特開 2022-70500 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022070500

(43)【公開日】2022-05-13

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20220506BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20220506BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20220506BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/0612

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020179596

(22)【出願日】2020-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(71)【出願人】

【識別番号】000002886

【氏名又は名称】ＤＩＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 智史

(72)【発明者】

【氏名】北村 壮史

(72)【発明者】

【氏名】神田 智道

(72)【発明者】

【氏名】青木 崇倫

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB08

5H126EE13

5H127AA07

5H127AC02

5H127BA13

5H127BA18

5H127BA34

5H127BA37

5H127BA47

5H127BA57

5H127BA59

5H127BA60

5H127BB02

5H127BB19

5H127EE03

5H127EE18

(57)【要約】

【課題】脱硫器に流入する水素の流量を調整するためのオリフィス部材にカビが付着しないようにする。
【解決手段】燃料電池システム１は、アノードガスと酸素とを電気化学反応させることにより発電する燃料電池２０と、燃料ガスと水蒸気とを反応させることによって燃料電池２０に供給される水素を含むアノードガスを生成するように構成されている改質器２２と、改質器２２において生成された水素と燃料ガスとを反応させることによって燃料ガスを脱硫するように構成されている脱硫器３９と、改質器２２において生成された水素が脱硫器３９に流入するように改質器２２と脱硫器３９とを連通する還流経路４１と、脱硫器３９に流入する水素の流量を調整するために還流経路４１上に設けられているオリフィス部材４３とを有しており、オリフィス部材４３は抗カビ作用を有する材料を含有する材料により形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスと水蒸気とを反応させることにより水素を含むアノードガスを生成する改質器と、
前記燃料ガスを前記改質器に供給するための燃料ガス経路と、
前記改質器により生成された前記アノードガスと酸素とを電気化学反応させることにより発電する燃料電池と、
前記燃料ガス経路上に設けられ、水素を用いて前記燃料ガス経路を流れる前記燃料ガスを脱硫するように構成されている脱硫器と、
前記改質器にて生成された前記アノードガスの一部が前記脱硫器に流入するように前記改質器と前記脱硫器とを連通する還流経路と、
前記還流経路上に設けられているオリフィス部材と、
を備え、
前記オリフィス部材、または、前記還流経路のうち前記オリフィス部材よりも上流側を構成する部分の内壁の少なくとも一部が、抗カビ作用を有する材料を含む材料により構成される、
燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記オリフィス部材が、前記抗カビ作用を有する材料を含む材料により形成されている、燃料電池システム。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記オリフィス部材が、前記抗カビ作用を有する材料が含まれるガラス繊維強化樹脂により形成されている、燃料電池システム。

【請求項4】

請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記抗カビ作用を有する材料が、銀イオンが含有されたガラス粉末により構成される、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関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示される燃料電池システム（燃料電池コージェネレーションシステム）は、燃料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫器において脱硫された燃料ガスと水蒸気とを反応させることにより水素ガスを含むアノードガスを生成する改質器とを有している。この燃料電池システムは、更に、改質器で生成されるアノードガスの一部を脱硫器に導入するための還流経路を有しており、アノードガスに含まれる水素を用いて燃料ガスを脱硫するように構成されている。

【0003】

ところで、燃料電池システムが製造されてから使用現場に設置されるまでの間に燃料ガスを改質器に供給するための配管が大気開放されることがあり、その際にこの配管を通じて還流経路の内部に酸素およびカビ等の菌類が侵入することがある。また、還流経路には、改質器にて反応しなかった水蒸気も流れるため、水蒸気が凝縮して還流経路の内部に凝縮水が溜まることがある。このため還流経路の内部はカビが増殖しやすい環境になる。そして、還流経路の内部に進入したカビが増殖すると、増殖したカビがアノードガスの流れを阻害し、還流経路を介して脱硫器に導入される水素の量が減少するおそれがある。特に、還流経路上にオリフィス部材が設けられている場合、オリフィス部材の流路穴に凝縮水が溜まることがあり、この場合には流路穴内で増殖したカビにより流路穴が閉塞する可能性がある。その結果、脱硫器に十分な水素が供給されずに、燃料ガスの脱硫が十分ではなくなるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１２４８６号公報

【発明の概要】

【0005】

（発明が解決しようとする課題）
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、改質器において生成されたアノードガスの一部を脱硫器に導入する還流経路を有する燃料電池システムにおいて、当該還流経路がカビにより閉塞されることを防止または抑制することである。

