JP5789780B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関する。より詳しくは、改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを除去するアンモニア除去器を備えた燃料電池システム及びその運転方法に関する。
家庭用燃料電池や、自動車等に用いる動力用燃料電池は、水素含有ガスを空気中の酸素等と反応させて発電を行う。水素含有ガスは、メタンガスやプロパンガス、アルコール等を原料とし、改質器において生成される。改質器で生成される水素含有ガスには、一酸化炭素やアンモニアが含まれ、これらの不純物が燃料電池の電極等を劣化させることが知られている。
水素含有ガスに含まれるアンモニアが電極等を劣化させることを抑制するため、水素含有ガスと水とを接触させアンモニアを除去する、もしくは、水素含有ガス中の水分を凝縮させ、凝縮水にアンモニアを溶解させ除去する、アンモニア除去器により、水素リッチガス中のアンモニアを濃度５ｐｐｍ以下に除去した後、固体高分子型燃料電池に供給する固体高分子型燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
同様に、改質器で得られた改質ガスを水と接触させ改質ガスに含まれるアンモニアを水に吸収させて除去するアンモニア除去器を備える改質ガス供給装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
一方、燃料電池システムにおいて、改質装置で生成された水素含有ガスが流れる流路は、発電運転の停止時において、水素入口弁２１、水素出口弁２８及びバイパス弁３０が閉止され、大気との連通が遮断される（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−３１２４７号公報 特開２００５−２９８２４９号公報 特開平２−１３２７６７号公報
ここで、特許文献１及び特許文献２記載のようにアンモニア除去器を備えた燃料電池システムについて、特許文献３記載のように発電運転の停止時に水素含有ガス流路と大気との連通を遮断する形態を採用すると、発電運転の停止時にアンモニア除去器は大気との連通が遮断される。
従来、上記のように発電運転の停止時にアンモニア除去器と大気との連通が遮断される燃料電池システムにおいて、アンモニア除去器の水抜き処理を適切に実行する形態について検討されていない（第１の課題）。
または、従来、上記のように発電運転の停止時にアンモニア除去器と大気との連通が遮断される燃料電池システムにおいて、アンモニア除去器の水張りを適切に実行する形態について検討されていない（第２の課題）。
本発明は上記第１の課題及び第２の課題の少なくともいずれか一方を解決するためになされたものであり、アンモニア除去器の水張り処理及び水抜き処理の少なくともいずれか一方を適切に実行する、燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明者らは、発電運転の停止時にアンモニア除去器と大気との連通が遮断される燃料電池システムにおいて、アンモニア除去器の内部に滞留している水を適切に抜く方法について、鋭意検討を行った。その結果、以下の点に気づいた。
アンモニア除去器の水抜きを行う場合、発電運転においては水素含有ガスが流れており、アンモニア除去器の排水路を通じて、水素含有ガスが大気に漏れる可能性があるので、一般的に、燃料電池システムの発電運転は停止されている。発電運転の停止時は、上記の通りアンモニア除去器と大気との連通は、排水路以外では遮断されているため、排水路に設けられた水抜き用の弁を開放するだけでは、水が抜けるにつれてアンモニア除去器内部の圧力が低下し、水が排出されにくくなる。このため、水抜きに時間を要する。
また、本発明者らは、アンモニア除去器の水張りについて鋭意検討を行った。その結果、以下の点に気づいた。
アンモニア除去器の水張りを行う場合、発電運転においては水素含有ガスが流れており、アンモニア除去器の給水路を通じて、水素含有ガスが大気に漏れる可能性があるので、一般的に、燃料電池システムの発電運転は停止されている。発電運転の停止時は、上記の通りアンモニア除去器と大気との連通は、給水路以外では遮断されているため、給水路を通じて水張りをすることは、密閉された容器に水を供給することになる。その結果、アンモニア除去器に水が貯水されるに連れて、アンモニア除去器の内圧が上昇し、アンモニア除去器に水張りするのに時間を要することになる。
そこで、本発明者らは、この課題を解決して上記目的を達成すべく、本発明を想到した。
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水抜き処理および水張り処理の少なくともいずれか一方において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
本発明の燃料電池システムによれば、アンモニア除去器の水張り及び水抜き処理の少なくともいずれか一方を適切に実行することができる。
図１は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図２は、第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図３は、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図４は、図３の燃料電池システムにおけるアンモニア除去器の水張り処理を示すフロ-チャートである。 図５は、第２実施形態の第１変形例にかかる燃料電池システムにおけるアンモニア除去器の水張り処理を示すフロ-チャートである。 図６は、第２実施形態の第２変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図７は、第２実施形態の第３変形例にかかる燃料電池システムにおけるアンモニア除去器の概略構成の一例を示す模式図である。 図８は、第３実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図９は、第４実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１０は、第５実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１１は、第５実施形態にかかる燃料電池システムにおいて流路３１を配設する位置の例を示す模式図であり、図１１（ａ）は蒸発部が水を蒸発させると共に原料も通流させる構成の場合を示す図であり、図１１（ｂ）は蒸発部で水蒸気が生成された後、下流において水蒸気に原料が混入される場合を示す図である。 図１２は、第６実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１３は、第７実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１４は、第８実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１５は、第９実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１６は、第１０実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１７は、第１１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１８は、第１１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
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。
（第１実施形態）
第１実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水抜き処理において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
かかる構成では、アンモニア除去器の水抜き処理を適切に実行することができる。
ここで、アンモニア除去器は、アンモニアが水に溶解することで水素含有ガス中の水を除去する構成であれば、いずれの構成であっても構わない。具体的には、アンモニアと水を接触させることで除去する形態、及び水素含有ガス中の水分を凝縮させ、凝縮水にアンモニアを溶解させ除去する形態等が例示される。
上記第１実施形態の燃料電池システムは、上記流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路であってもよい。
上記第１実施形態の燃料電池システムにおいて、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器を経由する流路であってもよい。
上記第１実施形態の燃料電池システムは、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器とをさらに備え、上記流体流路は、アンモニア除去器より下流かつ燃焼器を経由する流路であり、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されていてもよい。
かかる構成では、空気供給器の動作に伴いアンモニア除去器と燃焼器を接続する流路の圧力が上昇し、アンモニア除去器の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
第１実施形態の燃料電池システムの運転方法は、アンモニア除去器により改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するステップと、アンモニア除去器内の水を燃料電池システム外部に排出する水抜き処理を行うステップと、前記水抜き処理において、アンモニア除去器を大気と連通させる流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁を開放するステップとを有する。
図１は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
本実施形態の燃料電池システム１００Ａは、改質器１と、燃焼器４と、アンモニア除去器５と、燃料電池６と、第１開閉弁８と、燃焼用空気供給器１０と、第１の水流路２１と、原料流路２２と、第２燃料ガス流路２５と、アノード側流路２６と、カソード側流路２７と、燃料排ガス流路２８と、燃焼排ガス流路２９と、筐体８８と、制御器８０とを備える。
改質器１は、原料を用いて水素含有ガスを生成する。改質反応は、いずれの種類であってもよく、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分改質反応等が例示される。本実施形態では、改質器１は、例えば、流路２３に改質触媒を備えることで、原料を水蒸気改質反応させ、水素含有ガスを生成する。ここで、図１では図示されない蒸発部を備え、該蒸発部において水蒸気が生成される。原料は、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。例えば、原料は、天然ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、都市ガスなどの炭化水素を含むガス、あるいはアルコール等が用いられる。
燃焼器４は、改質器１より送出された水素含有ガスを燃焼する。
アンモニア除去器５は、改質器１において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池６に供給される前に除去する。
本実施形態では、アンモニア除去器５は、アンモニアと水とを接触させることで除去するよう構成され、具体的には、水容器を備え、水容器中に貯められた水中に水素含有ガスを導き、水と接触させるよう構成されている。水素含有ガスに含まれるアンモニアガスは水に溶解し、除去される。これにより、アンモニアによる燃料電池６内部の触媒の被毒が軽減され、燃料電池システムの寿命が向上される。
アンモニア除去器５の水容器には、排水路と該排水路を開閉する第２開閉弁１７が設けられている。アンモニア除去器５の水容器に滞留する水は、第２開閉弁１７を開放することで、燃料電池システム１００Ａの外部へと排出（廃棄）される。第２開閉弁１７は、アンモニア除去器５に直接設けられていてもよい。
燃料電池６は、水素含有ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。燃料電池６は、いずれの種類の燃料電池であってもよいが、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、リン酸形燃料電池、または溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。
