JP5388419B2

JP5388419B2 - 燃料電池装置

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Publication number: JP5388419B2
Application number: JP2007082447A
Authority: JP
Inventors: 秀則中林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008084828A

Description

本発明は、改質器と、燃料電池と、該燃料電池からの排ガスが通過し排熱を回収するための熱交換器と、貯湯タンクと、熱交換器と貯湯タンクとの間で湯水を循環させる循環配管と、循環ポンプと、循環配管中の湯水温度を検出する水温センサと、循環ポンプを制御する制御装置とを具備する燃料電池装置に関する。

従来の燃料電池装置として、図３に示すような固体酸化物形の燃料電池装置が知られている。この固体酸化物形の燃料電池装置は、燃料電池１、天然ガスなどを改質器に供給する原燃料供給装置２、および酸化剤ガスとしての空気を燃料電池１に供給するための空気供給装置３、天然ガスなどを加湿する燃料加湿器４、天然ガスなどを改質する改質器５、燃料加湿器４に純水を供給する純水タンク１１、純水ポンプ７、水処理装置１０を具備して構成されている。水処理装置１０には、純水化用の水を供給する純水化用給水管１２、給水電磁弁１３が接続され、また前記水処理装置１０には水処理後の濃縮水を排出する排水管が接続されている。

燃料電池１には、発電により生じる排熱を湯水に熱交換する熱交換器６が接続され、さらに熱交換器６には、貯湯タンク１４内の水を循環するための循環配管１５が接続され、循環配管１５には循環配管１５内の水を熱交換器６に通す循環ポンプ８が設けられている。循環配管１５の一端は貯湯タンク１４の底部に、他端は貯湯タンク１４の上部に接続され、循環ポンプ８により、貯湯タンク底部の水を熱交換器６を通して貯湯タンク１４の上部に戻すように構成されている。

燃料電池１は、発電と共に熱を発生するが、その発生した熱の大半は燃料電池１自体の温度を維持するために使われ、残った熱は熱交換器６、循環配管１５を介して、貯湯タンク１４へ回収される。上記のような構成で、熱交換器６の循環水出口温度が水温センサ１６により検出され、この信号が制御装置１７に送信され、制御装置１７が循環ポンプ８を熱交換器６の循環水出口温度が設定温度Ｔ_０になるように制御している。

そして、起動処理時において水蒸気改質用の純水が供給されはじめると、排ガス中に多量の水蒸気が含まれ、外部に排出される。このとき外気温により排ガスが急激に冷却されて、水蒸気が白煙化する。そこで、熱交換器６から排出される排ガス部に新たに別の熱交換部を設け排ガス温度を下げる方法や、逆に上げる方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平９−２２３５１０号公報特開２００２−１００３８２号公報

上記特許文献１、２には別個の熱交換部を設けて、白煙発生を抑制しているが、白煙発生は、固体酸化物形の燃料電池装置では、起動処理工程や停止処理工程に頻繁に発生する事象であり、別途新たに熱交換部を追加することはコストアップになるという問題があった。

本発明は、コストアップすることなく、排出される排ガスの白煙化を抑制することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、原燃料を水蒸気改質して水素ガスを生成する改質器と、該改質器に水または水蒸気を供給するためのポンプと、前記改質器からの水素ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池からの排ガスが通過し排熱を回収するための熱交換器と、湯水を貯える貯湯タンクと、前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間で前記湯水を循環させる循環配管と、該循環配管に設けられた循環ポンプと、制御装置とを具備するとともに、前記熱交換器を通過した前記排ガスを大気中に排出するようにしてなる燃料電池装置であって、前記制御装置は、起動処理工程にて、前記改質器が所定温度になると前記改質器に水または水蒸気を供給するために前記ポンプの運転を開始するように制御するとともに、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環配管を介して前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で循環させて、前記排ガスからの排熱を前記湯水に回収させるために前記循環ポンプの運転を開始するように制御することを特徴とする。

