(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、前記改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電池発電装置において、前記改質装置のバーナ燃焼ガス温度を測定する改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサと、前記改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け前記改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサにより検出した改質装置バーナ燃焼ガス温度を予め記憶された改質装置バーナ燃焼ガス温度と前記改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断部を有することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、前記改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電池発電装置において、前記改質装置のバーナ燃焼排ガス温度を測定する改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサと、前記改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け前記改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサにより検出した改質装置バーナ燃焼排ガス温度を予め記憶された改質装置バーナ燃焼排ガス温度と前記改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断部を有することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項３】
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、前記改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電池発電装置において、前記改質装置の出口ガス温度を測定する改質装置出口ガス温度測定用温度センサと、前記改質装置出口ガス温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け前記改質装置出口ガス温度測定用温度センサによる検出温度を予め記憶された改質装置出口ガス温度と前記改質装置の改質触媒量の関係に照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断部を有することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項４】
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、前記改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電池発電装置における前記改質装置の劣化診断方法において、前記改質装置のバーナ燃焼ガス温度を検出するステップと、このステップで検出した改質装置バーナ燃焼ガス温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼ガス温度と前記改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップとを有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法。
【請求項５】
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、前記改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電池発電装置における前記改質装置の劣化診断方法において、前記改質装置のバーナ燃焼排ガス温度を検出するステップと、このステップで検出した改質装置バーナ燃焼排ガス温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス温度と前記改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップとを有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法。
【請求項６】
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、前記改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電池発電装置における前記改質装置の劣化診断方法において、前記改質装置の出口ガス温度を検出するステップと、このステップで検出した改質装置出口ガス温度を予め決められた改質装置出口ガス温度と前記改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップとを有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質装置で燃料と水蒸気を反応させ水素をつくり、この水素をセルスタックで酸素と反応させて発電を行う燃料電池発電装置及びその改質装置の劣化診断法において、改質装置出口ガス（改質ガス）の分析を行うことなしに、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化状態を診断し、改質触媒の取替時期の判定を行うことが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に燃料電池発電装置の従来例として、都市ガスを燃料としたリン酸型燃料電池発電装置の構成を示す。図において、１は原燃料ガス、２は改質装置出口ガス（改質ガス）、３は遮断弁、４は都市ガス、７は脱硫装置、８は改質装置、９は改質装置バーナ、１１はシフトコンバータ、１２は燃焼用空気、１３は燃料極排ガス、１４は改質装置バーナ燃焼排ガス、１５は空気ブロア、１６は発電用空気、１７は外気、１８は燃料極、１９は電解質、２０は酸化剤極、２１は燃料電池セルスタック、２２は電圧センサ、２３は電流センサ、２４は変換装置、２５は負荷、２６は電池冷却水、２７は気水分離器、２８は気水分離器ヒータ、３０は流量制御弁、３１は改質用水蒸気、３３は蒸発器、３４は排熱回収用水蒸気、３５は排熱利用システム、３６は冷媒、３７は酸化剤極排ガス、３８は凝縮器、３９は排ガス、４０は凝縮水、４１は温度センサ、４３は補給水ポンプ、４４は補給水、４５は流量制御弁、４６は流量制御弁、４８は改質部、４９は圧力センサ、５０は燃料電池出力、５２は流量制御弁、５３はエジェクタ、５４は流量制御弁、５５は液面センサ、５６はポンプ、５７は遮断弁、５８は凝縮水、５９は起動用バーナ、６０は遮断弁、６１は改質装置起動用バーナ空気、６２は遮断弁、６３は冷却器、６４は温度センサ、６５は遮断弁である。
