(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記水蒸気を供給する水蒸発器と、
前記改質器よりも下流の経路に設けられ、前記経路内のガスの大気への流通を遮断する封止器と、を備える水素生成装置であって、
前記改質器よりも上流の経路に設けられ、前記封止器の閉止後に前記水蒸発器での水蒸発によって昇圧された前記水素生成装置内を大気に開放するための圧抜き器を備える水素生成装置。
【請求項２】
前記圧抜き器は、前記水蒸発器と前記改質器とを接続する経路に設けられる請求項に１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、
前記圧抜き器は、前記原料供給器と前記改質器とを接続する経路に設けられる請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記圧抜き器は、前記水蒸発器よりも上流の経路に設けられる請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記水蒸発に水を供給する水供給器を備え、
前記圧抜き器は、前記水供給器と前記水蒸発器とを接続する経路に設けられる請求項４記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、
前記圧抜き器は、前記原料供給器と前記水蒸発器とを接続する経路に設けられる請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記改質器に供給される原料中の臭気成分を除去する脱臭器と、
前記脱臭器と前記改質器との間の経路に設けられた開閉弁と、を備え、
前記開閉弁は、前記封止器の閉止時において前記改質器から前記脱臭器へのガスの流通を遮断するように構成されており、前記圧抜き器は、前記脱臭器と前記改質器とを接続する経路に設けられている請求項３または６に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記封止器が、ノーマルクローズ弁である請求項１ないし７のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記圧抜き器が、前記水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になると、前記水素生成装置内を大気に開放できるリリーフ機構を有する弁である請求項１ないし８のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記圧抜き器は、バネ封止機構を有する電磁弁であり、前記水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になった場合には前記バネ封止機構の封止が解除されるように構成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記封止器により封止された前記水素生成装置内の圧力を検知する圧力検知器と、前記圧力検知器により得られる圧力が、前記第１の上限圧力よりも小さい第２の上限圧力以上である場合に、前記封止器を制御して前記水素生成装置内を大気に開放する制御器とを備える、請求項１０記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記水素生成装置の起動待機中及び起動処理時のすくなくともいずれか一方において、所定の累積運転時間経過毎、所定の累積運転回数毎、所定の期間毎、及び所定の連続起動待機時間毎の少なくともいずれか一つに前記電磁弁の開閉動作を実行するように構成されている請求項１０に記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記封止器により封止された前記水素生成装置内の圧力を検知する圧力検知器と、制御器とを備え、前記圧抜き器が開閉弁であり、
前記制御器は、前記圧力検知器により得られる圧力が、大気圧よりも大きい第２の上限圧力以上である場合に、前記開閉弁を開くように前記開閉弁を制御する請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１４】
前記開閉弁は、前記水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になると、前記水素生成装置内を大気に開放できるリリーフ機構を有し、
前記第２の上限圧力は、前記第１の上限圧力よりも小さい請求項１３記載の水素生成装置。
【請求項１５】
前記圧抜き器より放出されたガスを下方に導く下り勾配経路と、
前記下り勾配経路の下方端より排出された水を受ける受器と、
を備える請求項１ないし１４のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１６】
前記受器は、水を溜める水溜部と、前記水溜部に溜まった水を排出する排出機構と、を有し、前記排出機構を用いて水が排出されることにより、前記凝縮水が外部に廃棄されるように構成されている請求項１５に記載の水素生成装置。
【請求項１７】
前記受器は、前記下り勾配経路の下方端より排出された前記ガスを大気に放出できる開放構造を有している請求項１６に記載の水素生成装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれかに記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
を備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気改質反応により炭化水素系の原料と水とから水素含有ガスを生成する水素生成装置に関する。また、本発明は、このような水素生成装置により生成された水素と酸素とを用いて発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高効率な小規模発電が可能な燃料電池システムは、燃料電池の発電時に発生する熱エネルギーを利用するシステム構築が容易なので、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして有望視されている。
【０００３】
燃料電池システムの発電運転では、燃料電池システムの発電部の本体として配設される燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」という）に、水素含有ガスと空気（酸化剤ガス）とが各々供給される。すると、燃料電池に供給された水素含有ガスに含まれる水素と空気に含まれる酸素とを用いた電気化学反応が、燃料電池において進行する。この電気化学反応の進行により、燃料電池において、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。これにより、燃料電池システムは、負荷に向けて電力を出力できる。
【０００４】
ところで、燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスの供給手段は、インフラストラクチャーとして整備されていない。このため、従来の燃料電池システムには、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、少なくとも改質器を備え、この改質器内に設けられた改質触媒体において水蒸気改質反応が進行することにより、有機化合物を含む都市ガス等の原料と水とから水素含有ガスが生成される。この場合、改質器の改質触媒体は、適宜の加熱手段により水蒸気改質反応の進行に適した温度に加熱される。例えば、加熱手段（バーナ等）では、都市ガスと空気との混合ガスを燃焼できるので、高温の燃焼排ガスにより改質器の改質触媒体を加熱できる。また、燃料電池の発電運転時には、燃料電池で使用されなかったアノードオフガスを、上述のバーナで燃焼することもできる。このようにして、適温に加熱された改質器では、都市ガス等の原料と水蒸気とから改質反応により水素含有ガスを効率良く生成できる。
【０００５】
なお、上記改質反応に使用される水蒸気は、水素生成装置内部に配された水蒸発器を用いて水蒸気が生成され、改質器の改質反応に使用される。
【０００６】
また、燃料電池の運転停止時には、水素生成装置内部のガス経路や燃料電池の反応ガス経路を大気と連通させないようガス（原料、水素含有ガス、または酸化剤ガス）や改質水のインプット部やアウトプット部が封止される。このような部分の封止により、燃料電池および水素生成装置の内部に外部空気が混入するのを防止することもできる。
