(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質して水素を主成分とするガスを生成する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で生成された水素を主成分とするガスを用いて発電を行う燃料電池装置と、前記各装置の運転を制御する制御装置とを備える燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置は、原燃料を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成触媒を有する変成器と、前記一酸化炭素変成触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記一酸化炭素変成触媒を加熱可能な加熱手段とを有し、
前記制御装置は、前記一酸化炭素変成触媒が劣化発生条件を満たした状態にあり且つ前記温度検出手段による検出温度が基準温度未満である状態において、前記改質器での前記改質ガスの生成量を増加変化させている途中では、前記加熱手段の動作を変化させて前記一酸化炭素変成触媒の温度を前記基準温度以上に上昇させ、前記改質器での前記改質ガスの生成量を増加変化させないときは、前記加熱手段の動作を変化させることによって前記一酸化炭素変成触媒の温度を前記基準温度以上に上昇させることは行わない燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記改質器への原燃料の供給量に対する前記燃料電池装置の出力電圧が基準電圧未満であるとき、又は、前記燃料電池装置の出力電圧に対する前記改質器への原燃料の供給量が基準供給量以上であるとき、又は、前記燃料改質装置の積算運転時間が基準積算時間以上であるとき、前記一酸化炭素変成触媒が前記劣化発生条件を満たした状態にあると判断する請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記加熱手段は、電気ヒータである請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記燃料改質装置は、可燃性ガスを燃焼して得られる燃焼熱によって前記改質器を加熱する燃焼器を有し、
前記燃焼器は、前記燃焼熱によって前記一酸化炭素変成触媒を加熱可能な前記加熱手段として機能する請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原燃料を改質して水素を主成分とするガスを生成する燃料改質装置と、燃料改質装置で生成された水素を主成分とするガスを用いて発電を行う燃料電池装置と、各装置の運転を制御する制御装置とを備える燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置に供給する水素を主成分とするガスを生成するための装置として、燃料改質装置がある。燃料改質装置は、原燃料を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器を有する。加えて、燃料改質装置は、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去するための変成器を有する。変成器は、一酸化炭素と水とを反応させて、一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる。このとき、変成器が有する一酸化炭素変成触媒が劣化していると（即ち、変成処理能力が低下していると）、変成器から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量が増加し、最終的には、燃料電池へ到達する一酸化炭素の量も増加する。その結果、一酸化炭素による燃料電池の電極触媒の被毒の影響が大きくなり、燃料電池の発電電圧が低下するという問題が発生する。
【０００３】
変成器における一酸化炭素変成触媒の劣化に着目した先行技術として特許文献１に記載した発明がある。特許文献１には、触媒温度が上昇しすぎると触媒の劣化が起こるという問題が記載されている。その問題を解決するために、特許文献１に記載の発明では、変成器に流入するガスを変成器の入口に設けた熱交換器で冷却することで一酸化炭素変成触媒の温度を３３０℃以下に制御することにより、触媒の劣化を抑制している。具体的には、変成器は、その変成器の入口のガス温度を制御するための熱交換器を特別に有する。熱交換器は、冷却水等の冷却媒体を流す冷却管、冷却板等がガスの流路に設けられた構造の装置である。この熱交換器により、変成器に収容されている一酸化炭素変成触媒の触媒層の入口のガスが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６１５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明は、一酸化炭素変成触媒の温度制御のために、上述した特別な熱交換器が必要になる。その結果、燃料改質装置の装置コストが高くなり、且つ、装置が大きくなるという問題がある。
