(57)【要約】【課題】簡便な構成でメータの誤作動を回避することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１は、原料ガスｍ１を改質して水素を主成分とする改質ガスｇを生成する改質部２５と、燃料電池３０と、原料ガスｍ２を導入して燃焼させる燃焼部２３と、改質部２５及び燃焼部２３に導入される原料ガスｍの流量の変動を検出するメータ１５と、制御装置３６とを備える。メータ１５は、原料ガスｍの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずる。制御装置３６は、燃料電池３０の継続した運転時間（又は共通遮断弁６７若しくは改質部用遮断弁６５の開時間）が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い所定の時間が経過したときに、燃焼部２３に供給する原料ガスｍ２の流量を前記所定の範囲を超えて変動させる。【選択図】図１
2010267575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを導入し、改質して、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と；
前記改質ガスと酸素含有ガスとを導入して発電し発熱する燃料電池と；
前記原料ガスを導入して燃焼させる燃焼部と；
前記改質部及び前記燃焼部に導入される前記原料ガスの流量の変動を検出するメータであって、前記原料ガスの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずるメータと；
前記燃料電池の継続した運転時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第２の所定の時間が経過したときに、前記燃焼部に供給する前記原料ガスの流量を前記所定の範囲を超えて変動させる制御装置とを備える；
燃料電池システム。
【請求項２】
原料ガスを導入し、改質して、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と；
前記改質ガスと酸素含有ガスとを導入して発電し発熱する燃料電池と；
前記原料ガスを導入して燃焼させる燃焼部と；
前記改質部及び前記燃焼部に導入される前記原料ガスの流量の変動を検出するメータであって、前記原料ガスの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずるメータと；
前記改質部及び前記燃焼部の双方に向けて前記原料ガスを導く共通流路に設けられた共通遮断弁であって、前記改質ガスの生成を停止したときに前記共通流路を遮断する共通遮断弁と；
前記共通遮断弁が継続して開となっている時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第３の所定の時間が経過したときに、前記燃焼部に供給する前記原料ガスの流量を前記所定の範囲を超えて変動させる制御装置とを備える；
燃料電池システム。
【請求項３】
原料ガスを導入し、改質して、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と；
前記改質ガスと酸素含有ガスとを導入して発電し発熱する燃料電池と；
前記原料ガスを導入して燃焼させる燃焼部と；
前記改質部及び前記燃焼部に導入される前記原料ガスの流量の変動を検出するメータであって、前記原料ガスの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずるメータと；
前記原料ガスを前記燃焼部には導かずに前記改質部に導く改質部用流路に設けられた改質部用遮断弁であって、前記改質ガスの生成を停止したときに前記改質部用流路を遮断する改質部用遮断弁と；
前記改質部用遮断弁が継続して開となっている時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第４の所定の時間が経過したときに、前記燃焼部に供給する前記原料ガスの流量を前記所定の範囲を超えて変動させる制御装置とを備える；
