(57)【要約】【課題】水分の付着を抑制し着火性のよい燃焼器を提供する。【解決手段】燃料電池スタック３のアノード極４から排出されるアノードオフガスをアノード極４に循環させるアノードオフガス循環装置６、アノードオフガス循環配管１２を備える。また、燃料ガス、または、アノードオフガスの少なくとも一方と、酸化剤ガス、またはカソードオフガスの少なくとも一方と、からなる混合ガスを燃焼する燃焼室２５を備えた燃焼器７を備える。さらに、カソードオフガスが燃焼室２５を選択的に迂回できるバイパス流路２６と、カソードオフガスを燃焼室２５に供給するかどうかを制御するコントローラ２８と、を備える。【選択図】　　　図２
2004095258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性流体と酸化剤ガスとを用いて燃焼反応を生じる燃焼室を備えた燃焼器において、
酸化剤ガスが前記燃焼室を選択的にバイパスできるバイパス流路を備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
アノード極に供給された燃料ガスと、カソード極に供給された酸化剤ガスと、を用いて発電を行う燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおいて、
前記アノード極から排出されるアノードオフガスを前記アノード極に循環させるアノードオフガス循環システムと、
燃料ガス、または、アノードオフガスの少なくとも一方と、酸化剤ガス、または前記カソード極から排出されるカソードオフガスの少なくとも一方と、からなる混合ガスを燃焼する燃焼室を備えた燃焼器と、
カソードオフガスが前記燃焼室を選択的に迂回できるバイパス流路と、
カソードオフガスを前記燃焼室に供給するかどうかを制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記バイパス流路を、前記燃焼器から独立した配管により構成する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃焼室の周囲を二重構造により構成し、
二重構造により形成された隙間を前記バイパス流路とすることにより、前記バイパス流路を前記燃焼器に一体に構成する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃焼室を流通するカソードオフガスの前記燃焼器への入口および前記燃焼室から排出された燃焼ガスの前記燃焼器からの出口と、
前記バイパス流路を流通するカソードオフガスの前記燃焼器への入口および前記燃焼器からの出口と、
をそれぞれ独立して構成する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃焼室を流通するカソードオフガスの前記燃焼器への入口と、前記バイパス流路を流通するカソードオフガスの前記燃焼器への入口と、を独立して構成し、
前記燃焼室から排出された燃焼ガスの前記燃焼器からの出口と、前記バイパス流路を流通するカソードオフガスの前記燃焼器からの出口を一体に構成する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃焼室で生成した燃焼ガスを用いてシステムに熱を供給する熱交換器を備え、
前記燃焼器と前記熱交換器とを隣接または一体に構成し、
前記燃焼器は、前記バイパス流路の後流端から排出されるカソードオフガスと、前記燃焼室の後流端から排出される燃焼ガスとを、同一の排出口から排出する請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記アノード極のパージが必要かどうかを判断するパージ要否検知手段を備え、
前記システムコントローラは、前記パージ要否検知手段に基づいてパージ指令を発信し、前記パージ指令により前記アノードオフガス循環装置からアノードオフガスを一時的に前記燃焼室に供給すると略同時に、前記バイパス流路の流量を調整してカソードオフガスを一時的に前記燃焼室に供給する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃焼器を、前記燃焼室に燃焼触媒を充填することにより構成する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃焼器には、混合ガス着火用の電気ヒータを備え、
