JP5065678B2 - 燃料電池システム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関する。特に、燃焼装置を有する改質装置を備える燃料電池システム及びその運転方法に関する。

燃料電池の燃料には、一般的には、水素リッチなガス（以下、水素含有ガスという）が用いられている。この水素含有ガスは、主として炭化水素系の原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により生成される。この水素含有ガスを生成する改質装置（水素生成装置）は、一般的には、改質器、変成器及び選択酸化器を有して構成されている。そして、この水蒸気改質反応等は触媒作用によって進行することから、この改質装置は、バーナ等の燃焼装置を有し、水蒸気を発生させるとともに原料ガス等を触媒反応温度にまで加熱している。

そして、燃料電池システムは、一般的には、原料ガス供給装置、改質装置、燃料電池及び燃焼装置を順次連通する連通路によって接続されて構成されている。これによって、原料ガスが水素含有ガスとなって、燃料電池において電気化学反応に供され、燃料電池から排出される余剰の水素含有ガスが燃焼装置の燃料として有効利用されている。

そして、燃料電池の停止の際には、燃料電池システム内に不活性ガス等を流通させる。この停止処理によって、燃料電池システム内に残留している水素含有ガスをパージすること（パージ処理）ができる。このパージ処理として、不活性ガス（例えば、窒素）を改質装置内に供給する方法が一般的である。また、水素含有ガスを生成するために用いる都市ガス等の原料ガスを改質器等の燃料電池システムに供給し、燃料電池システム内の水素含有ガスを原料ガスでパージし、燃料電池システム内を原料ガスによって封止する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
特開２００３−２２９１５６号公報

しかしながら、不活性ガス供給用の設備は、燃料電池システムの設備コスト及び設置スペースの増大を招く。また、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、停電や燃料電池システムの故障、誤作動等の何らかの原因によって上述の通常の停止処理が行えない場合（通常状態でない場合）、例えば、燃料電池システム内に水素含有ガスが残留したままままで、燃料電池システムを封止するはずの調整弁等が開放状態のままとなってしまう場合には、燃料電池システムは大気開放状態となる。

従って、通常状態でない場合には、燃料電池システム内の温度低下に伴い、燃料電池システム内の装置内に残留している水素含有ガスが温度低下よって体積収縮し、燃料電池システム内に空気が侵入し、空気中の酸素と水素含有ガス中の水素とが混合した状態となってしまう。そして、燃料電池システムの再起動時において、燃焼装置のバーナ等で燃焼を行った際に、燃料電池システム内に逆火するなどして燃料電池システム内での異常燃焼が発生し、連通路、改質装置、燃料電池等が損傷するおそれがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池システムの設備コスト及び設置スペースの増大と不必要な原料ガスの供給とを回避しつつ、通常状態でない場合における燃焼装置の着火時における異常燃焼の発生を回避することができる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、第１の本発明の燃料電池システムは、原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
原料ガスを水素リッチな水素含有ガスに改質する改質装置と、
燃料電池と、
前記原料ガスあるいは前記水素含有ガスを燃焼して前記改質装置に熱を供給する燃焼装置と、
前記原料ガス供給装置、前記改質装置、前記燃料電池及び前記燃焼装置を順次連通する連通路と、
制御装置と、を有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムが非常停止した場合には、前記制御装置は、次回の前記燃焼装置の着火動作までに、前記原料ガス供給装置を制御して前記改質装置及び前記改質装置から前記燃焼装置に至る前記連通路を含んで構成される水素含有ガス流路の少なくとも一部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給処理を行わせる。

このような構成とすると、不活性ガスの供給設備を要しないので、燃料電池システムの設備コスト及び設置スペースの増大を抑制しつつ、非常停止した場合における燃焼装置の着火時における異常燃焼の発生を回避することができる。また、燃料電池システムの状態を判別するので、不必要な原料ガスの供給を回避しつつ、燃焼装置の着火時における異常燃焼の発生を回避することができる。

また、水素含有ガス流路とは、改質装置から燃料電池をバイパスして燃焼装置に至るまでの水素含有ガスが流れる流路、あるいは、改質装置から燃料電池を経由して燃焼装置に至るまでの水素含有ガスが流れる流路をいう。

第２の本発明の燃料電池システムは、前記制御装置は、前記原料ガス供給処理を少なくとも次回の前記燃焼装置の着火動作の直前において行わせるとよい。このように構成すると、燃料電池システムが非常停止した場合には、燃焼装置の着火動作直前に、原料ガスを用いて原料ガス供給処理を行うので、燃焼装置の着火動作時における異常燃焼をより確実に防止することができる。

第３の本発明の燃料電池システムは、前記制御装置は、前記原料ガス供給処理を少なくとも前記燃料電池の運転停止期間中において行わせるとよい。このように構成すると、燃料電池の運転停止期間中において、燃料電池システムが非常停止した場合には、原料ガスを用いて原料ガス供給処理を行うので、燃料電池の停止後早期に水素含有ガス流路に侵入している空気を低減あるいはパージすることができる。

第４の本発明の燃料電池システムは、前記制御装置は、前記原料ガス供給処理において、前記原料ガスを少なくとも前記水素含有ガス流路の流路容積に相当する量供給させるとよい。このように構成すると、水素含有ガス流路に侵入している空気の濃度低減あるいはパージに必要な量の原料ガスを供給させることができる。

第５の本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池システムが非常停止した場合には、前記制御装置は、次回の前記燃焼装置の着火動作時において、前記燃料電池の運転停止動作が履行されている前記燃料電池システムの状態である通常状態時の着火動作時間に比べ、着火動作時間を延長させるとよい。

第６の本発明の燃料電池システムは、
前記原料ガス供給装置と前記改質装置との間の前記連通路に配設されている第１の弁と、
前記燃料電池と前記燃焼装置との間の前記連通路に配設されている第２の弁と、
前記燃料電池と前記第２の弁との間の前記連通路に配設されている第３の弁と、
前記改質装置及び前記燃料電池の間の連通路と前記第３の弁及び前記第２の弁の間の連通路とを接続する分岐路と、
前記改質装置及び前記燃料電池の間の連通路と前記分岐路との接合部に配設された三方弁と、を有し、
前記原料ガス供給処理には、前記第３の弁と前記三方弁とを制御して前記燃料電池を前記燃料電池システムから隔離する燃料電池隔離動作と、
該燃料電池隔離動作後に、前記第１及び第２の弁と前記原料ガス供給装置とを制御して、前記隔離された部分を除く前記連通路、前記分岐路、前記改質装置及び前記燃焼装置内に前記原料ガスを供給する原料ガス供給動作と、を含むとよい。このように構成すると、空気を含んでいる可能性のある残留ガスを燃料電池内に流通させずに低減あるいはパージできるので、空気を含んでいる可能性のある残留ガスの流通による燃料電池の性能劣化を抑制することができる。

