JP2003217632A - 燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の燃料電池発電システムは、大きな設置
スペースを必要とし、機器のイニシャルコスト、ランニ
ングコストも高かった。 【解決手段】 燃料電池発電システムの運転開始前、ま
たは改質手段１への原料ガスの供給を停止した後、水供
給手段４によって水を改質手段１に供給し、加熱手段２
で加熱して水蒸気を発生させ、改質手段１から燃料電池
９までの燃料経路に導入し、残留しているガスを置換
し、その後、空気供給手段５によって、燃料経路に空気
を導入して残留する水蒸気を置換する燃料電池発電シス
テム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料電池発電システムは、特開平
３−２５７７６２に示すように、図５に示す構成をして
いた。すなわち原料ガスから水素リッチガスを発生させ
る改質器１と、改質器１を加熱する加熱手段としてのバ
ーナ２と、改質器１の上流に窒素供給管１４および遮断
弁１５を介して接続された窒素設備１６と、改質器１の
下流に改質ガス供給管１７を介して接続され空気中の酸
素と発生した水素とを反応させて発電する燃料電池９と
を備え、燃料電池９のアノード９ａ側の下流はアノード
排出ガス接続管１２を介してバーナ２へ接続されてい
た。

【０００３】一般の燃料電池発電システムにおいては、
発電運転を停止させる時はまず原料ガスの供給を停止さ
せるが、この時改質器１から、改質ガス供給管１７、燃
料電池９のアノード９ａおよびアノード排出ガス接続管
１２を介してバーナ２へ至る経路中に水素リッチガスが
滞留することになる。このとき、大気開放されたバーナ
２から自然対流によって水素リッチガスが滞留する経路
内に空気が流入した場合、水素が爆発する恐れがあっ
た。

【０００４】そこで、この従来の燃料電池発電システム
のように、発電運転停止時に遮断弁１５を開き、窒素設
備１６から窒素供給管１４を介して不活性ガスとしての
窒素を改質器１から、改質ガス供給管１７、燃料電池９
のアノード９ａおよびアノード排出ガス接続管１２を介
してバーナ２へ至る経路に供給することにより、この経
路内に残留する水素リッチガスを全てパージしバーナ２
で燃焼させていた。

【０００５】このように、従来の燃料電池発電システム
では、窒素によるパージ動作によって、水素が爆発する
ことを未然に防止し、安全性を確保していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料電池発電システムでは、窒素によるパージ動作のた
め窒素ボンベなどの窒素設備１６を具備する必要があ
り、例えば家庭用定置型分散発電や電気自動車用電源な
どに用いた場合、大きなスペースが必要で機器のイニシ
ャルコストがかかるという課題がある。また、窒素ボン
ベを定期的に交換、補充する必要もあり、ランニングコ
ストもかかるという課題がある。

【０００７】また、燃料電池が高分子電解質型の場合、
窒素によるパージ動作の後に電池の運転を停止したとき
は、電解質膜が乾いて収縮するため、電極と電解質膜の
接合性が悪くなり、電池性能が低下するという課題があ
る。

【０００８】本発明は、上記課題を考慮し、省スペース
でイニシャルコストおよびランニングコストが安く、ま
たは性能が低下しない燃料電池発電システムを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題解決するための
第一の本発明（請求項１に対応）は、改質手段と、前記
改質手段を加熱するための加熱手段と、前記改質手段に
接続された水供給手段と、前記改質手段に接続された空
気供給手段と、前記改質手段の下流に接続された燃料電
池とを備えた燃料電池発電システムであって、前記改質
手段への原料ガスの供給を停止した後、前記水供給手段
によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱
手段で加熱して水蒸気を発生させる第１制御手段と、前
記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料経
路に導入することにより、前記燃料経路に残留している
ガスを置換する第２制御手段と、前記燃料経路を水蒸気
で置換した後、前記空気供給手段によって、前記燃料経
路に空気を導入し、前記燃料経路に残留する水蒸気を置
換する第３制御手段と、を備える燃料電池発電システム
である。

【００１０】第２の本発明（請求項２に対応）は、改質
手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段と、前
記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質手段に
接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続
された切替手段と、前記切替手段の下流に接続された燃
料電池と、前記切替手段を介して分岐された排出経路
と、を備えた燃料電池発電システムであって、前記改質
手段への原料ガスの供給を停止した後、前記水供給手段
によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱
手段で加熱して水蒸気を発生させる第４制御手段と、前
記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料経
路に導入することにより、前記燃料経路に残留している
ガスを置換する第５制御手段と、前記燃料経路を前記水
蒸気で置換した後、前記切替手段を作動させることによ
り、前記燃料経路のうち前記切替手段から前記燃料電池
に至る経路を遮断し、前記改質手段から前記切替手段を
経由して前記排出経路に至る経路を通じさせる第６制御
手段と、前記切替手段を作動させた後、前記空気供給手
段によって、前記改質手段に空気を導入し、前記燃料経
路のうち前記改質手段から前記切替手段までの経路に残
留する水蒸気を置換する第７制御手段と、を備える燃料
電池発電システムである。

【００１１】第３の本発明（請求項３に対応）は、前記
改質手段における改質反応が水蒸気改質方式である、第
１または第２の本発明の燃料電池発電システムである。

【００１２】第４の本発明（請求項４に対応）は、前記
燃料電池は、前記切替手段の下流に腐食耐性を有する配
管を介して接続されている、第２または第３の本発明の
燃料電池発電システムである。

【００１３】第５の本発明（請求項５に対応）は、前記
燃料電池のアノードから排出されるアノード排出ガスを
前記加熱手段に導入するためのアノード排出ガス接続管
をさらに備える、第２〜第４のいずれかの本発明の燃料
電池発電システムである。

【００１４】第６の本発明（請求項６に対応）は、 高
分子電解質膜を有する燃料電池であって、その運転開始
前に前記高分子電解質膜を加湿する高分子電解質膜加湿
手段を備える燃料電池である。

【００１５】第７の本発明（請求項７に対応）は、改質
手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段と、前
記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質手段に
接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続
された燃料電池とを備えた燃料電池発電システムであっ
て、前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水
供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を
前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第８制御手
段と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導
入する第９制御手段と、を備える燃料電池発電システム
である。