また、特許文献１に記載の発明は、そのような熱交換器を常時作動させて、一酸化炭素変成触媒の温度を３３０℃以下に制御することで、触媒の劣化を抑制しようとする技術である。つまり、一酸化炭素変成触媒が劣化しているか否かに関わらず上記熱交換器を常時作動させなければならないため、燃料改質装置が例えば１０年以上運転されるとすると、熱交換器の作動のために多大なエネルギが消費されることになる。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、活性の高い状態で一酸化炭素変成触媒を使用でき、且つ、消費エネルギが小さい燃料電池発電システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池発電システムの特徴構成は、原燃料を改質して水素を主成分とするガスを生成する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で生成された水素を主成分とするガスを用いて発電を行う燃料電池装置と、前記各装置の運転を制御する制御装置とを備える燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置は、原燃料を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成触媒を有する変成器と、前記一酸化炭素変成触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記一酸化炭素変成触媒を加熱可能な加熱手段とを有し、
前記制御装置は、前記一酸化炭素変成触媒が劣化発生条件を満たした状態にあり且つ前記温度検出手段による検出温度が基準温度未満である状態において、前記改質器での前記改質ガスの生成量を増加変化させている途中では、前記加熱手段の動作を変化させて前記一酸化炭素変成触媒の温度を前記基準温度以上に上昇させ、前記改質器での前記改質ガスの生成量を増加変化させないときは、前記加熱手段の動作を変化させることによって前記一酸化炭素変成触媒の温度を前記基準温度以上に上昇させることは行わない点にある。
本特徴構成において、加熱手段の動作を変化させるということは、非動作状態にある加熱手段を動作状態に切り替えること、及び、既に動作状態にある加熱手段の動作状態を変更すること（例えば、加熱量が小さい動作状態から加熱量が大きい動作状態に変化させること）の両方の概念を含む。このように、加熱手段の動作を変化させることで、触媒の活性が高い側で一酸化炭素変成触媒を使用できる。
【０００８】
一酸化炭素変成触媒が劣化して活性が低い状態になると、触媒温度が同一であれば一酸化炭素の変成処理量が減少する。更に、過度に触媒の劣化が進行すると、変成処理反応が促進されず触媒温度が低くなる。但し、一酸化炭素変成触媒が所定の劣化発生条件を満たした状態（即ち、変成器における一酸化炭素のスリップ量が所定量以上である状態）にあり且つ一酸化炭素変成触媒の温度を検出する温度検出手段による検出温度が基準温度未満である状態であれば、一酸化炭素変成触媒が劣化しているという確定判断を下すことができる。尚、一酸化炭素変成触媒が劣化しているという確定判断を下したとしても、一酸化炭素変成触媒は一酸化炭素を変成処理する性能を完全に失った訳ではないため、変成処理するべきガス量が少なければ、そのガス中に存在する一酸化炭素の変成処理を行える。
しかし、電力負荷装置の電力需要が増大するなどの理由により、燃料電池の発電出力を上昇させる必要が生じたとき（即ち、改質ガスの生成量を増加させる必要が生じたとき）、変成器において変成処理するべきガス量が増加する。従って、変成器の一酸化炭素変成触媒が劣化して活性が低い場合、それまでの触媒温度を維持した状態では変成処理するべきガス量の増加に対応できず、多くの一酸化炭素が変成処理されずに変成器をスリップすることになる。
【０００９】
ところが本特徴構成では、制御装置は、一酸化炭素変成触媒が劣化発生条件を満たした状態にあり且つ温度検出手段による検出温度が基準温度未満である状態において、改質器での改質ガスの生成量を増加変化させている途中では、加熱手段の動作を変化させて一酸化炭素変成触媒の温度を基準温度以上に上昇させ、改質器での改質ガスの生成量を増加変化させないときは、加熱手段の動作を変化させることによって一酸化炭素変成触媒の温度を基準温度以上に上昇させることは行わない。つまり、制御装置は、一酸化炭素変成触媒の温度を上昇させることで、一酸化炭素変成触媒の活性を高めることができる。従って、触媒活性を高めることで、変成処理可能なガス量が増加するので、変成器から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量、即ち、燃料電池へ供給される一酸化炭素の量を相対的に少なくできる。更に、本特徴構成では、制御装置が一酸化炭素変成触媒の活性を高めるのは、改質器での改質ガスの生成量を増加させるときであるので、他のタイミング（改質器での改質ガスの生成量を増加変化させないとき）では一酸化炭素変成触媒の活性を現状のままで保っていればよい。従って、燃料改質装置の運転に要するエネルギが必要以上に増大することを避けることができる。