このような燃料電池装置では、起動処理工程において、水蒸気改質のため改質器への水蒸気（水の場合もある）の供給が開始されると、改質器にて水蒸気改質が開始されるものの、排ガス中に大量の水蒸気が含まれるようになり、その排ガスが排熱回収用の熱交換器を通過するが、その時には、制御装置により循環ポンプの運転を開始して、循環配管内の湯水を循環させるため、水蒸気を熱交換器内で凝縮させることができ、熱交換器から外部に排出されるときは水蒸気が取り除かれ、白煙化を抑制することができる。

また、水温センサが熱交換器から貯湯タンクへの循環配管の復路に設けられ、熱交換器の湯水出口温度が所定温度Ｔに達するまで循環ポンプが停止していた場合、熱交換器内部は湯水出口温度より相当高くなっているために、循環ポンプが運転を開始すると熱交換器内部に滞留していた熱い湯水が出てくるために、循環ポンプは最大出力で運転することになる。すると、すぐに湯水温度は低下し、所定温度Ｔ以下となるために循環ポンプは停止する。この動作を繰り返しハンチングするために、熱交換器の湯水出口温度を読み取りフィードバックやフィードフォワードの高度な制御を必要とし、安定しにくかったが、例えば少量の湯水が循環するように運転するため、排熱の温度が熱交換器の湯水出口温度の変化にすばやく反映され排熱回収の運転が安定し、循環ポンプのハンチングが無くなり効率よく排熱を回収できる。

また、本発明の燃料電池装置は、原燃料を水蒸気改質して水素ガスを生成する改質器と、該改質器に水または水蒸気を供給するためのポンプと、前記改質器からの水素ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池からの排ガスが通過し排熱を回収するための熱交換器と、湯水を貯える貯湯タンクと、前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間で前記湯水を循環させる循環配管と、該循環配管に設けられた循環ポンプと、制御装置とを具備するとともに、前記熱交換器を通過した前記排ガスを大気中に排出するようにしてなる燃料電池装置であって、前記制御装置は、起動処理工程にて、前記改質器が所定温度になると前記改質器に水または水蒸気を供給するために前記ポンプの運転を開始
するように制御するとともに、起動処理工程の当初から前記貯湯タンク内の湯水を前記循環配管を介して前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で循環させて前記排ガスからの排熱を前記湯水に回収させるために前記循環ポンプの運転を開始するように制御することを特徴とする。

このような燃料電池装置でも、上記したように、起動処理工程において、水蒸気改質のため改質器への水の供給が開始されると、改質器にて水蒸気改質が開始され、排ガス中に大量の水蒸気が含まれるようになり、その排ガスが排熱回収用の熱交換器を通過するが、起動処理工程の当初から、例えば少量の湯水を循環するように制御装置により循環ポンプを運転制御するため、水蒸気を熱交換器内で凝縮させることができ、熱交換器から外部に排出されるときは水蒸気が取り除かれ、白煙化を抑制することができる。また、上記したように、起動処理工程の当初から循環ポンプの運転を開始して、少量の湯水を循環させるため、排熱の温度が熱交換器の湯水出口温度の変化にすばやく反映され排熱回収の運転が安定し、循環ポンプのハンチングが無くなり効率よく排熱を回収できる。

さらに、本発明の燃料電池装置は、前記循環配管中の湯水温度を検出する水温センサを具備するとともに、前記制御装置は、定常運転工程では前記改質器に水または水蒸気を供給して水蒸気改質を行うように前記ポンプの運転を制御し、前記水温センサによる湯水温度が設定温度Ｔ _０になるように前記循環ポンプの運転を制御し、起動処理工程での水蒸気改質時に、前記水温センサによる湯水の温度が所定温度Ｔ（Ｔ＜Ｔ_０）以上になると、前記水温センサによる湯水の温度が設定温度Ｔ_０になるように前記循環ポンプの運転を制御することを特徴とする。

