器１４としては、例えばブロア等が用いられる。
　第１の流路１０は、水素生成器２から、燃料電池１を経て、燃焼器５まで連通している。第１の流路１０において、分岐部１０ａと燃料電池１との間には、第１の開閉弁７ａが設けられ、燃料電池１と合流部１０ｂとの間に第１の開閉弁７ｂが設けられている。第２の流路８は、第１の流路１０の分岐部１０ａから始まり燃料電池１をバイパスし、合流部１０ｂにて再び第１の流路１０に合流し、燃焼器５まで連通する流路である。つまり、本実施の形態では、第２の流路８は、合流部１０ｂから燃焼器５までにおいて、第１の流路１０と共通の流路を利用している。第２の流路８における分岐部１０ａと合流部１０ｂとの間には第２の開閉弁６が設けられているが、本例に限定されるものではなく、第２の流路上であれば、いずれの箇所もでも構わない。
　酸化ガス供給器１５は、第３の流路１６を通じて、酸化ガスを分岐部１０ａと燃料電池１との間の第１の流路１０に供給する。ここで、第３の流路１６は、分岐部１０ａと第１の開閉弁７ａとの間の第１の流路１０と合流部１０ｃにて合流するよう構成されている。
　制御器２００は、制御機能を有するように構成されていればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。
　なお、燃料電池システム１００においては、水素生成器２において水素含有ガスの生成に係わる反応器として改質器３のみを備える形態を採用したが、本例に限定されるものではない。例えば、改質器３から送出された水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成器（図示せず）、及び水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により低減するＣＯ除去器（図示せず）の少なくともいずれか一方を設けてもよい。
　また、制御器２００は、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システムの制御を実行する制御器群であってもよい。
　また、第２の流路８は、第１の流路１０のうち燃料電池１より下流において一部共通化されているが、本例に限定されるものではなく、共通化されている流路部分が、第１の流路１０及び第２の流路８とで、それぞれ独立した流路として構成されていてもよい。
　次に、本実施の形態の燃料電池システム１００の動作フローについて説明する。図２は、実施の形態１の燃料電池システムの動作フローの概要の一例を示す図である。
　燃料電池システム１００の起動時には、まず、水素生成器２において水素含有ガスが生成可能な温度になるよう水素生成器２を昇温する昇温動作を開始する。昇温に際しては、水素生成器２内を通過した原料ガスにより燃焼器５を燃焼するよう構成されている。具体的には、図２に示されるように、燃料電池システム１００が起動されると、制御器２００により閉止された第１の開閉弁７ａの閉止状態を維持したまま、第２の開閉弁６を開放する（ステップＳ２００）。
　続いて原料供給器の動作を開始して水素生成器２に原料の供給を開始し、水素生成器２より送出された原料が第２の流路８を介して燃焼器５に供給され、燃焼器５はこの原料を用いて燃焼動作を開始する（ステップＳ２０１）。
　このとき、改質器３にて改質反応は進行しておらず、原料はそのまま燃焼器５に供給される。そして、燃焼器５より排出された燃焼排ガスにより改質器３及び蒸発器が加熱され、昇温される。
　次に、水素生成器２の昇温動作を開始後、改質器３の温度を検知する温度検知器３ａの検知温度Ｔが所定の閾値温度Ｔｔｈ（例えば、３００℃）以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。
　検知温度Ｔが第１の閾値温度Ｔｔｈ以上になると（ステップＳ２０２でＹｅｓ）、制御器２００により酸化ガス供給器１５の動作が開始され、第３の流路１６を通じて分岐部１０ａより下流から第１の流路１０に酸化ガスの供給が開始される（ステップＳ２０３）。