【００１６】第８の本発明（請求項８に対応）は、改質
手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段と、前
記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質手段に
接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続
された一酸化炭素除去手段と、前記一酸化炭素除去手段
の下流に接続された切替手段と、前記切替手段の下流に
接続された、燃料電池と、前記切替手段を介して分岐さ
れる排出経路と、を備える燃料電池発電システムであっ
て、前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水
供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を
前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第１０制御
手段と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に
導入し、その後前記切替手段を作動させることにより、
前記燃料経路のうち前記切替手段から前記燃料電池に至
る経路を遮断し、前記改質手段から前記切替手段を経由
して前記排出経路に至る経路を通じさせる第１１制御手
段と、前記切替手段を作動させた後、原料ガスの供給を
開始して前記改質手段において水素リッチガスを発生さ
せる第１２制御手段と、前記一酸化炭素除去手段の温度
が、前記水素リッチガスから一酸化炭素を除去するため
に必要な温度まで上昇した後、前記切替手段を作動させ
ることにより、前記排出経路を遮断し、前記燃料経路に
一酸化炭素を除去した水素リッチガスを導入する第１３
制御手段と、を備える燃料電池発電システムである。

【００１７】第９の本発明（請求項９に対応）は、改質
手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段と、前
記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質手段に
接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続
された燃料電池とを備えた燃料電池発電システムであっ
て、前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水
供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を
前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第１４制御
手段と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池ま
での燃料経路に導入することにより、前記燃料経路に残
留しているガスを置換する第１５制御手段と、を備える
燃料電池発電システムである。

【００１８】第１０の本発明（請求項１０に対応）は、
改質手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段
と、前記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質
手段に接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流
に接続された切替手段と、前記切替手段の下流に接続さ
れた燃料電池と、前記切替手段を介して分岐された排出
経路と、を備えた燃料電池発電システムであって、前記
燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給手段
によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱
手段で加熱して水蒸気を発生させる第１６制御手段と、
前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料
経路に導入することにより、前記燃料経路に残留してい
るガスを置換する第１７制御手段と、前記燃料経路を前
記水蒸気で置換した後、前記切替手段を作動させること
により、前記燃料経路のうち前記切替手段から前記燃料
電池に至る経路を遮断し、前記改質手段から前記切替手
段を経由して前記排出経路に至る経路を通じさせる第１
８制御手段と、前記切替手段を作動させた後、原料ガス
の供給を開始して前記改質手段において水素リッチガス
を発生させる第１９制御手段と、前記改質手段の温度が
所定の温度に達した後、前記切替手段を作動させること
により、前記排出経路を遮断し、前記燃料経路に水素リ
ッチガスを導入する第２０制御手段と、を備える燃料電
池発電システムである。

【００１９】第１１の本発明（請求項１１に対応）は、
前記排出経路が前記加熱手段に接続される、第８または
第１０の本発明の燃料電池発電システムである。

【００２０】第１２の本発明（請求項１２に対応）は、
前記燃料電池のアノード排出口に閉止弁が設けられ、前
記水蒸気が前記燃料電池に導入された後、前記閉止弁を
閉鎖する第２１制御手段を備える、第２〜５、第７、第
８、第１０、第１１の本発明の燃料電池発電システムで
ある。

【００２１】本発明に関連する発明は、改質手段と、前
記改質手段を加熱するための加熱手段と、前記改質手段
に接続された水供給手段と、前記改質手段に接続された
空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続された切替
手段と、前記切替手段の下流に接続された燃料電池と、
前記切替手段を介して分岐された排出経路とを備えた燃
料電池発電システムの停止方法であって、前記燃料電池
システムの運転開始前、または前記改質手段への原料ガ
スの供給を停止した後、前記水供給手段によって水を前
記改質手段に供給し、前記水を前記加熱手段で加熱して
水蒸気を発生させる工程と、前記水蒸気を前記改質手段
から前記燃料電池までの燃料経路に導入することによ
り、前記燃料経路に残留しているガスを置換する工程
と、前記燃料経路を前記水蒸気で置換した後、前記切替
手段を作動させることにより、前記燃料経路のうち前記
切替手段から前記燃料電池に至る経路を遮断し、前記改
質手段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る
経路を通じさせる工程と、前記切替手段を作動させた
後、前記空気供給手段によって、前記改質手段に空気を
導入し、前記燃料経路のうち前記改質手段から前記切替
手段までの経路に残留する水蒸気を置換する工程とを備
える、燃料電池発電システムの停止方法である。

【００２２】本発明に関連する発明は、改質手段と、前
記改質手段を加熱するための加熱手段と、前記改質手段
に接続された水供給手段と、前記改質手段に接続された
空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続された一酸
化炭素除去手段と、前記一酸化炭素除去手段の下流に接
続された切替手段と、前記切替手段の下流に接続され
た、燃料電池と、前記切替手段を介して分岐される排出
経路と、を備える燃料電池発電システムの運転開始方法
であって、前記燃料電池発電システムの運転開始前に、
前記水供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前
記水を前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる工程
と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導入
し、その後前記切替手段を作動させることにより、前記
燃料経路のうち前記切替手段から前記燃料電池に至る経
路を遮断し、前記改質手段から前記切替手段を経由して
前記排出経路に至る経路を通じさせる工程と、前記切替
手段を作動させた後、原料ガスの供給を開始して前記改
質手段において水素リッチガスを発生させる工程と、前
記一酸化炭素除去手段の温度が、前記水素リッチガスか
ら一酸化炭素を除去するために必要な温度まで上昇した
後、前記切替手段を作動させることにより、前記排出経
路を遮断し、前記燃料経路に一酸化炭素を除去した水素
リッチガスを導入する工程と、を備える燃料電池発電シ
ステムの運転開始方法である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における燃料電池発電システムの構成を示す模式
図である。なお、本実施の形態１においては高分子電解
質型の燃料電池を使用するものとして説明する。

