(57)【要約】【課題】本発明の目的は、内部に含まれる一酸化炭素の濃度が低い値に維持される燃料電池システムを提供することである。本発明の目的は、燃料電池システムに含有される一酸化炭素の濃度を安全な濃度（例えば、３０ｐｐｍ以下）に維持する方法を提供することでもある。【解決手段】本発明は、燃料電池システム（１００）であって、改質器（２）を固体酸化物型燃料電池（４）に接続するための改質ガス第１供給管（１２）、改質ガスが供給される装置（１４）、改質器（２）を装置（１４）に接続するための改質ガス第２供給管（１３）、および装置（１４）から筺体（２００）の内部に漏出された改質ガスに含有される一酸化炭素と共に、筺体（２００）の内部に含まれる空気を吸い込んで固体酸化物型燃料電池（４）に供給するブロア（３）を備えている。【選択図】図１
2015215986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システム（１００）であって、以下を具備する：
筺体（２００）、
燃料供給管（１０）、
前記燃料供給管（１０）に接続され、かつ前記燃料供給管（１０）から供給された燃料の改質反応により水素だけでなく一酸化炭素をも含有する改質ガスを生成するための改質器（２）、
水素および酸素の反応を介して発電するための固体酸化物型燃料電池（４）、
前記改質器（２）を前記固体酸化物型燃料電池（４）に接続するための改質ガス第１供給管（１２）、
前記改質ガスが供給される装置（１４）、
前記改質器（２）を前記装置（１４）に接続するための改質ガス第２供給管（１３）、および
前記装置（１４）から前記筺体（２００）の内部に漏出された改質ガスに含有される一酸化炭素と共に、前記筺体（２００）の内部に含まれる空気を吸い込んで前記固体酸化物型燃料電池（４）に供給するブロア（３）、ここで、
前記筺体（２００）は、前記改質器（２）、前記固体酸化物型燃料電池（４）、前記改質ガス第１供給管（１２）、前記改質ガス第２供給管（１３）、前記装置（１４）、および前記ブロア（３）を内部に有している。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに
前記筺体（２００）の内部に含まれる空気を、前記筺体（２００）の外部に排出するための換気ファン（５）を具備する。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記ブロア（３）は、前記装置（１４）よりも高い位置に配置され、かつ
前記換気ファン（５）は、前記ブロア（３）よりも高い位置に配置されている。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記筺体（２００）の内部は、その下部に位置する第１室（２００ａ）およびその上部に位置する第２室（２００ｂ）に分離板（４００）により分割されており、
前記第１室（２００ａ）は、前記改質器（２）、前記固体酸化物型燃料電池（４）、前記改質ガス第１供給管（１２）、前記改質ガス第２供給管（１３）、および前記装置（１４）を内部に有しており、
前記第２室（２００ｂ）は、前記ブロア（３）を内部に有しており、かつ
前記分離板（４００）は、ブロア（３）の近くにスルーホール（４０１）を有している。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記分離板（４００）は、１枚の板から形成されている。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記分離板（４００）は、天板（４０２）および側面板（４０４）を具備し、
前記側面板（４０４）は、前記天板（４０２）の下面から伸び出しており、
前記第１室（２００ａ）は、前記天板（４０２）および前記側面板（４０４）によって囲まれている。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、さらに
一酸化炭素ガスセンサ（６００）を具備し、ここで、
前記一酸化炭素ガスセンサ（６００）は、前記ブロア（３）よりも高い位置に配置され、かつ
前記一酸化炭素ガスセンサ（６００）は、前記換気ファン（５）よりも低い位置に配置されている。
【請求項８】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料供給管（１０）には、前記燃料から硫黄成分を除去し、かつ前記硫黄成分が除去された燃料を改質器（２）に供給するための水添脱硫器（１）が設けられている。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに
前記装置（１４）を前記燃料供給管（１０）に接続する戻し配管（１５）を具備する。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに
前記装置（１４）は、気液分離器、ポンプ、またはエジェクターである。
【請求項１１】
燃料電池システム（１００）の内部に含まれる一酸化炭素の濃度を安全な濃度に維持する方法であって、以下を具備する：
（ａ）  前記燃料電池システム（１００）を用意する工程、ここで、
前記燃料電池システム（１００）は、
筺体（２００）、
燃料供給管（１０）、
前記燃料供給管（１０）に接続され、かつ前記燃料供給管（１０）から供給された燃料から改質反応により水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを生成するための改質器（２）、
水素および酸素の反応を介して発電するための固体酸化物型燃料電池（４）、
前記改質器（２）を前記固体酸化物型燃料電池（４）に接続するための改質ガス第１供給管（１２）、
前記改質ガスが供給される装置（１４）、
前記改質器（２）を前記装置（１４）に接続するための改質ガス第２供給管（１３）、および
前記筺体（２００）の内部に含まれる空気を吸い込んで前記固体酸化物型燃料電池（４）に供給するブロア（３）、
を具備し、かつ
前記筺体（２００）は、前記改質器（２）、前記固体酸化物型燃料電池（４）、前記改質ガス第１供給管（１２）、前記改質ガス第２供給管（１３）、前記装置（１４）、および前記ブロア（３）を内部に有しており、
（ｂ）  工程（ａ）の後に、前記燃料供給管（１０）を介して燃料を前記改質器（２）に供給し、改質反応により水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを前記改質器（２）において生成する工程（ｂ）
（ｃ）  工程（ｂ）の後に、前記改質器（２）において生成された改質ガスを、前記改質ガス第１供給管（１２）および前記改質ガス第２供給管（１３）をそれぞれ介して前記固体酸化物型燃料電池（４）および前記装置（１４）に供給する工程、および
（ｄ）  工程（ｃ）の後に、前記装置（１４）から前記筺体（２００）の内部に前記工程（ｃ）において漏出された改質ガスに含まれる一酸化炭素と共に、前記筺体（２００）の内部に含まれる空気を、前記ブロア（３）を介して前記固体酸化物型燃料電池（４）に供給する工程。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、さらに以下の工程を具備する：
（ｅ）  前記燃料の供給を停止する工程、および
（ｆ）  工程（ｅ）の後に、前記ブロア（３）の運転を停止する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、水素生成装置および燃料電池システムを開示している。図５に示されるように、水素生成装置９００は、燃料を用いて改質反応により改質ガスを生成させる改質器９０１と、改質器９０１に供給される燃料に含まれる硫黄化合物を除去する水添脱硫器９０２と、改質器９０１を通過後、改質ガス中の一酸化炭素を低減する処理が行われていない改質ガスの一部を、水添脱硫器９０２に流入する前の燃料に供給するリサイクル流路９０７と、リサイクル流路７に設けられた、改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減器９０８とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０３２２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、内部に含まれる一酸化炭素の濃度が低い値に維持される燃料電池システムを提供することである。本発明の目的は、燃料電池システムに含有される一酸化炭素の濃度を安全な濃度（例えば、３０ｐｐｍ以下）に維持する方法を提供することでもある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃料電池システム（１００）であって、以下を具備する：
筺体（２００）、
燃料供給管（１０）、
前記燃料供給管（１０）に接続され、かつ前記燃料供給管（１０）から供給された燃料の改質反応により水素だけでなく一酸化炭素をも含有する改質ガスを生成するための改質器（２）、
