JP2001028270A - 原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原燃料不足に伴う水素不足や水素過剰，Ｓ／
Ｃ異常などが生ずることのない安定した燃料電池発電装
置の原燃料切替運転を可能とする。 【解決手段】 例えば、原燃料を都市ガスからＬＰＧに
切替える際に、ＬＰＧの切替開始時の時間当たり体積流
量を，切替前の都市ガスの流量と同一流量となるように
ＬＰＧ流量調節弁開度を調節し、その後は、ＬＰＧの供
給流量を，改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替
前と略同一となるように，あらかじめシミュレーション
により求めた所定の流量に変化（開度曲線Ｓにより変
化）させてＬＰＧを供給し、改質器出口部において，都
市ガスのＬＰＧによるガス置換が完了する所定時間（ｔ
２）後に、ＬＰＧの供給流量を，ＬＰＧの組成に適した
所定の最適流量となる弁開度に調節して，原燃料の切替
を完了することとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の異なる組
成の原燃料を運転中に切替えて使用するための原燃料切
替設備を有する燃料燃料電池発電装置とその運転方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、天然ガス（都市ガス），Ｌ
ＰＧ，メタノール等の炭化水素改質原燃料を、水蒸気改
質して得られた改質ガス中の水素と、空気中の酸素と
を、燃料電池の燃料極および空気極にそれぞれ供給し、
電気化学反応に基づいて発電を行うもので、原燃料を改
質する改質装置としては、原燃料に水を加えて加熱し、
水蒸気と原燃料を触媒を用いて水素リッチなガスに改質
する水蒸気改質反応を利用したものがよく知られてい
る。

【０００３】近年、原燃料切替設備を有する燃料燃料電
池発電装置、例えば、都市ガスが遮断された場合でも備
蓄してあるＬＰＧ等で燃料電池の運転を継続するシステ
ム（特開平９−１０６８２５号公報参照）や、産業廃棄
物，家庭用生ごみ，し尿処理等で発生した消化ガスを有
効利用するために，この消化ガスと都市ガスとを交互に
利用して燃料電池の連続運転を行う燃料切替えシステム
の開発が進められている。

【０００４】燃料電池の運転継続中、燃料の供給圧力低
下検出等の燃料切替え信号により、不定期に燃料Ａから
組成の異なる燃料Ｂに切替える場合、燃料Ｂの流量調節
弁は燃料切替え時に備え、燃料Ｂへの切替え直後より一
定の流量が流れるよう、燃料Ａでの運転中に常に開度保
持しておく必要がある。

【０００５】図９は、２系統の燃料を利用する従来の原
燃料切替設備を有する燃料燃料電池発電装置の概略構成
を示す。図９において１は燃料Ａの遮断弁、２は燃料Ａ
の流量調節弁、３は燃料Ａの流量計、４は燃料Ｂの遮断
弁、５は燃料Ｂの流量調節弁、６は燃料Ｂの流量計、７
はスチームエゼクタ、８は脱硫器、９は改質器、１０は
CO変成器、１１は燃料電池本体である。

【０００６】上記従来装置の動作について、図５および
前記図９に基づいて説明する。図５は、従来装置におけ
る各種弁の動作を模式的に示す図である。この例では、
燃料ガスＡを都市ガス、燃料ガスＢをＬＰＧとして説明
する。図５に示すように、切替え信号が時刻ｔ１で発生
すると、都市ガス用の遮断弁が開から閉に切替わり、Ｌ
ＰＧ用の遮断弁が閉から開に切替わる。

【０００７】一方、ＬＰＧ用の流量調節弁開度は、都市
ガスでの運転中より都市ガス用の流量調節弁の開度×ｊ
２で追従し、切替え信号の発生と同時に、一定時間この
開度を保持する。ここで、都市ガス用の流量調節弁の開
度×ｊ２で算出されるＬＰＧ流量調節弁の開度は、ＬＰ
Ｇのガス組成が考慮された、ＬＰＧにとって適正な最適
流量（都市ガスの約半分の体積流量）が流れる開度であ
る。

【０００８】一定時間経過後の時刻ｔ２には、ＬＰＧの
流量計に流量が立上るので、ＬＰＧの流量と電池電流に
よるＰＩ制御に入る。ここで、流量が立上がるとは、
「流量計が、正しい流量を認識する」意味である。遮断
弁開放直後は、流量計の値はゼロから始まり、直ちに流
量計測値をＰＩ制御に用いると、調節弁の動作が不安定
になるので、流量計の値が安定してから流量計測値をＰ
Ｉ制御に用いるようにする必要があり、この安定した状
態を、前述のように流量が立上がった状態という。

