(57)【要約】【課題】系統連系を行う場合に立会者の待ち時間を短縮することが可能な燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、制御器とを備え、前記制御器は、起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給開始を待機する発電待機運転を行い、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、
前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、
制御器とを備え、
前記制御器は、
起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給開始を待機する発電待機運転を行い、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置による水素含有ガスの生成を継続させるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
さらに前記水素生成装置を加熱する燃焼器を備え、
前記制御器は、前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置により生成される水素含有ガスを前記燃焼器に供給して燃焼させるように構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水素生成装置は、前記原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検知する温度検知器とを備え、
前記燃料電池システムは、前記燃焼器に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給器を更に備え、
前記制御器は、前記発電待機運転を行っている間、前記温度検知器の検知温度が、前記燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度以上になるよう前記燃焼ガス供給器を制御する、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
さらに前記水素生成装置を加熱する加熱器を備え、
前記制御器は、前記発電待機運転を行っている間、前記温度検知器の検知温度が、前記燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度以上になるよう前記加熱器を制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水素生成装置の起動工程が完了したとは、前記水素生成装置の昇温が完了したことである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記水素生成装置の起動工程が完了した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記水素生成装置の起動工程が完了した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機運転を停止するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
さらに第１の運転方法を指示するための第１運転指示器と、
第２の運転方法を指示するための第２運転指示器とを備え、
前記制御器は、
前記第１運転指示器により前記第１の運転方法が指示された場合には、前記起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記発電待機運転を実行し、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始し、
前記第２運転指示器により前記第２の運転方法が指示された場合には、前記起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、発電待機運転を行わずに、前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、
前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電開始の指示を受け付ける発電開始指示器とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、
起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を待機する発電待機運転を行い、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する、
燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置による水素含有ガスの生成を継続させる、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
さらに前記水素生成装置を加熱する燃焼器を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置により生成される水素含有ガスを前記燃焼器に供給して燃焼させる、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１３】
前記水素生成装置の起動工程が完了した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を備え、電気の供給を行なう燃料電池システムおよびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素の反応により発電する固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を用いた燃料電池システムは、都市ガスやプロパン、灯油などの炭化水素原料から水蒸気改質反応により水素を多く含んだ燃料ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、燃料電池で発生した直流の電力を交流に変換する電力変換装置とで構成されている。電力変換装置では、燃料電池で発生した直流の電力を交流に変換して家庭の電力負荷に供給するとともに電力会社の電力系統（商用系統）に連系することで、家庭の電力需要に対して燃料電池システムの発電量が不足する場合には電力系統から不足分を補い、発電量が過剰な場合には電力系統に余剰分を逆潮流する燃料電池システムもある。
【０００３】
