JP2016162606A - 燃料電池システムとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停電時に家庭で通常時よりも多くの電気を使用できるようにする。【解決手段】水素生成装置１００と燃料電池１６０を制御する制御器３０を備える燃料電池システム２００であって、制御器３０は、停電時の燃料電池１６０の最大発電電力を通常時の燃料電池１６０の最大発電電力よりも大きくする。具体的には、通常時は原料３ＮＬＮを水素生成装置１００に供給し、通常時の最大発電電力Ｗｍａｘは７００Ｗとなる。停電時には原料３．９ＮＬＭを水素生成装置１００に供給することで、停電時の最大発電電力Ｗｍａｘは９００Ｗとなる。この燃料電池システム２００は、停電時に燃料電池１６０の発電電力を通常時よりも大きくできるので、停電時にも家庭でより多くの電気を使用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系燃料を原料ガスとして発電する燃料電池を備えた燃料電池システムとその運転方法に関するものである。

燃料電池の発電時の燃料として用いる水素含有ガスは、一般的なインフラガスとして整備されていない。このため、燃料電池システムは、通常、改質器を有する水素生成装置を備える。改質器では、一般的なインフラである都市ガス、天然ガス、あるいはＬＰガスから、水素含有ガスが改質反応（一般的には、水蒸気改質反応）により生成される。

この水蒸気改質反応では、原料となる都市ガス等と水蒸気とをＮｉ系またはＲｕ系等の貴金属系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスが生成される。また、改質器を水蒸気改質反応に必要な温度にするため、燃焼器で改質器を加熱している。

起動時は、水素生成装置を通流した原料ガスを燃焼器に戻して燃焼させ、燃料電池に水素含有ガスを供給している時は、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる方法が一般的である。

また、改質器では副反応として一酸化炭素（ＣＯ）を生成するため、ＣＯが燃料電池を被毒して電圧を低下させる場合は（固体高分子形燃料電池の場合）、ＣＯ除去器を改質器の下流側に備える。ＣＯ除去器では、ＣＯと水蒸気を反応させＣＯを低減するＣＯ変成触媒と、ＣＯと微量に加えた酸素を反応させてＣＯを酸化除去する選択酸化触媒を備える。

現在市場に出ている家庭用燃料電池システムから供給可能な電力の最大出力は、平均的な家庭の電力負荷に合わせて、７００Ｗから１ｋＷ程度である。家庭での電力負荷が燃料電池システムが供給する電力よりも大きいために、電力が不足する場合は、連係する系統電源から不足分の電力を供給するようにしている。

ところで、家庭では系統電源が遮断された、いわゆる停電状態のときにも電力を利用することが望まれているため、燃料電池システムを系統電力が遮断されても運転できるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１４３３４３号公報

しかしながら、特許文献１で提案されたものでは、停電時に燃料電池システムから供給される電力の最大値が通常時と同じため、停電時に家庭で多くの電気を使用することができない。

そこで、本発明は、停電時に家庭で通常時よりも多くの電気を使用できるようにすることを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、停電時の燃料電池の最大発電電力を通常時の燃料電池の最大発電電力よりも大きくする制御器を備えたのである。

これにより、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくすることができるので、停電時にも家庭でより多くの電気を使用することができる。

本発明の燃料電池システムによれば、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

本発明の実施の形態１、実施の形態５、実施の形態６における燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態２、実施の形態３における燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態４における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態５における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態６における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート

第１の発明は、原料と酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、制御器と、を備える燃料電池システムであって、前記制御器が、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする。

上記構成により、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

第２の発明は、原料を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成装置と前記燃料電池とを制御する制御器とを備える燃料電池システムであって、前記制御器が、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする。

上記構成により、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、前記燃料電池が発電した電力を充電可能な蓄電池を備えたものであり、停電時に、燃料電池が発電した電力に加えて、蓄電池からの
電力も合わせて用いることができるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、停電時に前記蓄電池から供給される電力によって、前記水素生成装置と前記燃料電池とを起動可能に構成されているものであり、燃料電池システムの運転停止時に停電が発生した場合でも、蓄電池からの電力を用いて燃料電池システムを起動させて発電することができる。

