(57)【要約】【課題】適切に緊急停止を行うことができる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池システムは、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された改質ガスが流通する改質ガス流路と、前記改質ガス流路を通じて前記改質器からアノードに供給された前記改質ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、前記改質ガス流路において、前記固体酸化物形燃料電池の前記アノードよりも上流側となる位置に設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると、該改質ガス流路を外部と連通させるバルブと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された改質ガスが流通する改質ガス流路と、
前記改質ガス流路を通じて前記改質器からアノードに供給された前記改質ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、
前記改質ガス流路において、前記固体酸化物形燃料電池の前記アノードよりも上流側となる位置に設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると、該改質ガス流路を外部と連通させるバルブと、を備える、固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記原料中に含まれる硫黄化合物を、水素を利用して脱硫し、脱硫後の原料を前記改質器に供給する脱硫器を備え、
前記バルブは、前記電力の供給が停止すると、前記改質ガス流路を外部と連通させる流路を閉状態から開状態とするノーマルオープンバルブであり、
前記改質ガス流路は、
前記改質器で生成された改質ガスを前記アノードに流通させる第１改質ガス流路と、
前記第１改質ガス流路から分岐し、前記改質ガスの一部を前記脱硫器に流通させる第２改質ガス流路と、を有しており、
前記第２改質ガス流路側に前記ノーマルオープンバルブが設けられる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２改質ガス流路を流通し、前記脱硫器に供給される前記改質ガスの流量を調整するための流量調整器を備え、
前記ノーマルオープンバルブは、前記第２改質ガス流路において、前記流量調整器よりも上流側に設けられる請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノードから排出されたアノードオフガスと前記カソードから排出されたカソードオフガスとを燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部で生成した燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス流路と、を備え、
前記固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると開状態から閉状態となるノーマルクローズバルブが前記燃焼排ガス流路中に設けられている、請求項２または３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記カソードに供給される酸化剤ガスは空気であり、
前記空気を前記カソードに供給するための定容積型空気供給器を備える、請求項２から４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
前記改質ガス流路を外部と連通させる流路は、前記ノーマルオープンバルブを介して、前記改質ガス流路を流通する前記改質ガスを外部に放出するための放出管であり、
前記放出管に、外気が該放出管を通じて外部から前記改質ガス流路内に侵入することを防ぐ逆止弁が設けられている請求項２から５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池システムの運転中に地震、落雷等による系統電源の停電、あるいは、燃料電池出力の極端な低下または燃料電池モジュールの過度の温度上昇等の異常が発生した場合、その運転は緊急停止させられる。緊急停止時では、通常の停止シーケンスに従って停止することができず、燃料電池の性能を低下させてしまう場合がある。そこで、燃料電池の性能低下を防止するために、例えば、特許文献１〜３の燃料電池システムが提案されている。
【０００３】
特許文献１に係る燃料電池システムは、停電により燃料電池に供給すべき燃料または水が遮断された場合に、水蒸気パージ弁が開放することで、貯水タンク内部を大気圧に保持し、貯水タンク内部の水を下方に位置する気化器に降下させる。このように気化器に水を降下させると、気化器内部の熱により滴下された水が水蒸気となり、この水蒸気により燃料極（これ以降アノードと称する）を水蒸気雰囲気に保持し、空気がアノードに進入することを防止することができる。
【０００４】
また、特許文献２に係る燃料電池システムは、緊急停止時用水供給設備と、緊急停止時に、緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させる気化器と、この気化器から得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給するラインと、を備え、スチームにより改質器および高温型燃料電池のアノードのパージを行うことができる。
【０００５】
また、特許文献３に係る燃料電池システムは、緊急停止時において、空気極（これ以降カソードと称する）が還元されるリスクを回避することを目的として、緊急停止によりコントローラの作動が停止された状態において発電室内の気体の排出を促進する緊急排出手段を有する。これにより、発電室内に流出した燃料ガスを効果的に排出することができる。なお、緊急排出手段は、空気供給源と発電室とを直接連通させる管路の途中に設けられた常開型バルブによって実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０２１０１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２４１１５号公報
【特許文献３】特開２０１４−１７５１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、一例として、適切に緊急停止を行うことができる固体酸化物形燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体酸化物形燃料電池システムの一態様（ａｓｐｅｃｔ）は、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された改質ガスが流通する改質ガス流路と、前記改質ガス流路を通じて前記改質器からアノードに供給された前記改質ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、前記改質ガス流路において、前記固体酸化物形燃料電池の前記アノードよりも上流側となる位置に設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると、該改質ガス流路を外部と連通させるバルブと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係る固体酸化物形燃料電池システムによれば、適切に緊急停止を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