第７の本発明の燃料電池システムは、前記原料ガス供給処理は、前記改質器から前記燃料電池を経由して前記燃焼装置までの経路に前記原料ガスを供給する原料ガス供給動作を含むとよい。

第８の本発明の燃料電池システムは、前記燃焼装置は、空気供給装置を備え、前記原料ガス供給処理において、前記制御装置は、前記空気供給装置を制御して、前記燃焼装置から流出する排出ガスの濃度が可燃濃度未満となるように前記排出ガスを希釈するとよい。このように構成すると、燃焼装置の排気側において排出ガスが不測の異常燃焼を引き起こす可能性を抑制することができる。

第９の本発明の燃料電池システムの運転方法は、
原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
原料ガスを水素リッチな水素含有ガスに改質する改質装置と、
燃料電池と、
前記原料ガスあるいは前記水素含有ガスを燃焼して前記改質装置に熱を供給する燃焼装置と、
前記原料ガス供給装置、前記改質装置、前記燃料電池及び前記燃焼装置を順次連通する連通路と、を有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムが非常停止した場合には、次回の前記燃焼装置の着火動作までに、前記原料ガス供給装置によって前記改質装置及び前記改質装置から前記燃焼装置に至る前記連通路を含んで構成される水素含有ガス流路の少なくとも一部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給ステップを有する。

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。

本発明の燃料電池発電システム及びその運転方法によれば、燃料電池システムの設備コスト及び設置スペースの増大と不必要な原料ガスの供給とを回避しつつ、非常停止した場合における燃焼装置の着火時における異常燃焼の発生を回避することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。燃料電池システムは、原料ガス供給装置１と、水供給装置２と、改質装置３と、燃料電池４と、燃焼装置５と、連通路６Ａ乃至６Ｅと、分岐路６Ｆ，６Ｇと、水蒸気発生器９と、第１乃至第３の弁１０，１１，１２と、大気開放装置１３と、三方弁１４と、第4の弁１４と、酸化剤ガス供給装置７とを備えて構成されている。

原料ガス供給装置１は、連通路６Ａに原料ガスを供給するように配設されている。ここでは、図示しないが、原料ガスには都市ガス（天然ガス）を用いている。そして、原料ガス供給装置１は、都市ガスインフラに接続されたポンプによって構成されている。また、ニードル弁等の流量調節具を備え、これによって、原料ガスの供給流量の調整ができるように構成されている。なお、原料ガス供給装置１として、ボンベ等の原料ガスを充填した機材が用いられてもよい。なお、この原料ガスは、少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスであればよく、上記都市ガスに限定されない。

水供給装置２は、水蒸気発生器９に水を供給するように配設されている。水供給装置２は、ここでは、図示しないが、プランジャーポンプによって構成されている。また、電磁弁の流量調節具を備え、これによって、水の供給や遮断ができるように構成されている。

連通路６Ａは、原料ガス供給装置１と改質装置３とを接続している。なお、連通路６Ａ乃至６Ｅ、分岐路６Ｆ及び分岐路６Ｇは原料ガス及び水素含有ガスに対する耐腐食性を有し、かつこれらガスの供給圧力に対する耐圧性を有する配管で構成されている。

水蒸気発生器９は、燃焼装置５の燃焼熱を利用して、水を水蒸気に気化するように構成されている。そして、水蒸気発生器９で発生した水蒸気が連通路６Ａの原料ガスに供給され、原料ガスに水蒸気が混合するように構成されている。なお、水蒸気発生器９で発生した水蒸気が改質器３Ａ内で原料ガスに混合されるように構成されていてもよい。

改質装置３は、改質器３Ａ、変成器３Ｂ、選択酸化器３Ｃ及び連通路６Ｂ、６Ｃを有して構成されている。

連通路６Ｂは改質器３Ａと変成器３Ｂとを接続している。

連通路６Ｃは変成器３Ｂと選択酸化器３Ｃとを接続している。

改質器３Ａは、水蒸気が混合された原料ガスを触媒作用によって水蒸気改質反応させ、原料ガスを水素含有ガスに改質するよう構成されている。一般的には、ニッケル系、ルテニウム系、ロジウム系などの触媒が用いられている。

変成器３Ｂは、水素含有ガス中の一酸化炭素を触媒作用によって変成反応（主に、シフト反応）させるように構成されている。一般的には、白金系、銅-亜鉛系の触媒が用いられている。

選択酸化器３Ｃは、水素含有ガス中の一酸化炭素を触媒作用によって選択酸化反応させるように構成されている。一般的には、白金系、ルテニウム系の触媒が用いられている。また、図示しないが、選択酸化器３Ｃは、選択酸化反応に必要な酸化ガスとして空気が供給されるように構成されている。例えば、選択酸化器３Ｃ内に空気が供給されるようにエアーポンプ及び空気流路が配設されている。

そして、改質器３Ａに連通路６Ａが接続されていて、これを経由して原料ガスが原料ガス供給装置１から改質器３Ａに供給される。また、選択酸化器３Ｃには連通路６Ｄが接続されていて、これを経由して水素含有ガスが選択酸化器３Ｃから燃料電池４に供給される。

連通路６Ｄは、改質装置３と燃料電池４とを接続している。

燃料電池４は、高分子電解質型燃料電池で構成されている。そして、燃料電池４の入口４Ａ、より正確には、燃料電池４のアノードガス流路の入口４Ａには連通路６Ｄが接続されていて、これを経由して水素含有ガスが選択酸化器３Ｃから燃料電池４に供給される。また、燃料電池４のアノードガス流路の出口４Ｂには連通路６Ｅが接続されていて、これを経由して燃料電池４から放出される余剰の水素含有ガスが燃焼装置５に供給される。

連通路６Ｅは、燃料電池４と燃焼装置５とを接続している。

燃焼装置５は、本体５Ａと空気供給装置５Ｂを備えて構成されている。本体５Ａは改質器３Ａに併設され、空気供給装置５Ｂは本体５Ａに空気を供給するように構成されている。また、本体５Ａには連通路６Ｅが接続されていて、これを経由して水素含有ガスあるいは原料ガスが供給される。そして、本体５Ａ内において水素含有ガスあるいは原料ガスは空気が混合されて図示しない着火装置によって着火されて燃焼される。これによって、水蒸気改質反応に必要な熱を改質器３Ａに供給することができ、かつ水の気化に必要な熱を水蒸気発生器９に供給することができる。そして、燃焼後の燃焼排ガスは本体５Ａから大気中に放出される。

