JP5336022B2 - 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や特許文献３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、換気ファン、燃料電池、及び燃料電池に燃料ガスを供給する水素生成器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と給湯器とが連通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、給湯器を作動させ、換気ファンを作動させない場合、給湯器から排出される排ガスが、排気流路を介して、コージェネレーションユニット内に流入するおそれがある。給湯器から排出される排ガスがコージェネレーションユニット内に逆流することを防止するために、排気流路に逆流防止装置（逆流防止弁）を配置することが考えられる。逆流防止弁には、種々の種類があるが、弁体が弁座に当接することにより、ガスや液体の逆流を防止するものである。
ところで、給湯器から排出される排ガスは、燃料を燃焼させたガスであるために、多量の水蒸気を含む。そのため、給湯器の排ガス中の水分が凝縮した結露水が、逆流防止装置内に溜り、弁体又は弁座の表面に付着した場合には、逆流防止装置内の弁体と弁座が表面張力によって固着されるおそれがあった。
特に、コージェネレーションシステムの停止中に、逆流防止装置内に凝縮水が溜まると、逆流防止装置内で弁座と弁体が固着されて、本来排出されるガスまでも排出されないため、コージェネレーションシステムの起動の際に、コージェネレーションシステム内の換気が充分にできないおそれがある。そして、コージェネレーションシステム内の換気が充分にできないと、コージェネレーションシステム内で生成された燃焼排ガス等のガスが、燃料電池のカソードに供給されることにより、燃料電池の発電効率が下がるという課題が生じる。
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し、燃焼器から排出される排ガスが燃料電池システムの筺体内に逆流することを防止するための逆流防止装置を排気流路に配置する場合において、安定して発電を行うことができ、耐久性の高い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及び前記燃料電池を収納する筐体を有する燃料電池システムと、ガス供給器と、制御器と、を備える発電システムにおいて、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガス及び前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、前記ガス供給器が配置され、前記ガス供給器から供給されるガスを前記排出流路に供給するガス流路と、前記ガス流路又は前記排出流路に配置され、弁座と弁体を有する逆流防止装置と、をさらに備え、前記逆流防止装置は、前記弁体が前記弁座から離れるように移動することにより、前記筐体から前記排出流路の前記開口への方向のガスの通流を許可し、前記弁体が前記弁座に当接することにより、前記排出流路の前記開口から前記筐体への方向のガスの通流を阻止し、前記燃焼装置から排出される排出ガスが前記筺体内に流れ込むことを防止するように構成されていて、前記制御器は、前記燃料電池システムの停止中又は起動するときに、前記逆流防止装置の上流側と下流側との差圧が、前記逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるように前記ガス供給器を動作させる、固着回避動作を行うよう制御する。
ここで、燃料電池システムの停止中とは、燃料電池の停止動作を終了した後で、かつ、燃料電池の起動動作を開始する前の状態をいう。このため、燃料電池システムの停止中には、燃料電池システムの一部の補機を運転して待機する発電待機の状態を含む。
また、燃料電池システムが起動するときとは、燃料電池システムが起動を開始するときをいい、具体的には、例えば、制御装置に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されたときであってもよく、制御装置が、燃料電池システムの起動を開始するように、燃料電池システムを構成する機器に信号を出力したときであってもよい。換言すると、燃料電池システムが起動するときとは、制御装置に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されてから、燃料電池システムを構成する機器が作動を開始するまでの間をいう。
これにより、燃焼装置が作動することで、燃焼装置の排ガス中の水分が凝縮した結露水が、逆流防止装置内に凝縮水が溜まり、逆流防止装置が固着した場合であっても、逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるようにガス供給器を動作させることで、強制的に逆流防止装置の固着を解消することができる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができ、燃料電池の発電を安定して行うことができる。
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及び前記燃料電池を収納する筐体を有する燃料電池システムと、ガス供給器と、制御器と、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、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガス及び前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、前記ガス供給器が配置され、前記ガス供給器から供給されるガスを前記排出流路に供給するガス流路と、前記ガス流路又は前記排出流路に配置され、弁座と弁体を有する逆流防止装置と、をさらに備え、前記逆流防止装置は、前記弁体が前記弁座から離れるように移動することにより、前記筐体から前記排出流路の前記開口への方向のガスの通流を許可し、前記弁体が前記弁座に当接することにより、前記排出流路の前記開口から前記筐体への方向のガスの通流を阻止し、前記燃焼装置から排出される排出ガスが前記筺体内に流れ込むことを防止するように構成されていて、前記燃料電池システムの停止中又は起動するときに、前記逆流防止装置の上流側と下流側との差圧が、前記逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるように前記ガス供給器が動作する。
