(57)【要約】【課題】改質器で生成された改質ガスを燃料電池本体における発電と水素精製装置における水素精製とに併用する場合に、いずれか一方の装置における改質ガスの消費量が増加しても、他方の装置における改質ガスの不足を防止可能とする燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】この燃料電池発電装置１０は、水蒸気と混合されて供給される原燃料の水蒸気改質反応により改質ガスを生成する改質器１と、改質器１で生成された改質ガスと空気との電気化学反応により発電する燃料電池本体２と、改質器１で生成された改質ガスを高純度水素に精製する水素精製装置６と、燃料電池本体２に供給される改質ガス流量と、水素精製装置６に供給される改質ガス流量との合計値に基づいて、改質器１に供給される原燃料流量を制御する制御装置７とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気と混合されて供給される原燃料の水蒸気改質反応により改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された改質ガスと空気との電気化学反応により発電する燃料電池本体と、
前記改質器で生成された改質ガスを高純度水素に精製する水素精製装置と、
前記燃料電池本体に供給される改質ガス流量と、前記水素精製装置に供給される改質ガス流量との合計値に基づいて、前記改質器に供給される原燃料流量を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料電池本体に供給される前記改質ガス流量と前記水素精製装置に供給される前記改質ガス流量との前記合計値と、前記改質器の触媒層の温度とに基づいて、前記改質器に供給される前記原燃料流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記改質器に供給される前記原燃料流量と、所定の定数とに基づいて、前記原燃料と混合されて前記改質器に供給される水蒸気流量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器で生成された改質ガスを燃料電池本体における発電と水素精製装置における水素精製とに併用する燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気利用のための発電を行うとともに、水素利用のための水素精製を行う燃料電池発電装置が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この燃料電池発電装置は、主に、水蒸気と混合されて供給される原燃料の水蒸気改質反応により水素濃度の高い改質ガスを生成する改質器と、改質器で生成された改質ガスと空気との電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、改質器で生成された改質ガスを高純度水素に精製する水素精製装置とから構成されている。
【０００４】
すなわち、この燃料電池発電装置では、改質器で生成された改質ガスを燃料電池本体における発電と水素精製装置における水素精製とに併用することにより、発電を行うとともに水素精製を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００-３４８７５０号公報
【特許文献２】特開昭６１-１０１９７０号公報
【特許文献３】特開２００４-１８６１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の燃料電池発電装置のように、改質器で生成された改質ガスを燃料電池本体における発電と水素精製装置における水素精製とに併用する場合、水素精製装置において改質ガスの消費量が増加すると、燃料電池本体における発電に必要な改質ガスが不足して、燃料電池本体の電極や構成部材が損傷に至るという問題点があった。
【０００７】
