(57)【要約】【課題】燃料電池システムの排水経路が通流閉塞された場合に、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部を必要な高さに配置することなく、確実に異常経路を検出することのできる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１００において、燃焼器２と、燃焼器２に燃焼空気を供給する空気供給装置１と、燃料電池４と、燃焼器２から排出された燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路５を備えている。また、第１連通経路７、第２連通経路８、および、排水経路６は、貯水経路１０を備えており、それらを介して水封される水封構成を有している。燃料電池４から燃焼器２までの経路である、可燃ガス経路９と第１連通経路７との分岐部は、排気経路５と第２連通経路８との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Ｈから同一高さの間に位置するように構成されている。【選択図】図１
2020136108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料から水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、
前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、
前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を通流する第１連通経路と、
前記第１連通経路と前記凝縮水を貯留可能な貯水経路を介して接続される第２連通経路と、
前記貯水経路に設けられ、前記貯水経路に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記貯水経路から排水する排水経路と、
前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、
前記第１連通経路、前記第２連通経路、および、前記排水経路は、少なくとも前記貯水経路を介して水封される水封構成を有しており、
前記可燃ガス経路と前記第１連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第２連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Ｈから同一高さの間に位置するように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
原料から水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、
前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、
前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を貯める水タンクと、
前記可燃ガス経路および前記水タンクを接続し、前記凝縮水を流通する第１連通経路と、
前記排気経路および前記水タンクを接続する第２連通経路と、
前記水タンク内に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記水タンクから排水する排水経路と、
前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、
前記第１連通経路は前記水タンクの水位よりも低い位置で前記水タンクと接続され、前記第１連通経路、前記第２連通経路、および、前記排水経路は、前記水タンクに水が溜まることにより水封される水封構成を有しており、
前記可燃ガス経路と前記第１連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第２連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Ｈから同一高さの間に位置するように構成されている、燃料電池システム。
【請求項３】
前記空気供給量検出手段の検出値が所定の変動幅を越えた場合、前記燃焼器に供給する前記アノード排ガスの供給量を制限する制御部を備えた、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出した場合、前記燃料電池の発電出力を所定の閾値以下に抑え、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスを抑制する、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１連通経路に開閉弁を備え、
前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出した場合、前記開閉弁を閉止し、前記第１連通経路の前記開閉弁よりも上流側に溜まった凝縮水が前記可燃ガス経路と前記第１連通経路との分岐部に達することにより、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスの供給を抑制する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記空気供給量検出手段は、前記空気供給装置と前記燃焼器との間に設けられた流量検出器である、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記空気供給装置はファンを備えており、前記空気供給量検出手段は前記ファンの回転数検出手段であり、前記ファンの回転数検出結果に基づいて前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出する、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記空気供給量検出手段は、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の圧力検出器であり、前記燃焼用空気の圧力検出結果に基づいて、前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出する、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器と、燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給装置と、燃料電池と、燃焼器から排出された燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路とを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムは排水経路が通流閉塞された場合に、その異常経路を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６に従来の燃料電池システム２００を示すものである。図６に示すように、燃料電池システムは、原料から水素含有ガスを生成する水素生成器４０１と、水素生成器４０１で生成された水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池４０２と、燃料電池４０２から可燃ガス経路４０３を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器４０４を備えている。燃焼器４０４から排出された燃焼排ガスは、排気経路４０５を通流して大気中に排出される。
【０００４】
また、燃料電池システム２００は、アノード排ガス中の水分が凝縮された凝縮水を貯める水タンク４０６と、可燃ガス経路４０３および水タンク４０６を接続し、凝縮水を通流する第１連通経路４０７と、排気経路４０５および水タンク４０６を接続する第２連通経路４０８を備えている。水タンク４０６内に所定水位以上に溜まった凝縮水は、排水経路４０９から排出される。
【０００５】
第１連通経路４０７、第２連通経路４０８、および、排水経路４０９は、少なくとも水タンク４０６に水が溜まることにより、水タンク４０６を介して水封される水封構成を形成している。
【０００６】
そして、制御器４１１は、燃焼検出器４１２からの出力によって、燃焼器４０４が消火されたことを検出した場合に、異常と判定する、および運転を停止する、のうち、少なくとも１つの動作を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−１４７０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の構成では、排水経路が通流閉塞された場合に、その異常経路を検出するためには、可燃ガス経路の分岐部から、排気経路の分岐部までの高さＨを一定以上確保する必要がある。具体的には、燃料電池システムの運転時の、燃焼器と燃料電池との最高圧力損失をＡ（ｋＰａ）とした場合、１（ｋＰａ）＝１０２（ｍｍＨ２Ｏ）であるため、Ａ×１０２（ｍｍ）とも表される。したがって、可燃ガス経路の分岐部から、排気経路の分岐部までの高さＨが、Ａ×１０２（ｍｍ）よりも大きくなるように構成することが好ましいとされる。
【０００９】
しかしながら、狭小住宅の増加に伴い燃料電池の小型化の需要が高まり、高さＨをＡ×１０２（ｍｍ）よりも大きく構成することは困難となる。
【００１０】
本発明は、燃料電池システムが小型化した場合であっても排水経路が通流閉塞された場合に、その異常経路を検出するという課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前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、空気供給装置から供給される燃焼用空気の変動を検出すると燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを抑制するものである。
【００１２】
これによれば、燃料電池システムの小型化に伴い十分な高さＨを確保できない場合であっても、排水経路が通流閉塞された場合にその異常経路を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムの小型化に伴い十分な高さＨを確保できない場合であっても、排水経路が通流閉塞された場合にその異常経路を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の変形例１における燃料電池システムの構成図の一例
【図３】本発明の実施形態において排水経路の通流が正常な状態
【図４】本発明の実施形態において排水経路の通流が閉塞された状態
【図５】本発明の実施形態において排水経路の通流が閉塞され、水が排気経路に到達した状態
