(57)【要約】【課題】セルスタックの劣化を抑制しつつ、燃料ガスの消費量を低減することの可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、改質器３０と、セルスタック４０と、タンク７０と、アフターバーナ部５０と、ホットモジュール２０とを備える。改質器３０は、改質水により燃料ガスを改質させて改質ガスを生成する。セルスタック４０は、改質ガスが供給される燃料極４１と、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気極４２とを有する燃料電池セルの積層構造により構成され、空気に含まれる酸素と改質ガスとの反応に基づき発電する。タンク７０は、燃料極４１から排出される燃料オフガスに含まれる改質ガスを貯める。アフターバーナ部５０は、タンク７０から流出する燃料オフガスを燃焼させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質水により燃料ガスを改質させて改質ガスを生成する改質器（３０）と、
前記改質ガスが供給される燃料極（４１）と、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気極（４２）とを有する燃料電池セルの積層構造により構成され、前記空気に含まれる酸素と前記改質ガスとの反応に基づき発電するセルスタック（４０）と、
前記燃料極から排出される燃料オフガスに含まれる改質ガスを貯めるタンク（７０）と、
前記タンクから流出する燃料オフガスを燃焼させるアフターバーナ部（５０）と、
前記改質器、前記セルスタック、及び前記アフターバーナ部を収容する内部空間（２１）を有し、前記内部空間を保温するホットモジュール（２０）と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記タンクの内部から前記アフターバーナ部に前記燃料オフガスを流す配管（Ｗ４１）を開閉させる開閉弁（８１）を更に備える
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記タンクから前記アフターバーナ部に流れる前記燃料オフガスを加熱する加熱部（６０）を更に備える
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記タンクは、
前記燃料極から排出される燃料オフガスが流入する流入口（７２）を鉛直方向上方の上壁部（７１）に有し、
前記タンクの内部から前記アフターバーナ部に前記燃料オフガスを流出させる流出口（７４）を鉛直方向下方の下壁部（７３）に有する
請求項２又は３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記タンクは、
前記ホットモジュールの外部に設置されている
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料極から前記タンクに流入する前記燃料オフガスを冷却する冷却部（１２０）を更に備える
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
改質水により燃料ガスを改質させて改質ガスを生成する改質器（３０）と、
前記改質ガスが供給される燃料極（４１）と、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気極（４２）とを有する燃料電池セルの積層構造により構成され、前記空気に含まれる酸素と前記改質ガスとの反応に基づき発電するセルスタック（４０）と、
前記燃料極から排出される燃料オフガスを燃焼させるアフターバーナ部（５０）と、
前記改質器、前記セルスタック、及び前記アフターバーナ部を収容する内部空間（２１）を有し、前記内部空間を保温するホットモジュール（２０）と、
前記アフターバーナ部から排出される燃焼オフガスに含まれる改質ガスを貯めるタンク（７０）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】
