(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを消費して発電すると共に、前記発電により消費されなかった燃料ガスを流出する出口ポートを有する燃料電池と、前記出口ポートを通して送られる燃料ガス中に含有する水分を除去し、前記水分から生成される凝集水を溜める水受け部を有する水分除去装置と、前記水分除去装置の下流側に配置され、前記燃料ガスを燃焼するバーナーと、前記水分除去装置と前記バーナーとを連通する配管を開閉するガス配管開閉弁とを備え、前記発電の停止時に前記ガス配管開閉弁が閉まる燃料電池システムであって、
原料ガスと水蒸気から燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給器と、前記水受け部における前記凝集水の水位を検知する水位検知器と、制御装置とを更に備え、
前記水位検知器で検知された前記凝集水の水位が下限以下であると、前記制御装置は、前記原料ガス供給器を用いて原料ガスの供給を停止する燃料電池システム。
【請求項２】
前記バーナーにおいて前記燃料ガスを燃焼することによって生成した熱を前記燃料処理器に供給する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ガス配管開閉弁は、常態において前記配管を閉じるように動作するノーマルクローズ型の開閉弁である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ガス配管開閉弁は、通電停止時に前記配管を閉める電磁弁である請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ガス配管開閉弁よりも上流に、前記発電の停止時に、前記ガス配管開閉弁の閉栓により流れを遮られたガスのガス圧逃がし機構を有して構成される請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水分除去装置は、前記燃料ガスを通流する領域を有する熱交換部を備え、前記熱交換部における熱交換により前記燃料ガスが冷却される請求項１または５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料ガスを通流する領域に邪魔板が配置され、前記邪魔板によって前記燃料ガスが減速される請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水位検知器により出力される検知信号に基づき前記制御装置は前記凝集水の水位を制御する請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記水受け部に連通すると共に、前記水分除去装置の内圧が大気圧に対して正圧の状態において前記凝集水の水位よりも上方で大気に開放される開放端を形成するように延びる第一の水通路配管を備え、
前記内圧と大気圧との差圧によって、前記凝集水の一部を配管水として前記第一の水通路配管の内部に導きながら前記第一の水通路配管に内在する配管水の水位が、前記凝集水の水位に対して上昇する請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記水分除去装置は、前記燃料ガスを通流する領域を有する熱交換部と、前記水受け部に連通すると共に、前記水分除去装置の内圧が大気圧に対して正圧の状態において前記凝集水の水位よりも上方で大気に開放される開放端を形成するように延びる第一の水通路配管と、を備え、
前記第一の水通路配管が、前記ガス圧逃がし機構として機能する請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記水受け部に連通すると共に、前記水分除去装置の内圧が大気圧に対して正圧の状態において前記凝集水の水位よりも上方で大気に開放される開放端を形成するように延びる第一の水通路配管を備え、前記水位検知器によって検知される前記下限は、前記第一の水通路配管の内容積から導出される請求項１記載の燃料電池システム。
【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係り、更に詳しくは、燃料電池システムの停電等の緊急停止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池のアノードに還元剤ガスとして供給される水素リッチな燃料ガスと、それのカソードに酸化剤ガスとして供給される空気とを燃料電池の内部で反応させることにより発電するものである。そして、この燃料ガスは一般的には、改質器と称される燃料処理器の内部の水蒸気改質反応によって都市ガス等の原料ガスと水蒸気から生成されている。
【０００３】
更に、燃料電池システムの稼働時には、燃料電池のアノードに供給された燃料ガスの一部をオフガスとして、バーナーに還流してこれをバーナーにおいて燃焼させて燃料処理器の熱源として利用しており、燃料処理器および燃料電池並びに各種の配管には可燃性燃料ガスが満たされている。
【０００４】
そこで、このような燃料電池システムの停止時に、燃料電池システムの内部に充満した燃料ガスの適切な後処理法（パージ処理法）が提案されており、その一例として、最終的に空気によって燃料ガスパージを実施するといった空気パージ技術が紹介されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、この特許文献１によれば、燃料電池の発電の停止時、燃料処理器に水供給手段から水を供給することにより生成した水蒸気によって燃料ガス経路の内部に残留する水素ガス含有の燃料ガスを排除した後、パージ用空気供給手段から空気を流入せしめて燃料ガス経路の内部を最終的に空気パージする方法が示されている。こうして、この燃料電池システムでは、燃料電池の水素ガスを水蒸気によって排除させた後、燃料電池の内部に空気を供給することで、水蒸気に起因する経路の水滴腐食の防止が図られる。
【０００６】
しかも、このような空気パージ処理技術によれば、燃料電池システムの発電を停止させる際に、不活性ガス（窒素ガス）を流入せしめ、燃料処理器および燃料電池を経由してこれらの機器の内部に残留するガス（燃料ガス等）をバーナーに導いてこのバーナーで処理させるという従来の窒素ガスパージ処理法に比べて、窒素ガスの貯蔵装置を廃止できてコスト低減を図ることが可能である。
【特許文献１】国際公開０１／９７３１２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の燃料電池システムは、確かにパージ処理コストの低減を図りながら、通常の停止動作を燃料処理器やバーナー等のシステム全体を適切に制御してスムーズに実行できるものであるが、停電等の不測の事態における緊急停止時に対して適切かつ迅速な停止動作を行い得るか否か疑問が残る。
【０００８】
例えば、緊急停止時には、燃料電池とバーナーとを繋ぐ配管に充満された燃料ガスが、下記に示すような考察に基づいて高温（例えば、６００℃程度）に保たれたバーナーに拡散して、バーナーに拡散し漏洩した燃料ガスが、バーナーの排気口から混入する空気と混合し可燃濃度範囲まで希釈されれば、バーナー近傍において混合ガスの異常燃焼という状況を生じる懸念がある。
【０００９】
