JP5392477B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムにおいては、外部から改質装置１に供給される原燃料の流量を測定する原燃料流量信号発信器２１と、燃料電池１５の冷却用水から水蒸気分離器１６により分離されて改質装置１に供給される改質用水蒸気の流量を測定する改質用水蒸気流量信号発信器２２と、外部からバーナ２に供給される燃焼空気の流量を測定する燃焼空気流量信号発信器７と、改質装置１の触媒層の温度を測定する温度信号発信器６と、改質用水蒸気の流量を調節する水蒸気流量調節弁２０と、流量信号発信器２１、２２、７、温度信号発信器６の各出力に基づいて水蒸気流量調節弁２０を制御し、１改質装置の触媒層の温度を一定にする温度制御装置２４とで構成するようになっている。

この燃料電池システムにおいては、改質装置１内の温度（触媒層温度）を検知して改質水流量を制御する。改質水流量を増減することで、バーナ２に戻る改質ガス中の水蒸気量が増減する。改質ガス中の水蒸気量が増減することで、バーナ２での燃焼温度を調整し、ひいては触媒層の温度を規定温度に制御するようになっている。

特開平０６−１７６７８７号公報

しかし、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、発電運転中に上記制御を行うと燃料電池１５へ流入する改質ガス中の水蒸気量が変化し、また水蒸気量変化の影響を受けてバーナの燃焼温度が安定しないため、発電効率、熱交換効率が悪い場合があった。また、起動運転中では、起動時間短縮のため改質に必要な熱量より過剰の熱量で燃焼させる場合もあり、この場合バーナの燃焼温度は高くなっているので、バーナや改質部の耐久性を損なう恐れがあった。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、起動運転中にて耐久性を確保しつつ起動時間を短縮することを目的とする。また発電運転中にて発電効率、熱交換効率を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池と、燃料電池へ供給する改質ガスを生成する改質部と、燃料電池からのアノードオフガス、改質部からの改質ガスの少なくともいずれかの可燃ガスが供給されそれら可燃ガスが燃焼用酸化剤ガスで燃焼され、その燃焼ガスで改質部を加熱するバーナと、熱媒体が循環する熱媒体循環ラインと、熱媒体循環ライン上に設けられ熱媒体を循環させる熱媒体循環手段と、熱媒体循環ライン上に設けられ、可燃ガスと熱媒体が熱交換することで、可燃ガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器と、凝縮器とバーナの間に設けられ凝縮器から流出した可燃ガスの温度を検出する温度検出手段と、起動運転および発電運転を行う制御装置と、を備え、制御装置は、起動運転中においては、バーナに可燃ガスとして改質ガスを供給し、発電運転中においては、バーナに可燃ガスとしてアノードオフガスを供給し、さらに、起動運転中においては、温度検出手段によって検出された改質ガスの温度が、発電運転中における温度検出手段によって検出されたアノードオフガスの温度の制御目標温度である第２目標温度より高温である第１目標温度となるように制御することで、改質ガス中の水蒸気量を増大させ、バーナの燃焼温度を低減させることである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、第２目標温度は、燃料電池の発電量が大きくなるにしたがって低くなるように設定されることである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、制御装置は、温度検出手段によって検出された可燃ガスの温度が目標温度となるように、熱媒体循環手段の送出量を制御することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、温度検出手段が、凝縮器とバーナの間に設けられ凝縮器から流出した可燃ガスの温度を検出する。なお、凝縮器は、熱媒体が循環する熱媒体循環ライン上に設けられ、可燃ガスと熱媒体が熱交換することで、可燃ガス中の水蒸気を凝縮する。また、バーナは、燃料電池からのアノードオフガス、改質部からの改質ガスの少なくともいずれかの可燃ガスが供給されそれら可燃ガスが燃焼用酸化剤ガスで燃焼され、その燃焼ガスで改質部を加熱する。また、熱媒体循環手段は、熱媒体循環ライン上に設けられ熱媒体を循環させるものである。

これにより、凝縮器からバーナに流出した可燃ガスの温度を所定温度に調整することができ、ひいては、可燃ガス中の水蒸気量を調整することができる。したがって、起動運転中では、起動時間短縮のため改質に必要な熱量より過剰の熱量で燃焼させる場合もあり、この場合バーナに供給される可燃ガス中の水蒸気量を多くなるように調整することでバーナの燃焼温度を抑制するものの必要な熱量は供給できるため、バーナや改質部の耐久性を確保しつつ起動時間短縮を達成することが可能となる。また、発電運転中では、バーナに供給される可燃ガス中の水蒸気量を調整することで、発電効率、熱交換効率を向上することが可能となる。

さらに、制御装置は、起動運転中においては、バーナに可燃ガスとして改質ガスを供給し、発電運転中においては、バーナに可燃ガスとしてアノードオフガスを供給し、さらに、起動運転中においては、温度検出手段によって検出された改質ガスの温度が、発電運転中における温度検出手段によって検出されたアノードオフガスの温度の制御目標温度である第２目標温度より高温である第１目標温度となるように制御することで、改質ガス中の水蒸気量を増大させ、バーナの燃焼温度を低減させる。これにより、起動運転中では、バーナに供給される可燃ガス中の水蒸気を比較的多くすることができ、発電運転中では、バーナに供給される可燃ガス中の水蒸気を比較的少なくすることができる。したがって、起動運転中では燃焼温度を抑制することで耐久性低下を抑制でき、発電運転中では燃焼温度を上げ改質部温度を上げて発電効率を向上させることができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、第２目標温度は、燃料電池の発電量が大きくなるにしたがって低くなるように設定される。これにより、発電運転中において、発電量が大きい場合には、水蒸気量を減少させて燃焼温度を上げ改質部温度を上げて発電効率をさらに向上させることができる。一方、発電量が小さい場合には、水蒸気量を増大させることで改質部などでの流速減少に伴う伝熱効率の減少を補って水蒸気を含むガス総流量を増大させて（流速を上げて）熱交換効率を向上させることができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、制御装置は、温度検出手段によって検出された可燃ガスの温度が目標温度となるように、熱媒体循環手段の送出量を制御する。これにより、熱媒体循環手段の送出量を制御することで、凝縮器からバーナに流出した可燃ガスの温度を所定温度に調整することができ、ひいては、可燃ガス中の水蒸気量を調整することができる。

