JP4921613B2 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を備え、電気の供給を行なう燃料電池システムおよびその運転方法に関するものである。
水素と酸素の反応により発電する固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を用いた燃料電池システムは、都市ガスやプロパン、灯油などの炭化水素原料から水蒸気改質反応により水素を多く含んだ燃料ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、燃料電池で発生した直流の電力を交流に変換する電力変換装置とで構成されている。電力変換装置では、燃料電池で発生した直流の電力を交流に変換して家庭の電力負荷に供給するとともに電力系統に連系することで、家庭の電力需要に対して燃料電池システムの発電量が不足する場合には電力系統（商用系統）から不足分を補い、発電量が過剰な場合には電力系統に余剰分を逆潮流する燃料電池システムもある。
このような燃料電池システムの運転方法は、水素生成装置を反応に適した温度まで昇温する起動工程と（例えば、特許文献１）、水素生成装置の各部温度が所定温度に到達した時点で、水素生成装置から燃料ガスを、空気供給装置から空気を、それぞれ燃料電池に供給し電力を取り出す発電工程、発電を終了し燃料電池や水素生成装置を次回発電時まで保存可能な状態に冷却や内部処理を実施する停止工程で構成されている。
特許第３４１５０８６号公報
従来の燃料電池システムでは、電力系統と連系する系統連系を行う。不用意に燃料電池システムから電力が系統へと供給されると、逆潮流により電力系統へ悪影響を及ぼすおそれがある。燃料電池システムを初めて設置した際の発電開始時には、電力会社の従業員（立会者）により系統連系保護器に対して設定された整定値に問題ないことが確認されてから、系統連系した状態での発電動作が開始されることが、通常、求められる。
燃料電池システムの起動処理では、特に水素生成装置の温度を上昇させるのに数十分から１時間以上という長い時間を要する。従来の燃料電池システムでは、水素生成装置の温度が水素含有ガスの生成反応に適した温度まで上昇すると、すぐに燃料電池へ水素含有ガスの供給が行われ、発電が開始される。立会者の待ち時間を短縮するために、予め燃料電池システムを起動させた場合、交通状況の変動により立会者の到着時刻も変動するため、立会者が発電開始迄に間に合わない場合も想定される。このため、立会者が発電開始時に確実に立ち会うためには、立会者の到着を待って起動処理を開始しなければならない。かかる起動処理によると、立会者の待ち時間が長くなり作業効率が低下する。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を短縮することが可能な燃料電池システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成器、及び前記水素生成器を加熱する加熱器を備える燃料電池システムであって、操作者の手動操作により入力される前記燃料電池システムの電力系統と連系した発電運転の開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、前記加熱器による前記水素生成器の昇温処理を完了した後、前記加熱器により前記水素生成器の保温処理をしながら前記燃料電池システムが電力系統と連系した発電運転の開始を待機する発電待機を行い、前記発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、前記発電待機を停止して前記電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている制御器とを備える。
かかる構成では、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を短縮することが可能となる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
以上説明したように、本発明の燃料電池システムおよびその運転方法によれば、水素生成器の昇温処理が完了しても、発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されるまでは電力系統と連系した燃料電池システムの発電運転の開始が待機されるため、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者が到着する前に予め燃料電池システムの起動処理を開始して、立会者の待ち時間を短縮することが可能となる。
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムにおける起動処理の一例の概略を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図４は、本発明の第２実施形態の変形例２にかかる燃料電池システムにおける温度制御の一例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システムにおける起動処理の一例の概略を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第５実施形態にかかる燃料電池システムにおける起動処理の一例の概略を示すフローチャートである。 図７は、本発明の第６実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図８は、本発明の第７実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
第１の形態にかかる燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成器、及び水素生成器を加熱する加熱器を備える燃料電池システムであって、操作者の手動操作により入力される燃料電池システムの電力系統と連系した発電運転の開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、加熱器による水素生成器の昇温処理を完了した後、燃料電池システムが電力系統と連系した発電運転の開始を待機する発電待機を行い、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、発電待機を停止して電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている制御器とを備える。
かかる構成では、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を従来の燃料電池システムよりも短縮することが可能となる。
ここで、「電力系統と連系した発電運転」とは、燃料電池システムが電力系統と接続した状態（系統連系した状態）で実行される発電運転を言う。具体的には、例えば、燃料電池の出力電力を変換する電力変換装置の出口と電力系統とを接続する電路に設けられた解列器を介して電力系統と燃料電池システムとを電気的に接続した状態で、燃料電池システムの発電運転が実行されることを言う。この解列器は、電力系統と燃料電池システムとを電気的に接続および遮断することができる。
また、上記「昇温処理」は、水素生成器において水素含有ガスを生成可能な下限温度以上、またはこの下限温度よりも小さいが下限温度以上に速やかに（例えば、数分以内に）昇温可能な温度にまで加熱器により水素生成器を昇温する処理として定義される。
第２の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、発電待機において加熱器により水素生成器の保温処理を実行する。
ここで、上記「保温処理」は、昇温処理により加熱された水素生成器の温度を保つための処理であるが、昇温処理完了時の水素生成器の温度に維持する処理に限られるものではなく、昇温処理完了時の水素生成器の温度よりも低い温度に維持する処理を含むものである。ただし、上記保温処理により維持される温度は、水素生成器において水素含有ガスを生成可能な下限温度以上、または発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられた後に、上記下限温度以上に速やかに（例えば、数分以内に）昇温可能な温度であることが好ましい。なお、上記保温処理における加熱器による加熱動作は、連続的であっても断続的であっても構わない。
第３の形態の燃料電池システムは、第２の形態の燃料電池システムにおいて、加熱器が燃焼器であり、燃焼器が、発電待機において、水素生成器より送出される水素含有ガスを用いて保温処理を実行する。
かかる構成では、水素生成器において水素含有ガスの生成を行いながら発電待機が行われるため、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられた後、迅速に電力系統と連系した発電運転を開始できる。よって、発電待機において水素生成器において水素含有ガスの生成を行っていない燃料電池システムに比べ、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間をより短縮することが可能となる。
第４の形態の燃料電池システムは、第３の形態の燃料電池システムにおいて、制御器が、発電待機において、燃料電池システムの発電運転を待機し、水素生成器より送出された水素含有ガスは燃料電池システムの発電運転により消費されずに燃焼器に供給されるように構成されている。なお、上記形態において、水素生成器により生成された水素含有ガスは燃料電池に供給されない形態、及び燃料電池に供給される形態のいずれであっても構わない。
第５の形態の燃料電池システムは、第１〜４の形態の燃料電池システムにおいて、内部電力負荷を備え、制御器は、発電待機において、燃料電池システムの発電運転を開始すると共に、発電運転により生じた電力を内部電力負荷に供給するように構成されている。
かかる構成では、発電待機中に水素生成器により生成される水素含有ガスを、燃料電池システムの発電により電力として有効に活用でき、生成した水素含有ガスを発電に利用せずに発電待機を継続する第３の形態の燃料電池システムに比べ、燃料電池システムのエネルギー効率が改善される。
第６の形態の燃料電池システムは、第１〜第５の形態の燃料電池システムのいずれかにおいて、水素生成器の温度を検知する温度検知器を備え、制御器は、発電待機において、温度検知器の検知温度が水素生成器の耐熱温度以下になるように加熱器の加熱量を制御するように構成されている。
かかる構成により、発電待機中において、水素生成器の過昇温が抑制される。特に、第３の形態の燃料電池システムは、水素生成器で生成した水素含有ガスを発電で消費せずに燃焼器で燃焼するので水素生成器の温度が過昇温する恐れがある。しかしながら、上記耐熱温度以下になるよう水素生成器に供給される原料の供給量を制御することで、水素生成器の過昇温が抑制される。
第７の形態の燃料電池システムは、第４の形態の燃料電池システムにおいて、水素生成器に原料を供給するための原料供給器を備え、制御器は、発電待機において、燃料電池システムの最大発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量になるように原料供給器を制御するよう構成されている。
第４の形態の燃料電池システムは、上述の通り、水素生成器の温度が過昇温する恐れがある。第７の形態を採用することにより、最大発電量に対して設定された原料供給量を水素生成器に供給して発電待機を実行する場合に比べて、水素生成器が過昇温する可能性が低減される。
第８の形態の燃料電池システムは、第４の形態の燃料電池システムにおいて、水素生成器に原料を供給するための原料供給器を備え、制御器は、発電待機において、燃料電池システムの中間発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量になるように原料供給器を制御するよう構成されている。
第４の形態の燃料電池システムは、上述の通り、水素生成器の温度が過昇温する恐れがある。第８の形態を採用することにより、中間発電量以上の発電量に対して設定された原料供給量を水素生成器に供給して発電待機を実行する場合に比べて、水素生成器が過昇温する可能性が低減される。