一方、上述の燃料電池発電装置において、燃料電池本体において改質ガスの消費量が増加すると、水素精製装置における水素精製に必要な改質ガスが不足して、水素精製装置で精製される水素の純度が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、改質器で生成された改質ガスを燃料電池本体における発電と水素精製装置における水素精製とに併用する場合に、いずれか一方の装置における改質ガスの消費量が増加しても、他方の装置における改質ガスの不足を防止可能とする燃料電池発電装置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】
【０００９】
本発明の燃料電池発電装置は、水蒸気と混合されて供給される原燃料の水蒸気改質反応により改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された改質ガスと空気との電気化学反応により発電する燃料電池本体と、前記改質器で生成された改質ガスを高純度水素に精製する水素精製装置と、前記燃料電池本体に供給される改質ガス流量と、前記水素精製装置に供給される改質ガス流量との合計値に基づいて、前記改質器に供給される原燃料流量を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、制御手段が、燃料電池本体に供給される改質ガス流量と水素精製装置に供給される改質ガス流量との合計値から、改質器に供給される原燃料流量を逆算する。このため、改質器は、燃料電池本体又は水素精製装置に供給される改質ガス流量が変化しても、双方の装置で必要とされる総改質ガス流量を生成することができる。したがって、燃料電池本体と水素精製装置とのいずれか一方の装置における改質ガスの消費量が増加しても、他方の装置において必要な改質ガスが不足するのを防止することができる。
【００１１】
また、本発明は、上記燃料電池発電装置において、前記制御手段は、前記燃料電池本体に供給される前記改質ガス流量と前記水素精製装置に供給される前記改質ガス流量との前記合計値と、前記改質器の触媒層の温度とに基づいて、前記改質器に供給される前記原燃料流量を制御することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、制御手段が、改質器の触媒層の温度に応じて改質器に供給される原燃料流量を補正する。したがって、改質器の触媒層の温度が所定の設定温度よりも低い場合は、改質器に供給される原燃料流量を増加させることにより、改質器で生成される改質ガスの水素濃度が低下するのを防ぐことができる。また、改質器の触媒層の温度が所定の設定温度よりも高い場合は、改質器に供給される原燃料流量を低下させて、触媒層の温度を低下させることにより、改質器の金属構造部材の変形、損傷、触媒の損傷を防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明は、上記燃料電池発電装置において、前記制御手段は、前記改質器に供給される前記原燃料流量と、所定の定数とに基づいて、前記原燃料と混合されて前記改質器に供給される水蒸気流量を制御することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、改質器に供給される原燃料流量が逐次制御される場合でも、制御手段が、原燃料流量に応じた水蒸気流量を改質器に供給するように制御する。したがって、改質器に供給された原燃料流量に対する水蒸気流量の不足により、生成された改質ガスの品質が悪化するのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、改質器で生成された改質ガスを燃料電池本体における発電と水素精製装置における水素精製とに併用する場合に、いずれか一方の装置における改質ガスの消費量が増加しても、他方の装置における改質ガスの不足を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態において改質器に供給される原燃料流量を算出する動作を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態において改質器に供給される水蒸気流量を算出する動作を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態において改質器に供給される原燃料流量を算出する動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略図である。図１に示す燃料電池発電装置１０は、改質器１と、燃料電池本体２と、水蒸気分離器３と、冷却水循環ポンプ４と、圧縮機５と、水素精製装置６と、制御装置７（制御手段）とから構成される。また、燃焼電池発電装置１０を構成する各種機器は、原燃料供給系１１、燃料ガス供給系１２、水素精製系１３、冷却水循環系１４、水蒸気供給系１５等の各種の配管により接続されている。