本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。 図１に示した制御装置にて実行される制御プログラム（第１凝縮器３１の出口温度の目標温度を設定するプログラム）のフローチャートである。 図１に示した制御装置にて実行される制御プログラム（凝縮用冷媒循環ポンプの送出量を制御するプログラム）のフローチャートである。 第１凝縮器出口温度と発電量との相関関係を示す図である。縦軸に第１凝縮器出口温度を示し、横軸に発電量を示す。 ガス温度に対する飽和水蒸気比率を示す図である。縦軸に飽和水蒸気比率を示し、横軸にガス温度を示す。 改質ガス（アノードオフガス）の流量を示す図である。縦軸にドライガスと水蒸気の流量比率を示し、横軸にガス温度を示す。 第１凝縮器出口温度とバーナの燃焼温度との相関関係を示す図である。縦軸にバーナの燃焼温度を示し、横軸に第１凝縮器出口温度を示す。

以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガス（燃料ガス、アノードガス）を生成する改質装置２０を備えている。

燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３（本実施形態では高分子電解質膜）を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。

改質装置２０は、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、燃焼器であるバーナ（燃焼部）２１、改質部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素浄化部（以下、ＣＯ浄化部という）２４から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがあり、本実施の形態においては天然ガスにて説明する。

バーナ２１は、起動運転中に外部から燃焼用燃料またはＣＯ浄化部２４から燃料電池１０を通らないで改質ガスが供給され、または定常運転（発電運転）中に燃料電池１０の燃料極１１からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス、未改質の改質用燃料を含んでいる）が供給され、このように供給された各可燃性ガスを燃焼用空気で燃焼して燃焼ガスを改質部２２に導出するものである。この燃焼ガスは改質部２２を（同改質部２２の触媒の活性温度域となるように）加熱し、その後第２凝縮器３２を通って外部に排出される。

改質部２２は、供給された改質用燃料に蒸発部２５からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部２２に充填された触媒（例えば、Ｒｕ、Ｎｉ系の触媒）により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部２３に導出される。

ＣＯシフト部２３は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒（例えば、Ｃｕ、Ｚｎ系の触媒）により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ浄化部２４に導出される。

ＣＯ浄化部２４は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒（例えば、Ｒｕ系またはＰｔ系の触媒）により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）アノードガス供給管６４を介して燃料電池１０の燃料極１１に導出される。

燃料電池１０の空気極１２には、カソードガスを供給するカソードガス供給管６１およびカソードオフガスを排出するカソードオフガス排気管６２が接続されている。燃料電池１０の燃料極１１の導入口には、アノードガスを供給するアノードガス供給管６４を介して改質装置２０のＣＯ浄化部２４が接続されている。燃料極１１の導出口には、アノードオフガス供給管６５を介して改質装置２０のバーナ２１が接続されており、燃料極１１から排出されるアノードオフガスをバーナ２１に供給可能になっている。アノードガス供給管６４とアノードオフガス供給管６５との間には、燃料電池１０をバイパスするバイパス管６６が接続されている。

カソードガス供給管６１には、カソード用空気ポンプ６１ａおよびカソード用空気バルブ６１ｂが配設されており、カソード用空気ポンプ６１ａは制御装置４０からの指示によってカソードエアの供給量が制御され、カソード用空気バルブ６１ｂは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。また、これらカソードガス供給管６１およびカソードオフガス排気管６２の途中には、空気極１２から排出されるカソードオフガスによって空気極１２に供給されるカソードエアを加湿する水蒸気交換型の加湿器１４が両管６１，６２を跨ぐように設けられている。

アノードガス供給管６４、アノードオフガス供給管６５およびバイパス管６６には、アノードガスバルブ６４ａ，アノードオフガスバルブ６５ａ，バイパスバルブ６６ａがそれぞれ配設されており、アノードガスバルブ６４ａ，アノードオフガスバルブ６５ａ，バイパスバルブ６６ａは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。

改質装置２０には、改質部２２に改質用燃料を供給する改質用燃料供給管８１が接続されている。改質用燃料供給管８１には、燃料ポンプ８１ａおよび改質用燃料バルブ８１ｂが配設されており、燃料ポンプ８１ａは制御装置４０からの指示によって改質用燃料の供給量が制御され、改質用燃料バルブ８１ｂは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。

改質用燃料供給管８１には、燃料ポンプ８１ａと改質用燃料バルブ８１ｂの間に、バーナ２１に燃焼用燃料を供給する燃焼用燃料供給管８２が接続されている。燃焼用燃料供給管８２には、燃焼用燃料バルブ８２ｂが配設されており、燃焼用燃料バルブ８２ｂは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。

また、改質用燃料供給管８１には、改質用燃料バルブ８１ｂと改質部２２の間に、改質部２２に改質水（水蒸気）を供給する改質水供給管６８が接続されている。改質水供給管６８には、改質水ポンプ６８ａ、改質水バルブ６８ｂおよび蒸発部２５が配設されており、改質水ポンプ６８ａは制御装置４０からの指示によって改質水の供給量が制御され、改質水バルブ６８ｂは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。

さらに、改質装置２０には、バーナ２１に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管８３が接続され、バーナ２１で生成された燃焼ガスを排出する燃焼排ガス排気管６３が接続されている。燃焼用空気供給管８３には、燃焼用空気ポンプ８３ａおよび燃焼用空気バルブ８３ｂが配設されており、燃焼用空気ポンプ８３ａは制御装置４０からの指示によって燃焼用空気の供給量が制御され、燃焼用空気バルブ８３ｂは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。