第９の形態の燃料電池システムは、第４の形態の燃料電池システムにおいて、水素生成器に原料を供給するための原料供給器を備え、制御器は、発電待機において、燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量になるよう原料供給器を制御するよう構成されている。
第４の形態の燃料電池システムは、上述の通り、水素生成器の温度が過昇温する恐れがある。第９の形態を採用することにより、燃料電池システムの所定の発電量に対して設定された原料供給量を水素生成器に供給して、燃料電池システムの発電待機を実行する場合に比べ、水素生成器が過昇温する可能性が低減される。
第１０の形態の燃料電池システムは、第９の形態の燃料電池システムにおいて、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、制御器は、発電待機を停止して、燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量になるよう原料供給器を制御し、電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている。
電力系統と連系した発電運転を開始する際に、通常、外部電力負荷の電力需要に応じた燃料電池システムの発電量に対して設定された原料供給量になるよう原料供給器を制御するため、燃料電池システムの発電を開始するまでの間に水素生成器が過昇温する可能性がある。しかしながら、第１０の形態を採用することにより、外部電力負荷需要の大きさに拘わらず、最低発電量に応じて設定された原料供給量で原料が水素生成器に供給されるので、その可能性が低減される。
第１１の形態の燃料電池システムは、第７〜第１０のいずれかの形態の燃料電池システムにおいて、燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、水素生成器の温度を検知する温度検知器とを備え、制御器は、発電待機において温度検知器の温度が上昇すると空気供給器からの空気供給量を増加させるように構成されている。
第４の形態の燃料電池システムは、上述の通り、水素生成器の温度が過昇温する恐れがある。第１１の形態を採用することにより、水素生成器が過昇温する可能性が低減される。
第１２の形態の燃料電池システムは、第１〜第５のいずれかの形態の燃料電池システムにおいて、水素生成器の温度を検知する温度検知器を備え、制御器は、発電待機において、温度検知器の検知温度が、水素含有ガスを生成可能な下限温度以上になるよう加熱器を制御する。
かかる構成では、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられた後、速やかに水素生成器の水素含有ガスを生成できるので、電力系統と連系した発電運転を速やかに開始できる。よって、保温処理において水素生成器の温度を上記下限未満で保温している形態に比べ、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間をより短縮することが可能となる。
第１３の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、制御器が、発電待機を開始した後、待機上限時間が経過すると、発電待機を停止して電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている。
かかる構成では、立会者の到着が想定以上に遅れている場合に、発電待機を際限なく継続して、発電待機に対して消費するエネルギー量が増大することを抑制する。
第１４の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、制御器が、発電待機を開始した後、待機上限時間が経過すると、発電待機を停止するように構成されている。
かかる構成では、立会者の到着が想定以上に遅れている場合に、発電待機を際限なく継続して、エネルギー消費量が増大することを抑制する。
第１５の形態の燃料電池システムは、第１の形態の燃料電池システムにおいて、さらに第１の運転方法を指示するための第１運転指示器と、第２の運転方法を指示するための第２運転指示器とを備え、制御器は、前記第１運転指示器により前記第１の運転方法が指示された場合には、前記水素生成器の昇温処理が完了した後、前記発電待機を実行し、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機を停止して電力系統と連系した発電運転を開始し、前記第２運転指示器により前記第２の運転方法が指示された場合には、前記水素生成器の昇温処理が完了した後、発電待機を行わずに、電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている。
かかる構成では、立会者の立会いを実行した後の次回以降の燃料電池システムの運転開
始時において、不必要に発電待機が実行されることによるエネルギーの浪費を防止で
きる。
第１の形態の燃料電池システムの運転方法は、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成器と、改質器を加熱する加熱器と、操作者の手動操作により入力される前記燃料電池システムの電力系統と連系した発電運転の開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、加熱器により水素生成器の昇温処理を実行する工程（ａ）と、工程（ａ）後に加熱器による水素生成器の保温処理を実行しながら燃料電池システムが電力系統と連携した発電運転の開始を待機する発電待機を実行する工程（ｂ）と、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、発電待機を停止して前記電力系統と連系した発電運転を開始する工程（ｃ）とを備えるように構成されている。
かかる構成では、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を従来の燃料電池システムよりも短縮することが可能となる。
第２の形態の燃料電池システムの運転方法は、第１の形態の燃料電池システムの運転方法の工程（ｂ）において、燃焼器は水素生成器より送出される水素含有ガスを用いて保温処理を実行する。
かかる構成では、水素生成器において水素含有ガスの生成を行いながら発電待機が行われるため、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられた後、迅速に電力系統と連系した発電運転を開始できる。よって、発電待機において水素生成器において水素含有ガスの生成を行っていない燃料電池システムに比べ、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間をより短縮することが可能となる。
第３の形態の燃料電池システムの運転方法は、第１の形態の燃料電池システムの運転方法の工程（ｂ）において、燃料電池システムの発電運転を待機し、水素生成器より送出された水素含有ガスは燃料電池システムの発電運転により消費されずに燃焼器に供給される。
かかる構成では、発電待機において水素生成器において水素含有ガスの生成を行っていない燃料電池システムに比べ、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間をより短縮することが可能となる。
第４の形態の燃料電池システムの運転方法では、燃料電池システムは、さらに内部電力負荷を備え、第１の形態の燃料電池システムの運転方法の工程（ｂ）において、燃料電池システムの発電運転を開始すると共に、発電運転により生じた電力を内部電力負荷に供給する。
かかる構成では、発電待機中に燃料電池による発電で得られる電力を有効に活用でき、生成した水素含有ガスを発電に利用せずに発電待機を継続する第３の形態の燃料電池システムに比べ、燃料電池システムのエネルギー効率が改善される。
（第１実施形態）
［装置構成］
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
本実施の形態における燃料電池システム１００は、主として、原料から水素を含有した燃料ガス（水素含有ガス：Ｈ２ガスを含むガス）を生成して供給する水素生成器１６と、酸化剤ガス（空気）を供給する空気供給装置２０と、水素生成器１６から供給される燃料ガスおよび空気供給装置２０から供給される酸化剤ガスを用いて電気化学反応により発電を行う燃料電池１０と、燃料電池システム１００の各部の動作を制御する制御器２８と、起動開始指示器３０と、発電開始指示器３２とを備えている。
水素生成器１６は燃料ガス供給経路１２を通じて燃料ガスを燃料電池１０へと供給する。水素生成器１６に原料を供給するガス経路上には、原料供給器としてのブースターポンプ１１（昇圧器）と流量調整弁１５とが配設されている。ブースターポンプ１１は制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づいて原料を昇圧する。流量調整弁１５は制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づいて、ブースターポンプ１１により昇圧された原料の流量を調整する。なお、本実施の形態では、原料供給器としてブースターポンプ１１及び流量調整弁１５を設けるよう構成したが、これらのいずれか一方であっても構わない。水素生成器１６には、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器（図示せず）と、水素生成器１６の温度を検知する温度検出器１７と加熱器１８が取り付けられている。加熱器１８には、バーナや電熱ヒーターなどが用いられる。温度検出器１７は、水素生成器１６の温度を検出して制御器２８へと検出結果を送る。制御器２８は温度検出器１７から受け取った温度に基づいて加熱器１８を制御する。これにより、水素生成器１６の温度が燃料ガスを生成するために好適な温度に維持される。原料には都市ガスやプロパンガス、灯油等の炭化水素や、メタノール等のアルコールに例示される、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物が含まれる。
なお、本例では、水素生成器１６には、改質器のみを備える形態を想定しているが、改質器で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器を備える形態を採用しても構わない。ＣＯ低減器としては、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器、及び酸化反応またはメタン化反応により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器のいずれか一方または両方が設けられる構成とすることができる。この場合において、加熱器１８は改質器のみを直接加熱することで水素生成器１６を加熱する構成としてもよいし、改質器とＣＯ低減器の両方を直接加熱する構成としてもよい。前者の場合、ＣＯ低減器は、改質器から供給される、加熱されたガスを通じて、間接的に加熱器１８により加熱されることになる。
空気供給装置２０は酸化剤ガス供給経路１４を通じて空気を燃料電池１０へと供給する。本実施形態では酸化剤として空気を用いているが、他の酸化剤を用いてもよい。空気供給装置２０としては、主に往復ポンプやターボファン、スクロールファンなどが用いられる。
ブースターポンプ１１と流量調整弁１５と水素生成器１６と加熱器１８と温度検出器１７とで、水素生成装置が構成される。
燃料電池１０へ供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、発電反応に用いられた後、それぞれ燃料排ガスおよび酸化剤排ガスとして、燃料ガス排気経路２２および酸化剤ガス排気経路２４を通じて燃料電池システム１００の外部へと排出される。燃料電池１０には、主に固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池などが用いられる。