第１開閉弁８は、燃料排ガス流路２８に設けられ、燃料排ガス流路２８を連通及び遮断する。燃焼用空気供給器１０は、燃焼器４に燃焼用空気を供給する。例えば、ブロア、ファン等が用いられる。
第１の水流路２１は、改質器１での水蒸気改質反応に利用される水蒸気源としての水が流れる流路であり、蒸発部（図示せず）に接続されている。原料流路２２は、改質器１に供給される原料が流れる流路である。
第２燃料ガス流路２５は、アンモニア除去器５と燃料電池６のアノード側流路２６の入口とを接続する流路である。アノード側流路２６は、燃料電池６のアノードに供給される水素含有ガスが流れる流路である。カソード側流路２７は、燃料電池６のカソードに供給される酸化剤ガスが流れる流路である。燃料排ガス流路２８は、燃料電池６と燃焼器４とを接続する流路である。燃焼排ガス流路２９は、燃焼器４で生成した燃焼排ガスが流れる流路である。
ここで、上記第２燃料ガス流路２５、アノード側流路２６、燃料排ガス流路２８、燃焼器４及び燃焼排ガス流路２９が、アンモニア除去器５と大気とを連通する流体流路を構成する。従って、第１開閉弁８は、上記流体流路に設けられ、アンモニア除去器５と大気とを連通及び遮断するための開閉弁に相当する。また、上記流体流路を流れるガスは、燃焼排ガスとして大気に排出されるので、上記流体流路は、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例である。
制御器８０は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。例えば、制御器８０は、マイクロコントローラ、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller) 等が例示される。また、演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器８０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
筐体８８は、少なくとも改質器１、燃料電池６、及びアンモニア除去器５を収納する燃料電池システムの構成機器を収納する。本実施形態では、上記機器を収納している。
また、本実施形態の燃料電池システム１００Ａは、図示されない第１の水供給器と、原料供給器とを備える。
第１の水供給器は、動作停止に伴い水の流通を遮断する機能及び水の流量を調節する機能を有する。ここで、「動作停止に伴い水の流通を遮断する」とは、第１の水供給器の動作停止のタイミングと水の流通を遮断するタイミングが同時だけでなく、これらのタイミングが、相前後する場合も含む。水の流通を遮断する機能は、開閉弁、動作停止時に水の流通を遮断する機能を有するポンプ、または流量調整弁等により実現されうる。水の流量を調節する機能は、ポンプ、または流量調整弁等により実現されうる。本実施形態では、第１の水供給器は、ポンプ及び開閉弁で構成され、ポンプが水の流量を調整する機能を実現し、開閉弁が動作停止に伴い水の流通を遮断する機能を実現する。
原料供給器は、動作停止時に原料の流通を遮断する機能及び原料の流量を調節する機能を有する。ここで、「動作停止に伴い原料の流通を遮断する」とは、原料供給器の動作停止のタイミングと原料の流通を遮断するタイミングが同時だけでなく、これらのタイミングが、相前後する場合も含む。原料の流通を遮断する機能は、開閉弁、動作停止時に原料の流通を遮断する機能を有するポンプ、または流量調整弁等により実現されうる。原料の流量を調節する機能は、ポンプ、または流量調整弁等により実現されうる。本実施形態では、原料供給器は、ポンプ及び開閉弁で構成され、ポンプが原料の流量を調整する機能を実現し、開閉弁が動作停止に伴い原料の流通を遮断する機能を実現する。
燃料電池システム１００Ａの発電運転は、アンモニア除去器５においてアンモニアが除去された水素含有ガスと、図示されない酸化剤ガス供給器から供給される空気とを用いて燃料電池が発電することにより行われる。発電運転の具体的な内容については、周知の事項であるので詳細な説明を省略する。
アンモニア除去器の水抜き処理は、燃料電池システム１００Ａの発電運転が停止されているときに、第２開閉弁１７を開放して行われる。この水抜き処理において、第１開閉弁８が開放され、アンモニア除去器５が、アンモニア除去器５と大気とを連通する流体流路を介して大気開放される。なお、上記発電運転の停止時においては、第１の水供給器及び原料供給器の動作が停止され、第１の水流路２１及び原料流路２２がそれぞれ遮断されている。
なお、第１開閉弁８の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。第２開閉弁１７の開放も、制御器８０の制御により自動的に行われることが好ましい。あるいは、燃料電池システム１００Ａは、第１開閉弁８及び第２開閉弁１７の少なくともいずれか一方を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。また、上記第１開閉弁８及び第２開閉弁１７のうち操作者により手動で開放されない開閉弁は、制御器８０の制御により自動的に開放される。
かかる構成により、アンモニア除去器の水抜き処理において、アンモニア除去器内部の水が適切に排出される。
なお、上記水抜き処理において、制御器８０が燃焼用空気供給器１０を動作させてもよい。かかる構成により、空気供給器の動作に伴いアンモニア除去器と燃焼器を接続する流路の圧力が上昇し、アンモニア除去器の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
［変形例］
第１実施形態の変形例の燃料電池システムは、上記第１実施形態の燃料電池システムにおいて、アンモニア除去器が、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスとを接触させて、アンモニアを除去するよう構成されている。
図２は、第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
本変形例の燃料電池システム１００Ａ’は、アンモニア除去器５をアンモニア除去器５’に置換した他は、燃料電池システム１００Ａと同様に構成されている。よって、燃料電池システム１００Ａ’と燃料電池システム１００Ａとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
アンモニア除去器５’は、第２の水供給器７に接続された水散布器１６を備えている。第２の水供給器７へは、水源（図示せず）から水が供給される。水源としては、例えば、水タンク、水道水配管等が利用されうる。水散布器１６は、アンモニア除去器５’の内部において水素含有ガスが通流する空間内に水を散布し、水素含有ガスと水とを接触させることで、水素含有ガスに含まれるアンモニアを水に溶解させて除去する。アンモニア除去器５’の内部おいて散布された水は、アンモニア除去器５’に溜まる。該水容器には、排水路と該排水路を開閉する第２開閉弁１７が設けられている。アンモニア除去器５に滞留する水は、第２開閉弁１７を開放することで、燃料電池システム１００Ａ’の外部へと排出（廃棄）される。第２開閉弁１７は、アンモニア除去器５に直接設けられていてもよい。
本変形例においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。本変形例においても第１実施形態と同様の変形が可能である。
アンモニア除去器は、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスを接触させて、水素含有ガス中のアンモニアを除去する形態であれば、上記例に限定されるものではなく、いずれの形態であっても構わない。例えば、アンモニア除去器は、ラシヒリング（Raschig ring）を用いた形態であってもよい。このアンモニア除去器は、ラシヒリングの上部より水を供給し、ラシヒリングを伝って落下する水と、ラシヒリング下部より上方に向かう水素含有ガスとを気液接触させ、アンモニアを除去する。
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水張り処理において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
かかる構成では、アンモニア除去器の水張り処理を適切に実行することができる。
ここで、アンモニア除去器は、アンモニアが水に溶解することで水素含有ガス中の水を除去する構成であれば、いずれの構成であっても構わない。具体的には、アンモニアと水を接触させることで除去する形態、及び水素含有ガス中の水分を凝縮させ、凝縮水にアンモニアを溶解させ除去する形態等が例示される。
上記第２実施形態の燃料電池システムは、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路であってもよい。
上記第２実施形態の燃料電池システムにおいて、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器を経由する流路であってもよい。
第２実施形態の燃料電池システムの運転方法は、アンモニア除去器により改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するステップと、アンモニア除去器内に水を張る水張り処理を行うステップと、前記水抜き処理において、アンモニア除去器を大気と連通させる流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁を開放するステップとを有する。
本実施の形態の燃料電池システムは、上記特徴以外において、実施の形態１及びその変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成しても構わない。
＜構成＞
図３は、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
本実施形態の燃料電池システム１００Ｂは、改質器１と、燃焼器４と、アンモニア除去器５と、燃料電池６と、第２の水供給器７と、第１開閉弁８と、燃焼用空気供給器１０と、第１の水流路２１と、原料流路２２と、第２燃料ガス流路２５と、アノード側流路２６と、カソード側流路２７と、燃料排ガス流路２８と、燃焼排ガス流路２９と、給水路４２と、筐体８８と、制御器８０とを備える。
改質器１と、燃焼器４と、アンモニア除去器５と、燃料電池６と、第１開閉弁８と、燃焼用空気供給器１０と、第１の水流路２１と、原料流路２２と、第２燃料ガス流路２５と、アノード側流路２６と、カソード側流路２７と、燃料排ガス流路２８と、燃焼排ガス流路２９と、筐体８８と、制御器８０とについては、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
第２の水供給器７は、アンモニア除去器５に水を供給する。第２の水供給器７は、例えば、ポンプ、流量調整弁、開閉弁等が用いられる。給水路４２は、アンモニア除去器８に供給される水が流れる流路である。
また、本実施形態の燃料電池システム１００Ｂは、図示されない第１の水供給器と、原料供給器と、排水路と、排水弁と、酸化剤ガス供給器と、第２開閉弁とを備える。
第１の水供給器、原料供給器、排水路、排水弁、酸化剤ガス供給器及び第２開閉弁については、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
燃料電池システム１００Ｂの発電運転は、アンモニア除去器５においてアンモニアが除去された水素含有ガスと、酸化剤ガス供給器から供給される空気とを用いて燃料電池が発電することにより行われる。発電運転の具体的な内容については、周知の事項であるので詳細な説明を省略する。
＜動作＞
上述のように構成された燃料電池システム１００Ｂのアンモニア除去器の水張り処理を説明する。以下の動作は制御器８０の制御により遂行される。
本実施形態を特徴付けるアンモニア除去器５の水張り処理を説明する。図４は、図３の燃料電池システムにおけるアンモニア除去器の水張り処理を示すフロ-チャートである。
水張り処理は、燃料電池システム１００Ｂを設置時、メンテナンス時等において実行される。つまり、燃料電池システム１００Ｂの発電運転が停止しているときに実行される。このとき、アンモニア除去器５の排水路の第２開閉弁は閉止されている。
この状態において、まず、制御器８０は第２の水供給器７を動作させる（ステップＳ１）。これにより、第２の水がアンモニア除去器５の水容器に供給される。