【０００７】
一方、インプット部やアウトプット部を完全に封止した状態において、燃料電池システムの内部状態が大気圧に対して過度の正圧状態や負圧状態になる場合がある。
【０００８】
特に、水素生成装置の場合、停止時に、内部空間と外気との連通を遮断した封止状態にすると、水蒸発器内部において水蒸発による体積膨張により、過度の加圧状態になる場合がある。そこで、封止用の電磁弁などの開閉制御により、水素生成装置の内部を一時的に大気開放にして、当該内部を圧抜きする（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
具体的には、特許文献２（例えば、段落００３９）では、水素生成装置の制御装置が、水素生成装置の内圧の上昇を検知しており、この内圧が異常に上昇すると、水素生成装置内の内部ガスを外部に放出できるよう、改質器の下流側に配された開閉弁を一時的に開くという手法が記載されている。
【００１０】
また、封止状態にした後水素生成装置の温度が低下し、負圧状態になった場合、燃料電池システムの内部に原料を所定量、強制的に供給することにより、当該内部を圧張りする。
【００１１】
なお、このような圧抜きや圧張りの動作のことを、以下、水素生成装置の保圧動作と呼ぶ。上述の保圧動作により、水素生成装置の内圧が機器に負荷をかけない適切な状態に保たれながら、水素生成装置の運転を適切に停止できる。
【００１２】
ところで、水素生成装置の運転中に停電などにより水素生成装置への電力供給が遮断されて、水素生成装置の運転が停止した場合においては、上記特許文献２に記載のような手法により、上昇した水素生成装置の内圧を外気に開放することはできない。
【００１３】
そこで、上述の特許文献１では、水素生成装置と加熱器との間を連通する経路に水封機構を配した燃料電池システムが提案されている。
【００１４】
特許文献１記載の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの通常の停止時には、水封機構により燃料電池システム（水素生成装置）の内部を封止することができる。一方、停電時の水蒸発により水素生成装置の内圧が所定圧以上に上昇した場合には、水頭差による水封機構の水封が自動的に崩れて、電力供給に頼らずに内部ガスを外部に放出することができる。これにより、停電時の水素生成装置の内圧を適切な状態に保て、水素生成装置の内圧上昇による機器の故障を未然に防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００６／０１３９１７Ａ１パンフレット
【特許文献２】特開２００５−２４３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１に記載の水素生成装置では、水封機構の水封が崩れた場合に外気に放出されるガス中に、水素生成装置内に残留する一酸化炭素ガスが混入し、場合によっては、水素生成装置から許容濃度を超えた一酸化炭素が排出される可能性がある。
【００１７】
また、特許文献２に記載の水素生成装置も、開閉弁を開放した際に、水素生成装置内に残留する一酸化炭素が外気に排出される。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、停電時と、電力供給が遮断されていない通常の停止処理時との少なくともいずれか一方において、水蒸発に伴う水素生成装置の内圧が圧抜きされる場合に、水素生成装置内部に残留する一酸化炭素の漏れが従来に比べて抑制される水素生成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、このような水素生成装置を備えた燃料電池システムを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明は、原料及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器に前記水蒸気を供給する水蒸発器と、前記改質器よりも下流の経路に設けられ、前記経路内のガスの大気への流通を遮断する封止器と、前記改質器よりも上流の経路に設けられ、前記封止器の閉止後に前記水蒸発器での水蒸発によって昇圧された前記水素生成装置内を大気に開放するための圧抜き器と、を備える水素生成装置を提供する。
【００２１】
このように、圧抜き器を改質器の上流側の経路に配することにより、水素生成装置内に残留する一酸化炭素の漏れを従来に比べて抑制しながら、水素生成装置の内圧を外部に放出できる。
【００２２】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器を前記水蒸発器と前記改質器とを接続する経路に設けるように構成してもよい。
【００２３】
水蒸発器よりも上流の経路や改質器と原料供給器とを接続する経路に設ける場合、経路内の原料または水の一部が水素生成装置の内圧放出時に排出されるため、次回起動時に、原料供給器より供給開始された原料または水供給器より供給開始された水が改質器に達するのに通常よりも時間を要する可能性があるが、上記構成の場合、その可能性が低減される。
【００２４】
また、本発明の水素生成装置では、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、前記圧抜き器を前記原料供給器と前記改質器とを接続する経路に設けるように構成してもよい。
【００２５】
水供給器と水蒸発器とを接続する経路に圧抜き器を設ける場合、当該経路中の水に溶存するイオンが析出して固着等の不良を起こす可能性があるが、上記構成の場合、その可能性が低減される。
【００２６】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器を前記水蒸発器よりも上流の経路に設けるように構成してもよい。
【００２７】
上記構成により圧抜き器が水蒸発器を介して改質器と間接的に連通するよう構成されるので、圧抜き器が改質器と直接連通した場合に比べ、改質器内の水素含有ガスよりも水蒸発器内の水蒸気の放出が優先され、改質器内の一酸化炭素ガスの漏れが、より抑制できる。
【００２８】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器を前記水蒸発器よりも上流の経路に設ける構成の一例として、前記水蒸発器に水を供給する水供給器を備え、前記圧抜き器を前記水供給器と前記水蒸発器とを接続する経路に設けるように構成してもよい。
【００２９】
原料供給器と水蒸発器とを接続する経路に圧抜き器を設ける場合、水素生成装置の内圧放出時に経路に存在する原料が水素生成装置外部に排出される可能性があるが、上記構成の場合、その可能性が低減される。
【００３０】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器を前記水蒸発器よりも上流の経路に設ける構成の他の例として、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、前記圧抜き器を前記原料供給器と前記水蒸発器とを接続する経路に設けるように構成してもよい。
水供給器と水蒸発器とを接続する経路に圧抜き器を設ける場合、当該経路中の水に溶存するイオンが析出して固着等の不良を起こす可能性があるが、上記構成の場合、その可能性が低減される。
【００３１】
また、本発明の水素生成装置では、前記改質器に供給される原料中の臭気成分を除去する脱臭器と、前記脱臭器と前記改質器との間の経路に設けられた開閉弁と、を備えてもよく、前記開閉弁は、前記封止器の閉止時において前記改質器から前記脱臭器へのガスの流通を遮断するように構成されており、前記圧抜き器は、前記脱臭器と前記改質器との間に設けられているものであってもよい。
【００３２】
以上の開閉弁の作用により、脱臭器への水蒸気流入を防止でき、その結果、脱臭器の性能劣化を抑制できる。
【００３３】
また、本発明の水素生成装置では、前記封止器が、ノーマルクローズ弁であってもよい。
【００３４】
これにより、水素生成装置への電力供給遮断時に、封止器が自動的に閉まるので改質器の下流側から改質器内の水素含有ガスが外気に排出されるのが抑制され、好ましい。
【００３５】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器が、前記水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になると、前記水素生成装置内を大気に開放できるリリーフ機構を有する弁であってもよい。