本開示は、固体酸化物形燃料電池からなるセルスタックを有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような燃料電池システムでは、燃料電池セルの積層構造からなるセルスタックを高温状態に保持しつつ、燃料ガスを改質させた改質ガスをセルスタックの燃料極に供給するとともに、空気を空気極に供給することにより発電が行われる。このような燃料電池システムでは、システムの停止時にセルスタックの温度を短時間で下げることが困難である。温度の高いセルスタックの燃料極にセルスタックの内部に残留する酸化剤ガスが到達すると、燃料極が酸化される可能性がある。燃料極の酸化は、セルスタックの劣化を招く要因となるため、好ましくない。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、システムの停止時にセルスタックの空気極側への酸化剤ガスの供給を維持するとともに、燃料電池の温度が所定温度に低下するまで燃料極側に改質ガスを供給し続けている。これにより、燃料極を還元雰囲気に維持しつつ、燃料電池の温度を低下させることができるため、燃料極の酸化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９６１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、その停止時から燃料電池の温度が所定温度まで低下するまでの期間に燃料極に供給し続けられる改質ガスは、燃料極の酸化を抑制する目的のためだけに用いられており、発電には何ら寄与しない。このような発電に寄与しない無駄な改質ガスの消費を抑えることができれば、結果的に燃料ガスの消費量を抑えることができるため、燃料電池システムの発電効率を向上させることが可能である。
【０００６】
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルスタックの劣化を抑制しつつ、燃料ガスの消費量を低減することの可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する燃料電池システム（１０）は、改質器（３０）と、セルスタック（４０）と、タンク（７０）と、アフターバーナ部（５０）と、ホットモジュール（２０）と、を備える。改質器は、改質水により燃料ガスを改質させて改質ガスを生成する。セルスタックは、改質ガスが供給される燃料極（４１）と、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気極（４２）とを有する燃料電池セルの積層構造により構成され、空気に含まれる酸素と改質ガスとの反応に基づき発電する。タンクは、燃料極から排出される燃料オフガスに含まれる改質ガスを貯める。アフターバーナ部は、タンクから流出する燃料オフガスを燃焼させる。ホットモジュールは、改質器、セルスタック、及びアフターバーナ部を収容する内部空間（２１）を有し、内部空間を保温する。
【０００８】
この構成によれば、燃料電池システムが作動している場合には、燃料極から排出される燃料オフガスがタンクに流入するため、タンクには、改質ガスが常に貯まっている。燃料電池システムが停止すると、ホットモジュールの温度の低下に伴ってホットモジュール内の改質ガスの温度も低下する。そのため、ホットモジュール内の改質ガスの体積が時間の経過に伴って縮小する。これにより、タンク内に貯まっている改質ガスがホットモジュールに逆流して燃料極に供給されるため、燃料極を改質ガスで満たすことができる。すなわち、燃料極を還元雰囲気の状態に保つことができるため、燃料極の酸化を抑制することができ、ひいてはセルスタックの劣化を抑制することができる。また、このような構成によれば、燃料電池システムが停止した後に燃料ガスの供給を継続することなく燃料極を改質ガスで満たすことができるため、燃料ガスの消費量を低減することもできる。
【０００９】
また、上記課題を解決する燃料電池システム（１０）は、改質器（３０）と、セルスタック（４０）と、アフターバーナ部（５０）と、ホットモジュール（２０）と、タンク（７０）と、を備える。改質器は、改質水により燃料ガスを改質させて改質ガスを生成する。セルスタックは、改質ガスが供給される燃料極（４１）と、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気極（４２）とを有する燃料電池セルの積層構造により構成され、空気に含まれる酸素と改質ガスとの反応に基づき発電する。アフターバーナ部は、燃料極から排出される燃料オフガスを燃焼させる。ホットモジュールは、改質器、セルスタック、及びアフターバーナ部を収容する内部空間（２１）を有し、内部空間を保温する。タンクは、アフターバーナ部から排出される燃焼オフガスに含まれる改質ガスを貯める。
【００１０】
