(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を主体とする原燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置と、
電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記一対の電極間に電位を印加した状態で、アノード側に前記改質ガスを供給することにより、前記改質ガス中の水素が前記電解質を透過してカソード側に移送されるイオンポンプと、
前記イオンポンプの少なくともカソード側出口、アノード側出口及びアノード側入口に連通するそれぞれノーマルクローズ型のカソード側出口流路遮断機構、アノード側出口流路遮断機構及びアノード側入口流路遮断機構と、
前記イオンポンプの前記カソード側出口と前記カソード側出口流路遮断機構との間から分岐するカソード側出口分岐流路と、
前記カソード側出口分岐流路に配置されるリリーフバルブと、
前記カソード側出口分岐流路に、前記リリーフバルブの上流に配置されるノーマルオープン型の電磁弁と、
を備えることを特徴とするイオンポンプシステム。
【請求項２】
請求項１記載のイオンポンプシステムにおいて、前記イオンポンプは、前記一対の電極間に電荷を印加した状態で、前記アノード側に前記改質ガスを供給するとともに、前記カソード側に酸化剤ガスを供給することにより発電する発電モードを有することを特徴とするイオンポンプシステム。
【請求項３】
請求項２記載のイオンポンプシステムにおいて、前記イオンポンプのカソード側入口に連通するカソード側入口流路遮断機構と、
前記カソード側入口流路遮断機構の上流に配置される酸化剤ガス供給源と、
を備えることを特徴とするイオンポンプシステム。
【請求項４】
請求項３記載のイオンポンプシステムにおいて、前記酸化剤ガス供給源から前記イオンポンプに供給される前記酸化剤ガスの供給圧力は、前記リリーフバルブが開放される圧力より小さい圧力に設定されることを特徴とするイオンポンプシステム。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のイオンポンプシステムにおいて、前記イオンポンプから前記水素が得られる際、前記電磁弁に通電して該電磁弁を閉状態に維持する一方、前記イオンポンプで発電される際、前記電磁弁への通電を遮断して該電磁弁を開状態に維持する制御部を備えることを特徴とするイオンポンプシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオンポンプシステムにおいて、前記イオンポンプの前記アノード側出口は、前記アノード側出口流路遮断機構を介装して前記改質装置を構成する燃焼器に接続されることを特徴とするイオンポンプシステム。
【請求項７】
炭化水素を主体とする原燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置と、
電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記一対の電極間に電位を印加した状態で、アノード側に前記改質ガスを供給することにより、前記改質ガス中の水素が前記電解質を透過してカソード側に移送される水素製造モード、及び前記一対の電極間に電荷を印加した状態で、前記アノード側に前記改質ガスを供給するとともに、前記カソード側に酸化剤ガスを供給することにより発電する発電モードを有するイオンポンプと、
前記イオンポンプのカソード側出口、アノード側出口、カソード側入口及びアノード側入口に連通するそれぞれノーマルクローズ型のカソード側出口流路遮断機構、アノード側出口流路遮断機構、カソード側入口流路遮断機構及びアノード側入口流路遮断機構と、
前記イオンポンプの前記カソード側出口と前記カソード側出口流路遮断機構との間から分岐するカソード側出口分岐流路と、
前記カソード側出口分岐流路に配置されるリリーフバルブと、
前記カソード側出口分岐流路に、前記リリーフバルブの上流に配置されるノーマルオープン型の電磁弁と、
を備えるイオンポンプシステムの運転方法であって、
前記イオンポンプが、前記水素製造モードで運転される際、前記電磁弁に通電して該電磁弁を閉状態に維持する一方、
前記イオンポンプが、前記発電モードで運転される際、前記電磁弁への通電を遮断して該電磁弁を開状態に維持することを特徴とするイオンポンプシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも改質装置と、前記改質装置からアノード側に供給される改質ガス中の水素をカソード側に移送させるイオンポンプと、を備えるイオンポンプシステム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体とセパレータとを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして、例えば、自動車等の車両に搭載して使用されている。
【０００４】
