(57)【要約】【課題】原料ガスを有効利用して、燃料ロスを低減することができる反応装置を提供する。【解決手段】可燃性ガスを含む原料ガスを反応させることが可能な複数の反応器１１，４１，４２と、反応器１１，４１，４２での反応によって反応器１１，４１，４２内に残存する凝結水を受容する排出管５１〜５３と、反応器１１，４１，４２の上流側に設けられ、原料ガスを吸引した後、改質装置２３に向けて圧送するブロワ２２と、排出管５１〜５３の重力方向上部に接続され、ブロワ２２の吸引口に至る循環流路６７とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2011016064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを含む原料ガスを反応させることが可能な複数の反応器と、
前記反応器での反応によって前記反応器内に残存する流体を受容する排出部と、
前記反応器の上流側に設けられ、前記原料ガスを吸引した後、前記反応器に圧送するポンプと、
前記排出部の重力方向上部に接続され、前記ポンプの吸引口に至る接続部とを備えていることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記排出部は、前記複数の反応器にそれぞれ接続された複数の排出管と、
前記複数の排出管の下流側に接続されたタンクと、を備え、
前記タンクの重力方向上部に前記接続部が接続されていることを特徴とする請求項１記載の反応装置。
【請求項３】
前記複数の反応器には、前記原料ガスを改質する改質器が含まれ、
前記ポンプから圧送される前記原料ガスは、前記改質器に供給され消費されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の反応装置。
【請求項４】
前記複数の反応器には、前記原料ガスを燃焼させる燃焼器が含まれ、前記燃焼器は、前記燃焼器で発生する熱を前記燃焼器以外の前記反応器に熱伝達可能に配置され、
前記ポンプから圧送される前記原料ガスは、前記燃焼器に供給され消費されることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記複数の反応器には、前記原料ガスを燃焼させる燃焼器が含まれ、
前記複数の反応器のうち、特定の前記反応器に関連する温度を測定する温度センサと、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記温度センサで検出された温度に基づいて、前記特定の反応器が正常使用温度域にあるか否かを判定する判定手段とを有し、
前記判定手段により前記特定の反応器が正常使用温度域にないと判定された場合に、前記燃焼器以外の前記反応器を通過した前記原料ガスを前記燃焼器に導入することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の反応装置。
【請求項６】
前記ポンプの上流側には、前記ポンプに前記可燃性ガスを供給するガス供給部が設けられ、
前記判定手段により前記特定の反応器が正常使用温度域にないと判定された場合に、前記ガス供給部からの前記可燃性ガスの供給を停止するとともに、前記ポンプの出力を増加することを特徴とする請求項５記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭化水素系の燃料（例えば、天然ガス）を改質装置によって水素リッチな改質ガスに改質し、この改質ガスと酸化剤ガス（例えば、空気）とを燃料電池に供給し、発電を行う燃料電池システム（反応装置）が知られている。改質装置は、例えばオートサーマル式の改質部を備え、この改質部において燃料と改質用空気との混合ガスを反応させることで、混合ガスを水素リッチな改質ガスに改質するようになっている。
【０００３】
ところで、上述した改質装置で改質された改質ガス中には、燃料と改質用空気との反応によって生成された水蒸気が含まれている。そこで、改質装置で改質された改質ガスを除湿してから燃料電池に供給するために、改質装置と燃料電池との間に熱交換器及び気液分離室を設けている構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、特許文献１では、改質装置内で改質された改質ガスを熱交換器で冷却し、冷却により凝結された凝結水を気液分離することで、凝結水から改質ガス（ＨＣ等の可燃性ガス）を取り出す構成が記載されている。
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、改質装置と燃料電池との間で気液分離された凝結水には、未だ可燃性ガスが溶解されている場合があり、この凝結水が排出されることで、燃料ロスに繋がるという問題がある。また、改質ガス中に含まれる水蒸気は、改質装置内で凝結し、凝結水となって改質装置内に溜まる場合もある。この凝結水中にもＨＣ等の可燃性ガスが溶解しており、この凝結水が排出されることでも、燃料ロスに繋がる。