【００３６】
これにより、停電等により電気的制御ができない場合において、水素生成装置の内圧を開放することが可能になる。
【００３７】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器は、バネ封止機構を有する電磁弁であってもよく、前記水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になった場合には前記バネ封止機構の封止が解除されるように構成されてもよい。
【００３８】
これにより、停電等により電気的制御ができない場合において、水素生成装置内のガス圧が第１の上限圧力以上になった場合、バネ封止機構の封止が自動的に解除され、圧抜き処理を適切に実行できる。
【００３９】
また、本発明の水素生成装置では、前記封止器により封止された前記水素生成装置内の圧力を検知する圧力検知器と、前記圧力検知器により得られる圧力が、第１の上限圧力よりも小さい第２の上限圧力以上である場合に、前記封止器を制御して前記水素生成装置内を大気に開放する制御器とを備えてもよい。
【００４０】
これにより、水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になる前に、水素生成装置の内圧が大気に開放されるため、水素生成装置の内圧に対する耐久劣化を抑制することが可能になる。
【００４１】
また、本発明の水素生成装置では、前記水素生成装置の起動待機中及び起動処理時のすくなくともいずれか一方において、所定の累積運転時間経過毎または所定の累積運転回数毎、所定の期間毎、及び所定の連続起動待機時間毎のすくなくともいずれか一つに前記電磁弁の開閉動作を実行するように構成されてもよい。
【００４２】
これにより、電磁弁のバネ封止機構の弁座と弁体との間の長期に亘る密着状態による両者間（例えば、ゴムパッキン部）の固着が抑制され、ひいては、水素生成装置の内圧が第１の上限圧力以上になった場合の、電磁弁による圧抜き機能が発揮できない状況が発生する可能性を低減できる。
【００４３】
また、本発明の水素生成装置では、前記封止器により封止された前記水素生成装置内の圧力を検知する圧力検知器と、制御器とを備えてもよく、前記制御器は、前記圧力検知器により得られる圧力が第２の上限圧力以上である場合に、前記開閉弁を開くように前記開閉弁を制御してもよい。
【００４４】
また、本発明の水素生成装置では、前記第２の上限圧力は、前記第１の上限圧力よりも小さくてもよい。
【００４５】
これにより、水素生成装置内の圧力が第１の上限圧力以上になる前に、水素生成装置の内圧が大気に開放されるため、水素生成装置の内圧に対する耐久劣化を抑制することが可能になる。
【００４６】
また、本発明の水素生成装置では、前記圧抜き器より放出されたガスを下方に導く下り勾配経路と、前記下り勾配経路の下方端より排出された水を受ける受器と、を備えてもよい。
【００４７】
これにより、圧抜き器より放出された水蒸気を多く含むガスがそのまま放出され、水素生成装置を構成する他の機器の劣化や故障を招く可能性が低減する。また、下り勾配経路を通過している間や受器において、水蒸気結露によりガスの容積が縮小するので、当該ガスの外部への急激な吹き出しを抑制できる。
【００４８】
また、本発明の水素生成装置では、前記受器は、水を溜める水溜部と、前記水溜部に溜まった水を排出する排出機構と、を有してもよく、前記排出機構を用いて水が排出されることにより、前記凝縮水が外部に廃棄されるように構成されてもよい。
【００４９】
また、本発明の水素生成装置では、前記受器は、前記下り勾配経路の下方端より排出された前記ガスを大気に放出できる開放構造を有してもよい。
【００５０】
これにより、受器において、水素生成装置内部より放出されたガス圧が大気に開放される。
ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムも提供する。
【００５１】
なお、このように燃料電池システムでは、燃料電池システムを構成する各機器（例えば、水素生成装置、燃料電池）から排出される水をシステム外部に排出できる上述の受器（例えば、ホッパーまたは水タンク）を標準装備しているので、この受器を利用して凝縮水を外部に排出する構成を簡略化できる。
【００５２】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、水素生成装置内部に残留する一酸化炭素の漏れを従来に比べて抑制しながら、停止時において当該内部を圧抜きできる水素生成装置が得られる。また、本発明によれば、このような水素生成装置を備えた燃料電池システムも得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１による水素生成装置の構成例を模式的に示したブロック図である。
【図２】図２は、圧抜き器の配置位置の具体例を示した図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２による燃料電池システムの構成例を模式的に示したブロック図である。
【図４】図４は、圧抜き器の構成例を模式的に示した図である。
【図５】図５は、本発明の変形例６による燃料電池システムの構成例を模式的に示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による水素生成装置の構成例を模式的に示したブロック図である。なお、図１では、本実施形態の水素生成装置１００の説明に必要となる構成要素のみを図示しており、本実施形態の説明と直接関係しない構成要素の図示は省略している。
【００５７】
本実施形態の水素生成装置１００は、図１に示すように、改質器１を備える。
【００５８】
改質器１は、水蒸気改質反応を進行させる改質触媒体（図示せず）を有しており、都市ガス、ＬＰＧおよび灯油などの炭化水素系の原料と水から水素含有ガスを生成できる装置である。なお、水素生成装置１００を燃料電池システムに組み込む場合、改質器１から供給される水素含有ガスは、燃料電池の反応ガスとして利用される。
【００５９】
また、改質器１には、水素生成装置内の圧力を検知する圧力検知器の一例として改質器１内の圧力を検知できる圧力検知器９が配されている。この圧力検知器９は、改質器１内のガスの圧力を直接に検知する圧力ゲージであってもよいが、改質器１内のガスの圧力を間接的に知ることができる温度検知器であってもよい。例えば、改質器１には、通常、自身の温度を検知するため、改質触媒体の温度、改質触媒体周辺の筐体温度、または改質触媒体を通過した水素含有ガスの温度を検知する温度検知器が配されている。このような温度検知器によって得られた温度に基づき、水素生成装置内のガスの圧力を推定できる。なお、温度検知器としては、熱電対を用いることができるが、改質器１の温度を適切に検知できる温度検知器であれば、他の温度検知器であってもよい。
【００６０】
また、水素生成装置１００内のガスの圧力と水素生成装置１００の運転停止後の経過時間との間に相関があれば、適宜の計時器（タイマー）を、間接的に圧力を検知する圧力検知器として用いてガスの圧力を推定することもできる。
【００６１】
つまり、本明細書における「圧力検知器」は、ダイヤフラムなどの圧力ゲージには限定されず、直接的或いは間接的にガスの圧力を検知可能な様々な検知器によって構成できる。
【００６２】
また、水素生成装置１００は、図１に示すように、水供給器５および水蒸発器４を備える。
【００６３】
この水蒸発器４は、外部から供給された水を蒸発できる装置である。水蒸発器４により、改質器１の水蒸気改質反応に必要な水蒸気が生成される。
【００６４】
なお、図１では、水蒸発器４と改質器１とが一体に形成されている例を示しているが、両者を別体にして互いに配管で連結してもよい。この場合、改質器１の外部において水が蒸発され、この水蒸気が改質器１の内部に供給される。
【００６５】
水蒸発器４において、水蒸発に必要な熱エネルギーは、水素生成装置１００の外部から供給してもよいが、改質器１の加熱に用いた熱媒体（後述の燃焼排ガス）の余熱を利用すると、エネルギー効率を向上できて好ましい。例えば、改質器１と水蒸発器４とを適宜の仕切り部材（図示せず）を介して一体的に形成し、燃焼排ガス（後述）の熱を両者に与えるように構成すると、水素生成装置１００のエネルギー効率を向上できる。
【００６６】
水供給器５は、水蒸発器４に供給される水量を調節可能な装置である。水供給器５として、例えば、水ポンプを使用できるが、水蒸発器４への水量を調整できる機器であれば、水ポンプ以外の装置を用いてもよい。