【０００３】
以下に図２を用いて、この従来の燃料電池発電装置の作用について説明する。遮断弁３を開け、都市ガス４を脱硫触媒（コバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤）が充填された脱硫装置７に供給し、脱硫装置７で改質装置８及び燃料電池セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる都市ガス４中の腐臭剤に含まれる硫黄分を吸着除去する。遮断弁５７は、燃料電池発電装置の起動時のみ開き、起動用バーナ５９に都市ガス４が供給される。また、遮断弁６０も、燃料電池発電装置の起動時のみ開き、起動用バーナ５９に空気ブロア１５により起動用バーナ空気６１が供給される。起動用バーナ５９では、燃料電池発電装置の起動時に、都市ガス４が燃焼し、改質装置８の昇温が行われる。起動時以外は、遮断弁５７と遮断弁６０は閉じておく。都市ガス供給量は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電池出力５０と温度センサ４１で検出した改質装置温度から予め設定された燃料電池出力５０及び改質装置温度と流量制御弁５２の開度（すなわち、都市ガス供給量）の関係に基づいて、流量制御弁５２の開度を調節することによって、都市ガス供給量を燃料電池出力５０と改質装置温度に見合った値に設定する。脱硫装置７で硫黄分が吸着除去された都市ガス４は、エジェクタ５３で気水分離器２７から供給された改質用水蒸気３１と混合され、改質触媒（通常はニッケル系触媒）が充填された改質装置８の改質部４８に供給される。エジェクタ５３への改質用水蒸気供給量は、予め設定記憶された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都市ガス供給量）とエジェクタ５３の開度（すなわち、改質用水蒸気供給量）の関係に基づいて、エジェクタ５３の開度を調節することによって、予め設定された所定のスチームカーボン比となるように制御する。改質装置８では、燃料ガスである都市ガス４の水蒸気改質が行われ、水素リッチな改質ガスがつくられる。都市ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質反応は次式で表される。
【０００４】
【数１】
0003665699.tif 000002
【０００５】
この水素リッチな改質ガスには、燃料電池セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、改質ガスはシフト触媒（銅−亜鉛系触媒）が充填されたシフトコンバータ１１に送られ、次式に示すシフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。
【０００６】
【数２】
0003665699.tif 000003
【０００７】
シフトコンバータ１１により、改質ガス中の一酸化炭素濃度は１％以下まで低減される。シフトコンバータ１１を出た改質ガスは、燃料電池セルスタック２１の燃料極１８に供給され、燃料電池の発電に利用される。また、シフトコンバータ出口ガスの一部は脱硫装置７にリサイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に使用される。リサイクルガスの供給量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都市ガス供給量）と流量制御弁５４の開度（すなわち、リサイクルガス供給量）の関係に基づき、流量制御弁５４の開度を調節することによって、予め設定された所定の供給量になるように制御する。
【０００８】
一方、燃料電池セルスタック２１の酸化剤極２０には、遮断弁６５を開け空気ブロア１５を用いて取り込んだ外気１７を発電用空気１６として供給する。発電用空気１６の供給量は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電池出力５０から予め設定された燃料電池出力５０と流量制御弁４６の開度（すなわち、発電用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６の開度を調節し、燃料電池出力５０に見合った値に制御する。燃料電池セルスタック２１の燃料極１８では、（３）式に示す反応により、改質ガス中の水素が水素イオンと電子に変わる。
【０００９】
（燃料極反応）
Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-                                   （３）
水素イオンは電解質１９の内部を拡散し、酸化剤極２０に到達する。一方、電子は外部回路を流れ、燃料電池出力５０として取り出される。酸化剤極では、（４）式に示す反応により、燃料極１８から電解質１９の中を拡散してきた水素イオン、燃料極１８から外部回路を通じて移動してきた電子、及び空気中の酸素が三相界面で反応し、水が生成する。
【００１０】
（酸化剤極反応）
２Ｈ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ                      （４）
（３）式と（４）式をまとめると、燃料電池セルスタック２１での全電池反応は、（５）式に示す水素と酸素から水ができる単純な反応として表わすことができる。
【００１１】
（電池反応）
Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ                                （５）
発電によって得られた燃料電池出力５０は、変換装置２４で電圧変換あるいは直流−交流変換が行われた後に、負荷２５に供給される。燃料極１８では、改質ガス中の水素がすべて（３）式に示した電極反応で消費されるわけではなく、全体の８０％程度の水素が使われるだけである。残りの約２０％の水素が、未反応水素として燃料極排ガス中に残存する。これは、燃料極１８で改質ガス中の水素をすべて電極反応で消費しようとすると、ガス出口付近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料極基板のカーボンが反応し燃料電池セルスタック２１が劣化するためである。未反応水素を含む燃料極排ガス１３は、改質装置バーナ９に供給され、バーナ燃料として使用される。（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、外部から反応熱に見合う熱を改質装置８の改質部４８に与える必要がある。このため、改質装置バーナ９で燃料極排ガス１３中の水素を遮断弁６２を開けて空気ブロア１５により供給した燃焼用空気１２とともに燃焼させることにより、改質装置８の改質部の温度を最大７００℃程度まで昇温する。燃焼用空気１２の供給量は、温度センサ４１で検出した改質装置温度から予め設定された改質装置温度と流量制御弁４５の開度（すなわち、燃焼用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４５の開度を調節することによって制御する。