これにより、燃焼装置が作動することで、燃焼装置の排ガス中の水分が凝縮した結露水が、逆流防止装置内に凝縮水が溜まり、逆流防止装置が固着した場合であっても、逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるようにガス供給器を動作させることで、強制的に逆流防止装置の固着を解消することができる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができ、燃料電池の発電を安定して行うことができる。
本発明の発電システム及びその運転方法によれば、燃焼装置が作動することで、燃焼装置の排ガス中の水分が凝縮した結露水が、逆流防止装置内に凝縮水が溜まり、逆流防止装置が固着した場合であっても、逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるようにガス供給器を動作させることで、強制的に逆流防止装置の固着を解消することが可能となる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができ、燃料電池の発電を安定して行うことが可能となる。
図１は、本実施の形態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燃料電池システムにおける起動動作を模式的に示すフローチャートである。 図３は、本実施の形態２に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。 図４は、本実施の形態２に係る発電システムにおける固着回避動作を模式的に示すフローチャートである。 図５は、本変形例１の発電システムにおける固着回避動作を模式的に示すフローチャートである。 図６は、本実施の形態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７は、本実施の形態４に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
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及び燃料電池を収納する筐体を有する燃料電池システムと、ガス供給器と、制御器と、を備える発電システムにおいて、発電システムは、燃焼装置と、筐体と燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、燃料電池システムから排出される排出ガス及び燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、ガス供給器が配置され、ガス供給器から供給されるガスを排出流路に供給する（排出流路と連通している）ガス流路と、ガス流路又は排出流路に配置され、弁座と弁体を有する逆流防止装置と、をさらに備え、逆流防止装置は、弁体が前記弁座から離れるように移動することにより、筐体から排出流路の開口への方向のガスの通流を許可し、弁体が弁座に当接することにより、排出流路の開口から筐体への方向のガスの通流を阻止し、燃焼装置から排出される排出ガスが筺体内に流れ込むことを防止するように構成されていて、制御器は、燃料電池システムの停止中又は起動するときに、流路内における逆流防止装置の上流側と下流側との差圧が、逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるようにガス供給器を動作させる、固着回避動作を行うよう制御する態様を例示するものである。
ここで、燃料電池システムの停止中とは、燃料電池の停止動作を終了した後で、かつ、燃料電池の起動動作を開始する前の状態をいう。このため、燃料電池システムの停止中には、燃料電池システムの一部の補機を運転して待機する発電待機の状態を含む。
また、燃料電池システムが起動するときとは、燃料電池システムが起動を開始するときをいい、具体的には、例えば、制御器に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されたときであってもよく、制御器が、燃料電池システムの起動を開始するように、燃料電池システムを構成する機器に信号を出力したときであってもよい。換言すると、燃料電池システムが起動するときとは、制御器に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されてから、燃料電池システムを構成する機器が作動を開始するまでの間をいう。
［発電システムの構成］
図１は、本実施の形態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、筐体１２、改質器１４ａ、及び燃焼器１４ｂを有する燃料電池システム１０１と、換気ファン（換気器）１３と、制御器１０２と、燃焼装置１０３と、排出流路７０と、逆流防止装置２０と、を備えている。排出流路７０は、燃料電池システム１０１の筐体１２と燃焼装置１０３の排気口１０３Ａとを連通するように設けられている。
そして、制御器１０２は、燃料電池システム１０１の停止中又は起動するときに、逆流防止装置２０の上流側と下流側との差圧が、逆流防止装置２０の固着を解消するための所定値以上になるようにガス供給器を動作させる、固着回避動作を行うよう制御する。
ここで、ガス供給器は、燃料電池システム１０１内でガスを供給するものであれば、どのような機器であってもよい。本実施の形態１においては、ガス供給器としては、換気ファン１３及び酸化剤ガス供給器１５が例示される。また、ガス流路は、前記ガス供給器から供給されるガスが通流する流路をいう。本実施の形態１においては、ガス流路としては、酸化剤ガス供給流路７２、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５が例示される。
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が燃料電池システム１０１の筐体１２と燃焼装置１０３の排気口１０３Ａを連通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。
燃料電池システム１０１の筐体１２内には、燃料電池１１、換気ファン１３、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、制御器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、制御器１０２は、燃料電池システム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、制御器１０２は、燃焼装置１０３内に配置する構成を採用してもよく、また、筐体１２及び燃焼装置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ように構成されていて、原料である炭化水素ガスと水蒸気から燃料ガスを生成する改質器１４ａと、改質器１４ａを加熱するように構成された燃焼器１４ｂと、を有する、水素生成装置が用いられている。燃焼器１４ｂは、バーナ若しくは燃焼触媒等で構成されている。