【００６７】
また、水素生成装置１００は、図１に示すように、改質器１を加熱する加熱手段としての燃焼器２を備える。
【００６８】
改質器１の改質触媒体における水蒸気改質反応は吸熱反応となるので、当該反応の進行には、改質触媒体に熱を与える必要がある。このため、上述の燃焼器２が、改質触媒体を加熱するように構成されている。なお、この燃焼器２として、燃焼バーナを使用できる。これにより、燃焼器２において生成された高温の燃焼排ガスの熱が、改質触媒体に与えられ、改質触媒体は水蒸気改質反応に適した温度にまで加熱される。なお、改質器１の加熱には、燃焼バーナ以外の加熱手段を用いてもよい。
【００６９】
燃焼バーナの燃焼用の燃料として、改質器１に供給する原料を使用できるが、他の可燃性燃料（例えば、改質器１により生成された水素含有ガスの一部）を用いてもよい。
【００７０】
また、水素生成装置１００は、図１に示すように、原料供給器６を備える。
【００７１】
原料供給器６は、改質器１に供給される原料（ここでは、都市ガスなどの原料ガス）の流量を調節する装置である。原料供給器６として、例えば、ブースタポンプを使用できるが、改質器１への原料供給量を調整できる機器であれば、流量調整弁等のブースタポンプ以外の装置を用いてもよい。
【００７２】
図１では、原料供給器６からの原料および水供給器５からの水が、水蒸発器４に送られ、原料および水蒸気が水蒸発器４において混合されている。そして、これらの混合気体が、水蒸発器４から改質器１に送られるようになっている。しかしながら、混合気体の改質器１への供給方式は、これに限らない。例えば、水蒸発器と改質器との間の経路に原料供給器の供給先を連通してもよい（後述の図２（ｂ）参照）。この場合、原料および水蒸発器から流出した水蒸気が、水蒸発器と改質器との間の経路において混合される。
【００７３】
また、水素生成装置１００は、図１に示すように、封止器１０を備える。
【００７４】
封止器１０は、封止器１０の配置位置よりも上流側の改質器１を含む経路の大気への連通を遮断できる装置である。ここでは、封止器１０は、水蒸発器４および圧抜き器３（詳細は後述）よりも下流の経路に配され、詳しくは、図１に示すように、改質器１よりも下流の、改質器１から流出する水素含有ガスの経路に配されている。なお、この水素含有ガス経路の下流端は大気と連通するよう構成されている。
【００７５】
このような封止器１０は、例えば、ガス経路を形成する配管上に配された電磁弁（電磁式の開閉弁）などを用いて構成できる。
【００７６】
また、水素生成装置１００は、図１に示すように、制御装置５０を備える。
【００７７】
制御装置５０は、マイクロプロセッサなどにより構成されており、水素生成装置１００の各種の運転動作を適切に制御している。なお、制御装置５０は、図１に示すように、単一の制御器であってもよいが、複数の制御器の協働による制御器群であってもよい。
【００７８】
次に、本実施形態の水素生成装置１００の特徴部である圧抜き器３および排出器７の構成について説明する。
【００７９】
水素生成装置１００の圧抜き器３は、水蒸気体積膨張などにより水素生成装置１００の内圧が第１の上限圧力以上になった場合に、水素生成装置１００の内部ガス（ここでは、水蒸気を主成分とするガス）を大気に逃がして、水素生成装置１００の内圧を下げるように構成されている。なお、上記第１の上限圧力は、水素生成装置１００の耐久圧力上限よりも小さい値として定義される。
【００８０】
圧抜き器３は、改質器１において残留する一酸化炭素の水素生成装置１００の外部（外気）への漏れを従来に比べて抑制して、水素生成装置１００内を適切に圧抜きできる観点から、少なくとも改質器１よりも上流側の経路に配されている。但し、圧抜き器３の具体的な配置位置については、原料と水蒸気からなる混合気体の改質器１への供給方法により異なるので、このような配置位置の具体例は後述する。
【００８１】
圧抜き器３として、バネ圧の封止を利用する単純な圧力逃がし機構（リリーフ機構）の逃がし弁（リリーフ弁）を用いることができる。これにより、圧抜き器３を簡易に構成できる。また、圧力逃がし機構（リリーフ機構）として機能する向きに配された電磁弁を用いて圧抜き器３を構成することもできる。
【００８２】
電磁弁を用いて圧抜き器３を構成する場合、当該電磁弁は、ガス経路に対し、水素生成装置１００の内圧が第１の上限圧力(電磁弁のバネ封止機構の設定圧)以上になると自動的に弁が開き、圧力が降下すれば弁が自動的に閉じる向きに配されている。
【００８３】
これにより、封止器１０が封止された状態における水素生成装置１００の内圧上昇が過剰でない場合には、水素生成装置１００の内圧は電磁弁のバネ封止機構のバネ圧（設定圧）以下に保たれ、電磁弁のバネ封止機構により水素生成装置１００の内部は封止されている。また、封止器１０が封止された状態における水素生成装置１００の内圧上昇が過剰である場合には（第１の上限圧力以上になった場合には）、水素生成装置１００の内圧は電磁弁のバネ封止機構のバネ圧（設定圧）以上になり、電磁弁のバネ封止機構の解除（バネが内圧に押されて内部ガスが抜ける隙間の形成）により、水素生成装置１００の内部が一時的に大気に開放される。これにより、水素生成装置１００の内圧を、上記第１の上限圧力より小さい圧力レベルにまで下げることができる。
【００８４】
更に、水素生成装置１００の停止処理が完了してから次の起動処理を開始するまでの起動待機中及び水蒸発器４に水供給を開始する前の起動処理時の少なくともいずれか一方において、制御装置５０の制御により上記圧抜き器３を構成する電磁弁を閉めた状態から強制的に少なくとも１回以上開閉動作させる。これにより、電磁弁のバネ封止機構の弁座と弁体との間の長期に亘る密着状態による両者間（例えば、ゴムパッキン部）の固着が抑制され、水素生成装置１００の内圧が異常に上昇した場合に、固着により電磁弁による圧抜き機能が発揮できない状況が発生する可能性を低減できる。
【００８５】
なお、起動待機中及び水蒸発器４に水供給を開始する前の起動処理時の少なくともいずれか一方において電磁弁を強制的に開閉動作させるタイミングは、上述の電磁弁のバネ封止機構の固着が始まる前であれば如何なる時期であってもよい。例えば、水素生成装置１００の所定の累積運転時間経過毎（例えば、５０時間毎）、所定の累積運転回数毎（累積起動回数毎、累積停止回数毎；例えば、８回起動毎）、所定の期間毎（例えば、一週間毎）、及び所定の連続起動待機時間毎（例えば、１週間毎）の少なくとも一つにおいて定期的に行ってもよい。
【００８６】
ここで、圧抜き器３からの高温のガス（水蒸気を主成分とするガス；以下、必要に応じて「水蒸気」と略す場合がある）がそのまま大気に放出されると、様々な不都合（例えば、高温の水蒸気が当たることによる機器の故障）を生じることがある。
【００８７】
そこで、本実施形態では、上述の高温のガスを下方に導いている経路（以下、「下り勾配経路」という；図示せず）を介して圧抜き器３と連通する排出器７が配されている。そして、この排出器７は、下り勾配経路の下方端より排出された凝縮水を受ける受器となっており、これを外部に排出できるように構成されている。これにより、高温の水蒸気を含むガスは、下り勾配経路を通過している間や排出器７において冷やされ、凝縮水として排出器７から排水（水素生成装置１００の外部に廃棄）できる。このようにして、本実施形態では、高温のガス（水蒸気）に触れると劣化する可能性のある水素生成装置１００の構成機器に、圧抜き器３より放出されたガスが触れることを防止している。
【００８８】
また、ここで述べた下り勾配経路を形成する配管は、配管内の排水性能を適切に発揮できればよく、必ずしも配管全域に亘り下り勾配である必要はない。つまり、当該配管途中には、水平部や複雑な配管系を有する熱交換部が存在してもよい。
また、上記排出器７は、圧抜き器３から放出されたガス圧を大気に開放するために、排水のための排水口とは別に大気開放口を供えることが好ましい。
【００８９】
次に、圧抜き器３の配置位置の具体例について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図２は、圧抜き器の配置位置の具体例を示した図である。図２（ａ）では、原料および水蒸気が水蒸発器４において予め混合され、これらの混合気体が、改質器１に供給される方式の、圧抜き器３の配置が可能な位置が図示されている。図２（ｂ）では、原料および水蒸発器４から流出した水蒸気が、改質器１に連通する経路上において混合され、これらの混合気体が改質器１に供給される方式の、圧抜き器３の配置が可能な位置が図示されている。
