(57)【要約】【課題】エネルギーを有効利用して、窒素吸着剤の再生を行う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１は、第１吸着部１５へ空気供給部２３からの空気Ａ１を供給し且つ燃料電池１１からのオフガスＧ４を第２吸着部１６へ供給する第１の状態と、第２吸着部１６へ空気供給部２３からの空気Ａ１を供給し且つ燃料電池１１からのオフガスＧ４を第１吸着部１５へ供給する第２の状態との切り替えを少なくとも行う切り替え部３１、３２、３３、３４と、切り替え部が、第１の状態から第２の状態への切り替え、又は、第２の状態から第１の状態への切り替えを行うように、切り替え部に対して制御を行う制御部１８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
酸素を含む空気を前記燃料電池に供給するための空気供給部と、
前記燃料電池と前記空気供給部とに接続された第１空気供給ラインと、
前記第１空気供給ラインの途中に配置され、前記第１空気供給ラインを流通する空気中の窒素を吸着可能な第１吸着剤を備える第１吸着部と、
前記燃料電池と前記空気供給部とに接続された第２空気供給ラインと、
前記第２空気供給ラインの途中に配置され、前記第２空気供給ラインを流通する空気中の窒素を吸着可能な第２吸着剤を備える第２吸着部と、
前記燃料電池と前記第１吸着部とを連通し、前記燃料電池からのオフガスを前記第１吸着部へ供給可能な第１オフガス供給ラインと、
前記燃料電池と前記第２吸着部とを連通し、前記燃料電池からのオフガスを前記第２吸着部へ供給可能な第２オフガス供給ラインと、
前記第１吸着部へ前記空気供給部からの空気を供給し且つ前記燃料電池からのオフガスを前記第２吸着部へ供給する第１の状態と、前記第２吸着部へ前記空気供給部からの空気を供給し且つ前記燃料電池からのオフガスを前記第１吸着部へ供給する第２の状態との切り替えを少なくとも行う切り替え部と、
前記切り替え部が、前記第１の状態から前記第２の状態への切り替え、又は、前記第２の状態から前記第１の状態への切り替えを行うように、前記切り替え部に対して制御を行う制御部とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記切り替え部は、第１三方弁と、第２三方弁と、第３三方弁と、第４三方弁とを有し、
前記第１空気供給ラインは、一端部が前記空気供給部に接続され、他端部が前記第１三方弁に接続された空気供給部側ラインと、一端部が前記第１三方弁に接続され、他端部が前記第１吸着部に接続された第１吸着部側上流ラインと、一端部が前記第１吸着部に接続され、他端部が前記第２三方弁に接続された第１吸着部側下流ラインと、一端部が前記第２三方弁に接続され、他端部が前記燃料電池に接続された燃料電池側空気ラインとを有し、
前記第２空気供給ラインは、前記空気供給部側ラインと、一端部が前記第１三方弁に接続され、他端部が前記第２吸着部に接続された第２吸着部側上流ラインと、一端部が前記第２吸着部に接続され、他端部が前記第２三方弁に接続された第２吸着部側下流ラインと、前記燃料電池側空気ラインとを有し、
前記第１オフガス供給ラインは、一端部から前記燃料電池からのオフガスを供給可能であり、他端部が前記第３三方弁に接続された上流側オフガスラインと、一端部が前記第３三方弁に接続され、他端部が前記第１吸着部側下流ラインの途中に接続された第１吸着部オフガス上流ラインと、前記第１吸着部側下流ラインと、前記第１吸着部側上流ラインと、一端部が前記第１吸着部側上流ラインの途中に接続され、他端部が前記第４三方弁に接続された第１吸着部オフガス下流ラインと、一端部が前記第４三方弁に接続され、他端部から前記燃料電池からのオフガスを排出可能な下流側オフガスラインとを有し、
前記第２オフガス供給ラインは、前記上流側オフガスラインと、一端部が前記第３三方弁に接続され、他端部が前記第２吸着部側下流ラインの途中に接続された第２吸着部オフガス上流ラインと、前記第２吸着部側下流ラインと、前記第２吸着部側上流ラインと、一端部が前記第２吸着部側上流ラインの途中に接続され、他端部が前記第４三方弁に接続された第２吸着部オフガス下流ラインと、前記下流側オフガスラインとを有し、
前記第１の状態は、前記制御部が、前記空気供給部側ラインと前記第１吸着部側上流ラインとが連通するように前記第１三方弁を制御し、前記第１吸着部側下流ラインと前記燃料電池側空気ラインとが連通するように前記第２三方弁を制御し、前記上流側オフガスラインと前記第２吸着部オフガス上流ラインとが連通するように前記第３三方弁を制御し、前記第２吸着部オフガス下流ラインと前記下流側オフガスラインとが連通するように前記第４三方弁を制御することにより形成され、
前記第２の状態は、前記制御部が、前記空気供給部側ラインと前記第２吸着部側上流ラインとが連通するように前記第１三方弁を制御し、前記第２吸着部側下流ラインと前記燃料電池側空気ラインとが連通するように前記第２三方弁を制御し、前記上流側オフガスラインと前記第１吸着部オフガス上流ラインとが連通するように前記第３三方弁を制御し、前記第１吸着部オフガス下流ラインと前記下流側オフガスラインとが連通するように前記第４三方弁を制御することにより形成される請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記切り替え部は、円筒形状を有し軸心を中心として回転可能なロータと、前記ロータを回転させる回転駆動部とを有し、
前記ロータは、内部が周方向において複数の部屋に区画され、各前記部屋は、前記ロータの軸方向における前記ロータの一端から他端に至るまで連通し、
前記第１吸着部は、少なくとも一つの前記部屋に前記第１吸着剤が充填されて構成され、
前記第２吸着部は、前記少なくとも一つの部屋以外の前記部屋に前記第２吸着剤が充填されて構成され、
前記ロータは、前記第１空気供給ライン及び前記第２空気供給ラインの途中に配置され、且つ、前記第１オフガス供給ラインの端部及び前記第２オフガス供給ラインの端部に対向して配置され、前記空気供給部から前記第１空気供給ライン又は前記第２空気供給ラインを通して供給された空気が、前記ロータの軸方向における一端から他端へと前記部屋内を流通可能であると共に、前記第２オフガス供給ライン又は前記第１オフガス供給ラインを通して供給されたオフガスが、前記ロータの軸方向における他端から一端へと前記部屋内を流通可能であり、
前記第１の状態は、前記制御部が、前記回転駆動部を制御して、前記第１空気供給ラインから前記第１吸着部に空気が供給される前記ロータの回転位置とすることにより、前記第２吸着部は、前記第２オフガス供給ラインの端部に対向して形成され、
前記第２の状態は、前記制御部が、前記回転駆動部を制御して、前記第２空気供給ラインから前記第２吸着部に空気が供給される前記ロータの回転位置とすることにより、前記第１吸着部は、前記第１オフガス供給ラインの端部に対向して形成される請求項１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、高濃度の酸素が燃料電池に供給される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、燃料電池の燃料極（アノード）に水素ガスが供給され、空気極（カソード）に空気が供給される。そして、供給された水素と空気中の酸素とが化学反応し、発電が行われる。発電効率を良くするためには、カソードに供給される空気中の酸素濃度を高めることが知られている。