なお、固体酸化物形燃料電池の場合は、図１に示すような改質器を含む水素生成器と燃料電池本体とが異なる外部改質型の固体酸化物形燃料電池であっても構わないし、水素生成器と燃料電池本体とが一体化された内部改質型の固体酸化物形燃料電池であっても構わない。
燃料電池１０の発電により発生する電力は、直交変換器２６Ａ（インバータ）を含む電力変換装置２６により直流電力から交流電力に変換されると共に電圧が調整され、電灯や各種電気機器などの電力負荷（外部負荷）に供給される。電力負荷は、燃料電池システム１００からの出力電力とともに電力系統（火力発電所など）と接続され、必要に応じて両者の電力の一方または双方が該負荷へと供給される。
系統連系保護器３５は、電力系統や電力変換装置２６に異常が生じ、電力変換装置２６が出力する交流電圧や交流周波数に異常が生じた場合に、解列器３７により電力変換装置２６と連系点３６との間の電路を切り離し（解列し）たり、直交変換器２６Ａのゲートブロックを行い、系統連系動作を停止させる機能を有する。ここで、上記系統連系保護器３５には、電力変換装置２６により出力される交流出力や交流周波数に対して異常と判定する閾値（以下、整定値）が設定されている。例えば、交流過電圧検出（ＯＶＲ）に関する整定値、交流不足電圧検出（ＵＶＲ）に関する整定値、交流周波数上昇検出（ＯＦＲ）に関する整定値、交流周波数低下検出（ＵＦＲ）に関する整定値等が挙げられる。上記各整定値の具体例としては、交流過電圧検出に関する整定値として目標１００Ｖに対して１１０Ｖ、交流不足電圧検出（ＵＶＲ）に関する整定値として目標１００Ｖに対して９０Ｖ、交流周波数上昇検出（ＯＦＲ）に関する整定値として目標５０．０Ｈｚに対して５１．０Ｈｚ、交流周波数低下検出（ＵＦＲ）に関する整定値として目標５０．０Ｈｚに対して４９．０Ｈｚ等が設定される。なお、本数値は、あくまで例示であり、電力系統や燃料電池の仕様により適宜設定される。
制御器２８はＣＰＵ２９およびメモリ２７を備えている。制御器２８は、水素生成器１６や空気供給装置２０、燃料電池１０、電力変換装置２６と通信可能に接続されている。制御器２８はメモリ２７に記憶されたプログラムをＣＰＵ２９が実行することで動作し、水素生成器１６や燃料電池１０の温度、水素含有ガスや空気の供給量、燃料電池１０における発電量などを制御する。
起動開始指示器３０および発電開始指示器３２は例えばボタンを備える。操作者がそれぞれのボタンを押すことで、燃料電池システム１００の運転開始および発電開始が指示される。起動開始指示器３０および発電開始指示器３２はリモコンであってもよい。
［動作］
図２は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システム１００における起動処理（燃料電池システム１００の起動時に制御器２８により実行されるプログラム）の一例の概略を示すフローチャートである。
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることに
より、燃料電池システム１００の運転を開始する。これにより、水素生成器の昇温処理が開始される（ステップＳ１０１）。
水素生成器の昇温処理において、制御器２８は加熱器１８を制御して、水素生成器１６の温度を、燃料電池システムの発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な所定の温度（例えば、水素生成装器の改質器の温度に換算して６５０℃程度）まで上昇させる。水素生成器１６が所定の温度に到達すると（昇温が完了すると）、制御器２８は水素生成器の昇温処理工程を完了し（ステップＳ１０２）、発電待機（発電待機工程）に移行する（ステップＳ１０３）。
発電待機において、制御器２８は、加熱器１８を制御して水素生成器１６の温度を所定の温度範囲（例えば、水素生成器１６の改質器の温度に換算して６３０℃〜６７０℃程度）に維持する保温処理を実行する。なお、上記温度範囲の下限値は、発電運転時において燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度（例えば、６３０℃）以上の温度であることが好ましく、上記温度範囲の上限値は、水素生成器１６の耐熱温度以下の温度であることが好ましい。
なお、発電運転時において、燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度とは、換言すれば、燃料電池の発電運転を継続するために必要な水素生成器の下限温度である。例えば、改質器の温度であれば、水素生成器１６の水素生成効率（メタン転化率）を適切な範囲に維持するための下限温度であり、ＣＯ低減器（変成器またはＣＯ除去器）の温度であれば、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を燃料電池に供給可能なレベルにまで低減可能な下限温度として定義される。
また、水素生成器１６の耐熱温度とは、水素生成器１６の構成機器の耐熱温度であり、例えば、改質器に充填される改質触媒、変成器（図示せず）に充填される変成触媒、ＣＯ除去器に充填される酸化触媒、またはメタン化触媒等の耐熱温度が挙げられる。また、上記保温処理では、加熱器１８の加熱動作は、連続的であっても断続的であっても構わない。
発電待機において、制御器２８は、ブースターポンプ１１及び流量調製弁１５を制御し、水素生成器１６への原料の供給を開始するとともに、図示されない水供給器より水の供給を開始し、改質反応により水素（Ｈ２ガス）を含有する燃料ガス（水素含有ガス）を生成し、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給を開始する。燃料電池１０から排出された燃料ガスは、燃料ガス処理器２５により燃焼処理もしくは希釈処理され、大気に排出される。
制御器２８は、発電待機を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。判定結果がＮＯであれば、発電待機（ステップＳ１０３）が継続される。電力会社の立会者の確認により上記整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されると、判定結果がＹＥＳとなり、燃料電池１０の発電運転の開始指示がなされる（ステップＳ１０５）。すると、空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給が開始されるとともに、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
なお、燃料電池システム１００の運転終了時の処理（停止工程）は周知の構成が採用可能であるので説明を省略する。
また、上記昇温処理及び保温処理では、水素生成器１６の温度を発電運転時に燃料電池に供給可能な水素含有ガスを生成する温度になるよう制御をしているが、水素生成器１６において水素含有ガスを生成可能な下限温度以上（例えば、３００℃以上）、またはこの下限温度よりも小さいが下限温度以上に速やかに（例えば、数分以内に）昇温可能な温度になるよう制御する形態を採用しても構わない。また、この場合においても、上記保温処理では、加熱器１８の加熱動作は、連続的であっても断続的であっても構わない。
また、昇温処理においては、発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な所定の温度（例えば、水素生成装器の改質器の温度に換算して６５０℃程度）まで上昇させ、保温処理においては、発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度よりも小さい所定温度以上になるように制御する形態を採用しても構わない。具体的には、上記昇温処理を実行後、加熱器１８による加熱動作を停止して、水素生成器１６が自然冷却され、発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度よりも小さい所定温度以下になる度に、加熱器１８による加熱動作を再開して保温処理を繰り返し実行する。なお、この所定温度は、例えば、水素生成器１６において水素含有ガスを生成可能な下限温度（例えば、３００℃）以上の温度であることが好ましい。
また、上記燃料電池システムでは、加熱器１８と燃料ガス処理器２５を個別に設ける形態を採用しているが、燃料ガス処理器２５をバーナとして加熱器１８と兼用する形態を採用しても構わない。この場合、発電待機中においては、燃料電池１０から排出された水素含有ガスを燃料ガス処理器２５で燃焼することで水素生成器１６の保温処理が実行される。また、昇温処理においても、水素生成器１６及び燃料電池を通過した可燃性ガス（水素生成器１６が水素含有ガスを生成できない温度では、原料、水素生成器１６が水素含有ガスを生成可能な温度では水素含有ガス）を燃料ガス処理器で燃焼処理して、水素生成器１６が加熱されるよう構成される。
本実施形態の燃料電池システムによれば、起動処理において、水素生成器１６の昇温処理が完了した後も発電開始が指示されるまで、水素生成器１６の保温処理を実行しながら、発電待機される。このように事前に起動処理を開始し水素生成器の温度を昇温し、保持させておくことで、電力会社の従業員などの立会者が到着した際に、速やかに発電を開始することができる。よって、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う場合に、従来の燃料電池システムよりも立会者の待ち時間を短縮することができる。
本実施形態では、水素含有ガスが燃料電池に継続的に供給されている状態で発電待機が行われるため、発電開始の指示が受け付けられれば、迅速に電力系統と連系した発電運転を開始できるので好ましい。
［変形例１］
第１実施形態の燃料電池システムでは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が行われるものであった。これに対し変形例１の燃料電池システムは、発電待機において、水素生成器における水素含有ガスの生成が待機される、すなわち、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される点で異なる。
本変形例にかかる燃料電池システムの装置構成は第１実施形態の燃料電池システム１００と同一とすることができる。よって、各構成要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
本変形例にかかる燃料電池システムの動作は、上述した第１実施形態の燃料電池システムの動作（図２）とほぼ同様である。以下、本変形例にかかる燃料電池システムの動作につき説明する。
燃料電池システムの運転が開始され、水素生成器の昇温処理が実行される部分については、上述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０２と同様とすることができる。
水素生成器の昇温処理が完了すると、発電待機が行われる。この工程は上述のステップＳ１０３に対応する。
本変形例の発電待機において、制御器２８は、加熱器１８を制御して水素生成器１６の温度を所定の温度範囲（例えば、水素生成器１６の改質器の温度に換算して６３０℃〜６７０℃程度）に維持する保温処理を実行する。
なお、上記温度範囲の下限値は、発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度（例えば、６３０℃）以上の温度であることが好ましく、上記温度範囲の上限値は、水素生成器１６の耐熱温度以下の温度であることが好ましい。なお、水素生成器１６の耐熱温度とは、水素生成器１６の構成機器の耐熱温度であり、例えば、改質器に充填される改質触媒、変成器（図示せず）に充填される変成触媒、ＣＯ除去器に充填される酸化触媒、またはメタン化触媒等の耐熱温度が挙げられる。また、上記保温処理では、加熱器１８の加熱動作は、連続的であっても断続的であっても構わない。 本変形例の発電待機において、制御器２８は、水素生成器１６において水素含有ガスの生成を実行しない。本実施形態では、発電待機においては、図示されない閉止弁などにより原料及び水の供給が遮断され、水素生成器からはガスが排出されない。