【００９１】
前者（図２（ａ））の場合、圧抜き器３を水蒸発器４と改質器１との間の経路Ａに設けてもよい。水蒸発器４よりも上流の経路に設けた場合、経路内の原料または水の一部が水素生成装置１００の内圧放出時に排出されるため、次回起動時に、原料供給器６より供給開始された原料または水供給器５より供給開始された水が改質器１に達するのに通常よりも時間を要する可能性があるが、本構成の場合、そのような問題が生じにくい。
【００９２】
また、圧抜き器３を水蒸発器４の上流の経路に設けてもよい。これにより、圧抜き器３が水蒸発器４を介して改質器と間接的に連通するよう構成されるので、水蒸発器４と改質器１とを接続する経路Ａに設けた場合に比べ、圧抜き器３による水素生成装置１００の内圧開放時に改質器１内のガス（一酸化炭素）が漏れることがより抑制される。
【００９３】
上記水蒸発器４よりも上流の経路として、水供給器５と水蒸発器４との間の経路Ｂが挙げられる。圧抜き器３が経路Ｃに設けられた場合、水素生成装置１００の内圧放出時に経路Ｃに存在する可燃性の原料が水素生成装置１００外部に排出される可能性があるが、本経路Ｂに圧抜き器３を設けた場合、その可能性が低減される。
【００９４】
上記水蒸発器４よりも上流の経路として、原料供給器６と水蒸発器４との間の経路Ｃが挙げられる。経路Ｂに圧抜き器３が設けられた場合、経路Ｂ中の水に溶存するイオンが析出して固着等の不良を起こす可能性があるが、経路Ｃに圧抜き器３を設けた場合、その可能性が低減される。
【００９５】
後者（図２（ｂ））の場合、圧抜き器３を水蒸発器４と改質器１との間の経路Ｄに設けてもよい。水蒸発器４よりも上流の経路Ｅや改質器１と原料供給器６とを接続する経路Ｆに設けた場合、経路内の原料または水の一部が水素生成装置１００の内圧放出時に排出されるため、次回起動時に、原料供給器６より供給開始された原料または水供給器５より供給開始された水が改質器１に達するのに通常よりも時間を要する可能性があるが、本構成の場合、その可能性が低減される。
【００９６】
また、圧抜き器３を水蒸発器４よりも上流の経路に設けてもよい。これにより、圧抜き器３が水蒸発器４を介して改質器と間接的に連通するよう構成されるので、水蒸発器４と改質器１とを接続する経路Ｄに設けた場合に比べ、圧抜き器３による水素生成装置１００の内圧開放時に改質器１内のガス（一酸化炭素）が漏れる可能性がより低減される。
【００９７】
上記水蒸発器４よりも上流の経路として、水供給器５と水蒸発器４とを接続する経路Ｅが挙げられる。経路Ｆに圧抜き器３が設けられた場合、水素生成装置１００の内圧放出時に経路Ｆに存在する可燃性の原料が水素生成装置１００外部に排出される可能性があるが、本経路Ｅに圧抜き器３を設けた場合、その可能性が低減される。
【００９８】
また、圧抜き器３を原料供給器６と改質器１との間の経路Ｆに設けてもよい。経路Ｅに圧抜き器３が設けられた場合、経路Ｅ中の水に溶存するイオンが析出して固着等の不良を起こす可能性があるが、本経路Ｆに圧抜き器３を設けた場合、その可能性が低減される。
【００９９】
なお、図２では、圧抜き器３の配置箇所を説明し易くできる観点から、便宜上、改質器１と水蒸発器４とが、別体の如く図示されているが、上述のとおり、両者を一体的に形成する方が好ましい。
【０１００】
次に、本実施形態の水素生成装置１００の動作（ここでは、起動処理および通常の停止処理）について述べる。
【０１０１】
水素生成装置１００の起動処理では、改質器１を燃焼器２により加熱して、水素含有ガスを生成するのに適した温度に上昇させる。改質器１の加熱には、改質器１内を流通し、燃焼器２に供給された原料を燃焼器２において燃焼させる。なお、改質器１を通過した原料を燃焼器２に供給する経路は、図１に示す水素含有ガス経路の下流端を燃焼器２の接続することにより実現される。改質器１内に原料を通す理由は燃焼器２の燃焼熱により加熱された原料を、水素生成装置１００を昇温させる熱媒体として用いることにあり、原料を改質器１内に通さず、直接、燃焼器２に供給してもよい。改質器１内に存在している原料を水の無い状態で所定温度以上に加熱すると、原料中に構成元素として含まれる炭素の析出が起こり、改質器１の流路を詰まらせ、改質触媒体を劣化させる。このため、改質器１の温度が所定温度未満にて改質器１に水蒸気を供給開始する必要がある。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、燃焼器２の熱を用いて水を水蒸気にしているので、改質器１の温度が所定温度未満において、水蒸発器４で水蒸発可能な温度になるように燃焼器２から取り出せる熱が配分されている。
【０１０３】
原料より炭素析出が起こる温度としては、本実施形態では、４００℃と設定しているが、この設定温度は改質器１の構成や温度検知器の取り付け位置などにより異なるので、炭素析出を起こさない温度であれば、上述の設定温度と異なる温度を用いてもよい。
【０１０４】
改質器１に原料と水蒸気を供給すると、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成し始める。改質器１の改質反応は、改質触媒体の温度に依存して改質器１において生成されるガス中の水素濃度や一酸化炭素濃度が異なる。このため、改質器１内の温度が充分に温まり、水素含有ガス中の高濃度の水素が生成し始めた後、起動処理を完了し、水素含有ガスを利用する機器（燃料電池、水素タンクなどに）に水素含有ガスの供給動作が開始される。なお、本例においては、水素生成装置１００内に設けられた反応器として改質器１のみを設ける形態を採用したが、水素含有ガスを利用する機器において、一酸化炭素炭素濃度をさらに低減させる必要がある場合は、改質器１の下流に一酸化炭素を低減する反応器（変成器等）を設ける形態を採用しても構わない。
【０１０５】
停電またはブレーカ遮断等により水素生成装置１００への電力供給が遮断されていない通常の停止処理では、水素生成装置１００への原料供給および水供給が遮断されるとともに、燃焼器２の燃焼動作が停止され、水素生成装置１００の運転が停止される。
【０１０６】
ここで、水素生成装置１００の運転停止直後では、水素生成装置１００の各部は高温となっており、改質触媒体などの触媒体に空気が触れると酸化劣化をする可能性がある。このような触媒の酸化劣化を適切に防止する目的で、上述の水素生成装置１００のインプット部の遮断とともにアウトプット部（例えば、開閉弁としての封止器１０）が閉止され、水素生成装置１００内に水素含有ガスが存在する状態で、水素生成装置１００の内部が封止される。
【０１０７】
水素生成装置１００の運転停止直後には、水蒸発器４に水が残っており、このような残存水が、水蒸発部４が有する残余の熱により蒸発すると、水素生成装置１００の内圧が上昇する。内圧が過剰に上昇した場合には、圧抜き器３を介して内圧を放出してもいいが、圧抜き器３の耐久性や水素生成装置１００の構成機器への圧力負荷の低減を考慮して、第１の上限圧力よりも低い第２の上限圧力以上になった場合において、適宜、水素生成装置１００の圧抜きが行われる。本実施形態では、水素生成装置１００の内圧が３ｋＰａ以上に上昇した時点において制御装置５０の制御により封止器１０による封止が解除され、大気と連通させる圧抜き動作が実行されるよう設定されている。但し、機器の耐久圧力は、機器の特性によって異なるので、上記圧抜き動作を実行するための圧力閾値は、３ｋＰａでなく他の条件であってもよい。また、上記圧抜き動作は、圧抜き器３を介した圧抜き時に比べ、水素生成装置１００の内圧がより小さい状態で圧力が開放されるため水素生成装置１００から一時に吹き出すガス量が低減され、急激なガスの吹き出しが抑制でき好都合である。
【０１０８】
ここで、例えば、図１に示す水素含有ガス経路の下流端が、燃焼器２の接続されている場合、封止器１０（開閉弁）を一時的に開放することにより、水素生成装置１００中のガスは燃焼器２に放出され、燃焼器２より排出された燃焼排ガスが流れ、外気と連通するように構成された燃焼排ガス経路（図示せず）を通じて水素生成装置１００の内圧を圧抜きできる。燃焼器２へのガスの放出の際には、燃焼器２に燃焼用の空気を供給できる空気供給器（図示せず）を作動させるよう構成されてもよい。これにより、燃焼器２中に放出されるガス中に水素含有ガスが含まれていたとしても、燃焼器２内において空気により水素等の可燃性ガスや一酸化炭素が適切に希釈された後、大気に放出される。この場合、放出ガス中に含まれる可燃性ガスや一酸化炭素が充分に希釈できるよう、低減できるよう、空気供給器の空気量が水素生成装置１００の水素供給運転中よりも多くなるよう調整されることが好ましい。なお、空気供給器として、シロッコファンを用いることができるが、空気を供給できれば他の空気供給器であってもよい。