すなわち、燃料電池システムの緊急停止時から暫くの間は、燃料処理器に残存する未反応原料ガスと高温に保たれた燃料生成器の熱によって水蒸気改質反応が進行する。そして、燃料処理器における水蒸気改質反応は、下記（１）式のように表されるため、この改質反応の進行に伴って燃料電池システムの内部に存在するガスの体積が増えて、こうしたガス体積増大により配管等に充満する燃料ガスがその下流側に押し出されて、燃料ガスがバーナーへ拡散するものと考えられる。
【００１０】
よって、特許文献１に記載のように燃料処理器の内部において意図的に水蒸気を生成することは（但し、停電の際には補助電源を使用することを要する。）、むしろ燃料ガスのバーナーへの拡散を助長することにもなりかねず望ましくないと言える。
【００１１】
ＣＨ4  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2  ・・・（１）
もちろん、こういった停電等の不測の事態に起因する緊急停止時に、補助電源から給電を受けて窒素ガス等の不活性ガスを燃料電池システムに迅速に導入し得る構成を採用することによって燃料ガス（可燃ガス）を一気に不活性ガスによって置換するという措置をとることも可能ではあるが、このような構成をそのまま採用することは、補助電源や不活性ガスの使用を無くして配管構成の簡素化や燃料電池システムの低コスト化を図りたいという期待に反するものである。
【００１２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、補助電源や不活性ガス（窒素ガス）を使用することなく、停電等の不測の事態による緊急停止時に対して適切かつ迅速な停止動作を可能にする燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、燃料電池のアノードからバーナーに導かれる配管（端的には、後記の実施形態説明欄で述べる燃料ガス還流配管１０５および燃焼用燃料ガス配管１０６に対応する配管）の適所に、停電等の不測の事態において閉まるガス配管開閉弁を設けることが有用であると、本件発明者等は考えた。
【００１４】
ところで、燃料電池システムでは一般的に、燃料処理器の改質反応に必要な熱を確保するため、燃料処理器により生成されアノードに供給される前の水蒸気含有の水素ガス（以下、ここでは単に「水素ガス」という。）または燃料処理器により生成されアノードに供給された後の水蒸気含有のオフガスが、燃料ガスとしてバーナーに供給される。そして、水素ガスやオフガス中の、水分（水蒸気や水滴）等の燃料ガス燃焼に寄与しない成分は、それの昇温に余分なエネルギーを必要とすることから、燃料電池システムのエネルギー効率を下げる一要因となる。このため、バーナーに導かれて燃料ガスを流す上記配管の途中には、水素ガスやオフガス中の水分を除去してこれを凝縮水として溜める水分除去装置が、燃料電池システムに標準的に装備されている。
【００１５】
ここで、このような水分除去装置を上記配管に配設することを前提にして、停電等の不測の事態において閉まるガス配管開閉弁を配設する配管位置について以下の知見が得られた。
【００１６】
即ち、斯かるガス配管開閉弁を、水分除去装置の燃料ガス流れ方向の上流側に位置する配管（以下、単に「上流側配管」という）の途中に配置した場合、以下の問題があることが判明した。
【００１７】
燃料電池の発電時には、水分除去装置内が昇温することにより、水分除去装置に溜まった凝縮した水の温度も上昇する。そしてこの状態で、燃料電池の発電停止の際には、仮に上流側配管をガス配管開閉弁により閉じるとすれば、高温（発電停止時直後では、例えば７０〜８０℃程度）の凝縮水の蒸発により、水分除去装置の内部に存在する多量の水蒸気を含んだガスが、水分除去装置の燃料ガス流れ方向の下流側に位置する配管（以下、単に「下流側配管」という。）を通ってバーナーに送られる。その後、燃料電池システムの各種の機器や配管が徐々に冷えるに連れて、多量の水蒸気を含んだガスから水蒸気が結露する。結露した水滴は、配管の内面やバーナーの内部に付着することになる。こうなると、次回のバーナー燃焼開始時に、結露した水によりバーナーの火炎失火や不完全燃焼に陥る可能性があり、これによって、ＣＯガス等の不完全燃焼ガス発生が懸念される。
【００１８】
また、水分除去装置の内部に存在する上記ガス中には、水素ガス等の可燃性ガスも含有されており、このガスが高温に保たれたバーナーに流れ込み、バーナーの排気口から漏洩した空気と混合すれば、このような混合ガスによるバーナー内の異常燃焼発生の可能性もある。
【００１９】
このような燃料電池システムに絡む問題点に鑑みて、停電等の不測の事態において閉まるガス配管開閉弁を、水分除去装置とバーナーとの間の上流側配管に配設することが、肝要であるとの結論に至った。
【００２０】
即ち、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスを消費して発電すると共に、前記発電により消費されなかった燃料ガスを流出する出口ポートを有する燃料電池と、前記出口ポートを通して送られる燃料ガス中に含有する水分を除去し、前記水分から生成される凝集水を溜める水受け部を有する水分除去装置と、前記水分除去装置の下流側に配置され、前記燃料ガスを燃焼するバーナーと、前記水分除去装置と前記バーナーとを連通する配管を開閉するガス配管開閉弁とを備えており、前記発電の停止時に前記ガス配管開閉弁が閉まるものであって、原料ガスと水蒸気から燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給器と、前記水受け部における前記凝集水の水位を検知する水位検知器と、制御装置とを更に備え、前記水位検知器で検知された前記凝集水の水位が下限以下であると、前記制御装置は、前記原料ガス供給器を用いて原料ガスの供給を停止するものである。
【００２１】
これにより、停電等の不測の事態による緊急停止時にガス配管開閉弁を迅速に閉めて、燃料電池システムの内部に充満する可燃性の燃料ガスがバーナーに漏れることを防ぐことができ、燃料電池システムの緊急停止動作を適切に行うことが可能になる。
【００２２】
また、ガス配管開閉弁を水分除去装置とバーナーとを連通する配管に配設したことから、水分除去装置の内部の可燃性のガスについても、バーナーに拡散しない。
【００２３】
更には、ガス配管開閉弁を水分除去装置とバーナーとを連通する配管に配設したことから、水分除去装置の内部ガスに含まれる水蒸気が、このガスに同伴してバーナーに流れなくなり、このような水蒸気の結露によるバーナーの、次回燃焼時の火炎の失火や不完全燃焼といった問題に適切に対応できる。
また、制御装置が、凝集水の水位をその下限を基準にして監視しながら原料ガスの供給の有無を判断するため、凝集水の水枯れという状況を防止できる。
【００２４】
なお、前記バーナーにおいて前記燃料ガスを燃焼することによって生成した熱を前記燃料処理器に供給する構成であっても良い。
【００２５】
ここで、前記ガス配管開閉弁は望ましくは、常態において前記配管を閉じるように動作するノーマルクローズ型の開閉弁である。例えば、前記ガス配管開閉弁は、通電停止時に前記配管を閉める電磁弁により構成されている。
【００２６】
