(57)【要約】【課題】緊急停止動作でセルスタックの発電性能等を低下させない燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料ガスブロワ６１及び第１遮断弁６２よりも下流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２から分岐し、再び合流する燃料ガスサブ供給ラインＬ６と、燃料ガス圧力調整部３２の上流側のサブ供給ラインＬ６に設けられた燃料ガス貯留部３１と、燃料ガスＧ１の流路を、圧力調整部３２を介さずに改質器１３に供給する第１ガス供給モード；又は、圧力調整部３２を介して改質器１３に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段４０と、制御手段９とを備える。制御手段９は、（ｉ）発電時には、ブロワ６１，５１を駆動し、かつ遮断弁６２，１５を開放し、かつ流路切替手段４０を第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、ブロワ６１，５１を停止し、かつ遮断弁６２，１５を閉鎖し、かつ流路切替手段４０を第２ガス供給モードに切り替える。【選択図】図１
2019036407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、
燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、
前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、
空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、
前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、
前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、
前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、
前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、
前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、
燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替える、
燃料電池システム。
【請求項２】
水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、
燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、
前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、
空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、
前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、
前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、
前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、
前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、
前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、
燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替える、
燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス圧力調整部は、減圧弁からなり、
前記減圧弁は、前記燃料ガス貯留部から前記改質器に燃料ガスが供給されると、前記減圧弁の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する、
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガス貯留部の容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記アノード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（１）の関係となるように設定される、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料電池システム。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （１）
【請求項５】
前記燃料ガスサブ供給ラインの前記分岐点よりも上流側であって前記燃料ガスブロワよりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた脱硫器を更に備え、
前記脱硫器は、脱硫剤充填層の空隙部に燃料ガスの保有機能を有することにより、前記燃料ガス貯留部による燃料ガスの貯留機能を補助する、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料ガス貯留部の容量と前記脱硫器の容量の合計容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記アノード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（２）の関係となるように設定される、
請求項５に記載の燃料電池システム。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池を用いており、新たな発電システムとして期待されている。現在、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）の他に、固体高分子形燃料電池など、様々な種類が提案されている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池は、複数の発電セルが積層されたセルスタック構造を有している。セルスタックは、平板構造と円筒構造とに大別されるが、いずれの場合もアノード（燃料極）、カソード（空気極）、および固体電解質からなるセラミックス製の発電セルが、セパレータ（インターコネクタともいう）を介して連結された構造を有している。セルスタックに組み込まれた各発電セルにおいては、アノード側に燃料ガス（水素含有燃料）を、カソード側に酸化ガス（空気）を供給し、固体電解質を介して水素と酸素とを反応させることにより発電が行われる。
【０００４】