　第１の流路１０に酸化ガスの供給が開始された後、制御器２００により水供給器の動作が開始され、蒸発器に水供給が開始され、改質器３において水素含有ガスの生成が開始される（ステップＳ２０４）。
　水素ガスの生成開始後、温度検知器３ａの検知温度Ｔが、第２の閾値温度Ｔｘ（例えば、６５０℃）に達しているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。検知温度ＴがＴｘ以上であると、制御器２００は、第１の開閉弁７ａ及び７ｂを開放するとともに第２の開閉弁６を閉止して、水素生成器２より送出される水素含有ガスを燃料電池１への供給を開始し、燃料電池システム１００の発電運転を開始する（ステップＳ２０６）。上記ステップＳ２０６での燃料電池システム１００の発電運転への移行により燃料電池システムの起動が終了する。
　上述のように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池システム１００の起動時において、第１の開閉弁７ａが閉止されるとともに第２の開閉弁６が開放され、水素生成器２より水素含有ガスが送出されている時に、制御器２００により酸化ガス供給器１５を動作させ、第３の流路１６を通じて分岐部１０ａより下流の第１の流路１０に酸化ガスを供給する。これにより、燃料電池システムの起動時に、分岐部１０ａより下流の第１の流路１０に水素含有ガスが拡散流入して生成した凝縮水により流路閉塞を起こす可能性が従来よりも抑制される。
　なお、上記所定の第１の閾値温度Ｔｔｈは、改質器３において改質反応の進行が可能な温度であるとともに、蒸発器において水蒸発可能な温度であることを判定する閾値温度として設定される。第２の閾値温度Ｔｘは、燃料電池システムの発電運転において水素生成器２より燃料電池１に水素含有ガスを供給可能な温度である。また、第２の閾値温度Ｔｘは、第１の閾値温度Ｔｔｈよりも高い温度として設定される。第１の閾値温度Ｔｔｈ及び第２の閾値温度Ｔｘは、燃料電池システム１００の構成、サイズ等に応じて適宜設定される。
　また、上記制御フローは、水素含有ガスの生成が開始される前に、酸化ガス供給器１５より第１の流路１０に酸化ガスを供給するよう構成されている。これは、水素生成器２で水素含有ガスの生成を開始した後、酸化ガス供給器１５が動作を開始する場合に比べて、分岐部１０ａより下流の第１の流路１０に水素含有ガスが拡散流入する可能性をより低減するためである。ただし、酸化ガス供給器１５の動作を開始するタイミングは、本例に限定されるものではなく、水素生成器２において水素含有ガスの生成が開始された後や、同時であっても構わない。ただし、そのような場合、水素含有ガスの生成時に酸化ガス供給器１５が動作していない時間中には分岐部１０ａより下流の第１の流路１０に水素含有ガスが流入し、凝縮水が生成する可能性がある。しかしながら、仮に凝縮水が生成しても、その後の酸化ガス供給器１５の動作により第１の流路１０に供給された酸化ガスの流れに乗って凝縮水が第２の流路８に排出され、分岐部１０ａより下流の第１の流路１０の流路閉塞が従来の燃料電池システムに比べて抑制される。
　また、起動時において水素生成器２より送出される水素含有ガスが第２の流路８を流れている期間において、酸化ガス供給器１５より連続的に酸化ガスを第１の流路１０に供給するよう制御しても構わないし、間欠的に動作するよう制御しても構わない。ただし、酸化ガス供給器１５を間欠的に動作させた場合、酸化ガス供給器１５の非動作期間中には分岐部１０ａより下流の第１の流路１０に水素含有ガスが流入し、凝縮水が生成する可能性がある。しかしながら、仮に凝縮水が生成しても、次の動作再開時にこの凝縮水が第１の流路１０に供給された酸化ガスの流れにより第２の流路８に排出され、分岐部より下流の第１の流路１０の流路閉塞が従来の燃料電池システムに比べて抑制される。
