JP5122028B2 - 発電システム及びその運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、熱と電気を供給する発電システム及びその運転方法に関する。
コージェネレーションシステムは、発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うシステムである。このようなコージェネレーションシステムとして、燃料電池と給湯器が同一の燃料で動作するコージェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているコージェネレーションシステムでは、燃料電池と、燃料電池の動作に伴って発生する熱を回収する熱交換器と、熱交換器を循環して加熱された水を貯蔵する貯湯槽と、貯湯槽から流出する水を所定の温度まで加温する機能を有する給湯器を有し、燃料電池と給湯器が同一の燃料で動作するように構成されている。
また、建物内部に配置する燃料電池発電装置の排気性能を向上させることを目的とした燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されている発電装置は、吸気口を備えた建物の内部に設置して使用される燃料電池発電装置であって、建物の内部の空気を燃料電池発電装置の内部へ導く空気導入口と、燃料電池発電装置の内部の空気を建物の外部へ排出する空気排出管と、換気手段を備えていて、換気手段が、建物外部の空気を吸気口を介して建物の内部に導き、さらに空気導入口を通して燃料電池発電装置の内部に導入し、さらに空気排出管を通して建物の外部へと排出する。
さらに、建物内部に配置した燃料電池で生じた排ガスの排気性能を向上することを目的として、上下方向に延びるダクトを具備する発電装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に開示されている発電装置では、建物内部を上下方向に延び、上端部が外部に位置するダクトが、二重管であり、排ガス又は空気がダクトの内側又は外側を個別に流通するように、換気管及び排気管がダクトにそれぞれ連結されている。
特開２００７−２４８００９号公報 特開２００６−７３４４６号公報 特開２００８−２１０６３１号公報
ところで、特許文献１に開示されているコージェネレーションシステムを建物内に配置する場合に、特許文献２に開示されている発電装置を参照すると、以下のような構成をとることが考えられる。すなわち、燃料電池が設けられたコージェネレーションユニットと給湯器が設けられた給湯ユニットを別々に配置し、コージェネレーションユニット内に換気ファンを設け、コージェネレーションシステムと給湯器とを連通する（接続する）排気流路を設ける構成である。
このような構成において、例えば、給湯器と燃料電池システムとが作動している状態から、給湯器を停止させた場合、給湯器から排気流路への排ガスの排出が停止するため、排気流路を流通する排ガスの総流量が減少し、排気流路の圧力損失が低下する。これにより、燃料電池システム内で排気流路に排ガスを排出する排出機器（例えば、酸化剤ガス供給器や水素生成装置のバーナに燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器等）の負荷が減少する。このとき、これらの排出機器の制御が、圧力損失の変化に追いつかずに、排気流路に排出する排ガスの流量が増加してしまうおそれがあった。
また、燃料電池システムが作動し、給湯器が停止している状態から、給湯器を作動させると、排気流路を流通する排ガスの総流量が増加し、排出機器の負荷が増加する。このとき、排出機器の制御が、圧力損失の変化に追いつかずに、排出機器が送出するガス（空気や原料等）の流量が減少してしまうおそれがあった。
このように、燃料電池システム及び給湯器の一方の機器が作動している状態で、他方の機器の運転状態を変化させる場合、排出流路の圧力損失の変化に追いつかずに、他方の機器を安定して変化させることができないという課題があった。
本発明は、上記のように、燃料電池システムと燃焼装置を連通する排気流路を配設する場合において、安定して運転を行うことができる発電システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池ユニットと、制御装置と、を備える、発電システムにおいて、前記発電システムは、前記筐体外に配置されており、可燃性ガスを燃焼することにより熱を供給する燃焼ユニットと、前記燃料電池ユニットと前記燃焼ユニットとを連通するように設けられ、前記燃料電池ユニットから排出される第１排ガスと前記燃焼ユニットから排出される第２排ガスとを大気に排出するために配置されている排出流路と、前記燃料電池ユニットは、原料と水から水素を含む燃料ガスを生成する改質触媒を有する改質器と該改質器を加熱するように構成された燃焼器とを有する水素生成装置と、をさらに備え、前記第１排ガスには、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが含まれ、前記制御装置は、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットが作動中で、前記燃料電池ユニットから前記第１排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃料電池ユニットから排出される前記第１排ガスの流量が一定になるように、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量の変化率を制限する。
ここで、「（前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットのうちのいずれか）一方のユニットから排出される排ガスの流量を一定にするように」とは、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットから排出される排ガスの流量が全く変動しないことを意味するものではなく、排ガスの流量は、燃料電池の発電等、発電システムを構成する機器の運転が不安定にならない程度の変動は許容されることを意味する。
すなわち、本発明に係る発電装置では、制御装置は、他方のユニットの排ガス流量を変動させる場合に、一方のユニットの排ガス流量が一定になるように（所定の範囲内に収まるように）、他方のユニットの排ガス流量を変動させる。好ましくは、制御装置は、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットをそれぞれ、排ガスの流量が所定の範囲内に収まるようにフィードバック制御し、他方のユニットの排ガス流量を変動させる場合に、一方のユニットをフィードバック制御できるように、他方のユニットの排ガス流量を変動させる。
これにより、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットの運転状態が変化しても、作動中の他方のユニットを安定して運転することができる。
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃料電池ユニットから排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃焼ユニットの操作量を変動する時間が、前記燃料電池ユニットの操作量を変動する時間以上となるように、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットを制御してもよい。
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃料電池ユニットから排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃焼ユニットの操作量を変動する変化率が、前記燃料電池ユニットが停止中に前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合よりも小さくなるように、前記燃焼ユニットを制御してもよい。
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃料電池ユニットから排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃焼ユニットの操作量を変動する時間が、前記燃料電池ユニットが停止中に前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合よりも長くなるように、前記燃焼ユニットを制御してもよい。
さらに、本発明に係る発電システムでは、一端が大気に開放され、他端が前記燃料電池ユニットと前記燃焼ユニットとに接続するように分岐しており、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットのそれぞれに空気を供給する給気流路をさらに備え、前記給気流路は、前記排出流路と熱交換可能なように設けられていてもよい。
また、本発明に係る発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池ユニットと、制御装置と、を備える、発電システムの運転方法において、前記発電システムは、前記筐体外に配置されており、可燃性ガスを燃焼することにより熱を供給する燃焼ユニットと、前記燃料電池ユニットと前記燃焼ユニットとを連通するように設けられ、前記燃料電池ユニットから排出される第１排ガスと前記燃焼ユニットから排出される第２排ガスとを大気に排出するために配置されている排出流路と、前記燃料電池ユニットは、原料と水から水素を含む燃料ガスを生成する改質触媒を有する改質器と該改質器を加熱するように構成された燃焼器とを有する水素生成装置と、をさらに備え、前記第１排ガスには、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが含まれ、前記制御装置が、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットが作動中で、前記燃料電池ユニットから前記第１排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃料電池ユニットから排出される前記第１排ガスの流量が一定になるように、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量の変化率を制限する。
これにより、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットの運転状態が変化しても、作動中の他方のユニットを安定して運転することができる。
本発明の発電システム及びその運転方法によれば、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットの運転状態が変化しても、作動中の他方のユニットを安定して運転することが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施の形態１に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。 図３（Ａ）は、図２に示すフローチャートのステップＳ１０３〜ステップＳ１０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図３（Ｂ）は、図２に示すフローチャートのステップＳ１０６〜ステップＳ１０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図４は、本実施の形態１に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。 図５（Ａ）は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０３〜ステップＳ２０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図５（Ｂ）は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０６〜ステップＳ２０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図６は、本実施の形態２に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０３〜ステップＳ１０５Ａにかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図７（Ｂ）は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０６〜ステップＳ１０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図８は、本実施の形態２に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。 図９（Ａ）は、図８に示すフローチャートのステップＳ２０３〜ステップＳ２０５Ａにかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図９（Ｂ）は、図８に示すフローチャートのステップＳ２０６〜ステップＳ２０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。 図１１は、本実施の形態３に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。 図１２（Ａ）は、図１１に示すフローチャートのステップＳ３０３〜ステップＳ３０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図１２（Ｂ）は、図１１に示すフローチャートのステップＳ３０６〜ステップＳ３０９にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図１３は、本発明の実施の形態４に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。 図１４は、本実施の形態４に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。 図１５（Ａ）は、図１４に示すフローチャートのステップＳ４０３〜ステップＳ４０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図１５（Ｂ）は、図１４に示すフローチャートのステップＳ４０６〜ステップＳ４０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。 図１６は、本実施の形態５に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。 図１７は、燃料電池ユニット（又は燃焼ユニット）の動作を示すタイムチャートである。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池ユニットと、制御装置と、を備える、発電システムにおいて、発電システムは、筐体外に配置されており、可燃性ガスを燃焼することにより熱を供給する燃焼ユニットと、燃料電池ユニットと燃焼ユニットとを連通するように設けられ、燃料電池ユニットから排出される第１排ガスと燃焼ユニットから排出される第２排ガスとを大気に排出するために配置されている排出流路と、をさらに備え、制御装置は、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットから排ガスが排出流路に排出中に、他方のユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、一方のユニットから排出される排ガスの流量が一定になるように、少なくとも他方のユニットから排出される排ガスの流量を制御する態様を例示するものである。
ここで、「（燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか）一方のユニットから排出される排ガスの流量を一定にするように」とは、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットから排出される排ガスの流量が全く変動しないことを意味するものではなく、排ガスの流量は、燃料電池の発電等、発電システムを構成する機器の運転が不安定にならない程度の変動は許容されることを意味する。このため、一方のユニットから排出される排ガスの流量は、機器によって少し異なるが、一般的に±１０％の変動であれば許容される。