このような燃料電池システムの運転方法は、水素生成装置を反応に適した温度まで昇温する起動工程と（例えば、特許文献１）、水素生成装置の各部温度が所定温度に到達した時点で、水素生成装置から燃料ガスを、空気供給装置から空気を、それぞれ燃料電池に供給し電力を取り出す発電工程、発電を終了し燃料電池や水素生成装置を次回発電時まで保存可能な状態に冷却や内部処理を実施する停止工程で構成されている。
【特許文献１】特許第３４１５０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池システムでは、電力系統と連系する系統連系を行う。不用意に燃料電池システムから電力が系統へと供給されると、逆潮流により電力系統へ悪影響を及ぼすおそれがある。燃料電池システムを初めて設置した際の発電開始時には、電力会社の従業員（立会者）により系統連系保護器に対して設定された整定値に問題ないことが確認されてから、系統連系した状態での発電動作が開始されることが、通常、求められる。
【０００５】
燃料電池システムの起動処理では、特に水素生成装置の温度を上昇させるのに数十分から１時間以上という長い時間を要する。従来の燃料電池システムでは、水素生成装置の温度が水素含有ガスの生成反応に適した温度まで上昇すると、すぐに燃料電池へ水素含有ガスの供給が行われ、発電が開始される。立会者の待ち時間を短縮するために、予め燃料電池システムを起動させた場合、交通状況の変動により立会者の到着時刻も変動するため、立会者が発電開始迄に間に合わない場合も想定される。このため、立会者が発電開始時に確実に立ち会うためには、立会者の到着を待って起動処理を開始しなければならない。かかる起動処理によると、立会者の待ち時間が長くなり作業効率が低下する。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を短縮することが可能な燃料電池システムおよびその運転方法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】
上記課題を解決すべく、本発明の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電開始の指示を受け付ける発電開始指示器と、制御器とを備え、前記制御器は、起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給開始を待機する発電待機運転を行い、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されている。
【０００８】
かかる構成では、燃料電池システムの起動工程が完了しても、発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されるまでは発電開始が待機されるため、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者が到着する前に予め燃料電池システムの起動処理を開始して、立会者の待ち時間を短縮することが可能となる。
【０００９】
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置による水素含有ガスの生成を継続させるように構成されていてもよい。
【００１０】
かかる構成では、発電待機運転において、水素含有ガスの生成が継続されるよう構成されているため、発電開始指示器に発電開始の指示が入力された場合に、燃料電池への水素含有ガスの供給開始に移行しやすくなる。
【００１１】
上記の燃料電池システムにおいて、さらに前記水素生成装置を加熱する燃焼器を備え、前記制御器は、前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置により生成される水素含有ガスを前記燃焼器に供給して燃焼させるように構成されていてもよい。
【００１２】
かかる構成では、発電待機運転時において水素生成装置の温度低下を抑制することができるため、発電待機運転中に燃焼器の燃焼動作を行わない場合に比べ、発電開始の指示が入力された場合に、燃料電池への水素含有ガスの供給開始に移行しやすくなる。
【００１３】
上記の燃料電池システムにおいて、前記水素生成装置は、前記原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検知する温度検知器とを備え、前記燃料電池システムは、前記燃焼器に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給器を更に備え、前記制御器は、前記発電待機運転を行っている間、前記温度検知器の検知温度が、前記燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度以上になるよう前記燃焼ガス供給器を制御してもよい。
【００１４】
上記の燃料電池システムにおいて、さらに前記水素生成装置を加熱する加熱器を備え、
前記制御器は、前記発電待機運転を行っている間、前記温度検知器の検知温度が、前記燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度以上になるよう前記加熱器を制御してもよい。
【００１５】
上記の燃料電池システムにおいて、前記水素生成装置の起動工程が完了したとは、前記水素生成装置の昇温が完了したことであってもよい。
【００１６】
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記水素生成装置の起動工程が完了した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されていてもよい。
【００１７】
かかる構成では、立会者の到着が予定よりも遅れている場合に、発電待機運転を際限なく継続して、発電待機運転に対して消費するエネルギー量が増大することを抑制する。
【００１８】
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記水素生成装置の起動工程が完了した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機運転を停止するように構成されていてもよい。
【００１９】
かかる構成では、立会者の到着が予定よりも遅れている場合に、発電待機運転を際限なく継続して、エネルギー消費量が増大することを抑制する。
【００２０】
