(57)【要約】【課題】  改質工程と再生工程との切り換えの際に反応器内の残留ガスを効果的に処理することができる水素燃料供給システム及び燃料電池システムを得る。【解決手段】  燃料電池システム１０Ａの水素燃料供給システム１２Ａは、供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、供給された再生用ガスを反応させて前記改質工程によって低下した温度を改質可能な温度に上昇する再生工程とを行うように切り換え可能な反応器１８と、反応器１８に原料を供給しつつ燃料ガスを排出させる第１の状態と、反応器１８に再生用ガスを供給しつつ再生排ガスを排出する第２の状態とが交互に生じるように切り換えるための切換装置２０Ａと、第１の状態から第２の状態に切り換える際に、切り換える前に反応器１８内に残留している改質残留ガスが、改質残留ガスのまま排出されずに排気処理器３２にて燃焼するように、切換装置２０Ａを切り換える制御装置とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、供給された再生用ガスを反応させて前記改質工程によって低下した温度を改質可能な温度に上昇する再生工程とを行うように切り換え可能な反応器と、
前記反応器に前記原料を供給しつつ前記燃料ガスを排出させる第１の状態と、前記反応器に前記再生用ガスを供給しつつ再生排ガスを排出する第２の状態とが交互に生じるように切り換えるための切換装置と、
前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、切り換える前に前記反応器に残留している改質残留ガスが改質残留ガスのまま排出されないように、前記切換装置を切り換える制御装置と、
を備えた水素燃料供給システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記改質残留ガスが、反応器内又は前記再生排ガスの流路内で酸化処理されるように、前記切換装置を切り換える請求項１記載の水素燃料供給システム。
【請求項３】
前記切換装置は、再生排ガス流路と再生用ガス供給路とを連通可能な改質残留ガス送給路を備えており、
前記制御装置は、前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、前記再生排ガス流路を閉じると共に前記改質残留ガス送給路を開放する請求項１記載の水素燃料供給システム。
【請求項４】
前記反応器を２つ備え、
前記切換装置は、前記２つの反応器に対し前記第１の状態と第２の状態とを切換可能であり、かつ前記改質残留ガス送給路が一方の反応器の前記再生排ガス流路と他方の反応器の再生用ガス供給路とを連通可能であり、
前記制御装置は、一方の反応器が前記第１の状態のときに他方の反応器が前記第２の状態になるように前記切換装置を切り換え、かつ、一方の反応器を前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、他方の反応器の第２の状態を維持しつつ、一方の反応器の前記再生排ガス流路を閉じると共に前記改質残留ガス送給路を開放する請求項３記載の水素燃料供給システム。
【請求項５】
前記切換装置は、前記第１の状態で前記反応器に改質原料と改質用ガスとを供給するように構成されており、
前記制御装置は、前記第１の状態から第２の状態に切り換える前に前記反応器への改質原料の供給を停止させ、該反応器に残留している改質残留ガスが前記改質用ガスによって燃料ガスの供給先に送給されるように、前記切換装置を切り換える請求項１記載の水素燃料供給システム。
【請求項６】
前記切換装置は、前記改質残留ガスを導入し保持可能な改質残留ガス退避部を備え、
前記制御装置は、前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、該反応器に導入されるパージ用ガスによって前記改質残留ガスが前記改質残留ガス退避部に導入されて保持され、かつ第２状態から第１状態に切り換える際に前記改質残留ガスが前記改質残留ガス退避部から解放されて改質原料と共に反応器に供給されるように、前記切換装置を切り換える請求項１記載の水素燃料供給システム。
【請求項７】
前記改質残留ガス退避部は、前記改質工程を行う反応器に改質工程の原料を供給する原料供給路に一対の開閉弁を配設して構成されている請求項６記載の水素燃料供給システム。
【請求項８】
供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、供給された再生用ガスを反応させて前記改質工程によって低下した温度を改質可能な温度に上昇する再生工程とを行うように切り換え可能な反応器と、
前記反応器に前記原料を供給しつつ前記燃料ガスを排出させる第１の状態と、前記反応器に前記再生用ガスを供給しつつ再生排ガスを排出する第２の状態とが交互に生じるように切り換えるための切換装置と、
前記第２の状態から第１の状態に切り換える際に、切り換える前に前記反応器に残留している再生残留ガスが、該再生残留ガスのまま燃料ガスの供給先に供給されないように、前記切換装置を切り換える制御装置と、
を備えた水素燃料供給システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記再生残留ガスが前記燃料ガスの供給先に供給される前に希釈されるように、前記切換装置を切り換える請求項８記載の水素燃料供給システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える際に、前記再生残留ガスが酸素と共に前記反応器内の改質触媒又は前記燃料ガスの供給先への供給路内に設けた酸化触媒に接触するように、前記切換装置を切り換える請求項８記載の水素燃料供給システム。
【請求項１１】
前記反応器内の改質触媒又は前記燃料ガスの供給路に設けた酸化触媒は、酸化セリウムを担持して構成されている請求項１０記載の水素燃料供給システム。
【請求項１２】
前記切換装置は、前記再生残留ガスを導入し保持可能な再生残留ガス退避部を備え、
前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える際に、該反応器に導入されるパージ用ガスによって前記再生残留ガスが前記再生残留ガス退避部に導入されて保持され、かつ該反応器が次回の再生工程を行う際に前記再生残留ガスが前記再生残留ガス退避部から解放されて該再生工程で使用されるように、前記切換装置を切り換える請求項８記載の水素燃料供給システム。
【請求項１３】
前記再生残留ガス退避部は、前記再生工程を行う反応器に再生用ガスと反応するための酸素を導入する酸素導入路に一対の開閉弁を配設して構成されている請求項１２記載の水素燃料供給システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える前に、前記反応器への再生用ガスの供給を停止すると共に、該反応器への再生用ガスと反応するための酸素含有ガスの供給を維持し、該反応器の再生残留ガスが酸素含有ガスと反応するための時間を確保するように、前記切換装置を切り換える請求項８記載の水素燃料供給システム。
【請求項１５】
前記切換装置は、前記再生残留ガスを導入し保持可能な再生用ガス退避部を備え、
前記制御装置は、
前記第２の状態から第１の状態に切り換える前に、前記反応器への再生用ガスの供給を停止させ、
前記反応器への再生用ガスの供給が停止されている間に、該反応器に導入されるパージ用ガスによって前記再生残留ガスが前記再生用ガス退避部に導入されて保持され、かつ該反応器が次回の再生工程又は改質工程で前記再生残留ガスが前記再生用ガス退避部から解放されて前記反応器に導入されるように、前記切換装置を切り換える請求項８記載の水素燃料供給システム。
【請求項１６】
前記パージ用ガスは、前記改質工程で生成された燃料の出口側から前記反応器に導入され、
前記再生用ガス退避部は、前記改質工程を行う反応器に原料を供給する原料供給路における一対に開閉弁を配設して構成されている請求項１５記載の水素燃料供給システム。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６の何れか１項記載の水素燃料供給システムと、前記水素燃料供給システムが前記改質工程で生成した燃料ガスのうち水素ガスを消費して発電を行う燃料電池とを備え、前記燃料電池から排出された排出燃料ガスを前記再生用ガスとして用い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、例えば燃料電池に水素を含有する燃料ガスを供給するための水素燃料供給システム、及び該水素燃料供給システムを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を含有する燃料ガスを燃料電池に供給する水素燃料供給システムとして、炭化水素燃料と水蒸気とを反応させて水素含有ガスを生成する改質工程と、改質工程で低下した触媒温度を上昇させる再生工程とを交互に繰り返すサイクル式炭化水素改質を行うシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この文献記載のシステムでは、改質工程と再生工程とを行い得る一対の反応器を備えており、一方の反応器が改質工程を行っている間に他方の反応器が再生工程を行うことで、バッチ式に炭化水素改質を行いながら水素含有ガスを連続的に燃料電池に供給するようになっている。そして、上記改質工程の後、シフト反応及び水素分離を行って水素リッチとされた燃料が、燃料電池に供給されるようになっている。一方、水素分離器を通過したパージガスは、燃料電池に供給されることなく、再生工程の再生用ガス（燃料）として利用される。再生工程を行う反応器には、上記パージガスの燃焼用に燃料電池のカソードオフガス（酸素含有ガス）が導入され、パージガスの燃焼によって改質工程を行い得る温度まで触媒を昇温するようになっている。
【特許文献１】米国特許出願公開２００４／０１７０５５９Ａ１明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、改質工程から再生工程への切り換えの際、又は再生工程から改質工程への切り換えの際に反応器内に残留するガスの処理について考慮されていなかった。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、改質工程と再生工程との切り換えの際に反応器内の残留ガスを効果的に処理することができる水素燃料供給システム及び燃料電池システムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る水素燃料供給システムは、供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、供給された再生用ガスを反応させて前記改質工程によって低下した温度を改質可能な温度に上昇する再生工程とを行うように切り換え可能な反応器と、前記反応器に前記原料を供給しつつ前記燃料ガスを排出させる第１の状態と、前記反応器に前記再生用ガスを供給しつつ再生排ガスを排出する第２の状態とが交互に生じるように切り換えるための切換装置と、前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、切り換える前に前記反応器に残留している改質残留ガスが改質残留ガスのまま排出されないように、前記切換装置を切り換える制御装置と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の水素燃料供給システムでは、制御装置が切換装置を制御して反応器の第１の状態と第２の状態とを切り換えることで、１つ又は複数の反応器内で、それぞれ供給された原料を所定範囲の温度下で反応させて水素を含有する燃料ガスを生成し排出する改質工程と、再生用ガスを反応させることで改質工程で低下した温度を上昇させ再生排ガスを排出する再生工程とが交互に行われる。
【０００７】
制御装置は、第１の状態から第２の状態に切り換える際、すなわち反応器が改質工程から再生工程に切り換えられる際に、この切り換え前に反応器内に残留している改質残留ガス（改質原料、改質生成物である燃料ガスを含むガス）が、そのままの成分で、再生排ガスが排出される排出路から排出されないように切換装置を切り換える。これにより、水素燃料供給システム又は該水素燃料供給システムを含むシステム内で改質残留ガスを処理することが可能になり、改質残留ガスが何ら処理されることなくシステム外に排気されることが防止される。
【０００８】
このように、請求項１記載の水素燃料供給システムでは、改質工程と再生工程との切り換えの際に反応器内の残留ガスを効果的に処理することができる。なお、本発明において用いる「切り換える際」との語は、「切り換えるときに」又は「切り換えるのに先立って」を意味する。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１記載の水素燃料供給システムにおいて、前記制御装置は、前記改質残留ガスが、反応器内又は前記再生排ガスの流路内で酸化処理されるように、前記切換装置を切り換える。
【００１０】
請求項２記載の水素燃料供給システムでは、反応器を改質工程から再生工程に切り換える際に制御装置は、改質残留ガスが反応器内又は再生排ガスの流路内で酸化処理されるように（例えば、改質残留ガスを酸素と共に酸化触媒に導くように）切換装置を切り換える。この酸化処理されたガスが、再生排ガスの排出路を通じて排出される。すなわち、改質残留ガスをそのままシステム外に排出することなく、酸化処理されたガスを排出することができる。
【００１１】
なお、例えば、反応器内でのみ改質残留ガスを酸化処理しても良く、再生排ガスの排出路内でのみ改質残留ガスを酸化処理しても良く、反応器内及び再生排ガスの排出路内の両者で改質残留ガスを酸化処理しても良い。反応器内で改質残留ガスを酸化する構成では、該酸化反応に伴う発熱によって再生工程の前の反応器を加熱する（改質残留ガスを用いて再生工程を行う）ことが可能である。さらに、改質残留ガスを酸化するための酸素（空気）を反応器内に独立して供給可能な酸素供給装置を切換装置に設けた構成とすれば、再生工程の開始に伴う再生用ガスの供給とは独立して（再生用ガスに邪魔されることなく）改質残留ガスに酸素を均一に混合することが可能となり、改質残留ガスを確実に酸化処理することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１記載の水素燃料供給システムにおいて、前記切換装置は、再生排ガス流路と再生用ガス供給路とを連通可能な改質残留ガス送給路を備えており、前記制御装置は、前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、前記再生排ガス流路を閉じると共に前記改質残留ガス送給路を開放する。
【００１３】
請求項３記載の水素燃料供給システムでは、反応器を改質工程から再生工程に切り換える際に制御装置は、再生排ガス流路を閉じると共に前記改質残留ガス送給路を開放する。すると、改質残留ガスは、再生排ガス流路からシステム外に排気されることなく反応器における再生用ガス入口に導入され、再生用ガスとして使用される。このため、上記原料又は水素含有の燃料ガスをそのままシステム外に排出する必要がなく、改質工程の残留ガスを再生工程で利用することができる。なお、改質残留ガスを改質残留ガス送給路に送り込む手段として、例えば、再生排ガス、再生工程で再生用ガスと反応させるための空気等の圧力を利用することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項３記載の水素燃料供給システムにおいて、前記反応器を２つ備え、前記切換装置は、前記２つの反応器に対し前記第１の状態と第２の状態とを切換可能であり、かつ前記改質残留ガス送給路が一方の反応器の前記再生排ガス流路と他方の反応器の再生用ガス供給路とを連通可能であり、前記制御装置は、一方の反応器が前記第１の状態のときに他方の反応器が前記第２の状態になるように前記切換装置を切り換え、かつ、一方の反応器を前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、他方の反応器の第２の状態を維持しつつ、一方の反応器の前記再生排ガス流路を閉じると共に前記改質残留ガス送給路を開放する。