そこで、例えば特許文献２に示されるように、改質装置内に溜まった凝結水を排出する排出手段を設け、排出手段から排出された凝結水を触媒燃焼器に供給する構成が知られている。特許文献２に示される構成では、触媒燃焼器に供給された凝結水は、燃焼されて高温の清浄ガスとなって蒸発器との熱交換が行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９０９２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、改質装置と燃料電池との間に熱交換器及び気液分離室を設けているため、構成が複雑になるとともに、装置が大型化する。
また、特許文献２の構成では、凝結水自体を燃焼させるための大型の触媒燃焼器が必要になるため、これによっても装置の大型化に繋がるという問題がある。
また、排出手段への異物混入等により、万が一排出手段が故障した場合には、排出手段が常時開放された状態となり、改質装置内で生成された凝結水とともに、改質装置内で改質された改質ガスが排出手段に流入する。その結果、改質装置から燃料電池への改質ガスの供給流量が低下し、燃料ロスに繋がる虞がある。
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、装置の大型化を防いだ上で、原料ガスを有効利用して燃料ロスを低減することができる反応装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の反応装置は、可燃性ガスを含む原料ガスを反応させることが可能な複数の反応器（例えば、実施形態における改質部４１）と、前記反応器での反応によって前記反応器内に残存する流体を受容する排出部（例えば、実施形態における排出管５１〜５３）と、前記反応器の上流側に設けられ、前記原料ガスを吸引した後、前記反応器に圧送するポンプ（例えば、実施形態におけるブロワ２２）と、前記排出部の重力方向上部に接続され、前記ポンプの吸引口に至る接続部（例えば、実施形態における循環流路６７）とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、各反応器での反応によって反応器に残存する流体は、凝縮されることで凝縮水となって各排出部から排出される。ここで、排出部は、接続部によってポンプの吸引口側に連通しているため、ポンプが作動することで、排出部内が吸引されて負圧空間に保持される。これにより、排出部に到達した凝結水から可燃性ガスが気液分離され、可燃性ガスがポンプに吸引された後、ポンプによって再び反応器に向けて圧送される。したがって、凝結水に含まれる可燃性ガスを、反応器の原料ガスとしてリサイクルすることができるため、原料ガスを有効利用して、燃料ロスを低減することができる。なお、凝結水から可燃性ガスを気液分離することで、凝結水中に含まれる可燃性ガスを除去することができるため、凝結水が浄化されずに排出されることも防ぐことができる。
しかも、本発明の構成によれば、排出部とポンプの吸引口側とを接続する接続部を設けるのみの簡単な構成により、上述した効果を奏することができるので、装置の大型化を防ぐこともできる。
【００１０】
また、前記排出部は、前記複数の反応器にそれぞれ接続された複数の排出管（例えば、実施形態における排出管５１〜５３）と、前記複数の排出管の下流側に接続されたタンク（例えば、実施形態における集合タンク１４）とを備え、前記タンクの重力方向上部に前記接続部が接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、反応器から排出される凝結水をタンク内に一時的に貯留しておくことができるので、凝結水が排出管内から反応器内に溢れ出たり、系外に漏れ出たりすることを防止することができる。したがって、反応器の機能低下を防止して、反応器を安定して稼動させることができる。また、複数の排出管に排出された凝結水をタンクに集合させることで、各反応器から排出された凝結水を効率的に回収することができるので、原料ガスのリサイクルを効率的に行うことができる。
【００１１】
また、前記複数の反応器には、前記原料ガスを改質する改質器（例えば、実施形態における改質部４１）が含まれ、前記ポンプから圧送された前記原料ガスは、前記改質器に供給され消費されることを特徴とする。
この構成によれば、凝結水から気液分離された可燃性ガスは、原料ガスの供給源から新たに供給される原料ガスとともに、再び改質器に向けて供給される。これにより、凝結水から気液分離された可燃性ガスを、再度改質器に供給して改質に利用することができるため、原料ガスを有効利用して燃料ロスを低減することができる。
【００１２】
また、前記複数の反応器には、前記原料ガスを燃焼させる燃焼器（例えば、実施形態における燃焼器２４）が含まれ、前記燃焼器は、前記燃焼器で発生した熱を前記燃焼器以外の前記反応器に熱伝達可能に配置され、前記ポンプから圧送される前記原料ガスは、前記燃焼器に供給され消費されることを特徴とする。
この構成によれば、凝結水から気液分離された可燃性ガスを、燃焼器で燃焼に利用することで、可燃性ガスを有効利用して燃料ロスを低減することができる。