平板型セルスタックの作製に当たっては、水素含有燃料と空気が交じり合わないように、各部材の気密シールが必要となる。具体的には、固体電解質膜とセパレータの気密シール、セパレータと絶縁用ガスケットの気密シール、あるいはセパレータどうしの気密シールなどが必要である。そこで、気密シールの必要な部材間をガラスシール材で融解接着することが行われている。
【０００５】
また、発電セルを構成するアノードは、一般にＮｉ（ニッケル）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合物が使用されているが、アノードのＮｉは、高温状態で酸素と接触するとＮｉＯに酸化されることが知られている。ＮｉからＮｉＯへの酸化反応は、アノードの体積膨張を伴うため、発電セルの破損が起こりやすい。
【０００６】
ＳＯＦＣは、７００〜８００℃の高温で発電動作するものであるが、発電中はアノードに水素含有ガスが流れているため、アノードのＮｉは還元性雰囲気に維持されている。一方で、発電停止時において、理論的には水素含有ガスを消費しないので、アノードの還元性雰囲気が維持されるはずであるが、実際には、カソードからのリーク（固体電解質を通じた拡散）や、降温に伴う排気側からの吸込み（負圧吸引）に起因して、空気（酸素）が侵入する。空気の侵入によりアノードの酸素分圧が上昇すると、ＮｉからＮｉＯへの酸化反応が進行する虞がある。そこで、アノードオフガスラインに逆止弁を設け、セルスタックの発電停止時に、排気側からの吸込みを防止することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３０７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、アノードオフガスラインに逆止弁を設けた構成においては、排気側からの吸込みは防止されるものの、セルスタックが常温になるまでスタック内部でアノード側流路の圧力降下が継続することになる。特に、業務用の燃料電池システムでは、セルスタックの発電セル数が多いため、アノード側流路のガス保有体積に起因して圧力降下の度合いも大きい。一方で、カソードオフガスラインには、逆止弁が設けられていないため、外部の空気が流入してカソード側流路の圧力は大気圧となる。これにより、アノード側流路とカソード側流路との間に生じた圧力差によりガラスシール材が損傷し、部材間の気密シールの不良によってセルスタックの発電性能や寿命が低下するおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、緊急停止動作によってセルスタックの発電性能や寿命を低下させることのない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】
【００１０】
本発明は、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替える、燃料電池システムに関する。
【００１１】
また、本発明は、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替える、
燃料電池システムに関する。
【００１２】
また、前記燃料ガス圧力調整部は、減圧弁からなり、前記減圧弁は、前記燃料ガス貯留部から前記改質器に燃料ガスが供給されると、前記減圧弁の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する、ことが好ましい。
【００１３】
また、前記燃料ガス貯留部の容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記アノード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（１）の関係となるように設定される、ことが好ましい。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （１）
【００１４】
また、前記燃料ガスサブ供給ラインの前記分岐点よりも上流側であって前記燃料ガスブロワよりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた脱硫器を更に備え、前記脱硫器は、脱硫剤充填層の空隙部に燃料ガスの保有機能を有することにより、前記燃料ガス貯留部による燃料ガスの貯留機能を補助する、ことが好ましい。
【００１５】
また、前記燃料ガス貯留部の容量と前記脱硫器の容量の合計容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記アノード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（２）の関係となるように設定される、ことが好ましい。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （２）
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、緊急停止動作によってセルスタックの発電性能や寿命を低下させることのない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】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池システム１の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態の燃料電池システム１Ａの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の燃料電池システム１について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池システム１の構成を示す概略図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１は、燃料電池１２と、改質器１３と、燃焼器１４と、空気ブロワ５１と、空気フィルタ５２と、空気流量調整部５３と、後述する燃料ガスの供給に関する各種機器と、給水ポンプ７と、第２遮断弁１５と、制御手段としての制御部９とを備える。燃料電池システム１は、燃料ガスの供給に関する各種機器として、燃料ガスブロワ６１と、第１遮断弁６２と、脱硫器６３と、燃料ガスフィルタ６４と、燃料ガス流量調整部２１と、燃料ガス貯留部３１と、燃料ガス圧力調整部としての減圧弁３２（圧力レギュレータ）と、流路切替手段としての三方電磁弁４０と、を備える。発電モジュール１０は、燃料電池１２と、改質器１３と、燃焼器１４と、第２遮断弁１５と、これらを包囲する断熱材１１と、を備える。
【００２０】
また、燃料電池システム１は、ラインとして、空気供給ラインＬ１と、燃料ガスメイン供給ラインＬ２と、改質ガス供給ラインＬ３と、アノードオフガスラインＬ４と、水供給ラインＬ５と、燃料ガスサブ供給ラインＬ６と、カソードオフガスラインＬ７と、燃焼排気ガスラインＬ８とを備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００２１】