本実施の形態１では、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、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。
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１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。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。
燃焼装置１０３は、燃焼器１７と燃焼ファン（燃焼空気供給器）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、燃焼装置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、燃焼装置１０３から排出される排出ガスとして、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。
燃焼装置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、燃焼装置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と燃焼装置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、を別々に燃焼装置１０３に設けてもよい。また、給気口１９は、燃焼装置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。
また、排出流路７０の孔１６側の上流端と排出流路７０の分岐点との間には、逆流防止装置２０が設けられている。逆流防止装置２０は、ここでは、ボール式逆止弁で構成されていて、ボール（弁体）２０ａと弁座２０ｂを有している。なお、逆流防止装置２０は、ここでは、ボール式逆止弁で構成したが、これに限定されず、リフト式逆止弁、スイング式逆止弁及びダイヤフラム式逆止弁等の各種の逆止弁で構成することができる。例えば、弁体２０ａとしては、ボールではなく、板状のフラップを用いてもよい。また、本実施の形態１においては、逆流防止装置２０を排出流路７０に設ける形態を採用したが、これに限定されず、ガス流路に設ける形態を採用してもよい。
これにより、燃料電池システム１０１が停止状態で、燃焼装置１０３から排出された排出ガスが、排出流路７０を孔１６側上流端に逆流すると、燃焼装置１０３からの排出ガスの押圧が大きくなることにより、ボール２０ａが弁座２０ｂに当接して、燃焼装置１０３からの排出ガスが、筐体１２内に逆流することが防止される。一方、燃料電池システム１０１及び／又は換気ファン１３が作動することにより、燃料電池システム１０１及び／又は換気ファン１３から排出される排出ガスの押圧が大きくなると、ボール２０ａが浮くことにより、排出ガスが排出流路７０を通流することができる。
制御器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。制御器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、制御器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、制御器１０２は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器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。例えば、制御器１０２は、換気ファン１３を制御し、他の制御器が発電システム１００の換気ファン１３以外の機器を制御するように構成されていてもよい。また、制御器１０２は、マイクロコントロール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及び図２を参照しながら説明する。なお、発電システム１００の燃料電池システム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、制御器１０２が、１つの制御器で構成されていて、該制御器が、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。
［燃料電池システムの起動動作］
図２は、本実施の形態１に係る発電システムの燃料電池システムにおける起動動作を模式的に示すフローチャートである。
上述したように、燃焼装置１０３から排出される燃焼排ガスには、水蒸気が含まれるので、当該水蒸気が凝縮して、生成された凝縮水が、逆流防止装置２０のボール２０ａ及び／又は弁座２０ｂの表面に付着して、ボール２０ａと弁座２０ｂが当接したような場合には、ボール２０ａと弁座２０ｂが固着して、筐体１２内のガスを排出流路７０に排出することができなくなるおそれがある。このため、本実施の形態１に係る発電システム１００では、以下のように、起動動作を実行する。
なお、燃料電池システム１０１の起動時の固着回避動作は、燃料電池システム１０１が発電停止中（待機中を含む）に、ガス供給器が停止していて、燃料電池システム１０１から排出流路７０に排出ガスを排出していない場合に、実行される。
図２に示すように、制御器１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ１０１）。ここで、燃料電池システム１０１の起動指令が入力される場合としては、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、燃料電池システム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システム１０１の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
ステップＳ１０２では、制御器１０２は、換気ファン１３を作動させる（固着回避動作を実行する）。具体的には、逆流防止装置２０の上流側と下流側との差圧が、逆流防止装置２０の固着を解消するための所定値以上になるように、換気ファン１３を作動させる。ここで、所定値は、予め実験等により求めることができ、換気ファン１３の静圧が、燃料電池システム１０１の定常運転時の換気ファン１３の圧力よりも大きい値であってもよい。