［発電システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る発電システム１００は、建物２００の内部に配置されている。発電システム１００は、燃料電池１１と筐体１２を有する燃料電池ユニット１０１と、制御装置１０２と、燃焼ユニット１０３と、排出流路７０と、備えている。また、筐体１２内には、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５が配置されている。排出流路７０は、燃料電池ユニット１０１の筐体１２と燃焼ユニット１０３の排気口１０３Ａとを連通する（接続する）ように設けられている。そして、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３のうちのいずれか一方のユニットから排ガスが排出流路７０に排出中に、他方のユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、一方のユニットから排出される排ガスの流量が一定になるように、少なくとも他方のユニットから排出される排ガスの流量を制御する。
なお、本実施の形態１においては、発電システム１００は、建物２００の内部に配置されている構成を例示したが、これに限定されず、排出流路７０が燃料電池ユニット１０１の筐体１２と燃焼ユニット１０３の排気口１０３Ａを連通する（接続する）ように設けられていれば、建物２００の外部に配置されている構成を採用してもよい。
燃料電池ユニット１０１の筐体１２内には、燃料電池１１、燃料ガス供給器１４、及び酸化剤ガス供給器１５が配置されている。また、制御装置１０２も筐体１２内に配置されている。なお、本実施の形態１においては、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の筐体１２内に配置する構成を採用したが、これに限定されず、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３内に配置する構成を採用してもよく、また、筐体１２及び燃焼ユニット１０３とは別に配置する構成を採用してもよい。
筐体１２を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１６が設けられていて、該孔１６には、排出流路７０を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔１６と排出流路７０との隙間が、給気口１６を構成する。これにより、給気口１６を介して、筐体１２内部に、発電システム１００外の空気が供給される。
なお、本実施の形態１においては、排出流路７０を構成する配管が挿通する孔と、給気口１６を構成する孔と、を１つの孔１６で構成したが、これに限定されない。排出流路７０を構成する配管が挿通する孔と、給気口１６を構成する孔と、を別々に筐体１２に設けてもよい。また、給気口１６は、筐体１２に１つの孔によって構成されてもよく、また、複数の孔によって構成されていてもよい。
燃料ガス供給器１４は、燃料電池１１に燃料ガス（水素ガス）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、水素生成装置、水素ボンベ、又は水素吸蔵合金等の水素ガスを供給するように構成された機器で構成されていてもよい。燃料ガス供給器１４には、燃料ガス供給流路７１を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａの入口）が接続されている。
酸化剤ガス供給器１５は、燃料電池１１に酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器１５には、酸化剤ガス供給流路７２を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂの入口）が接続されている。
燃料電池１１は、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。燃料電池１１では、燃料ガス流路１１Ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス流路１１Ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス流路１１Ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路１１Ｂを通流する間に、カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、水を加熱するのに使用することができる。また、燃料電池１１で発生した電気のみを利用し、熱を廃棄するような構成であってもよい。
また、本実施の形態１においては、燃料電池１１は、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。また、本実施の形態１においては、燃料電池１１と燃料ガス供給器１４を別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように燃料ガス供給器１４と燃料電池１１とが一体で構成されていてもよい。この場合、燃料電池１１と燃料ガス供給器１４とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、燃焼器１４ｂは、改質器１４ａだけでなく燃料電池１１も加熱することができる。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池１１のアノードが改質器１４ａの機能を有することから、燃料電池１１のアノードと改質器１４ａとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池１１の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
燃料ガス流路１１Ａの出口には、オフ燃料ガス流路７３の上流端が接続されている。オフ燃料ガス流路７３の下流端は、排出流路７０に接続されている。また、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口には、オフ酸化剤ガス流路７４の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス流路７４の下流端は、排出流路７０に接続されている。
これにより、燃料電池１１で使用されなかった燃料ガス（以下、オフ燃料ガス）は、燃料ガス流路１１Ａの出口からオフ燃料ガス流路７３を介して、排出流路７０に排出される。また、燃料電池１１で使用されなかった酸化剤ガス（以下、オフ酸化剤ガス）は、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス流路７４を介して、排出流路７０に排出される。排出流路７０に排出されたオフ燃料ガスは、オフ酸化剤ガスにより希釈されて、建物２００外に排出される。
このように、本実施の形態１においては、オフ燃料ガス及びオフ酸化剤ガスが、燃料電池ユニット１０１から排出される第１排ガスとして、例示される。なお、燃料電池ユニット１０１から排出される排ガスは、これらのガスに限定されず、例えば、燃料ガス供給器１４が水素生成装置で構成されている場合、該水素生成装置から排出されるガス（燃焼排ガス、水素含有ガス等）であってもよく、また、筐体１２内のガス（主として空気）であってもよい。
燃焼ユニット１０３は、燃焼器１７と燃焼ファン１８を有している。燃焼器１７と燃焼ファン１８は、燃焼空気供給流路７６を介して接続されている。燃焼ファン１８は、燃焼器１７に燃焼空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
燃焼器１７には、図示されない燃焼燃料供給器から天然ガス等の可燃性ガスや灯油等の液体燃料等の燃焼燃料が供給される。そして、燃焼器１７では、燃焼ファン１８から供給された燃焼空気と、燃焼燃料供給器から供給された燃焼燃料と、を燃焼して、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。なお、発生した熱は、水を加熱するのに使用することができる。すなわち、燃焼ユニット１０３は、ボイラとして使用してもよい。
また、燃焼器１７には、排出ガス流路７７の上流端が接続されていて、排出ガス流路７７の下流端は、排出流路７０に接続されている。これにより、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路７７を介して、排出流路７０に排出される。すなわち、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスが、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガスとして、排出流路７０に排出される。そして、排出流路７０に排出された燃焼排ガスは、排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
なお、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガスは、燃焼排ガスに限定されない。例えば、燃焼ファン１８のみを作動させた場合に、排出流路７０に排出される燃焼空気も第２排ガスとして例示することができる。また、例えば、図示されない燃焼燃料供給器のみを作動させた場合に、排出流路７０に排出される燃焼燃料も第２排ガスとして例示することができる。
燃焼ユニット１０３を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１９が設けられていて、該孔１９には、排出流路７０を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔１９と排出流路７０との隙間が、給気口１９を構成する。これにより、給気口１９を介して、燃焼ユニット１０３内部に、発電システム１００外の空気が供給される。
すなわち、排出流路７０は、分岐されていて、２つの上流端は、孔１６及び孔１９のそれぞれに、接続されている。また、排出流路７０は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端（開口）は、大気に開放されている。これにより、排出流路７０は、筐体１２と燃焼ユニット１０３の排気口１０３Ａを連通する。
なお、本実施の形態１においては、排出流路７０を構成する配管が挿通する孔と、給気口１９を構成する孔と、を１つの孔１９で構成したが、これに限定されない。排出流路７０を構成する配管が挿通する（接続する）孔と、給気口１９を構成する孔と、を別々に燃焼ユニット１０３に設けてもよい。また、給気口１９は、燃焼ユニット１０３に１つの孔によって構成されてもよく、また、複数の孔によって構成されていてもよい。
制御装置１０２は、発電システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御装置１０２は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御装置１０２は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む発電システム１００に関する各種の制御を行う。
なお、制御装置１０２は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して発電システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御装置１０２は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
［発電システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る発電システム１００の動作について、図１乃至図５を参照しながら説明する。なお、発電システム１００の燃料電池ユニット１０１における発電動作は、一般的な燃料電池システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態１においては、制御装置１０２が、１つの制御装置で構成されていて、該制御装置が、発電システム１００を構成する各機器を制御するものとして説明する。
まず、燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃焼ユニット１０３から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作について、図１乃至図３（Ｂ）を参照しながら説明する。
図２は、本実施の形態１に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。図３（Ａ）は、図２に示すフローチャートのステップＳ１０３〜ステップＳ１０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートであり、図３（Ｂ）は、図２に示すフローチャートのステップＳ１０６〜ステップＳ１０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。
図２に示すように、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が作動中であるか否かを確認する（ステップＳ１０１）。制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が作動中でない場合（ステップＳ１０１でＮｏ）には、燃料電池ユニット１０１が作動中になるまで、ステップＳ１０１を繰り返す。一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が作動中である場合には（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中であるか否かを判断する。燃焼ユニット１０３が停止中である場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ１０６に進む。一方、燃焼ユニット１０３が作動中である場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３に停止指令が入力されたか否かを確認する。燃焼ユニット１０３の停止指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃焼ユニット１０３を停止させるように指示した場合や予め設定された燃焼ユニット１０３の運転停止時刻になった場合等が挙げられる。
制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３の停止指令が入力されていない場合（ステップＳ１０３でＮｏ）には、燃焼ユニット１０３の停止指令が入力されるまで、ステップＳ１０３を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ１０１に戻り、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３が作動中で、かつ、燃焼ユニット１０３の停止指令が入力されるまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３を繰り返してもよい。また、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ１０２に戻り、燃焼ユニット１０３が作動中で、かつ、燃焼ユニット１０３の停止指令が入力されるまで、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３の停止指令が入力された場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、制御装置１０２は、図示されない燃焼燃料供給器から燃焼器１７への燃焼燃料の供給を停止させる（図３（Ａ）参照）。
次に、制御装置１０２は、燃焼ファン１８を停止させる（ステップＳ１０５）。このとき、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１（燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５のうち少なくとも１の機器）から排出される第１排ガス（オフ燃料ガス及びオフ酸化剤ガスの少なくとも１のオフガス）の流量を一定にするように、燃焼ファン１８を制御して、燃焼ユニット１０３（ここでは、燃焼ファン１８）から排出される第２排ガス（ここでは、燃焼空気）の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）から排出される燃焼空気の流量の変化率が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）を停止する場合よりも小さくなるように、燃焼ユニット１０３を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）の操作量を変動する時間が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）を停止する場合よりも長くなるように、燃焼ユニット１０３を制御してもよい。