【００２５】本発明の改質手段である改質器１の内部に
は、改質反応を進行させるための改質触媒１ａが充填さ
れている。改質器１には本発明の加熱手段としてのバー
ナ２が備えつけられ、改質器１の上流部１ｂの入口には
脱硫器６を介して原料ガス供給弁３が接続され、原料ガ
ス供給弁３には原料ガス配管が接続されている。

【００２６】上流部１ｂには、原料ガスに合流するよう
に接続された本発明の水供給手段としての水ポンプ４が
接続されている。また、本発明の空気供給手段としての
空気ポンプ５の出口が、三方弁１９の出口の一端を介し
て上流部１ｂに接続されている。ここで、三方弁１９の
出口の他端は、一酸化炭素除去器７に接続されている。
また、原料ガス供給弁３の上流側からは、配管が一部分
岐されて遮断弁２０を経由して改質器１のバーナ２に接
続されている。

【００２７】改質器１の下流には一酸化炭素除去器７が
接続され、その内部には一酸化炭素除去反応を進行させ
るための一酸化炭素除去触媒７ａが充填されている。ま
た、改質器１と一酸化炭素除去器７との間には、変成反
応によって一酸化炭素濃度をある程度低下させるための
変成器８が設けられている。

【００２８】本発明の燃料電池９は、アノード９ａとカ
ソード９ｂとを備えている。アノード９ａおよびカソー
ド９ｂは、それぞれ入口および出口を有している。そし
て、燃料電池９のカソード９ｂの入口には送風機１０が
接続されている。一方、燃料電池９のアノード９ａの入
口は、例えばテフロン（登録商標）などの腐食耐性のあ
る材質で作製された配管を介して、三方弁１３の出口の
一端が接続されている。また、燃料電池９の内部には発
電反応を進行させるための触媒（図示せず）が設けられ
ている。三方弁１３の入口は、一酸化炭素除去器７の下
流に配管を介して接続され、三方弁１３の出口の他端
は、排出経路１８の一端が接続され、排出経路１８の他
端は、バーナ２に接続されている。ここで、三方弁１３
は、燃料電池９に対してできるだけ近接して配置され、
三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａへ至る配管は
短い。またアノード９ａの出口には、配管の一端が接続
され、その配管の他端は本発明の燃料電池発電システム
の外部に開放され、その配管の途中には、閉止弁２２が
設けられている。

【００２９】なお、改質器１の容器、一酸化炭素除去器
７の容器、三方弁１３および改質器１から三方弁１３に
至る配管は、ＳＵＳ製である。

【００３０】本発明の制御装置１１は、運転、停止時に
おける原料ガス供給弁３、遮断弁２０、バーナ２、水ポ
ンプ４、空気ポンプ５、送風機１０、三方弁１３、三方
弁１９、閉止弁２２等を制御するために、メモリ部（図
示せず）、演算処理部（図示せず）、インターフェース
部（図示せず）などのハードウェアを備えたコンピュー
タを有し、メモリ部は、フロッピー（登録商標）ディス
ク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭカード、半
導体メモリ等の記録媒体に格納されたプログラムを読み
取るための記録媒体読み取り装置（図示せず）を有して
いる。そして、制御装置１１には、原料ガス供給弁３、
遮断弁２０、バーナ２、水ポンプ４、空気ポンプ５、送
風機１０、三方弁１３、三方弁１９、閉止弁２２が電気
的に接続されている。

【００３１】次に、本実施の形態１における燃料電池発
電システムの運転時の動作を説明する。まず、運転を開
始する場合、制御装置１１は、遮断弁２０を開放する指
令を出し、バーナ２に原料ガスを導入する。バーナ２
は、原料ガスが導入されると同時に着火され、改質器１
を加熱する。

【００３２】次いで、制御装置１１は水ポンプ４が作動
するよう指令を出し、上流部１ｂを介して改質器１に水
が導入される。また制御装置１１は、閉止弁２２を開放
する指令を出し、改質器１から変成器８、一酸化炭素除
去器７および三方弁１３を介して燃料電池９のアノード
９ａの出口までの配管を介した経路（以下燃料経路とい
う）は、外部に開放される。なお、このとき三方弁１３
は、排出経路１８を閉鎖し、三方弁１３から燃料電池９
のアノード９ａに至る経路を開放している。そして、改
質器１に導入された水は、バーナ２により加熱されて、
水蒸気となり、その水蒸気が燃料経路へ導入される。燃
料電池９のアノード９ａに導入された水蒸気は、アノー
ド９ａの高分子電解質膜が電極と接合するために十分な
湿度を高分子電解質膜に与える。そして水蒸気は、燃料
電池９のアノード９ａから外部に排出される。このと
き、燃料経路内に万一水素リッチガスや原料ガスが残留
していたとしても、水蒸気の量が燃料経路内をパージす
るために充分な量が供給されていれば、水蒸気とともに
外部に排出させることができる。

【００３３】その後、制御装置１１は、閉止弁２２を閉
鎖する指令を出し、閉止弁２２が閉鎖されることによ
り、滞留する水蒸気は燃料経路内に封鎖される。

【００３４】次に制御装置１１は、原料ガス供給弁３を
開く指令を出し、炭化水素などの原料ガスが、脱硫器６
に導入される。脱硫器６に導入された原料ガスは、その
付臭成分に含まれる硫黄分が除去され上流部１ｂを介し
て改質器１に供給される。改質器１に供給された原料ガ
スと、水ポンプ４により供給されバーナ２に加熱されて
発生している水蒸気とが、改質触媒１ａを通過すること
により、改質反応によって水素リッチガスが生成され
る。

【００３５】生成された水素リッチガスは、変成器８に
導入されてある程度一酸化炭素が低減され、その後、一
酸化炭素除去器７に送られる。そして、制御装置１１が
空気ポンプ５を始動させ、空気を三方弁１９を介して一
酸化炭素除去器７へ送る。そして、水素リッチガスに含
まれる一酸化炭素は、一酸化炭素除去器７の内部で一酸
化炭素除去触媒７ａ上で選択酸化されることにより除去
される。