次に、制御器８０は、第１開閉弁８を開放する（ステップＳ２）。これにより、アンモニア除去器５の水容器に供給された第２の水の体積に相当する体積のガスが燃焼器４に流入した後、燃焼排ガス流路２９を介して大気に放出される。
なお、上記ステップＳ１及びＳ２は、逆の順序で遂行し、あるいは同時に遂行しても構わない。
次に、制御器８０は、アンモニア除去器５の水容器の水位が所定の水位以上になるのを待機し（ステップＳ３でＮＯ）、所定の水位以上になると（ステップＳ３でＹＥＳ）、第２の水供給器７を停止させ、かつ、第１開閉弁８を閉止する（ステップＳ４）。これによりアンモニア除去器５の水張り処理が終了する。
以上に説明したように、燃料電池システム１００Ｂによれば、アンモニア除去器の水張り処理において、アンモニア除去器内部へ水が適切に供給される。
なお、上記の水張り処理における第１開閉弁８の開閉動作を、制御器８０の制御によらず、操作者の操作により手動で行うように、燃料電池システム１００Ｂを構成してもよい。この場合、第１開閉弁８は、筐体８８の外部に設けられてもよい。
［第１変形例］
第２実施形態の第１変形例の燃料電池システムは、改質器より送出される水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器とをさらに備え、流体流路は、アンモニア除去器より下流かつ燃焼器を経由する流路であり、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されていてもよい。
かかる構成では、仮に、燃焼器よりも上流の流体流路に残留していたガスに可燃性ガスが含まれていても燃焼用空気により希釈排出されるので、水張り時に空気供給器を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は第１実施形態、第２実施形態及び第１実施形態の変形例の少なくともいずれか一つの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
図５は、第２実施形態の第１変形例にかかる燃料電池システムにおけるアンモニア除去器の水張り処理を示すフローチャートである。
本変形例では、水張り処理においてアンモニア除去器５へ供給された水によって押し出され、燃焼器４に流入する流体流路内の残留ガスの希釈が行われる。
上述のような態様で燃料電池システム１００Ｂが停止した状態において、まず、制御器８０は第２の水供給器７を動作させる（ステップＳ１）。これにより、第２の水がアンモニア除去器５の水容器に供給される。
次に、制御器８０は、第１開閉弁８を開放する（ステップＳ２）。これにより、アンモニア除去器５の水容器に供給された第２の水の体積に相当する体積のガスが燃焼器４に流入する。このステップＳ１およびステップＳ２は上記第２実施形態と同じである。
次に、制御器８０は、燃焼用空気供給器１０を動作させる（ステップＳ３）。これにより、燃焼器４に流入したガスが燃焼用空気で希釈されて大気に放出される。これにより、燃焼用空気供給器１０を動作させない場合と比べてより安全性が向上する。
これは、アンモニア除去器５の水張り処理の実行前に、流体流路のうちアンモニア除去器５と燃焼器４の間の部分に残留するガスに可燃性ガスが存在したとしても、上述の通り希釈排出されるので、燃焼用空気供給器１０を動作させない場合と比べ、安全性が向上するからである。
ここで、燃焼用空気供給器１０により燃焼器４へ供給される空気の流量が大きすぎると、燃焼排ガス流路２９における圧力損失の増大により背圧（燃焼器４内の圧力）が上昇してアンモニア除去器５の水容器への第２の水の流入が抑圧されてしまう。そこで、第１開閉弁８を開放してアンモニア除去器５の水容器に給水しているときの燃焼用空気供給器１０の操作量は、燃料電池システム１００Ｂの発電中の燃焼用空気供給器１０の操作量よりも小さくなるように制御される。より具体的には、燃料電池システム１００Ｂが最低出力で発電している際の燃焼用空気供給器１０の操作量よりも小さくなるように燃焼用空気供給器１０の操作量が設定される。好ましくは、その燃焼用空気供給器１０が安定して空気を供給することが可能な操作量（その燃焼用空気供給器１０に固有の操作量）の下限値（つまり、燃焼用空気供給器１０のメーカが保証する下限操作量）に、燃焼用空気供給器１０の操作量が設定される。
なお、上記ステップＳ１乃至Ｓ３は、任意の順序で遂行し、あるいは全部又は一部を同時に遂行しても構わない。
次に、制御器８０は、アンモニア除去器５の水容器の水位が所定の水位以上になるのを待機し（ステップＳ４でＮＯ）、所定の水位以上になると（ステップＳ４でＹＥＳ）、第２の水供給器７を停止させ、かつ、第１開閉弁８を閉止する（ステップＳ５）。これによりアンモニア除去器５の水張り処理が終了する。
次に、制御器８０は、アンモニア除去器５への給水を停止したあとも燃焼用空気供給器１０の動作を継続させ、その操作量を増加させる（ステップＳ６）。これにより、操作量を増加させない場合に比べ、燃焼器４内に滞留しているガスをより速やかに排出して、燃焼器４内を燃焼用空気でパージする処理をより早期に完了させることができる。なお、このとき、燃料電池６が最大出力で発電している場合における燃焼用空気供給器１０の操作量よりも大きい操作量まで、燃焼用空気供給器１０の操作量を増加させてもよい。
次に、制御器８０は、アンモニア除去器５への水張り処理を終了してから時間計測を開始し（ステップＳ７）、所定時間が経過すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、燃焼用空気供給器１０の動作を停止させる（ステップＳ９）。これにより、アンモニア除去器５の水張り処理及びこれに付随する処理が完了する。この所定時間は、実験、シミュレーション、計算等に基づいて決定される。
本変形例によれば、封止されていたガスが希釈されて大気に放出されるので、水張り処理時に燃焼用空気供給器を動作させない場合に比べ、より安全性が向上する。
［第２変形例］
第２実施形態の第２変形例の燃料電池システムは、上記第２実施形態の燃料電池システムにおいて、水とアンモニアと水を接触させることで除去するアンモニア除去器の一例として、アンモニア除去器が、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスとを接触させて、アンモニアを除去するよう構成されている。
上記特徴以外は、実施の形態１、実施の形態２及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてよい。
図６は、第２実施形態の第２変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
本変形例の燃料電池システム１００Ｂ’は、アンモニア除去器５をアンモニア除去器５’に置換した他は、燃料電池システム１００Ｂと同様に構成されている。よって、燃料電池システム１００Ｂ’と燃料電池システム１００Ｂとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
アンモニア除去器５’は、第２の水供給器７に給水路４２を通じて接続された水散布器１６を備えている。第２の水供給器７へは、水源（図示せず）から第２の水が供給される。水散布器１６は、アンモニア除去器５’の内部において水素含有ガスが通流する空間内に第２の水を散布し、水素含有ガスと第２の水とを接触させることで、水素含有ガスに含まれるアンモニアを第２の水に溶解させて除去する。アンモニア除去器５’の内部おいて散布された水はアンモニア除去器５’に溜まる。該水容器には、排水路と、該排水路を開閉する第２開閉弁とが設けられている。
本変形例においても、第２実施形態と同様の効果を奏する。本変形例においても第２実施形態と同様の変形が可能である。
［第３変形例］
第２実施形態の第３変形例の燃料電池システムは、アンモニア除去器が、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスとを接触させて、アンモニアを除去するよう構成される他の例である。
具体的には、アンモニア除去器に溜まった水を取り出し、アンモニア除去器の上方より落下させる水として循環利用するよう構成されている。
上記特徴以外は、実施の形態１、実施の形態２及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてよい。
図７は、第２実施形態の第３変形例にかかる燃料電池システムにおけるアンモニア除去器の概略構成の一例を示す模式図である。
図７に示すように、本変形例におけるアンモニア除去器５’においては、水容器の貯水部位と水散布器１６とが水循環流路７４によって接続され、当該水循環流路７４に水供給器７５が設けられている。そして、第２実施形態と同様に、水容器の貯水部位に給水路４２の下流端が接続され、給水路４２に第２の水供給器７が設けられている。
本変形例において、上記以外の構成は、第２実施形態と同様とすることができる。
本変形例においても、第２実施形態と同様の効果を奏する。本変形例においても第２実施形態と同様の変形が可能である。
なお、アンモニア除去器の具体的構成は、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスを接触させて、水素含有ガス中のアンモニアを除去する形態であれば、上記第２変形例及び第３変形例に限定されるものではなく、いずれの形態であっても構わない。例えば、アンモニア除去器は、ラシヒリングを用いた形態であってもよい。このアンモニア除去器は、ラシヒリングの上部より水を供給し、ラシヒリングを伝って落下する水と、ラシヒリング下部より上方に向かう水素含有ガスとを気液接触させ、アンモニアを除去する。
本実施形態およびその変形例において第１実施形態を重畳的に実施してもよい。具体的には、例えば、制御器８０が、アンモニア除去器５の水抜き処理および水張り処理の両方において、第１開閉弁８を開放してもよい。
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態１及びその変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、改質器で生成した水素含有ガスを燃料電池をバイパスして、燃焼器に供給するバイパス流路を備え、流体流路は、バイパス流路を経由するよう構成されている。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態１、第２実施形態２及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図８は、第３実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第３実施形態の燃料電池システム２００Ａは、第１実施形態の燃料電池システム１００Ａにおいて、第２燃料ガス流路２５と燃料排ガス流路２８とを燃料電池６を介さずに接続する分岐路３３を更に備える。バイパス流路は、燃料排ガス流路２８と一部共通化され、分岐路３３と、分岐路３３との合流箇所よりも下流の燃料排ガス流路２８とを備える。分岐路３３には、第３開閉弁１２が設けられている。第３開閉弁１２は、制御器８０と通信可能に接続され、制御器８０により制御されるよう構成されている。なお、第３開閉弁１２は、バイパス流路上であれば、いずれの箇所に設けても構わない。例えば、分岐路３３との合流箇所よりも下流の燃料排ガス流路２８上に設けても構わない。その他の構成要素に関しては、第３実施形態の燃料電池システム２００Ａは、燃料電池システム１００Ａと同様に構成されている。よって、燃料電池システム２００Ａと燃料電池システム１００Ａとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
バイパス流路は、例えば、燃料電池システム２００Ａの起動時に、改質器１で生成された水素含有ガスを燃料電池６に供給せずに燃焼器４に供給する際に用いられる。このとき、第３開閉弁１２が開放され、第１開閉弁８は閉止される。燃料電池システムの発電運転時には、第１開閉弁８が開放され、第３開閉弁１２は閉止されることにより、改質器１で生成された水素含有ガスは、燃料電池６へと供給される。
アンモニア除去器５の水抜き処理は、燃料電池システム２００Ａの発電運転が停止されているときにおいて、第２開閉弁１７を開放して行われる。
なお、上記発電運転の停止時においては、第１の水供給器及び原料供給器の動作が停止され、第１の水流路２１及び原料流路２２がそれぞれ遮断されている。この水抜き処理において、少なくとも第３開閉弁１２が開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