ここで、図３（Ａ）を参照しながら、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３が作動中に燃焼ユニット１０３を停止する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図３（Ａ）に示すように、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３ともに定常状態で作動しているとする（図２のステップＳ１０１及びステップＳ１０２でＹｅｓ）。そして、制御装置１０２に燃焼ユニット１０３の停止指令が入力される（図２のステップＳ１０３でＹｅｓ）と、図示されない燃焼燃料供給器を停止させる（図２のステップＳ１０４）。
ついで、制御装置１０２は、燃焼ファン１８の操作量を徐々に小さくして、燃焼ファン１８を停止させる（図２のステップＳ１０５）。これにより、燃焼ファン１８の操作量を徐々に小さくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に低下する。このため、燃料ガス供給器１４又は酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０へ排出される第１排ガス（オフ燃料ガス又はオフ酸化剤ガス）の流量の変化がわずかになる。そのため、燃料電池１１への燃料ガスの供給量又は酸化剤ガスの供給量の変動がわずかになるために、燃料ガス及び酸化剤ガスの利用率の変動を抑えることができ、これらのガスの利用率の大幅な減少を抑えることができる。したがって、本実施の形態１に係る発電システム１００では、燃料電池ユニット１０１を安定して効率的に運転することができる。
また、制御装置１０２は、例えば、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を停止する場合（図３（Ａ）の二点差線）よりも、燃焼ファン１８の操作量を変動させる時間が長くなるように、燃焼ファン１８を停止させてもよい。これにより、燃焼ファン１８から排出流路７０に排出される第２排ガス（燃焼空気）の流量の変化率が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を停止する場合よりも小さくすることができる。
一方、図２において、燃焼ユニット１０３が停止中である場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３の作動指令が入力されたか否かを確認する。燃焼ユニット１０３の作動指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃焼ユニット１０３を作動させるように指示した場合や予め設定された燃焼ユニット１０３の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
燃焼ユニット１０３の作動指令が入力されていない場合（ステップＳ１０６でＮｏ）には、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３の作動指令が入力されるまで、ステップＳ１０６を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ１０１に戻り、燃料電池ユニット１０１が作動中、燃焼ユニット１０３が停止中で、かつ、燃焼ユニット１０３の作動指令が入力されるまで、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、及びステップＳ１０６を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３の作動指令が入力された場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）には、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、制御装置１０２は、燃焼ファン１８を作動させる。
このとき、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１（燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５のうち少なくとも１の機器）から排出される第１排ガス（オフ燃料ガス及びオフ酸化剤ガスの少なくとも１のオフガス）の流量を一定にするように、燃焼ファン１８を制御して、燃焼ユニット１０３（ここでは、燃焼ファン１８）から排出される第２排ガス（ここでは、燃焼空気）の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）から排出される燃焼空気の流量の変化率が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）を作動する場合よりも小さくなるように、燃焼ユニット１０３を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）の操作量を変動する時間が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ユニット１０３（より正確には、燃焼ファン１８）を作動する場合よりも長くなるように、燃焼ユニット１０３を制御してもよい。
次に、制御装置１０２は、燃焼器１７へ燃焼燃料供給器（図示せず）から燃焼燃料を供給させる（ステップＳ１０８）。これにより、燃焼器１７では、供給された燃焼燃料と燃焼空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成される。なお、燃焼ユニット１０３で生成された燃焼排ガスは、排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
ここで、図３（Ｂ）を参照しながら、燃料電池ユニット１０１が作動中、燃焼ユニット１０３が停止中に、燃焼ユニット１０３を作動する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図３（Ｂ）に示すように、燃料電池ユニット１０１が定常状態で作動し、燃焼ユニット１０３が停止しているとする（図２のステップＳ１０１でＹｅｓ及びステップＳ１０２でＮｏ）。そして、制御装置１０２に燃焼ユニット１０３の作動指令が入力されたとする（図２のステップＳ１０６でＹｅｓ）。
すると、制御装置１０２は、燃焼ファン１８の操作量を徐々に大きくするようにして、燃焼ファン１８を作動させる（図２のステップＳ１０７）。これにより、燃焼ファン１８の操作量を徐々に大きくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に増加する。このため、燃料ガス供給器１４又は酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０へ排出される第１排ガス（オフ燃料ガス又はオフ酸化剤ガス）の流量が徐々に減少するだけなので、燃料電池１１で燃料ガス又は酸化剤ガスが不足することを抑制することができる。したがって、本実施の形態１に係る発電システム１００では、燃料電池ユニット１０１を安定して効率的に運転することができる。
また、制御装置１０２は、例えば、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を作動する場合（図３（Ｂ）の二点差線）よりも時間をかけて、燃焼ファン１８の操作量を目標操作量にまで変動させてもよい。これにより、燃焼ファン１８から排出流路７０に排出される第２排ガス（燃焼空気）の流量の変化率が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を作動する場合よりも小さくすることができる。
その後、制御装置１０２は、燃焼器１７へ燃焼燃料供給器（図示せず）から燃焼燃料を供給させる（ステップＳ１０８）。これにより、燃焼器１７では、燃焼燃料と燃焼空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路７７から排出流路７０へ排出される。
次に、燃焼ユニット１０３が作動中に、燃料電池ユニット１０１から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作について、図１、図４、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）を参照しながら説明する。
図４は、本実施の形態１に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。図５（Ａ）は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０３〜ステップＳ２０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートであり、図５（Ｂ）は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０６〜ステップＳ２０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。
図４に示すように、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中であるか否かを確認する（ステップＳ２０１）。制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中でない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）には、燃焼ユニット１０３が作動中になるまで、ステップＳ２０１を繰り返す。一方、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中である場合には（ステップＳ２０１でＹｅｓ）、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が作動中であるか否かを判断する。燃料電池ユニット１０１が停止中である場合（ステップＳ２０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ２０６に進む。一方、燃料電池ユニット１０１が作動中である場合（ステップＳ２０２でＹｅｓ）には、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１に停止指令が入力されたか否かを確認する。燃料電池ユニット１０１の停止指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池ユニット１０１を停止させるように指示した場合や予め設定された燃料電池ユニット１０１の運転停止時刻になった場合等が挙げられる。
制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されていない場合（ステップＳ２０３でＮｏ）には、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ２０３を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ２０１に戻り、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３を繰り返してもよい。また、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ２０２に戻り、燃料電池ユニット１０１が作動中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力された場合（ステップＳ２０３でＹｅｓ）には、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、制御装置１０２は、燃料ガス供給器１４から燃料電池１１への燃料ガスの供給を停止させる（図５（Ａ）参照）。
次に、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を停止させる（ステップＳ２０５）。このとき、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガス（ここでは、燃焼排ガス）の流量を一定にするように、酸化剤ガス供給器１５を制御して、燃料電池ユニット１０１（正確には、酸化剤ガス供給器１５）から排出される第１排ガス（ここでは、酸化剤ガス（空気））の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５から酸化剤ガス供給流路７２、酸化剤ガス流路１１Ｂ、及びオフ酸化剤ガス流路７４を介して排出流路７０に排出される酸化剤ガス（オフ酸化剤ガス）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、酸化剤ガス供給器１５）を停止する場合よりも小さくなるように、酸化剤ガス供給器１５を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動する時間が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、酸化剤ガス供給器１５）を停止する場合よりも長くなるように、酸化剤ガス供給器１５を制御してもよい。
ここで、図５（Ａ）を参照しながら、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中に燃料電池ユニット１０１を停止する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図５（Ａ）に示すように、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１ともに定常状態で作動しているとする（図４のステップＳ２０１及びステップＳ２０２でＹｅｓ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力される（図４のステップＳ２０３でＹｅｓ）と、燃料ガス供給器１４を停止させる（図４のステップＳ２０４）。
ついで、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に小さくして、酸化剤ガス供給器１５を停止させる（図４のステップＳ２０５）。酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に小さくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に低下する。このため、燃焼ユニット１０３から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が徐々に増加し、これに伴い、燃焼燃料供給器（図示せず）から燃焼器１７へ供給される燃焼燃料の流量や燃焼ファン１８から燃焼器１７へ供給される燃焼空気の流量が徐々に増加するだけなので、燃焼ユニット１０３での空燃比のずれをわずかに抑えることができ、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼状態の変動もわずかとなる。したがって、本実施の形態１に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３を安定して運転することができる。
制御装置１０２は、例えば、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を停止する場合（図５（Ａ）の二点差線）よりも、酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動させる時間が長くなるように、酸化剤ガス供給器１５を停止させてもよい。これにより、酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０に排出される第１排ガス（オフ酸化剤ガス）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を停止する場合よりも小さくすることができる。