また、本発明の燃料電池装置は、前記起動処理工程における湯水の循環量は、最低流量で、かつ一定流量であることを特徴とする。このような燃料電池装置では、貯湯タンク内の湯水の温度低下を抑制できるとともに、循環ポンプが一定出力で稼働するため寿命を長くできる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記熱交換器には、該熱交換器から排ガスを外部に放出するための排気管が接続されているとともに、該排気管には空気を供給するための空気供給管が接続され、該空気供給管には前記制御装置により制御される空気供給ブロワが設けられており、前記制御装置は、定常運転工程において、湯水温度が所定温度以上となると、前記空気供給ブロワによる空気供給を開始して、前記空気供給管を介して前記排気管に空気を供給することを特徴とする。

湯水の温度が、例えば７０℃と高温になった場合には、湯水が循環する場合であっても（さらに高温となった場合には湯水が循環しない場合もある）、排ガス温度をそれ程冷却できず、排ガス中の水蒸気を凝縮させることが困難となり、水蒸気を大量に含んだ高温の排ガスが排出されるため、白煙が生じるおそれがある。本発明では、湯水温度が所定温度以上となった場合には、空気供給ブロワで排気管に空気を供給することにより、排ガスと空気とを混合し、希釈して水蒸気濃度を低下でき、外部に排出した場合でも白煙化を抑制することができる。

さらに、本発明の燃料電池装置は、固体酸化物形の前記燃料電池と前記改質器とが収納容器内に収納されており、該収納容器内で発電に使用されなかった前記水素ガスと前記酸化剤ガスとが反応して燃焼し、この燃焼した排ガスで前記燃料電池と前記改質器とが加熱され、排ガス配管を介して前記熱交換器を通過し、大気中に排出されることを特徴とする。このような燃料電池装置では、例えば、水素と酸素との燃焼ガス、反応熱等により燃料電池が加熱され発電を開始するが、加熱開始から発電を開始するまで一定の時間を要するため、排ガス中に水蒸気が含まれ易く、本発明を用いる意義が高い。

本発明の燃料電池装置では、起動処理工程において、制御装置により循環ポンプの運転を開始して、循環配管内の湯水を循環させるため、水蒸気を熱交換器内で凝縮させることができ、熱交換器から外部に排出されるときは水蒸気が取り除かれ、容易に白煙化を抑制することができる。

また、停止処理工程において、改質器にて水蒸気改質を行いながら水温センサによる湯水の温度が所定温度Ｔ以下になると、停止していた循環ポンプの運転を再開して、循環配管内の湯水を循環させるため、水蒸気を熱交換器内で凝縮させることができ、熱交換器から外部に排出されるときは水蒸気が取り除かれ、容易に白煙化を抑制することができる。

本発明の燃料電池装置は、図１に示すように、固体酸化物形燃料電池１、天然ガスなどの炭化水素系燃料ガス（原燃料）を改質器に供給する原燃料供給装置２、および酸化剤ガスとしての空気を燃料電池１に供給するための空気供給装置３、原燃料を加湿する燃料加湿器４、原燃料を改質する改質器５、燃料加湿器４に純水を供給する純水タンク１１、うず巻きポンプからなる純水ポンプ７、水処理装置１０を具備して構成されている。水処理装置１０には、純水化用の水を供給する純水化用給水管１２および給水電磁弁１３が接続され、前記水処理装置１０には水処理後の濃縮水を排出する排水管が接続されている。尚、図１では、燃料電池１と改質器５とは別個に記載したが、同一収納容器内に収容され、燃料電池１の熱により改質器５が加熱されるようになっている。

燃料電池１には、発電により生じる排熱を湯水に熱交換する熱交換器６が接続され、さらに熱交換器６には、貯湯タンク１４内の水を循環するための循環配管１５が接続され、循環配管１５には循環配管１５内の水を熱交換器６に通す循環ポンプ８が設けられている。循環配管１５の熱交換器６への往路１５ａの一端は貯湯タンク１４の底部に、熱交換器６からの復路１５ｂの他端は貯湯タンク１４の上部に接続され、循環ポンプ８により、貯湯タンク底部の水を熱交換器６を介して貯湯タンク１４の上部に戻す。

