JP2004288562A

JP2004288562A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2004288562A
Application number: JP2003081866A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Takagi; 裕登高木
Original assignee: Ebara Ballard Corp
Current assignee: Ebara Ballard Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】燃料電池スタックの昇温に際し起動時の消費エネルギーを抑制し、昇温時間を短縮することができ、起動時間を短縮することができる燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】炭化水素系燃料ｈの供給を受け、水素を主成分とする改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質部を加熱するバーナー部２５とを有する燃料処理装置２と、改質ガスの供給を受け発電する燃料電池スタック３と、燃料電池スタックの発電と、燃料電池スタックに供給され発電に利用される改質ガスの利用率とを制御する第１の制御部４とを備え、バーナー部は、燃料電池スタックで発電に利用されなかった改質ガスを燃焼させて改質部を加熱し、第１の制御部４が、燃料電池スタックの発電開始時から前記燃料電池スタックがある部分負荷に相当する部分発電量を発電するまでの間、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する。
【選択図】図１

Description

【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し、特に起動時のスタック水素利用率を通常発電時よりも低く設定するように制御する制御部を備えた燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料を処理し、改質ガスとする燃料処理装置と、改質ガスを利用し発電を行なう燃料電池スタックとを備える従来の燃料電池発電システムは、室温レベルからの冷起動を行う場合、すなわち燃料電池スタックを前もって昇温せずに起動を行う場合は、燃料電池スタックの温度が低く、通常発電時に供給される改質ガスの供給量を供給して発電をしようとすると、燃料電池スタックのセル内で改質ガス中の水蒸気が凝縮してフラッディングを起こし、正常に起動できないことがある。従来は、このフラッディングを回避するため、燃料電池スタックによる発電の開始前に燃料電池スタックをヒータ等のなんらかの手段で昇温することが多かった
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では燃料電池スタックの昇温に際しエネルギーを消費する上、燃料電池スタックの昇温に時間がかかり、燃料電池発電システムの起動時間が長くなるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、燃料電池スタックの昇温に際し起動時の消費エネルギーを抑制し、昇温時間を短縮することができ、起動時間を短縮することができる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料電池発電システム１は、例えば図１に示すように、炭化水素系燃料ｈの供給を受け、水素を主成分とする改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質部２１を加熱するバーナー部２５とを有する燃料処理装置２と；改質ガスｇの供給を受け発電する燃料電池スタック３と；燃料電池スタック３の発電と、燃料電池スタック３に供給され発電に利用される改質ガスｇの利用率とを制御する第１の制御部４とを備え；バーナー部２５は、燃料電池スタック３で発電に利用されなかった改質ガスｇを燃焼させて改質部２１を加熱し；第１の制御部４が、燃料電池スタック３の発電開始時から燃料電池スタック３がある部分負荷に相当する部分発電量を発電するまでの間、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する。
【０００６】
このように構成すると、燃料処理装置２と、燃料電池スタック３と、第１の制御部４とを備え、第１の制御部４は、燃料電池スタック３の発電開始時から燃料電池スタック３がある部分負荷に相当する部分発電量を発電するまでの間、改質ガスｇの利用率を部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する。よって、燃料電池スタック３内に流通する改質ガスｇの流量が増加するので、通常時よりも改質ガスｇの流量が多くなり、燃料電池スタック３内の水分を、流量の多くなった改質ガスｇにより押し出すことができ、燃料電池スタック３内の水分により改質ガス流路が閉塞するフラッディングを回避することができる。また、発電に利用されずバーナー部２５で燃焼される改質ガスｇの流量が増加するので、バーナー部２５の燃焼熱で改質部２１の温度を短時間で上昇させることができ、改質部２１の温度を短時間で上昇させることにより改質部２１から燃料電池スタック３に送られる改質ガスｇの温度を短時間で上昇させ、燃料処理装置２内部の温度を上昇させることができ、燃料電池発電システム１の起動時間を短縮することができる。また、ヒータ等による加熱で燃料電池スタック３の昇温をする必要がないのでエネルギーの消費を抑えることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、例えば図１に示すように、第１の制御部４が、炭化水素系燃料ｈを前記部分発電量における通常値よりも多く供給することにより、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する。
【０００８】