【図６】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明の燃料電池システムは、原料から水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を通流する第１連通経路と、前記第１連通経路と前記凝縮水を貯留可能な貯水経路を介して接続される第２連通経路と、前記貯水経路に設けられ、前記貯水経路に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記貯水経路から排水する排水経路と、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、前記第１連通経路、前記第２連通経路、および、前記排水経路は、少なくとも前記貯水経路を介して水封される水封構成を有しており、前記可燃ガス経路と前記第１連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第２連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Ｈから同一高さの間に位置するように構成されているものである。
【００１６】
第１の発明の燃料電池システムによれば、排水経路が通流閉塞して貯水経路から所定水位以上に貯まった水が排水できなくなったときに、水分が排気経路に浸入し、空気供給装置が燃焼器に供給する燃焼用空気の供給量が変動するので、排水経路の通流閉塞の異常を、確実に検出することができる。
【００１７】
第２の発明の燃料電池システムは、原料から水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を貯める水タンクと、前記可燃ガス経路および前記水タンクを接続し、前記凝縮水を流通する第１連通経路と、前記排気経路および前記水タンクを接続する第２連通経路と、前記水タンク内に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記水タンクから排水する排水経路と、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、前記第１連通経路は前記水タンクの水位よりも低い位置で前記水タンクと接続され、前記第１連通経路、前記第２連通経路、および、前記排水経路は、前記水タンクに水が溜まることにより水封される水封構成を有しており、前記可燃ガス経路と前記第１連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第２連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Ｈから同一高さの間に位置するように構成されたものである。
【００１８】
第２の発明の燃料電池システムによれば、排水経路が通流閉塞して水タンクから排水できなくなったときに、水分が排気経路に浸入し、空気供給装置が燃焼器に供給する燃焼用空気の供給量が変動するので、排水経路の通流閉塞の異常を、確実に検出することができる。
【００１９】
第３の発明の燃料電池システムは、特に第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給量検出手段の検出値が所定の変動幅を越えた場合、前記燃焼器に供給する前記アノード排ガスの供給量を制限する制御部を備えたものである。
【００２０】
第３の発明の燃料電池システムによれば、制御部が排水経路の流通閉塞を検出したとき、燃焼器に供給するアノード排ガスの供給量を制限する。これにより、アノード排ガスによる第１連通経路への負荷を小さくする。これにより、第１連通経路の水位が上昇し、第１連通経路と可燃ガス経路の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路を通流し、燃焼器へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を検出して燃料電池の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。
【００２１】
第４の発明の燃料電池システムは、特に第３の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される空気の変動を検出した場合、前記燃料電池の発電出力を所定の閾値以下に抑え、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスを抑制するものである。
【００２２】
第４の発明の燃料電池システムによれば、制御部が排水経路の流通閉塞を検出したとき、燃料電池の発電量を所定の閾値以下に抑えることで、燃焼器に供給するアノード排ガスの供給量を制限する。これにより、アノード排ガスによる第１連通経路への負荷を小さくする。これにより、第１連通経路の水位が上昇し、第１連通経路と可燃ガス経路の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路を通流し、燃焼器へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を検出して燃料電池の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。また、燃料電池の発電量によりアノード排ガスの供給量を抑制して燃焼排ガスの排出量を低下させるので、燃料電池システムを安定に保ちながら、排気経路の通流閉塞の影響を抑えることができる。
【００２３】
第５の発明の燃料電池システムは、特に第３の発明の燃料電池システムにおいて、前記第１連通経路に開閉弁を備え、前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出した場合、前記開閉弁を閉止し、前記第１連通経路の前記開閉弁よりも上流側に溜まった凝縮水が前記可燃ガス経路と前記第１連通経路との分岐部に達することにより、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスの供給を抑制するものである。
【００２４】