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、特に簡便な構成でメータの誤作動を回避することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年普及が期待されている燃料電池は、水素と酸素とを導入してこれらの電気化学的反応により発電する装置である。燃料電池は発電に水素を必要とするが、水素自体を供給するインフラが普及していないことから入手が比較的困難であるため、都市ガスや灯油等の炭化水素系の原料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器を燃料電池に併設した燃料電池システムを構築することが多い。改質ガスの原料として都市ガスを利用する場合、都市ガスの供給を受けるサイトへのガス引込み管に接続された大本の管に、ガスの流量や使用時間が異常の場合にガスの流路を遮断するマイコンメータが設置される。
【０００３】
上記のマイコンメータの機能の１つに、長い時間一定量のガスが流れている場合にガス漏れがあったと推定してガス流路を遮断するものがある。この機能は、例えば燃料電池に上記長い時間に相当する時間安定した負荷があるために、一定流量のガスが改質器に異常なく供給されている場合においても、マイコンメータはガス漏れがあったと推定してガス流路を遮断してしまう誤作動が起こりうる。このような不都合を回避する技術を用いたものとして、ガス燃焼部におけるガス燃焼量が一定変動範囲を超えて変化したか否かを監視する燃焼量変化監視手段と、燃焼量変化監視手段が第１の設定時間より小さい第２の設定時間にわたって継続してガス燃焼量が一定変動範囲を超えて変化しなかったことを検知したときにガス燃焼部におけるガス燃焼量を強制的に変化させる制御を行うガス燃焼量強制変化制御手段とを備えるガス燃焼機器がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４８１５３号公報（段落０００２−段落０００７等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のガス燃焼機器は、燃焼量変化監視手段がガス燃焼部におけるガス燃焼量を監視しているため、監視負担が大きく、装置構成が複雑になりがちであった。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑み、簡便な構成でメータの誤作動を回避することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、原料ガスｍ１を導入し、改質して、水素を主成分とする改質ガスｇを生成する改質部２５と；改質ガスｇと酸素含有ガスｔとを導入して発電し発熱する燃料電池３０と；原料ガスｍ２を導入して燃焼させる燃焼部２３と；改質部２５及び燃焼部２３に導入される原料ガスｍの流量の変動を検出するメータ１５であって、原料ガスｍの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずるメータ１５と；燃料電池３０の継続した運転時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第２の所定の時間が経過したときに、燃焼部２３に供給する原料ガスｍ２の流量を前記所定の範囲を超えて変動させる制御装置３６とを備える。
【０００８】
このように構成すると、燃料電池の継続した運転時間が基準時から起算して第１の所定の時間よりも短い第２の所定の時間が経過したときに燃焼部に供給する原料ガスの流量を所定の範囲を超えて変動させるので、原料ガス流量の変動を検出することなくメータの誤作動を回避することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、原料ガスｍ１を導入し、改質して、水素を主成分とする改質ガスｇを生成する改質部２５と；改質ガスｇと酸素含有ガスｔとを導入して発電し発熱する燃料電池３０と；原料ガスｍ２を導入して燃焼させる燃焼部２３と；改質部２５及び燃焼部２３に導入される原料ガスｍの流量の変動を検出するメータ１５であって、原料ガスｍの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずるメータ１５と；改質部２５及び燃焼部２３の双方に向けて原料ガスｍを導く共通流路５７に設けられた共通遮断弁６７であって、改質ガスｇの生成を停止したときに共通流路５７を遮断する共通遮断弁６７と；共通遮断弁６７が継続して開となっている時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第３の所定の時間が経過したときに、燃焼部２３に供給する原料ガスｍ２の流量を前記所定の範囲を超えて変動させる制御装置３６とを備える。
【００１０】