【００１５】
請求項４記載の水素燃料供給システムでは、一方の反応器が改質工程を行っている間に他方の反応器が再生工程を行い、一方の反応器が再生工程を行っている間に他方の反応器が改質工程を行う。これにより、各反応器は改質工程と再生工程とを交互に行いつつ、水素燃料供給システム全体として、水素を含有する燃料ガスを連続的に生成、供給することができる。一方の反応器が改質工程から再生工程に切り換えられると、該一方の反応器の残留ガスは、閉じている再生排ガス流路からシステム外に排気されることなく、改質残留ガス送給路を通じて再生用ガスとして他方の反応器の再生用ガス入口に送給され、他方の反応器の再生工程に用いられる。そして、この残留ガスは、他方の反応器の再生工程利用された後に、再生排ガスとしてシステム外に排出される。次いで、他方の反応器が再生工程から改質工程に切り換えられる。
【００１６】
請求項５記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１記載の水素燃料供給システムにおいて、前記切換装置は、前記第１の状態で前記反応器に改質原料と改質用ガスとを供給するように構成されており、前記制御装置は、前記第１の状態から第２の状態に切り換える前に前記反応器への改質原料の供給を停止させ、該反応器に残留している改質残留ガスが前記改質用ガスによって燃料ガスの供給先に送給されるように、前記切換装置を切り換える。
【００１７】
請求項５記載の水素燃料供給システムでは、反応器が改質工程から再生工程に切り換わるのに先立って、制御装置が切換装置を切り換えて反応器への炭化水素原料の供給を停止させる。一方、反応器内には、改質用ガスが供給され続ける。このため、反応器内の改質残留ガスは、改質用ガスによって該反応器から押し出され、燃料ガスの供給先に送給されて該供給先にて消費又は処理される。このため、上記感化水素原料又は水素含有の燃料ガスをそのままシステム外に排出することがない。
【００１８】
請求項６記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１記載の水素燃料供給システムにおいて、前記切換装置は、前記改質残留ガスを導入し保持可能な改質残留ガス退避部を備え、前記制御装置は、前記第１の状態から第２の状態に切り換える際に、該反応器に導入されるパージ用ガスによって前記改質残留ガスが前記改質残留ガス退避部に導入されて保持され、かつ第２状態から第１状態に切り換える際に前記改質残留ガスが前記改質残留ガス退避部から解放されて改質原料と共に反応器に供給されるように、前記切換装置を切り換える。
【００１９】
請求項６記載の水素燃料供給システムでは、反応器が改質工程から再生工程に切り換わる際には、反応器内にパージ用ガスが導入され、改質残留ガスが反応器外に排出される。この改質残留ガスは、システム外に排出されることなく、改質残留ガス退避部に導入されて保持される。そして、この改質残留ガスは、次回の改質工程を行う際に改質残留ガス退避部から解放されて改質原料と共に反応器に供給される。したがって、１サイクル毎には改質残留ガスが生じるものの、全体としてシステム外に排出すべき改質残留ガスが生じることがない。なお、パージ用ガスとしては、例えば、再生工程に用いる空気（酸素）、改質工程に用いる水蒸気等の改質用ガスを用いることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項６記載の水素燃料供給システムにおいて、前記改質残留ガス退避部は、前記改質工程を行う反応器に改質工程の原料を供給する原料供給路に一対の開閉弁を配設して構成されている。
【００２１】
請求項７記載の水素燃料供給システムでは、反応器が改質工程から再生工程に切り換えられる際に生じる改質残留ガスを、パージ用ガスの圧力によって改質原料の供給路に押し戻す。この供給路における押し戻し方向下流側の開閉弁を閉じると共に上流の開閉弁を開いておき、一対の開閉弁間の区間に残留ガスを圧縮しつつ導入し、次いで上流側の弁を閉じることで、改質残留ガスが保持される。再生工程では改質原料の供給が不要であるため、その時期の不使用流路を改質残留ガス退避部として利用している。一対の開閉弁を共に開放すると、改質原料の供給圧によって改質残留ガスが改質工程を行う反応器に供給される。
【００２２】
請求項８記載の発明に係る水素燃料供給システムは、供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、供給された再生用ガスを反応させて前記改質工程によって低下した温度を改質可能な温度に上昇する再生工程とを行うように切り換え可能な反応器と、前記反応器に前記原料を供給しつつ前記燃料ガスを排出させる第１の状態と、前記反応器に前記再生用ガスを供給しつつ再生排ガスを排出する第２の状態とが交互に生じるように切り換えるための切換装置と、前記第２の状態から第１の状態に切り換える際に、切り換える前に前記反応器に残留している再生残留ガスが、該再生残留ガスのまま燃料ガスの供給先に供給されないように、前記切換装置を切り換える制御装置と、を備えている。
【００２３】
請求項８記載の水素燃料供給システムでは、制御装置が切換装置を制御して反応器の第１の状態と第２の状態とを切り換えることで、１つ又は複数の反応器内で、それぞれ供給された原料を所定範囲の温度下で反応させて水素を含有する燃料ガスを生成し排出する改質工程と、再生用ガスを反応させることで改質工程で低下した温度を上昇させ再生排ガスを排出する再生工程とが交互に行われる。
【００２４】
制御装置は、第２の状態から第１の状態に切り換える際、すなわち反応器が再生工程から改質工程に切り換えられる際に反応器内に残留している再生残留ガス（再生用ガス、再生排ガスを含むガス）が、そのままの成分で、改質工程で得た燃料ガスの供給先への供給路を通じて該供給先に向けて排出されないように、切換装置を切り換える。これにより、水素燃料供給システム内で再生残留ガスを処理することが可能になり、再生残留ガス中が何ら処理されることなくシステム外に排気されることが防止される。
【００２５】
このように、請求項８記載の水素燃料供給システムでは、改質工程と再生工程との切り換えの際に反応器内の残留ガスを効果的に処理することができる。なお、本発明において用いる「切り換える際」との語は、「切り換えるときに」又は「切り換えるのに先立って」を意味する。
【００２６】
請求項９記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項８記載の水素燃料供給システムにおいて、前記制御装置は、前記再生残留ガスが前記燃料ガスの供給先に供給される前に希釈されるように、前記切換装置を切り換える。
【００２７】
請求項９記載の水素燃料供給システムでは、再生残留ガスは、燃料ガスの供給先に供給される前に希釈される。希釈された再生残留ガスは、燃料ガスに押し出されて燃料ガスの供給先に供給されて消費され又は処理される。このとき反応器に残留した再生残留ガスはそのまま排出されることなく希釈されるため、希釈に伴う再生残留ガスの冷却効果によって再生残留ガスの自己着火が生じ難くなり、仮に自己着火が生じた場合でも希釈ガスによる熱容量増大効果によって燃焼温度の上昇が抑制される。このため、水素含有ガスの供給先に供給された再生残留ガスが該水素含有ガスの供給先に対し損傷を与えることも防止又は抑制される。
【００２８】
請求項１０記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項８記載の水素燃料供給システムにおいて、前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える際に、前記再生残留ガスが酸素と共に前記反応器内の改質触媒又は前記燃料ガスの供給先への供給路内に設けた酸化触媒に接触するように、前記切換装置を切り換える。
【００２９】
請求項１０記載の水素燃料供給システムでは、反応器を再生工程から改質工程に切り換える際に制御装置は、再生残留ガスが反応器内の改質触媒又は燃料ガスの供給先への供給路に設けた酸化触媒に酸素と共に接触するように、切換装置を切り換える。このため、再生残留ガスは燃料ガスの供給先に供給される前に酸化処理され、燃料ガスの供給先には、再生用ガスを酸化処理したガスが導入される。
【００３０】
なお、例えば、反応器内の改質触媒でのみ再生改質残留ガスを酸化処理しても良く、燃料ガスの供給先への供給路に設けた酸化触媒でのみ再生残留ガスを酸化処理しても良く、上記改質触媒及び酸化触媒の両者で再生残留ガスを酸化処理しても良い。反応器内で再生残留ガスを酸化する構成では、該酸化反応に伴う発熱によって改質工程の前の反応器を加熱することが可能である。さらに、再生残留ガスを酸化するための酸素（空気）を反応器内に独立して供給可能な酸素供給装置を切換装置に設けた構成とすれば、改質工程の開始に伴う改質原料の供給とは独立して再生残留ガスに酸素を均一に混合することが可能となり、再生残留ガスを確実に酸化処理することができる。
【００３１】
請求項１１記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１０記載の水素燃料供給システムにおいて、前記反応器内の改質触媒又は前記燃料ガスの供給路に設けた酸化触媒は、酸化セリウムを担持して構成されている。
【００３２】
請求項１１記載の水素燃料供給システムでは、再生残留ガスを酸化処理するための触媒が酸素貯蔵機能を有する酸化セリウム（セリア）を担持して構成されているため、部分的に酸素濃度が不足することが防止され、反応器に残留した再生用ガスを良好に酸化処理することができる。
【００３３】
請求項１２記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項８記載の水素燃料供給システムにおいて、前記切換装置は、前記再生残留ガスを導入し保持可能な再生残留ガス退避部を備え、前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える際に、該反応器に導入されるパージ用ガスによって前記再生残留ガスが前記再生残留ガス退避部に導入されて保持され、かつ該反応器が次回の再生工程を行う際に前記再生残留ガスが前記再生残留ガス退避部から解放されて該再生工程で使用されるように、前記切換装置を切り換える。
【００３４】
請求項１２記載の水素燃料供給システムでは、反応器が再生工程から改質工程に切り換わる際には、反応器内にパージ用ガスが導入され、再生残留ガスが反応器外に排出される。この再生残留ガスは、システム外に排出されることなく、再生残留ガス退避部に導入されて保持される。そして、この再生残留ガスは、次回の再生工程を行う際に再生残留ガス退避部から解放されて再生工程の反応に使用される。したがって、１サイクル毎には再生残留ガスが生じるものの、全体としてシステム外に排出すべき再生残留ガスが生じることがない。なお、パージ用ガスとしては、なお、パージ用ガスとしては、例えば、改質工程で生成された水素含有ガス、水蒸気等の改質用ガスを用いることができる。
【００３５】
請求項１３記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１２記載の水素燃料供給システムにおいて、前記再生残留ガス退避部は、前記再生工程を行う反応器に再生用ガスと反応するための酸素を導入する酸素導入路に一対の開閉弁を配設して構成されている。
【００３６】
請求項１３記載の水素燃料供給システムでは、反応器が再生工程から改質工程に切り換えられる際に反応器に残留する再生残留ガスを、パージ用ガスによって再生用ガスと酸化反応する（燃焼させる）酸素を導入するための酸素導入路に押し込む。この酸素導入路における導入方向下流側の開閉弁を閉じると共に上流の開閉弁を開いておき、一対の開閉弁間の区間に再生用ガスを圧縮しつつ導入し、次いで上流側の弁を閉じることで、再生用ガスが保持される。改質構成を行う間は、再生用の酸素の供給が不要であるため、その時期の不使用流路を残留ガスの退避部として利用している。一対の開閉弁を共に開放すると、酸素の供給圧によって残留ガスが改質工程を行う反応器に導入される。
【００３７】
請求項１４記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項８記載の水素燃料供給システムにおいて、前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える前に、前記反応器への再生用ガスの供給を停止すると共に、該反応器への再生用ガスと反応するための酸素含有ガスの供給を維持し、該反応器の再生残留ガスが酸素含有ガスと反応するための時間を確保するように、前記切換装置を切り換える。
【００３８】
請求項１４記載の水素燃料供給システムでは、反応器が再生工程から改質工程に切り換わる前（直前）に、制御装置が切換装置を切り換えて反応器への再生用ガスの供給を停止させる。一方、酸素含有ガスは供給され続ける。そして、反応器内の再生残留ガスが酸素と接触して再生反応を行って消費された後に、反応器は改質工程に切り換えられる。この切り換え時点では反応器内に未反応の再生用ガスすなわち再生残留ガスが残留していないため、水素含有ガスの供給先には再生反応後の安定した再生排ガスが導入される。
【００３９】
請求項１５記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項８記載の水素燃料供給システムにおいて、前記切換装置は、前記再生残留ガスを導入し保持可能な再生用ガス退避部を備え、前記制御装置は、前記第２の状態から第１の状態に切り換える前に、前記反応器への再生用ガスの供給を停止させ、前記反応器への再生用ガスの供給が停止されている間に、該反応器に導入されるパージ用ガスによって前記再生残留ガスが前記再生用ガス退避部に導入されて保持され、かつ該反応器が次回の再生工程又は改質工程で前記再生残留ガスが前記再生用ガス退避部から解放されて前記反応器に導入されるように、前記切換装置を切り換える。
【００４０】
請求項１５記載の水素燃料供給システムでは、反応器が再生工程から改質工程に切り換わる前（直前）に、制御装置が切換装置を切り換えて反応器への再生用ガスの供給を停止させる。さらに、制御装置が切換装置を切り換えることで、反応器内にパージ用ガスが導入され、再生用ガスが反応器外に排出される。この再生残留ガスは、システム外に排出されることなく、再生用ガス退避部に導入されて保持される。そして、この再生残留ガスは、次回の再生工程又は改質工程を行う際に再生用ガス退避部から解放されて反応器に導入され、使用又は処理される。なお、パージ用ガスとしては、例えば、改質工程で生成された水素含有ガス、水蒸気等の改質用ガスを用いることができる。
【００４１】
請求項１６記載の発明に係る水素燃料供給システムは、請求項１５記載の水素燃料供給システムにおいて、前記パージ用ガスは、前記改質工程で生成された水素含有ガスの出口側から前記反応器に導入され、前記再生用ガス退避部は、前記改質工程を行う反応器に原料を供給する原料供給路における一対に開閉弁を配設して構成されている。
【００４２】
請求項１６記載の水素燃料供給システムでは、反応器が再生工程から改質工程に切り換えられる前に、反応器内に存在する再生用ガスを、パージ用ガスによって再生残留ガスを改質原料の供給路に押し込む。この供給路における押し込み方向下流側の開閉弁を閉じると共に上流の開閉弁を開いておき、一対の開閉弁間の区間に再生用ガスを圧縮しつつ導入し、次いで上流側の弁を閉じることで、再生用ガスが再生用ガス退避部に保持される。直後の改質工程では原料の供給が必要であるため、改質工程に切り換わると再生用ガス退避部に保持されていた再生用ガスが解放され、改質用原料と混合しながら反応器に導入される。この再生用ガスは、改質反応で生じた燃料ガスと共に該水素含有ガスの供給先に送給される。
