WO2006087994A1

WO2006087994A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2006087994A1
Application number: PCT/JP2006/302479
Authority: WO
Inventors: Terumaru Harada; Akinari Nakamura; Yoshikazu Tanaka; Masataka Ozeki; Hideo Ohara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2006-08-24
Also published as: KR20070103738A; JP5236621B2; JP4510877B2; US9509006B2; JP2010097948A; EP1850415A4; EP1850415A1; EP1850415B1; US20120077101A1; CN100527513C; CN101116212A; JPWO2006087994A1; US20090117426A1

Abstract

　燃料ガスを用いて発電する燃料電池（１）と、原料ガスを用いて前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成部（２）と、前記燃料ガスを生成するための熱エネルギーを生成する燃焼部（２ａ）と、前記熱エネルギーを生成する際に空気を供給する空気供給部（２ｂ）と、制御部（１０１）とを備え、前記燃料ガスが供給される前に燃料電池（１）の内部が前記原料ガスで充填されている燃料電池システム（１００）であって、制御部（１０１）が、燃料ガス生成部（２）で生成された前記燃料ガスを燃料電池（１）に供給する際に空気供給部（２ｂ）から燃焼部（２ａ）への空気の供給量を増加させるよう制御する。

Description

明細書

燃料電池システム技術分野

[0001] 本発明は、水素及び酸素を用いて発電する燃料電池システムに関し、特に、可燃性物質の燃焼熱を利用して原料力水素を生成してこれを発電のための燃料として用、る燃料電池システムに関する。

背景技術

[0002] 従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステムの構築が容易であるため、高、エネルギ一利用効率を実現することが可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。

[0003] 燃料電池システムは、その発電部の本体として、燃料電池を備えて、る。この燃料電池は、燃料ガス及び酸化剤ガスが有する化学エネルギーを、所定の電気化学反応により、電気エネルギーに直接変換する。従って、燃料電池システムでは、発電運転の際、燃料電池に向けて燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される燃料ガス及び酸化剤ガスが用いられる所定の電気化学反応が進行して、電気エネルギーが生成される。この燃料電池で生成される電気エネルギ一が、燃料電池システムカゝら負荷に向けて供給される。ここで、燃料電池システムは、通常、改質器及びブロア一を備えている。改質器では、天然ガス等の原料と水とが用いられる水蒸気改質反応により、水素を豊富に含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスが、発電のための燃料として、燃料電池に供給される。尚、水蒸気改質反応は、改質器が有する改質触媒が例えば燃焼バーナーにより加熱されて進行する。又、ブロア一は、大気中から空気を吸入する。この空気が、発電のための酸化剤ガスとして、燃料電池に供給される。

[0004] ところで、従来の燃料電池システムでは、発電運転を停止する際、改質器への天然ガス等の原料の供給が停止される。これにより、改質器から燃料電池への燃料ガスの供給が停止するので、燃料電池における電気化学反応の進行が停止して、燃料電池システム力負荷への電力の供給が停止する。ここで、改質器への原料の供給を停止した場合、その停止前に生成された燃料ガスが、発電運転の停止中に渡って燃料電池の内部及びその周辺部に滞留することになる。この場合、大気開放された燃焼バーナーから自然対流により滞留する燃料ガスに空気が混入すると、燃料ガスに含まれる水素が空気に含まれる酸素によって急激に酸化され、その酸化反応に伴う反応熱により燃料電池システムが損傷する恐れがある。

[0005] そのため、従来の燃料電池システムでは、燃料電池システムの内部に燃料ガスが滞留することを防止するために、発電運転の停止時に窒素ガス等の不活性ガスを燃料ガスが滞留する経路内に供給して、その経路カゝら押し出された燃料ガスを燃焼バーナ一で燃焼させる構成が採用されている。力かる構成によれば、発電運転の停止中における燃料電池の内部等での燃料ガスの滞留が防止され、燃料ガスに含まれる水素が急激に酸化されることが防止されるので、安全性が確保された燃料電池システムを提供することが可能なる。

[0006] し力しながら、この従来の燃料電池システムでは、滞留する燃料ガスを窒素ガス等の不活性ガスで置換するために、窒素ボンべ等の不活性ガスの供給手段を燃料電池システムの内部若しくは近隣に配設する必要がある。そのため、燃料電池システムが大型化して、燃料電池システムを家庭用定置型分散発電装置又は電気自動車用電源として用いることが困難となる場合があった。又、窒素ガス等の不活性ガスの供給手段を既存の構成に加えて更に配設する必要があるため、燃料電池システムの初期コストが上昇するという問題があった。更に、この従来の燃料電池システムでは、窒素ボンべ等の不活性ガスの供給手段を定期的に交換若しくは補充する必要があるため、燃料電池システムのランニングコストが上昇するという問題があった。

[0007] 又、この従来の燃料電池システムでは、発電運転の開始直後、改質器から燃料電池に一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスが供給される。その理由は、発電運転の開始時では、改質器の運転温度が所定の温度に到達していないため、燃料ガス中の一酸ィ匕炭素が十分に除去されないからである。そして、一酸化炭素を高濃度に含む燃料ガスが例えば固体高分子電解質型燃料電池に供給される場合、その供給される一酸化炭素により、固体高分子電解質型燃料電池における燃料極の触媒が被毒される。この燃料極の触媒の被毒は、燃料電池において進行する電気化学反応の進行を著しく阻害する。そのため、従来の燃料電池システムでは、発電運転の停止及び開始の回数に応じて燃料電池の発電性能が劣化するという問題があった。

[0008] そこで、一般家庭や電気自動車内に設置し易くかつ触媒の被毒が進行し難!、燃料電池システムを提供するために、発電運転の開始直後には燃料電池への燃料ガスの供給を停止すると共に、発電運転の停止後には燃料ガスの原料を置換ガスとして燃料電池の内部に注入する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献 1参照)。

[0009] この提案された燃料電池システムは、炭素及び水素を含む化合物を主成分とする原料カゝら水素を豊富に含む燃料ガスを生成する改質器と、この改質器から燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、燃料電池カゝら排出される発電に用いられな力つた燃料ガス (以下、オフガスという）を改質器の燃焼バーナーに供給するオフガス供給経路と、燃料ガス供給経路とオフガス供給経路との間に設けられ燃料ガスの供給先を燃料電池力改質器の燃焼バーナーに切り換えるための第 1のバィパス経路とを備えている。又、改質器に燃料ガスを生成するための原料を供給する原料供給部と、この原料供給部から燃料電池に改質器を迂回して原料を直接注入するための第 2のバイパス経路とを備えて、る。