第３開閉弁１２の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。第２開閉弁１７の開放も、制御器８０の制御により自動的に行われることが好ましい。あるいは、燃料電池システム２００Ａは、第２開閉弁１７及び第３開閉弁１２の少なくともいずれか一方を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。また、上記第２開閉弁１７及び第３開閉弁１２のうち操作者により手動で開放されない開閉弁は、制御器８０の制御により自動的に開放される。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水抜き処理においてアンモニア除去器内部の水が適切に排出される。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第２燃料ガス流路２５、バイパス流路、燃焼器４、及び燃焼排ガス流路２９とを備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第３開閉弁１２に相当する。
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池システムは、第２実施形態及びその変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、改質器で生成した水素含有ガスを燃料電池をバイパスして、燃焼器に供給するバイパス流路を備え、流体流路は、バイパス流路を経由するよう構成されている。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図９は、第４実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第４実施形態の燃料電池システム２００Ｂは、第２実施形態の燃料電池システム１００Ｂにおいて、第２燃料ガス流路２５と燃料排ガス流路２８とを燃料電池６を介さずに接続する分岐路３３を更に備える。バイパス流路は、燃料排ガス流路２８と一部共通化され、分岐路３３と分岐路３３との合流箇所よりも下流の燃料排ガス流路２８とを備える。分岐路３３には、第３開閉弁１２が設けられている。第３開閉弁１２は、制御器８０と通信可能に接続され、制御器８０により制御されるよう構成されている。なお、第３開閉弁１２は、バイパス流路上であれば、いずれの箇所に設けても構わない。例えば、分岐路３３との合流箇所よりも下流の燃料排ガス流路２８上に設けても構わない。その他の構成要素に関しては、第４実施形態の燃料電池システム２００Ｂは、燃料電池システム１００Ｂと同様に構成されている。よって、燃料電池システム２００Ｂと燃料電池システム１００Ｂとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
バイパス流路は、例えば、燃料電池システム２００Ｂの起動時に、改質器１で生成された水素含有ガスを燃料電池６に供給せずに燃焼器４に供給する際に用いられる。このとき、第３開閉弁１２が開放され、第１開閉弁８は閉止される。燃料電池システムの発電運転時には、第１開閉弁８が開放され、第３開閉弁１２は閉止されることにより、改質器１で生成された水素含有ガスは、燃料電池６へと供給される。
アンモニア除去器５の水張り処理は、燃料電池システム２００Ｂの発電運転が停止されているときに行われる。
なお、上記発電運転の停止時においては、第１の水供給器及び原料供給器の動作が停止され、これに伴い第１の水流路２１及び原料流路２２がそれぞれ遮断されている。この水張り処理において、少なくとも第３開閉弁１２が開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
つまり、本実施形態では、第２実施形態と比べると、分岐路３３が燃料電池６のアノード側流路２６に代わって流体流路の一部を構成し、第３開閉弁１２が第１開閉弁８に代わって流体流路を開放する開閉弁を構成している。
第３開閉弁１２の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。但し、燃料電池システム２００Ｂは、第３開閉弁１２を操作者が手動で開放する構成を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水張り処理においてアンモニア除去器内部に水を適切に供給できる。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第２燃料ガス流路２５、バイパス流路、燃焼器４、及び燃焼排ガス流路２９とを備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第３開閉弁１２に相当する。
（第５実施形態）
第５実施形態にかかる燃料電池システムは、第１実施形態−第４実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
上記第５実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクをさらに備え、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、水タンクに接続されていてもよい。
上記第５実施形態にかかる燃料電池システムは、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器とをさらに備え、水タンクは燃焼排ガスより除去された水が流れる流路を通じて燃焼排ガスの流路と連通しており、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本実施形態では、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例として、この流路が、改質器を経由する流路であり、水タンクの一例として、水タンクが燃焼排ガスから回収した水を貯えるタンクである場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第４実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図１０は、第５実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第５実施形態の燃料電池システム３００Ａは、第１実施形態の燃料電池システム１００Ａにおいて、水タンク９と、第４開閉弁１３と、分岐路３０と、流路３１とを備える。水タンク９は、燃焼排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放されている。分岐路３０は、燃焼排ガス流路２９より分岐して、水タンク９に接続するよう構成されている流路である。流路３１は、原料流路２２から分岐し、水タンク９に接続する流路である。第４開閉弁１３は、流路３１に設けられている。第４開閉弁１３は、制御器８０と通信可能に接続され、制御器８０により制御されるよう構成されている。その他の構成要素に関しては、第５実施形態の燃料電池システム３００Ａは、燃料電池システム１００Ａと同様に構成されている。よって、燃料電池システム３００Ａと燃料電池システム１００Ａとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
アンモニア除去器５の水抜き処理は、燃料電池システム３００Ａの発電運転が停止されているときにおいて、第２開閉弁１７を開放して行われる。なお、上記発電運転の停止時においては、第１の水供給器及び原料供給器の動作が停止され、第１の水流路２１及び原料流路２２がそれぞれ遮断されている。
この水抜き処理において、少なくとも第４開閉弁１３が開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
第４開閉弁１３の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。第２開閉弁１７の開放も、制御器８０の制御により自動的に行われることが好ましい。あるいは、燃料電池システム３００Ａは、第２開閉弁１７及び第４開閉弁１３の少なくともいずれか一方を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。また、上記第２開閉弁１７及び第４開閉弁１３のうち操作者により手動で開放されない開閉弁は、制御器８０の制御により自動的に開放される。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水抜き処理においてアンモニア除去器内部の水が適切に排出される。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第１燃料ガス流路２４、改質器１内の流路２３、原料流路２２及び流路３１を備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第４開閉弁１３に相当する。
なお、上記例において、流路３１は、アンモニア除去器５内の水抜き処理時に、アンモニア除去器５と大気とを連通させる流体流路の一部として利用されたが、その他の目的に利用しても構わない。例えば、改質器１内で上昇した圧力を大気に開放するための流体流路の一部として利用しても構わない。具体的には、燃料電池システム３００Ａの発電運転を停止しているとき、改質器１は封止される。その際に、改質器１（改質部及び蒸発部の少なくともいずれか一方）に残留した水が余熱により蒸発し、改質器１の内圧が上昇する場合がある。このとき、第４開閉弁１３を開放することで、改質器１が大気開放され、改質器１内の内圧上昇が緩和される。
または、本実施形態の燃料電池システムは、上記水抜き処理において、第４開閉弁１３を開放しているときに、燃焼用空気供給器１０を動作させてもよい。
これにより、燃焼排ガス流路２９及び分岐路３０を介してアンモニア除去器５と水タンク９とを接続する流路３１の圧力が上昇し、アンモニア除去器５の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
図１１は、第５実施形態にかかる燃料電池システムにおいて流路３１を配設する位置の例を示す模式図であり、図１１（ａ）は蒸発部が水を蒸発させると共に原料も通流させる構成の場合を示す図であり、図１１（ｂ）は蒸発部で水蒸気が生成された後、下流において水蒸気に原料が混入される場合を示す図である。
図１１では、蒸発部６１および改質部６２（図１、３、６、８、９、１０では図示が省略されている）が、改質器１の構成要素として図示されている。蒸発部６１は、第１の水供給器２と接続され、第１の水供給器２から供給される水を蒸発させて水蒸気を生成する。改質部６２は、改質触媒を備え、蒸発部６１から供給される水蒸気と原料供給器３から供給される原料とから、水素含有ガスを生成する。
図１１（ａ）は、第１の水供給器２と、原料供給器３とが、並列に蒸発部６１に接続されている構成例である。この場合において流路３１は、流路２３のうち蒸発部６１と改質部６２との間の経路（図中Ａの位置）、第１の水供給器２と蒸発部６１との間の経路（図中Ｂの位置）、原料供給器３と蒸発部６１との間の経路（図中Ｃの位置）のいずれに設けられていてもよい。流路３１が分岐する部位は、改質器１の内部でも外部でもよい。
図１１（ｂ）は、第１の水供給器２と、蒸発部６１と、改質部６２とが直列に接続され、蒸発部６１と改質部６２との間に、原料供給器３のガス出口が接続されている構成例である。この場合において流路３１は、流路２３のうち蒸発部６１と改質部６２との間の経路（図中Ｄの位置）、第１の水供給器２と蒸発部６１との間の経路（図中Ｅの位置）、原料供給器３と流路２３との間の経路（図中Ｆの位置）のいずれに設けられていてもよい。流路３１が分岐する部位は、改質器１の内部でも外部でもよい。
本実施形態においても、第１乃至４実施形態と同様の変形例が可能である。
本実施形態またはその変形例と、第２実施形態または第４実施形態またはそれらの変形例とを重畳的に実施してもよい。
（第６実施形態）
第６実施形態にかかる燃料電池システムは、第１実施形態−第５実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
ここで、上記第６実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクをさらに備え、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、水タンクに接続されていてもよい。