第５の発明の燃料電池システムによれば、制御部が開閉弁を閉止することで、可燃ガス経路からの第１連通経路に通流する凝縮水を開閉弁でせき止める。これにより、第１連通経路の水位が上昇し、第１連通経路と可燃ガス経路の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路を通流し、燃焼器へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を検出して燃料電池の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。
【００２５】
第６の発明の燃料電池システムは、特に第１から第５の発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給量検出手段を、前記空気供給装置と前記燃焼器との間に設けられた流量検出器としたものである。
【００２６】
第６の発明の燃料電池システムによれば、流量検出器により空気供給装置から燃焼器に供給される燃焼用空気の変動を確実に検出することができる。
【００２７】
第７の発明の燃料電池システムは、特に第１から第５の発明の燃料電池システムにおいて、空気供給装置はファンを備えており、空気供給量検出手段はファンの回転数検出手段であり、ファンの回転数検出結果に基づいて空気供給装置から供給される燃焼用空気の変動を検出する構成としたものである。
【００２８】
第７の発明の燃料電池システムによれば、流量検出器をファンの回転数検出手段としたので、燃焼用空気の供給量を変動の検出に新たな検出手段を設ける必要がなく、燃料電池システムを簡略化できる。
【００２９】
第８の発明の燃料電池システムは、特に第１から第５の発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給量検出手段を、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の圧力検出器とし、前記燃焼用空気の圧力検出結果に基づいて、前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出する構成としたものである。
【００３０】
第８の発明の燃料電池システムによれば、空気供給装置から燃焼器に供給される燃焼用空気の圧力を検出することで、空気供給装置から燃焼器に供給される燃焼用空気の変動を確実に検出することができる。
【００３１】
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、本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）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃焼システムの構成図を示すものである。図１において、燃料電池システム０は、改質器３、燃料電池４、可燃ガス経路９、燃焼器２、空気供給装置１、排気経路５、第１連通経路７、貯水経路１０、第２連通経路８、排水経路６、空気供給量検出手段１１、および制御部２０を備えている。
【００３２】
改質器３に原料が供給され水素含有ガスが生成される。改質器３で生成された水素含有ガスと、酸化剤ガスを用いて燃料電池４は発電を行う。
【００３３】
燃焼器２は、燃料電池４から可燃ガス経路９を介して排出された未反応の燃料ガス（以下、アノード排ガスという）を燃焼し、改質器４を改質反応に適した温度に加熱する。燃焼器２でアノード排ガスと燃焼用空気による燃焼により発生した燃焼排ガスは、排気経路５を通流して大気中に排出される。
【００３４】
本実施形態では、燃焼器２の燃焼に利用する燃焼用空気は空気供給装置１により供給される。
【００３５】
また、燃料電池システム１００は、空気供給量検出手段１１を備えている。空気供給量検出手段１１は、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の変動を検出する。空気供給量検出手段１１としては、空気供給装置１から燃焼器３に燃焼用空気を供給する経路に流量計や圧力計を設け、燃焼用空気の流量および変動幅を検出する構成とすることができる。これにより、空気供給装置１から燃焼器２に供給される燃焼用空気の変動を確実に検出することができる。
【００３６】
あるいは、燃焼用空気の流量あるいは変動の検出を、空気供給装置１に備えられたファンの回転数により検出する構成としてもよい。空気供給量出手段１１をファンの回転数検出手段とした場合には、燃焼用空気の供給量を変動の検出に新たな検出手段を設ける必要がなく、燃料電池システム１００を簡略化できる。
【００３７】
また、可燃ガス経路９と分岐部で第１連通経路７と分岐し、可燃ガス経路９で凝縮した凝縮水は第１流通経路７を通流し、第１連通経路７と重力方向の下側で接続された貯水経路１０に貯留される。そして、凝縮して水分を除去したアノード排ガスは可燃ガス経路９を通流して燃焼器２へ供給される。
【００３８】
また、排気経路５と分岐部で第２連通経路８と分岐し、排気経路５で凝縮した凝縮水は第２流通経路８を通流し、第２連通経路８と重力方向の下側で接続された貯水経路１０に貯留される。
【００３９】
また、貯水経路１０には排水経路６が設けられ、貯水経路６に所定水位以上に溜まった凝縮水は排水経路６から排水される。
【００４０】
このように、第１連通経路７、第２連通経路８、および、排水経路６は、少なくなくとも貯水経路１０を介して水封される水封構成を形成している。
【００４１】