[0010] この提案された燃料電池システムでは、発電運転の開始直後、改質器で生成された一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスは、第 1のバイパス経路を経由して、改質器の燃焼バーナーに供給される。そして、この燃焼バーナーにおいて、改質触媒をカロ熱するために燃焼される。一方、発電運転の開始後、改質器における改質触媒の温度が所定の温度にまで到達すると、改質器で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路を介して、燃料電池に供給される。そして、この燃料電池において、発電のための燃料として使用される。又、燃料電池カゝら排出されるオフガスは、オフガス供給経路を介して、改質器の燃焼バーナーに供給される。そして、この燃焼バーナーにおいて、改質触媒を加熱するために燃焼される。

[0011] 又、この提案された燃料電池システムでは、燃料電池システムの発電運転の停止後、第 2のバイパス経路を介して、原料供給部から燃料電池の燃料ガス用流路に原料が置換ガスとして注入される。これにより、燃料電池システムの発電運転の停止中に渡って、燃料電池の内部及びその周辺部が窒素ガス等の不活性ガスに代えて天然ガス等の原料により封止される。

[0012] 力かる燃料電池システムによれば、発電運転の停止後、従来から配設されて!/、る原料供給部から燃料電池に原料を置換ガスとして注入するので、窒素ボンべ等の不活性ガスの供給手段を燃料電池システムの内部若しくは近隣に配設する必要が解消される。従って、燃料電池システムの大型化が防止されるので、燃料電池システムを家庭用定置型分散発電装置又は電気自動車用電源として用いることが可能になる。又、窒素ガス等の不活性ガスの供給手段を従来の構成に加えて更に配設する必要がないため、燃料電池システムの初期コストを抑えることが可能になる。又、窒素ボンべ等の不活性ガスの供給手段を定期的に交換等する必要がないため、燃料電池システムのランニングコストを抑えることが可會になる。

[0013] 又、原料供給部から燃料電池に注入される天然ガス等の原料は、燃料ガスに含まれる水素と比べて化学的に安定である。従って、発電運転の停止中に渡って燃料電池の内部に滞留する天然ガス等の原料に空気が混入しても、急激な酸化反応が進行することはない。そのため、燃料電池に天然ガス等の原料を注入することにより、酸化反応に伴う反応熱で燃料電池システムが損傷することを効果的に防止することができる。これにより、発電運転の停止中の安全性が確保された燃料電池システムを提供することが可能になる。

[0014] 更に、この提案された燃料電池システムによれば、発電運転の開始直後においては一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスは燃料電池に供給されず、改質器における改質触媒の温度が所定の温度にまで到達して、一酸ィヒ炭素の濃度が十分に低減された燃料ガスが生成されるようになった後、改質器から燃料電池に燃料ガスが供給されるので、固体高分子電解質型燃料電池における燃料極の触媒の被毒が解消される。従って、燃料電池において進行する電気化学反応の進行を阻害する要因が排除されるので、発電運転の停止及び開始の回数に応じて燃料電池の発電性能が劣化すると!ヽぅ問題が解消される。

特許文献 1：特開 2003 - 229149号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0015] し力しながら、上記従来の提案では、改質器における改質触媒の温度が所定の温度にまで到達して、改質器から燃料電池への燃料ガスの供給を開始し始めた際には、発電運転の停止後に原料供給部から燃料電池に注入した天然ガス等の原料が改質器カゝら供給される燃料ガスにより燃料電池カゝら押し出されて改質器の燃焼パーナ一に所定の期間に渡り供給されるので、その所定の期間にお、て燃焼バーナーでは酸素不足による不完全燃焼が発生して、大気中に一酸ィ匕炭素が排出されていた。

[0016] 具体的に説明すると、改質器における燃焼バーナーは、水蒸気改質反応を進行させるために、基本的にはオフガスに含まれる水素を燃焼する。この際、水素を完全燃焼させるために、水素の供給量に応じた量の空気が、燃焼バーナーに隣接する燃焼ファン力供給される。

[0017] 一方、改質器における改質触媒の温度が所定の温度にまで到達して、改質器から燃料電池への燃料ガスの供給が開始された際には、上述の如く燃焼バーナーには燃料電池から排出された天然ガス等の原料が所定の期間に渡り供給される。ここで、天然ガスを完全燃焼させるためには、水素を完全燃焼させるために必要となる量よりも多い量の空気が必要になる。し力しながら、燃焼ファンから燃焼バーナーへの空気の供給量は、上述の如く水素を完全燃焼させるための供給量とされている。そのため、燃焼バーナーでは、所定の期間に渡って酸素不足が発生するので、天然ガスの不完全燃焼が進行する。これにより、天然ガス等の原料が燃焼バーナーに供給される所定に期間においては、燃焼バーナーは一酸ィ匕炭素を排出する。

[0018] このように、上記従来の提案では、発電運転を開始する際、改質器から燃料電池への燃料ガスの供給を開始し始めてから所定の期間に渡って、燃料電池システムから大気中に一酸ィ匕炭素が排出されていた。尚、一酸ィ匕炭素は、人体に対して甚だ有毒であることが知られている。例えば、一酸ィ匕炭素は、血液中のヘモグロビンと結合してカルボニルヘモグロビンを生成することで、ヘモグロビンの酸素運搬機能を著しく阻害する。従って、燃料電池システムが普及して、燃料電池システム力も大気中へ大量の一酸ィ匕炭素が排出される場合、人体への悪影響が懸念される。 [0019] 本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、発電運転の開始時における一酸ィ匕炭素の排出を簡易な構成により効果的に抑制する、生態系への悪影響が低減された環境に優しヽ燃料電池システムを提供することを目的として、る。