また、停電時に、燃料電池が発電した電力に加えて、蓄電池からの電力も合わせて家庭で使用することができるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

第５の発明は、特に、第２〜第４のいずれか１つの発明における、前記制御器が、停電時に前記水素生成装置への原料供給量を通常時と変えないものであり、原料を増加させることなく停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーはガスの使用量を通常より増やすことなく、多くの電気を使用することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明における、前記制御器が、停電時に前記水素生成装置への原料供給量を通常時と変えずに、前記水素生成装置で生成する水素量を多くするものである。

これにより、原料を増加させることなく停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができるとともに、水素生成装置に供給する原料流量を増加させないため、改質触媒の劣化を抑制することができる。

第７の発明は、特に、第１から第６のいずれか１つの発明における、前記制御器が、前記燃料電池が通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きな発電を行った累積時間または回数が所定時間または所定回数に満たない場合に限り、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくするものであり、これにより、停電時に多くの発電を行っても燃料電池システムの劣化が抑制できる。

第８の発明は、原料と酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、制御器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。

この運転方法により、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

第９の発明は、原料を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成装置と前記燃料電池とを制御する制御器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。

この運転方法により、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システム２００の構成の一例を示すブロック図である。

図１において、水素生成装置１００は、改質器１と、原料供給器２と、改質水供給器３と、燃焼器４と、空気供給器５と、フレームロッド６と、改質温度検知器７と、第一封止器８と、第一経路９と、第二封止器１０と、第二経路１１と、第三封止器１２と、第三経路１３と、ＣＯ除去器２０と、ＣＯ除去器温度検知器２１と、ＣＯ除去器加熱ヒータ２２と、制御器３０と、系統電源３１と、外部情報入力器３２とを備える。

改質器１は、内部に改質触媒（図示せず）が搭載され、原料及び水蒸気を用いて水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、本実施の形態では、都市ガスを吸着脱硫剤で脱硫したものを用いた。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるＬＮＧガスである。

改質器１で生成された水素含有ガスは、第一経路９を介して燃料電池１６０に供給される。また、燃料電池１６０に水素含有ガスを供給しない場合には、第二経路１１を介して燃焼器４に水素含有ガスが供給される。また、燃料電池１６０で余った水素含有ガスは第三経路１３を介して、燃焼器４に供給される。それぞれの経路には、第一封止器８、第二封止器１０、第三封止器１２を設けており、ガスの供給先を切り替えることができる。

原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器である。改質水供給器３は、改質水を改質器１に供給する。改質水供給器３は、改質水の流量を調整するポンプである。燃焼器４は、改質器１を加熱する。燃焼器４の燃料には、通常は改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。燃焼器４に供給される水素含有ガスは、燃料電池１６０を経由し、燃料電池１６０から排出されて燃焼器４に供給される。

空気供給器５は、燃焼器４に燃焼空気を供給するファンである。また、制御器３０は、設定された目標値に基づいて、水素生成装置１００と燃料電池システム２００の運転を制御する。また、制御器３０は、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。燃料電池１６０は、水素を利用して発電する機器であり、固体高分子形燃料電池である。

系統電源３１は、商用の配電線網から一般家庭などへ供給される電源のことである。水素生成装置の起動時は、原料供給器２や改質水供給器３、ＣＯ除去器加熱ヒータ２２などの補機類を駆動させるには、系統電源３１の電源を用いる。また、外部情報入力器３２は燃料電池システム２００を起動したい場合に、制御器３０に対して起動信号を入力する場合に用いる。

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。以下の動作は、制御器３０が水素生成装置１００を制御することによって行われる。

水素生成装置１００が起動すると、燃焼器４における燃焼を開始する。このとき、第一封止器８を閉止しているが、第二経路１１から燃焼器４に至る燃焼用の燃料ガス経路がガス通気状態となっている。よって、原料供給器２の動作開始により原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料ガス経路を用いて燃焼器４に供給される。