この場合、上記の燃料電池に供給される燃料ガスとしては、通常、改質装置によって炭化水素系の原燃料から生成される水素ガスが使用されている。改質装置では、一般的に、メタンやＬＮＧ等の炭化水素系の原燃料から改質原料ガスを得た後、この改質原料ガスに水蒸気改質や部分酸化改質、又はオートサーマル改質等を施すことにより、改質ガス（燃料ガス）が生成されている。
【０００５】
改質装置により生成される燃料ガスは、さらに高純度の水素ガス（水素リッチガス）に転換させる必要があるとともに、貯蔵用に圧縮する場合がある。このため、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池−イオンポンプ結合体が採用されている。
【０００６】
この燃料電池−イオンポンプ結合体は、燃料を受け入れるためのアノード側入口と、燃料を排出するためのアノード側出口と、酸化剤を受け入れるためのカソード側入口と、酸化剤と、精製酸素と精製水素との少なくとも１つとを排出するためのカソード側出口と、第１のコネクタと、第２のコネクタとを備える電気化学セル及び、前記第１及び第２のコネクタに電荷を与え、前記電気化学セルが発電する燃料電池として作用し、前記第１及び第２のコネクタに電位を与え、前記電気化学セルが、水素を精製する水素ポンプと酸素を精製する酸素ポンプとの少なくとも１つとして作用するための制御装置、を備えている。
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５０５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の燃料電池−イオンポンプ結合体は、水素製造（水素ポンプ）モードと発電（燃料電池）モードとを有しており、前記水素製造モードでは、アノード側入口に供給された改質ガスから得られる水素は、カソード側出口に昇圧されて送出されている。その際、特に、水素製造モードでの運転中にシステムが緊急停止されると、各種配管に配置されている遮断弁が閉塞されることにより、水素ガスの漏洩を防止している。
【０００９】
本発明はこの種のシステム緊急停止時における対策に関するものであり、特に水素製造モード時の緊急停止に際し、システムに異常が発生することを可及的に阻止することが可能なイオンポンプシステム及びその運転方法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、炭化水素を主体とする原燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置と、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記一対の電極間に電位を印加した状態で、アノード側に前記改質ガスを供給することにより、前記改質ガス中の水素が前記電解質を透過してカソード側に移送されるイオンポンプと、前記イオンポンプの少なくともカソード側出口、アノード側出口及びアノード側入口に連通するそれぞれノーマルクローズ型のカソード側出口流路遮断機構、アノード側出口流路遮断機構及びアノード側入口流路遮断機構と、前記イオンポンプの前記カソード側出口と前記カソード側出口流路遮断機構との間から分岐するカソード側出口分岐流路と、前記カソード側出口分岐流路に配置されるリリーフバルブと、前記カソード側出口分岐流路に、前記リリーフバルブの上流に配置されるノーマルオープン型の電磁弁とを備えている。
【００１１】
また、イオンポンプは、一対の電極間に電荷を印加した状態で、アノード側に改質ガスを供給するとともに、カソード側に酸化剤ガスを供給することにより発電する発電モードを有することが好ましい。
【００１２】
さらに、イオンポンプシステムは、イオンポンプのカソード側入口に連通するカソード側入口流路遮断機構と、前記カソード側入口流路遮断機構の上流に配置される酸化剤ガス供給源とを備えることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、酸化剤ガス供給源からイオンポンプに供給される酸化剤ガスの供給圧力は、リリーフバルブが開放される圧力より小さい圧力に設定されることが好ましい。
【００１４】
また、イオンポンプシステムは、イオンポンプから水素が得られる際、電磁弁に通電して前記電磁弁を閉状態に維持する一方、前記イオンポンプで発電される際、前記電磁弁への通電を遮断して該電磁弁を開状態に維持する制御部を備えることが好ましい。
【００１５】