【００１９】
改質器１は、水蒸気と混合されて供給される原燃料の水蒸気改質反応により水素濃度の高い改質ガスを生成する。また、改質器１は、生成した改質ガスを、燃料電池本体２の燃料極２ａに供給するとともに、圧縮機５を経由して水素精製装置６に供給する。
【００２０】
具体的には、改質器１には、改質触媒層１ａ（触媒層）と改質器バーナ１ｂとが設けられている。改質触媒層１ａには、都市ガス、ＬＰＧ、天然ガス及びメタノール等の炭化水素化合物から構成される原燃料が、水蒸気分離器３から供給される水蒸気と混合されて、原燃料供給系１１を通じて供給される。
【００２１】
改質器バーナ１ｂの燃焼によって加熱された改質触媒層１ａでは、水蒸気と混合されて供給された原燃料の水蒸気改質反応によって、水素、二酸化炭素、一酸化炭素とから構成される改質ガスが生成される。改質触媒層１ａで生成された改質ガスは、図示しない一酸化炭素変成器において、水素濃度が約６０％、二酸化炭素が約２０％（残余は水蒸気，メタン，および若干量の一酸化炭素）の改質ガスに変成され、燃料ガス供給系１２を通じて燃料電池本体２の燃料極２ａに供給される。また、改質触媒層１ａで生成された改質ガスは、燃料ガス供給系１２より分岐した水素精製系１３を通じて、圧縮機５を経由して水素精製装置６にも供給される。
【００２２】
改質器バーナ１ｂには、燃料電池本体２の燃料極２ａから、残存水素、メタン、一酸化炭素等の可燃性成分を含有する燃料極オフガスが排出されるとともに、水素精製装置６から残余ガスが排出される。改質器バーナ１ｂは、燃料極２ａからの燃料極オフガスと、水素精製装置６からの残余ガスと、図示しない燃焼空気ブロワ等によって供給される燃焼空気とを燃焼させることにより、改質触媒層１ａを加熱する。
【００２３】
燃料電池本体２は、燃料極２ａと空気極２ｂとから形成される単セルを積層するように構成されており、改質器１から燃料ガス供給系１２を通じて燃料極２ａに供給された改質ガスと、空気極２ｂに供給された空気との電気化学反応により、発電及び発熱する。
【００２４】
また、燃料電池本体２は、上述の単セルを複数積層する毎に、冷却水循環系１４が組み込まれた冷却板２ｃを設けるように構成されており、冷却水循環系１４を通流する冷却水により、燃料電池本体２を冷却して、燃料電池本体２を一定温度に維持する。なお、燃料電池本体２は、りん酸系燃料電池、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池や、固体酸化物形燃料電池等のいずれであってもよい。
【００２５】
燃料電池本体２に組み込まれた冷却板２ｃで回収する熱量と、改質器１に投入する水蒸気の発生に必要な熱量を比較すると、冷却板２ｃで回収する熱量の方が大きい。飽和（温度・圧力）状態に保たれた水蒸気分離器３から、改質反応に必要な水蒸気を、流量調節弁ＦＶ−２を介して取り出した後、余剰な熱量を放熱処理する熱交換器は同図には示していない。同熱交換器によって水蒸気分離器３および冷却水循環系１４が一定の圧力に維持される。水蒸気分離器３および冷却水循環系１４を飽和状態に保つことで、圧力が一定ならば温度も一定に維持できる。水蒸気分離器３で分離された水蒸気は、水蒸気供給系１５を通じて原燃料供給系１１に供給され、改質器１に供給される原燃料と混合される。
【００２６】
ここで、燃料電池本体２が、反応温度が１８０〜２００℃のりん酸形燃料電池である場合、燃料電池本体２の冷却により得られた熱によって、冷却水循環系１４を通流する冷却水が水蒸気化する。この場合、発生した水蒸気が、直接、改質器１に供給される原燃料と混合される。
【００２７】