【0006】

（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システム（１）は、
燃料ガスと水蒸気とを反応させることにより水素を含むアノードガスを生成する改質器（２２）と、
前記燃料ガスを前記改質器（２２）に供給するための燃料ガス経路（３０）と、
前記改質器（２２）により生成された前記アノードガスと酸素とを電気化学反応させることにより発電する燃料電池（２０）と、
前記燃料ガス経路（３０）上に設けられ、水素を用いて前記燃料ガス経路を流れる前記燃料ガスを脱硫するように構成されている脱硫器（３９）と、
前記改質器（２２）にて生成されたアノードガスの一部が前記脱硫器（３９）に流入するように前記改質器（２２）と前記脱硫器（３９）とを連通する還流経路（４１）と、
前記還流経路（４１）上に設けられているオリフィス部材（４３）と、
を備え、
前記オリフィス部材（４３）、または、前記還流経路（４１）のうち前記オリフィス部材（４３）よりも上流側を構成する部分の内壁の少なくとも一部が、抗カビ作用を有する材料を含む材料により構成される。

【0007】

本発明によれば、還流経路に設けられるオリフィス部材、又は、還流経路のうちオリフィス部材よりも上流側の部分の内壁の少なくとも一部が、抗カビ作用を有する材料を含む材料により構成されるために、還流経路に設けられたオリフィス部材又はそれよりも上流の領域でのカビの増殖を抑えることができる。このため増殖したカビが還流経路を閉塞することが防止又は抑制される。

【0008】

本発明において、抗カビ作用を有する材料とは、カビ（真菌）の増殖を抑える作用とカビを死滅させる作用との一方または両方を有する材料である。以下において、抗カビ作用を有する材料を、抗カビ材料と言う場合もある。

【0009】

本発明の一側面において、
前記オリフィス部材（４３）が、前記抗カビ作用を有する材料を含む材料により形成されている、という構成であってもよい。

【0010】

本発明の一側面において、
前記オリフィス部材（４３）が、前記抗カビ作用を有する材料が含まれるガラス繊維強化樹脂により形成されている、という構成であってもよい。

【0011】

本発明の一側面において、
前記抗カビ作用を有する材料が、銀イオンが含有されたガラス粉末により構成されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、燃料電池システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、オリフィスの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料電池システムは、燃料ガスとして都市ガス又はプロパンガスなどを用いて電気と熱とを併給するガスコージェネレーションシステムである。以下の説明では、本発明の実施形態に係る燃料電池システムを「本システム」と略して記すことがある。

【0014】

図１は、本システム１の概略構成を示す図である。図１に示すように、本システム１は、発電モジュール２と、燃料ガス供給系３と、還流系４と、改質水供給系５と、エア供給系６と、排熱回収系７（給湯系と称されることもある）と、パワーコンディショナ８３と、電源装置８４と、制御装置８５と、貯湯タンク８６とを含む。

【0015】

発電モジュール２は、燃料電池２０、気化器２１、改質器２２、および点火プラグ２３を含む。燃料電池２０、気化器２１、改質器２２、および点火プラグ２３は、断熱材料により形成されているモジュールケース２４の内部に配置されている。

【0016】

発電モジュール２の燃料電池２０は、固体酸化物燃料電池である。固体酸化物燃料電池は、積層する複数のセルにより構成されているセルスタックを有している。セルスタックを構成する各セルは、アノード電極、カソード電極、及びアノード電極とカソード電極とに挟まれている酸化ジルコニウムなどの固体電解質とを有している。各セルのアノード電極側には、アノードガスを流通させるためのアノードガス経路が、各セルの積層方向と直交する方向に延伸するように設けられている。各セルのカソード電極側には、カソードガスであるエアを流通させるエア経路が、各セルの積層方向と直交する方向に延伸するように設けられている。各セルのアノードガス経路にアノードガスが供給され、各セルのエア経路にカソードガスであるエアが供給されると、アノードガスとカソードガス中の酸素が反応する。この反応により燃料電池２０が発電して直流電力を出力する。

【0017】

燃料電池２０のセルスタックはマニホールド２５上に配置されている。マニホールド２５は、図略のアノードガス経路およびエア経路を有している。マニホールド２５のアノードガス経路は、アノードガス供給経路２７および各セルのアノードガス経路に接続されている。そして、マニホールド２５のアノードガス経路は、改質器２２からアノードガス供給経路２７を通じて供給されたアノードガスを各セルのアノードガス経路に供給できるように構成されている。マニホールド２５のエア経路は、セルスタックの各セルのエア経路およびエア供給系６のエア供給経路６１に接続されている。そして、マニホールド２５のエア経路は、エア供給経路６１を通じて供給されたエアを各セルのエア経路に供給できるように構成されている。

【0018】

気化器２１および改質器２２は、燃料電池２０のセルスタックの上方に、セルスタックから離間して配設されている。セルスタックと気化器２１および改質器２２との間には燃焼部２６が設けられている。燃焼部２６は、セルスタックにおいて発電（電気化学反応）に使用されなかったアノードガス（以下、「アノードオフガス」という）を燃焼させるための領域である。燃焼部２６には、アノードオフガスに点火するための点火プラグ２３が配置されている。