本発明者らは、燃料電池システムの構成に関して鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００１２】
まず、燃料電池は、電気化学反応によって燃料の化学エネルギーから直接電気エネルギーを取り出す発電装置であり、高効率かつクリーンな発電装置として注目されている。燃料電池は、カソード、アノード、および固体電解質を具備する。固体電解質は、アノードとカソードとの間に挟まれている。酸化剤ガスおよび原料を改質して得た燃料ガス（改質ガス）は、それぞれカソードおよびアノードに供給され、これら酸化剤ガスに含まれる酸素と燃料ガスに含まれる水素または一酸化炭素とを利用した電気化学反応により発電する。原料としては、例えば、天然ガス、または液化石油ガスなどが挙げられる。
【００１３】
より具体的には、酸素は、カソードの気孔を通ってカソードと固体電解質との間の界面に到達し、そこでカソードから電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）になる。酸化物イオンは、アノードに向かって固体電解質の内部に拡散し、アノードと固体電解質との間の界面に到達する。酸化物イオンは、そこで燃料ガスに含まれる例えば水素と反応し、アノードに電子を放出する。そして、このアノードに放出された電子は、電流として取り出される。
【００１４】
ところで、上述したように燃料電池システムの運転を緊急停止させた場合、通常の停止シーケンスに従って燃料電池システムを停止することができない。このため、緊急停止時には燃料電池を破損させ、性能を低下させてしまう場合がある。そこで、例えば、特許文献１、２では、緊急停止時において、貯水タンクまたは緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させ、得られた水蒸気を置換ガスとして改質器および燃料電池のアノードに供給する構成が開示されている。このようにして、特許文献１、２に係る燃料電池システムでは、改質器および燃料電池のアノードの内部を水蒸気でパージすることで、高温のアノードに空気が入り込み酸化されることを防ぐことができる。
【００１５】
しかしながら、改質器およびアノードを水蒸気によりパージした場合、以下の問題が生じることを本発明者らは見出した。すなわち、改質器では、アルミナ担体の改質触媒が一般的に用いられているが、このアルミナ担体は高温状態で水蒸気に曝されると劣化しやすくなる。また、固体酸化物形燃料電池のアノードによく用いられるＮｉは、高温状態で水蒸気に曝されると酸化され、劣化する場合がる。さらにまた、改質器およびアノードは、水蒸気雰囲気下に曝されると水濡れするため、燃料電池システムを再起動させるとき、起動にかかる時間が長くなるという問題もある。
【００１６】
一方、特許文献３には、燃料電池の緊急停止時に、発電室内においてカソードが還元されることを回避するため、発電室内の気体の排出を促進する緊急排出手段を備えた燃料電池システムが開示されている。
【００１７】
つまり、緊急停止直後では、アノード側の圧力が、カソード側の圧力よりも高くなる。このため、燃料ガスは、アノード側からカソード側に流出する。ここで、特許文献３に係る燃料電池システムの構成では、アノード側からカソード側へ流出する燃料ガスは空気より軽いため発電室内上方に滞留し、排気ガス排出管を通って外部へ排出される。このため、アノード側から流出する燃料ガスが少量の場合、発電室の下部に配置されたカソードに燃料ガスが接触することは起きにくい。しかしながら、アノード側から流出する燃料ガスが大量となると発電室内が燃料ガスで充満され、燃料ガスがカソードと接触し、カソードが還元される場合がある。
【００１８】
そこで、特許文献３に係る燃料電池システムでは、空気供給源と発電室とを直接連通させる管路の途中に常開型バルブを設け、緊急停止時には、常開型バルブを開放させて、この管路の流路抵抗を低下させる。そして、発電室内に常開型バルブを介して空気を吸入させることで燃料ガスを発電室上方から排気ガス排出管を通じて排出しやすくさせる。これによって、燃料ガスがカソードと接触することを防ぐことができる。また、特許文献３では、緊急排出手段として、排気ガス排出管に蓄電池の電力により作動する送風ファンを設け、発電室内の燃料ガスを強制的に外に排出させる構成も開示されている。
【００１９】
ここで、本発明者らは特許文献３に係る燃料電池システムについて検討したところ以下の点について見出した。すなわち、特許文献３に係る燃料電池システムの構成では、燃料電池の経路構造の設計が変更された場合、常開型バルブを設置できる位置および排ガスを排出させる排気ガス排出管の配置が変更されたり、あるいは緊急停止後の発電室内の経時的な温度変化が異なるものとなったりする。そして、常開型バルブを設置できる位置および排ガスを排出させる排気ガス排出管の配置が変更されたり、緊急停止後の発電室内の経時的な温度変化が異なるものとなったりすると、燃料ガスのカソードへの接触を十分に防ぐことができない場合があることを見出した。
【００２０】
さらには発電室内の温度低下に伴い、排気ガス排出管の出口から空気が発電室内へと逆流し、アノードが空気によって酸化され、劣化する可能性があることも見出した。また、緊急排出手段として送風ファンを設けた構成とした場合は、蓄電池および送風ファンなどを別途設ける必要がありコストが高くなるとともに、装置構造が複雑になることを見出した。
【００２１】
そこで、本発明者らは、適切に緊急停止を行うことができる燃料電池システムについて検討した。特に、緊急停止に伴い引き起こされる燃料電池の性能低下を防ぐことができる固体酸化物形燃料電池システムについて検討し、その結果、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
【００２２】
本発明の第１の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された改質ガスが流通する改質ガス流路と、前記改質ガス流路を通じて前記改質器からアノードに供給された前記改質ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、前記改質ガス流路において、前記固体酸化物形燃料電池の前記アノードよりも上流側となる位置に設けられ、前記固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると、該改質ガス流路を外部と連通させるバルブと、を備える。
【００２３】
ここで、緊急停止後であっても、停止前にすでに供給されている原料が改質器において改質され、生成された改質ガスが一定期間、固体酸化物形燃料電池システム内を流通することとなる。
