JP3061966B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、天然ガスなどの原燃
料を改質し、水素含有量の多い改質ガスを生成する改質
装置と、この改質装置から供給された改質ガスを燃料と
して使用する燃料電池とを備え、この燃料電池の排ガス
を改質装置のバーナの燃料として利用する燃料電池発電
装置に関し、特にその改質装置の触媒層の温度制御に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、例えば特開昭６３ー２９４６
０号公報に示された従来の燃料電池発電装置を示す系統
図である。図において、１は外部より天然ガス等の原燃
料と水蒸気を取り込んで原燃料を改質し、水素含有量の
多い改質ガスを生成する改質装置、２は燃料電池（図示
せず）からの燃料電池排ガスを燃焼させて改質装置１内
の触媒層（図示せず）の温度を上昇させるためのメイン
バーナ、３は外部から空気ブロア（図示せず）を介して
改質装置１に供給される空気の流量を調節する燃焼空気
流量調節弁、４は外部から補助バーナ１１への燃焼ガス
の流量を調節する補助バーナ流量調節弁である。

【０００３】５はメインバーナ２からのベント流量を調
節するベント流量調節弁、６は改質装置１内の触媒層の
温度を測定する温度信号発信器、７は燃焼空気の流量を
測定する燃焼空気流量信号発信器、８は燃焼ガスの流量
を測定する燃焼ガス流量信号発信器、９は燃料電池排ガ
スの流量を測定する燃料電池排ガス流量信号発信器、１
０はベント流量を測定するベント流量信号発信器、１２
は燃料電池排ガスに含まれる水素量を検出する燃料電池
排ガス成分比検出器、１３は改質装置１の触媒層の温度
を制御する温度制御装置、１４は燃焼空気の流量を制御
する燃焼空気流量制御装置である。

【０００４】次に、動作について説明する。温度信号発
信器６、燃焼ガス流量信号発信器８、ベント流量信号発
信器１０及び燃料電池排ガス成分比検出器１２の各出力
信号は、温度制御装置１３に供給され、ここで改質装置
１の触媒層の温度が一定になる様に演算され、この演算
結果に基づいて補助バーナ流量調節弁４およびベント流
量調節弁５の開度信号が出力される。

【０００５】即ち、温度制御装置１３において、所定の
設定値と上述の温度信号発信器６等の各出力信号の演算
値との偏差を求め、この偏差が零になる様に、補助バー
ナ流量調節弁４及びベント流量調節弁５を制御し、例え
ば温度信号発信器６等の各出力信号の演算値が設定値よ
り低い場合は、つまり、燃料電池排ガスに含まれる水素
量が少なく、改質装置１の触媒層の温度が一定の値より
低い場合は、ベント流量調節弁５を閉じると共に、補助
バーナ流量調節弁４を開いて燃焼ガスを補助バーナ１１
で燃焼させて触媒層の温度を上昇させる。一方、温度信
号発信器６等の各出力信号の演算値が設定値より高い場
合は、つまり、燃料電池排ガスに含まれる水素量が多
く、改質装置１の触媒層の温度が一定の値より高い場合
は、逆に補助バーナ流量調節弁４を閉じると共に、ベン
ト流量調節弁５を開いて燃料電池排ガスを外部に排出し
て触媒層の温度を低下させる。

【０００６】また、流量信号発信器７〜１０の各出力信
号、燃料電池排ガス成分比検出器１２の出力信号が燃焼
空気流量制御装置１４に供給され、ここで燃焼空気量を
演算より求め、この燃焼空気流量に対応した開度信号が
燃焼空気流量調節弁３に出力される。即ち、燃料電池排
ガスに含まれる水素量が多い場合は、燃焼空気流量調節
弁３を開いて改質装置１に供給される燃焼空気流量を増
し、一方、燃料電池排ガスに含まれる水素量が多い場合
は、燃焼空気流量調節弁３を閉じて改質装置１に供給さ
れる燃焼空気流量を減らし、常に水素量に見合った燃焼
空気を改質装置１に供給するようにする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電装
置は以上のように構成されているので、燃料電池排ガス
成分比検出器１２、補助バーナ１１、燃焼ガス流量流量
信号発信器８、燃料電池排ガス流量信号発信器９、ベン
ト流量信号発信器１０、燃焼ガス流量調節弁４及び燃料
電池排ガス流量調節弁５を設けることが必要であるので
構成が複雑になると共に、高価となり、また、可燃性ガ
スである燃料電池排ガスを大気中に放出するので、火災
発生防止の為の処置が必要となり、しかも改質装置１で
生成される改質ガスに含まれる水素量を増大するにはそ
れ相応の燃焼空気量を外部より空気ブロア及び燃焼空気
流量調節弁３を介して改質装置１に供給する必要がある
ので、その燃焼空気量の増加により、燃焼空気関係動力
が増え、燃料電池発電装置の効率が低下するなどの問題
点があった。

【０００８】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたものであり、燃料電池排ガス成分比検出器
や補助バーナ等を不要にできると共に、可燃性ガスであ
る燃料電池排ガスを大気中に放出せず、また、燃焼空気
量を最低限にできる為、燃焼空気関係動力が少なくな
り、装置の効率を上げることができる構成が簡単で安価
な燃料電池発電装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る燃料電池発電装置は、天然ガスなどの原燃料を改質
し、水素含有量の多い改質ガスを生成する改質装置と、
この改質装置から供給された改質ガスを燃料として使用
する燃料電池とを有し、この燃料電池の排ガスを上記改
質装置のバーナの燃料として利用する燃料電池発電装置
において、外部から上記改質装置に供給される原燃料の
流量を測定する第１の流量信号発信器と、上記燃料電池
の冷却用水から水蒸気分離器により分離されて上記改質
装置に供給される改質用水蒸気の流量を測定する第２の
流量信号発信器と、外部から上記バーナに燃焼空気配管
を介して供給される燃焼空気の流量を測定する第３の流
量信号発信器と、上記改質装置の触媒層の温度を測定す
る温度信号発信器と、上記燃料電池の出力電流を測定す
る電流検出器と、上記改質用水蒸気の流量を調節する調
節弁と、上記燃料電池からの排ガスを上記改質装置に供
給する燃料電池排ガス配管と、上記水蒸気分離器からの
水蒸気を上記燃料電池排ガス配管に供給する水蒸気配管
と、この水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整する調
整手段と、上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒層の温
度測定値と該触媒層の設定値の偏差、および上記燃料電
池の出力電流の現在値と前回値の偏差にそれぞれ基づい
て上記燃料電池排ガス配管への水蒸気の供給するか否か
を判定し、該判定結果に応じて上記調整手段を制御して
上記改質装置の触媒層の温度を一定にする制御手段とを
備えたものであることを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明に係る燃料電池発電装
置は、天然ガスなどの原燃料を改質し、水素含有量の多
い改質ガスを生成する改質装置と、この改質装置から供
給された改質ガスを燃料として使用する燃料電池とを有
し、この燃料電池の排ガスを上記改質装置のバーナの燃
料として利用する燃料電池発電装置において、外部から
上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定する第１
の流量信号発信器と、上記燃料電池の冷却用水から水蒸
気分離器により分離されて上記改質装置に供給される改
質用水蒸気の流量を測定する第２の流量信号発信器と、
外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給される
燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器と、上
記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発信器
と、上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器と、
上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、上記燃焼
空気配管に上記水蒸気分離器からの水蒸気を供給する水
蒸気配管と、この水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調
整する調整手段と、上記燃焼空気の流量測定値、上記触
媒層の温度測定値と該触媒層の設定値の偏差、および上
記燃料電池の出力電流の現在値と前回値の偏差からそれ
ぞれ得られた改質用水蒸気の流量を加算して改質用水蒸
気の流量設定値を算出し、該算出された改質用水蒸気の
流量設定値と上記改質用水蒸気の流量測定値の偏差に基
づいて上記調整手段を制御して上記改質装置の触媒層の
温度を一定にする制御手段とを備えたものである。