【0019】

気化器２１の入口は、燃料ガス供給系３の燃料ガス供給経路３０および改質水供給系５の改質水供給経路５３に接続されている。気化器２１の出口は、改質器２２の入口に接続されている。気化器２１は、燃焼部２６におけるアノードオフガスの燃焼により発生した熱によって、その内部に供給された燃料ガスを予熱するとともに、改質水供給経路５３を通じてその内部に供給された改質水を加熱して水蒸気を生成するように構成されている。

【0020】

改質器２２は、燃料ガスと水蒸気とから水素を含むアノードガスを生成するように構成されている。なお、本明細書において、アノードガスとは、改質器２２にて生成されるガスを言う。改質器２２は、例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有している。改質器２２の内部に気化器２１から燃料ガスおよび水蒸気が供給されると、燃料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応によって水素ガスと一酸化炭素とが生成される。さらに、生成された一酸化炭素と水蒸気との一酸化炭素シフト反応によって、水素ガスと二酸化炭素とが生成される。このため、改質器２２において生成されるアノードガスには、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、が含まれる。なお、改質器２２から排出されるガスには、アノードガスに加え、改質反応に寄与しなかった水蒸気及び燃料ガスが含まれる。改質器２２の出口は、生成された水素を含むアノードガスを燃料電池２０に供給するためのアノードガス供給経路２７に接続されている。従って、改質器２２にて生成された水素を含むアノードガスは、アノードガス供給経路２７を通じて燃料電池２０のアノード電極側のアノードガス経路に供給され得る。

【0021】

燃料ガス供給系３は、本システム１の外部の燃料ガス供給源９１から供給される燃料ガスを発電モジュール２の気化器２１に供給するように構成されている。燃料ガス供給系３は、燃料ガス供給経路３０を有している。燃料ガス供給経路３０の一端は気化器２１に接続されており、他端は本システム１の外部の燃料ガス供給源９１に接続可能に構成されている。燃料ガス供給経路３０には、燃料ガス供給源９１に接続可能に構成される端部の側から順に、入口電磁弁３１と、調整弁３２と、第一オリフィス部材３３と、燃料ガス流量計３４と、ゼロガバナ３５と、第二オリフィス部材３６と、第三オリフィス部材３７と、燃料ガスブロア３８と、脱硫器３９とが設けられている。

【0022】

入口電磁弁３１は、燃料ガス供給経路３０を開閉自在な弁（２連弁）である。入口電磁弁３１は、制御装置８５により開閉制御される。

【0023】

調整弁３２は、燃料ガス供給経路３０の内部圧力を調整するための弁であり、燃料ガス料供給源９１から燃料ガス供給経路３０に流入した燃料ガスの圧力を調整してその下流側（脱硫器３９および燃料ガスブロア３８が配置されている側）に流出させるように構成されている。具体的には、調整弁３２は、その下流側の圧力が所定の負圧以下になると開放され、前記所定の負圧より高い圧力になると閉鎖されるように構成されている。調整弁３２は、後述する還流経路４１が燃料ガス供給経路３０に接続している部位の位置よりも燃料ガス供給源９１に接続可能に構成される端部に近い側、すなわち上流側に配置されている。

【0024】

燃料ガス流量計３４は、燃料ガスの流量を測定する。燃料ガス流量計３４により測定された燃料ガスの流量は、制御装置８５に送信される。ゼロガバナ３５は、燃料ガス供給源９１から供給される燃料ガスの圧力（供給圧）の変動を吸収する。第一オリフィス部材３３、第二オリフィス部材３６および第三オリフィス部材３７は、それぞれ流路穴（オリフィス）を有しており、燃料ガス供給経路３０を流通する燃料ガスの流量を調整する。燃料ガスブロア３８は、動作することによって燃料ガスを気化器２１に供給（圧送）する。

【0025】

脱硫器３９は、水素化脱硫方式により燃料ガスから硫黄化合物（すなわち、燃料ガスに含まれる硫黄成分）を除去するように構成されている。脱硫器３９の内部には、触媒および超高次脱硫剤が収容されている。脱硫器３９の内部において（すなわち、触媒の存在下において）燃料ガスに含まれる硫黄化合物と水素とが反応することにより硫化水素が生成される。超高次脱硫剤は、生成された硫化水素を取り込む。これにより、燃料ガスから硫黄成分が除去される。触媒には、ニッケル－モリブデン系、コバルト－モリブデン系などの触媒が用いられる。超高次脱硫剤には、例えば銅－亜鉛系脱硫剤、銅－亜鉛－アルミニウム系脱硫剤などが用いられる。