水素および酸素の反応を介して発電するための固体酸化物型燃料電池（４）、
前記改質器（２）を前記固体酸化物型燃料電池（４）に接続するための改質ガス第１供給管（１２）、
前記改質ガスが供給される装置（１４）、
前記改質器（２）を前記装置（１４）に接続するための改質ガス第２供給管（１３）、および
前記装置（１４）から前記筺体（２００）の内部に漏出された改質ガスに含有される一酸化炭素と共に、前記筺体（２００）の内部に含まれる空気を吸い込んで前記固体酸化物型燃料電池（４）に供給するブロア（３）、ここで、
前記筺体（２００）は、前記改質器（２）、前記固体酸化物型燃料電池（４）、前記改質ガス第１供給管（１２）、前記改質ガス第２供給管（１３）、前記装置（１４）、および前記ブロア（３）を内部に有している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、内部に含まれる一酸化炭素の濃度が低い値に維持される燃料電池システムを提供する。本発明は、燃料電池システムに含有される一酸化炭素の濃度を安全な濃度（例えば、３０ｐｐｍ以下）に維持する方法も提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の模式図を示す。
【図２】図２は、第２実施形態による燃料電池システム１００の模式図を示す。
【図３】図３は、第３実施形態による燃料電池システム１００の模式図を示す。
【図４】図４は、第３実施形態の変形例による燃料電池システム１００の模式図を示す。
【図５】図５は、特許文献１に開示された水素生成装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態が、図面を参照しながら説明される。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の模式図を示す。燃料電池システム１００は、筺体２００、燃料供給管１０、改質器２、固体酸化物型燃料電池４、改質ガス第１供給管１２、装置１４、改質ガス第２供給管１３、およびブロア３を具備する。筺体２００は、改質器２、固体酸化物型燃料電池４、改質ガス第１供給管１２、装置１４、改質ガス第２供給管１３、およびブロア３を内部に具備する。筺体２００は、空気供給口３０を有し得る。空気が、筺体２００の外部から内部に、この空気供給口３０を通って流れる。
【００１０】
（燃料供給管１０）
燃料供給管１０は、第１燃料供給管１０ａおよび第２燃料供給管１０ｂを含む。後述されるように、水添脱硫器１が、第１燃料供給管１０ａおよび第２燃料供給管１０ｂの間に挟まれ得る。図示されていないが、燃料供給管１０に、燃料流量調整器が設けられ得る。燃料流量調整器の例は、ダイアフラムポンプのような流体搬送装置またはニードル弁のような流量調整弁である。
【００１１】
燃料の例は、以下の（ｉ）〜（ｉｖ）の物質の少なくとも１種である。
【００１２】
（ｉ）メタンを主成分として含有する都市ガスまたは天然ガス
（ｉｉ）液化石油ガス
（ｉｉｉ）灯油、または
（ｉｖ）メタノールまたはエタノールのようなアルコール
都市ガスとは、ガス会社からガス管を通じて家庭および事業所に供給されるガスを意味する。望ましくは、燃料は気体である。
【００１３】
燃料は、硫黄化合物を含有し得る。硫黄化合物は、付臭成分として人為的に燃料へ添加され得る。または、硫黄化合物は、燃料に由来する天然の硫黄化合物であり得る。燃料に含有される硫黄化合物の例は、ターシャリブチルメルカプタン、ジメチルスルフィド、テトラヒドロチオフェン、硫化カルボニル、または硫化水素である。
【００１４】
（改質器２）
燃料が、燃料供給管１０を通って、改質器２に供給される。燃料電池の技術分野において一般的に用いられる改質器２と同様、改質器２は、燃料供給管１０から供給された燃料から、改質反応により改質ガスを生成する。改質ガスは、水素だけでなく、一酸化炭素を含有する。一酸化炭素は、不純物として改質ガスに含まれる。
【００１５】
望ましくは、改質器２は、水蒸気および空気の少なくともいずれか一方、及び水添脱硫器１から供給される燃料から改質ガスを生成する。改質器２において進行する改質反応の例は、水蒸気改質反応（以下、「ＳＲ」という）または酸化的水蒸気改質反応（以下、「ＯＳＲ」という）である。図１には示されていないが、改質反応に必要とされる機器が設けられ得る。改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質器２は、改質器２を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器を具備し得る。