【０００３】
酸素濃度を高める方法としては、活性炭やゼオライト等により構成される窒素吸着剤によって、空気中の窒素を吸着させる方法が知られている。窒素吸着剤を用いて窒素の吸着を続けていると、窒素の吸着量は減少する。そこで、空気を吸着させた窒素吸着剤を、圧力変動再生方式や熱再生方式によって再生し、窒素の吸着量を回復させることが知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２０６１６０号公報
【特許文献２】特開２００１−０７０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記圧力変動再生方式では、窒素吸着剤の再生に大きな圧力変動差が要求される。このため、高圧ブロワまたは真空ブロワが必要となる。上記熱再生方式では、窒素吸着剤の再生に熱エネルギーが要求される。このため、熱エネルギーの発生源として、例えば、ヒータが必要となる。
【０００６】
本発明は、エネルギーを有効利用して、窒素吸着剤の再生を行う燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料電池と、酸素を含む空気を前記燃料電池に供給するための空気供給部と、前記燃料電池と前記空気供給部とに接続された第１空気供給ラインと、前記第１空気供給ラインの途中に配置され、前記第１空気供給ラインを流通する空気中の窒素を吸着可能な第１吸着剤を備える第１吸着部と、前記燃料電池と前記空気供給部とに接続された第２空気供給ラインと、前記第２空気供給ラインの途中に配置され、前記第２空気供給ラインを流通する空気中の窒素を吸着可能な第２吸着剤を備える第２吸着部と、前記燃料電池と前記第１吸着部とを連通し、前記燃料電池からのオフガスを前記第１吸着部へ供給可能な第１オフガス供給ラインと、前記燃料電池と前記第２吸着部とを連通し、前記燃料電池からのオフガスを前記第２吸着部へ供給可能な第２オフガス供給ラインと、前記第１吸着部へ前記空気供給部からの空気を供給し且つ前記燃料電池からのオフガスを前記第２吸着部へ供給する第１の状態と、前記第２吸着部へ前記空気供給部からの空気を供給し且つ前記燃料電池からのオフガスを前記第１吸着部へ供給する第２の状態との切り替えを少なくとも行う切り替え部と、前記切り替え部が、前記第１の状態から前記第２の状態への切り替え、又は、前記第２の状態から前記第１の状態への切り替えを行うように、前記切り替え部に対して制御を行う制御部とを備える燃料電池システムに関する。
【０００８】
また、前記切り替え部は、第１三方弁と、第２三方弁と、第３三方弁と、第４三方弁とを有し、前記第１空気供給ラインは、一端部が前記空気供給部に接続され、他端部が前記第１三方弁に接続された空気供給部側ラインと、一端部が前記第１三方弁に接続され、他端部が前記第１吸着部に接続された第１吸着部側上流ラインと、一端部が前記第１吸着部に接続され、他端部が前記第２三方弁に接続された第１吸着部側下流ラインと、一端部が前記第２三方弁に接続され、他端部が前記燃料電池に接続された燃料電池側空気ラインとを有し、前記第２空気供給ラインは、前記空気供給部側ラインと、一端部が前記第１三方弁に接続され、他端部が前記第２吸着部に接続された第２吸着部側上流ラインと、一端部が前記第２吸着部に接続され、他端部が前記第２三方弁に接続された第２吸着部側下流ラインと、前記燃料電池側空気ラインとを有し、前記第１オフガス供給ラインは、一端部から前記燃料電池からのオフガスを供給可能であり、他端部が前記第３三方弁に接続された上流側オフガスラインと、一端部が前記第３三方弁に接続され、他端部が前記第１吸着部側下流ラインの途中に接続された第１吸着部オフガス上流ラインと、前記第１吸着部側下流ラインと、前記第１吸着部側上流ラインと、一端部が前記第１吸着部側上流ラインの途中に接続され、他端部が前記第４三方弁に接続された第１吸着部オフガス下流ラインと、一端部が前記第４三方弁に接続され、他端部から前記燃料電池からのオフガスを排出可能な下流側オフガスラインとを有し、前記第２オフガス供給ラインは、前記上流側オフガスラインと、一端部が前記第３三方弁に接続され、他端部が前記第２吸着部側下流ラインの途中に接続された第２吸着部オフガス上流ラインと、前記第２吸着部側下流ラインと、前記第２吸着部側上流ラインと、一端部が前記第２吸着部側上流ラインの途中に接続され、他端部が前記第４三方弁に接続された第２吸着部オフガス下流ラインと、前記下流側オフガスラインとを有し、前記第１の状態は、前記制御部が、前記空気供給部側ラインと前記第１吸着部側上流ラインとが連通するように前記第１三方弁を制御し、前記第１吸着部側下流ラインと前記燃料電池側空気ラインとが連通するように前記第２三方弁を制御し、前記上流側オフガスラインと前記第２吸着部オフガス上流ラインとが連通するように前記第３三方弁を制御し、前記第２吸着部オフガス下流ラインと前記下流側オフガスラインとが連通するように前記第４三方弁を制御することにより形成され、前記第２の状態は、前記制御部が、前記空気供給部側ラインと前記第２吸着部側上流ラインとが連通するように前記第１三方弁を制御し、前記第２吸着部側下流ラインと前記燃料電池側空気ラインとが連通するように前記第２三方弁を制御し、前記上流側オフガスラインと前記第１吸着部オフガス上流ラインとが連通するように前記第３三方弁を制御し、前記第１吸着部オフガス下流ラインと前記下流側オフガスラインとが連通するように前記第４三方弁を制御することにより形成されることが好ましい。
【０００９】
また、前記切り替え部は、円筒形状を有し軸心を中心として回転可能なロータと、前記ロータを回転させる回転駆動部とを有し、前記ロータは、内部が周方向において複数の部屋に区画され、各前記部屋は、前記ロータの軸方向における前記ロータの一端から他端に至るまで連通し、前記第１吸着部は、少なくとも一つの前記部屋に前記第１吸着剤が充填されて構成され、前記第２吸着部は、前記少なくとも一つの部屋以外の前記部屋に前記第２吸着剤が充填されて構成され、前記ロータは、前記第１空気供給ライン及び前記第２空気供給ラインの途中に配置され、且つ、前記第１オフガス供給ラインの端部及び前記第２オフガス供給ラインの端部に対向して配置され、前記空気供給部から前記第１空気供給ライン又は前記第２空気供給ラインを通して供給された空気が、前記ロータの軸方向における一端から他端へと前記部屋内を流通可能であると共に、前記第２オフガス供給ライン又は前記第１オフガス供給ラインを通して供給されたオフガスが、前記ロータの軸方向における他端から一端へと前記部屋内を流通可能であり、前記第１の状態は、前記制御部が、前記回転駆動部を制御して、前記第１空気供給ラインから前記第１吸着部に空気が供給される前記ロータの回転位置とすることにより、前記第２吸着部は、前記第２オフガス供給ラインの端部に対向して形成され、前記第２の状態は、前記制御部が、前記回転駆動部を制御して、前記第２空気供給ラインから前記第２吸着部に空気が供給される前記ロータの回転位置とすることにより、前記第１吸着部は、前記第１オフガス供給ラインの端部に対向して形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エネルギーを有効利用して、窒素吸着剤の再生を行う燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料電池システム１における第１の状態を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料電池システム１における第２の状態を示す概略図である。