【0026】

還流系４は、改質器２２において生成されたアノードガスの一部を脱硫器３９に導入するように構成されている。還流系４は、還流経路４１と、トラップ４２と、第四オリフィス部材４３とを有している。

【0027】

還流経路４１は、改質器２２で生成された水素を含むアノードガスを脱硫器３９に導入するための経路である。還流経路４１の一端は改質器２２の出口側に接続される。具体的には、図１において、還流経路４１の一端は、改質器２２の出口側に接続されているアノードガス供給経路２７に接続されている。還流経路４１の他端は、燃料ガス供給経路３０における燃料ガスブロア３８と調整弁３２との間の部位に接続されている。具体的には、図１において、還流経路４１の他端は、燃料ガス供給経路３０に設けられた第二オリフィス部材３６と第三オリフィス部材３７との間の部分にて燃料ガス供給経路３０に接続されている。

【0028】

還流経路４１上には、改質器２２に近い側の端部から順に、すなわち上流側から順に、トラップ４２と第四オリフィス部材４３とが設けられている。トラップ４２は、還流経路４１の内部から凝縮水（ドレン）を自動的に排出するための自力式のバルブである。第四オリフィス部材４３は、還流経路４１を流れるアノードガスの流量を調整する。第四オリフィス部材４３の詳細については後述する。

【0029】

エア供給系６は、カソードガスであるエアを燃料電池２０に供給できるように（正確には、エアをマニホールド２５のエア経路に供給できるように）構成されている。エア供給系６は、エア供給経路６１と、エアフィルタ６２と、エアブロア６３と、エア流量計６４とを有している。エア供給経路６１の一端はマニホールド２５のエア経路に接続されている。エア供給経路６１の他端は外気と連通している。エアフィルタ６２は、エア供給経路６１の前記他端に設けられている。エアブロア６３およびエア流量計６４は、エア供給経路６１上に配置されている。エアブロア６３は、動作することによって、エアフィルタ６２を介してエア（外気）をエア供給経路６１に吸入し、吸入したエアをマニホールド２５のエア経路に供給（圧送）するように構成されている。エア流量計６４は、エア供給経路６１を流れるエアの単位時間当たりの流量を計測し、計測結果を制御装置８５に送信するように構成されている。

【0030】

改質水供給系５は、改質水を気化器２１に供給するように構成されている。改質水供給系５は、改質水タンク５１と、凝縮水経路５２と、改質水供給経路５３と、改質水ポンプ５４とを有している。凝縮水経路５２は、その一端にて後述する熱交換器７３の排ガス経路に接続され、その他端にて改質水タンク５１に接続されており、熱交換器７３において発生した凝縮水が改質水タンク５１に流入するように構成されている。改質水タンク５１は、凝縮水経路５２を通じて流入した凝縮水を改質水として貯留できるように構成されている。なお、改質水タンク５１の内部には、貯留されている改質水を精製するための図略の水精製器が配置されている。改質水供給経路５３は、その一端にて改質水タンク５１に接続され、その他端にて気化器２１に接続されている。改質水供給経路５３上には、改質水ポンプ５４が配置されている。改質水ポンプ５４は、動作することによって改質水タンク５１の内部に貯留されている改質水を改質水供給経路５３を通じて気化器２１に供給（圧送）する。

【0031】

排熱回収系７は、循環経路７１と、循環ポンプ７２と、熱交換器７３とを有している。循環経路７１は、貯湯タンク８６と熱交換器７３とに接続されており、貯湯タンク８６と熱交換器７３とを湯水が循環可能に構成されている。循環ポンプ７２は、動作することにより、貯湯タンク８６内の湯水を熱交換器７３に供給するとともに、熱交換器７３において燃焼排ガスとの間で熱交換された湯水（すなわち、加熱された湯水）を貯湯タンク８６に戻すように構成されている。熱交換器７３は、モジュールケース２４から排出される燃焼排ガスの経路（排ガス経路）を有しており、循環経路７１を流通する湯水とモジュールケース２４から排出される燃焼排ガスとの間で熱交換させるように構成されている。貯湯タンク８６は、湯水を貯湯できるように構成されている。貯湯タンク８６には、循環経路７１に加え、外部から水の供給を受けるための給水経路と、外部に湯水を供給するための給湯経路が接続されている。また、モジュールケース２４から熱交換器７３に至る燃焼排ガスの経路上には燃焼触媒７４（浄化触媒とも称する）が配置されている。そして、燃焼排ガスに含まれる未燃焼の可燃性成分は、燃焼触媒７４において触媒燃焼させられることにより除去される。さらに、熱交換器７３の排ガス経路は、排気経路８１を介して本システム１の筐体の外部に配置されている煙突８２に接続されている。