【０１０９】
また、運転停止後の水素生成装置１００の各部の温度は時間の経過とともに徐々に低下する。例えば、改質器１の運転時の内部温度は、６５０℃程度に上昇しているので、改質器１の内部温度が低下するに連れて、改質器１の内部ガスが収縮する。すると、水素生成装置１００の内圧も低下する。従って、水素生成装置１００の運転停止後、暫くは、水素生成装置１００（特に、水蒸発器４及び水蒸発器４に熱伝導可能な改質器１、燃焼排ガス経路等）の余熱により蒸発した水の体積膨張に伴い上昇した水素生成装置１００の内圧を上記圧抜き動作により放出する必要があるが、水素生成装置１００内の温度が所定温度以下（例えば、３００℃）になると、水素生成装置１００の内圧が大気圧未満の負圧状態にまで低下する。そこで、水素生成装置１００の内圧が過度に負圧化すると、水素生成装置１００の各種の機器（電磁弁やガス経路）に負荷がかかり、機器故障の原因となる。そこで、水素生成装置１００の内部の過度の負圧化を防止する目的で、水素生成装置１００の内圧が所定圧よりも低くなると、水素生成装置１００の圧張りが行われ、水素生成装置１００の内圧が所定圧以上維持される。このような圧張りは、水素生成装置１００に原料を供給することにより実現される。具体的には、原料インフラ（例えば、都市ガス）や原料タンク（例えば、プロパンボンベ）のような原料供給源には、通常、供給圧を有するため、原料供給路に設けられた開閉弁（図示せず）を開放することにより、温度低下に伴って収縮した水素生成装置１００内のガスの体積減少が補われる。本実施形態では、水素生成装置１００の内圧が大気圧＋０．３ｋＰａ以下となった場合において圧張り動作がなされるよう、構成されている。但し、機器の耐久圧力は、機器の特性によって異なるので、機器が故障しなければ他の条件であってもよい。
【０１１０】
なお、燃焼器２の燃焼動作を停止した後の改質器１（水素生成装置１００）の冷却方法には、空気供給器（シロッコファン）を動かして燃焼排ガス経路に空気を送り、改質器１を強制空冷する冷却動作を停止処理の一つとして実行する方法と、このような強制的な冷却動作を行わずに自然冷却の方法とがある。本実施形態では前者の方法を採用としたが、水素生成装置１００の内圧を所定の範囲内に維持できれば、後者の方法であってもよく、これら以外の冷却方法であってもよい。なお、上記圧抜き動作及び圧張り動作は、水素生成装置１００の停止処理及び起動待機時の少なくともいずれか一方において、適宜実行されるよう構成される。
【０１１１】
次に、水素生成装置１００の起動処理または水素供給運転中に、停電やブレーカ遮断などにより、水素生成装置１００への電力供給が断たれた場合（異常時）の停止処理について述べる。
【０１１２】
水素生成装置１００への電力供給が断たれると、水素生成装置１００のインプット部およびアウトプット部を開閉できる各種のノーマルクローズ弁（ソレノイド消磁で閉まり、ソレノイド励磁で開く電磁弁）が全て閉じる。同時に、原料供給器６や水供給器５などの供給器の作動も停止する。なお、アウトプット部を開閉するノーマルクローズ弁として封止器１０も含まれる。
【０１１３】
ここで、水供給器５の作動が停止しても、水供給器５から水蒸発器４までの配管内や水蒸発器４内に残存する水は、しばらくの間、水素生成装置１００（特に、水蒸発器４及び水蒸発器４に熱伝導可能な改質器１、燃焼排ガス経路等）の余熱により蒸発し続けるので、水素生成装置１００内では、水蒸気が継続的に生成する。この水蒸気の生成に伴う体積膨張により、封止器１０で封止された水素生成装置１００の内圧は上昇する。
【０１１４】
水素生成装置１００の内圧が第２の上限圧力以上に上昇した場合に、制御装置５０の制御により水素生成装置１００の圧抜き動作を行うことが好ましい。ところが、停電やブレーカ遮断などにより水素生成装置１００に電力供給されておらず、制御装置５０により封止器１０を開閉動作させることができない。つまり、封止器１０を用いた圧抜き動作が行えない。
【０１１５】
そこで、本実施形態では、水素生成装置１００内のガス圧が過剰に上昇して、第１の上限圧力以上になった場合（ここでは、５０ｋＰａ）、圧抜き器３のリリーフ機構により水蒸発器４と大気が連通し、水素生成装置１００の内圧が大気に開放される。ここで、本実施形態の水素生成装置１００は、圧抜き器３を改質器１の上流側の経路に配することにより、水素生成装置１００内に残留する水素含有ガス（一酸化炭素）の漏れを従来に比べて抑制しながら、水素生成装置１００の内圧上昇の原因となる水蒸気を積極的に外部に放出できるように構成されている。ここでは、上記第１の上限圧力として５０ｋＰａとしたが、機器の耐久圧力は、機器の特性によって異なるので、第１の上限圧力は、機器が故障しなければ他の値であってもよい。
【０１１６】
なお、本実施形態（図１）の如く、改質器１と水蒸発器４が一体化されている装置では、圧抜き器３は、改質器１および水蒸発器４の上流側の経路に配するとよい。これにより、水蒸気が優先的に排出され、水素含有ガス（一酸化炭素ガス）の放出を従来に比べて抑制することができる。一方、改質器１と水蒸発器４とが別体に構成され、両者が適宜の配管により連結されている場合には、改質器１と水蒸発器４との間の配管に圧抜き器３を設けてもよい。
【０１１７】
また、高温の水蒸気が冷却されると、水蒸気は水に凝縮するので、外部に放出されるガスの体積を収縮できる。よって、本実施形態では、圧抜き器３を通過したガスがそのまま大気に排出されるのではなく、上述の通り下り勾配経路を経ることで水蒸気を冷却されて生成した凝縮水とともに排出器７に導入される。
【０１１８】
上述の排出器７として、水素生成装置１００に標準装備される、水溜部を有するとともに水溜部に溜まった水を排出する排出機構を有する受器を用いることで、凝縮水を水素生成装置１００の外部に排出する構成を簡略化できる。なお、標準装備される受器として後述の実施の形態２にて例示される、燃焼器２の燃焼排ガスより回収された回収水を貯える凝縮水タンク、または水素生成装置１００の筐体（図示せず）を構成する壁部の外側に配されたホッパー等が例示される。
【０１１９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による燃料電池システムの構成例を模式的に示したブロック図である。
【０１２０】
本実施形態の燃料電池システム１１０には、図３に示すように、実施の形態１で述べた水素生成装置１００（これの構成および動作の説明は省略する）が組み込まれている。なお、本実施形態では、水素生成装置１００の排出器７（図１参照）は、後述するホッパー２６によって構成され、水素生成装置１００の封止器１０（図１参照）は、後述する封止器１０Ａ、封止器１０Ｂ及び封止器１０Ｃによって構成されている。
【０１２１】
燃料電池システム１１０は、図３に示すように、水素生成装置１００から供給された水素含有ガスと空気（酸化剤ガス）中の酸素とを用いて発電する燃料電池８を備える。なお、燃料電池８の内部構成は公知なので、この構成説明は省略する。
【０１２２】
図３では図示しないが、燃料電池８に空気を供給する経路が存在しており、ブロワなどからこの経路を介して酸化ガスとしての空気が燃料電池８に供給されている。また、燃料電池システム１１０の起動処理時には、改質器１を通過した後の水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が高いので、水素生成装置１００からの水素含有ガスは、適宜の切り替え弁（図示せず）を用いて、燃料電池８に供給されずに、封止器１０Ｃが配されたバイパス経路を介して燃焼器２に送られる。この水素含有ガスを用いて燃焼器２の燃焼がなされ、改質器１の水蒸気改質反応に必要な熱が賄われる。そして、改質器１が充分に上昇して、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が低くなり、高濃度の水素が生成される状態になった時点で、切り替え弁を用いて、燃料電池８に水素含有ガスが供給され始め、水素含有ガスと空気との反応により、燃料電池８が発電する。このとき、燃料電池８で発電に使用されずに、燃料電池８から放出された水素含有ガス（アノードオフガス）は、燃焼器２に供給され、改質器１の改質触媒体を加熱する燃焼用のエネルギーとして利用される。また、燃料電池８の発電では、電力と熱が生成できる。このため、燃料電池８の温度を適温に保ちながら、燃料電池８の生成熱を有効に取り出せるよう、燃料電池８に冷却水を循環させて、冷却水との熱交換が実行される。そして、熱交換により温められた冷却水は貯湯タンク（図示せず）などに蓄えられ、家庭用のお湯などに利用される。