これにより、停電時に補助電源が無くともガス配管開閉弁を自動的に閉めることを可能にして好適である。
【００２７】
また、前記ガス配管開閉弁よりも上流に、前記発電の停止時に、前記ガス配管開閉弁の閉栓により流れを遮られたガスのガス圧逃がし機構を有して構成されも良い。なお、圧力逃がし機構の具体例として、後記の第一の水通路配管がある。
【００２８】
また、前記水分除去装置の一例としては、前記燃料ガスを通流する領域を有する熱交換部を備えており、前記熱交換部における熱交換により前記燃料ガスが冷却されるように構成されている。なおここで、燃料ガス中に含有する水分には、燃料ガス中の微細な水滴および水蒸気の何れも含まれるものであり、要するにこれは、燃料ガスの燃焼を妨げる水に関連した成分のことをいう。
【００２９】
また、前記燃料ガスを通流する領域に邪魔板が配置され、前記邪魔板によって前記燃料ガスが減速されるような構成であっても良い。
【００３０】
このような構成により、燃料ガスの通路を確保しながら燃料ガス中に含有する水分の除去を促進してこれをバーナーにおいて燃焼可能な状態にすると共に、水受け部において燃料ガスの大気中への放出を防ぐ凝集水を溜めることを可能にしている。
【００３１】
なおここで、前記水位検知器により出力される検知信号に基づき前記制御装置は前記凝集水の水位を制御しても良い。
【００３２】
これにより、凝集水の水位が適切に検知されかつ維持される。
【００３３】
また、前記水受け部に連通すると共に、前記水分除去装置の内圧が大気圧に対して正圧の状態において前記凝集水の水位よりも上方で大気に開放される開放端を形成するように延びる第一の水通路配管を備え、前記内圧と大気圧との差圧によって、前記凝集水の一部を配管水として前記第一の水通路配管の内部に導きながら前記第一の水通路配管に内在する配管水の水位を、前記凝集水の水位に対して上昇させるように前記第一の水通路配管が配置されるように構成しても良い。
【００３４】
これにより、第一の水通路配管に内包する配管水（凝縮水）にガス封止部としての機能を持たせ、電磁弁を使用することなく燃料ガスを水分除去装置の内部に封止することができる。併せて、第一の水通路配管にガス圧逃がし機構としての機能を持たせることも可能であり、仮に停電停止時において、燃料電池システムの内部において不測の事態により異常燃焼が発生しても、この第一の水通路配管に内包する配管水（凝縮水）を噴出させて、この第一の水通路配管を介して燃焼ガスを外部に排出でき、これにより燃料電池システムの内部の急激な圧力上昇を阻止できる。
【００３５】
このような水封によるガス圧逃がし機構を採用すれば、既存のゴムシールによるガス圧逃がし弁に比較して、吹き出し圧力（設定値）が低めであっても安定にガスシールが図れて好適である。
【００４６】
ここで、前記水受け部に連通すると共に、前記水分除去装置の内圧が大気圧に対して正圧の状態において前記凝集水の水位よりも上方で大気に開放される開放端を形成するように延びる第一の水通路配管を備える場合、前記水位検知器によって検知される前記下限は、前記第一の水通路配管の内容積から導出されるものである。
【００５０】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、補助電源や不活性ガスを使用することなく、停電等の不測の事態による緊急停止時に対して適切かつ迅速な停止動作を行い得る燃料電池システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を説明するブロック図である。
【００５４】
燃料電池システム１００は主として、還元剤ガス（水素リッチな燃料ガス）と酸化剤ガス（空気）とを消費して発電する燃料電池１２と、燃料電池１２によって発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ１４と、燃料電池１２のアノード１２ａに燃料ガスを供給する燃料処理器１１と、燃料電池１２のカソード１２ｃに空気を供給する空気ブロア１３と、アノード１２ａの出口ポート１０４から燃料電池１２の内部において消費されなかった残余の燃料ガス（オフガス）中に含有する水分を除去する水分除去装置１５と、空気取入口から空気を取り込むと共にこの空気と燃料ガスとを混合し燃焼して燃料処理器１１に熱を供給するバーナー１６と、燃料処理器１１に都市ガス等の原料ガスを供給する原料ガス供給器１９と、により構成されている。
【００５５】
ここで、燃料処理器１１は通常、原料ガスと水蒸気から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質部（図示せず）と、水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成部（図示せず）と、ＣＯ選択酸化で一酸化炭素濃度を約１０ｐｐｍ以下に低濃度化させる浄化部（図示せず）を内蔵している。このため、改質部には改質反応を促進する改質触媒体（図示せず）があり、この改質触媒体への反応熱供給用の熱供給手段として、上記のバーナー１６が設置され、バーナー１６の内部の燃料ガスを燃焼ファン２１から送風される空気によって可燃濃度範囲に希釈し混合した後、この混合ガスをバーナー１６の内部で燃焼させて生成した高温の燃焼ガスとの熱交換によって改質触媒体は加熱される。なお、改質触媒体と熱交換した燃焼ガスは排気口１７から大気中に放出される。
【００５６】
また、燃料電池システム１００の配管系統および配管弁は、空気ブロア１３から燃料電池１２のカソード１２ｃに空気を導き、カソード１２ｃから流出する残余の空気を大気に放出する酸化剤ガス流路としての空気配管１１０と、原料ガス供給器１９から発電原料ガスを燃料処理器１１に導く原料ガス供給配管１０１と、燃料処理器１１から流出する燃料ガスを、燃料電池１２のアノード１２ａに導く燃料ガス供給配管１０２と、アノード１２ａの出口ポート１０４から残余の燃料ガスを水分除去装置１５に向けて流す燃料ガス還流配管１０５と、水分除去装置１５によって水分除去された燃料ガスをバーナー１６に導く燃焼用燃料ガス配管１０６と、バーナー１６と水分除去装置１５とを連通する燃焼用燃料ガス配管１０６の途中に配置され、これを開閉するガス配管開閉弁１８と、バーナー１６の内部において生成した燃焼ガスを排気口１７に導く燃焼ガス通路１１１と、水分除去装置１５の底部４９（図２参照）に配置され、水分除去装置１５の内部に溜まった凝集水３１を外部（例えば、凝縮水タンク）に通流する水排出配管１１２と、この水排出配管１１２の途中に配置されて水排出配管１１２を定期的に開閉して凝集水３１を外部に排出させる水排出用電磁弁２０と、により構成されている。
【００５７】
ここでガス配管開閉弁１８は、常態において燃焼用燃料ガス配管１０６を閉じるように動作するノーマルクローズ型の開閉弁であればよく、より詳しくは、通電時に燃焼用燃料ガス配管１０６を開けかつ通電停止時に燃焼用燃料ガス配管１０６を閉める開閉用の電磁弁で構成されている。これによって、停電等の不測の事態において、ガス配管開閉弁１８は、補助電源を必要とすることなく自動的に閉栓動作して、燃料電池システム１００の緊急停止動作を適切に行うことができる。
【００５８】