従って、活性の高い状態で一酸化炭素変成触媒を使用でき、且つ、消費エネルギが小さい燃料電池発電システムを提供できる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池発電システムの別の特徴構成は、前記制御装置は、前記改質器への原燃料の供給量に対する前記燃料電池装置の出力電圧が基準電圧未満であるとき、又は、前記燃料電池装置の出力電圧に対する前記改質器への原燃料の供給量が基準供給量以上であるとき、又は、前記燃料改質装置の積算運転時間が基準積算時間以上であるとき、前記一酸化炭素変成触媒が前記劣化発生条件を満たした状態にあると判断する点にある。
【００１１】
一酸化炭素変成触媒が劣化してその変成処理能力が低下すると、改質器への原燃料の供給量に変化がなくても、変成器から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量が相対的に増加するため、燃料電池の発電電圧が低下することがある。そこで、制御装置は、改質器への原燃料の供給量に対する燃料電池装置の出力電圧が基準電圧未満である場合、一酸化炭素変成触媒が劣化発生条件を満たしていると判断できる。
或いは、一酸化炭素変成触媒が劣化してその変成処理能力が低下すると、変成器から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量が相対的に増加するため、燃料電池から同じ発電電圧を得るのに必要とする改質器への原燃料の供給量が増加することがある。そこで、制御装置は、燃料電池装置の出力電圧に対する改質器への原燃料の供給量が基準供給量以上である場合、一酸化炭素変成触媒が劣化発生条件を満たしていると判断できる。
また或いは、燃料改質装置の積算運転時間が基準積算時間以上になると、一酸化炭素変成触媒が経年劣化していると見なしてもよい。そこで、制御装置は、燃料改質装置の積算運転時間が基準積算時間以上になると、一酸化炭素変成触媒が劣化発生条件を満たしていると判断できる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池発電システムの更に別の特徴構成は、前記加熱手段は、電気ヒータである点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、制御装置は、電気ヒータへの通電量を調節することで、加熱手段の発熱量、即ち、加熱手段から一酸化炭素変成触媒へ与えられる熱量を制御できる。
【００１４】
本発明に係る燃料電池発電システムの更に別の特徴構成は、前記燃料改質装置は、可燃性ガスを燃焼して得られる燃焼熱によって前記改質器を加熱する燃焼器を有し、
前記燃焼器は、前記燃焼熱によって前記一酸化炭素変成触媒を加熱可能な前記加熱手段として機能する点にある。
【００１５】
燃焼器は、可燃性ガスを燃焼して得られる燃焼熱によって改質器を加熱する装置である。また、燃焼器で加熱される改質器から排出される改質ガスは変成器に流入することを考慮すると、燃焼器で発生される熱は改質ガスを介して変成器にも伝えられていると言える。加えて、燃料改質装置の内部で燃焼器と変成器とが例えば断熱材などを間に挟みながらも互いに近接して設けられている場合、燃焼器の筐体から放射された熱は、変成器にも伝わる。従って、燃焼器の発熱量（燃焼量）が大きくなれば、変成器に伝わる熱も大きくなる。
従って、制御装置が燃焼器の燃焼量を調節することで、加熱手段としての燃焼器から一酸化炭素変成触媒へ与えられる熱量を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の燃料電池発電システムの構成を説明する図である。
【図２】加熱手段としての電気ヒータを動作させた場合の燃料改質装置の運転状態の推移を示す実施例のグラフである。
【図３】第２実施形態の燃料電池発電システムの構成を説明する図である。
【図４】加熱手段としての電気ヒータを加熱作動させなかった場合の燃料改質装置の運転状態の推移を示す比較例のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の燃料電池発電システムＳ１（Ｓ）について説明する。
図１は、第１実施形態の燃料電池発電システムＳ１の構成を示す図である。燃料電池発電システムは、燃料改質装置１０と燃料電池装置２０と制御装置３０とを備える。制御装置３０は、燃料改質装置１０及び燃料電池装置２０の動作を制御する。
【００１８】
燃料改質装置１０は、脱硫器１と水蒸気生成器２と改質器３と燃焼器４と変成器５と電気ヒータ６と一酸化炭素除去器７とを有する。