【００１６】
改質器２は、改質触媒を内部に具備する。この改質触媒によって、改質反応が進行し、燃料及び水から改質ガスを生成することができる。改質反応に必要とされる熱は、例えば、燃焼器（図示せず）から供給され得る。改質触媒の例は、Ｐｔ、Ｒｕ、またはＲｈのような貴金属およびニッケルからなる群から選択される少なくとも１種である。改質触媒はＲｕを含むことが望ましい。白金及びルテニウムの少なくともいずれか一方が含浸されたアルミナ担体が用いられ得る。改質器２は、蒸発器を内部に有し得る。改質器２において生成された改質ガスは、改質ガス第１供給管１２および改質ガス第２供給管１３に供給される。
【００１７】
（改質ガス第１供給管１２および固体酸化物型燃料電池４）
改質ガス第１供給管１２は、改質器２を固体酸化物型燃料電池４に接続している。言い換えれば、改質ガス第１供給管１２は改質器２および固体酸化物型燃料電池４の間に挟まれる。改質器２において生成された改質ガスの一部は、改質器２から改質ガス第１供給管１２を通って固体酸化物型燃料電池４に供給される。このようにして、水素および一酸化炭素を含有する改質ガスが、固体酸化物型燃料電池４に供給される。
【００１８】
酸素および固体酸化物型燃料電池４に供給された改質ガスの一部に含有される水素の反応を介して、固体酸化物型燃料電池４は発電する。本実施形態においては、燃料電池は、固体酸化物燃料電池であることが必要とされる。その理由は、後述される。
【００１９】
（改質ガス第２供給管１３および装置１４）
装置１４には、改質ガス第２供給管１３を介して、水素および一酸化炭素を含有する改質ガスが供給される。言い換えれば、改質器２において生成された改質ガスの一部は、改質器２から改質ガス第２供給管１３を通って装置１４に供給される。装置１４には、戻し配管１５の一端が接続されている。戻し配管１５の他端は、水添脱硫器１に接続されている。このように、改質器２において生成された改質ガスの一部は、装置１４を介して燃料供給管１０に戻される。
【００２０】
装置１４は、改質ガスの一部を筺体２００の内部に漏出する可能性を有している。具体的には、装置１４は、気液分離器、ポンプ、またはエジェクターであり得る。装置１４は、後に詳細に説明される。
【００２１】
（ブロア３および空気供給管３１）
ブロア３は、筺体２００の内部に含まれる空気を固体酸化物型燃料電池４に供給する。より具体的には、ブロア３は、ブロア３の周囲に存在する空気を吸い込み、空気供給管３１を介して固体酸化物型燃料電池４に空気を供給する。
【００２２】
（水添脱硫器１）
燃料は、第１燃料供給管１０ａを通って水添脱硫器１に供給される。水添脱硫器１は、燃料に含有される硫黄化合物を除去する。より具体的には、水添脱硫器１は、燃料に含有される硫黄化合物に水素を添加して除去する。水添脱硫器１において硫黄化合物が除去された燃料は、改質器２に供給される。改質器２において生成された改質ガスの一部は、改質ガス第１供給管１２を通って、燃料電池４に供給される。改質器２において生成された改質ガスの残部が、改質ガス第２供給管１３、装置１４、戻し配管１５を通って水添脱硫器１に戻される。このようにして、水添脱硫器１に水素が供給され得る。このように、改質ガス第２供給管１３へ供給された改質ガスは装置１４を通った後、改質ガスは、戻し配管１５を流れる。次いで、改質ガスは、燃料供給管１０に戻され、水添脱硫器１に供給される。
【００２３】
顆粒状の水添脱硫剤が、水添脱硫器１に含まれ得る。水添脱硫剤の例は、ＣｕＺｎ系触媒である。ＣｕＺｎ系触媒の例は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒またはＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒である。ＣｕＺｎ系触媒は、水添反応により硫黄化合物を硫化水素に変換する。次いで、硫化水素は、ＣｕＺｎ系触媒上に吸着される。水添脱硫剤の他の例は、ＣｏＭｏ系触媒およびＺｎＯ系触媒の組み合わせ、またはＣｏＭｏ系触媒およびＣｕＺｎ系触媒の組み合わせである。ＣｏＭｏ系触媒は、燃料に含有される硫黄化合物を硫化水素に変換する。ＺｎＯ系触媒及びＣｕＺｎ系触媒は、硫化水素を吸着する。言い換えれば、硫化水素は、ＺｎＯ系触媒及びＣｕＺｎ系触媒上に吸着される。
【００２４】