同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が燃焼器４に供給される。燃焼器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、原料の燃焼が起こる。このようにして、燃焼器４から供給される燃焼熱により、改質器１が加熱される。また、燃焼器４での燃焼はフレームロッド６により検知される。

次いで、改質水供給器３の動作開始により、改質器１に改質水が供給される。次に改質器１で生成された水素含有ガスの組成が燃料電池１６０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１６０に水素含有ガスが供給される。制御器３０は、燃料電池１６０で発電する電力に合わせて、水素生成装置１００から所定の水素が燃料電池１６０に供給されるように、水素生成装置１００へ供給する原料流量を原料供給器２によって制御する。

図２は、実施の形態１における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態では、図２のフローチャートに示すように、まず、系統電源３１が遮断されていることを制御器３０が検知する（Ｓ１０１）。系統電源３１が遮断されている場合には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ２とする（Ｓ１０２）。また、系統電源３１が遮断されていない場合（通常時）には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ１とする（Ｓ１０３）。

停電が発生していない通常時のＷｍａｘはＷ１であり、本実施の形態では７００Ｗである。したがって、通常時の最大発電電力Ｗｍａｘは７００Ｗとなる。また、Ｗ２は停電が発生している場合の最大発電電力であり、本実施の形態では９００Ｗである。

したがって、停電時の最大発電電力Ｗｍａｘは９００Ｗとなる。ここで、最大発電電力Ｗｍａｘは燃料電池システム２００が発電する最大発電電力であり、Ｗｍａｘ以下の発電出力となるように制御器３０が制御する。

より具体的には、通常時は発電電力７００Ｗを発電するために原料３ＮＬＮを水素生成装置１００に供給し、停電時には、原料３．９ＮＬＭを水素生成装置１００に供給することで、最大発電電量を大きくすることができる。こうして、本実施の形態の燃料電池システム２００は停電時には通常時よりも大きな発電電力を出力することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

なお、原料は、本実施の形態では、都市ガスを脱硫したものを用いたが、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むものであれば、例えば、パイプラインで供給される天然ガス、ＬＰガスを脱硫したものでもよい。

また、本実施の形態の改質反応は、原料と水蒸気を反応せせる水蒸気改質を用いたが、原料及び水蒸気から水素含有ガスが生成される反応であれば、いずれの改質反応でもよく原料と水蒸気に加えて空気を追加で加えるオートサーマル反応や、原料と空気を反応させる部分酸化反応でもよい。

また、改質水供給器３は、改質水の流量を調整するポンプとしたが、流量調整弁であっても良い。また、燃焼器４の燃料には、通常は改質器１より排出される水素含有ガスが用いたが、改質器１から燃焼器４に直接水素含有ガスを供給してもよい。また、燃焼器４において、水素含有ガスに原料を追加して燃焼しても、水素含有ガスを供給せずに原料だけを供給してもよい。

また、空気供給器５は、燃焼器４に燃焼空気を供給するファンとしたが、ポンプであっても良い。また、制御器３０は、制御機能を有するものであれば、燃料電池システム２００全体あるいは一部を制御可能などのような制御装置でもよい。また、演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。

また、制御器３０は、単独の制御器でも複数の制御器でもよい。つまり、制御器３０のそれぞれが、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

また、燃料電池１６０は、水素を利用して発電する機器であり、固体高分子形燃料電池としたが、固体酸化物形燃料電池であっても良い。

また、起動時に、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が燃料電池１６０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１６０に水素含有ガスが供給することとしたが、起動開始から所定の時間経過後としても良いし、改質温度検知器７の温度が所定の値に到達したことを検知した後としても良い。

また、本実施の形態では、Ｗ１を７００Ｗ、Ｗ２を９００Ｗとしたが、燃料電池システム２００が正常に発電できる発電出力であればＷ２を例えば１０００Ｗや１２００Ｗ等の最大発電出力に設定しても構わない。