ここで、上記第６実施形態にかかる燃料電池システムは、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器とをさらに備え、水タンクは燃焼排ガスより除去された水が流れる流路を通じて燃焼排ガスの流路と連通しており、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本実施の形態では、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例として、この流路が、改質器を経由する流路であり、水タンクの一例として、水タンクが燃焼排ガスから回収した水を貯えるタンクである場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第５実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図１２は、第６実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第６実施形態の燃料電池システム３００Ｂは、第２実施形態の燃料電池システム１００Ｂにおいて、水タンク９と、第４開閉弁１３と、分岐路３０と、流路３１とを備える。水タンク９は、燃焼排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放されている。分岐路３０は、燃焼排ガス流路２９より分岐して、水タンク９に接続するよう構成されている流路である。流路３１は、原料流路２２から分岐し、水タンク９に接続する流路である。第４開閉弁１３は、流路３１に設けられている。第４開閉弁１３は、制御器８０と通信可能に接続され、制御器８０により制御されるよう構成されている。その他の構成要素に関しては、第６実施形態の燃料電池システム３００Ｂは、燃料電池システム１００Ｂと同様に構成されている。よって、燃料電池システム３００Ｂと燃料電池システム１００Ｂとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
アンモニア除去器５の水張り処理は、燃料電池システム３００Ｂの発電運転が停止されているときに行われる。なお、上記発電運転の停止時においては、第１の水供給器及び原料供給器の動作が停止され、第１の水流路２１及び原料流路２２がそれぞれ遮断されている。
この水張り処理において、少なくとも第４開閉弁１３が開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。
第４開閉弁１３の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。あるいは、燃料電池システム３００Ａは、第４開閉弁１３を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水張り処理においてアンモニア除去器内部に水を適切に供給できる。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第１燃料ガス流路２４、改質器１内の流路２３、原料流路２２及び流路３１を備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第４開閉弁１３に相当する。
なお、上記例において、流路３１は、アンモニア除去器５内の水抜き処理時に、アンモニア除去器５と大気とを連通させる流体流路の一部として利用されたが、その他の目的に利用しても構わない。この点については、第５実施形態と同様である。
または、本実施の形態の燃料電池システムは、上記水張り処理において、第１開閉弁１３を開放しているときに、燃焼用空気供給器１０を動作させてもよい。
かかる構成では、仮に、燃焼器よりも上流の流体流路に残留していたガスに可燃性ガスが含まれていても燃焼用空気により希釈排出されるので、水張り時に空気供給器を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
第６実施形態において流路３１を配設する位置については、第５実施形態において図１１を参照しつつ説明したような態様を採用することが可能である。
燃料電池システム３００Ｂのアンモニア除去器５の水張り処理において、第４開閉弁１３の代わりに第１開閉弁８が開放されても、アンモニア除去器５が大気開放される。この場合の動作および大気開放の仕組みは第２実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
燃料電池システム３００Ｂのアンモニア除去器５の水張り処理において、第４開閉弁１３および第１開閉弁８の両方が開放されてもよい。この場合には、アンモニア除去器５と大気との連通がさらに向上され、アンモニア除去器に、より速やかに水張りを行うことができる。
本実施形態またはその変形例と、第１実施形態または第３実施形態または第５実施形態またはそれらの変形例とを重畳的に実施してもよい。
（第７実施形態）
第７実施形態にかかる燃料電池システムは、第１実施形態−第６実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
ここで、上記第７実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクをさらに備え、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、水タンクに接続されていてもよい。
ここで、上記第７実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給器を備え、水タンクは、燃料電池より排出されたオフ酸化剤ガスより除去された水を貯えるタンクであり、制御器は、水抜き処理において開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
かかる構成により、アンモニア除去器と水タンクとを接続する流体流路の圧力が上昇し、空気供給器を動作させない場合に比べアンモニア除去器の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本実施の形態の燃料電池システムは、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例として、この流路が、改質器を経由する流路であり、水タンクの一例として、水タンクがオフ酸化剤ガスより回収した水を貯えるタンクである場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第６実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図１３は、第７実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第７実施形態の燃料電池システム４００Ａは、第１実施形態の燃料電池システム１００Ａにおいて、酸化剤ガス供給器１１と、第５開閉弁１４と、水タンク１９と、流路３２とを備える。酸化剤ガス供給器１１は、燃料電池６のカソード側流路２７に酸化剤ガスを供給する。水タンク１９は、酸化剤排ガス（オフ酸化剤ガス）より除去された水を貯留するとともに大気に開放されている。流路３２は、第１の水流路２１から分岐し、水タンク１９に接続する流路である。第４開閉弁１３は、流路３２に設けられている。
なお、流路３２は、図１１のＢまたはＥの位置から分岐する流路が例示される。流路３２には、第５開閉弁１４が設けられている。第５開閉弁１４は、制御器８０と通信可能に接続されている。その他の構成要素に関しては、第７実施形態の燃料電池システム４００Ａは、燃料電池システム１００Ａと同様に構成されている。よって、燃料電池システム４００Ａと燃料電池システム１００Ａとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
なお、流路３２は、改質部６２へ反応物を供給する流路であればいずれの箇所から分岐してもよく、その分岐位置は図１３のものに限定されず、例えば、図１１のＡ〜Ｆのいずれの位置であってもよい。
燃料電池システム４００Ａの水抜き処理は、燃料電池システム４００Ａの発電運転が停止されているときにおいて、第２開閉弁１７を開放して行われる。この水抜き処理において、少なくとも第５開閉弁１４が開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
第５開閉弁１４の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。第２開閉弁１７の開放も、制御器８０の制御により自動的に行われることが好ましい。あるいは、燃料電池システム４００Ａは、第２開閉弁１７及び第５開閉弁１４の少なくともいずれか一方を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。また、上記第２開閉弁１７及び第５開閉弁１４のうち操作者により手動で開放されない開閉弁は、制御器８０の制御により自動的に開放される。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水抜き処理においてアンモニア除去器内部の水が適切に排出される。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第１燃料ガス流路２４、改質器１内の流路２３、第１の水流路２１、及び流路３２を備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第５開閉弁１４に相当する。
なお、上記例において、流路３２は、アンモニア除去器５内の水抜き処理時に、アンモニア除去器５と大気とを連通させる流体流路の一部として利用されたが、その他の目的に利用しても構わない。例えば、改質器１内で上昇した圧力を大気に開放するための流体流路の一部として利用しても構わない。具体的には、燃料電池システム３００Ａの発電運転を停止しているとき、改質器１は封止される。その際に、改質器１（改質部及び蒸発部の少なくともいずれか一方）に残留した水が余熱により蒸発し、改質器１の内圧が上昇する場合がある。このとき、第５開閉弁１４を開放することで、改質器１が大気開放され、改質器１内の内圧上昇が緩和される。
または、本実施の形態の燃料電池システムは、上記水抜き処理において、第５開閉弁１４を開放しているときに、酸化剤ガス供給器１１を動作させてもよい。
これにより、アンモニア除去器５と水タンク１９とを接続する流体流路の圧力が上昇し、アンモニア除去器５の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
（第８実施形態）
第８実施形態にかかる燃料電池システムは、第１実施形態−第７実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
ここで、上記第８実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクをさらに備え、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、水タンクに接続されていてもよい。
ここで、上記第８実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給器を備え、水タンクは、燃料電池より排出されたオフ酸化剤ガスより除去された水を貯えるタンクであり、制御器は、水張り処理において開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
かかる構成では、仮に、燃焼器よりも上流の流体流路に残留していたガスに可燃性ガスが含まれていても燃焼用空気により希釈排出されるので、水張り時に空気供給器を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本実施の形態の燃料電池システムは、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例として、この流路が、改質器を経由する流路であり、水タンクの一例として、水タンクがオフ酸化剤ガスより回収した水を貯えるタンクである場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第７実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図１４は、第８実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第８実施形態の燃料電池システム４００Ｂは、第２実施形態の燃料電池システム１００Ｂにおいて、酸化剤ガス供給器１１と、第５開閉弁１４と、水タンク１９と、流路３２とを備える。酸化剤ガス供給器１１は、燃料電池６のカソード側流路２７に酸化剤ガスを供給する。水タンク１９は、酸化剤排ガス（オフ酸化剤ガス）より除去された水を貯留するとともに大気に開放されている。流路３２は、第１の水流路２１から分岐し、水タンク１９に接続する流路である。第４開閉弁１３は、流路３２に設けられている。