また、燃料電池本体２が、反応温度が８０℃程度の固体高分子形燃料電池である場合、燃料電池本体２の冷却により得られた熱によって、冷却水循環系１４を通流する冷却水が温水化する。この場合、温水化した冷却水をさらに加熱して発生させた水蒸気が、改質器１に供給される原燃料と混合される。
【００２８】
また、燃料電池本体２が、反応温度が約６００℃の溶融炭酸塩形燃料電池や反応温度が約１０００℃の固体酸化物形燃料電池などの高温形燃料電池である場合、燃料電池本体２は、冷却水ではなく、空気などのガス流体である冷却ガスにより冷却され、燃料電池本体２の冷却により得られた熱によって、冷却ガスが高温化する。この場合、高温化した冷却ガスと水との熱交換により発生させた水蒸気が、改質器１に供給される原燃料と混合される。
【００２９】
冷却水循環ポンプ４は、燃料電池本体２の冷却のために、冷却水循環系１４を通じて、水蒸気分離器３で水蒸気と分離された冷却水を燃料電池本体２の冷却板２ｃに供給する。
【００３０】
圧縮機５は、改質器１から供給された改質ガスを加圧して、水素精製系１３を通じて水素精製装置６に供給する。
【００３１】
水素精製装置６は、圧縮機５で加圧された改質ガスを高純度水素に精製する。例えば、水素精製装置６は、複数の容器に活性炭、ゼオライト等の吸着剤を充填し、圧力を変動させることによって、改質ガスから水素ガスを吸着分離する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置であってもよく、水素ガスを選択的に透過する選択的透過性を有する膜分離装置であってもよい。なお、水素精製装置６で生成された高純度水素は、半導体製造、金属精錬、油脂製造、製油・化学工業等における原料、雰囲気ガス等のほか、加圧されて自動車の駆動用電力もしくは動力を得るための燃料として使用される。
【００３２】
また、水素精製装置６は、水素ガスが分離された残余ガスを改質器１の改質器バーナ１ｂに供給する。かかる残余ガスは、水素、メタン、一酸化炭素の可燃性成分と二酸化炭素と水蒸気とから構成され、改質器バーナ１ｂの燃焼に用いられる。
【００３３】
制御装置７は、流量計Ｆ１乃至Ｆ４で測定された測定値に基づいて、流量調節弁ＦＶ−１、ＦＶ−２を制御するものであり、原燃料流量制御部７ａと水蒸気流量制御部７ｂとを具備する。
【００３４】
ここで、流量計Ｆ１は、原燃料供給系１１に設けられ、改質器１に供給される原燃料流量を測定する。流量計Ｆ２は、水蒸気供給系１５に設けられ、原燃料に混合されて改質器１に供給される水蒸気流量を測定する。流量計Ｆ３は、燃料ガス供給系１２に設けられ、燃料電池本体２の燃料極２ａに供給される改質ガス流量を測定する。流量計Ｆ４は、燃料ガス供給系１２から分岐した水素精製系１３に設けられ、圧縮機５を経由して水素精製装置６に供給される改質ガス流量を測定する。流量調節弁ＦＶ−１は、原燃料供給系１１に設けられ、制御装置７からの指示に基づいて開閉する。流量調節弁ＦＶ−２は、水蒸気供給系１５に設けられ、制御装置７からの指示に基づいて開閉する。
【００３５】
原燃料流量制御部７ａは、燃料電池本体２に供給される改質ガス流量と、水素精製装置６に供給される改質ガス流量との合計値に基づいて、改質器１に供給される原燃料流量を制御する。
【００３６】
具体的には、原燃料流量制御部７ａは、流量計Ｆ３で測定された発電用の改質ガス流量と流量計Ｆ４で測定された水素精製用の改質ガス流量との合計値から、改質器１に供給されるべき目標原燃料流量を逆算する。なお、改質触媒層１ａの温度が一定の場合、改質器１に供給された原燃料流量から生成される改質ガス流量は一定であるため、上述の逆算は可能である。
【００３７】
また、原燃料流量制御部７ａは、算出された目標原燃料流量に流量計Ｆ１で測定された原燃料流量が一致するように、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量を調節する。かかる開閉量の調節には、例えば、ＰＩＤ制御が用いられる。
【００３８】
水蒸気流量制御部７ｂは、改質器１に供給される原燃料流量と、所定の定数とに基づいて、原燃料と混合されて改質器１に供給される水蒸気流量を制御する。
【００３９】
具体的には、水蒸気流量制御部７ｂは、流量計Ｆ１で測定された原燃料流量に所定の定数を乗算して、目標水蒸気流量を算出する。水蒸気流量制御部７ｂは、算出された目標水蒸気量に流量計Ｆ２で測定された水蒸気流量が一致するように、流量調節弁ＦＶ−２の開閉量を調節する。かかる開閉量の調節には、例えば、ＰＩＤ制御が用いられる。