【００１３】
また、前記複数の反応器には、前記原料ガスを燃焼させる燃焼器が含まれ、前記複数の反応器のうち、特定の前記反応器に関連する温度を測定する温度センサ（例えば、実施形態における温度センサ４３）と、制御部（例えば、実施形態における制御部２５）とを備え、前記制御部は、前記温度センサで検出された温度に基づいて、前記特定の反応器が正常使用温度域にあるか否かを判定する判定手段とを有し、前記判定手段により前記特定の反応器が正常使用温度域にないと判定された場合に、前記燃焼器以外の前記反応器を通過した前記原料ガスを前記燃焼器に導入することを特徴とする。
上述したように、例えば反応装置における排出部が故障すると、各反応器で生成された凝結水とともに、各反応器で反応した反応ガスが排出部内に流入する虞がある。この場合、排出部に流入した反応ガスは、接続部を通ってポンプに吸引され、再び反応器に供給されることになる。そのため、反応器には、多量の可燃性ガスが供給されることになり、反応器の作動状態が安定しない虞がある。具体的に、反応器に多量の可燃性ガスが供給されると、反応器の温度が正常温度に比べて変化する。
そこで、本発明の構成によれば、判定手段において、特定の反応器が正常使用温度域にないと判定された場合に、反応装置が故障して可燃性ガスが排出部内に流入していることを判定することができる。これにより、反応装置の故障を速やかに判定することができるため、原料ガスを無駄に排出することがなく、燃料ロスを低減することができる。
また、特定の反応器の正常使用温度域にないと判定された際、燃焼器以外の反応器を通過した原料ガスを燃焼器に供給することで、原料ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼器で燃焼させることができる。すなわち、反応装置内を流通する可燃性ガスを速やかに消費して系外に排出することができるので、その後のメンテナンス等の作業に直ぐに移行することができる。これにより、メンテナンス等の作業効率を向上させることができる。
【００１４】
また、前記ポンプの上流側には、前記ポンプに前記可燃性ガスを供給するガス供給部が設けられ、前記判定手段により前記特定の反応器が正常使用温度域にないと判定された場合に、前記ガス供給部からの前記可燃性ガスの供給を停止するとともに、前記ポンプの出力を増加することを特徴とする。
この構成によれば、ガス供給部からの可燃性ガスの供給を停止することで、新たに可燃性ガスが反応装置に供給されることがないので、反応装置内に残存している可燃性ガスのみを燃焼器で燃焼させた後、速やかにメンテナンス等の作業に移行することができる。
また、ポンプの出力を増加させることで、ポンプにより圧送される原料ガスと特定の反応器との熱交換の効率を向上させることができるので、反応器の過熱も抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各反応器での反応によって反応器に残存する流体は、凝縮されることで凝縮水となって各排出部から排出される。ここで、排出部は、接続部によってポンプの吸引口側に連通しているため、ポンプが作動することで、排出部内が吸引されて負圧空間に保持される。これにより、排出部に到達した凝結水から可燃性ガスが気液分離され、可燃性ガスがポンプに吸引され、ポンプによって再び反応器に向けて圧送される。したがって、凝結水に含まれる可燃性ガスを、反応器の原料ガスとしてリサイクルすることができるため、原料ガスを有効利用して、燃料ロスを低減することができる。なお、凝結水から可燃性ガスを気液分離することで、凝結水中に含まれる可燃性ガスを除去することができるため、凝結水が浄化されずに排出されることも防ぐことができる。
しかも、本発明の構成によれば、排出部とポンプの吸引口側とを接続する接続部を設けるのみの簡単な構成により、上述した効果を奏することができるので、装置の大型化を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態におけるドレントラップの故障判定方法を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】第２実施形態におけるドレントラップの故障判定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
（燃料電池システム）
図１は第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、この燃料電池システム（反応装置）１０は、燃料電池（反応器）１１と、燃料電池１１にカソードガスである空気を供給するためのカソードガス供給手段（不図示）と、水素リッチなアノードガスを供給するためのアノードガス供給手段１３と、燃料電池１１及びアノードガス供給手段１３で生成された凝結水を貯留する集合タンク１４とを備えている。
【００１８】