また、停電の検知は系統電源３１が遮断されていることを制御器３０で検知することとしたが、外部情報入力器３２から制御器３０に対して停電信号を入力することとしても構わない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図３は本発明の実施の形態２における燃料電池システム２００の構成の一例を示すブロック図である。

実施の形態２に係る燃料電池システムの構成は、図３に示すように、実施の形態１において、蓄電池３４を備えたものであり、上記の点以外は、実施の形態１と同様である。

図３において、蓄電池３４は、電気をためる電池であり、系統電源３１と燃料電池システム２００の電気を充電し、蓄電池３４に貯めた電気はユーザーが利用したり、燃料電池システムの起動に用いることができる。本実施の形態では、蓄電池の出力は３００Ｗである。

以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図４は、実施の形態２における燃料電池システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態では、図４のフローチャートに示すように、まず、系統電源３１が遮断されていることを検知する（Ｓ２０１）。系統電源３１が遮断されている場合には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ２とする（Ｓ２０２）。また、系統電源３１が遮断されていない場合（通常時）には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ１とする（Ｓ２０５）。

停電が発生していない通常時のＷｍａｘはＷ１であり、本実施の形態では７００Ｗである。したがって、通常時の最大発電電力Ｗｍａｘは７００Ｗとなる。また、Ｗ２は停電が
発生している場合の最大発電電力であり、本実施の形態では９００Ｗである。

したがって、停電時の最大発電電力Ｗｍａｘは９００Ｗとなる。実施の形態１と同様に制御器３０により、通常時は発電電力７００Ｗを発電するために原料３ＮＬＮを水素生成装置１００に供給し、停電時には原料が３．９ＮＬＭを水素生成装置１００に供給することで、最大発電電量を大きくすることができる。

こうして、本実施の形態の燃料電池システムは停電時には通常時よりも大きな発電電力を出力することができる。さらに、蓄電池３４も備えているため、蓄電池３４からの電力である３００Ｗも合わせて用いることができるので、停電時の最大発電電力Ｗｍａｘである９００Ｗとあわせて、１２００Ｗを利用することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、停電時に燃料電池の発電電力を通常よりも大きくでき、さらに蓄電池からの電力も合わせて用いることができるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

なお、本実施の形態では、蓄電池３４に貯めた電気を燃料電池システム２００の起動にも用いる構成としたが、電力が遮断した瞬間に燃料電池システム２００が停止していた場合に起動しなくても良い場合には、燃料電池システム２００と蓄電池３４との配線が簡素化されてコストが抑制されるので、燃料電池システム２００へ蓄電池３４から電気を供給しない構成としてもよい。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３に係る燃料電池システムの構成は、図３に示した実施の形態２の燃料電池システムの構成と同様である。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。

図５は、実施の形態３における燃料電池システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態では、図５のフローチャートに示すように、まず、系統電源３１が遮断されていることを検知する（Ｓ３０１）。系統電源３１が遮断されている場合には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ２とする（Ｓ３０２）。また、系統電源３１が遮断されていない場合（通常時）には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ１とする（Ｓ３０５）。

停電が発生していない通常時のＷｍａｘはＷ１であり、本実施の形態では７００Ｗである。したがって、通常時の最大発電電力Ｗｍａｘは７００Ｗとなる。また、Ｗ２は停電が発生している場合の最大発電電力であり、本実施の形態では９００Ｗである。

したがって、停電時の最大発電電力Ｗｍａｘは９００Ｗとなる。実施の形態１と同様に制御器３０により、通常時は発電電力７００Ｗを発電するために原料３ＮＬＮを水素生成装置１００に供給し、停電時には原料が３．９ＮＬＭを水素生成装置１００に供給することで、最大発電電量を大きくすることができる。また、外部情報入力器３２から制御器３０へ起動信号が出力されると（Ｓ３０３）、燃料電池システムを起動する（Ｓ３０４）。