脱硫器１は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄化合物を脱硫処理する脱硫触媒１ａを有する。脱硫器１へ供給する原燃料の流量は、制御装置３０が、バルブＶ１の開度を調節して制御する。脱硫器１で脱硫処理された脱硫処理済ガスは、その後、改質器３へ供給される。従って、制御装置３０が、脱硫器１へ供給する原燃料の流量を調節することで、その後に改質器３で生成される改質ガスの量が調節され、最終的には、燃料電池２１のアノードに供給される水素量が調節される。つまり、制御装置３０は、燃料電池２１の発電出力（例えば、電圧センサＶで検出される電圧）を上昇させるのであれば、バルブＶ１の開度を大きくして脱硫器１へ供給する原燃料の流量を増加させる制御を行えばよい。
【００１９】
水蒸気生成器２は、燃焼器４から排出された燃焼排ガスを通流させる加熱部２ｂと、バルブＶ３を介して供給される水を加熱部２ｂによる加熱にて蒸発させる蒸発部２ａとを有する。蒸発部で２ａ発生された水蒸気は、脱硫後の原燃料と共に改質器３へ供給される。蒸発部２ａに供給する水の流量は、制御装置３０が、バルブＶ３の開度を調節して制御する。例えば、制御装置３０は、燃料電池２１の発電出力（例えば、電圧センサＶで検出される電圧）を上昇させる際、上述した脱硫器１への原燃料の供給量の増加と合わせて、蒸発部２ａに供給する水の流量を増加させる制御を行えばよい。蒸発部２ａに供給される水の流量は、改質器３に供給される水蒸気の量と比例する。
【００２０】
燃焼器４は、可燃性のガスを燃焼して燃焼熱を発生させる。可燃性ガスとしては、燃料電池２１から排出されたアノード排ガス（発電反応に用いられなかった水素を含むガス）又は上述した都市ガス等の原燃料、或いは、その両方を用いることができる。制御装置３０は、バルブＶ２の開度を調節して、燃焼器４に供給する原燃料の流量を制御でき、及び、アノード排ガス路２３に設けられるバルブＶ４の開度を調節して、燃料電池２１から燃焼器４へアノード排ガス路２３を介して供給するアノード排ガスの流量を制御できる。つまり、制御装置３０は、バルブＶ２、Ｖ４の開度を調節することで、燃焼器４の発熱量を制御できる。
【００２１】
改質器３は、燃焼器４で発生された燃焼熱を利用して原燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する。原燃料が、メタンを主成分とする天然ガスである場合、改質器３では、燃焼器４による例えば６５０℃〜７５０℃程度の加熱下でメタンと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含むガスに改質処理される。
【００２２】
〔化１〕
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
〔化２〕
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2
【００２３】
変成器５は、改質器３にて生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減するように処理する。具体的には、変成器５では、銅−亜鉛系、鉄−クロム系などの一酸化炭素変成触媒５ａの触媒作用によって、改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが、例えば１５０℃〜３００℃程度の反応温度で下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理される。
【００２４】
〔化３〕
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2
【００２５】
加えて、変成器５は、一酸化炭素変成触媒５ａの温度を検出する温度検出手段としての温度センサＴを有する。本実施形態では、温度センサＴは変成器５の内部の後段部分、即ち、出口に近い付近の一酸化炭素変成触媒５ａの温度を測定可能な位置に設けられている。また、変成器５には、一酸化炭素変成触媒５ａを加熱可能な加熱手段Ｈとしての電気ヒータ６が装着される。
【００２６】
一酸化炭素除去器７は、変成器５から排出される変成処理済ガス中に残留している一酸化炭素を除去する。具体的には、一酸化炭素除去器７においては、ルテニウムや白金、パラジウム、ロジウム等の一酸化炭素除去触媒７ａの触媒作用によって、１００℃〜２００℃程度の反応温度で変成処理済ガス中に残っている一酸化炭素が、添加された空気中の酸素によって酸化される。その結果、一酸化炭素濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）、水素リッチな燃料ガスが生成される。
【００２７】
以上のようにして燃料改質装置１０で生成された水素を主成分とする燃料ガスは、燃料電池装置２０が有する燃料電池２１のアノード（図示せず）に供給される。また、燃料電池２１のカソード（図示せず）には酸素（空気）が供給される。燃料電池２１で発電された直流電力はパワーコンディショナー２２によって所定の電力に変換された後、電力負荷装置４０に供給される。燃料電池２１で発電された電力の電圧は、電圧計Ｖによって計測される。また、上述したように、燃料電池２１から排出されるアノード排ガス（発電反応に用いられなかった水素を含むガス）は、アノード排ガス路２３を通じて燃焼器４に可燃性ガスとして供給される。