前記システムコントローラにより前記パージ指令が発信されると略同時に、前記電気ヒータに通電することにより、前記燃焼触媒を所定の温度まで暖機して前記混合ガスを着火、燃焼する請求項９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃焼器および燃焼器を用いた燃料電池システムに関する。特に、燃料電池システム運転中に燃焼と停止を繰り返す燃焼器において、その運転性を向上するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、触媒と火炎燃焼部を具備する特開平６−２２１５６１号公報に開示されたような燃焼器が知られている。燃料と空気の混合ガスは、触媒に対しては通常の供給流路を通って供給され、火炎燃焼部に対しては触媒をバイパスするバイパス流路を通って供給されている。
【０００３】
バイパス流路は仕切り弁により開閉可能であり、低負荷時には仕切り弁を開として火炎燃焼部に混合ガスを供給し、火炎燃焼により触媒の暖機を行う。一方、高負荷時には仕切り弁を閉として触媒に混合ガスを供給し、触媒燃焼を行うことによりシステム外に排気する燃焼ガスの性状を改善している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開平６−２２１５６１号公報は、仕切り弁を開としても触媒への流路は遮断されないため、低負荷時にも混合ガスが触媒に供給される可能性がある。例えば燃焼が間欠的に行われているような場合に触媒に混合ガスが供給されると、非燃焼時に触媒温度が低下する可能性がある。この結果、混合ガス中の水分、例えばカソードオフガス中の水分が凝縮して触媒に付着し、次回の燃焼を行う際に触媒の着火性を悪化させるという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記の問題を鑑みて、水分の付着により着火性が悪化するのを抑制できる燃焼器、もしくは、そのような燃焼器を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、可燃性流体と酸化剤ガスとを用いて燃焼反応を生じる燃焼室を備えた燃焼器において、酸化剤ガスが前記燃焼室を選択的にバイパスできるバイパス流路を備える。
【０００７】
または、燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックのアノード極から排出されるアノードオフガスを前記アノード極に循環させるアノードオフガス循環システムを備える。また、燃料ガス、または、アノードオフガスの少なくとも一方と、酸化剤ガス、または燃料電池スタックのカソード極から排出されるカソードオフガスの少なくとも一方と、からなる混合ガスを燃焼する燃焼室を備えた燃焼器を備える。さらに、カソードオフガスが前記燃焼室を選択的に迂回できるバイパス流路と、カソードオフガスを前記燃焼室に供給するかどうかを制御するコントローラと、を備える。
【０００８】
【作用及び効果】
酸化剤ガスが燃焼室を選択的にバイパスできるバイパス流路を備えることで、可燃性流体を燃焼器に供給していないときに、燃焼室に酸化剤ガスも供給しないようにできる。これにより、酸化剤ガスにより燃焼室を冷却し、酸化剤ガス等に含まれる水分が凝縮して付着するのを防ぐことができる。
【０００９】
また、燃料電池システムに、アノードオフガス循環システムと、燃料ガス、または、アノードオフガスの少なくとも一方と、酸化剤ガス、またはカソードオフガスの少なくとも一方と、からなる混合ガスを燃焼する燃焼器と、を備える。さらに、カソードオフガスが燃焼器を選択的にバイパスできるバイパス流路と、カソードオフガスを燃焼器に供給するかどうかを制御するコントローラと、を備えることで、燃料ガスまたはアノードオフガスを燃焼器に供給していないときにも、燃焼室内にカソードオフガス中の水分が凝縮して付着するのを抑制できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池システムの構成を図１に示す。
【００１１】
電解質膜を介してアノード極４とカソード極５を配置し、水素と酸素の電気化学反応により起電力を生じる燃料電池スタック３を備える。また、アノード極４へ燃料ガスとしての水素を供給する供給装置１、カソード極５へ酸化剤ガスとしての空気を供給する供給装置２、供給装置１とアノード極４を結ぶ水素供給配管１１、供給装置２とカソード極５を結ぶカソードガス供給配管１４を備える。さらに、水素供給配管１１には水素供給路切替え弁２１を設け、水素の一部を後述するアノードオフガス供給配管１３に、ひいては燃焼器７に供給可能とする。また、カソードガス供給配管１４には空気供給路切替え弁２２を設け、空気の一部を後述するカソードオフガス供給配管１３に、ひいては燃焼器７に供給可能とする。
【００１２】