第１の制御部４がこのような制御を行い、炭化水素系燃料ｈが前記部分発電量における通常値よりも多く供給されるので、燃料電池スタック３内部に流通する改質ガスｇの流量が増加し、燃料電池スタック３内の水分を、流量の増加した改質ガスｇで押し出すことができ、燃料電池スタック３内のフラッディングを回避することができる。また、燃料電池スタック３で発電に利用されずバーナー部２５で燃焼される改質ガスｇの流量が増加するので、改質部２１の温度を短時間で上昇させ、燃料処理装置２内部の温度を短時間で上昇させることができ、燃料電池発電システム１の起動時間を短縮することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システムにおいて、例えば図１に示すように、燃料処理装置２が、バーナー部２５の温度、あるいは改質部２１の温度を検出する第１の温度検出部３９を有し；第１の制御部４が、第１の温度検出部３９の検出結果に基づいて、バーナー部２５の温度、あるいは改質部２１の温度が所定の設定値を超えないように制御を行う。
【００１０】
第１の制御部４がこのような制御を行い、バーナー部２５の温度、あるいは改質部２１の温度が所定の設定値を超えないようにするので、改質部２１に充填された改質触媒の温度を許容上限値以下に維持した状態で燃料処理装置を運転することができ、改質触媒の劣化を回避することができる。ここでいう所定の設定値とは、典型的には改質触媒が許容上限温度（例えば、８００℃）であるときのバーナー部２５あるいは改質部２１の上限値の温度をいう。
【００１１】
請求項４に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、例えば図１に示すように、燃料電池スタック３が、燃料電池スタック３のスタック電流Ｉを検出する電流検出部４５を有し；第１の制御部４が、所定の値のスタック電流Ｉを流すのに必要な炭化水素系燃料ｈの流量を演算し、電流検出部４５が検出したスタック電流Ｉが前記所定の値に達するまで、前記演算した流量を維持して炭化水素系燃料ｈを燃料処理装置２に供給するよう構成される。
【００１２】
第１の制御部４がこのような制御を行い、スタック電流Ｉが前記所定の値に達するまでの間、演算した炭化水素系燃料ｈの流量を維持するので、この間炭化水素系燃料ｈが通常値よりも多く供給され、燃料電池スタック３で発電に利用されずバーナー部２５で燃焼される改質ガスｇの流量が増加する。なお、スタック電流Ｉの所定の値は、燃料電池スタック３内でのフラッディングが発生しないように選択される必要最小限の値である。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による燃料電池発電システム１は、例えば図５に示すように、炭化水素系燃料ｈの供給を受ける供給口２０と、供給口２０に供給された炭化水素系燃料ｈを、水素を主成分とする改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質部２１を加熱するバーナー部２５と、燃料処理装置２内の冷えにくい部分を代表する温度を検出する第２の温度検出部３９とを有する燃料処理装置２と；改質ガスｇの供給を受け発電する燃料電池スタック３と；第２の温度検出部３９により検出された前記温度が、システム起動時に所定の値以下である場合に、前記供給口２０にパージ流体ｋ３を供給し、燃料処理装置２および燃料電池スタック３のアノード側のパージを行うよう構成された第２の制御部４とを備える。
【００１４】
このように構成すると、燃料処理装置２と、燃料電池スタック３と、第２の制御部４とを備えるので、第２の温度検出部３９により検出された、燃料処理装置２内の冷えにくい部分を代表する温度が、システム起動時に所定の値以下である場合に、供給口２０にパージ流体ｋ３を供給し、燃料処理装置２および燃料電池スタック３のアノード側のパージを行うことができ、燃料処理装置２から持ち出される水分の量を、冷えにくい部分の温度に相当する露点温度を有するパージ流体に蒸気として含まれる水分の量以下に抑え、燃料電池スタック内への水分の無用な持ち込みを避けることができる。よって、低負荷発電時にフラッディングの原因となる燃料電池スタック内残留水分を効率的にパージすることができる。したがって、燃料電池スタック３が低温でも安定して起動することができ、燃料電池発電システム１を短時間で起動することができる。また、ヒータ等による加熱で燃料電池スタック３の昇温をする必要がないのでエネルギーの消費を抑えることができる。
【００１５】
なお、燃料処理装置２内の冷えにくい部分とは、典型的には改質部２１である。燃料処理装置２内の冷えにくい部分の温度の所定の値とは、供給されたパージ流体ｋ３（通常の水蒸気分（湿度１０〜７０％）を含有するパージ流体ｋ３）中の水分が燃料処理装置出口で燃料処理装置入口よりも顕著に増加しない温度（例えば、３０℃）をいう。すなわち、この温度以下では、燃料処理装置２を通過する間にパージ流体中に含まれる水蒸気分が増加せず、燃料電池スタック３に供給されても、燃料電池スタック３内の水分を効果的に除去することができ、フラッディングを防止できる温度をいう。
【００１６】
燃料電池発電システム１は、さらに燃料電池スタック３に供給される改質ガスｇに含まれる水分を分離する気水分離部６とを備えるようにしてもよい。気水分離部６により燃料電池スタック３に供給される改質ガスｇに含まれる水分を分離するので、燃料電池スタック３内のフラッディングをより確実に防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システム１の構成を示すブロック図である。燃料電池発電システム１は、燃料処理装置２と、固体高分子電解質型燃料電池である燃料電池スタック３と、気水分離部６と、第１の制御部および第２の制御部としての制御部４と、燃料供給ライン１１と、プロセス水供給ライン１２と、スタック用空気供給ライン１３と、改質ガス搬送ライン１６と、オフガス搬送ライン１７と、切替ライン６７とを含んで構成される。
【００１９】
燃料供給ライン１１は、流体昇圧装置としてのブロワ３１と流量調節装置としての調節弁３２と流量計測装置としての流量計４７とを備える。プロセス水供給ライン１２は、流体昇圧装置としてのポンプ３３と流量調節装置としての調節弁３４と流量計測装置としての流量計４８とを備える。スタック用空気供給ライン１３は、流体昇圧装置としてのブロワ３５と流量調節装置としての調節弁３６と流量計測装置としての流量計４９とを備える。
【００２０】
燃料処理装置２は、供給口２０と、改質部２１と、変成部２２と、選択酸化部２３と、水蒸気発生部２４と、バーナー部２５とを備える。
【００２１】