本実施形態で特に想定する燃料電池２１は、電極触媒の一酸化炭素による被毒が問題となるような固体高分子形燃料電池やリン酸形燃料電池である。
【００２８】
次に、一酸化炭素変成触媒５ａの劣化について説明する。
燃料改質装置１０の積算運転時間が長期間になると、各機器の性能が低下することがある。例えば、変成器５が有する一酸化炭素変成触媒５ａは長期間の使用に伴って劣化する（即ち、変成処理能力が低下する）。そして、一酸化炭素変成触媒５ａの変成処理能力が低下するにつれて、変成器５から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量が増加し、最終的には、燃料電池２１へ到達する一酸化炭素の量も増加する。その結果、一酸化炭素による燃料電池２１の電極触媒の被毒の影響が大きくなり、燃料電池２１の発電電圧の低下へと至る。
【００２９】
従って、本実施形態では、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たした状態にあり且つ温度センサＴによる検出温度が基準温度未満である状態において、改質器３での改質ガスの生成量を増加させるとき、電気ヒータ６の動作を変化させて一酸化炭素変成触媒５ａの温度を上昇させる制御、即ち、一酸化炭素変成触媒５ａの活性を一時的に高める制御を行う。
【００３０】
具体的には、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たしているか否かを判定する。本実施形態における劣化発生条件は、改質器３への原燃料の供給量に対する燃料電池装置２０の出力電圧が基準電圧未満であるか否か、又は、燃料電池装置２０の出力電圧に対する改質器３への原燃料の供給量が基準供給量以上であるか否か、又は、燃料改質装置１０の積算運転時間が基準積算時間以上であるか否か、である。
【００３１】
〔劣化発生条件の判定〕
例えば、一酸化炭素変成触媒５ａによる変成処理能力が低下すると、変成器５から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量が相対的に増加するため、改質器３への原燃料の供給量に変化がなくても燃料電池２１の発電電圧が低下することがある。そこで、制御装置３０は、改質器３への原燃料の供給量に対する燃料電池装置２０の基準出力電圧の関係を記憶装置（図示せず）に複数個記憶しておき、燃料改質装置１０の運転中に流量センサ８で検出される改質器３への原燃料の供給量に対する、電圧センサＶで検出される燃料電池装置２０の出力電圧の関係を随時検証する。そして、制御装置３０は、改質器３への原燃料の供給量に対する燃料電池装置２０の出力電圧が基準電圧未満である場合、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たしていると判断する。
【００３２】
或いは、一酸化炭素変成触媒５ａによる変成処理能力が低下すると、変成器５から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量が相対的に増加するため、燃料電池２１から同じ発電電圧を得るのに必要とする改質器３への原燃料の供給量が増加することがある。そこで、制御装置３０は、燃料電池装置２０の出力電圧に対する改質器３への原燃料の基準供給量の関係を記憶装置（図示せず）に複数個記憶しておき、燃料改質装置１０の運転中に電圧センサＶで検出される燃料電池装置２０の出力電圧に対する、流量センサ８で検出される改質器３への原燃料の供給量の関係を随時検証する。そして、制御装置３０は、燃料電池装置２０の出力電圧に対する改質器３への原燃料の供給量が基準供給量以上である場合、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たしていると判断する。
【００３３】
また或いは、燃料改質装置１０の積算運転時間が基準積算時間以上になると、一酸化炭素変成触媒５ａが経年劣化していると見なしてもよい。そこで、制御装置３０は、燃料改質装置１０の積算運転時間と、記憶装置に記憶している基準積算時間とを随時比較する。そして、制御装置３０は、燃料改質装置１０の積算運転時間が基準積算時間以上になると、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たしていると判断する。
【００３４】
〔触媒温度の判定〕
更に、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａの温度を検出する温度センサＴの検出温度が基準温度（例えば、１３０℃）未満であるか否かを判定する。一酸化炭素変成触媒５ａの温度を監視するのは、触媒温度と触媒活性とが関連するからである。つまり、触媒活性が低いと（即ち、一酸化炭素変成触媒５ａの変成処理能力が低下していると）、一酸化炭素変成触媒５ａの温度は過剰に低くなる。尚、上述したように、触媒活性が正常であれば、一酸化炭素変成触媒５ａの温度が例えば約１５０℃〜約３００℃の範囲で変成器５は運転継続される。