【0032】

パワーコンディショナ８３は、燃料電池２０から出力された直流電力を、所定の電圧の交流電圧に変換して出力するように構成されている。パワーコンディショナ８３は、制御装置８５により制御される。パワーコンディショナ８３は、図略のＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池２０に電気的に接続されており、燃料電池２０から出力される直流電力を所定の電圧に昇圧する。インバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ８３の出力端子は系統電源９２（商用の配電線網から供給される電源）に接続された電力配線に接続可能に構成されている。そして、本システム１は、パワーコンディショナ８３が系統電源９２に接続されている状態で、燃料電池２０において発電された直流電力を交流電力に変換して家電製品等の負荷９３に供給できる。

【0033】

電源装置８４は、系統電源９２およびパワーコンディショナ８３から供給される交流電力を直流電力に変換し、制御装置８５、入口電磁弁３１、燃料ガスブロア３８、エアブロア６３など、本システム１の各部（各補機）に供給する。電源装置８４は、系統電源９２から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを有している。

【0034】

制御装置８５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆを有するコンピュータを有している。制御装置８５は、Ｉ／Ｆを介して、入口電磁弁３１、燃料ガス流量計３４、燃料ガスブロア３８、エア流量計６４、エアブロア６３、点火プラグ２３、改質水ポンプ５４、循環ポンプ７２、およびパワーコンディショナ８３に接続されている。そして、制御装置８５は、燃料ガス流量計３４による燃料ガスの測定結果およびエア流量計６４によるエアの流量の測定結果を取得するとともに、入口電磁弁３１、燃料ガスブロア３８、エアブロア６３、点火プラグ２３、改質水ポンプ５４、循環ポンプ７２、およびパワーコンディショナ８３を制御する。

【0035】

次に、本システム１の動作の概要について説明する。燃料ガスブロア３８が動作すると、燃料ガス供給経路３０における調整弁３２と燃料ガスブロア３８との間の部分が負圧になる。これにより調整弁３２が開放され、燃料ガスが外部の燃料ガス供給源９１から燃料ガス供給経路３０を通じて脱硫器３９に供給される。さらに、燃料ガスブロア３８の動作により、水素を含むアノードガスが、還流経路４１および燃料ガス供給経路３０を通じて脱硫器３９に供給される（後述）。

【0036】

脱硫器３９において脱硫された燃料ガスは気化器２１に流入する。また、改質水ポンプ５４の動作によって改質水タンク５１に貯留されている改質水が気化器２１に供給される。気化器２１において予熱された燃料ガスおよび生成された水蒸気は、互いに混ざり合った混合ガスとなって改質器２２に流入する。そして、改質器２２において燃料ガスと水蒸気の混合ガスとの反応により水素を含むアノードガスが生成される。

【0037】

改質器２２において生成されたアノードガスは、アノードガス供給経路２７、マニホールド２５のアノードガス経路、および燃料電池２０の各セルのアノード電極側に設けられているアノードガス経路に供給される。一方、エア供給系６のエアブロア６３の動作によって、エア供給経路６１およびマニホールド２５のエア経路を介して燃料電池２０の各セルのカソード電極側に設けられているエア経路にエア（カソードガス）が供給される。そして、各セルのカソード電極では、酸化物イオン（Ｏ_２ ^－）が生成され、生成された酸化物イオンが固体電解質を透過してアノード電極でアノードガス中の水素及び一酸化炭素と反応することにより直流電力が得られる。得られた直流電力は、パワーコンディショナ８３に出力される。

【0038】

燃料電池２０のセルスタックにおいて発電（電気化学反応）に使用されなかったアノードガス（「アノードオフガス」という）およびエア（以下、「カソードオフガス」という）は、各セルのアノードガス経路とエア経路のそれぞれを通じて燃料電池２０の外部に流出する。各セルのアノードガス経路を通じて燃料電池２０の外部に流入したアノードオフガスと、各セルのエア経路を通じて燃料電池２０の外部に流出したカソードガスとは、燃焼部２６において混ざり合う。そして、アノードオフガスは、燃焼部２６において燃焼する。アノードオフガスの燃焼により、燃料電池２０の動作、気化器２１における燃料ガスの予熱および水蒸気の生成、および改質器２２における水蒸気改質反応、のそれぞれに必要な熱が発生する。

【0039】

アノードオフガスの燃焼に伴い、燃焼部２６において水蒸気を含む燃焼排ガスが発生する。発生した燃焼排ガス中の水分は、熱交換器７３で除去される。水分が除去された燃料排ガスは、排気経路８１および煙突８２を介して大気中に排出される。