【００２４】
上記構成によると、固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給が停止すると、バルブを介して改質ガス流路を外部と連通させることができる。つまり、緊急停止により固体酸化物形燃料電池の発電が停止した場合、改質ガス流路を外部と連通させることができる。
【００２５】
このため、改質ガス流路中を流通している改質ガスを、アノードに至る前にバルブを介して外部に放出させることができる。それゆえ、緊急停止後に改質ガスがアノードからカソードに流れ込むことでカソードを還元雰囲気下に曝してしまい、固体酸化物形燃料電池の性能を低下させてしまうことを防ぐことができる。
【００２６】
よって、本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、適切に緊急停止を行うことができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明の第２の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記原料中に含まれる硫黄化合物を、水素を利用して脱硫し、脱硫後の原料を前記改質器に供給する脱硫器を備え、前記バルブは、前記電力の供給が停止すると、前記改質ガス流路を外部と連通させる流路を閉状態から開状態とするノーマルオープンバルブであり、前記改質ガス流路は、前記改質器で生成された改質ガスを前記アノードに流通させる第１改質ガス流路と、前記第１改質ガス流路から分岐し、前記改質ガスの一部を前記脱硫器に流通させる第２改質ガス流路と、を有しており、前記第２改質ガス流路側に前記ノーマルオープンバルブが設けられる構成であってもよい。
【００２８】
ここで、固体酸化物形燃料電池は高温で動作するため、改質ガスをアノードに流通させる第１改質ガス流路の方が、改質ガスを脱硫器に流通させる第２改質ガス流路よりも高温となる。
【００２９】
上記構成によると、前記ノーマルオープンバルブが第１改質ガス流路よりも温度の低い第２改質ガス流路側に設けられているため、ノーマルオープンバルブが高温に曝され故障することを防止することができる。
【００３０】
なお、ノーマルオープンバルブが閉状態とは、例えば、ノーマルオープンバルブが電磁弁により構成される場合、該電磁弁の弁体により、改質ガス流路を外部と連通させる流路が閉じられた状態であり、逆に、開状態とは、電磁弁の弁体によりこの流路が開かれた状態を意味する。
【００３１】
また、本発明の第３の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第２の態様において、前記第２改質ガス流路を流通し、前記脱硫器に供給される前記改質ガスの流量を調整するための流量調整器を備え、前記ノーマルオープンバルブは、前記第２改質ガス流路において、前記流量調整器よりも上流側に設けられる構成であってもよい。
【００３２】
上記構成によると流量調整器を備えるため、適切な流量の改質ガスを脱硫器に導くことができる。
【００３３】
また、流量調整器よりもノーマルオープンバルブは第２改質ガス流路において上流側に設けられている。すなわち、ノーマルオープンバルブは、第２改質ガス流路において流量調整器により圧力損失が大きくなる位置よりも前段に設けられている。
【００３４】
ここで、第２改質ガス流路において流量調整器よりも下流側（後段）にノーマルオープンバルブが設けられている場合、緊急停止直後、流量調整器の下流側では改質ガスが十分に流通しない場合がある。このように改質ガスが十分に流通しない場合、改質ガスがノーマルオープンバルブを介して外部に放出されにくくなる。
【００３５】
しかしながら、本発明の第３の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムでは、ノーマルオープンバルブは、流量調整器よりも上流側に設けられているため、緊急停止時以降において改質ガスが外部に放出されないような事態となることを防ぐことができる。
【００３６】
また、本発明の第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第２または第３の態様において、前記アノードから排出されたアノードオフガスと前記カソードから排出されたカソードオフガスとを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部で生成した燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス流路と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると開状態から閉状態となるノーマルクローズバルブが前記燃焼排ガス流路中に設けられていてもよい。
【００３７】
上記構成によると燃焼排ガス流路中にノーマルクローズバルブが設けられているため、緊急停止時以降では、燃料排ガス流路は閉じられた状態となる。このように緊急停止時以降では、固体酸化物形燃料電池の後段において外部との連通が閉じられるため、改質器で生成された改質ガスは、第２改質ガス流路の方を流通することとなる。このため、緊急停止時以降において、改質器で生成された改質ガスを、ノーマルオープンバルブを介して外部に確実に排出させることができる。
【００３８】
また、本発明の第５の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第２から第４のいずれか１つの態様において、前記カソードに供給される酸化剤ガスは空気であり、前記空気を前記カソードに供給するための定容積型空気供給器を備える構成であってもよい。
【００３９】
また、本発明の第６の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、上記した第２から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記改質ガス流路を外部と連通させる流路は、前記ノーマルオープンバルブを介して、前記改質ガス流路を流通する前記改質ガスを外部に放出するための放出管であり、前記放出管に、外気が該放出管を通じて外部から前記改質ガス流路内に侵入することを防ぐ逆止弁が設けられた構成であってもよい。
【００４０】
以下、実施形態の具体例について、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する場合がある。
【００４１】
［実施形態１］
（固体酸化物形燃料電池システムの構成）
まず、図１を参照して本発明の実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の要部構成の一例を示すブロック図である。
【００４２】
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池システム１００は、改質器８、改質ガス流路６、アノード３およびカソード４を有する固体酸化物形燃料電池２、およびバルブ１０を備えてなる構成である。
【００４３】