【００１２】請求項３記載の発明に係る燃料電池発電装
置は、天然ガスなどの原燃料を改質し、水素含有量の多
い改質ガスを生成する改質装置と、この改質装置から供
給された改質ガスを燃料として使用する燃料電池とを有
し、この燃料電池の排ガスを上記改質装置のバーナの燃
料として利用する燃料電池発電装置において、外部から
上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定する第１
の流量信号発信器と、上記燃料電池の冷却用水から水蒸
気分離器により分離されて上記改質装置に供給される改
質用水蒸気の流量を測定する第２の流量信号発信器と、
外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給される
燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器と、上
記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発信器
と、上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器と、
上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、上記水蒸
気分離器からの水蒸気を水蒸気配管を介して上記改質装
置に供給し、上記バーナの燃焼空間に噴霧させる噴霧手
段と、上記水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整する
調整手段と、上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒層の
温度測定値と該触媒層の設定値の偏差、および上記燃料
電池の出力電流の現在値と前回値の偏差にそれぞれ基づ
いて上記燃料電池排ガス配管への水蒸気の供給するか否
かを判定し、該判定結果に応じて上記調整手段を制御し
て上記改質装置の触媒層の温度を一定にする制御手段と
を備えたものである。

【００１３】

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明においては、改質装置の触
媒層の温度の設定値と測定値との差が零になるように、
燃料電池排ガス配管に水蒸気分離器からの水蒸気を供給
する調整手段を操作し、燃料電池排ガス配管への水蒸気
の供給・停止を行い、改質装置のバーナ部での水蒸気の
顕熱を増減させ、改質装置の触媒層の温度を一定にす
る。

【００１５】また、測定された燃料電池電流の変化に対
しても、燃料電池排ガス配管に水蒸気分離器からの水蒸
気を供給するように、調整手段を操作し、燃料電池排ガ
ス配管への水蒸気の供給・停止を行い、改質装置のバー
ナ部の顕熱を増減させ、改質装置の触媒層の温度を一定
にする。

【００１６】請求項２記載の発明においては、請求項１
記載の発明での水蒸気分離器からの水蒸気の供給を燃料
電池排ガス配管より、改質装置のバーナに対する燃焼空
気配管に変更したもので、水蒸気分離器を可燃ガスであ
る燃料電池排ガスの配管より分離でき、可燃ガスの水蒸
気分離器への混入を防止でき、配管や配管合流部の構造
が、簡略化できる。また、この請求項２の発明でも、請
求項１の発明と同様改質装置の触媒層の温度を一定にす
ることができる。

【００１７】請求項３記載の発明においては、請求項２
での水蒸気分離器からの水蒸気の供給を燃焼空気配管よ
り、改質装置のバーナ燃焼空間に水蒸気配管を介して噴
霧する噴霧手段に変更したもので、水蒸気の供給による
燃焼空気配管の圧力上昇を防ぐことが出来る。また、こ
の請求項３の発明でも、請求項１または２の発明と同様
改質装置の触媒層の温度を一定にすることができる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の諸実施例を図に基づいて説
明する。 実施例１．図１はこの発明の一実施例を示す系統図であ
る。尚、図１において、図１１に対応する部分には同一
符号を付し、その詳細説明を省略する。図１において、
１５は燃料電池、１６は燃料電池１５に連結され、燃料
電池冷却用水と水蒸気を分離する水蒸気分離器、１７は
外部からの空気を燃料電池１５に送ると共に燃焼空気流
量調節弁３を介して改質装置１に送る空気ブロア、１８
は燃料電池１５及び水蒸気分離器１６間に設けられた燃
料電池冷却水循環ポンプである。

【００１９】１９は外部から改質装置１に供給される原
燃料の流量を調節する原燃料流量調節弁、２０は水蒸気
分離器１６と改質装置１の間に設けられ、水蒸気分離器
１６から改質装置１に供給される改質用水蒸気の流量を
調節する改質用水蒸気流量調節弁、２１は外部から原燃
料流量調節弁１９を介して改質装置１に供給される原燃
料の流量を測定する原燃料流量信号発信器である。２２
は水蒸気分離器１６から改質装置１に供給される改質用
水蒸気の流量を測定する改質用水蒸気流量信号発信器、
２３は外部からの制御に基づいて水蒸気分離器１６内の
水蒸気を外部に排出して圧力を調節し、その内部温度を
常に一定に保持するする水蒸気分離器圧力調節弁であ
る。

【００２０】２４は改質装置１の触媒層の温度を制御す
る温度制御装置であって、この温度制御装置２４は温度
信号発信器６で測定された改質装置１の触媒層温度及び
改質用水蒸気流量信号発信器２２で測定された改質用水
蒸気流量の演算値と所定の設定値との偏差に基づいて改
質用水蒸気流量調節弁２０の開度を制御する。また、温
度制御装置２４は後述の燃料電池電流検出器で検出され
た水素利用率を表す燃料電池の出力電流と原燃料流量信
号発信器２１で測定された原燃料より算出される燃料電
池排ガスと、燃焼空気流量信号発信器７で測定された燃
焼空気流量に基づいて燃焼空気流量調節弁３の開度を制
御すると共に、上記水素利用率を表す燃料電池の出力電
流と原燃料流量信号発信器２１で測定された原燃料流量
に基づいて原燃料流量調節弁１９を制御する。

【００２１】３１はメインバーナ２と燃料電池１５を連
結する燃料電池排ガス配管、３２は改質装置１と空気ブ
ロア１７を連結するバーナ燃焼空気配管であって、この
バーナ燃焼空気配管３２に燃焼空気流量調節弁３と燃焼
空気流量信号発信器７が取り付けられている。３３は温
度制御装置２４と燃料電池１５との間に設けられ、水素
利用率を表す燃料電池の出力電流を検出する燃料電池電
流検出器である。

【００２２】図２は図１で用いられた温度制御装置２４
の内、特に改質用水蒸気流量調節弁２０に関連する部分
の具体的構成の一例を示す構成図である。図において、
２５は温度信号発信器６で測定された触媒層温度測定値
ＰＶ１と触媒層の種類に応じて決定される所定の触媒層
設定値ＳＶ１との偏差ΔＴ１を求める減算器、２６は減
算器２５の出力に基づいて、改質用水蒸気流量ＳＶ２を
算出する関数設定器である。