一方、図４において、燃料電池ユニット１０１が停止中である場合（ステップＳ２０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたか否かを確認する。燃料電池ユニット１０１の作動指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池ユニット１０１を作動させるように指示した場合や予め設定された燃料電池ユニット１０１の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されていない場合（ステップＳ２０６でＮｏ）には、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されるまで、ステップＳ２０６を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ２０１に戻り、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されるまで、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２、及びステップＳ２０６を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力された場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）には、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を作動させる。
このとき、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８）から排出される第２排ガス（燃焼排ガス（燃焼燃料及び燃焼空気））の流量を一定にするように、酸化剤ガス供給器１５を制御して、燃料電池ユニット１０１（ここでは、酸化剤ガス供給器１５）から排出される第１排ガス（ここでは、オフ酸化剤ガス）の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０に排出されるオフ酸化剤ガスの流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、酸化剤ガス供給器１５）を作動する場合よりも小さくなるように、酸化剤ガス供給器１５を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動する時間が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、酸化剤ガス供給器１５）を作動する場合よりも長くなるように、酸化剤ガス供給器１５を制御してもよい。
次に、制御装置１０２は、燃料電池１１へ燃料ガス供給器１４から燃料ガスを供給させる（ステップＳ２０８）。これにより、燃料電池１１では、供給された燃料ガスと酸化剤ガスが電気的に反応して、電気と熱が発生する。なお、燃料電池１１で使用されなかったオフ燃料ガスとオフ酸化剤ガスは、排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
ここで、図５（Ｂ）を参照しながら、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中に、燃料電池ユニット１０１を作動する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図５（Ｂ）に示すように、燃焼ユニット１０３が定常状態で作動し、燃料電池ユニット１０１が停止しているとする（図４のステップＳ２０１でＹｅｓ及びステップＳ２０２でＮｏ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたとする（図４のステップＳ２０６でＹｅｓ）。
すると、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に大きくするようにして、酸化剤ガス供給器１５を作動させる。これにより、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に大きくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に増加する。このため、燃焼器１７から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が徐々に減少し、これに伴い、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼燃料や燃焼空気）の流量も徐々に減少するだけなので、燃焼ユニット１０３での空燃比のずれもわずかに抑えることができ、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼状態の変動もわずかとなる。したがって、本実施の形態１に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３を安定して運転することができる。
例えば、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を作動する場合（図５（Ｂ）の二点差線）よりも時間をかけて、酸化剤ガス供給器１５の操作量を目標操作量にまで変動させてもよい。これにより、酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０に排出される第１排ガス（オフ酸化剤ガス）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を作動する場合よりも小さくすることができる。
このように、本実施の形態１に係る発電システム１００では、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３のいずれか一方のユニットから排ガスが排出流路７０に排出中に、他方のユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合に、一方のユニットから排出される排ガスの流量を一定にするように、他方のユニットを制御する（より正確には、他方のユニットから排出される排ガスの流量の変化率を制御する）ことで、発電システム１００を安定して運転することができる。
なお、本実施の形態１においては、排出流路７０と、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び排出ガス流路７７と、をそれぞれ、異なる流路として説明したが、これに限定されず、これらの流路を纏めて、排出流路７０と解してもよい。
また、本実施の形態１においては、他方のユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合として、他方のユニットが停止している状態から作動させる場合と、他方のユニットが作動している状態から停止させる場合と、を例示したが、これに限定されない。例えば、他方のユニットが作動している状態で、その操作量を変更する（増加または減少する）場合も含まれる。
また、本実施の形態１においては、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３が作動中に、燃焼ユニット１０３を停止させる場合に、燃焼燃料供給器を急激に停止させたが、これに限定されず、燃焼ファン１８と同様に、燃焼燃料供給器を徐々に（時間をかけて）停止させてもよい。さらに、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３が作動中に、燃焼ユニット１０３を停止させる場合に、燃焼燃料供給器を停止させた後、燃焼ファン１８を停止させたが、これに限定されず、燃焼燃料供給器と燃焼ファン１８を同時に停止させてもよい。
また、本実施の形態１においては、燃料電池ユニット１０１が作動中、燃焼ユニット１０３が停止中に、燃焼ユニット１０３を作動させる場合に、燃焼燃料供給器を急激に作動させたが、これに限定されず、燃焼ファン１８と同様に、燃焼燃料供給器を徐々に（時間をかけて）作動させてもよい。さらに、燃料電池ユニット１０１が作動中、燃焼ユニット１０３が停止中に、燃焼ユニット１０３を作動させる場合に、燃焼ファン１８を作動させた後、燃焼燃料供給器を作動させたが、これに限定されず、燃焼燃料供給器と燃焼ファン１８を同時に作動させてもよい。
また、本実施の形態１においては、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃料電池ユニット１０１を停止させる場合に、燃料ガス供給器１４を急激に停止させたが、これに限定されず、酸化剤ガス供給器１５と同様に、燃料ガス供給器１４を徐々に（時間をかけて）停止させてもよい。さらに、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃料電池ユニット１０１を停止させる場合に、燃料ガス供給器１４を停止させた後、酸化剤ガス供給器１５を停止させたが、これに限定されず、燃料ガス供給器１４と酸化剤ガス供給器１５を同時に停止させてもよい。
また、本実施の形態１においては、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中に、燃料電池ユニット１０１を作動させる場合に、燃料ガス供給器１４を急激に作動させたが、これに限定されず、酸化剤ガス供給器１５と同様に、燃料ガス供給器１４を徐々に（時間をかけて）作動させてもよい。さらに、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中に、燃料電池ユニット１０１を作動させる場合に、酸化剤ガス供給器１５を作動させた後、燃料ガス供給器１４を作動させたが、これに限定されず、燃料ガス供給器１４と酸化剤ガス供給器１５を同時に作動させてもよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発電システムは、制御装置が、一方のユニットから排ガスが排出流路に排出中に、他方のユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、一方のユニットから排出される排ガスの流量を一定にするように、一方のユニット及び他方のユニットを制御する態様を例示するものである。
本発明の実施の形態２に係る発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００と基本的構成は同じであるため、その構成についての詳細な説明は省略する。
［発電システムの動作］
まず、燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃焼ユニット１０３から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作について、図６、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）を参照しながら説明する。
図６は、本実施の形態２に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。図７（Ａ）は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０３〜ステップＳ１０５Ａにかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートであり、図７（Ｂ）は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０６〜ステップＳ１０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。
図６に示すように、本実施の形態２に係る発電システム１００では、図２に示す実施の形態１に係る発電システム１００の排ガス流量制御と基本的制御は同じであるが、図２のステップＳ１０５に代えて、ステップＳ１０５Ａが行われ、図２のステップＳ１０７に代えて、ステップＳ１０７Ａが行われる点が異なる。以下、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照しながら、本実施の形態２に係る発電システム１００の排ガス流量制御について、具体的に説明する。
図７（Ａ）に示すように、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３ともに定常状態で作動しているとする（図６のステップＳ１０１及びステップＳ１０２でＹｅｓ）。そして、制御装置１０２に燃焼ユニット１０３の停止指令が入力される（図６のステップＳ１０３でＹｅｓ）と、図示されない燃焼燃料供給器を停止させる（図６のステップＳ１０４）。
ついで、制御装置１０２は、燃焼ファン１８の操作量を徐々に小さくして、燃焼ファン１８を停止させるとともに、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動させる（図６のステップＳ１０５Ａ）。これにより、燃料電池ユニット１０１（ここでは、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５）から排出流路７０に排出される第１排ガス（ここでは、オフ燃料ガス及びオフ酸化剤ガス）の流量が所定の流量（目標流量）を維持することができる。このため、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１に供給される反応ガスの流量が、所定の流量（目標流量）を維持することができる。
また、燃焼ファン１８の操作量を徐々に小さくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に低下するが、本実施の形態２においては、制御装置１０２が、排出流路７０の圧力損失の低下に追随するように、燃料ガス供給器１４又は酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に小さくする。これにより、排出流路７０へ排出される第１排ガス（オフ燃料ガス又はオフ酸化剤ガス）の流量を一定に保つことができ、ひいては、燃料電池１１へ供給される反応ガスの流量を一定に保つことができる。このため、燃料電池１１での発電効率の変動がほとんど生じないようにすることができる。したがって、本実施の形態２に係る発電システム１００では、燃料電池ユニット１０１をより安定して運転することができる。
また、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を停止する場合（図７（Ａ）の二点差線）よりも、燃焼ファン１８の操作量を変動させる時間が長くなるように、燃焼ファン１８を停止させるとともに、燃焼ファン１８の操作量の変動に追随するように、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動させてもよい。
これにより、燃焼ファン１８から排出流路７０に排出される第２排ガス（燃焼空気）の流量の変化率が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を停止する場合よりも小さくすることができる。
一方、図７（Ｂ）に示すように、燃料電池ユニット１０１が定常状態で作動し、燃焼ユニット１０３が停止しているとする（図６のステップＳ１０１でＹｅｓ及びステップＳ１０２でＮｏ）。そして、制御装置１０２に燃焼ユニット１０３の作動指令が入力されたとする（図６のステップＳ１０６でＹｅｓ）。
すると、制御装置１０２は、燃焼ファン１８の操作量を徐々に大きくするように、燃焼ファン１８を作動させるとともに、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動させる（図６のステップＳ１０７Ａ）。これにより、燃料電池ユニット１０１（ここでは、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５）から排出流路７０に排出される第１排ガス（ここでは、オフ燃料ガス及びオフ酸化剤ガス）の流量が所定の流量（目標流量）を維持することができる。このため、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１に供給される反応ガスの流量が、所定の流量（目標流量）を維持することができる。
また、燃焼ファン１８の操作量を徐々に大きくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に増加するが、本実施の形態２においては、制御装置１０２が、排出流路７０の圧力損失の増加に追随するように、燃料ガス供給器１４や酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に大きくする。これにより、排出流路７０へ排出される第１排ガス（オフ燃料ガスやオフ酸化剤ガス）の流量を一定に保つことができ、ひいては、燃料電池１１へ供給される反応ガスの流量を一定に保つことができる。このため、燃料電池１１での発電効率の変動がほとんど生じないようにすることができる。したがって、本実施の形態２に係る発電システム１００では、燃料電池ユニット１０１をより安定して運転することができる。