　また、上記動作フローにおいて、第１の開閉弁７ａを閉止している時の第１の開閉弁７ｂの開閉動作について説明しなかったが、第１の開閉弁７ｂは、開放していても閉止していてもいずれであっても構わない。また、上記動作フローにおける第１の開閉弁７ａの閉止制御に代えて、第１の開閉弁７ｂを閉止制御するよう構成され、第１の開閉弁７ａは開放制御されるよう構成されていても構わない。また、第１の開閉弁７ａ及び第１の開閉弁７ｂのいずれか一方のみを設けて閉止制御するよう構成されていても構わない。つまり、水素生成器２において生成している水素含有ガスの流入先を燃料電池１ではなく、第２の流路８になるよう制御する際に閉止する「第１の開閉弁」は、合流部１０ｃより下流の第１の流路１０上に設けられた開閉弁であればいずれの開閉弁であっても構わない。
　また、上記実施の形態の燃料電池システムにおいて、第３の流路１６上に開閉弁を設け、上記動作フローのステップＳ２０３において、この開閉弁を開放するとともに酸化ガス供給器１５の動作を開始するよう構成する形態を採用しても構わない。
　［変形例］
　次に、実施の形態１の燃料電池システムの変形例について説明する。本変形例の燃料電池システムは、実施の形態１と同様の構成を有するのでその説明を省略する。本変形例の燃料電池システムは、起動時における動作フローは実施の形態１と同様であるが、燃料電池システム１００を起動した後に、発電運転に移行した後においても酸化ガス供給器１５を動作させ、燃料電池１に供給される水素含有ガスに第３の流路１６を介して酸化ガスを添加することを特徴とする。
　これは、一般的に、エアブリードと呼ばれる動作であり、発電運転時に燃料電池のアノードに一酸化炭素が吸着することによる発電性能の低下が抑制される。本変形例により、１つの酸化ガス供給機構（酸化ガス供給器１５及び第３の流路１６）を用いて、実施の形態１で説明した分岐部１０ａより下流の第１の流路１０の凝縮水による流路閉塞抑制と、発電運転時に燃料電池のアノードへの一酸化炭素吸着に伴う発電性能の低下抑制の両方の効果が得られる。
　また、発電運転時の酸化ガス供給器１５からの酸化ガス供給は、発電運転中において連続的に実行してもいいし、間欠的に実行しても構わない。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２における燃料電池システムについて説明する。図３は、実施の形態２の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図３において、実施の形態１に係る図１の概略図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。
　図３に示されるように、本実施の形態の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムとほぼ同様の構成を有する。しかし、水素生成器２内に、改質器３で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器１９と、第３の流路１６において分岐し、ＣＯ除去器１９に供給される酸化ガスが流れる第４の流路１８とを備える点が、実施の形態１と異なる。
　ＣＯ除去器１９は、水素生成器２内の改質器３で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減する。具体的には、供給された水素含有ガスに酸化ガスを付加し、一酸化炭素を酸化反応により二酸化炭素にすることで低減する。
　第４の流路１８は、第３の流路１６から分岐し、ＣＯ除去器１９に連通する。第４の流路１８を通じて、酸化ガス供給器１５はＣＯ除去器１９に酸化ガスを供給する。つまり、酸化ガス供給器１５より送出された酸化ガスは、第３の流路１６及び第４の流路１８のそれぞれに分流するよう構成されている。
　これにより、起動時におけるＣＯ除去器１９への酸化ガス供給機能と、分岐部１０ａより下流の第１の流路１０への酸化ガス供給機能が兼用され、好ましい。
　なお、本実施の形態の燃料電池システムは、起動時だけでなく発電運転時においても、同様に酸化ガス供給器１５を動作させ、ＣＯ除去器１９への酸化ガス供給と燃料電池１に供給される水素含有ガスへの酸化ガス供給（エアブリード）とを実行する形態を採用しても構わない。
　これにより、１つの酸化ガス供給器１５を用いて、発電運転時の水素含有ガス中の一酸化炭素低減と、燃料電池のアノードへの一酸化炭素吸着に伴う発電性能の低下抑制の両方の効果が得られる。