課題を解決するための手段

[0020] 上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスを改質反応により原料ガスを改質して生成する燃料ガス生成部と、前記燃料ガス生成部で前記改質反応を進行させるための熱エネルギーを前記燃料ガス及び前記原料ガスの少なくとも何れかを燃焼して生成する燃焼部と、前記燃焼部に前記燃焼のための空気を供給する空気供給部と、前記燃料ガス生成部から前記燃料電池に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス経路と、前記燃料電池から前記燃焼部に発電に用いられなカゝつた余剰の燃料ガスを供給するためのオフガス経路と、前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスの供給先が前記燃料電池カゝら前記燃焼部に変更されるよう前記燃料ガス経路と前記オフガス経路とを接続するためのバイパス経路と、前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスの供給先を前記燃料電池と前記バイパス経路との間で切り替えるための切替弁と、制御部とを備え、前記制御部が前記切替弁を制御して前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスを前記バィパス経路に替えて前記燃料電池に供給する前に前記燃料電池の内部が前記原料ガスにより充填されている燃料電池システムであって、前記制御部が、前記切替弁を制御して前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスを前記バイパス経路に替えて前記燃料電池に供給する際、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させるよう制御する。

[0021] カゝかる構成とすると、燃料ガス生成部で生成された燃料ガスをバイパス経路に替えて燃料電池に供給する前に燃料電池の内部が原料ガスにより充填されて！ヽる構成の燃料電池システムにお、て、空気供給部から燃焼部に向けて必要十分な量の空気が供給されるので、発電運転の開始時における燃料電池システム力の一酸ィ匕炭素の排出を抑制することが可能になる。

[0022] この場合、前記原料ガスが炭化水素ガスである。 [0023] 力かる構成とすると、炭化水素ガスとして一般的に普及している天然ガスや LPG等を原料ガスとして用いることができるので、発電運転の開始時において一酸化炭素の排出が抑制される好適な燃料電池システムを容易に構成することが可能になる。

[0024] 上記の場合、前記燃料電池に前記原料ガスを供給可能な原料供給部を備え、前記制御部が、停止動作時又は起動動作時に、前記原料供給部から前記燃料電池に前記原料ガスを供給することにより前記燃料電池の内部が前記原料ガスにより充填されるよう制御する。

[0025] 力かる構成とすると、燃料電池の内部に原料ガスを供給することが可能な原料供給部を備えているので、燃料電池システムの停止動作時又は起動動作時において、燃料電池の内部が原料ガスにより容易に充填される。

[0026] 又、上記の場合、前記制御部が、前記燃料ガス生成部が所定の運転条件を満足するまでは前記切替弁により前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスが前記バイパス経路を介して前記燃焼部に供給されるよう制御し、前記所定の運転条件を満足した場合には、前記切替弁により前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスを前記バイパス経路に替えて前記燃料電池に供給すると共に、前記空気供給部力も前記燃焼部への空気の供給量を増カロさせるよう制御する。

[0027] 力かる構成とすると、燃料ガス生成部が所定の運転条件を満足するまでは一酸ィ匕炭素を高濃度に含有する燃料ガスが燃料電池に供給されることなく燃焼部に供給されるので、燃料電池における燃料極の触媒の被毒が抑制される。そして、燃料ガス生成部が所定の運転条件を満足した場合に燃料ガスが燃料電池に供給されると共に空気供給部から燃焼部への空気の供給量が増加されるので、燃料ガス生成部から燃料電池に燃料ガスを供給する際において燃料電池システム力の一酸ィ匕炭素の排出を抑制することが可能になる。

[0028] 又、上記の場合、前記制御部が、前記切替弁により前記バイパス経路を遮断して前記燃料ガス生成部から前記燃料電池に前記燃料ガスを供給可能とする前に、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増カロさせるよう制御する。

[0029] カゝかる構成とすると、燃料ガス生成部から燃料電池に燃料ガスを供給可能とする前に空気供給部から燃焼部への空気の供給量を予め増加させるので、燃料電池システム力もの一酸ィ匕炭素の排出を確実にかつ効果的に抑制することが可能になる。

[0030] 又、上記の場合、前記制御部が、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させた後、所定時間の経過を以て前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を減少させるよう制御する。

[0031] 力かる構成とすると、所定時間の経過を以て空気供給部から燃焼部への空気の供給量を減少させるので、空気供給部から燃焼部への空気の供給量の変化を好適に制御することが可能になる。

[0032] 又、上記の場合、前記燃焼部カゝら排出される排ガス中の一酸ィ匕炭素を検出する C O検出部を更に備え、前記制御部が、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させた後、前記 CO検出部の出力値の所定値以下への低下又は前記 CO検出部の出力値に基づく前記一酸化炭素の濃度の所定濃度以下への低下を以て前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を減少させるよう制御する。

[0033] 力かる構成としても、空気供給部力燃焼部への空気の供給量の変化を好適に制御することが可能になる。

[0034] 又、上記の場合、前記制御部が、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を、 1以上のステップを含むよう段階的に、又は、連続的に増加させるよう制御する。

[0035] 力かる構成とすると、空気供給部力燃焼部への空気の供給量を理想的に増加させることができるので、一酸ィ匕炭素の排出量を効果的に抑制することが可能になる。発明の効果

[0036] 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムによれば、発電運転の開始時における一酸ィ匕炭素の排出を簡易な構成により効果的に抑制する、生態系への悪影響が低減された環境に優しい燃料電池システムを提供することが可能になる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施の形態 2に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。 [図 3]図 3は、燃焼ファン力燃焼バーナーに供給する空気の供給量の変化を模式的に示す模式図であって、図 3 (a)は空気の供給量を一段階で増力！]させる場合を示しており、図 3 (b)は空気の供給量を段階的に増力!]させる場合を示しており、図 3 (c) は空気の供給量を緩やかに増加させる場合を示している。

[図 4]図 4は、本発明の実施の形態 1に係る燃料電池システムの動作の一部を模式的に示す流れ図である。

符号の説明

1 燃料電池

la 燃料ガス用流路

lb 酸化剤ガス用流路

2 改質器

2a 燃焼バーナー

2b 燃焼ファン

3 ブロア一

4 熱交換器

5 貯湯タンク

6a, 6b ポンプ

7a, 7b 開閉弁

8 三方弁

9 COセンサ

100〜200 燃料電池システム

101 制御器

R1 第 1経路

R2 第 2経路

R3 第 3経路

R4 第 4経路

R5 第 5経路

A 第 1の燃料ガス経路 B 第 2の燃料ガス経路

発明を実施するための最良の形態

[0039] 以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

[0040] (実施の形態 1)