ここでは着火装置には点火プラグなどの放電火花発生装置を用いている。そして、燃焼装置５の着火動作は放電火花発生装置への通電動作によって実施され、着火動作時間の延長は放電火花発生装置への通電時間の延長によって行うことができる。また、放電火花発生装置の電極間の溶着などの不具合の発生を防止するため、着火動作時間を延長させる場合には、通電時間を複数回に区切って延べ通電時間を延長させるように構成するとよい。なお、着火装置は放電火花発生装置に限定されるものではなく、その他一般に用いられている着火装置を用いることができ、それら着火装置に応じて着火動作時間を延長させることができる。

空気供給装置５Ｂは、流量調整が可能な公知の供給装置が用いられている。ここでは、シロッコファンが用いられている。また、シロッコファンは回転数調節によって、供給流量の調整ができるように構成されている。

第１の弁１０は、電磁弁であって、駆動電源停止時には閉止される、いわゆるノーマルクローズド型の電磁弁である。そして、連通路６Ａに配設されている。

第２の弁１１は、電磁弁であって、駆動電源停止時には閉止される、いわゆるノーマルクローズド型の電磁弁である。そして、連通路６Ｅに配設されている。

第３の弁１２は、電磁弁であって、駆動電源停止時には開放される、いわゆるノーマルオープン型の電磁弁である。そして、燃料電池４と第２の弁１１との間の連通路６Ｅに配設されている。

大気開放装置１３は、第３の弁１２と第２の弁１１との間の連通路６Ｅに配設されていて、通常時は、連通路６Ｅと大気とを遮断している。しかし、大気開放装置１３は、一旦、連通路６Ｅの内圧が上昇し、大気圧との差圧が所定以上に上昇した場合は、連通路６Ｅを大気開放とし、その大気開放状態を維持する。ここでは、貯水タンクによって、連通路６Ｅを封止する水封式大気開放装置を用いている。すなわち、通常時は貯えられた水のヘッドによって、連通路６Ｅと大気とが遮断されている。そして、連通路６Ｅの内圧が上昇した場合、大気圧と連通路６Ｅ内の差圧に基づいて貯水タンク内の水がオーバーフローして排出され、連通路６Ｅが大気開放となり、封止機能が失われる。そして、大気開放状態が維持される。また、図示しない注水装置によって、貯水タンクに注水することのよって水封式大気開放装置を封止状態に戻すことができるように構成されている。なお、大気開放装置１３は、圧力逃し弁と真空破壊弁との組合せなど、他の装置を用いてもよい。

三方弁１４は、連通路６Ｄに配設されている。そして、三方弁１４は、図において第１の流路Ｐと第２の流路Ｑとを切り換えることができる。ここで、第１の流路Ｐは、第１の弁口１４Ａと第２の弁口１４Ｂとを接続させて、改質装置３側の連通路６Ｄと燃料電池４側の連通路６Ｄとを接続させる。また第２の流路Ｑは、第1の弁口１４Ａと第３の弁口１４Ｃとを接続させて、改質装置３側の連通路６Ｄと分岐路６Ｆとを接続する。なお、三方弁は、それぞれの通路に配設された３つの弁によって構成される流路切換装置によって代替することもできる。

分岐路６Ｆは、三方弁１４の第３の弁口１４Ｃと、第３の弁１２及び第２の弁１１の間の連通路６Ｅとを接続するように配設されている。これによって、三方弁１４を第２の流路Ｑに切り換えることによって水素含有ガスが燃料電池４をバイパスするバイパス路が構成される。

分岐路６Ｇは、原料ガス供給装置１及び第１の弁１０の間の連通路６Ａと、三方弁１４及び燃料電池４の間の連通路６Ｄとを接続するように配設されている。

第４の弁１５は、駆動電源停止時には閉止される、いわゆるノーマルクローズド型の電磁弁である。分岐路６Ｇに配設されている。

酸化剤ガス供給装置７は、燃料電池４に酸化剤ガスである空気を供給するように配設されている。酸化剤ガス供給装置７には、ブロワが用いられている。また、ブロアは回転数調節によって、空気の供給流量の調整ができるように構成されている。

制御装置２０は、燃料電池システムの動作を制御するように構成されている。特に、制御装置２０は、マイコン等によって構成される制御部２０Ａ及び制御部２０Ａ、メモリ等によって構成される記憶部２０Ｂと、コンデンサ等によって構成されるバックアップ電源部２０Ｃを有して構成されている。ここで、制御装置とは、単独の制御装置だけでなく、複数の制御装置が協働して制御を実行する制御装置群をも含んで意味する。よって、制御装置２０は、単独の制御装置から構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して燃料電池システムの動作を制御するように構成されていてもよい。

次に、燃料電池４運転時の燃料電池システムの動作を概略説明する。

これらの動作は制御装置２０によって制御されることにより遂行される。

まず、原料ガス供給装置１によって連通路６Ａを経由して原料ガス（ここでは天然ガス）が改質器３Ａに供給される。水供給装置２によって水蒸気発生器９に水が供給される。水蒸気発生器９で生成された水蒸気は、連通路６Ａに供給され、連通路６Ａを通流する原料ガスに加えられる。水蒸気が加えられた原料ガスは改質器３Ａに供給される。ここで、制御装置２０は、原料ガスに加えられる水蒸気量が水蒸気改質反応のモル比以上となるように水供給装置２の流量を調整する。これによって、モル比バランスにおいて水分が十分に供給されるので、原料ガスの供給流量の変動等によっても水蒸気不足の状況に陥らないようにすることができる。

改質器３Ａにおいては、燃焼装置５の調節等により、原料ガスが触媒の活性温度（例えば、ルテニウム系触媒の場合、約６５０℃）に加熱されて、原料ガスと水蒸気との改質反応が進行し、水素含有ガスが生成される。

改質器３Ａで生成された水素含有ガスは連通路６Ｂを通って変成器３Ｂに供給される。変成器３Ｂにおいては、水素含有ガスは触媒の活性温度（白金系触媒の場合、約２５０℃）に保たれ、水素含有ガス中の一酸化炭素の変成反応が触媒上で進行して、水素含有ガスの一酸化炭素濃度が低下する。