【００３６】このとき三方弁１９は、三方弁１９から改
質器１の上流部１ｂへ至る経路を遮断し、三方弁１９か
ら一酸化炭素除去触媒７へ至る経路を開放しているた
め、空気が改質触媒１に送られることはない。

【００３７】このとき、改質反応の初期においては、改
質器１内の温度が十分に昇温していないために、改質反
応が十分に進行しておらず、燃料電池９での発電反応に
必要な水素が充分に生成されていない。また、改質器１
の温度が十分に昇温していないために、一酸化炭素除去
器７内における温度も充分に上昇しておらず、一酸化炭
素除去触媒７ａが充分に機能していない。従って、改質
器１内で生成された初期の水素リッチガスは、変成器８
を経由してきても、一酸化炭素除去器７の出口において
高濃度（５％前後）の一酸化炭素を含む。このような改
質反応の初期に生成される水素リッチガスでは、燃料電
池９から十分な発電出力が得られないのみならず、燃料
電池９の触媒を被毒させてしまう。特に高分子電解質型
の場合、反応温度が低いためこの傾向が顕著に現れる。

【００３８】そこで、制御装置１１は、水素リッチガス
が生成される前に（すなわち原料ガス供給弁３を開放す
る前に）三方弁１３を作動させて、三方弁１３から燃料
電池９のアノード９ａに至る経路を閉鎖し、排出経路１
８を開放する。このとき、燃料電池９のアノード９ａ内
には水蒸気が滞留したままである。

【００３９】そして、生成された直後の水素リッチガス
は、改質器１内および一酸化炭素除去器７内の温度が充
分に昇温するまで（例えば、改質器１内の温度が７００
℃に達するまで、および一酸化炭素除去器７内の温度が
１５０℃に達するまで）、排出経路１８を経てバーナ２
に供給され、原料ガスとともにバーナ２において燃焼さ
れる。

【００４０】その後、改質器１内の温度センサ（図示せ
ず）が、改質器１内の温度が改質に必要な温度に達した
ことを検出し、かつ一酸化炭素除去器７内の温度センサ
（図示せず）が、一酸化炭素除去器７内の一酸化炭素除
去触媒７ａが一酸化炭素除去に必要な温度に達したこと
を検出した後、制御装置１１は、三方弁１３を作動させ
て、排出経路１８を閉鎖して三方弁１３から燃料電池９
のアノード９ａに至る経路を開通させる。それと同時に
制御装置１１は、閉止弁２２を開放して、一酸化炭素除
去触媒７ａにて充分に一酸化炭素が除去された水素リッ
チガスが、燃料電池９のアノード９ａに供給される。

【００４１】次に本発明の燃料電池発電システムの運転
中の動作について説明する。燃料電池９のアノード９ａ
に水素リッチガスが供給される一方で、燃料電池９のカ
ソード９ｂには制御装置１１からの指令により、送風機
１０から空気が供給される。燃料電池９内では、アノー
ド９ａに供給された水素リッチガス中の水素とカソード
９ｂに供給された空気中の酸素とが反応し、発電を行
う。そして、反応することなく残った水素リッチガス
は、アノード排出ガスとして燃料電池９のアノード９ａ
の出口から排出される。また反応することなく残った空
気は、燃料電池９のカソード９ｂから排出される。

【００４２】次に、本発明の燃料電池発電システムの運
転を停止させる時の動作について説明する。まず、制御
装置１１から指令が出て、原料ガス供給弁３が閉じられ
原料ガスの供給を停止させる。原料ガスの一部は、原料
ガス供給弁３の上流で分岐されて遮断弁２０を介してバ
ーナ２に供給され続ける。

【００４３】このとき、水ポンプ４は停止されず、この
水ポンプ４から供給されている水は改質器１内部に入
る。改質器１内部に導入された水は、バーナ２で加熱さ
れ水蒸気となって、燃料経路へ送られ、残留したガスで
ある水素リッチガスとともに燃料電池９のアノード９ａ
の出口から外部に放出される。この動作は、燃料経路に
残留する水素リッチガスを水蒸気でパージするものであ
る。

【００４４】なお、このとき空気ポンプ５は停止される
よう制御装置１１から指令を受け、空気が燃料経路に導
入されないようにする。

【００４５】その後、制御装置１１は、遮断弁２０を閉
鎖してバーナ２による加熱を停止させ、同時に水ポンプ
４による水の供給を停止させて燃料経路への水蒸気の供
給を停止させる。次に制御装置１１は、三方弁１３を作
動させて、三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａの
入口に至る経路を閉鎖し、三方弁１３から排出経路１８
に至る経路を開通させる。また、制御装置１１は、閉止
弁２２を閉鎖させ、水蒸気を三方弁１３から燃料電池９
のアノード９ａを介して閉止弁２２に至る経路内に滞留
させる。このようにすることにより、アノード９ａ側の
高分子電解質膜が乾燥して収縮することがなく、電極
（図示せず）と高分子電解質膜との接合性が悪化するこ
とがない。

【００４６】次に制御装置１１は、三方弁１９を作動さ
せて、三方弁１９から一酸化炭素除去器７へ至る経路を
遮断し、三方弁１９から改質器１の上流部１ｂへ至る経
路を開通させる。そして、空気ポンプ５を再び作動させ
て空気ポンプ５から空気を改質器１の上流部１ｂに供給
する。そして、改質器１の上流部１ｂに導入された空気
は、燃料経路のうち、改質器１、変成器８、一酸化炭素
除去器７および三方弁１３に至るまでの配管に残留する
水蒸気を置換（パージ）して排出経路１８およびバーナ
２を介して外部に放出される。

【００４７】このように、本実施の形態の燃料電池発電
システムの運転停止時において、三方弁１３から燃料電
池９のアノード９ａへ至る経路には、水蒸気が滞留した
ままである。しかし、三方弁１３から燃料電池９へ至る
配管は、テフロン（登録商標）などの非金属製腐食耐性
材料で作製されているため、水蒸気が凝結しても金属イ
オンが溶出して高分子電解質膜に悪影響を与える心配は
無い。なお、この配管の長さは短くされており、配管材
料にテフロン（登録商標）を使用してもコストアップの
要因にはならないようにされている。ここで、三方弁１
３を使用する代わりに、燃料経路を全てテフロン（登録
商標）を用いて構成することもできるが、この場合コス
トが大幅に上昇してしまうため、現実的ではない。