さらに、イオンポンプのアノード側出口は、アノード側出口流路遮断機構を介装して改質装置を構成する燃焼器に接続されることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、本発明は、炭化水素を主体とする原燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置と、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記一対の電極間に電位を印加した状態で、アノード側に前記改質ガスを供給することにより、前記改質ガス中の水素が前記電解質を透過してカソード側に移送される水素製造モード、及び前記一対の電極間に電荷を印加した状態で、前記アノード側に前記改質ガスを供給するとともに、前記カソード側に酸化剤ガスを供給することにより発電する発電モードを有するイオンポンプと、前記イオンポンプのカソード側出口、アノード側出口、カソード側入口及びアノード側入口に連通するそれぞれノーマルクローズ型のカソード側出口流路遮断機構、アノード側出口流路遮断機構、カソード側入口流路遮断機構及びアノード側入口流路遮断機構と、前記イオンポンプの前記カソード側出口と前記カソード側出口流路遮断機構との間から分岐するカソード側出口分岐流路と、前記カソード側出口分岐流路に配置されるリリーフバルブと、前記カソード側出口分岐流路に、前記リリーフバルブの上流に配置されるノーマルオープン型の電磁弁とを備えるイオンポンプシステムの運転方法に関するものである。
【００１７】
そして、イオンポンプが、水素製造モードで運転される際、電磁弁に通電して前記電磁弁を閉状態に維持する一方、前記イオンポンプが、発電モードで運転される際、前記電磁弁への通電を遮断して該電磁弁を開状態に維持している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、イオンポンプに電位が印加されてカソード側に水素が移送される、所謂、水素製造モード時に、イオンポンプシステムが緊急停止すると、ノーマルクローズ型のカソード側出口流路遮断機構、アノード側出口流路遮断機構及びアノード側入口流路遮断機構が閉塞される一方、ノーマルオープン型の電磁弁が開放される。
【００１９】
その際、カソード側には、アノード側に比べて高圧な水素が保持されている。この比較的高圧な水素は、開放された電磁弁の下流に配置されているリリーフバルブを通って排出されるため、カソード側が所定の圧力まで減圧される。
【００２０】
このため、カソード側の水素が、電解質を拡散してアノード側に移動し、このアノード側で前記水素である可燃ガスが昇圧されることを阻止することができる。従って、可燃ガスが、アノード側出口流路遮断機構やアノード側入口流路遮断機構を透過して上流側の設備に影響を与えることを確実に防止することが可能になる。
【００２１】
例えば、アノード側出口流路遮断機構の下流側に配設される燃焼器に、可燃ガスが導入されると、前記燃焼器の温度が異常に上昇するおそれがあるからである。これにより、特に水素製造モードでの緊急停止時に、システムに異常が発生することを可及的に阻止することができる。
【００２２】
また、本発明では、イオンポンプが、発電モードで運転される際、電磁弁への通電を遮断しているため、この電磁弁による電力の消費を良好に抑制することが可能になる。このため、イオンポンプシステム全体の省電力化が容易に図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るイオンポンプシステム１０の概略構成図である。このイオンポンプシステム１０は、例えば、家庭用エネルギステーションとして利用される。
【００２４】
イオンポンプシステム１０は、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガス）と水蒸気との混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置１２と、後述する発電モード及び水素製造モードを有するＦＣ−イオンポンプ１４と、前記ＦＣ−イオンポンプ１４に接続されるとともに、前記イオンポンプシステム１０全体の制御を行うコントローラ（制御部）１６とを備える。コントローラ１６は、発電モード時にＦＣ−イオンポンプ１４に電荷を印加する一方、水素製造モード時に前記ＦＣ−イオンポンプ１４に電位を印加する機能を有する。
【００２５】
改質装置１２は、都市ガス中に含まれるメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の炭化水素に水蒸気を混合して混合燃料を得るための熱交換器１８と、前記熱交換器１８に水蒸気発生用の熱を付与するための触媒燃焼器２０と、前記混合燃料を水蒸気改質して改質ガスを得るための改質器２２と、シフト反応により前記改質ガス中の一酸化炭素及び水蒸気を二酸化炭素及び水素に変換させるＣＯ変成器（シフト反応器）２４と、少量の空気を改質ガスに付加し、選択的に吸収した一酸化炭素と空気中の酸素とを反応させて二酸化炭素に変換させるＣＯ除去器（選択酸化反応器）２６とを備える。
【００２６】
ＦＣ−イオンポンプ１４は、固体高分子電解質膜２８をアノード側電極３０とカソード側電極３２とで挟持した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体は、図示しないがセパレータと交互に積層されてスタックを構成する。固体高分子電解質膜２８としては、例えば、炭化水素系の電解質膜又はパーフルオロカーボン等のフッ素系の電解質膜が使用される。
【００２７】