燃料電池１２としては、高温型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。燃料電池１２は、複数の発電セルが積層されたセルスタック構造を有している。本実施形態のセルスタックは、アノード（燃料極）、カソード（空気極）、および固体電解質からなるセラミックス製のプレートタイプの発電セルが、セパレータ（インターコネクタともいう）を介して連結された平板構造を有している。セルスタックに組み込まれた各発電セルにおいては、アノード側に燃料ガス（水素含有燃料）を、カソード側に酸化ガス（空気）を供給し、固体電解質を介して水素と酸素とを反応させることにより発電が行われる。
【００２２】
プレートタイプの発電セルは、燃料極（アノード）と、固体酸化物膜と、空気極（カソード）とを含み、水素含有燃料と空気が交じり合わないように、各所をガラスシール材で封着して気密シールしている。気密シールとしては、固体電解質膜とセパレータの気密シール、セパレータと絶縁用ガスケットの気密シール、あるいはセパレータどうしの気密シールなどが必要である。
【００２３】
燃料極（アノード）は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合物などから形成されている。前述の通り、アノードのＮｉは、高温状態で酸素と接触するとＮｉＯに酸化されることが知られている。ＮｉからＮｉＯへの酸化反応は、アノードの体積膨張を伴うため、発電セルの破損が起こりやすい。
【００２４】
燃料電池１２は、改質器１３から改質ガス供給ラインＬ３を介して燃料極（アノード）に供給される改質ガスＧ２中の水素と、空気供給ラインＬ１から空気極（カソード）に供給される空気Ａ１中の酸素とを反応させることにより、発電を行なうことができる。燃料電池１２による発電時の温度である運転温度は、７００℃〜８００℃程度の高温である。燃料電池１２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）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
【００２５】
燃料電池１２は、燃焼器１４へ、アノードオフガスラインＬ４を介してアノードオフガスＧ３１を排気すると共に、カソードオフガスラインＬ７を介してカソードオフガスＧ３２を排気する。
【００２６】
改質器１３は、都市ガスなどメタンを主成分とする燃料ガスＧ１と水Ｗとから、主に水素を含む改質ガスＧ２を生成する。詳細には、改質器１３の内部には、触媒が収容されている。改質器１３は、触媒上において、水供給ラインＬ５を通して供給される水Ｗ（水蒸気）と、燃料ガスメイン供給ラインＬ２を介して供給される燃料ガスＧ１とを反応させる。この反応を水蒸気改質反応といい、改質器１３において、改質ガスＧ２（水素含有ガス）が生成される。
【００２７】
この際、燃料ガスＧ１を８００℃程度にまで加熱する必要がある。この加熱は、改質器１３に設けた熱交換器（図示せず）においてアノードオフガスＧ３１及びカソードオフガスＧ３２から得た熱、並びにセルスタックからの輻射熱により行われる。改質器１３によって生成された改質ガスＧ２は、改質ガス供給ラインＬ３を介して燃料電池１２のアノード側流路へ供給される。
【００２８】
つまり、改質ガス供給ラインＬ３は、上流側において改質器１３に接続されており、下流側において燃料電池１２のアノード側流路に接続されている。改質ガス供給ラインＬ３には、改質器１３で生成された改質ガスＧ２が流通する。また、改質ガス供給ラインＬ３は、燃料電池システム１の緊急停止時に燃料ガス貯留部３１から供給される燃料ガスＧ１が流通するラインとなる。
【００２９】
次に各供給ラインに設けられた各種機器について説明する。
空気供給ラインＬ１には、上流側から順に、空気フィルタ５２と、空気ブロワ５１と、空気流量調整部５３とが設けられている。空気供給ラインＬ１の下流側は、燃料電池１２のカソード側流路に接続されている。空気フィルタ５２は、空気ブロワ５１に導入される空気Ａ１を除塵する。空気ブロワ５１は、空気フィルタ５２により除塵された空気Ａを吸引し、加圧して送出する。空気ブロワ５１は、制御部９による制御に基づいて、発電時には駆動され、緊急停止時には停止される。空気流量調整部５３は、例えばニードル弁から構成され、空気ブロワ５１から送出された空気Ａ１の流量を調整する。
【００３０】
すなわち、燃料電池システム１の周辺から取り込まれる空気Ａ１は、空気供給ラインＬ１を流通する過程で、空気フィルタ５２により除塵され、空気ブロワ５１から送出され、空気流量調整部５３により流量が調整され、燃料電池１２のカソード側流路に供給される。なお、空気フィルタ５２と空気ブロワ５１との流通方向の位置関係は、逆でもよい。
【００３１】
水供給ラインＬ５は、上流側において水Ｗの貯留タンク（図示せず）に接続されており、下流側において改質器１３に接続されている。貯留タンクは、燃焼排気ガスＧ３３を露点温度以下に冷却して生成させた凝縮水を貯留する。水供給ラインＬ５には、給水ポンプ７が設けられている。給水ポンプ７は、貯留タンク内の水Ｗを吸引して送出する。すなわち、貯留タンク内の水Ｗは、給水ポンプ７により送出され、改質器１３に供給される。給水ポンプ７は、制御部９による制御に基づいて、発電時には駆動され、緊急停止時には停止される。
【００３２】
燃料ガスメイン供給ラインＬ２には、上流側から順に、第１遮断弁６２と、燃料ガスブロワ６１と、脱硫器６３と、燃料ガスフィルタ６４と、燃料ガス流量調整部２１と、流路切替手段としての三方電磁弁４０とが設けられている。燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側は、改質器１３に接続されている。
【００３３】
第１遮断弁６２は、都市ガス配管など燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）から供給されて燃料ガスメイン供給ラインＬ２を流通する燃料ガスＧ１の流通を遮断できる弁である。第１遮断弁６２は、例えば二方電磁弁からなる。第１遮断弁６２は、制御部９による制御に基づいて、発電時には開放され、緊急停止時には閉鎖される。
【００３４】
燃料ガスブロワ６１は、第１遮断弁６２を通過した燃料ガスＧ１を吸引し、加圧して送出する。燃料ガスブロワ６１は、制御部９による制御に基づいて、発電時には駆動され、緊急停止時には停止される。なお、第１遮断弁６２と燃料ガスブロワ６１との流通方向の位置関係は、逆でもよい。
【００３５】
脱硫器６３は、燃料ガスブロワ６１から送出された燃料ガスＧ１に含まれる硫黄化合物を、ゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する（脱硫する）。燃料ガスフィルタ６４は、脱硫器６３により脱硫された燃料ガスＧ１を除塵する。また、脱硫器６３は、燃料ガスＧ１を貯留するガスバッファタンクとして機能させてもよい。つまり、脱硫器６３は、脱硫剤充填層の空隙部に燃料ガスＧ１の保有機能を有することにより、燃料ガス貯留部３１による燃料ガスＧ１の貯留機能を補助する。脱硫器６３は、燃料ガスサブ供給ラインＬ６の分岐点Ｊ１よりも上流側であって燃料ガスブロワ６１よりも下流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられる。