このように構成すると、共通遮断弁が継続して開となっている時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第３の所定の時間が経過したときに燃焼部に供給する原料ガスの流量を所定の範囲を超えて変動させるので、原料ガス流量の変動を検出することなくメータの誤作動を回避することができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、原料ガスｍ１を導入し、改質して、水素を主成分とする改質ガスｇを生成する改質部２５と；改質ガスｇと酸素含有ガスｔとを導入して発電し発熱する燃料電池３０と；原料ガスｍ２を導入して燃焼させる燃焼部２３と；改質部２５及び燃焼部２３に導入される原料ガスｍの流量の変動を検出するメータ１５であって、原料ガスｍの流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置を講ずるメータ１５と；原料ガスｍ１を燃焼部２３には導かずに改質部２５に導く改質部用流路５５に設けられた改質部用遮断弁６５であって、改質ガスｇの生成を停止したときに改質部用流路５５を遮断する改質部用遮断弁６５と；改質部用遮断弁６５が継続して開となっている時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第４の所定の時間が経過したときに、燃焼部２３に供給する原料ガスｍ２の流量を前記所定の範囲を超えて変動させる制御装置３６とを備える。
【００１２】
このように構成すると、改質部用遮断弁が継続して開となっている時間が、基準時から起算して前記第１の所定の時間よりも短い第４の所定の時間が経過したときに燃焼部に供給する原料ガスの流量を所定の範囲を超えて変動させるので、原料ガス流量の変動を検出することなくメータの誤作動を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、原料ガスの流量の変動が継続して所定の範囲内にあるときにメータが安全措置を講ずる時間である第１の所定の時間よりも短い所定の時間が経過したときに、燃焼部に供給する原料ガスの流量を所定の範囲を超えて変動させるので、原料ガス流量の変動を検出することなくメータの誤作動を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおけるメータの誤作動を回避する制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１６】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１を説明する。図１は、燃料電池システム１の模式的系統図である。燃料電池システム１は、水素を主成分とする改質ガスｇを生成する改質部２５と改質ガスｇを生成する際に用いられる改質熱を発生させる燃焼部としての加熱部２３とを有する改質器２０と、水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池３０と、改質部２５及び加熱部２３に導入される原料ガスｍの流量の変動を検出することができるメータ１５と、燃料電池システム１を制御する制御装置３６とを備えている。メータ１５は、典型的には、ガス事業者から需要家にガスを供給する引込み管（又はガスボンベ）に接続されていて分岐されていない大本の管（共通流路を形成する管であり、本実施の形態では「共通ガス管５７」という）に設けられている。以下では、説明の便宜上、原料ガスを用途に応じて区別するために、共通ガス管５７を流れるものを「共通ガスｍ」と呼称し、共通ガス管５７から分岐して改質部２５に導かれるものを「改質用ガスｍ１」と、加熱部２３に導かれるものを「燃焼用燃料ｍ２」と呼称するが、いずれも同じ成分の原料ガスである。
【００１７】
改質器２０は、上述のように、改質用ガスｍ１とプロセス水（不図示）とを導入し水蒸気改質反応により水素に富む改質ガスｇを生成する改質部２５と、改質用ガスｍ１の水蒸気改質反応に用いる改質熱を発生する加熱部２３とを備えている。改質用ガスｍ１は、典型的には、メタン、エタン等の鎖式炭化水素（天然ガスも含む）、あるいはメタノール、石油製品（灯油、ガソリン、ナフサ、ＬＰＧ等）等の炭化水素を主成分とする混合物等の炭化水素系の燃料であり、加熱用の燃焼に適するものが用いられる。改質部２５に導入するプロセス水（不図示）は水蒸気であってもよい。また、水素に富む改質ガスｇとは、水素を主成分とするガスであり、水素を４０体積％以上、典型的には７０〜８０体積％程度含んだ、燃料電池３０に供給するガスである。改質ガスｇ中の水素濃度は８０体積％以上でもよく、すなわち燃料電池３０に供給したときに酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。