供給口２０には、燃料供給ライン１１が接続され、燃料供給ライン１１は、改質部２１に炭化水素系燃料ｈ（以後単に燃料ｈという）を供給する。供給口２０に供給された燃料ｈは、さらに改質部２１に供給される。改質部２１では、供給された燃料ｈを改質し水素を主成分（例えば、水素の成分がモル％で約７０〜７５％）とする改質ガスｇにする改質反応が行われる。変成部２２では、改質ガスｇのＣＯ変成反応が行われる。選択酸化部２３には、選択酸化用空気供給ライン（不図示）が接続され、選択酸化用空気供給ラインは、選択酸化部２３に選択酸化用空気（不図示）を供給する。選択酸化部２３では、改質ガスｇ中に残存する一酸化炭素ガスの選択的酸化が行われる。
【００２２】
改質部２１には、改質部２１の温度を検出する第１温度検出部、第２の温度検出部としての温度検出器３９が設置されている。さらに変成部温２２、選択酸化部２３には温度検出器４０、４１が設置されている。温度検出器３９、４０、４１によって検出された温度は、温度信号ｉ２としてそれぞれ制御部４に送られる。
【００２３】
制御部４は、流量制御信号ｉ１を調節弁３２に送る。調節弁３２は、制御部４から流量制御信号ｉ１を受け、燃料ｈの改質部２１への供給量を調節する。流量計４７は、改質部２１に供給される燃料ｈの流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００２４】
水蒸気発生部２４には、プロセス水供給ライン１２が接続され、プロセス水供給ライン１２は、水蒸気発生部２４にプロセス水ｐを供給する。水蒸気発生部２４は、供給されたプロセス水ｐによって、変成反応が行われる変成部２２を冷却し、変成部２２は、変成部２２の熱により水蒸気発生部２４中のプロセス水ｐを蒸発させ改質用蒸気ｓを発生させる。
【００２５】
制御部４は、流量制御信号ｉ１を調節弁３４に送る。調節弁３４は、制御部４から流量制御信号ｉ１を受け、プロセス水ｐの水蒸気発生部２４への供給量を調節する。流量計４８は、水蒸気発生部２４に供給されるプロセス水ｐの流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００２６】
バーナー部２５には、オフガス搬送ライン１７が接続され、後述のオフガスｆが燃料電池スタック３から供給される。バーナー部２５で、オフガスｆが燃焼され、燃焼熱により改質部２１が加熱される。バーナー部２５には、燃焼用空気供給ライン（不図示）が接続され、燃焼用空気供給ラインはオフガスｆの燃焼に必要な燃焼用空気（不図示）をバーナー部２５に供給する。
【００２７】
燃料ｈは、典型的には、都市ガス（エタン、メタン、プロパン、ブタン等を主成分とする１３Ａ）である。なお、燃料ｈは気体だけでなく液体であってもよく、液体の場合はブロワ３１の代わりにポンプ（不図示）が使用される。
【００２８】
改質用蒸気供給ライン１５は、水蒸気発生部２４で燃料供給装置２に接続され、さらに調節弁３２および流量計４７の下流側で燃料供給ライン１１に接続され、水蒸気発生部２４と燃料供給ライン１１を繋ぎ、水蒸気発生部２４で発生した改質用蒸気ｓを、燃料供給ライン１１、供給口２０を介して改質部２１に搬送する。
【００２９】
改質ガス搬送ライン１６は、燃料処理装置２の選択酸化部２３と燃料電池スタック３を繋ぎ、選択酸化部２３から燃料電池スタック３に改質ガスｇを搬送する。改質ガス搬送ライン１６には、三方切替弁６８が設置されている。三方切替弁６８には、制御部４より三方切替弁６８を切り替えるための切替信号ｉ６が送られる。オフガス搬送ライン１７は、燃料電池スタック３とバーナー部２５とを繋ぎ、後述のオフガスｆを燃料電池スタック３からバーナー部２５へ搬送する。三方切替弁６８には、切替ライン６７の一端が接続され、切替ライン６７の他端は、オフガス搬送ライン１７に接続されている。
【００３０】
燃料処理装置２から燃料電池スタック３に供給される改質ガスｇ中に含まれる水分を除去する気水分離部６は、改質ガス搬送ライン１６に設置されている。気水分離部６は三方切替弁６８の上流側に設置されている。
【００３１】
三方切替弁６８は、通常運転時はａ１側（燃料電池スタック３へ向かうライン）となり、選択酸化部２３を出た改質ガスｇは燃料処理装置２から改質ガス搬送ライン１６を通り燃料電池スタック３側に流れる。起動運転が始まる直前に三方切替弁６８のｂ１側（切替ライン６７へ向かい、燃料電池スタック３をバイパスするライン）への切り替えが行われ、切替後は、選択酸化部２３を出た改質ガスｇは、改質ガス搬送ライン１６から切替ライン６７を通り、オフガス搬送ライン１７に達し、バーナー部２５へ送られる。オフガス搬送ライン１７と切替ライン６７との合流部の上流側には逆止弁６９が設置され、切替ライン６７からオフガス搬送ライン１７に流れ込んだ改質ガスｇが燃料電池スタック３へ逆流しないようになっている。
【００３２】
燃料電池スタック３は、固定高分子膜（不図示）とセパレータ（不図示）とが交互に重ねられた多重構造である。燃料電池スタック３には、スタック用空気供給ライン１３が接続され、燃料電池スタック３のカソード側にスタック用空気ｋ１を供給する。
【００３３】
制御部４は、流量制御信号ｉ１を調節弁３６に送る。調節弁３６は、制御部４から流量制御信号ｉ１を受け、燃料電池スタック３のカソード側へのスタック用空気ｋ１の供給量を調節する。流量計４９は、燃料電池スタック３のカソード側に供給されるスタック用空気ｋ１の流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００３４】
燃料電池スタック３は、供給された改質ガスｇと酸化剤ガスとしてのスタック用空気ｋ１とを電気化学的に反応させて発電を行うと共に、オフガスｆ（未利用改質ガス）を発生する。ここでオフガスｆは、燃料電池スタック３において、水素が発電に利用された後の余剰改質ガスであり、改質ガスｇに含まれる水素のうち、例えば８０パーセント（モルパーセント）が発電に使用された場合、残り２０パーセント（モルパーセント）相当量の水素を含むいわゆる水素リッチガスである。
【００３５】
燃料電池スタック３は、負荷５（何らかの電気機器、例えばＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータで系統と連係し、一般家庭に電力を供給する。）に電気的に接続されている。燃料電池スタック３は、スタック電圧Ｖｓを検出するスタック電圧検出器４５と、スタック電流Ｉを検出するスタック電流検出器４６とを有する。スタック電圧検出器４５によって検出されたスタック電圧Ｖｓは、電圧信号ｉ３として制御部４に送られる。スタック電流検出器４６によって検出されたスタック電流Ｉは、電流信号ｉ４として制御部４に送られる。制御部４は、電圧信号ｉ３と電流信号ｉ４から燃料電池スタック３の発電量を計算する。
【００３６】