【００３６】
なお、燃料ガスメイン供給ラインＬ２を形成する管体の一部を大径の管体とし、この大径の管体を、燃料ガスＧ１を貯留するガスバッファタンクとして機能させてもよい。
【００３７】
燃料ガス流量調整部２１は、脱硫器６３により脱硫され、燃料ガスフィルタ６４により除塵された燃料ガスＧ１の流量を調整する。燃料ガス流量調整部２１は、例えば、ニードル弁から構成される。燃料ガス流量調整部２１において、燃料ガスＧ１の流量を調整することにより、適正な流量の燃料ガスＧ１を、三方電磁弁４０を介して改質器１３に供給することができる。
【００３８】
三方電磁弁４０は、第１弁部４１と第２弁部４２と第３弁部４３とを有し、三方電磁弁４０の第３弁部４３よりも下流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２に連通する流路を、三方電磁弁４０の第１弁部４１よりも上流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２、又は、三方電磁弁４０の第２弁部４２よりも上流側の燃料ガスサブ供給ラインＬ６に選択的に切り替える流路切替手段として機能する。
【００３９】
すなわち、燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）から供給された燃料ガスＧ１は、燃料ガスメイン供給ラインＬ２を流通し、第１遮断弁６２を通過し、燃料ガスブロワ６１から送出され、脱硫器６３により脱硫され、燃料ガスフィルタ６４により除塵され、燃料ガス流量調整部２１により流量を調整され、三方電磁弁４０の第１弁部４１及び第３弁部４３を通過して、改質器１３に供給される。そして、改質器１３により得られた水素を含む改質ガスＧ２は、改質ガス供給ラインＬ３を通じて、燃料電池１２のアノード側流路に供給される。
【００４０】
燃料ガスサブ供給ラインＬ６は、燃料ガスメイン供給ラインＬ２から分岐点Ｊ１で分岐すると共に、燃料ガスメイン供給ラインＬ２と並列するラインである。分岐点Ｊ１は、燃料ガスメイン供給ラインＬ２を流通する燃料ガスＧ１を、燃料ガスサブ供給ラインＬ６に分岐させる部位である。分岐点Ｊ１は、燃料ガスフィルタ６４と燃料ガス流量調整部２１との間に配置される。燃料ガスサブ供給ラインＬ６の一端部は、分岐点Ｊ１に接続される。燃料ガスサブ供給ラインＬ６の他端部は、三方電磁弁４０の第２弁部４２に接続される。
【００４１】
また、燃料ガスサブ供給ラインＬ６には、上流側から順に、燃料ガス貯留部３１と、燃料ガス圧力調整部としての減圧弁３２と、が設けられる。
【００４２】
燃料ガス貯留部３１は、燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）から燃料ガスメイン供給ラインＬ２、分岐点Ｊ１及び燃料ガスサブ供給ラインＬ６を通じて供給される燃料ガスＧ１を貯留するガスバッファタンクとして機能する。具体的には、燃料ガス貯留部３１には、燃料ガスメイン供給ラインＬ２から分岐点Ｊ１を介して燃料ガスサブ供給ラインＬ６を通じて供給される燃料ガスＧ１が、貯留される。
【００４３】
減圧弁３２は、減圧式の調圧弁（ガバナ）であり、燃料ガス貯留部３１よりも下流側の燃料ガスサブ供給ラインＬ６を流通する燃料ガスＧ１の圧力を調整する燃料ガス圧力調整部として機能する。詳述すると、減圧弁３２は、緊急停止時に後述の第２ガス供給モードにおいて燃料ガス貯留部３１から改質器１３に燃料ガスＧ１が供給されると、減圧弁３２の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する。弁開度の自力調整によって、流量の自動調整が行われる。燃料電池１２の降温により、燃料電池１２の内部のアノード側流路の圧力の降下が起こるが、圧力の降下の起こる二次側圧力を設定圧力に保つように燃料ガスの流入量が自動的に調整される。燃料電池１２の内部が常温まで降温するとアノード側流路の圧力の降下が止まるので、調圧弁は自動的に作動しなくなり、調圧弁の一次側圧力と二次側圧力は平衡する。
【００４４】
三方電磁弁４０は、燃料ガスＧ１の流路を、減圧弁３２を介さずに改質器１３に供給する第１ガス供給モード、又は、減圧弁３２を介して改質器１３に供給する第２ガス供給モードに切り替える。三方電磁弁４０は、制御部９による制御に基づいて、流通方向の切替が制御される。本実施形態では、第１ガス供給モードは発電時のモードであり、第２ガス供給モードは緊急停止時のモードである。
【００４５】
別の見方をすると、三方電磁弁４０は、第１ガス供給モードにおいて、燃料ガスメイン供給ラインＬ２の上流側と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通し且つ燃料ガスサブ供給ラインＬ６と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通しないように、流路を切り替える。具体的には、三方電磁弁４０の第２弁部４２は閉鎖され、また、第１弁部４１及び第３弁部４３は開放される。
【００４６】
また、三方電磁弁４０は、第２ガス供給モードにおいて、燃料ガスサブ供給ラインＬ６と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通し且つ燃料ガスメイン供給ラインＬ２の上流側と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通しないように、流路を切り替える。具体的には、三方電磁弁４０の第１弁部４１は閉鎖され、また、第２弁部４２及び第３弁部４３は開放される。
【００４７】
アノードオフガスラインＬ４は、上流側において燃料電池１２のアノード側流路に接続されており、下流側において燃焼器１４に接続されている。アノードオフガスラインＬ４には、燃料電池１２のアノード側流路から排気されるアノードオフガスＧ３１が流通する。アノードオフガスラインＬ４には、第２遮断弁１５が設けられている。第２遮断弁１５は、アノードオフガスラインＬ４における流通を遮断できる弁である。第２遮断弁１５は、例えば二方電磁弁からなる。第２遮断弁１５は、制御部９による制御に基づいて、発電時には開放され、緊急停止時には閉鎖される。
【００４８】
カソードオフガスラインＬ７は、上流側において燃料電池１２のカソード側流路に接続されており、下流側において、燃焼器１４に接続されている。カソードオフガスラインＬ７には、燃料電池１２のカソード側流路から排気されるカソードオフガスＧ３２が流通する。なお、カソードオフガスラインＬ７には、遮断弁は設けられていない。
【００４９】