先ず、本発明の実施の形態 1に係る燃料電池システムの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

[0041] 図 1は、本発明の実施の形態 1に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図 1において、燃料電池システムを構成する各構成要素の間の実線は、水や燃料ガス、酸化剤ガス、電気信号等が流れる経路を示している。又、それらの実線上に記される矢印は、水や燃料ガス又は酸化剤ガス等の通常運転時における流動方向を示している。又、図 1では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを示しており、それ以外の構成要素については図示を省略している。

[0042] 図 1に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム 100は、その発電部の本体としての燃料電池 1を備えている。この燃料電池 1としては、本実施の形態では、固体高分子電解質型燃料電池を用いている。この燃料電池 1は、後述する改質器 2から排出されて燃料電池 1の燃料ガス用流路 laに供給される水素を豊富に含む燃料ガスと、後述するブロア一 3により燃料電池 1の酸化剤ガス用流路 lbに供給される酸ィ匕剤ガス (通常、空気)とを用いて、所定の電力を出力するべく発電を行う。換言すれば、燃料電池 1は、燃料ガス及び酸化剤ガスが有する化学エネルギーを、所定の反応触媒により進行する所定の電気化学反応によって、電気エネルギーに直接変換する。かかるエネルギー変換により、燃料電池 1は、燃料電池システム 100に接続される負荷に向けて電気エネルギーを供給する。

[0043] 本実施の形態では、燃料電池 1の酸化剤ガス用流路 lbに供給される酸化剤ガスは、燃料電池 1の内部で発電のために使用した後の酸化剤ガスが有する水分が利用されて、予め所定の加湿状態に調整される。尚、酸化剤ガスの加湿度が不足する場合には、図 1では特に図示しない貯水タンクに貯えられている水の一部を燃料電池 1の内部で蒸発させることにより、酸化剤ガスの加湿度が適切な加湿度に調整される。又、燃料電池 1の燃料ガス用流路 laに供給される燃料ガスは、上述した改質器 2において、予め所定の加湿状態に調整される。

[0044] 又、発電運転の際、上記エネルギー変換のための所定の電気化学反応により、燃料電池 1は発熱する。この燃料電池 1において発生する熱は、燃料電池 1の内部に形成された図 1では特に図示しない冷却水用流路に供給される冷却水により、逐次回収される。この冷却水により回収される熱は、後述する熱交 4において、後述する貯湯タンク 5から供給される水を加熱するために利用される。

[0045] 尚、燃料電池 1の内部構成に関する詳細な説明については、燃料電池 1の内部構成と一般的な固体高分子電解質型燃料電池の内部構成とが同様であるため、ここでは省略する。

[0046] 又、図 1に示すように、この燃料電池システム 100は、改質器 2を備えている。この改質器 2は、天然ガス (メタンが主成分)、 LPG等の炭化水素系成分、メタノール等のアルコール、或いは、ナフサ成分等に例示される少なくとも炭素及び水素力構成される有機化合物を含む原料 (原料ガス)と水とが用いられる水蒸気改質反応を主に進行させ、この水蒸気改質反応により水素を豊富に含む燃料ガスを生成する。この改質器 2への原料の供給は、図 1では特に図示しない原料供給装置によって行われる。この際、改質器 2への原料の供給の断続は、開閉弁 7aによって行われる。ここで、この改質器 2は、図 1では特に図示しないが、水蒸気改質反応を進行させるための改質部と、この改質部力排出される燃料ガス中の一酸ィ匕炭素を低減するための変成部及び浄化部とを備えて!/ヽる。

[0047] 改質部は、水蒸気改質反応を進行させるための図 1では特に図示しない改質触媒と、この改質触媒を加熱するために主に燃料電池 1から排出されるオフガスを燃焼する燃焼バーナー 2aと、この燃焼バーナー 2aでのオフガスの燃焼に必要となる空気を大気中から供給する燃焼ファン 2bとを備えている。又、変成部は、改質部から排出される燃料ガス中の一酸ィ匕炭素濃度を水との反応によって低減するための変成触媒を備えている。又、浄ィ匕部は、変成部力も排出される燃料ガス中の一酸ィ匕炭素濃度を酸化反応或いはメタン化反応によって更に低減するための CO除去触媒を備えてヽる。尚、この変成部及び浄ィ匕部は、燃料ガスに含まれる一酸ィ匕炭素を効果的に低減するために、各々において進行する化学反応に適した温度条件の下、各々運転される。

[0048] 尚、改質器 2の内部における上述した改質部及び変成部及び浄ィ匕部以外の構成に関する詳細な説明については、改質器 2の内部構成と一般的な改質器の内部構成とが同様であるため、ここでは省略する。

[0049] 又、図 1に示すように、この燃料電池システム 100は、ブロア一 3を備えている。このブロア一 3は、大気中から空気を吸入することにより、燃料電池 1の酸化剤ガス用流路 lbに酸化剤ガスとしての空気を供給する。このブロア一 3としては、シロッコファン等が好適に用いられる。

[0050] 又、図 1に示すように、この燃料電池システム 100は、熱交^^ 4を備えている。この熱交換器 4は、燃料電池 1の図 1では特に図示しない冷却水用流路カもポンプ 6a の動作により排出される温度上昇した冷却水と、給湯等の目的のために後述する貯湯タンク 5からポンプ 6bにより供給される水との間で熱を交換する。この熱交^^ 4において熱が交換されて冷却された冷却水は、ポンプ 6aの動作により、燃料電池 1の冷却水用流路に向けて再び供給される。

[0051] 又、図 1に示すように、この燃料電池システム 100は、貯湯タンク 5を備えている。この貯湯タンク 5は、熱交 4において加熱された水を貯える。ここで、貯湯タンク 5に貯えられる水は、ポンプ 6bの動作により、熱交 4を介して循環される。この際、貯湯タンク 5から供給される水は、熱交^^ 4において、燃料電池 1からポンプ 6aの動作により排出される温度上昇した冷却水の熱により加熱される。この熱交換器 4でカロ熱された水が、貯湯タンク 5に貯えられる。そして、貯湯タンク 5に貯えられる加熱された水は、必要に応じて、給湯等のために利用される。