変成器３Ｂを経由した水素含有ガスは連通路６Ｃを通って選択酸化器３Ｃに供給される。選択酸化器３Ｃにおいては、水素含有ガスは触媒の活性温度（白金系触媒の場合、約１２０℃〜１６０℃）に保たれ、水素含有ガス中の一酸化炭素と酸素との選択酸化反応が触媒上で進行して、水素含有ガスの一酸化炭素濃度はさらに低下する。

選択酸化器３Ｃを経由した水素含有ガスは連通路６Ｄを通って燃料電池４に供給される。燃料電池４においては、水素含有ガス中の水素は電気化学反応によって消費される。一方、酸化剤ガス供給装置７から空気が燃料電池４に供給される。なお、三方弁１４は、第１の流路Ｐを形成するように維持されている。

未反応の余剰の水素含有ガスは燃料電池４から排出され、連通路６Ｅを経由して燃焼装置５の本体５Ａに供給される。燃焼装置５においては、空気供給装置５Ｂが調整されて水素含有ガスに空気が供給され、水素含有ガスは可燃濃度にまで希釈されて燃焼される。そして、燃焼熱は水蒸気発生器９及び改質器３Ａに供給される。燃焼排ガスは大気中に排出される。一方未反応の余剰の空気は燃料電池４から排出され、適宜処理される。

次に、燃料電池４運転停止動作時の燃料電池システムの動作を説明する。

まず、原料ガス供給停止ステップと、燃料電池隔離ステップと、燃焼装置停止ステップとを順不同に行う。

すなわち、原料ガス供給停止ステップにおいては、原料ガス供給装置１が停止され、第１の弁１０が閉止される。

また、燃料電池隔離ステップにおいては、三方弁１４を第２の流路Ｑが形成されるように切り換えられ、かつ第３の弁１２が閉止される。これによって、燃料電池４内に水素含有ガスを残留させたまま、燃料電池４が燃料電池システムから隔離される。すなわち、燃料電池システムの通常状態の停止時には、水蒸気を含む水素含有ガスが燃料電池に充満されたままとなるので、高分子電解質膜の湿潤状態が保持され、高分子電解質型燃料電池の性能劣化を抑制することができる。

さらに、燃焼装置停止ステップにおいては、燃焼装置５の燃焼反応が停止される。例えば、空気供給装置５の空気供給流量が増大あるいは停止されて、水素含有ガスが可燃濃度未満にまで希釈、あるいは酸素が欠乏して、失火することによって停止される。

そして、水供給装置２の水の供給は継続され、燃焼装置５の残留熱によって水蒸気発生器９における水の気化は継続する。水蒸気は、連通路６Ａを経由して、改質装置３、連通路６Ｄ、分岐路６Ｆ、連通路６Ｅを経由して燃焼装置５へと供給される。これによって、燃焼装置５の残留熱は水の蒸発熱に奪われ、改質装置３、具体的には反応改質器３Ａ、変成器３Ｂ及び選択酸化器３Ｃにおける触媒反応は停止する。また、連通路６Ａ、改質装置３、連通路６Ｄ、分岐路６Ｆ、連通路６及び燃焼装置５内に残留する水素含有ガスは、水蒸気によって押し出され、燃焼装置５から大気中に排出される。これによって、これらに残留する水素含有ガスが水蒸気によってパージされる。なお、改質装置３の除熱は、改質装置３にファンにより外部より送風する、すなわち空冷することによって行うこともできる。あるいは、改質装置に冷却配管を配設しておいて、冷媒の循環により除熱することもできる。

次に、改質器３Ａ内が十分に、具体的には原料ガスの改質反応温度未満にまで降温した後、原料ガス供給ステップを行う。すなわち、原料ガス供給装置１が動作されて、第１の弁１０が開放されて、連通路６Ａに原料ガスが供給される。これによって、燃料電池４を除く燃料電池システム内、すなわち連通路６Ａ、改質装置３、連通路６Ｄ、分岐路６Ｆ、連通路６Ｅ及び燃焼装置５に原料ガスが供給され、これらに残留する水蒸気は、原料ガスによって押し出され、燃焼装置５から大気中に排出される。すなわち水蒸気がパージされる。そして、水蒸気がパージされたところで、原料ガス供給装置１が停止され、原料ガス供給ステップを終了する。原料ガス供給ステップの終了判断は、ここでは、制御部２０Ａは、原料ガスの供給量によって判断する。すなわち、原料ガス供給装置１から原料ガス供給流量を取得して、この供給流量と供給時間とから原料ガスの供給量を取得して、原料ガスの供給量が水素含有ガス流路容積以上の量に到達していることによって、水素含有ガス流路に侵入している空気の低減あるいはパージが完了したと判別する。あるいは、原料ガスの供給時間によって簡便に判断するように構成してもよい。すなわち、原料ガス供給装置の供給流量と、水素含有ガス流路容積とから、原料ガスの供給時間を予め設定しておいても良い。

そして、閉止ステップを行う。すなわち、第１及び第２の弁１０，１１が閉止される。これによって、燃料電池４には水素含有ガスが封入され、その他の燃料電池システムには原料ガスが封入された状態（通常状態）となる。制御装置２０においては、通常状態である旨の情報が記憶部２０Ｂに記憶される。具体的には、記憶部２０Ｂにフラグが立てられることによって記憶される。

また、停電や燃料電池システムの故障、誤作動等の何らかの原因によって、停止時の動作が行えずに燃料電池システムが停止（以下、非常停止という）する場合には、ノーマルクローズド型の弁である第１の弁１０及び第２の弁１１は閉止状態となり、ノーマルオープン型の弁である第３の弁１２は開放状態となる。また、三方弁１４は、燃料電池システム運転時のまま第１の流路Ｐを形成したままの状態となる。これによって、原料ガス供給装置１及び水供給装置２が停止し、燃焼装置５は失火し、燃料電池システムは、水素含有ガスが封入された状態となる。また、制御装置２０においては、バックアップ電源部２０Ｃによって制御装置２０に暫時電気が供給され、停止時の動作が行われずに燃料電池システムが停止した旨の情報（非常停止情報）が記憶部２０Ｂに記憶される。

そして、燃焼装置５の残留熱によって、改質器３Ａ内の水素含有ガスが加熱され、水素含有ガスの体積が膨張し、連通路６Ｅ内の内圧が上昇する。ここで、大気開放装置１３は、連通路６Ｅの内圧が所定の圧力を超えると、連通路６Ｅを大気開放して、大気開放装置１３から水素含有ガスが大気中に放出される。

そして、改質器３Ａ内の残留熱が減少して、降温し始めると、燃料電池システム内の水素含有ガスの体積は収縮する。そして、大気開放装置１３から大気が、連通路６Ｅ内に侵入する。これによって、燃料電池システム内に水素含有ガスと空気の混合気が形成される。