燃焼器１４は、燃料電池１２のアノード側流路から排気され、アノードオフガスラインＬ４を流通したアノードオフガスＧ３１と、燃料電池１２のカソード側流路から排気され、カソードオフガスラインＬ７を流通したカソードオフガスＧ３２と、を燃焼処理する。燃焼器１４は、制御部９による燃料ガスＧ１および空気Ａ１の供給制御状態に応じて、発電時にはオフガス燃焼を行い、緊急停止時にはオフガス燃焼を行わない。燃焼器１４により燃焼されたアノードオフガスＧ３１及びカソードオフガスＧ３２は、燃焼器１４の下流側に接続された燃焼排気ガスラインＬ８を通じて、燃焼排気ガスＧ３３として排出される。アノードオフガスＧ３１は、可燃性の水素ガスを含むため、燃焼器１４により水素ガスが除去された不活性なガスの状態で、外部に排気される。
【００５０】
第１ガス供給モード（発電時）においては、燃料ガスメイン供給ラインＬ２から分岐点Ｊ１を介して燃料ガスサブ供給ラインＬ６に導入される燃料ガスＧ１は、加圧状態で燃料ガス貯留部３１に貯留される。一方、燃料ガス貯留部３１及び減圧弁３２よりも下流側の燃料ガスＧ１は、三方電磁弁４０を通過できないため、改質器１３には供給されない。
【００５１】
一方、第２ガス供給モード（緊急停止時）においては、燃料ガス貯留部３１に貯留された燃料ガスＧ１は、三方電磁弁４０を通過できるため、燃料ガスサブ供給ラインＬ６を通じて、減圧弁３２により減圧されて、三方電磁弁４０を介して、改質器１３に供給される。更に、燃料ガスＧ１は、改質器１３を通過し、改質ガス供給ラインＬ３を介して、燃料電池１２のアノード側流路に供給される。なお、第２ガス供給モードでは、改質器１３への水Ｗ１の供給が停止されるので、改質器１３での水蒸気改質反応は起こらない。そのため、燃料ガス貯留部３１からの燃料ガスＧ１は、改質ガスＧ２に転化されることなく、燃料電池１２のアノード側流路に供給される。
【００５２】
制御部９は、燃料電池システム１の全体を制御する。例えば、制御部９は、燃料電池システム１が備える補機群を制御することにより発電を行う。補機群とは、発電操作、電力供給などに必要な機器の総称である。また、制御部９は、緊急停止時に補機群を制御することにより、緊急停止に係る制御を行う。
【００５３】
制御部９は、例えば、燃料ガスブロワ６１、空気ブロワ５１、給水ポンプ７、第１遮断弁６２、第２遮断弁１５及び三方電磁弁４０に電気的に接続されている。なお、接続線の図示は省略している。制御部９から送信される駆動信号により、燃料ガスブロワ６１、空気ブロワ５１及び給水ポンプ７の駆動／停止が制御される。制御部９から送信される開閉信号により、第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５の開閉が制御される。制御部９から送信される切替信号により、三方電磁弁４０の流通方向の切替が制御される。
【００５４】
制御部９は、（ｉ）発電時には、燃料ガスブロワ６１、空気ブロワ５１及び給水ポンプ７を駆動し、かつ第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５を開放し、かつ三方電磁弁４０を第１ガス供給モードに切り替える。燃料ガスＧ１及び空気Ａ１の供給により、燃料電池１２ではアノードオフガスＧ３１とカソードオフガスＧ３２が生成するので、燃焼器１４でオフガス燃焼が進行する。また、制御部９は、（ｉｉ）緊急停止時には、燃料ガスブロワ６１、空気ブロワ５１及び給水ポンプ７を停止し、かつ第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５を閉鎖し、かつ三方電磁弁４０を第２ガス供給モードに切り替える。燃料ガスＧ１及び空気Ａ１の供給停止により、燃料電池１２ではアノードオフガスＧ３１とカソードオフガスＧ３２が生成しないので、燃焼器１４でオフガス燃焼が停止する。
【００５５】
詳述すると、発電時には、制御部９は、燃料ガスメイン供給ラインＬ２の上流側と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通し且つ燃料ガスサブ供給ラインＬ６と燃料ガスメイン供給ラインＬ２とが連通しないように、三方電磁弁４０の流路の切替の制御を行う。具体的には、三方電磁弁４０の第２弁部４２は閉じられ、また、第１弁部４１及び第３弁部４３は開放される。そのため、前述の改質ガスＧ２及び空気Ａ１の燃料電池１２への供給と、アノードオフガスＧ３１及びカソードオフガスＧ３２の排気が行われる。そのため、適切に発電が行われる。
【００５６】
〔緊急停止時の動作〕
緊急停止時の動作について詳述する。例えば、燃料電池システム１に地絡などの不具合が発生した場合や、地震などの災害が発生した場合には、緊急停止動作が行われる。
緊急停止時においては、制御部９は、空気ブロワ５１の駆動を停止するように制御する。これにより、燃料電池１２への空気Ａ１の供給と、燃焼器１４へのカソードオフガスＧ３２の供給とが停止され、燃料電池１２での発電と燃焼器１４での燃焼が停止される。燃焼の停止により発電モジュール１０の降温が始まる。
また、制御部９は、燃料ガスブロワ６１を停止すると共に第１遮断弁６２を閉鎖するように制御する。これにより、改質器１３による改質ガスＧ２の生成が停止され、延いては、燃料電池１２への改質ガスＧ２の供給が停止され、燃料電池１２での発電が停止される。
また、制御部９は、給水ポンプ７を停止するように制御する。この点からも、改質器１３による改質ガスＧ２の生成が停止され、延いては、燃料電池１２への改質ガスＧ２の供給が停止され、燃料電池１２での発電が停止される。
【００５７】
また、制御部９は、第２遮断弁１５を閉鎖するように制御する。これにより、アノードオフガスラインＬ４の流通が遮断され、燃焼器１４への改質ガスＧ２又は燃料ガスＧ１の供給が停止される。この点からも、燃焼器１４での燃焼が停止される。燃焼の停止により発電モジュール１０の降温が始まる。
なお、第２遮断弁１５は、燃料電池１２の降温に伴うアノードオフガスラインＬ４からの空気の逆流の防止や、燃料ガス貯留部３１からの燃料ガスＧ１の供給時における、燃焼排気ガスラインＬ８から外部へのガス漏れの防止の役割も有する。
【００５８】
また、制御部９は、三方電磁弁４０による流路の切替を、燃料ガスサブ供給ラインＬ６と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通し且つ燃料ガスメイン供給ラインＬ２の上流側と燃料ガスメイン供給ラインＬ２の下流側とが連通しないように、制御する。具体的には、三方電磁弁４０の第１弁部４１は閉じられ、また、第２弁部４２及び第３弁部４３は開放される。
【００５９】
さて、発電モジュール１０の降温に伴って、燃料電池１２のアノード側流路内に残留する改質ガスＧ２が体積縮小する。これにより、燃料電池１２のアノード側流路の圧力が低下する。アノードオフガスラインＬ４は、第２遮断弁１５により閉鎖されているため、アノード側流路の圧力が低下しても、外部からの空気逆流は起こらない。一方、燃料ガス貯留部３１に貯留された燃料ガスＧ１は、燃料ガスサブ供給ラインＬ６、減圧弁３２、三方電磁弁４０、燃料ガスメイン供給ラインＬ２、改質器１３及び改質ガス供給ラインＬ３を介して、燃料電池１２のアノード側流路に供給される。すなわち、燃料電池システム１が緊急停止となり燃料電池１２のアノード側流路の圧力が低下した場合には、燃料ガス貯留部３１に貯留された燃料ガスＧ１は、減圧弁３２により圧力が調整されながら、改質器１３に供給される。更に、改質器１３から排出された燃料ガスＧ１は、改質ガス供給ラインＬ３を介して燃料電池１２のアノード側流路に供給される。