上記の燃料電池システムにおいて、さらに第１の運転方法を指示するための第１運転指示器と、第２の運転方法を指示するための第２運転指示器とを備え、前記制御器は、前記第１運転指示器により前記第１の運転方法が指示された場合には、前記起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記発電待機運転を実行し、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始し、前記第２運転指示器により前記第２の運転方法が指示された場合には、前記起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、発電待機運転を行わずに、前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するように構成されていてもよい。
【００２１】
かかる構成では、立会者の立会いを実行した後の次回以降の燃料電池システムの運転開始時において、不必要に発電待機運転が実行されることによるエネルギーの浪費を防止できる。
【００２２】
本発明の燃料電池システムの運転方法は、原料を用いて水素含有ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電開始の指示を受け付ける発電開始指示器とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、起動処理において前記水素生成装置の起動工程が完了した後、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を待機する発電待機運転を行い、前記発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する。
【００２３】
かかる構成では、燃料電池システムの起動工程が完了しても、発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されるまでは発電開始が待機されるため、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者が到着する前に予め燃料電池システムの起動処理を開始して、立会者の待ち時間を短縮することが可能となる。
【００２４】
上記燃料電池システムの運転方法において、前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置による水素含有ガスの生成を継続させてもよい。
【００２５】
かかる構成では、発電待機運転において、水素含有ガスの生成が継続されるよう構成されているため、発電開始指示器に発電開始の指示が入力された場合に、燃料電池への水素含有ガスの供給開始に移行しやすくなる。
【００２６】
上記燃料電池システムの運転方法が、さらに前記水素生成装置を加熱する燃焼器を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記発電待機運転を行なっている間、前記水素生成装置により生成される水素含有ガスを前記燃焼器に供給して燃焼させてもよい。
【００２７】
かかる構成では、発電待機運転時において水素生成装置の温度低下を抑制することができるため、発電待機運転中に燃焼器の燃焼動作を行わない場合に比べ、発電開始の指示が入力された場合に、燃料電池への水素含有ガスの供給開始に移行しやすくなる。
【００２８】
上記燃料電池システムの運転方法において、前記水素生成装置の起動工程が完了した後、待機上限時間が経過すると、前記発電待機運転を停止して前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始してもよい。
【００２９】
かかる構成では、立会者の到着が予定よりも遅れている場合に、発電待機運転を際限なく継続して、発電待機運転について消費するエネルギー量が増大することを抑制する。
【００３０】
「発電開始」とは、燃料電池からの発電電力の取り出しが開始される状態を言う。なお、このときの発電電力は、外部の電力負荷へ電力が供給されるのが通常であるが、外部の電力負荷が小さい場合には、内部の電力付加（例えば、余剰電力ヒータ）などで電力を消費してもよい。
【００３１】
「起動処理」とは、燃料電池システムの運転を開始してから燃料電池から電力を取り出せる状態に到達するまでに燃料電池システムに関連して行なわれる、一連の処理を言う。
【００３２】
「水素生成装置の起動工程が完了した」とは、水素生成装置が燃料電池への供給に適した水素含有ガスをすぐにでも供給可能な状態になったことを言う。水素含有ガスをすぐにでも供給可能な状態とは、例えば、水素含有ガスの生成に好適な温度に達するまで水素生成装置の温度が上昇した状態（水素生成装置の昇温が完了した状態）であってもよい。
【００３３】
「発電待機運転」とは、水素生成装置の起動工程が完了しても、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を行なわず、かつ、燃料電池への供給に適した水素含有ガスを供給可能な状態またはそれに近い状態に水素生成装置を維持するように、燃料電池システムを運転することを言う。例えば、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を行なわずに、水素生成装置のバーナに戻して燃焼加熱しながら水素生成装置の温度を燃料電池への供給に適した水素含有ガスの生成に好適な温度またはこの温度に近い温度に維持するように、燃料電池システムを運転することを言う。あるいは、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を行なわずに、水素生成装置の温度を燃料電池への供給に適した水素含有ガスの生成に好適な温度に維持するように、電熱ヒータなどで水素生成装置を加熱しつつ燃料電池システムを運転することを言う。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明の燃料電池システムおよびその運転方法によれば、燃料電池システムの起動工程が完了しても、発電開始指示器へ発電開始の指示が入力されるまでは発電開始が待機されるため、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者が到着する前に予め燃料電池システムの起動処理を開始して、立会者の待ち時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（第１実施形態）
［装置構成］
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００３７】