さらに、改質装置２０には、ＣＯ浄化部２４に浄化用空気（酸化用空気）を供給する酸化用空気供給管８４が接続されている。酸化用空気供給管８４には、酸化用空気ポンプ８４ａおよび酸化用空気バルブ８４ｂが配設されており、酸化用空気ポンプ８４ａは制御装置４０からの指示によって酸化用空気の供給量が制御され、酸化用空気バルブ８４ｂは制御装置４０からの指示によって開閉制御される。

さらに、アノードオフガス供給管６５の途中には、後述する第１凝縮器３１が配設されるとともに、第１凝縮器３１の下流に温度センサ６５ｂが配設されている。温度センサ（温度検出手段）６５ｂは、第１凝縮器（凝縮器）３１とバーナ２１の間に設けられ、第１凝縮器３１から流出したアノードオフガスおよび改質ガスの温度を検出する温度検出手段である。温度センサ６５ｂの検出結果は、制御装置４０に送出されるようになっている。

また、燃焼排ガス排気管６３の途中には、後述する第２凝縮器３２が配設されている。カソードオフガス排気管６２の途中には、後述する第３凝縮器３３が配設されている。アノードガス供給管６４の途中には、後述する第４凝縮器３４が配設されている。

さらに、燃料電池システムは、排熱回収システム７０を備えている。排熱回収システム７０は、貯湯槽７１、貯湯水循環ライン７２、貯湯水循環ポンプ７２ａ、凝縮用冷媒循環ライン７３、凝縮用冷媒循環ポンプ（熱媒体循環手段）７３ｂ、燃料電池熱媒体循環ライン７４、燃料電池熱媒体循環ポンプ７４ａ、第１熱交換器７５、第２熱交換器７６、および第１〜第４凝縮器３１〜３４を含んで構成されている。

貯湯槽７１は、貯湯水を貯湯可能なタンクである。貯湯槽７１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽７１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が導入管７１ａを介して補給されるようになっている。貯湯槽７１に貯留された高温の温水が貯湯槽７１の柱状容器の上部から導出管７１ｂを介して導出されるようになっている。

貯湯水循環ライン７２は、貯湯槽７１に連通され貯湯水が循環するラインである。貯湯水循環ライン７２の一端は貯湯槽７１の下部に、他端は貯湯槽７１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン７２上には、一端から他端に向かって順番に、貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ７２ａ、第１熱交換器７５および第２熱交換器７６が配設されている。貯湯水循環ポンプ７２ａは、貯湯槽７１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン７２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽７１の上部に送出するものであり、制御装置４０によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。

凝縮用冷媒循環ライン７３は、改質装置２０の排熱を回収した凝縮用冷媒（熱媒体）が循環するラインである。凝縮用冷媒としては、プロピレングリコール水溶液などの不凍液や水を使用する。凝縮用冷媒循環ライン７３上には、第１熱交換器７５を起点に上流から下流に向かって順番に、第１熱交換器７５、ラジエータ７３ａ、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂ、第４凝縮器３４、第２凝縮器３２、第３凝縮器３３および第１凝縮器３１が配設されている。

ラジエータ７３ａは、凝縮用冷媒循環ライン７３を循環する熱媒体を冷却する冷却手段であり、制御装置４０の指令によってオン・オフ制御されており、オン状態のときには凝縮用冷媒を冷却し、オフ状態のときには冷却しない。

凝縮用冷媒循環ポンプ（熱媒体循環手段）７３ｂは、凝縮用冷媒循環ライン７３上に設けられ凝縮用冷媒を循環させるポンプである。凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂは、凝縮用冷媒循環ライン７３で図示矢印方向へ凝縮用冷媒を循環させるものであり、制御装置４０によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。

第１凝縮器３１は、凝縮用冷媒が供給されるとともに燃料電池１０の燃料極から排出されるアノードオフガスが供給され、凝縮用冷媒とアノードオフガスが熱交換するように構成されている。第１凝縮器３１は、凝縮用冷媒とアノードオフガスとの熱交換によりアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器である。第１凝縮器３１は、燃料電池１０のアノードオフガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。

第２凝縮器（燃焼排ガス凝縮器）３２は、凝縮用冷媒が供給されるとともにバーナ２１から排出される燃焼排ガスが供給され、凝縮用冷媒と燃焼排ガスが熱交換するように構成されている。第２凝縮器３２は、凝縮用冷媒と燃焼排ガスとの熱交換により燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器である。第２凝縮器３２は、改質装置２０の燃焼排ガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。

第３凝縮器（カソードオフガス凝縮器）３３は、凝縮用冷媒が供給されるとともに空気極１２から排出されるカソードオフガスが供給され、凝縮用冷媒とカソードオフガスが熱交換するように構成されている。第３凝縮器３３は、凝縮用冷媒とカソードオフガスとの熱交換によりカソードオフガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器である。第３凝縮器３３は、燃料電池１０のカソードオフガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。

第４凝縮器（アノードガス凝縮器）３４は、凝縮用冷媒が供給されるとともに改質装置２０から燃料電池１０の燃料極に供給されるアノードガス（改質ガス）が供給され、凝縮用冷媒とアノードガスが熱交換するように構成されている。第４凝縮器３４は、凝縮用冷媒とアノードガスとの熱交換によりアノードガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器である。第４凝縮器３４は、改質装置２０のアノードガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。

本実施の形態では、凝縮用冷媒循環ライン７３を循環する凝縮用冷媒は、アノードガス、燃焼排ガス、カソードオフガス、アノードオフガスの順番に熱交換するようになっている。なお、凝縮器の配列順は、本実施の形態の順番と異なる順番でもよい。また、第１凝縮器３１以外の凝縮器のいずれかはなくても良い。

燃料電池熱媒体循環ライン７４は、燃料電池１０と熱交換する燃料電池熱媒体が循環するラインである。貯湯水循環ライン７２、凝縮用冷媒循環ライン７３および燃料電池熱媒体循環ライン７４は互いに独立して設けられている。燃料電池熱媒体循環ライン７４上には、燃料電池１０を起点に上流から下流に向かって順番に、燃料電池１０、燃料電池熱媒体循環ポンプ７４ａおよび第２熱交換器７６が配設されている。