こうして、本実施の形態の燃料電池システムは停電時には通常時よりも大きな発電電力を出力することができる。さらに、蓄電池からの電力も合わせて用いることができる。

さらに、蓄電池の電力を用いて、燃料電池システムが起動できるため、停電時に燃料電池システムが停止していた場合でも、燃料電池システムを起動して発電することができ、
さらに蓄電池からの電力も合わせて用いることができるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、停電時に蓄電池からの電力も合わせて用いることができるとともに、停電時に燃料電池システムが停止していた場合でも、燃料電池システムを起動して発電することができるので、停電時にもユーザーがより多くの電気を使用することができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４に係る燃料電池システムの構成は、図１に示した実施の形態１の燃料電池システムの構成と同様である。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図６は、実施の形態４における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態では、図６のフローチャートに示すように、まず、系統電源３１が遮断されていることを検知する（Ｓ４０１）。系統電源３１が遮断されていない場合（通常時）には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ３とする（Ｓ４０４）。ここで、Ｗ３は１０００Ｗ、Ｗ４は１１００Ｗとした。系統電源３１が遮断されている場合には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ４とする（Ｓ４０２）。さらに、高効率運転を制御器３０へ指示する（Ｓ４０３）。

ここで、高効率運転とは、燃料電池１６０での水素利用率を高くすることで、燃料電池システム２００の発電効率を高くする運転で、原料流量を増やさずに発電電力を大きくすることができるものである。発電効率とは、燃料電池システム２００で出力された発電電力を、燃料電池システム２００に供給した原料の熱量で割ったものである。

また、水素利用率とは燃料電池１６０で発電に用いた水素量を燃料電池１６０に供給した水素量で割った比率で、通常は水素利用率が高いほど、燃料電池システム２００の発電効率は高くすることができる。

ただし、水素利用率を高くした状態を継続すると、燃料電池１６０の一部で水素が欠乏することで内部に搭載された電極が分解し、耐久時間を短くする可能性があるため、本実施の形態のように停電時などの非常時のみに限定する。

本実施の形態では、通常時の水素利用率は７５％、停電時の水素利用率は８５％とし、通常時の燃料電池システム２００の発電効率は３０％、停電時の発電効率は３３％となるようにした。停電時の最大発電出力を通常時から大きくする割合は、燃料電池システム２００の発電効率が高くなった比率で設定できるため、停電時には通常時より１０％大きな発電電力である１１００Ｗを出力することができる。

以上のように、本発明によれば、停電時に水素生成装置への原料供給量を通常時と変えずに、水素生成装置で生成する水素量を多くすることにより、原料を増加させることなく停電時に燃料電池１６０の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーはガスの使用量を通常より増やすことなく、多くの電気を使用することができる。

なお、原料流量を増加させることなく発電電力を大きくすることができれば、燃料電池１６０の水素利用率を高くする以外に水素生成装置１００の運転条件を変更してもよい。例えば改質水供給器３から供給する水の量を減らした場合には、水の蒸発に必要な熱量を小さく抑えることができるため、水素生成装置１００の効率が高くなる。

発電効率は水素生成装置１００の効率に比例するので、発電効率を高くすることができるので、燃料電池システム２００の発電電力を大きくすることができる。ただし、改質水供給器３から供給する水の量を減らした場合には、改質器１内部の改質触媒に炭素が出やすくなるため、水素生成装置１００の耐久時間を短くする可能性があり、本実施の形態のように停電時などの非常時のみに限定する。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図７は本発明の実施の形態５における燃料電池システム２００の構成の一例を示すブロック図である。

実施の形態５に係る燃料電池システムの構成は、図７に示すように実施の形態１において、燃料供給器１４を備えたものであり、上記の点以外は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図７において、燃料供給器１４は、燃料を燃焼器４に供給する。燃料供給器１４は、昇圧器である。燃料は原料と同じ都市ガスである。燃料は改質器１を通過せずに燃焼器４に供給される。