発電待機を行いつつ、発電開始の指示を待つ部分については、上述したステップＳ１０４と同様とすることができる。電力会社の立会者の確認により整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されると、判定結果がＹＥＳとなり、水素生成器１６への原料及び水の供給が開始され、これにより水素生成器１６から燃料電池１０への水素含有ガスの供給が開始される（ステップＳ１０５）。さらに空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
なお、上記形態においては、水素生成器１６に改質器のみを備える形態を想定しているが、水素生成器１６が改質器及びＣＯ低減器を備え、ＣＯ低減器が加熱器１８で直接加熱されず、改質器を通過したガスにより間接的に加熱される形態の場合、上記昇温処理及び保温処理は、加熱器１８により改質器のみを昇温処理及び保温処理するよう構成される。
つまり、水素生成器１６が改質器及びＣＯ低減器を備える場合、昇温処理及び保温処理は少なくとも改質器について実行されればよく、ＣＯ低減器に対してこれらを実行するか否かは任意である。
また、上記昇温処理及び保温処理では、水素生成器１６の温度を発電運転時に燃料電池に供給可能な水素含有ガスを生成する温度になるよう制御をしているが、水素生成器１６において水素含有ガスを生成可能な下限温度以上（例えば、３００℃以上）、またはこの下限温度よりも小さいが下限温度以上に速やかに（例えば、数分以内に）昇温可能な温度になるよう制御する形態を採用しても構わない。
本変形例の燃料電池システムによれば、起動処理において、昇温処理が完了した後も発電開始が指示されるまで、水素生成器１６の保温処理を実行しながら、発電待機を実施する。このように事前に昇温処理を開始し水素生成器の温度を昇温し、保持させておくことで、電力会社の従業員などの立会者が到着した際に、速やかに発電を開始することができる。よって、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う場合に、従来の燃料電池システムよりも立会者の待ち時間を短縮することができる。
発電待機では、水素生成器における水素含有ガスの生成が待機されるため、エネルギー消費量の低減にもつながる。
［変形例２］
第１実施形態の燃料電池システムでは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給及び保温処理が行われるものであった。これに対し変形例２の燃料電池システムは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給を待機するとともに保温処理を行わないことを特徴とする。
本変形例にかかる燃料電池システムの装置構成は第１実施形態の燃料電池システム１００と同一とすることができる。よって、各構成要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
本変形例にかかる燃料電池システムの動作は、上述した第１実施形態の燃料電池システムの動作（図２）とほぼ同様である。以下、本変形例にかかる燃料電池システムの動作につき説明する。
燃料電池システムの運転が開始され、水素生成器１６の昇温処理が実行される部分については、上述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０２と同様とすることができる。
水素生成器の昇温処理が完了すると、発電待機が行われる。この工程は上述のステップＳ１０３に対応する。
本変形例の発電待機において、制御器２８は、第１実施形態やその変形例１の燃料電池システムと異なり、水素生成器１６において水素含有ガスを生成せず、かつ加熱器１による加熱動作を停止、保温処理も実行しない。従って、水素生成器１６は、周囲温度の影響により徐々に温度低下（自然冷却）する。
発電待機を行いつつ、発電開始の指示を待つ部分については、上述したステップＳ１０４と同様とすることができる。電力会社の立会者の確認により整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されると、判定結果がＹＥＳとなり、加熱器１６により水素生成器１６の温度を発電運転において燃料電池に供給可能な水素含有ガスが生成される所定の温度以上にまで加熱され、水素生成器１６から燃料電池へ水素含有ガスの供給される（ステップＳ１０５）。そして、空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。なお、上記ステップS１０５における水素含有がスの生成開始は、温度検出器１７により水素生成器１６の温度が水素含有ガスを生成可能な温度以上であることを検知した時点でもよいし、温度検出器１７により水素生成器１６の温度が発電運転時に燃料電池に供給可能な水素含有ガスが生成される温度以上であることを検知した時点でもよい。
本変形例の燃料電池システムによれば、電力会社の従業員が到着する前に事前に昇温処理が実行されているので、電力会社の従業員などの立会者が到着し、発電開始の指示をした時点で、水素生成器は余熱を有するので従来の燃料電池システムに比べて、速やかに発電を開始することができる。よって、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う場合に、従来の燃料電池システムよりも立会者の待ち時間を短縮することができる。
また、発電待機では、水素生成器における水素含有ガスの生成が待機されるとともに、保温処理が実行されないため、発電待機におけるエネルギー消費量の低減にもつながる。
（第２実施形態）
［装置構成］
図３は、本発明の第２実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態の燃料電池システム２００は、第１実施形態の燃料電池システム１００において、加熱器１８と燃料ガス処理器２５（燃焼器）とを共通化した構成となっている。具体的には、加熱器１８、燃料ガス処理器２５を削除して燃焼器１９を設けるとともに、バイパス経路２３を経由したガスが燃焼器１９に供給されるよう構成されている。その他の点は燃料電池システム１００と同様である。よって、燃料電池システム１００と共通する構成要素については同一の符号および名称を付して説明を省略する。
バイパス経路２３は、切替器１３を介して燃料ガス供給経路１２と燃料ガス排気経路２２とを連通させる。
切替器１３は、制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づき、水素生成器１６から排出されるガスの供給先を、燃料電池１０と燃料ガス排気経路２２（燃焼器１９）との間で切替える。
供給先を燃料ガス排気経路２２（燃焼器１９）に切替えた場合には、水素生成器１６から排出されるガスは燃料電池１０に供給されず、バイパス経路２３および燃料ガス排気経路２２を通じて燃焼器１９へと供給される。水素生成器１６から排出されるガス（起動の初期においては未反応の原料、そして、水素生成器の温度が水素含有ガスを生成可能な温度になると水素含有ガス）は、燃焼器１９において燃焼される。
供給先を燃料電池１０に切替えた場合には、水素生成器１６から排出されるガスはバイパス経路２３に供給されず、燃料電池１０へと供給される。切替器１３としては、主に三方弁や２個の電磁弁などが用いられる。２個の電磁弁を用いる場合には、燃料ガス供給経路１２（下流側−燃料ガス供給経路１２とバイパス経路２３との接続部と燃料電池１０との間−に配設される）とバイパス経路２３の両方にそれぞれ電磁弁を設け、一方が閉止している場合には一方を開放させるように動作させる。この場合、燃料電池１０から排出されるガス（燃料排ガス）が、燃焼器１９において燃焼される。
燃料ガス排気経路２２は、燃料電池１０およびバイパス経路２３と燃焼器１９とを連通し、水素生成器１６から排出されるガスまたは燃料電池１０から排出されるガスを燃焼器１９へと供給する。
燃焼器１９は、原料、水素生成器１６から排出されるガス、燃料電池１０から排出されるガスのいずれかまたはその混合ガスを燃焼することで水素生成器１６を加熱する。燃焼器１９は第１実施形態における加熱器１８に相当する。燃焼器１９は制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づき、水素生成器１６を加熱する。また本実施形態では、原料供給器が、本発明の燃焼ガス供給器として機能するよう構成されている。つまり、制御器２８が、ブースターポンプ１１および流量調整弁１５を制御することで、バイパス経路２３を経由して燃焼器１９に供給される原料の供給量が調整される。これにより、水素生成器１６の加熱量が制御される。
なお、燃料電池１０をバイパスするバイパス経路２３の代わりに水素生成器１６をバイパスするバイパス経路（図示せず）を設け、該バイパス経路を経由して原料が燃料ガスとして燃焼器１９へ直接に供給されてもよい。
燃料ガス供給経路１２のうち、水素生成器１６と切替器１３とを結ぶ経路を第１燃料ガス供給経路と呼び、切替器１３と燃料電池１０とを結ぶ経路を第２燃料ガス供給経路と呼ぶ。燃料ガス排気経路２２とバイパス経路２３の合流する部位を合流部と呼ぶ。燃料ガス排気経路２２のうち、燃料電池１０と合流部とを結ぶ経路を第１燃料ガス排気経路と呼び、合流部と燃焼器１９とを結ぶ経路を第２燃料ガス排気経路と呼ぶ。第１燃料ガス供給経路とバイパス経路２３と第２燃料ガス排気経路とで、短絡経路が構成される。短絡経路は、水素生成器１６から排出されるガスを燃料電池１０を経由せず、そのまま燃焼器１９に供給する。
［動作］
燃料電池システム２００の動作は、概略として燃料電池システム１００の動作（図２）と同様である。
燃料電池システム２００の動作が燃料電池システム１００と異なる点は、水素生成器の昇温処理（ステップＳ１０１）および燃料電池システムの発電待機の開始（ステップＳ１０３）において制御器２８および切替器１３により水素生成器から排出されるガスの流入先が制御される点である。
すなわち、水素生成器の昇温処理（ステップＳ１０１）では、水素生成器１６へ原料が供給されると共に、水素生成器１６から排出されるガスがバイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給されるように、切替器１３が切替えられる（切替器１３がバイパス経路２３側に切替えられる）。上記昇温処理では、水素生成器１６の温度が水素含有ガスを生成可能な下限温度以上になると水供給器（図示せず）より水を供給し、水素含有ガスの生成を開始する。
発電待機（ステップＳ１０３）では、水素生成器１６から排出される水素含有ガスが燃料ガス供給経路１２を経由して燃料電池１０へと供給されるように、切替器１３が切替えられる（切替器１３が燃料電池１０側に切替えられる）。これにより、水素生成器１６から排出される水素含有ガスは、燃料電池１０と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給され続ける。このように、発電待機では、燃焼器１９が、水素生成器１６から供給される水素含有ガスを燃焼することで、水素生成器１６の保温処理が実行される。また、上記発電待機においては、燃料電池は発電運転を実行しないので、水素生成器で生成された水素含有ガスは、燃料電池の発電で消費されずに燃焼器に供給される。温度検出器１７が改質器の温度を検出する温度検出器である場合には、この保温処理において、制御器２８は、発電待機を行っている間、温度検知器１７の検知温度が発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度（例えば６３０℃）以上になるように原料供給器により水素生成器１６への原料の供給量を制御することとしてもよい。また、温度検知器１７の検知温度が水素生成器１６の耐熱温度以下の上限温度（例えば、６７０℃）以下になるよう原料供給器により水素生成器１６への原料の供給量を制御することが好ましい。
そして、制御器２８は、発電待機を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。電力会社の立会者の確認により系統連系保護器３５の整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されると、判定結果がＹＥＳとなり、燃料電池１０の発電運転の開始指示がなされる（ステップＳ１０５）。