なお、流路３２は、図９のＢまたはＥの位置から分岐する流路が例示される。流路３２には、第５開閉弁１４が設けられている。第５開閉弁１４は、制御器８０と通信可能に接続されている。その他の構成要素に関しては、第８実施形態の燃料電池システム４００Ｂは、燃料電池システム１００Ｂと同様に構成されている。よって、燃料電池システム４００Ｂと燃料電池システム１００Ｂとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
なお、流路３２は、改質部６２へ反応物を供給する流路であればいずれの箇所から分岐してもよく、その分岐位置は図１４のものに限定されず、例えば、図１１のＡ〜Ｆのいずれの位置に設けられてもよい。
燃料電池システム４００Ｂのアンモニア除去器５の水張り処理は、燃料電池システム４００Ｂの発電運転が停止されているときにおいて、第５開閉弁１４を開放して行われる。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
第５開閉弁１４の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。あるいは、燃料電池システム４００Ｂは、第５開閉弁１４を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水張り処理においてアンモニア除去器内部へ水が適切に供給される。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第１燃料ガス流路２４、改質器１内の流路２３、第１の水流路２１、及び流路３２を備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第５開閉弁１４に相当する。
なお、上記例において、流路３２は、アンモニア除去器５内の水張り処理時に、アンモニア除去器５と大気とを連通させる流体流路の一部として利用されたが、その他の目的に利用しても構わない。この点については、第７実施形態と同様である。
または、本実施の形態の燃料電池システムは、上記水張り処理において、第５開閉弁１４を開放しているときに、酸化剤ガス供給器１１を動作させてもよい。
これにより、仮に、水タンク１９よりも上流の流体流路に残留していたガスに可燃性ガスが含まれていても酸化剤ガスにより希釈排出されるので、水張り時に酸化剤ガス供給器１１を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
［変形例］
第８実施形態の変形例にかかる燃料電池システムは、上記第８実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器が、アンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁の開放時に酸化剤ガスとして空気を供給する空気供給器を動作させるように構成されている。
水張り処理時には、水タンクに至るまでの流体流路内に残留しているガスが押し出され、水タンク内に流入し、水タンクを介して大気に排出される。仮に、水タンク１９よりも上流の流体流路に残留していたガスに可燃性ガスが含まれていても酸化剤ガスにより希釈排出されるので、水張り時に酸化剤ガス供給器１１を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
ここで、「開閉弁の開放時に酸化剤ガスとして空気を供給する空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において酸化剤ガス供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁を開放している期間において連続的に酸化剤ガス供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
ここで、燃料電池システムを上記のように構成することで、仮に、上記流体流路内の残留ガスに可燃性ガスが含まれていても水タンクに供給される空気により水タンクに流入したガスが希釈排出されるので、空気供給器を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第８実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つ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の具体的な構成について説明する。
本変形例の燃料電池システムは、実施の形態８と同様の構成を備える。
本変形例の燃料電池システムは、制御器８０は、水張り処理において、第５開閉弁１４を開放している時に酸化剤ガス供給器１１を動作させるよう構成されている。水張り処理においては、アンモニア除去器５に流入する水の体積相当分のガスが流路３２を介して水タンク１９内に流入する。水タンク１９内に流入したガスは、酸化剤ガス供給器１１の動作に伴い水タンク１９に流入する空気により希釈され、水タンク１９の排気口より排出される。従って、本変形例における封止されていたガスの希釈は、第２実施形態の第１変形例と比較すると、燃焼用空気供給器１０に代えて酸化剤ガス供給器１１を用いる点が異なり、これ以外の点は、酸化剤ガス供給器１１の操作量の設定も含めて、第２実施形態の第１変形例と同じである。それ故、その説明を省略する。
かかる構成によれば、第５開閉弁１４の開放時に酸化剤ガス供給器１１を動作させない場合に比べ、より安全性が向上する。
（第９実施形態）
第９実施形態にかかる燃料電池システムは、第１実施形態−第８実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
ここで、上記第９実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクをさらに備え、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、水タンクに接続されていてもよい。
ここで、上記第９実施形態にかかる燃料電池システムは、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器とをさらに備え、水タンクは燃焼排ガスより除去された水が流れる流路を通じて燃焼排ガスの流路と連通しており、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本実施の形態の燃料電池システムは、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例として、この流路が、改質器を経由する流路であり、水タンクの一例として、水タンクが燃料排ガスから回収した水を貯えるタンクである場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第８実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図１５は、第９実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第９実施形態の燃料電池システム５００Ａは、第１実施形態の燃料電池システム１００Ａにおいて、第６開閉弁１５と、水タンク２０と、流路３４とを備える。水タンク２０は、燃料排ガスより除去された水を貯留するとともに大気に開放されている。流路３４は、第１の水流路２１から分岐し、水タンク２０に接続する流路である。第６開閉弁１５は、流路３４に設けられている。
なお、流路３４は、図１１のＢまたはＥの位置から分岐する流路が例示される。流路３４には、第６開閉弁１５が設けられている。第６開閉弁１５は、制御器８０と通信可能に接続されている。その他の構成要素に関しては、第９実施形態の燃料電池システム５００Ａは、燃料電池システム１００Ａと同様に構成されている。よって、燃料電池システム５００Ａと燃料電池システム１００Ａとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
なお、流路３４は、改質部６２へ反応物を供給する流路であればいずれの箇所から分岐してもよく、その分岐位置は図１５のものに限定されず、例えば、図１１のＡ〜Ｆのいずれの位置に設けられてもよい。
燃料電池システム５００Ａの水抜き処理は、燃料電池システム５００Ａの発電運転が停止されているときにおいて、第２開閉弁１７を開放して行われる。この水抜き処理において、少なくとも第６開閉弁１５が開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
第６開閉弁１５の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。第２開閉弁１７の開放も、制御器８０の制御により自動的に行われることが好ましい。あるいは、燃料電池システム５００Ａは、第２開閉弁１７及び第６開閉弁１５の少なくともいずれか一方を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。また、上記第２開閉弁１７及び第６開閉弁１５のうち操作者により手動で開放されない開閉弁は、制御器８０の制御により自動的に開放される。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水抜き処理においてアンモニア除去器内部の水が適切に排出される。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第１燃料ガス流路２４、改質器１内の流路２３、第１の水流路２１、及び流路３４を備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器５と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第６開閉弁１５に相当する。
なお、上記例において、流路３４は、アンモニア除去器５内の水抜き処理時に、アンモニア除去器５と大気とを連通させる流体流路の一部として利用されたが、その他の目的に利用しても構わない。例えば、改質器１内で上昇した圧力を大気に開放するための流体流路の一部として利用しても構わない。具体的には、燃料電池システム５００Ａの発電運転を停止しているとき、改質器１は封止される。その際に、改質器１（改質部及び蒸発部の少なくともいずれか一方）に残留した水が余熱により蒸発し、改質器１の内圧が上昇するため、第６開閉弁１５を開放することで、改質器１が大気開放され、改質器１内の内圧上昇が緩和される。
または、本実施の形態の燃料電池システムは、上記水抜き処理において、第６開閉弁１５を開放しているときに、燃焼用空気供給器１０を動作させてもよい。
これにより、アンモニア除去器５と燃焼器４とを接続する流体流路の圧力が上昇し、アンモニア除去器５の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
（第１０実施形態）
第１０実施形態にかかる燃料電池システムは、第１実施形態−第９実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
ここで、上記第９実施形態にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクをさらに備え、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路は、水タンクに接続されていてもよい。
ここで、上記第１０実施形態にかかる燃料電池システムは、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器とをさらに備え、水タンクは燃焼排ガスより除去された水が流れる流路を通じて燃焼排ガスの流路と連通しており、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
ここで、「開閉弁の開放時に空気供給器を動作させる」とは、開閉弁を開放している期間の少なくとも一部において空気供給器を動作させればよいことを意味する。例えば、開閉弁の開放している期間において連続的に空気供給器を動作させてもよいし、間欠的に動作させてもよいし、一部の期間においてのみ動作させてもよい。
本実施の形態の燃料電池システムは、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路の一例として、この流路が、改質器を経由する流路であり、水タンクの一例として、水タンクが燃料排ガスから回収した水を貯えるタンクである場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態−第９実施形態及びこれらの変形例の少なくともいずれか一つと同様に構成されていてもよい。