[0052] 又、図 1に示すように、この燃料電池システム 100では、改質器 2で生成された燃料ガスを燃料電池 1の燃料ガス用流路 laに供給するための第 1経路 R1及び第 4経路 R 4の接続部に、三方弁 8が配設されている。又、燃料電池 1の燃料ガス用流路 laから排出されるオフガスを改質器 2の燃焼バーナー 2aに供給するための第 5経路 R5の途中に、開閉弁 7bが配設されている。又、三方弁 8と第 5経路 R5及び第 3経路 R3の接続部との間に、改質器 2で生成された燃料ガスを燃料電池 1に供給せずに燃焼バーナー 2aに直接供給するための第 2経路 R2 (バイパス経路）が配設されている。そして、図 1に示すように、第 1経路 R1と第 2経路 R2と第 3経路 R3とにより、第 1の燃料ガス経路 Aが構成されている。又、図 1に示すように、第 1経路 R1と第 4経路 R4と燃料ガス用流路 laと第 5経路 R5と第 3経路 R3とにより、第 2の燃料ガス経路 Bが構成されている。つまり、本実施の形態に係る燃料電池システム 100は、開閉弁 7b及び三方弁 8を操作することにより、改質器 2から排出される燃料ガスを必要に応じて燃料電池 1に供給することなく燃焼バーナー 2aに直接供給することが可能に構成されている。ここで、本実施の形態では、第 1経路 R1と第 4経路 R4とにより、改質器 2で生成された燃料ガスを燃料電池 1の燃料ガス用流路 laに供給するための燃料ガス経路が構成されている。又、本実施の形態では、第 5経路 R5と第 3経路 R3とにより、燃料電池 1の燃料ガス用流路 laから排出されるオフガスを改質器 2の燃焼バーナー 2aに供給するためのオフガス経路が構成されて、る。

[0053] 更に、この燃料電池システム 100は、制御器 101を備えている。この制御器 101は、燃料電池システム 100を構成する各構成要素の動作を適宜制御する。ここで、この制御器 101は、例えば、図 1では特に図示しないが、記憶部、計時部、中央演算処理装置 (CPU)等を備えている。尚、燃料電池システム 100の各構成要素の動作に係るプログラムは予め制御器 101の記憶部に記憶されており、この記憶部に記憶されているプログラムに基づいて、制御器 101が燃料電池システム 100の動作を適宜制御する。

[0054] 次に、本発明の実施の形態 1に係る燃料電池システム 100の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、以下の説明では、燃料電池システム 100の停止動作時又は起動動作時にお!、て、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la及びその周辺部に置換ガスとしての少なくとも炭素及び水素力構成される有機化合物を含む原料ガス (本実施の形態では、炭化水素ガスである天然ガス）が予め充填されているとする。この燃料電池 1等への原料ガスの充填は、図 1では特に図示しない原料供給装置から燃料電池 1等に向けて原料ガスが供給されることにより行われる。又、本実施の形態では、「起動動作時」とは「制御器 101から起動指令が出力されてから燃料電池 1の図 1では特に図示しない発電制御部により電流が燃料電池 1から取り出される迄」をいい、「停止動作時」とは「制御器 101から停止指令が出力されて力も燃料電池システム 100全体の動作が完全に停止する迄」をいう。

[0055] 燃料電池システム 100は、制御器 101の制御によって以下の動作を行う。

[0056] 先ず、図 1に示す燃料電池システム 100の発電運転を開始する際には、燃料電池 1の発電運転において必要となる水素を豊富に含む燃料ガスを生成するために、改質器 2を作動させる。具体的には、水素を生成するための原料となる天然ガスを、図 1では特に図示しない原料供給装置力改質器 2の改質部に供給する。又、水蒸気改質反応を進行させるための水蒸気を生成するために、水道等のインフラストラクチヤー力も改質器 2の改質部に水を供給する。又、改質器 2の改質部において水蒸気改質反応を進行させるために、改質部に設けられている改質触媒を燃焼バーナー 2 aにより加熱する。

[0057] 燃料電池システム 100の発電運転の開始当初では、改質器 2の改質部における改質触媒の温度は、燃焼バーナー 2aにより加熱されて緩やかに温度上昇するため、所定の温度にまで到達していない。そのため、改質部における水蒸気改質反応が好適に進行しないので、改質器 2から排出される燃料ガスには、大量の一酸化炭素が含まれている。そこで、本実施の形態では、燃料電池システム 100の発電運転の開始時、改質器 2の改質部における改質触媒の温度が所定の温度に到達しかつ良質の燃料ガスを生成可能となるまで (所定の運転条件を満足するまで）は、制御器 101により三方弁 8が制御されて第 1経路 R1と第 2経路 R2とが接続されると共に、開閉弁 7 bが閉状態とされて、第 1経路 R1及び第 2経路 R2及び第 3経路 R3により第 1の燃料ガス経路 Aが構成される。そして、この第 1の燃料ガス経路 Aに、改質器 2で生成された一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスが供給される。これにより、燃焼バーナー 2a に、第 1の燃料ガス経路 Aを介して、一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスが供給される。すると、燃焼バーナー 2aは、その供給される一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスを燃焼して、改質器 2の改質部における改質触媒を加熱する。そして、改質触媒の温度が、所定の温度にまで加熱される。尚、燃焼バーナー 2aにおいて燃焼された燃料ガスは、排燃焼ガスとして燃料電池システム 100の外部に排出される。

[0058] 又、この際、燃焼バーナー 2aにおいて一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスを燃焼させるために、燃焼ファン 2bにより燃焼バーナー 2aに空気が供給される。この燃焼ファン 2bによる燃焼バーナー 2aへの空気の供給量は、原料供給装置から改質器 2 に供給される天然ガス等の原料の供給量に応じて、適宜設定される。

[0059] 具体的に説明すると、燃料電池システム 100の発電運転の開始後、改質器 2では、理論的には、（1)式に示す化学反応によって天然ガスから水素が生成される。ここで、原料供給装置から改質器 2に供給される天然ガスの供給量を Q(LZ分)とすると、 ( 1)式に示す化学反応によれば、改質器 2から排出される水素の排出量は 4Q (LZ分 )となる。そこで、本実施の形態では、改質器 2から排出されて第 1の燃料ガス経路 A を介して 4Q (LZ分)の割合で燃焼バーナー 2aに供給される水素を完全燃焼させるために、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aに、（2)式に示す燃焼反応を進行させるベぐ 2Q (LZ分)の割合で酸素を供給する。この際、制御器 101は、燃焼バーナー 2aへの酸素の供給量が 2Q (LZ分）となるように、燃焼ファン 2bの回転数を制御する