また、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を作動する場合（図７（Ｂ）の二点差線）よりも時間をかけて、燃焼ファン１８の操作量を目標操作量にまで変動させるとともに、燃焼ファン１８の操作量の変動に追随するように、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動させてもよい。
これにより、燃焼ファン１８から排出流路７０に排出される第２排ガス（燃焼空気）の流量の変化率が、燃料電池ユニット１０１が停止中に燃焼ファン１８を作動する場合よりも小さくすることができる。
その後、制御装置１０２は、燃焼器１７へ燃焼燃料供給器（図示せず）から燃焼燃料を供給させる（図６のステップＳ１０８）。これにより、燃焼器１７では、燃焼燃料と燃焼空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路７７から排出流路７０へ排出される。
次に、燃焼ユニット１０３が作動中に、燃料電池ユニット１０１から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作について、図８、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照しながら説明する。
図８は、本実施の形態２に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。図９（Ａ）は、図８に示すフローチャートのステップＳ２０３〜ステップＳ２０５Ａにかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートであり、図９（Ｂ）は、図８に示すフローチャートのステップＳ２０６〜ステップＳ２０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。
図８に示すように、本実施の形態２に係る発電システム１００では、図４に示す実施の形態１に係る発電システム１００の排ガス流量制御と基本的制御は同じであるが、ステップＳ２０５に代えて、ステップＳ２０５Ａが行われ、ステップＳ２０７に代えて、ステップＳ２０７Ａが行われる点が異なる。以下、図９を参照しながら、本実施の形態２に係る発電システム１００の排ガス流量制御について、具体的に説明する。
図９（Ａ）に示すように、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１ともに定常状態で作動しているとする（図８のステップＳ２０１及びステップＳ２０２でＹｅｓ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力される（図９のステップＳ２０３でＹｅｓ）と、燃料ガス供給器１４を停止させる（図９のステップＳ２０４）。
ついで、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に小さくして、酸化剤ガス供給器１５を停止させるとともに、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８の操作量を変動させる。（図８のステップＳ２０５Ａ）。また、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が所定の流量（目標流量）を維持することができる。このため、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８から燃焼ユニット１０３に供給される燃焼燃料及び燃焼空気の流量が、所定の流量（目標流量）を維持することができる。
また、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に小さくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に低下するが、本実施の形態２においては、制御装置１０２が、排出流路７０の圧力損失の低下に追随するように、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８の操作量を徐々に小さくする。これにより、燃焼ユニット１０３から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量を一定に保つことができ、ひいては、燃焼ユニット１０３の燃焼器１７へ供給される燃焼燃料や燃焼空気の流量を一定に保つことができる。このため、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼の空燃比のずれをわずかに抑えることができる。したがって、本実施の形態２に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３をより安定して運転することができる。
また、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を停止する場合（図９（Ａ）の二点差線）よりも、酸化剤ガス供給器１５の操作量を変動させる時間が長くなるように、酸化剤ガス供給器１５を停止させるとともに、酸化剤ガス供給器１５の操作量の変動に追随するように、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８の操作量を変動させてもよい。
これにより、酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０に排出される第１排ガス（オフ酸化剤ガス）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を停止する場合よりも小さくすることができる。
一方、図９（Ｂ）に示すように、燃焼ユニット１０３が定常状態で作動し、燃料電池ユニット１０１が停止しているとする（図８のステップＳ２０１でＹｅｓ及びステップＳ２０２でＮｏ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたとする（図８のステップＳ２０６でＹｅｓ）。
すると、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に大きくするように、酸化剤ガス供給器１５を作動させるとともに、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８の操作量を変動させる（ステップＳ２０７Ａ）。これにより、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が所定の流量（目標流量）を維持することができる。このため、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８から燃焼ユニット１０３に供給される燃焼燃料及び燃焼空気の流量が、所定の流量（目標流量）を維持することができる。
また、酸化剤ガス供給器１５の操作量を徐々に大きくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に増加するが、本実施の形態２においては、制御装置１０２が、排出流路７０の圧力損失の増加に追随するように、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８の操作量を徐々に増加する。
これにより、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量を一定に保つことができ、ひいては、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼燃料や燃焼空気）の流量も一定にすることができる。このため、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼の空燃比のずれをわずかに抑えることができる。したがって、本実施の形態２に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３をより安定して運転することができる。
例えば、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を作動する場合（図９（Ｂ）の二点差線）よりも時間をかけて、酸化剤ガス供給器１５の操作量を目標操作量にまで変動させるとともに、酸化剤ガス供給器１５の操作量の変動に追随するように、燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８の操作量を変動させる。
これにより、酸化剤ガス供給器１５から排出流路７０に排出される第１排ガス（オフ酸化剤ガス）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に酸化剤ガス供給器１５を作動する場合よりも小さくすることができる。
このように構成された本実施の形態２に係る発電システム１００であっても、実施の形態１に係る発電システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る発電システム１００では、他方のユニットの操作量の変動に伴って、一方のユニットの操作量を変動させることにより、一方のユニットから排出される排出ガスの流量の変動をより小さくすることができ、より安定して発電システム１００を運転することができる。
なお、本実施の形態２においては、他方のユニットの操作量を変動する時間が、一方のユニットの操作量を変動する時間と同じにしたが、これに限定されず、他方のユニットの操作量を変動する時間が、一方のユニットの操作量を変動する時間以上となるようにしてもよい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発電システムは、燃料電池システムが、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器と該改質器を加熱するように構成された燃焼器とを有する水素生成装置をさらに備えている態様を例示するものである。
［発電システムの構成］
図１０は、本発明の実施の形態３に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
図１０に示すように、本発明の実施の形態３に係る発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００と基本的構成は同じであるが、燃料ガス供給器１４が水素生成装置１４で構成されている点と、オフ燃料ガス流路７３が水素生成装置１４の燃焼器１４ｂに接続されている点と、が異なる。具体的には、水素生成装置１４は、改質器１４ａと燃焼器１４ｂを有している。
燃焼器１４ｂには、オフ燃料ガス流路７３の下流端が接続されていて、燃料電池１１からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス流路７３を通流して、燃焼用燃料として供給される。また、燃焼器１４ｂには、空気供給流路７９を介して、燃焼ファン１４ｃが接続されている。燃焼ファン１４ｃは、燃焼器１４ｂに燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。また、本実施の形態３の発電システムでは、燃焼器への燃焼用空気の供給を燃焼ファンにより実現する構成としたが、酸化剤ガス供給器を用いてもよく、酸化剤ガス供給流路と燃焼器を接続する経路を備え、酸化剤ガス供給器から供給された酸化剤ガス（酸素）が燃焼器、及び燃料電池に供給される構成としてもよい。
燃焼器１４ｂでは、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成され、熱が発生する。燃焼器１４ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１４ａ等を加熱した後、燃焼排ガス流路８０に排出される。燃焼排ガス流路８０に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路８０を通流して、排出流路７０に排出される。排出流路７０に排出された燃焼排ガスは、排出流路７０を通流して、発電システム１００（建物２００）外に排出される。
改質器１４ａには、原料供給器及び水供給器が接続されていて（それぞれ、図示せず）、原料及び水が、それぞれ、改質器１４ａに供給される。原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやＬＰガス等を用いることができる。
また、改質器１４ａは、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水（水蒸気）とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応について触媒として働くことができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。
そして、改質器１４ａでは、供給された原料と水蒸気との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路７１を通流して、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに供給される。
なお、本実施の形態３においては、改質器１４ａで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池１１に送出される構成としたが、これに限定されず、水素生成装置１４内に改質器１４ａより送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池１１に送出される構成であってもよい。
［発電システムの動作］
次に、本実施の形態３に係る発電システム１００の動作について、図１０乃至図１２（Ｂ）を参照しながら説明する。具体的には、燃焼ユニット１０３が作動中に、燃料電池ユニット１０１から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作について説明する。なお、本実施の形態３に係る発電システム１００は、燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃焼ユニット１０３から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作は、実施の形態１及び２に係る発電システム１００と同様に行われるため、その詳細な説明は省略する。
図１１は、本実施の形態３に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。図１２（Ａ）は、図１１に示すフローチャートのステップＳ３０３〜ステップＳ３０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートであり、図１２（Ｂ）は、図１１に示すフローチャートのステップＳ３０６〜ステップＳ３０９にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。
図１１に示すように、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中であるか否かを確認する（ステップＳ３０１）。制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中でない場合（ステップＳ３０１でＮｏ）には、燃焼ユニット１０３が作動中になるまで、ステップＳ３０１を繰り返す。一方、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中である場合には（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、ステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が作動中であるか否かを判断する。燃料電池ユニット１０１が停止中である場合（ステップＳ３０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ３０６に進む。一方、燃料電池ユニット１０１が作動中である場合（ステップＳ３０２でＹｅｓ）には、ステップＳ３０３に進む。