【図３】本発明の第２実施形態による燃料電池システム１Ａにおける第１の状態を示す概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態による燃料電池システム１Ａにおける第２の状態を示す概略図である。
【図５】本発明の第２実施形態による燃料電池システム１Ａのロータ１７を示す正面図である。
【図６】図５に示す破線で囲った部分を示す拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１における第１の状態を示す概略図である。図２は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１における第２の状態を示す概略図である。
以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００１３】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１１と、改質器１２と、燃焼器１３と、熱交換器１４と、第１吸着部１５と、第２吸着部１６と、制御部１８と、燃料ガス供給部２１と、改質水供給部２２と、ファン２３と、第１三方弁３１と、第２三方弁３２と、第３三方弁３３と、第４三方弁３４とを有する。
【００１４】
また、燃料電池システム１は、空気供給部側ラインＬ１と、第１吸着部側上流ラインＬ２と、第１吸着部側下流ラインＬ３と、燃料電池側空気ラインＬ４と、第２吸着部側上流ラインＬ５と、第２吸着部側下流ラインＬ６と、上流側オフガスラインＬ７と、第１吸着部オフガス上流ラインＬ８と、第１吸着部オフガス下流ラインＬ９と、下流側オフガスラインＬ１０と、第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１と、第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２と、燃料ガス供給ラインＬ１３と、改質水供給ラインＬ１４と、改質ガス供給ラインＬ１５と、燃焼器側空気供給ラインＬ１６と、アノードオフガスラインＬ１７と、カソードオフガスラインＬ１８とを有している。
【００１５】
空気供給部側ラインＬ１の一端部は、酸素を含む空気を燃料電池１１に供給するための空気供給部としてのファン２３及びフィルタ（図示せず）に接続されている。空気供給部側ラインＬ１の他端部は、第１三方弁３１に接続されている。空気供給部側ラインＬ１には、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通する。
【００１６】
第１吸着部側上流ラインＬ２の一端部は、第１三方弁３１に接続されている。第１吸着部側上流ラインＬ２の他端部は、第１吸着部１５に接続されている。第１吸着部側上流ラインＬ２には、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通するか（図１参照）、又は、第１吸着部１５を流通したオフガスＧ４が流通する（図２参照）。
【００１７】
第１吸着部側下流ラインＬ３の一端部は、第１吸着部１５に接続されている。第１吸着部側下流ラインＬ３の他端部は、第２三方弁３２に接続されている。第１吸着部側下流ラインＬ３には、第１吸着部１５を流通した空気Ａ１が流通するか（図１参照）、又は、熱交換器１４を流通したオフガスＧ４が流通する（図２参照）。
第１吸着部側下流ラインＬ３の一端部近傍の部分には、第１酸素濃度計（図示せず）が接続されている。第１酸素濃度計は、第１吸着部側下流ラインＬ３を流通する空気Ａ１中の酸素濃度を検出可能である。
【００１８】
燃料電池側空気ラインＬ４の一端部は、第２三方弁３２に接続されている。燃料電池側空気ラインＬ４の他端部は、燃料電池１１に接続されている。燃料電池側空気ラインＬ４には、第１吸着部１５を流通した空気Ａ１が流通するか（図１参照）、又は、第２吸着部１６を流通した空気Ａ１が流通する（図２参照）。燃料電池側空気ラインＬ４の途中には、空気Ａ１を加熱するための熱交換器１４等の空気加熱装置（図示せず）が設けられている。
【００１９】
第２吸着部側上流ラインＬ５の一端部は、第１三方弁３１に接続されている。第２吸着部側上流ラインＬ５の他端部は、第２吸着部１６に接続されている。第２吸着部側上流ラインＬ５には、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通するか（図２参照）、又は、第２吸着部１６を流通したオフガスＧ４が流通する（図１参照）。
【００２０】
第２吸着部側下流ラインＬ６の一端部は、第２吸着部１６に接続されている。第２吸着部側下流ラインＬ６の他端部は、第２三方弁３２に接続されている。第２吸着部側下流ラインＬ６には、第２吸着部１６を流通した空気Ａ１が流通するか（図２参照）、又は、熱交換器１４を流通したオフガスＧ４が流通する（図１参照）。
第２吸着部側下流ラインＬ６の一端部近傍の部分には、第２酸素濃度計（図示せず）が接続されている。第２酸素濃度計は、第２吸着部側下流ラインＬ６を流通する空気Ａ１中の酸素濃度を検出可能である。
【００２１】
上流側オフガスラインＬ７の一端部は、燃焼器１３に接続されている。上流側オフガスラインＬ７の他端部は、第３三方弁３３に接続されている。上流側オフガスラインＬ７の途中には、熱交換器１４が接続されている。上流側オフガスラインＬ７には、燃焼器１３からのオフガスＧ４が流通する。
【００２２】
第１吸着部オフガス上流ラインＬ８の一端部は、第３三方弁３３に接続されている。第１吸着部オフガス上流ラインＬ８の他端部は、接続部Ｊ１において第１吸着部側下流ラインＬ３の途中に接続されている。第１吸着部オフガス上流ラインＬ８には、燃焼器１３からのオフガスＧ４が流通する（図２参照）。
【００２３】
第１吸着部オフガス下流ラインＬ９の一端部は、接続部Ｊ２において第１吸着部側上流ラインＬ２の途中に接続されている。第１吸着部オフガス下流ラインＬ９の他端部は、第４三方弁３４に接続されている。第１吸着部オフガス下流ラインＬ９には、第１吸着部１５を流通したオフガスＧ４が流通する（図２参照）。
【００２４】
下流側オフガスラインＬ１０の一端部は、第４三方弁３４に接続されている。下流側オフガスラインＬ１０には、第１吸着部１５を流通したオフガスＧ４が流通するか（図２参照）、又は、第２吸着部１６を流通したオフガスＧ４が流通する（図１参照）。下流側オフガスラインＬ１０を流通した燃料電池１１からのオフガスＧ４は、下流側オフガスラインＬ１０の他端部から排出される。
【００２５】
第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１の一端部は、第３三方弁３３に接続されている。第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１の他端部は、接続部Ｊ３において第２吸着部側下流ラインＬ６の途中に接続されている。第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１には、燃焼器１３からのオフガスＧ４が流通する（図１参照）。