【００４３】
請求項１７記載の発明に係る燃料電池システムは、請求項１乃至請求項１６の何れか１項記載の水素燃料供給システムと、前記水素燃料供給システムが前記改質工程で生成した燃料ガスのうち水素ガスを消費して発電を行う燃料電池とを備え、前記燃料電池から排出された排出燃料ガスを前記再生用ガスとして用いる。
【００４４】
請求項１７記載の燃料電池システムでは、水素燃料供給システムの反応器が改質工程で生成した水素を含有する燃料ガスのうち、水素が燃料電池にて消費され、水素以外の成分が再生用ガスとして燃料電池から水素燃料供給システムに送給される。これにより、改質工程に供給される原料（炭化水素原料）は、燃料電池による発電用の水素及び再生工程の再生用ガスの原料となり、燃料電池システムが簡素化される。特に、燃料電池が発電に伴って生じる水（水蒸気）を改質用ガスとして用いる構成とすれば、燃料電池システムが一層簡素化される。
【００４５】
そして、燃料電池又は再生工程を行う反応器が、改質工程で生成した水素含有燃料ガスの供給先となる。ここで、水素燃料供給システムが請求項１乃至請求項１６の何れか１項記載の水素燃料供給システムであるため、改質工程から再生工程への切り換え、再生工程から改質工程への切り換えに際して反応器に残留するガスがそのままシステム外に排出されたり、例えば再生残留ガスが自己着火して燃料電池に損傷を与えることが防止又は抑制される。これにより、燃料電池システム全体として安定して確実に動作する。
【００４６】
このように、請求項１７記載の燃料電池システムでは、改質工程と再生工程との切り換えの際に反応器内の残留ガスを効果的に処理することができる。特に、水素燃料供給システムが改質工程と再生工程との切り換えタイミングが異なる複数の反応器を備え、燃料電池に連続的に水素含有ガスが供給されるように構成することが望ましい。
【発明の効果】
【００４７】
以上説明したように本発明に係る水素燃料供給システム及び燃料電池システムは、それぞれ改質工程と再生工程との切り換えの際に反応器内の残留ガスを効果的に処理することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０について、図面に基づいて説明する。先ず、本発明の各実施形態に共通する基本構成及び基本動作を説明し、次いで各実施形態について詳細に説明することとする。
【００４９】
（基本構成）
図２には、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａ乃至１０Ｌの基本構成となる燃料電池システム１０がシステム構成図（システムフローシート）にて示されている。この図に示される如く、燃料電池システム１０は、水素燃料供給システム１２と、水素燃料供給システム１２から水素燃料の供給を受けて発電を行う燃料電池１４と、水素燃料供給システム１２と燃料電池との間で熱交換を行う熱交換器１６とを主要構成要素として構成されている。
【００５０】
水素燃料供給システム１２は、一対の反応器１８を備えている。一対の反応器１８は、それぞれ筒状に形成されたハウジングの内部に図示しない改質触媒を配設して構成されており、それぞれ供給される炭化水素ガス（ガソリン、メタノール、天然ガス等）と改質用ガス（水蒸気、酸素）を触媒反応させることで、水素ガスを含む燃料ガスを生成する（改質反応を行う）ようになっている。改質反応は、以下の式（１）乃至（４）で表される各反応を含む。したがって、改質工程で得た燃料ガスには、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ4）、分解炭化水素や未反応の原料炭化水素（ＣxＨy）等の可燃性ガス、二酸化炭素（ＣＯ2）、水（Ｈ2Ｏ）等の不燃性ガスを含むようになっている。
【００５１】
ＣnＨm＋ｎＨ2Ｏ   →  ｎＣＯ ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ2          …  （１）
ＣnＨm＋ｎ／２Ｏ2  →  ｎＣＯ ＋  ｍ／２Ｈ2               …  （２）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  ⇔  ＣＯ2＋Ｈ2                               …  （３）
ＣＯ＋３Ｈ2  ⇔  ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ                             …  （４）
この改質反応は、所定の温度以上（本実施形態では、７００℃）で行われるようになっている。そして、各反応器１８は、改質反応によって低下した触媒温度を上昇するために、改質反応とは独立して、供給された再生用ガスと酸素とを反応させて触媒を加熱すると共に該触媒に蓄熱する再生反応を行うようになっている。この実施の形態では、再生用ガス（後述するアノードオフガス）を燃焼することで、各反応器１８の触媒を上記した改質反応を行い得る温度まで昇温する構成としている。したがって、各反応器１８は、改質反応と再生反応とを選択的に行い得る構成である。
【００５２】
燃料電池１４は、水素燃料供給システム１２からアノード電極（水素極）に供給される上記改質反応によって得た燃料ガス（水素、一酸化炭素、及び未反応の炭化水素を含むガス）と、カソード電極（酸素極）に供給される酸素とを電気化学的反応させることで発電を行う構成とされている。この実施形態では、燃料電池１４は、アノード電極とカソード電極との間に水素分離膜が設けられた水素分離膜式燃料電池（ＨＭＦＣ）とされており、上記燃料ガスのうち水素分離膜を透過した水素のみをカソード極の酸素と反応させる（すなわち、燃料ガスのうち水素ガスのみを発電に用いる）ようになっている。このため、燃料電池１４のアノードオフガスは、主に一酸化炭素及び炭化水素（水素を含む場合もある）が混合した可燃性ガスである。一方、燃料電池１４のカソードオフガスは、酸素と水素との反応によって生成された水（水蒸気）及び酸素を含む空気である。
【００５３】
そして、各種ガスの流れについては後述するが、燃料電池システム１０では、上記アノードオフガスを反応器１８の再生用ガスとして利用するようになっている。また、燃料電池システム１０では、カソードオフガスが含む水蒸気及び酸素を、上式（１）、（２）の如く改質反応ガスである炭化水素ガスと反応させるようになっている。さらに、燃料電池１４は、その反応温度を略一定（この実施形態では略５００℃）に保つために冷却用空気にて冷却される構成とされている。燃料電池１４を冷却して昇温された冷却用空気は、再生反応の支燃ガス（酸素）として利用されるようになっている。したがって、燃料電池システム１０は、基本的には炭化水素原料と、カソード用及び冷却用の空気とを供給するだけで作動するようになっている。
【００５４】
熱交換器１６は、燃料電池１４のアノード電極に供給される高温ガスとしての燃料ガス（７００℃）と、低温ガスとしてのカソードオフガス（５００℃）との熱交換を行い、燃料電池システムの熱効率を向上するようになっている。
【００５５】
水素燃料供給システム１２は、一対の反応器１８への改質反応ガス（炭化水素ガス、水蒸気、酸素）の流路、改質反応によって生成された燃料ガスの流路、再生用ガス（アノードオフガス、冷却用空気）の流路、及び再生排ガスの流路を切り換えるための切換装置２０を備えている。以下の説明では、２つの反応器１８を区別する場合に、各図の紙面上側に示す一方の反応器１８を第１反応器１８Ａ、他方の反応器１８を第２反応器１８Ｂということとする。
【００５６】
切換装置２０は、第１反応器１８Ａに改質反応ガスを供給して改質反応を行わせている期間に第２反応器１８Ｂに再生用ガス及び酸素を供給して再生反応を行わせる状態と、第１反応器１８Ａに再生用ガス及び酸素を供給して再生反応を行わせている期間に第２反応器１８Ｂに改質反応ガスを供給して改質反応を行わせる状態とを切り換える構成とされている。以下、切換装置２０の具体的構成例を説明する。なお、以下の説明では、反応器１８が改質反応を行っている状態（期間）を改質工程、反応器１８が再生反応を行っている状態（期間）を再生工程という場合がある。
【００５７】
図２に示される如く、水素燃料供給システム１２は、原料供給ライン２１備えており、原料供給ライン２１上には、図示しない燃料タンクから液体の炭化水素原料を供給する燃料ポンプ２２が配置されている。原料供給ライン２１における燃料ポンプ２２の下流には、蒸発器（気化器）２４が配置されており、例えば燃料電池システム１０の排ガスとの熱交換によって炭化水素原料を蒸発させるようになっている。また、原料供給ライン２１における蒸発器２４の下流には、混合器２６が配置されている。混合器２６は、炭化水素燃料と後述するカソードオフガス（式（１）の水蒸気及び式（２）の酸素）とを混合して、改質反応ガスとして下流に排出するようになっている。なお、カソードオフガスが高温であることから、液体の炭化水素原料を混合器２６内に噴射する構成（インジェクション）を採用することで、蒸発器２４を備えない構成とすることも可能である。さらに、蒸発器２４と混合器２６との間には、炭化水素原料遮断手段としてのバルブＶ０が配設されている。
【００５８】
原料供給ライン２１の下流端には、環状のブリッジ管路２８が接続されている。このブリッジ管路２８には、４つのバルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ｂ、Ｖ２Ａが各図において反時計回りにこの順で直列に配置されている。原料供給ライン２１の下流端は、ブリッジ管路２８におけるバルブＶ１ＡとバルブＶ１Ｂとの間に接続されている。ブリッジ管路２８におけるバルブＶ２ＡとバルブＶ２Ｂとの間には、排気ライン３０の上流端が接続されている。排気ライン３０上には、排気処理器３２が配置されている。排気処理器３２は、ハウジング内に酸化触媒を内蔵して構成されており、再生反応で燃焼しなかった再生用ガスを酸化処理（浄化）するようになっている。排気ライン３０の下流端は、排気口３０Ａとされている。また、排気ライン３０における排気処理器３２の下流からは、排気戻しライン３４が分岐しており、排気戻しライン３４は混合器２６に排ガスを導入可能に接続されている。排気戻しライン３４にはバルブＶ３が配設されている。なお、この基本構成に係る燃料電池システム１０では、排気処理器３２を備えなくても良い。
【００５９】
また、ブリッジ管路２８におけるバルブＶ１ＡとバルブＶ２Ａとの間からは、一端が第１反応器１８Ａの第１出入口１８Ｃに接続された第１ライン３６Ａの他端が接続されている。さらに、ブリッジ管路２８におけるバルブＶ１ＢとバルブＶ２Ｂとの間からは、一端が第２反応器１８Ｂの第１出入口１８Ｄに接続された第２ライン３６Ｂの他端が接続されている。第１ライン３６Ａ、第２ライン３６Ｂは、それぞれ改質反応を行う第１反応器１８Ａ、第２反応器１８Ｂへの上記改質反応ガスの供給用、再生反応を行う第１反応器１８Ａ、第２反応器１８Ｂからの再生排ガスの排出用として、選択的に用いられるようになっている。
【００６０】
さらに、第１反応器１８Ａにおける第１出入口１８Ｃと反対側（ガス流れ方向の反対側）に配置された第２出入口１８Ｅには、第３ライン３８Ａの一端が接続されており、第２反応器１８Ｂにおける第１出入口１８Ｄと反対側に配置された第２出入口１８Ｆには、第４ライン３８Ｂの一端が接続されている。第３ライン３８Ａ、第４ライン３８Ｂの各他端は、それぞれ環状のブリッジ管路４０に接続されている。このブリッジ管路４０には、４つのバルブＶ５Ａ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ｂ、Ｖ６Ａが各図において反時計回りにこの順で直列に配置されている。第３ライン３８Ａの他端は、ブリッジ管路４０におけるバルブＶ５ＡとバルブＶ６Ａとの間に接続されており、第４ライン３８Ｂの他端は、ブリッジ管路４０におけるバルブＶ５ＢとバルブＶ６Ｂとの間に接続されている。
【００６１】
このブリッジ管路４０におけるバルブＶ６ＡとバルブＶ６Ｂとの間には、燃料ガス供給ライン４２の一端が接続されている。燃料ガス供給ライン４２の他端は、熱交換器１６の高温ガス入口１６Ａ（燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａ）に接続されている。また、ブリッジ管路４０におけるバルブＶ５ＡとバルブＶ５Ｂとの間には、再生用ガス導入ライン４４の一端が接続されている。再生用ガス導入ライン４４の他端は、燃料電池１４のアノードオフガス出口１４Ｂに接続されている。
【００６２】
また、燃料ガス供給ライン４２からは、下流端が排気口４６Ａである排気ライン４６が分岐しており、排気ライン４６上には、排気処理器４８が配置されている。排気処理器４８は、ハウジング内に酸化触媒を内蔵して構成されており、基本的には水素燃料供給システム１２のスタートアップ時の排ガス（燃焼ガス）を浄化するようになっている。排気ライン４６における排気処理器４８の上流にはバルブＶ７が配設されている。
【００６３】
さらに、切換装置２０は、一端が混合器２６に接続され、該混合器２６に水蒸気及び酸素を供給する水蒸気供給ライン５０を備えている。水蒸気供給ライン５０は、その他端が熱交換器１６の低温ガス出口１６Ｄに接続されており、燃料電池１４のカソードオフガスを混合器２６に送給するようになっている。水蒸気供給ライン５０上にはバルブＶ９が配設されている。
【００６４】
また、切換装置２０は、一端が第１反応器１８Ａにおける第２出入口１８Ｅ側端部に接続された燃焼用空気供給ライン５２Ａ、及び一端が第２反応器１８Ｂにおける第２出入口１８Ｆ側端部に接続された燃焼用空気供給ライン５２Ｂを備えている。燃焼用空気供給ライン５２Ａ上にはバルブＶ４Ａが配設されており、燃焼用空気供給ライン５２Ｂ上にはバルブＶ４Ｂが配設されている。燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂの各他端（上流端）は、それぞれ一端が燃料電池１４の冷却用空気出口１４Ｆに接続された冷却用空気排出ライン５４の他端に接続されている。
【００６５】
この冷却用空気排出ライン５４からは、下流端が排気口５６Ａである排気ライン５６が分岐しており、排気ライン５６上にはバルブＶ８が配設されている。バルブＶ８は、任意の弁開度を取り得る構成とされており、この弁開度に応じて、排気ライン５６による排気量、すなわち燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂを通じて反応器１８に供給する燃焼用空気の供給量を調整可能とされている。
【００６６】
以上説明した切換装置２０は、バルブＶ１Ａ、Ｖ１Ｂの開閉に応じて一対の反応器１８への改質反応ガス（炭化水素ガス、水蒸気、酸素）の流路を切り換え、バルブＶ６Ａ、Ｖ６Ｂの開閉に応じて改質反応によって生成された燃料ガスの流路を切り換え、バルブＶ５Ａ、Ｖ５Ｂの開閉に応じて再生用ガス（アノードオフガス）の流路を切り換え、バルブＶ４Ａ、Ｖ４Ｂの開閉に応じて燃焼用空気（冷却用空気）の流路を切り換え、バルブＶ２Ａ、Ｖ２Ｂの開閉に応じて再生排ガスの流路を切り換えるようになっている。各バルブは電磁弁とされており、後述する制御装置９０からの作動信号に基づいて開閉する（バルブＶ８は弁開度の調節）を行う構成である。切換装置２０のバルブ開閉による切り換え動作、すなわち水素燃料供給システム１２の具体的な動作については、燃料電池システム１０の基本動作として後述する。
【００６７】
燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａと熱交換器１６の高温ガス出口１６Ｂとは燃料ガスライン５８によって接続されている。これにより、燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａには、改質工程を行う反応器１８、第３ライン３８Ａ又は第４ライン３８Ｂ、ブリッジ管路４０のバルブＶ６Ａ又はバルブＶ６Ｂ、燃料ガス供給ライン４２、熱交換器１６内の高温ガス流路、燃料ガスライン５８を通過した燃料ガスが送給される構成である。燃料ガス入口１４Ａから燃料電池１４内に導入された燃料ガスは、アノード電極に供給されて上記の通り水素ガスのみが発電に使用され、残余の可燃性ガス成分はアノードオフガスとして燃料電池１４のアノードオフガス出口１４Ｂから排出されるようになっている。アノードオフガスは、再生用ガス導入ライン４４、バルブＶ５Ａ又はバルブＶ５Ｂ、第３ライン３８Ａ又は第４ライン３８Ｂを通じて、再生用ガスとして反応器１８に供給される構成である。
【００６８】
また、燃料電池１４のカソード用空気入口１４Ｃには、一端が空気ポンプ６０の吐出側に接続されたカソード用空気供給ライン６２の他端が接続されている。カソード用空気供給ライン６２上にはバルブＶ１０が配設されている。カソード用空気入口１４Ｃから燃料電池１４内に導入された空気（酸素）は、カソード電極に導入されて、上記の通り水素分離膜を透過してきた水素と反応するようになっている。この反応によって生成された水蒸気、未反応の空気は、カソードオフガスとしてカソードオフガス出口１４Ｄから排出されるようになっている。
【００６９】
燃料電池１４のカソードオフガス出口１４Ｄと熱交換器１６の低温ガス入口１６Ｃとは、低温ガスライン６４にて接続されている。したがって、カソードオフガス出口１４Ｄから排出されたカソードオフガスは、低温ガスライン６４、熱交換器１６内の低温ガス流路、水蒸気供給ライン５０を通じて混合器２６に導入され、混合器２６内で炭化水素原料と混合されるようになっている。この混合ガスが、原料供給ライン２１、ブリッジ管路２８のバルブＶ１Ａ又はバルブＶ１Ｂ、第１ライン３６Ａ又は第２ライン３６Ｂを通じて改質反応ガスとして反応器１８に供給される構成である。
【００７０】
さらに、燃料電池１４の冷却用空気入口１４Ｅは、一端が空気ポンプ６６の吐出側に接続された冷却用空気供給ライン６８の他端が接続されている。冷却用空気供給ライン６８上にはバルブＶ１１が配設されている。冷却用空気入口１４Ｅから燃料電池１４内に導入された空気は、図示しない冷却空気流路を流動しつつ該燃料電池１４を冷却して運転温度を略一定温度に保つようになっている。燃料電池１４を冷却した後の冷却用空気は、冷却用空気出口１４Ｆから排出され、冷却用空気排出ライン５４、燃焼用空気供給ライン５２Ａ又は燃焼用空気供給ライン５２Ｂを通じて再生工程の支燃ガスとして反応器１８に送給されるようになっている。
【００７１】
再生工程で発生した再生排ガス（燃焼ガス）は、第１ライン３６Ａ又は第２ライン３６Ｂ、ブリッジ管路２８のバルブＶ２Ａ又はバルブＶ２Ｂ、排気ライン３０を通じて排気口３０Ａからシステム外に排出されるようになっている。
【００７２】
また、燃料電池システム１０は、制御装置９０を備えている。図３に示される如く、制御装置９０は、切換装置２０の各バルブ（バルブＶ０、Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ３、Ｖ４Ａ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ａ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９）、燃料電池１４への空気供給用の各バルブＶ１０、Ｖ１１、燃料ポンプ２２、及び各空気ポンプ６０、６６に電気的に接続されており、各バルブの開閉（バルブＶ８については弁開度の調節）及び各ポンプの作動、停止（燃料又は空気の供給量の制御）を行う構成とされている。なお、図３に想像線にて示す各バルブ、空気ポンプは、後述する各実施形態で追加的に設けられるものであり、これらは制御装置９０電気的に接続されて制御されるようになっている。この制御装置９０は、図４に示すフローチャートに示す如き動作を行うようになっている。この動作については、燃料電池システム１０の基本動作と共に説明する。
【００７３】
（基本動作）
次に、燃料電池システム１０の基本的な運転動作を説明する。図５には、第１反応器１８Ａが改質工程を行うと共に第２反応器１８Ｂが再生工程を行う状態がシステム構成図にて示されており、図６には、第１反応器１８Ａが再生工程を行うと共に第２反応器１８Ｂが改質工程を行う状態がシステム構成図にて示されている。なお、燃料電池システム１０の動作を表す各図において、開放状態のバルブを白抜きで示すと共に閉止状態のバルブを黒塗りで示し、かつバルブが閉じて流体の流れが遮断されている流路を想像線にて示すこととする。
【００７４】
図５に示される状態では、バルブＶ０、Ｖ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ９、Ｖ１０、Ｖ１１が開放されている。一方、バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂが閉止されている。これにより、炭化水素原料は、原料供給ライン２１（バルブＶ０）を通じて混合器２６に至り、混合器２６にて水蒸気、空気（酸素）と混合され改質反応ガスとなる。混合器２６から排出された改質反応ガスは、ブリッジ管路２８（バルブＶ１Ａ）、第１ライン３６Ａを経由して第１反応器１８Ａ内に供給される。第１反応器１８Ａ内では、触媒と改質反応ガスとの接触により上式（１）、（２）の改質反応が行われ、水素、一酸化炭素等を含む燃料ガスが生成される。
【００７５】
この燃料ガスは、第３ライン３８Ａ、ブリッジ管路４０（バルブＶ６Ａ）を通じて熱交換器１６に導入され、該熱交換器１６にて改質用ガスであるカソードオフガスと熱交換を行って冷却される。冷却された燃料ガスは、燃料ガスライン５８、燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａを通じて燃料電池１４内のアノード電極に導入される。燃料電池１４には、カソード用空気供給ライン６２、カソード用空気入口１４Ｃを通じて、カソード電極に空気すなわち酸素が常時供給されている。アノード電極からは、水素分離膜を通じて水素ガスのみがプロトンとなってカソード電極に移動し、この水素とカソード電極に供給された酸素との反応によって発電が行われる。また、燃料電池１４には、冷却用空気供給ライン６８、冷却用空気入口１４Ｅを通じて、冷却用空気が常時供給されており、運転温度が略５００℃に保たれている。
【００７６】
燃料電池１４のカソードオフガス出口１４Ｄから排出された水蒸気、酸素を含むカソードオフガスは、熱交換器１６の低温ガス流路に導入されて上記の通りアノード電極に導入される燃料ガスと熱交換を行う。その後、このカソードオフガスは、水蒸気供給ライン５０を通じて混合器２６に導入され、上記の通り炭化水素原料と混合して改質反応ガスとなり、第１反応器１８Ａに導入される。
【００７７】
燃料電池１４のアノードオフガス出口１４Ｂから排出された一酸化炭素、炭化水素原料を含むアノードオフガスは、再生用ガス導入ライン４４、ブリッジ管路４０（バルブＶ５Ｂ）、第４ライン３８Ｂを通じて第２反応器１８Ｂに導入される。一方、燃料電池１４の冷却用空気出口１４Ｆから排出された冷却用空気は、冷却用空気排出ライン５４、燃焼用空気供給ライン５２Ｂ（バルブＶ４Ｂ）を通じて第２反応器１８Ｂに導入される。この第２反応器１８Ｂ内では、支燃ガスである酸素を含む冷却用空気と共に触媒に接触した可燃性ガスであるアノードオフガスが燃焼する。これにより、第２反応器１８Ｂの触媒温度が改質反応を行い得る温度まで上昇すると共に改質に必要な蓄熱が行われる。この燃焼によって生じた燃焼ガスである再生排ガスは、第２ライン３６Ｂ、ブリッジ管路２８（バルブＶ２Ｂ）、排気ライン３０を通じてシステム外に排出される。
【００７８】
燃料電池システム１０の制御装置９０は、図４に示すフローチャートのステップＳ１０において、第１反応器１８Ａを改質工程から再生工程へ切り換えるタイミングでないと判断すると、ステップＳ１６に進んで、上記の通りバルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａが開放されると共にバルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂが閉止された状態を維持する。一方、制御装置９０は、改質反応を行っていた第１反応器１８Ａの触媒温度が低下し、改質反応を維持できなくなる場合（所定時間の経過、触媒温度が閾値を下回る等の制御パラメータにより判断される）、切換装置２０を切り換えることで、第１反応器１８Ａを改質工程から再生工程に切り換える。また、この切り換えとほぼ同時に、第２反応器１８Ｂを再生工程から改質工程に切り換える。すなわち、制御装置９０は、第１反応器１８Ａを改質工程から再生工程へ切り換えるタイミングであると判断すると、ステップＳ１２に進み、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａを閉止すると共に、バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂを開放する。これにより、燃料電池システム１０は、図５に示す状態から図６に示す状態に切り換わる。
【００７９】
図５の状態と異なる部分を説明すると、混合器２６から排出された改質反応ガスは、ブリッジ管路２８（バルブＶ１Ｂ）、第２ライン３６Ｂを経由して第２反応器１８Ｂ内に供給され、触媒との接触により改質反応が行われ、水素、一酸化炭素を含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、第４ライン３８Ｂ、ブリッジ管路４０（バルブＶ６Ｂ）を通じて熱交換器１６・燃料電池１４内のアノード電極に導入される。燃料電池１４から排出されたカソードオフガスは、熱交換器１６を通過した後、混合器２６に導入され、上記の通り炭化水素原料と混合して改質反応ガスとなり、第２反応器１８Ｂに導入される。
【００８０】
燃料電池１４から排出されたアノードオフガスは、再生用ガス導入ライン４４、ブリッジ管路４０（バルブＶ５Ａ）、第３ライン３８Ａを通じて第１反応器１８Ａに導入される。一方、燃料電池１４から排出された冷却用空気は、冷却用空気排出ライン５４、燃焼用空気供給ライン５２Ａ（バルブＶ４Ａ）を通じて第１反応器１８Ａに導入される。この第１反応器１８Ａ内では、冷却用空気と共に触媒に接触したアノードオフガスの燃焼によって、触媒温度が改質反応を行い得る温度まで上昇すると共に改質に必要な蓄熱が行われる。この燃焼によって生じた燃焼ガスである再生排ガスは、第１ライン３６Ａ、ブリッジ管路２８（バルブＶ２Ａ）、排気ライン３０を通じてシステム外に排出される。
【００８１】
また、制御装置９０は、図４に示すフローチャートのステップＳ１４において、第２反応器１８Ｂを改質工程から再生工程へ切り換えるタイミング（第１反応器１８Ａを再生交代から改質工程へ切り換えるタイミング）でないと判断すると、ステップＳ１２に戻って、上記の通りバルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂが開放されると共にバルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａが閉止された状態を維持する。一方、制御装置９０は、第２反応器１８Ｂを改質工程から再生工程へ切り換えるタイミングであると判断すると、ステップＳ１６に進み、バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂを閉止すると共に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａを開放する。これにより、燃料電池システム１０は、図６に示す状態から図５に示す状態に切り換わる。
【００８２】
以上により、燃料電池システム１０では、各反応器１８が改質工程と再生工程とを交互に繰り返し断続的（バッチ的）に燃料ガスを生成する構成でありながら、燃料電池１４に対し連続的に燃料ガスを供給して連続的に安定して発電を行うことができる構成を実現している。また、燃料電池システム１０では、燃料電池１４が水素分離膜によって燃料ガスから水素のみを分離して発電に用い、残余のガスを再生工程の燃料として用いるため、改質工程にて得た燃料ガス中の一酸化炭素を、さらに水と反応させて水素及び二酸化炭素を得るシフト反応を行う必要がない。シフト反応は反応速度が遅く大型の反応器を必要とするが、このシフト反応を行う必要がないため、燃料電池システム１０をコンパクトに構成することができる。
【００８３】
（本発明の要部）
そして、本発明は、反応器１８の改質工程から再生工程への切り換えの際に、該反応器１８内に残留する改質反応ガス若しくは生成した燃料ガスを処理し、又は、再生工程から改質工程への切り換えの際に、該反応器１８内に残留する再生用ガスを処理するものである。以下、各実施形態について説明するが、上記基本構成を有する燃料電池システム１０又は前出の実施形態と同一の部品・部分については、燃料電池システム１０又は前出の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、基本動作と同様の動作（図４のフローチャートに示す動作）については説明を省略する。さらに、以下に説明する各実施形態の作用では、第１反応器１８Ａにおける改質工程と再生工程との切り換えについて説明し、これと同様に動作する（切り換えタイミングが異なるに過ぎない）第２反応器１８Ｂの切り換え動作については説明を省略する。
【００８４】
（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａが示されている。なお、図１は、燃料電池システム１０Ａにおいて、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際の状態を示している。
【００８５】
この図１に示される如く、燃料電池システム１０Ａは、水素燃料供給システム１２Ａを備えており、水素燃料燃供給システム１２Ａは、その切換装置２０Ａが切換装置２０の構成に加えて、各反応器１８における円筒状の筒壁部から空気を導入する補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂを備えている。補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂの一端は空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂの吐出部に接続されている。これにより、切換装置２０Ａは、反応器１８内には、第１ライン３６Ａ、第２ライン３６Ｂ、第３ライン３８Ａ、第４ライン３８Ｂ、燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂを通さずに直接的に空気を導入することができる構成とされている。なお、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂは共通のポンプであっても良い。補助空気供給ライン７０Ａ上にはバルブＶ１２Ａが配設されており、補助空気供給ライン７０Ｂ上にはバルブＶ１２Ｂが配設されている。そして、各補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂは、対応する反応器１８におけるガス流れ方向の中央部に対し第１出入口１８Ｃ、１８Ｄ側に、燃焼補助用空気を供給するように接続されている。
【００８６】