水添脱硫剤は、使用時に摂氏２００度〜摂氏３００度に加熱され得る。水添脱硫器１に供給される燃料が加熱され、燃料の温度が調整され得る。水添脱硫器１が加熱され、水添脱硫器１の内部の温度が調整され得る。水添脱硫器１によって硫黄化合物が除去された燃料は、第２燃料供給管１０ｂを通じて、改質器２へ供給される。
【００２５】
（水蒸気供給管２０）
水蒸気供給管２０を介して、改質器２に水蒸気が供給される。図示していないが、水蒸気供給管２０に、水供給器および蒸発器が設けられ得る。水供給器の例は、ギアポンプまたはプランジャポンプのような容量式ポンプである。蒸発器は、水が流れる容器を外面から燃焼ガスを用いて加熱するように構成され得る。
【００２６】
万一、装置１４から、一酸化炭素を含有する改質ガスが漏出した場合、ブロア３が、漏出した改質ガスを吸い込み、燃料電池４に供給する。燃料電池４において、一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素になる。次いで、二酸化炭素は、燃料電池４から排ガス流路（図示せず）を通って筺体２００の外部に排出される。このようにして、筺体２００の内部の一酸化炭素の濃度は、低い値に維持される。燃料電池４下流には、燃料電池システム１００内において一酸化炭素を燃焼して二酸化炭素に変換する浄化触媒が設けられ得る。浄化触媒の例は、白金のような貴金属である。
【００２７】
（装置１４の詳細な説明）
改質ガス第２供給管１３において、改質ガスの温度は、改質ガス第２供給管１３の壁面を介した放熱により、低下する。
【００２８】
一般的に、改質ガスの露点は高い。一例として、ＵＦ：７０％、Ｓ／Ｃ：２．５、燃料流量：３．０  ＳＬＭ、および改質反応温度：摂氏６００度の条件の下では、露点は摂氏６８℃である。
【００２９】
そのため、改質ガス第２供給管１３において、改質ガスの温度が露点以下に低下した場合、改質ガス第２供給管１３の内部で水蒸気が凝縮する。これは、改質ガス第２供給管１３の内部が凝集した水蒸気、すなわち、水、によって詰まるという問題を引き起こす。
【００３０】
この問題を解決するために、気液分離器が装置１４として設けられ得る。気液分離器は、改質ガス第２供給管１３の内部において凝縮した水蒸気、すなわち、水を除去する。
【００３１】
改質ガス第２供給管１３にポンプが設けられ、改質ガス第１供給管１２を流れる改質ガスの改質ガス第２供給管１３を流れる改質ガスに対する流量比が調整され得る。
【００３２】
このように、改質ガス第２供給管１３および戻し配管１５から構成される改質ガスリサイクル管には、気液分離器、ポンプ、またはエジェクターのような装置１４が設けられ得る。
【００３３】
改質ガスは、機器および改質ガスリサイクル管の間の接続部から漏出し得る。ポンプのように、装置１４には、改質ガスのごく一部を漏出するものもある。このように、装置１４には改質ガスが供給されるが、装置１４は改質ガスの一部を筺体２００の内部に漏出する可能性を有する。
【００３４】
一方、一般的に改質ガス第１供給管１２には、気液分離器、ポンプ、またはエジェクターのような装置１４が設けられない。そのため、改質ガス第１供給管１２を流れる改質ガスの漏出のリスクは小さい。
【００３５】
上述されたように、万一、装置１４から、一酸化炭素を含有する改質ガスが漏出した場合、ブロア３が、漏出した改質ガスを吸い込み、燃料電池４に供給する。燃料電池４において、一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素になる。次いで、二酸化炭素は、燃料電池４から排ガス流路（図示せず）を通って筺体２００の外部に排出される。このようにして、筺体２００の内部の一酸化炭素の濃度は、低い値に維持される。
【００３６】
以下、筺体２００の内部の一酸化炭素の濃度が詳細に説明される。
【００３７】
ここで、燃料として、都市ガス１３Ａ（例えば、ＣＨ4:８８．９％、Ｃ2Ｈ6：６．８％、Ｃ3Ｈ8：３．１％、およびＣ4Ｈ10：１．２％（体積比））が、３．０  ＳＬＭ(Standard Liter per Minute、摂氏０℃、１ａｔｍで燃料電池システム１００に供給されると仮定する。
【００３８】
Ｕｆ：７０％、Ｓ／Ｃ：２．５、燃料流量：３．０  ＳＬＭ、かつ改質反応温度：摂氏６００度の条件下では、改質器２における改質反応により、１６．８  ＳＬＭの改質ガスが生成する。
【００３９】
生成された改質ガスの組成が、以下、記述される。
【００４０】