即ち、貯湯タンク１４の底部と、熱交換器６と、貯湯タンク１４の上部とが順に水循環配管１５を介して接続されている。水循環配管１５には、うず巻きポンプからなる循環ポンプ８が設けられており、貯湯タンク１４の底部から流出した水が熱交換器６を通過してお湯となり、貯湯タンク１４の上部から流入するようになっている。

熱交換器６には、筐体で囲まれた排ガスの流通する内部空間（シェル側）と、排ガス流れ方向を軸として蛇行形状の水の流通する水流通流路が設けられている。熱交換器６の上部から下部に向かって排ガスが流れ、逆に下部から上部に向かって水が流れるようになっており、いわゆる対向流となっている。

燃料電池１は、発電と共に熱を発生するが、その発生した熱の大半は燃料電池１自体の温度を維持するために使われ、残った熱は熱交換器６を介して循環配管１５を経由し、湯水として貯湯タンク１４に回収される。

熱交換器６の復路１５ｂには、熱交換器６の湯水出口温度を測定する水温センサ１６が配置されており、熱交換器６から出てきた湯水温度を測定できる。この水温センサ１６からの信号が制御装置１７に送信され、定常運転時には、制御装置１７により、熱交換器６の循環水出口温度が設定温度Ｔ_０になるように循環ポンプ８を制御している。また、この制御装置１７は、純水ポンプ７からの信号も受け取るようになっている。尚、符号１８はパワコンディショナを示す。

固体酸化物形燃料電池１は、燃料極と空気極が固体電解質層を介して対向するように設けられ、空気極側に空気を供給するとともに、燃料極側に燃料ガス（水素）を供給することにより、空気極で下記式（１）の電極反応を生じ、また燃料極で下記式（２）の電極反応を生じることによって発電するものである。

空気極：１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ → Ｏ^２− （固体電解質） …（１）
燃料極：Ｏ^２− （固体電解質）＋Ｈ_２ → Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻…（２）
原燃料供給装置２及び空気供給装置３は、燃料ガス及び空気の流量をコントロールしながら燃料ガス及び空気を固体電解質形燃料電池１に送るように設定されたものである。そして、原燃料供給装置２から送り出された原燃料は、改質に適した水素／水蒸気比となるように燃料加湿器４で加湿され、改質器５を経て固体電解質形燃料電池１へ送られる。

固体電解質形燃料電池１には、この燃料電池１の発電により生じる排ガスの熱量を回収するための熱交換器６が排ガス配管９を介して接続されており、固体電解質形燃料電池１からの排ガスが熱交換器６を通過して排出されるようになっている。

このような燃料電池装置の運転方法について、起動処理工程から説明する。天然ガスなどの原燃料が燃料供給装置２を介して改質器５に導入され、一方、空気等の酸化剤ガスが空気供給装置３を介して改質器５に供給され、改質器５にて部分酸化改質が行われ、生成した水素が燃料電池１の燃料極に供給されるとともに、空気供給装置３を介して酸化剤ガスが燃料電池１の酸素極に供給され、大部分が燃焼し、収納容器内の燃料電池セル等の燃料電池１を加熱するとともに、改質器５を加熱する。この際の排ガスは排ガス配管９を介して熱交換器６を通過し、外部に放出される。この排ガスには水蒸気が含まれていないため、外部に排出されても白煙化は生じない。

また、水温センサ１６による湯水の温度が所定温度Ｔになったら、制御装置１７は、湯水の温度が設定温度Ｔ_０になるように、湯水の流速を変化させるポンプ８を運転制御するようになっている。従って、起動処理工程では、排ガス温度が低いため、所定温度Ｔにならないため、ポンプ８を停止している。