[0060] CH + 2H 0→CO +4H · · · (1)

4 2 2 2

4H + 20→4H O · · · (2)

2 2 2

つまり、本実施の形態では、燃焼ファン 2bによる燃焼バーナー 2aへの空気の供給量を、改質器 2において理論的に生成される水素の生成量、即ち、原料供給装置から改質器 2の改質部への天然ガスの供給量を基準として設定する。これにより、燃焼バーナー 2aにおいて、一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスが燃焼される。そして、この燃焼バーナー 2aにおいて発生する熱により、改質器 2における改質部の改質触媒が加熱される。

[0061] その後の動作について、本発明をより具体的に説明するために、図 4を参照しながら詳細に説明する。

[0062] 図 4は、本発明の実施の形態 1に係る燃料電池システムの動作の一部を模式的に示す流れ図である。

[0063] 図 4に示すように、燃焼バーナー 2aにおける一酸ィ匕炭素を高濃度に含む燃料ガスの燃焼により発生する熱で改質器 2における改質部の改質触媒の温度が上昇すると、その改質触媒の温度が水蒸気改質反応に好適な所定の温度にまで到達したか否力が、制御器 101によって判定される (ステップ Sl)。ここで、改質触媒の温度は、例えば、改質触媒に埋設された温度センサにより検出される。この温度センサの出力信号は、制御器 101に入力される。そして、制御器 101において出力信号の解析が行われることにより、改質触媒の温度が認識される。尚、改質触媒の温度が所定の温度にまで到達していないと判定された場合 (ステップ S1で NO)、改質触媒の温度が所定の温度にまで到達したと判定されるまで、燃焼バーナー 2aによる改質触媒の加熱が継続される。

[0064] 一方、ステップ S1にお、て、改質触媒の温度が所定の温度にまで到達したと制御器 101が判定すると (ステップ S1で YES)、制御器 101は燃焼ファン 2bの風量を増カロさせるように制御する (ステップ S 2)。

[0065] 具体的に説明すると、後述するステップ S3の後に燃料電池 1の燃料ガス用流路 la 等力も排出されて燃焼バーナー 2aに供給される天然ガスの供給量は、改質器 2から燃料ガス用流路 laに向けて供給される燃料ガスの供給量に概ね等しい。例えば、上述した（1)式によれば、改質器 2に供給される天然ガスの供給量が Q (LZ分)の場合、改質器 2からは Q (LZ分)の二酸ィ匕炭素と 4Q (LZ分)の水素とが排出される。従つて、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la等力も燃焼バーナー 2aへは、 5Q (LZ分)の割合で天然ガスが供給されることになる。

[0066] ところで、 (3)式に示すように、 5Q (LZ分)の割合で供給される天然ガスを完全燃焼して、天然ガスを二酸ィ匕炭素及び水に変換するためには、燃焼バーナー 2aに向けて 10Q (LZ分)の割合で酸素を供給する必要がある。し力しながら、上述したように、燃料電池システム 100の発電運転の開始時は、燃焼バーナー 2aへの酸素の供給量は、改質器 2への天然ガスの供給量に応じて、 2Q (LZ分）とされている。そのため、燃焼バーナー 2aでは、供給される天然ガスの不完全燃焼が進行する。そして、この不完全燃焼により、燃料電池システム 100から一酸ィ匕炭素が排出されるようになる

[0067] 5CH + 10O→5CO + 10H O · · · (3)

4 2 2 2

そこで、本実施の形態では、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la等カゝら排出されて燃焼バーナー 2aに供給される天然ガスを完全燃焼させるために、ステップ S3として示す開閉弁 7b及び三方弁 8の制御による第 2の燃料ガス経路 Bの構成の前に、ステツプ S2として燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量を増加させる。ここで、この燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへ向けての空気の供給量の増加量は、本実施の形態では、（3)式に基づいて約 5倍としている。これにより、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの酸素の供給量が 10Q (LZ分）となるので、燃焼バーナー 2a では 5Q (LZ分)の割合で供給される天然ガスが概ね完全に燃焼され、燃料電池システム 100の外部への一酸ィ匕炭素の排出が抑制されるようになる。

[0068] ここで、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量の増加形態は、如何なる増加形態としてもよい。

[0069] 図 3は、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aに供給する空気の供給量の変化を模式的に示す模式図である。尚、図 3 (a)〜図 3 (c)において、縦軸は燃焼ファン 2bの風量を示しており、横軸は経過時間を示している。

[0070] 図 3に示すように、ステップ S2においては、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量の増加を、例えば、図 3 (a)に示す曲線 aの如く一段階で増加させてもよぐ又、図 3 (b)の曲線 bの如く段階的に増加させてもよい。又、図 3 (c)に示す曲線 cの如く緩やかに増加させてもよ!、。かかる図 3 (a)〜図 3 (c)の何れの増加形態によつても、燃焼バーナー 2aにおける天然ガスの不完全燃焼を効果的に抑制することが可會になる。

[0071] さて、ステップ S2において燃焼ファン 2bの風量が増加された後、制御器 101は、三方弁 8及び開閉弁 7bを制御して、第 1経路 R1と第 4経路 R4と燃料ガス用流路 laと第 5経路 R5と第 3経路 R3とによって第 2の燃料ガス経路 Bを構成する (ステップ S3)。この時、改質部における改質触媒の温度は水蒸気改質反応を好適に進行させることが可能な所定の温度にまで到達しているので、改質器 2からは一酸ィ匕炭素が十分に低減された燃料ガスが排出される。そして、改質器 2で生成された一酸ィ匕炭素が十分に低減された燃料ガスが、第 1経路 R1及び第 4経路 R4を介して、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la等に供給される。すると、改質器 2から燃料電池 1の燃料ガス用流路 la 等に燃料ガスが供給されることにより、予め燃料電池 1の燃料ガス用流路 la及びその周辺部に注入されている天然ガスが押し出される。この天然ガスは、第 5経路 R5及び第 3経路 R3を介して、燃焼バーナー 2aに供給される。