【００１８】
改質部２５には、改質触媒が充填されており、水蒸気改質反応を促進させるように構成されている。改質触媒としては、典型的には、ニッケル系改質触媒やルテニウム系改質触媒が用いられる。改質触媒の作用により改質用ガスｍ１が改質され、生成された水素に富むガスに所定量以上の一酸化炭素が含まれていると、燃料電池３０の電極触媒が被毒する。そのため、改質部２５は、変成触媒が充填された変成部（不図示）、及び選択酸化触媒が充填された選択酸化部（不図示）を有し、改質器２０から導出される改質ガスｇ中の一酸化炭素濃度が約１０体積ｐｐｍ以下、好適には１体積ｐｐｍ程度となるようにするのが好ましい。変成触媒には、典型的には、鉄−クロム系変成触媒、銅−亜鉛系変成触媒、白金系変成触媒等が用いられる。選択酸化触媒には、典型的には、白金系選択酸化触媒、ルテニウム系選択酸化触媒、白金−ルテニウム系選択酸化触媒等が用いられる。なお、改質触媒における反応は吸熱反応であるが、変成触媒を有する変成部及び選択酸化触媒を有する選択酸化部における反応は発熱反応となる。
【００１９】
改質部２５には、改質用ガスｍ１を導入するための改質部用流路を形成する原料管５５と、プロセス水（不図示）を導入するためのプロセス水管（不図示）とが接続されている。原料管５５は、共通ガス管５７から分岐した管である。原料管５５を流れる改質用ガスｍ１は、典型的にはすべて改質部２５に導入されるようになっている。プロセス水管（不図示）は、改質部２５直近の原料管５５に接続されていると、改質用ガスｍ１とプロセス水（不図示）とが混合された状態で改質部２５に導入されて好適である。しかしながら、プロセス水管（不図示）が改質部２５に直接接続されていてもよい。原料管５５には、改質用ガスｍ１の流路を遮断可能な改質部用遮断弁としての改質原料弁６５が設けられている。また、改質部２５（改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる部位を有する場合は当該部位）には改質ガスｇを導出する改質ガス管５１が接続されている。さらに改質部２５には、温度を検出する温度検出器（不図示）が設けられている。
【００２０】
加熱部２３は、改質部２５の改質触媒が設けられている位置に隣接するように、改質器２０内に配設されており、改質熱を発生するための装置として、バーナー（不図示）が設けられている。加熱部２３は、炭化水素系燃料である燃焼用燃料ｍ２、並びに水素含有ガスであるアノードオフガスｐ及び改質ガスｇを導入すると共に、燃焼用空気ａを導入し、バーナー（不図示）でこれらを燃焼させて水蒸気改質反応に用いる改質熱を得ることができるように構成されている。加熱部２３は、燃料電池システム１の状態に応じて、燃焼用燃料ｍ２、アノードオフガスｐ、改質ガスｇのいずれか１種類あるいは２種類以上を導入して燃焼させる。アノードオフガスｐの成分は、典型的には、約半分が水素、残りの半分に二酸化炭素、窒素、原料あるいはその化合物（例えばメタン等）が含まれている。共通ガス管５７には、メータ１５と、共通ガスｍを送るガスブロワ２８と、共通ガスｍの流路を遮断可能な共通遮断弁としての共通原料弁６７とが、共通ガスｍの流れ方向上流から下流に向かってこの順で配設されている。ガスブロワ２８は、典型的にはインバータにより回転数（ｒｐｍ）を調節することができ、これにより共通ガスｍの流量を増減することができるように構成されている。
【００２１】
メータ１５は、典型的にはマイコンメータであり、内部を流れる流体の流量の変動が第１の所定の時間にわたって所定の範囲内にあるときに安全措置として安全装置が作動するように構成されている。本実施の形態におけるメータ１５は、第１の所定の時間よりも短いスパンの一定の期間に区切って流体の流量を平均し、前後する一定の期間ごとの流量を比較して、第１の所定の時間内に、前後する一定の期間の流量の変動が所定の変動幅を超えないときに、流体の漏洩があったと推定して安全装置を作動するように構成されている。本実施の形態における、第１の所定の時間は例えば数時間〜十数時間程度、一定の期間は例えば数秒〜十数秒程度である。また、安全装置が作動することは、警報を発報する、流体の流れを弁で強制的に遮断する等である。
【００２２】
加熱部２３には、アノードオフガスｐ及び改質ガスｇを導入可能なアノードオフガス管５２と、燃焼用燃料ｍ２を導入する燃焼燃料管５６と、燃焼用空気ａを導入する燃焼空気管５８とが接続されている。燃焼燃料管５６には、燃焼用燃料ｍ２の流路を遮断可能な燃焼燃料弁６６が設けられている。また、加熱部２３には、バーナー（不図示）で燃焼した後の排ガスｅを排出する排ガス管５９が接続されている。