【００１２】
また、燃料極排ガス１３中の未反応水素の燃焼反応により生成した水蒸気と未反応水蒸気を含む改質装置バーナ燃焼排ガス１４と（５）式に示した電池反応により生成した水蒸気を含む酸化剤極排ガス３７は凝縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０として除去された後に、排ガス３９として大気中に放出される。凝縮水４０は、気水分離器２７に戻され、電池冷却水２６、改質用水蒸気３１、排熱回収用水蒸気３４等に利用される。
【００１３】
（５）式に示した電池反応は発熱反応であるので、燃料電池セルスタック２１の温度は、発電時間の経過とともに上昇する。燃料電池セルスタック２１の温度上昇が起こると、電解質の水素イオン伝導率が上がるために抵抗が減少し出力特性が一時的に向上するが、劣化が起こり易くなり寿命低下が生じる。そこで、気水分離器２７から電池冷却水２６を冷却器６３に供給し、燃料電池セルスタック２１の冷却を行う。燃料電池セルスタック２１の作動温度は、寿命と性能の両方を勘案して１９０℃前後に設定されるのが一般的である。電池冷却水２６の供給量は、温度センサ６４で検出した電池冷却水セルスタック出口温度が予め設定された所定の温度範囲となるように、流量制御弁３０の開度を調節することによって制御する。燃料電池セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、水と水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻される。起動時及び圧力センサ４９で気水分離器圧力が予め設定された所定の圧力より低下したことを検出した場合には、予め設定された所定の電力を圧力センサ４９で気水分離器圧力が予め設定された所定の圧力を越えたことを検出するまで気水分離器ヒータ２８に供給し、水蒸気を発生させる。また、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場合には、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め設定された所定の水位になったことを検出するまで、補給水ポンプ４３を動作させて気水分離器２７に補給水４４を供給する。燃料電池セルスタック２１から気水分離器２７に供給された水蒸気あるいは気水分離器２７で発生させた水蒸気のうち、改質用水蒸気３１として使用する以外の水蒸気は、排熱回収用水蒸気３４として蒸発器３３に供給し、排熱利用システム３５の冷媒３６の蒸発に使われる。蒸発器３３で凝縮した排熱回収用水蒸気３４の凝縮水５８は、気水分離器２７に戻される。
【００１４】
次に、この従来の燃料電池発電装置の問題点について説明する。従来の燃料電池発電装置では、改質装置の劣化状態を診断するためには、改質装置出口にガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を接続して連続的に改質装置出口ガス  （改質ガス）をサンプリングしガス分析を行う、あるいは、定期的に容器に改質装置出口ガス（改質ガス）をサンプリングしガス分析装置のあるところまでもっていってガス分析を行うことによって、改質装置出口ガス（改質ガス）中のメタン量（メタンスリップ量）の増加から改質装置の劣化状態を診断し、改質触媒の取替時期を判定していた。参考のために、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置出口ガス（改質ガス）中のメタン量（メタンスリップ量）と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を図９に示す。改質装置出口ガス（改質ガス）中のメタン量（メタンスリップ量）を検出することにより改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質触媒の全充填量で決まる改質装置性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。しかし、これらの方法では、ガス分析に時間がかかりその場で瞬時に改質装置の劣化状態の診断ができない、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要である、その場で連続的に改質装置の劣化状態を診断するためには燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要である、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので時間がかかる等の問題点があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改質ガスのサンプリングと分析に長時間を要し改質装置の劣化診断を瞬時に行うことができない、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要である、改質装置の劣化診断をその場で連続的に行おうとすると燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要である等の問題点を解決した、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化診断を行い改質触媒の取替時期を判定することが可能な燃料電池発電装置とその改質装置の劣化診断方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、改質装置バーナ燃焼ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）のいずれか一つ、あるいは一つ以上を検出し、改質装置の劣化状態の診断を行うことを最も主要な特徴とする。従来の技術とは、改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）測定用温度センサを１個以上設置し、検出した温度を信号に変換して劣化診断部に送信し、劣化診断部で検出した温度を予め記憶された検出した温度（改質装置バーナ燃焼ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって、ガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を用いて長時間を要する改質装置出口ガス（改質ガス）の分析作業を行うことなしに、その場で瞬時に改質装置の劣化状態を診断し、改質触媒の取替時期を判定することを可能にしたという点が異なる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態例を表す構成図を示す。図２と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。また、本発明の詳細を説明する改質装置の拡大図を図３に示す。図３において、２９は触媒充填層、４２は改質管である。