【００３５】
以上のように、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たした状態にあることを確認し、且つ、一酸化炭素変成触媒５ａの温度を検出する温度センサＴの検出温度が基準温度未満であることを確認した場合に、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化しているという確定判断を下す。そして、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化しているという確定判断を記憶装置へ記憶しておく。
【００３６】
その後、制御装置３０は、例えば、電力負荷装置４０の電力需要が増大するなどの理由により、燃料電池２１の発電出力を上昇させるタイミングであるか否か（即ち、改質ガスの生成量を増加させるタイミングであるか否か）を判定する。改質ガスの生成量を増加させるということは、変成器５において変成処理するべきガス量（即ち、変成処理負荷）が増加するということである。従って、変成器５の一酸化炭素変成触媒５ａの変成処理能力が低下した状態のままでは、変成処理するべきガス量の増加に対応できず、変成処理しきれなかった多くの一酸化炭素を燃料電池２１へ供給してしまうことになる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化しているという上記確定判断を行った状態において、改質器３での改質ガスの生成量を増加させるとき、加熱手段Ｈとしての電気ヒータ６の動作を変化させて一酸化炭素変成触媒５ａの温度を上昇させる制御を行う。電気ヒータ６の動作を変化させるということは、非動作状態にある電気ヒータ６を動作状態に切り替えること、及び、既に動作状態にある電気ヒータの出力を変更すること（例えば、加熱量が小さい動作状態から加熱量が大きい動作状態に変化させること）の両方の概念を含む。つまり、電気ヒータ６の動作を変化させて一酸化炭素変成触媒５ａの温度を上昇させることで、触媒活性を高めることができる。従って、触媒活性を高めることで、変成処理可能なガス量が増加するので、変成器５から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量、即ち、燃料電池２１へ供給される一酸化炭素の量を相対的に少なくできる。
【００３８】
図２は、加熱手段Ｈとしての電気ヒータ６を動作させた場合の燃料改質装置１０の運転状態の推移を示す実施例のグラフである。具体的には、制御装置３０が制御する電気ヒータ６の動作状態、温度センサＴが検出する一酸化炭素変成触媒５ａ温度、及び、流量センサ８が検出する原燃料ガス流量の推移を示すグラフである。
【００３９】
図２において、制御装置３０は、時刻ｔｓにおいて、燃料電池２１の発電出力を上昇させるタイミングであると判定している。尚、制御装置３０は、この時刻ｔｓよりも前に、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たした状態にあり且つ温度センサＴによる一酸化炭素変成触媒５ａの検出温度が基準温度（例えば、１３０℃）未満である状態にあるとの確定判断を下しているものとする。図２では、時刻ｔｓ以前の一酸化炭素変成触媒５ａの温度は約１２０℃であるので上記基準温度未満である。そして、制御装置３０は、時刻ｔｓにおいて、燃料電池２１の発電出力を増加させるべく、バルブＶ１の開度を調節して原燃料の供給量を増加させ始め且つバルブＶ３の開度を調節して水蒸気生成器２に供給する水の量を増加させ始める。
【００４０】
加えて、制御装置３０は、原燃料及び水の供給量を増加させ始めるのと同時に（或いは、その前後から）、電気ヒータ６を加熱作動させて一酸化炭素変成触媒５ａの温度を上昇させる。図２の例では、制御装置３０は、電気ヒータ６を断続的に加熱作動させているが、電気ヒータ６を連続的に加熱作動させてもよい。図２に示すように、電気ヒータ６を加熱作動させた後、一酸化炭素変成触媒５ａの温度は約１５０℃前後まで上昇している。また、図２に示す例では、原燃料及び水の供給量を増加側に変化させている間は一酸化炭素変成触媒５ａの温度が上記基準温度以上となるように、電気ヒータ６を加熱作動させている。
図２に示すような燃料電池２１の発電出力の上昇、即ち、変成処理が要求されるガス量の増大を行っても、変成器５はガスを充分に変成処理して、燃料電池２１は問題なく動作した。
【００４１】