【0040】

改質器２２において生成されたアノードガスの一部は、還流経路４１を通じて燃料ガス供給経路３０に流入し、燃料ガスとともに脱硫器３９に導入される。具体的には次のとおりである。還流経路４１の前記他端は燃料ガス供給経路３０の燃料ガスブロア３８と調整弁３２との間の部位に接続されている。このため、燃料ガスブロア３８の動作によって燃料ガス供給経路３０の前記部位が負圧になると、改質器２２において生成されたアノードガスの一部が還流経路４１に吸引されて燃料ガス供給経路３０に流入する。燃料ガス供給経路３０に流入したアノードガスは、燃料ガスと混ざり合った状態で脱硫器３９に供給される。そして、脱硫器３９において、燃料ガスに含まれる硫黄化合物がアノードガスに含まれる水素と反応して硫化水素が生成され、生成された硫化水素が超高次脱硫剤によって除去される。このため、気化器２１および改質器２２には、脱硫器３９において脱硫された燃料ガスが供給される。

【0041】

次に、還流系４の還流経路４１に設けられている第四オリフィス部材４３について説明する。第四オリフィス部材４３は、還流経路４１を流れるガスの流量を調整するために、還流経路４１上に設けられる。図２は、第四オリフィス部材４３の構成を示す図である。図２中の矢印ＵＳは還流経路４１におけるガスの流れの上流側を示し、矢印ＤＳは下流側を示す。図２に示すように、第四オリフィス部材４３は、内部が空洞の略円筒形状を有している。そして、軸線方向の一方の端部（下流端部）には板状の隔壁部４３１が設けられている。このため、第四オリフィス部材４３は、全体として有底の円筒状の形状を有している。そして、隔壁部４３１には、軸線方向に貫通する流路穴４３２（オリフィス）が設けられている。流路穴４３２は、第四オリフィス部材４３を通過するアノードガスの流量を調整するための穴（絞り）であり、その内径（換言すると、内部空間のアノードガスの流れの方向に直角な断面積）は、第四オリフィス部材４３の他の部分および還流経路４１の内径よりも小さい。つまり、流路穴４３２は、還流経路４１中で最も狭小な流路である。一例として、流路穴４３２は、直径０．３ｍｍの円形状の貫通孔である。ただし、流路穴４３２の断面積、長さおよび形状はアノードガスの所望の流量などに応じて適宜設定されるものであり、具体的に限定されるものではない。

【0042】

第四オリフィス部材４３は、ガラス繊維強化樹脂により形成されている。ガラス繊維強化樹脂の母材（マトリックス）には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）が適用される。さらに、第四オリフィス部材４３を構成するガラス繊維強化樹脂には、抗カビ材料が含まれている。つまり、第四オリフィス部材４３は、抗カビ材料を含む材料により構成される。抗カビ材料には、金属イオンが含まれるガラス粉末が適用される。本実施形態では、抗カビ材料に、銀イオンが含有された銀イオン系ガラス粉末が適用される。

【0043】

この銀イオン系ガラス粉末においては、ガラス粉末中に銀イオンが取り込まれており、ガラス粉末が水に接触することによりガラス粉末から銀イオンが徐々に水中に溶け出して抗カビ作用が得られる。銀イオン系ガラス粉末中の銀イオンは、ガラス粉末中に０．０１～５質量％の割合で配合されていると良い。また、銀イオン系ガラス粉末のガラス成分は、リン酸塩ガラス成分或いはホウ酸塩ガラス成分を主成分とするのが良い。つまり、抗カビ材料は、銀イオン含有リン酸塩ガラス又は銀イオン含有ホウ酸塩ガラス或いはこれらの双方により構成されているのが良い。この場合、ガラス成分は、Ｐ_２Ｏ_５成分の含有率が４０～７５モル％であり、Ｂ_２Ｏ_３成分の含有率が１～１０モル％程度であると良い。

【0044】

第四オリフィス部材４３を構成するガラス繊維強化ＰＰＳ樹脂に対する抗カビ材料（銀イオン系ガラス粉末）の配合量は、ガラス繊維強化ＰＰＳ樹脂１００質量部に対して、好ましくは２質量部以上４４質量部以下、より好ましくは３質量部以上４０質量部以下、さらに好ましくは４質量部以上３０質量部以下であるのが良い。

【0045】

第四オリフィス部材４３に抗カビ材料として銀イオン系ガラス粉末が用いられていると、第四オリフィス部材４３の内周面（内壁）に水蒸気の凝縮水が付着した場合に、抗カビ材料に含まれる銀イオンが凝縮水に溶出する。そして、凝縮水に溶出した銀イオンが抗カビ作用を示す。このため、第四オリフィス部材４３の内周面においてカビが増殖することが防止または抑制される。

【0046】

上記した抗カビ作用を効果的に得るために、第四オリフィス部材４３は、その内周面(還流経路４１内のガスが通過する面）に抗カビ材料（銀イオン系ガラス粉末）が露出するように、構成されているとよい。