【０１２３】
このようにして、本実施形態の燃料電池システム１１０では、エネルギーを有効に利用しながら、効率的な発電が実現される。  
【０１２４】
燃料電池システム１１０の圧抜き器３は、図３に示すように、下り勾配経路２７を介して燃料電池システム１１０から不要な水を排出できるホッパー２６に連結されている。
【０１２５】
このホッパー２６は、燃料電池システム１１０の筐体を構成する壁部２５の外側に配された中空の水溜部２６Ｂを有しており、下り勾配経路２７の下方端より排出された水蒸気および水蒸気の凝縮水を受ける受器となっている。そして、ホッパー２６は、燃料電池システム１１０の凝縮水タンク２２におけるオーバーフロー水を外部に導く排出機能２６Ａ（例えば、ドレンホースなど）を有する。なお、この凝縮水タンク２２には、オーバーフロー水量の調整により一定量の回収水が貯められている。
【０１２６】
一方、圧抜き器３からの高温のガスは、下り勾配経路２７を流れる途中で冷やされて凝縮する。そこで、上述のホッパー２６は、ホッパー２６の水溜部２６Ｂに溜まった水を排出できる上述の排出機能２６Ａを用いて水が排出されることにより、このような凝縮水も外部に廃棄させる排出器としての機能も兼ねている。
【０１２７】
また、ホッパー２６は、下り勾配経路２７の下方端より排出された水蒸気を外気に放出できる大気開放口を有する開放構造２６Ｃも備えている。
【０１２８】
なお、燃料電池システム１１０の運転には、水蒸発器４に供給される改質水および燃料電池８の冷却に用いる冷却水が使用されている。ここで、燃焼器２の燃焼排ガス中の水、燃料電池８のカソードを通った後のカソードオフガス中の水、燃料電池８のアノードを通った後のアノードオフガス中の水などが回収され、このような回収水を用いて燃料電池システム１１０に必要な水（改質水、冷却水）を賄うよう構成されることが好ましい。
【０１２９】
また、水素生成装置１００については、改質器１のみを設ける形態を採用したが、燃料電池８が低温型の燃料電池（例：固体高分子型燃料電池）の場合は、さらに、一酸化炭素濃度を低減させるために、改質器１の下流に一酸化炭素を低減する反応器（変成器等）を設ける形態を採用しても構わない。
【０１３０】
また、燃料電池システムの起動処理において、一酸化炭素濃度が充分に低下していない水素含有ガスを燃料電池８に供給させないためのバイパス経路及び封止器１０Ｃを設ける形態を採用している。しかしながら、一酸化炭素に対してアノード電極が被毒しにくい燃料電池（例：ＳＯＦＣ等の高温型燃料電池）の場合は、バイパス経路及び封止器を設けなくても構わない。
【０１３１】
さらに、バイパス経路及び封止器１０Ｃを設けない形態においては、少なくとも封止器１０Ｂを設ければ、水素生成装置１００及び燃料電池８内のガス経路と大気との連通を遮断することが可能になる。従って、封止器１０Ｂのみを設ける形態を採用しても構わない。
【０１３２】
次に、本実施形態の燃料電池システム１１０の動作について述べる。但し、実施の形態１において、水素生成装置１００の動作を詳しく述べたので、ここでは、水素生成装置１００に関連する動作の説明は省略乃至概説する。また、燃料電池システム１１０の起動処理は、実施の形態１で述べた内容を参酌すれば理解できるので、ここでは、省略する。なお、本実施形態の燃料電池システム１００の全体の動作の制御器としては、上述の制御装置５０を用いることができる。
【０１３３】
停電またはブレーカ遮断等により燃料電池システム１１０への電力供給が遮断されていない通常の停止処理では、水素生成装置１００のインプット部およびアウトプット部、並びに、燃料電池８のインプット部およびアウトプット部を封止することにより、燃料電池システム１１０の封止がなされる。
【０１３４】
このとき、水素生成装置１００と燃料電池８とを連通したままであってもよいが、本実施形態では、封止器１０Ａ（電磁弁）を用いて水素生成装置１００と燃料電池８とが、遮断されている。なお、この場合、燃料電池８のアウトプット部は、封止器１０Ｂ（電磁弁）により閉められる。また、水素生成装置１００のアウトプット部の一つであるバイパス経路は、封止器１０Ｃにより閉められる。
【０１３５】
そして、燃料電池システム１１０を封止した状態で、水素生成装置１００の余熱による水蒸発により体積膨張する。そして、水素生成装置１００内の内圧が第２の上限圧力以上に上昇した場合には、制御装置５０の制御により封止器１０Ｃ（開閉弁）の封止を解除することで、水素生成装置１００の内圧を大気に放出する圧抜き動作を実行する。なお、上記圧抜き動作に代えて封止器１０Ａ及び封止器１０Ｂの封止を解除する（封止器１０Ａを封止せず停止する場合は、封止器１０Ｂの封止を解除する）ことで圧抜き動作を実行する形態を採用しても構わない。
【０１３６】
また、水素生成装置１００の温度が低下して、内圧が低下した場合には、制御装置５０の制御により、実施の形態１と同様に圧張り動作が実行される。なお、上記圧抜き動作及び圧張り動作は、燃料電池システム１１０の停止処理及び起動待機時の少なくともいずれか一方において、適宜実行されるよう構成される。
【０１３７】
次に、燃料電池システム１１０の起動処理または水素供給運転時に、停電やブレーカ遮断などにより、燃料電池システム１１０への電力供給が断たれた場合（異常時）の停止処理について述べる。
【０１３８】
燃料電池システム１１０への電力供給が断たれると、燃料電池システム１１０のガス（原料、水素含有ガス、または酸化剤ガス）や改質水のインプット部およびアウトプット部を開閉できる各種のノーマルクローズ弁（例えば、封止器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）が全て閉じる。同時に、原料供給器６や水供給器５などの供給器の作動も停止する。
【０１３９】
実施の形態１と同様に、水供給器５の作動が停止しても、水供給器５から水蒸発器４までの配管内や水蒸発器４内に残存する水は、水素生成装置１００の余熱によりしばらくの間、蒸発し続けるので、燃料電池システム１１０の水素生成装置１００内では、水蒸気が継続的に生成する。この水蒸気の生成に伴う体積膨張により、上述の封止器（封止器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）で封止された水素生成装置１００の内圧は上昇する。
【０１４０】
水素生成装置１００の内圧が第２の上限圧力以上に上昇した場合、制御装置５０の制御により水素生成装置１００の圧抜き動作を行うことが好ましい。
【０１４１】
ところが、今回の場合、停電やブレーカ遮断などにより燃料電池システム１１０に電力供給されておらず、制御装置５０により封止器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを開閉動作させることができない。つまり、封止器１０Ｃ（または、１０Ａ、１０Ｂ）を用いた上述の圧抜き動作が行えない。
【０１４２】
そこで、本実施形態では、燃料電池システム１１０内のガス圧が過剰に上昇して、第１の上限圧力以上になった場合（ここでは、５０ｋＰａ）、圧抜き器３のリリーフ機構により水蒸発器４と大気が連通し、水素生成装置１００の内圧が大気に開放される。ここで、本実施形態の燃料電池システム１１０は、圧抜き器３を改質器１の上流側の経路に配することにより、燃料電池システム１１０内に残留する水素含有ガス（一酸化炭素）の漏れを従来に比べて抑制しながら、燃料電池システム１１０の内圧上昇の原因となる水蒸気を積極的に外部に放出できるように構成されている。ここでは、上記第１の圧力上限として、５０ｋＰａとしたが、機器の耐久圧力は、機器の特性によって異なるので、第１の上限圧力は、機器が故障しなければ他の値であってもよい。
【０１４３】
なお、本実施形態（図３）の如く、改質器１と水蒸発器４が一体化されている装置では、圧抜き器３は、改質器１および水蒸発器４の上流側の経路に配するとよい。これにより、水蒸気が優先的に排出され、水素含有ガス（一酸化炭素）の放出を従来に比べて抑制することができる。一方、改質器１と水蒸発器４とが別体に構成され、両者が適宜の配管により連結されている場合には、改質器１と水蒸発器４との間の配管に圧抜き器３を設けてもよい。
【０１４４】