なお、逆流防止装置２０の上流側と下流側との差圧は、排出流路７０における逆流防止装置２０が設けられている部分よりも上流側の流路内の圧力と、排出流路７０における逆流防止装置２０が設けられている部分よりも下流側の流路内の圧力と、の差をいう。
また、換気ファン１３の動作時間は任意であり、例えば、換気ファン１３を数秒間作動させてもよく、数十秒間作動させてもよく、数分間作動させてもよい。
これにより、ボール２０ａをより確実に押し上げることができ、筐体１２内の換気をより確実に行うことができる。
次に、制御器１０２は、燃料電池システム１０１を構成する各機器へ起動開始指令を出力し（ステップＳ１０４）、本フローを終了する。これにより、燃料電池システム１０１の起動動作が開始される。具体的には、燃焼器１４ａ及び／又は酸化剤ガス供給器１５を作動させる。
より詳細には、燃料ガス供給器１４の燃焼器１４ａに燃焼用燃料（例えば、天然ガス）と燃焼用空気が供給される。燃焼器１４ａでは、燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスからの伝熱により、改質器１４ａが加熱される。
そして、改質器１４ａが原料（例えば、メタン等の炭化水素）を改質できる温度に達すると、改質器１４ａに原料と水蒸気が供給される。改質器１４ａでは、供給された原料と水蒸気が改質反応して、燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス供給流路７１を介して、燃料電池１１（正確には、燃料ガス流路１１Ａ）に供給される。また、酸化剤ガス供給器１５から酸化剤ガス供給流路７２を介して、燃料電池１１（正確には、酸化剤ガス流路１１Ｂ）に酸化剤ガスが供給される。
なお、本実施の形態１においては、換気ファン１３を作動させて、固着回避動作を行った後に、燃焼器１４ａを作動させ、その後、酸化剤ガス供給器１５を作動させる形態を採用したが、これに限定されない。換気ファン１３を作動させた後に、酸化剤ガス供給器１５を作動させ、その後、燃焼器１４ａを作動させる形態を採用してもよい。また、換気ファン１３を作動させた後に、燃焼器１４ａ及び酸化剤ガス供給器１５を作動させる形態を採用してもよい。
このように、本実施の形態１に係る発電システム１００では、燃焼装置１０３が作動することで、逆流防止装置２０内で弁体が弁座に当接した状態が維持されたとしても、燃料電池システム１０１が起動するときに、逆流防止装置２０の上流側と下流側との差圧が、逆流防止装置２０の固着を解消するための所定値以上になるように、換気ファン１３を作動させる。
これにより、固着したボール２０ａを浮き上がらせ、燃料電池システム１０１及び換気ファン１３からの排出ガスが排出流路７０内を通流させることにより、発電システム１００外に排出することができる。
［燃料電池システムの停止中の動作］
次に、本実施の形態１に係る発電システム１００において、燃料電池システム１０１が停止中に実行される動作について説明する。
まず、制御器１０２は、燃料電池システム１０１が発電停止中であるか否かを確認する。具体的には、制御器１０２は、例えば、図示されない記憶部に燃料電池システム１０１への停止指令を出力したことが記憶されているか否かで判断することができる。なお、本実施の形態１においては、燃料電池システム１０１の発電停止中に、燃焼装置１０３の作動が継続しているか否かは問題とならない。
次に、制御器１０２は、燃料電池システム１０１が発電運転中には、既に、換気ファン１３が作動し、また、燃料電池システム１０１からの排出ガスや筐体１２内のガス（主として、空気）が、排出流路７０に排出されているので、改めて、換気ファン１３を作動させる必要がないため、制御プログラムを終了する。
一方、燃料電池システム１０１が発電停止中である場合には、上述したように、燃焼装置１０３から排出される燃焼排ガスには、水蒸気が含まれるので、当該水蒸気が凝縮して、生成された凝縮水が、逆流防止装置２０のボール２０ａ及び／又は弁座２０ｂの表面に付着して、ボール２０ａと弁座２０ｂが当接したような場合には、ボール２０ａと弁座２０ｂが固着して、筐体１２内のガスを排出流路７０に排出することができなくなるおそれがある。
このため、制御器１０２は、換気ファン１３を作動させる（固着回避動作を実行する）。具体的には、逆流防止装置２０の上流側と下流側との差圧が、逆流防止装置２０の固着を解消するための所定値以上になるように、換気ファン１３を作動させる。なお、換気ファン１３の動作時間は任意であり、例えば、換気ファン１３を数秒間作動させてもよく、数十秒間作動させてもよく、数分間作動させてもよい。
これにより、燃料電池システム１０１が停止中に、逆流防止装置２０内で弁体が弁座に当接しても、換気ファン１３を作動させることにより、固着したボール２０ａを浮き上がらせて、ボール２０ａと弁座２０ｂの固着を解消することができる。このため、燃料電池システム１０１を起動するときに、燃料電池システム１０１及び換気ファン１３からの排出ガスを、排出流路７０内を通流させて、発電システム１００外に排出することができる。
このため、本実施の形態１に係る発電システム１００では、筐体１２内が換気されるので、筐体１２内の酸素濃度の低下を抑制することができ、燃焼器１４ａの着火不良を抑制することができ、発電システム１００の信頼性を向上させることができる。
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、制御器１０２が、換気ファン１３を連続して、所定時間作動させる形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御器１０２が、換気ファン１３を間欠的に作動させる形態を採用してもよい。
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る発電システムは、制御器が、燃焼装置の運転中に固着回避動作を行う場合には、ガス供給器の吐出圧が、燃焼装置の停止中に固着回避動作を行う場合より大きくなるように、ガス供給器を制御する態様を例示するものである。
また、本実施の形態２に係る発電システムでは、燃焼装置の運転及び停止を検知する運転検知器をさらに備え、制御器は、燃料電池システムが運転停止中に、運転検知器が燃焼装置の運転を検知すると、固着回避動作を行うようにガス供給器を制御してもよい。
［発電システムの構成］
図３は、本実施の形態２に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