　なお、供給される酸化ガスの流量は、改質器３で生成される水素含有ガスの量に応じて設定されるのが好ましい。これは、改質器３で生成される水素含有ガス量に比例して水素含有ガスに含まれる一酸化炭素量も変化するからである。具体的には、改質器３への原料の供給量が増加すると、上記酸化ガスの供給量も増加させ、改質器３への原料の供給量が減少すると上記酸化ガスの供給量も減少させる。
　［変形例１］
　次に、実施の形態２の燃料電池システムの変形例１について説明する。図４は、本変形例の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図４に示されるように本変形例の燃料電池システムは、第４の流路１８への分岐部よりも上流の第３の流路１６に第３の開閉弁２０が設けられ、この第３の開閉弁２０を開放することで、第３の流路１６及び前記第４の流路１８が導通するよう構成されていることを特徴とする。そして、酸化ガス供給器１５より酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０が開放される。
　［変形例２］
　次に、実施の形態２の燃料電池システムの変形例２について説明する。図５（ａ）－（ｃ）は、本変形例の燃料電池システムの特徴的な構成の概略の一例を示す図である。本変形例の燃料電池システムは、変形例１の燃料電池システムと異なり、第３の流路１６を連通／遮断する第３の開閉弁２０と、第４の流路１８を連通／遮断する第４の開閉弁２１とを備えることを特徴とする。第３の開閉弁２０及び第４の開閉弁２１の具体的な構成については、図５（ａ）－（ｃ）に示される通りである。
　図５（ａ）において、第３の開閉弁２０は、第３の流路１６において、第４の流路１８への分岐部よりも下流側（第１の流路１０側）に設けられている。第４の開閉弁２１は、第３の流路１６において、第４の流路１８への分岐部よりも上流側（酸化ガス供給器１５側）に設けられている。第３の流路１６、第４の流路１８の両方に酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０、第４の開閉弁２１をともに開放する。第４の流路１８のみに酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０を閉止し、かつ第４の開閉弁２１を開放する。
　図５（ｂ）において、第３の開閉弁２０は、第３の流路１６において、第４の流路１８への分岐部よりも上流側（酸化ガス供給器１５路側）に設けられている。第４の開閉弁２１は、第４の流路１８に設けられている。第３の流路１６、第４の流路１８の両方に酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０、第４の開閉弁２１をともに開放する。第３の流路１６のみに酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０を開放し、かつ第４の開閉弁２１を閉止する。
　図５（ｃ）において、第３の開閉弁２０は、第３の流路１６において、第４の流路１８への分岐部よりも下流側（第１の流路１０側）に設けられている。第４の開閉弁２１は、第４の流路１８に設けられている。第３の流路１６、第４の流路１８の両方に酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０、第４の開閉弁２１をともに開放する。第３の流路１６のみに酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０を開放し、かつ第４の開閉弁２１を閉止する。第４の流路１８のみに酸化ガスを供給する場合には、第３の開閉弁２０を閉止し、かつ第４の開閉弁２１を開放する。
　以上のように本変形例は、変形例１に比べ、第３の流路１６及び第４の流路に設けられる開閉弁の数が増加するが、制御器２００により第３の開閉弁２０及び第４の開閉弁２１の開閉動作をそれぞれ独立して制御することで第３の流路１６及び第４の流路の少なくともいずれか一方の流路について酸化ガスの供給／遮断を独立して制御することが可能になる点で、変形例１に比べより好ましい。