この構成によれば、燃料電池システムが作動している場合には、アフターバーナ部から排出される燃焼オフガスがタンクに流入するため、タンクには、燃焼オフガス内に残留している改質ガスが徐々に貯まっていく。燃料電池システムが停止すると、ホットモジュールの温度の低下に伴ってホットモジュール内の改質ガスの温度も低下する。そのため、ホットモジュール内の改質ガスの体積が時間の経過に伴って縮小する。これにより、タンク内に貯まっている改質ガスがホットモジュールに逆流して燃料極に供給されるため、燃料極を改質ガスで満たすことができる。すなわち、燃料極を還元雰囲気の状態に保つことができるため、燃料極の酸化を抑制することができ、ひいてはセルスタックの劣化を抑制することができる。また、このような構成によれば、燃料電池システムが停止した後に燃料ガスの供給を継続することなく燃料極を改質ガスで満たすことができるため、燃料ガスの消費量を低減することもできる。
【００１１】
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、セルスタックの劣化を抑制しつつ、燃料ガスの消費量を低減することの可能な燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態の燃料電池システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、第３実施形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、燃料電池システムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
図１に示されるように、本実施形態の燃料電池システム１０は、ホットモジュール２０と、改質器３０と、セルスタック４０と、アフターバーナ部５０と、加熱部６０と、タンク７０とを備えている。
【００１５】
ホットモジュール２０の内部空間２１には、改質器３０、セルスタック４０、アフターバーナ部５０、及び加熱部６０が収容されている。ホットモジュール２０は、内部空間２１を保温することができるように断熱材により構成されている。
【００１６】
改質器３０には、改質水用配管Ｗ１０を通じて改質水が供給されるとともに、燃料用配管Ｗ２０を通じて燃料ガスが供給されている。改質水は、例えば純水である。燃料ガスは、例えば都市ガスやＬＰガスである。改質器３０は、改質水用配管Ｗ１０を通じて供給される改質水を蒸発させることにより水蒸気を生成するとともに、生成された水蒸気により、燃料用配管Ｗ２０から供給される燃料ガスを水蒸気改質反応により改質することにより、水素リッチな改質ガスを生成する。改質器３０は、生成した改質ガスをセルスタック４０に供給する。
【００１７】
燃料用配管Ｗ２０には、遮断弁８０と、燃料ポンプ９０とが設けられている。遮断弁８０は、例えば商用電力の供給及び停止に基づき燃料用配管Ｗ２０を開閉させることの可能な電磁弁からなる。遮断弁８０が閉状態になることにより、改質器３０への燃料ガスの供給が遮断される。また、遮断弁８０が開状態になることにより、改質器３０に燃料ガスが供給される。燃料ポンプ９０は、燃料用配管Ｗ２０における遮断弁８０よりも燃料の流れ方向の下流側の部分に設けられている。燃料ポンプ９０は、例えば電動式のポンプからなり、電力の供給に基づき燃料ガスを改質器３０に圧送する。
【００１８】
セルスタック４０は、複数の燃料電池セルの積層構造からなる固体酸化物形燃料電池である。具体的には、各燃料電池セルは、燃料極４１と、空気極４２と、図示しない電解質膜とを有している。燃料極４１には、改質器３０から改質ガスが供給される。空気極４２には、空気用配管Ｗ３０から空気が供給される。空気用配管Ｗ３０には、空気ポンプ９１が設けられている。空気ポンプ９１は、例えば電力の供給に基づき空気をセルスタック４０の空気極４２に圧送する電動式のポンプからなる。
【００１９】
セルスタック４０の各燃料電池セルは、燃料極に供給される燃料ガスと、空気極に供給される酸化剤ガスとしての空気とが電解質膜を介して化学反応することにより発電する。より詳しくは、空気に含まれる酸素が酸化剤ガスとして用いられる。図１では、各燃料電池セルの燃料極４１がまとめて符号４１で図示されるとともに、各燃料電池セルの空気極４２がまとめて符号４２で図示されている。化学反応を経て燃料極４１から燃料オフガスが排出されるとともに、空気極４２から空気オフガスが排出される。燃料オフガスは、未反応の改質ガスを含んでいる。空気オフガスは、未反応の酸素を含んでいる。燃料極４１から排出される燃料オフガスは、燃料オフガス用配管Ｗ４０を通じてタンク７０に流入する。空気極４２から排出される空気オフガスは、アフターバーナ部５０に流入する。
【００２０】