制御部２０は、空気供給量検出手段１１において検出された空気供給装置１から供給される燃焼用空気の変動を検出して、後述する制御を行う。制御部２０は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む、一つまたは二つ以上の電子回路によって構成されていてもよい。また、制御器２０の、全部あるいは一部の機能、または操作は、ソフトウェア処理によっても実行することが可能である。この場合、ソフトウェア（プログラム）は、一つ、または二つ以上の、ＲＯＭ、光学ディスク、およびハードディスクドライブ等から選択される非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行された場合に、ソフトウェアが、ソフトウェア内の特定の機能を、処理装置および周辺のデバイスに実行させるものである。
【００４２】
以上のように構成された燃料電池システム１００について、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
まず、改質器３に、天然ガスまたはＬＰＧ等の原料が、原料を供給する原料供給部である原料ブロワ（図示せず）によって供給される。改質器３においては、供給された原料が水蒸気雰囲気下で水蒸気改質され、水素を多く含む水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料電池４の燃料極側（アノード側）に供給される。また、空気が酸化剤ガスとして燃料電池４の酸化剤極側（カソード側）に供給される。
【００４４】
燃料電池４においては、このようにして供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて所定の反応が行われる。これにより、発電が行われるとともに、熱が発生する。この熱は、燃料電池を通流する冷却水によって回収される。
【００４５】
ここで、反応に利用されずに燃料電池４から排出された未反応の燃料ガスであるアノード排ガスは、燃焼器２に供給され、燃焼に用いられる。燃焼器２で生じる燃焼熱により、改質器３が加熱される。これにより、反応部が所定の温度に保たれた状態で、水蒸気改質反応が行われる。
【００４６】
燃料電池４から排出されたアノード排ガスは、水分を含んでおり、第１連通経路７を通流する過程で、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部へ送られ、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部で凝縮し、凝縮水は第１連通経路７を通流して貯水経路１０に貯められる。水分を除去したアノード排ガスは、燃焼器２へ送られ、燃料ガスとして再利用される。
【００４７】
次に排水経路の詳細構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における、燃料電池システム１００の排水経路の概略を示している。図３において可燃ガス経路９と第１連通経路７の分岐部に凝縮器１５が設けられている。凝縮器１５で凝縮された凝縮水は第１連通経路７を通流して貯水経路１０に貯められる。
【００４８】
図３は排水経路６が通流閉塞されていない状態を示している。排水経路６は、貯水経路１０と接続されている。また、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部、および、排気経路５と第２連通経路８の分岐点は、排水経路６と貯水経路１０の分岐点よりも高い位置（重力方向の上方）に設けられ、かつ、排水経路６と貯水経路１０の分岐点は凝縮水で塞がれている。
【００４９】
このように、貯水経路１０に水が溜まることにより、第１連通経路７、第２連通経路８、および、排水経路６が貯水経路１０を介して水封される水封構成が実現されている。
【００５０】
上記のように構成された水封構成により、排水経路６の通流が閉塞されていない場合には、アノード排ガスが燃焼器２で燃焼されて、排気経路５から燃焼排ガスが大気中に排出され、アノード排ガスが第１連通経路７から排水経路６に流れないように構成されている。同様に、燃焼排ガスが排水経路６に流れないように構成されている。
【００５１】
本実施形態において、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部は、排気経路５と第２連通経路８の分岐部よりも、所定の高さＨだけ低い位置から同一高さの間に設けている。一例として、高さＨは、燃料電池システム運転時の、燃焼器２と可燃ガス経路９との最高圧力損失をＡ（ｋＰａ）から換算した高さ、例えば、１（ｋＰａ）＝１０２（ｍｍＨ２Ｏ）であるため、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から、排気経路５と第２連通経路８の分岐部までの高さＨ＝Ａ×１０２（ｍｍ）と表すと、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から、排気経路５と第２連通経路８の分岐部までの高さＨが、Ａ×１０２（ｍｍ）以内に第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部を設ける。
【００５２】
図４、図５は排水経路６が通流閉塞されている状態を示している。
【００５３】
ここで、燃料電池システム１００の運転中に、排水経路６が通流閉塞されたとする。図４に示されるように、排水経路６が通流閉塞されると、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から凝縮された凝縮水が、第１連通経路７を通流して貯水経路１０に供給されて、貯水経路１０の水位、および、第２連通経路８の水位が上昇する。
【００５４】
そして、図５に示されるように、第２連通経路８の水位が排気経路５と第２連通経路８の分岐部に到達すると、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の供給流量が変動する。
【００５５】