図１６は、第１０実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
第１０実施形態の燃料電池システム５００Ｂは、第２実施形態の燃料電池システム１００Ｂにおいて、第６開閉弁１５と、水タンク２０と、流路３４とを備える。水タンク２０は、燃料排ガスより除去された水を貯留するとともに大気に開放されている。流路３４は、第１の水流路２１から分岐し、水タンク２０に接続する流路である。第６開閉弁１５は、流路３４に設けられている。
流路３４は、図７のＢまたはＥの位置から分岐する流路が例示される。流路３４には、第６開閉弁１５が設けられている。第６開閉弁１５は、制御器８０と通信可能に接続されている。その他の構成要素に関しては、第１０実施形態の燃料電池システム５００Ｂは、燃料電池システム１００Ｂと同様に構成されている。よって、燃料電池システム５００Ｂと燃料電池システム１００Ｂとで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
なお、流路３４は、改質部６２へ反応物を供給する流路であればいずれの箇所から分岐してもよく、その分岐位置は図１５のものに限定されず、例えば、図１１のＡ〜Ｆのいずれの位置に設けられてもよい。
燃料電池システム５００Ｂの水張り処理は、燃料電池システム５００Ｂの発電運転が停止されているときにおいて、第６開閉弁１５を開放して行われる。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
第６開閉弁１５の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。但し、燃料電池システム５００Ｂは、第６開閉弁１５を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水張り処理においてアンモニア除去器内部へ水が適切に供給される。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、第１燃料ガス流路２４、改質器１内の流路２３、第１の水流路２１、及び流路３４を備える。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器５と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第６開閉弁１５に相当する。
なお、上記例において、流路３４は、アンモニア除去器５内の水抜き処理時に、アンモニア除去器５と大気とを連通させる流体流路の一部として利用されたが、その他の目的に利用しても構わない。この点については、第９実施形態と同様である。
または、本実施の形態の燃料電池システムは、上記水張り処理において、第６開閉弁１５を開放しているときに、燃焼用空気供給器１０を動作させてもよい。
かかる構成により、仮に、燃焼器４よりも上流の流体流路に残留していたガスに可燃性ガスが含まれていても燃焼用空気により希釈排出されるので、水張り時に燃焼器４を動作させない場合に比べ、安全性が向上する。
本実施形態またはその変形例と、第１実施形態または第３実施形態または第５実施形態または第７実施形態または第９実施形態またはそれらの変形例とを重畳的に実施してもよい。
（その他の変形例）
上記第１乃至第１０実施形態では、水素含有ガス生成部が改質器１のみを備える構成を例示したが、水素含有ガス生成部が改質器１に加えて、変成器、酸化器、メタン化反応器等を備えてもよい。ここで、よく知られているように、変成器は水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減し、酸化器は水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減し、メタン化反応器は水素含有ガス中の一酸化炭素をメタン化反応により低減する。かかる構成では、これらの反応器はアンモニア除去器５と燃料電池６との間に配置され、これらの反応に用いる触媒がアンモニアによって被毒されるのが軽減される。
上記第１乃至第１０実施形態では、水蒸気改質方式による改質器１を例示したが、改質器は、水蒸気改質方式、オートサーマル方式、部分酸化方式、又はこれらを組み合わせた方式のいずれによる改質器でもよい。
上記第１乃至第１０実施形態では、燃焼器４は改質器１を加熱するよう構成されているが、燃焼器はオフガスを燃焼する機能を有すればよく、必ずしも改質器を加熱する必要はない。そのような場合として、例えば、改質器１を他の加熱器によって加熱する場合、改質器が改質用の熱を外部から供給する必要がないよう構成されている場合等が挙げられる。燃焼器はバーナには限定されず、触媒燃焼器等であってもよい。
（第１１実施形態）
第１１実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガスを水と接触させることで燃料電池に供給される前の水素含有ガス中のアンモニアを除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水抜き処理および水張り処理の少なくともいずれか一方において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
上記流体流路は、水素含有ガスが流れる流路であり、流体流路には水素含有ガスの漏れを抑制するための安全機構を複数備える。
また、第１１実施形態の燃料電池システムは、改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器とをさらに備え、流体流路は、アンモニア除去器と燃焼器とを連通する流路であり、制御器は、水抜き処理において、上記開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されている。
かかる構成により、水抜き処理においては、アンモニア除去器と燃焼器とを接続する流体流路の圧力が上昇し、アンモニア除去器の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
図１７は、第１１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
なお、燃料電池システム６００Ａは、第１実施形態と同様、第１の水供給器（図示せず）および原料供給器（図示せず）を備えている。
安全機構５０は、アンモニア除去器５の上部に設けられた開口部に連通する大気開放された流路を備え、該流路には第７開閉弁５１と、第８開閉弁５２とが設けられている。第７開閉弁５１と、第８開閉弁５２とは、制御器８０に通信可能に接続され、制御器８０によって開閉される。制御器８０は、少なくともアンモニア除去器５の内部を水素含有ガスが流れているとき、第７開閉弁５１および第８開閉弁５２の両方を閉じるように制御する。
上記構成により、仮に、第７開閉弁５１が故障しており、閉止されなくても、第８開閉弁５２が閉止されれば、水素含有ガスが大気中に漏れ出すことはない。また、上記構成により、仮に、第８開閉弁５２が故障しており、閉止されなくても、第７開閉弁５１が閉止されれば、水素含有ガスが大気中に漏れ出すことはない。
本実施の形態の燃料電池システムのように、アンモニア除去器５と大気とを連通する流体流路が、水素含有ガスが大気に放出されるよう構成されているとともに、流体流路には、二重の安全機構を設けることが好ましい。
本実施形態では、燃料電池システム６００Ａの水抜き処理が、燃料電池システム６００Ａの発電運転が停止されているときにおいて、第２開閉弁１７を開放して行われる。この水抜き処理において、少なくとも第７開閉弁５１と第８開閉弁５２とが開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
または、本実施の形態の燃料電池システムは、上記水抜き処理において、第７開閉弁５１及び第８開閉弁５２が開放されているときに、燃焼用空気供給器１０を動作させてもよい。
これにより、アンモニア除去器５と燃焼器４とを接続する流体流路の圧力が上昇し、アンモニア除去器５の内部に滞留している水をさらに効率的に抜くことができる。
上記構成以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００Ａと同様の構成であるので、図１７と図１とで共通する構成要素には同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
第７開閉弁５１及び第８開閉弁５２の開放は、制御器８０の制御により自動的に行なわれることが好ましい。第２開閉弁１７の開放も、制御器８０の制御により自動的に行われることが好ましい。あるいは、燃料電池システム５００Ａは、第２開閉弁１７と、第７開閉弁５１及び第８開閉弁の少なくともいずれか一方を操作者が手動で開放する形態を採用しても構わない。なお、この場合、操作者により手動で開放される開閉弁は、筐体８８の外部に設けられることが好ましい。また、上記第２開閉弁１７及び第６開閉弁１５のうち操作者により手動で開放されない開閉弁は、制御器８０の制御により自動的に開放される。
かかる構成および動作により、アンモニア除去器の水抜き処理においてアンモニア除去器内部の水が適切に排出される。
本実施の形態の燃料電池システム６００Ａは、水張り処理が、燃料電池システム６００Ａの発電運転が停止されているときにおいて、第２の水供給器７を動作させて行われる。この水張り処理において、少なくとも第７開閉弁５１と第８開閉弁５２とが開放される。なお、第１開閉弁８は、開放されても閉止されてもいずれであっても構わない。
上記構成以外は、第２実施形態の燃料電池システム２００Ａと同様の構成であるので、図１７と図３とで共通する構成要素には同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
本実施形態の燃料電池システムにおいて、流体流路は、アンモニア除去器５の上部に設けられた開口部に連通する大気開放された流路である。そして、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁は、第７開閉弁５１及び第８開閉弁５２に相当する。
なお、上述の説明では、水張り処理および水抜き処理の両方を行う構成について説明したが、水張り処理および水抜き処理いずれか一方のみを行う構成を採用してもよい。すなわち、水張り処理および水抜き処理の少なくともいずれか一方を行う構成であればよい。
［変形例］
第１１実施形態の変形例の燃料電池システムは、上記流体流路が、水素含有ガスが流れる流路であり、改質器から燃焼器に至るまでの流路より分岐した分岐路を備える。
図１８は、第１１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
本変形例の燃料電池システム６００Ｂでは、第２燃料ガス流路２５に分岐路が設けられ、この分岐路に、安全機構５０が設けられている。
上記構成以外は、第１１実施形態の燃料電池システム６００Ａと同様の構成であるので、図１８と図１７とで共通する構成要素には同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
なお、上記分岐路は、改質器１から燃焼器４に至るまでの水素含有ガスが流れる流路より分岐するよう構成されていれば、いずれの箇所から分岐しても構わない。例えば、分岐路が、燃料排ガス流路２８に設けられていてもよい。
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。従って、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態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。
本発明の燃料電池システムは、アンモニア除去器の水張り及び水抜き処理の少なくともいずれか一方を適切に実行する燃料電池システムとして有用である。
１ 改質器
２ 第１の水供給器
３ 原料供給器
４ 燃焼器
５、５’ アンモニア除去器
６ 燃料電池
７ 第２の水供給器
８ 第１開閉弁
９ 水タンク
１０ 燃焼用空気供給器
１１ 酸化剤ガス供給器
１２ 第３開閉弁
１３ 第４開閉弁
１４ 第５開閉弁
１５ 第６開閉弁
１６ 水散布器
１７ 第２開閉弁
１９ 水タンク
２０ 水タンク
２１ 第１の水流路
２２ 原料流路
２３ 流路
２４ 第１燃料ガス流路
２５ 第２燃料ガス流路
２６ アノード側流路
２７ カソード側流路
２８ 燃料排ガス流路
２９ 燃焼排ガス流路
３０ 分岐路
３１、３２、３４ 流路
３３ 分岐路
４２ 給水路
５０ 安全機構
５１ 第１安全弁
５２ 第２安全弁
６１ 蒸発部
６２ 改質部