燃料電池熱媒体循環ポンプ７４ａは、燃料電池熱媒体循環ライン７４上に設けられ燃料電池熱媒体を循環させるポンプである。燃料電池熱媒体循環ポンプ７４ａは、燃料電池熱媒体循環ライン７４で燃料電池熱媒体を図示矢印方向へ循環させるものであり、制御装置４０によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。

第１熱交換器７５は、貯湯水循環ライン７２と凝縮用冷媒循環ライン７３とが熱交換可能な構成とされており、貯湯水循環ライン７２を循環する貯湯水と凝縮用冷媒循環ライン７３を循環する凝縮用冷媒とが熱交換する熱交換器である。

第２熱交換器７６は、貯湯水循環ライン７２上であって第１熱交換器７５に対して貯湯水の下流側でかつ第１熱交換器７５と貯湯槽７１との間に設けられている。第２熱交換器７６は、貯湯水循環ライン７２と燃料電池熱媒体循環ライン７４とが熱交換可能な構成とされており、貯湯水循環ライン７２を循環する貯湯水と燃料電池熱媒体循環ライン７４を循環する燃料電池熱媒体とが熱交換する熱交換器である。

このように構成された排熱回収システム７０によれば、燃料電池１０の発電にて発生した排熱（熱エネルギー）は、燃料電池熱媒体に回収され、第２熱交換器７６を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。さらに、燃料電池１０に供給されるアノードガスの排熱も、第４凝縮器３４を介して燃料電池熱媒体に回収され、第１熱交換器７５を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。

燃料電池１０から排出されるアノードオフガスの排熱は、第１凝縮器３１を介して凝縮用冷媒に回収され、第１熱交換器７５を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。さらに、バーナ２１からの燃焼排ガスの排熱も、第２凝縮器３２を介して凝縮用冷媒に回収され、第１熱交換器７５を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。さらに、燃料電池１０から排出されるカソードオフガスの排熱も、第３凝縮器３３を介して凝縮用冷媒に回収され、第１熱交換器７５を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。

これら凝縮器３１〜３４は配管６７を介して純水器８５に連通しており、各凝縮器３１〜３４にて凝縮された凝縮水は、純水器８５に導出され回収されるようになっている。純水器８５は、各凝縮器３１〜３４から供給された凝縮水すなわち回収水を内蔵のイオン交換樹脂によって純水にするものであり、純水化した回収水を水タンク８６に導出するものである。なお、純水器８５には水供給源（例えば水道管）から供給される補給水（水道水）を導入する給水管８７が接続されており、純水器８５内の貯水量が下限水位を下回ると水道水が供給されるようになっている。

また、水タンク８６には改質水供給管６８が連通している。改質水供給管６８の途中には蒸発部２５が配設されている。蒸発部２５は、例えばバーナ２１から排出される燃焼排ガス、改質部２２、ＣＯシフト部２３などの熱によって加熱されており、これにより圧送された改質水を水蒸気化する。

燃料電池システムはさらに、インバータ９１を有している。インバータ９１は、燃料電池１０から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源９２および外部電力負荷９３に接続されている電源ライン９４に出力する第１機能と、系統電源９２からの交流電圧を電源ライン９４を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機に出力する第２機能と、を有している。

系統電源（または商用電源）９２は、該系統電源９２に接続された電源ライン９４を介して外部電力負荷９３に電力を供給するものである。燃料電池１０はインバータ９１を介して電源ライン９４に接続されている。外部電力負荷９３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。

補機は、改質装置２０に改質用燃料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ６８ａ，８１ａ，８３ａ，８４ａおよび電磁式バルブ６８ｂ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂ、燃料電池１０に空気を供給するためのモータ駆動のポンプ６１ａ、排熱回収システム７０の各ポンプ７２ａ，７３ｂ，７４ａなどから構成されている。

インバータ９１は、電力センサ９１ａを備えている。電力センサ９１ａは、インバータ９１から電源ライン９４へ、または電源ライン９４からインバータ９１への電力の電圧を検出するものである。電力センサ９１ａの検出結果は、制御装置４０に入力されるようになっている。電力センサ９１ａは電流センサと電圧センサを備えており、両センサが検出した電流と電圧に基づいて電力を検出するものである。なお、電流センサと電圧センサは、単相３線である系統電源９２のＲ相、Ｓ相を片方ずつ検出している。電流センサと電圧センサは、Ｒ相、Ｓ相用にそれぞれ２個のセンサを有している。インバータ９１から電源ライン９４へ、または電源ライン９４からインバータ９１への電力は、Ｒ相の電流と電圧との積、およびＳ相の電流と電圧との積を加算して得ることができる。

電源ライン９４には、電力センサ９４ａが備えられている。電力センサ９４ａは、系統電源９２に対する電力の入出力および電力量を検知するものであり、その検知結果が制御装置４０に入力されている。電力センサ９４ａは、電流センサ１１ａと同様な構成である。

また、燃料電池システムは制御装置４０を備えており、この制御装置４０には、上述した温度センサ６５ｂ、電力センサ９１ａ，９４ａ、各ポンプ６１ａ，６８ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ，８１ａ，８３ａ，８４ａ、各バルブ６１ｂ，６４ａ，６５ａ，６６ａ，６８ｂ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂ、およびバーナ２１（着火装置）が接続されている（図２参照）。制御装置４０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、温度センサ６５ｂからの温度、電力センサ９１ａ，９４ａからの電力に基づいて、各ポンプ６１ａ，６８ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ，８１ａ，８３ａ，８４ａ、各バルブ６１ｂ，６４ａ，６５ａ，６６ａ，６８ｂ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂ、および燃焼部２１（着火装置）を制御することにより、燃料電池システムの運転を制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置４０は、例えば最適運転計画に基づいて燃料電池システムの起動運転、発電運転、停止運転、待機運転を行う。起動運転開始時刻（時刻ｔａ）になると、起動運転が開始され、発電運転開始時刻（時刻ｔｂ、すなわち起動運転終了時刻）になると、発電運転が開始され、停止運転開始時刻（時刻ｔｃ、すなわち発電運転終了時刻）になると、停止運転が開始され、待機運転開始時刻（時刻ｔｄ、すなわち停止運転終了時刻）になると、待機運転が開始され、次に起動運転が開始されるまで待機運転が継続される。起動運転中とは、起動運転が開始され終了するまでの期間であり、発電運転中とは、発電運転が開始され終了されるまでの期間である。