この燃料電池システム１０Ａの制御装置９０Ａは、図３に示される如くバルブＶ１２Ａ、Ｖ１２Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂとそれぞれ電気的に接続されており、これらを制御するようになっている。この実施形態における制御装置９０Ａは、通常はバルブＶ１２Ａを閉じておき、第１反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換わる際に、第１反応器１８Ａ内に補助空気供給ライン７０Ａから燃焼補助用の空気が導入されるように、空気ポンプ７２Ａを作動すると共に切換装置２０Ａを切り換えるようになっている。この実施形態では、バルブＶ１Ａが閉じバルブＶ２Ａが開くのと同時に又はバルブＶ２Ａが開いた直後から、所定時間だけバルブＶ１２Ａを開放するようになっている。また、この制御装置９０Ａは、通常はバルブＶ１２Ｂを閉じておき、反応器１８Ｂが改質工程から再生工程に切り換わる際に、第２反応器１８Ａ内に補助空気供給ライン７０Ｂから燃焼補助用の空気が導入されるように、空気ポンプ７２Ｂを作動すると共に切換装置２０Ａを切り換えるようになっている。この実施形態では、バルブＶ１Ｂが閉じバルブＶ２Ｂが開くのと同時に又はバルブＶ２Ｂが開いた開いた直後から、所定時間だけバルブＶ１２Ｂを開放するようになっている。制御装置９０Ａの制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。
【００８７】
燃料電池システム１０Ａの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様であるが、燃料電池システム１０Ａでは再生排ガスの排出経路（排気ライン３０）上に配設されると共に酸化触媒を有する排気処理器３２を必須の構成部品としている。すなわち、この実施形態では、排気処理器３２が補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂ、バルブＶ１２Ａ・Ｖ１２Ｂと共に、改質残留ガス処理装置を構成している。また、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂ、バルブＶ１２Ａ・Ｖ１２Ｂは、改質残留ガスを酸化するための酸素を供給するための酸素供給装置に相当する。
【００８８】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００８９】
第１の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａでは、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際に反応器１８Ａ内には、図１にドットを付して示すように炭化水素原料と水蒸気、酸素等が混合した改質反応ガス、改質された燃料ガス（以下、これらをまとめて改質残留ガスという場合がある）が残留している。そして、図５に示す如き第１反応器１８Ａが改質工程を行う状態からバルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａを閉止すると共に、バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂを開放して図１に示す状態に切り換わると、バルブＶ１２Ａが開放されて第１反応器１８Ａには補助空気供給ライン７０Ａから燃焼補助用の空気が供給される。一方で、第１反応器１８Ａでは、アノードオフガスと支燃用の冷却用空気とが第２出入口１８Ｅ側から供給されることで、再生工程が開始されている。
【００９０】
このため、改質残留ガスと燃焼補助空気とは、第１出入口１８Ｃから第１反応器１８Ａの外側に押し出され、第１ライン３６Ａ、ブリッジ管路２８（バルブＶ２Ａ）、排気ライン３０を経由して排気処理器３２に導入される。そして、改質残留ガスは、燃焼補助空気と共に排気処理器３２の酸化触媒に接触して酸化（この実施形態では燃焼）され、燃焼ガスとして排気口３０Ａから排出される。このように改質残留ガスを排気処理器３２にて燃焼（浄化）することで、炭化水素や一酸化炭素を含む改質残留ガスが未処理のまま燃料電池システム１０Ａの外部に排出してしまうことが防止される。なお、改質残留ガスの一部は、第１反応器１８Ａの触媒に燃焼補助空気と共に接触して該第１反応器１８Ａ内にて燃焼しても良い。
【００９１】
改質残留ガスの処理に要する燃焼補助空気を第１反応器１８Ａに供給した後、制御装置は、バルブＶ１２Ａを閉止し、第１反応器１８Ａへの燃焼補助空気供給を停止する。これにより、第１反応器１８Ａが定常の改質工程を行う状態に移行する。なお、制御装置は、例えば、バルブＶ１２Ａの開放時間等によって該バルブＶ１２Ａの閉止タイミング、すなわち燃焼補助空気の供給停止タイミングを制御するようになっている。
【００９２】
（第２の実施形態）
図７には、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｂが示されている。なお、図７は、燃料電池システム１０Ｂにおいて、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際の状態を示している。
【００９３】
図７に示される如く、燃料電池システム１０Ｂは、水素燃料供給システム１２Ｂを備えており、水素燃料燃供給システム１２Ｂは、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂと空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂと、バルブＶ１２Ａ、Ｖ１２Ｂとを備える点で、第１の実施形態に係る水素燃料燃供給システム１２Ａと共通する。この水素燃料燃供給システム１２Ｂの切換装置２０Ｂは、改質残留ガスを第１反応器１８Ａ内にて全て酸化処理（この実施形態では燃焼）する点で、外部の排気処理器３２にて改質残留ガスを燃焼する第１の実施形態とは異なる。
【００９４】
具体的には、切換装置２０Ｂは、多岐管状の分割供給ライン７４Ａ、７４Ｂを備えており、分割供給ライン７４Ａ、７４Ｂの集合部は対応する補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂの下流端に接続されている。各分割供給ライン７４Ａ、７４Ｂの多岐化された各末端は、対応する反応器１８の筒壁部における軸線方向（流体流れ方向）の異なる位置に接続されている。これにより、燃料電池システム１０Ｂでは、各反応器１８の各部に燃焼補助用空気を略均一に供給することができ、各反応器１８内の各部の空燃費を燃焼範囲内にすることができる構成とされている。この燃料電池システム１０Ｂの制御装置９０Ｂは、燃料電池システム１０Ａの制御装置９０Ａと同様に動作する。
【００９５】
燃料電子システム１０Ｂの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。すなわち、この実施形態では、反応器１８内の触媒（改質触媒）が、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂ、分割供給ライン７４Ａ、７４Ｂ、バルブＶ１２Ａ・Ｖ１２Ｂと共に、本実施形態における残留ガス処理装置を構成している。
【００９６】
次に、第２の実施形態の作用における主に第１の実施形態と異なる部分を説明する。
【００９７】
第２の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｂでは、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換わる際に、バルブＶ１２Ａが開放されて反応器１８Ａには燃焼補助用空気が供給される。燃焼補助空気は、補助空気供給ライン７０Ａ、分割供給ライン７４Ａを通じて、第１反応器１８Ａのガス流れ方向の各部に分割して略均一に導入される。そして、この燃焼補助用空気と改質残留ガスとが共に反応器１８Ａ内の触媒に接触することで、該改質残留ガスは反応器１８Ａ内で燃焼される。この燃焼ガスは、第２出入口１８Ｅ側から導入される再生用ガス、冷却用空気（が反応して生成された燃焼ガス）に押されて、第１出入口１８Ｃから反応器１８Ａ外に排出され、第１ライン３６Ａ、ブリッジ管路２８（バルブＶ２Ａ）、排気ライン３０を経由して排気口３０Ａから排出される。すなわち、改質残留ガスの燃焼ガスを排出しながら再生反応が開始される。
【００９８】
このように改質残留ガスを反応器１８Ａ内にて燃焼（浄化）することで、炭化水素や一酸化炭素を含む改質残留ガスが未処理のまま燃料電池システム１０Ｂの外部に排出してしまうことが防止される。また、改質残留ガスを全て反応器１８内にて燃焼するため、外部の排気処理器３２を設けない構成とすることができる。さらに、改質残留ガスの燃焼に伴う発熱を反応器１８の触媒の加熱（再生前の予熱）に利用することができ、燃焼熱を外部に廃棄してしまうことがないため、燃料電池システム１０Ｂの総合効率が向上する。
【００９９】
（第３の実施形態）
図８には、第３の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｃが示されている。なお、図８は、燃料電池システム１０Ｃにおいて、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１００】
図８に示される如く、燃料電池システム１０Ｃは、水素燃料供給システム１２Ｃを備えており、水素燃料燃供給システム１２Ｃは、その切換装置２０Ｃが切換装置２０の構成に加えて、改質残留ガス送給路としての第１掃気ライン７６Ａ、第２掃気ライン７６Ｂを備えて構成されている。第１掃気ライン７６Ａは、第１ライン３６Ａから分岐して第２反応器１８Ｂの第２出入口１８Ｆに接続されており、第２掃気ライン７６Ｂは、第２ライン３６Ｂから分岐して第１反応器１８Ａの第２出入口１８Ｅに接続されている。第１掃気ライン７６Ａ上にはバルブＶ１３Ａが配設されており、第２掃気ライン７６Ｂ上にはバルブＶ１３Ｂが配設されている。
【０１０１】
燃料電池システム１０Ｃの制御装置９０Ｃは、図３に示される如くバルブＶ１３Ａ、Ｖ１３Ｂとそれぞれ電気的に接続されており、これらを開閉制御するようになっている。具体的には、制御装置９０Ｃは、通常はバルブＶ１３Ａを閉じておき、第１反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際（バルブＶ１Ａが閉止される）における第２反応器１８Ｂが改質工程に移行する前（バルブＶ２Ｂの開放状態が維持されている間）に、バルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ（第１反応器１８Ａの再生排ガス排出路）の閉止状態及びバルブＶ２Ｂの開放状態を維持すると共に、バルブＶ１３Ａを開放するようになっている。また、この制御装置９０Ｃは、通常はバルブＶ１３Ｂを閉じておき、反応器１８Ｂが改質工程から再生工程に切り換えられる際に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ（第２反応器１８Ｂの再生排ガス排出路）の閉止状態及びバルブＶ２Ａの開放状態を維持すると共に、バルブＶ１３Ｂを開放するようになっている。燃料電池システム１０Ｃの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。制御装置の制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。燃料電池システム１０Ｃの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。
【０１０２】
次に、第３の実施形態の作用を説明する。
【０１０３】
第１の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｃでは、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際に、反応器１８Ａ内には、図１にドットを付して示すように改質残留ガスが残留している。そして、図５に示す如き第１反応器１８Ａが改質工程を行う状態からバルブＶ１Ａ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａを閉止すると共に、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ１３Ａを開放して図８に示す状態に切り換わると、第１反応器１８Ａの改質残留ガスは、燃焼用空気供給ライン５２Ａから反応器１８Ａに導入される冷却用空気に押し出されて、第１掃気ライン７６Ａを通じて冷却用空気と混合されつつ第２反応器１８Ｂに導入される。そして、混合された改質残留ガスと空気とが第２反応器１８Ｂの触媒に接触して燃焼する。この燃焼ガスは、第２ライン３６Ｂ、ブリッジ管路２８（バルブＶ２Ｂ）、排気ライン３０を通じて排気口３０Ａから排出される。
【０１０４】
このように改質工程後の第１反応器１８Ａの改質残留ガスを改質工程に移行する前の第２反応器１８Ｂ内にて燃焼（浄化）することで、炭化水素や一酸化炭素を含む改質残留ガスが未処理のまま燃料電池システム１０Ｃの外部に排出してしまうことが防止される。また、改質残留ガスを全て反応器１８内にて燃焼するため、外部の排気処理器３２を設けない構成とすることができる。さらに、第１反応器１８Ａの改質残留ガスの燃焼に伴う発熱を第２反応器１８Ｂの触媒の加熱（又はその逆）に利用することができ、燃焼熱を外部に廃棄してしまうことがないため、燃料電池システム１０Ｃの総合効率が向上する。
【０１０５】
改質残留ガスの処理に要する時間が経過した後、制御装置は、図８に示す状態からバルブＶ１Ｂ、バルブＶ２Ａを開放すると共に、バルブＶ２Ｂ、バルブＶ１３Ａを閉止し、第１反応器１８Ａの再生工程への移行、第２反応器１８Ｂの改質工程への移行を完了する。
【０１０６】
なお、第３の実施形態では、燃焼用空気供給ライン５２Ａからの空気で改質残留ガスを送給する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、第２反応器１８Ｂには燃焼用空気供給ライン５２Ｂから空気を導入しておき、第１反応器１８Ａの改質残留ガスを該第１反応器１８Ａの再生排ガスで第２反応器１８Ｂ側に送給するようにしても良い。また例えば、水蒸気供給ライン５０と再生用ガス導入ライン４４とを連通するバイパスラインを設けておき、このバイパスライン、ブリッジ管路４０、第３ライン３８Ａを通じて第１反応器１８Ａに導入される水蒸気や空気等にて、第１反応器１８Ａの改質残留ガスを第２反応器１８Ｂ側に送給するようにしても良い。
【０１０７】
（第４の実施形態）
図９には、第４の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｄが示されている。なお、図９は、燃料電池システム１０Ｄにおいて、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１０８】
図８に示される如く、燃料電池システム１０Ｄは、機械的な構成上は基本構成の燃料電池システム１０と全く同様に構成されている。すなわち、燃料電池システム１０Ｄでは、水素燃料供給システム１２Ｄの切換装置２０Ｄが切換装置２０と機械的に同様に構成されており、反応器１８の改質工程から再生工程への切り換えの際の制御装置９０Ｄの切り換え制御に特徴を有する。具体的には、燃料電池システム１０Ｄでは、制御装置９０Ｄは、改質工程（改質反応）を終えた第１反応器１８Ａが再生工程に移行する前に、バルブＶ０を閉止（燃料ポンプ２２を停止）して水素燃料供給システム１２への炭化水素原料の供給を停止するようになっている。同様に、この制御装置は、改質工程を終えた反応器１８Ｂが再生工程に移行する前に、バルブＶ０を閉止して水素燃料供給システム１２への炭化水素原料の供給を停止するようになっている。制御装置の制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。この実施形態では、バルブＶ０が本発明の流路開閉装置に相当する。
【０１０９】
次に、第４の実施形態の作用を説明する。
【０１１０】