【００２６】
第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２の一端部は、接続部Ｊ４において第２吸着部側上流ラインＬ５の途中に接続されている。第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２の他端部は、第４三方弁３４に接続されている。第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２には、第２吸着部１６を流通したオフガスＧ４が流通する（図１参照）。
【００２７】
第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、及び第４三方弁３４は、第１吸着部１５へ空気供給部としてのファン２３からの空気Ａ１を供給し且つ燃料電池１１からのオフガスＧ４を第２吸着部１６へ供給する後述の第１の状態と、第２吸着部１６へ空気供給部としてのファン２３からの空気Ａ１を供給し且つ燃料電池１１からのオフガスＧ４を第１吸着部１５へ供給する後述の第２の状態との切り替えを行う切り替え部を構成する。
【００２８】
燃料ガス供給ラインＬ１３の一端部は、都市ガス等の燃料ガスＧ１を供給可能な燃料ガス供給部２１に接続されている。燃料ガス供給ラインＬ１３は、途中の接続部Ｊ５において分岐し、燃料ガス供給ラインＬ１３の他端部は、改質器１２と燃焼器１３とにそれぞれ接続されている。燃料ガス供給ラインＬ１３には、燃料ガス供給部２１から供給された燃料ガスＧ１が流通する。
【００２９】
改質水供給ラインＬ１４の一端部は、改質水としての水蒸気Ｗ１を供給可能な改質水供給部２２に接続されている。改質水供給ラインＬ１４の他端部は、改質器１２に接続されている。改質水供給ラインＬ１４には、改質水供給部２２から供給された水蒸気Ｗ１が流通する。
【００３０】
改質ガス供給ラインＬ１５の一端部は、改質器１２に接続されている。改質ガス供給ラインＬ１５の他端部は、燃料電池１１に接続されている。改質ガス供給ラインＬ１５には、改質器１２において生成された水素や一酸化炭素、未反応のメタン、未利用の水蒸気などの改質ガスが流通する。
【００３１】
燃焼器側空気供給ラインＬ１６の一端部は、接続部Ｊ６において空気供給部側ラインＬ１の途中に接続されている。燃焼器側空気供給ラインＬ１６の他端部は、燃焼器１３に接続されている。燃焼器側空気供給ラインＬ１６には、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通する。
【００３２】
アノードオフガスラインＬ１７の一端部は、燃料電池１１のアノードに接続されている。アノードオフガスラインＬ１７の他端部は、燃焼器１３に接続されている。アノードオフガスラインＬ１７には、燃料電池１１からのアノードオフガスＧ２が流通する。
【００３３】
カソードオフガスラインＬ１８の一端部は、燃料電池１１のカソードに接続されている。カソードオフガスラインＬ１８の他端部は、燃焼器１３に接続されている。カソードオフガスラインＬ１８には、燃料電池１１からのカソードオフガスＧ３が流通する。
【００３４】
空気供給部側ラインＬ１、第１吸着部側上流ラインＬ２、第１吸着部側下流ラインＬ３、及び、燃料電池側空気ラインＬ４は、第１空気供給ラインを構成する。空気供給部側ラインＬ１、第２吸着部側上流ラインＬ５、第２吸着部側下流ラインＬ６、及び、燃料電池側空気ラインＬ４は、第２空気供給ラインを構成する。
【００３５】
上流側オフガスラインＬ７、第１吸着部オフガス上流ラインＬ８、第１吸着部側下流ラインＬ３、第１吸着部側上流ラインＬ２、第１吸着部オフガス下流ラインＬ９、及び、下流側オフガスラインＬ１０は、第１オフガス供給ラインを構成する。上流側オフガスラインＬ７、第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１、第２吸着部側下流ラインＬ６、第２吸着部側上流ラインＬ５、第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２、及び、下流側オフガスラインＬ１０は、第２オフガス供給ラインを構成する。
【００３６】
従って、第１空気供給ラインは、燃料電池１１と空気供給部としてのファン２３とに接続されている。また、第２空気供給ラインは、燃料電池１１と空気供給部としてのファン２３とに接続されている。また、第１吸着部１５は、第１空気供給ラインの途中に配置されており、第２吸着部１６は、第２空気供給ラインの途中に配置されている。
【００３７】
また、第１オフガス供給ラインは、燃料電池１１と第１吸着部１５とを連通し、燃料電池１１からのオフガスＧ４を第１吸着部１５へ供給可能である。また、第２オフガス供給ラインは、燃料電池１１と第２吸着部１６とを連通し、燃料電池１１からのオフガスＧ４を第２吸着部１６へ供給可能である。
【００３８】
改質器１２は、熱交換器（図示せず）を有している。改質器１２は、熱交換器による８００℃程度の高温下で、燃料ガス供給部２１から供給された燃料ガスＧ１と、改質水供給部２２から供給された改質水（Ｗ１）とから、改質ガスを生成する。
【００３９】
燃料電池１１は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池１１においては、改質器１２から供給された改質ガス中の水素Ｈ１と、第１吸着部１５により酸素濃度が高められた空気Ａ１中の酸素とが反応することにより、発電が行われる。燃料電池１１において発電を行うときの温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃と高温である。
燃料電池１１によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）を介してＤＣ／ＡＣコンバータ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
【００４０】
燃焼器１３は、燃料ガス供給部２１から供給された燃料ガスＧ１を用いて、燃料電池１１からのアノードオフガスＧ２と、カソードオフガスＧ３とを燃焼する。燃焼されたアノードオフガスＧ２及びカソードオフガスＧ３は、オフガスＧ４として上流側オフガスラインＬ７へ排出される。
熱交換器１４は、燃焼器１３からのオフガスＧ４のエネルギー（熱）を媒体に伝達させる。例えば、熱交換器１４には、流入側水流通ライン（図示せず）と流出側水流通ライン（図示せず）とが接続される。流入側水流通ラインには、媒体としての低温水が流通する。低温水には、熱交換器１４においてオフガスＧ４の熱が伝達され、低温水は高温水となる。高温水は、流出側水流通ラインを通して貯湯タンク（図示せず）等に供給される。
【００４１】
第１吸着部１５においては、第１空気供給ラインを構成する第１吸着部側上流ラインＬ２を流通する空気Ａ１中の窒素を吸着可能である。第１吸着部１５は、第１吸着剤としての第１窒素吸着剤を有している。第１窒素吸着剤は、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１中の窒素を吸着し、空気Ａ１中の酸素濃度を高める。
【００４２】