ＦＣ−イオンポンプ１４は、改質ガスをアノード側電極３０に供給するためのアノード側入口３４ａと、前記アノード側電極３０から使用済みの改質ガスを排出するためのアノード側出口３４ｂと、カソード側電極３２に酸化剤ガスとして空気を供給するためのカソード側入口３６ａと、前記カソード側電極３２から使用済みの空気を排出するとともに、水素製造モードにより改質ガスから取り出された精製水素ガスを排出するためのカソード側出口３６ｂとを設ける。
【００２８】
アノード側入口３４ａと改質装置１２を構成するＣＯ除去器２６とは、アノード側入口流路３８により接続され、アノード側出口３４ｂと前記改質装置１２を構成する触媒燃焼器２０とは、アノード側出口流路４０により接続される。
【００２９】
アノード側入口流路３８には、ノーマルクローズ型の電磁弁（遮断機構）４２が設けられる。アノード側出口流路４０の途上には、ノーマルクローズ型の電磁弁（遮断機構）４６が設けられる。
【００３０】
カソード側入口３６ａには、カソード側入口流路４８が接続される。このカソード側入口流路４８には、ノーマルクローズ型の電磁弁（遮断機構）５０と、この電磁弁５０の上流に位置してブロア（コンプレッサ）５２とが配設される。カソード側出口３６ｂには、カソード側出口流路５４が接続される。カソード側出口流路５４の下流側には、ノーマルクローズ型の電磁弁（遮断機構）５６が設けられる。この電磁弁５６の下流には、図示しないが、精製された水素ガスを貯留するための水素貯留ステーションや、この水素ガスを燃料電池車に供給するための水素供給ステーション等が設けられる。
【００３１】
カソード側出口流路５４には、カソード側出口３６ｂと電磁弁５６との間からカソード側出口分岐流路５８が分岐する。カソード側出口分岐流路５８には、ノーマルオープン型の電磁弁６０と、この電磁弁６０の下流に位置してリリーフバルブ６２とが設けられる。酸化剤ガス供給源であるブロア５２からＦＣ−イオンポンプ１４に供給される空気の供給圧力は、リリーフバルブ６２が開放される圧力より小さい圧力に設定される。
【００３２】
ＦＣ−イオンポンプ１４では、例えば、アノード側が約１０ｋＰａ・Ｇの改質ガス雰囲気であるため、電磁弁４２、４６としては、小型且つ安価な低圧用の遮断弁が用いられる。一方、カソード側は、例えば、約８００ｋＰａ・Ｇに昇圧されており、電磁弁５０、５６としては、比較的高圧用の遮断弁が用いられる。
【００３３】
このように構成されるイオンポンプシステム１０の動作について、以下に説明する。
【００３４】
先ず、改質装置１２では、例えば、都市ガス等の原燃料（改質原料）と改質水とが熱交換器１８に供給されるとともに、この熱交換器１８では、触媒燃焼器２０による燃焼熱が付与される。このため、改質水が蒸発して水蒸気が得られ、原燃料と前記水蒸気との混合燃料が改質器２２に供給される。
【００３５】
改質器２２では、水蒸気改質が行われて改質ガスが得られ、この改質ガスは、ＣＯ変成器２４に供給されることにより、シフト反応が行われる。さらに、改質ガスは、ＣＯ除去器２６に送られて選択酸化反応が行われた後、アノード側入口流路３８に導入される。
【００３６】
ここで、ＦＣ−イオンポンプ１４が発電モードである際には、コントローラ１６を介して、電磁弁６０への通電を遮断してこの電磁弁６０を開放状態に維持するとともに、アノード側電極３０とカソード側電極３２とに電荷が印加される。この状態で、改質ガスが、アノード側入口流路３８を介してアノード側電極３０に供給されるとともに、空気（酸化剤ガス）が、ブロア５２の作用下に、カソード側入口流路４８を介してカソード側電極３２に供給される。従って、ＦＣ−イオンポンプ１４では、アノード側電極３０に供給される改質ガス中の水素と、カソード側電極３２に供給される空気中の酸素とを介し、電気化学反応により発電が行われる。
【００３７】
アノード側電極３０で使用された改質ガス（未燃の水素ガスを含む）は、アノード側出口３４ｂからアノード側出口流路４０を通って触媒燃焼器２０に送られ、この触媒燃焼器２０に供給される燃焼空気によって燃焼される。一方、カソード側電極３２で使用された空気は、カソード側出口３６ｂからカソード側出口流路５４を通って外部に排出される。
【００３８】
次いで、ＦＣ−イオンポンプ１４が水素製造モードで運転される際には、図２に示すように、コントローラ１６を介して、電磁弁５０への通電を遮断してこの電磁弁５０を閉状態に維持するとともに、アノード側電極３０とカソード側電極３２とに電位が印加される。
【００３９】
そして、上記のように、改質装置１２からアノード側入口流路３８に改質ガスが供給され、この改質ガスは、アノード側入口３４ａからアノード側電極３０に供給される。一方、ブロア５２からカソード側電極３２に空気の供給が行われていない。
【００４０】
ここで、アノード側電極３０にプラス極の電位が印加されるとともに、カソード側電極３２にマイナス極の電位が印加されている。このため、アノード側電極３０では、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-の反応が起こり、水素イオン（Ｈ+）は、固体高分子電解質膜２８を透過してカソード側電極３２に移動する。このカソード側電極３２で、２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2の反応が惹起するとともに、昇圧されている。