タンク７０は、鉛直方向ｚ１，ｚ２に直立するように設置されている。タンク７０は、ホットモジュール２０よりも鉛直方向下方ｚ２に配置されている。タンク７０の鉛直方向上方ｚ１の上壁部７１には、流入口７２が形成されている。流入口７２には、燃料オフガス用配管Ｗ４０が接続されている。したがって、セルスタック４０の燃料極４１から排出される燃料オフガスは、燃料オフガス用配管Ｗ４０及び流入口７２を通じて、タンク７０の内部における鉛直方向上方の部分に流入する。
【００２１】
タンク７０の鉛直方向下方ｚ２の下壁部７３には、流出口７４が形成されている。流出口７４には、燃料オフガス用配管Ｗ４１の一端部が接続されている。燃料オフガス用配管Ｗ４１の他端部はアフターバーナ部５０に接続されている。したがって、タンク７０の流出口７４から流出した燃料オフガスは、燃料オフガス用配管Ｗ４１を通じて、アフターバーナ部５０に流入する。
【００２２】
燃料オフガス用配管Ｗ４１の途中には、開閉弁８１が設けられている。開閉弁８１は、例えば商用電力の供給及び停止に基づき燃料オフガス用配管Ｗ４１を開閉させることの可能な電磁弁からなる。
アフターバーナ部５０は、タンク７０から流出する燃料オフガスと、セルスタック４０の空気極４２から流出する空気オフガスとを合流させる空間からなる。アフターバーナ部５０では、水素の自然発火温度以上の温度を有する燃料オフガスに空気オフガスが合流することにより、燃料オフガスに含まれる改質ガスが自然発火して燃焼する。燃焼により生成される高温の燃焼オフガスは、排出管Ｗ５０を通じて外部に排出される。
【００２３】
加熱部６０は、アフターバーナ部５０に隣接するように燃料オフガス用配管Ｗ４１の途中部分に設けられている。加熱部６０は、アフターバーナ部５０で生成される熱エネルギを利用することにより、タンク７０からアフターバーナ部５０に供給される燃料オフガスを加熱する部分である。加熱部６０は、例えばアフターバーナ部５０の近くを通るように配置される配管や、アフターバーナ部５０の周囲にらせん状に配置される配管等からなる。なお、加熱部６０は、熱伝導性を高めるために、配管の外面にフィン等を有する構造であってもよい。
【００２４】
次に、燃料電池システム１０の電気的な構成について説明する。
図１に示されるように、燃料電池システム１０は、燃料用配管Ｗ２０に設けられる圧力センサ１００と、ホットモジュール２０に設けられる温度センサ１０１〜１０４とを備えている。
【００２５】
圧力センサ１００は、燃料用配管Ｗ２０における遮断弁８０よりも燃料の流れ方向の上流側の部分に設けられている。圧力センサ１００は、燃料用配管Ｗ２０の内圧を検出するとともに、検出された内圧に応じた信号を出力する。
温度センサ１０１は、改質器３０の温度を検出するとともに、検出された改質器３０の温度に応じた信号を出力する。温度センサ１０２は、セルスタック４０の温度を検出するとともに、検出されたセルスタック４０の温度に応じた信号を出力する。温度センサ１０３は、アフターバーナ部５０の温度を検出するとともに、検出されたアフターバーナ部５０の温度に応じた信号を出力する。温度センサ１０４は、加熱部６０の温度を検出するとともに、検出された加熱部６０の温度に応じた信号を出力する。
【００２６】
図２に示されるように、燃料電池システム１０は、制御部１１０を更に備えている。制御部１１０は、ＣＰＵや記憶装置等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部１１０の動作電源は、例えば商用電力により確保されている。制御部１１０は、各センサ１００〜１０４の出力信号に基づいて、燃料用配管Ｗ２０の内圧、改質器３０の温度、セルスタック４０の温度、アフターバーナ部５０の温度、及び加熱部６０の温度等の情報を取得している。制御部１１０は、圧力センサ１００により検出される燃料用配管Ｗ２０の内圧に基づいて、燃料ガスの供給が正常に行われているか否かを監視している。また、制御部１１０は、温度センサ１０１〜１０４により検出される各種温度に基づいてホットモジュール２０内の各要素の動作状態を監視している。制御部１１０は、このような監視を継続しつつ、遮断弁８０、開閉弁８１、燃料ポンプ９０、及び空気ポンプ９１のそれぞれの動作を制御することにより、燃料電池システム１０の動作を統括的に管理している。
【００２７】
具体的には、制御部１１０は、セルスタック４０において発電が行われている場合には、すなわち燃料電池システム１０が作動している場合には、遮断弁８０及び開閉弁８１を開状態にしている。また、制御部１１０は、燃料ポンプ９０及び空気ポンプ９１を駆動させることにより、燃料ガスを改質器３０に供給するとともに、空気をセルスタック４０の空気極４２に供給している。改質器３０に供給された燃料ガスは、改質器３０にて改質されることにより改質ガスとなる。この改質ガスは、セルスタック４０の燃料極４１に供給される。これにより、セルスタック４０は、燃料極４１に供給される改質ガスと、空気極４２に供給される空気中の酸素との化学反応に基づき発電する。