図３に示すように、本実施の形態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が、温度検知器（運転検知器）２１が排出流路７０に設けられている点が異なる。温度検知器２１は、排出流路７０内の温度を検知して、検知した温度を制御器１０２に出力する。温度検知器２１としては、熱電対等の各種の温度センサを用いることができる。
なお、本実施の形態２では、温度検知器２１を排出流路７０に設ける形態を採用したが、これに限定されない。温度検知器２１は、排出流路７０、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５の少なくとも１の流路に設けられていればよい。
［発電システムの動作］
図４は、本実施の形態２に係る発電システムにおける固着回避動作を模式的に示すフローチャートである。
図４に示すように、まず、制御器１０２は、燃料電池システム１０１が停止中であるか否かを確認する（ステップＳ２０１）。具体的には、制御器１０２は、例えば、図示されない記憶部に燃料電池システム１０１への停止指令を出力したことが記憶されているか否かで判断することができる。
制御器１０２は、燃料電池システム１０１が停止中でない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）には、燃料電池システム１０１が停止中になるまで、ステップＳ２０１を繰り返す。一方、制御器１０２は、燃料電池システム１０１が停止中である場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）には、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御器１０２は、温度検知器２１から該温度検知器２１が検知した温度Ｔを取得する。ついで、制御器１０２は、ステップＳ２０２で取得した温度Ｔが、予め設定されている閾値温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、閾値温度Ｔ１は、例えば、予め実験等により、燃焼装置１０３から排出された排出ガスが、排出流路７０を通流するときの温度範囲を求めておき、当該温度範囲としてもよい。また、例えば、建物２００内部の温度や外気温に対して、２０℃以上高い温度を閾値温度Ｔ１として設定してもよい。
制御器１０２は、ステップＳ２０２で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１未満である場合（ステップＳ２０３でＮｏ）には、ステップＳ２０１に戻り、燃料電池システム１０１が停止中、かつ、ステップＳ２０２で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１以上になるまで、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３を繰り返す。一方、制御器１０２は、ステップＳ２０２で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１以上である場合（ステップＳ２０３でＹｅｓ）には、燃焼装置１０３が運転中（運転開始を含む）であると判断し、ステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４では、制御器１０２は、換気ファン１３を作動させて（固着回避動作を実行し）、本フローを終了する。具体的には、制御器１０２は、換気ファン１３の吐出圧が、燃焼装置１０３の停止中に固着回避動作を行う場合より大きくなるように、換気ファン１３を制御する。
燃焼装置１０３が作動中には、排出流路７０における逆流防止装置２０の下流側の圧力が大きくなる。このため、逆流防止装置２０の上流側と下流側との差圧が、逆流防止装置２０の固着を解消するための所定値以上にするためには、換気ファン１３の吐出圧（換気ファン１３の操作量）を増加させる必要がある。したがって、制御器１０２は、換気ファン１３の吐出圧が、燃焼装置１０３の停止中に固着回避動作を行う場合より大きくなるように、換気ファン１３を制御する。
これにより、燃料電池システム１０１が停止中に、逆流防止装置２０内で弁体が弁座に当接しても、換気ファン１３を作動させることにより、固着したボール２０ａを浮き上がらせて、ボール２０ａと弁座２０ｂの固着を解消することができる。
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。
なお、本実施の形態２においては、温度検知器２１が検知した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１以上である場合に、燃焼装置１０３が運転中であると判断する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、所定時間の前後における、温度検知器２１が検知した温度の差分が、閾値温度Ｔ２以上である場合に、燃焼装置１０３が運転中であると判断する形態を採用してもよい。閾値温度Ｔ２は、予め実験等により求めることができ、例えば、１０℃であってもよい。
また、本実施の形態２においては、温度検知器２１が運転検知器である形態を採用したが、これに限定されない。例えば、運転検知器として、圧力検知器を用いる形態を採用してもよい。具体的には、排出流路７０、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５の少なくとも１の流路に圧力センサを設置し、該圧力センサが検知した圧力を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する。
より詳細には、圧力センサが、前記流路内の圧力を検知して、検知した圧力を制御器１０２に出力する。制御器１０２は、入力された圧力が閾値圧力Ｐ１以上である場合や所定時間の前後における圧力の差分が、閾値圧力Ｐ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。なお、閾値圧力Ｐ１又は閾値圧力Ｐ２は、予め実験等により求めることができる。
また、例えば、運転検知器として、燃焼装置１０３へ供給される燃焼用燃料（例えば、天然ガス）の流量を検知する流量検知器（ガスメータ）を用いる形態を採用してもよい。具体的には、流量検知器が、燃焼装置１０３へ供給される燃焼用燃料の流量を検知して、検知した流量を制御器１０２に出力する。制御器１０２は、入力された流量が閾値流量Ｆ１以上である場合や所定時間の前後における流量の差分が、閾値流量Ｆ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。なお、閾値流量Ｆ１又は閾値流量Ｆ２は、予め実験等により求めることができる。