改質器８は、例えば、外部から原料供給流路５を通じて供給された原料を改質して改質ガスを生成する。改質器８で生成された改質ガスは改質ガス流路６を流通し、固体酸化物形燃料電池２のアノード３に供給される。供給される原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素として有する有機化合物を含む。例えば、原料は、炭化水素を含有するガスまたはアルコールとすることができる。炭化水素を含有するガスの例としては、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、または液化石油ガスが挙げられる。アルコールの例としては、メタノールが挙げられる。
【００４４】
より具体的には、改質器８は、改質反応により原料を改質し、改質ガス（水素含有ガス）を生成する。改質反応の例としては、水蒸気改質、オートサーマル改質、または部分酸化反応等が挙げられる。
【００４５】
改質器８において行われる改質反応が水蒸気改質である場合、改質器８には反応ガスとして、原料と水蒸気との混合ガスが供給される。また、改質器８において行われる改質反応がオートサーマル改質である場合、反応ガスとして、原料と水蒸気と酸化剤ガスとの混合ガスが供給される。また、改質器８において行われる改質反応が部分酸化反応である場合、反応ガスとして、原料と酸化剤ガスとの混合ガスが供給される。なお、酸化剤ガスとしては空気が一般的に用いられている。
【００４６】
改質器８は、改質反応を進行させるための改質触媒を具備する。改質触媒の一例としては、ＲｕまたはＮｉといった金属触媒が挙げられる。
【００４７】
原料供給流路５を流通する原料の流量は、原料供給流路５の上流側で調整できる構成としてもよい。例えば、昇圧器または流量調整弁の少なくともいずれか一方が、原料供給流路５の上流側に設けられ、該原料供給流路５を流通する原料の流量を調整できる構成としてもよい。昇圧器としては、例えば、モータを用いて駆動する定容積型ポンプを例示できる。原料は、外部の原料供給源から供給されており、この原料供給源は、所定の供給圧を有していてもよい。原料供給源の一例としては、原料ガスボンベまたは原料ガスインフラ等を挙げることができる。
【００４８】
固体酸化物形燃料電池２は、改質ガス流路６を通じて改質器８からアノード３に供給された改質ガスと、例えば、外部から酸化剤ガス流路１４を通じてカソード４に供給された酸化剤ガスとを用いて発電する。固体酸化物形燃料電池２は、上述したカソードおよびアノードに加えて、固体電解質を具備している。固体電解質は、アノードおよびカソードに挟まれるように配置されている。固体酸化物形燃料電池２では、酸化剤ガスがカソードに、燃料ガス（これ以降、改質ガスと称する）がアノードにそれぞれ供給され、酸化剤ガスの酸素と改質ガスの水素とを利用した電気化学反応により発電する。
【００４９】
また、改質ガス流路６において、アノード３よりも上流側となる位置にバルブ１０が設けられている。バルブ１０は、固体酸化物形燃料電池２の発電により得られた電力の供給を受けており、該電力の供給が停止すると、該改質ガス流路６を外部と連通させる。
【００５０】
バルブ１０としては、例えば、ノーマルオープンバルブ１０ａを用いることができる。なお、ノーマルオープンバルブ１０ａとして、例えば、電磁式のバルブを例示できる。ノーマルオープンバルブ１０ａを用いる場合、改質ガス流路６を流通する改質ガスを外部に放出するための放出管７（後述の図２等参照）を、該改質ガス流路６に接続させ、この放出管７内にノーマルオープンバルブ１０ａが設けられる。ノーマルオープンバルブ１０ａは、固体酸化物形燃料電池２と電気的に接続されており、固体酸化物形燃料電池２の発電により得られた電力が供給される。そして、ノーマルオープンバルブ１０ａは、例えば、停電等により固体酸化物形燃料電池２の発電が停止され、電力の供給が停止すると放出管７を閉状態から開状態とさせる。これによって改質ガス流路６は、外部と連通することができる。
【００５１】
すなわち、固体酸化物形燃料電池２から電力が供給されている間、改質ガス流路６を外部と連通させる放出管７は閉状態に維持され、改質ガス流路６と外部（大気）とが遮断される構成となっている。一方、ノーマルオープンバルブ１０ａへの電源供給が停止されると、ノーマルオープンバルブ１０ａは、改質ガス流路６を外部と連通させる放出管７を閉状態から開状態とする。
【００５２】
ところでノーマルオープンバルブ１０ａが開状態となった直後から一定期間では、既に供給されていた原料が改質され、生成された改質ガスが、改質器８から改質ガス流路６を流れることとなる。この改質器８から排出された改質ガスは、改質ガス流路６および放出管７を流通し、開状態となっているノーマルオープンバルブ１０ａを介して外部へ排気される。
【００５３】
以上のように、本発明の実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、固体酸化物形燃料電池２の発電により得られた電力の供給が停止するとノーマルオープンバルブ１０ａが閉状態から開状態となって、改質ガス流路６を外部と連通させることができる。つまり、緊急停止により固体酸化物形燃料電池２の発電が停止すると、改質ガス流路６を外部と連通させることができる。このため、改質ガス流路６中を流通している改質ガスを、アノードに至る前にノーマルオープンバルブ１０ａを介して外部に放出させることができる。
【００５４】
それゆえ、緊急停止時以降において、改質ガスがアノード３からカソード４に流れ込むことでカソード４を還元雰囲気下に曝してしまい、固体酸化物形燃料電池２の性能を低下させてしまうことを防ぐことができる。
【００５５】
なお、バルブ１０は、ノーマルオープンバルブ１０ａに限定されるものではなく固体酸化物形燃料電池２から電力の供給を受けている間は、改質ガス流路６と外部とを遮断させた状態とし、電力の供給が停止されると改質ガス流路６を外部と連通させる他のバルブであってもよい。他のバルブとしては、例えば、三方弁を例示することができる。バルブ１０が三方弁の場合、該バルブ１０は改質ガス流路６に直接設けることができる。
【００５６】
また、本発明の実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、供給された原料に硫黄化合物が含まれている場合、この硫黄化合物を除去する水添脱硫器１２をさらに備え、水添脱硫器１２により脱硫された原料が改質器８に供給されるように構成されていてもよい。以下において、固体酸化物形燃料電池システム１００が、水添脱硫器１２をさらに備えた構成を実施形態１の実施例１として、図２を参照して説明する。
【００５７】
（実施形態１の実施例１）
図２は、本発明の実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の要部構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、図１に示した実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、バルブ１０としてノーマルオープンバルブ１０ａを備えている。そして、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、さらに水添脱硫器１２、および放出管７を備えた構成となっている。