また、ガス配管開閉弁１８は、水分除去装置１５とバーナー１６とを連通する燃焼用燃料ガス配管１０６の途中であって、可能な限りバーナー１６に近接する位置に配置されており、これにより燃料電池システム１００の緊急停止時に燃料ガスのバーナー１６への拡散を最小限に留めることができる。要は、バーナー１６の近傍において水分除去装置１５とバーナー１６との間のガス連通を切断することにより、燃料ガスの異常燃焼源としてのバーナー１６に可燃ガスが漏れることを未然に防止している。
【００５９】
なお、制御装置１０は、空気ブロア１３や燃焼ファン２１を制御してカソード１２ｃやバーナー１６に送る空気量を調整すると共に、原料ガス供給器１９に内蔵される流量調整弁と開閉用電磁弁（図示せず）を制御して燃料処理器１１に送る原料ガスの供給量を適切に調整している。また、制御装置１０は、ガス配管開閉弁１８および水排出用電磁弁２０の開閉動作も制御している。なお、図中には、細い点線を付して制御装置１０から制御対象に送信される出力信号を示している。またここでは図示を省略しているが、制御装置１０は、各種センサ（温度センサや流量計等）から検知信号を受け取り、この検知信号に基づいて適切に燃料電池システム１００の動作を制御している。
【００６０】
次に、水分除去装置１５の構成を詳しく説明する。
【００６１】
図２は、水分除去装置１５の内部構成を説明する断面図である。
【００６２】
図１および図２において、水分除去装置１５は、有底の筒状の枠体４５と、枠体４５の上面を塞ぐ蓋部４８と、枠体１５の上端近傍の外周面に形成された複数の放熱フィン４３と、燃料ガス還流配管１０５に接続して蓋部４８に設けられ、枠体４５の内部に燃料ガスを導く筒状の燃料ガス入口部４０と、燃焼用燃料ガス配管１０６に接続して蓋部４８に設けられ、枠体４５の内部を通過した燃焼ガスをその外部に導く筒状の燃料ガス出口部４１と、燃料ガス出入口部４０、４１の近傍の枠体４５の内部に配置され、燃料ガスの流れを遮って燃料ガスの流速を減速させることによって燃料ガス中に含有する水滴を滴下させ易くする複数の平板状の邪魔板４４と、水排出配管１１２に接続して枠体４５の底部４９に設けられ、水分除去により枠体４５の内部に溜まった凝集水３１を定期的に外部に導くための水出口部４２と、により構成されている。
【００６３】
ここで、水分除去装置１５の枠体４５の略上半分は、その内部に燃料ガス（オフガス）が通過する通過領域３０（燃料ガスの通路）を形成すると共に、燃料ガスがこの通過領域３０を通過する際に、空気送風ファン（図示せず）から放熱フィン４３に送られる空気との熱交換によって燃料ガスの熱を効率的に放出させる熱交換部４７として機能するものである。
【００６４】
また、水分除去装置１５の枠体４５の略下半分は、燃料ガス中に含有する水分の凝集によって集まった凝集水３１を一時的に貯蔵する水受け部４６として機能する。
【００６５】
そして、この熱交換部４７の燃料ガス放熱効果により、燃料ガスの温度をその露点以下に下げて、燃料ガス中に含有する水蒸気が水滴として燃料ガス中に凝縮し、この水滴が集まって水受け部４６に凝集水３１が生成される。
【００６６】
こうして、上記の通過領域３０に存在する放熱フィン４３による燃料ガスの空冷効果と上記の邪魔板４４による燃料ガスの減速効果が相俟って、燃料ガス中に含有する水分の除去が促進されて、水分除去装置１５の下流側のバーナー１６において燃料ガス燃焼の妨げとなり得る水分を適切に排除できる。なおここで、本願明細書における燃料ガス中に含有する水分には、燃料ガス中の微細な水滴および水蒸気の何れも含まれるものであり、要するにこの水分とは、燃料ガスの燃焼を妨げる水に関連した成分のことをいう。
【００６７】
また、凝集水３１の水位３１ｆが上昇し過ぎて、燃料ガス出入口４０、４１を塞ぐという不具合を防止して、水分除去装置１５の内部に適切に燃料ガスを通過できるように、凝集水３１の水位３１ｆの上限３１ｕは決定されている。ここでは、凝集水３１の水位３１ｆの上限３１ｕから蓋部４８までの距離を約５０ｍｍに設定して、これにより、燃料ガスの流体抵抗を充分に低減できるような通過領域３０のボリュームが確保されている。なお、凝集水３１の水位３１ｆは、後ほど詳しく説明する水位検知器３３（図３参照）から出力される検知信号に基づき制御装置１０によりコントロールされている。
【００６８】
またここでは、空気送風ファンと放熱フィン４３を使用して燃料ガスを空冷する例を示したが、例えば、枠体４５の外周面に冷却水を流す可とう性の配管を配置して巻き付け、燃料ガスを水冷によって放熱させても良い。
【００６９】
以上に説明した水分除去装置１５によれば、燃料ガス通路に相当する燃料ガスの通過領域３０を確保しながら燃料ガス中に含有する水分を適切に除去してこれをバーナー１６において燃焼可能な状態にすると共に、水受け部４６において燃料ガスの大気中への放出を防ぐというガス封止部として機能する凝集水３１を確実に溜めることを可能にしている。
【００７０】
次に、このように構成された燃料電池システム１００の動作を以下に説明する。
【００７１】
最初に、燃料電池システム１００の通常運転動作の概略を述べて、この通常運転動作から燃料電池システム１００が不測の事態（ここでは、停電時を想定）により緊急停止した際の停止動作を説明する。
【００７２】
図１および図２において、燃料電池システム１００の通常運転中（発電期間中）においては、燃料処理器１１の温度を約７００℃程度に維持させた状態で、原料ガス供給器１９から原料ガス供給配管１０１を通って供給された原料ガスと水供給手段（図示せず）から供給された水を燃料処理器１１の内部において改質反応させて水素リッチな燃料ガスを生成する。そして、燃料処理器１１から流出した燃料ガスは、燃料ガス供給配管１０２を通過して、燃料電池１２のアノード１２ａに送り込まれる。一方、空気ブロア５から送出される空気は、空気配管１１０を通って燃料電池１のカソード１２ｃに送り込まれる。こうして燃料電池１の内部において、燃料ガス（水素ガス）と空気（酸素ガス）を消費して発電が行われる。燃料電池１２の発電によって消費されなかった残余の燃料ガスは、燃料ガス還流配管１０５を通って水分除去装置１５へ送られた後、この水分除去装置１５によって燃料ガス中に含有する水分が除去される一方、水受け部４６に凝集水３１が溜められる。そして、水分除去装置１５を通過し水分除去された燃料ガスは、燃焼用燃料ガスとして燃焼用燃料ガス配管１０６を介して開栓状態のガス配管開閉弁１８を通過してバーナー１６に送られる。そして、バーナー１６の内部においてこの燃料ガスを燃焼ファン２１から送風される空気と混合し希釈して、この混合ガスを燃焼させることによって発生する燃焼ガスの熱を燃料処理器１１の温度維持の熱源として利用する。
【００７３】
また、水受け部４６に溜まった凝集水３１は、水排出用電磁弁２０の開閉動作を定期的に反復することによって外部に排出され、これによって凝集水３１が溜まり過ぎて、凝集水３１が燃料ガスの通過領域３０を塞ぐことを防止すると共に、凝集水３１が無くなって、燃料ガスが水出口部４２を介して外部に放出されることも防止する。
【００７４】
なお、燃料処理器１１に熱を供与した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１１１を通って大気に放出され、燃料電池１２の発電によって消費されなかった残余の空気も空気配管１１０を通って大気中に放出される。