アノード極４の下流側には、アノードオフガス循環装置６を備える。さらに、アノードオフガスをアノード極４に循環させるアノ−ドオフガス循環配管１２、アノードオフガスを後述する燃焼器７に供給するアノードオフガス供給配管１３を備える。アノードオフガス循環装置６では、アノードオフガスをアノードオフガス循環配管１２に供給してアノード極４を循環させるか、アノードオフガス供給配管１３に供給してアノード極４からパージするかを選択する。
【００１３】
カソード極５の下流側には燃焼器７を備え、カソード極５から燃焼器７に延びるカソードオフガス供給配管１５を配置し、燃焼器７へカソードオフガスを供給する。カソードオフガス供給配管１５には加湿装置１０を備え、カソードオフガス中の水分を凝縮・回収して、燃料電池スタック３に供給する水素または空気の加湿に用いる。
【００１４】
燃焼器７では、水素またはアノードオフガスの少なくとも一方と、空気またはカソードオフガスの少なくとも一方と、からなる混合ガスを用いて燃焼反応を生じる。燃焼器７で生成された燃焼ガスは、後述する熱交換器８で熱交換を行ってから、排気配管１９を通って外部に排出される。
【００１５】
また、このような燃料電池システムの温度を調整するための冷却システムを備える。ここでは、燃料電池スタック３に冷媒を循環させることにより燃料電池スタック３の温度を調整する。燃焼器７の下流側にシステム温度調整用の熱交換器８を備え、冷却システムを循環する冷媒を選択的に通過させるとともに、燃焼器７で生成した燃焼ガスを通過させる。これにより、燃焼ガスの熱を冷媒に選択的に供給し、燃料電池システム、ここでは特に燃料電池スタック３の暖機を行う。また、冷却システムには冷媒を冷却する冷媒冷却装置９を備え、熱交換器８とこの冷媒冷却装置９を用いて冷媒の温度、ひいては燃料電池スタック３の温度を調整する。
【００１６】
また、燃料電池スタック３から電力を取り出すために、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の負荷３２を備えた回路を設ける。さらに、燃料電池スタック３の電圧を検出する電圧検出手段２７を備える。ここでは電圧検出手段２７を、循環するアノードガスをパージするかどうかの判断を行うためのパージ要否検知手段として用いる。供給されるアノードガス中に水素以外の不純物が増加すると燃料電池スタック３の電圧は低下する。そこで、電圧検出手段２７により検出された電圧値と、予測される電圧値との差が許容範囲よりも大きくなったらアノードガスをパージする必要があると判断し、パージ指令を出力する。さらに、このようなシステムの制御を行うコントローラ２８を備える。
【００１７】
次に、燃焼器７の説明をする。燃焼器７の概略構成を図２に示す。ここでは燃焼器７を燃焼室２５に燃焼触媒２４を担持することにより構成する。
【００１８】
燃焼器７へは、水素供給配管１１に備えた水素供給路切替え弁２１により供給装置１から供給される水素の一部をアノードオフガス供給配管１３を介して選択的に供給可能とする。また、アノードオフガス循環装置６からアノードオフガス供給配管１３を通ってアノードオフガスを選択的に供給可能とする。さらに、カソードガス供給配管１４に備えた空気供給路切替え弁２２により、供給装置２から供給される空気の一部をカソードオフガス供給配管１５を介して選択的に供給可能とする。また、カソードオフガス供給配管１５を介してカソードオフガスを供給する。
【００１９】
燃焼器７には、供給される水素あるいはアノードオフガスと空気あるいはカソードオフガスを混合して、均一な混合ガスを生成するミキサ２３を備える。また、ミキサ２３の後流側に、燃焼触媒２４を暖機し着火するための着火用の電気ヒータ２９と、燃焼触媒２４を担持して混合ガスを燃焼させる燃焼室２５と、を備える。ミキサ２３、ヒータ２９、燃焼室２５に渡る部位の外周を二重構造とし、二重構造を構成する壁面間に形成された隙間を、カソードオフガスが燃焼触媒２４をバイパスして流通することができるバイパス流路２６とする。バイパス流路２６には、凝縮した水分を外部に排出するドレーンバルブ３０を備える。
【００２０】
ここで、カソードオフガス供給配管１５は燃焼器７の上流側で二つに分岐し、一方は流量制御弁１６に他方は流量制御弁１７に供給される。流量制御弁１６に供給されたカソードオフガスは供給口７ａを介して燃焼器７に供給され、ミキサ２３、電気ヒータ２９を介して燃焼室２５に供給される。燃焼室２５において燃焼反応を生じることにより高温の燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスは排出口７ｂを介して燃焼器７から排出される。その後、高温の燃焼ガスは熱交換器８に供給され、必要に応じて冷媒に熱を供給してから排気配管１９を通って外部に排出される。