【００５８】
また、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、改質ガス流路６を、改質器８で生成された改質ガスをアノード３に流通させる第１改質ガス流路６ａと、第１改質ガス流路６ａから分岐し、改質ガスの一部を水添脱硫器１２に流通させる第２改質ガス流路６ｂとを有する構成とする。つまり、第１改質ガス流路６ａは、改質器８から固体酸化物形燃料電池２のアノード３に至るまでの流路であり、第２改質ガス流路６ｂは、第１改質ガス流路６ａから分岐する点から水添脱硫器１２に至るまでの流路となる。そして、固体酸化物形燃料電池システム１００は、第２改質ガス流路６ｂ側にノーマルオープンバルブ１０ａが設けられた構成とする。
【００５９】
なお、上記した点を除けば実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成は、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成となる。このため、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の部材には同じ符号を付しその説明は省略するものとする。
【００６０】
水添脱硫器１２は、改質器１に供給される原料ガス中の硫黄化合物を除去する。水添脱硫器１２は、容器に水添脱硫剤が充填される。水添脱硫剤は、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒が用いられる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成してもよい。
【００６１】
また、放出管７およびノーマルオープンバルブ１０ａについては、上記にて既に説明したためここでの説明は省略する。なお、放出管７は、第２改質ガス流路６ｂ側に設けられている。つまり、図２に示すように、ノーマルオープンバルブ１０ａが第２改質ガス流路６ｂと接続する放出管７に設けられ、通電時には、ノーマルオープンバルブ１０ａは、該放出管７を閉状態から開状態とする。一方、電力供給が停止させられると、放出管７を開状態から閉状態として改質ガスを、該放出管７を介して外部に排出させる。
【００６２】
また、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、緊急停止時以降では、改質器８から排出された改質ガスの大部分は、第１改質ガス流路６ａよりも、第２改質ガス流路６ｂを優先して流れ、ノーマルオープンバルブ１０ａを介して外部に排出されるように構成されている。つまり、第１改質ガス流路６ａが接続される固体酸化物形燃料電池２のアノードでは、改質ガスが流入する管は細管となり、また第１改質ガス流路６ａの方が第２改質ガス流路６ｂよりも高温となる。このため、緊急停止後では、第１改質ガス流路６ａの方が第２改質ガス流路６ｂよりも圧力が高くなり、改質器８から排出された改質ガスの大部分は第２改質ガス流路６ｂの方に流れる。
【００６３】
実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、図２に示すようにノーマルオープンバルブ１０ａを第２改質ガス流路６ｂに設けることで、ノーマルオープンバルブ１０ａが高温に曝され故障することを防止することができる。つまり、固体酸化物形燃料電池２は高温で動作するため、改質ガスをアノード３に流通させる第１改質ガス流路６ａの方が、改質ガスを水添脱硫器１２に流通させる第２改質ガス流路６ｂよりも高温となる。
【００６４】
より具体的には、通常、改質ガス流路６を流通する改質ガスの温度は５００℃〜７００℃である。一方、水添脱硫器１２の作動温度は２００〜３００℃であるため、第２改質ガス流路６ｂを流通している間に改質ガスの温度を１００〜２００℃まで低下させる必要がある。改質ガスの温度低下は、第２改質ガス流路６ｂを介して水添脱硫器１２に至るまでの放熱により低下させることができる。第２改質ガス流路６ｂの長さが十分に長い場合は自然放熱により改質ガスを冷却させてもよいし、水添脱硫器１２に至るまでに十分に改質ガスを冷却できない場合は、ファンなどを用いて強制的に冷却させてもよい。このように冷却された改質ガスが流通する第２改質ガス流路６ｂの温度は、２００℃前後となる。
【００６５】
一方、第１改質ガス流路６ａは約７００℃〜１０００℃の作動温度で作動する固体酸化物形燃料電池２に接続されている。ここで、緊急停止直後では固体酸化物形燃料電池２は、作動温度に近い高温となっている。それ故、固体酸化物形燃料電池２に接続されている第１改質ガス流路６ａは、第２改質ガス流路６ｂよりも高温となる。
【００６６】
したがって、ノーマルオープンバルブ１０ａを、第１改質ガス流路６ａよりも温度の低い第２改質ガス流路６ｂ側に設けることで、ノーマルオープンバルブ１０ａが高温に曝され、故障することを防ぐことができる。なお、ノーマルオープンバルブ１０ａが取り付けられる位置の温度は、例えば、約２００℃前後とすることができる。
【００６７】
また、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、図３に示すように、流量調整器２４を備えた構成としてもよい。以下、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、流量調整器２４をさらに備えた構成を実施形態１の実施例２として、図３を参照して説明する。
【００６８】
（実施形態１の実施例２）
図３は、本発明の実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の要部構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、図２に示した実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、流量調整器２４を備えた構成となっている。なお、流量調整器２４をさらに備えた点を除けば実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成は、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成となる。このため、実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、実施形態１の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の部材には同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００６９】
流量調整器２４は、第２改質ガス流路６ｂを流通し、水添脱硫器１２供給される改質ガスの流量を調整するためのものである。流量調整器２４としては、例えば、ニードル弁を利用することができる。
【００７０】