【０００９】なお、図５において、都市ガス流量調節弁
の開度は、燃料ガスの再切替に備えて、ＬＰＧの流量調
節弁×ｊ１の開度に調整され、都市ガス遮断弁の開放に
伴って、都市ガスにとって定格運転において最適な流量
（ＬＰＧガスの約２．２倍の体積流量）に相当する流量
の供給開始ができるようにスタンバイする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、燃料Ｂ
の調節弁開度は、切替え直後より燃料Ｂの組成に適した
ガス流量が流れるよう制御される。

【００１１】一方、燃料調節弁から改質器の間には一定
の容積（主に脱硫器の容積）が存在するため、切替え直
後は切替え前の燃料Ａがこの容積中に充満している。こ
の状態で、燃料Ｂへ燃料Ｂの通常の定格流量（燃料Ｂの
組成上適切な流量）で切替えてしまうと、燃料調節弁か
ら改質器間の容積中の燃料Ａを燃料Ｂで置換するまでの
時間中、改質器には燃料Ａもしくは燃料Ａと燃料Ｂの混
合ガスが燃料Ｂの流量で供給されるので、改質器により
生成される改質ガス量ひいては燃料電池本体に供給され
る水素流量が大きく変動し、例えば、都市ガスからＬＰ
Ｇに切替える場合には水素不足が生じ、又逆にＬＰＧか
ら都市ガスに切替える場合には、水素過剰，Ｓ／Ｃ異常
などの不適正な運転状態となる問題がある。

【００１２】上記問題について、燃料Ａを都市ガス，燃
料ＢをＬＰＧとし、燃料Ａから燃料Ｂに切替える場合の
例につき、以下に詳述する。

【００１３】図４は、従来方式における改質器入口出口
におけるガスの挙動を模式的に示す図で、改質器の入口
における都市ガス濃度、ＬＰＧ濃度、改質器入口の燃料
ガス流量および改質器の出口における改質ガス（水素リ
ッチガス）流量の変化を模式的に示す。図５の弁動作に
従い都市ガスからＬＰＧに切替えることにより、流量調
節弁から改質器間に充満した都市ガスは、切替え直後よ
りＬＰＧの流量（都市ガスの約半分のボリューム）で改
質器へ送出される。即ち、改質器入口ガス量は、その組
成の都市ガス濃度が高い状態にもかかわらず流量が低下
するため、改質器出口の改質ガス量は減少する。従って
従来方式によれば、上記のように燃料電池において水素
不足が生じ、装置の安定した運転に影響が生ずる問題が
あった。

【００１４】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたもので、この発明の課題は、運転を停止するこ
となく燃料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替え
る際に燃料電池における水素不足や水素過剰，およびＳ
／Ｃ異常が生ずることのない安定した運転が可能な、原
燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明は、燃料電池本体と、原燃料ガスを改質
して水素リッチな改質ガスとして，この改質ガスを前記
燃料電池本体に供給する改質器と、前記原燃料ガスとし
て，常時は一つの原燃料ガス（以下燃料Ａという。）
を，燃料Ａ遮断弁，燃料Ａ流量計および燃料Ａ流量調節
弁を介して前記改質器に供給する燃料Ａ供給装置と、前
記燃料Ａ供給停止時には，前記原燃料として他の代替原
燃料ガス（以下燃料Ｂという。）を，燃料Ｂ遮断弁，燃
料Ｂ流量計および燃料Ｂ流量調節弁を介して前記改質器
に供給する燃料Ｂ供給装置とを備えた原燃料切替設備を
備えた燃料電池発電装置の運転方法において、前記原燃
料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの切
替開始時の時間当たり体積流量（以下、単に流量ともい
う。）を，切替前の燃料Ａの流量と同一流量となるよう
にし、その後は、燃料Ｂの供給流量を，前記改質器出口
の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるよう
に，あらかじめシミュレーションにより求めた所定の流
量に変化させて燃料Ｂを供給し、前記改質器出口部にお
いて燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了する所定時間
後に、燃料Ｂの供給流量を，燃料Ｂの組成に適した所定
の最適流量に調節して，原燃料の切替を完了することと
する（請求項１）。