【００２３】
燃料電池３０は、典型的には固体高分子形燃料電池である。燃料電池３０は、改質ガスｇを導入するアノード３１と、酸素含有ガスとしての酸化剤ガスｔを導入するカソード３２と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部３３とを含んで構成されている。カソード３２に導入される酸化剤ガスｔは、典型的には空気である。燃料電池３０は、図では簡易的に示されているが、実際には、固体高分子膜をアノード３１とカソード３２とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部３３を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池３０では、アノード３１に供給された改質ガスｇ中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過してカソード３２に移動すると共に電子がアノード３１とカソード３２とを結ぶ導線を通ってカソード３２に移動して、カソード３２に供給された酸化剤ガスｔ中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応で、電子が導線を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。
【００２４】
アノード３１と改質部２５とは、改質ガス管５１を介して接続されている。改質ガス管５１には改質ガス弁６１が設けられている。また、アノード３１と加熱部２３とは、アノードオフガス管５２を介して接続され、燃料電池３０での電気化学的反応に利用されなかった水素を含むアノードオフガスｐを加熱部２３に導入することができるようになっている。アノードオフガス管５２には、アノードオフガス弁６２が配設されている。また、改質ガス弁６１の上流側の改質ガス管５１と、アノードオフガス弁６２よりも下流のアノードオフガス管５２とが、バイパス管５３で接続されている。バイパス管５３にはバイパス弁６３が設けられている。カソード３２には、酸化剤ガスｔを導入する酸化剤ガス管５４と、燃料電池３０での電気化学的反応に利用されなかった酸素を含むカソードオフガスｑを排出するカソードオフガス管５４Ｑとが接続されている。酸化剤ガス管５４は、空気管５４Ａから分岐した管の１つであり、空気管５４Ａから分岐した他の１つは燃焼空気管５８である。空気管５４Ａには、カソード３２に酸化剤ガスｔを送ると共に加熱部２３に燃焼用空気ａを送る空気ブロワ２９が配設されている。空気ブロワ２９は、典型的にはインバータにより回転数（ｒｐｍ）を調節することができ、これにより燃焼用空気ａや酸化剤ガスｔの流量を増減することができるように構成されている。酸化剤ガス管５４には、酸化剤ガス遮断弁６４が設けられている。また、酸化剤ガス管５４には、典型的には、酸化剤ガスｔを加湿する加湿器（不図示）が配設される。
【００２５】
燃料電池３０の冷却部３３の冷却水導入口には冷却水管７５が、冷却水導出口には冷却水管７４が、それぞれ接続されている。冷却水管７４、７５により、燃料電池３０から導出された媒体水としての冷却水ｃが熱交換器（不図示）を通過し、熱交換器（不図示）を通過して温度が下がった冷却水ｃが燃料電池３０に導入されるように循環流路が形成されている。冷却水管７５には内部を流れる冷却水ｃを循環させる冷却水ポンプ７３が配置されている。冷却水ポンプ７３は、典型的にはインバータにより回転数（ｒｐｍ）を調整し、燃料電池３０の発熱量に応じて冷却水ｃの流量を調整することができるように構成されている。
【００２６】
制御装置３６は、燃料電池システム１の運転を制御する。制御装置３６は、ガスブロワ２８及び空気ブロワ２９に信号を送信して発停を制御すると共に、ガスブロワ２８及び空気ブロワ２９から吐出される流体の流量を制御する。また、制御装置３６は、冷却水ポンプ７３に信号を送信して発停を制御すると共に、冷却水ポンプ７３から吐出される流体の流量を制御する。なお、各ブロワ２８、２９及び冷却水ポンプ７３に信号を送信することには、これらに送電する動力盤（不図示）に信号を送信することも含む。また、制御装置３６は、各弁６１〜６７とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、開閉信号を送信して弁の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御装置３６は、メータ１５から信号を受信して、安全装置を作動させることができるように構成されている。また、制御装置３６は、改質部２５の温度を検出する温度検出器（不図示）と信号ケーブルで接続されており、温度信号を受信することができるように構成されている。