ブロワ３１、ポンプ３３、ブロワ３５は、不図示のモータにより駆動され、燃料ｈ、プロセス水ｐ、スタック用空気ｋ１をそれぞれ昇圧し、定常状態で回転数はほぼ一定である。これらを例えば蒸気タービン（不図示）により駆動し、回転数制御により流量が制御されるようにしてもよいし、回転数制御が可能なモータ（不図示）により駆動し、流量が制御されるようにしてもよい。回転数制御を行う場合、調節弁３２、３４、３６は設置しなくてもよい。
【００３７】
次に、燃料電池発電システム１の通常運転時の作用を説明する。
燃料ｈは、ブロワ３１により搬送され燃料供給ライン１１、供給口２０を介して改質部２１に供給される。燃料供給ライン１１に設置された調節弁３２は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量の燃料ｈを流すよう所定の開度に制御される。燃料ｈの流量は流量計４７により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００３８】
プロセス水ｐは、プロセス水供給ライン１２を介して水蒸気発生部２４に供給される。水蒸気発生部２４に供給されたプロセス水は、水蒸気発生部２４で蒸発し改質用蒸気ｓとして、改質用蒸気供給ライン１５から燃料供給ライン１１、供給口２０を介して改質部２１に供給され、改質用蒸気ｓとして利用される。すなわち、改質部２１では、燃料ｈが例えばメタンの場合は、改質触媒によりＣＨ_４＋＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２で表せる水蒸気改質反応が行われ、改質ガスｇとなる。
【００３９】
改質ガスｇは、前述のように改質部２１から変成部２２に送られ、変成部２２で、ＣＯ変成触媒によりＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２で表せる変成反応が行われ、改質ガスｇ中のＣＯが除去される。さらに、改質ガスｇは、変成部２２から選択酸化部２３に送られる。選択酸化用空気（不図示）は、選択酸化用空気供給ライン（不図示）から選択酸化部２３に供給される。改質ガスｇ中に残留するＣＯガスは、選択酸化部２３で選択酸化用空気により選択的に酸化され、ＣＯ＋（１／２）Ｏ_２→ＣＯ_２で表される反応が行われる。ＣＯガスが除去された改質ガスｇは、改質ガス搬送ライン１６を通って気水分離部６へ送られ、気水分離部６で改質ガスｇ中の余剰水分が分離されて除去され、気水分離部６から燃料電池スタック３に供給される。
【００４０】
燃料電池スタック３は、改質ガスｇと、スタック用空気供給ライン１３から燃料電池スタック３に供給されるスタック用空気ｋ１とを電気化学的に反応させ、発電が行われ、負荷５に電力が供給される。
【００４１】
次に、図２、図３を参照し、適宜図１を参照して本実施の形態に係る燃料電池発電システム１の制御部４による起動運転方法を説明する。なお、三方切替弁６８は、起動前には、ｂ１側となっている。また、図３において、カーブＣ１は燃料流量Ｑ１の時間的変化を、カーブＣ２は改質部温度Ｔの時間的変化、カーブＣ３はスタック電流Ｉの時間的変化、カーブＣ４はプロセス水ｐの流量Ｑ２の時間的変化を表している。なお、プロセス水ｐの流量Ｑ２は、供給される燃料ｈの炭素のモル数とプロセス水ｐが蒸発したスチームのモル数の比が改質反応に適した所定の値になるよう供給される。なお、図３において改質部２１の温度は室温から開始するように記載されているが、前回のシステムの停止から時間が経過していないときは室温より高温の温度から開始する場合もある。
【００４２】
起動運転を開始し（ステップＳ１）、次に、制御部４からの流量制御信号ｉ１により調節弁３２を操作し燃料ｈを燃料処理装置２に供給する（ステップＳ６）（時刻ｔ０）。同様に燃焼用空気（図１に不図示）を、バーナー部２５に供給する（ステップＳ７）。その直後にバーナー部２５を点火する（ステップＳ８）。温度検出器３９によって改質部２１の温度を検知（ステップＳ９）し、温度信号ｉ２として制御部４に送る。
【００４３】
流量制御信号ｉ１は、改質部２１の温度が、炭化水素系の燃料ｈ中の炭素が析出しない上限値Ｔ_Ｕ１（例えば４００℃）になるよう調節弁３２の開度を調節し制御する信号である。したがって、図３に示すように、燃料ｈの流量は最初一気に流量Ｑ１が増加する（図２に不図示）。燃料処理装置２に供給された燃料ｈは、改質部２１の温度が改質反応が起こりえる下限値Ｔ_Ｌ１（例えば６００℃）未満なので改質反応を受けず燃料処理装置２を出て、改質ガス搬送ライン１６、三方切替弁６８、切替ライン６７、オフガス搬送ライン１７を通り、バーナー部２５へ入り燃焼される。バーナー部２５での燃焼により改質部２１の温度は上昇する。
【００４４】
改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ１に近づくと、開度を小さくする流量制御信号ｉ１が調節弁３２に送られ、流量Ｑ１は徐々に減少する。改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ１に到達した（時刻ｔ０１）後は、流量制御信号ｉ１は、燃料ｈの流量Ｑ１を、バーナー部２５の燃焼を維持に必要な最小流量Ｑ１_１になるように徐々に減少させる（図２に不図示）。
【００４５】
制御部４は、温度検出器３９からの温度信号ｉ２を基に改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ１以上か否かの判断を行う（ステップＳ１０）。改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ１未満の場合（ステップＳ１０がＮＯの場合）、ステップＳ９に戻り、改質部２１の温度の検知（ステップＳ９）を続ける。
【００４６】
改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ１以上の場合（ステップＳ１０がＹＥＳの場合）、制御部４からの流量制御信号ｉ１により調節弁３４を操作し、プロセス水ｐを水蒸気発生部２４に供給する（ステップＳ１１）（時刻ｔ０１）。その後、選択酸化部２３に選択酸化用空気（不図示）供給し、さらに燃料処理装置内の各温度（改質部２１、変成部２２、選択酸化部２３）を検出する（ステップＳ１２Ａ）。燃料処理装置内の各温度が下限値Ｔ_Ｌ１〜Ｔ_Ｌ３に到達したか否かが判断される（ステップＳ１２Ｂ）。改質部２１の下限値Ｔ_Ｌ１は例えば６００℃、変成部２２の下限値Ｔ_Ｌ２は例えば２５０℃、選択酸化部２３の下限値Ｔ_Ｌ３が例えば１１０℃である。これらの温度は、改質反応、変成反応、選択酸化反応が適切に行われる下限値である。各温度のすべて下限値Ｔ_Ｌ１〜Ｔ_Ｌ３に到達した場合（ステップＳ１２ＢがＹＥＳの場合）、切替信号ｉ６により三方切替弁６８をａ１側に切り替える（ステップＳ１２Ｃ）。各温度の少なくとも１つがすべて下限値Ｔ_Ｌ１〜Ｔ_Ｌ３に到達しない場合（ステップＳ１２ＢがＮＯの場合）は、ステップＳ１２Ａに戻り各温度の検出が続けられる。