　［変形例３］
　次に、実施の形態２の燃料電池システムの変形例３について説明する。図６は、本変形例の燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図６に示すように本変形例の燃料電池システムは、変形例１と同様に第４の流路１８への分岐部よりも上流の第３の流路１６に第３の開閉弁２０が設けられ、この第３の開閉弁２０を開放することで、第３の流路１６及び第４の流路１８が導通するよう構成されている。これに加え、水素生成器２に対して、燃料電池１が上方に位置するように構成されている。よって、水素生成器の水素含有ガスの出口よりも燃料電池の水素含有ガスの入口が上方になるよう構成されている。より具体的には、第２の流路８への分岐部１０ａより下流の第１の流路１０が分岐部１０ａより上がり勾配になるよう構成されている点が実施の形態２及び他の変形例の燃料電池システムと異なる。このように、分岐部１０ａより下流の第１の流路１０が上がり勾配になるよう構成されると、仮に起動時において、水素生成器２より送出された水素含有ガスが分岐部１０ａより下流の第１の流路１０に拡散流入して凝縮水が生じると、この凝縮水が逆流して高温のＣＯ除去器１９に流入して突沸を起こすことがある。突沸が起こると燃焼器５の流入する水素含有ガスの流量が大きく変動し、燃焼器５が失火や不完全燃焼を起こす場合がある。
　ここで、本変形例の燃料電池システムは、変形例１の燃料電池システムと同様に、起動時に分岐部１０ａより下流の第１の流路１０が遮断される一方、第２の流路が導通されている状態で水素生成器２において水素含有ガスが生成している時に、第３の開閉弁を開放するとともに酸化ガス供給器１５を動作させる。これにより、凝縮水による第１の流路１０の流路閉塞が抑制されるとともにＣＯ除去器１９へ逆流した凝縮水の突沸に伴う燃焼器５の燃焼安定性の低下が抑制される。
　なお、本変形例では、第２の流路８に気液分離器２２を設け、分岐部１０ａより気液分離器２２に至るまでの第２の流路８を下り勾配になるよう構成している。これは、第２の流路８内で生じた凝縮水がＣＯ除去器１９に逆流することなく気液分離器２２へ排出させるためである。
［変形例４］
　変形例４の燃料電池システムは、実施の形態２及びその変形例１－３のいずれかの燃料電池システムにおいて、第３の流路と第４の流路が共通化されておらず、独立して設けられているとともに、エアブリード用の酸化ガスを供給する酸化ガス供給器とＣＯ除去器１９での酸化反応用の酸化ガスを供給する酸化ガス供給器とを別個に設けられている。
　上記特徴以外は、実施の形態２及びその変形例１－３のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
　次に、本変形例の燃料電池システム１００の詳細について説明する。
　図７は、本変形例の燃料電池システム１００の概略構成の一例を示す図である。
　図７に示すように、本変形例の燃料電池システム１００は、第３の流路１６と第４の流路１８とが、それぞれ独立して設けられているとともに、エアブリード用の酸化ガスを供給する酸化ガス供給器１５とＣＯ除去器１９での酸化反応用の酸化ガスを供給する酸化ガス供給器２３とを備えている。
　本発明に係る燃料電池システムは、起動時に、分岐部より下流の燃料ガス流路に水素含有ガスが拡散流入して生成した凝縮水により流路閉塞を起こす可能性が従来よりも抑制されるので、燃料電池システム等として有用である。
　１００，７００　　燃料電池システム
　１　　　燃料電池
　２　　　水素生成器
　３　　　改質器
　３ａ　　温度検知器
　５　　　燃焼器
　６　　　第２の開閉弁
　７ａ，７ｂ　　第１の開閉弁
　８　　　第２の流路
　１０　　第１の流路
　１０ａ　　分岐部
　１０ｂ，１０ｃ　　合流部
　１４　　酸化剤ガス供給器
　１５　　酸化ガス供給器
　１６　　第３の流路
　１８　　第４の流路
　１９　　ＣＯ除去器
　２０　　第３の開閉弁
　２１　　第４の開閉弁
　２２　　気液分離器
　２００　　制御器