【００４０】
ここで、所定の定数には、例えば、原燃料の組成によって決定される炭素原子数と、Ｓ／Ｃ（スチーム／カーボン比）の設定値とが用いられる。Ｓ／Ｃとは、原燃料を構成する炭化水素化合物中の炭素原子数の総和に対する、水蒸気の分子数の比であり、例えば、３．０が設定される。
【００４１】
次に、以上のように構成された第１の実施形態に係る燃料電池発電装置１０において、ＰＩＤ制御を用いて、原燃料流量と水蒸気流量とを制御する動作について説明する。ＰＩＤ制御とは、ＰＶ（現在値）がＳＶ（目標値）に一致するようにＭＶ（操作量）を決定する制御方式のことである。
【００４２】
図２は、原燃料流量制御部７ａにおける原燃料流量の制御動作を示す図である。なお、原燃料流量制御部７ａは、所定周期で以下の動作を繰り返す。
【００４３】
ステップＳ１１において、原燃料流量制御部７ａは、流量計Ｆ３で測定された発電用の改質ガス流量と、流量計Ｆ４で測定された水素精製用の改質ガス流量と、流量計Ｆ１で測定された原燃料流量とを取得する。
【００４４】
ステップＳ１２において、原燃料流量制御部７ａは、流量計Ｆ３で測定された発電用の改質ガス流量と流量計Ｆ４で測定された水素精製用の改質ガス流量との合計値を算出する。
【００４５】
ステップＳ１３において、原燃料流量制御部７ａは、ステップＳ１２で算出された改質ガス流量の合計値から、改質器１に供給されるべき目標原燃料流量を算出する。
【００４６】
ステップＳ１４において、原燃料流量制御部７ａは、流量計Ｆ１で測定された原燃料流量をＰＶ、ステップＳ１３において算出された目標原燃料流量をＳＶ、流量調節弁ＦＶ−１の開閉操作をＭＶとして、ＰＩＤ制御を行う。具体的には、原燃料流量制御部７ａは、算出された目標原燃料流量ＳＶに流量計Ｆ１で測定された原燃料流量ＰＶが一致するように、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量ＭＶを決定し、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量を調節する。
【００４７】
図３は、水蒸気流量制御部７ｂにおける水蒸気流量の制御動作を示す図である。なお、水蒸気流量制御部７ｂは、所定周期で以下の動作を繰り返す。
【００４８】
ステップＳ２１において、水蒸気流量制御部７ｂは、流量計Ｆ１で測定された原燃料流量と、流量計Ｆ２で測定された水蒸気流量とを取得する。
【００４９】
ステップＳ２２において、水蒸気流量制御部７ｂは、流量計Ｆ１で測定された原燃料流量に対して、原燃料の組成によって決定される炭素原子数である定数１を乗算する。
【００５０】
ステップＳ２３において、水蒸気流量制御部７ｂは、ステップ２２における乗算値に対して、Ｓ／Ｃ設定値である定数２を乗算して、目標水蒸気流量を算出する。
【００５１】
ステップＳ２４において、水蒸気流量制御部７ｂは、流量計Ｆ２で測定された水蒸気流量をＰＶ、ステップＳ２３において算出された目標水蒸気量をＳＶ、流量調節弁ＦＶ−２の開閉量をＭＶとして、ＰＩＤ制御を行う。具体的には、水蒸気流量制御部７ｂは、算出された目標水蒸気量ＳＶに流量計Ｆ２で測定された水蒸気流量ＰＶが一致するように、流量調節弁ＦＶ−２の開閉量ＭＶを決定し、流量調節弁ＦＶ−２の開閉量を調節する。
【００５２】
以上のように、第１の実施形態に係る燃料電池発電装置１０によれば、原燃料流量制御部７ａが、燃料電池本体２に供給される改質ガス流量と水素精製装置６に供給される改質ガス流量との合計値から逆算した目標原燃料流量を、改質器１に供給するように制御する。このため、改質器１は、燃料電池本体２又は水素精製装置６に供給される改質ガス流量が変化しても、双方の装置で必要とされる総改質ガス流量を生成することができる。
【００５３】
したがって、燃料電池本体２と水素精製装置６とのいずれか一方の装置における改質ガスの消費量が増加しても、他方の装置において必要な改質ガスが不足するのを防止することができる。この結果、必要な改質ガスの不足により、燃料電池本体２の電極や構成部材が損傷に至ることや、水素精製装置６で精製される水素の純度が低下することを防止することができる。