【００２７】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１の作用を説明する。停止している燃料電池システム１の運転を開始するには、ガスブロワ２８を起動して加熱部２３に燃焼用燃料ｍ２を供給すると共に空気ブロワ２９を起動して加熱部２３に燃焼用空気ａを供給する。このとき、共通原料弁６７及び燃焼燃料弁６６は開、その他の弁６１〜６５は閉となっている。加熱部２３で燃焼用燃料ｍ２が燃焼して改質熱が発生し、改質部２５が昇温したら、改質原料弁６５を開にして改質用ガスｍ１を改質部２５に導入する。改質部２５の温度は温度検出器（不図示）で検出する。改質部２５にはプロセス水（不図示）も導入され、加熱部２３から改質熱を得て改質用ガスｍ１が水蒸気改質反応を起こし、改質ガスｇが生成される。改質器２０では、上述のように改質ガスｇが生成されるが、運転開始当初は改質ガスｇの組成が安定していないため、改質ガス弁６１及びアノードオフガス弁６２を閉にし、バイパス弁６３を開にして、組成が安定していない改質ガスｇを燃料電池３０に供給せずに加熱部２３に導いて燃焼させる。このとき、加熱部２３に導入した組成が安定していない改質ガスｇを主として燃焼させ、不足分の燃焼用燃料ｍ２を燃焼燃料弁６６の開度を調節して加熱部２３に導入する。組成が安定していない改質ガスｇで足りる場合は燃焼燃料弁６６を閉とする。本実施の形態では、燃焼燃料弁６６を閉にすることとする。
【００２８】
改質器２０で生成される改質ガスｇの組成が安定し、改質ガスｇ中の一酸化炭素濃度が所定の値まで低減するようになると、制御装置３６が改質ガス弁６１及びアノードオフガス弁６２を開に、バイパス弁６３を閉にして、改質ガスｇが燃料電池３０に導入されるようにする。これにより、燃料電池３０のアノード３１に改質ガスｇが導入される。他方、制御装置３６は、酸化剤ガス遮断弁６４を開にし、これによって燃料電池３０のカソード３２に酸化剤ガスｔが導入される。アノード３１に改質ガスｇが導入され、カソード３２に酸化剤ガスｔが導入されると、燃料電池３０では改質ガスｇ中の水素と酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電が行われる。燃料電池３０で発電された電力は直流電力であるため、パワーコンディショナー（不図示）にて交流電力に変換された後に電力需要（不図示）に供給される。制御装置３６は、典型的には電力需要（不図示）における消費電力よりも所定の容量（例えば１００ｗ）だけ少ない電力を燃料電池３０で発電するように、ガスブロワ２８及び空気ブロワ２９の回転数を調節して、燃料電池３０に導入される改質ガスｇ及び酸化剤ガスｔの流量を制御する。電力需要（不図示）が燃料電池３０から電力の供給を受けてなお不足する電力は、商用電源から供給を受けることで補われる。燃料電池３０は、その性質上、電力需要の急峻な変動に追従することが困難であるため、電力需要（不図示）における消費電力よりも所定の容量だけ少ない電力を発電することにより、燃料電池３０で発電した電力が商用電源系統に逆潮流することを防いでいる。
【００２９】
燃料電池３０の作動中、アノード３１からはアノードオフガスｐが排出される。排出されたアノードオフガスｐは、アノードオフガス管５２を介して改質器２０の加熱部２３に導かれて燃焼される。加熱部２３におけるアノードオフガスｐの燃焼により、改質部２５における改質に用いる改質熱を発生させることができる。加熱部２３へ導入されるアノードオフガスｐの燃焼だけでは発生する改質熱が不足する場合は、燃焼燃料弁６６の開度を調節して燃焼用燃料ｍ２を加熱部２３に導入する。加熱部２３における燃焼によって生じた排ガスｅは、排ガス管５９を介して系外に排出される。他方、カソード３２からはカソードオフガスｑが排出され、カソードオフガス管５４Ｑを介して系外に排出される。
【００３０】
燃料電池３０は、発電が行われるのに伴い熱が発生する。制御装置３６は、改質ガスｇ及び酸化剤ガスｔが燃料電池３０に導入されたら、冷却水ポンプ７３を起動する。冷却水ポンプ７３が起動されることにより冷却水ｃが冷却水管７４、７５を循環する。これにより、燃料電池３０の冷却部３３に導入された冷却水ｃは燃料電池３０から熱を奪って温度が上昇し、他方、燃料電池３０は冷やされる。燃料電池３０は、冷却水ｃで冷却されることにより発電に適した温度（典型的には６０℃〜８０℃）に維持される。燃料電池３０の熱を奪って温度が上昇した冷却水ｃは、熱交換器（不図示）において燃料電池３０を冷却可能な程度に温度が低下する。温度が低下した冷却水ｃは、再び冷却部３３に導入されて燃料電池３０で発生した熱を奪う、というように冷却水管７４、７５を循環する。