【００４８】このようにして、発電運転停止直後に改質
器１から燃料電池９のアノード９ａへ至る燃料経路を直
接空気によるパージを行わず、水蒸気でパージを行うこ
とにより、燃焼限界内の水素と酸素の混合ガスが生じる
可能性がある水素リッチガスと空気との界面が形成され
ず、改質器１内の高温雰囲気内において爆発が生じる危
険を避けることができる。

【００４９】しかし、もし、燃料経路を直接空気でパー
ジすると、水素リッチガスと空気との界面で燃焼限界内
の水素と酸素との混合ガスが生じ、そのガスが改質器１
内を通過する際に高温雰囲気に晒されて爆発する可能性
がある。

【００５０】また、もし、改質器１、一酸化炭素除去器
７、および三方弁１３に至るまでの経路内が、水蒸気パ
ージされた後空気パージされなければ、経路内の水蒸気
が凝縮されて水となり、この経路内における機器、配管
が上述のようにＳＵＳで作製されていても、長時間に渡
り水が経路内に滞留することにより、滞留した水が、配
管、機器の金属イオン（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒなど）を微量
ではあるが溶出させる。そして溶出された金属イオン
は、その後の運転または停止時に、水素リッチガスまた
は水蒸気とともに、アノード９ａの高分子電解質膜に吸
着される。高分子電解質膜に陽イオンである金属イオン
が吸着すると、高分子電解質膜は、本来、陽イオンであ
るプロトンをカソード側に伝達する性能が低下されてし
まう。

【００５１】また、燃料電池９内に滞留した水蒸気を空
気で置換しないことによって、高分子電解質膜（図示せ
ず）が乾燥するという悪影響を避けることができる。従
って高分子電解質型の燃料電池発電システムを停止した
後も、燃料電池９のアノード９ａ内に水蒸気が滞留する
ため、高分子電解質膜が乾燥して収縮することがなく、
電極（図示せず）と高分子電解質膜との接合性が悪化す
ることがない。

【００５２】以上のような構成、動作を有する燃料電池
発電システムによれば、パージのための窒素設備が不要
であるため、省スペースでイニシャルコストおよびラン
ニングコストが安い燃料電池発電システムを提供するこ
とができる。また、燃料電池の触媒におけるＣＯ被毒が
少なく、高分子電解質膜が乾燥する問題が無いため、性
能劣化が少なく信頼性が高い燃料電池発電システムを提
供することができる。

【００５３】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２における燃料電池発電システムのシステム構成を
示す模式図である。実施の形態１と同一の構成要素につ
いては、同一符号を付与し、その説明を省略する。この
実施の形態２の燃料電池発電システムは、燃料電池９の
アノード９ａの出口にその一端が接続されたアノード排
出ガス接続管１２を有する。このアノード排出ガス接続
管１２の他端は、バーナ２に接続されている。また、バ
ーナ２の上流には水素センサ２１が設置され、制御手段
１１に電気的に接続されている。そして水素濃度が燃焼
限界かそれ以下になると信号を制御装置に送信する構成
を有している。

【００５４】つぎに、本発明の実施の形態２における動
作を説明する。まず、運転開始時の動作においては、水
蒸気が燃料電池９内に導入された後、閉止弁２２を閉鎖
する点が実施の形態１における動作と異なる。そして三
方弁１３が作動して水素リッチガスが燃料電池９のアノ
ード９ａに導入されるときに、制御装置１１は、閉止弁
２２を開放する。このようにすることにより、初期の水
素リッチガスが排出経路１８およびバーナ２を経由し
て、燃料電池９のアノード９ａに逆流することを防ぐこ
とができる。他の運転開始時の動作は実施の形態１と同
様である。

【００５５】次に運転中は、燃料電池９のアノード９ａ
に導入された水素リッチガスに含まれる水素の大半が発
電反応により消費され、若干量が残留してアノード排出
ガスとしてアノード９ａから排出される。このアノード
排出ガスがアノード排出ガス接続管１２を介してバーナ
２に導入され、原料ガスとともに燃焼される。

【００５６】次に、運転停止時の動作について説明す
る。実施の形態１と同様に、まず水蒸気により燃料経
路、およびアノード排出ガス接続管１２に残留する水素
リッチガスが置換されるが、置換された残留水素リッチ
ガスは、アノード排出ガス接続管１２を介してバーナ２
に供給され、原料ガスとともにバーナ２において燃焼さ
れる。そして、バーナ２により改質器１が加熱されるこ
とによって水蒸気が発生する。

【００５７】その後、制御装置１１は遮断弁２０を閉鎖
する指令を出す。この遮断弁２０が閉鎖されることによ
り原料ガスのバーナ２への供給は停止し、バーナ２にお
いてはアノード排出ガスに含まれる残留水素のみが燃料
として燃焼される。

【００５８】従って、水蒸気によるパージが進んでアノ
ード排出ガスに含まれる残留水素が無くなるか、燃焼限
界を下回る濃度に達するとバーナ２は失火する。このと
き、水素センサ２１が信号を制御装置１１に送信し、そ
の後制御装置１１は、水ポンプ４を停止させ、三方弁１
３を作動させて、改質器１から変成器８および一酸化炭
素除去器７を経由して排出経路１８からバーナ２に至る
経路を開通する。また、制御装置１１は、閉止弁２２を
閉鎖させる。そして、制御装置１１は、空気ポンプ５を
起動して、空気を改質器１に導入し、導入された空気
は、改質器１、変成器８、一酸化炭素除去器７、および
一酸化炭素除去器７から三方弁１３に至る経路に残留す
る水蒸気を置換し、バーナ２から外部に放出される。

【００５９】このとき閉止弁２２が閉鎖されているた
め、改質器１に導入された空気は、アノード排出ガス接
続管１８を通って燃料電池９のアノード９ａに流れ込む
ことがなく、高分子電解質膜が乾燥することはない。