【００５４】
また、第１の実施形態に係る燃料電池発電装置１０によれば、改質器１に供給される原燃料流量が逐次制御される場合でも、水蒸気流量制御部７ｂが、原燃料流量に応じた水蒸気流量を改質器１に供給する。したがって、改質器１に供給された原燃料流量に対する水蒸気流量の不足により、生成された改質ガスの品質が悪化するのを防ぐことができる。
【００５５】
[第２の実施形態]
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略図である。図１に示す第１の実施形態の燃料電池発電装置と同一部分には同一符号を付して説明の重複を避ける。
第２の実施形態に係る燃料電池発電装置２０においては、改質器１は、改質触媒層１ａの温度を測定する温度計Ｔ５を具備する。
【００５６】
また、原燃料流量制御部７ａは、流量計Ｆ３で測定された発電用の改質ガス流量と流量計Ｆ４で測定された水素精製用の改質ガス流量との合計値に加えて、温度計Ｔ５で測定された改質触媒層１ａの温度に基づいて、改質器１に供給される原燃料流量を制御する。
【００５７】
具体的には、原燃料流量制御部７ａは、第１実施形態で述べたように、流量計Ｆ３及びＦ４で測定された改質ガス流量の合計値から、改質器１に供給されるべき目標原燃料流量を逆算する。さらに、原燃料流量制御部７ａは、算出された目標原燃料流量に対して、温度計Ｔ５で測定された改質触媒層１ａの温度に応じた補正を行う。原燃料流量制御部７ａは、当該補正が行われた目標原燃料流量に流量計Ｆ１で測定された原燃料流量が一致するように、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量を調節する。
【００５８】
ここで、改質触媒層１ａの温度に応じた目標原燃料流量の補正について詳述する。原燃料流量制御部７ａは、温度計Ｔ５で測定された改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも低い場合、目標原燃料流量を増加させる。これは、改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度（例えば、原燃料として都市ガスが供給される場合は、７００〜８００℃）よりも低い場合、改質触媒層１ａでは、原燃料に含まれる炭化水素化合物から水素への転換効率が低下するため、所定の設定温度と同様の水素濃度の改質ガスを得るためには、所定の設定温度における原燃料流量よりも多い原燃料流量が必要とされるからである。
【００５９】
一方、原燃料流量制御部７ａは、温度計Ｔ５で測定された改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも高い場合、目標原燃料流量を低下させる。これは、改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも高い場合、改質器１の金属構造部材の変形、損傷、触媒の損傷を生じる恐れがあるため、供給される原燃料流量を低下させることにより、改質触媒層１ａの温度を低下させることが好ましいためである。
【００６０】
次に、以上のように構成された第２の実施形態に係る燃料電池発電装置２０において、ＰＩＤ制御を用いて、原燃料流量を制御する動作について説明する。
【００６１】
図５は、原燃料流量制御部７ａにおける原燃料流量の制御動作を示す図である。なお、原燃料流量制御部７ａは、所定周期で以下の動作を繰り返す。また、図５のステップＳ３１〜Ｓ３３については、図２のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様の処理であるため、説明を省略する。
【００６２】
ステップＳ３４において、原燃料流量制御部７ａは、温度計Ｔ５で測定された改質触媒層１ａの温度を取得する。
【００６３】
ステップＳ３５において、原燃料流量制御部７ａは、温度計Ｔ５で測定された改質触媒層１ａの温度をＰＶ、改質触媒層１ａの所定の設定温度（例えば、原燃料として都市ガスが供給される場合は、７００〜８００℃）をＳＶとして、ＰＩＤ制御を行う。具体的には、原燃料流量制御部７ａは、改質触媒層１ａの所定の設定温度ＳＶに対する、温度計Ｔ５で測定された温度ＰＶの温度偏差のＰＩＤ制御出力を算出する。