[0072] 燃焼バーナー 2aでは、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la等力押し出された天然ガスカ燃焼ファン 2bから供給される空気が用いられて燃焼される。この際、上述の如く天然ガスを完全燃焼させるために必要な量の酸素が燃焼ファン 2bによって供給されているので、燃焼バーナー 2aでは天然ガスが完全燃焼される。これにより、燃料電池システム 100の外部への一酸ィ匕炭素の排出が抑制される。

[0073] 燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量を増力！]させた後、燃料電池 1 の燃料ガス用流路 la等力天然ガスの全量が排出され、かつ燃焼バーナー 2aにおいてその全量の天然ガスが燃焼される所定の時間が経過したと制御器 101の計時部が判定すると (ステップ S4で YES)、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量が減少される (ステップ S5)。具体的には、例えば、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの酸素の供給量を 10Q (LZ分)から 2Q (LZ分）とするよう増加前の空気供給量に戻すベぐ制御器 101が燃焼ファン 2bの回転数を制御する。尚、このステップ S5以降、燃焼バーナー 2aは、燃料電池 1の燃料ガス用流路 laから排出されるオフガスを燃焼する。これにより、改質器 2の改質部における改質触媒の温度が、水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度に維持される。

[0074] 尚、上記ステップ S3以降、改質器 2から燃料電池 1に燃料ガスが供給されると、燃料電池 1は以下の如く発電動作を開始する。

[0075] 即ち、改質器 2から燃料電池 1の燃料ガス用流路 laに一酸ィ匕炭素の濃度が十分に低減された燃料ガスが供給されると共に、ブロア一 3から燃料電池 1の酸化剤ガス用流路 lbに空気が供給されると、燃料電池 1では、そのアノード側及び力ソード側に供給される燃料ガス及び空気が用いられて、所定の電力を出力するべく発電が行われる。尚、発電に用いられな力つたオフガスは、燃料電池 1の燃料ガス用流路 laから排出された後、第 5経路 R5及び第 3経路 R3を介して燃焼バーナー 2aに供給される。そして、この燃焼バーナー 2aにおいて、水蒸気改質反応を進行させるために燃焼される。又、燃料電池 1の酸化剤ガス用流路 lbから排出される排空気は、燃料電池システム 100の外部に排出される。

[0076] 又、この発電運転の際、燃料電池 1は、発電のための電気化学反応によって発熱する。この燃料電池 1で発生する熱は、冷却水がポンプ 6aにより燃料電池 1の内部に形成されている図 1では特に図示しない冷却水用流路に循環されることにより、逐次回収される。そして、このポンプ 6aにより循環される冷却水によって回収された熱は、熱交^^ 4において、貯湯タンク 5からポンプ 6bによって循環される水の加熱のために利用される。

[0077] 尚、本実施の形態では、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la及びその周辺部に予め天然ガスが充填されている形態について説明したが、かかる形態に限定されることはない。例えば、燃料電池 1の燃料ガス用流路 la等に予め LPG等の炭化水素ガスが充填されていてもよい。このように、本発明では、燃料電池 1の内部に充填される炭化水素ガスの種類に応じて、所定の期間、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの酸素の供給量を増加させる点を特徴事項として!ヽる。

[0078] 又、本実施の形態では、第 2の燃料ガス経路 Bを構成する前に燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量を増加させる形態について説明したが、かかる形態に限定されることはなぐ第 2の燃料ガス経路 Bを構成した後に燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量を増加させる形態としてもょ、。かかる構成としても、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。但し、この場合には、燃料電池 1等カゝら押し出された天然ガスが第 5経路 R5及び第 3経路 R3を介して燃焼バーナー 2aに供給される前に、燃焼ファン 2bから燃焼バーナー 2aへの空気の供給量を増加させる。

[0079] 又、本実施の形態では、図 4に示すステップ S1にお、て改質触媒の温度を検知する形態について説明したが、かかる形態に限定されることはなぐ改質器 2を構成する改質部及び変成部及び浄化部の少なくとも何れかの構成要素の運転温度を検知する形態としてもよい。力かる構成としても、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

[0080] 更に、本実施の形態では、燃料電池システム 100が固体高分子電解質型燃料電池を燃料電池 1として備える形態について説明しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料電池システム 100がリン酸型燃料電池やアルカリ型燃料電池等を燃料電池 1として備える形態としてもよい。カゝかる構成としても、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

[0081] (実施の形態 2)

図 2は、本発明の実施の形態 2に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図 2においても、燃料電池システムを構成する各構成要素の間の実線は水や燃料ガス又は酸化剤ガス等が流れる経路を示しており、それらの実線上に記される矢印は、水や燃料ガス又は酸化剤ガス等の通常運転時における流動方向を示している。又、図 2においても、本発明を説明するために必要な構成要素のみを示しており、それ以外の構成要素については図示を省略している。又、図 2において、実施の形態 1で示した燃料電池システム 100の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付している。

[0082] 図 2に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム 200は、実施の形態 1で示した燃料電池システム 100の構成と概ね同一の構成を備えている。しかし、本実施の形態に係る燃料電池システム 200の構成は、 COセンサ 9を備えている点で、実施の形態 1で示す燃料電池システム 100の構成とは異なっている。尚、その他の点については、実施の形態 1で示す燃料電池システム 100の構成と同様である。

[0083] 上述したように、本実施の形態に係る燃料電池システム 200は、 COセンサ 9を備えている。この COセンサ 9は、燃焼バーナー 2aから排出される排燃焼ガス中の一酸ィ匕炭素の濃度変化を電気信号の変化として制御器 101に出力する。制御器 101は、 C Oセンサ 9から出力される電気信号を解析することにより、例えば、排燃焼ガスに含まれる一酸化炭素の濃度変化を認識する。そして、本実施の形態では、図 4のステップ S4で示した「所定の時間」に代えて、燃焼バーナー 2aから排出される排燃焼ガス中の一酸ィ匕炭素の濃度が「所定の閾値濃度」以下になったことが制御器 101により確認された場合に、燃焼ファン 2bの風量を減少させる。具体的に説明すると、燃焼バーナー 2aにおいて、燃料電池 1の燃料ガス用流路 1 a及びその周辺部に充填されて V、た天然ガスが燃焼される場合、 (3)式に示すように二酸ィ匕炭素及び水が主たる生成物として生成される一方で、不完全燃焼により微量の一酸ィ匕炭素が発生する場合がある。そこで、本実施の形態では、 COセンサ 9によって検出される排燃焼ガス中の一酸化炭素の濃度が、例えば、 lOOppm力も所定の閾値濃度としての 30ppm以下になった時、図 4のステップ S5として燃焼ファン 2bの風量を減少させることとして、る。カゝかる構成によれば、排燃焼ガス中に含まれる一酸ィ匕炭素の濃度が所定の閾値濃度以下となり、置換ガスとしての天然ガスの燃焼が完全に終了したことが確認された後、燃焼ファン 2bの風量を減少することができる。