【００６０】このようにすれば、燃料経路に残留する水
素を外部に放出せず全て燃やし尽くすことができるため
に、燃料電池発電システムの外部に不用意に水素が滞留
する心配が無く、安全性を高めることができる。また、
残留水素ガスをパージ用水蒸気生成のために有効利用す
ることができるので、燃料電池発電システムの効率を上
げることができる。

【００６１】上記の実施の形態２の説明では、水素セン
サ２１が水素が充分少ないことを検知して、制御手段に
送信するとしたが、水素センサ２１が無く、火炎検知器
（図示せず）がバーナ２の付近に設置され、失火を検出
して制御装置に信号を送信する構成としても同様の効果
が得られる。または、水素センサ２１も火炎検知器もな
く、人手により失火を目視確認し、その後ボタン（図示
せず）を押すなどして次の動作に移る指令を制御装置に
送信しても、確実に水素が存在しないことを確認できる
ので同様の効果を得ることができる。

【００６２】また、運転停止時に残留水素ガスは、運転
停止動作の最初は原料ガスとともにバーナ２で燃焼され
るとしたが、運転停止動作の最初から残留水素ガスのみ
がバーナ２で燃焼されても、パージをするために充分な
水蒸気を発生することができれば、同様の効果を得るこ
とができる。

【００６３】なお、以上までの説明では、本発明の切替
手段として三方弁１３を使用する例を示したが、三方弁
１３に限定されることはなく、例えば、二方弁を複数組
み合わせて、経路を切り替えるようにしてもよく、制御
装置１１からの指令を受けて経路を２通りに切り替える
ことができるのであれば、どのような切替手段を使用し
ても同様の効果を得ることができる。

【００６４】また、水供給手段として水ポンプ４を使用
する例で説明したが、水供給手段としては、例えば給水
タンクや外部の給水弁などであってもよく、改質器１内
でパージと改質のための水蒸気を供給できる手段であれ
ば、どのような手段であってもよい。

【００６５】また、空気供給手段として空気ポンプ５を
使用する例で説明したが、空気供給手段としては、例え
ば送風機などであってもよく、水蒸気をパージし、また
は一酸化炭素除去手段に必要とされる空気を供給すると
ができれば、どのような手段であってもよい。

【００６６】また、燃料電池９は、三方弁１３の下流に
テフロン（登録商標）配管を介して接続されるととして
説明したが、この配管材は、テフロン（登録商標）に限
定されることがなく、三方弁１３の上流側と同じ材質で
もよく、その場合、三方弁１３と燃料電池９のアノード
９ａとの配管距離を充分に短くすれば上記と同様の効果
を得ることができる。

【００６７】以上の説明では、燃料電池発電システムの
運転開始時に、初期の水素リッチガスは三方弁１３、排
出経路１８を介してバーナ２に供給されるとして説明し
たが、これに限定されることなく、排出経路１８が外部
に開放されていて、初期の水素リッチガスは、三方弁１
３から排出経路１８を介して外部に排出されてもよい。
その場合も、改質器１および一酸化炭素除去器７の内部
温度が充分に上昇した後に、三方弁１３を動作させて、
水素リッチガスを燃料電池９に供給すればよい。

【００６８】なお、上記の説明では、燃料電池発電シス
テムの運転の停止時に、水蒸気で燃料経路を置換した
後、閉止弁２２を閉鎖するとして説明したが、燃料電池
発電システムを停止させてから次の起動までの時間間隔
が短く、アノード９ａ側の高分子電解質膜の乾燥が問題
にならない場合、または、アノード９ａ側の電解質膜が
乾燥しても、次の運転開始時に時間を要してもよい場合
は、閉止弁２２を閉鎖しなくてもよいし、または閉止弁
２２自体がなくてもよい。

【００６９】さらに、アノード９ａ側の電解質膜が乾燥
しても、次の運転開始時に時間を要してもよい場合は、
三方弁１３を省略することもできる。その場合の運転開
始前の動作としては、実施の形態１の場合と同様に水蒸
気を発生させ、発生させた水蒸気を改質手段から燃料電
池９に導入させる。次に、遮断弁２０を開放して原料ガ
スをバーナ２に供給するが、改質反応が十分進行し、一
酸化炭素除去触媒７ａが十分機能する程度まで、バーナ
２により改質器１を加熱する。改質器１および一酸化炭
素除去器７が所定の温度に達した後、原料ガス供給弁３
を開放して、改質器１において水素リッチガスを生成さ
せる。そして充分に一酸化炭素が除去された水素リッチ
ガスを燃料電池９に導入すればよい。

【００７０】次に運転停止時においては、実施の形態１
の場合と同様に、水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気
を燃料経路に導入し、燃料経路に残留するガスを置換す
る。その後、空気ポンプ５を作動させて、空気を燃料経
路に導入して燃料経路内に残留する水蒸気を空気で置換
すればよい。

【００７１】また、以上の説明では、原料ガスの改質方
式として、水蒸気改質方式が採用されるとして説明して
きたが、部分改質方式が採用されてもよい。その場合の
構成例を実施の形態１の変形例として図３に示す。この
場合は、空気ポンプ５からの配管が一酸化炭素除去器７
へ至る配管と、改質器１へ至る配管とに分岐される。そ
して、燃料電池発電システムの運転中においても、改質
器１へ空気が供給される。しかし、燃料電池発電システ
ムを停止させる動作においては、空気ポンプ５は一旦停
止され、水蒸気によって燃料経路が置換された後に、空
気ポンプ５が再び作動されて空気によって燃料経路内の
水蒸気が置換される。

【００７２】また、以上の説明では、燃料電池発電シス
テムの運転開始前に燃料電池のアノードに水蒸気を導入
するとして説明したが、燃料電池発電システムの停止時
に燃料電池のアノードに水蒸気を導入して、燃料電池の
運転開始時に電解質膜の湿度が燃料電池の運転に支障が
無い程度に保たれていれば、燃料電池の運転開始時に燃
料電池のアノードに水蒸気が導入されなくてもよい。さ
らに、燃料電池９が固体酸化物型、溶融炭酸塩型、燐酸
型などの高分子電解質膜型以外の場合は、電解質膜が乾
燥する問題が無いので、パージの目的以外では、運転開
始時に水蒸気が燃料経路に導入されなくてもよい。