【００２１】
一方、流量制御弁１７に供給されたカソードオフガスは、バイパス流路入口２６ａを介して燃焼器７に供給される。燃焼器７に形成したバイパス流路２６を流通し、バイパス流路出口２６ｂを介して燃焼器７から排出される。その後、カソードオフガスは熱交換器８を迂回するカソードオフガス排気配管１８を介して排気配管１９に流れシステム外部に排気される。
【００２２】
また、アノードオフガス供給配管１３を流れるアノードオフガスはミキサ２３に供給され、前述した様に流量制御弁１６を介して供給されるカソードオフガスと混合されてから電気ヒータ２９を介して燃焼室２５に供給される。燃焼室２５で高温の燃焼ガスに変換し、排出口７ｂを介して燃焼器７から排出される。その後、熱交換器８において、必要に応じて冷媒に熱を供給した後、排気配管１９を介してシステム外部に排出される。このようにアノードオフガスを処理し、排気ガスを清浄化してから外部に排出する。
【００２３】
このような燃料電池システムにおいて、システム起動時には、水素供給路切替え弁２１、空気供給路切替え弁２２を燃焼器７側に開くことにより燃料および空気を直接燃焼器７に供給する。このときは、流量制御弁１６を開き、流量制御弁１７を閉じることで、空気をミキサ２３を介して燃焼室２５に供給する。この空気と、供給された水素により生じた燃焼反応に伴う燃焼熱で冷却システムを循環する冷媒を加熱し、昇温した冷媒を燃料電池スタック３内に循環させることにより燃料電池スタック３を昇温させる。
【００２４】
一方、通常作動時には、アノード極４から排出されたアノードオフガスはアノードオフガス循環装置６によりアノードオフガス循環配管１２に供給されて再びアノード極４に供給される。カソード極５からは、カソードオフガスがカソードオフガス供給配管１５を通り燃焼器７に供給される。このとき、図２に示すように、流量制御弁１６を閉じ流量制御弁１７を開くことで、カソードオフガスをバイパス流路入口２６ａを介してバイパス流路２６に供給する。このとき、燃焼室２５に隣接するバイパス流路２６をカソードオフガスが流通するため、燃焼室２５の温度はカソードオフガスの温度以上に維持される。バイパス流路２６を通過したカソードオフガスはバイパス流路出口２６ｂから排出され、カソードオフガス排気配管１８を通り、熱交換器８の後流側で排気配管１９に合流して外部へ排気される。
【００２５】
このような通常動作により発電を続けると、アノード極４側の燃料ガスに不純物等が混入することにより、燃料電池スタック３電圧が低下する。そこで、電圧検出手段２７により燃料電池スタック３の電圧を検出し、その出力をコントローラ２８に入力する。コントローラ２８では、運転条件から予測される燃料電池スタック３の電圧と、この出力とを比較し、その差からスタック電圧が許容範囲より低下しているかどうかを判断する。スタック電圧が許容範囲より低下していることが検知されたら、水素供給装置１からアノード極４への水素供給量を増加するとともに、アノードオフガス循環装置６にパージ指令を発信する。
【００２６】
パージ指令に基づいて、アノード極４、アノードオフガス循環装置６、アノードオフガス循環配管１２内のガスを水素によりパージする。パージされたアノードオフガスは、アノードオフガス供給配管１３を介してミキサ２３に供給される。同時に、流量制御弁１６、１７にも開度指令を発信して、流量制御弁１７を閉め、または絞り、流量制御弁１６を開くことで所定量のカソードオフガスをミキサ２３に分岐して供給する。このときの燃焼器７の状態を図３に示す。
【００２７】
また、パージ時には、パージ指令の発進とほぼ同時に電気ヒータ２９にも通電指令を発信することにより電気ヒータ２９をＯＮにして、所定時間、燃焼触媒２４の温度を上昇させて燃焼反応を生じさせる。ここで、通常動作時にはバイパス流路２６を流通するカソードオフガスにより、燃焼触媒２４は最低でもカソードオフガス温度に暖機されている。これにより、燃焼触媒２４が活性温度に達するまでの時間を比較的短くでき、しかもその時間は外気温度条件に左右されずに略一定に設定できる。
【００２８】
燃焼触媒２４は、通常動作時には水分を含んだカソードオフガスがバイパスされるために、触媒表面状にカソードオフガス中に存在するガス状あるいはミスト状の水分が凝縮あるいは付着するのを避けることができる。このため、燃焼触媒２４にカソードオフガスとアノードオフガスの混合ガスが供給される際には、速やかに着火して燃焼を開始することができる。生成された燃焼ガスは、熱交換器８を経由して外部に排出される。
【００２９】