この後、改質器５が加熱され、一定温度になると、改質効率の高い水蒸気改質を行うべく、純水ポンプ７から加湿装置４に純水が供給されるとともに、純水を供給したとの信号が制御装置１７に送信される。純水が供給され加湿された燃料ガスは混合され、改質器５に導入され、この改質器５にて水蒸気改質が行われ、燃料電池１に供給され、別途供給された酸化剤ガスと水素ガスにより燃料電池１で発電が行われる（この段階での発電はごく僅か）とともに、発電に使用されなかった水素と酸化剤ガスが反応し、燃焼し、排ガスとして、排ガス配管９を介して熱交換器６を通過し、外部に放出される。この排ガスには水蒸気が多量に含まれている。

一方、純水を供給したとの信号が制御装置１７に送信されると、制御装置１７は、ポンプ８の運転を開始し、循環配管１５内を、少量の湯水が循環するように運転制御され、熱交換器６内を通過する排ガスと湯水とが熱交換し、排ガスを冷却し、含まれている水蒸気を凝縮水とし、排ガス中の水分を少なくすることができる。従って、熱交換器６から外部に放出される排ガスは水蒸気が凝縮水とされ、白煙化を十分に抑制することができる。尚、少量の湯水が循環するように制御される時間は、水蒸気供給後湯水の温度が所定温度Ｔになるまでの間である。湯水の循環量は、最低流量であることが望ましく、また一定流量とすることが望ましい。これにより、貯湯タンク１４内の湯水の温度低下を抑制できるとともに、循環ポンプ８が一定出力で稼働するため寿命を長くできる。

この後、水温センサ１６による湯水の温度が所定温度Ｔになると、制御装置１７は、ポンプ８を設定温度Ｔ_０になるように運転制御し、定常運転が行われる。この定常運転では、湯水が貯湯タンク１４の底部から水循環配管１５の往路１５ａを介して熱交換器６に導入され、排ガスと熱交換し、加熱されて、復路１５ｂを介して貯湯タンク１４の上部から流入する。

停止処理工程は、発電を停止し（電流の取り出しを停止し）、循環ポンプ８の運転を停止し、原燃料供給装置２からの原燃料供給量及び水蒸気量、酸化剤ガス量を次第に絞っていき、ある温度、例えば、３００℃になると、原燃料、酸化剤ガス、水蒸気供給を停止し、代わりに窒素等の不活性ガスで収納容器内をパージし、停止する。

以上のような燃料電池装置では、起動処理工程において、水蒸気改質のため改質器５への水蒸気の供給が開始されると、改質器５にて水蒸気改質が開始されるものの、排ガス中に大量の水蒸気が含まれるようになり、その排ガスが排熱回収用の熱交換器６を通過するが、その時には、循環配管１５内を少量の湯水が循環するように制御装置１７により循環ポンプ８を運転制御するため、水蒸気を熱交換器６内で凝縮させることができ、熱交換器６から外部に排出されるときは水蒸気が取り除かれ、白煙化を抑制することができる。

また、循環配管１５内を、少量の湯水が循環するように運転するため、排熱の温度が熱交換器６の湯水出口温度の変化にすばやく反映され排熱回収の運転が安定し、循環ポンプ８のハンチングが無くなり効率よく排熱を回収できる。

尚、上記形態では、水蒸気改質のため改質器５への水蒸気の供給が開始された後に、制御装置１７により循環ポンプ８の運転を開始し、循環配管１５内を少量の湯水を循環させた形態について説明したが、起動処理工程の当初から少量の湯水を循環するように制御装置により循環ポンプを運転制御しても同様の効果を有する。循環ポンプの消費電力を少なくするという点から、改質器５への水の供給が開始された後に循環ポンプ８を駆動する場合の方が望ましい。起動処理工程の当初とは、改質器５への水蒸気の供給が開始される少し前も含む概念であり、少なくとも改質器５への水蒸気の供給が開始される時には、制御装置１７により循環ポンプ８の運転を開始する必要がある。

また、上記形態では、起動処理工程において、少量の湯水を循環するように制御装置１７により循環ポンプ８を運転制御した形態について説明したが、停止処理工程においても、改質器にて水蒸気改質を行いながら水温センサによる湯水の温度が所定温度Ｔ以下になると、少量の湯水を循環するように制御装置により循環ポンプの運転を再開することが望ましい。このような場合であっても、上記形態と同様の効果を有する。