【００７３】また、以上の説明では、改質器１１に水を
供給することにより水蒸気を発生させ、高分子電解質型
の燃料電池９に水蒸気を導入するとして説明してきた
が、本発明の燃料電池９は、アノード９ａにおける高分
子電解質膜を加湿することができるのであれば、運転開
始前に水蒸気または水を直接、燃料電池９に導入するた
めの高分子電解質膜加湿手段を有する燃料電池９であっ
てもよい。

【００７４】例えば、改質手段として部分酸化方式を使
用すれば、改質手段に水を供給する必要がないため、水
ポンプ５は燃料経路をパージするために必要とされる水
が供給される能力があればよい。一方電解質加湿手段と
しては、燃料電池９のアノード９ａの電解質膜に、その
乾燥を防ぐために必要な水の量が供給されればよい。ま
た、原料ガスとして水素を使用すれば、改質触媒１、変
成器８、一酸化炭素除去器７も不要となり、燃料経路の
内部容積が小さくなるため、水蒸気パージするための水
ポンプ５はさらに小さな能力のものでよい。また、運手
停止後、閉止弁２２を閉鎖して、外部から燃料経路に空
気が導入される可能性が排除できれば、水ポンプが不要
となることも考えられる。

【００７５】また、以上の説明では、燃料電池９として
高分子電解型燃料電池を使用する場合として説明した
が、燐酸型燃料電池を用いることも考えられる。その場
合の起動時の動作としては、実施の形態１と同様である
が、停止時の動作において、電解質膜が乾燥する問題が
ないため、水蒸気パージの後、三方弁１３を作動させな
いで空気パージを行ってもよい。

【００７６】また、固体酸化物型、溶融炭酸塩型などの
作動温度が高い燃料電池を用いる場合は、燃料電池９に
触媒が必要とされないため、三方弁１３はなくてもよ
い。図４に実施の形態１の変形例として、そのような場
合の構成例を示す。その場合、変成器８、一酸化炭素除
去器７は省略される。

【００７７】そして、その場合の運転開始時の動作とし
ては、実施の形態１の場合と同様にまず水蒸気を燃料経
路に導入して、燃料経路に残留するガスを水蒸気で置換
し、その後、実施の形態１の場合と同様に原料ガスを改
質器１に供給することにより、水素リッチガスを発生さ
せ、水素リッチガスを燃料電池９のアノード９ａに導入
させる。この場合、発生した水素リッチガスには一酸化
炭素が含まれるが、固体酸化物型または溶融炭酸塩型の
燃料電池の作動温度は、高分子電解質型の燃料電池の作
動温度よりも高いため、一酸化炭素も発電反応に寄与す
る。

【００７８】次に、運転停止時には、実施の形態１の場
合と同様に、水蒸気を燃料経路に導入して、燃料経路内
に残留するガスを水蒸気で置換し、その後空気ポンプ５
を作動させて燃料経路内に滞留する水蒸気を空気で置換
する、という動作となる。

【００７９】このような動作により燃料電池発電システ
ムの運転開始前、および運転停止後のパージを行うこと
ができる。なお、この場合、必要が無ければ運手開始前
のパージを省略することができる。

【００８０】また、以上の説明では、制御装置１１がハ
ードウェアで構成されたコンピュータを有するとして説
明したが、制御装置１１はリレーで構成されていてもよ
く、本発明の燃料電池発電システムの運転、停止時に、
原料ガス供給弁３、遮断弁２０、バーナ２、水ポンプ
４、空気ポンプ５、送風機１０、三方弁１３、三方弁１
９等をシーケンス的に制御できるものであれば、他のタ
イプの制御装置であっても同様の効果が得られる。

【００８１】なお、以上の説明において、制御装置１１
が、第１制御手段から〜第２１制御手段を兼ねていても
よいし、第１制御手段から〜第２１制御手段までの一部
を兼ね、その他の制御手段が個別に構成されていてもよ
いし、一体化して構成化されていてもよい。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、イニシャルコストおよ
びランニングコストを低減させた燃料電池発電システム
を提供することができる。

【００８３】また、改質手段の下流に切替手段を有する
場合は、高分子電解質型燃料電池発電システムの性能劣
化を防ぐことができる。

【００８４】また、改質反応が水蒸気改質方式である場
合は、イニシャルコストをさらに低減させることができ
る。

【００８５】また、燃料電池が切替手段の下流に腐食耐
性配管で接続された場合は、燃料電池発電システムの性
能劣化をさらに防ぐことができる。

【００８６】また、燃料電池のアノードから排出される
アノード排出ガスを加熱手段に導入する場合は、安全性
を高めることができる。

【００８７】また、排出経路が加熱手段に接続される場
合は、さらに安全性を高めることができる。

【００８８】また、アノード排出口に閉止弁が設けられ
た場合は、燃料電池発電システムの性能劣化をさらに防
ぐことができる。

【００８９】本発明の電解質膜加湿手段を有する燃料電
池によれば、高分子電解質型燃料電池の性能劣化を防ぐ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態１における、燃料
電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。

【図２】図２は、本発明の実施の形態２における、燃料
電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。

【図３】図３は、本発明の実施の形態１の変形例であ
る、燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図
である。

【図４】図４は、本発明の実施の形態１の変形例であ
る、燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図
である。

【図５】図５は、従来の燃料電池発電システムのシステ
ム構成を示す模式図である。

【符号の説明】 １ 改質器 １ａ 改質触媒 １ｂ 上流部 ２ バーナ ３ 原料ガス供給弁 ４ 水ポンプ ５ 空気ポンプ ６ 脱硫器 ７ 一酸化炭素除去器 ７ａ 一酸化炭素除去触媒 ８ 変成器 ９ 燃料電池 ９ａ アノード ９ｂ カソード １０ 送風機 １１ 制御装置 １２ アノード排出ガス接続管 １３ 三方弁 １４ 窒素供給管 １５ 遮断弁 １６ 窒素設備 １７ 改質ガス供給管 １８ 排出経路 １９ 三方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (72)発明者 上田 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内田 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 KK42 MM12