コントローラ２８からパージ指令が出されている間は上記のような制御を行い、パージ指令が停止された時点で、流量制御弁１７を開き、流量制御弁１６を閉じることで、カソードオフガスを全てバイパス流路２６に供給して通常動作に戻る。
【００３０】
次に、本実施形態により得られる効果について説明する。
【００３１】
可燃性流体、ここでは水素と酸化剤ガス、ここでは空気と、の混合ガスを燃焼する燃焼室２５を備えた燃焼器７において、酸化剤ガスを燃焼室２５を選択的にバイパスできるバイパス流路２６を備える。これにより、水素またはアノードオフガスを燃焼器７に供給していないときには、酸化剤ガスを燃焼器７に供給するのを避けることができる。これにより、燃焼反応が生じていないときに酸化剤ガスを供給して燃焼器７を冷やすことで、酸化剤ガス等に含まれる水分を燃焼器７内で凝縮するのを避けることができる。よって、燃焼器７内に付着した水分により、着火性が悪化するのを防ぐことができる。
【００３２】
また、燃料電池スタック３を備えた燃料電池システムに上記のような燃焼器７を用いる。ここではアノードオフガスをアノード極４に循環させるアノードオフガス循環装置６およびアノードオフガス循環配管１２によりアノードオフガス循環システムを構成する。アノードガスを循環させて用いることにより、水素の消費を抑制し効率のよい発電を行うことができるが、燃焼器７における燃焼が断続的になるので、燃焼器７にカソードオフガス中の水分が付着しやすくなる。そこで、燃料ガスまたはアノードオフガスの少なくとも一方と、酸化剤ガスまたはカソードオフガスの少なくとも一方と、からなる混合ガスを燃焼する燃焼室２５を備えた燃焼器７を備える。このような燃焼器７の燃焼室２５を選択的にバイパスできるバイパス流路２６を備え、カソードオフガスを燃焼室２５に供給するかどうかを制御する。これにより、燃料ガスおよびアノードオフガスを燃焼器７に供給していない場合には、燃焼室２５にカソードオフガスを通過させるのを避けることができる。その結果、燃焼室２５にカソードオフガス中の水分が凝縮して付着するのを抑制することができ、燃焼器７の着火性の悪化を抑制することができる。
【００３３】
このようなバイパス流路２６を、燃焼室２５の周囲の二重構造により構成する。これによりバイパス２６を、燃焼室２５に隣接して構成することができるので、システム運転中には、燃焼反応を生じているかどうかにかかわらず、燃焼室２５をカソードオフガスの温度以上に保つことができる、これにより、燃料ガスおよびアノードオフガスが供給される際にも着火を容易にすることができる。特に燃焼器７に燃焼触媒を用いた場合には、触媒を活性温度にするまでの時間を短縮することができるので、速やかに燃焼を開始することができる。また、燃焼器７内にバイパス流路２６を構成するので、システムのレイアウトをコンパクトにすることができる。
【００３４】
また、バイパス流路２６に供給するカソードオフガスを、燃焼室２５に供給するカソードオフガスとは別々に燃焼器７に供給し、また別々に燃焼器７から排出する。ここでは、供給口７ａとバイパス流路入口２６ａ、排出口７ｂとバイパス流路２６ｂとをそれぞれ独立して構成する。これにより、燃焼反応を生じていないときに燃焼室２５へ水分を含んだカソードオフガスを供給するのを確実に避けることができる。
【００３５】
さらに、アノード極４のパージが必要かどうかを判断するパージ要否検知手段、ここでは電圧検出手段２７を備える。システムコントローラ２８で、電圧検出手段２７の出力に基づいてパージ指令を発信し、アノードオフガス循環装置６によりアノードオフガスを一時的に燃焼室２５に供給する。これとほぼ同時に、バイパス流路２６の流量を調整してカソードオフガスを一時的に燃焼室２５に供給する。これにより、水素供給配管１１、アノード極４、アノードオフガス循環装置６、アノードオフガス循環配管１２内に発電を阻害する阻害成分がたまっても、燃料ガスの消費を極力低減しつつ阻害成分を排出できる。よって燃料電池スタック３の出力を確保することができる。このとき、燃焼器７では前述したように燃焼器７内部の水の凝縮・付着が抑制されているため、パージされたアノードオフガスとカソードオフガスを燃焼室２５に供給した際に、速やかに燃焼を開始することができる。
【００３６】
燃焼器７は、燃焼室２５に燃焼触媒２４を充填することにより構成する。これにより、広い空燃比範囲において混合ガスの燃焼を十分に行い排気を清浄化することができる。このとき、燃焼室２５に水分が付着するのを避けているため、燃焼触媒２４の暖機を速やかに行うことができ、短時間で燃焼反応を開始することができる。
【００３７】