起動運転開始時刻ｔａになって燃料電池システムの起動運転が開始されると、制御装置４０は、燃焼用空気バルブ８３ｂを開いて燃焼用空気ポンプ８３ａを駆動して、燃焼用空気をバーナ２１に供給する。また、制御装置４０は、バーナ２１の点火用電極に通電する。さらに、制御装置４０は、燃焼用燃料バルブ８２ｂを開いて燃料ポンプ８１ａを駆動して、燃焼用燃料をバーナ２１に供給する。これにより、燃焼用燃料がバーナ２１で燃焼され、その燃焼ガスにより改質部２２および蒸発部２５が加熱される。なお、このとき、改質用燃料バルブ８１ｂ、改質水バルブ６８ｂ、酸化用空気バルブ８４ｂ、アノードガスバルブ６４ａ、バイパスバルブ６６ａおよびアノードオフガスバルブ６５ａは閉じられている。

制御装置４０は、起動運転を開始すると、改質水バルブ６８ｂと改質水ポンプ６８ａを制御して蒸発部２５に所定量の水を供給し、一旦、水の供給を停止する。その後、制御装置４０は、蒸発部２５の温度が所定値（例えば、１００℃）以上になったら水蒸気が発生したと判断する。そして、制御装置４０は、水蒸気の発生を確認してから、改質水バルブ６８ｂを開いて改質水ポンプ６８ａを駆動して蒸発部２５に所定流量の水を供給開始する。

その後、制御装置４０は、改質用燃料バルブ８１ｂを開き燃焼用燃料バルブ８２ｂを閉じて燃料ポンプ８１ａを駆動して、改質用燃料を改質部２２に供給する。このとき、バイパスバルブ６６ａが開かれている。また、制御装置４０は酸化用空気バルブ８４ｂを開いて酸化用空気ポンプ８４ａを駆動させ酸化用空気を所定流量（所定供給量）だけＣＯ浄化部２４に供給する。これにより、改質部２２に改質用燃料と水蒸気の混合ガスが供給され、改質部２２では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２２から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ浄化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ浄化部２４から導出され、燃料電池１０を通らないで、バイパス管６６を通って直接バーナ２１に供給され燃焼される。

このような改質ガスの生成中において、制御装置４０は、ＣＯ浄化部２４の触媒の温度（および／またはＣＯシフト部２３の触媒の温度）を検出し、この検出した温度が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の低濃度以下となったとして、アノードガスバルブ６４ａおよびアノードオフガスバルブ６５ａを開きバイパスバルブ６６ａを閉じてＣＯ浄化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２１に接続する。これにより、燃料電池システムを暖機する起動運転が終了して続いて発電運転（定常運転）が開始される。

制御装置４０は、発電運転中においては、所望の出力電力（負荷装置で消費される電流・電力）となるように改質用燃料、燃焼用空気、酸化用空気、カソード用空気（カソードガス）および改質水を供給するようになっている。制御装置４０は、所望の出力電力となるように改質用燃料の供給量を演算しその供給量となるように燃料ポンプ８１ａを駆動させ、演算した改質用燃料供給量およびＳ／Ｃ（スチームカーボン比）に基づいて改質水の供給量を演算しその供給量となるように改質水ポンプ６８ａを駆動させている。また、制御装置４０は、改質用燃料の供給量などに基づいて燃焼用空気の供給量を演算しその供給量となるように燃焼用空気ポンプ８３ａを駆動させている。また、制御装置４０は、一酸化炭素を所定量以下とするように酸化用空気の供給量を演算しその供給量となるように酸化用空気ポンプ８４ａを駆動させている。そして、制御装置４０は、改質装置２０から供給された改質ガスと反応するに十分なカソード用空気の供給量を演算しその供給量となるようにカソード用空気ポンプ６１ａを駆動させている。

そして、停止運転開始時刻ｔｃになって燃料電池システムの停止運転が開始されると、制御装置４０は、燃料ポンプ８１ａの駆動を停止し改質用燃料の供給を停止し、改質用燃料バルブ８１ｂを閉じる。制御装置４０は、改質水ポンプ６８ａの駆動を停止し改質水の供給を停止し、改質水バルブ６８ｂを閉じる。制御装置４０は、酸化用空気ポンプ８４ａの駆動を停止し酸化用空気の供給を停止し、酸化用空気バルブ８４ｂを閉じる。制御装置４０は、燃料ポンプ８１ａの駆動を停止し燃焼用燃料の供給を停止し、改質用燃料バルブ８１ｂを閉じる。制御装置４０は、燃焼用空気ポンプ８３ａの駆動を停止し燃焼用空気の供給を停止し、燃焼用空気バルブ８３ｂを閉じる。そして、制御装置４０は、アノードガスバルブ６４ａ、アノードオフガスバルブ６５ａ、バイパスバルブ６６ａを閉じる。これにより、燃料電池１０の発電が停止される。

そして、制御装置４０は、燃料電池１０の発電が停止した時点から所定時間（例えば１時間）経過した時点で、改質用燃料を封入する。具体的には、制御装置４０は、改質用燃料バルブ８１ｂのみを開き燃料ポンプ８１ａを駆動させて改質装置２０に改質用燃料を供給する。これにより、発電停止後、時間の経過にしたがって降温されて内部が負圧となった改質装置２０内に、改質用燃料が封入されて改質装置２０内の圧力は負圧でなくなる。この封入後、燃料ポンプ８１ａの駆動が停止され改質用燃料バルブ８１ｂは閉じられ密封される。これにより、停止運転が終了する。