また、例えば、使用者が燃焼装置１０３の運転を指令するリモコンを設けるような場合、運転検知器として、該リモコンを用いる形態を採用してもよい。具体的には、制御器１０２は、リモコンから燃焼装置１０３への運転指令が出力されたことを取得した場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
また、例えば、燃焼装置１０３をボイラーとして使用するような場合に、燃焼装置１０３によって加熱された水が通流する水流路に温度センサを設置し、該温度センサを運転検知器として用いる形態を採用してもよい。具体的には、制御器１０２は、入力された温度が閾値温度Ｔ３以上である場合や所定時間の前後における温度の差分が、閾値温度Ｔ４以上である場合に、燃焼装置１０３から熱が供給されていると判断することができ、燃焼装置１０３が作動したと判断する。なお、閾値温度Ｔ３又は閾値温度Ｔ４は、予め実験等により求めることができる。
さらに、例えば、制御器１０２は、図示されない記憶部に、燃焼装置１０３の作動指令を出力したことが記憶されているか否かで、燃焼装置１０３の作動を判断してもよい。この場合、制御器１０２が、運転検知器の機能を有することになる。
［変形例１］
次に、本実施の形態２に係る発電システム１００の変形例について説明する。
本実施の形態２における変形例１の発電システムは、制御器が、燃料電池システムの停止中に固着回避動作を行った後、燃料電池システムの起動時までの間に、運転検知器が燃焼装置の運転を再度検知した場合は、固着回避動作を再度行うようにガス供給器を制御し、運転検知器が燃焼装置の運転を検知しなかった場合は、再度の固着回避動作を行わないように構成されている態様を例示するものである。
なお、本変形例１の発電システムの構成は、実施の形態２に係る発電システムの構成と同じであるため、その説明は省略する。
［発電システムの動作］
図５は、本変形例１の発電システムにおける固着回避動作を模式的に示すフローチャートである。
図５に示すように、本変形例１の発電システムにおける固着回避動作は、実施の形態２に係る発電システムにおける固着回避動作のステップＳ２０１〜Ｓ２０４を実行した後に、ステップＳ２０５、Ｓ２０６、及びＳ２０７を実行し、燃料電池システム１０１の起動開始指令が入力されるまで、本フローを繰り返す。以下、具体的に説明する。
実施の形態２で示したように、制御器１０２は、燃焼装置１０３の運転を検知する（燃焼装置１０３の作動を検知する）と、ガス供給器（換気ファン１３）を作動させ、固着回避動作を実行する（ステップＳ２０４）。ついで、制御器１０２は、温度検知器２１から該温度検知器２１が検知した温度Ｔを再び取得する（ステップＳ２０５）。
次に、制御器１０２は、ステップＳ２０５で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。制御器１０２は、ステップＳ２０５で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１以上である場合（ステップＳ２０６でＮｏ）には、燃焼装置１０３は運転中であると判断し、ステップＳ２０５に戻る。そして、制御器１０２は、ステップＳ２０５で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１未満になるまで、ステップＳ２０５及びＳ２０６を繰り返す。
一方、制御器１０２は、ステップＳ２０５で取得した温度Ｔが、閾値温度Ｔ１未満である場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）には、燃焼装置１０３が作動を停止した（燃焼装置１０３は停止中）であると判断し、ステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０７では、制御器１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力されたか否かを判定する。制御器１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力されていない場合（ステップＳ２０７でＮｏ）には、ステップＳ２０１に戻る。
一方、制御器１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力された場合（ステップＳ２０７でＹｅｓ）には、本フローを終了する。なお、この場合、制御器１０２は、本フローの終了後、図２に示すフローを実行する。
このように構成された本変形例１の発電システム１００であっても、実施の形態２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３）
本実施の形態３に係る発電システムは、筐体と燃焼装置とを連通するように設けられ、燃料電池システム及び燃焼装置のそれぞれに外部から空気を供給する給気流路を備え、給気流路は、前記排気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６は、本実施の形態３に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図６においては、給気流路をハッチングで示している。
図６に示すように、本実施の形態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、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、燃焼装置１０３と燃料電池システム１０１の筐体１２を連通し、かつ、燃焼装置１０３及び燃料電池システム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。すなわち、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。
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、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、その下流端（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と燃焼装置１０３を連通し、発電システム１００の外部から空気を燃料電池システム１０１及び燃焼装置１０３に供給することができる。
このように構成された本実施の形態３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４）