第１窒素吸着剤を用いて窒素の吸着を続けていると、第１窒素吸着剤における窒素の吸着量は徐々に減少する。窒素の吸着量が著しく減少した第１窒素吸着剤は、後述する４０℃〜２５０℃程度のオフガスＧ４により再生し、窒素の吸着量が回復する。第１窒素吸着剤としては、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ等を用いることができ、第１実施形態では、ゼオライトが用いられている。
【００４３】
第２吸着部１６においては、第２空気供給ラインを構成する第２吸着部側上流ラインＬ５を流通する空気Ａ１中の窒素を吸着可能である。第２吸着部１６は、第２吸着剤としての第２窒素吸着剤を有している。第２窒素吸着剤は、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１中の窒素を吸着し、空気Ａ１中の酸素濃度を高める。
【００４４】
第２窒素吸着剤を用いて窒素の吸着を続けていると、第１窒素吸着剤と同様に、第２窒素吸着剤における窒素の吸着量は徐々に減少する。窒素の吸着量が著しく減少した第２窒素吸着剤は、後述する４０℃〜２５０℃程度のオフガスＧ４により再生し、窒素の吸着量が回復する。第２窒素吸着剤としては、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ等を用いることができ、第１実施形態では、第１窒素吸着剤と同一のゼオライトが用いられている。
【００４５】
制御部１８は、ＣＰＵ（図示せず）と記憶媒体（図示せず）とを主として有している。記憶媒体には、各種の制御を行うためにＣＰＵを動作させるためのプログラムがそれぞれ記憶されている。制御部１８は、第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、第４三方弁３４、ファン２３、第１酸素濃度計（図示せず）、及び第２酸素濃度計（図示せず）に電気的に接続されている。
【００４６】
制御部１８は、切り替え部が、後述する第１の状態から第２の状態への切り替え、又は、第２の状態から第１の状態への切り替えを行うように、切り替え部に対して制御を行う。即ち、制御部１８は、第１酸素濃度計、第２酸素濃度計により検出された酸素濃度に基づき、第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、第４三方弁３４を制御する。また、制御部１８は、燃料電池１１の運転中にファン２３を回転させるように、ファン２３に対する制御を行う。
【００４７】
以上の構成による燃料電池システムは、以下のように動作する。
先ず、制御部１８は、第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、及び第４三方弁３４に対して制御を行い、第１の状態を形成する。
具体的には、図１に示すように、第１の状態は、制御部１８が、空気供給部側ラインＬ１と第１吸着部側上流ラインＬ２とが連通するように第１三方弁３１を制御し、第１吸着部側下流ラインＬ３と燃料電池側空気ラインＬ４とが連通するように第２三方弁３２を制御し、上流側オフガスラインＬ７と第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１とが連通するように第３三方弁３３を制御し、第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２と下流側オフガスラインＬ１０とが連通するように第４三方弁３４を制御することにより形成される。
【００４８】
次に、制御部１８は、ファン２３を駆動させる制御を行うことにより、空気Ａ１が、空気供給部側ラインＬ１及び第１吸着部側上流ラインＬ２を通して第１吸着部１５に供給される。第１吸着部１５においては、空気Ａ１中の窒素が第１窒素吸着剤に吸着され、空気Ａ１中の酸素濃度が高められる。そして、酸素濃度が高められた空気Ａ１は、第１吸着部側下流ラインＬ３及び燃料電池側空気ラインＬ４を通して燃料電池１１に供給される。
【００４９】
また、燃料ガス供給ラインＬ１３を通して、燃料ガス供給部２１から燃料ガスＧ１が改質器１２及び燃焼器１３に供給される。また、改質水供給ラインＬ１４を通して、改質水供給部２２から水蒸気Ｗ１が改質器１２に供給される。これにより、改質器１２において、燃料ガスＧ１と水蒸気Ｗ１とから改質ガスが生成される。生成された改質ガス中の水素Ｈ１は、改質ガス供給ラインＬ１５を通して、燃料電池１１に供給される。
【００５０】
燃料電池１１においては、燃料電池１１に供給され酸素濃度が高められた空気Ａ１中の酸素と改質ガス中の水素Ｈ１とが反応し、発電が行われる。発電に用いられた水素Ｈ１は、アノードオフガスＧ２としてアノードオフガスラインＬ１７を通して、燃焼器１３に供給される。また、発電に用いられた酸素は、カソードオフガスＧ３としてカソードオフガスラインＬ１８を通して、燃焼器１３に供給される。燃焼器１３においては、燃料ガスＧ１が用いられて、アノードオフガスＧ２及びカソードオフガスＧ３が燃焼される。
【００５１】
燃焼器側空気供給ラインＬ１６を通して供給された空気Ａ１とともに、燃焼器１３により燃焼されたアノードオフガスＧ２及びカソードオフガスＧ３は、オフガスＧ４として上流側オフガスラインＬ７を通して熱交換器１４に供給される。熱交換器１４においては、媒体である低温水（例えば、水道水、地下水）が加熱されて高温水とされる。熱交換器１４を流通したオフガスＧ４は、第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１及び第２吸着部側下流ラインＬ６を通して第２吸着部１６に供給され、第２窒素吸着剤を通過する。第２窒素吸着剤を通過するオフガスＧ４の温度は、４０℃〜２５０℃程度であるため、第２窒素吸着剤は再生される。
【００５２】
第２窒素吸着剤を通過したオフガスＧ４は、第２吸着部側上流ラインＬ５、第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２、及び下流側オフガスラインＬ１０を通して、排出される。
【００５３】
第１酸素濃度計（図示せず）により検出される酸素濃度が低下し、所定の値以下となったことを制御部１８が検出したときには、制御部１８は、第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、及び第４三方弁３４に対して制御を行い、第２の状態を形成する。
具体的には、図２に示すように、第２の状態は、制御部１８が、空気供給部側ラインＬ１と第２吸着部側上流ラインＬ５とが連通するように第１三方弁３１を制御し、第２吸着部側下流ラインＬ６と燃料電池側空気ラインＬ４とが連通するように第２三方弁３２を制御し、上流側オフガスラインＬ７と第１吸着部オフガス上流ラインＬ８とが連通するように第３三方弁３３を制御し、第１吸着部オフガス下流ラインＬ９と下流側オフガスラインＬ１０とが連通するように第４三方弁３４を制御することにより形成される。
【００５４】
次に、制御部１８は、ファン２３を駆動させる制御を行うことにより、空気Ａ１が、空気供給部側ラインＬ１及び第２吸着部側上流ラインＬ５を通して第２吸着部１６に供給される。第２吸着部１６においては、空気Ａ１中の窒素が第２窒素吸着剤に吸着され、空気Ａ１中の酸素濃度が高められる。そして、酸素濃度が高められた空気Ａ１は、第２吸着部側下流ラインＬ６及び燃料電池側空気ラインＬ４を通して燃料電池１１に供給される。