次に、燃料電池４起動時の燃料電池システムの動作を説明する。

図２は、実施の形態１の燃料電池システムの燃料電池起動時における動作例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、制御部２０Ａは、燃料電池４起動の指令信号を取得する。燃料電池４起動の指令信号は、図示しないが、一般的には、燃料電池、燃料電池システムの起動スイッチのＯＮ信号、燃料電池４が連携されている電力系統の電力負荷の発生等によって発信され、制御部２０Ａに入力される。

そして、ステップＳ２において、制御部２０Ａは、燃料電池システムの運転履歴情報を取得する。具体的には、記憶部２０Ｂに記憶されている運転履歴情報を制御部２０Ａが取得する。

次に、ステップ（判別ステップ）Ｓ３において、制御部２０Ａは、燃料電池システムが通常状態であるか、否かを判別する。具体的には、制御部２０Ａが記憶部２０Ｂから取得した運転履歴情報に通常状態である旨の情報の有無によって、通常状態か否かを判別する。あるいは、非常停止情報がなく、燃料電池システムが封止状態であれば、通常状態であると判別するように構成されていてもよい。つまり、通常状態とは、燃料電池４の運転停止動作が履行されている燃料電池システムの状態をいい、さらには、該運転停止動作履行後において該運転停止動作履行後の燃料電池システムの状態が維持されなくなった状態も含む。

ここで、燃料電池システムが封止状態であるとの判別は、制御部２０Ａは、第２の弁１１が閉止状態であって、かつ大気開放装置１３が閉止状態であれば、封止状態であると判別する。具体的には、制御部２０Ａは、第２の弁１１の開閉信号、あるいは弁体位置の検出器（図示せず）、いわゆるポジションセンサの検出信号を取得して、第２の弁１１の開閉情報を取得する。また、大気開放装置１３の水位センサ（図示せず）の検出信号を取得して、大気開放装置１３の開閉情報を取得する。そしてこの２つの開閉情報が共に閉止を示す情報であれば、燃料電池システムが封止状態であると判別する。

そして、ステップＳ４において、制御部２０Ａは、第１及び第２の弁１０，１１を開放する。

そして、ステップＳ５において、制御部２０Ａは、原料ガス供給装置１を動作させて、原料を供給させる。これによって、原料ガスが、連通路６Ａ、改質装置３、連通路６Ｄ、連通路６Ｅ、分岐路６Ｆ、連通路６Ｅ及び燃焼装置５へと順次供給される。

そして、ステップＳ６において、制御部２０Ａは、燃焼装置５及び水供給装置２を動作させて、水蒸気発生器９における水蒸気の発生と改質器３Ａの加熱とを開始する。具体的には、制御部２０Ａが空気供給装置５Ｂの空気供給流量を調整して、本体５Ａにおいて原料ガスが可燃濃度となるように調整して、原料ガスに着火する。これによって、改質器３Ａの加熱が開始される。そして、水蒸気発生器９が所定の温度まで暖機された後に制御部２０Ａが水供給装置２を動作させる。これによって、水蒸気発生器９における水蒸気の発生が開始される。

次に、ステップＳ７において、制御部２０Ａは、水素含有ガスが生成されているか否かを判別する。制御部２０Ａは、改質器３Ａ内の温度検出器（図示せず）の検出信号を取得して、改質器３Ａの内部温度と触媒反応温度とを対比して、改質器３Ａの内部温度が触媒反応温度に到達していることによって、水素含有ガスが生成されていると判別する。そして、水素含有ガスが生成されていると判別された場合に、ステップＳ８に進む。

そして、ステップＳ８において、制御部２０Ａは第３の弁１２を開放し、三方弁１４を第１の流路Ｐを形成するように切り換える。これによって、水素含有ガスが燃料電池４に供給される。

そして、ステップＳ９において、制御部２０Ａは燃料電池を起動、すなわち発電させる。

以上の動作により、起動信号取得後、燃料電池システムが通常状態と判別する場合には、燃料電池システムの原料ガス供給処理を行わないので、燃料電池４を速やかに起動することができる。
ところで、ステップＳ３において、通常状態と判別されない場合にはステップＳ１４に進む。すなわち、通常状態の情報が検出されない場合にはステップＳ１４に進む。あるいは、非常停止情報が検出された場合、又は、通常状態の情報が検出されている場合であっても、燃料電池システムが封止状態でない場合、具体的には第２の弁１１あるいは大気開放装置１３の少なくともいずれかが開放状態である場合には、通常状態ではないと判別し、ステップＳ１４に進むように構成されていてもよい。

そして、ステップ（燃料電池隔離ステップ）Ｓ１４において、制御部２０Ａは、第３の弁１２及び大気開放装置１３を閉止し、かつ三方弁１４を第２の流路Ｑを形成するように切り換える。第３の弁１２の閉止と第２の流路Ｑの形成によって、燃料電池４を他の燃料電池システムの構成要素から隔離することができる。なお、大気開放装置１３の閉止は、図示しない注水装置によって注水することによって行われる。

また、大気開放装置１３の閉止は、燃料電池システムの大気開放箇所の閉止であって、燃料電池４の隔離とは関係ない。したがって、大気開放装置１３の閉止動作は、ステップＳ１４とは別に、ステップＳ１４の前に行われるように制御することもできる。

そして、ステップＳ１５において、制御部２０Ａは第１及び第２の弁１０，１１を開放する。

そして、ステップ（第1の原料ガス供給ステップ）Ｓ１６において、制御部２０Ａは原料ガス供給装置１を動作させて、原料ガスを供給する。これによって、原料ガスが、連通路６Ａ、改質装置３、連通路６Ｄ、連通路６Ｅ、分岐路６Ｆ、連通路６Ｅ及び燃焼装置５へと順次供給される。したがって、空気を含んでいる可能性のある残留ガスを燃料電池４内に流通させずに、改質装置３及び連通路６Ａ乃至６Ｄ内の水素含有ガス流路に侵入している空気を原料ガスによって低減あるいはパージすることができるので、空気を含んでいる可能性のある残留ガスの流通による燃料電池４の性能劣化を抑制することができる。

そして、ステップＳ１７において、制御部２０Ａは、燃焼装置５の空気供給装置５Ｂを動作させる。具体的には、制御部２０Ａは空気供給装置５Ｂの空気供給流量を調整して、水素含有ガス流路内の残留ガスが可燃濃度未満となって、燃焼装置５から排出されるようにする。これによって、燃焼装置５から排出される排出ガスが、燃焼装置５の排気側において不測の異常燃焼を引き起こすことを防止することができる。