ＣＨ4：５．８％  （０．９７  ＳＬＭ）
Ｈ2：  ５１．１％  （８．５８  ＳＬＭ）
ＣＯ：  ６．１％  （１．０３  ＳＬＭ）
ＣＯ2：  ８．９％  （１．５０  ＳＬＭ）
Ｈ2Ｏ：  ２８．１％  （４．７２  ＳＬＭ）
さらに、装置１４が、１％の改質ガスを漏出したと仮定する。
【００４１】
仮に、換気ファンを用いて、筐体２００に含有される気体を外部から換気ファンを通って供給される空気によって希釈したとしても、筐体２００に含有される一酸化炭素の濃度は、約３３ｐｐｍ（＝１．０３  ＳＬＭ  ×  １％  ÷（３００  ＳＬＭ＋１６．８  ＳＬＭ））である。一酸化炭素の一般的な安全基準濃度は３０ｐｐｍ以上であるので、これは、改質ガスの漏出時に筐体２００の内部および近傍の安全性に問題を生じさせる。
【００４２】
ブロア３が全ての一酸化炭素を吸い込むとすると、筐体２００に含有される一酸化炭素の濃度は、０％となる。ブロア３が５０％の一酸化炭素を吸い込むとすると、筐体２００に含有される一酸化炭素の濃度は、約１６ｐｐｍ（＝１．０３  ＳＬＭ×１％×５０％／（３００  ＳＬＭ＋１６．８  ＳＬＭ））となる。この値は、３０ｐｐｍ未満であるので、安全性は維持される。このように、本実施形態による燃料電池システム１００に含有される一酸化炭素の濃度は、３０ｐｐｍ以下の低い値のような安全な濃度に維持される。
【００４３】
（高分子電解質型燃料電池との相違）
高分子電解質型燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ」という）が用いられる場合には、改質器２において生成した改質ガスは、シフト変性および選択酸化に供される。次いで、シフト変性および選択酸化に供された改質ガスが、ＰＥＦＣに供給される。
【００４４】
ＰＥＦＣでは、触媒として白金が用いられ得る。万一、水素および一酸化炭素を含有する改質ガスが、ＰＥＦＣにそのまま、すなわちシフト変性および選択酸化なしに供給されると、白金は被毒される。言い換えれば、白金上で触媒被毒の問題が生じる。そのため、改質器２において生成した改質ガスは、シフト変性および選択酸化に供される。シフト変性において、以下の化学式（Ｉ）に示される反応が生じ、一酸化炭素が二酸化炭素に変化する。選択酸化において変化する一酸化炭素の量に対するシフト変成において変化する一酸化炭素の量の比の例は９９％である。しかし、この比は、温度およびガス組成に依存して変化し得る。
【００４５】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2  （Ｉ）
次に、選択酸化において、以下の化学式（ＩＩ）に示される反応が生じ、残りの一酸化炭素が二酸化炭素に変化する。シフト変成において変化する一酸化炭素の量に対する選択酸化において変化する一酸化炭素の量の比の例は１％である。しかし、この比は、温度およびガス組成に依存して変化し得る。
【００４６】
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  （ＩＩ）
このように、ＰＥＦＣでは、改質器２において生成した改質ガスは、シフト変性および選択酸化に供されるので、ＰＥＦＣは、燃料電池システムの動作の安全に支障を来す濃度を有する一酸化炭素が漏出するという問題を有していない。
【００４７】
固体酸化物型燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が用いられる場合では、改質器２において生成した改質ガスは、直接的に固体酸化物型燃料電池に供給される。言い換えれば、ＰＥＦＣの場合と異なり、改質器２において生成した改質ガスは、シフト変性および選択酸化に供されることを必要としない。そのため、ＳＯＦＣは、ＰＥＦＣとは異なり、燃料電池システムの動作の安全に支障を来す濃度を有する一酸化炭素が漏出するという問題を有している。上記のように、本実施形態は、この問題を解決する。
【００４８】
（換気ファン５）
燃料電池システム１００は、さらに換気ファン５を具備し得る。万一、装置１４から筺体２００の内部に改質ガスが漏出した場合、漏出された改質ガスは、筺体２００の内部の空気と共に、換気ファン５により、燃料電池システム１００の外部に排出される。そのため、換気ファン５は、筺体２００の内部の一酸化酸素の濃度を低下させる。