第４の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｄでは、反応器１８Ａが改質工程を終える前に、バルブＶ０を閉止して、水素燃料供給システム１２への炭化水素原料の供給を停止する。このとき、水素燃料供給システム１２の作動とは時間差を持って作動する燃料電池１４は発電、すなわちカソードオフガスの排出を続けている。そして、第１反応器１８Ａの改質残留ガスは、混合器２６、ブリッジ管路２８、第１ライン３６Ａを経由して第１反応器１８Ａに導入されるカソードオフガス（水蒸気を含む空気）によって第２出入口１８Ｂから押し出され、第３ライン３８Ａ、ブリッジ管路４０、燃料ガス供給ライン４２、熱交換器１６、燃料ガスライン５８を経由して燃料電池１４に供給される。この改質残留ガスのうち水素ガスは燃料電池１４にて消費され、他の成分はアノードオフガスすなわち再生用ガスとして第２反応器１８Ｂにて消費（燃焼処理）される。
【０１１１】
このように改質工程が完全に終了する前に炭化水素原料の供給を停止することで、改質残留ガスがカソードオフガスによって燃料電池１４、第２反応器１８Ｂ（燃料ガスの供給先）に送給され、改質工程の完了前に消費される。したがって、反応器１８Ａが再生工程に移行するときには反応器１８Ａ内に改質残留ガスが存在しないため、炭化水素や一酸化炭素を含む改質残留ガスが未処理のまま燃料電池システム１０Ｄの外部に排出してしまうことが防止される。さらに、第１反応器１８Ａの改質残留ガスの一部が燃料電池１４による発電に利用されると共に残余の一部が第２反応器１８Ｂの触媒の加熱に利用することができ、燃焼熱を外部に廃棄してしまうことがないため、燃料電池システム１０Ｄの総合効率が向上する。また、第１乃至第３の実施形態の如き、付加要素（補助空気供給ライン７０Ａ、空気ポンプ７２Ｂ、第１掃気ライン７６Ａ等）を設ける費用がなく、システム構成が簡素化され、全体としてコンパクト化される。
【０１１２】
（第５の実施形態）
図１０及び図１１には、第５の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｅが示されている。なお、図１０は、燃料電池システム１０Ｅにおいて、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際の状態を示しており、図１１は反応器１８Ａが再生工程に切り換えられた後の状態を示している。
【０１１３】
図１０及び図１１に示される如く、燃料電池システム１０Ｅを構成する水素燃料供給システム１２Ｅの切換装置２０Ｅは、切換装置２０の構成要素を全て備える他、ブリッジ管路２８における原料供給ライン２１の接続部とバルブＶ１Ａとの間に配設されたバルブＶ１４Ａと、ブリッジ管路２８における原料供給ライン２１の接続部とバルブＶ１Ｂとの間に配設されたバルブＶ１４Ｂとを備えている。
【０１１４】
この燃料電池システム１０Ｅの制御装置９０Ｅは、図３に示される如くバルブＶ１４Ａ、Ｖ１４Ｂとそれぞれ電気的に接続されており、これらを開閉制御するようになっている。制御装置９０Ｅは、バルブＶ１Ａ、Ｖ１４Ａを共に開放する第１反応器１８Ａの改質工程から再生工程に切り換えられる際（バルブＶ１Ｂ、Ｖ１４Ｂが共に開放されて第２反応器１８Ｂが改質工程に移行する際）に、バルブＶ１Ａの開放状態及びバルブＶ２Ａの閉止状態を維持しつつバルブＶ１４Ａを閉止するようになっている。そして、所定時間の経過後、制御装置はバルブＶ１Ａを閉止すると共にバルブＶ２Ａを開放し、第１反応器１８Ａを完全に再生工程に切り換えるようになっている。また、この制御装置は、バルブＶ１Ｂ、Ｖ１４Ｂを共に開放する第２反応器１８Ｂの改質工程から再生工程に切り換えられる際に、バルブＶ１Ｂの開放状態及びバルブＶ２Ｂの閉止状態を維持しつつバルブＶ１４Ｂを閉止し、所定時間の経過後にバルブＶ１Ｂを閉止すると共にバルブＶ２Ｂを開放し、第２反応器１８Ｂを完全に再生工程に切り換えるようになっている。制御装置の制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。
【０１１５】
燃料電池システム１０Ｅの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。この実施形態では、ブリッジ管路２８における改質反応ガスを流通させる原料供給ライン２１と第１ライン３６Ａ、３６Ｂ間の部分が、本発明における原料供給路に相当し、バルブＶ１Ａ・Ｖ１４Ａ、バルブＶ１Ｂ・Ｖ１４Ｂと共に改質残留ガス退避部を構成している。
【０１１６】
次に、第５の実施形態の作用を説明する。
【０１１７】
第５の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｅでは、反応器１８Ａが改質工程から再生工程に切り換えられる際に反応器１８Ａ内には、改質残留ガスが残留している。そして、図５に示す如き第１反応器１８Ａが改質工程を行う状態からバルブＶ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ１４Ａを閉止すると共に、バルブＶ１Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ１４Ｂを開放して図１０に示す状態に切り換わると、第１反応器１８Ａにて再生工程が開始されると共に、第２反応器１８Ｂで改質工程が開始される。
【０１１８】
このため、第１反応器１８Ａでは、改質残留ガスが再生工程により生じる再生排ガスにて第１出入口１８Ｃから押し出され、第１ライン３６Ａを通じてブリッジ管路２８におけるバルブＶ１４Ａ側に圧縮状態で押し込まれる。改質残留ガスがブリッジ管路２８におけるバルブＶ１４ＡとバルブＶ１Ａとの間に押し込まれるのに相当する時間の経過後、バルブＶ１Ａが閉止される。これにより、改質残留ガスは、図１１に示される如く、バルブＶ１ＡとバルブＶ１４Ａとの間に閉じ込められる。すなわち、改質残留ガスが、その時点の不使用ラインに一時的に退避している。バルブＶ１Ａの閉止とほぼ同時にバルブＶ２Ａが開放され、第１反応器１８Ａの再生排ガスは排気ライン３０を通じて排気口３０Ａから排気される定常の工程に移行する。
【０１１９】
そして、第１反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換わる際には、バルブＶ１Ａ、Ｖ１４Ａが共に開放され、改質残留ガスは混合器２６からの改質反応ガスに押し出されて第１反応器１８Ａに導入される。すなわち、一時退避していた改質残留ガスが第１反応器１８Ａに戻され、改質反応ガス又は改質生成物として再利用される。このように改質残留ガスを一時退避して次回の改質工程に利用することで、炭化水素や一酸化炭素を含む改質残留ガスが未処理のまま燃料電池システム１０Ａの外部に排出してしまうことが防止される。また、改質残留ガスを本来の用途である改質反応ガス又は改質生成物として利用するため、すなわち原料をシステム外に廃棄してしまうことがないため、燃料電池システム１０Ｅの総合効率が向上する。
【０１２０】
なお、第５の実施形態では、ブリッジ管路２８におけるバルブＶ１ＡとバルブＶ１４Ａとの間、又はブリッジ管路２８におけるバルブＶ１ＢとバルブＶ１４Ｂとの間に改質残留ガスが一時退避する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、バルブＶ１ＡとバルブＶ１４Ａとの間に改質残留ガスを一時退避するためのアキュムレータ等を接続しても良い。また、第５の実施形態では、再生排ガスにて改質残留ガスを送給する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、燃焼用空気供給ライン５２Ａからの空気にて改質残留ガスを送給するようにしても良い。また例えば、水蒸気供給ライン５０と再生用ガス導入ライン４４とを連通するバイパスラインを設けておき、このバイパスライン、ブリッジ管路４０、第３ライン３８Ａを通じて第１反応器１８Ａに導入される水蒸気や空気等にて、改質残留ガスを送給するようにしても良い。
【０１２１】
（第６の実施形態）
図１２には、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｆが示されている。この第６の実施形態以下に示す実施形態は、反応器１８が再生工程から改質工程に切り換わる際に該反応器１８に残留する再生用ガス（アノードオフガス）、燃焼用空気（燃料電池１４の冷却用空気）及び再生排ガス（燃焼ガス）を含む再生残留ガスを処理するための構成を示す。なお、図１２は、燃料電池システム１０Ｆにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１２２】
図１２に示される如く、燃料電池システム１０Ｆは、水素燃料供給システム１２Ｆを備えており、水素燃料燃供給システム１２Ｆは、その切換装置２０Ｆが切換装置２０の構成に加えて、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂと空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂと、バルブＶ１２Ａ、Ｖ１２Ｂとを備える点で、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａと共通する。この第６の実施形態では、上記の通り再生残留ガスを処理する点で、改質残留ガスを処理する第１の実施形態とは異なる。
【０１２３】
具体的には、各補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂの下流端には、多岐管状の分割供給ライン７８Ａ、７８Ｂの集合部がそれぞれ接続されている。各分割供給ライン７８Ａ、７８Ｂの多岐化された各末端は、対応する反応器１８の筒壁部における軸線方向（流体流れ方向）の第２出入口１８Ｅ、１８Ｆ側に接続されている。
【０１２４】
この燃料電池システム１０Ｆの制御装置９０Ｆは、通常はバルブＶ１２Ａを閉じておき、第１反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換わる際に、第１反応器１８Ａ内に補助空気供給ライン７０Ａから希釈用の空気を導入するように、空気ポンプ７２Ａを作動すると共に切換装置２０Ｆを切り換えるようになっている。この実施形態では、バルブＶ５Ａが閉じバルブＶ６Ａが開くのと同時に又はバルブＶ６Ａが開いた直後から、所定時間だけバルブＶ１２Ａを開放するようになっている。また、この制御装置９０Ｆは、通常はバルブＶ１２Ｂを閉じておき、第２反応器１８Ｂが再生工程から改質工程に切り換わる際に、第２反応器１８Ｂ内に補助空気供給ライン７０Ｂから希釈用の空気を導入するように、空気ポンプ７２Ｂを作動すると共に切換装置２０Ｆを切り換えるようになっている。この実施形態では、バルブＶ５Ｂが閉じバルブＶ６Ｂが開くのと同時に又はバルブＶ６Ｂが開いた開いた直後から、所定時間だけバルブＶ１２Ｂを開放するようになっている。制御装置９０Ｆの制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。
【０１２５】
燃料電池システム１０Ｆの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。この実施形態では、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂ、バルブＶ１２Ａ・Ｖ１２Ｂは、本発明における希釈ガス供給装置を構成している。
【０１２６】
次に、第６の実施形態の作用を説明する。
【０１２７】
第６の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｆでは、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際に反応器１８Ａ内には、図１２にドットを付して示すように再生残留ガスが残留している。そして、図６に示す如き第１反応器１８Ａが再生工程を行う状態からバルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂを閉止すると共に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａを開放して図１に示す状態に切り換わるときに、バルブＶ１２Ａが開放されて第１反応器１８Ａには補助空気供給ライン７０Ａから希釈用の空気が供給される。これにより、反応器１８Ａ内の再生残留ガスが希釈用空気にて希釈される。制御装置９０Ｆは、バルブＶ１２Ａの開放から所定時間経過（再生残留ガスの希釈に十分な空気量供給することに対応する時間が経過）すると、該バルブＶ１２Ａを閉止する。一方で、第１反応器１８Ａでは、混合器２６からの改質反応ガスが第１出入口１８Ｃ側から供給されることで、改質工程が開始される。
【０１２８】
このため、希釈用空気で希釈された再生残留ガスは、第２出入口１８Ｅ、第３ライン３８Ａ、ブリッジ管路４０、燃料ガス供給ライン４２、熱交換器１６、燃料ガスライン５８を経由して燃料電池１４のアノード電極に送給される。再生残留ガスは、燃料電池１４にて消費される水素を含まないため、該燃料電池１４を通過して再生工程に切り換えられている第２反応器１８Ｂ導入され、燃焼用空気供給ライン５２Ｂから第２反応器１８Ｂに供給された支燃用空気と共に触媒に接触して未燃焼成分が燃焼する。この燃焼ガスは、排気ライン３０を通じて外部に排気される。
【０１２９】
このように、改質工程の生成ガスに押し出されて燃料電池１４に導入される高温の再生残留ガス（ＣＯ、ＣＨ4、ＣxＨy等の可燃性ガス、及び支燃ガスであるＯ2を含むガス）を希釈用空気にて希釈するため、該再生残留ガスが燃料電池１４の構成部材を損傷することが防止又は抑制される。すなわち、高温の可燃性ガスと酸素との混合ガスである再生残留ガスは、燃料電池１４に導入されると該燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａ近傍に配設されている触媒で酸化反応して該燃料ガス入口１４Ａ近傍において発熱を生じるが、希釈空気で再生残留ガスを希釈しているため、換言すれば希釈によって熱容量が増大しているため、酸化反応（燃焼）による温度上昇を抑えることができる。これにより、燃料電池の構成部材が高温ガスに曝されて損傷を受けることが防止又は抑制される。また、高温の再生残留ガスが希釈用空気による希釈によって燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａに至る前に冷却されるため、該燃料ガス入口１４Ａに至る前の再生残留ガスが自己着火することも防止される。このように、再生残留ガスを希釈することで、燃料電池１４にダメージを与えることなく該燃料電池１４を通過させる構成が実現され、例えば再生残留ガスに燃料電池１４を通過させないためのバイパス流路を設ける構成と比較して、構造及び制御が簡素化される。なお、再生残留ガスの酸化又は燃焼は、酸素を含まない燃料ガスが燃料電池１４に供給されると、消火される。
【０１３０】
この実施形態では、燃料電池１４、第１反応器１８Ａに対する第２反応器１８Ｂ（又はその逆）が、改質工程で得た燃料ガスの供給先に相当する。
【０１３１】
（第７の実施形態）
図１３には、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｇが示されている。なお、図１３は、燃料電池システム１０Ｇにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１３２】