７４ 水循環流路
７５ 水供給器
８０ 制御器
８８ 筐体
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 燃料電池システム

Claims (10)

  1. 原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、
    水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
    前記改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを前記燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、
    前記改質器及び前記燃焼器の少なくともいずれか一方を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、
    前記流体流路に設けられ前記アンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、
    前記アンモニア除去器の水抜き処理および水張り処理の少なくともいずれか一方において、前記開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える、燃料電池システム。
  2. 前記流体流路は、前記燃焼器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを通流させる燃料排ガス流路を備え、
    前記開閉弁は、前記燃料排ガス流路に設けられている、
    請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記流体流路は、前記燃焼器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器へと前記水素含有ガスを供給するためのバイパス流路を備え、
    前記開閉弁は、前記バイパス流路に設けられている、
    請求項１または２記載の燃料電池システム。
  4. 前記流体流路は、前記改質器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、前記改質器に供給される原料が流れる原料流路から分岐した流路を備え、
    前記開閉弁は、前記原料流路から分岐した前記流路に設けられている、
    請求項１ないし３のいずれか記載の燃料電池システム。
  5. 前記流体流路は、前記改質器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、水蒸気を生成して前記改質器へと供給する蒸発器に水を供給する水供給路から分岐した流路を備え、
    前記開閉弁は、前記水供給路から分岐した前記流路に設けられている、
    請求項１ないし３のいずれか記載の燃料電池システム。
  6. 前記燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクを備え、前記流体流路は、前記水タンクに接続されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  7. 前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器をさらに備え、
    前記流体流路は、アンモニア除去器より下流かつ前記燃焼器を経由する流路であり、
    前記制御器は、前記開閉弁の開放時に前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  8. 前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器をさらに備え、
    前記水タンクは前記燃焼器から排出される燃焼排ガスより除去された水が流れる流路を通じて前記燃焼排ガスの流路と連通しており、
    前記制御器は、前記開閉弁の開放時に前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
  9. 前記燃料電池に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給器を備え、
    前記水タンクは、前記燃料電池より排出されたオフ酸化剤ガスより除去された水を貯えるタンクであり、
    前記制御器は、前記開閉弁の開放時に前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
  10. アンモニア除去器により改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するステップと、
    前記アンモニア除去器内の水を燃料電池システム外部に排出する水抜き処理および前記アンモニア除去器内に水を張る水張り処理の少なくともいずれか一方を行うステップと、
    前記水抜き処理および前記水張り処理の少なくともいずれか一方において、前記改質器及び前記水素含有ガスを燃焼する燃焼器の少なくともいずれか一方を経由して前記アンモニア除去器を大気と連通させる流体流路に設けられ前記アンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁を開放するステップとを有する、燃料電池システムの運転方法。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012002926A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Utc Power Corporation Steam/carbon ratio detection and control
US9634344B2 (en) 2012-04-06 2017-04-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Hydrogen purifier, hydrogen generation apparatus, and fuel cell system
JP7115175B2 (ja) * 2018-09-20 2022-08-09 トヨタ自動車株式会社 コミュニティシステム及び水素製造方法
CN113811512A (zh) * 2019-01-02 2021-12-17 撒马利亚艾瑞尔大学 产生副产品氨并将氨用作二次燃料的固体氧化物燃料电池装置
KR102635519B1 (ko) 2019-07-10 2024-02-07 베이징 바이트댄스 네트워크 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 비디오 코딩에서 인트라 블록 카피를 위한 샘플 식별
US11994061B2 (en) 2021-05-14 2024-05-28 Amogy Inc. Methods for reforming ammonia
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
KR20240020274A (ko) 2021-06-11 2024-02-14 아모지 인크. 암모니아의 가공처리를 위한 시스템 및 방법
US11539063B1 (en) 2021-08-17 2022-12-27 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
US11912574B1 (en) 2022-10-06 2024-02-27 Amogy Inc. Methods for reforming ammonia
US11795055B1 (en) 2022-10-21 2023-10-24 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11866328B1 (en) 2022-10-21 2024-01-09 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11273704A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池装置
JP2003031247A (ja) * 2001-07-12 2003-01-31 Osaka Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池発電システム
JP2007258020A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Osaka Gas Co Ltd 固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステムの停止方法
JP2007284265A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 T Rad Co Ltd 改質システムの停止方法
JP2008202887A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱回収システムおよびその運転方法。

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02132767A (ja) 1988-11-11 1990-05-22 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムの停止方法
US5200278A (en) * 1991-03-15 1993-04-06 Ballard Power Systems, Inc. Integrated fuel cell power generation system
US6376113B1 (en) * 1998-11-12 2002-04-23 Idatech, Llc Integrated fuel cell system
US6815106B1 (en) * 2000-05-31 2004-11-09 General Motors Corporation Fuel cell having dynamically regulated backpressure
JP2005298249A (ja) 2004-04-08 2005-10-27 T Rad Co Ltd 改質ガス供給装置および供給方法
JP2005327638A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 T Rad Co Ltd アンモニアの除去方法および除去装置
JP5063986B2 (ja) * 2006-03-30 2012-10-31 株式会社ティラド 改質システムの停止方法およびその改質システム
JP2010504613A (ja) * 2006-09-20 2010-02-12 ユーティーシー パワー コーポレイション 燃料電池の燃料反応物流用の不純物分離器および分離ループ
JP2009143768A (ja) 2007-12-14 2009-07-02 T Rad Co Ltd 改質ガス供給装置および供給方法
WO2011158495A1 (ja) * 2010-06-15 2011-12-22 パナソニック株式会社 燃料電池システムの運転方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11273704A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池装置
JP2003031247A (ja) * 2001-07-12 2003-01-31 Osaka Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池発電システム
JP2007258020A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Osaka Gas Co Ltd 固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステムの停止方法
JP2007284265A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 T Rad Co Ltd 改質システムの停止方法
JP2008202887A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱回収システムおよびその運転方法。

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