図８は、実施の形態５における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態では、図８のフローチャートに示すように、まず、系統電源３１が遮断されていることを検知する（Ｓ５０１）。系統電源３１が遮断されていない場合（通常時）には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ５とする（Ｓ５０４）。系統電源３１が遮断されている場合には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ６とする（Ｓ５０２）。さらに、高水素量運転を制御器３０へ指示する（Ｓ５０３）。

停電が発生していない通常時のＷｍａｘはＷ５であり、本実施の形態では８００Ｗである。したがって、通常時の最大発電電力Ｗｍａｘは８００Ｗとなる。また、Ｗ６は停電が発生している場合の最大発電電力であり、本実施の形態では９２０Ｗである。

したがって、停電時の最大発電電力Ｗｍａｘは９２０Ｗとなる。また、高水素量運転とは、水素生成装置１００から燃料電池１６０に供給する水素量を増加させるとともに、燃料電池システム２００の発電電力を増加させる運転であり、このとき原料流量は増加させない。

原料流量を増加させずに水素量を増加させるためには、燃料供給器１４から燃焼器４に供給する燃料を増加させ、改質器１を加熱する燃焼器４の加熱量を増加させて、改質器１内部の改質触媒の温度を上げる。改質触媒の温度を上げることで、原料を水素に転化する割合（転化率）が上昇し、原料供給器２から改質器１へ供給する原料流量を増加させずに水素生成装置１００から燃料電池１６０へ供給する水素量を増加させることができる。

転化率は水素生成装置１００から出てくるガスの組成を分析することで測定することができるため、あらかじめ、改質温度検知器７の温度が所定値となるように通常時と停電時で燃料供給器１４から燃焼器４に供給される燃料を設定しておく。ここで通常時の転化率が８１％、停電時の転化率は９３％となるように、停電時の改質温度検知器７を通常時より約６０度高くなるように制御器３０で制御した。

こうして、燃料電池１６０に供給される水素量が増加することができるため、最大発電
電力Ｗｍａｘを通常時より増加させて、大きな発電電力を出力することができる。

原料流量を増加させないことにより、改質器１内部に搭載される改質触媒の劣化の原因である原料中に微量に含まれた硫黄成分の供給量が増加しないため、最大発電電力を増加させた場合の改質触媒の劣化を抑制することができる。

ただし、高水素量運転の状態を継続すると、改質器１の高温化による改質触媒の熱劣化を促進する場合があり、水素生成装置１００の耐久時間を短くする可能性があるため、本実施の形態のように停電時などの非常時のみに限定する。

以上のように、本発明によれば、停電時に水素生成装置への原料供給量を通常時と変えずに、水素生成装置で生成する水素量を多くすることにより、原料流量を増加させることなく停電時に燃料電池１６０の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にもユーザーは多くの電気を使用することができるとともに、改質器１に搭載された改質触媒の劣化を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、燃料の供給に燃料供給器１４として昇圧器を用いたが、原料を改質器１と燃焼器４に分岐して供給しても良い。

なお、原料流量を増加させることなく、水素生成装置１００から燃料電池１６０に供給される水素量を増やすことができれば、燃料供給器１４から燃焼器４に供給する燃料を増加させる以外に、水素生成装置１００の運転条件も変更してもよい。

例えば、燃料供給器１４から燃焼器４に供給する燃料を増加させた状態で、改質水供給器３から供給する水の量を増加も合わせて行うことで、転化率を上昇させることができ、原料流量を増加させることや、改質触媒の温度を高くすることなく、燃料電池１６０に供給する水素量が増加させることができる。

また、燃料供給器１４から燃焼器４に供給される燃料を増加させずに、空気供給器５から燃焼器４に供給する燃焼空気を減らしても、改質触媒の温度が高くなるため、燃料電池１６０に供給する水素量が増加させることができる。