【００５５】
また、燃料ガス供給ラインＬ１３を通して、燃料ガス供給部２１から燃料ガスＧ１が改質器１２及び燃焼器１３に供給される。また、改質水供給ラインＬ１４を通して、改質水供給部２２から水蒸気Ｗ１が改質器１２に供給される。これにより、改質器１２において、燃料ガスＧ１と水蒸気Ｗ１とから改質ガスが生成される。生成された改質ガス中の水素Ｈ１は、改質ガス供給ラインＬ１５を通して、燃料電池１１に供給される。
【００５６】
燃料電池１１においては、燃料電池１１に供給された酸素濃度が高められた空気Ａ１中の酸素と改質ガス中の水素Ｈ１とが反応し、発電が行われる。発電に用いられた水素Ｈ１は、アノードオフガスＧ２としてアノードオフガスラインＬ１７を通して、燃焼器１３に供給される。また、発電に用いられた酸素は、カソードオフガスＧ３としてカソードオフガスラインＬ１８を通して、燃焼器１３に供給される。燃焼器１３においては、燃料ガスＧ１が用いられて、アノードオフガスＧ２及びカソードオフガスＧ３が燃焼される。
【００５７】
燃焼器側空気供給ラインＬ１６を通して供給された空気Ａ１とともに、燃焼器１３により燃焼されたアノードオフガスＧ２及びカソードオフガスＧ３は、オフガスＧ４として上流側オフガスラインＬ７を通して熱交換器１４に供給される。熱交換器１４においては、媒体である低温水（例えば、水道水、地下水）が加熱されて高温水とされる。熱交換器１４を流通したオフガスＧ４は、第１吸着部オフガス上流ラインＬ８及び第１吸着部側下流ラインＬ３を通して第１吸着部１５に供給され、第１窒素吸着剤を通過する。第１窒素吸着剤を通過するオフガスＧ４の温度は、４０℃〜２５０℃程度であるため、第１窒素吸着剤は再生される。
【００５８】
第１窒素吸着剤を通過したオフガスＧ４は、第１吸着部側上流ラインＬ２、第１吸着部オフガス下流ラインＬ９、及び下流側オフガスラインＬ１０を通して、排出される。
【００５９】
第２酸素濃度計（図示せず）により検出される酸素濃度が低下し、所定の値以下となったときには、制御部１８は、第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、及び第４三方弁３４に対して制御を行い、再び第１の状態を形成する。このようにして、制御部１８は、第１の状態、第２の状態を繰り返すように、第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、及び第４三方弁３４に対して制御を行う。
【００６０】
第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、以下の効果を発揮することができる。
燃料電池システム１は、第１吸着部１５へ空気供給部からの空気Ａ１を供給し且つ燃料電池１１からのオフガスＧ４を第２吸着部１６へ供給する第１の状態と、第２吸着部１６へ空気供給部からの空気Ａ１を供給し且つ燃料電池１１からのオフガスＧ４を第１吸着部１５へ供給する第２の状態との切り替えを少なくとも行う切り替え部を有する。また、燃料電池システム１は、切り替え部が、第１の状態から第２の状態への切り替え、又は、第２の状態から第１の状態への切り替えを行うように、切り替え部に対して制御を行う制御部１８を備える。
【００６１】
より具体的には、第１の状態は、制御部１８が、空気供給部側ラインＬ１と第１吸着部側上流ラインＬ２とが連通するように第１三方弁３１を制御し、第１吸着部側下流ラインＬ３と燃料電池側空気ラインＬ４とが連通するように第２三方弁３２を制御し、上流側オフガスラインＬ７と第２吸着部オフガス上流ラインＬ１１とが連通するように第３三方弁３３を制御し、第２吸着部オフガス下流ラインＬ１２と下流側オフガスラインＬ１０とが連通するように第４三方弁３４を制御することにより形成される。
【００６２】
また、第２の状態は、制御部１８が、空気供給部側ラインＬ１と第２吸着部側上流ラインＬ５とが連通するように第１三方弁３１を制御し、第２吸着部側下流ラインＬ６と燃料電池側空気ラインＬ４とが連通するように第２三方弁３２を制御し、上流側オフガスラインＬ７と第１吸着部オフガス上流ラインＬ８とが連通するように第３三方弁３３を制御し、第１吸着部オフガス下流ラインＬ９と下流側オフガスラインＬ１０とが連通するように第４三方弁３４を制御することにより形成される。
【００６３】
このため、第１の状態において第１吸着部１５の第１窒素吸着剤による窒素吸着能力が低下したときには、制御部１８の制御により切り替え部を切り替えて、第２の状態とし、第１吸着部１５の第１窒素吸着剤を再生すると同時に、第２吸着部１６の第２窒素吸着剤により、空気Ａ１中の窒素を第２窒素吸着剤に吸着し、空気Ａ１中の酸素濃度を高めることができる。
【００６４】
同様に、第２の状態において第２吸着部１６の第２窒素吸着剤による窒素吸着能力が低下したときには、制御部１８の制御により切り替え部を切り替えて、第１の状態とし、第２吸着部１６の第２窒素吸着剤を再生すると同時に、第１吸着部１５の第１窒素吸着剤により、空気Ａ１中の窒素を第１窒素吸着剤に吸着し、空気Ａ１中の酸素濃度を高めることができる。
【００６５】
更に、第１窒素吸着剤、第２窒素吸着剤を再生する際には、燃料電池１１からのオフガスＧ４の熱エネルギーが用いられる。このため、再生に必要な熱エネルギーを得るために別途ヒータ等を設ける必要がない。この結果、再生に係るコストを低減することができ、燃料電池１１における、トータルでの発電コストの低減を図ることができる。
【００６６】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて図３〜図６を参照しながら説明する。
図３は、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１Ａにおける第１の状態を示す概略図である。図４は、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１Ａにおける第２の状態を示す概略図である。図５は、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１Ａのロータ１７を示す正面図である。図６は、図５に示す破線で囲った部分を示す拡大正面図である。
以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００６７】
第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａは、第１窒素吸着剤及び第２窒素吸着剤がロータ１７に収容されている点で、第１実施形態に係る燃料電池システム１とは異なる。これ以外の点は、第１実施形態に係る燃料電池システム１と同一である。第１実施形態に係る燃料電池システム１と同一の部材については、同一の符号を付し、特に必要がある場合以外は、説明を省略する。
【００６８】
図３に示すように、燃料電池システム１Ａは、燃料電池１１と、改質器１２と、燃焼器１３と、熱交換器１４と、ロータ１７と、制御部１８と、燃料ガス供給部２１と、改質水供給部２２と、ファン２３とを有する。
【００６９】