本実施の形態における燃料電池システム１００は、主として、原料ガスから水素を含有した燃料ガス（水素含有ガス：Ｈ２ガスを含有するガス）を生成して供給する水素生成装置１６と、酸化剤ガス（空気）を供給する空気供給装置２０と、水素生成装置１６から供給される燃料ガスおよび空気供給装置２０から供給される酸化剤ガスを用いて電気化学反応により発電を行う燃料電池１０と、燃料電池システム１００の各部の動作を制御する制御器２８と、起動開始指示器３０と、発電開始指示器３２とを備えている。
【００３８】
水素生成装置１６は燃料ガス供給経路１２を通じて燃料ガスを燃料電池１０へと供給する。水素生成装置１６に原料ガスを供給するガス経路上には、原料ガス供給器としてのブースターポンプ１１（昇圧器）と流量調整弁１５とが配設されている。ブースターポンプ１１は制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づいて原料ガスを昇圧する。流量調整弁１５は制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づいて、ブースターポンプ１１により昇圧された原料ガスの流量を調整する。なお、本実施の形態では、原料ガス供給器としてブースターポンプ１１及び流量調整弁１５を設けるよう構成したが、これらのいずれか一方であっても構わない。水素生成装置１６には温度検出器１７と加熱器１８が取り付けられている。加熱器１８には、バーナや電熱ヒータなどが用いられる。温度検出器１７は、水素生成装置１６の温度を検出して制御器２８へと検出結果を送る。制御器２８は温度検出器１７から受け取った温度に基づいて加熱器１８を制御する。これにより、水素生成装置１６の温度が燃料ガスを生成するために好適な温度に維持される。原料ガスには都市ガスやプロパンガスを用いることができる。原料ガスの代わりに、灯油などの炭化水素系原料が用いられてもよい。なお、水素生成装置１６への原料ガスの供給は、原料ガスの供給経路に配設された図示されない閉止弁などが制御器２８に開閉されることにより、その有無および量が制御される。
【００３９】
空気供給装置２０は酸化剤ガス供給経路１４を通じて空気を燃料電池１０へと供給する。本実施形態では酸化剤として空気を用いているが、他の酸化剤を用いてもよい。空気供給装置２０としては、主に往復ポンプやターボファン、スクロールファンなどが用いられる。
【００４０】
燃料電池１０へ供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、発電反応に用いられた後、それぞれ燃料排ガスおよび酸化剤排ガスとして、燃料ガス排気経路２２および酸化剤ガス排気経路２４を通じて燃料電池システム１００の外部へと排出される。燃料電池１０には、主に固体高分子形燃料電池やリン酸形燃料電池などが用いられる。
【００４１】
燃料電池１０の発電により発生する電力は、直交変換器２６Ａ（インバータ）を含む電力変換装置２６により直流電力から交流電力に変換されると共に電圧が調整され、電灯や各種電気機器などの電力負荷（外部負荷）に供給される。電力負荷は、燃料電池システム１００からの出力電力とともに電力系統（商用系統：火力発電所など）と接続され、必要に応じて両者の電力の一方または双方が該負荷へと供給される。
【００４２】
系統連系保護器３５は、電力系統や電力変換装置２６に異常が生じ、電力変換装置２６が出力する交流電圧や交流周波数に異常が生じた場合に、解列器３７により電力変換装置２６と連系点３６との間の電路を切り離し（解列し）たり、直交変換器２６Ａのゲートブロックを行い、系統連系動作を停止させる機能を有する。ここで、上記系統連系保護器３５には、電力変換装置２６により出力される交流出力や交流周波数に対して異常と判定する閾値（以下、整定値）が設定されている。例えば、交流過電圧検出（ＯＶＲ）に関する整定値、交流不足電圧検出（ＵＶＲ）に関する整定値、交流周波数上昇検出（ＯＦＲ）に関する整定値、交流周波数低下検出（ＵＦＲ）に関する整定値等が挙げられる。上記各整定値の具体例としては、交流過電圧検出に関する整定値として目標１００Ｖに対して１１０Ｖ、交流不足電圧検出（ＵＶＲ）に関する整定値として目標１００Ｖに対して９０Ｖ、交流周波数上昇検出（ＯＦＲ）に関する整定値として目標５０．０Ｈｚに対して５１．０Ｈｚ、交流周波数低下検出（ＵＦＲ）に関する整定値として目標５０．０Ｈｚに対して４９．０Ｈｚ等が設定される。なお、本数値は、あくまで例示であり、電力系統や燃料電池の仕様により適宜設定される。
【００４３】
制御器２８はＣＰＵ２９およびメモリ２７を備えている。制御器２８は、水素生成装置１６や空気供給装置２０、燃料電池１０、電力変換装置２６と通信可能に接続されている。制御器２８はメモリ２７に記憶されたプログラムをＣＰＵ２９が実行することで動作し、水素生成装置１６や燃料電池１０の温度、水素含有ガスや空気の供給量、燃料電池１０における発電量などを制御する。
【００４４】
起動開始指示器３０および発電開始指示器３２は例えばボタンを備える。操作者がそれぞれのボタンを押すことで、燃料電池システム１００の運転開始および発電開始が指示される。起動開始指示器３０および発電開始指示器３２はリモコンであってもよい。
【００４５】
［動作］
図２は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システム１００における起動処理（燃料電池システム１００の起動時に制御器２８により実行されるプログラム）の一例の概略を示すフローチャートである。
【００４６】
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム１００の運転を開始する。これにより、水素生成装置の起動工程が開始される（ステップＳ１０１）。
【００４７】
水素生成装置の起動工程において、制御器２８は加熱器１８を制御して、水素生成装置１６の温度を、燃料電池へ供給するのに適した組成の燃料ガスを生成するために好適な所定の温度（例えば、水素生成装置の改質部の温度に換算して６５０℃程度）以上まで上昇させる。水素生成装置１６が所定の温度に到達すると（昇温が完了すると）、制御器２８は水素生成装置の起動工程を完了し（ステップＳ１０２）、発電待機運転（発電待機工程）を実行する（ステップＳ１０３）。すなわち、本実施形態における水素生成装置の起動工程の完了とは、水素生成装置の昇温が完了したことである。
【００４８】
発電待機運転において、制御器２８は、水素生成装置１６の温度を所定の温度範囲（例えば、水素生成装置１６の改質部の温度に換算して６３０℃〜６７０℃程度）に維持する。温度検出器１７が改質器の温度を検出する温度検出器である場合には、制御器２８は、発電待機運転を行っている間、温度検知器１７の検知温度が燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度（例えば、６３０℃）以上になるように加熱器１８を制御することとしてもよい。発電待機運転において、制御器２８は、水素生成装置１６から燃料電池１０へガスを供給させない。本実施形態では、発電待機運転においては、図示されない閉止弁などにより原料ガスの供給が遮断され、水素生成装置からはガスが排出されない。