実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、流量調整器２４を備えるため、運転時において第２改質ガス流路６ｂを通じて水添脱硫器１２に供給させる改質ガスの流量を調節し、適切な流量の改質ガスを水添脱硫器１２に導くことができる。
【００７１】
また、このように、第２改質ガス流路６ｂに流量調整器２４を備える構成の場合、図３に示すように、ノーマルオープンバルブ１０ａは、第２改質ガス流路６ｂにおいて、流量調整器２４よりも上流側に設けられる。すなわち、ノーマルオープンバルブ１０ａは、第２改質ガス流路６ｂにおいて流量調整器２４により圧力損失が大きくなる位置よりも前段に設けられている。このため、緊急停止時以降において改質ガスがノーマルオープンバルブ１０ａを介して外部に放出されない事態となることを防ぐことができる。
【００７２】
また、改質器８において行われる改質反応が例えばオートサーマル改質である場合、上述したように改質器８には反応ガスとして、原料、水蒸気、および酸化剤ガスの混合ガスが供給される。この場合、実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、水蒸気を生成するための蒸発器等をさらに備える必要がある。以下、実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、改質器８がオートサーマル改質により原料を改質する構成を実施形態１の実施例３として、図４を参照して説明する。
【００７３】
（実施形態１の実施例３）
図４は、本発明の実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の要部構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、図３に示した実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、蒸発器３２、水供給流路１６、および第１酸化剤ガス流路１４ａをさらに備えた構成となっている。なお、蒸発器３２、水供給流路１６、および第１酸化剤ガス流路１４ａをさらに備えた点を除けば実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成は、実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成となる。このため、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、実施形態１の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の部材には同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００７４】
蒸発器３２は、外部から水供給流路１６を通じて供給された水を気化させるものである。蒸発器３２で気化された水と、原料供給流路５を流通する脱硫後の原料とが混合され、改質器８に供給される。
【００７５】
また、改質器８において行われる改質反応が、オートサーマル改質である場合、上述したように、改質器８には反応ガスとして、原料と水蒸気に加えて酸化剤ガスが必要となる。そこで、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、図４に示すように、改質器８に外部から酸化剤ガスを導くための第１酸化剤ガス流路１４ａが接続された構成となっている。
【００７６】
なお、図４では特に図示しないが、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、さらに、改質触媒の温度を検知し、管理するための温度計も備えていてもよい。
【００７７】
なお、実施形態１の実施例３では改質器８で行われる改質反応がオートサーマルの場合について説明したが、改質器８で行われる改質反応が水蒸気改質の場合は、第１酸化剤ガス流路１４ａは不要となる。また、改質器８で行われる改質反応が部分酸化改質の場合は、水供給流路１６および蒸発器３２が不要となる。すなわち、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、改質器８において行われる改質反応に応じて、該改質反応を行うために必要とされる装置を適宜、設ける。
【００７８】
（実施形態１の実施例４）
次に、図５を参照して、実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成について説明する。図５は、本発明の実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の要部構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、図４に示した実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、酸化剤ガス供給器３４および燃焼部２０をさらに備えた構成となっている。なお、酸化剤ガス供給器３４および燃焼部２０をさらに備えた点を除けば実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成は、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成となる。このため、実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００では、実施形態１の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の部材には同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００７９】
酸化剤ガス供給器３４は、改質器８および固体酸化物形燃料電池２のカソード４それぞれに酸化剤ガスを送出させるためのものである。図５では、１台の酸化剤ガス供給器３４を共用して改質器８とカソード４とにそれぞれ酸化剤ガスを供給する構成としているが、これに限定されない。例えば、改質器８に酸化剤ガスを送出するための酸化剤ガス供給器３４と、カソード４に酸化剤ガスを送出するための酸化剤ガス供給器３４とを別々に備えた構成としてもよい。
【００８０】
また、酸化剤ガスを空気とする場合、酸化剤ガス供給器３４は、例えば、定容積型空気供給器とすることができる。酸化剤ガス供給器３４を定容積型空気供給器とする場合、停電等により酸化剤ガス供給器３４への電力供給が停止したとき、酸化剤ガスの供給が停止されるとともに、作動停止した酸化剤ガス供給器３４により第１酸化剤ガス流路１４ａおよび第２酸化剤ガス流路１４ｂそれぞれを外気と遮断せることができる。
【００８１】
また、図５に示すように、実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００は、アノード３から排出されたアノードオフガスとカソード４から排出されたカソードオフガスとを混合させて、燃焼部２０で燃焼させ、燃料排ガスを生成する。そして、生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路３０を通じて系外に排出される。なお、特に図５において図示していないが、燃焼排ガス流路３０中に、系外に排出される燃焼排ガスを浄化するための浄化部が設けられていてもよい。