さらに、排熱回収システム３０の作動について説明する。すなわち、燃料電池システムにおいて熱回収効率の最適化の制御について説明する。まず、貯湯水循環ポンプ７２ａは、燃料電池熱媒体の燃料電池入口温度が燃料電池の最適運転温度となるように流量制御されている。さらに、燃料電池熱媒体循環ポンプ７４Ａは、燃料電池熱媒体の燃料電池入口温度と燃料電池熱媒体の燃料電池出口温度との温度差ΔＴが目標温度差ΔＴ＊（例えば３〜５℃）となるように流量制御されている。目標温度差ΔＴ＊は、燃料電池１０の改質ガス流路または空気流路内の水蒸気を最適加湿条件に維持することができるように設定されている。そして、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂは、第１凝縮器３１の出口温度が目標温度となるように流量制御されている。

さらに、第１凝縮器３１から流出されるガス（可燃ガス）の温度すなわちガス（可燃ガス）中の水蒸気量の制御について図３，４を参照して説明する。制御装置４０は、図示しない主電源が投入されると、図３に示すステップ１００にてプログラムを起動し、所定の短時間毎にステップ１０２の処理を実行する。制御装置４０は、ステップ１０２において、燃料電池システムが起動運転中、発電運転中、停止運転中、待機中のいずれの運転モードであるかを判定する。制御装置４０は、燃料電池システムがいずれかの運転モードであるかを常に認識し記憶している。

制御装置４０は、起動運転中であると判定すると、ステップ１０４において、アノードオフガスの凝縮器出口温度の目標温度をＴ１−ａ（第１目標温度）（例えば８０℃）に設定する。この第１目標温度Ｔ１−ａは、発電運転中の目標温度より高い温度に設定されている。第１目標温度Ｔ１−ａは、例えば７６〜１００℃の範囲内で設定される。

起動運転中は、燃料電池１０で発電せず改質ガスがそのまま全量バーナ２１に戻るため、改質反応で必要な熱量に対して過剰の熱量がバーナ２１で発生することとなる。そのため、バーナ２１や改質部２１の改質触媒の温度が高温となり耐熱性等で課題が出ることが想定される。そこで、第１凝縮器３１の出口温度の目標温度を比較的高温であるＴ１−ａに設定することで改質ガス中の水蒸気量を増大させ、バーナ２１の燃焼温度を低減させる。これにより、起動運転中の過剰な熱量が発生する場合にもバーナ２１や改質部２１の改質触媒の温度を耐熱温度以下に制御可能となる。

一方、制御装置４０は、発電運転中であると判定すると、ステップ１０６において、第１凝縮器３１の出口温度の目標温度を燃料電池１０の発電量に応じて設定する。制御装置４０は、図５に示すように、燃料電池１０の発電量に対する第１凝縮器３１の出口温度（可燃ガスの温度）の目標温度の関係を示すマップを記憶している。第１凝縮器３１の出口温度の目標温度（第２目標温度）は、発電量が大きくなるにしたがって低くなる関係にある。本実施形態では、その関係はリニアな関係である。なお、第２目標温度と発電量の関係は、リニアな関係でなく、ステップ状の関係でもよく、多次曲線で示される関係でもよい。

図５に示すように、低負荷発電時（Ｗ−ｂ：例えば３００Ｗである。）には、第１凝縮器３１の出口温度の目標温度はＴ１−ｂ（例えば６０℃）である。目標温度Ｔ１−ｂは、例えば５０〜７５℃の範囲内で設定される。一方、高負荷発電時（Ｗ−ｃ：定格発電であり、例えば１０００Ｗである。）には、第１凝縮器３１の出口温度の目標温度は、目標温度Ｔ１−ｂより低温であるＴ１−ｃ（例えば４０℃）である。目標温度Ｔ１−ｃは、例えば３０〜４５℃の範囲内で設定される。

すなわち、制御装置４０は、電力センサ９１ａ，９４ａからの検出結果に基づいて決定された発電量で燃料電池１０を発電させるように上記各ポンプ、バルブ等を制御しているため、その決定された発電量と図５に示すマップから燃料電池１０の発電量に対する第１凝縮器３１の出口温度の目標温度を設定する。

これにより、高負荷発電時（Ｗ−ｃ）には、目標温度が低温であるＴ１−ｃ（高負荷時目標温度）に設定されるので、第１凝縮器３１で水蒸気が多量に凝縮され、アノードオフガス中の水蒸気量はＴ１−ｃでの飽和水蒸気量となる。したがって、バーナ２１に供給されるアノードオフガス中の水蒸気量が減少されるので、バーナ２１の燃焼温度（断熱火炎温度）を高温とすることができる。それに伴い、改質触媒の温度を上昇させ、転化率を上昇させ、効率を向上させることができ（規定熱量で多くの水素を生成可能）、システムとして発電効率の向上を図ることができる。

一方、低負荷発電時（Ｗ−ｂ）には、改質原料，燃焼ガスとも流量が減少される。この場合にも、第１凝縮器３１の出口温度をＴ１−ｃに制御することで、高負荷発電時と同様にアノードオフガス中の水蒸気量を減少させ、燃焼温度（断熱火炎温度）、改質部温度を上昇させることは可能である。しかし、低負荷発電時は燃焼温度、改質部温度よりも流量・流速による伝熱性能がプロセス効率（発電効率）の律速条件となる可能性が高い。つまり、燃焼温度を上げて燃焼ガス温度が高温となっても、改質部２１、蒸発部２５との熱交換量が少なく（伝熱効率が低く）、結果として効率が低くなる。逆に、第１凝縮器３１の出口温度をＴ１−ｃよりも高温であるＴ１−ｂに制御して水蒸気量を多くすれば、燃焼温度は低くても、流速が大きくなることで改質部２１、蒸発部２５との熱交換量を増大（伝熱効率が高く）することで効率の向上が図れる。なお、伝熱性能とは、燃焼排ガスが改質部２１で改質反応に必要な熱を、蒸発部２５で改質水を蒸発させる熱を熱交換する際の伝熱を示している。したがって、第１凝縮器３１の出口温度を高温のＴ１−ｂに制御することで、燃焼排ガスの流量・流速を増大させ伝熱効率を向上させることで、効率の向上を図ることが可能となる。