即ち、停止処理工程になると熱交換効率が低下するため循環ポンプの運転が停止され、改質器にて水蒸気改質を行いながら水温センサによる湯水の温度が所定温度Ｔ以下になると、停止していた循環ポンプの運転を再開して、循環配管内の湯水を循環させるため、排ガス中に大量の水蒸気が含まれ、その排ガスが排熱回収用の熱交換器を通過するが、水蒸気を熱交換器内で凝縮させることができ、熱交換器から外部に排出されるときは水蒸気が取り除かれ、白煙化を抑制することができる。この際、改質器への水蒸気供給が停止された場合には、循環ポンプの運転を停止することにより、循環ポンプを循環させるための余分な電力を使用することがない。湯水の循環量は、最低流量であることが望ましく、また一定流量であることが望ましい。これにより、貯湯タンク内の湯水の温度低下を抑制できるとともに、循環ポンプが一定出力で稼働するため寿命を長くできる。

尚、起動処理工程とは、水蒸気改質が安定して行われるまで、言い換えれば改質器５への水蒸気の供給が開始されて一定時間経過した時までの工程であり、停止処理工程とは、発電を停止（電流の取り出しを停止）した以降の工程であり、定常運転工程とは、起動処理工程と停止処理工程との間の工程である。

図２は、本発明の他の形態の燃料電池装置を示すもので、固体酸化物形燃料電池１には、この燃料電池１の発電により生じる排ガスの熱量を回収するための熱交換器６が排気管３５ａを介して接続されており、固体酸化物形燃料電池１からの排ガスが熱交換器６を通過し排気管３５ｂにより排出されるようになっている。

排気管３５ｂには、空気供給管３７が接続されている。この空気供給管３７には空気供給ブロワ３が接続されている。また、空気供給ブロワ３には、固体酸化物形燃料電池１に発電用の酸化剤として空気を供給するための発電用空気供給管３９が接続されており、この発電用空気供給管３９と空気供給管３７とは連結しており、この連結部には、ガス流れ方向調整弁４１が設けられている。このガス流れ方向調整弁４１は、必要に応じて、空気供給管３７から排気管３５ｂに空気を供給するように、制御装置１７にて制御されるようになっている。

即ち、制御装置１７は、定常運転工程において、湯水温度が所定温度以上となると、空気供給ブロワ３、ガス流れ方向調整弁４１の制御を行い、空気供給ブロワ３により空気供給管３７を介して排気管３５ｂに空気の供給を開始する。

湯水の温度が、例えば７０℃と高温になった場合には、湯水が循環する場合であっても（さらに高温となった場合には湯水が循環しない場合もある）、排ガス温度をそれ程冷却できず、排ガス中の水蒸気を凝縮させることが困難となり、水蒸気を大量に含んだ高温の排ガスが排出されるため、白煙が生じるおそれがある。図２の燃料電池装置では、湯水温度が所定温度以上となった場合には、空気供給ブロワ３で排気管３５ｂに空気を供給することにより、定常運転時であっても、排ガスと空気とを混合し、希釈して水蒸気濃度を低下でき、外部に排出した場合でも白煙化を抑制することができる。従って、起動運転時、停止運転時には、湯水を循環させる制御を行って白煙発生を抑制し、定常運転時には、湯水温度が所定温度以上となった場合には、排気管３５ｂに空気を供給して、白煙発生を抑制することができる。

尚、上記形態では、起動時運転時、停止運転時には、湯水を循環させる制御を行って白煙発生を抑制し、定常運転時には、湯水温度が所定温度以上となった場合には、排気管３５ｂに空気を供給して、白煙発生を抑制したが、起動処理工程、停止処理工程では、湯水を循環させる制御を行うとともに、排気管３５ｂに空気を供給しても良い。この場合には、白煙発生を抑制できるとともに、起動処理工程等に発生しやすいＣＯ濃度を希釈することもできる。