本実施の形態４に係る発電システムは、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器、改質器を加熱するように構成された燃焼器、及び燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器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７は、本実施の形態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７に示すように、本実施の形態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、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（燃焼用空気供給器）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。
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、原料供給器及び水蒸気供給器が接続されていて（それぞれ、図示せず）、原料及び水蒸気が、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プロパンを主成分とする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、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、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。また、改質器１４ａの改質触媒としては、オートサーマル改質反応を行うことができる触媒を使用してもよい。
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２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。
また、本実施の形態４に係る発電システム１００の燃料電池システム１０１における起動動作は、実施の形態１に係る発電システム１００の燃料電池システム１０１における起動動作と同様に行われるが、燃料ガス供給器１４が水素生成装置で構成されているため、ステップＳ１０４で燃料電池システム１０１を構成する各機器へ起動開始指令が出力されてからの動作が、以下のようになる。
すなわち、制御器１０２から起動開始指令が出力されると、燃焼ファン１４ｃから燃焼用空気が燃焼器１４ｂに供給される。また、燃焼器１４ｂには、燃焼用燃料（例えば、原料ガス）が図示されない原料ガス供給器から供給される。そして、燃焼器１４ｂでは、燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。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、建物２００外に排出される。
次に、改質器１４ａに原料（例えば、天然ガス等の炭化水素）と水蒸気が供給されて、水蒸気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。また、酸化剤ガス供給器１５から、酸化剤ガス供給流路７２を介して、酸化剤ガス流路１１Ｂに酸化剤ガス（空気）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化学的に反応して、電気と熱が発生する。
燃料電池１１で使用されなかった燃料ガスは、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酸化剤ガスは、オフ燃料ガス流路７３及び排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
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し、さらに筐体１２内が換気されるので、筐体１２内の酸素濃度の低下を抑制することができ、水素生成装置１４の燃焼器１４ｂの着火不良を抑制することができ、発電システム１００の信頼性を向上させることができる。
なお、上記実施の形態１乃至４（変形例を含む）においては、ガス供給器として、換気ファン１３を使用したが、これに限定されない。例えば、ガス供給器として、酸化剤ガス供給器１５を用いてもよい。また、燃料ガス供給器１４が、水素生成装置で構成されていて、該水素生成装置が、燃焼器１４ｂ及び燃焼ファン１４ｃを有する場合、ガス供給器として、燃焼ファン１４ｃを用いてもよい。
さらに、ガス供給器として、換気ファン１３と酸化剤ガス供給器１５を同時に用いてもよく、換気ファン１３と燃焼ファン１４ｃを同時に用いてもよく、燃焼ファン１４ｃと酸化剤ガス供給器１５を同時に用いてもよく、換気ファン１３、燃焼ファン１４ｃ、及び酸化剤ガス供給器１５を同時に用いてもよい。
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、安定して発電を行うことができるため、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 燃料電池システム
１０２ 制御器
１０３ 燃焼装置
１０３Ａ 排気口
２００ 建物

Claims (10)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池及び前記燃料電池を収納する筐体を有する燃料電池システムと、ガス供給器と、制御器と、を備える発電システムにおいて、
    前記発電システムは、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガス及び前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、
    前記ガス供給器が配置され、前記ガス供給器から供給されるガスを前記排出流路に供給するガス流路と、
    前記排出流路における前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスとが合流する部分よりも筐体側の部分に配置され、弁座と弁体を有する逆流防止装置と、をさらに備え、
    前記逆流防止装置は、前記弁体が前記弁座から離れるように移動することにより、前記筐体から前記排出流路の前記開口への方向のガスの通流を許可し、前記弁体が前記弁座に当接することにより、前記排出流路の前記開口から前記筐体への方向のガスの通流を阻止するように構成されていて、かつ、前記燃焼装置から排出される排出ガスが前記筺体内に流れ込むことを防止するように配置されていて、