次に、ステップＳ１８において、制御部２０Ａは、水素含有ガス流路に侵入していた空気が原料ガスによって低減あるいはパージされているか否かを判別する。ここでは、制御部２０Ａは、原料ガスの時間当たり供給量、すなわち供給流量によって判断する。すなわち、原料ガス供給装置１から原料ガス供給流量を取得して、ステップ１９以降の原料ガス流量を積算し供給量を算出する。この供給量と燃料電池システムの水素含有ガス流路容積とを対比して、原料ガスの供給量が水素含有ガス流路容積以上の量あるいは該水素含有ガス流路容積に対して所定の比率以上の量に到達していることによって、水素含有ガス流路に侵入していた空気の低減あるいはパージが完了したと判別する。そして、ステップＳ１９に進む。これによって、水素含有ガス流路に侵入していた空気の低減あるいはパージに必要な量の原料ガスを供給させることができる。あるいは、原料ガスの供給時間によって簡便に判断するように構成してもよい。すなわち、原料ガス供給装置１の供給流量と、水素含有ガス流路容積とから、原料ガスの供給時間を予め設定しておいても良い。

ここで、水素含有ガス流路とは、改質装置３から燃料電池４をバイパスして燃焼装置５に至るまでの水素含有ガスが流れる流路をいう。ここでは、改質装置３、及び連通路６Ａ〜６Ｃ、連通路６Ｄ、６Ｅの一部、分岐路６Ｆにおける水素含有ガスの流路をいう。あるいは、水素含有ガス流路は、実施の形態２において後述するように、改質装置３から燃料電池４を経由して燃焼装置５に至るまでの水素含有ガスが流れる流路であってもよい。ここでは、改質装置３及び改質装置３から燃焼装置５に至る連通路６Ａ〜６Ｅを含んで構成される水素含有ガス流路をいう。水素含有ガス流路容積とは、この水素含有ガス流路の容積を言う。

なお、原料ガスの供給量が水素含有ガス流路容積以上の量となるまで供給する場合には、水素含有ガス流路に侵入している空気のパージに必要な量の原料ガスを供給させることができる。

また、燃料電池４の停止動作における原料ガス供給ステップが履行されないで燃料電池４が停止状態となっている場合においては、水素含有ガス流路には水素含有ガスが残留していて、燃焼装置５から水素含有ガス流路中に空気が侵入してくる。したがって、水素含有ガス流路容積に対する所定の比率の量は、少なくとも水素含有ガス流路内に侵入していた空気の大部分が燃焼装置５から排出され、水素含有ガス流路内の水素濃度が可燃範囲の上限を上回るまでの量とすれば足りる。例えば、燃料電池４の停止時刻からの経過時間及び、一般的な拡散シミュレーション手法あるいは予めの試験実測によって空気の侵入量や水素含有ガス流路における空気の侵入範囲を想定することができ、原料ガスの必要供給量を算出することができる。これによって、原料ガスの供給量をより合理的に削減することができる。

ステップ（第２の原料ガス供給ステップ）Ｓ１９において、第１の弁１０を閉止し、第３及び第４の弁１２、１５を開放する。これによって、原料ガスが分岐路６Ｇを経由して燃料電池４に供給される。

ステップＳ２０において、ステップＳ１８と同様にして、燃料電池４内の流路に侵入していた空気が低減あるいはパージされているか否かを判別する。すなわち、制御部２０Ａは、原料ガス供給装置１から原料ガス供給流量を取得して、ステップ１９以降の原料ガス供給流量を積算して供給量を算出する。この供給量と燃料電池４の流路容積とを対比して、燃料電池４内の流路に侵入している空気の低減あるいはパージの完了を判別する。そして、燃料電池４内の流路に侵入している空気の低減あるいはパージが完了したと判別された場合に、ステップＳ２１に進む。

ここで、改質装置３、燃料電池４、燃焼装置５及び連通路６Ａ乃至６Ｅ内に原料ガスを流通させる原料ガス供給ステップ（原料ガス供給処理）Ｓ１００は、ステップＳ１４乃至ステップＳ２０によって構成される。

次に、ステップＳ２１乃至Ｓ２４において、燃料電池４の起動動作を行う。

ステップＳ２１において、制御部２０Ａは、第１の弁１０を開放し、第４の弁１５を閉止して、燃焼装置５及び水供給装置２を動作させて、水蒸気発生器９における水蒸気の発生と改質器３Ａの加熱とを開始する。具体的には、制御部２０Ａが空気供給装置５Ｂの空気供給流量を調整して、本体５Ａにおいて原料ガスが可燃濃度となるように調整して、原料ガスに着火する。さらに具体的には、制御部２０Ａは、空気供給装置５Ｂから空気供給流量を取得し、原料ガス供給装置１から原料ガス供給流量を取得して、両者から原料ガスの希釈濃度を演算し、この希釈濃度と原料ガスの可燃濃度とを対比して、原料ガスが可燃濃度になるように空気供給装置５Ｂの空気供給流量を調整する。これによって、改質器３Ａの加熱が開始される。そして、水蒸気発生器９が所定の温度まで暖機された後に制御部２０Ａが水供給装置２を動作させる。これによって、水蒸気発生器９における水蒸気の発生が開始される。

なお、燃焼装置５の着火動作時において、通常状態時における着火動作の時間と比較して着火動作の時間を延長する。具体的には、放電火花発生装置の延べ通電時間を延長する。つまり、原料ガス供給処理Ｓ１００によって、水素含有ガス流路に侵入した空気中の酸素を低減し、水素含有ガス中の水素が可燃範囲の上限以上の濃度になったとしても、完全に侵入した空気をパージしない限りは、空気中の窒素等の不燃ガス成分が残留する。したがって、この残留ガスが燃焼装置５から排出され、燃焼装置５が着火するまでに時間を要し、燃焼装置５において着火不具合に陥るおそれがある。しかし、このように構成すると、かかる着火不具合が検出されることなく、燃料電池４の起動動作を円滑にすすめることができる。