【００８２】
以上のように、燃焼部２０を備える構成の場合、固体酸化物形燃料電池２から排出された可燃性ガスを燃焼させた上で排気させることができる。
【００８３】
なお、この燃焼部２０で生成された燃焼排ガスの有する熱を利用して、改質器８、水添脱硫器１２、または固体酸化物形燃料電池２を、所望の温度となるように加熱する構成としてもよい。さらには、燃焼排ガスが有する熱を利用して固体酸化物形燃料電池２に供給される原料および酸化剤ガスを予熱する構成としてもよい。
【００８４】
（固体酸化物形燃料電池システムの運転）
次に、図５に示す実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００を例に挙げて、固体酸化物形燃料電池システム１００の運転について説明する。
【００８５】
固体酸化物形燃料電池システム１００では、起動時に水および酸化剤ガス（空気）とともに、原料として例えば炭化水素が供給される。改質器８で実施された改質反応（例えばオートサーマル改質）により原料から改質ガスが生成される。なお、改質反応をオートサーマル改質とする場合、固体酸化物形燃料電池システム１００を短時間で起動させることができる。つまり、オートサーマル改質は、発熱反応である部分酸化反応と吸熱反応である水蒸気改質とを組み合わせたもので、例えば反応器の触媒層前半で完全燃焼が行われ、そこで生じた熱が反応器の触媒層後半に伝わり、吸熱反応である水蒸気改質を促進する。そのためエネルギー効率の点においてオートサーマル改質は優れており、吸熱反応のみの水蒸気改質と比較して反応速度も非常に速くなる。
【００８６】
改質器８で改質されて得られた改質ガスは、第１改質ガス流路６ａを通って固体酸化物形燃料電池２のアノード３に供給される。一方、固体酸化物形燃料電池２のカソード４には、酸化剤ガス供給器３４によって送出された酸化剤ガス（例えば、空気）が第２酸化剤ガス流路１４ｂを通じて供給される。このようにしてアノード３に供給された改質ガスに含まれる水素と、カソード４に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素とが反応することによって、電力が生じる。
【００８７】
また、改質ガスの一部は、第２改質ガス流路６ｂを通じて水添脱硫器１２に供給されるようになっている。水添脱硫器１２に供給される改質ガスは流量調整器２４により供給量が調整される。水添脱硫器１２では第２改質ガス流路６ｂを通じて供給された改質ガスに含まれる水素を利用して、原料に含まれる硫黄化合物を除去する。そして、除去された原料が改質器８に供給される。
【００８８】
ここで、固体酸化物形燃料電池システム１００では、ノーマルオープンバルブ１０ａは固体酸化物形燃料電池２と電気的に接続されている。このため、固体酸化物形燃料電池２から電力が供給される通常運転時では、ノーマルオープンバルブ１０ａは閉状態に維持されている。
【００８９】
次に、固体酸化物形燃料電池システム１００の緊急停止時の動作について説明する。固体酸化物形燃料電池システム１００において緊急停止する場合とは、例えば、停電等の原因で、固体酸化物形燃料電池システム１００が備える各部への電力供給および原料、酸化剤ガス、水等の供給が停止され、固体酸化物形燃料電池２で発電が行われなくなった場合が想定される。このため、固体酸化物形燃料電池システム１００が緊急停止された場合、原料供給流路５を流通する原料ガス、酸化剤ガス流路１４を流通する酸化剤ガス、および水供給流路１６を流通する水それぞれの供給が停止されることとなる。
【００９０】
また、緊急停止時以降では、固体酸化物形燃料電池２の発電が停止されるため、ノーマルオープンバルブ１０ａは閉状態から開状態になる。このため、緊急停止前に既に供給されていた原料が改質され、生成された改質ガスを、第２改質ガス流路６ｂを通じて開状態のノーマルオープンバルブ１０ａから外部に排気させることができる。
【００９１】
また、緊急停止前に既に供給されていた水が蒸発器３２により気化され、生成された水蒸気も、改質器８を介して改質ガス流路６に流入するが、該水蒸気も第２改質ガス流路６ｂを通じて開状態のノーマルオープンバルブ１０ａから外部に排気させることができる。
【００９２】
このため、改質ガスおよび水蒸気が固体酸化物形燃料電池２および水添脱硫器１２に流入することを防止することができる。例えば、固体酸化物形燃料電池システム１００において、上述したノーマルオープンバルブ１０ａを備えない構成の場合、改質ガスおよび水蒸気のほとんどは第１改質ガス流路６ａを通じてアノード３の方に導かれる。これは、第２改質ガス流路６ｂには流量調整器２４が設けられているため、第１改質ガス流路６ａよりも圧損が大きくなるからである。
【００９３】
ここで、アノード３に水蒸気が導かれると、固体酸化物形燃料電池２の温度低下にともなって凝縮され、アノード３を濡らしたり、該水蒸気によりアノード３にあるＮｉが酸化されたりすることでアノード３の性能を低下させる。特に、アノードの性能低下は、触媒活性金属の水蒸気酸化に原因であると考えられる。
【００９４】
さらにまた、アノード３に水素リッチな改質ガスが導かれると、アノード３の出口からカソード４側に流出し、カソード４の割れを引き起こす場合がある。
【００９５】
したがって、固体酸化物形燃料電池システム１００では、改質ガス、さらには水蒸気が固体酸化物形燃料電池２に流入することを防止できるため、緊急停止に起因する固体酸化物形燃料電池２の性能低下を防止することができる。
【００９６】
［第２実施形態］
以下において、本発明の実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システム１１０について図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システム１１０の要部構成の一例を示すブロック図である。
【００９７】
図６に示すように実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システム１１０は、図５に示した実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、燃焼排ガス流路３０にノーマルクローズバルブ１１をさらに備えた構成である。実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システム１１０は、ノーマルクローズバルブ１１をさらに備えている点を除き、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様な構成となるため、ノーマルクローズバルブ１１以外の部材については同じ符号を付しその説明は省略する。
【００９８】
ノーマルクローズバルブ１１は、固体酸化物形燃料電池システム１１０の通常運転時には、固体酸化物形燃料電池２から電力が供給されている。電力が供給されている間、ノーマルクローズバルブ１１は開状態となり、燃焼排ガス流路３０を流れる燃焼排ガスは、ノーマルクローズバルブ１１を介して系外に排出される。なお、ノーマルクローズバルブ１１は、例えば、電磁弁により構成することができる。