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改質手段と、前記改質手段を加熱するた
   めの加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段
   と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改
   質手段の下流に接続された燃料電池とを備えた燃料電池
   発電システムであって、 前記改質手段への原料ガスの供給を停止した後、前記水
   供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を
   前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第１制御手
   段と、 前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料
   経路に導入することにより、前記燃料経路に残留してい
   るガスを置換する第２制御手段と、 前記燃料経路を水蒸気で置換した後、前記空気供給手段
   によって、前記燃料経路に空気を導入し、前記燃料経路
   に残留する水蒸気を置換する第３制御手段と、を備える
   燃料電池発電システム。
2. 【請求項２】 改質手段と、前記改質手段を加熱するた
   めの加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段
   と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改
   質手段の下流に接続された切替手段と、前記切替手段の
   下流に接続された燃料電池と、前記切替手段を介して分
   岐された排出経路と、を備えた燃料電池発電システムで
   あって、 前記改質手段への原料ガスの供給を停止した後、前記水
   供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を
   前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第４制御手
   段と、 前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料
   経路に導入することにより、前記燃料経路に残留してい
   るガスを置換する第５制御手段と、 前記燃料経路を前記水蒸気で置換した後、前記切替手段
   を作動させることにより、前記燃料経路のうち前記切替
   手段から前記燃料電池に至る経路を遮断し、前記改質手
   段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る経路
   を通じさせる第６制御手段と、 前記切替手段を作動させた後、前記空気供給手段によっ
   て、前記改質手段に空気を導入し、前記燃料経路のうち
   前記改質手段から前記切替手段までの経路に残留する水
   蒸気を置換する第７制御手段と、を備える燃料電池発電
   システム。
3. 【請求項３】 前記改質手段における改質反応が水蒸気
   改質方式である、請求項１または２に記載の燃料電池発
   電システム。
4. 【請求項４】 前記燃料電池は、前記切替手段の下流に
   腐食耐性を有する配管を介して接続されている、請求項
   ２または３に記載の燃料電池発電システム。
5. 【請求項５】 前記燃料電池のアノードから排出される
   アノード排出ガスを前記加熱手段に導入するためのアノ
   ード排出ガス接続管をさらに備える、請求項２〜４のい
   ずれかに記載の燃料電池発電システム。
6. 【請求項６】 高分子電解質膜を有する燃料電池であっ
   て、その運転開始前に前記高分子電解質膜を加湿する高
   分子電解質膜加湿手段を備える燃料電池。
7. 【請求項７】 改質手段と、前記改質手段を加熱するた
   めの加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段
   と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改
   質手段の下流に接続された燃料電池と、を備えた燃料電
   池発電システムであって、 前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給
   手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記
   加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第８制御手段
   と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導入
   する第９制御手段と、を備える燃料電池発電システム。
8. 【請求項８】 改質手段と、前記改質手段を加熱するた
   めの加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段
   と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改
   質手段の下流に接続された一酸化炭素除去手段と、前記
   一酸化炭素除去手段の下流に接続された切替手段と、前
   記切替手段の下流に接続された、燃料電池と、前記切替
   手段を介して分岐される排出経路と、を備える燃料電池
   発電システムであって、 前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給
   手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記
   加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第１０制御手段
   と、 前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導入し、
   その後前記切替手段を作動させることにより、前記燃料
   経路のうち前記切替手段から前記燃料電池に至る経路を
   遮断し、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記
   排出経路に至る経路を通じさせる第１１制御手段と、 前記切替手段を作動させた後、原料ガスの供給を開始し
   て前記改質手段において水素リッチガスを発生させる第
   １２制御手段と、 前記一酸化炭素除去手段の温度が、前記水素リッチガス
   から一酸化炭素を除去するために必要な温度まで上昇し
   た後、前記切替手段を作動させることにより、前記排出
   経路を遮断し、前記燃料経路に一酸化炭素を除去した水
   素リッチガスを導入する第１３制御手段と、を備える燃
   料電池発電システム。
9. 【請求項９】 改質手段と、前記改質手段を加熱するた
   めの加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段
   と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改
   質手段の下流に接続された燃料電池と、を備えた燃料電
   池発電システムであって、 前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給
   手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記
   加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第１４制御手段
   と、 前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料
   経路に導入することにより、前記燃料経路に残留してい
   るガスを置換する第１５制御手段と、を備える燃料電池
   発電システム。
10. 【請求項１０】 改質手段と、前記改質手段を加熱する
    ための加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手
    段と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記
    改質手段の下流に接続された切替手段と、前記切替手段
    の下流に接続された燃料電池と、前記切替手段を介して
    分岐された排出経路と、を備えた燃料電池発電システム
    であって、 前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給
    手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記
    加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる第１６制御手段
    と、 前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料
    経路に導入することにより、前記燃料経路に残留してい
    るガスを置換する第１７制御手段と、 前記燃料経路を前記水蒸気で置換した後、前記切替手段
    を作動させることにより、前記燃料経路のうち前記切替
    手段から前記燃料電池に至る経路を遮断し、前記改質手
    段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る経路
    を通じさせる第１８制御手段と、 前記切替手段を作動させた後、原料ガスの供給を開始し
    て前記改質手段において水素リッチガスを発生させる第
    １９制御手段と、 前記改質手段の温度が所定の温度に達した後、前記切替
    手段を作動させることにより、前記排出経路を遮断し、
    前記燃料経路に水素リッチガスを導入する第２０制御手
    段と、を備える燃料電池発電システム。
11. 【請求項１１】 前記排出経路が前記加熱手段に接続さ
    れる、請求項８または１０に記載の燃料電池発電システ
    ム。
12. 【請求項１２】 前記燃料電池のアノード排出口に閉止
    弁が設けられ、前記水蒸気が前記燃料電池に導入された
    後、前記閉止弁を閉鎖する第２１制御手段を備える、請
    求項２〜５、７、８、１０、１１のいずれかに記載の燃
    料電池発電システム。