【００４７】
改質部２１の温度が下限値Ｔ_Ｌ１以上であり、プロセス水ｐが蒸気発生部２４に送られるので蒸気発生部２４から改質用蒸気ｓが改質部２１に送られ、改質部２１で燃料ｈの改質反応により改質ガスｇが生成され、改質ガスｇはさらに変成部２２でＣＯ変成反応によりＣＯが除去される。改質ガスｇは、変性部２２より選択酸化部２３に送られ、選択酸化部２３で改質ガスｇ中のＣ０が選択酸化反応により除去される。選択酸化部２３を出た改質ガスｇは、改質ガス搬送ライン１６を経て余剰水分が気水分離部６で除去され、燃料電池スタック３に供給される。この段階では、燃料電池スタック３に供給される改質ガスｇは、燃料電池スタック３で発電に利用されない改質ガスｇであり、そのままオフガス搬送ライン１７を経てバーナー部２５に送られ燃焼される。改質部２１の温度はさらに上昇し続ける（カーブＣ２）。
【００４８】
次に、燃料ｈの流量を増加し過剰の一定量Ｑ１_２を供給し、プロセス水ｐの流量を増加し一定量（燃料ｈの流量Ｑ１_２に対応する量）を供給する（ステップＳ１３）（時刻ｔ１）。同時に供給増加開始からの経過時間を測定し（ステップＳ１４）、供給増加開始から６０秒以上経過したか否かの判断を行う（ステップＳ１５）。ここで６０秒は、制御部４から調節弁３２に流量を増加する流量制御信号ｉ１が送られ、調節弁３２の開度が増え、実際に流量が増加し安定する（時刻ｔ２（時刻ｔ１より６０秒未満経過））のに十分な時間である。
【００４９】
供給増加開始から６０秒以上経過していない間（ステップＳ１５がＮＯの場合）は、ステップＳ１５の前に戻り供給増加開始からの経過時間が６０秒以上経過したか否かの判断を継続する（ステップＳ１５）。供給増加開始から６０秒以上経過したら（ステップＳ１５がＹＥＳの場合）、制御部４からの流量制御信号ｉ１により調節弁３６を操作してスタック用空気ｋ１を燃料電池スタック３のアノード側に供給し（ステップＳ１６）、燃料電池スタック３を負荷４に電気的に接続して発電を開始し、負荷５にスタック電流Ｉを供給する（ステップＳ１７）（時刻ｔ３）。スタック電流値Ｉは次第に増加される。発電開始と同時に、電流検出部４５によるスタック電流Ｉの検知が開始される（ステップＳ１８）
【００５０】
燃料電池スタック３が負荷５に電気的に接続されるので、燃料電池スタック３に供給された改質ガスｇは、スタック用空気ｋ１と電気化学的に反応し、燃料電池スタック３による発電が行われる。バーナー部２５には、オフガスｆが送られ、燃焼されるが、スタック電流Ｉの値が低いときはオフガスｆ中の改質ガスｇの未利用分が多いので、改質部２１の温度は上昇するが、スタック電流Ｉの値が大きくなるにつれて、改質ガスｇの未利用分が減少し、改質部２１の温度はやがて下降に転じる（時刻ｔ４以降）。
【００５１】
次に、スタック電流Ｉが２０Ａ以上に達したか否かの判断が行われる（ステップＳ１９）。スタック電流Ｉが２０Ａに達していない場合（ステップＳ１９がＮＯの場合）は、ステップＳ１９の前に戻る。スタック電流Ｉが２０Ａに達した場合（ステップＳ１９がＹＥＳの場合）は、スタック電流Ｉの伴い、燃料ｈの流量、プロセス水の流量を増加させる（ステップＳ２０）（時刻ｔ５）。すなわち、制御部４は、調節弁３２の開度を増加させる流量制御信号ｉ１を調節弁３２に送り、燃料ｈの流量を増加させる。
【００５２】
改質部２１の温度を温度検出部３９によって検出し（ステップＳ２１）、改質部２１の温度が本発明の所定の設定値としての上限値Ｔ_Ｕ３（例えば、８００℃）以上か否かの判断を行う（ステップＳ２２Ａ）。改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ３以上の場合（ステップＳ２２ＡがＹＥＳの場合）は、安全のため、燃料電池発電システムを停止する（ステップＳ２２Ｂ）。改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ３未満の場合（ステップＳ２２ＡがＮＯの場合）は、改質部２１の温度が本発明の所定の設定値としての上限値Ｔ_Ｕ２（例えば、７５０℃）以上か否かの判断を行う（ステップＳ２２Ｃ）。改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ２以上の場合（ステップＳ２２ＣがＹＥＳの場合）、燃料ｈの供給量を所定の量よりも１０％減少させる（ステップＳ２２Ｄ）。燃料ｈの供給量の減少により燃料電池スタック３に供給される改質ガス量ｇの流量は減少するが、改質温度が高い分、改質反応が進むため、燃料電池における電気化学反応に十分な量の水素を供給することができる。この処理を行った後、ステップＳ２１に戻る。なお、所定の量とは、通常発電時にスタック水素利用率が８０％となるような燃料流量をいう。また、ステップＳ２２Ｄで、所定の量より１０％減少させる操作を行い、その後所定時間経過しても、改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ２以上の場合は、供給量を現在の量より５％減少させる（図２に不図示）。
【００５３】
改質部２１の温度を検出し、改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ２を超えた場合は、燃料流量を前述のように１０％減少し、上限値Ｔ_Ｕ３を超えた場合は起動運転を中止するので、改質触媒の許容値を超える温度上昇を回避することができ、改質触媒の劣化を防止することができる。
【００５４】
改質部２１の温度が上限値Ｔ_Ｕ２未満の場合（ステップＳ２２ＣがＮＯの場合）は、電流検出部４５によってスタック電流Ｉを検知し（ステップＳ２３）、スタック電流Ｉが目標値（６０Ａ）以上か否か判断する（ステップＳ２４）。スタック電流Ｉが目標値未満の場合は（ステップＳ２４がＮＯの場合）、ステップＳ２４の前に戻る。スタック電流Ｉが目標値以上の場合は（ステップＳ２４がＹＥＳの場合）、燃料ｈの流量の増加、プロセス水の流量の増加を中止し（ステップＳ２５）、起動運転が終了する（ステップＳ２６）。
【００５５】