一方、燃料電池の発電の開始が指示された際には、空気供給装置２０から燃料電池１０へと酸化剤ガスとしての空気の供給が開始され、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。つまり、電力変換装置２６より燃料電池１０の電力が取り出され、電力系統と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
なお、上記本実施の形態の燃料電池システムにおいては、燃料電池１０をバイパスして燃料ガス排気経路２２と接続するバイパス経路２３と、水素生成器１６から排出されたガスの流入先を、燃料電池１０と、バイパス経路２３との間で切替える切替器１３とを備える形態とした。しかしながら、燃料電池１０が固体酸化物燃料電池のように燃料ガスに含まれる一酸化炭素に対して劣化しにくいようなタイプの燃料電池の場合、上記バイパス経路２３及び切替器１３を設けずに、水素生成器１６より排出されたガスが、燃料電池１０に供給される形態を採用しても構わない。
また、上記昇温処理及び保温処理では、水素生成器１６の温度を発電運転時に燃料電池に供給可能な水素含有ガスを生成する温度になるよう制御をしているが、水素生成器１６において水素含有ガスを生成可能な下限温度以上（例えば、３００℃以上）、またはこの下限温度よりも小さいが下限温度以上に速やかに（例えば、数分以内に）昇温可能な温度になるよう制御する形態を採用しても構わない。
本実施形態でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、本実施形態では、水素生成器の昇温処理や発電待機において、燃焼器１９により加熱されたガスが水素生成器内部を通流する。よって、ガスにより水素生成器内部の熱伝導が促進され、水素生成器の温度上昇や温度維持を容易に実現できる。
［変形例１］
第２実施形態の燃料電池システムでは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が行われるものであった。これに対し本変形例は、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される点で異なる。
本変形例にかかる燃料電池システムの装置構成は第２実施形態の燃料電池システム２００と同一とすることができる。よって、各構成要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
すなわち、水素生成器の昇温処理（ステップＳ１０１）では、水素生成器１６へ原料が供給されると共に、水素生成器１６から排出されるガスがバイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給されるように、切替器１３が切替えられる（切替器１３がバイパス経路２３側に切替えられる）。上記昇温処理では、水素生成器１６の温度が水素含有ガスを生成可能な下限温度以上になると水供給器（図示せず）より水を供給し、水素含有ガスの生成を開始する。
発電待機（ステップＳ１０３）では、水素生成器１６へ原料及び水が供給され、切替器１３の切替は行われない。これにより、水素生成器１６から排出される水素含有ガスは、バイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給され続ける。このように、発電待機では、燃焼器１９が、水素生成器１６から供給される水素含有ガスを燃焼することで、水素生成器１６の保温処理が実行される。また、発電待機において水素生成器１６で生成された水素含有ガスは燃料電池の発電で消費されずに、燃焼器１９へと供給される。
温度検出器１７が改質器の温度を検出する温度検出器である場合には、制御器２８は、発電待機を行っている間、温度検知器１７の検知温度が発電運転時に燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度（例えば６３０℃）以上になるように原料供給器により、水素生成器１６への原料の供給量を制御することとしてもよい。また、温度検知器１７の検知温度が水素生成器１６の耐熱温度以下の上限値（例えば、６７０℃）以下になるよう原料供給器により水素生成器１６への原料の供給量を制御することが好ましい。
また、上記昇温処理及び保温処理では、水素生成器１６の温度を発電運転時に燃料電池に供給可能な水素含有ガスを生成する温度になるよう制御をしているが、水素生成器１６において水素含有ガスを生成可能な下限温度以上（例えば、３００℃以上）、またはこの下限温度よりも小さいが下限温度以上に速やかに（例えば、数分以内に）昇温可能な温度になるよう制御する形態を採用しても構わない。
一方、燃料電池へ水素含有ガスの供給を開始する（ステップＳ１０５）際には、水素生成器１６から排出される水素含有ガスが燃料電池１０へと供給されるように、切替器１３が切替えられる（切替器１３が燃料電池１０側に切替えられる）。これにより、燃料ガスが燃料電池１０へと供給され（ステップＳ１０５）、さらに空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。具体的には、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
本変形例の燃料電池システムについても、第２実施形態と同様な効果が得られる。
［変形例２］
本変形例の燃料電池システムは、第２実施形態またはその変形例１の燃料電池システムの発電待機にお水素生成器１６の過熱を抑制する制御の例を実行することを特徴とする。
本変形例において、制御器２８は、発電待機を行なっている間、温度検知器１７の検知温度が水素生成器１６の耐熱温度以下の上限温度以下になるように水素生成器１６の温度を制御する。具体的な制御方法としては、例えば、原料供給器水素生成器１６への原料供給量を調整すること、で燃焼器１９への水素含有ガスの供給量を調整すること、燃焼用空気供給器（図示せず）による燃焼器１９への燃焼用空気の供給量を調整すること、改質器が原料と水を用いて水素含有ガスを生成する場合において改質器への水供給量を調整すること、などが挙げられる。
発電待機中は、水素生成器１６で生じた水素含有ガスを発電により消費されず、そのまま燃焼器１９に供給されるため、改質器が過熱されやすい。本変形例では、発電待機の際に水素生成器の温度制御が行なわれるため水素生成器の過熱が抑制される。
図４は、本発明の第２実施形態の変形例２にかかる燃料電池システムにおける温度制御の一例を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本変形例における温度制御を説明する。
発電待機における温度制御ルーチンが開始されると（スタート）、まず制御器２８によりブースターポンプ１１と流量調整弁１５とが制御され、水素生成器１６（水素生成器１６内部の改質器）への原料供給量がＶｍ１に制御される（ステップＳ１０１’）。
次に、温度検知器１７による検知温度がＴｔｈ１以上であるか否かの判定が行われ（ステップＳ１０２’）、判定結果がＹＥＳであれば燃焼用空気供給器による空気供給量がＶａ１に増加される（ステップＳ１０３’）。空気供給量の増加により、水素生成器１６の冷却量も増加し、水素生成器１６の温度は低下する。
ステップＳ１０３’が終了すると、あるいはステップＳ１０２’の判定結果がＮＯであれば、温度検知器１７による検知温度がＴｔｈ２以下であるか否かの判定が行われ（ステップＳ１０４’）、判定結果がＹＥＳであれば燃焼用空気供給器による空気供給量がＶａ２に減少される（ステップＳ１０５’）。空気供給量の減少により、冷却量も減少し、水素生成器１６の温度は上昇する。
ステップＳ１０５’が終了すると、あるいはステップＳ１０４’の判定結果がＮＯであれば、温度制御ルーチンが終了する（エンド）。なおこのとき、ステップＳ１０１’あるいはステップＳ１０２’に戻るように制御されうる。
なお、Ｔｔｈ１>Ｔｔｈ２であり、Ｖａ１＞Ｖａ２である。Ｔｔｈ１は、例えば、水素生成器１６の耐熱温度以下の上記上限値とすることができる。Ｔｔｈ２は、空気供給量増加による水素生成器１６の冷却動作の停止を判断するための温度閾値であり、上記Ｔｔｈ１に対してヒステリシスを持たせた値となっている。
Ｖｍ１は、水素生成器１６の過昇温を抑制するために、燃料電池システムの最大発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量としてもよいし、好ましくは、燃料電池システムの中間発電量（最大発電量と最小発電量との中間値）に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量であり、燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量とすることが更に好ましい。
Ｖｍ１を燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量とする場合には、発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、制御器は、発電待機を停止して、燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量になるよう原料供給器（例えば、ブースターポンプ１１）を制御し、電力系統と連系した発電運転を開始してもよい。
電力系統と連系した発電運転を開始する際に、通常、外部電力負荷の電力需要に応じた燃料電池システムの発電量に対して設定された原料供給量になるよう原料供給器を制御するため、燃料電池システムの発電を開始するまでの間に水素生成器が過昇温する可能性がある。しかしながら、上記のように外部電力負荷需要の大きさに拘わらず、最低発電量に応じて設定された原料供給量で原料が水素生成器１６に供給されるので、その可能性が低減される。
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池システムは、発電待機を開始してから待機上限時間を経過した段階で、発電開始の指示がなくても燃料電池の発電を開始する点で、第２実施形態の燃料電池システム２００と異なる。なお、本実施形態の燃料電池システム３００の装置構成は、第２実施形態の燃料電池システム２００（図３）と同様であるので、各構成要素には同一の符号および名称を付して説明を省略する。
［動作］
図５は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システム３００における起動処理（燃料電池システム３００の起動時に制御器２８により実行されるプログラム）の一例の概略を示すフローチャートである。
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム３００の運転を開始する。これにより、水素生成器の昇温処理が開始される（ステップＳ２０１）。
水素生成器の昇温処理は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態においても、水素生成器の昇温処理において、切替器１３はバイパス経路２３側に切替えられている。水素生成器１６が所定の温度以上に到達すると、制御器２８は水素生成器の昇温処理を完了し（ステップＳ２０２）、発電待機を実行する（ステップＳ２０３）。発電待機は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
制御器２８は、発電待機を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０４）。
ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池１０の発電運転の開始指示がなされる（ステップＳ２０６）。すると、空気供給装置２０から燃料電池１０へ酸化剤ガスとしての空気の供給が開始され、発電工程が開始される（ステップＳ２０７）。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