【００９９】
一方、緊急停止され固体酸化物形燃料電池２の発電が停止すると、ノーマルクローズバルブ１１への電力供給も停止する。このように電力供給が停止すると、ノーマルクローズバルブ１１は、開状態から閉状態となる。このように、ノーマルクローズバルブ１１が閉状態となると、燃焼排ガス流路が遮断され、燃焼排ガスが系外へ排出することができなくなる。このため、改質器８から排出された改質ガスは、第１改質ガス流路６ａを流通して固体酸化物形燃料電池２へとほとんど流入することなく、第２改質ガス流路６ｂを流通し、ノーマルオープンバルブ１０ａを介して外部に排出される。
【０１００】
なお、通常運転時、固体酸化物形燃料電池２および燃焼部２０は、その作動温度が約７００〜１０００℃と高くなっている。このため、燃焼排ガス流路３０では固体酸化物形燃料電池２および燃焼部２０の近傍では８００℃前後の高温となる。そこで、ノーマルクローズバルブ１１は、高温状態に曝されることを防ぐため、例えば、約３００℃まで温度低下した燃焼排ガス流路３０の下流部分に設けられる。
【０１０１】
以上のように実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システム１１０は、燃焼排ガス流路３０において、さらにノーマルクローズバルブ１１を備えるため、緊急停止時以降では、固体酸化物形燃料電池２の後段において外部との連通が閉じられる。これにより、改質器８で生成された改質ガスと蒸発器３２にて生成された水蒸気は、第２改質ガス流路６ｂの方を流通することとなる。このため、緊急停止時以降において、改質器８で生成された改質ガスおよび水蒸気を、ノーマルオープンバルブ１０ａを介して外部に確実に放出させることができる。
【０１０２】
[実施形態３]
以下において、本発明の実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システム１２０について図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システム１２０の要部構成の一例を示すブロック図である。
【０１０３】
図７に示すように実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システム１２０は、図５に示した実施形態１の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池システム１００の構成において、燃焼排ガス流路３０にノーマルクローズバルブ１１を備え、放出管７に逆止弁１８をさらに設けた構成である。実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システム１２０は、ノーマルクローズバルブ１１および逆止弁１８をさらに備えている点を除き、実施形態１に係る固体酸化物形燃料電池システム１００と同様な構成となるため、ノーマルクローズバルブ１１および逆止弁１８以外の部材についてはその説明は省略する。また、ノーマルクローズバルブ１１については、実施形態２に係る固体酸化物形燃料電池システム１１０において説明したため、その説明についても省略する。
【０１０４】
逆止弁１８は、放出管７において外部から空気が第２改質ガス流路６ｂに向かって流れることを阻止するものである。つまり、逆止弁１８は、第２改質ガス流路６ｂから、ノーマルオープンバルブ１０ａを介して放出管７を流通して外部に向かう流体の流れは阻害しないが、放出管７の排出口から、この放出管７を流通して第２改質ガス流路６ｂに向かう流体の流れは抑制する。実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システム１２０は、この逆止弁１８を備えることにより、ノーマルオープンバルブ１０ａを介して放出管７から改質ガスを外部に排出することができるが、外気が放出管７の出口から流入し、第２改質ガス流路６ｂに向かうことを防ぐことができる。
【０１０５】
ここで、緊急停止後、改質器８の温度が低下していくと改質器８内に滞留している水蒸気が凝縮される。この水蒸気の凝縮に伴い、改質器８内の圧力が小さくなるため、外気（酸素）が放出管７の排出口から逆流し、第２改質ガス流路６ｂを通じて水添脱硫器１２またはアノード３に流入する場合がある。
【０１０６】
ところで、実施形態３に係る水添脱硫器１２は、水添脱硫器であり、改質ガスに含まれる水素を還元剤として硫黄化合物に対して水素原子を付加する還元反応が行われるため、酸素が流入することは好ましくない。また、酸素がアノード３または改質器８の改質触媒に流入した場合はアノード３または改質触媒が酸化され、劣化する可能性がある。
【０１０７】
しかしながら、実施形態３に係る固体酸化物形燃料電池システム１２０では、上記したように逆止弁１８を備えるため、水添脱硫器１２、改質器８、およびアノード３への酸素の流入を防ぐことができる。
【０１０８】
なお、図７では、逆止弁１８は、改質ガスの流れ方向において、ノーマルオープンバルブ１０ａよりも下流側に設けられた放出管７中に備えられている構成である。しかしながら、放出管７が第２改質ガス流路６ｂと直接接続しており、ノーマルオープンバルブ１０ａがこの放出管７の途中に設けられた構成では、逆止弁１８は、改質ガスの流れ方向において、ノーマルオープンバルブ１０ａよりも下流側に備えられてもよいし、ノーマルオープンバルブ１０ａよりも上流側に備えられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、停電等により緊急停止させられる可能性がある燃料電池システム全般において有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
２    固体酸化物形燃料電池
３    アノード
４    カソード
５    原料供給流路
６    改質ガス流路
６ａ  第１改質ガス流路
６ｂ  第２改質ガス流路
７    放出管
８    改質器
１０    バルブ
１０ａ  ノーマルオープンバルブ
１１    ノーマルクローズバルブ
１２    脱硫器
１４    酸化剤ガス流路
１４ａ  第１酸化剤ガス流路
１４ｂ  第２酸化剤ガス流路
１６    水供給流路
１８    逆止弁
２０    燃焼部
２４    流量調整器
３０    燃焼排ガス流路
３２    蒸発器
３４    酸化剤ガス供給器
１００    固体酸化物形燃料電池システム
１１０    固体酸化物形燃料電池システム
１２０    固体酸化物形燃料電池システム
【図１】
2016162635.tif 000003
【図２】
2016162635.tif 000004
【図３】
2016162635.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016162635.tif 000007
【図６】
2016162635.tif 000008
【図７】
2016162635.tif 000009