本実施形態において、制御部２０は、空気供給量検出手段１１によって、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の変動を空気供給量検出手段１１が検出すると、例えば、発電出力をあらかじめ設定した閾値以下に抑えることで第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から燃焼器２へ通流するアノード排ガスを抑制することができる。また、制御部２０は、空気供給量検出手段１１の検出値が所定の変動幅を越えたとき、燃料電池４の発電量をあらかじめ設定した閾値以下に抑える制御指示を実行する。
【００５６】
これにより、燃料電池４から排出されたアノード排ガスによる、第１連通経路７への負荷が抑制されることにより、第１連通経路７の水位が上昇し、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部まで水が達する。水が可燃ガス経路９を通流し、燃焼器２へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を制御部２０が検出し、燃料電池４の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。また、燃料電池４の発電量によりアノード排ガスの供給量を抑制して燃焼排ガスの排出量を低下させるので、燃料電池システム１００を安定に保ちながら、排気経路５の通流閉塞の影響を抑えることができる。
【００５７】
あるいは、水が可燃ガス経路９に侵入して燃焼器２へ供給され、燃焼器２における燃焼が停止される構成としてもよい。この場合にも、制御部２０が燃焼器２の失火を検知し燃料電池４を停止させることで、安全性の高い構成を実現できる。
（変形例１）
本発明の変形例１を、図２を用いて説明する。
【００５８】
変形例１の燃料電池システム１０１は、先に説明した実施形態の貯水経路１０を水タンク１２に置き換えたものである。
【００５９】
ここで、第１連通経路７と水タンク１２は、水タンク１２に溜められた水の水位よりも低い位置で接続されている。第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部において、可燃ガス経路９で凝縮した凝縮水が第１連通経路７を通流して水タンク１２に貯められる。さらに、水タンク１２は第２連通経路８と接続しており、排気経路５から通流した雨水、および、燃焼排ガスから凝縮した凝縮水は、第２連通経路８を通流して水タンク１２に貯められる。水タンク１２には排水経路６が接続されており、水タンク１２内に所定水位以上に溜まった水が排出される。
【００６０】
このように、水タンク１２に水が溜まることにより、第１連通経路７、第２連通経路８、および、排水経路６が水封される水封構成が実現されている。
【００６１】
上記のように構成された水封構成により、排水経路６の通流が閉塞されていない場合には、アノード排ガスが燃焼器２で燃焼されて、排気経路５から燃焼排ガスが大気中に排出され、アノード排ガスが第１連通経路７から排水経路６に流れないように構成されている。
【００６２】
変形例１において、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部は、排気経路５と第２連通経路８の分岐部よりも、所定の高さＨだけ低い位置から同一高さの間に設けている。一例として、高さＨは、燃料電池システム運転時の、燃焼器２と可燃ガス経路９との最高圧力損失をＡ（ｋＰａ）から換算した高さ、例えば、１（ｋＰａ）＝１０２（ｍｍＨ２Ｏ）であるため、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から、排気経路５と第２連通経路８の分岐部までの高さＨ＝Ａ×１０２（ｍｍ）と表すと、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から、排気経路５と第２連通経路８の分岐部までの高さＨが、Ａ×１０２（ｍｍ）以内に第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部を設ける。
【００６３】
変形例１においても、排水経路５の通流閉塞は先に説明した実施形態と同じメカニズムで検出することができる。
【００６４】
燃料電池システム１０１の運転中に、排水経路６が通流閉塞されたとする。排水経路６が通流閉塞されると、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から凝縮された凝縮水が、第１連通経路７を通流して水タンク１２に供給され、第２２連通経路８の水位が上昇する。
【００６５】
そして、第２連通経路８の水位が排気経路５と第２連通経路８の分岐部に到達すると、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の供給流量が変動する。
【００６６】
変形例１において、制御部２０は、空気供給量検出手段１１によって、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の変動を空気供給量検出手段１１が検出すると、例えば、発電出力をあらかじめ設定した閾値以下に抑えることで第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から燃焼器２へ通流するアノード排ガスを抑制することができる。また、制御部２０は、空気供給量検出手段１１の検出値が所定の変動幅を越えたとき、燃料電池４の発電量をあらかじめ設定した閾値以下に抑える制御指示を実行する。
【００６７】