【００４９】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態による燃料電池システム１００の模式図を示す。第３実施形態による燃料電池システム１００においては、装置１４から漏出した改質ガスが、ブロア３を通って換気ファン５に到達するように、ブロア３および換気ファン５が配置されている。具体的には、ブロア３は、装置１４よりも高い位置に配置されている。換気ファン５は、ブロア３よりも高い位置に配置されている。装置１４、ブロア３、および換気ファン５の配置はこのような配置に限定されない。装置１４、ブロア３、および換気ファン５は、この順番で空気の流れ方向に沿って配置され得る。
【００５０】
一酸化炭素は、空気よりも低い密度を有するので、装置１４から漏出した改質ガスに含有される一酸化炭素は、筺体２００の内部で上昇する。そのため、一酸化炭素は、装置１４からブロア５を通り、換気ファン５に到達するように流れる。図２における矢印も参照せよ。このため、第２実施形態による燃料電池システム１００においては、装置１４から漏出した改質ガスが効率的に回収される。
【００５１】
燃料電池システム１００は、さらに一酸化炭素ガスセンサ６００を具備し得る。一酸化炭素ガスセンサ６００を利用して、装置１４から一酸化炭素を含有する改質ガスが漏出したことが検出できる。望ましくは、一酸化炭素ガスセンサ６００は、ブロア３よりも高い位置に配置され、かつ換気ファン５よりも低い位置に配置される。装置１４、ブロア３、および換気ファン５の配置はこのような配置に限定されない。装置１４、ブロア３、および換気ファン５は、この順番で空気の流れ方向に沿って配置され得る。一酸化炭素は、空気よりも低い密度を有するので、この位置に配置された一酸化炭素ガスセンサ６００は、装置１４からの一酸化炭素を含有する改質ガスの漏出を容易に検出できる。
【００５２】
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態による燃料電池システム１００の模式図を示す。第３実施形態による燃料電池システム１００は、さらに分離板４００を具備する。分離板４００は、筺体２００の内部を、第１室２００ａおよび第２室２００ｂに分離する。第１室２００ａは、筺体２００の下部に位置する。一方、第２室２００ｂは、筺体２００の上部に位置する。
【００５３】
第１室２００ａは、改質器２、固体酸化物型燃料電池４、改質ガス第１供給管１２、改質ガス第２供給管１３、および装置１４を内部に有している。一方、第２室２００ｂは、ブロア３を内部に有している。
【００５４】
分離板４００は、スルーホール４０１を有する。ブロア３は、スルーホール４０１の近くに位置することが望ましい。ブロア３は、スルーホール４０１の近くにあるため、一酸化炭素は効率よくブロア３に向けて流れ、かつブロア３に吸い込まれる。本実施形態においては、分離板４００は１枚の板から形成されている。
【００５５】
（第３実施形態の変形例）
図４は、第３実施形態の変形例による燃料電池システム１００の模式図を示す。分離板４００は、天板４０２および側面板４０４を具備している。側面板４０４は、天板４０２の下部から下方向に伸び出している。第１室２００ａは、天板４０２および側面板４０４によって囲まれている。天板４０２が、スルーホール４０１を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本開示は、一酸化炭素のさらに低い濃度を内部に有する燃料電池システムを提供する。本開示はまた、燃料電池システムに含有される一酸化炭素の濃度を３０ｐｐｍ以下の低い値のような安全な濃度に維持する方法を提供する。
【符号の説明】
【００５７】
１００  燃料電池システム
２００  筺体
２００ａ  第１室
２００ｂ  第２室
１０  燃料供給管
１０ａ  第１燃料供給管
１０ｂ  第２燃料供給管
１  水添脱硫器
２  改質器
２０  水蒸気供給管
４  固体酸化物型燃料電池
１２  改質ガス第１供給管
１４  装置
１３  改質ガス第２供給管
１５  戻し配管
３０  空気供給口
３  ブロア
３１  空気供給管
５  換気ファン
４００  分離板
４０１  スルーホール
４０２  天板
４０４  側面版
６００  一酸化炭素ガスセンサ
【図１】
2015215986.tif 000003
【図２】
2015215986.tif 000004
【図３】
2015215986.tif 000005
【図４】
2015215986.tif 000006
【図５】
2015215986.tif 000007
【外国語明細書】
2015215986000001.pdf