【００２３】２７は原燃料の種類に応じて決定される原
燃料流量設定値ＳＶ３に基づいて、改質用水蒸気流量Ｓ
Ｖ４を算出する演算器、２８は関数設定器２６の出力と
演算器２７の出力より、改質装置１に投入する改質用水
蒸気流量設定値ＳＶ５を求める加算器、２９は目標値と
しての加算器２８の出力と改質用水蒸気流量測定値即ち
改質用水蒸気流量信号発信器２２の出力ＰＶ２との差Δ
Ｆ１を求める減算器、３０は減算器２９の出力に基づい
て、改質用水蒸気流量調節弁２０の開度信号ＳＶ６を出
する演算器である。

【００２４】次に動作について説明する。動作中、改質
装置１の触媒層の温度が温度信号発信器６で測定され、
改質装置１に供給される燃焼空気が燃焼空気流量信号発
信器７で測定され、改質装置１に供給される原燃料流量
と水蒸気流量がそれぞれ原燃料流量信号発信器２１と改
質用水蒸気流量信号発信器２２で測定され、更に燃料電
池１５の出力電流が燃料電池電流検出器３３で検出さ
れ、いずれもその測定値及び検出値が温度制御装置２４
に供給される。

【００２５】温度制御装置２４では、演算器２７により
原燃料流量設定値ＳＶ３に基づいて改質反応に必要な改
質用水蒸気流量ＳＶ４が算出される。又、温度信号発信
器６からの触媒層温度測定値ＰＶ１と所定の触媒層設定
値ＳＶ１との偏差ΔＴ１が減算器２５で求められて関数
設定器２６に供給され、関数設定器２６は触媒層温度偏
差△Ｔ１を零にするように改質水蒸気流量ＳＶ２を決定
する。そして、この改質水蒸気流量ＳＶ２と演算器２７
からの改質反応に必要な改質用水蒸気流量ＳＶ４とが加
算器２８で加算され、改質装置１に投入する改質用水蒸
気流量設定値ＳＶ５が算出される。

【００２６】この算出された改質用水蒸気流量設定値Ｓ
Ｖ５と改質用水蒸気流量信号発信器２２による測定値Ｐ
Ｖ２との差△Ｆ１を減算器２９で求めて演算器３０に供
給し、演算器３０はその差△Ｆ１を零にするように改質
用水蒸気流量調節弁２０に対する開度信号ＳＶ６を出力
する。ここで、関数設定器２６は、バーナ燃焼状態の悪
化防止と改質反応に必要な最低限の水蒸気流量の確保の
為、最大値・最小値を持っている。また、演算器３０は
いわゆるＰＩＤ制御機能を持たせている。

【００２７】今、触媒層温度測定値ＰＶ１が設定値ＳＶ
１より高くなった場合は、温度偏差△Ｔ１を零にするよ
うに、関数設定器２６より、改質装置１に投入される水
蒸気を増加させる水蒸気流量ＳＶ２が出力される。加算
器２８で改質装置１に投入される水蒸気流量設定値ＳＶ
５が算出され、減算器２９に供給される。減算器２９で
は入力された水蒸気流量設定値ＳＶ５より改質用水蒸気
流量信号発信器２２からの改質用水蒸気流量測定値ＰＶ
２を減算し、その差ΔＦ１を演算器３０に供給する。

【００２８】この場合、差ΔＦ１は正の値であるので演
算器３０はその開度信号ＳＶ６により改質用水蒸気流量
調節弁２０を開方向に制御し、水蒸気分離器１６より改
質装置１に投入される改質用水蒸気流量を増加させる。
改質水蒸気流量の増加により、改質装置１で生成される
改質ガス中の水蒸気量が増え、同時に燃料電池排ガス配
管３１を介してメインバーナ２に送出される燃料電池排
ガス中の水蒸気量も増える。燃料電池排ガス中の水蒸気
量の増加により、メインバーナ２での水蒸気顕熱が増
え、バーナ燃焼ガス温度が下がり、改質装置１内の触媒
層の温度が下がり、温度制御装置２４の減算器２５にお
ける温度偏差△Ｔ１が零になる。

【００２９】一方、触媒層温度測定値ＰＶ１が設定値Ｓ
Ｖ１より低くなった場合は、減算器２８における差ΔＦ
１は負の値であるので演算器３０はその開度信号ＳＶ６
により改質用水蒸気流量調節弁２０を閉方向に制御し、
水蒸気分離器１６より改質装置１に投入される改質用水
蒸気流量を減少させる。改質水蒸気流量の減少により、
改質装置１で生成される改質ガス中の水蒸気量が減り、
同時に燃料電池排ガス配管３１を介してメインバーナ２
に送出される燃料電池排ガス中の水蒸気量も減る。燃料
電池排ガス中の水蒸気量の減少により、メインバーナ２
での水蒸気顕熱が減り、バーナ燃焼ガス温度が上がり、
改質装置１内の触媒層の温度が上がり、温度制御装置２
４の減算器２５における温度偏差△Ｔ１が零になる。

【００３０】実施例２．図３はこの発明の他の実施例を
示す系統図である。尚、図において、図１と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図に
おいて、３１ａは水蒸気分離器１６と燃料電池排ガス配
管３１を連結する水蒸気配管、３４は水蒸気供給配管３
１ａに設けられ、水蒸気分離器１６の水蒸気を燃料電池
排ガス配管３１に供給する水蒸気供給弁、３５は水蒸気
配管３１ａに取り付けられ、水蒸気分離器１６より燃料
電池排ガス配管３１に供給される水蒸気流量を一定にす
るオリフィス、３６は触媒層温度信号発信器６、燃焼空
気流量信号発信器７、及び燃料電池電流検出器３３の各
出力に基づいて、改質装置１の触媒層の温度を一定にす
るように、水蒸気供給弁３４を開閉動作させる温度制御
装置である。

【００３１】尚、本実施例でも、図１同様、原燃料流量
調節弁１９、改質用水蒸気流量調節弁２０、原燃料流量
信号発信器２１及び改質用水蒸気流量信号発信器２２が
用いられ、信号発信器２１及び２２の出力が温度制御装
置３６に供給され、また、この温度制御装置３６により
調節弁１９及び２０が制御されるが、説明の都合上省略
されている。

【００３２】図４は図３で用いられた温度制御装置３６
の内、特に水蒸気供給弁３４に関連する部分の具体的構
成の一例を示す構成図である。図において、３７は燃焼
空気流量信号発信器７で測定された燃焼空気流量測定値
ＰＶ３に基づいて水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス
配管３１への水蒸気の供給を決定する判定器、３８は減
算器２５の出力に基づいて水蒸気分離器１６より燃料電
池排ガス配管３１への水蒸気の供給を決定する判定器、
３９は燃料電池電流検出器３３で検出された燃料電池１
５の出力電流の現在値ＰＶ４と前回値ＰＶ５との差ΔＩ
１を求める減算器、４０は減算器３９の出力に基づいて
水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１への水蒸
気の供給を決定する判定器である。この判定器４０には
燃料電池１５の出力電流の増加量と水蒸気供給時間が予
め設定されている。