また、上記形態では、空気供給ブロワ３を、固体酸化物形燃料電池１に発電用の酸化剤として空気を供給するためと、排気管３５ｂに空気を供給するために兼用したが、それぞれ別個のブロワを用いてもよい。この場合には、制御が容易となる。

本発明の燃料電池装置のブロック図である。定常運転時に排気管に空気を供給する形態の燃料電池装置を示すブロック図である。従来の燃料電池装置を示すブロック図である。

符号の説明

１：燃料電池
３：空気供給ブロワ
５：燃料改質器
６：熱交換器
８：循環ポンプ
１４：貯湯タンク
１５：循環配管
１６：水温センサ
１７：制御装置
３５ａ、３５ｂ：排気管
３７：空気供給管

Claims

原燃料を水蒸気改質して水素ガスを生成する改質器と、該改質器に水または水蒸気を供給するためのポンプと、前記改質器からの水素ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池からの排ガスが通過し排熱を回収するための熱交換器と、湯水を貯える貯湯タンクと、前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間で前記湯水を循環させる循環配管と、該循環配管に設けられた循環ポンプと、制御装置とを具備するとともに、前記熱交換器を通過した前記排ガスを大気中に排出するようにしてなる燃料電池装置であって、前記制御装置は、起動処理工程にて、前記改質器が所定温度になると前記改質器に水または水蒸気を供給するために前記ポンプの運転を開始するように制御するとともに、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環配管を介して前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で循環させて前記排ガスからの排熱を前記湯水に回収させるために前記循環ポンプの運転を開始するように制御することを特徴とする燃料電池装置。
原燃料を水蒸気改質して水素ガスを生成する改質器と、該改質器に水または水蒸気を供給するためのポンプと、前記改質器からの水素ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を発生させる燃料電池と、該燃料電池からの排ガスが通過し排熱を回収するための熱交換器と、湯水を貯える貯湯タンクと、前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間で前記湯水を循環させる循環配管と、該循環配管に設けられた循環ポンプと、制御装置とを具備するとともに、前記熱交換器を通過した前記排ガスを大気中に排出するようにしてなる燃料電池装置であって、前記制御装置は、起動処理工程にて、前記改質器が所定温度になると前記改質器に水または水蒸気を供給するために前記ポンプの運転を開始するように制御するとともに、起動処理工程の当初から前記貯湯タンク内の湯水を前記循環配管を介して前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で循環させて前記排ガスからの排熱を前記湯水に回収させるために前記循環ポンプの運転を開始するように制御することを特徴とする燃料電池装置。
前記循環配管中の湯水温度を検出する水温センサを具備するとともに、前記制御装置は、定常運転工程では前記改質器に水または水蒸気を供給して水蒸気改質を行うように前記ポンプの運転を制御し、前記水温センサによる湯水温度が設定温度Ｔ_０になるように前記循環ポンプの運転を制御し、起動処理工程での水蒸気改質時に、前記水温センサによる湯水の温度が所定温度Ｔ（Ｔ＜Ｔ_０）以上になると、前記水温センサによる湯水の温度が設定温度Ｔ_０になるように前記循環ポンプの運転を制御することを特徴とする請求項１又は
２記載の燃料電池装置。
前記起動処理工程における前記湯水の循環量は、最低流量で、かつ一定流量であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
前記熱交換器には、該熱交換器から排ガスを外部に放出するための排気管が接続されているとともに、該排気管には空気を供給するための空気供給管が接続され、該空気供給管には、前記制御装置により制御される空気供給ブロワが設けられており、前記制御装置は、定常運転工程において、湯水温度が所定温度以上となると、前記空気供給ブロワによる空気供給を開始して、前記空気供給管を介して前記排気管に空気を供給することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
固体酸化物形の前記燃料電池と前記改質器とが収納容器内に収納されており、該収納容器内で発電に使用されなかった前記水素ガスと前記酸化剤ガスとが反応して燃焼し、この燃焼した排ガスで前記燃料電池と前記改質器とが加熱され、排ガス配管を介して前記熱交換器を通過し、大気中に排出されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の燃料電池装置。