【００６０】
このように、燃料電池１２のアノード側流路の圧力が低下した場合に、燃料ガス貯留部３１から燃料ガスＧ１が供給されるため、燃料電池１２のアノード側流路の圧力とカソード側流路の圧力（大気圧）との圧力差を少なくすることができる。なお、アノード側流路に供給される燃料ガスＧ１は、還元性のガスであるため、アノードのＮｉの酸化防止に貢献する。
【００６１】
燃料ガス貯留部３１の大きさ（寸法）や形状は、緊急停止動作の開始から発電モジュール１０が常温になるまでの期間に、アノード側流路に供給される燃料ガスＧ１を貯留するだけのガス容量となるように、種々設定することができる。
しかし、燃料ガス貯留部３１の容量Ｑ１は、緊急停止状態で燃料電池１２が常温まで降温したときのアノード側流路の圧力をＰａ、アノード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（１）の関係となるように設定されることが好ましい。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （１）
【００６２】
また、脱硫器６３をガスバッファタンクとして機能させる場合には、燃料ガス貯留部３１の容量Ｑ１と脱硫器６３の容量Ｑ２の合計容量（Ｑ１＋Ｑ２）は、緊急停止状態で燃料電池１２が常温まで降温したときのアノード側流路の圧力をＰａ、アノード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（２）の関係となるように設定されることが好ましい。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （２）
【００６３】
前述の容量Ｑ１、又は合計容量（Ｑ１＋Ｑ２）の設定時に圧力差（Ｐａ−Ｐｃ）を考慮する意義は、次の通りである。
燃料電池１２の内部にて、アノード側流路の圧力Ｐａ≦カソード側流路の圧力Ｐｃとなっていると、カソード側から固体電解質膜を通じてアノード側に酸素の拡散が起こる。アノードに酸素が拡散し、電極材料のＮｉが高温酸化されると体積膨張を起こし、発電セルが破損するおそれがある。発電運転中では、燃料ガスブロワ６１によって脱硫器６３および燃料ガス貯留部３１の内部に燃料ガスＧ１が蓄積され、ガス圧力が高められている。緊急停止後には、固体電解質を介した圧力差（Ｐａ−Ｐｃ）がアノード側流路の圧力Ｐａ＞カソード側流路の圧力Ｐｃ（＝大気圧）に保たれるように、調圧弁（減圧弁３２）の設定圧力を決定する。
また、燃料電池１２が常温まで降温して調圧弁が作動しなくなったときには、アノード側流路の圧力Ｐａが過剰に高い状態になってしまうと、固体電解質の変形や割れを起こすおそれがある。そこで、常温時には、アノード側流路の圧力Ｐａ−大気圧（カソード側流路の圧力Ｐｃ）≦２０ｋＰａとなるように、前述の容量Ｑ１、又は合計容量（Ｑ１＋Ｑ２）を決定する。
【００６４】
本発明の第１実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば、以下の効果が奏される。
第１実施形態の燃料電池システム１は、燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられた燃料ガスブロワ６１と、燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられた第１遮断弁６２と、空気供給ラインに設けられた空気ブロワ５１と、アノードオフガスラインＬ４に設けられた第２遮断弁１５と、燃料ガスブロワ６１及び第１遮断弁６２よりも下流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２から分岐し、当該分岐点Ｊ１よりも下流側で再び燃料ガスメイン供給ラインＬ２に合流する燃料ガスサブ供給ラインＬ６と、燃料ガスサブ供給ラインＬ６に設けられた燃料ガス圧力調整部３２と、減圧弁３２の上流側の燃料ガスサブ供給ラインＬ６に設けられた燃料ガス貯留部３１と、燃料ガスＧ１の流路を、減圧弁３２を介さずに改質器１３に供給する第１ガス供給モード；又は、減圧弁３２を介して改質器１３に供給する第２ガス供給モードに切り替える三方電磁弁４０と、制御部９と、を備える。制御部９は、（ｉ）発電時には、燃料ガスブロワ６１及び空気ブロワ５１を駆動し、かつ第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５を開放し、かつ三方電磁弁４０を第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、燃料ガスブロワ６１及び空気ブロワ５１を停止し、かつ第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５を閉鎖し、かつ三方電磁弁４０を第２ガス供給モードに切り替える。
【００６５】
そのため、燃料電池システム１の緊急停止後に、燃料電池１２のアノード側流路の圧力低下に応じて燃料ガス貯留部３１から燃料ガスＧ１を供給することができる。これにより、アノード側流路とカソード側流路との間に生じた圧力差を解消することができ、セルスタックに使用されているガラスシール材の損傷が回避される。その結果、気密シールの不良によってセルスタックの発電性能や寿命が低下することを防止できる。
【００６６】
また、第１実施形態の燃料電池システム１においては、燃料ガス圧力調整部３２は、減圧弁からなり、減圧弁３２は、燃料ガス貯留部３１から改質器１３に燃料ガスＧ１が供給されると、減圧弁３２の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する。そのため、前述の通り、燃料電池１２の降温により、燃料電池１２のアノード側流路で圧力の降下が起こるが、その圧力を設定圧力に保つように燃料ガスの流入量が自動的に調整される。これにより、アノード側流路とカソード側流路との間に生じた圧力差を速やかに解消することができる。
【００６７】
また、第１実施形態の燃料電池システム１は、燃料ガスサブ供給ラインＬ６の分岐点Ｊ１よりも上流側であって燃料ガスブロワ６１よりも下流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられた脱硫器６３を更に備え、脱硫器６３は、脱硫剤充填層の空隙部に燃料ガスＧ１の保有機能を有することにより、燃料ガス貯留部３１による燃料ガスＧ１の貯留機能を補助する。これにより、脱硫器６３の容量Ｑ２を有効に活用することができる。