これに対して、図４は、加熱手段Ｈとしての電気ヒータ６を加熱作動させなかった場合の燃料改質装置１０の運転状態の推移を示す比較例のグラフである。電気ヒータ６を加熱作動させなかったこと以外の条件は、図２の実施例と同様である。この比較例の場合、原燃料の供給量が３Ｌ／ｍｉｎを超えた後、時刻ｔ１０において、変成器５の出口に設けてある一酸化炭素濃度の検出センサ（図示せず）が基準値以上の一酸化炭素を検出した（即ち、基準値以上の一酸化炭素が変成処理されずに変成器５をスリップした）ために制御装置３０が燃料改質装置１０の運転を停止させた。つまり、触媒活性が低下したままの一酸化炭素変成触媒５ａを有する変成器５は、要求されるガス量の変成処理を充分に行えなかった。逆に言うと、図２に示した実施例では、電気ヒータ６で加熱された一酸化炭素変成触媒５ａを有する変成器５は、要求されるガス量の変成処理を充分に行えていたということである。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａが劣化発生条件を満たした状態にあり且つ温度センサＴによる検出温度が基準温度未満である状態において、改質器３での改質ガスの生成量を増加させるとき、加熱手段Ｈとしての電気ヒータ６の動作を変化させて一酸化炭素変成触媒５ａの温度を上昇させる。つまり、制御装置３０は、一酸化炭素変成触媒５ａの温度を上昇させることで、一酸化炭素変成触媒５ａの活性を高めることができる。従って、触媒活性を高めることで、変成処理可能なガス量が増加するので、変成器５から排出される変成処理済ガスに含まれる一酸化炭素の量、即ち、燃料電池２１へ供給される一酸化炭素の量を許容値以下にできる。更に、本実施形態では、制御装置３０が一酸化炭素変成触媒５ａの活性を高めるのは、改質器３での改質ガスの生成量を増加させるときであるので、他のタイミングでは一酸化炭素変成触媒５ａの活性を高めなくてよい。従って、燃料改質装置１０の運転に要するエネルギが必要以上に上昇することを避けることができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の燃料電池発電システムＳ２（Ｓ）は、燃料改質装置１０が電気ヒータ６を備えない点で第１実施形態の燃料電池発電システムＳ１と異なっている。以下に第２実施形態の燃料電池発電システムＳ２について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００４４】
第２実施形態では、制御装置３０は、燃焼器４を、一酸化炭素変成触媒５ａを加熱可能な加熱手段Ｈとして用いる。上述したように、燃焼器４は、可燃性ガスを燃焼して得られる燃焼熱によって改質器３を加熱する装置である。また、燃焼器４で加熱される改質器３から排出される改質ガスは変成器５に流入することを考慮すると、燃焼器４で発生される熱は改質ガスを介して変成器５にも伝えられていると言える。加えて、燃料改質装置１０の内部で燃焼器４と変成器５とが断熱材などを間に挟みながらも互いに近接して設けられている場合、燃焼器４の筐体から放射された熱は、変成器５にも伝わる。従って、燃焼器４の発熱量が大きくなれば、変成器５に伝わる熱も大きくなる。つまり、燃焼器４は、燃焼熱によって一酸化炭素変成触媒５ａを加熱可能な加熱手段Ｈとして機能する。
【００４５】
具体的には、制御装置３０は、上記第１実施形態と同様に決定される一酸化炭素変成触媒５ａを加熱すべき時期において、バルブＶ２の開度を調節して燃焼器４への原燃料の供給量を増加させることで、燃焼器４の発熱量を増加させる。その結果、一酸化炭素変成触媒５ａは加熱手段Ｈとしての燃焼器４の燃焼熱によって加熱される。
【００４６】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、温度センサＴが変成器５の内部の後段部分、即ち、出口に近い付近の一酸化炭素変成触媒５ａの温度を測定可能な位置に設けられている例を説明したが、温度センサＴが変成器５の他の部位の温度を測定するように改変してもよい。
加えて、上記実施形態では、温度の数値や基準値等を具体的に例示したが、それらの数値や基準値は適宜変更可能である。上述したように、温度の測定部位や測定方法が変われば、基準温度等も変化する。
【００４７】
＜２＞
上記実施形態において、制御装置３０が、改質器３での改質ガスの生成量を基準量よりも増加させるときにのみ、上述したような加熱手段Ｈの加熱作動を行うように改変してもよい。例えば、改質器３での改質ガスの生成量が基準量よりも多い期間は常に加熱手段Ｈの加熱作動を行い、改質器３での改質ガスの生成量を増加させるとしてもその生成量が基準量以下であれば、加熱手段Ｈの加熱作動を行わないような改変も可能である。また、その基準量を一酸化炭素変成触媒５ａの劣化状態に応じて随時変更してもよい。
【００４８】
＜３＞
上記実施形態において、制御装置３０が、上述したような加熱手段Ｈとしての電気ヒータ６及び燃焼器４を併用して、一酸化炭素変成触媒５ａを加熱させるような変更も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、燃料電池発電システムを良好に運転するために利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
３  改質器
４  燃焼器
５  変成器
５ａ  一酸化炭素変成触媒
６  電気ヒータ
１０  燃料改質装置
２０  燃料電池装置
３０  制御装置
Ｈ  加熱手段
Ｔ  温度センサ（温度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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