[0084] 又は、本実施の形態に係る燃料電池システム 200では、 COセンサ 9が燃焼パーナ一 2aから排出される排燃焼ガス中の一酸ィ匕炭素の濃度変化を電気信号の変化として制御器 101に出力する場合、制御器 101が、 COセンサ 9から出力される電気信号の出力値 (例えば、電圧値)を認識する。そして、図 4のステップ S4で示した「所定の時間」に代えて、燃焼バーナー 2aから排出される排燃焼ガス中の一酸ィ匕炭素の濃度に対応する COセンサ 9からの出力値が「所定の出力値」以下になったことが制御器 1 01により確認された場合に、燃焼ファン 2bの風量を減少させる。このような構成とすると、制御器 101において燃焼バーナー 2aから排出される排燃焼ガス中の一酸ィ匕炭素の濃度を演算する必要がなくなるので、制御器 101の記憶部に予め記憶させるプログラムを簡略ィ匕することができる。

[0085] 尚、その他の点については、実施の形態 1の場合と同様である。

[0086] 以上、本発明によれば、置換ガスとしての天然ガスを燃焼バーナー 2aで燃焼する際、燃焼バーナー 2aへの酸素の供給量を増加させるので、天然ガスを燃焼する際の一酸ィ匕炭素の発生を抑制することができる。これにより、発電運転の開始時における一酸ィ匕炭素の排出を簡易な構成により効果的に抑制する、生態系への悪影響が低減された環境に優しい燃料電池システムを提供することが可能になる。

[0087] 尚、燃焼ファン 2bの風量を減少させる力否かの判断基準に関しては、実施の形態 1では「所定の時間」を判断基準としており、実施の形態 2では「所定の閾値濃度」又は「所定の出力値」を判断基準としているが、何れかの判断基準のみを用いる必要はなぐこれらの両方を判断基準として用いる形態としてもよい。つまり、図 4において、ステップ S4として所定の時間が経過したことが制御器 101により認識され、かつ CO センサ 9により検出される一酸ィ匕炭素の濃度が所定の閾値濃度以下 (又は、 COセンサ 9の出力値が所定の出力値以下）となった場合に、図 4のステップ S5に進む形態としてもよい。力かる構成としても、実施の形態 1及び 2の場合と同様の効果を得ることができる。

産業上の利用可能性

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、発電運転の開始時における一酸ィ匕炭素の排出を簡易な構成により効果的に抑制する、生態系への悪影響が低減された環境に優しい燃料電池システムとして産業上利用することが可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、

前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスを改質反応により原料ガスを改質して生成する燃料ガス生成部と、

前記燃料ガス生成部で前記改質反応を進行させるための熱エネルギーを前記燃料ガス及び前記原料ガスの少なくとも何れかを燃焼して生成する燃焼部と、前記燃焼部に前記燃焼のための空気を供給する空気供給部と、

前記燃料ガス生成部カゝら前記燃料電池に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス経路と、

前記燃料電池カゝら前記燃焼部に発電に用いられなカゝつた余剰の燃料ガスを供給するためのオフガス経路と、

前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスの供給先が前記燃料電池力ゝら前記燃焼部に変更されるよう前記燃料ガス経路と前記オフガス経路とを接続するためのバイパス経路と、

前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスの供給先を前記燃料電池と前記バイパス経路との間で切り替えるための切替弁と、

制御部とを備え、

前記制御部が前記切替弁を制御して前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスを前記バイパス経路に替えて前記燃料電池に供給する前に前記燃料電池の内部が前記原料ガスにより充填されている燃料電池システムであって、

前記制御部が、前記切替弁を制御して前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスを前記バイパス経路に替えて前記燃料電池に供給する際、前記空気供給部力も前記燃焼部への空気の供給量を増カロさせるよう制御する、燃料電池システム。

[2] 前記原料ガスが炭化水素ガスである、請求項 1記載の燃料電池システム。

[3] 前記燃料電池に前記原料ガスを供給可能な原料供給部を備え、

前記制御部が、停止動作時又は起動動作時に、前記原料供給部から前記燃料電池に前記原料ガスを供給することにより前記燃料電池の内部が前記原料ガスにより充填されるよう制御する、請求項 1記載の燃料電池システム。

[4] 前記制御部が、前記燃料ガス生成部が所定の運転条件を満足するまでは前記切替弁により前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスが前記バイパス経路を介して前記燃焼部に供給されるよう制御し、

前記所定の運転条件を満足した場合には、前記切替弁により前記燃料ガス生成部で生成された前記燃料ガスを前記バイパス経路に替えて前記燃料電池に供給すると共に、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させるよう制御する、請求項 1記載の燃料電池システム。

[5] 前記制御部が、前記切替弁により前記バイパス経路を遮断して前記燃料ガス生成部から前記燃料電池に前記燃料ガスを供給可能とする前に、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させるよう制御する、請求項 1記載の燃料電池システム。

[6] 前記制御部が、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させた後、所定時間の経過を以て前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を減少させるよう制御する、請求項 1記載の燃料電池システム。

[7] 前記燃焼部力排出される排ガス中の一酸ィ匕炭素を検出する CO検出部を更に備え、

前記制御部が、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を増加させた後、前記 CO検出部の出力値の所定値以下への低下又は前記 CO検出部の出力値に基づく前記一酸化炭素の濃度の所定濃度以下への低下を以て前記空気供給部力前記燃焼部への空気の供給量を減少させるよう制御する、請求項 1記載の燃料電池システム。

[8] 前記制御部が、前記空気供給部から前記燃焼部への空気の供給量を、 1以上のステツプを含むよう段階的に、又は、連続的に増加させるよう制御する、請求項 1記載の燃料電池システム。