ステップＳ２０４の判定結果がＮＯの場合、発電待機が開始されてから待機上限時間が経過したか否かの判定が行われる（ステップＳ２０５）。なお、上記待機上限時間は、立会者の到着が予定より遅れている場合に、発電待機を際限なく継続して、発電待機に消費されるエネルギー量が際限なく増大することを抑制するために設けられるもので、例えば、半時間から数時間程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
ステップＳ２０５の判定結果がＮＯの場合、発電待機（ステップＳ２０３）が継続される。
一方、ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳになれば、操作者による発電開始指示器３２を介して発電開始の指示入力がなくても、制御器２８の制御により燃料電池システム２００の発電運転の開始指示がなされる（ステップＳ２０６）。すると、空気供給装置２０から燃料電池１０へ酸化剤ガスとしての空気の供給が開始され、発電工程が開始される（ステップＳ２０７）。すなわち制御器２８は、水素生成器の昇温処理が完了した後（発電待機開始後）、待機上限時間が経過すると、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されなくても、発電待機を停止して燃料電池の発電を開始する。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
なお、燃料電池システム３００の運転終了時の処理は周知の構成が採用可能であるので説明を省略する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、本実施形態では、立会者の到着が予定よりも遅れている場合に、待機上限時間経過後に発電を開始する。かかる制御により、発電待機を際限なく継続して、発電待機に消費するエネルギー量が増大することを抑制する。
［変形例］
第３実施形態の燃料電池システムでは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が行われるものであった。これに対し本変形例は、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される点で異なる。
本変形例にかかる燃料電池システムの装置構成は第３実施形態の燃料電池システムと同一とすることができる。よって、各構成要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
本変形例にかかる燃料電池システムの動作は、上述した第３実施形態の燃料電池システムの動作（図５）とほぼ同様である。以下、本変形例にかかる燃料電池システムの動作につき説明する。
図５のステップＳ２０１〜Ｓ２０４については、本変形例についても同様である。ただし、発電待機については、第２実施形態の変形例１と同様である。
ステップＳ２０４に相当するステップの判定結果がＹＥＳであれば、バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられる。これにより、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ２０６に相当する）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ２０７に相当する）。具体的には、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
図５のステップＳ２０５については、本変形例についても第３実施形態の燃料電池システムと同様とすることができる。ただし、ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳの場合には、操作者による発電開始指示器３２を介して発電開始の指示入力がなくても、制御器２８の制御により燃料電池システム２００の発電運転の開始指示がなされ、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ２０６に相当する）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ２０７に相当する）。すなわち、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
制御器２８は、水素生成器の昇温処理が完了した後（発電待機開始後）、待機上限時間が経過すると、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されなくても、発電待機を停止して水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するとともに燃料電池システムの電力系統と連系した発電運転が開始される。
本変形例の燃料電池システムは、立会者の到着が想定以上に遅れている場合に、発電待機を際限なく継続して、エネルギー消費量が増大することを抑制する。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、第３実施形態の燃料電池システムと異なり、水素生成器の昇温処理が完了し、発電待機を開始した後、待機上限時間が経過すると、発電待機を停止することを特徴とする。
本実施形態の燃料電池システムの装置構成は、第１実施形態の燃料電池システム１００、あるいは第２実施形態の燃料電池システム２００と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。
本実施形態の燃料電池システムの動作フローは、第３実施形態の燃料電池システムの動作（図５のフローチャート）において、ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳの場合に、燃料電池の発電運転が指示される代わりに、発電待機を停止するステップが行われる。その他の動作については、第３実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
なお、ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳの場合に、発電待機を停止するステップが行われる代わりに、燃料電池システムの運転が停止されてもよい。
かかる構成により、立会者の到着が想定以上に遅れている場合に、発電待機を際限なく継続して、エネルギー消費量が増大することが抑制される。
（第５実施形態）
第５実施形態の燃料電池システムは、発電待機を開始してから待機上限時間を経過した段階で発電開始指示がなければ保温処理を伴う発電待機を停止し、水素生成器の温度が所定温度以下まで低下した時点で再び水素生成器の昇温処理を実行する点で、第２実施形態の燃料電池システム２００と異なる。なお、本実施形態の燃料電池システム４００の装置構成は、第２実施形態の燃料電池システム２００（図３）と同様であるので、各構成要素には同一の符号および名称を付して説明を省略する。
［動作］
図６は、本発明の第５実施形態にかかる燃料電池システム４００における起動処理（燃料電池システム４００の起動時に制御器２８により実行されるプログラム）の一例の概略を示すフローチャートである。
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム４００の運転を開始する。まず、変数ｉにゼロが代入されてメモリ２７に記憶され（ステップＳ３０１）、水素生成器１６の昇温処理が開始される（ステップＳ３０２）。
水素生成器１６の昇温処理は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態においても、水素生成器１６の昇温処理において、切替器１３はバイパス経路２３側に切替えられている。水素生成器１６が第１の所定温度以上に到達すると、水素生成器１６の昇温処理が完了となり（ステップＳ３０３）、水素生成器１６の保温処理をしながら発電待機が実行される（ステップＳ３０４）。発電待機は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
制御器２８は、発電待機を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ３０５）。
電力会社の立会者の確認により系統連系保護器３５の整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力され、ステップＳ３０５の判定結果がＹＥＳになれば、燃料電池１０の発電運転の開始指示がなされる（ステップＳ３０６）。すると、空気供給装置２０から燃料電池１０へ酸化剤ガスとしての空気の供給が開始され、発電工程が開始される（ステップＳ３０７）。
ステップＳ３０５の判定結果がＮＯの場合、発電待機が開始されてから待機上限時間（数時間程度が最も好ましい）が経過したか否かの判定が行われる（ステップＳ３０８）。
ステップＳ３０８の判定結果がＮＯの場合、保温処理を伴う発電待機（ステップＳ３０４）が継続される。
ステップＳ３０８の判定結果がＹＥＳであれば、保温処理を伴う発電待機が停止される（ステップＳ３０９）。具体的には、水素生成器１６への原料の供給が停止され、これにより水素含有ガスの生成が停止される。また、燃焼器１９における燃焼（水素生成器１６の保温処理）も停止される。
発電待機が停止されると、制御器２８は、切替器１３をバイパス経路２３側に切替え、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かの判定を行う（ステップＳ３１０）。
ステップＳ３１０の判定結果がＹＥＳであれば、水素生成器１６への原料の供給および燃焼器１９における燃焼が再開されて水素生成器１６の昇温処理が開始され（ステップＳ３１１）、水素生成器１６が第１の所定温度（例えば、水素生成器の改質器の温度に換算して６５０℃程度）以上に到達すると、水素生成器１６の昇温処理が完了となり（ステップＳ３１２）、切替器１３が燃料電池１０側に切替えられて水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ３０６）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ３０７）。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
ステップＳ３１０の判定結果がＮＯであれば、水素生成器１６の温度が第２の所定温度以下に低下したか否かの判定が行われる（ステップＳ３１３）。ここで、第２の所定温度＜第１の所定温度である。例えば、第２の所定温度は、水素生成器１６で水素含有ガスが生成可能な下限温度として規定され、水素生成器１６の改質器の温度に換算して３００℃程度とすることができる。
ステップＳ３１３の判定結果がＮＯであれば、再度ステップＳ３１０が実行される。すなわち、水素生成器１６の温度が第２の所定温度に下がるまで、発電待機を停止した状態が維持される。
ステップＳ３１３の判定結果がＹＥＳであれば、ｉに１が加えられ（ステップＳ３１４）、ｉが３以上になったか否かの判定が行われる（ステップＳ３１５）。
ステップＳ３１５の判定結果がＮＯであれば、再度ステップＳ３０２が実行される。これにより、ｉが３以上になるまで水素生成器１６の昇温処理および保温処理をしながら発電待機が繰り返される。第２の所定温度と第１の所定温度との差は、再度の水素生成器１６の昇温処理において水素生成器１６を第１の所定温度まで加熱するために十数分程度を必要とするものであることが好ましい。
ステップＳ３１５の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池システムの運転が終了される（ステップＳ３１６）。
なお、燃料電池システム３００の運転終了時の処理は周知の構成が採用可能であるので説明を省略する。
上述の説明では、ｉが３以上になったときに燃料電池システムの運転を終了したが、閾値は３に限られず、例えば２や４であってもよい。
本実施形態でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、本実施形態では、立会者の到着が遅れている場合に、発電待機を際限なく継続して、発電待機に消費されるエネルギー量が際限なく増大することを抑制できる。