【００７５】
次に、燃料電池システム１００の停電時の緊急停止動作を説明する。
【００７６】
停電時には、燃料電池１２から得られる直流電力を交流電力に変換するインバータ１４の電力負荷系統に対する出力が自動的に停止すると共に、空気ブロア１３および燃焼ファン２１の動作も停止する。同時に、制御装置１０が、何らかの補助電源から給電を受けて原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁およびガス配管開閉弁１８を速やかに閉栓させてもよいが、このような電磁弁やガス配管開閉弁１８は、補助電源を用いることなく自動的に閉栓するように構成されていることが望ましい。例えば、ガス配管開閉弁１８は、常態において燃焼用燃料ガス配管１０６を閉じるように動作するノーマルクローズ型の開閉用電磁弁であれば、停電時においてガス配管開閉弁１８は自動的に閉栓動作して、別途、ガス配管開閉弁１８の動作用の補助電源を必要としない。
【００７７】
こうすることで、原料ガス供給配管１０１および燃料処理器１１並びに燃料ガス供給配管１０２並びに燃料電池１２のアノード１２ａ並びに燃料ガス還流配管１０５並びに水分除去装置１５の内部に充満する可燃性の燃料ガスは、原料ガス供給器１９とガス配管開閉弁１８の閉栓によって確実にそれらの機器の内部に密閉され、この燃料ガスのバーナー１６への拡散を効果的に阻止できる。
【００７８】
ここで、このようなガス配管開閉弁１８によってもたらされる効果を確認するために意図的に停電テストを行って燃料ガスの漏れの計測を試みた。その結果、燃料電池システム１００の停止後から燃料電池システム１００（例えば、燃料処理器１１および燃料電池１２並びにバーナー１６）が室温に至るまでの間、排気口１７の他、燃料電池システム１００のいずれの部位において燃料ガス（可燃ガス）の漏れは検知されず燃料電池システム１００の異常は観察されなかった。
【００７９】
なお併せて、停止時に水排出用電磁弁２０も閉めることによって、燃料処理器１１および燃料電池１２並びに水分除去装置１５等の各種機器の温度低下によってこれらの機器の内圧減少に起因した負圧化からもたらされる空気混入を阻止できると共に、水分除去装置１５に残留する凝集水３１が蒸発することによりこの負圧化を抑制するという副次的な効果も期待できる。
【００８０】
このような燃料電池システム１００の緊急停止動作によれば、補助電源や不活性ガスを使用することなく、その内部に充満した燃料ガスがバーナー１６に向かって拡散し、バーナー１６に漏洩した燃料ガスが排気口１７からバーナー１６に向けて混入する空気と混ざり合ってバーナー１６の近傍において異常燃焼を発生するという事態を、ガス配管開閉弁１８を閉じることにより簡便かつ確実に防止してバーナー１６の近傍の異常燃焼の要因を根本的に解消できる。
【００８１】
また、ガス配管開閉弁１８を水分除去装置１５とバーナー１６とを連通する燃焼用燃料ガス配管１０６の途中に配設したことから、水分除去装置１５の内部の可燃性ガスについても、燃料電離発電システム１００の停止時にバーナー１６に拡散することが無くなる。
【００８２】
更に、ガス配管開閉弁１８を水分除去装置１５とバーナー１６とを連通する燃焼用燃料ガス配管１０６の途中に配設したことから、水分除去装置１５の内部ガスに含まれる水蒸気が、このガスに同伴してバーナー１６の方向に流れなくなり、このような水蒸気の結露によるバーナー１６の、次回燃焼時の火炎失火や不完全燃焼といった問題を未然に防ぐことができる。
【００８３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を説明するブロック図である。
【００８４】
実施の形態１では、緊急停止時に速やかにガス配管開閉弁１８を閉じることによって燃料電池システム１００の内部に充満した燃料ガスのバーナー１６への拡散を未然に防止し、バーナー１６の近傍における燃料ガスの異常燃焼を回避できることを説明したが、燃料電池システム１００の内部において想定外の要因に起因して燃料ガスによる異常燃焼が発生するという事態も考慮して、それに対する事後的な対応策が求められている。
【００８５】
そこで、実施の形態２においては、万一、燃料電池システム１００の何れかの箇所において、その停止時に燃料ガスの異常燃焼が発生してもこれに起因する燃焼ガス（燃焼エネルギー）を適切に外部に放出することを可能にする燃料電池システム１００の構成を説明する。
【００８６】
燃料ガスの異常燃焼に伴って発生する燃焼ガスを適切に外部に逃がすため、図３に示すように、水排出用電磁弁２０および水排出配管１１２（図１）を取り除くと共に、水分除去装置１５の底部４９から延びた第一の水通路配管３２が配置される。
【００８７】
なお、水分除去装置１５の周辺構造を除いた構成は、実施の形態１と同じであるため、このような実施の形態１と同じ構成の説明は省略する。
【００８８】
以下、水分除去装置１５の周辺構造を、図２および図３を参照して詳細に説明する。
【００８９】
水分除去装置１５の周辺構造は主として、水受け部４６に連結すると共に、水分除去装置１５の内圧が大気圧に対し正圧の状態において水受け部４６の凝集水３１の水位３１ｆよりも上方で大気に開放された開放端３２ｕを形成するように延びる通水パイプからなる第一の水通路配管３２と、水受け部４６に溜まった凝集水３１の水位３１ｆを検知する水位検知器３３と、によって構成されている。
【００９０】
水位検知器３３として、フロート式のレベルスイッチが使用され、電磁式オンオフスイッチの信号によって凝集水３１の水位３１ｆが検知される。
【００９１】
第一の水通路配管３２は水分除去装置１５の内部の燃料ガスを封止するガス封止部としての機構を有しており、その一方端が、水出口部４２を介して水受け部４６に連通し、その他方端が上記のような開放端３２ｕとさせるよう、第一の水通路配管３２は略Ｌ字状（片腕を短くしたＵ字管）に形成されている。こうして、水受け部４６に溜まった凝集水３１の一部が第一の水通路配管３２の内部を満たす配管水３４として使用され、電磁弁を用いることなく、簡易的に配管水３４に燃料ガスを封止する機能を持たせることができる。
【００９２】
また、第一の水通路配管３２は、凝集水３１の水位３１ｆの上下運動の方向と並行にかつこの水位３１ｆよりも上方に延びる垂直部３５を有している。そして、水除去手段１５の内部が最大圧力を示した場合であっても、第一の水通路配管３２に内在する配管水３４の水位３４ｆと凝集水３１の水位３１ｆとの水位差圧がこの最大内圧に釣り合って、配管水３４を第一の水通路配管３２の内部において安定するように、第一の水通路配管３２の垂直部３５の長さは設計されている。
【００９３】
なおここでは、燃料電池システム１００の通常運転時における水分除去装置１５の最大内圧を２ｋＰａと想定して、この最大内圧による差圧と釣り合う水位差圧（２００ｍｍＨ2Ｏ）から第一の水通路配管３２の垂直部３５の長さは、水受け部４６に残った凝集水３１の水位３１ｆから少なくとも２００ｍｍほど垂直方向に延在するように決定されている。もちろんこれは、垂直部３５の長さの基準の一例に過ぎず、これと異なるような基準を採用しても構わない。
【００９４】