燃料電池１１は、例えば固体高分子電解質膜型の燃料電池１１であり、固体高分子電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極とを備え、アノード電極にはアノードガス（水素）が、カソード電極にはカソードガス（空気）がそれぞれ供給されるようになっている。そして、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質を透過してカソード電極に移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応して発電する。
【００１９】
本実施形態の燃料電池１１のアノード電極に供給されるアノードガスは、炭化水素系の燃料を改質して生成される。すなわち、アノードガス供給手段１３は、アノードガスの原料を供給するための原料供給部２１と、原料供給部２１から供給される原料を圧送するブロワ２２と、ブロワ２２から圧送される原料からアノードガスを生成するための改質装置２３と、改質装置２３を暖機するための燃焼器（反応器）２４とを備え、制御部２５によって統括的に制御されている。
【００２０】
原料供給部２１からは、燃料タンク（不図示）に充填された天然ガス等の燃料ガスや、大気から取り込まれる改質用の空気（以下、改質空気という）が、それぞれ燃料ガス供給流路３３及び改質空気供給流路３４を介して改質装置２３に供給される。原料供給部２１の下流側には、ブロワ２２が接続されている。このブロワ２２が作動することで、燃料ガス供給流路３３及び改質空気供給流路３４を介して、原料供給部２１から燃料ガス及び改質空気が吸引される。そして、ブロワ２２の下流側には原料ガス供給路３５が接続されており、ブロワ２２で吸引された燃料ガス及び改質空気は、原料ガス供給路３５で混合されて混合ガス（以下、原料ガスという）となり、改質装置２３に向けて圧送される。なお、図示しないが、改質装置２３には、改質原料として水も供給されるようになっている。
【００２１】
ここで、本実施形態の改質装置２３は、オートサーマル式の触媒部を備えた改質部（反応器）４１と、ＰＳＡ（プレッシャースイングアドソープション）４２とを有している。
改質部４１は、ブロワ２２の下流側に配置されており、ブロワ２２により圧送された原料ガスから水素リッチな改質ガス（反応ガス）を生成するものである。改質部４１には、改質部（特定の反応器）４１の触媒温度を検出するための温度センサ４３が接続されている。
【００２２】
そして、改質部４１の下流側には、改質部４１とＰＳＡ（反応器）４２との間を接続するための改質ガス流路３６と、改質部４１と燃焼器２４との間を接続するためのバイパス流路４０とが接続されている。これら改質ガス流路３６及びバイパス流路４０は、図示しない三方弁等によって流通方向を切換可能に構成されている。具体的に、燃料電池システム１０の正常運転時においては、改質ガス流路３６が開放される一方、バイパス流路４０が閉塞されることで、改質部４１で改質された改質ガスが改質ガス流路３６を介してＰＳＡ４２に供給される。一方、燃料電池システム１０の異常時や暖機時には、改質ガス流路３６が閉塞される一方、バイパス流路４０が開放されることで、改質部４１で改質された改質ガスが燃焼器２４に直接供給される。
【００２３】
ＰＳＡ４２は、改質部４１で改質された改質ガス中のＣＯ等を圧力差によって分離するものである。ＰＳＡ４２で分離されたＣＯ等（以下、ＰＳＡオフガスという）は、ＰＳＡオフガス分離流路３７を介して燃焼器２４に供給される一方、ＰＳＡオフガスと分けられた改質ガスはアノードガスとして改質ガス流路３８を介して燃料電池１１に供給されるようになっている。
【００２４】
燃焼器２４には、上述した燃料電池１１で発電に供されたアノードオフガスがアノードオフガス流路３９を介して供給されるとともに、ＰＳＡ４２で分離されたＰＳＡオフガスがＰＳＡオフガス分離流路３７を介して供給されるようになっている。そして、燃焼器２４では、アノードオフガスとＰＳＡオフガスとが反応（燃焼）し、ここで生じた高温の燃焼ガスと改質部４１との間で熱伝達（加熱）が行われる。したがって、改質部４１に供給する水を蒸発させることができるので、原料ガスの改質を効率よく行うことができる。また、燃焼器２４で燃焼された改質ガスやＰＳＡオフガス、アノードオフガス（以下、燃焼ガスという）は、排気管４５を介して大気に放出される。
【００２５】
ここで、各反応器（改質部４１、ＰＳＡ４２及び燃料電池１１）の重力方向における下部には、各反応器４１，４２，１１内で生成された凝結水を排出するための排出管５１〜５３が接続されている。これら排出管５１〜５３は、フィルター５５及びドレントラップ５６を介してドレンライン５７に集合されており、凝結水はドレンライン５７を通って集合タンク１４に排出されるようになっている。なお、図示しないが、ドレントラップ５６とは、ケースと、ケース内の下面に形成された排出口を開閉可能とされたフロートとを備えている。そして、各反応器４１，４２，１１で生成された凝結水が、ケース内に所定量貯留されると、フロートが浮き上がって排出口が開放されることで、排出口から水分のみを排出する装置である。