【0047】

第四オリフィス部材４３は、例えば、ガラス繊維強化ＰＰＳ樹脂ペレットと銀イオン系ガラス粉末を所定の割合で混合させた原材料を用いて射出成形により成形することができる。これによれば、射出成形時に樹脂ペレット中のガラス繊維に銀イオン系ガラス粉末が絡み合うことにより、成形される第四オリフィス部材４３中に均一に銀イオン系ガラス粉末が分散される。よって、第四オリフィス部材４３の内周面に、特に、流路穴４３２の内周面に、抗カビ材料である銀イオン系ガラス粉末を露出させることができる。

【0048】

第四オリフィス部材４３が上記のように構成されていることにより、流路穴４３２の内部でカビが増殖することにより流路穴４３２が塞がれることが防止または抑制される。例えば、本システム１が製造後かつ出荷前に試運転されると、改質器２２から排出された水蒸気が還流経路４１の内部で凝縮して凝縮水が生じることがある。還流経路４１内のトラップ４２よりも上流側で凝縮した凝縮水はトラップ４２にトラップされることによって除去されるが、トラップ４２にトラップされなかった凝縮水や、トラップ４２よりも下流側で凝縮した凝縮水はオリフィス部材４３に至り、オリフィス部材４３の流路穴４３２に付着することがある。ここで、第四オリフィス部材４３の流路穴４３２の内部は小径であるため、表面張力によって流路穴４３２の内部に凝縮水が溜まった状態になりやすい。そして、本システム１が出荷されてから使用現場に設置されるまでの間に、燃料ガス供給経路３０が大気開放されることがある。この際に、燃料ガス供給経路３０を通じて還流経路４１の内部に酸素とカビが侵入することがある。その結果、侵入した酸素および第四オリフィス部材４３の流路穴４３２に溜まっている凝縮水によって流路穴４３２の内部でカビが増殖し、増殖したカビによって流路穴４３２が閉塞されることがある。そして、流路穴４３２が閉塞すると、還流経路４１を通じて脱硫器３９に導入される水素が減少するから、脱硫器３９において燃料ガスを十分に脱硫できなくなる。その結果、燃料ガスに含まれる硫黄成分によって、燃料電池２０が硫黄被毒して劣化する。

【0049】

これに対して、本システム１においては、還流経路４１に配置される第四オリフィス部材４３が抗カビ材料を含有する材料により形成されている。このため、流路穴４３２の内部に凝縮水が溜まった状態になると、抗カビ材料に含まれる銀イオンがこの凝縮水に溶出し、溶出した銀イオンが抗カビ作用を示す。そして、この抗カビ作用によって流路穴４３２の内部においてカビが増殖することが防止または抑制されるから、カビによって流路穴４３２が閉塞することが防止または抑制される。このため、改質器２２から脱硫器３９に供給される水素の量が減少することが防止され、脱硫器３９における燃料ガスの脱硫の性能の低下を防止または抑制できる。したがって、燃料電池２０が硫黄被毒して劣化することを防止または抑制できる。

【0050】

なお、本実施形態では、第四オリフィス部材４３の全体が抗カビ材料を含有する材料により形成されるが、第四オリフィス部材４３はこのような構成に限定されない。少なくとも流路穴４３２の内周面（内壁）が抗カビ材料を含有する材料により形成されていれば（換言すると、流路穴４３２の内周面に抗カビ材料を含有する材料が露出していれば）前記効果を奏することができる。例えば、流路穴４３２の内周面に抗カビ材料を含有する材料の層または膜が設けられる構成であってもよい。このほか、第四オリフィス部材４３のうちの流路穴４３２が設けられる部分が抗カビ材料を含有する材料により形成され、それ以外の部分が抗カビ材料を含有する材料ではない材料により形成される構成であってもよい。このように、第四オリフィス部材４３は、少なくとも流路穴４３２の内周面が抗カビ材料を含有する材料により形成される構成、換言すると、少なくとも流路穴４３２の内周面に抗カビ材料を含有する材料が露出している構成であればよい。

【0051】

さらに、第四オリフィス部材４３が抗カビ材料を含有する材料により形成される構成に加えて、または、このような構成に代えて、還流経路４１のうち第四オリフィス部材４３よりも改質器２２側（すなわち第四オリフィス部材４３よりも上流側）を構成する部分の内周面（内壁）の少なくとも一部が、抗カビ材料を含有する材料により構成されていてもよい。例えば、還流経路４１が抗カビ材料を含有する材料により形成される構成、および還流経路４１の内周面に抗カビ材料を含有する材料の膜が設けられる構成であってもよい。