【００２８】
セルスタック４０の燃料極４１から排出される燃料オフガスは、燃料オフガス用配管Ｗ４０を通じてタンク７０に流入する。燃料オフガスには、セルスタック４０の燃料極４１において反応せずに残った改質ガスが含まれている。タンク７０に貯まる改質ガスは、タンク７０の外部の空気との熱交換により冷却される。これにより、改質ガスの体積が縮小するため、タンク７０の容量を小さくすることが可能となっている。
【００２９】
タンク７０に貯まる燃料オフガスは、燃料オフガス用配管Ｗ４１を通じてホットモジュール２０の内部に流入する。この改質ガスを含む燃料オフガスは加熱部６０を流れることにより加熱される。これにより、燃料オフガスの温度を水素の自然発火温度以上に上昇させる。加熱部６０により加熱された燃料オフガスがアフターバーナ部５０に流入することにより、燃料オフガスに含まれる改質ガスが、セルスタック４０の空気極４２から排出された空気オフガスに含まれる酸素と反応して燃焼する。この燃焼により発生する熱エネルギにより、ホットモジュール２０の内部空間２１の温度が、改質器３０、セルスタック４０、及び加熱部６０のそれぞれの機能を確保可能な温度に維持されている。
【００３０】
制御部１１０は、セルスタック４０における発電を停止する場合には、換言すれば燃料電池システム１０を停止する場合には、遮断弁８０を閉状態にするとともに、開閉弁８１を閉状態にする。また、制御部１１０は、燃料ポンプ９０及び空気ポンプ９１を停止させる。これにより、セルスタック４０への改質ガス及び空気の供給が遮断される。
【００３１】
燃料電池システム１０の停止直後は、セルスタック４０の燃料極４１が改質ガスで満たされているが、この改質ガスの温度は、自然冷却によるホットモジュール２０の温度の低下に伴って低下する。したがって、燃料極４１の改質ガスの体積は時間の経過に伴って縮小する。これにより、タンク７０内に貯まっている改質ガスが燃料オフガス用配管Ｗ４０を通じてホットモジュール２０に逆流して燃料極４１に供給されるため、燃料極４１を改質ガスで満たすことができる。すなわち、燃料極４１を還元雰囲気の状態に保つことができるため、燃料極４１の酸化を抑制することができる。
【００３２】
また、開閉弁８１が閉状態となっているため、外部の空気が排出管Ｗ５０からホットモジュール２０に流入することがない。これにより、燃料極４１に空気が侵入し難くなるため、より的確に燃料極４１の酸化を抑制することができる。
一方、制御部１１０は、遮断弁８０及び開閉弁８１を閉状態にし、且つ燃料ポンプ９０及び空気ポンプ９１を停止させた後、温度センサ１０４を通じて検出される加熱部６０の温度が水素の自然発火温度未満に低下したか否かを監視している。制御部１１０は、加熱部６０の温度が水素の自然発火温度以上である場合には、開閉弁８１を閉状態に維持する。これにより、タンク７０内の改質ガスが、セルスタック４０の空気極４２に残留している空気や、排出管Ｗ５０からホットモジュール２０に逆流する空気と反応することにより発生する意図しない燃焼を防止することができる。
【００３３】
制御部１１０は、加熱部６０の温度が水素の自然発火温度未満に低下したと判断した時点で、開閉弁８１を開状態にする。これにより、意図しない燃焼の発生を防止しつつ、大気とホットモジュール２０内との圧力差により、外部の空気が排出管Ｗ５０から燃料オフガス用配管Ｗ４１を通じてタンク７０の流出口７４からタンク７０の内部に導入される。これにより、タンク７０の内部の改質ガスが燃料極４１に導入されるため、燃料極４１が改質ガスに満たされている状態を維持することができる。すなわち、燃料極４１を還元雰囲気の状態に保つことができるため、燃料極４１の酸化を抑制することができる。また、タンク７０内の負圧が解消されるため、タンク７０の耐久性を確保することができる。