【００４９】
制御器２８は、発電待機運転を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。判定結果がＮＯであれば、発電待機運転（ステップＳ１０３）が継続される。電力会社の立会者の確認により上記整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されると、判定結果がＹＥＳとなり、水素生成装置１６への原料ガスの供給が開始され、これにより水素生成装置１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始される（ステップＳ１０５）。さらに空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。
【００５０】
なお、燃料電池システム１００の運転終了時の処理（停止工程）は周知の構成が採用可能であるので説明を省略する。
【００５１】
［効果］
本実施の燃料電池システムによれば、起動処理において、起動工程が完了した後も発電開始が指示されるまで、発電待機運転を実施する。すなわち、水素生成装置の温度を燃料電池へ供給するのに適した組成の燃料ガスを生成するために好適な所定の温度に維持したまま、水素生成装置から燃料電池への燃料ガスの供給を待機する。事前に起動処理を開始し水素生成装置の温度を上昇させておくことで、電力会社の従業員などの立会者が到着した際に、即座に発電を開始することができる。よって、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う場合に立会者の待ち時間を短縮することができる。
【００５２】
発電待機運転では、燃料電池１０に燃料ガスが供給されないため、エネルギー消費量の低減にもつながる。
【００５３】
（第２実施形態）
［装置構成］
図３は、本発明の第２実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００５４】
本実施形態の燃料電池システム２００は、第１実施形態の燃料電池システム１００から加熱器１８を削除してバイパス切換弁１３とバイパス経路２３と燃料器１９を追加し、燃料ガス排気経路２２を燃焼器１９へと接続したものであり、その他の点は燃料電池システム１００と同様である。よって、燃料電池システム１００と共通する構成要素については同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【００５５】
バイパス経路２３は、バイパス切替弁１３を介して燃料ガス供給経路１２と燃料ガス排気経路２２とを連通させる。
【００５６】
バイパス切替弁１３は、制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づき、水素生成装置１６から排出されるガスの供給先を、燃料電池１０と燃料ガス排気経路２２（燃焼器１９）との間で切替える。
【００５７】
供給先を燃料ガス排気経路２２（燃焼器１９）に切替えた場合には、水素生成装置１６から排出されるガスは燃料電池１０に供給されず、バイパス経路２３および燃料ガス排気経路２２を通じて燃焼器１９へと供給される。水素生成装置１６から排出されるガス（燃料ガス、あるいは起動の初期においては未反応の原料ガス：水素生成装置の温度などにより水素生成装置から排出されるガスの組成は変化する）は、燃焼器１９において燃焼される。
【００５８】
供給先を燃料電池１０に切替えた場合には、水素生成装置１６から排出されるガスはバイパス経路２３に供給されず、燃料電池１０へと供給される。バイパス切替弁１３としては、主に３方弁や２個の電磁弁などが用いられる。２個の電磁弁を用いる場合には、燃料ガス供給経路１２（下流側−燃料ガス供給経路１２とバイパス経路２３との接続部と燃料電池１０との間−に配設される）とバイパス経路２３の両方にそれぞれ電磁弁を設け、一方が閉止している場合には一方を開放させるように動作させる。この場合、燃料電池１０から排出されるガス（燃料排ガス）が、燃焼器１９において燃焼される。
【００５９】
燃料ガス排気経路２２は、燃料電池１０およびバイパス経路２３と燃焼器１９とを連通し、水素生成装置１６から排出されるガスまたは燃料電池１０から排出されるガスを燃焼器１９へと供給する。
【００６０】
燃焼器１９は、原料ガス、水素生成装置１６から排出されるガス、燃料電池１０から排出されるガスのいずれかまたはその混合ガスを燃焼することで水素生成装置１６を加熱する。原料ガスは図示されない経路を通じて燃焼器１９へと供給される。燃焼器１９は第１実施形態における加熱器１８に相当する。燃焼器１９は制御器２８と通信可能に接続され、制御器２８の制御に基づき、水素生成装置１６を加熱する。また本実施形態では、原料ガス供給器が、本発明の燃焼ガス供給器として機能するよう構成されている。つまり、制御器２８が、ブースターポンプ１１および流量調整弁１５を制御することで、バイパス経路２３を経由して燃焼器１９に供給される原料ガスの供給量が調整される。これにより、水素生成装置１６の加熱量が制御される。
【００６１】
なお、燃料電池１０をバイパスするバイパス経路２３の代わりに水素生成装置１６をバイパスするバイパス経路（図示せず）を設け、該バイパス経路を経由して原料ガスが燃料ガスとして燃焼器１９へ直接に供給されてもよい。
【００６２】
燃料ガス供給経路１２のうち、水素生成装置１６とバイパス切替弁１３とを結ぶ経路を第１燃料ガス供給経路と呼び、バイパス切替弁１３と燃料電池１０とを結ぶ経路を第２燃料ガス供給経路と呼ぶ。燃料ガス排気経路２２とバイパス経路２３の合流する部位を合流部と呼ぶ。燃料ガス排気経路２２のうち、燃料電池１０と合流部とを結ぶ経路を第１燃料ガス排気経路と呼び、合流部と燃焼器１９とを結ぶ経路を第２燃料ガス排気経路と呼ぶ。第１燃料ガス供給経路とバイパス経路２３と第２燃料ガス排気経路とで、短絡経路が構成される。短絡経路は、水素生成装置１６から排出されるガスを燃料電池１０を経由せず、そのまま燃焼器１９に供給する。
【００６３】
［動作］
燃料電池システム２００の動作は、概略として燃料電池システム１００（図２）と同様である。
【００６４】