ステップＳ３０３では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１に停止指令が入力されたか否かを確認する。燃料電池ユニット１０１の停止指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池ユニット１０１を停止させるように指示した場合や予め設定された燃料電池ユニット１０１の運転停止時刻になった場合等が挙げられる。
制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されていない場合（ステップＳ３０３でＮｏ）には、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ３０３を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ３０１に戻り、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３を繰り返してもよい。また、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ３０２に戻り、燃料電池ユニット１０１が作動中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力された場合（ステップＳ３０３でＹｅｓ）には、ステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、制御装置１０２は、原料供給器（図１０で図示せず）から水素生成装置１４の改質器１４ａへの原料の供給を停止させるとともに、酸化剤ガス供給器１５を停止させる（図１２（Ａ）参照）。これにより、改質器１４ａでは、水素含有ガスの生成が停止して、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａへの燃料ガスの供給が停止する。また、酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂへの酸化剤ガスの供給が停止する。そして、燃料電池１１の発電が停止する。
次に、制御装置１０２は、水素生成装置１４の燃焼ファン１４ｃを停止させる（ステップＳ３０５）。このとき、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガス（ここでは、燃焼排ガス）の流量を一定にするように、燃焼ファン１４ｃを制御して、燃料電池ユニット１０１（ここでは、燃焼ファン１４ｃ）から排出される第１排ガス（ここでは、燃焼用空気）の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃから燃焼器１４ｂ及び燃焼排ガス流路８０を介して排出流路７０に排出される燃焼用空気の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、燃焼ファン１４ｃ）を停止する場合よりも小さくなるように、燃焼ファン１４ｃを制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃの操作量を変動する時間が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、燃焼ファン１４ｃ）を停止する場合よりも長くなるように、燃焼ファン１４ｃを制御してもよい。
ここで、図１２（Ａ）を参照しながら、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中に燃料電池ユニット１０１を停止する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図１２（Ａ）に示すように、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１ともに定常状態で作動しているとする（図１１のステップＳ３０１及びステップＳ３０２でＹｅｓ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力される（図１１のステップＳ３０３でＹｅｓ）と、原料供給器及び酸化剤ガス供給器１５を停止させる（図１１のステップＳ３０４）。
ついで、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃの操作量を徐々に小さくして、燃焼ファン１４ｃを停止させる（図１１のステップＳ３０５）。これにより、燃焼ファン１４ｃの操作量を徐々に小さくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に低下する。このため、燃焼ユニット１０３から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が徐々に増加し、これに伴い、燃焼燃料供給器（図示せず）から燃焼器１７へ供給される燃焼燃料の流量や燃焼ファン１８から燃焼器１７へ供給される燃焼空気の流量が徐々に増加するだけなので、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼の空燃比のずれをわずかに抑えることができる。したがって、本実施の形態３に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３を安定して運転することができる。
また、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が停止中に燃焼ファン１４ｃを停止する場合（図１２（Ａ）の二点差線）よりも、燃焼ファン１４ｃの操作量を変動させる時間が長くなるように、燃焼ファン１４ｃを停止させてもよい。これにより、燃焼ファン１４ｃから排出流路７０に排出される第１排ガス（燃焼用空気）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃焼ファン１４ｃを停止する場合よりも小さくすることができる。
なお、本実施の形態３においては、図１１のステップＳ３０４で、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を急激に停止させたが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、酸化剤ガス供給器１５を徐々に（時間をかけて）停止させてもよい。この場合、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を停止させた後に、燃焼ファン１４ｃを徐々に停止させることが好ましい。
また、本実施の形態３においては、制御装置１０２は、原料供給器と酸化剤ガス供給器１５を同時に停止させたが、これに限定されない。例えば、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を徐々に（時間をかけて）停止させた後、原料供給器を停止させてもよい。この場合においても、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を停止させた後、燃焼ファン１４ｃを徐々に停止させることが好ましい。
一方、図１１において、燃料電池ユニット１０１が停止中である場合（ステップＳ３０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたか否かを確認する。燃料電池ユニット１０１の作動指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池ユニット１０１を作動させるように指示した場合や予め設定された燃料電池ユニット１０１の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されていない場合（ステップＳ３０６でＮｏ）には、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されるまで、ステップＳ３０６を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ３０１に戻り、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されるまで、ステップＳ３０１、ステップＳ３０２、及びステップＳ３０６を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力された場合（ステップＳ３０６でＹｅｓ）には、ステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７では、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃを作動させる。このとき、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８）から排出される第２排ガス（燃焼排ガス（燃焼燃料及び燃焼空気））の流量を一定にするように、燃焼ファン１４ｃを制御して、燃料電池ユニット１０１（ここでは、燃焼ファン１４ｃ）から排出される第１排ガス（ここでは、燃焼用空気）の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃから排出流路７０に排出される燃焼用空気の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、燃焼ファン１４ｃ）を作動する場合よりも小さくなるように、燃焼ファン１４ｃを制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃの操作量を変動する時間が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、燃焼ファン１４ｃ）を作動する場合よりも長くなるように、燃焼ファン１４ｃを制御してもよい。
次に、制御装置１０２は、原料供給器（図１０で図示せず）を作動させて、水素生成装置１４の改質器１４ａへ原料の供給を開始させる（ステップＳ３０８）。改質器１４ａに供給された原料は燃焼用燃料として、燃料ガス供給流路７１、燃料ガス供給流路７１とオフ燃料ガス流路７３を接続するバイパス経路（図１０で図示せず）、及びオフ燃料ガス流路７３を通流して、燃焼器１４ｂに供給される。
燃焼器１４ｂでは、供給された燃焼用燃料（原料）と燃焼用空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成され、熱が発生する。燃焼器１４ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１４ａ等を加熱した後、燃焼排ガス流路８０及び排出流路７０を通流して、発電システム１００（建物２００）外に排出される。また、改質器１４ａには、水供給器（図１０で図示せず）から水が供給される。そして、改質器１４ａが所定の温度にまで加熱されると、改質器１４ａで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに供給される。
なお、改質器１４ａが所定の温度に達したか否かの判断は、例えば、改質器１４ａの温度を直接検出する温度検出器を設けて、該温度検出器が検出した温度に基づいて行ってもよく、また、改質器１４ａの温度を間接的に検出することができるパラメータ（例えば、時間や改質器１４ａから燃焼器１４ｂに供給されるガスの組成等）に基づいて行ってもよい。
次に、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を作動させ（ステップＳ３０９）、酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂへ酸化剤ガスを供給させる。これにより、燃料電池１１では、供給された燃料ガスと酸化剤ガスが電気的に反応して、電気と熱が発生する。なお、燃料電池１１で使用されなかったオフ燃料ガスは、燃焼用燃料として、オフ燃料ガス流路７３を通流して、燃焼器１４ｂに供給される。また、燃料電池１１で使用されなかったオフ酸化剤ガスは、排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
ここで、図１２（Ｂ）を参照しながら、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中に、燃料電池ユニット１０１を作動する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図１２（Ｂ）に示すように、燃焼ユニット１０３が定常状態で作動し、燃料電池ユニット１０１が停止しているとする（図１１のステップＳ３０１でＹｅｓ及びステップＳ３０２でＮｏ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたとする（図１１のステップＳ３０６でＹｅｓ）。
すると、制御装置１０２は、水素生成装置１４の燃焼ファン１４ｃの操作量を徐々に大きくするようにして、燃焼ファン１４ｃを作動させる。燃焼ファン１４ｃの操作量を徐々に大きくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に増加する。このため、燃焼器１７から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が徐々に減少し、これに伴い、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼燃料や燃焼空気）の流量も徐々に減少するだけなので、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼の空燃比のずれをわずかに抑えることができる。したがって、本実施の形態３に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３を安定して運転することができる。
また、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が停止中に燃焼ファン１４ｃを作動する場合（図１２（Ｂ）の二点差線）よりも時間をかけて、燃焼ファン１４ｃの操作量を目標操作量にまで変動させてもよい。これにより、燃焼ファン１４ｃから排出流路７０に排出される第１排ガス（ここでは、燃焼用空気）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃焼ファン１４ｃを作動する場合よりも小さくすることができる。
次に、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃの操作量が目標操作量にまで変動すると、原料供給器を作動させ、改質器１４ａに原料を供給させる（図１１のステップＳ３０８）。改質器１４ａに供給された原料が、燃焼器１４ｂに供給されると、燃焼器１４ｂでは、供給された原料（燃焼用燃料）と燃焼用空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスからの伝熱により、改質器１４ａ等が加熱され、改質器１４ａでは、別途供給された水（水蒸気）と原料とが改質反応して、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに供給される。
次に、制御装置１０２は、改質器１４ａが所定の温度にまで加熱されると、酸化剤ガス供給器１５を作動させ（図１１のステップＳ３０９）、燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂに酸化剤ガスを供給させ、燃料電池１１での発電を開始させる。
このように、本実施の形態３に係る発電システム１００では、燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３のいずれか一方のユニットから排ガスが排出流路７０に排出中に、他方のユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合に、他方のユニットから排出される排ガスの流量の変化率を制御することで、発電システム１００を安定して運転することができる。
なお、本実施の形態３においては、図１１のステップＳ３０９で、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を急激に作動させたが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、酸化剤ガス供給器１５を徐々に（時間をかけて）作動させてもよい。