    前記ガス流路の下流端は、前記排出流路における前記逆流防止装置の上流側の部分に接続され、
    前記制御器は、前記燃料電池システムの停止中又は起動するときに、前記逆流防止装置の上流側と下流側との差圧が、前記逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるように前記ガス供給器を動作させる、固着回避動作を行うよう制御する、発電システム。
  2. 前記制御器は、前記燃料電池システムの運転中に、前記差圧が前記逆流防止装置の固着を解消するための所定値より低い条件で運転し、前記燃料電池システムの停止中又は起動開始時に、前記固着回避動作を行うよう制御する、請求項１に記載の発電システム。
  3. 前記制御器は、前記燃焼装置の運転中に前記固着回避動作を行う場合には、前記ガス供給器の吐出圧が、前記燃焼装置の停止中に前記固着回避動作を行う場合より大きくなるように、前記ガス供給器を制御する、請求項１又は２に記載の発電システム。
  4. 前記燃焼装置の運転及び停止を検知する運転検知器をさらに備え、
    前記制御器は、前記燃料電池システムが運転停止中に、前記運転検知器が前記燃焼装置の運転を検知すると、前記固着回避動作を行うように前記ガス供給器を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電システム。
  5. 前記制御器は、前記固着回避動作を行った後、前記燃料電池システムの起動時までの間に、前記運転検知器が前記燃焼装置の運転を再度検知した場合は、前記固着回避動作を再度行うように前記ガス供給器を制御し、前記運転検知器が前記燃焼装置の運転を検知しなかった場合は、再度の前記固着回避動作を行わないように構成されている、請求項４に記載の発電システム。
  6. 原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器、前記改質器を加熱するように構成された燃焼器、及び前記燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器を有する水素生成装置をさらに備え、
    前記燃焼器は、燃焼排ガス流路を介して、前記排出流路に接続されており、
    前記ガス供給器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出するように構成された換気器、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給し、前記酸化剤ガスを前記排出流路に排出するように構成された酸化剤ガス供給器、及び前記燃焼用空気供給器の少なくともいずれか１の機器である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電システム。
  7. 前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給し、前記酸化剤ガスを前記排出流路に排出するように構成された酸化剤ガス供給器を備え、
    前記ガス供給器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出するように構成された換気器であり、
    前記制御器は、前記換気器を作動させて前記固着回避動作を行った後、前記酸化剤ガス供給器を作動させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電システム。
  8. 前記燃料電池システムは、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器、前記改質器を加熱するように構成された燃焼器、及び前記燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器を有する水素生成装置をさらに備え、
    前記ガス供給器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出するように構成された換気器であり、
    前記制御器は、前記換気器を作動させて前記固着回避動作を行った後、前記燃焼器を作動させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電システム。
  9. 前記ガス供給器は、前記筐体に配置されており、
    前記制御器は、前記逆流防止装置に前記筺体内のガスを間欠的に供給するように前記ガス供給器を制御して、前記固着回避動作を行う、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電システム。
  10. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池及び前記燃料電池を収納する筐体を有する燃料電池システムと、ガス供給器と、制御器と、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、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガス及び前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、
    前記ガス供給器が配置され、前記ガス供給器から供給されるガスを前記排出流路に供給するガス流路と、
    前記排出流路における前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスとが合流する部分よりも筐体側の部分に配置され、弁座と弁体を有する逆流防止装置と、をさらに備え、
    前記逆流防止装置は、前記弁体が前記弁座から離れるように移動することにより、前記筐体から前記排出流路の前記開口への方向のガスの通流を許可し、前記弁体が前記弁座に当接することにより、前記排出流路の前記開口から前記筐体への方向のガスの通流を阻止するように構成されていて、かつ、前記燃焼装置から排出される排出ガスが前記筺体内に流れ込むことを防止するように配置されていて、
    前記ガス流路の下流端は、前記排出流路における前記逆流防止装置の上流側の部分に接続され、
    前記燃料電池システムの停止中又は起動するときに、前記逆流防止装置の上流側と下流側との差圧が、前記逆流防止装置の固着を解消するための所定値以上になるように前記ガス供給器が動作する、発電システムの運転方法。
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