図１３に示される如く、燃料電池システム１０Ｇは、その水素燃料供給システム１２Ｇの切換装置２０Ｇが補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂと空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂと、バルブＶ１２Ａ、Ｖ１２Ｂとを備える点で、第６の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｆと共通する。この第７の実施形態では、再生残留ガスを燃料電池１４の上流側で酸化処理（この実施形態では燃焼）する排気処理器８０Ａ、８０Ｂを備える点で、再生残留ガスを希釈処理する第６の実施形態とは異なる。具体的には、排気処理器８０Ａは、第３ライン３８Ａ上に設けられており、排気処理器８０Ｂは、第４ライン３８Ｂ上に設けられている。排気処理器８０Ａ、８０Ｂは、それぞれハウジング内に酸化触媒を内蔵して構成されており、再生残留ガス酸化処理（燃焼）するようになっている。この酸化触媒は、酸素貯蔵機能を有する酸化セリウム（セリア）を多量に（例えば、１リットルあたり５０ｇ程度）担持している。このため、排気処理器８０Ａ、８０Ｂ内の酸化セリウムが再生残留ガスの参加用酸素を貯蔵している。また、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂは、それぞれ対応する反応器１８の筒壁部における第２出入口１８Ｅ、１８Ｆ側の端部近傍に接続されている。
【０１３３】
燃料電池システム１０Ｇの制御装置９０Ｇは、通常はバルブＶ１２Ａを閉じておき、第１反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換わる際に、第１反応器１８Ａ内に補助空気供給ライン７０Ａから燃焼補助用の空気が導入されるように、空気ポンプ７２Ａを作動すると共に切換装置２０Ａを切り換えるようになっている。この実施形態では、バルブＶ１Ａが閉じバルブＶ２Ａが開くのと同時に又はバルブＶ２Ａが開いた直後から、所定時間だけバルブＶ１２Ａを開放するようになっている。また、この制御装置９０Ｇは、通常はバルブＶ１２Ｂを閉じておき、反応器１８Ｂが再生工程から改質工程に切り換わる際に、第２反応器１８Ａ内に補助空気供給ライン７０Ｂから燃焼補助用の空気が導入されるように、空気ポンプ７２Ｂを作動すると共に切換装置２０Ａを切り換えるようになっている。この実施形態では、バルブＶ１Ｂが閉じバルブＶ２Ｂが開くのと同時に又はバルブＶ２Ｂが開いた開いた直後から、所定時間だけバルブＶ１２Ｂを開放するようになっている。制御装置９０Ａの制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。
【０１３４】
燃料電池システム１０Ｇの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。この実施形態では、排気処理器８０Ａ、８０Ｂが補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂ、バルブＶ１２Ａ・Ｖ１２Ｂと共に、再生用ガス処理装置を構成している。また、補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂは、再生残留ガスを酸化するための酸素を供給するための酸素供給装置に相当する。
【０１３５】
次に、第７の実施形態の作用における主に第６の実施形態と異なる部分を説明する。
【０１３６】
第７の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｇでは、図６に示す如き第１反応器１８Ａが再生工程を行う状態からバルブＶ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂを閉止すると共に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａを開放して図１に示す状態に切り換わるときに、バルブＶ１２Ａが開放されて第１反応器１８Ａには補助空気供給ライン７０Ａから酸化用の空気が供給される。この酸化用の空気及び再生残留ガスは、第１反応器１８Ａ内で開始されている改質工程の生成ガスによって第２出入口１８Ｅから押し出され、第３ライン３８Ａ上に設けられた排気処理器８０Ａに導入される。再生残留ガスは、酸化用空気と共に排気処理器８０Ａの酸化触媒に接触して燃焼する。この燃焼ガスは、燃料電池１４、第２反応器１８Ｂを経由して排気ライン３０からシステム外に排気される。
【０１３７】
このように、再生残留ガスを燃料電池１４の上流側（改質工程における燃料が供給方向の上流側）で燃焼処理するため、換言すれば一時的に燃料電池１４に導入される燃焼ガスには可燃性ガスが含まれないため、燃料電池１４の燃料ガス入口１４Ａ近傍での酸化による発熱が防止され、再生残留ガスが燃料電池１４の構成部材を損傷することが防止又は抑制される。そして、再生残留ガスを処理したガスが燃料電池１４を通過する構成とすることができ、例えば再生残留ガスに燃料電池１４を通過させないためのバイパス流路を設ける構成と比較して、構造及び制御が簡素化される。また、排気処理器８０Ａ、８０Ｂは、その酸化触媒が酸化セリウムを多量に担持しているため、酸素が満遍なく貯蔵されており、再生残留ガスを確実に燃焼することができる。なお、再生残留ガスの一部は、第１反応器１８Ａの触媒に燃焼補助空気と共に接触して該第１反応器１８Ａ内にて燃焼しても良い。
【０１３８】
再生残留ガスの処理に要する燃焼補助空気を第１反応器１８Ａに供給した後、制御装置は、バルブＶ１２Ａを閉止し、第１反応器１８Ａへの燃焼補助空気供給を停止する。なお、制御装置は、例えば、バルブＶ１２Ａの開放時間等によって該バルブＶ１２Ａの閉止タイミング、すなわち燃焼補助空気の供給停止タイミングを制御するようになっている。
【０１３９】
（第８の実施形態）
図１４には、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｈが示されている。なお、図１４は、燃料電池システム１０Ｈにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１４０】
図１４に示される如く、燃料電池システム１０Ｈは、その水素燃料供給システム１２Ｈの切換装置２０Ｈが補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂと空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂと、バルブＶ１２Ａ、Ｖ１２Ｂとを備える点で、第６の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｇと共通する。この第８の実施形態では、再生残留ガスを反応器１８内で燃焼処理する点で、反応器１８外に排気処理器８０Ａ、８０Ｂを設けた第７の実施形態とは異なる。
【０１４１】
具体的には、この実施形態では、第６の実施形態と同様に、各補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂの下流端に接続された多岐管状の分割供給ライン７８Ａ、７８Ｂを備えている。各分割供給ライン７８Ａ、７８Ｂの多岐化された各末端は、対応する反応器１８の筒壁部における軸線方向（流体流れ方向）の第２出入口１８Ｅ、１８Ｆ側に接続されている。これにより、燃料電池システム１０Ｈでは、各反応器１８の第２出入口１８Ｅ、１８Ｆ側の各部に燃焼補助用空気を略均一に供給することができ、反応器１８Ａ内における第２出入口１８Ｅ、１８Ｆ側各部の空燃費を燃焼範囲内にすることができる構成とされている。この燃料電池システム１０Ｈの制御装置９０Ｈは、燃料電池システム１０Ｇの制御装置９０Ｇと同様に動作する。また、燃料電子システム１０Ｈの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。この実施形態では、反応器１８内の触媒が補助空気供給ライン７０Ａ、７０Ｂ、空気ポンプ７２Ａ、７２Ｂ、分割供給ライン７８Ａ、７８Ｂ、バルブＶ１２Ａ・Ｖ１２Ｂと共に、本実施形態における再生用ガス処理装置を構成している。
【０１４２】
次に、第８の実施形態の作用における主に第７の実施形態と異なる部分を説明する。
【０１４３】
第８の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｈでは、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換わる際に、バルブＶ１２Ａが開放されて反応器１８Ａには燃焼補助用空気が供給される。燃焼補助空気は、補助空気供給ライン７０Ａ、分割供給ライン７８Ａを通じて、第１反応器１８Ａにおけるガス流れ方向中央部よりも第２出入口１８Ｅ側の各部に分割して略均一に導入される。そして、この燃焼補助用空気と再生残留ガスとが共に反応器１８Ａ内の触媒に接触することで、該再生残留ガスは反応器１８Ａ内で燃焼される。この燃焼ガスは、第１反応器１８Ａ内で開始されている改質工程の生成ガスによって第２出入口１８Ｅから押し出され、燃料電池１４、第２反応器１８Ｂを経由して排気ライン３０からシステム外に排気される。
【０１４４】
このように、燃料電池システム１０Ｈでは、再生残留ガスを燃料電池１４の上流側（改質工程における燃料が供給方向の上流側）で燃焼処理するため、第７の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｇと同様の効果を得ることができる。再生残留ガスを全て反応器１８内にて燃焼するため、外部の排気処理器８０Ａ、８０Ｂを設けない構成とすることができる。さらに、再生残留ガスの燃焼に伴う発熱を第１反応器１８Ａの触媒の加熱に利用することができ、燃焼熱を外部に廃棄してしまうことがないため、燃料電池システム１０Ｂの総合効率が向上する。
【０１４５】
（第９の実施形態）
図１５及び図１６には、第９の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｉが示されている。なお、図１５は、燃料電池システム１０Ｉにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際の状態を示しており、図１６は反応器１８Ａが改質工程に切り換えられた後の状態を示している。
【０１４６】
図１５及び図１６に示される如く、燃料電池システム１０Ｉを構成する水素燃料供給システム１２Ｉは、切換装置２０Ｉを備えている。切換装置２０Ｉは、切換装置２０の構成要素を全て備える他、第３ライン３８Ａ上に配設されたバルブＶ１５Ａと、第４ライン３８Ｂ上に配設されたバルブＶ１５Ｂと、燃焼用空気供給ライン５２ＡにおけるバルブＶ４Ａと反応器１８Ａとの間に配設されたバルブＶ１６Ａと、燃焼用空気供給ライン５２ＢにおけるバルブＶ４Ｂと反応器１８Ｂとの間に配設されたバルブＶ１６Ｂとを備えている。また、燃料電池システム１０Ｉは、第５の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｅと同様にバルブＶ１４Ａ、Ｖ１４Ｂを備えており、制御装置は反応器１８が改質工程から再生工程に切り換わる際には、第５の実施形態と同様の動作をするようになっている。
【０１４７】
この燃料電池システム１０Ｉの制御装置９０Ｉは、バルブＶ１Ａ、Ｖ１４Ａが開放されると共にバルブＶ４Ａが閉止されて第１反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際に、バルブＶ１６Ａの開放状態を維持しつつバルブＶ１５Ａを閉止するようになっている。そして、制御装置９０Ｉは、バルブＶ１Ａの開放から所定時間の経過後、バルブＶ１６Ａを閉止すると共にバルブＶ１５Ａを開放し、第１反応器１８Ａを完全に改質工程に切り換えるようになっている。また、この制御装置は、バルブＶ１Ｂ、Ｖ１４Ｂが開放されると共にバルブＶ４Ｂが閉止されて第２反応器１８Ｂが再生工程から改質工程に切り換えられる際に、バルブＶ１６Ｂの開放状態を維持しつつバルブＶ１５Ｂを閉止し、バルブＶ１Ｂの開放から所定時間の経過後にバルブＶ１６Ｂを閉止すると共にバルブＶ１５Ｂを開放し、第２反応器１８Ｂを完全に改質工程に切り換えるようになっている。制御装置９０Ｉの制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。
【０１４８】
燃料電池システム１０Ｉの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。この実施形態では、燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂが本発明における酸素導入路に相当し、バルブＶ４Ａ・Ｖ１６Ａ、バルブＶ４Ｂ・Ｖ１６Ｂと共に再生残留ガス退避部を構成している。
【０１４９】
次に、第９の実施形態の作用を説明する。
【０１５０】
第９の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｉでは、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際に反応器１８Ａ内には、再生残留ガスが残留している。そして、図６に示す如き第１反応器１８Ａが再生工程を行う状態（Ｖ１５Ａ、Ｖ１５Ｂ、Ｖ１６Ａが開放され、Ｖ１６Ｂが閉止されている状態）からバルブＶ１Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ１４Ｂ、Ｖ１５Ａを閉止すると共に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ１４Ａ、Ｖ１６Ｂを開放して図１５に示す状態に切り換わると、第１反応器１８Ａにて改質工程が開始されると共に、第２反応器１８Ｂで再生工程が開始される。
【０１５１】
このとき、第３ライン３８ＡがバルブＶ１５Ａにて閉止されているため、第１反応器１８Ａの改質工程で生じる燃料ガスによって第２出入口１８Ｅから押し出された再生残留ガスは、バルブＶ４Ａが閉止している燃焼用空気供給ライン５２Ａに圧縮状態で押し込まれる。再生残留ガスが燃焼用空気供給ライン５２ＡにおけるバルブＶ４ＡとバルブＶ１６Ａとの間に押し込まれるのに相当する時間の経過後、バルブＶ１６Ａが閉止される。これにより、再生残留ガスは、図１６に示される如く、バルブＶ４ＡとバルブＶ１６Ａとの間に閉じ込められる。すなわち、再生残留ガスが、その時点の不使用ラインに一時的に退避している。バルブＶ１６Ａの閉止とほぼ同時にバルブＶ１５Ａが開放され、改質構成で生成した燃料ガスが燃料電池１４に供給される定常の工程に移行する。
【０１５２】
そして、第１反応器１８Ａが次に改質工程から再生工程に切り換わる際には、バルブＶ４Ａ、Ｖ１６Ａが共に開放され、燃焼用空気供給ライン５２Ａに退避していた再生残留ガスは、燃料電池１４を冷却した後の冷却用空気に押し出されて第１反応器１８Ａに導入される。すなわち、一時退避していた再生残留ガスが第１反応器１８Ａに戻され、その一部は再生燃料として再利用され、残余の一部は第１反応器１８Ａを通過して再利用後の燃焼ガスと共に排気ライン３０からシステム外に排気される。このように再生残留ガスを一時退避して次回の再生工程で利用又は処理することで、可燃性ガスを含む再生残留ガスを燃料電池１４に導入することが防止される。このため、再生残留ガスが燃料ガス入口１４Ａ近傍で酸化によって発熱することで燃料電池１４の構成部材を損傷することが防止又は抑制される。また、燃料電池システム１０Ｉでは、再生残留ガスの可燃成分を次回の再生工程の燃料として利用するため、すなわち再生用燃料を燃焼することなくシステム外に廃棄してしまうことがないため総合効率が向上する。
【０１５３】
なお、第９の実施形態では、再生残留ガスが燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂに一時退避する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、バルブＶ４ＡとバルブＶ１５Ａとの間に再生残留ガスを一時退避するためのアキュムレータ等を接続しても良い。また、第９の実施形態では、バルブＶ１４Ａ、Ｖ１４Ｂを備える例を示したが、これらのバルブＶ１４Ａ、１４Ｂを備えなくても良いことは言うまでもない。
【０１５４】
（第１０の実施形態）
図１７には、第１０の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｊが示されている。なお、図１７は、燃料電池システム１０Ｊにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１５５】