燃料電池システム２００の動作が燃料電池システム１００と異なる点は、水素生成装置の起動工程（ステップＳ１０１）や発電待機運転（ステップＳ１０３）が行われている間も、水素生成装置へ原料ガスが供給され、水素生成装置による燃料ガスの生成が行われる点、水素生成装置から排出されたガスが燃焼器に供給されて燃焼される点、水素生成装置の起動工程（ステップＳ１０１）および燃料電池への燃料ガスの供給開始（ステップＳ１０５）において制御器２８およびバイパス切替弁１３によりガスの流路が制御される点である。
【００６５】
すなわち、水素生成装置の起動工程（ステップＳ１０１）では、水素生成装置１６へ原料ガスが供給されると共に、水素生成装置１６から排出されるガスがバイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給されるように、バイパス切替弁１３が切替えられる（バイパス切替弁１３がバイパス経路２３側に切替えられる）。
【００６６】
発電待機運転（ステップＳ１０３）では、水素生成装置１６への原料ガスの供給は継続され、バイパス切替弁１３の切替は行われない。これにより、水素生成装置１６から排出されるガスは、バイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給され続ける。温度検出器１７が改質器の温度を検出する温度検出器である場合には、制御器２８は、発電待機運転を行っている間、温度検知器１７の検知温度が燃料電池に水素含有ガスを供給可能な下限温度（例えば６３０℃）以上になるように原料ガス供給器を制御することとしてもよい。
【００６７】
一方、燃料電池へ水素含有ガスの供給を開始する（ステップＳ１０５）際には、水素生成装置１６から排出されるガスが燃料電池１０へと供給されるように、バイパス切替弁１３が切替えられる（バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられる）。これにより、燃料ガスが燃料電池１０へと供給され（ステップＳ１０５）、さらに空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ１０６）。
【００６８】
［効果］
本実施形態でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００６９】
さらに、本実施形態では、水素生成装置の起動工程や発電待機運転において、ガスが水素生成装置内部を通流する。よって、ガスにより水素生成装置内部の熱伝導が促進され、水素生成装置の温度上昇や温度維持を容易に実現できる。
【００７０】
また、本実施形態では、発電待機運転中に、水素生成装置から排出されるガスが燃焼器１９で燃焼される。これにより、発電に利用されないガスの処理が容易となり、エネルギー効率も向上する。
【００７１】
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池システムは、発電待機運転を開始してから待機上限時間を経過した段階で、発電開始の指示がなくても燃料電池への燃料ガスの供給を開始する点で、第２実施形態の燃料電池システム２００と異なる。なお、本実施形態の燃料電池システム３００の装置構成は、第２実施形態の燃料電池システム２００（図３）と同様であるので、各構成要素には同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【００７２】
［動作］
図４は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システム３００における起動処理（燃料電池システム３００の起動時に制御器２８により実行されるプログラム）の一例の概略を示すフローチャートである。
【００７３】
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム３００の運転を開始する。これにより、水素生成装置の起動工程が開始される（ステップＳ２０１）。
【００７４】
水素生成装置の起動工程は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態においても、水素生成装置の起動工程において、バイパス切替弁１３はバイパス経路２３側に切替えられている。水素生成装置１６が所定の温度以上に到達すると、制御器２８は水素生成装置の起動工程を完了し（ステップＳ２０２）、発電待機運転を実行する（ステップＳ２０３）。発電待機運転は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７５】
制御器２８は、発電待機運転を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０４）。
【００７６】
ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳであれば、バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられる。これにより、水素生成装置１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ２０６）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ２０７）。
【００７７】
ステップＳ２０４の判定結果がＮＯの場合、発電待機運転が開始されてから待機上限時間が経過したか否かの判定が行われる（ステップＳ２０５）。なお、上記待機上限時間は、立会者の到着が予定より遅れている場合に、発電待機運転を際限なく継続して、発電待機運転に消費されるエネルギー量が際限なく増大することを抑制するために設けられるもので、例えば、半時間から数時間程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００７８】
ステップＳ２０５の判定結果がＮＯの場合、発電待機運転（ステップＳ２０３）が継続される。
【００７９】
電力会社の立会者の確認により系統連系保護器３５の整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力され、ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳになれば、水素生成装置１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ２０６）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ２０７）。すなわち制御器２８は、水素生成装置の起動工程が完了した後（発電待機運転開始後）、待機上限時間が経過すると、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されなくても、発電待機運転を停止して水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する