【００４１】
従って、アノード側電極３０からカソード側電極３２には、プロトン（水素イオン）が移動し、前記カソード側電極３２に高純度の水素ガスが精製される。この水素ガスは、カソード側出口流路５４に導入され、図示しない水素貯留ステーション又は水素供給ステーションに送られる。
【００４２】
この場合、本実施形態に係る運転方法では、ＦＣ−イオンポンプ１４が水素製造モードで運転される際には（図２参照）、ノーマルオープン型の電磁弁６０に通電することによりこの電磁弁６０が閉状態に維持される一方、前記ＦＣ−イオンポンプ１４が発電モードで運転される際には（図１参照）、前記電磁弁６０への通電が遮断されている。
【００４３】
このため、発電モードにおいて、電磁弁６０は、開状態に維持されているが、ブロア５２からＦＣ−イオンポンプ１４に供給される空気の供給圧力が、リリーフバルブ６２が開放される圧力より小さい圧力に設定されている。従って、カソード側出口３６ｂから排出される排ガス（使用済み空気）は、カソード側出口分岐流路５８から外部に排出されることがない。
【００４４】
このように、ＦＣ−イオンポンプ１４が、発電モードで運転される際に、電磁弁６０への通電が不要となり、イオンポンプシステム１０全体の省電力化を図ることができるという効果が得られる。しかも、リリーフバルブ６２を設け、このリリーフバルブ６２が開放される圧力と、ブロア５２からの空気の供給圧力との関係を設定するだけでよく、コストの高騰を良好に抑制することが可能になる。
【００４５】
ところで、上記の水素製造モードによる運転時に、イオンポンプシステム１０が緊急停止することがある。例えば、コントローラ１６が、改質器２２の温度及び触媒燃焼器２０の温度が異常に上昇したことを検出した際や、図示しないガス漏れセンサにより改質ガスの漏れを検出した際に、イオンポンプシステム１０が緊急停止されて電力供給が遮断される。このため、電磁弁４２、４６、５０及び５６が閉塞される一方、電磁弁６０が開放される。
【００４６】
この場合、ＦＣ−イオンポンプ１４が水素製造モードで運転されていると、アノード側の改質ガス雰囲気が約１０ｋＰａ・Ｇと低圧であるのに対し、カソード側は精製された水素ガスを昇圧するために、約８００ｋＰａ・Ｇと高圧になっている。従って、イオンポンプシステム１０が緊急停止されることにより、ＦＣ−イオンポンプ１４のアノード側とカソード側とでは、大きな圧力差が存在し、カソード側の水素が固体高分子電解質膜２８を透過してアノード側に移動するおそれがある。
【００４７】
カソード側からアノード側に水素が拡散されると、アノード側が昇圧されて低圧用遮断弁である電磁弁４２、４６から漏れた水素ガスが、改質装置１２のＣＯ除去器２６や触媒燃焼器２０に導入される。その際、特に、触媒燃焼器２０に過剰な可燃ガスが供給されることにより、前記触媒燃焼器２０の温度が異常に上昇するおそれがある。
【００４８】
そこで、第１の実施形態では、カソード側出口流路５４から分岐してカソード側出口分岐流路５８が設けられるとともに、前記カソード側出口分岐流路５８には、ノーマルオープン型の電磁弁６０とリリーフバルブ６２とが流れ方向に沿って配置されている。このため、イオンポンプシステム１０が緊急停止した際には、電磁弁６０が開放されるため、昇圧されているカソード側の水素ガスは、カソード側出口分岐流路５８を介して排出される（図３参照）。
【００４９】
従って、カソード側の比較的高圧な水素ガスは、電磁弁６０の下流に配置されているリリーフバルブ６２を通って排出され、このリリーフバルブ６２の設定圧力に至るまで減圧される。このリリーフバルブ６２の設定圧力は、例えば、アノード側の圧力とカソード側の圧力とが略均衡する圧力に設定されることが好ましい。
【００５０】
これにより、カソード側の比較的高圧な水素ガスが、固体高分子電解質膜２８を拡散してアノード側に移動し、このアノード側で前記水素ガスである可燃ガスが昇圧されることを阻止することができる。このため、可燃ガスが低圧用の電磁弁４２、４６を透過して上流側の設備である改質装置１２に影響を与えることを阻止することが可能になる。
【００５１】
特に、電磁弁４６の下流側に配置されている触媒燃焼器２０には、必要以上の可燃ガスが導入されることがない。従って、前記触媒燃焼器２０の温度が異常に上昇することを阻止し、イオンポンプシステム１０に異常が発生することを可及的に防止することができるという効果が得られる。
【００５２】
しかも、アノード側の遮断弁である電磁弁４２、４６は、低圧用の遮断弁を用いることが可能になる。これにより、遮断機構自体が大型化することがなく、しかも、設備費の高騰を抑制することができる。なお、イオンポンプシステム１０が通常停止する際には、カソード側出口流路５４で圧抜き処理が行われて、アノード側とカソード側とを略同圧に調整した後、前記イオンポンプシステム１０全体の電力供給が停止されている。