【００３３】４１は判定器３７、３８及び４０の出力に
基づいて水蒸気供給弁３４の開条件を判断する判断器、
４２は判定器３７、３８及び４０の出力に基づいて水蒸
気供給弁３４の閉条件を判断する判断器、４３は判断器
４１の出力と、インバータ４２ａを介して供給される判
定器４２の反転出力に基づいて水蒸気供給弁３４の開閉
動作を決定する判断器である。

【００３４】次に動作について説明する。温度制御装置
３６の判定器３７は、燃焼空気流量測定値ＰＶ３に基づ
いて、水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１へ
水蒸気の間欠供給させる場合は、水蒸気供給弁３４に対
する開信号を発生し、バーナ燃焼状態を考慮し、燃焼空
気流量が少ない時には、水蒸気を停止させるための水蒸
気供給弁３４に対する閉信号を発生する。判定器３８は
減算器２５で算出された触媒層温度測定値ＰＶ１と触媒
層温度設定値ＳＶ１との差△Ｔ１に基づいて、この温度
偏差△Ｔ１を零になるように、水蒸気分離器１６より燃
料電池排ガス配管３１へ水蒸気を供給させる決定を行っ
た場合には水蒸気供給弁３４に対する開信号を、また水
蒸気供給の停止の決定を行った場合には水蒸気供給弁３
４に対する閉信号を発生する。

【００３５】判定器４０は燃料電池電流の現在値ＰＶ４
と前回値ＰＶ５の差△Ｉ１に基づいて、水蒸気分離器１
６より燃料電池排ガス配管３１へ水蒸気を供給させる決
定を行った場合には水蒸気供給弁３４に対する開信号、
また水蒸気供給の停止の決定を行った場合には水蒸気供
給弁３４に対する閉信号を発生する。判断器４１では判
定器３７、３８及び４０の開信号を受けると、どの判定
器から開信号を受けた場合でも開指令を出力する。

【００３６】一方、判断器４２では、判定器３７、３８
及び４０の閉信号を受け、どの判定器か閉信号を受けた
場合でも閉指令を出力し、水蒸気供給弁３４を閉に動作
させ、水蒸気分離器１６から燃料電池排ガス配管３１へ
の水蒸気の供給を停止させる。また、判断器４３では、
判断器４１よりの開指令を受けている状態で、判断器４
２より閉指令を受けていない時のみ、水蒸気供給弁３４
を開に動作させ、水蒸気分離器１６から燃料電池排ガス
配管３１へ水蒸気を供給させる。つまり、判断器４３は
水蒸気供給弁３４の閉動作を優先し、水蒸気供給弁３４
の誤動作を防止している。

【００３７】ここで、例えば触媒層の温度測定値ＰＶ１
が設定値ＳＶ１より高くなった場合は、温度偏差△Ｔ１
を零にするように、判定器３８が開信号を発生し、判断
器４１より開指令が発生され、判断器４２より閉指令が
発生されていない時のみ、判断器４３が水蒸気供給弁３
４に対して開指令を発生し、水蒸気供給弁３４が開にな
り、水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１に水
蒸気が供給される。この水蒸気の供給によりメインバー
ナ２での水蒸気の顕熱が増え、バーナ燃焼ガス温度が下
がり、改質装置１内の触媒層の温度が下がって減算器２
５の出力側に得られる温度偏差△Ｔ１が零になる。

【００３８】一方、触媒層の温度測定値ＰＶ１が設定値
ＳＶ１より低くなった場合は、判定器３８より閉信号が
発生され、判断器４２が閉指令を発生し、水蒸気供給弁
３４が閉になり、水蒸気分離器１６から燃料電池排ガス
配管３１への水蒸気の供給が停止され、メインバーナ２
での水蒸気の顕熱が減り、バーナ燃焼ガス温度が上が
り、改質装置１内の触媒層の温度が上昇し、減算器２５
の出力側に得られる温度偏差△Ｔ１が零になる。

【００３９】また、燃料電池１５の出力電流の変化量即
ち減算器３９の出力側に得られる燃料電池１５の出力電
流の現在値ＰＶ４と前回値ＰＶ５との差△Ｉ１が、マイ
ナスになった場合は、燃料電池１５の負荷が減少してい
るので、燃料電池排ガス３１を介して燃料電池１５より
メインバーナ２に供給される燃料電池排ガス量が増加す
る。この燃料電池排ガス量の増加により、メインバーナ
２における燃焼量が増え、バーナ燃焼ガス温度が上昇
し、改質装置１内の触媒層の温度が上昇する。この触媒
層の温度の上昇を防ぐため、判定器４０より水蒸気供給
弁３４に対して開信号が発生され、判断器４１より開指
令が発生され、判断器４２より閉指令が発生されてない
時のみ、判断器４３より水蒸気供給弁３４に対して開指
令が発生され、ガス水蒸気供給弁３４が開になり、水蒸
気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１に水蒸気が供
給される。この水蒸気の供給により、メインバーナ２で
の水蒸気の顕熱が増え、バーナ燃焼ガス温度が下がり、
改質装置１内の触媒層の温度の上昇を防ぐ。

【００４０】一方、燃料電池１５の出力電流の変化量を
表す差△Ｉ１がプラスになった場合は、燃料電池１５の
負荷が増加しているので、燃料電池排ガス３１を介して
燃料電池１５よりメインバーナ２に供給される燃料電池
排ガス量が減少する。この燃料電池排ガス量の減少によ
り、メインバーナ２における燃焼量が減り、バーナ燃焼
ガス温度が下がり、改質装置１内の触媒層の温度が下が
る。この触媒層の温度の降下を防ぐため、判定器４０よ
り閉信号が発生され、判断器４２より水蒸気供給弁３４
に対して閉指令が発生され、ガス水蒸気供給弁３４が閉
になり、水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１
への水蒸気の供給が停止される。この水蒸気の供給の停
止により、メインバーナ２での水蒸気の顕熱が減り、バ
ーナ燃焼ガス温度が上がり、改質装置１内の触媒層の温
度の降下を防ぐ。

【００４１】実施例３．図５はこの発明の他の実施例を
示す系統図である。尚、図において、図１と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図に
おいて、４４は水蒸気配管３１ａに設けられ、水蒸気分
離器１６の水蒸気を燃料電池排ガス配管３１に供給する
水蒸気流量調節弁、４５は水蒸気配管３１ａに取り付け
られ、水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１に
供給される水蒸気流量を測定する水蒸気流量信号発信
器、４６は触媒層温度信号発信器６、燃焼空気流量信号
発信器７、燃料電池電流検出器３３及び水蒸気流量信号
発信器４５の各出力に基づいて、改質装置１の触媒層の
温度を一定にするように、水蒸気流量調節弁４４の開度
を制御する温度制御装置である。