なお、ステップＳ１３でいう燃料ｈの過剰の一定量Ｑ１_２は、ステップＳ２０において燃料流量の増加を開始するときのスタック電流Ｉ（２０Ａ）を、燃料電池スタック３が発生させるときに燃料処理装置２に供給する燃料ｈの通常流量に等しい。本実施の形態では、スタック電流Ｉが２０Ａ（定格スタック電流の３３％）になる発電量を発電することができる、制御部４により演算された流量であり、定格流量の約３３％である。また、スタック電流Ｉが２０Ａになる発電量が本発明の部分発電量である。
【００５６】
ステップＳ１３で、前述のようにスタック電流Ｉが２０Ａに達する以前にスタック電流Ｉが２０Ａとなる発電量を発電することができる通常流量の燃料ｈを供給する。よって、スタック電流Ｉが２０Ａに達する以前は、燃料ｈの流量は通常値よりも多く、スタック電流Ｉが２０Ａに達した後に燃料ｈの流量が通常値に等しくなる。すなわち、スタック電流Ｉが２０Ａに達する以前は、燃料ｈの利用率は通常値よりも小さい。スタック電流Ｉが２０Ａに達したときには、改質温度が通常の運転温度より高いため、燃料ｈの利用率は通常値よりも高い。改質温度が通常の運転温度まで下がった時点で、燃料ｈの利用率は通常値と等しくなる。
【００５７】
よって、スタック電流Ｉが２０Ａに達する以前は、改質ガスの利用率をスタック電流が２０Ａであるときの通常値よりも低くなるように制御するので、バーナー部２５に供給される改質ガスｇの流量が増加する。よって、通常時よりも改質ガスｇの流量が多くなり、燃料電池スタック３内の水分を、流量の多くなった改質ガスｇにより押し出すことができ、燃料電池スタック３内の水分により改質ガス流路が閉塞するフラッディングを回避することができる。
【００５８】
また、発電に利用されずバーナー部２５で燃焼される改質ガスｇの流量が増加するので、バーナー部２５が改質部２１の温度を短時間で上昇させることができ、改質部２１の温度を短時間で上昇させることにより、改質部２１から燃料電池スタック３に送られる改質ガスｇの温度を短時間で上昇させ、改質ガスｇが燃料電池スタック３の温度を短時間で上昇させることができる。したがって、燃料電池発電システム１の起動時間を短縮し、フラッディングを起こすことなく安全に起動することができる。また、改質触媒の温度を上昇させるヒータ等を不要とすることができ、昇温のため消費するエネルギーを抑制することができる。なお、２０Ａが本発明のスタック電流Ｉの所定の値である。
【００５９】
なお、本実施の形態では、前述のように制御部４は、燃料電池スタック３の発電量と、燃料処理装置２に供給する燃料ｈの流量とを制御している。燃料ｈの流量を制御することは、燃料電池スタック３に供給される改質ガスｇの流量を制御していることになる。よって、制御部４は、燃料電池スタック３に供給され発電に利用される改質ガスｇの利用率を制御していることになる。
【００６０】
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態の燃料電池発電システム１０１は、改質部２１の温度検出器３９に代えて、バーナー部２５に第１の温度検出部としての温度検出器４０を取り付ける。前述のステップＳ９、ステップＳ２１において、改質部２１の温度を温度検出器３９で測定する代わりに、バーナー部２５の温度を温度検出器４０で測定する。温度検出器４０で測定された温度を、温度信号ｉ２として制御部４に送り、当該測定温度を使用して前述のステップＳ１０、ステップＳ２２Ａ、ステップＳ２２Ｃの判断制御を行う。
【００６１】
この場合、バーナー部２５用の上限値Ｔ_Ｕ１（改質部２１の温度が４００℃に達し燃料ｈの炭化が発生する温度）として例えば４５０℃、下限値Ｔ_Ｌ１（改質部２１の温度が６００℃に達し、燃料ｈの改質反応が行われる温度）として例えば６５０℃、下限値Ｔ_Ｌ２（改質部２１の温度が７５０℃に達する温度）として例えば８００℃、下限値Ｔ_Ｌ３（改質触媒の温度が許容限度である８００℃に達する温度）として例えば８５０℃を用いるとよい。
【００６２】
またステップＳ１２Ａを省略し、ステップＳ１２Ｂにおいて、バーナー部２５の温度を検出し、次にバーナー部２５の温度が、バーナー部２５用の下限値Ｔ_Ｌ１を超えてから所定時間（例えば、２０分）経過したか否かの判断を行うようにするとよい。所定時間とは、燃料ｈの供給量が前述のＱ１_２である場合に、バーナー部２５の温度が６５０℃に到達したことにより改質部２１の温度が６００℃に到達したことを確実に推測でき、さらにその後所定時間経過したことにより変成部２２の温度が２５０℃に到達し、選択酸化部２３の温度が１１０℃に到達したことを確実に推測できると経験的に判断できる時間である。
以上のようにバーナー部２５の温度を監視することにより、燃料処理装置２内での燃料中の炭素の析出を回避し、あるいは質のよい改質ガスを燃料処理装置２で製造し燃料電池スタック３に供給し、あるいは改質触媒の許容値を超える温度上昇を回避することができ、改質触媒の劣化を防止することができる。
【００６３】
本第２の実施の形態の燃料電池発電システム１０１では、燃料流量Ｑ１、バーナー部２５の温度（図３では、カーブＣ２は改質部２１の温度である。バーナー部２５の温度は、改質部２１の温度に約５０℃を加えた値である。）、スタック電流Ｉ、プロセス水の流量Ｑ３は、図３に示したカーブＣ１〜Ｃ４と同様に時間的に変化する。本実施の形態の効果は、前述の第１の実施の形態の燃料電池発電システム１の効果と同様である。
【００６４】
図５に示す本発明の第３の実施の形態の燃料電池発電システム２０１の構成を、図１に示す本発明の第１の実施の形態の燃料電池発電システム１の構成との相違を中心に説明する。本実施の形態では、燃料電池発電システム２０１は、第１開閉弁７３を有する第１パージ気体供給ライン７１を備える。スタック用空気供給ライン１３は、燃料電池スタック３のカソード側に、通常運転時にスタック用空気ｋ１を供給することに加えて、起動運転時にスタック用空気ｋ１をパージ用空気（パージ流体）として供給するよう構成されている。また、バーナー部２５は、後述のように第１パージ気体供給ライン７１から供給されバーナー部２５に達したパージ用空気ｋ３を排出する、排出ライン８１を備える。また、燃料電池スタック３は、カソード側に供給されたスタック用空気ｋ１を排出する排出ライン８２を備える。カソード側にパージ用空気として供給されたスタック用空気ｋ１は、排出ライン８２から排出される。
【００６５】
第１パージ気体供給ライン７１は、燃料供給ライン１１に接続されている。パージ用空気源（不図示）からパージ流体としてのパージ用空気ｋ３を、第１開閉弁７３を開とすることにより、燃料ｈと同じ経路で燃料処理装置２に供給する。第１パージ気体供給ライン７１の燃料供給ライン１１への接続位置は、流量計４７の前（上流側）、制御弁３２の後（下流側）である。