【００３１】
電力負荷（不図示）の消費電力が燃料電池３０の最低発電電力（例えば３００ｗ）を下回ると、制御装置３６は、燃料電池３０への改質ガスｇ及び酸化剤ガスｔの導入を停止させて燃料電池３０が発電を行わないようにする。燃料電池３０の発電を停止する際は、空気ブロワ２９を停止して酸化剤ガス遮断弁６４を閉じると共に、アノードオフガス弁６２を閉にする。なお、バイパス弁６３は、改質ガスｇをアノード３１に供給する際から閉じられたままである。そして、アノードオフガス弁６２を閉にした後に改質ガス弁６１を閉にする。これにより、アノード３１の内部に改質ガスｇが封入される。その後、ガスブロワ２８を停止すると共に改質ガス弁６１を閉にして、改質部２５への改質用ガスｍ１の供給を停止する。これにより、改質部２５の内部が改質用ガスｍ１やこれが水蒸気改質されたガス等で封入される。また、改質ガス弁６１が閉になるのと同時に、共通原料弁６７も閉となる。改質ガス弁６１及び共通原料弁６７が閉となることにより改質ガスｇの生成が停止される。また、制御装置３６は、冷却水ポンプ７３を停止して、冷却水管７４、７５中の冷却水ｃの循環を停止させる。
【００３２】
上述のように作用する燃料電池システム１は、燃料電池３０の運転中、メータ１５の安全装置が作動する第１の所定の時間にわたって相当の電力負荷があり、燃料電池３０が第１の所定の時間継続して一定の出力（例えば定格出力）で運転している場合に、改質部２５に一定流量の改質用ガスｍ１が供給されることとなる。この際、メータ１５を通過する共通ガスｍの流量も所定の変動幅を超えない程度に一定であると、異常なく燃料電池システム１が運転されているときでもメータ１５が安全装置を作動させてしまうこととなり、共通ガスｍの通過を遮断してしまうことが起こりうる。このような誤作動を簡便に回避するために、燃料電池システム１は以下のような制御を行う。
【００３３】
図２は、燃料電池システム１におけるメータ１５の誤作動を回避する制御を説明するフローチャートである。制御装置３６は、燃料電池システム１が起動し、燃料電池３０に改質ガスｇ及び酸化剤ガスｔが供給されて発電が開始されると、時間の計測を開始する（ＳＴ１）。この時間の計測を開始した時点が基準時となる。そして制御装置３６は、基準時から起算して第２の所定の時間が経過したか否かを判断する（ＳＴ２）。ここで「第２の所定の時間」は、第１の所定の時間よりも短い時間で任意に決定することができるが、メータ１５の誤作動を確実に回避する観点から少なくとも以下に説明するメータ１５の誤作動回避の措置を講じてその効果が現れるまでに要する時間分第１の所定の時間よりも短くし、メータ１５の誤作動回避の措置の頻繁な起動を回避する観点からは上記のメータ１５の誤作動を確実に回避可能な範囲内でできるだけ長くすることが好ましい。また、第２の所定の時間の経過の有無の計測は、メータ１５を通過する共通ガスｍの変動の有無にかかわらず、燃料電池３０が運転されている限り継続される。このような計時とすることにより、メータ１５を通過する共通ガスｍの変動幅を検出する場合に比べて、簡便かつ確実にメータ１５の誤作動を回避させることが可能になる。
【００３４】
基準時から起算して第２の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（ＳＴ２）において、第２の所定の時間が経過していない場合は、再び第２の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（ＳＴ２）に戻る。他方、第２の所定の時間が経過したときは、制御装置３６は、燃焼燃料弁６６を開にし、燃焼用燃料ｍ２を燃焼部としての加熱部２３に導入させ、これに伴って、制御装置３６は、ガスブロワ２８の回転数を増加させて共通ガスｍの流量を増加させる（ＳＴ３）。したがって、この燃焼燃料弁６６を開にしてガスブロワ２８の回転数を増加させることがメータ１５の誤作動回避の措置となる。すなわち、燃焼燃料弁６６が開にされると、燃焼燃料管５６を介して燃焼用燃料ｍ２が加熱部２３に供給されることになるところ、少なくとも加熱部２３に供給される燃焼用燃料ｍ２の増加流量分メータ１５を通過する共通ガスｍの流量が増加することになり、これによりメータ１５における第１の所定の時間の計測がリセットされ、正常な燃料電池システム１の運転にもかかわらずメータ１５の安全装置が作動してしまうことを回避することができる。このような趣旨から、メータ１５の誤作動回避の措置として加熱部２３に導入される増加分の燃焼用燃料ｍ２の流量は、メータ１５における第１の所定の時間の計測がリセットされる所定の変動幅を超える流量とされる。