【００４２】尚、本実施例でも、図１同様、原燃料流量
調節弁１９、改質用水蒸気流量調節弁２０、原燃料流量
信号発信器２１及び改質用水蒸気流量信号発信器２２が
用いられ、信号発信器２１及び２２の出力が温度制御装
置４６に供給され、また、この温度制御装置４６により
調節弁１９及び２０が制御されるが、説明の都合上省略
されている。

【００４３】図６は図５で用いられた温度制御装置４６
の内、特に水蒸気流量調節弁４４に関連する部分の具体
的構成の一例を示す構成図である。図において、４７は
燃焼空気流量信号発信器７で測定された燃焼空気流量測
定値ＰＶ３に基づいて水蒸気分離器１６から燃料電池排
ガス配管３１へ供給する水蒸気の流量ＳＶ７を演算する
関数設定器、４８は減算器２５の出力に基づいて水蒸気
分離器１６から燃料電池排ガス配管３１へ供給する水蒸
気の流量ＳＶ８を演算する関数設定器である。

【００４４】４９は減算器３９の出力に基づいて、水蒸
気分離器１６から燃料電池排ガス配管３１へ供給する水
蒸気の流量ＳＶ９を演算する関数設定器、５０は関数設
定器４７、４８及び４９の各出力を加算し、水蒸気分離
器１６から燃料電池排ガス配管３１へ供給する水蒸気の
流量ＳＶ１０を設定値（目標値）として出力する加算
器、５１は設定値即ち加算器５０の出力と水蒸気流量信
号発信器４５で測定された水蒸気流量測定値ＰＶ６との
差ΔＦ２を求める減算器、５２は減算器５１の出力に基
づいて水蒸気流量調節弁４５に対する開度信号ＳＶ１１
を出力する演算器である。

【００４５】次に動作について説明する。燃焼空気流量
信号発信器７からの燃焼空気流量測定値ＰＶ３より、バ
ーナ燃焼状態を考慮し、温度制御装置４６の関数設定器
４７において、燃料電池排ガス配管３１に供給する水蒸
気の流量ＳＶ７が演算される。減算器２５の出力である
改質装置１の触媒層の温度の測定値と設定値の偏差△Ｔ
１を零になるように、関数設定器４８で燃料電池排ガス
配管３１に供給する水蒸気の流量ＳＶ８を演算する。減
算器３９の出力である燃料電池電流の変化量即ち現在値
と前回値の差△Ｉ１より、関数設定器４９で燃料電池電
流変化によるバーナ燃焼量変化に対する水蒸気供給流量
ＳＶ９を演算する。

【００４６】関数設定器４７の出力ＳＶ７と、関数設定
器４８の出力ＳＶ８と、関数設定器４９の出力ＳＶ９を
加算器５０により加算し、燃料電池排ガス配管３１に供
給する水蒸気の流量ＳＶ１０を設定値として求め、減算
器５１で供給する水蒸気の流量の設定値ＳＶ１０と、水
蒸気流量信号発信器４５の出力ＰＶ６との差△Ｆ２を零
にするように、演算器５２で、水蒸気流量調節弁４４に
対する開度信号ＳＶ１１を出力する。ここで、関数設定
器４７、４８及び４９は、バーナ燃焼状態の悪化防止と
改質反応に必要な最低限の水蒸気流量の確保の為、最大
値・最小値を持っている。また、演算器５２はＰＩＤ制
御機能を持たせている。

【００４７】ここで、例えば温度信号発信器６で測定さ
れた改質装置１の触媒層の温度測定値ＰＶ１が設定値Ｓ
Ｖ１より高くなった場合は、その温度偏差△Ｔ１を零に
する為、関数設定器４８より、水蒸気分離器１６から燃
料電池排ガス配管３１へ供給される水蒸気の流量を増加
させるように、水蒸気流量ＳＶ８が出力される。加算器
５０はこの関数設定器４７の出力ＳＶ７と、関数設定器
４７の出力ＳＶ７と、関数設定器４９の出力ＳＶ９を加
算し、燃料電池排ガス配管３１に供給する水蒸気の流量
を算出し、設定値ＳＶ１０を決定する。減算器５１では
入力された水蒸気流量設定値ＳＶ１０より水蒸気流量信
号発信器４５からの水蒸気流量測定値ＰＶ６を減算し、
その差ΔＦ２を演算器５２に供給する。

【００４８】この場合、差ΔＦ２は正の値であるので演
算器５２はその開度信号ＳＶ１１により水蒸気流量調節
弁４４を開方向に制御し、水蒸気分離器１６より燃料電
池排ガス配管３１に供給される水蒸気の流量を増加させ
る。この水蒸気の流量の増加により、改質装置１で生成
される改質ガス中の水蒸気量が増え、同時に燃料電池排
ガス配管３１を介してメインバーナ２に送出される燃料
電池排ガス中の水蒸気量も増える。燃料電池排ガス中の
水蒸気量の増加により、メインバーナ２での水蒸気の顕
熱が増え、バーナ燃焼ガス温度が下がり、改質装置１内
の触媒層の温度が下がり、温度制御装置４６の減算器２
５における温度偏差△Ｔ１が零になる。

【００４９】一方、触媒層の温度の測定値ＰＶ１が設定
値ＳＶ１より低くなった場合は、減算器５１における差
ΔＦ２は負の値であるので演算器５２はその開度信号Ｓ
Ｖ１１により水蒸気流量調節弁４４を閉方向に制御し、
水蒸気分離器１６より燃料電池排ガス配管３１に供給さ
れる水蒸気の流量を減少させる。この水蒸気の流量の減
少により、改質装置１で生成される改質ガス中の水蒸気
量が減り、同時に燃料電池排ガス配管３１を介してメイ
ンバーナ２に送出される燃料電池排ガス中の水蒸気量も
減る。燃料電池排ガス中の水蒸気量の減少により、メイ
ンバーナ２での水蒸気顕熱が減り、バーナ燃焼ガス温度
が上がり、改質装置１内の触媒層の温度が上がり、温度
制御装置４６の減算器２５における温度偏差△Ｔ１が零
になる。

【００５０】また、燃料電池１５の出力電流の変化量即
ち減算器３９の出力側に得られる燃料電池１５の出力電
流の現在値ＰＶ４と前回値ＰＶ５との差△Ｉ１が、マイ
ナスになった場合は、燃料電池１５の負荷が減少してい
るので、燃料電池排ガス３１を介して燃料電池１５より
メインバーナ２に供給される燃料電池排ガス量が増加す
る。この燃料電池排ガス量の増加により、メインバーナ
２における燃焼量が増え、バーナ燃焼ガス温度が上昇
し、改質装置１内の触媒層の温度が上昇する。この触媒
層の温度の上昇を防ぐため、関数設定器４９より燃料電
池排ガス配管３１へ供給される水蒸気の流量を増加させ
るように、水蒸気流量ＳＶ８が出力される。加算器５０
で関数設定器４７の出力ＳＶ７と関数設定器４８の出力
ＳＶ８を加算し、燃料電池排ガス配管３１に供給する水
蒸気流量の設定値ＳＶ１０を決定する。