なお、図６に温度に対する飽和水蒸気比率を示している。飽和水蒸気比率は、水蒸気流量／ガス総流量で表される値である。ここでガス総流量とは水蒸気を含むガスの総流量である。飽和水蒸気比率は、水蒸気を含むガスの総体積に占める水蒸気体積の比率や、水蒸気を含むガスの総モル数に占める水蒸気モル数の比率と同義である。温度が高いほどガス中に存在しうる水蒸気の比率は高くなる。図７は、ドライガスの流量（水蒸気を除いたガスの流量）を１としたときのガス（改質ガス、アノードオフガス）の総流量を示している。図７から、第１凝縮器３１の出口温度の上昇に伴い飽和水蒸気量が増大し、改質ガス／オフガスの総流量が増大することが分かる。さらに、第１凝縮器３１の出口温度による総ガス流量の増大に伴うバーナ２１での燃焼温度（断熱火炎温度）の変化の例を図８に示す。第１凝縮器３１の出口温度の上昇により燃焼温度（断熱火炎温度）が２次的に低下することが分かる。

また、制御装置４０は、ステップ１０２において、起動運転中、発電運転中以外の運転モードである停止運転中、待機中であると判定すると、何もしないで本フローチャートを一旦終了する（ステップ１０８）。

そして、制御装置４０は、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂをフィードバック制御により制御する。すなわち、実際に測定した第１凝縮器３１の出口温度（実測温度）が目標温度となるように凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂの流量（送出量）を制御する（送出量制御手段：ガス温度制御手段）。制御装置４０は、図示しない主電源が投入されると、図４に示すステップ２００にてプログラムを起動し、所定の短時間毎にステップ２０２以降の処理を実行する。

制御装置４０は、ステップ２０２において、設定された目標温度を読み込み、ステップ２０４において、温度センサ６５ｂにより実際に測定された、第１凝縮器３１の出口温度を読み込む。

制御装置４０は、実測温度が目標温度と等しい場合には、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂにそのときの送出量を維持する旨の指示を出す（ステップ２０８）。制御装置４０は、実測温度が目標温度より小さい場合には、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂに送出量を減少する旨の指示を出す（ステップ２１０）。減少量は所定値に設定されている。すなわち送出量を所定値だけ減少させる。アノードオフガスと凝縮用冷媒との間での熱交換量（凝縮用冷媒への熱回収量）を減少させ、第１凝縮器３１の出口温度を上昇させるべく、凝縮用冷媒の流速（流量）を減少させることができる。

制御装置４０は、実測温度が目標温度より大きい場合には、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂに送出量を増大する旨の指示を出す（ステップ２１２）。増大量は所定値に設定されている。すなわち送出量を所定値だけ増大させる。アノードオフガスと凝縮用冷媒との間での熱交換量（凝縮用冷媒への熱回収量）を増大させ、第１凝縮器３１の出口温度を低下させるべく、凝縮用冷媒の流速（流量）を増大させることができる。

このように、制御装置４０は、温度センサ６５ｂによって実際に検出された実測温度と凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂの目標温度に基づいて、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂの送出量を制御する（送出量制御手段）。この結果、制御装置４０は、アノードオフガスの第１凝縮器３１の出口温度（実測温度）を目標温度とする制御を行うこと、すなわち温度センサ６５ｂによって検出されたアノードオフガス（可燃ガス）の温度を制御することができる（ガス温度制御手段）。

なお、本実施形態では、送出量制御手段によりガス温度を制御するようにしたが、送出量制御手段以外の方法でも行うことができる。例えば、ラジエータ７３ａなどにより第１凝縮器３１に流入する熱媒体温度を制御するようにしてもよい。

上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、温度検出手段（温度センサ６５ｂ）が、第１凝縮器３１とバーナ２１の間に設けられ第１凝縮器３１から流出したアノードオフガスおよび改質ガスの温度を検出する。制御装置４０（送出量制御手段）が、温度検出手段によって検出されたガスの温度に基づいて凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂ（熱媒体循環手段）の送出量を制御する（図４のフローチャート）。なお、第１凝縮器３１は、凝縮用冷媒（熱媒体）が循環する凝縮用冷媒循環ライン７３（熱媒体循環ライン）上に設けられ、燃料電池１０からバーナ２１に供給されるアノードオフガス、および改質部２２からバーナ２１に供給される改質ガスと凝縮用冷媒（熱媒体）が熱交換することで、アノードオフガス中および改質ガス中の水蒸気を凝縮する。また、バーナ２１は、燃焼用燃料、燃料電池１０からのアノードオフガス、改質部２２からの改質ガスの少なくともいずれかが供給されそれら可燃ガスが燃焼用酸化剤ガスで燃焼され、その燃焼ガスで改質部２２を加熱する。また、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂ（熱媒体循環手段）は、凝縮用冷媒循環ライン７３上に設けられ凝縮用冷媒（熱媒体）を循環させるものである。

これにより、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂの送出量（吐出量、回転数）を制御することで、第１凝縮器３１からバーナ２１に流出したアノードオフガスおよび改質ガスの温度を所定温度に調整することができ、ひいては、それらアノードオフガス中および改質ガス中の水蒸気量を調整することができる。したがって、起動運転中では、起動時間短縮のため改質に必要な熱量より過剰の熱量で燃焼させる場合もあり、この場合バーナ２１に供給される可燃ガス中の水蒸気量を多くなるように調整することでバーナ２１の燃焼温度を抑制するものの必要な熱量は供給できるため、バーナ２１や改質部２２の耐久性を確保しつつ起動時間短縮を達成することが可能となる。また、発電運転中では、バーナ２１に供給される可燃ガス中の水蒸気量を調整することで、発電効率、熱交換効率を向上することが可能となる。