【００６８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の燃料電池システム１Ａについて、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態の燃料電池システム１Ａの構成を示す概略図である。第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。そのため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に適用又は援用される。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が奏される。
【００６９】
第１実施形態の燃料電池システム１においては、燃料ガス貯留部３１は、燃料ガス圧力調整部（減圧弁３２）の上流側の燃料ガスサブ供給ラインＬ６に設けられている。これに対して、第２実施形態の燃料電池システム１Ａにおいては、燃料ガス貯留部３１Ａは、燃料ガス圧力調整部（減圧弁３２）の上流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられている。この点が主として異なる。
【００７０】
具体的には、図２に示すように、第２実施形態においては、燃料ガス貯留部３１Ａは、燃料ガスブロワ６１よりも下流側であって、脱硫器６３よりも上流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられている。
なお、燃料ガス貯留部３１Ａに代えて又は燃料ガス貯留部３１Ａに加えて、燃料ガス貯留部３１Ｂ（２点鎖線で示す）は、脱硫器６３よりも下流側であって、分岐点Ｊ１よりも上流側の燃料ガスメイン供給ラインＬ２に設けられていてもよい。
【００７１】
燃料ガス貯留部３１Ａ又は燃料ガス貯留部３１Ｂにおいては、第１ガス供給モード（発電時）においては、燃料ガスメイン供給ラインＬ２を流通する燃料ガスＧ１は、加圧状態で燃料ガス貯留部３１Ａ及び／又は３１Ｂに貯留される。一方、燃料ガスサブ供給ラインＬ６に位置する燃料ガスＧ１は、三方電磁弁４０を通過できないため、改質器１３には供給されない。
【００７２】
一方、第２ガス供給モード（緊急停止時）においては、燃料ガス貯留部３１Ａ及び／又は３１Ｂに貯留された燃料ガスＧ１は、燃料ガスサブ供給ラインＬ６を経由して三方電磁弁４０を通過できるため、減圧弁３２により圧力が調整されながら、三方電磁弁４０を介して、改質器１３に供給される。更に、燃料ガスＧ１は、改質ガス供給ラインＬ３を介して、燃料電池１２のアノード側流路に供給される。
このように、発電時及び緊急停止時において、第２実施形態における燃料ガス貯留部３１Ａ及び／又は３１Ｂは、第１実施形態における燃料ガス貯留部３１と同様に、燃料ガスＧ１を貯留するガスバッファタンクとして機能する。
【００７３】
〔変形例〕
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、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り、種々の形態で実施することができる。
【００７４】
本実施形態では、流路を切り替える切り替え手段として、三方電磁弁を用いているが、選択した所要のルートに切り替えるものであれば、三方電磁弁に限定されない。例えば、燃料ガスメイン供給ラインＬ２と燃料ガスサブ供給ラインＬ６とにそれぞれ二方電磁弁を設け、これら二方電磁弁を交互に開閉させることで流路を切り替える構成（第１ガス供給モード又は第２ガス供給モードを切り替える構成）としてもよい。
【００７５】
制御手段（制御部９）は、少なくとも、（ｉ）発電時には、燃料ガスブロワ６１及び空気ブロワ５１を駆動し、かつ第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５を開放し、かつ流路切替手段（三方電磁弁４０）を第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、燃料ガスブロワ６１及び空気ブロワ５１を停止し、かつ第１遮断弁６２及び第２遮断弁１５を閉鎖し、かつ流路切替手段（三方電磁弁４０）を第２ガス供給モードに切り替える制御を行えばよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  燃料電池システム
９  制御部（制御手段）
１２  燃料電池
１３  改質器
１５  第２遮断弁
３１  燃料ガス貯留部
３２  減圧弁（燃料ガス圧力調整部）
４０  三方電磁弁（流路切替手段）
５１  空気ブロワ
６１  燃料ガスブロワ
６２  第１遮断弁
６３  脱硫器
Ａ１  空気
Ｇ１  燃料ガス
Ｇ２  改質ガス
Ｇ３１  アノードオフガス
Ｊ１  分岐点
Ｌ１  空気供給ライン
Ｌ２  燃料ガスメイン供給ライン
Ｌ３  改質ガス供給ライン
Ｌ４  アノードオフガスライン
Ｌ６  燃料ガスサブ供給ライン
Ｗ  水
【図１】
2019036407.tif 000003
【図２】
2019036407.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月4日(2018.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、
燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、
前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、
空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、
前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、
前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、
前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、
前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、
前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、
燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替え、
前記燃料ガス圧力調整部は、減圧弁からなり、
前記減圧弁は、前記燃料ガス貯留部から前記改質器に燃料ガスが供給されると、前記減圧弁の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する、
燃料電池システム。
【請求項２】
水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、
燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、
前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、