【００５１】減算器５１では入力された水蒸気流量設定
値ＳＶ１０より水蒸気流量信号発信器４５からの水蒸気
流量測定値ＰＶ６を減算し、その差ΔＦ２を演算器５２
に供給する。演算器５２はその開度信号ＳＶ１１により
水蒸気流量調節弁４４を開方向に制御し、水蒸気分離器
１６より燃料電池排ガス配管３１に供給される水蒸気の
流量を増加させる。この水蒸気の流量の増加により、燃
料電池排ガス配管３１を介してメインバーナ２に送出さ
れる燃料電池排ガス中の水蒸気量が増える。燃料電池排
ガス中の水蒸気量の増加により、メインバーナ２での水
蒸気の顕熱が増え、バーナ燃焼ガス温度が下がり、改質
装置１内の触媒層の温度が下がり、温度制御装置４６の
減算器２５における温度偏差△Ｔ１が零になり、改質装
置１内の触媒層の温度の上昇が防止される。

【００５２】一方、燃料電池電流変化量を表す差△Ｉ２
がプラスになった場合は、燃料電池１５の負荷が増加し
ているので、燃料電池排ガス３１を介して燃料電池１５
よりメインバーナ２に供給される燃料電池排ガス量が減
少する。この燃料電池排ガス量の減少により、メインバ
ーナ２における燃焼量が減り、バーナ燃焼ガス温度が下
がり、改質装置１内の触媒層の温度が下がる。この触媒
層の温度の降下を防ぐため、関数設定器４９より燃料電
池排ガス配管３１へ供給される水蒸気の流量を減少させ
るように、水蒸気流量ＳＶ９が出力される。加算器５０
で関数設定器４７の出力ＳＶ７と関数設定器４８の出力
ＳＶ８を加算し、燃料電池排ガス配管３１に供給する水
蒸気流量の設定値ＳＶ１０を決定する。

【００５３】減算器５１では入力された水蒸気流量設定
値ＳＶ１０より水蒸気流量信号発信器４５からの水蒸気
流量測定値ＰＶ６を減算し、その差ΔＦ２を演算器５２
に供給する。演算器５２はその開度信号ＳＶ１１により
水蒸気流量調節弁４４を閉方向に制御し、水蒸気分離器
１６より燃料電池排ガス配管３１に供給される水蒸気の
流量を減少させる。この水蒸気の流量の減少により、燃
料電池排ガス配管３１を介してメインバーナ２に送出さ
れる燃料電池排ガス中の水蒸気量が減る。燃料電池排ガ
ス中の水蒸気量の減少により、メインバーナ２での水蒸
気の顕熱が減り、バーナ燃焼ガス温度が上がり、改質装
置１内の触媒層の温度が上がり、温度制御装置４６の減
算器２５における温度偏差△Ｔ１が零になり、改質装置
１内の触媒層の温度の下降が防止される。

【００５４】実施例４．図７はこの発明の他の実施例を
示す系統図である。尚、図において、図１と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図に
おいて、３２ａは水蒸気分離器１６とバーナ燃焼空気配
管３２を連結する水蒸気配管、５３は水蒸気配管３２ａ
に設けられ、水蒸気分離器１６の水蒸気をバーナ燃焼空
気配管３２に供給する水蒸気供給弁、５４は水蒸気配管
３２ａに取り付けられ、水蒸気分離器１６よりバーナ燃
焼空気配管３２に供給される水蒸気流量を一定にするオ
リフィス、５５は触媒層温度信号発信器６、燃焼空気流
量信号発信器７、及び燃料電池電流検出器３３の各出力
に基づいて、改質装置１の触媒層の温度を一定にするよ
うに、水蒸気供給弁５３を開閉動作させる温度制御装置
である。

【００５５】尚、本実施例でも、図１同様、原燃料流量
調節弁１９、改質用水蒸気流量調節弁２０、原燃料流量
信号発信器２１及び改質用水蒸気流量信号発信器２２が
用いられ、信号発信器２１及び２２の出力が温度制御装
置５５に供給され、また、この温度制御装置５５により
調節弁１９及び２０が制御されるが、説明の都合上省略
されている。

【００５６】本実施例では、図３において、水蒸気分離
器１６の水蒸気供給を、燃料電池排ガス配管３１より、
バーナ燃焼空気配管３２に変更したものである。これに
より、本実施例でも実施例２と同様の効果が得られると
共に、更に本実施例では、可燃性ガスである燃料電池排
ガスと水蒸気系統を分離することができ、配管構造が、
簡素化される。また、燃料電池１５の燃料供給系統の圧
力上昇や水蒸気の逆流が防止できる。

【００５７】実施例５．図８はこの発明の他の実施例を
示す系統図である。尚、図において、図１と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図に
おいて、５６は水蒸気配管３２ａに設けられ、水蒸気分
離器１６の水蒸気をバーナ燃焼空気配管３２に供給する
水蒸気流量調節弁、５７は水蒸気配管３２ａに取り付け
られ、水蒸気分離器１６よりバーナ燃焼空気配管３２に
供給される水蒸気流量を測定する水蒸気流量信号発信
器、５８は触媒層温度信号発信器６、燃焼空気流量信号
発信器７、燃料電池電流検出器３３及び水蒸気流量信号
発信器５７の各出力に基づいて、改質装置１の触媒層の
温度を一定にするように、水蒸気流量調節弁５３の開度
を制御する温度制御装置である。

【００５８】尚、本実施例でも、図１同様、原燃料流量
調節弁１９、改質用水蒸気流量調節弁２０、原燃料流量
信号発信器２１及び改質用水蒸気流量信号発信器２２が
用いられ、信号発信器２１及び２２の出力が温度制御装
置５８に供給され、また、この温度制御装置５８により
調節弁１９及び２０が制御されるが、説明の都合上省略
されている。

【００５９】本実施例では、図７同様、図３における水
蒸気分離器１６の水蒸気供給を、燃料電池排ガス配管３
１より、バーナ燃焼空気配管３２に変更すると共に図７
における水蒸気供給弁５３の代わりに水蒸気流量調節弁
５６を用いたものである。これにより、本実施例でも実
施例３及び４と同様の効果が得られる。

【００６０】実施例６．図９はこの発明の他の実施例を
示す系統図である。尚、図において、図１と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図に
おいて、５９は改質装置１内のバーナ燃焼空間に水蒸気
分離器１６からの水蒸気を供給する水蒸気配管、６０は
水蒸気配管５９に設けられ、水蒸気分離器１６の水蒸気
を改質装置１内のバーナ燃焼空間に供給する水蒸気供給
弁、６１は水蒸気配管５９に取り付けられ、水蒸気分離
器１６より改質装置１内のバーナ燃焼空間に供給される
水蒸気流量を一定にするオリフィス、６２は改質装置１
内のバーナ燃焼空間に水蒸気を噴霧させる為のノズル、
６３は触媒層温度信号発信器６、燃焼空気流量信号発信
器７、及び燃料電池電流検出器３３の各出力に基づい
て、改質装置１の触媒層の温度を一定にするように、水
蒸気供給弁６０を開閉動作させる温度制御装置である。