なお、燃料電池システム３００の運転終了時の処理は周知の構成が採用可能であるので説明を省略する。
【００８０】
［効果］
本実施形態でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００８１】
さらに、本実施形態では、立会者の到着が予定よりも遅れている場合に、待機上限時間経過後に発電を開始する。かかる制御により、発電待機運転を際限なく継続して、発電待機運転に消費するエネルギー量が増大することを抑制する。
【００８２】
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池システムは、発電待機運転を開始してから待機上限時間を経過した段階で発電開始指示がなければ発電待機運転を停止し、水素生成装置の温度が所定温度以下まで低下した時点で再び水素生成装置の起動工程を実行する点で、第２実施形態の燃料電池システム２００と異なる。なお、本実施形態の燃料電池システム４００の装置構成は、第２実施形態の燃料電池システム２００（図３）と同様であるので、各構成要素には同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【００８３】
［動作］
図５は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池システム４００における起動処理（燃料電池システム４００の起動時に制御器２８により実行されるプログラム）の一例の概略を示すフローチャートである。
【００８４】
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム４００の運転を開始する。まず、変数ｉにゼロが代入されてメモリ２７に記憶され（ステップＳ３０１）、水素生成装置の起動工程が開始される（ステップＳ３０２）。
【００８５】
水素生成装置の起動工程は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態においても、水素生成装置の起動工程において、バイパス切替弁１３はバイパス経路２３側に切替えられている。水素生成装置１６が第１の所定温度以上に到達すると、水素生成装置の起動工程が完了となり（ステップＳ３０３）、発電待機運転が実行される（ステップＳ３０４）。発電待機運転は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８６】
制御器２８は、発電待機運転を実行しつつ、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ３０５）。
【００８７】
電力会社の立会者の確認により系統連系保護器３５の整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力され、ステップＳ３０５の判定結果がＹＥＳになれば、バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられる。これにより、水素生成装置１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ３０６）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ３０７）。
【００８８】
ステップＳ３０５の判定結果がＮＯの場合、発電待機運転が開始されてから待機上限時間（数時間程度が最も好ましい）が経過したか否かの判定が行われる（ステップＳ３０８）。
【００８９】
ステップＳ３０８の判定結果がＮＯの場合、発電待機運転（ステップＳ３０４）が継続される。
【００９０】
ステップＳ３０８の判定結果がＹＥＳであれば、発電待機運転が停止される（ステップＳ３０９）。具体的には、水素生成装置１６への原料ガスの供給が停止され、これにより燃料ガスの生成が停止される。また、燃焼器１９における燃焼（水素生成装置１６の加熱）も停止される。
【００９１】
発電待機運転が停止されると、制御器２８は、操作者により発電開始指示器３２へ発電開始の指示が入力されたか否かの判定を行う（ステップＳ３１０）。
【００９２】
ステップＳ３１０の判定結果がＹＥＳであれば、水素生成装置１６への原料ガスの供給および燃焼器１９における燃焼（水素生成装置１６の加熱）が再開されて水素生成装置の起動工程が開始され（ステップＳ３１１）、水素生成装置１６が第１の所定温度（例えば、水素生成装置の改質部の温度に換算して６５０℃程度）以上に到達すると、水素生成装置の起動工程が完了となり（ステップＳ３１２）、バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられて水素生成装置１６から燃料電池１０への燃料ガスの供給が開始され（ステップＳ３０６）、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される（ステップＳ３０７）。
【００９３】
ステップＳ３１０の判定結果がＮＯであれば、水素生成装置の温度が第２の所定温度以下に低下したか否かの判定が行われる（ステップＳ３１３）。ここで、第２の所定温度＜第１の所定温度である。例えば、第２の所定温度は水素生成装置の改質部の温度に換算して４００℃程度とすることができる。
【００９４】
ステップＳ３１３の判定結果がＮＯであれば、再度ステップＳ３１０が実行される。すなわち、水素生成装置の温度が第２の所定温度に下がるまで、発電待機運転を停止した状態が維持される。
【００９５】
ステップＳ３１３の判定結果がＹＥＳであれば、ｉに１が加えられ（ステップＳ３１４）、ｉが３以上になったか否かの判定が行われる（ステップＳ３１５）。
【００９６】
ステップＳ３１５の判定結果がＮＯであれば、再度ステップＳ３０２が実行される。これにより、ｉが３以上になるまで水素生成装置の起動工程および発電待機運転が繰り返される。第２の所定温度と第１の所定温度との差は、再度の水素生成装置の起動工程において水素生成装置を第１の所定温度まで加熱するために十数分程度を必要とするものであることが好ましい。
【００９７】
ステップＳ３１５の判定結果がＹＥＳであれば、燃料電池システムの運転が終了される。
【００９８】
なお、燃料電池システム３００の運転終了時の処理は周知の構成が採用可能であるので説明を省略する。
【００９９】
［効果］
本実施形態でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。
【０１００】
さらに、本実施形態では、立会者の到着が遅れている場合に、発電待機運転を際限なく継続して、発電待機運転に消費されるエネルギー量が際限なく増大することを抑制できる。