【００１６】上記のような、原燃料ガスの切替方法によ
れば、切替初期において、切替前の流量がそのまま継続
され、その後はシミュレーションの結果を反映した原料
ガスの供給が確保されるので、原燃料不足に伴う燃料電
池における水素不足や水素過剰，Ｓ／Ｃ異常などが生ず
ることはなく、安定した燃料電池発電装置の運転が継続
できる。

【００１７】上記の運転方法を実施するための装置とし
ては、請求項２の発明のように、燃料電池本体と、原燃
料ガスを改質して水素リッチな改質ガスとして，この改
質ガスを前記燃料電池本体に供給する改質器と、前記原
燃料ガスとして，常時は一つの原燃料ガス（燃料Ａ）
を，燃料Ａ遮断弁，燃料Ａ流量計および燃料Ａ流量調節
弁を介して前記改質器に供給する燃料Ａ供給装置と、前
記燃料Ａ供給停止時には，前記原燃料として他の代替原
燃料ガス（燃料Ｂ）を，燃料Ｂ遮断弁，燃料Ｂ流量計お
よび燃料Ｂ流量調節弁を介して前記改質器に供給する燃
料Ｂ供給装置とを備えた原燃料切替設備を備えた燃料電
池発電装置において、前記原燃料ガスの切替指令に基づ
き前記燃料Ａ遮断弁および燃料Ｂ遮断弁がそれぞれ所定
の開閉操作をするための遮断弁駆動手段と、前記原燃料
ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に，燃料Ｂの切替
開始時の流量を，切替前の燃料Ａの流量と同一流量とな
るようにし，その後は，燃料Ｂの供給流量を，前記改質
器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一とな
るように，あらかじめシミュレーションにより求めた所
定の流量に変化させて燃料Ｂを供給し，前記改質器出口
部において燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了する所
定時間後に，燃料Ｂの供給流量を，燃料Ｂの組成に適し
た所定の最適流量に調節するための燃料Ｂ流量調節弁の
開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂから燃料Ａに
再度切替える場合に備えて，燃料Ａの流量を燃料Ｂの前
記最適流量と同一流量で供給開始可能となるようにし，
その後は，燃料Ａの供給流量を，前記改質器出口の改質
ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるように，あ
らかじめシミュレーションにより求めた所定の流量に変
化させて燃料Ａを供給し，前記改質器出口部において燃
料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所定時間後に，
燃料Ａの供給流量を，燃料Ａの組成に適した所定の最適
流量に調節スタンバイを行うための燃料Ａの流量調節弁
の開度制御手段とを設けてなる原燃料切替制御装置を備
えるものとする。

【００１８】上記装置によれば、非常時にのみ原燃料を
切替えて、一旦装置を停止することを前提とした燃料電
池発電装置以外に、消化ガスを活用して都市ガスと交互
に切替え使用するような連続的に切替える燃料電池発電
装置にも対応できる。

【００１９】さらに上記方法または装置において、前記
シミュレーションは、原燃料ガスのガス置換の時間遅れ
が、前記流量調節弁から改質器入口までの間に配設され
た機器および配管内の原燃料ガス占有容積に基づいて発
生することを見込んで計算したシミュレーションである
こととする（請求項３）。特に、脱硫器における容積が
大きなウェイトを占めるが、これを考慮した流量調節に
よりベストモードの運転が可能となる。

【００２０】さらにまた、上記請求項２に記載の装置に
おいて、前記燃料Ａ流量調節弁または燃料Ｂ流量調節弁
の内の少なくとも一方は、複数個の流量調節弁を並列に
接続してなるもの（請求項４）とするのが、制御上好適
である。詳細は後述するが、上記構成によれば、例え
ば、通常運転時の最適流量として、比較的大流量の燃料
Ａ(例えば都市ガス・消化ガス)から少流量の燃料Ｂ(例
えばＬＰＧ)への切替時に、切替直後の燃料Ｂの初期流
量を燃料Ａと同一としながらも、燃料切替完了後の燃料
Ｂでの少流量の燃料による運転時の制御性を十分保った
まま運転を継続することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下にのべる。