【００６１】尚、本実施例でも、図１同様、原燃料流量
調節弁１９、改質用水蒸気流量調節弁２０、原燃料流量
信号発信器２１及び改質用水蒸気流量信号発信器２２が
用いられ、信号発信器２１及び２２の出力が温度制御装
置６３に供給され、また、この温度制御装置６３により
調節弁１９及び２０が制御されるが、説明の都合上省略
されている。

【００６２】本実施例では、水蒸気分離器１６の水蒸気
供給を、図３における燃料電池排ガス配管３１、図７に
おけるバーナ燃焼空気配管３２より、バーナ燃焼空間に
水蒸気を供給する水蒸気配管５９に変更したものであ
る。これにより、本実施例でも、実施例２及び実施例４
と同様の効果が得られると共に、更に本実施例では、バ
ーナ燃焼空間に直接水蒸気を供給する為、可燃性ガスで
ある燃料電池排ガス、燃焼空気系統と水蒸気系統を分離
することができ、水蒸気凝縮水ドレン対策などが不要と
なり、配管構造が簡素化される。また、燃料電池１５の
燃料供給系統の圧力上昇や空気ブロア１７の圧力変動な
どが無くなる。

【００６３】実施例７．図１０はこの発明の他の実施例
を示す系統図である。尚、図において、図１及び図９と
対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略
する。図において、６４は水蒸気配管５９に設けられ、
水蒸気分離器１６の水蒸気を改質装置１内のバーナ燃焼
空間に供給する水蒸気流量調節弁、６５は水蒸気配管５
９に取り付けられ、水蒸気分離器１６よりバーナ燃焼空
気配管３２に供給される水蒸気流量を測定する水蒸気流
量信号発信器、６６は触媒層温度信号発信器６、燃焼空
気流量信号発信器７、燃料電池電流検出器３３及び水蒸
気流量信号発信器６５の各出力に基づいて、改質装置１
の触媒層の温度を一定にするように、水蒸気流量調節弁
６４を開閉動作させる温度制御装置である。

【００６４】尚、本実施例でも、図１同様、原燃料流量
調節弁１９、改質用水蒸気流量調節弁２０、原燃料流量
信号発信器２１及び改質用水蒸気流量信号発信器２２が
用いられ、信号発信器２１及び２２の出力が温度制御装
置６６に供給され、また、この温度制御装置６６により
調節弁１９及び２０が制御されるが、説明の都合上省略
されている。

【００６５】実施例７では、水蒸気分離器１６の水蒸気
供給を、実施例３の燃料電池排ガス配管３１、実施例５
のバーナ燃焼空気配管３２より、バーナ燃焼空間水蒸気
供給配管５９に変更した。これにより、バーナ燃焼空間
に直接水蒸気を供給する為、可燃性ガス、燃焼空気系統
と水蒸気系統を分離する事ができ、水蒸気凝縮水ドレン
対策などが不要となり、配管構造が簡素化される。ま
た、燃料電池本体１５の燃料供給系統の圧力上昇や空気
ブロア１７の圧力変動などが無くなる。この実施例７で
は、実施例３及び実施例５と同様の効果が得られる。

【００６６】なお、実施例２から実施例７までは、燃料
電池電流検出器３３を用いているが、燃料電池発電出力
信号や燃料電池排ガス流量などの燃料電池電流と一義的
に定まる測定値を用いてもよい。また、実施例１から実
施例７までは、改質装置触媒層温度６を用いているが、
改質装置反応管管壁温度などの触媒層温度と一義的に定
まる測定値を用いてもよい。

【００６７】

【００６８】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、外部から上記改質装置に供給される原燃料の流量
を測定する第１の流量信号発信器と、上記燃料電池の冷
却用水から水蒸気分離器により分離されて上記改質装置
に供給される改質用水蒸気の流量を測定する第２の流量
信号発信器と、外部から上記バーナに燃焼空気配管を介
して供給される燃焼空気の流量を測定する第３の流量信
号発信器と、上記改質装置の触媒層の温度を測定する温
度信号発信器と、上記燃料電池の出力電流を測定する電
流検出器と、上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁
と、上記燃料電池からの排ガスを上記改質装置に供給す
る燃料電池排ガス配管と、上記水蒸気分離器からの水蒸
気を上記燃料電池排ガス配管に供給する水蒸気配管と、
この水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整する調整手
段と、上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒層の温度測
定値と該触媒層の設定値の偏差、および上記燃料電池の
出力電流の現在値と前回値の偏差にそれぞれ基づいて上
記燃料電池排ガス配管への水蒸気の供給するか否かを判
定し、該判定結果に応じて上記調整手段を制御して上記
改質装置の触媒層の温度を一定にする制御手段とを備え
たので、改質装置や燃料電池の状態に関係なく、温度制
御ができるとともに、燃料電池電流変化により、供給す
る水蒸気の流量を制御するため、急激な燃料電池負荷に
対しても対応でき、装置の負荷即応性が向上し、信頼性
の高い装置が得られ、しかも燃料電池排ガス成分比検出
器や補助バーナ等を不要にできると共に、可燃性ガスで
ある燃料電池排ガスを大気中に放出せず、また、燃焼空
気量を最低限にできる為、燃焼空気関係動力が少なくな
り、装置の効率を上げることができる構成が簡単で安価
な燃料電池発電装置を得ることができるという効果があ
る。

【００６９】また、請求項２記載の発明によれば、外部
から上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定する
第１の流量信号発信器と、上記燃料電池の冷却用水から
水蒸気分離器により分離されて上記改質装置に供給され
る改質用水蒸気の流量を測定する第２の流量信号発信器
と、外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給さ
れる燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器
と、上記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発
信器と、上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器
と、上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、上記
燃焼空気配管に上記水蒸気分離器からの水蒸気を供給す
る水蒸気配管と、この水蒸気配管を流れる水蒸気の流量
を調整する調整手段と、上記燃焼空気の流量測定値、上
記触媒層の温度測定値と該触媒層の設定値の偏差、およ
び上記燃料電池の出力電流の現在値と前回値の偏差から
それぞれ得られた改質用水蒸気の流量を加算して改質用
水蒸気の流量設定値を算出し、該算出された改質用水蒸
気の流量設定値と上記改質用水蒸気の流量測定値の偏差
に基づいて上記調整手段を制御して上記改質装置の触媒
層の温度を一定にする制御手段とを備えたので、改質装
置や燃料電池の状態に関係なく、温度制御ができるとと
もに、燃料電池電流変化により、供給する水蒸気の流量
を制御するため、急激な燃料電池負荷に対しても対応で
き、装置の負荷即応性が向上し、信頼性の高い装置が得
られ、しかも燃料電池排ガス成分比検出器や補助バーナ
等を不要にできると共に、可燃性ガスである燃料電池排
ガスを大気中に放出せず、また、燃焼空気量を最低限に
できる為、燃焼空気関係動力が少なくなり、装置の効率
を上げることができる構成が簡単で安価な燃料電池発電
装置を得ることができるという効果がある。