また、ＣＯ除去器２０には選択酸化触媒を搭載しており、ＣＯ除去器２０に微量の空気を供給している場合には（図示せず）、ＣＯ除去器２０に供給する空気を減らすことにより、選択酸化触媒で消費される水素量が減少するため、燃料電池１６０に供給する水素量を増加させることができる。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。実施の形態６に係る燃料電池システムの構成は、図１に示した実施の形態１の燃料電池システムの構成と同様である。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図９は、実施の形態６における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態では、図９のフローチャートに示すように、まず、系統電源３１が遮断されていることを検知する（Ｓ６０１）。また、系統電源３１が遮断されていない場合（通常時）には、最大発電電力ＷｍａｘをＷ１とする（Ｓ６０５）。系統電源３１が遮断されている場合には、Ｗ１より大きな発電電力とした時間Ｎに１を足す（Ｓ６０２）。

Ｗ１より大きな発電電力とした回数Ｎが最大回数Ｎｍａｘ以下であれば（Ｓ６０３）、最大発電電力ＷｍａｘをＷ２とする（Ｓ６０４）。Ｗ１より大きな発電電力とした回数Ｎが最大回数Ｎｍａｘより大きければ（Ｓ６０３）、最大発電電力ＷｍａｘはＷ１とする（Ｓ６０５）。

ここで、Ｎｍａｘは最大発電電力を超えてよい最大回数であり、燃料電池システム２００の耐久へ影響を考慮して決定される。本実施の形態では、Ｎｍａｘを１００回とした。また、Ｗ１より大きな発電電力とした回数Ｎに１を足すのは、Ｗ１より大きな発電電力が積算で１時間以上継続した場合とした。

以上のように、本実施の形態によれば、燃料電池１６０が通常時の燃料電池１６０の最大発電電力よりも大きな発電を行った回数が所定回数に満たない場合に限り、停電時の燃料電池１６０の最大発電電力を通常時の燃料電池１６０の最大発電電力よりも大きくすることにより、停電時に大きな発電電力で運転を行っても燃料電池１６０の劣化が抑制できる。

なお、本実施の形態では、Ｗ１より大きな発電電力とした回数Ｎに１を足すのは、Ｗ１より大きな発電電力が積算で１時間以上継続した場合とし、回数Ｎが１００回以下の場合にのみ最大発電電力を大きくすることとしたが、回数ではなくＷ１を超えた積算時間としても良い。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、系統電源からの電力供給が無い場合において燃料電池の発電電力を通常よりも大きくできるので、停電時にも家庭でより多くの電気を使用したい用途、例えば家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの用途にも適用できる。

１ 改質器
２ 原料供給器
３ 改質水供給器
４ 燃焼器
５ 空気供給器
６ フレームロッド
７ 改質温度検知器
８ 第一封止器
９ 第一経路
１０ 第二封止器
１１ 第二経路
１２ 第三封止器
１３ 第三経路
１４ 燃料供給器
２０ ＣＯ除去器
２１ ＣＯ除去器温度検知器
２２ ＣＯ除去器加熱ヒータ
３０ 制御器
３１ 系統電源
３２ 外部情報入力器
３４ 蓄電池
１００ 水素生成装置
１６０ 燃料電池
２００ 燃料電池システム

Claims (9)

1. 原料と酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、制御器と、を備える燃料電池システムであって、
   前記制御器は、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
2. 原料を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成装置と前記燃料電池とを制御する制御器とを備える燃料電池システムであって、
   前記制御器は、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
3. 前記燃料電池が発電した電力を充電可能な蓄電池を備えた、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 停電時に前記蓄電池から供給される電力によって、前記水素生成装置と前記燃料電池とを起動可能に構成されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御器は、停電時に前記水素生成装置への原料供給量を通常時と変えない、請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御器は、停電時に前記水素生成装置への原料供給量を通常時と変えずに、前記水素生成装置で生成する水素量を多くする、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記制御器は、前記燃料電池が通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きな発電を行った累積時間または回数が所定時間または所定回数に満たない場合に限り、停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくする、請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. 原料と酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、制御器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
   停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
9. 原料を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成装置と前記燃料電池とを制御する制御器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
   停電時の前記燃料電池の最大発電電力を通常時の前記燃料電池の最大発電電力よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。

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