【０１０１】
また、本実施形態では、より少ないエネルギー消費量で発電待機運転時の水素生成装置の温度状態もしくはそれに近い温度状態を長時間継続することができる。すなわち、エネルギー消費量を抑制しつつ、燃料電池システムを、立会者が到着すれば速やかに（十数分で）発電を開始できるような状態に維持することができる。
【０１０２】
［変形例］
上述の説明では、ｉが３以上になったときに燃料電池システムの運転を終了したが、閾値は３に限られず、例えば２や４であってもよい。
【０１０３】
（第５実施形態）
［装置構成］
図６は、本発明の第５実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１０４】
本実施形態の燃料電池システム５００の装置構成は、第２実施形態の燃料電池システム２００に第１運転指示器３１と第２運転指示器３３を追加したものであり、その他の点は燃料電池システム２００（図３）と同様である。よって、燃料電池システム２００と共通する構成要素については同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１０５】
第１運転指示器３１および第２運転指示器３３は、例えばボタンを備える。操作者が第１運転指示器３１のボタンを押すと、燃料電池システム５００の運転モードが第１の運転方法である旨が制御器２８に指示される。操作者が第２運転指示器３３のボタンを押すと、燃料電池システム５００の運転モードが第２の運転方法である旨が制御器２８に指示される。
【０１０６】
［動作］
操作者は、燃料電池システムの運転開始前に、第１運転指示器３１あるいは第２運転指示器３３を操作して、燃料電池システム５００の運転モードを第１の運転方法とするか、第２の運転方法とするかの指示を行う。
【０１０７】
制御器２８は、操作者により起動開始指示器３０へ起動開始の指示が入力されることにより、燃料電池システム５００の運転を開始する。これにより、水素生成装置の起動工程が開始される。水素生成装置の起動工程では、水素生成装置１６から排出されるガスがバイパス経路２３と燃料ガス排気経路２２とを経由して燃焼器１９へと供給されるように、バイパス切替弁１３が切替えられる（バイパス切替弁１３がバイパス経路２３側に切替えられる）。そして、制御器２８は燃焼器１９を制御して、水素生成装置１６の温度を、燃料電池へ供給するのに適した組成の燃料ガスを生成するために好適な所定の温度（例えば、水素生成装置の改質部の温度に換算して６５０℃程度）以上まで上昇させる。水素生成装置１６が所定の温度に到達すると、制御器２８は水素生成装置の起動工程を完了する。
【０１０８】
第１運転指示器３１により第１の運転方法が指示されている場合、水素生成装置の起動工程完了後、制御器２８は、発電開始指示器３２から発電開始の指示が入力されるまで、バイパス切替弁１３をバイパス経路２３側に維持して、水素生成装置１６から排出されるガスを燃焼器１９で燃焼させつつ、水素生成装置１６の温度を所定の温度範囲（例えば、水素生成装置１６の改質部の温度に換算して６３０℃〜６７０℃程度）に維持する（発電待機運転）。
【０１０９】
そして、電力会社の立会者の確認により系統連系保護器３５の整定値に問題ないことが確認され、操作者により発電開始指示器３２が操作されて発電開始が指示されると、水素生成装置１６から排出されるガスが燃料電池１０へと供給されるように、バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられる。これにより、燃料ガスが燃料電池１０へと供給され、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される。
【０１１０】
第２運転指示器３３により第２の運転方法が指示されている場合、水素生成装置の起動工程完了後、発電待機運転は行われず、そのまま発電工程が開始される。すなわち、水素生成装置１６から排出されるガスが燃料電池１０へと供給されるように、バイパス切替弁１３が燃料電池１０側に切替えられる。これにより、燃料ガスが燃料電池１０へと供給され、同時に空気供給装置２０から燃料電池１０への酸化剤ガスの供給も開始されて、発電工程が開始される。
【０１１１】
［効果］
本実施形態では、立会者の立ち会いが必要な場合には、第１の運転方法を指示することで発電待機運転を行うことができる一方、一たん立ち会いが行われた後の通常の運転において立会者の立ち会いが不要な場合には、第２の運転方法を指示することで発電待機運転を実行せず、そのまま発電を開始できる。かかる構成では、不必要に発電待機運転が実行されることによるエネルギーの損失を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係る燃料電池システムは、系統連系動作開始前に系統連系保護器の整定値確認を行う立会者の待ち時間を短縮することが可能な燃料電池システムおよびその運転方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムにおける起動処理の一例の概略を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システムにおける起動処理の一例の概略を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池システムにおける起動処理の一例の概略を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第５実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  燃料電池
１２  燃料ガス供給経路
１３  バイパス切換弁
１４  酸化剤ガス供給経路
１６  水素生成装置
１７  温度検知器
１８  加熱器
１９  燃焼器（バーナ）
２０  空気供給装置
２２  燃料ガス排気経路
２３  バイパス経路
２４  酸化剤ガス排気経路
２６  電力変換装置
２６Ａ  直交変換器
２７  メモリ
２８  制御器
２９  ＣＰＵ
３０  起動開始指示器
３１  第１運転指示器
３２  発電開始指示器
３３  第２運転指示器
３５  系統連系保護器
３６  連系点
３７  解列器
１００  燃料電池システム
２００  燃料電池システム
５００  燃料電池システム
【図１】
2010135286.tif 000003
【図２】
2010135286.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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