【００７０】また、請求項３記載の発明によれば、外部
から上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定する
第１の流量信号発信器と、上記燃料電池の冷却用水から
水蒸気分離器により分離されて上記改質装置に供給され
る改質用水蒸気の流量を測定する第２の流量信号発信器
と、外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給さ
れる燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器
と、上記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発
信器と、上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器
と、上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、上記
水蒸気分離器からの水蒸気を水蒸気配管を介して上記改
質装置に供給し、上記バーナの燃焼空間に噴霧させる噴
霧手段と、上記水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整
する調整手段と、上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒
層の温度測定値と該触媒層の設定値の偏差、および上記
燃料電池の出力電流の現在値と前回値の偏差にそれぞれ
基づいて上記燃料電池排ガス配管への水蒸気の供給する
か否かを判定し、該判定結果に応じて上記調整手段を制
御して上記改質装置の触媒層の温度を一定にする制御手
段とを備えたので、改質装置や燃料電池の状態に関係な
く、温度制御ができるとともに、燃料電池電流変化によ
り、供給する水蒸気の流量を制御するため、急激な燃料
電池負荷に対しても対応でき、装置の負荷即応性が向上
し、信頼性の高い装置が得られ、しかも燃料電池排ガス
成分比検出器や補助バーナ等を不要にできると共に、可
燃性ガスである燃料電池排ガスを大気中に放出せず、ま
た、燃焼空気量を最低限にできる為、燃焼空気関係動力
が少なくなり、装置の効率を上げることができる構成が
簡単で安価な燃料電池発電装置を得ることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃料電池発電装置の一実施例を
示す系統図である。

【図２】この発明の一実施例の要部の一例を示す構成図
である。

【図３】この発明の他の実施例を示す系統図である。

【図４】この発明の他の実施例の要部の一例を示す構成
図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す系統図である。

【図６】この発明の他の実施例の要部の一例を示す構成
図である。

【図７】この発明の他の実施例を示す系統図である。

【図８】この発明の他の実施例を示す系統図である。

【図９】この発明の他の実施例を示す系統図である。

【図１０】この発明の他の実施例を示す系統図である。

【図１１】従来の燃料電池発電装置を示す系統図であ
る。

【符号の説明】

１ 改質装置 ２ メインバーナ ６ 温度信号発信器 ７ 燃焼空気流量信号発信器 １５ 燃料電池 １６ 水蒸気分離器 ２０ 改質用水蒸気流量調節弁 ２２ 改質用水蒸気流量信号発信器 ２４、３６、４６、５５、５８、６３、６６ 温度制御
装置 ３１ 燃料電池排ガス配管 ３１ａ、３２ａ 水蒸気配管 ３２ バーナ燃焼空気配管 ３３ 燃料電池電流検出器 ３４、５３、６０ 水蒸気供給弁 ３５、５４ オリフィス ４４、５６、６４ 水蒸気供給流量調節弁 ４５、５７、６５ 水蒸気供給流量信号発信器 ６２ 水蒸気噴霧用ノズル

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天然ガスなどの原燃料を改質し、水素含
   有量の多い改質ガスを生成する改質装置と、この改質装
   置から供給された改質ガスを燃料として使用する燃料電
   池とを有し、この燃料電池の排ガスを上記改質装置のバ
   ーナの燃料として利用する燃料電池発電装置において、 外部から上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定
   する第１の流量信号発信器と、 上記燃料電池の冷却用水から水蒸気分離器により分離さ
   れて上記改質装置に供給される改質用水蒸気の流量を測
   定する第２の流量信号発信器と、 外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給される
   燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器と、 上記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発信器
   と、上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器と、 上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、 上記燃料電池からの排ガスを上記改質装置に供給する燃
   料電池排ガス配管と、 上記水蒸気分離器からの水蒸気を上記燃料電池排ガス配
   管に供給する水蒸気配管と、 この水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整する調整手
   段と、 上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒層の温度測定値と
   該触媒層の設定値の偏差、および上記燃料電池の出力電
   流の現在値と前回値の偏差にそれぞれ基づいて上記燃料
   電池排ガス配管への水蒸気の供給するか否かを判定し、
   該判定結果に応じて上記調整手段を制御して上記改質装
   置の触媒層の温度を一定にする制御手段とを備えたこと
   を特徴とする燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】 天然ガスなどの原燃料を改質し、水素含
   有量の多い改質ガスを生成する改質装置と、この改質装
   置から供給された改質ガスを燃料として使用する燃料電
   池とを有し、この燃料電池の排ガスを上記改質装置のバ
   ーナの燃料として利用する燃料電池発電装置において、 外部から上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定
   する第１の流量信号発信器と、 上記燃料電池の冷却用水から水蒸気分離器により分離さ
   れて上記改質装置に供給される改質用水蒸気の流量を測
   定する第２の流量信号発信器と、 外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給される
   燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器と、 上記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発信器
   と、 上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器と、 上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、上記燃焼空気配管に上記水蒸気分離器からの水蒸気を供
   給する水蒸気配管と、 この水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整する調整手
   段と、 上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒層の温度測定値と
   該触媒層の設定値の偏差、および上記燃料電池の出力電
   流の現在値と前回値の偏差からそれぞれ得られた改質用
   水蒸気の流量を加算して改質用水蒸気の流量設定値を算
   出し、該算出された改質用水蒸気の流量設定値と上記改
   質用水蒸気の流量測定値の偏差に基づいて上記調整手段
   を制御して上記改質装置の触媒層の温度を一定にする制
   御手段とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】 天然ガスなどの原燃料を改質し、水素含
   有量の多い改質ガスを生成する改質装置と、この改質装
   置から供給された改質ガスを燃料として使用する燃料電
   池とを有し、この燃料電池の排ガスを上記改質装置のバ
   ーナの燃料として利用する燃料電池発電装置において、 外部から上記改質装置に供給される原燃料の流量を測定
   する第１の流量信号発信器と、 上記燃料電池の冷却用水から水蒸気分離器により分離さ
   れて上記改質装置に供給される改質用水蒸気の流量を測
   定する第２の流量信号発信器と、 外部から上記バーナに燃焼空気配管を介して供給される
   燃焼空気の流量を測定する第３の流量信号発信器と、 上記改質装置の触媒層の温度を測定する温度信号発信器
   と、 上記燃料電池の出力電流を測定する電流検出器と、 上記改質用水蒸気の流量を調節する調節弁と、上記水蒸気分離器からの水蒸気を水蒸気配管を介して上
   記改質装置に供給し、上記バーナの燃焼空間に噴霧させ
   る噴霧手段と、 上記 水蒸気配管を流れる水蒸気の流量を調整する調整手
   段と、 上記燃焼空気の流量測定値、上記触媒層の温度測定値と
   該触媒層の設定値の偏差、および上記燃料電池の出力電
   流の現在値と前回値の偏差にそれぞれ基づいて上記燃料
   電池排ガス配管への水蒸気の供給するか否かを判定し、
   該判定結果に応じて上記調整手段を制御して上記改質装
   置の触媒層の温度を一定にする制御手段とを備えたこと
   を特徴とする燃料電池発電装置。