【００２２】図１は、本発明の実施例を示す図であり、
図９と同じ構成部材には同一の番号を付して説明を省略
する。図１が図９と異なる点は、図１においては、原燃
料切替制御装置１２を設けた点，およびこれに連携する
計測制御信号線（図１における破線部）を設けた点であ
る。上記原燃料切替制御装置１２は、図示しない下記の
手段を備える。即ち、前述のように、原燃料ガスの切替
指令に基づき前記燃料Ａ遮断弁および燃料Ｂ遮断弁がそ
れぞれ所定の開閉操作をするための遮断弁駆動手段と、
前記原燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に，燃
料Ｂの切替開始時の流量を，切替前の燃料Ａの流量と同
一流量となるようにし，その後は，燃料Ｂの供給流量
を，前記改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前
と略同一となるように，あらかじめシミュレーションに
より求めた所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給し，前
記改質器出口部において燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換
が完了する所定時間後に，燃料Ｂの供給流量を，燃料Ｂ
の組成に適した所定の最適流量に調節するための燃料Ｂ
流量調節弁の開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂ
から燃料Ａに再度切替える場合に備えて，燃料Ａの流量
を燃料Ｂの前記最適流量と同一流量で供給開始可能とな
るようにし，その後は，燃料Ａの供給流量を，前記改質
器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一とな
るように，あらかじめシミュレーションにより求めた所
定の流量に変化させて燃料Ａを供給し，前記改質器出口
部において燃料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所
定時間後に，燃料Ａの供給流量を，燃料Ａの組成に適し
た所定の最適流量に調節スタンバイを行うための燃料Ａ
の流量調節弁の開度制御手段とを備える。

【００２３】原燃料ガスの切替指令は、従来の技術の項
に記載のとおり、例えば原燃料の供給圧力低下検出に基
づく燃料切替え信号による。原燃料を切替える事情によ
っては、マニュアル指令に基づく信号もあり得る。

【００２４】次に、この発明の実施例の運転方法につい
て、図２，図３に基づき説明する。図２は、従来の図４
に対応するこの発明におけるガスの挙動を示し、図３
は、図５に対応する各種弁の動作を示す。前述と同様
に、燃料Ａを都市ガス，燃料ＢをＬＰＧとし、燃料Ａか
ら燃料Ｂに切替える場合の例につき説明する。

【００２５】図３に示すように、切替え信号が時刻ｔ１
で発生すると、都市ガス用の遮断弁が開から閉に切替わ
り、ＬＰＧ用の遮断弁が閉から開に切替わる。一方、Ｌ
ＰＧ用の流量調節弁開度は都市ガスでの運転中より都市
ガス用の流量調節弁開度×k2で算出される開度で追従
し、切替え信号の発生（ｔ１）と同時に、開度変化曲線
Ｓに沿って、切替え信号発生時（ｔ１）の都市ガス用の
流量調節弁開度×ｊ２で算出される開度に向かわせる。
ここで、都市ガス用の流量調節弁の開度×ｋ２で算出さ
れるＬＰＧ流量調節弁の開度は、都市ガスと同一流量が
流れる開度であり、都市ガス用の流量調節弁の開度×ｊ
２で算出されるＬＰＧ流量調節弁の開度は、前述のよう
にＬＰＧのガス組成が考慮された、ＬＰＧにとって適正
な最適流量（都市ガスの約半分の流量）が流れる開度で
ある。この場合、従来でも同様であるが、エゼクタの吸
引能力変化（ＬＰＧ燃料への切替えに伴う改質蒸気の流
量増加制御によりエゼクタの吸引力が上昇すること）が
考慮される。

【００２６】図３における開度変化曲線Ｓは、燃料流量
調節弁から改質器間の容積による燃料ガスのガス置換遅
れを考慮した開度変化であり、改質器出口の改質ガス中
の水素ガス量が切替前と略同一となるように，あらかじ
めシミュレーションにより求めた所定の演算値の変化曲
線に基づき流量を変化させる。原燃料切替制御装置１２
における燃料Ｂ流量調節弁の開度制御手段は、上記のよ
うな流量調節制御機能を備える。

【００２７】一定時間経過後の時刻ｔ２には、ＬＰＧの
流量計に流量が立上るので、ＬＰＧの流量と電池電流に
よるＰＩ制御に入る。なお、図３において、都市ガス流
量調節弁の開度は、原燃料の再切替に備えて、ＬＰＧの
流量調節弁×ｋ１の開度に調整され、都市ガス遮断弁の
開放に伴って、ＬＰＧガスの最適流量と同一の都市ガス
流量の供給開始ができるようにスタンバイする。