そして、ステップＳ２２において、制御部２０Ａは十分な水素を含みかつ一酸化炭素が除去されている水素含有ガスが生成されているか否かを判別する。具体的には、制御部２０Ａは、改質器３Ａ内の温度検出器（図示せず）の検出信号を取得して、改質器３Ａ、変成器３Ｂ及び選択酸化器３Ｃそれぞれの内部温度とそれぞれの触媒反応温度とを対比して、これら全てにおいてそれぞれの内部温度がそれぞれの触媒反応温度に到達していることによって、水素含有ガスが生成されていると判別する。あるいは、改質装置３内のガス成分を検出して水素含有ガスの生成の有無を判別してもよい。具体的には、選択酸化器３Ｃにガス検出器（図示せず）、例えば水素センサ及び一酸化炭素センサが配設される。そして、制御部２０Ａは、この検出信号を取得して、選択酸化器３Ｃ内の検出水素濃度及び検出一酸化炭素濃度を水素含有ガスとして許容される設定水素濃度及び設定一酸化炭素濃度と対比して、検出水素濃度が設定水素濃度を上回り、かつ、検出一酸化炭素濃度が設定一酸化炭素濃度を下回っていることによって、水素含有ガスが生成されていると判別してもよい。

そして、水素含有ガスが生成されていると判別された場合に、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、制御部２０Ａは三方弁１４を第１の流路Ｐを形成するように切り換える。これによって、水素含有ガスが燃料電池４に供給される。これによって、燃料電池４は、改質装置３において十分な水素を含みかつ一酸化炭素も除去された水素含有ガスが生成されるまでは、燃料電池システムから隔離されているので、本発明の燃料電池システムは、燃料電池４起動動作時に一酸化炭素を多く含んだ状態のガスの燃料電池４への供給を回避することができ、ひいては燃料電池４の電極触媒の一酸化炭素による被毒を回避することができる。

そして、ステップＳ２４において、制御部２０Ａは燃料電池を起動、すなわち発電させる。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１の燃料電池システムにおいて、原料ガス供給処理を、燃料電池起動動作とは関係なく燃料電池運転停止期間中において行う実施の形態である。例えば、燃料電池システムの保守点検後のシステム復旧信号あるいは燃料電池システムの停止状態モードの切り換え信号に基づいて行うものである。したがって、燃料電池システムの構成、燃料電池運転時及び燃料電池運転停止動作時における燃料電池システムの動作は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

図３は、実施の形態２の燃料電池システムの燃料電池運転停止時における動作例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、燃料電池システムの停止状態モードの切り換え信号を取得する。ここで、燃料電池システムの停止状態モードの切り換え信号とは、燃料電池以外の燃料電池システムの各装置の運転状態の切り換えを行う信号をいう。例えば、燃料電池の暖機も停止して燃料電池システムのほぼ全ての装置が停止している停止モードと、燃料電池の暖機が行われていて燃料電池が速やかに起動する状態に維持されている待機モードとの切り換えを行う信号を言う。この切り換え信号は、例えば、燃料電池４の運転停止時間の長さによって制御装置２０内のタイマーによって自動的に発信されたり、予めプログラムされた燃料電池４の運転計画に基づいて発信されたり、あるいは燃料電池システムの保守点検作業時や停電時のように停電状態から、燃料電池システムに通電されてシステム復旧がなされた場合に発信される。

ステップＳ１０２及びＳ１０３は、図２のステップＳ２及びＳ３と同様なので説明を省略する。

ステップＳ１０３において、通常状態と判別された場合には、ステップＳ１０４に進み、燃料電池システムは停止状態モードが切り換えられる。例えば、燃料電池の冷却系統（図示せず）など燃料電池以外の燃料電池システムの各装置の運転状態の切り換えが行われる。

ステップＳ１０３において、通常状態と判別されない場合には、ステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１５において、制御部２０Ａは第１及び第２の弁１０，１１を開放するとともに、三方弁１４を第１の流路Ｐを形成するように切り換える。

そして、ステップＳ１１６乃至Ｓ１１８に進む。ここで、ステップＳ１１６乃至Ｓ１１１８は、図２のステップＳ１６乃至Ｓ１８と同様なので説明を省略する。

ステップＳ１１９において、第１及び第２の弁１０，１１が閉止され、原料ガス供給装置１が停止される。これによって、燃料電池システムには原料ガスが封入された状態（通常状態）となる。制御装置２０においては、通常状態である旨の情報が記憶部２０Ｂに記憶される。具体的には、記憶部２０Ｂにフラグが立てられることによって記憶される。

そして、ステップＳ１０４に進み、燃料電池システムは停止状態モードが切り換えられる。

ここで、原料ガス供給ステップ（原料ガス供給処理）Ｓ２００は、ステップＳ１１５乃至ステップＳ１１９によって構成される。

また、実施の形態１のステップＳ１４乃至Ｓ２０と同様に、燃料電池を隔離して、第1及び第２の原料ガス供給ステップを行うように構成することもできる。

このように、実施の形態１及び２に例示される本発明の燃料電池システムにおいては、次回の燃焼装置５の着火動作前に、燃料電池システムが通常状態でないと判別する場合には、水素含有ガス流路に侵入している空気を低減あるいはパージすることができる。これによって、本発明の燃料電池システムは、不活性ガスの供給設備を要しないので、燃料電池システムの設備コスト及び設置スペースの増大を抑制しつつ、燃焼装置の着火時における燃焼装置５から燃料電池システム内への逆火など異常燃焼の発生を回避することができる。

また、本発明にかかる燃料電池システム及びその運転方法は、通常状態である場合と通常状態でない場合とを判別し、通常状態でない場合と判別する場合においてのみ、原料ガスを用いて水素含有ガス流路に侵入している空気を低減あるいはパージすることができる。すなわち、燃料電池システムの状態に応じて不必要な原料ガス供給処理を省略することができる。

実施の形態１に例示される本発明の燃料電池システムにおいては、燃焼装置の着火動作直前に、燃料電池システムが通常状態でないと判別する場合には、原料ガスを用いて原料ガス供給処理を行うので、燃焼装置の着火動作時における異常燃焼をより確実に防止することができる。

実施の形態２に例示される本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池の運転停止期間中において、燃料電池システムが通常状態でないと判別する場合には、原料ガスを用いて原料ガス供給処理を行うので、燃料電池の停止後早期に水素含有ガス流路に侵入している空気の低減あるいはパージを行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。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。

例えば、実施の形態１及び２を両方行うように燃料電池システム及びその運転方法を構成することもできる。

また、燃焼装置５から水素含有ガス流路に侵入している空気の水素含有ガス流路内における侵入範囲は、経験上、水素含有ガス流路における空気の拡散シミュレーション解析、あるいは連通路や連通路に配設された弁（図示されない弁も含む）の水素含有ガス流路の構成などから推定することができる。したがって、原料ガス供給ステップにおいて、水素含有ガス流路における原料ガスの供給位置を別途構成することもできる。すなわち、図示しないが、水素含有ガス流路において燃焼装置５を下流側として、該下流側からの空気の侵入予測範囲よりも上流側の水素含有ガス流路と、原料ガス供給装置１とを接続する接続路を備え、原料ガス供給処理において、原料ガスは、接続路を経由して供給されるように燃料電池システム及びその運転方法を構成することもできる。ここで、侵入予測範囲とは、燃焼装置５を下流側として下流側から空気が侵入してくる場合において、水素含有ガス流路における空気の侵入が予測される範囲をいう。