空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、
前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、
前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、
前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、
前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、
前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、
前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、
燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替え、
前記燃料ガス圧力調整部は、減圧弁からなり、
前記減圧弁は、前記燃料ガス貯留部から前記改質器に燃料ガスが供給されると、前記減圧弁の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する、
燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス貯留部の容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記カソード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（１）の関係となるように設定される、
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （１）
【請求項４】
前記燃料ガスサブ供給ラインの前記分岐点よりも上流側であって前記燃料ガスブロワよりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた脱硫器を更に備え、
前記脱硫器は、脱硫剤充填層の空隙部に燃料ガスの保有機能を有することにより、前記燃料ガス貯留部による燃料ガスの貯留機能を補助する、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス貯留部の容量と前記脱硫器の容量の合計容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記カソード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（２）の関係となるように設定される、
請求項４に記載の燃料電池システム。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （２）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替え、前記燃料ガス圧力調整部は、減圧弁からなり、前記減圧弁は、前記燃料ガス貯留部から前記改質器に燃料ガスが供給されると、前記減圧弁の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する、燃料電池システムに関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明は、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池と、燃料ガスと水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガスメイン供給ラインと、前記改質器から改質ガスを前記燃料電池のアノード側流路に供給する改質ガス供給ラインと、空気を前記燃料電池のカソード側流路に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池のアノード側流路からアノードオフガスを排出するアノードオフガスラインと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガスブロワと、前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた第１遮断弁と、前記空気供給ラインに設けられた空気ブロワと、前記アノードオフガスラインに設けられた第２遮断弁と、前記燃料ガスブロワ及び前記第１遮断弁よりも下流側の前記燃料ガスメイン供給ラインから分岐し、当該分岐点よりも下流側で再び前記燃料ガスメイン供給ラインに合流する燃料ガスサブ供給ラインと、前記燃料ガスサブ供給ラインに設けられた燃料ガス圧力調整部と、前記燃料ガス圧力調整部の上流側の前記燃料ガスメイン供給ラインに設けられた燃料ガス貯留部と、燃料ガスの流路を、前記燃料ガス圧力調整部を介さずに前記改質器に供給する第１ガス供給モード；又は、前記燃料ガス圧力調整部を介して前記改質器に供給する第２ガス供給モードに切り替える流路切替手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、（ｉ）発電時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを駆動し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を開放し、かつ前記流路切替手段を前記第１ガス供給モードに切り替え；（ｉｉ）緊急停止時には、前記燃料ガスブロワ及び前記空気ブロワを停止し、かつ前記第１遮断弁及び前記第２遮断弁を閉鎖し、かつ前記流路切替手段を前記第２ガス供給モードに切り替え、前記燃料ガス圧力調整部は、減圧弁からなり、前記減圧弁は、前記燃料ガス貯留部から前記改質器に燃料ガスが供給されると、前記減圧弁の二次側圧力に基づき、この二次側圧力を設定圧力に保つように弁開度を自力調整する、燃料電池システムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、前記燃料ガス貯留部の容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記カソード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（１）の関係となるように設定される、ことが好ましい。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （１）
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記燃料ガス貯留部の容量と前記脱硫器の容量の合計容量は、緊急停止状態で前記燃料電池が常温まで降温したときの前記アノード側流路の圧力をＰａ、前記カソード側流路の圧力をＰｃとした場合に、式（２）の関係となるように設定される、ことが好ましい。
Ｐａ−Ｐｃ≦２０ｋＰａ  ・・・  （２）