【００３５】
ガスブロワ２８の回転数を増加させたら（ＳＴ３）、制御装置３６は、メータ１５が流量変動検出用として通過する流体の平均流量を算出するために区切られる一定期間が経過したか否かを判断する（ＳＴ４）。一定期間が経過していなければ再び一定期間が経過したか否かを判断する工程（ＳＴ４）に戻る。他方、一定期間が経過したら、制御装置３６は、燃焼燃料弁６６の状態及びガスブロワ２８の回転数を、メータ１５の誤作動回避の措置を講ずる（ＳＴ３）前の状態に戻す（ＳＴ５）。その後、制御装置３６は、第２の所定の時間が経過したか否かを判断するための時間の計測をリセットし（ＳＴ６）、再び時間の計測を開始する工程（ＳＴ１）に戻る。以降は上述の制御フローを繰り返す。これまで説明したように、燃焼電池システム１は、基準時から起算して第２の所定の時間が経過したときに、それまでにメータ１５を通過する共通ガスｍの流量に所定の範囲を超える変動があったか否かにかかわらず、燃焼燃料弁６６を開にしてガスブロワ２８の回転数を増加することによりメータ１５を通過する共通ガスｍの流量を所定の範囲を超えて変動させるので、簡便かつ確実にメータ１５の誤作動を回避させることが可能になる。
【００３６】
以上の説明では、基準時から起算して第２の所定の時間が経過したときに燃焼燃料弁６６を開にしてガスブロワ２８の回転数を増加することとしたが、第２の所定の時間経過時に既に燃焼燃料弁６６が開いている場合は、燃焼燃料弁６６の開度を調節（小さくする場合も大きくする場合もある）することにより加熱部２３に供給される燃焼用燃料ｍ２の流量を調節してメータ１５を通過する共通ガスｍの流量を変動させてもよい。
【００３７】
以上の説明では、燃焼部が加熱部２３であるとしたが、不図示の共通ガス消費機器（共通ガスｍを消費する機器であり、例えばバックアップ用のガス湯沸かし器等）であってもよい。すなわち、基準時から起算して第２の所定の時間が経過したときに、加熱部２３に供給する燃焼用燃料ｍ２を増加させることに代えて又は加熱部２３に供給する燃焼用燃料ｍ２を増加させることと共に、ガスブロワ２８の回転数を増加させつつ共通ガス消費機器（不図示）に共通ガスｍを供給することで、メータ１５を通過する共通ガスｍの流量を変動させてもよい。
【００３８】
以上の説明では、燃料電池３０の発電が開始された時点を基準時として燃料電池３０の継続した運転時間が基準時から起算して第２の所定の時間が経過したときに加熱部２３に供給する燃焼用燃料ｍ２を変動させる等によりメータ１５を通過する共通ガスｍの流量を変動させることとしたが、これに代えて、共通原料弁６７が開となった時点を基準時として共通原料弁６７が継続して開となっている時間が基準時から起算して第３の所定の時間が経過したときに加熱部２３に供給する燃焼用燃料ｍ２を変動させる等によりメータ１５を通過する共通ガスｍの流量を変動させることとしてもよい。あるいは、改質原料弁６５が開となった時点を基準時として改質原料弁６５が継続して開となっている時間が基準時から起算して第４の所定の時間が経過したときに加熱部２３に供給する燃焼用燃料ｍ２を変動させる等によりメータ１５を通過する共通ガスｍの流量を変動させることとしてもよい。上記の第３の時間及び第４の時間は、典型的には第２の所定の時間と同じであるが、メータ１５の誤作動回避の措置を講じてその効果が現れるまでに要する時間分第１の所定の時間よりも短くした範囲で異なる時間に設定してもよい。
【００３９】
以上の説明では、燃料電池３０が固体高分子型燃料電池であるとしたが、りん酸型燃料電池等の固体高分子型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。しかしながら、固体高分子型燃料電池とすると、比較的低温で運転することができ、装置を小型化できるので、一般家庭等に設置するのに適している。
【符号の説明】
【００４０】
１    燃料電池システム
１５  メータ
２３  加熱部
２５  改質部
３０  燃料電池
３６  制御装置
５５  原料管
５７  共通ガス管
６５  改質原料弁
６７  共通原料弁
ｇ    改質ガス
ｍ    共通ガス
ｍ１  改質用ガス
ｍ２  燃焼用燃料
ｔ    酸化剤ガス
【図１】
2010267575.tif 000003
【図２】
2010267575.tif 000004