【００１８】
図１及び図３を用いて本発明の一実施形態例を説明する。本実施形態例は図２に示した従来例とは、図１及び図３に示したように改質装置８に触媒充填層温度測定用温度センサ６、改質管外壁温度測定用温度センサ３２、改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサ１０、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ４７、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）測定用温度センサ５１を１個以上新たに設けた点と、温度センサで検出した改質装置の触媒充填層温度、改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）のいずれか一つ、あるいは一つ以上の信号を受け、予め記憶された改質装置触媒充填層温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置改質管外壁温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置バーナ燃焼ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）と改質装置の改質触媒の劣化量の関係のいずれか一つ、あるいは一つ以上と照合することによって改質装置８の劣化状態を診断する劣化診断部５を新たに設けた点が異なる。
【００１９】
次に本実施形態例の作用について説明する。本実施形態例では、改質装置８の改質部４８に設けた１個以上の触媒充填層温度測定用温度センサ６、改質管外壁温度測定用温度センサ３２、改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサ１０、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ４７、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）測定用温度センサ５１で、改質装置の触媒充填層温度、改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）のいずれか一つ、あるいは一つ以上を検出し、これらの温度検出信号を劣化診断部５に送信して、温度検出信号を受信した劣化診断部５で、予め記憶された検出温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、すなわち、改質装置触媒充填層温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置改質管外壁温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置バーナ燃焼ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）と改質装置の改質触媒の劣化量の関係のうちいずれか一つ、あるいは一つ以上と照合することによって改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断することが従来技術とは異なる。
【００２０】
２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、触媒充填層（Ｎｉ−Ａｌ2 Ｏ3 触媒とＲｕ−Ａｌ2 Ｏ3 触媒の二層構造触媒充填層を採用、以下同じ）の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、及び触媒充填層の改質ガス出口の五カ所の改質装置触媒充填層温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を図４に示す。図４から改質触媒の劣化量の増加とともに、改質装置触媒充填層温度は変化することがわかる。従って、改質装置触媒充填層温度を１カ所以上検出することにより改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質触媒の全充填量で決まる改質装置性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。なお、改質装置内に２本以上改質管が設置され、２カ所以上触媒充填層がある場合には、各触媒充填層毎に触媒充填層温度を検出することにより、各改質管毎の改質触媒の劣化量、すなわち各改質管毎の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質管毎の改質触媒の充填量で決まる改質管性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質管毎に改質触媒の取替時期を判定することができる。同様に、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、及び触媒充填層の改質ガス出口の五カ所の改質装置改質管外壁温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を図５に示す。図５から改質触媒の劣化量の増加とともに、改質装置改質管外壁温度は変化することがわかる。従って、改質装置改質管外壁温度を１カ所以上検出することにより改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質触媒の全充填量で決まる改質装置性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。なお、改質装置内に２本以上改質管が設置され、２カ所以上触媒充填層がある場合には、各触媒充填層毎に触媒充填層温度を検出することにより、各改質管毎の改質触媒の劣化量、すなわち各改質管毎の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、各改質管毎の改質触媒の充填量で決まる改質管性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。