例えば、水分除去装置１５の内部の圧力変動等の不確定な要因を考慮して、凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄ（これは、以下に説明する第一の水通路配管３２の内容積に基づいて導出されるものである。）から少なくとも２００ｍｍほど垂直方向に垂直部３５を延在しても良い。このようにすれば、凝集水３１の水位３１ｆをその下限３１ｄよりも上方に保ちながら水分除去装置１５の内圧の最大値においても第一の水通路配管３２に内在する配管水３４をその内部に留めることが可能になって、水分除去装置１５において想定される全ての圧力について第一の水通路配管３２はガス封止部として有効に機能する。
【００９５】
ここで、実施の形態２における水分除去装置１５の水受け部４６に溜まった凝集水３１の水位３１ｆにつき、その上限３１ｕおよびその下限３１ｄの設定の意味合いを説明する。
【００９６】
（凝集水３１の水位３１ｆの上限３１ｕについて）
実施の形態１と同様、水位３１ｆが上昇し過ぎて、燃料ガス出入口４０、４１（図２参照）を塞ぐという不具合を防止して、水分除去装置１５の内部に適切に燃料ガスが通過できるように、凝集水３１の水位３１ｆの上限３１ｕは決定されている。
【００９７】
具体的には、凝集水３１の水位３１ｆが、水分除去装置１５の内部を流れる燃料ガスの通過領域３０に達することを防ぐため、第一の水通路配管３２の開放端３２ｕが凝集水３１の上限３１ｕとして想定される位置よりも下方に配置されている。
【００９８】
これにより開放端３２ｕより上方にまで溜ろうとする凝集水３１を開放端３２ｕから自動的に外部（例えば、別体の凝集水タンク）に排出するように設計されている。
【００９９】
より詳しくは、燃料電池システム１００の運転中、水分除去装置１５によって燃料ガス中に含有する水分は持続的に除去されるため、水受け部４６に水分が逐次溜まり続ける。そして、かりに水分除去装置１５の内圧が大気圧の状態にあれば、凝集水３１の水位３１ｆと配管水３４の水位３４ｆは水平に保たれながら水分除去装置１５の水分補給によって上昇し、配管水３４の水位３４ｆが第一の水通路配管３２の開放端３２ｕに到達した地点で配管水３４が自動的に外部に排出され、これによりこの地点を超えてこれらの水位３１ｆ、３４ｆが上昇することはない。
【０１００】
もちろん、水分除去装置１５の内圧が大気圧に対して正圧の状態にあれば、この内圧によって第一の水通路配管３２の配管水３４の水位３４ｆが凝集水３１の水位３１ｆに対し押し上げられており、これにより凝集水３１の水位３１ｆが開放端３２ｕよりも充分に下方位置にあっても、配管水３４が開放端３２ｕを介して外部に排出されることは有り得る。
【０１０１】
（凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄについて）
水受け部４６に溜まった凝集水３１の水量と第一の水通路配管３２に内在する配管水３４の水量とを合算したトータル水量に相当する容積（Ｖ２）を、第一の水通路配管３２の容積（Ｖ１）よりも大きくして、これにより、上記の水分除去装置１５の想定される内圧の範囲内（２ｋＰａ以下）で凝集水３１が水受け部４６から全て排出されるという凝集水３１の水枯れを防止することが可能になる。
【０１０２】
すなわち、トータル水量に相当する容積（Ｖ２）＞第一の水通路配管３２の容積（Ｖ１）という状況を維持することによって、第一の水通路配管３２の内部全域を配管水３４で満たしても、凝集水３１を水受け部４６に残留させ得る状況にあるため、水分除去装置１５の内部の燃料ガスに対して凝集水３１のガス封止機能が損なわれない。
【０１０３】
かりに水受け部４６において凝集水３１の水枯れをきたせば、水分除去装置１５の内部の燃料ガスの圧力により第一の水通路配管３２に内在する配管水３４が押し出され、第一の水通路配管３２を介して水分除去装置１５の内部は大気に連通してしまう。
【０１０４】
ここで、水除去手段１５の水受け部４６の内部構造および第一の水通路配管３２の構造が確定したら、第一の水通路配管３２の容積（Ｖ１）が求まり、このＶ１に等しい最低限の容積に対応するトータル水量を溜めるに必要な凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄの位置が一意に決定される。
【０１０５】
もちろんこの場合、トータル水量に相当する容積（Ｖ２）＝第一の水通路配管３２の容積（Ｖ１）として、このトータル水量から配管水３４として使われる水量分を減じることによって推定される凝集水３１の推定水量に相当する容積に基づいて上記の下限３１ｄの位置を決定しても構わないが、凝集水３１の水量に余裕を持たせ、かつ簡易的に下限３１ｄを求めるという観点から、（凝集水３１の下限３１ｄの水量に相当する容積）＝第一の水通路配管３２の容積（Ｖ１）として、この容積に基づいて凝集水３１の下限３１ｄの位置を決めても良い。
【０１０６】
なお、本実施の形態２において、第一の水通路配管３２の内容積（Ｖ１）を８０ｃｃに対して、水受け部４６に溜まった凝集水３１の水量として少なくとも１２０ｃｃを確保できるようにその水位３１の下限３１ｄの位置を決定して、この位置を水位検知器３３により検知し、水位検知器３３から出力される検知信号に基づき制御装置１０は、後ほど説明するような燃料電池システム１００の動作を制御している。
【０１０７】
なお、水分除去装置１５の内部構成および放熱フィン４３並びに燃料ガス出入口４０、４１は、図２に示した構成を同じであるため、これらの説明は省略する。
【０１０８】
次に、第一の水通路配管３２と水位検知器３３に関連する燃料電池システム１００の動作を説明する。
【０１０９】
最初に、燃料電池システム１００の通常運転中（発電中）の動作を説明するが、既に実施の形態１において説明したものと重複する動作の説明は省略する。
【０１１０】
燃料電池システム１００の通常運転中に水分除去装置の内圧が一定圧力（Ｐ１）であれば、第一の水通路配管３２に内在する配管水３４の水位３４ｆは、図３に示すように、水分除去装置１５の内圧（Ｐ１）と大気圧（Ｐ０）との差圧により開放端３２ｕに向けて第一の水通路配管の内部を上昇して一定位置で静止する。
【０１１１】
もっとも、水分除去装置１５によって燃料ガス中に含有する水分が逐次除去されることにより凝集水３１の水位３１ｆの上昇と連動して配管水３４の水位３４ｆが上昇し続けるが、ここでは、このような水位上昇の影響を無視して説明の簡素化を図るものとする。
【０１１２】
こうして水分除去装置１５の内圧（Ｐ１）が大気圧（Ｐ０）に対して正圧の状態において、内圧（Ｐ１）と大気圧（Ｐ０）との差圧によって、凝集水３１の一部を配管水３４として第一の水通路配管３２の内部に導きながら第一の水通路配管３２に内在する配管水３４の水位３４ｆを、凝集水３１の水位３１ｆに対して上昇させる。より詳しくは、上記差圧（Ｐ１−Ｐ０）により水受け部４６から第一の水通路配管３２に向かって圧送された配管水３４の水量に相当する分、凝集水３１の水量は減少する一方、第一の水通路配管３２に内在する配管水３４の水位３４ｆは、水受け部４６に残った凝集水３１の水位３１ｆよりも上方に延びて、これによって凝集水３１の水位３１ｆと配管水３４の水位３４ｆとの水位差に起因する圧力と上記差圧（Ｐ１−Ｐ２）が釣り合って、配管水３４の水位３４ｆを一定位置で静止させることができる。
【０１１３】