また、本実施の形態３においては、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中、かつ、燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃料電池ユニット１０１を停止する場合に、燃焼ユニット１０３の燃焼器１７に燃焼用燃料を供給する燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８の操作量が変動しないように、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を制御したが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態２と同様に、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を、酸化剤ガス供給器１５や燃焼ファン１４ｃの操作量の変動に追随するようにその操作量を変動させてもよい。
さらに、本実施の形態３においては、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中、かつ、燃料電池ユニット１０１が停止中に、燃料電池ユニット１０１を作動する場合に、燃焼ユニット１０３の燃焼器１７に燃焼用燃料を供給する燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８の操作量が変動しないように、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を制御したが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態２と同様に、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を、酸化剤ガス供給器１５や燃焼ファン１４ｃの操作量の変動に追随するようにその操作量を変動させてもよい。
また、本実施の形態３においては、燃料電池１１と水素生成装置１４とを別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように燃料電池１１と水素生成装置１４とが一体で構成されていてもよい。この場合、燃料電池１１と水素生成装置１４とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、燃焼器１４ｂは、改質器１４ａだけでなく燃料電池１１も加熱することができる。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池１１のアノードが改質器１４ａの機能を有することから、燃料電池１１のアノードと改質器１４ａとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池１１の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る発電システムは、燃料電池ユニットが、筐体内を換気するように構成された換気ファンを有する態様を例示するものである。
［発電システムの構成］
図１３は、本発明の実施の形態４に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
図１３に示すように、本発明の実施の形態４に係る発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００と基本的構成は同じであるが、筐体１２内に換気ファン１３が設けられている点が異なる。具体的には、換気ファン１３は、換気流路７５を介して排出流路７０と接続されている。換気ファン１３としては、筐体１２内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。
これにより、給気口１６から発電システム１００外の空気が筐体１２内に給気され、換気ファン１３を作動させることにより、筐体１２内のガス（主として、空気）が換気流路７５及び排出流路７０を介して、建物２００外に排出され、筐体１２内が換気される。
なお、本実施の形態４においては、換気器としてファンを用いたが、これに限定されず、ブロワを用いてもよい。また、換気ファン１３は、筐体１２内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン１３は、排出流路７０内に配置するように構成してもよい。この場合、換気ファン１３は、排出流路７０の分岐部分よりも上流側に設けられていることが好ましい。
［発電システムの動作］
次に、本実施の形態４に係る発電システム１００の動作について、図１３乃至図１５（Ｂ）を参照しながら説明する。具体的には、燃焼ユニット１０３が作動中に、燃料電池ユニット１０１から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作について説明する。なお、本実施の形態４に係る発電システム１００は、燃料電池ユニット１０１が作動中に、燃焼ユニット１０３から排出される排ガスの流量を変動する場合の動作は、実施の形態１及び２に係る発電システム１００と同様に行われるため、その詳細な説明は省略する。
図１４は、本実施の形態４に係る発電システムの排ガス流量制御を模式的に示すフローチャートである。図１５（Ａ）は、図１４に示すフローチャートのステップＳ４０３〜ステップＳ４０５にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートであり、図１５（Ｂ）は、図１４に示すフローチャートのステップＳ４０６〜ステップＳ４０８にかけての発電システムを構成する主要要素の動作を示すタイムチャートである。
図１４に示すように、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中であるか否かを確認する（ステップＳ４０１）。制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中でない場合（ステップＳ４０１でＮｏ）には、燃焼ユニット１０３が作動中になるまで、ステップＳ４０１を繰り返す。一方、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が作動中である場合には（ステップＳ４０１でＹｅｓ）、ステップＳ４０２に進む。
ステップＳ４０２では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１が作動中であるか否かを判断する。燃料電池ユニット１０１が停止中である場合（ステップＳ４０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ４０６に進む。一方、燃料電池ユニット１０１が作動中である場合（ステップＳ４０２でＹｅｓ）には、ステップＳ４０３に進む。
ステップＳ４０３では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１に停止指令が入力されたか否かを確認する。燃料電池ユニット１０１の停止指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池ユニット１０１を停止させるように指示した場合や予め設定された燃料電池ユニット１０１の運転停止時刻になった場合等が挙げられる。
制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されていない場合（ステップＳ４０３でＮｏ）には、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ４０３を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ４０１に戻り、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ４０１〜ステップＳ４０３を繰り返してもよい。また、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ４０２に戻り、燃料電池ユニット１０１が作動中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力されるまで、ステップＳ４０２及びステップＳ４０３を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力された場合（ステップＳ４０３でＹｅｓ）には、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０４では、制御装置１０２は、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５を停止させる（図１５（Ａ）参照）。これにより、燃料ガス供給器１４から燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａへの燃料ガスの供給が停止し、酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂへの酸化剤ガスの供給が停止して、燃料電池１１の発電が停止する。
次に、制御装置１０２は、換気ファン１３を停止させる（ステップＳ４０５）。このとき、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３から排出される第２排ガス（ここでは、燃焼排ガス）の流量を一定にするように、換気ファン１３を制御して、燃料電池ユニット１０１（ここでは、換気ファン１３）から排出される第１排ガス（ここでは、筐体１２内のガス（以下、換気空気という））の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、換気ファン１３から換気流路７５を介して排出流路７０に排出される換気空気の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、換気ファン１３）を停止する場合よりも小さくなるように、換気ファン１３を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、換気ファン１３の操作量を変動する時間が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、換気ファン１３）を停止する場合よりも長くなるように、換気ファン１３を制御してもよい。
ここで、図１５（Ａ）を参照しながら、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１が作動中に燃料電池ユニット１０１を停止する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図１５（Ａ）に示すように、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１ともに定常状態で作動しているとする（図１４のステップＳ４０１及びステップＳ４０２でＹｅｓ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の停止指令が入力される（図１４のステップＳ４０３でＹｅｓ）と、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５を停止させる（図１４のステップＳ４０４）。
ついで、制御装置１０２は、換気ファン１３の操作量を徐々に小さくして、換気ファン１３を停止させる（図１４のステップＳ４０５）。換気ファン１３の操作量を徐々に小さくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に低下する。このため、燃焼ユニット１０３から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が徐々に増加し、これに伴い、燃焼燃料供給器（図示せず）から燃焼器１７へ供給される燃焼燃料の流量や燃焼ファン１８から燃焼器１７へ供給される燃焼空気の流量が徐々に増加するだけなので、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼の空燃比のずれをわずかに抑えることができる。したがって、本実施の形態４に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３を安定して運転することができる。
制御装置１０２は、例えば、燃焼ユニット１０３が停止中に換気ファン１３を停止する場合（図１５（Ａ）の二点差線）よりも、換気ファン１３の操作量を変動させる時間が長くなるように、換気ファン１３を停止させてもよい。これにより、換気ファン１３から排出流路７０に排出される第１排ガス（換気空気）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に換気ファン１３を停止する場合よりも小さくすることができる。
なお、本実施の形態４においては、図１４のステップＳ４０４で、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を急激に停止させたが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、酸化剤ガス供給器１５を徐々に（時間をかけて）停止させた後に、換気ファン１３を徐々に停止させてもよい。
また、本実施の形態４においては、燃料ガス供給器１４を水素ボンベ等で構成されている場合について説明したが、燃料ガス供給器１４を実施の形態３で説明した水素生成装置で構成してもよい。この場合、制御装置１０２は、ステップＳ４０４で、実施の形態３と同様に、燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５の操作量が徐々に小さくなるように燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５を停止させた後に、ステップＳ４０５で、換気ファン１３の操作量を徐々に小さくして、換気ファン１３を停止させることが好ましい。
さらに、本実施の形態４においては、制御装置１０２は、ステップＳ４０５で、換気ファン１３を停止させるときに、燃焼ユニット１０３の燃焼器１７に燃焼用燃料を供給する燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８の操作量が変動しないように、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を制御したが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態２と同様に、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を換気ファン１３の操作量の変動に追随するようにその操作量を変動させてもよい。また、上記のように、燃料ガス供給器１４として、実施の形態３で説明した水素生成装置を用いる場合には、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５の操作量の変動に追随するように、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８の操作量を変動させてもよい。
一方、図１４において、燃料電池ユニット１０１が停止中である場合（ステップＳ４０２でＮｏ）には、制御装置１０２は、ステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６では、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたか否かを確認する。燃料電池ユニット１０１の作動指令としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池ユニット１０１を作動させるように指示した場合や予め設定された燃料電池ユニット１０１の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されていない場合（ステップＳ４０６でＮｏ）には、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されるまで、ステップＳ４０６を繰り返す。なお、この場合、制御装置１０２は、ステップＳ４０１に戻り、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中で、かつ、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されるまで、ステップＳ４０１、ステップＳ４０２、及びステップＳ４０６を繰り返してもよい。
一方、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力された場合（ステップＳ４０６でＹｅｓ）には、ステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７では、制御装置１０２は、換気ファン１３を作動させる。