また、高温の水蒸気が冷却されると、水蒸気は水に凝縮するので、外部に放出されるガスの体積を収縮できる。よって、本実施形態では、圧抜き器３を通過したガスがそのまま大気に放出されるのではなく、水蒸気含有ガスの放出用の経路（上述の下り勾配経路２７）を経て、水蒸気を冷却されて生成した凝縮水とともに上述のホッパー２６に導入され、排出機能２６Ａ（排出器）を用いて適切に排水できる。
【０１４５】
また、本実施の形態のように、燃料電池システム１１０が、燃料電池システム１１０を構成する各機器（水素生成装置１００や燃料電池８）から排出される水をシステム外部に排出できる排出器としてホッパー２６を標準装備している場合には、このホッパー２６を利用して、圧抜き器３より放出されたガスからの凝縮水を外部に排出する構成を簡略化できる。また、ホッパー２６の開放構造２６Ｃから排出されるガスの容積は、水蒸気含有ガスの放出用の経路を経ている間に、ガス中の水蒸気が凝縮することで縮小するので、当該ガスの燃料電池システム１１０外部への急激な吹き出しを抑制できる。更に、水蒸気含有ガスの放出用の経路を経ている間に、圧抜き器３より放出された高温のガスが冷却されるので、ホッパー２６の開放構造２６Ｃから燃料電池システム１１０外部に吹き出すガスにより使用者が火傷する危険性が低減される。
【０１４６】
（変形例１）
本変形例では、圧抜き器３を原料供給路（例えば、図２の経路Ｃまたは経路Ｆ）に設けた場合における、圧抜き器３の構成例を説明する。
【０１４７】
図４は、圧抜き器の構成例を模式的に示した図である。
【０１４８】
図４に示すように、都市ガスを原料に用いる場合、都市ガス中に含まれる硫黄成分（ガス漏れ検出用の臭気成分の一例）を除去できる脱硫器３０（脱臭器の一例）が、原料供給器６の下流側の経路を形成する水平配管３３に配されている。また、この脱硫器３０の下流側の水平配管３３には、封止器１０の封止時において改質器１から脱硫器３０へのガスの流通を遮断するように構成された開閉弁３１（脱硫器３０側への水蒸気逆流を防止できる水蒸気逆流防止弁３１）が、脱硫器３０と水蒸発器４（改質器１）との間に配されている。  これは、封止器１０の封止後における水素生成装置１００の内圧上昇に伴い、脱硫器３０へ水蒸気が逆流する可能性があるが、この開閉弁３１の作用により脱硫器３０への水蒸気流入が抑制される、その結果、脱硫器３０（脱臭器の一例）による水蒸気吸着を抑制され、脱硫器３０（脱臭器の一例）の性能劣化を抑制できる。
【０１４９】
なお、開閉弁３１として、単純な構造のバネ式の逆止弁の他、電磁弁を用いることもできる。開閉弁３１として電磁弁を用いる場合、電力供給が遮断されない水素生成装置１００（燃料電池システム１１０）の通常の停止処理においては、制御装置５０の制御により、封止器１０の封止以前に、この開閉弁３１が閉止され、脱硫器３０への水蒸気の流入が抑制される。また、水素生成装置１００への電力供給遮断時に対しては、この開閉弁３１をノーマルクローズ型に構成することで、封止器１０の封止と同時に、開閉弁３１も自動的に閉じられ、脱硫器３０への水蒸気流入が抑制されるので好ましい。
【０１５０】
このように、本変形例においては、封止器１０が封止した状態においては、開閉弁３１によりその上流の原料経路には水蒸気が流通しないよう構成されるため、圧抜き器３は、開閉弁３１の下流の原料経路に設けられることを特徴とする。
具体的には、図４に示すように、上述の水平配管３３と、下り勾配経路を形成する下り勾配配管３２とが接続する接続位置Ｐに近接する下り勾配経路３２に圧抜き器３が設けられている。
【０１５１】
（変形例２）
実施の形態１、２では、電力供給の遮断時などの制御装置５０により封止器１０を用いた圧抜き動作が実行できない場合において、リリーフ機構を有する圧抜き器３により圧抜きされるよう形態について述べたが、本変形例においては、電力供給が遮断されてない通常の停止処理においても、制御装置５０による封止器１０を用いた圧抜き動作を実行せずに、圧抜き器３のリリーフ機構による圧抜きが行われるよう構成されている。
【０１５２】
（変形例３）
圧抜き器３に用いるバネ封止機構を有する電磁弁の個数については、圧抜き器３を１個の電磁弁を用いて安価に実現してもよい。
【０１５３】
また、２個以上の電磁弁を直列に設置してもよい。これにより、１個の電磁弁が何らかの原因により故障して閉じなくなっても、他の電磁弁を閉じて、圧抜き器３を有効に機能させることができる。よって、圧抜き器３の信頼性が高まる。
【０１５４】
（変形例４）
実施の形態１、２では、圧抜き器３が、バネ圧の封止を利用する圧力逃がし機構（リリーフ機構）を有している例を述べたが、これに限らない。例えば、圧抜き器３が、リリーフ機構を有さない開閉弁であり、水素生成装置１００への電力の供給が遮断されていない通常の停止処理においては、制御装置５０が、圧力検知器９により得られる圧力が第２の上限圧力以上である場合に、上記開閉弁を開くように制御する圧抜き動作を実行するよう構成される。但し、この場合、水素生成装置１００への電力供給遮断時には、水素生成装置１００の内圧を開放することができず、水素生成装置に対して圧力負荷を与え、好ましくないが、特許文献２記載の水素生成装置のように電力供給が遮断されていない場合に、改質器の下流より圧抜きをする場合に比べ、圧抜き動作時において改質器１から水素含有ガス（一酸化炭素）が漏れる可能性がより低減される。
【０１５５】
（変形例５）
実施の形態１、２では、水素生成装置１００の内圧が第１の上限圧力以上になった場合の、圧抜き動作として、封止器１０の封止を解除する形態を採用したが、本変形例においては、圧抜き器３が、ばね封止機構を有する電磁弁であり、第２の上限圧力以上になった場合に、制御装置５０の制御により、この電磁弁を開放することで水素生成装置１００の内圧を解放するよう構成されている。また、電力供給が遮断された場合には、第１の上限圧力以上で、ばね封止機構が解除され、圧抜き器３より水素生成装置１００の内圧が開放されるよう構成されている。これにより、実施の形態１及び２の場合に比べ、電力供給が遮断されていない通常の停止処理においても、改質器１の上流の経路より圧抜き動作時のガスが放出されるため、圧抜き動作時において改質器１から水素含有ガス（一酸化炭素）が漏れる可能性がより低減され、好ましい。
【０１５６】
（変形例６）
実施の形態１では、下り勾配経路の下方端より排出されたガスとともに排出される凝縮水を受ける受器として、排出器７が例示され、実施の形態２では、下り勾配経路２７の下方端より排出されたガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を受ける受器として、ホッパー２６が例示されている。
【０１５７】
図５は、本発明の変形例６による燃料電池システムの構成例を模式的に示したブロック図である。
【０１５８】
本変形例の燃料電池システム１１０Ａでは、燃料電池システム１１０Ａの凝縮水タンク２２が上述の受器の機能を有している。つまり、図５に示すように、凝縮水タンク２２は、下り勾配経路２７Ａの下方端より排出された凝縮水を受ける受器であり、凝縮水は、凝縮水タンク２２のオーバーフロー機能（排出機能）を用いて燃料電池システム１１０Ａの外部に排出され、ガス（水蒸気）は、凝縮水タンク２２の開放構造２２Ｃを用いて大気に放出される。
【０１５９】
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。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明の水素生成装置および燃料電池システムによれば、電力供給遮断などの停止時に、装置内部の一酸化炭素ガスの漏れを従来に比べて抑制しながら、当該内部を圧抜きできる。よって、本発明は、例えば、家庭用の発電システムに利用できる。
【符号の説明】
【０１６１】
１  改質器
２  燃焼器
３  圧抜き器
４  水蒸発器
５  水供給器
６  原料供給器
７  排出器
８  燃料電池
９  圧力検知器
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  封止器
２２  凝縮水タンク
２５  壁部
２６  ホッパー
２６Ａ  排出機能
２６Ｂ  水溜部
２２Ｃ、２６Ｃ  開放構造
２７、２７Ａ  下り勾配経路
３０  脱硫器
３１  水蒸気逆流防止弁（開閉弁）
３２  下り勾配配管
３３  水平配管
５０  制御装置
１００  水素生成装置
１１０、１１０Ａ  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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