なお、水分除去装置１５の内圧（Ｐ１）が想定された最大値（２ｋＰａ）を示す場合においては、配管水３４の水位３４ｆと凝集水３１の水位３１ｆとの水位差が、約２００ｍｍに保たれた状態になり、水分除去装置１５の内圧（Ｐ１）が最大値を示した際、凝集水３１の水位３１ｆが最も下がって所定の水位位置で静止する。
【０１１４】
ここで、このような水分除去装置１５の内圧により凝集水３１の水位３１ｆが最も下がった水位位置は、元々ある凝集水３１の水量に依存して変化するものであるが、この水位位置を、既に説明した凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄよりも上方に保つように制御しても構わない。こうすることで、第一の水通路配管３２のガス封止機能を確実に確保できる。
【０１１５】
具体的には、燃料電池システム１００の運転中（原料ガス供給中）の全期間に亘って、凝集水３１の水位３１ｆをその下限３１ｄよりも上方に維持するため、制御装置１０によって以下に示すように燃料電池システム１００の動作が制御されている。
【０１１６】
制御装置１０は、第一の水通路配管３２の内容積（Ｖ１）に基づいて導出される凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄを、水位検知器３３の検知信号の有無により監視する。すなわち、水位検知器３３は、凝集水３１の水位３１ｆがその下限３１ｄに達した際に、制御装置１０に向けて検知信号を出力する一方、制御装置１０は、この検知信号に基づいて原料ガス供給器１９による原料ガスの供給を継続するか否かを判断する。
【０１１７】
より詳しくは、水位検知器３３が凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄを検知してこれを検知信号として制御装置１０に出力した際、この時点において、制御装置１０は、その下限３１ｂに達したものと判断して一旦、原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁を閉じて原料ガスの供給を停止させる。その後、凝集水３１の水量が増してその水位３１ｆがその下限３１ｄを超えた時点において、制御装置１０は、原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁を開いて原料ガスの供給を再開させる。
【０１１８】
すなわち、凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄよりも上方に凝集水３１の水位３１ｆが保たれれば、原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁を開いて原料ガスの供給を継続し、その下限以下に水位３１ｆが保たれれば、原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁を閉じて原料ガスの供給を停止する。こうすることで、水分除去装置１５の内部の水枯れ状態において原料ガスを供給して発電を継続するという事態を未然に防ぐことができる。
【０１１９】
次に、停電停止時において、不測の事態により燃料電池システム１００の内部の何れかの箇所において異常燃焼が発生した場合の燃料電池システム１００の動作を説明する。
【０１２０】
燃料電池システム１００の停電時には、実施の形態１と同様に、燃料電池１２から得られる直流電力を交流電力に変換するインバータ１４の電力負荷系統に対する出力が自動的に停止すると共に、空気ブロア１３および燃焼ファン２１の動作も停止する。同時に、既に説明したように原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁およびガス配管開閉弁１８を速やかに閉栓することにより、バーナー１６の近傍における燃料ガス異常燃焼の発生を適切に抑制し、異常燃焼の拡大を阻止できる。
【０１２１】
このため、このような燃料電池システム１００の内部は密閉した状態に保持されており、これにより、万一燃料電池システム１００の内部の何れかの箇所において燃料ガスの異常燃焼が発生すると、燃料電池システム１００の内部に急激な圧力上昇を引き起こす可能性がある。
【０１２２】
そこで、このような異常燃焼ガスによってもたらされる燃料電池システム１００の急激な内圧上昇に適切に対応するため、通常運転時においてガス封止部として機能していた第一の水通路配管３２が、逆にガス配管開閉弁１８の閉栓により流れを遮られたガス、例えば上記燃焼ガスに起因する圧力を外部（大気中）に逃がす安全弁（ガス圧逃がし機構）としての役割を果たすことになる。
【０１２３】
より具体的には、こうした燃焼ガスに起因する急激な圧力上昇によって水受け部４６に溜まった凝集水３１および第一の水通路配管３２に内在する配管水３４は、外部に噴出する。そうするとその後は、第一の水通路配管３２を介して水分除去装置１５の内部は大気に連通することになり、これにより第一の水通路配管３２はガス圧力逃がし通路として機能する。従って、例えば、燃料電池１２の内部の異常燃焼ガスは、燃料ガス還流配管１０５を経由して一旦、水分除去装置１５の内部に流れ、その後、燃焼ガスは、第一の水通路配管３２を通って大気中に放出させられる。こうして、燃料電池システム１００の内部の高圧状態が速やかに解消し、その内圧を大気圧レベルにまで迅速に低下させ得る。
【０１２４】
なお、このような第一の水通路配管３２のガス圧力逃がし効果を確認するために、燃料電池システムを密閉した状態（具体的には、原料ガス供給器１９の開閉用電磁弁とガス配管開閉弁１８とを閉じた状態）において、燃料電池システム１００の内部に意図的に燃料ガスを燃焼させるという異常燃焼発生テストを行って、燃料電池システム１００の各継ぎ手並びに各シール部等の破損状況を確認したが、これらに箇所に何らの異常も見られなかった。
【０１２５】
以上に説明した燃料電池システム１００の動作によれば、水分除去装置１５の燃料ガス内圧が変動しても、その内圧変動を第一の水通路配管３２に存在する配管水３４の上下運動で相殺しながら、第一の水通路配管３２によって燃料ガスを水分除去装置１５の内部に適切に封止できる。
【０１２６】
特に、制御装置１０によって凝集水３１の水位３１ｆをその下限３１ｄよりも上方に保ちながら燃料電池システム１００の運転制御を行っているため、その運転期間中（原料ガス供給中）に凝集水３１の水枯れが発生するという状況を阻止して、これにより燃料ガスの大気中への放出を確実に防止している。
【０１２７】
また、停電等の緊急停止時において、燃料電池システム１００の内部の燃料ガスが異常燃焼することによって、その内圧が上記の最大圧力（２ｋＰａ）を遥かに超えて急激に上昇したとしても、この第一の水通路配管３２を通して燃料ガス燃焼で発生した燃焼ガスを、凝集水３１（配管水３４）と共に速やかに大気中に放出することが可能であり、第一の水通路配管３２が、停電時に補助電力が無くても機能する、ガス圧力逃がし機構の役割を適切に果たし得る。特に、斯かる水封によるガス圧逃がし機構を採用すれば、既存のゴムシールによるガス圧逃がし弁に比較して、吹き出し圧力（設定値）が低めであっても安定にガスシールが図れて好適である。