【００６６】
燃料供給ライン１１には、第１パージ気体供給ライン７１の接続部の直上流側に逆止弁９１が取り付けてある。逆止弁９１は、供給口２０に向かって流れる流れを許容し、逆の流れを遮断する。よって、パージ用空気ｋ３は逆止弁９１より上流側には流れず、供給口２０に向かって流れる。
【００６７】
改質用蒸気供給ライン１５には、逆止弁９２が取り付けてある。逆止弁９２は、水蒸気発生部２４から燃料供給ライン１１に流れる流れを許容し、逆の流れを遮断する。よって、パージ用空気ｋ３は逆止弁９２より上流側には流れず、供給口２０に向かって流れる。
【００６８】
制御弁３２は、燃料ガス供給ライン１１の第１パージ気体供給ライン７１との接続部の上流側であってブロワ３１の下流側に取り付けてある。制御弁３２は燃料を供給するときは開となり、パージ用空気ｋ３を供給するときは閉となる。また、パージ用空気ｋ３は流量計４７を通るため、流量計４７からの信号を受け、制御弁７３によりパージ用空気ｋ３の流量制御が可能である。
【００６９】
制御部４は、開閉信号ｉ７を第１開閉弁７３に送る。第１開閉弁７３は、制御部４から開閉信号ｉ７を受け、開閉動作を行う。第１開閉弁７３が開の状態になっているときは、前述のようにパージ用空気ｋ３が供給されるが、閉の状態になっているときはパージ用空気ｋ３は供給されない。
【００７０】
制御弁３６には、通常運転時には流量制御ｉ１が制御部４から送られ、スタック用空気ｋ１の供給が行われるが、起動運転時には、開閉信号ｉ７が制御部４から送られ、スタック用空気ｋ１のパージ用空気としての供給が行われる。パージ用空気としてのスタック用空気ｋ１は流量計４９を通るため、流量計４９からの信号を受け、制御弁３６によりパージ用空気としてのスタック用空気ｋ１の流量制御が可能である。
【００７１】
本実施の形態の燃料電池発電システム１０１の通常運転時の作用は、第１の実施の形態の燃料電池発電システム１の通常運転時の作用と同じである。
【００７２】
次に、図６を参照し、適宜図５を参照して本実施の形態に係る燃料電池発電システム２０１の制御部４による起動運転方法を、前述の第１の実施の形態に係る燃料電池発電システム１の起動運転方法との相違を中心に説明する。
【００７３】
起動運転を開始（ステップＳ１）した後、制御部４からの開閉信号ｉ７により制御弁３６が開となり、燃料電池スタック３のカソード側の、スタック用空気ｋ１によるパージが行われる（ステップＳ２）。パージ用空気としてのスタック用空気ｋ１は、スタック用空気供給ライン１３から供給される。パージ用空気（スタック用空気ｋ３）は燃料電池スタック３のカソード側をパージし、カソード側に残留している凝縮水分があれば排出ライン８２から外部に排出する。
【００７４】
温度検出器３９によって改質部２１の温度を検知（ステップＳ３）し、温度信号ｉ２として制御部４に送る。制御部４は温度信号ｉ２を基に改質器２１の温度が３０℃以下か否かの判断を行う（ステップＳ４）。第１パージ気体供給ライン７１から燃料処理装置２に供給され改質部２１を通過したパージ用空気ｋ３が、改質部２１の温度と同じ温度になり、パージ用空気ｋ３の露点温度が改質部２１の温度と同じとなると仮定する。この場合、改質部２１の温度３０℃は、この温度を有し、この露点温度を有する該パージ用空気ｋ３が改質部２１より下流側に流れ、さらに温度が下がって該パージ用空気ｋ３中の水分、蒸気が凝縮し、気水分離部６で分離されず、燃料電池スタック３のアノード側に持ち込まれた場合でも、凝縮した水分は、燃料電池スタック３アノード側流路を閉塞する程の量とはならない温度である。改質部２１の温度が３０℃を超えると、パージ用空気ｋ３中の凝縮した水分が気水分離部６で分離されなかった場合、該パージ用空気ｋ３でパージされた燃料電池スタック３のアノード側にパージ用空気ｋ３中の水分が凝縮して残留する可能性がある。
【００７５】
改質部２１の温度が３０℃以下の場合（ステップＳ４がＹＥＳの場合）、制御部４からの切替信号ｉ６によって三方切替弁６８をａ１側に切り替える（ステップＳ４Ａ）。次に、制御部４からの開閉信号ｉ７により第１開閉弁７３が開となり、燃料処理装置２および燃料電池スタック３のアノード側のパージ用空気ｋ３によるパージが行われる（ステップＳ５）。パージ用空気ｋ３は燃料処理装置２をパージし、燃料処理装置２内に残留している凝縮水分があれば、改質ガス搬送ライン１６を経て気水分離部６で凝縮水分が分離される。最も冷えにくく最も温度の高い改質部２１の温度が３０℃以下であるので、燃料処理装置２から持ち出される水分量は多くても露点３０℃であるパージ用空気に含まれる水分量であり、気水分離部６に達するまでに凝縮するパージ用空気ｋ３中の水分があれば同じく気水分離部６で分離される。凝縮水分が分離されたパージ用空気ｋ３は、さらに気水分離部６から、改質ガス搬送ライン１６、三方切替弁６８、改質ガス搬送ライン１６を経て燃料電池スタック３のアノード側に供給される。供給されたパージ用空気ｋ３は、燃料電池スタック３のアノード側をパージし、アノード側に残留している凝縮水分があれば、オフガス搬送ライン１７、バーナー部２５を経て、排出ライン８１から外部に排出する。燃料電池スタック３に供給されたパージ用空気ｋ３は、露点温度が最高でも３０℃相当であるので燃料電池スタック３内でパージ用空気ｋ３からフラッディングを引きおこすような量の水分が凝縮することはない。以上のことから燃料電池スタック３のアノード側でのフラッディングを回避することができる。パージ用空気ｋ３による燃料処理装置２および燃料電池スタック３のアノード側のパージの終了後、制御部４からの切替信号ｉ６によって三方切替弁６８をｂ１側に切り替える（ステップＳ５Ａ）。
【００７６】
改質部２１の温度が３０℃以下でない場合（ステップＳ４がＮＯの場合）は、ステップＳ５およびステップＳ５Ａを経ずに次の前述のステップＳ６へ移行する。ステップＳ６以降のプロセスは、第１の実施の形態で説明した内容と同じである。但し、本実施の形態において、ステップＳ６に移行するのは、制御弁３６を制御部４からの開閉信号ｉ７により閉とし、燃料電池スタック３のカソード側のスタック用空気ｋ３のパージ用空気としての供給を終了した直後とする。
【００７７】
以上パージ流体がパージ用空気ｋ３であるとして説明したが、パージ流体は、パージ用空気ｋ３の代わりに、パージ用窒素であってもよい。ステップＳ２で行われる、燃料電池スタック３のカソード側のパージも、スタック用空気ｋ１の代わりに、パージ用窒素によって行ってもよい。
【００７８】