【００２８】図２は、本発明による改質器の入口におけ
る都市ガス濃度、ＬＰＧ濃度、改質器入口の燃料ガス流
量および改質器の出口における改質ガス流量の変化を模
式的に示したものである。都市ガスとＬＰＧとでは改質
ガスに含まれる水素の割合が厳密にいえば異なるので、
前述のように、改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同
一となるようにすることは、図２のように改質ガス流量
を一定としても、実現できないが、説明の便宜上、図２
は、図４と同様に表示した。実際のシミュレーション
は、水素ガス量ベースで行う。

【００２９】上記のように、図２の方法で原燃料を切替
えることにより、切替え初期のガス不足を防止すること
が可能となり、改質器出口の改質ガス量，水素ガス量の
安定化が図れる。

【００３０】ところで、上述のような燃料切替を実現す
るにあたり、特に切替る燃料が比較的大流量を要する燃
料Ａ(例えば都市ガス・消化ガス)から比較的小流量で運
転可能な燃料Ｂ(例えばＬＰＧ)に切替る場合、燃料Ｂの
流量調節弁は燃料Ａの通常運転時と同流量の流量を確保
する大きなCv値のバルブを選定する必要が生じる。ちな
みに、通常運転時、同じ出力を得るために必要な燃料流
量は、ＬＰＧを1.0としたとき、都市ガスは約2.2、消化
ガス(メタン濃度60%)は約3.6である。

【００３１】一方、燃料Ｂに切替完了後の運転では、燃
料Ｂの流量調節弁は比較的小流量の燃料Ｂ(例えばＬＰ
Ｇ)を燃料電池発電装置の状態に応じて制御する必要が
ある。燃料電池発電装置にＬＰＧのような、少流量で運
転可能、すなわち、高発熱量の燃料を適用する場合、特
に出力変更時や燃料流量の少ない低出力時には、燃料流
量のわずかな変動が燃料電池発電装置の状態に影響を与
え、発電効率の低下や改質器の温度異常など、装置の異
常停止を生じさせ、システムの運用に悪影響を及ぼすこ
とが考えられる。このため、できるだけ少流量時のバル
ブの流量制御性を高い精度で保つ必要があるが、大きな
Cv値のバルブでは少流量時の制御性(分解能)は低下して
しまう。

【００３２】上述の問題を解決し、燃料切替時に安定し
た改質ガス(水素リッチガス)を供給しつつ、燃料切替り
後の装置運転を安定させるためには、前記請求項４の発
明を適用し、燃料Ｂ流量調節弁を、複数個の流量調節弁
を並列に接続してなるものとするのが好適である。この
実施例を図６に示す。

【００３３】図６と図１との相違点は、燃料Ｂ流量調節
弁の構成の相違である。図６においては、燃料Ｂの燃料
流量調節弁を並列に並べた２個の燃料Ｂ流量調節弁１お
よび２（５１および５２）で構成する。このような構成
において、燃料Ａ(例えば都市ガス・消化ガス)から燃料
Ｂ(例えばＬＰＧ)への切替時は、切替直後の燃料Ｂを切
替前の燃料Ａと同じ流量を必要とするが、その時は燃料
Ｂの複数の調節弁を同時に開とし、大流量を確保する。
また、切替完了後の燃料Ｂでの運転時は、複数の調節弁
のうち１つのバルブのみを使用することで、広い領域の
バルブ開度での制御を可能とし、燃料流量の制御性を十
分確保する。

【００３４】次に、この実施例の弁動作について、図７
および比較例としての図８に基づいて説明する。ここで
は、燃料Ａを消化ガス、燃料ＢをＬＰＧとする。なお、
通常運転時、同じ出力を得るために必要な燃料流量は、
前述のように、ＬＰＧを1.0としたとき、消化ガス(メタ
ン濃度60%)は約3.6である。説明の便宜上、この値と、
概算した調節弁の開度を用いて、以下の説明を行う。

【００３５】まず、燃料Ｂ燃料流量調節弁１個の場合の
燃料切替自の弁動作を図８に示す。図８において、切替
信号が時刻t1で発生すると、消化ガス用の遮断弁が開か
ら閉に切替わり、ＬＰＧ用の遮断弁が閉から開に切替わ
る。一方、ＬＰＧ用の流量調節弁開度は、時刻t1以前よ
り、ＬＰＧの流量が、運転中の消化ガス(3.6)と同じ流
量(3.6)で流れるように算出される開度(90%)で追従して
おり、切替信号の発生t1と同時に、あらかじめ最適に計
算された流量変化曲線Ｓに沿って、徐々に本来のＬＰＧ
の流量(1.0)になるように、流量調節弁の開度を25%に向
けて変化させていく。