【００３４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）燃料電池システム１０が停止した後、タンク７０に貯まっている改質ガスがセルスタック４０の燃料極４１に供給されるため、燃料極４１を改質ガスで満たすことができる。よって、燃料極４１の酸化を抑制することができるため、結果的にセルスタック４０の劣化を抑制することができる。また、本実施形態によれば、燃料電池システム１０が停止した後に燃料ガスの供給を継続することなく燃料極４１を改質ガスで満たすことができるため、燃料ガスの消費量を低減することもできる。さらに、タンク７０内の改質ガスは通常の発電中に貯蔵されるため、改質ガスの生成のための特別な設備が不要である。また、改質ガスの温度変化に基づく体積変化を利用した圧力差によりタンク７０内の改質ガスが燃料極４１に導入されるため、タンク７０内の改質ガスを燃料極４１に導入するためのポンプ等の補機が不要である。よって、補機を駆動させるために必要なエネルギを削減することもできる。
【００３５】
（２）燃料電池システム１０は、タンク７０の内部からアフターバーナ部５０に燃料オフガスを流す配管Ｗ４１を開閉させる開閉弁８１を備える。これにより、燃料電池システム１０の停止時に開閉弁８１を閉状態にすれば、外部の空気が排出管Ｗ５０からホットモジュール２０やタンク７０に逆流することがない。そのため、タンク７０の改質ガスが、空気極４２に残留する空気や外部の空気と反応することにより意図しない燃焼が発生することを回避できる。
【００３６】
（３）燃料電池システム１０は、タンク７０からアフターバーナ部５０に流れる燃料オフガスを加熱する加熱部６０を備える。これにより、タンク７０で一旦冷却された燃料オフガスの温度を水素の自然発火温度以上に上昇させることができるため、より確実に燃料オフガスに含まれる改質ガスを燃焼させることができる。
【００３７】
（４）タンク７０は、流入口７２を上壁部７１に有するとともに、流出口７４を下壁部７３に有する。これにより、タンク７０に改質ガスを貯め易くなるため、燃料電池システム１０が停止した後に、より確実に改質ガスを燃料極４１に供給することができる。
（５）タンク７０は、ホットモジュール２０の外部に配置されている。これにより、タンク７０の内部に貯まる改質ガスとタンク７０の外部の空気との熱交換により、改質ガスが冷却されるため、改質ガスの体積を縮小させることができる。結果的に、タンク７０の容量を小さくすることができるため、タンク７０の小型化が可能である。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に、燃料電池システム１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の燃料電池システム１０との相違点を中心に説明する。
図３に示されるように、本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料オフガス用配管Ｗ４０に設けられる冷却部１２０を更に備えている。冷却部１２０は、その内部を流れる燃料オフガスと外部の空気との間で熱交換を行うことにより、燃料オフガスを冷却する部分である。冷却部１２０は、例えばらせん状に形成された配管からなる。なお、冷却部１２０は、熱伝導性を高めるために、配管の外面にフィン等を有する構造であってもよい。
【００３９】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の（６）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（６）冷却部１２０を通過することにより冷却された燃料オフガスがタンク７０に流入するため、タンク７０内に貯まる改質ガスの体積を縮小させることができる。そのため、タンク７０における改質ガスの貯蔵量を増加させることができる。結果的に、タンク７０の容量を小さくすることができるため、タンク７０の更なる小型化が可能である。
【００４０】
＜第３実施形態＞
次に、燃料電池システム１０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
図４に示されるように、本実施形態のホットモジュール２０では、セルスタック４０の燃料極４１から排出される燃料オフガスがアフターバーナ部５０に供給されている。したがって、アフターバーナ部５０では、燃料極４１から排出される燃料オフガスと、空気極４２から排出される空気オフガスとが合流することにより、燃料オフガスに含まれる改質ガスが自然発火して燃焼する。燃焼により生成される高温の燃焼オフガスは、配管Ｗ６０を通じてホットモジュール２０の外部に排出される。なお、本実施形態のホットモジュール２０は、加熱部６０を有していない点で第１実施形態のホットモジュール２０と異なる。
【００４１】
燃焼オフガス用配管Ｗ６０は、タンク７０の側壁部７５における鉛直方向下方ｚ２側の部分に形成される流入口７６に接続されている。したがって、ホットモジュール２０から排出される燃焼オフガスは、タンク７０の流入口７６を通じてタンク７０の内部に流入する。