なお、経験上、より好ましくは、接続路は、三方弁１４よりも原料ガス供給装置１側、つまり上流側の水素含有ガス流路と原料ガス供給装置１とを接続するように構成されるとよい。例えば、接続路は、連通路６Ｄの改質装置３と三方弁１４との間の区間、連通路６Ｂあるいは連通路６Ｃのいずれかと原料ガス供給装置１とを接続するように構成するとよい。

さらに、実施の形態１においては、ステップＳ１９において、第３及び第４の弁１２，１５の開放、すなわち分岐路６Ｇを用いて燃料電池４内の流路に侵入している空気が低減あるいはパージされている。しかし、同様に分岐路６Ｇを用いずに燃料電池４内の流路に侵入している空気が低減あるいはパージされてもよい。すなわち、ステップＳ１９において、制御部２０Ａは、第１の弁１０を開放したまま第３の弁１２を開放し、三方弁１４を第１の流路Ｐを形成するように切り換えてもよい。これによって、分岐路６Ｇを省略して第1及び第２の原料ガス供給ステップを実施することができる。

本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池システムの設備コスト及び設置スペースの増大と不必要な原料ガスの供給とを回避しつつ、通常状態でない場合における燃焼装置の着火時における異常燃焼の発生を回避することができる、燃料電池システム及びその運転方法として有用である。

図１は、実施の形態１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態１の燃料電池システムの燃料電池起動時における動作例を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態２の燃料電池システムの燃料電池運転停止時における動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 原料ガス供給装置
２ 水供給装置
３ 改質装置
３Ａ 改質器
３Ｂ 変成器
３Ｃ 選択酸化器
４ 燃料電池
４Ａ （アノードガス流路の）入口
４Ｂ （アノードガス流路の）出口
５ 燃焼装置
５Ａ 本体
５Ｂ 空気供給装置
６Ａ〜６Ｅ 連通路
６Ｆ，６Ｇ 分岐路
７ 酸化剤ガス供給装置
９ 水蒸気発生器
１０ 第１の弁
１１ 第２の弁
１２ 第３の弁
１３ 大気開放装置
１４ 三方弁
１４Ａ 第１の弁口
１４Ｂ 第２の弁口
１４Ｃ 第３の弁口
１５ 第４の弁
２０ 制御装置
２０Ａ 制御部
２０Ｂ 記憶部
２０Ｃ バックアップ電源部
Ｐ 第１の流路
Ｑ 第２の流路
Ｓ１〜２４ ステップ
Ｓ１００，Ｓ２００ 原料ガス供給ステップ

Claims (9)

1. 原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
   原料ガスを水素リッチな水素含有ガスに改質する改質装置と、
   燃料電池と、
   前記原料ガスあるいは前記水素含有ガスを燃焼して前記改質装置に熱を供給する燃焼装置と、
   前記原料ガス供給装置、前記改質装置、前記燃料電池及び前記燃焼装置を順次連通する連通路と、
   制御装置と、を有する燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムが非常停止した場合には、前記制御装置は、次回の前記燃焼装置の着火動作までに、前記原料ガス供給装置を制御して前記改質装置及び前記改質装置から前記燃焼装置に至る前記連通路を含んで構成される水素含有ガス流路の少なくとも一部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給処理を行わせる、燃料電池システム。
2. 前記制御装置は、前記原料ガス供給処理を少なくとも次回の前記燃焼装置の着火動作の直前において行わせる、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御装置は、前記原料ガス供給処理を少なくとも前記燃料電池の運転停止期間中において行わせる、請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御装置は、前記原料ガス供給処理において、前記原料ガスを少なくとも前記水素含有ガス流路の流路容積に相当する量供給させる、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池システムが非常停止した場合には、前記制御装置は、次回の前記燃焼装置の着火動作時において、前記燃料電池の運転停止動作が履行されている前記燃料電池システムの状態である通常状態時の着火動作時間に比べ、着火動作時間を延長させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記原料ガス供給装置と前記改質装置との間の前記連通路に配設されている第１の弁と、
   前記燃料電池と前記燃焼装置との間の前記連通路に配設されている第２の弁と、
   前記燃料電池と前記第２の弁との間の前記連通路に配設されている第３の弁と、
   前記改質装置及び前記燃料電池の間の連通路と前記第３の弁及び前記第２の弁の間の連通路とを接続する分岐路と、
   前記改質装置及び前記燃料電池の間の連通路と前記分岐路との接合部に配設された三方弁と、を有し、
   前記原料ガス供給処理には、前記第３の弁と前記三方弁とを制御して前記燃料電池を前記燃料電池システムから隔離する燃料電池隔離動作と、
   該燃料電池隔離動作後に、前記第１及び第２の弁と前記原料ガス供給装置とを制御して、前記隔離された部分を除く前記連通路、前記分岐路、前記改質装置及び前記燃焼装置内に前記原料ガスを供給する原料ガス供給動作と、を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム。
7. 前記原料ガス供給処理は、前記改質器から前記燃料電池を経由して前記燃焼装置までの経路に前記原料ガスを供給する原料ガス供給動作を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃焼装置は、空気供給装置を備え、
   前記原料ガス供給処理において、前記制御装置は、前記空気供給装置を制御して、前記燃焼装置から流出する排出ガスの濃度が可燃濃度未満となるように前記排出ガスを希釈する、請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
   原料ガスを水素リッチな水素含有ガスに改質する改質装置と、
   燃料電池と、
   前記原料ガスあるいは前記水素含有ガスを燃焼して前記改質装置に熱を供給する燃焼装置と、
   前記原料ガス供給装置、前記改質装置、前記燃料電池及び前記燃焼装置を順次連通する連通路と、を有する燃料電池システムの運転方法であって、
   前記燃料電池システムが非常停止した場合には、次回の前記燃焼装置の着火動作までに、前記原料ガス供給装置によって前記改質装置及び前記改質装置から前記燃焼装置に至る前記連通路を含んで構成される水素含有ガス流路の少なくとも一部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給ステップを有する、燃料電池システムの運転方法。

Images