【０１２８】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を説明するブロック図である。
【０１２９】
水受け部４６に溜まった凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄについて実施の形態２で説明したが、実施の形態３においては、この下限３１ｄよりも下方に凝集水３１の水位３１ｆが位置する際に、それに対する迅速な対応策（回復策）を述べる。
【０１３０】
実施の形態３に係る燃料電池システム１００は主として、予め所定量以上の水を貯蔵する水貯蔵タンク１２２と、水受け部４６の内部と水貯蔵タンク１２２の内部とを連通する通水パイプからなる第二の水通路配管１２０と、第二の水通路配管１２０の途中に配置された水配管開閉弁１２１と、によって構成されている。
【０１３１】
また、水貯蔵タンク１２２の内部には、外部の水供給手段（図示せず）から適宜、貯蔵水１２３が供給され、これによって貯蔵水１２３の水位１２３ｆは、常に水受け部４６に溜まった凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄ（実施の形態２において、第一の水通路配管３２の内容積（Ｖ１）から導出した水位）よりも上方に位置するように保たれている。
【０１３２】
これによって、例えば燃料電池システム１００の長期保管により凝集水３１の減少等によって、凝集水３１の水位３１ｆがその下限３１ｄ以下にあれば、水配管開閉弁１２１が開栓されて、凝集水３１の水位３１ｆがその下限３１ｄを超えるまで水貯蔵タンク１２２から水受け部４６に水が補給される。
【０１３３】
この実施の形態３では、貯蔵水１２３の水位１２３ｆを凝集水３１の水位３１ｆの下限３１ｄよりも２２０ｍｍ上方に保つように、制御装置１０により貯蔵水１２３の水位１２３ｆが制御されている。
【０１３４】
また、水配管開閉弁１２１は、常態において第二の水通路配管１２０を開くように動作するノーマルオープン型の開閉弁であれば良く、より詳しくは、通電時に第二の水通路配管１２０を閉じてかつ通電停止時に第二の水通路配管１２０を開く開閉用の電磁弁で構成されている。
【０１３５】
これによって、停電等の不測の事態においても、水配管開閉弁１２１は、補助電源を必要とすることなく自動的に開栓動作して、凝集水３１が不足する場合に水貯蔵タンク１２２から水受け部４６への水の補給を滞ることなく実行することができる。
【０１３６】
なお、第二の水通路配管１２０および水配管開閉弁１２１並びに水貯蔵タンク１２２を除いた構成は、実施の形態１および実施の形態２において説明したものと同じであるため、これらに関連する説明は省略する。
【０１３７】
次に、水配管開閉弁１２１と水貯蔵タンク１２２に関する燃料電池システム１００の動作を述べる。
【０１３８】
燃料電池システム１００の通常運転（発電動作）において、制御装置１０は、水位検知器３３から出力される検知信号に基づいて、水受け部４６の凝集水３１の水位３１ｆを、凝集水３１の閾値として既に説明した第一の水通路配管３２の内容積（Ｖ１）から導出される下限３１ｄよりも上方か否かを監視する。
【０１３９】
そして、凝集水３１の水位３１ｆがその下限３１ｄより上方にあれば、制御装置１０は、水配管開閉弁１２１を閉栓状態に保って水貯蔵タンク１２２の貯蔵水１２３を水受け部４６に補給することなく、燃料電池システム１００の運転をそのまま継続させる。
【０１４０】
一方、凝集水３１の水位３１ｆがその下限以下にあれば、制御装置１０は、原料ガス供給器１９を用いて原料ガスの供給を一旦停止（燃料電池システム１００の運転停止）して、その後、水配管開閉弁１２１を開栓して水貯蔵タンク１２２の貯蔵水１２３の一部を水受け部４６に流して水を補給し凝集水３１の水量を効率的に増加させる。
【０１４１】
そして、凝集水３１の水位３１ｆがその下限３１ｄを超えた時点で、制御装置１０は、水配管開閉弁１２１を閉栓して凝集水３１への水補給を停止すると共に、原料ガス供給器１９を用いて原料ガスの供給を再開して、燃料電池システム１００を通常の運転動作（発電動作）に戻す。
【０１４２】
このようにして燃料電池システム１００を運転期間中（原料ガス供給中）に、水受け部４６の凝集水３１の水位３１ｆをその下限３１ｄを超えるように適切に保つことを可能にし、水分除去装置１５の水枯れに対して充分な余裕を持つような凝集水３１の水量を確保して、水分除去装置１５の水出口部４２を介して燃料ガスが外部に漏れることを確実に防止している。
【０１４３】
同時に、制御装置１０が、凝集水３１の水位３１ｆを監視しながら原料ガスの供給の有無を判断すると共に、凝集水３１が不足する場合に水貯蔵タンク１２２から速やかに水の補給を可能にして、これにより燃料電池システム１００の運転の効率化が図られる。
【０１４４】
なおここまで、凝集水３１の水位３１ｆに基づいて制御装置１０により燃料電池システム１００の運転制御を行うような形態を説明したが、このような動作に付随して、例えば、水位検知器３３のショートや断線等の故障を制御装置１０が検知した際にも、制御装置１０が原料ガス供給器１９を用いて原料ガスの供給を停止するように動作しても構わない。
【０１４５】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの停電等の不測の事態による緊急停止に対して適切かつ迅速な停止動作が行えて、例えば、家庭用の発電システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】水分除去装置の内部の構成を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を説明するブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１０  制御装置
１１  燃料処理器
１２  燃料電池
１２ａ  燃料電池のアノード
１２ｃ  燃料電池のカソード
１３  空気ブロア
１４  インバータ
１５  水分除去装置
１６  バーナー
１７  排気口
１８  ガス配管開閉弁
１９  原料ガス供給器
２０  水排出用電磁弁
２１  燃焼ファン
３０  燃料ガス（オフガス）の通過領域
３１  凝集水
３１ｕ  凝集水の水位の上限
３１ｄ  凝集水の水位の下限
３１ｆ  凝集水の水位
３２  第一の水通路配管
３２ｕ  開放端
３３  水位検知器
３４  配管水
３４ｆ  配管水の水位
３５  垂直部
４０  燃料ガス入口部
４１  燃料ガス出口部
４２  水出口部
４３  放熱フィン
４４  邪魔板
４５  枠体
４６  水受け部
４７  熱交換部
４８  蓋部
４９  底部
１００  燃料電池システム
１０１  原料ガス供給配管
１０２  燃料ガス供給配管
１０４  出口ポート
１０５  燃料ガス還流配管
１０６  燃焼用燃料ガス配管
１１０  空気配管
１１１  燃焼ガス通路
１１２  水排出配管
１２０  第二の水通路配管
１２１  水配管開閉弁
１２２  水貯蔵タンク
１２３  貯蔵水
１２３ｆ  貯蔵水の水位
【図１】
0005138934.tif 000002
【図２】
0005138934.tif 000003
【図３】
0005138934.tif 000004
【図４】
0005138934.tif 000005