また、燃料電池システム１Ａは、空気供給部側ラインＬ１Ａと、燃料電池側空気ラインＬ４Ａと、上流側オフガスラインＬ７Ａと、下流側オフガスラインＬ１０Ａと、燃料ガス供給ラインＬ１３と、改質水供給ラインＬ１４と、改質ガス供給ラインＬ１５と、燃焼器側空気供給ラインＬ１６と、アノードオフガスラインＬ１７と、カソードオフガスラインＬ１８とを有している。
【００７０】
空気供給部側ラインＬ１Ａの一端部は、酸素を含む空気Ａ１を燃料電池１１に供給するための空気供給部としてのファン２３及びフィルタ（図示せず）に接続されている。空気供給部側ラインＬ１Ａの他端部は、ロータ１７の軸方向一端面に対向している。空気供給部側ラインＬ１Ａには、ファン２３の駆動により、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通する。
【００７１】
燃料電池側空気ラインＬ４Ａの一端部は、ロータ１７の軸方向他端面に対向し、且つ、ロータ１７の軸方向において空気供給部側ラインＬ１Ａの他端部に対向している。燃料電池側空気ラインＬ４Ａの他端部は、燃料電池１１に接続されている。燃料電池側空気ラインＬ４Ａには、ロータ１７内を流通した空気Ａ１が流通する。空気供給部側ラインＬ１Ａ及び燃料電池側空気ラインＬ４Ａは、第１空気供給ライン及び第２空気供給ラインを構成する。従って、ロータ１７は、第１空気供給ライン及び第２空気供給ラインの途中に配置されている。
【００７２】
燃料電池側空気ラインＬ４Ａの一端部近傍の部分には、ロータ内酸素濃度計（図示せず）が接続されている。ロータ内酸素濃度計は、燃料電池側空気ラインＬ４Ａを流通する空気Ａ１中の酸素濃度を検出可能である。また、燃料電池側空気ラインＬ４Ａの途中には、空気Ａ１を加熱するための熱交換器１４等の空気加熱装置（図示せず）が設けられている。
【００７３】
上流側オフガスラインＬ７Ａの一端部は、燃焼器１３に接続されている。上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部は、ロータ１７の軸方向他端面に対向している。ロータ１７の軸方向他端面において、上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部が対向している位置は、燃料電池側空気ラインＬ４Ａの一端部が対向している位置に対して、ロータ１７の周方向へ１５０°程度回転した位置である。上流側オフガスラインＬ７Ａには、燃焼器１３からのオフガスＧ４が流通する。
【００７４】
下流側オフガスラインＬ１０Ａの一端部は、ロータ１７の軸方向一端面に対向し、且つ、ロータ１７の軸方向において上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部に対向している。下流側オフガスラインＬ１０Ａには、ロータ１７内を流通したオフガスＧ４が流通する。下流側オフガスラインＬ１０Ａを流通した燃料電池１１からのオフガスＧ４は、下流側オフガスラインＬ１０Ａの他端部から排出される。上流側オフガスラインＬ７Ａは、第１オフガス供給ライン及び第２オフガス供給ラインを構成する。従って、ロータ１７は、第１オフガス供給ラインの端部及び第２オフガス供給ラインの端部に対向して配置されている。
【００７５】
従って、ロータ１７には、空気供給部を構成するファン２３から第１空気供給ライン又は第２空気供給ラインを通して供給された空気Ａ１が、ロータ１７の軸方向における一端から他端へと後述の部屋１７１内を流通可能であると共に、第１オフガス供給ライン又は第２オフガス供給ラインを通して供給されたオフガスＧ４が、ロータ１７の軸方向における他端から一端へと後述の部屋１７１内を流通可能である。
【００７６】
ロータ１７は、図５に示すように、円筒形状を有している。ロータ１７は、軸心を中心として回転可能に支持されている。ロータ１７は、制御部１８に電気的に接続された回転駆動部としてのモータ（図示せず）に連結されており、モータの駆動によりロータ１７は回転する。ロータ１７及びモータは切り替え部を構成する。
【００７７】
ロータ１７の内部は、周方向に複数の部屋１７１、具体的には、均等に１６の部屋１７１に区画されている。更に各部屋１７１は、外側小部屋１７１Ａと内側小部屋１７１Ｂとに区画されている。区画された各部屋１７１は、図６に示すように、波状の薄い板部材１７２が詰め込まれている。波状の板部材１７２によって、区画された各部屋１７１には、ロータ１７の軸方向の一端面から他端面に至るまで延びて連通する室１７２Ａが多数形成されている。従って、各部屋１７１において各室１７２Ａは、ロータ１７の軸方向におけるロータ１７の一端から他端に至るまで連通している。各室１７２Ａ同士は連通していない。各室１７２Ａ内には、窒素吸着剤が収容されている。
【００７８】
上記第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａにおいて、制御部１８は、モータ（図示せず）を制御することにより、ロータ１７を回転して、以下のようにして第１の状態と、第２の状態とを切り替える。
具体的には、先ず、図３に示す、ある時点のロータ１７において、空気供給部側ラインＬ１Ａの他端部及び燃料電池側空気ラインＬ４Ａの一端部に対向する部屋１７１Ｃを第１吸着部１５とし、部屋１７１Ｃの室１７２Ａ内の窒素吸着剤を第１窒素吸着剤とする。従って、第１吸着部１５は、一つの部屋１７１に第１吸着剤が充填されて構成されている。
【００７９】
また、上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部及び下流側オフガスラインＬ１０Ａの一端部に対向する部屋１７１Ｄを第２吸着部１６とし、部屋１７１Ｄの室１７２Ａ内の窒素吸着剤を第２窒素吸着剤とする。従って、第２吸着部１６は、少なくとも一つの部屋１７１以外の部屋１７１に第２吸着剤が充填されて構成されている。この状態を第１の状態とする。換言すれば、ロータ１７は、第１空気供給ラインから第１吸着部１５に空気Ａ１が供給される回転位置となっている。また、第２吸着部１６は、第２オフガス供給ラインの端部に対向して形成されている。なお、図３、図４においては、説明の便宜上、部屋１７１の数を少なく図示している。
【００８０】
この状態で燃料電池１１を運転して発電を行い続け、ロータ内酸素濃度計（図示せず）により検出される酸素濃度が低下し、所定の値以下となったことを制御部１８が検出したときには、制御部１８は、第２の状態に切り替える。
【００８１】
即ち、制御部１８は、モータ（図示せず）を制御することにより、図４に示すように、ロータ１７を回転させて、第２吸着部１６の第２窒素吸着剤を空気供給部側ラインＬ１Ａの他端部及び燃料電池側空気ラインＬ４Ａの一端部に対向させる。また、第１吸着部１５の第１窒素吸着剤を上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部及び下流側オフガスラインＬ１０Ａの一端部に対向させる。これにより、第２の状態に切り替わる。換言すれば、第２の状態は、第２空気供給ラインから第２吸着部１６に空気Ａ１が供給されるロータ１７の回転位置となっている。第１吸着部１５は、第１オフガス供給ラインの端部に対向して形成されている。
【００８２】