さらに燃焼器７は、混合ガス着火用の電気ヒータ２９を備える。パージ指令の発信とほぼ同時に電気ヒータ２９に通電して、所定の温度まで暖機させてから混合ガスを着火、燃焼する。これにより、燃焼触媒２４で燃焼させる場合に、速やかに燃焼触媒２４を活性温度にまで暖機することができる。また、混合ガスに直接着火するような燃焼器を用いた場合にも、確実に着火が可能となる。
【００３８】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略を図４に示す。また、通常作動時の燃焼器７の状態を図５に、アノ−ドガスパージ時の燃焼器７の状態を図６に示す。ここでは、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００３９】
ここでは、燃焼器７と熱交換器８とを一体に構成し、排出口７ｂとバイパス流路出口２６ｂとを一体に構成する。つまり、燃焼室２５の後流とバイパス流路２６とを合流部７ｃで合流させ、排出口７ｂを介して燃焼器７から排出させるとともに、排出したカソードオフガスまたは燃焼ガスを燃焼器７の後流に隣接する熱交換器８に供給する。
【００４０】
図５に示すように、通常動作時に燃焼室２５を迂回するカソードオフガスは、流量制御弁１７を通り、バイパス流路入口２６ａを介して燃焼器７に供給される。ミキサ２３、電気ヒータ２９、燃焼室２５を迂回するようにバイパス流路２６を流れ、燃焼室２５の後流に構成される合流部７ｃに供給される。カソードオフガスはこの合流部７ｃから排出口７ｂを介して熱交換器８を通過し、排気配管１９から外部に排出される。
【００４１】
一方、図６に示すように、パージ時に燃焼反応に用いられるカソードオフガスは、流量制御弁１６を通り、供給口７ａを介して燃焼器７に供給される。燃焼器７では、ミキサ２３、電気ヒータ２９を通り燃焼室２５において燃焼される。燃焼室２５で生成された燃焼ガスは合流部７ｃに排出され、排出口７ｂを介して熱交換器８に供給される。熱交換器８で、必要に応じて冷媒に熱を供給してから、排気配管１９を通って外部に排出される。
【００４２】
このような構成とすると、図５に示すように、通常作動時には燃焼室２５に担持している燃焼触媒２４の後端が、バイパス流路２６から合流部７ｃに供給された水分を含有するカソードオフガスに晒されることになる。しかし、通常作動時には、アノードオフガス及びカソードオフガスをそれぞれアノードオフガス循環装置６、流量制御弁１６により燃焼器７の上流側で遮断してある。このため、燃焼室２５の上流側は閉塞され、後端のみが開放されているので、カソードオフガスが合流部７ｃから燃焼室２５の内部へ侵入し、燃焼触媒２４に接触するのを抑制することができる。これにより、燃焼触媒２４への水分の付着が抑制され、燃料ガスのパージ時に燃焼室２５における着火性を確保できる。また、燃焼触媒２４の後端に水分が付着した場合でも、図６に示すようなパージ時に、燃焼触媒２４の上流側で生成される高温の燃焼ガスにより後端部に付着した水分が気化されて排出されるため、燃焼器７の作動に及ぼす影響を低減できる。
【００４３】
次に、本実施形態の効果について説明する。ここでは第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４４】
燃焼室２５へ供給されるカソードオフガスの燃焼器７への入口である供給口７ａと、バイパス流路２６を流通するカソードオフガスの燃焼器７への入口であるバイパス流路入口２６ａと、を独立して構成する。また、燃焼室２５から排出された燃焼ガスの燃焼器７からの出口である排出口７ｂと、バイパス流路２６を流通するカソードオフガスの燃焼器７からの出口であるバイパス流路出口２６ｂを一体に構成する。このように、入口側を独立して構成することで、燃焼反応を生じていない時に水分を含んだカソードオフガスを燃焼室７に供給するのを避けることができる。また、出口側を一体に構成することにより、バイパス流路２６および燃焼器７の周辺を簡単に構成することができると共に、コンパクトにすることができる。このとき、燃焼室２５の上流側を閉塞できるように構成することで、出口側で燃焼室２５に水分を含んだカソードオフガスが入りこむのを抑制することができる。
【００４５】
また、燃焼室２５で生成した燃焼ガスを用いてシステムに熱を供給する熱交換器８を備え、燃焼器７と、熱交換器８と、を隣接させてまたは一体に構成する。このとき、バイパス流路２６を通過したカソードオフガスと、燃焼室２５を通過した燃焼ガスとが、同一の出口、排出口７ｂから排出されるように構成することで、システムの構成を簡略化できる。また、燃焼器７の排出口７ｂと熱交換器８の燃焼ガスの入口部を隣接して、もしくは同一に構成することで、システム暖機時に燃焼ガスと冷却水との熱交換を効率的に行うことができる。また、バイパス流路２６を構成する二重構造が熱交換器８の周囲を覆わないので、熱交換器８で余分な熱を外部に放出することができ、通常動作時において熱交換器８に不要に熱が篭るのを防ぐことができる。