このとき、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３（燃焼燃料供給器及び燃焼ファン１８）から排出される第２排ガス（燃焼排ガス（燃焼燃料及び燃焼空気））の流量を一定にするように、換気ファン１３を制御して、燃料電池ユニット１０１（ここでは、換気ファン１３）から排出される第１排ガス（ここでは、換気空気）の流量の変化率を制御する。
例えば、制御装置１０２は、換気ファン１３から排出流路７０に排出される換気空気の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、換気ファン１３）を作動する場合よりも小さくなるように、換気ファン１３を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０２は、換気ファン１３の操作量を変動する時間が、燃焼ユニット１０３が停止中に燃料電池ユニット１０１（正確には、換気ファン１３）を作動する場合よりも長くなるように、換気ファン１３を制御してもよい。
次に、制御装置１０２は、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５を作動させる（ステップＳ４０８）。これにより、燃料ガス供給器１４から燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａへ燃料ガスが供給され、酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂへ酸化剤ガスが供給される。そして、燃料電池１１では、供給された燃料ガスと酸化剤ガスが電気的に反応して、電気と熱が発生する。
ここで、図１５（Ｂ）を参照しながら、燃焼ユニット１０３が作動中、燃料電池ユニット１０１が停止中に、燃料電池ユニット１０１を作動する場合の排ガス流量制御について、より具体的に説明する。
図１５（Ｂ）に示すように、燃焼ユニット１０３が定常状態で作動し、燃料電池ユニット１０１が停止しているとする（図１４のステップＳ４０１でＹｅｓ及びステップＳ４０２でＮｏ）。そして、制御装置１０２に燃料電池ユニット１０１の作動指令が入力されたとする（図１４のステップＳ４０６でＹｅｓ）。
すると、制御装置１０２は、換気ファン１３の操作量を徐々に大きくするようにして、換気ファン１３を作動させる。換気ファン１３の操作量を徐々に大きくすることで、排出流路７０の圧力損失が徐々に増加する。このため、燃焼器１７から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼排ガス）の流量が徐々に減少し、これに伴い、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８から排出流路７０へ排出される第２排ガス（燃焼燃料や燃焼空気）の流量も徐々に減少するだけなので、燃焼ユニット１０３（燃焼器１７）での燃焼の空燃比のずれをわずかに抑えることができる。したがって、本実施の形態４に係る発電システム１００では、燃焼ユニット１０３を安定して運転することができる。
また、制御装置１０２は、燃焼ユニット１０３が停止中に換気ファン１３を作動する場合（図１５（Ｂ）の二点差線）よりも時間をかけて、換気ファン１３の操作量を目標操作量にまで変動させる。これにより、換気ファン１３から排出流路７０に排出される第１排ガス（ここでは、換気空気）の流量の変化率が、燃焼ユニット１０３が停止中に換気ファン１３を作動する場合よりも小さくすることができる。
次に、制御装置１０２は、換気ファン１３の操作量が目標操作量にまで変動すると、燃料ガス供給器１４及び酸化剤ガス供給器１５を作動させる（図１４のステップＳ４０８）。これにより、燃料ガス供給器１４から燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに燃料ガスが供給され、酸化剤ガス供給器１５から燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂに酸化剤ガスが供給され、燃料電池１１での発電を開始する。
なお、本実施の形態４においては、図１４のステップＳ４０８で、制御装置１０２は、酸化剤ガス供給器１５を急激に作動させたが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、酸化剤ガス供給器１５を徐々に（時間をかけて）作動させてもよい。
また、本実施の形態４においては、燃料ガス供給器１４を水素ボンベ等で構成されている場合について説明したが、燃料ガス供給器１４を実施の形態３で説明した水素生成装置で構成してもよい。この場合、制御装置１０２は、ステップＳ４０８で、実施の形態３と同様に、燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５の操作量が徐々に大きくなるように、燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５を作動させることが好ましい。
さらに、本実施の形態４においては、制御装置１０２は、ステップＳ４０７で、換気ファン１３を作動させるときに、燃焼ユニット１０３の燃焼器１７に燃焼用燃料を供給する燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８の操作量が変動しないように、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を制御したが、これに限定されない。制御装置１０２は、実施の形態２と同様に、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８を換気ファン１３の操作量の変動に追随するようにその操作量を変動させてもよい。また、上記のように、燃料ガス供給器１４として、実施の形態３で説明した水素生成装置を用いる場合には、制御装置１０２は、ステップＳ４０８で、燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５の操作量の変動に追随するように、燃焼燃料供給器や燃焼ファン１８の操作量を変動させてもよい。
このように構成された、本実施の形態４に係る発電システム１００であっても、実施の形態１に係る発電システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る発電システムは、一端が大気に開放され、他端が燃料電池ユニットと燃焼ユニットとに接続するように分岐しており、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのそれぞれに空気を供給する給気流路をさらに備え、給気流路は、排出流路と熱交換可能なように設けられている態様を例示するものである。
ここで、給気流路が排出流路に熱交換可能なように設けられているとは、必ずしも給気流路と排出流路が接触して設けられている必要がなく、給気流路内のガスと排気流路内のガスとが熱交換可能な程度に離間して設けられている態様をも含む。このため、給気流路と排出流路が空間を挟んで設けられていてもよい。また、一方の流路の内側に他方の流路が設けられていてもよい。すなわち、給気流路を構成する配管と排気流路を構成する配管が、二重配管となるように設けられていてもよい。
［発電システムの構成］
図１６は、本実施の形態５に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１６においては、給気流路をハッチングで示している。
図１６に示すように、本実施の形態５に係る発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００と基本的構成は同じであるが、給気流路７８が設けられている点が異なる。
具体的には、給気流路７８は、燃焼ユニット１０３と燃料電池ユニット１０１の筐体１２を連通し、かつ、燃焼ユニット１０３及び燃料電池ユニット１０１のそれぞれに外部（ここでは、建物２００外）から空気を供給し、かつ、排出流路７０の外周を囲むように設けられている。より詳しくは、給気流路７８は、途中で分岐されていて、２つの下流端は、孔１６及び孔１９のそれぞれに、接続されている。また、給気流路７８は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その上流端（開口）は、大気に開放されている。これにより、給気流路７８は、筐体１２と燃焼ユニット１０３を連通し、発電システム１００の外部から空気を燃料電池ユニット１０１及び燃焼ユニット１０３に供給することができる。
また、給気流路７８と排出流路７０は、いわゆる二重配管で構成されている。これにより、排出流路７０に燃焼ユニット１０３から燃焼排ガス（排ガス）が排出されると、給気流路７８内のガスは、燃焼排ガスからの伝熱により、加熱される。
このように構成された、本実施の形態５に係る発電システム１００であっても、実施の形態１に係る発電システム１００と同様の作用効果を奏する。
なお、上記実施の形態１〜５では、制御装置１０２は、燃焼ファン１４ｃや酸化剤ガス供給器１５の操作量を直線的に変動するように、燃焼ファン１４ｃ等を制御した（例えば、図３（Ａ）等参照）が、これに限定されない。例えば、図１７に示すように、燃焼ファン１４ｃ等の操作量を変動してもよい。ここで、図１７は、燃料電池ユニット（又は燃焼ユニット）の動作を示すタイムチャートである。
図１７（ａ）に示すように、制御装置１０２は、燃料電池ユニット１０１（又は燃焼ユニット１０３）の操作量が階段状に変動するように、燃料電池ユニット１０１（又は燃焼ユニット１０３）を制御してもよく、また、図１７（ｂ）に示すように、燃料電池ユニット１０１（又は燃焼ユニット１０３）の操作量の変動を開始してから所定の時間までは、その操作量の変化率を小さくし、その後、その操作量の変化率を大きくなるように、燃料電池ユニット１０１（又は燃焼ユニット１０３）等を制御してもよい。
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。したがって、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。本発明の要旨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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明の発電システム及びその運転方法では、燃料電池ユニット及び燃焼ユニットのうちのいずれか一方のユニットの運転状態が変化しても、作動中の他方のユニットを安定して運転することが可能であるので、燃料電池の分野において有用である。
１１ 燃料電池
１１Ａ 燃料ガス流路
１１Ｂ 酸化剤ガス流路
１２ 筐体
１３ 換気ファン
１４ 燃料ガス供給器
１４ａ 改質器
１４ｂ 燃焼器
１４ｃ 燃焼ファン
１５ 酸化剤ガス供給器
１６ 給気口
１７ 燃焼器
１８ 燃焼ファン
１９ 給気口
７０ 排出流路
７１ 燃料ガス供給流路
７２ 酸化剤ガス供給流路
７３ オフ燃料ガス流路
７４ オフ酸化剤ガス流路
７５ 換気流路
７６ 燃焼空気供給流路
７７ 排出ガス流路
７８ 給気流路
７９ 空気供給流路
８０ 燃焼排ガス流路
１００ 発電システム
１０１ 燃料電池ユニット
１０２ 制御装置
１０３ 燃焼ユニット
１０３Ａ 排気口
２００ 建物

Claims (6)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池ユニットと、制御装置と、を備える、発電システムにおいて、
    前記発電システムは、
    前記筐体外に配置されており、可燃性ガスを燃焼することにより熱を供給する燃焼ユニットと、
    前記燃料電池ユニットと前記燃焼ユニットとを連通するように設けられ、前記燃料電池ユニットから排出される第１排ガスと前記燃焼ユニットから排出される第２排ガスとを大気に排出するために配置されている排出流路と、
    前記燃料電池ユニットは、原料と水から水素を含む燃料ガスを生成する改質触媒を有する改質器と該改質器を加熱するように構成された燃焼器とを有する水素生成装置と、をさらに備え、
    前記第１排ガスには、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが含まれ、
    前記制御装置は、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットが作動中で、前記燃料電池ユニットから前記第１排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃料電池ユニットから排出される前記第１排ガスの流量が一定になるように、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量の変化率を制限することを特徴とする、発電システム。
  2. 前記制御装置は、
    前記燃料電池ユニットから排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、
    前記燃焼ユニットの操作量を変動する時間が、前記燃料電池ユニットの操作量を変動する時間以上となるように、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットを制御することを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
  3. 前記制御装置は、
    前記燃料電池ユニットから排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、
    前記燃焼ユニットの操作量を変動する変化率が、前記燃料電池ユニットが停止中に前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合よりも小さくなるように、前記燃焼ユニットを制御することを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
  4. 前記制御装置は、
    前記燃料電池ユニットから排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動させる場合に、
    前記燃焼ユニットの操作量を変動する時間が、前記燃料電池ユニットが停止中に前記燃焼ユニットから排出される排ガスの流量を変動する場合よりも長くなるように、前記燃焼ユニットを制御することを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
  5. 一端が大気に開放され、他端が前記燃料電池ユニットと前記燃焼ユニットとに接続するように分岐しており、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットのそれぞれに空気を供給する給気流路をさらに備え、
    前記給気流路は、前記排出流路と熱交換可能なように設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システム。
  6. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、を有する燃料電池ユニットと、制御装置と、を備える、発電システムの運転方法において、
    前記発電システムは、
    前記筐体外に配置されており、可燃性ガスを燃焼することにより熱を供給する燃焼ユニットと、
    前記燃料電池ユニットと前記燃焼ユニットとを連通するように設けられ、前記燃料電池ユニットから排出される第１排ガスと前記燃焼ユニットから排出される第２排ガスとを大気に排出するために配置されている排出流路と、
    前記燃料電池ユニットは、原料と水から水素を含む燃料ガスを生成する改質触媒を有する改質器と該改質器を加熱するように構成された燃焼器とを有する水素生成装置と、をさらに備え、
    前記第１排ガスには、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスが含まれ、
    前記制御装置が、前記燃料電池ユニット及び前記燃焼ユニットが作動中で、前記燃料電池ユニットから前記第１排ガスが前記排出流路に排出中に、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量を変動させる場合に、前記燃料電池ユニットから排出される前記第１排ガスの流量が一定になるように、前記燃焼ユニットから排出される前記第２排ガスの流量の変化率を制限することを特徴とする、発電システムの運転方法。
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