【００２６】
制御部２５は、ドレントラップ５６が故障しているか否かを判定するための故障判定手段を有している。
故障判定手段は、温度センサ４３で検出された改質部４１の触媒温度に基づいて、ドレントラップ５６が故障しているか否かを判定するためのものである。具体的に、故障判定手段には、燃料電池システム１０の正常作動時（ドレントラップ５６が故障していない状態）における、改質部４１の使用温度域が記憶されている。そして、制御部２５は、この使用温度に基づいてドレントラップ５６の故障を判定する。このドレントラップ５６の故障判定方法については、後述する。
なお、制御部２５は、改質ガス流路３６及びバイパス流路４０との切換制御を行う流路切換手段と、ブロワ２２の出力を制御する流量制御手段とも有している。
【００２７】
集合タンク１４は、ドレンライン５７を通って排出される凝結水が貯留されるようになっており、ドレンライン５７が接続された気液分離室６１と、気液分離室６１と仕切壁６２を挟んで配置された排出室６３とで構成されている。気液分離室６１と排出室６３とは、集合タンク１４の下部に形成された連通孔６４を介して連通している。排出室６３には、配水管６６が接続されており、排出室６３内の凝結水の貯留量が所定量に達した時点で凝結水が配水管６６を介して外部に排出されるようになっている。
【００２８】
一方、気液分離室６１は、ドレンライン５７を通って排出された凝結水から、改質ガスを分離させるための部屋である。具体的に、気液分離室６１の上壁６１ａには、上述した改質空気供給流路３４と気液分離室６１とを接続する循環流路（接続部）６７が接続されている。この場合、気液分離室６１の内部空間は、循環流路６７のみで気液分離室６１の外部（改質空気供給流路３４）に連通しており、この循環流路６７を介して気液分離室６１にブロワ２２の吸引力が作用するようになっている。そして、ブロワ２２によって気液分離室６１内が吸引されることで、気液分離室６１内が負圧空間になり、凝結水に含まれるＨＣ等の可燃性ガスが分離するようになっている。気液分離室６１で分離された可燃性ガスは、改質空気供給流路３４に戻された後、原料ガスに混合されてブロワ２２によって再び各反応器４１，４２，１１に供給されるようになっている。
【００２９】
（作用）
次に、上述した燃料電池システム１０の作用について説明する。
まず、燃料電池システム１０を作動させ、改質部４１を暖機する。具体的には、改質ガス流路３６を閉塞する一方、バイパス流路４０を開放した状態で、原料ガス及び水を改質部４１に向けて供給する。この場合、改質部４１で改質された改質ガスは燃焼器２４に直接供給され、燃焼に供される。そして、燃焼器２４で燃焼した燃焼ガスと改質部４１との間で熱交換が行われることで、改質原料の水を蒸発させる。なお、燃焼器２４で燃焼に供された改質ガスは、排気管４５を介して大気に放出される。また、燃料電池システム１０の始動時には、改質部４１やバイパス流路４０等が冷えているので、改質部４１で改質された改質ガスや、燃焼器２４で燃焼した燃焼ガス中に含まれる水蒸気が凝結して凝結水となる。この凝結水は、改質部４１の排出管５１から排出され、排出管５１を通ってドレントラップ５６に溜まっていく。
【００３０】
そして、改質部４１の暖気が完了して改質装置２３の温度が正常使用温度（正常作動時の温度）になった時点で、改質ガス流路３６を開放する一方、バイパス流路４０を閉塞する。この場合、改質部４１に供給された原料ガスは、改質されて水素リッチな改質ガスとなり、その後ＰＳＡ４２に供給される。なお、これと同時に燃料電池１１を作動させる。
【００３１】
ところで、上述した改質部４１から排出される改質ガス中にはＣＯやＨＣ等の不純物が微量に残存しており、これをそのまま燃料電池１１のアノード電極に供給すると、アノード電極の触媒（白金）が被毒して燃料電池１１に悪影響を及ぼす場合がある。また、改質ガス中にＣＯ等が残存していると、改質ガス中の水素濃度も低くなる。そこで、改質ガス中に含まれるＣＯ等を分離して水素濃度を上昇させるために、改質部４１で改質された改質ガスをＰＳＡ４２に供給する。改質ガスがＰＳＡ４２に供給されると、ＰＳＡ４２において改質ガス中に含まれるＣＯ等が分離される。分離されたＣＯ等はＰＳＡオフガスとして燃焼器２４に供給されて燃焼に供される一方、ＰＳＡオフガスと分けられた改質ガスはアノードガスとして燃料電池１１に供給される。
【００３２】
このようにして燃料電池１１に供給されたアノードガスは、燃料電池１１のアノード電極において触媒反応により発生した水素イオンとなり、この水素イオンが固体高分子電解質を透過してカソード電極に移動することで、カソード電極に供給された酸素と電気化学反応して発電する。
【００３３】