［変形例１］
第５実施形態の燃料電池システムでは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が行われるものであった。これに対し本変形例は、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される点で異なる。
本変形例にかかる燃料電池システムの装置構成は第５実施形態の燃料電池システムと同一とすることができる。よって、各構成要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
本変形例にかかる燃料電池システムの動作は、上述した第５実施形態の燃料電池システムの動作（図６）とほぼ同様である。以下、本変形例にかかる燃料電池システムの動作につき説明する。
図６のステップＳ３０１〜Ｓ３０５については、本変形例についても同様である。ただし、発電待機については、第２実施形態の変形例と同様である。
ステップＳ３０５に相当するステップの判定結果がＹＥＳになれば、切替器１３が燃料電池１０側に切替えられる。これにより、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップ３０６に相当）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ３０７に相当する）。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
図６のステップＳ３０５の判定結果がＮＯの場合に実行される、図６のステップＳ３０８〜ＳＳ３１６については、本変形例についても同様である。
以上の本変形例の燃料電池システムでも、第５実施形態と同様な効果が得られる。
［変形例２］
上述の説明では、装置構成を第２実施形態の燃料電池システム２００と同様としたが、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様の装置構成としてもよい。本変形例では、水素生成器１６の昇温処理および水素生成器１６の保温処理は、加熱器１８を動作させることにより行われる。
発電待機においては、第１実施形態と同様に、制御器２８は、ブースターポンプ１１及び流量調製弁１５を制御し、水素生成器１６への原料の供給を開始する。また、図示されない水供給器より水の供給を開始し、改質反応により水素含有ガスを生成し、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給を開始する。その他の動作については、上述した第５実施形態の燃料電池システムの動作と同様であるので、説明を省略する。
また、本変形例においては、第１実施形態の変形例１のように、発電待機において、保温処理を実行しながら、水素生成器における水素含有ガスの生成を待機するよう構成しても構わない。これにより、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される。また、この場合も、その他の動作については、上述した第５実施形態の燃料電池システムの動作と同様であるので、説明を省略する。
以上の本変形例の燃料電池システムでも、第５実施形態と同様な効果が得られる。
（第６実施形態）
［装置構成］
図７は、本発明の第６実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態の燃料電池システム５００の装置構成は、第２実施形態の燃料電池システム２００に第１運転指示器３１と第２運転指示器３３を追加したものであり、その他の点は燃料電池システム２００（図３）と同様である。よって、燃料電池システム２００と共通する構成要素については同一の符号および名称を付して説明を省略する。
第１運転指示器３１および第２運転指示器３３は、例えばボタンを備える。操作者が第１運転指示器３１のボタンを押すと、燃料電池システム５００の運転モードが第１の運転方法である旨が制御器２８に指示される。操作者が第２運転指示器３３のボタンを押すと、燃料電池システム５００の運転モードが第２の運転方法である旨が制御器２８に指示される。
［動作］
操作者は、燃料電池システムの運転開始前に、第１運転指示器３１あるいは第２運転指示器３３を操作して、燃料電池システム５００の運転モードを第１の運転方法とするか、第２の運転方法とするかの指示を行う。
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム５００の運転を開始する。これにより、水素生成器の昇温処理が開始される。水素生成器の昇温処理では、水素生成器１６から排出されるガスがバイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給されるように、切替器１３が切替えられる（切替器１３がバイパス経路２３側に切替えられる）。そして、制御器２８は燃焼器１９を制御して、水素生成器１６の温度を、発電運転時において燃料電池へ水素含有ガスを供給可能な所定の温度（例えば、水素生成器の改質器の温度に換算して６５０℃程度）以上まで上昇させる。水素生成器１６が所定の温度に到達すると、制御器２８は水素生成器の昇温処理を完了する。
第１運転指示器３１により第１の運転方法が指示されている場合、水素生成器の昇温処理完了後、切替器１３を燃料電池１０側に切替えて、水素生成器１６から排出されるガスを燃料電池１０へ供給開始する。制御器２８は、発電開始指示器３２から発電開始の指示が入力されるまで、燃料電池１０から排出されるガスを燃焼器１９で燃焼させつつ、水素生成器１６の温度を所定の温度範囲（例えば、水素生成器１６の改質器の温度に換算して６３０℃〜６７０℃程度）に維持する（発電待機）。発電待機では、上記のように燃焼器１９により、水素生成器１６の保温処理が実行される。
そして、電力会社の立会者の確認により系統連系保護器３５の整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２が操作されて発電開始が指示されると、空気供給装置２０から酸化剤ガスとしての空気が燃料電池１０へと供給開始される。そして、発電工程が開始される。
第２運転指示器３３により第２の運転方法が指示されている場合、水素生成器の昇温処理完了後、発電待機は行われず、そのまま発電工程が開始される。すなわち、切替器１３が燃料電池１０側に切替えられ、水素生成器１６から排出されるガスが燃料電池１０へと供給されるとともに、空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスとしての空気の供給も開始されて、その後、発電工程が開始される。具体的には、解列器３７がＯＮにされ、電力変換装置２６より電力が取り出され、電力系統（商用系統）と連系し、家庭等の電力負荷（外部負荷）に電力が供給される。
なお、上記本実施の形態の燃料電池システムにおいては、燃料電池１０をバイパスして燃料ガス排気経路２２と接続するバイパス経路２３と、水素生成器１６から排出されたガスの流入先を、燃料電池１０と、バイパス経路２３との間で切替える切替器１３とを備える形態とした。しかしながら、燃料電池１０が固体酸化物燃料電池のように燃料ガスに含まれる一酸化炭素に対して劣化しにくいようなタイプの燃料電池の場合、上記バイパス経路２３及び切替器１３を設けずに、水素生成器１６の昇温処理において排出された燃料ガスが、燃料電池１０に供給される形態を採用しても構わない。
本実施形態では、立会者の立ち会いが必要な場合には、第１の運転方法を指示することで発電待機を行うことができる一方、一旦立ち会いが行われた後の通常の運転において立会者の立ち会いが不要な場合には、第２の運転方法を指示することで発電待機を実行せず、そのまま電力系統と連系した発電を開始できる。かかる構成では、不必要に発電待機が実行されることによるエネルギーの損失を抑制できる。
［変形例１］
第６実施形態の燃料電池システムでは、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が行われるものであった。これに対し本変形例は、発電待機において、水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される点で異なる。
本変形例にかかる燃料電池システムの装置構成は第６実施形態の燃料電池システムと同一とすることができる。よって、各構成要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
本変形例にかかる燃料電池システムの動作は、上述した第６実施形態の燃料電池システムの動作において、発電待機時に水素生成器から燃料電池への水素含有ガスの供給が待機される点と、発電開始の指示により、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される点が異なるが、その他の点は第６実施形態と同様である。
以上の本変形例の燃料電池システムでも、第６実施形態と同様な効果が得られる。
［変形例２］
上述の説明では、装置構成を第２実施形態の燃料電池システム２００に第１運転指示器３１と第２運転指示器３３を追加したものとしたが、第１実施形態の燃料電池システム１００に第１運転指示器３１と第２運転指示器３３を追加したものとしてもよい。本変形例では、水素生成器１６の昇温処理および水素生成器１６の保温処理は、加熱器１８を動作させることにより行われる。発電待機においては、第１実施形態と同様に、制御器２８は、ブースターポンプ１１及び流量調製弁１５を制御し、水素生成器１６への原料の供給を開始する。また、図示されない水供給器より水の供給を開始し、改質反応により水素含有ガスを生成し、水素生成器１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給を開始する。その他の動作については、上述した第６実施形態の燃料電池システムの動作と同様であるので、説明を省略する。
また、本変形例においては、第１実施形態の変形例１のように、発電待機において、保温処理を行いながら、水素生成器における水素含有ガスの生成を待機するよう構成しても構わない。また、この場合も、その他の動作については、上述した第５実施形態の燃料電池システムの動作と同様であるので、説明を省略する。
また、本変形例において、第１実施形態の変形例２のように、発電待機において、水素生成器において水素含有ガスの生成を待機するとともに保温処理を行わないよう構成しても構わない。また、この場合も、その他の動作については、上述した第５実施形態の燃料電池システムの動作と同様であるので、説明を省略する。
以上の本変形例の燃料電池システムでも、第６実施形態と同様な効果が得られる。
（第７実施形態）
［装置構成］
図８は、本発明の第７実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態の燃料電池システム６００の装置構成は、第１実施形態の燃料電池システム１００における電力変換装置２６を第１電力変換装置３８に置き換えると共に、燃料電池の出力と第１電力変換装置３８とを接続する線から分岐する線に第２電力変換装置３９を追加したものであり、その他の点は燃料電池システム１００（図１）と同様である。よって、燃料電池システム１００と共通する構成要素については同一の符号および名称を付して説明を省略する。
第１電力変換装置３８は、電力変換装置２６と同様の構成とすることができるので、詳細な説明を省略する。
第２電力変換装置３９は、例えば、入力される直流電力の電圧を変換して、異なる電圧の直流電力を出力するＤＣ／ＤＣコンバーターが用いられる。第２電力変換装置３９は、燃料電池１０からの直流電力を、所望の電圧の直流電力に変換して、燃料電池システムの内部電力負荷（例えば、ブースターポンプ１１、空気供給装置２０、余剰電力ヒーター等の電動補機）に出力する。第２電力変換装置３９は、燃料電池１０からの直流電力を、第１電力変換装置３８にそのまま出力する場合もあり、第１電力変換装置３８へそのまま出力すると同時に電圧を調整した直流電力を内部電力負荷に出力する場合もある。第２電力変換装置３９は制御器２８と通信可能に接続されている。燃料電池１０の出力先の調整（第１電力変換装置３８と第２電力変換装置３９との間での調整）は、制御器２８の制御に基づいて行なわれる。