【００３６】この切替方式の場合には、切替完了時t2以
降、調節弁の開度は25%と低い値となる。この場合、燃
料電池の低負荷時などにおいてさらに出力を下げる場合
には、燃料流量の調節の制御性に問題が生じる恐れがあ
る。

【００３７】次に、この発明の図６の実施例における弁
動作を図７に示す。図７において、切替信号が時刻t1で
発生すると、消化ガス用の遮断弁が開から閉に切替わ
り、ＬＰＧ用の遮断弁が閉から開に切替わる。一方、Ｌ
ＰＧ用の流量調節弁１および流量調節弁２の開度は、時
刻t1以前より、流量調節弁１と２を通過するＬＰＧの合
計流量が、運転中の消化ガス(3.6)と同じ流量(3.6)で流
れるように算出される開度で追従（この時流量調節弁１
と２の開度の分配は等分、図中では90%、とする）し、
切替信号の発生t1と同時に、あらかじめ最適に計算され
た流量変化曲線Ｓに沿って、徐々に本来のＬＰＧの流量
(1.0)になるよう、流量調節弁１と２の開度を変化させ
ていく。このとき、流量調節弁１の開度は切替時の開度
を保ちつつ、流量調節弁２の開度のみを低下させ、流量
調節弁２の開度が0%(閉)に至った段階t12で、直ちに流
量調節弁１の開度調節を開始し、引き続き本来のＬＰＧ
の流量(1.0)になるよう制御を行い、切替完了時t2以降
は流量調節弁１のみで、ＬＰＧでの運転に入る。

【００３８】上記のように切替を行う場合には、切替完
了時t2以降、調節弁の開度は50%程度となり、制御上適
切な開度を保持することが可能となり、出力下降時等の
燃料流量の調節の制御性は良好となる。

【００３９】

【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、原燃
料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの切
替開始時の時間当たり体積流量を，切替前の燃料Ａの流
量と同一流量となるようにし、その後は、燃料Ｂの供給
流量を，前記改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切
替前と略同一となるように，あらかじめシミュレーショ
ンにより求めた所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給
し、前記改質器出口部において，燃料Ａの燃料Ｂによる
ガス置換が完了する所定時間後に、燃料Ｂの供給流量
を，燃料Ｂの組成に適した所定の最適流量に調節して，
原燃料の切替を完了することとしたので、原燃料切替初
期において、切替前の流量がそのまま継続され、その後
はシミュレーションの結果を反映した原料ガスの供給が
確保されるので、原燃料不足に伴う燃料電池における水
素不足や水素過剰，Ｓ／Ｃ異常などが生ずることはな
く、安定した燃料電池発電装置の運転が継続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原燃料切替設備を有する燃料電池発
電装置の実施例を示す図