【００４６】
次に、第３の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略を図７に示す。また、通常動作時の燃焼器７の状態を図８に、燃料ガスパージ時の燃焼器７の状態を図９に示す。ここでは、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００４７】
ここでは、バイパス流路２６を燃焼器７から独立して構成する。カソードオフガス供給配管１５を燃焼器７の上流側で分岐し、一方は流量制御弁１６を介して燃焼器７のミキサ２３に接続する。他方は、バイパス流路２６として、流量制御弁１７を介して燃焼器７、熱交換器８を迂回して排気配管１９に接続する。バイパス流路２６の途中には凝縮した水をパージするドレーンバルブ３０を備える。
【００４８】
上述したようにバイパス流路２６を燃焼器７から独立して構成することで、通常作動時に燃焼触媒２４の温度が燃焼器７の外気温度にまで低下する可能性がある。そこで、電気ヒータ２９の通電時間を比較的長く設定することにより燃焼触媒２４を活性温度まで暖機する。また燃焼器７を断熱材３１等で保温することにより着火性の悪化を抑制する。
【００４９】
このような燃料電池システムに用いる燃焼器７の構成を図９に示す。
【００５０】
燃焼器７に供給される空気またはカソードオフガスと、水素またはアノードオフガスは、全てミキサ２３、電気ヒータ２９を介して燃焼室２５において燃焼される。燃焼室２５で生成した燃焼ガスは熱交換器８に供給され、冷媒の加熱等に用いられる。
【００５１】
通常作動時には、アノードオフガスまたは燃料は供給されず、カソードオフガスも燃焼器７には供給されずに、バイパス流路２６を介してシステム外部に排出される。ここでは、図８に示すように流量制御弁１６を閉じ、流量制御弁１７を開くことで、カソードオフガスをバイパス流路２６を介して排気配管１９から排出する。
【００５２】
一方、アノード極４のパージ時、つまり燃焼器７にアノードオフガスが供給されて燃焼を生じる際には、図９に示すように流量制御弁１６を開き、流量制御弁１７を閉じる。これにより、カソードオフガスとアノードオフガスを燃焼器７に供給して燃焼ガスを生成する。
【００５３】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００５４】
バイパス流路２６を、燃焼器７から独立した配管により構成する。これにより、燃焼器７の構成を簡単にすることができると供に、燃焼反応が生じない場合には、燃焼室２５にカソードオフガスが混入するのを確実に避けることができる。また、バイパス流路２６を簡素で且つ安価な配管により構成することができる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いる燃焼器の通常動作時の状態を示す図である。
【図３】第１の実施形態に用いる燃焼器のパージ時の状態を示す図である。
【図４】第２の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】第２の実施形態に用いる燃焼器の通常動作時の状態を示す図である。
【図６】第２の実施形態に用いる燃焼器のパージ時の状態を示す図である。
【図７】第３の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図８】第３の実施形態に用いる燃焼器の通常動作時の状態を示す図である。
【図９】第３の実施形態に用いる燃焼器のパージ時の状態を示す図である。
【符号の説明】
３　　燃料電池スタック
４　　アノード極
５　　カソード極
６　　アノードオフガス循環装置（アノードオフガス循環システム）
７　　燃焼器
８　　熱交換器
１２　アノードオフガス循環配管（アノードオフガス循環システム）
２４　燃焼触媒
２５　燃焼室
２６　バイパス流路
２７　電圧検知手段（パージ要否検知手段）
２８　コントローラ
２９　電気ヒータ
【図１】
2004095258.tif 000003
【図２】
2004095258.tif 000004
【図３】
2004095258.tif 000005
【図４】
2004095258.tif 000006
【図５】
2004095258.tif 000007
【図６】
2004095258.tif 000008
【図７】
2004095258.tif 000009
【図８】
2004095258.tif 000010
【図９】
2004095258.tif 000011