【００６４】
ステップＳ３６において、原燃料流量制御部７ａは、改質触媒層１ａの設定温度ＳＶに対する温度計Ｔ５で測定された温度ＰＶの温度偏差のＰＩＤ制御出力から、補正量を算出する。
【００６５】
ステップＳ３７において、原燃料流量制御部７ａは、ステップＳ３３において算出された目標原燃料流量に対して、ステップＳ３６において算出された補正量を加算する。
【００６６】
ステップＳ３８において、原燃料流量制御部７ａは、流量計Ｆ１で測定された原燃料流量をＰＶ、ステップＳ３７において補正された目標原燃料流量をＳＶ、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量をＭＶとして、ＰＩＤ制御を行う。具体的には、原燃料流量制御部７ａは、補正された目標原燃料流量ＳＶに流量計Ｆ１で測定された原燃料流量ＰＶが一致するように、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量ＭＶを決定し、流量調節弁ＦＶ−１の開閉量を調節する。
【００６７】
以上のように、第２の実施形態に係る燃料電池発電装置２０によれば、原燃料流量制御部７ａが、改質触媒層１ａの温度に応じて改質器１に供給されるべき原燃料流量を補正する。
【００６８】
したがって、改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも低い場合は、改質器１に供給される原燃料流量を増加させることにより、改質器１で生成される改質ガスの水素濃度が低下するのを防ぐことができる。この結果、改質ガスに含まれる水素の不足のために、燃料電池本体２の電極や構成部材が損傷に至ることや、水素精製装置６で精製される水素の純度が低下することを防止することができる。なお、上述の改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも低い場合とは、例えば、次のような場合である。燃料電池本体２又は水素精製装置６における負荷上昇等において、改質ガスの製造量を増加させるために原燃料流量と改質用水蒸気流量を増加させるが、これらの流量増加の結果、改質触媒層１ａの吸熱量が増加する。改質触媒層１ａおよび金属構造部材の熱容量は大きいが、吸熱量の増加によって改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも低下する。さらに、改質器バーナ１ｂの燃焼用燃料となる燃料極２ａからの燃料極オフガスの増加が改質器バーナ１ｂに波及するまでには時間遅れがあるため、改質触媒層１ａの温度の低下傾向は継続する。
【００６９】
また、改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも高い場合は、改質器１に供給される原燃料流量を低下させて、改質触媒層１ａの温度を低下させることにより、改質器１の金属構造部材の変形、損傷、触媒の損傷を防ぐことができる。なお、上述の改質触媒層１ａの温度が所定の設定温度よりも高い場合とは、例えば、次のような場合である。燃料電池本体２又は水素精製装置６における負荷減少等において、原燃料流量と改質用水蒸気流量を減少させるが、改質触媒層１ａおよび金属構造部材の熱容量が大きいため、燃料極２ａからの燃料極オフガス量が時間遅れをもって減少した後も改質触媒層１ａは所定の設定温度よりも高い温度を暫く維持することになる。
【符号の説明】
【００７０】
１…改質器
１ａ…改質触媒層
１ｂ…改質器バーナ
２…燃料電池本体
２ａ…燃料極
２ｂ…空気極
２ｃ…冷却板
３…水蒸気分離器
４…冷却水循環ポンプ
５…圧縮機
６…水素精製装置
７…制御装置
７ａ…原燃料流量制御部
７ｂ…水蒸気流量制御部
Ｆ１〜Ｆ４…流量計
ＦＶ−１、ＦＶ−２…流量調節弁
１１…原燃料供給系
１２…燃料ガス供給系
１３…水素精製系
１４…冷却水循環系
１５…水蒸気供給系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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