本実施の形態の燃料電池発電システム２０１によれば、燃料電池スタック３による発電の前に、改質部２１の温度が３０℃以下である場合に、燃料処理装置２及び燃料電池スタック３のカソード側のパージ用空気ｋ３よるパージを行い、燃料処理装置２から持ち出される水分の量を、３０℃の露点温度を有するパージ用空気ｋ３に蒸気として含まれる水分の量以下に抑え、燃料電池スタック内への水分の無用な持ち込みを避けることができる。よって、低負荷発電時にフラッディングの原因となる燃料電池スタック内残留水分を効率的にパージすることができ，燃料電池スタック３が低温でも安定して起動することができ、燃料電池発電システム１を短時間で起動することができる。また、ヒータ等による加熱で燃料電池スタック３の昇温をする必要がないのでエネルギーの消費を抑えることができる。
【００７９】
例えば、図１に示すように、
炭化水素系燃料ｈの供給を受け、水素を主成分とする改質ガスｇに改質する改質工程と；
前記改質ガスｇの供給を受け発電する発電工程と；
前記発電工程における発電と、前記発電工程に供給され発電に利用される改質ガスｇの利用率とを制御する第１の制御工程と；
前記発電工程で発電に利用されなかった改質ガスｇを燃焼させて前記改質工程に熱を供給する燃焼行程とを備え；
前記第１の制御工程が、前記の発電工程開始時から前記燃料電池スタック３がある部分負荷に相当する部分発電量を発電するまでの間、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する；
燃料電池発電システムの起動運転方法により燃料電池発電システム１を起動してもよい。
【００８０】
さらに、例えば、図１に示すように、前記第１の制御工程において、前記炭化水素系燃料ｈを前記部分発電量における通常値よりも多く供給することにより、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、燃料処理装置と、燃料電池スタックと、第１の制御部とを備え、第１の制御部は、燃料電池スタックの発電開始時から燃料電池スタックがある部分負荷に相当する部分発電量を発電するまでの間、改質ガスの利用率を部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する。よって、燃料電池スタック内に流通する改質ガスの流量が増加するので、通常時よりも改質ガスの流量が多くなり、燃料電池スタック内の水分を、流量の多くなった改質ガスにより押し出すことができ、燃料電池スタック内の水分により改質ガス流路が閉塞するフラッディングを回避することができる。また、発電に利用されずバーナー部で燃焼される改質ガスの流量が増加するので、バーナー部の燃焼熱で改質部の温度を短時間で上昇させることができ、改質部の温度を短時間で上昇させることにより改質部から燃料電池スタックに送られる改質ガスの温度を短時間で上昇させ、燃料処理装置内部の温度を上昇させることができ、燃料電池発電システムの起動時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池発電システムの起動運転方法を示すチャートである。
【図３】図１の燃料電池発電システムの起動運転時における改質部温度、燃料流量、スタック電流の時間的変動を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図５の燃料電池発電システムの起動運転方法を示すチャートである。
【符号の説明】
１、１０１、２０１燃料電池発電システム
２燃料処理装置
３燃料電池スタック
４制御部
５負荷
６気水分離部
２０供給口
２１改質部
２２変成部
２３選択酸化部
２４水蒸気発生部
２５バーナー部
３９、４０、４１、４２温度検出器
４５電流検出部
ｇ改質ガス
ｈ燃料（炭化水素系燃料）
Ｉスタック電流
ｋ１燃焼用空気
ｋ３パージ用空気
ｐプロセス水
ｓ改質用蒸気

Claims

炭化水素系燃料の供給を受け、水素を主成分とする改質ガスに改質する改質部と、前記改質部を加熱するバーナー部とを有する燃料処理装置と；
前記改質ガスの供給を受け発電する燃料電池スタックと；
前記燃料電池スタックの発電と、前記燃料電池スタックに供給され発電に利用される改質ガスの利用率とを制御する第１の制御部とを備え；
前記バーナー部は、前記燃料電池スタックで発電に利用されなかった改質ガスを燃焼させて前記改質部を加熱し；
前記第１の制御部が、前記燃料電池スタックの発電開始時から前記燃料電池スタックがある部分負荷に相当する部分発電量を発電するまでの間、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する；
燃料電池発電システム。
前記第１の制御部が、前記炭化水素系燃料を前記部分発電量における通常値よりも多く供給することにより、前記利用率を前記部分発電量における通常値よりも低くするよう制御する；
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
前記燃料処理装置が、前記バーナー部の温度、あるいは前記改質部の温度を検出する第１の温度検出部を有し；
前記第１の制御部が、第１の温度検出部の検出結果に基づいて、前記バーナー部の温度、あるいは前記改質部の温度が所定の設定値を超えないように制御を行う；
請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
前記燃料電池スタックが、前記燃料電池スタックのスタック電流を検出する電流検出部を有し；
前記第１の制御部が、所定の値のスタック電流を流すのに必要な前記炭化水素系燃料の流量を演算し、前記電流検出部が検出したスタック電流が前記所定の値に達するまで、前記演算した流量を維持して前記炭化水素系燃料を前記燃料処理装置に供給するよう構成された；
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
炭化水素系燃料の供給を受ける供給口と、前記供給口に供給された炭化水素系燃料を、水素を主成分とする改質ガスに改質する改質部と、前記改質部を加熱するバーナー部と、燃料処理装置内の冷えにくい部分を代表する温度を検出する第２の温度検出部とを有する燃料処理装置と；
前記改質ガスの供給を受け発電する燃料電池スタックと；
前記第２の温度検出部により検出された前記温度が、システム起動時に所定の値以下である場合に、前記供給口にパージ流体を供給し、前記燃料処理装置および前記燃料電池スタックのアノード側のパージを行うよう構成された第２の制御部とを備える；
燃料電池発電システム。