ロータ１７の内部は、前述のように周方向に複数の部屋１７１、具体的には、均等に１６の部屋１７１に区画されているため、ロータ１７は、２２．５°ずつ回転させられる。これにより、空気供給部側ラインＬ１Ａの他端部及び燃料電池側空気ラインＬ４Ａの一端部は、ロータ１７の周方向において、一つの部屋１７１に対してのみ対向する。同様に、上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部及び下流側オフガスラインＬ１０Ａの一端部は、ロータ１７の周方向において、一つの部屋１７１に対してのみ対向する。
【００８３】
第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａによれば、以下の効果を発揮することができる。
【００８４】
燃料電池システム１Ａにおいて、ロータ１７は、第１空気供給ライン及び第２空気供給ラインの途中に配置、即ち、空気供給部側ラインＬ１Ａと燃料電池側空気ラインＬ４Ａとの間に配置されている。また、ロータ１７は、第１オフガス供給ラインの端部及び第２オフガス供給ラインの端部である上流側オフガスラインＬ７Ａの他端部に対向して配置されている。このため、空気供給部から第１空気供給ライン又は第２空気供給ラインを通して供給された空気Ａ１が、ロータ１７の軸方向における一端から他端へと、第１吸着部１５を構成する部屋１７１内を流通可能である。また、第１オフガス供給ライン又は第２オフガス供給ラインを通して供給されたオフガスＧ４が、ロータ１７の軸方向における他端から一端へと、第２供給部を構成する部屋１７１内を流通可能である。
【００８５】
そして、第１の状態は、制御部１８が、回転駆動部を制御して、第１空気供給ラインを構成する空気供給部側ラインＬ１Ａから、第１吸着部１５に空気Ａ１が供給されるロータ１７の回転位置とすることにより、第２吸着部１６は、第２オフガス供給ラインとしての上流側オフガスラインＬ７Ａの端部に対向して形成される。
また、第２の状態は、制御部１８が、回転駆動部を制御して、第２空気供給ラインを構成する空気供給部側ラインＬ１Ａから、第２吸着部１６に空気Ａ１が供給されるロータ１７の回転位置とすることにより、第１吸着部１５は、第１オフガス供給ラインとしての上流側オフガスラインＬ７Ａの端部に対向して形成される。
【００８６】
このため、第１の状態において第１吸着部１５の第１窒素吸着剤による窒素吸着能力が低下したときには、ロータ１７を回転させて、第２の状態とし、第１吸着部１５の第１窒素吸着剤を再生すると同時に、第２吸着部１６の第２窒素吸着剤により、空気Ａ１中の窒素を第２窒素吸着剤に吸着し、空気Ａ１中の酸素濃度を高めることができる。
【００８７】
同様に、第２の状態において第２吸着部１６の第２窒素吸着剤による窒素吸着能力が低下したときには、ロータ１７を回転させて、第１の状態とし、第２吸着部１６の第２窒素吸着剤を再生すると同時に、第１吸着部１５の第１窒素吸着剤により、空気Ａ１中の窒素を第１窒素吸着剤に吸着し、空気Ａ１中の酸素濃度を高めることができる。
【００８８】
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、切り替え部は、第１の状態と第２の状態との切り替えを行うように構成されたが、第１の状態と第２の状態とのみの切り替えを行うことに限定されない。第１の状態と第２の状態と他の状態との切り替えを行うように構成されていてもよい。
【００８９】
また、ロータ１７内に形成された部屋１７１は、周方向に１６部屋形成されたが、この数に限定されず、複数形成されればよい。ロータ１７内に形成された部屋１７１の数が２部屋、３部屋のように少ない場合は、ロータ１７を一定速度で回転させることが好ましい。
【００９０】
また、ロータ１７の内部の各部屋１７１の波状の板部材１７２によって形成された各室１７２Ａ内には、窒素吸着剤が収容されていたが、これに限定されない。少なくとも一つの部屋１７１に、第１吸着部１５の第１吸着剤が充填されていればよい。また、当該少なくとも一つの部屋１７１以外の部屋１７１に、第２吸着部１６の第２吸着剤が充填されていればよい。
【００９１】
また、第１酸素濃度計（図示せず）、及び第２酸素濃度計（図示せず）、ロータ内酸素濃度計（図示せず）により検出される酸素濃度が低下し、所定の値以下となったことを制御部１８が検出したときに、第１の状態から第２の状態への切り替え、又は、第２の状態から第１の状態への切り替えを行ったが、これに限定されない。例えば、タイマーを用いて所定時間で自動的に切り替えを行うようにしてもよい。この場合タイマーは制御部１８を構成する。タイマーを用いる場合には、第１窒素吸着剤の量及び第２窒素吸着剤の量が一定であり、これらを流通する空気Ａ１の単位時間当たりの量が一定であることが好ましい。
【００９２】
更に、タイマーを第１三方弁３１、第２三方弁３２、第３三方弁３３、及び第４三方弁３４にそれぞれ設け、別個独立して時間を計測し、所定時間で同時にこれら４つの三方弁を自動的に切り替えるようにしてもよい。
【００９３】
また、第２窒素吸着剤は、第１窒素吸着剤と同一のゼオライトが用いられていたが、これに限定されず、異なる種類の窒素吸着剤が用いられてもよい。
【００９４】
また、第１吸着部１５及び第２吸着部１６を通過するオフガスＧ４の温度は、特に限定されるものではなく、例えば、吸着剤としてアルミナを用いる場合は、当該アルミナを再生することができる温度範囲になるよう熱交換器１４で調節するのが好ましい。
【００９５】
また、各部を接続するラインの構成は、本実施形態のラインの構成に限定されない。また、燃料電池１１は、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）であったが、ＳＯＦＣに限定されない。また、本実施形態では三方弁が設けられていたが、三方弁に限定されず、他の形式の弁であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１、１Ａ  燃料電池システム
１１  燃料電池
１５  第１吸着部
１６  第２吸着部
１７  ロータ
１８  制御部
２３  ファン（空気供給部）
３１  第１三方弁（切り替え部）
３２  第２三方弁（切り替え部）
３３  第３三方弁（切り替え部）
３４  第４三方弁（切り替え部）
１７１Ｃ、１７１Ｄ  部屋
Ａ１  空気
Ｇ４  オフガス
Ｌ１  空気供給部側ライン（第１空気供給ライン、第２空気供給ライン）
Ｌ２  第１吸着部側上流ライン（第１空気供給ライン、第１オフガス供給ライン）
Ｌ３  第１吸着部側下流ライン（第１空気供給ライン、第１オフガス供給ライン）
Ｌ４  燃料電池側空気ライン（第１空気供給ライン、第２空気供給ライン）
Ｌ５  第２吸着部側上流ライン（第２空気供給ライン、第２オフガス供給ライン）
Ｌ６  第２吸着部側下流ライン（第２空気供給ライン、第２オフガス供給ライン）
Ｌ７  上流側オフガスライン（第１オフガス供給ライン、第２オフガス供給ライン）
Ｌ８  第１吸着部オフガス上流ライン（第１オフガス供給ライン）
Ｌ９  第１吸着部オフガス下流ライン（第１オフガス供給ライン）
Ｌ１０  下流側オフガスライン（第１オフガス供給ライン、第２オフガス供給ライン）
Ｌ１１  第２吸着部オフガス上流ライン（第２オフガス供給ライン）
Ｌ１２  第２吸着部オフガス下流ライン（第２オフガス供給ライン）
【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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