ところで、燃料電池システム１０を作動すると、各反応器４１，４２，１１において凝結水が生成される。具体的に、改質部４１及びＰＳＡ４２間において、改質ガス中には、燃料ガスと改質空気との反応によって生成された水蒸気や、改質部４１に供給された水が蒸発されてなる水蒸気が含まれているため、改質部４１とＰＳＡ４２との間を改質ガスが通過する際、改質ガス中の水蒸気が凝結して凝結水が生成される。また、燃料電池１１においては、発電を行うと、改質ガス（アノードガス）と酸素（カソードガス）との反応により、燃料電池１１内に凝結水（生成水）が生成される。また、燃料電池１１の加湿に供した水も凝縮水として排出される。各反応器４１，４２，１１で生成された凝結水は、各反応器４１，４２，１１に接続された排出管５１〜５３から排出され、排出管５１〜５３を通ってドレントラップ５６に貯留される。そして、ドレントラップ５６内に貯留された凝結水の貯留量が所定量を超えた時点で、ドレントラップ５６が開放され凝結水のみがドレンライン５７に向かって流通する。その後、各排出管５１〜５３を流通した凝結水は、ドレンライン５７に集合された後、ドレンライン５７を流通して集合タンク１４内に貯留される。
【００３４】
ここで、集合タンク１４の気液分離室６１は、循環流路６７を介して改質空気供給流路３４に接続されているため、気液分離室６１内がブロワ２２に吸引され、気液分離室６１内は負圧空間に保持される。これにより、気液分離室６１内に貯留された凝結水から可燃性ガスが分離され、循環流路６７を通って改質空気供給流路３４内に流入する。その後、可燃性ガスは原料供給部２１から新たに供給される原料ガスとともに、再びブロワ２２によって改質装置２３に向けて圧送される。よって、凝結水から分離された可燃性ガスは、再び改質装置２３内で改質された後、燃料電池１１に供給されて発電に供されることになる。
一方、集合タンク１４の気液分離室６１に残存した凝結水は、可燃性ガスが分離されて浄化される。浄化された凝結水は、連通孔６４を介して排出室６３に流入した後、配水管６６を通って外部に排出される。
【００３５】
（ドレントラップの故障判定方法）
ところで、上述した燃料電池システム１０において、万が一ドレントラップ５６が故障すると、ドレントラップ５６が常時開放された状態となり、各反応器４１，４２，１１で生成された凝結水とともに、可燃性ガスがドレンライン５７内に流入する虞がある。そのため、各反応器４１，４２から燃料電池１１への改質ガスの供給流量が低下し、燃料ロスに繋がる虞がある。
【００３６】
そこで、本実施形態の燃料電池システム１０では、制御部２５においてドレントラップ５６の故障判定を行う。図２はドレントラップ５６の故障判定方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、ステップＳ１において、上述したように燃料電池システム１０を通常通り作動させた後、ステップＳ２において、改質部４１の触媒温度を温度センサ４３により測定する。
【００３７】
次に、ステップＳ３において、ドレントラップ５６の故障判定を行う。上述したようにドレントラップ５６が故障すると、ドレントラップ５６からリークした可燃性ガスが排出管５１〜５３を流通してドレンライン５７に流入する。ドレンライン５７に流入した可燃性ガスは、集合タンク１４を介して再びブロワ２２に吸引され、改質装置２３に供給されることになる。そのため、改質部４１には、原料ガス及び凝結水から気液分離された可燃性ガスのみが供給される場合に比べて供給されるガスの熱量が変化することとなり、改質部４１の触媒温度が正常温度に比べて変化する。
【００３８】
そこで、本実施形態では、ステップＳ３において、改質部４１の触媒温度が制御部２５の故障判定手段に記憶された正常使用温度域にあるか否かを判定することで、ドレントラップ５６の故障判定を行う。
すなわち、ステップＳ３における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（改質部４１の触媒温度が正常使用温度にある場合）、ドレントラップ５６に故障がなく正常に作動していると判定して、ステップＳ１に戻る。そして、燃料電池システム１０を通常通り作動させ続ける。
一方、ステップＳ３における判定結果が「ＮＯ」の場合（改質部４１の触媒温度が正常使用温度域にない（例えば、正常使用温度域よりも高い）場合）、ドレントラップ５６が故障していると判定してステップＳ４に進む。
【００３９】
ステップＳ４において、原料供給部２１において燃料ガスの供給を停止するとともに、ブロワ２２の出力を増加させ改質空気の供給流量を増加する。これにより、各反応器４１，４２，１１内を流通する改質ガスが改質空気によって希釈されるとともに、ブロワ２２により圧送される原料ガスと改質部４１との熱交換の効率を向上させることができるので、改質部４１の過熱も抑制することができる。
さらに、改質ガス流路３６を閉塞する一方、バイパス流路４０を開放することで、改質部４１を流通した改質ガスを燃焼器２４に供給し、改質ガスを燃焼させる。これにより、改質ガス中に含まれる可燃性ガスが燃焼器２４で燃焼されることで、可燃性ガスが消費されるため、反応器４１，４２，１１内を流通する改質ガス中の可燃性ガスの濃度が除々に低下していく。この場合、上述したようにブロワ２２の出力を増加させることで、改質ガス中に含まれる可燃性ガスを速やかに燃焼器２４に供給することができる。また、燃料ガスの供給を停止することで、新たに燃料タンクから反応器４１，４２，１１に供給されることがないので、燃料電池システム１０内に残存している改質ガス中に含まれる可燃性ガスを速やかに浄化することができる。そして、これに伴って改質部４１の温度が低下していく。