図１７に示される如く、燃料電池システム１０Ｊは、その水素燃料供給システム１２Ｊの切換装置２０Ｊが、機械的には燃料電池システム１０Ｉの切換装置２０Ｉと全く同様に構成されている。燃料電池システム１０Ｊの制御装置９０Ｊは、バルブＶ１Ａ、Ｖ１４Ａが開放されると共にバルブＶ４Ａが閉止されて第１反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際に、バルブＶ１６Ａの開放状態を維持しつつバルブＶ１５Ａを閉止し、かつバルブＶ０を閉止するようになっている。そして、バルブＶ０の閉止から所定時間の経過後、制御装置９０ＪはバルブＶ１６Ａを閉止すると共にバルブＶ０及びバルブＶ１５Ａを開放し、第１反応器１８Ａを完全に改質工程に切り換えるようになっている。また、この制御装置９０Ｊは、バルブＶ１Ｂ、Ｖ１４Ｂが開放されると共にバルブＶ４Ｂが閉止されて第２反応器１８Ｂが再生工程から改質工程に切り換えられる際に、バルブＶ１６Ｂの開放状態を維持しつつバルブＶ１５Ｂ、Ｖ０を閉止し、バルブＶ０の閉止から所定時間の経過後にバルブＶ１６Ｂを閉止すると共にバルブＶ１５Ｂを開放し、第２反応器１８Ｂを完全に改質工程に切り換えるようになっている。制御装置の制御動作については、後述する本実施形態の作用の説明にて補足する。燃料電池システム１０Ｊの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。
【０１５６】
次に、第１０の実施形態の作用における主に第９の実施形態と異なる部分を説明する。
【０１５７】
第１０の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｊでは、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際に反応器１８Ａ内には、再生残留ガスが残留している。そして、図５に示す如き第１反応器１８Ａが改質工程を行う状態（Ｖ１５Ａ、Ｖ１５Ｂ、Ｖ１６Ａが開放され、Ｖ１６Ｂが閉止されている状態）からバルブＶ０、Ｖ１Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ５Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ１４Ｂ、Ｖ１５Ａを閉止すると共に、バルブＶ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ１４Ａ、Ｖ１６Ｂを開放して図１７に示す状態に切り換わる。すると、水素燃料供給システム１２Ｊへの炭化水素原料の供給が停止し、混合器２６からは水蒸気を含む空気であるカソードオフガスが第１反応器１８Ａに供給される。
【０１５８】
このカソードオフガスによって第２出入口１８Ｅから押し出された再生残留ガスは、バルブＶ４Ａが閉止している燃焼用空気供給ライン５２Ａに圧縮状態で押し込まれ、所定時間の経過後バルブＶ１６Ａが閉止されることで、図１６に示される状態と同様にバルブＶ４ＡとバルブＶ１６Ａとの間に閉じ込められる。バルブＶ１６Ａの閉止とほぼ同時に、バルブＶ０、Ｖ１５Ａが開放され、改質反応ガスが供給される第１反応器１８Ａは改質工程に移行し、改質工程で生成した燃料ガスを燃料電池１４に供給する。すなわち、燃料電池システム１０Ｊは、再生残留ガスを燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂに押し込むための圧力源が再生工程で生成された燃料ガスではなく、カソードオフガス（パージガス）である点のみが改質工程で生成した燃料ガスを用いる第９の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｉと異なる。したがって、燃焼用空気供給ライン５２Ａに一時的に退避した再生残留ガスは、次回の再生工程で利用又は処理される。
【０１５９】
本実施形態に係る燃料電池システム１０Ｊによっても、第９の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｉと同様の効果が得られる。また、燃料電池システム１０Ｊでは、改質によって生成された水素を含む燃料ガスを燃焼用空気供給ライン５２Ａに退避させること、すなわち水素を燃料電池１４で消費することなく次回再生工程で燃焼することが防止され、燃料電池システム１０Ｊが全体として安定して動作する。なお、再生残留ガスを燃焼用空気供給ライン５２Ａ、５２Ｂに押し込むための圧力源として、改質工程で生成した燃料ガスやカソードオフガスに代えて、例えば、水蒸気供給ライン５０と再生用ガス導入ライン４４とを連通するバイパスラインを設けておき、このバイパスライン、ブリッジ管路４０、第３ライン３８Ａを通じて第１反応器１８Ａに導入される水蒸気や空気等を用いるようにしても良い。
【０１６０】
（第１１の実施形態）
図１８には、第１１の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｋが示されている。なお、図１８は、燃料電池システム１０Ｋにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる前の状態を示している。
【０１６１】
図１８に示される如く、燃料電池システム１０Ｋは、機械的な構成上は基本構成の燃料電池システム１０と全く同様に構成されいる。すなわち、燃料電池システム１０Ｋでは、水素燃料供給システム１２Ｋの切換装置２０Ｋが切換装置２０と機械的に同様に構成されており、反応器１８の再生工程から改質工程への切り換えの際の切り換え制御に特徴を有する。具体的には、燃料電池システム１０Ｋでは、制御装置９０Ｋは、第２反応器１８Ｂが改質工程を終える前にバルブＶ５Ａを閉止するようになっている。すなわち、この制御装置９０Ｋは、再生工程を行っている第１反応器１８Ａへの再生用ガス（燃料であるアノードオフガス）の供給を、第２反応器１８Ｂが改質工程を終える前に停止する構成である。同様に、この制御装置９０Ｋは、第１反応器１８Ａが改質工程を終える前にバルブＶ５Ｂを閉止するようになっている。
【０１６２】
次に、第１１の実施形態の作用を説明する。
【０１６３】
第１１の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｋでは、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる前に、すなわち図６に示す第１反応器１８Ａが再生工程を行うと共に第２反応器１８Ｂが改質工程（の後期）を行う状態から、図１８に示す如くバルブＶ５Ａを閉止する。すると、第１反応器１８Ａへの再生用ガスの供給が停止されるものの、燃焼用空気供給ライン５２Ａからの支燃用空気供給は維持される。このため、この時点で第１反応器１８Ａに残留している再生用ガスは、支燃用空気と共に第１反応器１８Ａの触媒に接触して燃焼する。この燃焼ガスは、燃焼用空気供給ライン５２Ａから供給される空気によって第１出入口１８Ｃから押し出され、排気ライン３０を通じてシステム外に排気される。
【０１６４】
その後（例えば、バルブＶ５Ａの閉止から所定時間経過後）、バルブＶ１Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ１４Ｂ、を閉止すると共に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ１４Ａを開放すると、第１反応器１８Ａにて改質工程が開始されると共に、第２反応器１８Ｂで再生工程が開始される。この時点では、第１反応器１８Ａ内には、主に燃焼用空気供給ライン５２Ａから供給された空気が満たされており、可燃性ガスを含む再生用ガスは殆ど存在しない。このため、可燃性ガスを燃料電池１４に導入することが防止され、再生残留ガスが燃料ガス入口１４Ａ近傍で酸化によって発熱することで燃料電池１４の構成部材を損傷することが防止又は抑制される。また、例えば再生残留ガスに燃料電池１４を通過させないためのバイパス流路を設ける構成と比較して、構造及び制御が簡素化される。
【０１６５】
なお、通常、反応器１８による改質反応を維持可能な時間に対し、反応器１８の再生に要する時間が短いことから、本実施形態の如き制御が可能となる。
【０１６６】
（第１２の実施形態）
図１９及び図２０には、第１２の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｌが示されている。なお、図１９及び図２０は、燃料電池システム１０Ｌにおいて、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる際の状態を示している。
【０１６７】
図１９及び図２０に示される如く、燃料電池システム１０Ｌは、その水素燃料供給システム１２Ｌの切換装置２０Ｌが、燃料電池システム１０Ｅの切換装置２０Ｅと機械的に全く同様に構成されている。燃料電池システム１０Ｌの制御装置９０Ｌは、第２反応器１８Ｂが改質工程を終える前に、バルブＶ２Ａ、Ｖ５Ａを閉止すると共にバルブＶ１Ａを開放するようになっている。すなわち、この制御装置９０Ｌは、再生工程を行っている第１反応器１８Ａへの再生用ガスの供給を第２反応器１８Ｂが改質工程を終える前に停止すると共に、未燃焼の再生用ガスをシステム外への放出しないようにブリッジ管路２８に一時退避させる構成である。同様に、この制御装置９０Ｌは、第１反応器１８Ａが改質工程を終える前に、バルブＶ２Ｂ、Ｖ５Ｂを閉止すると共にバルブＶ１Ｂを開放するようになっている。
【０１６８】
燃料電池システム１０Ｌの他の構成は、燃料電池システム１０の対応する構成と同様である。この実施形態では、ブリッジ管路２８における改質反応ガスを流通させる原料供給ライン２１と第１ライン３６Ａ、３６Ｂ間の部分が、本発明における原料供給路に相当し、バルブＶ１Ａ・Ｖ１４Ａ、バルブＶ１Ｂ・Ｖ１４Ｂと共に再生用ガス処理装置を構成している。また、ブリッジ管路２８におけるバルブＶ１Ａ・Ｖ１４Ａに挟まれた部分、バルブＶ１Ｂ・Ｖ１４Ｂに挟まれた部分が、それぞれ再生用ガス退避部に相当する。
【０１６９】
次に、第１２の実施形態の作用を説明する。
【０１７０】
第１２の実施形態に係る燃料電池システム１０Ｌでは、反応器１８Ａが再生工程から改質工程に切り換えられる前に、すなわち図６に示す如き第１反応器１８Ａが再生工程を行うと共に第２反応器１８Ｂが改質工程（の後期）を行う状態から、図１９に示す如くバルブＶ２Ａ、Ｖ５Ａを閉止すると共に、バルブＶ１４Ａの閉止状態を維持しつつバルブＶ１Ａを開放する。すると、第１反応器１８Ａへの再生用ガスの供給が停止されるものの、燃焼用空気供給ライン５２Ａからの空気供給は維持される。このため、この時点で第１反応器１８Ａに残留している再生用ガスは、燃焼用空気供給ライン５２Ａからの空気によって第１出入口１８Ｃから押し出され、ブリッジ管路２８におけるバルブＶ１４Ａ側に圧縮状態で押し込まれる。再生用ガスがブリッジ管路２８におけるバルブＶ１４ＡとバルブＶ１Ａとの間に押し込まれるのに相当する時間の経過後、バルブＶ１Ａが閉止される。これにより、再生用ガスは、図２０に示される如く、バルブＶ１ＡとバルブＶ１４Ａとの間に閉じ込められる。すなわち、改質残留ガスが、その時点の不使用ラインに一時的に退避している。
【０１７１】
バルブＶ１Ａの閉止後、バルブＶ１Ｂ、Ｖ４Ａ、Ｖ６Ｂ、Ｖ１４Ｂを閉止すると共に、バルブＶ１Ａ、Ｖ２Ｂ、Ｖ４Ｂ、Ｖ５Ｂ、Ｖ６Ａ、Ｖ１４Ａを開放すると、第１反応器１８Ａにて改質工程が開始されると共に、第２反応器１８Ｂで再生工程が開始される。この時点では、第１反応器１８Ａ内には、主に燃焼用空気供給ライン５２Ａから供給された空気が満たされており、可燃性の再生用ガスは殆ど存在しない。そして、バルブＶ１ＡとバルブＶ１４Ａとの間に退避していた再生用ガスは、混合器２６からの改質反応ガスに押し出されて再度第１反応器１８Ａに導入され、改質工程で生成した燃料ガスによって希釈されて燃料電池１４に供給される。
【０１７２】
これにより、再生工程から改質工程への切り換え時に燃焼されなかった再生用ガスが（一酸化炭素）が燃料電池１４を劣化することが防止される。また、例えば再生残留ガスに燃料電池１４を通過させないためのバイパス流路を設ける構成と比較して、構造及び制御が簡素化される。
【０１７３】
なお、上記各実施形態では、改質工程から再生工程に移行する際の改質残留ガスの処理と、再生工程から改質工程に移行する際の再生残留ガス又は再生用ガスの処理とを分けて説明したが、燃料電池システム１０Ａ乃至１０Ｅの構成と、燃料電池システム１０Ｆ乃至１０Ｌの構成とを適宜組み合わせて改質残留ガスの処理と再生残留ガスの処理とを共に行う構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムに共通する基本構成を示すシステム構成図である。
【図３】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムを構成する制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムを構成する制御装置の基本制御フローを示すフローチャートである。
【図５】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムに共通する基本動作のうち一方を示すシステム構成図である。
【図６】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムに共通する基本動作のうち他方を示すシステム構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムの別状態のシステム構成図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態に係る燃料電池システムの別状態のシステム構成図である。
【図１７】本発明の第１０実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１８】本発明の第１１実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１９】本発明の第１２の実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２０】本発明の第１２の実施形態に係る燃料電池システムの別状態のシステム構成図である。
【符号の説明】
【０１７５】
１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ・１０Ｄ・１０Ｅ・１０Ｆ・１０Ｇ・１０Ｈ・１０Ｉ・１０Ｊ・１０Ｋ・１０Ｌ    燃料電池システム
１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃ・１２Ｄ・１２Ｅ・１２Ｆ・１２Ｇ・１２Ｈ・１２Ｉ・１２Ｊ・１２Ｋ・１２Ｌ    水素燃料供給システム
１４    燃料電池
１８    反応器
２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０Ｄ・２０Ｅ・２０Ｆ・２０Ｇ・２０Ｈ・２０Ｉ・２０Ｊ・２０Ｋ・２０Ｌ    切換装置
２８    ブリッジ管路（原料供給路、改質残留ガス退避部、再生用ガス退避部）
３２    排気処理器（残留ガス処理装置）
５２Ａ・５２Ｂ  燃焼用空気供給ライン（酸素導入路、再生残留ガス退避部）
７６Ａ・７６Ｂ  掃気ライン（改質残留ガス送給路）
８０Ａ、８０Ｂ  排気処理器（酸化触媒）
Ｖ０    バルブ（流路開閉装置）
Ｖ１Ａ・Ｖ１４Ａ、Ｖ１Ｂ・Ｖ１４Ｂ  バルブ（改質残留ガス退避部、再生用ガス退避部）
Ｖ４Ａ・Ｖ１６Ａ、Ｖ４Ｂ・Ｖ１６Ｂ  バルブ（再生残留ガス部）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１８】
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