【００５３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るイオンポンプシステム７０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係るイオンポンプシステム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３及び第４の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
イオンポンプシステム７０では、アノード側入口流路３８にノーマルクローズ型の三方電磁弁７２が配置される。三方電磁弁７２には、バイパス流路７４の一端が接続され、このバイパス流路７４の他端は、アノード側出口流路４０の途上に電磁弁４６の下流に位置して接続される。三方電磁弁７２は、非通電時にバイパス流路７４側を開にする。
【００５５】
このように構成される第２の実施形態では、特に、改質装置１２の運転開始時のように、触媒燃焼温度や改質器２２の温度が低く、前記改質装置１２から良好な改質ガスが供給される前に、三方電磁弁７２を介してこの改質ガスをバイパス流路７４から触媒燃焼器２０に供給することができる。
【００５６】
このため、ＦＣ−イオンポンプ１４のアノード側電極３０に不要なガス成分（特に、ＣＯ）が供給されることがなく、前記ＦＣ−イオンポンプ１４の劣化を防止することができる。
【００５７】
なお、改質装置１２の運転中の温度安定が確認された後には、三方電磁弁７２を切り換えて改質ガスをアノード側電極３０に供給し、上記の第１の実施形態と同様の処理が行われる。
【００５８】
図５は、本発明の第３の実施形態に係るイオンポンプシステム８０の概略構成図である。
【００５９】
このイオンポンプシステム８０では、アノード側入口流路３８に、電磁弁に代えて逆止弁８２が配置される。逆止弁８２は、改質装置１２から得られる改質ガスをアノード側電極３０に向かって供給するものである。この逆止弁８２を用いることにより、イオンポンプシステム８０全体を一層経済的に構成することができるという効果がある。
【００６０】
図６は、本発明の第４の実施形態に係るイオンポンプシステム９０の概略構成図である。
【００６１】
このイオンポンプシステム９０は、水素製造モードのみを有するイオンポンプ９２を備えている。イオンポンプ９２は、前述したＦＣ−イオンポンプ１４における水素製造モード時の同様の運転処理が行われる。
【００６２】
従って、第４の実施形態では、イオンポンプ９２による水素製造運転時に、イオンポンプシステム９０が緊急停止して電力供給が遮断された際、カソード側の高圧な水素ガスは、電磁弁６０及びリリーフバルブ６２を介して確実に放出される。このため、前記カソード側からアノード側に水素が拡散することを良好に阻止することが可能になる。
【００６３】
これにより、第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオンポンプシステムの概略構成図である。
【図２】前記イオンポンプシステムの水素製造モードの説明図である。
【図３】前記イオンポンプシステムの緊急停止時の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るイオンポンプシステムの概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るイオンポンプシステムの概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るイオンポンプシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０、７０、８０、９０…イオンポンプシステム
１２…改質装置                      １４…ＦＣ−イオンポンプ
１６…コントローラ                  １８…熱交換器
２０…触媒燃焼器                    ２２…改質器
２４…ＣＯ変成器                    ２６…ＣＯ除去器
２８…固体高分子電解質膜            ３０…アノード側電極
３２…カソード側電極                ３４ａ…アノード側入口
３４ｂ…アノード側出口              ３６ａ…カソード側入口
３６ｂ…カソード側出口              ３８…アノード側入口流路
４０…アノード側出口流路            ４２、４６、５０、５６、６０…電磁弁
４８…カソード側入口流路            ５４…カソード側出口流路
５８…カソード側出口分岐流路        ６２…リリーフバルブ
７２…三方電磁弁                    ７４…バイパス流路
８２…逆止弁                        ９２…イオンポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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