【００４２】
タンク７０の上壁部７１には、流出口７７が形成されている。流出口７７には、バイパス配管Ｗ７０の一端部が接続されている。バイパス配管Ｗ７０の他端部は燃焼オフガス用配管Ｗ６０の途中部分に接続されている。バイパス配管Ｗ７０には開閉弁８１が設けられている。したがって、開閉弁８１が開状態である場合、タンク７０の上部に貯まっている改質ガスが流出口７７及びバイパス配管Ｗ７０を通じて燃焼オフガス用配管Ｗ６０に流入可能である。
【００４３】
タンク７０における側壁部７５とは反対側の側壁部７８には、排出口７９が形成されている。排出口７９には排出管Ｗ６１が接続されている。タンク７０に流入する燃料オフガスが排出口７９及び排出管Ｗ６１を通じて触媒燃焼器１３０に流入することにより、燃料オフガスに含まれる一酸化炭素等が完全燃焼する。燃焼後の燃料オフガスは触媒燃焼器１３０から外部に排出される。
次に、本実施形態の制御部１１０の動作例について説明する。
【００４４】
制御部１１０は、セルスタック４０において発電が行われている場合には、すなわち燃料電池システム１０が作動している場合には、開閉弁８１を閉状態にする。これにより、ホットモジュール２０から排出される燃焼オフガスが燃焼オフガス用配管Ｗ６０を通じてタンク７０に流入する。タンク７０に流入した燃焼オフガスに含まれるガス成分のうち、質量の軽い改質ガスはタンク７０の上部に貯まる。また、燃料オフガスの残りのガス成分は排出口７９及び排出管Ｗ６１を通じて外部に排出される。
【００４５】
制御部１１０は、セルスタック４０における発電を停止する場合には、換言すれば燃料電池システム１０を停止する場合には、開閉弁８１を開状態にする。これにより、自然冷却によるホットモジュール２０の温度の低下に伴って燃料極４１の改質ガスの体積が縮小すると、タンク７０内に貯まっている改質ガスが流出口７７、バイパス配管Ｗ７０、及び燃焼オフガス用配管Ｗ６０を通じて燃料極４１に逆流するため、燃料極４１を改質ガスで満たすことができる。すなわち、燃料極４１を還元雰囲気の状態に保つことができるため、燃料極４１の酸化を抑制することができる。
【００４６】
このような構成によれば、第１実施形態の燃料電池システム１０に類似の作用及び効果を得ることができる。
＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
【００４７】
・制御部１１０は、燃料電池システム１０を停止させた後に空気ポンプ９１の駆動を継続してもよい。これにより、空気ポンプ９１によりホットモジュール２０に圧送される空気によりホットモジュール２０を冷却することができるため、ホットモジュール２０の冷却速度を速めることができる。
【００４８】
・タンク７０は、ホットモジュール２０の内部に配置されていてもよい。このような構成によれば、タンク７０を高温状態に維持することができるため、タンク７０からアフターバーナ部５０に高温状態の燃料オフガスを供給することができる。よって、燃料電池システム１０から加熱部６０を除くことができるため、部品点数を削減することが可能である。
【００４９】
・燃料電池システム１０は、停電時に開閉弁８１及び制御部１１０の電源を賄うことの可能なバッテリを更に備えるものであってもよい。これにより、何らかの異常により燃料ガスや商用電力が遮断された場合でも、制御部１１０が開閉弁８１を制御することができるため、セルスタック４０を劣化させることなく燃料電池システム１０を停止させることができる。
【００５０】
・制御部１１０が提供する手段及び／又は機能は、実体的な記憶装置に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば制御部１１０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。
【００５１】
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｗ４１：配管
１０：燃料電池システム
２０：ホットモジュール
２１：内部空間
３０：改質器
４０：セルスタック
４１：燃料極
４２：空気極
５０：アフターバーナ部
６０：加熱部
７０：タンク
７１：上壁部
７２：流入口
７３：下壁部
７４：流出口
８１：開閉弁
１２０：冷却部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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