【図２】この発明の実施例の改質器入口出口におけるガ
スの挙動を模式的に示す図

【図３】この発明の実施例の各種弁の動作を模式的に示
す図

【図４】従来の燃料電池発電装置の改質器入口出口にお
けるガスの挙動を模式的に示す図

【図５】従来の燃料電池発電装置の各種弁の動作を模式
的に示す図

【図６】この発明の図１とは異なる実施例を示す図

【図７】図６の実施例の各種弁の動作およびガス流量を
模式的に示す図

【図８】各流量調節弁が１個の場合の図７に対応する弁
動作およびガス流量の模式図

【図９】従来の原燃料切替設備を有する燃料電池発電装
置の概略構成を示す図

【符号の説明】

１：燃料Ａ遮断弁、２：燃料Ａ流量調節弁、３：燃料Ａ
流量計、４：燃料Ｂ遮断弁、５：燃料Ｂ流量調節弁、
６：燃料Ｂ流量計、７：スチームエジェクタ、８：脱硫
器、９：改質器、１０：ＣＯ変成器、１１：燃料電池本
体、１２：原燃料切替制御装置、５１：燃料Ｂ流量調節
弁１、５２：燃料Ｂ流量調節弁２。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池本体と、原燃料ガスを改質して
   水素リッチな改質ガスとして，この改質ガスを前記燃料
   電池本体に供給する改質器と、前記原燃料ガスとして，
   常時は一つの原燃料ガス（以下燃料Ａという。）を，燃
   料Ａ遮断弁，燃料Ａ流量計および燃料Ａ流量調節弁を介
   して前記改質器に供給する燃料Ａ供給装置と、前記燃料
   Ａ供給停止時には，前記原燃料として他の代替原燃料ガ
   ス（以下燃料Ｂという。）を，燃料Ｂ遮断弁，燃料Ｂ流
   量計および燃料Ｂ流量調節弁を介して前記改質器に供給
   する燃料Ｂ供給装置とを備えた原燃料切替設備を備えた
   燃料電池発電装置の運転方法において、前記原燃料ガス
   を燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの切替開始
   時の時間当たり体積流量（以下、単に流量という。）
   を，切替前の燃料Ａの流量と同一流量となるようにし、
   その後は、燃料Ｂの供給流量を，前記改質器出口の改質
   ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるように，あ
   らかじめシミュレーションにより求めた所定の流量に変
   化させて燃料Ｂを供給し、前記改質器出口部において燃
   料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了する所定時間後に、
   燃料Ｂの供給流量を，燃料Ｂの組成に適した所定の最適
   流量に調節して，原燃料の切替を完了することを特徴と
   する原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置の運転方
   法。
2. 【請求項２】 燃料電池本体と、原燃料ガスを改質して
   水素リッチな改質ガスとして，この改質ガスを前記燃料
   電池本体に供給する改質器と、前記原燃料ガスとして，
   常時は一つの原燃料ガス（燃料Ａ）を，燃料Ａ遮断弁，
   燃料Ａ流量計および燃料Ａ流量調節弁を介して前記改質
   器に供給する燃料Ａ供給装置と、前記燃料Ａ供給停止時
   には，前記原燃料として他の代替原燃料ガス（燃料Ｂ）
   を，燃料Ｂ遮断弁，燃料Ｂ流量計および燃料Ｂ流量調節
   弁を介して前記改質器に供給する燃料Ｂ供給装置とを備
   えた原燃料切替設備を備えた燃料電池発電装置におい
   て、前記原燃料ガスの切替指令に基づき前記燃料Ａ遮断
   弁および燃料Ｂ遮断弁がそれぞれ所定の開閉操作をする
   ための遮断弁駆動手段と、前記原燃料ガスを燃料Ａから
   燃料Ｂに切替える際に，燃料Ｂの切替開始時の流量を，
   切替前の燃料Ａの流量と同一流量となるようにし，その
   後は，燃料Ｂの供給流量を，前記改質器出口の改質ガス
   中の水素ガス量が切替前と略同一となるように，あらか
   じめシミュレーションにより求めた所定の流量に変化さ
   せて燃料Ｂを供給し，前記改質器出口部において燃料Ａ
   の燃料Ｂによるガス置換が完了する所定時間後に，燃料
   Ｂの供給流量を，燃料Ｂの組成に適した所定の最適流量
   に調節するための燃料Ｂ流量調節弁の開度制御手段と、
   前記原燃料ガスを燃料Ｂから燃料Ａに再度切替える場合
   に備えて，燃料Ａの流量を燃料Ｂの前記最適流量と同一
   流量で供給開始可能となるようにし，その後は，燃料Ａ
   の供給流量を，前記改質器出口の改質ガス中の水素ガス
   量が切替前と略同一となるように，あらかじめシミュレ
   ーションにより求めた所定の流量に変化させて燃料Ａを
   供給し，前記改質器出口部において燃料Ｂの燃料Ａによ
   るガス置換が完了する所定時間後に，燃料Ａの供給流量
   を，燃料Ａの組成に適した所定の最適流量に調節スタン
   バイを行うための燃料Ａの流量調節弁の開度制御手段と
   を設けてなる原燃料切替制御装置を備えたことを特徴と
   する原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の方法または装置
   において、前記シミュレーションは、原燃料ガスのガス
   置換の時間遅れが、前記流量調節弁から改質器入口まで
   の間に配設された機器および配管内の原燃料ガス占有容
   積に基づいて発生することを見込んで計算したシミュレ
   ーションであることを特徴とする原燃料切替設備を有す
   る燃料電池発電装置とその運転方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の装置において、前記燃料
   Ａ流量調節弁または燃料Ｂ流量調節弁の内の少なくとも
   一方は、複数個の流量調節弁を並列に接続してなること
   を特徴とする原燃料切替設備を有する燃料電池発電装
   置。