Claims (8)


  1. 原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成器と、前記改質器に前記改質反応のための熱を供給する燃焼器と、

    前記水素生成器から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
    前記水素生成器より送出され前記燃料電池を通過する水素含有ガスが流れる第１の流路と、

    前記第１の流路より分岐し、前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器に供給される水素含有ガスが流れる第２の流路と、
    前記第２の流路への分岐部と前記燃料電池との間の前記第１の流路に供給される酸化ガスが流れる第３の流路と、
    前記第１の流路と前記第３の流路との合流部よりも下流の前記第１の流路に設けられた第１の開閉弁と、

    前記第２の流路に設けられた第２の開閉弁と、
    前記第３の流路に設けられた酸化ガス供給器と、

    起動時において、前記第１の開閉弁が閉止されるとともに前記第２の開閉弁が開放され、前記水素生成器より前記水素含有ガスが送出されている時に、前記酸化ガス供給器を動作させ、前記第３の流路を通じて前記分岐部より下流の前記第１の流路に酸化ガスを供給する制御器とを備える、

    燃料電池システム。

  2. 前記制御器は、発電運転時において、前記酸化ガス供給器より前記第３の流路を通じて前記燃料電池に供給される水素含有ガスに酸化ガスを供給する、

    請求項１記載の燃料電池システム。

  3. 前記水素生成器は、前記改質器より送出される前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのＣＯ除去器と、前記第３の流路より分岐し、前記ＣＯ除去器に供給される酸化ガスが流れる第４の流路とを備え、

    前記制御器は、起動時において、前記第１の開閉弁が閉止されるとともに前記第２の開閉弁が開放され、前記水素生成器より前記水素含有ガスが送出されている時に、前記酸化ガス供給器供給するより送出された酸化ガスが分流し、前記第３の流路及び前記第４の流路のそれぞれを流れるよう構成されている、

    請求項１記載の燃料電池システム。
  4. 前記第４の流路への分岐部よりも上流の前記第３の流路に設けられた第３の開閉弁を備え、

    前記第３の開閉弁を開放することで、前記第３の流路及び前記第４の流路が導通するよう構成され、

    前記制御器は、起動時において、前記第１の開閉弁が閉止されるとともに前記第２の開閉弁が開放され、前記水素生成器より前記水素含有ガスが送出されている時に、前記第３の開閉弁を開放するとともに前記酸化ガス供給器を動作させ、前記第３の流路と前記第４の流路とに酸化ガスを供給する、

    請求項３記載の燃料電池システム。

  5. 前記第３の流路を連通／遮断する第３の開閉弁と、前記第４の流路を連通／遮断する第４の開閉弁とを備え、

    前記制御器は、起動時において、前記第１の開閉弁が閉止されるとともに前記第２の開閉弁が開放され、前記水素生成器より前記水素含有ガスが送出されている時に、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁を開放するとともに前記酸化ガス供給器を動作させ、前記第３の流路と前記第４の流路とに酸化ガスを供給する、

    請求項３記載の燃料電池システム。

  6. 前記水素生成器の水素含有ガスの出口よりも前記燃料電池の水素含有ガスの入口が上方になるよう構成されている、

    請求項１記載の燃料電池システム。
  7. 前記第２の流路への分岐部よりも下流の第１の流路が上り勾配になるよう構成されている、
    請求項６記載の燃料電池システム。

  8. 原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成器と、

    前記改質器に前記改質反応のための熱を供給する燃焼器と、
    前記水素生成器から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
    前記水素生成器より送出され前記燃料電池を通過する水素含有ガスが流れる第１の流路と、

    前記第１の流路より分岐し、前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器に水素含有ガスを供給する第２の流路と、
    前記第２の流路への分岐部と前記燃料電池との間の前記第１の流路に供給される酸化ガスが流れる第３の流路と、
    前記第１の流路と前記第３の流路との合流部より下流の前記第１の流路に設けられた第１の開閉弁と、

    前記第２の流路に設けられた第２の開閉弁と、

    前記第３の流路に設けられた酸化ガス供給器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    起動時において、前記第１の開閉弁を閉止するとともに前記第２の開閉弁を開放し、前記水素生成器より前記水素含有ガスを送出するステップ（ａ）と、

    ステップ（ａ）において前記酸化ガス供給器が動作し、前記第３の流路を通じて前記分岐部より下流の前記第１の流路に酸化ガスを供給するステップ（ｂ）とを備える、燃料電池システムの運転方法。
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