【００４０】
次に、ステップＳ５において、改質部４１の触媒温度が、正常使用温度域にあるか否かを判定する。
そして、ステップＳ５における判定結果が「ＮＯ」の場合（改質部４１の触媒温度が正常使用温度域にない（例えば、未だ正常使用温度域よりも高い）場合）、各反応器４１，４２，１１内に未だ改質ガス中に可燃性ガスが含まれていると判定し、上述したステップＳ４のフローを継続する。
一方、ステップＳ５における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（触媒温度が正常使用温度域内にある場合）、各反応器４１，４２，１１内に改質ガス中の可燃性ガスが十分に消費され、可燃性ガスが浄化されたと判断してステップＳ６に進む。
【００４１】
そして、ステップＳ６において、燃料電池システム１０を停止する。その後、ドレントラップ５６のメンテナンス、交換作業を行う。
【００４２】
このように、本実施形態では、気液分離室６１の上壁６１ａに、改質空気供給流路３４と気液分離室６１とを接続する循環流路６７が接続され、この循環流路６７を介して気液分離室６１にブロワ２２の吸引力が作用する構成とした。
この構成によれば、ブロワ２２によって気液分離室６１内が吸引されることで、気液分離室６１内が負圧空間になり、凝結水に含まれるＨＣ等の可燃性ガスを気液分離することができる。これにより、気液分離室６１で分離された可燃性ガスが、ブロワ２２によって再び各反応器４１，４２，１１に供給されることになる。
したがって、凝結水に含まれる可燃性ガスを、反応器４１，４２，１１の原料ガスとしてリサイクルすることができるため、原料ガスを有効利用して、燃料ロスを低減することができる。なお、凝結水から可燃性ガスを気液分離することで、凝結水中に含まれる可燃性ガスを除去することができるため、凝結水が浄化されずに排出されることも防ぐことができる。
しかも、本実施形態によれば、気液分離室６１とブロワ２２とを接続する循環流路６７を設けるのみの簡単な構成により、上述した効果を奏することができるので、装置の大型化を防ぐこともできる。
【００４３】
また、反応器４１，４２，１１で生成された凝結水は、排出管５１〜５３からそれぞれ排出された後、ドレンライン５７を通って集合タンク１４に貯留されることになる。これにより、反応器４１，４２，１１から排出される凝結水を集合タンク１４内に一時的に貯留しておくことができるので、凝結水が排出管５１〜５３内から反応器４１，４２，１１内に溢れ出たり、系外に漏れ出たりすることを防止することができる。したがって、反応器４１，４２，１１の機能低下を防止して、反応器４１，４２，１１を安定して稼動させることができる。また、複数の排出管５１〜５３に排出された凝結水を集合タンク１４に集合させることで、各反応器４１，４２，１１から排出された凝結水を効率的に回収することができるので、原料ガスのリサイクルを効率的に行うことができる。
【００４４】
しかも、本実施形態では、制御部２５の故障判定手段において、改質部４１が正常使用温度域にないと判定された場合に、ドレントラップ５６が故障し、例えば可燃性ガスがドレンライン５７内に流入していることを想定することができる。これにより、ドレントラップ５６の故障を速やかに判定することができるため、可燃性ガスを有効利用して燃料ロスを低減することができる。
また、改質部４１の異常昇温を検出した際、改質部４１を通過した改質ガスを燃焼器２４に供給することで、改質ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼器２４で燃焼させることができる。すなわち、燃料電池システム１０内を流通する可燃性ガスを速やかに消費して系外に排出することができるので、その後のメンテナンス等の作業に直ぐに移行することができる。これにより、メンテナンス等の作業効率を向上させることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の燃料電池システム１００では、図３に示すように、気液分離室６１で気液分離された可燃性ガスを燃焼器２４に供給する点で上述した第１実施形態と相違している。具体的に、燃料電池システム１００のアノードガス供給手段１３０は、改質ガスとなる原料ガスを供給する原料供給部２１と、改質部４１を加熱するための燃焼器２４に燃焼用の空気（以下、燃焼空気という）を供給するための燃焼空気供給手段１０５とを備えている。
【００４６】
燃焼空気供給手段１０５は、大気から取り込まれる燃焼用の空気が燃焼空気供給流路１０２を介してブロワ１０３に導入されてなり、ブロワ１０３の下流側には燃焼器供給路１０４を介して燃焼器２４が接続されている。
【００４７】