これにより、燃料電池４から排出されたアノード排ガスによる、第１連通経路７への負荷が抑制されることにより、第１連通経路７の水位が上昇し、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部まで水が達する。水が可燃ガス経路９を通流し、燃焼器２へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を制御部２０が検出し、燃料電池４の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。また、燃料電池４の発電量によりアノード排ガスの供給量を抑制して燃焼排ガスの排出量を低下させるので、燃料電池システム１００を安定に保ちながら、排気経路５の通流閉塞の影響を抑えることができる。
【００６８】
あるいは、水が可燃ガス経路９に侵入して燃焼器２へ供給され、燃焼器２における燃焼が停止される構成としてもよい。この場合にも、制御部２０が燃焼器２の失火を検知し燃料電池４を停止させることで、安全性の高い構成を実現できる。
（変形例２）
本発明の変形例２を、図１を用いて説明する。
【００６９】
変形例２の燃料電池システム１００は、先に説明した実施形態の第１連通経路７に開閉弁１４を備えたものである。その他の構成については先に説明した実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００７０】
変形例２の燃料電池システム１００においても、排水経路６の通流が閉塞されていない場合には、アノード排ガスが燃焼器２で燃焼されて、排気経路５から燃焼排ガスが大気中に排出され、アノード排ガスが第１連通経路７から排水経路６に流れないように構成されている。
【００７１】
変形例２において、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部は、排気経路５と第２連通経路８の分岐部よりも、所定の高さＨだけ低い位置から同一高さの間に設けている。一例として、高さＨは、燃料電池システム運転時の、燃焼器２と可燃ガス経路９との最高圧力損失をＡ（ｋＰａ）から換算した高さ、例えば、１（ｋＰａ）＝１０２（ｍｍＨ２Ｏ）であるため、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から、排気経路５と第２連通経路８の分岐部までの高さＨ＝Ａ×１０２（ｍｍ）と表すと、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から、排気経路５と第２連通経路８の分岐部までの高さＨが、Ａ×１０２（ｍｍ）以内に第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部を設ける。
【００７２】
変形例２においても、排水経路５の通流閉塞は先に説明した実施形態と同じメカニズムで検出することができる。
【００７３】
排水経路６が通流閉塞されると、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部から凝縮された凝縮水が、第１連通経路７を通流して貯水経路１０に供給されて、貯水経路１０の水位、および、第２連通経路８の水位が上昇する。
【００７４】
第２連通経路８の水位が排気経路５と第２連通経路８の分岐部に到達すると、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の供給流量が変動する。
【００７５】
変形例２において、制御部２０が空気供給量検出手段１１によって、空気供給装置１から供給される燃焼用空気の変動を検出すると、制御部２０は開閉弁１４を閉止し、可燃ガス経路９からの第１連通経路７に通流する凝縮水を開閉弁でせき止める。これにより、第１連通経路７の水位が上昇し、第１連通経路７と可燃ガス経路９の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路９を通流し、燃焼器２へのアノード排ガスの供給異常が発生する。制御部２０が、アノード排ガスの供給異常を検出し、燃料電池４の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。
【００７６】
あるいは、水が可燃ガス経路９に侵入して燃焼器２へ供給され、燃焼器２における燃焼が停止される構成としてもよい。この場合にも、制御部２０が燃焼器２の失火を検知し燃料電池４を停止させることで、安全性の高い構成を実現できる。
【００７７】
上記の説明では、実施形態の燃料電池システム１００に開閉弁１４を設けた構成での動作を説明したが、これに限定されない。例えば、貯水経路１０に代えて水タンク１２を備えた変形例１の燃料電池システム１０１に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
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の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。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかる燃焼システムは、例えばコージェネレーションシステム等に適用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１  空気供給装置
２  燃焼器
３  改質器
４  燃料電池
５  排気経路
６  排水経路
７  第１連通経路
８  第２連通経路
９  可燃ガス経路
１０  貯水経路
１１  空気供給量検出手段
１２  水タンク
１４  開閉弁
１５  凝縮器
２０  制御部
１００、１０１  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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