【0052】

このような構成であると、還流経路４１の内周面のうち第四オリフィス部材４３よりも改質器２２に近い側（すなわち還流経路４２のうち第四オリフィス部材４３よりも上流側）においてカビの増殖が防止または抑制される。このため、還流経路４１の内部のカビを減少させることができるから、第四オリフィス部材４３の流路穴４３２の内部においてカビが増殖することが防止または抑制される。さらに、「還流経路４１の内周面の第四オリフィス部材４３よりも改質器２２に近い側（第四オリフィス部材４３よりも上流側）においてカビが増殖し、増殖したカビが第四オリフィス部材４３に流れ着いて流路穴４３２を閉塞する」という事態の発生が防止または抑制される。

【0053】

このように、第四オリフィス部材４３、または、還流経路４１のうち第四オリフィス部材４３よりも上流側（改質器２２に近い側）を構成する部分の内周面（内壁）の少なくとも一部が、抗カビ材料を含む材料により構成されていればよい。

【0054】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0055】

さらに、前記実施形態では、第四オリフィス部材４３のガラス繊維強化樹脂の母材には、ＰＰＳ樹脂に、その他の樹脂をブレンドして用いてもよい。かかるブレンド可能な樹脂には特に制限はないものの、その具体例としては、熱可塑性エラストマーが挙げられ、さらに具体的にはエチレン－プロピレン共重合体、エチレン－ブテン共重合体、エチレン－オクテン共重合体、エチレン－プロピレン－ブテン共重合体、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体、エチレン－エチルアクリレート共重合体、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－グリシジルメタクリレート共重合体等のグリシジル基を有していてもよいエチレン及び／又はプロピレンを主成分とする共重合体が挙げられる。

【0056】

さらに、前記実施形態では、第四オリフィス部材４３のガラス繊維強化樹脂の母材には、ＰＰＳ樹脂に、グリシジル基、アミノ基、イソシアネート基、水酸基、メルカプト基およびウレイド基の中から選ばれた少なくとも１種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を添加してもよい。

【0057】

例えば、前記実施形態では、第四オリフィス部材４３のガラス繊維強化樹脂の母材としてＰＰＳ樹脂を示したが、母材の材質はＰＰＳ樹脂に限定されない。例えば、母材として、ＰＰ樹脂（ポリプロピレン）およびＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル）などを用いることができる。さらに、抗カビ作用を示す抗カビ材料として、銀イオン系ガラス粉末を示したが、抗カビ材料は銀イオン系のガラス粉末に限定されない。抗カビ材料には、公知の各種抗カビ材料が適用できる。なお、抗カビ材料は、無機系の抗カビ材料であることが好ましい。

【0058】

さらに、前記実施形態では、第四オリフィス部材４３のガラス繊維強化樹脂の母材には、上記した樹脂に、必要に応じて、酸化防止剤、耐候安定剤、分子量調整剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、染料、顔料、潤滑剤、結晶化促進剤、結晶核剤、近赤外線吸収剤、難燃剤、難燃助剤、着色剤等の公知の添加剤を含有することができる。

【0059】

このほか、前記実施形態では、第四オリフィス部材４３が略円筒形状を有する構成を示したが、第四オリフィス部材４３の形状は前記形状に限定されない。例えば、第四オリフィス部材４３は、厚さ方向に貫通する流路穴４３２（オリフィス）が形成されたオリフィス板であってもよい。要は、第四オリフィス部材４３は、還流経路４１を流通するアノードガスの流量を調整するための流路穴４３２（すなわち、他の部分よりも内径が小さい部分）が設けられる構成であればよい。

【0060】

さらに、前記実施形態では、還流経路４１の一端が改質器２２の出口側に接続される構成を示したが、このような構成に限定されない。還流経路４１の前記一端は、改質器２２に直接的に接続されている構成であってもよく、改質器２２の出口に接続されているアノードガス供給経路２７に接続されている構成であってもよい。また、還流経路４１の他端の燃料ガス供給経路３０との接続位置も、前記実施形態に示す位置に限定されない。要は、還流経路４１は、改質器２２において生成されたアノードガスの一部を脱硫器３９に導入できるように構成されていればよい。

【0061】

なお、還流経路４１および燃料ガス供給経路３０などの本システム１に含まれる各経路の構造は特に限定されない。これらの各経路は、配管部材（硬質なパイプ、可撓性を有するホースなど）により構成されてもよく、マニホールドのような内部に流体が流通可能な空洞が設けられた部材により構成されてもよい。

【符号の説明】

【0062】

１…燃料電池システム、２０…燃料電池、２２…改質器、３０…燃料ガス供給経路、３９…脱硫器、４１…還流経路、４３…第四オリフィス部材、４３２…第四オリフィス部材の流路穴（オリフィス）

【図1】

【図2】