［動作］
燃料電池システム６００の動作は、図２に示した燃料電池システム１００の動作とほぼ同様であるが、以下の点で相違する。
すなわち、燃料電池システム６００の発電待機（図２のステップＳ１０３に相当）では、制御器２８は、ブースターポンプ１１及び流量調製弁１５を制御し、水素生成器１６への原料の供給を開始するとともに、図示されない水供給器より水の供給を開始し、改質反応により水素含有ガスを生成し、水素生成器１６から燃料電池１０へ水素含有ガスの供給を開始する。並行して、制御器２８は、空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給を開始する。かかる制御により、燃料電池１０における発電が行われ、燃料電池１０から直流電力が出力される。
出力された直流電力は、制御器２８の制御により、第２電力変換装置３９において所望の電圧の直流電力に変換され、燃料電池システムの内部電力負荷（例えば、ブースターポンプ１１、空気供給装置２０、余剰電力ヒーター等の電動補機）に供給される。
一方、発電開始指示が入力される（図２のステップＳ１０４参照）と、制御器２８の制御により、第２電力変換装置３９は第１電力変換装置３８への電力供給を開始する（図２のステップＳ１０５に相当）。並行して解列器３７がＯＮにされ、電力系統と連系した発電運転が開始される（図２のステップＳ１０６に相当）。
本実施形態では、第１実施形態の燃料電池システムと同様の効果を奏する。
また、発電待機中に水素生成器により生成される水素含有ガスを燃料電池システムの発電により電力として有効に活用でき、燃料電池システムのエネルギー効率が改善される。
［変形例］
本変形例の燃料電池システムは、第２実施形態〜第６実施形態のいずれかの燃料電池システムの技術的特徴を、上記第７実施形態の燃料電池システムに適用した変形例である。
例えば、第２実施形態の燃料電池システムの特徴を適用し、バイパス経路２３を設け、発電待機においては水素生成器１６で生成した水素含有ガスを燃料電池１０に供給し、発電運転を行いながら、燃料電池１０のアノードガス流路より排出された排ガスを燃焼器１９で燃焼させてもよい。
また、第３実施形態の燃料電池システムの特徴を適用し、発電開始の指示がなくても発電待機が待機上限以上継続すると、電力系統と連系した発電運転が開始されるようにしてもよい。
また、第５実施形態の燃料電池システムの特徴を適用し、発電待機を開始してから待機上限時間を経過した段階で発電開始指示がなければ発電待機を停止し、水素生成器の温度が所定温度以下まで低下した時点で再び水素生成器の昇温処理を実行してもよい。
第６実施形態の燃料電池システムの特徴を適用し、第１運転指示器３１と第２運転指示器３３を追加し、立会者の立ち会いが必要な場合には、第１の運転方法を指示することで発電待機を行うことができる一方、一旦立ち会いが行われた後の通常の運転において立会者の立ち会いが不要な場合には、第２の運転方法を指示することで発電待機を実行せず、そのまま電力系統と連系した発電を開始できるようにしてもよい。かかる構成により、それぞれの実施形態と同様の効果が得られる。
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。
本発明に係る燃料電池システムは、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を短縮することが可能な燃料電池システムおよびその運転方法として有用である。
１０ 燃料電池
１２ 燃料ガス供給経路
１３ バイパス切換弁
１４ 酸化剤ガス供給経路
１６ 水素生成器
１７ 温度検知器
１８ 加熱器
１９ 燃焼器（バーナ）
２０ 空気供給装置
２２ 燃料ガス排気経路
２３ バイパス経路
２４ 酸化剤ガス排気経路
２５ 燃料ガス処理器
２６ 電力変換装置
２６Ａ 直交変換器
２７ メモリ
２８ 制御器
２９ ＣＰＵ
３０ 起動開始指示器
３１ 第１運転指示器
３２ 発電開始指示器
３３ 第２運転指示器
３５ 系統連系保護器
３６ 連系点
３７ 解列器
３８ 第１電力変換器
３９ 第２電力変換器
１００ 燃料電池システム
２００ 燃料電池システム
５００ 燃料電池システム
６００ 燃料電池システム

Claims (19)

  1. 原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成器、及び前記水素生成器を加熱する加熱器を備える燃料電池システムであって、
    操作者の手動操作により入力される前記燃料電池システムの電力系統と連系した発電運転の開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、
    前記加熱器による前記水素生成器の昇温処理を完了した後、前記燃料電池システムが電力系統と連系した発電運転の開始を待機する発電待機を行い、前記発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、前記発電待機を停止して前記電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている制御器とを備える、燃料電池システム。
  2. 前記制御器は、前記発電待機において前記加熱器により前記水素生成器の保温処理を実行する、請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記加熱器が燃焼器であり、
    前記燃焼器が、前記発電待機において、前記水素生成器より送出される水素含有ガスを用いて前記保温処理を実行する、請求項２記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御器が、前記発電待機において、前記燃料電池システムの発電運転を待機し、
    前記水素生成器より送出された水素含有ガスは前記燃料電池システムの発電運転により消費されずに前記燃焼器に供給される、請求項３記載の燃料電池システム。
  5. 内部電力負荷を備え、
    前記制御器は、前記発電待機において、前記燃料電池システムの発電運転を開始すると共に、前記発電運転により生じた電力を前記内部電力負荷に供給するように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
  6. 前記水素生成器の温度を検知する温度検知器を備え、
    前記制御器は、前記発電待機において、前記温度検知器の検知温度が前記水素生成器の耐熱温度以下になるように前記加熱器の加熱量を制御するように構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  7. 前記水素生成器に原料を供給するための原料供給器を備え、
    前記制御器は、前記発電待機において、前記燃料電池システムの最大発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量になるように前記原料供給器を制御する、請求項４記載の燃料電池システム。
  8. 前記水素生成器に原料を供給するための原料供給器を備え、
    前記制御器は、前記発電待機において、前記燃料電池システムの中間発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量になるように前記原料供給器を制御する、請求項４記載の燃料電池システム。
  9. 前記水素生成器に原料を供給するための原料供給器を備え、
    前記制御器は、前記発電待機において、前記燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量よりも小さい原料供給量になるよう前記原料供給器を制御する、請求項４記載の燃料電池システム。
  10. 前記発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、前記制御器は、前記発電待機を停止して、前記燃料電池システムの最小発電量に対して設定される原料供給量になるよう前記原料供給器を制御し、前記電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている、請求項９に記載の燃料電池システム。
  11. 前記燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、
    前記水素生成器の温度を検知する温度検知器とを備え、
    前記制御器は、前記発電待機において前記温度検知器の温度が上昇すると前記空気供給器からの空気供給量を増加させる、請求項７〜１０のいずれかに記載の燃料電池システム。
  12. 前記水素生成器の温度を検知する温度検知器を備え、
    前記制御器は、前記発電待機において、前記温度検知器の検知温度が、前記水素含有ガスを生成可能な下限温度以上になるよう前記加熱器を制御する、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  13. 前記制御器が、前記発電待機を開始した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機を停止して電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  14. 前記制御器が、前記発電待機を開始した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機を停止するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  15. さらに第１の運転方法を指示するための第１運転指示器と、
    第２の運転方法を指示するための第２運転指示器とを備え、
    前記制御器は、
    前記第１運転指示器により前記第１の運転方法が指示された場合には、前記水素生成器の昇温処理が完了した後、前記発電待機を実行し、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機を停止して電力系統と連系した発電運転を開始し、
    前記第２運転指示器により前記第２の運転方法が指示された場合には、前記水素生成器の昇温処理が完了した後、発電待機を行わずに、電力系統と連系した発電運転を開始するように構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
  16. 原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成器と、前記改質器を加熱する加熱器と、操作者の手動操作により入力される前記燃料電池システムの電力系統と連系した発電運転の開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    前記加熱器により前記水素生成器の昇温処理を実行する工程（ａ）と、
    前記工程（ａ）後に前記加熱器による水素生成器の保温処理を実行しながら前記燃料電池システムが電力系統と連携した発電運転の開始を待機する発電待機を実行する工程（ｂ）と、
    前記発電開始指示器により発電開始の指示が受け付けられると、前記発電待機を停止して前記電力系統と連系した発電運転を開始する工程（ｃ）とを備える、燃料電池システムの運転方法。
  17. 前記工程（ｂ）において、前記燃焼器は前記水素生成器より送出される水素含有ガスを用いて前記保温処理を実行する、請求項１６記載の燃料電池システムの運転方法。
  18. 前記工程（ｂ）において、前記燃料電池システムの発電運転を待機し、前記水素生成器より送出された水素含有ガスは前記燃料電池システムの発電運転により消費されずに前記燃焼器に供給される、請求項１６記載の燃料電池システムの運転方法。
  19. 前記燃料電池システムは、さらに内部電力負荷を備え、
    前記工程（ｂ）において、前記燃料電池システムの発電運転を開始すると共に、前記発電運転により生じた電力を前記内部電力負荷に供給する、請求項１６記載の燃料電池システムの運転方法。
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