また、温度検出手段（温度センサ６５ｂ）が、第１凝縮器３１とバーナ２１の間に設けられ第１凝縮器３１から流出した可燃ガスの温度を検出する。制御装置４０（ガス温度制御手段）が、温度検出手段によって検出された可燃ガスの温度を制御する（図４のフローチャート）。なお、第１凝縮器３１は、凝縮用冷媒（熱媒体）が循環する凝縮用冷媒循環ライン７３（熱媒体循環ライン）上に設けられ、可燃ガス（アノードオフガス）と凝縮用冷媒（熱媒体）が熱交換することで、可燃ガス中の水蒸気を凝縮する。また、バーナ２１は、燃料電池１０からのアノードオフガス、改質部２２からの改質ガスの少なくともいずれかの可燃ガスが供給されそれら可燃ガスが燃焼用酸化剤ガスで燃焼され、その燃焼ガスで改質部２２を加熱する。また、凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂ（熱媒体循環手段）は、凝縮用冷媒循環ライン７３上に設けられ凝縮用冷媒（熱媒体）を循環させるものである。

これにより、第１凝縮器３１からバーナ２１に流出した可燃ガスの温度を所定温度に調整することができ、ひいては、可燃ガス中の水蒸気量を調整することができる。したがって、起動運転中では、起動時間短縮のため改質に必要な熱量より過剰の熱量で燃焼させる場合もあり、この場合バーナ２１に供給される可燃ガス中の水蒸気量を多くなるように調整することでバーナ２１の燃焼温度を抑制するものの必要な熱量は供給できるため、バーナ２１や改質部２２の耐久性を確保しつつ起動時間短縮を達成することが可能となる。また、発電運転中では、バーナに供給される可燃ガス中の水蒸気量を調整することで、発電効率、熱交換効率を向上することが可能となる。

また、起動運転中においては、バーナ２１には可燃ガスとして改質ガスが供給され、発電運転中においては、バーナ２１には可燃ガスとしてアノードオフガスが供給され、制御装置４０（送出量制御手段（ガス温度制御手段）；図３および図４のフローチャート）は、起動運転中においては、可燃ガス（改質ガス）の温度が第１目標温度となるように制御し、発電運転中においては、可燃ガス（アノードオフガス）の温度が第１目標温度より低い第２目標温度となるように制御する。これにより、起動運転中では、バーナ２１に供給される可燃ガス中の水蒸気を比較的多くすることができ、発電運転中では、バーナ２１に供給される可燃ガス中の水蒸気を比較的少なくすることができる。したがって、起動運転中ではバーナ２１での燃焼温度を抑制することで耐久性低下を抑制でき、発電運転中では燃焼温度を上げ改質部温度を上げて発電効率を向上させることができる。

また、第２目標温度は、燃料電池１０の発電量が大きくなるにしたがって低くなるように設定される。これにより、発電運転中において、発電量が大きい場合には、水蒸気量を減少させて燃焼温度を上げ改質部温度を上げて発電効率をさらに向上させることができる。一方、発電量が小さい場合には、水蒸気量を増大させることで改質部２２および蒸発部２５などでの流速減少に伴う伝熱効率の減少を補って水蒸気を含むガス総流量を増大させて（流速を上げて）熱交換効率を向上させることができる。

また、制御装置４０（ガス温度制御手段；図４のフローチャート）は、温度検出手段（温度センサ６５ｂ）によって検出された可燃ガスの温度に基づいて凝縮用冷媒循環ポンプ７３ｂ（熱媒体循環手段）の送出量を制御する送出量制御手段である。これにより、熱媒体循環手段の送出量を制御することで、第１凝縮器３１からバーナ２１に流出した可燃ガスの温度を所定温度に調整することができ、ひいては、可燃ガス中の水蒸気量を調整することができる。

１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…バーナ、２２…改質部、２３…ＣＯシフト部、２４…ＣＯ浄化部、２５…蒸発部、３１〜３４…第１〜第４凝縮器、４０…制御装置（ガス温度制御手段：送出量制御手段）、６５…アノードオフガス供給管、６５ａ…温度センサ（温度検出手段）、７３…凝縮用冷媒循環ライン（熱媒体循環ライン）、７３ｂ…凝縮用冷媒循環ポンプ（熱媒体循環手段）。

Claims (3)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池へ供給する改質ガスを生成する改質部と、
   前記燃料電池からのアノードオフガス、前記改質部からの改質ガスの少なくともいずれかの可燃ガスが供給されそれら可燃ガスが燃焼用酸化剤ガスで燃焼され、その燃焼ガスで前記改質部を加熱するバーナと、
   熱媒体が循環する熱媒体循環ラインと、
   前記熱媒体循環ライン上に設けられ前記熱媒体を循環させる熱媒体循環手段と、
   前記熱媒体循環ライン上に設けられ、前記可燃ガスと前記熱媒体が熱交換することで、前記可燃ガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器と前記バーナの間に設けられ前記凝縮器から流出した前記可燃ガスの温度を検出する温度検出手段と、
   起動運転および発電運転を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記起動運転中においては、前記バーナに前記可燃ガスとして前記改質ガスを供給し、前記発電運転中においては、前記バーナに前記可燃ガスとして前記アノードオフガスを供給し、
   さらに、前記起動運転中においては、前記温度検出手段によって検出された前記改質ガスの温度が、前記発電運転中における前記温度検出手段によって検出された前記アノードオフガスの温度の制御目標温度である第２目標温度より高温である第１目標温度となるように制御することで、前記改質ガス中の水蒸気量を増大させ、前記バーナの燃焼温度を低減させることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記第２目標温度は、前記燃料電池の発電量が大きくなるにしたがって低くなるように設定されることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記制御装置は、前記温度検出手段によって検出された前記可燃ガスの温度が前記目標温度となるように、前記熱媒体循環手段の送出量を制御することを特徴とする燃料電池システム。

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