また、集合タンク１４における気液分離室６１の上壁６１ａには、燃焼空気供給流路１０２と気液分離室６１とを接続する循環流路１６７が接続されており、この循環流路１６７を介して気液分離室６１にブロワ１０３の吸引力が作用するようになっている。そして、ブロワ１０３によって気液分離室６１内が吸引されることで、気液分離室６１内が負圧空間になり、凝結水に含まれるＨＣ等の可燃性ガスが分離するようになっている。気液分離室６１で分離された可燃性ガスは、燃焼空気供給流路１０２に戻された後、燃焼空気に混合されてブロワ１０３によって燃焼器２４に供給されるようになっている。
【００４８】
なお、本実施形態では、燃焼器２４に燃焼器２４の触媒温度を測定するための温度センサ４３が接続されている。
また、制御部２５は、温度センサ４３で測定された燃焼器２４の触媒温度に基づいて、ドレントラップ５６が故障しているか否かを判定するための故障判定手段とを有している。この場合故障判定手段には、燃料電池システム１０の正常作動時（ドレントラップ５６が故障していない状態）における、燃焼器２４の使用温度域が記憶されている。
【００４９】
図４は、第２実施形態におけるドレントラップ５６の故障判定方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、ステップＳ１１において、上述したように燃料電池システム１０を通常通り作動させた後、ステップＳ１２において、改質部４１の触媒温度を温度センサ４３により測定する。
【００５０】
次に、ステップＳ１３において、ドレントラップ５６の故障判定を行う。具体的に、ステップＳ１３における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（燃焼器２４の触媒温度が正常使用温度域にある場合）、ドレントラップ５６に故障がなく正常に作動していると判定して、ステップＳ１１に戻る。そして、燃料電池システム１０を通常通り作動させ続ける。
一方、ステップＳ１３における判定結果が「ＮＯ」の場合（燃焼器２４の触媒温度が正常使用温度域にない場合）、ドレントラップ５６が故障していると判定してステップＳ１４に進む。
【００５１】
ステップＳ１４において、原料供給部２１の燃料ガス供給流路３３を閉塞し、燃料ガスの供給を停止するとともに、ブロワ１０３の出力を増加させ燃焼空気の供給流量を増加する。これにより、燃焼空気が多量に燃焼器２４に供給されることで燃焼器２４が冷却される。さらに、改質ガス流路３６を閉塞する一方、バイパス流路４０を開放することで、改質部４１を流通した改質ガスを燃焼器２４に供給し、改質ガスを燃焼させる。これにより、循環流路１６７から燃焼器供給路１０４を通って燃焼器２４に供給される可燃性ガスと、改質ガス中に含まれる可燃性ガスとが燃焼器２４で燃焼されることで、可燃性ガスが消費される。よって、反応器４１，４２，１１内を流通する改質ガス中の可燃性ガスの濃度が除々に低下していくことで、これに伴って燃焼器２４の温度が低下していく。
【００５２】
次に、ステップＳ１５において、燃焼器２４の触媒温度が、正常使用温度域にあるか否かを判定する。
そして、ステップＳ１５における判定結果が「ＮＯ」の場合（燃焼器２４の触媒温度が正常使用温度域にない場合）、各反応器４１，４２，１１内に未だ改質ガス中に可燃性ガスが含まれていると判定し、上述したステップＳ１４のフローを継続する。
一方、ステップＳ１５における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（触媒温度が正常使用温度域にある場合）、各反応器４１，４２，１１内に改質ガス中の可燃性ガスが十分に消費され、可燃性ガスが浄化されたと判断してステップＳ１６に進む。
【００５３】
そして、ステップＳ１６において、燃料電池システム１０を停止する。その後、ドレントラップ５６のメンテナンス、交換作業を行う。
【００５４】
この構成によれば、凝結水から気液分離された可燃性ガスを燃焼器２４での燃焼に利用することで、凝結水中に含まれる可燃性ガスを無駄なく利用することができるので、燃料ロスを低減することができる。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、各実施形態を組み合わせるような構成にしても構わない。すなわち、ブロワ２２，１０３の吸引口側にそれぞれ循環流路を接続するような構成を採用することも可能である。
例えば、上述した実施形態では、本発明の反応装置を燃料電池システム１０，１００に採用した場合について説明したが、これに限られることはない。
【符号の説明】
【００５６】
１４…タンク（集合タンク）  ２１…原料供給部  ２２…ブロワ（ポンプ）  ２４…燃焼器（反応器）  ２５…制御部  ４１…改質部（反応器）  ４３…温度センサ（センサ）  ５１〜５３…排出管  ６７…循環流路（接続部）  
【図１】
2011016064.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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