また、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋ���定格出力での発電を行った場合の、改質装置バーナ燃焼ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を図６に示す。図６から改質触媒の劣化量の増加とともに、改質装置バーナ燃焼ガス温度は上昇することがわかる。従って、改質装置バーナ燃焼ガス温度を検出することにより改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質触媒の全充填量で決まる改質装置性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。なお、改質装置バーナ燃焼ガス温度は２カ所以上で検出し平均値をとってもよい。さらに、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を図７に示す。図７から改質触媒の劣化量の増加とともに、改質装置バーナ燃焼排ガス温度は上昇することがわかる。従って、改質装置バーナ燃焼排ガス温度を検出することにより改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質触媒の全充填量で決まる改質装置性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。なお、改質装置バーナ燃焼排ガス温度は２カ所以上で検出し平均値をとってもよい。最後に、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を図８に示す。図８から改質触媒の劣化量の増加とともに、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）は上昇することがわかる。従って、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）を検出することにより改質触媒の劣化量、すなわち改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られた改質触媒の劣化量と発電時間の関係から劣化速度を求め、改質触媒の全充填量で決まる改質装置性能の低下を引き起こさない改質触媒の劣化量の最大許容値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。なお、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）は２カ所以上検出し平均値をとってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、改質装置に触媒充填層温度測定用温度センサ、改質管外壁温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）測定用温度センサを１個以上設置し、検出した改質装置の触媒充填層温度、改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）のいずれか一つ、あるいは一つ以上を信号に変換して劣化診断部に送信し、劣化診断部で検出した温度を予め記憶された改質装置の触媒充填層温度、改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）のいずれか一つ、あるいは一つ以上と改質装置の改質触媒の劣化量の関係に照合することによって改質装置の劣化状態を診断し、改質触媒の取替時期を判定するので、改質装置の劣化状態の診断のためのガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を用いた長時間を要する改質装置出口ガス（改質ガス）の分析作業が不要である、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化状態の診断が可能である、改質触媒の劣化状態を常に把握し改質触媒の取替時期を前もって知ることができるので改質装置性能の低下が起こる前に改質触媒の取替が可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例を示す構成説明図である。
【図２】従来の燃料電池発電装置を示す構成説明図である。
【図３】本発明に係る改質装置の一例を示す拡大図である。
【図４】本発明に係る改質装置触媒充填層温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係の一例を示す特性図である。
【図５】本発明に係る改質装置改質管外壁温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係の一例を示す特性図である。
【図６】本発明に係る改質装置バーナ燃焼ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係の一例を示す特性図である。
【図７】本発明に係る改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係の一例を示す特性図である。
【図８】本発明に係る改質装置出口ガス温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係の一例を示す特性図である。
【図９】従来の改質装置出口ガス（改質ガス）中のメタン量（メタンスリップ量）の関係の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
１…原燃料ガス、２…改質装置出口ガス（改質ガス）、３…遮断弁、４…都市ガス、５…劣化診断部、６…触媒充填層温度測定用温度センサ、７…脱硫装置、８…改質装置、９…改質装置バーナ、１０…改質装置バーナ燃焼ガス温度測定用温度センサ、１１…シフトコンバータ、１２…燃焼用空気、１３…燃料極排ガス、１４…改質装置バーナ燃焼排ガス、１５…空気ブロア、１６…発電用空気、１７…外気、１８…燃料極、１９…電解質、２０…酸化剤極、２１…燃料電池セルスタック、２２…電圧センサ、２３…電流センサ、２４…変換装置、２５…負荷、２６…電池冷却水、２７…気水分離器、２８…気水分離器ヒータ、２９…触媒充填層、３０…流量制御弁、３１…改質用水蒸気、３２…改質管外壁温度測定用温度センサ、３３…蒸発器、３４…排熱回収用水蒸気、３５…排熱利用システム、３６…冷媒、３７…酸化剤極排ガス、３８…凝縮器、３９…排ガス、４０…凝縮水、４１…温度センサ、４２…改質管、４３…補給水ポンプ、４４…補給水、４５…流量制御弁、４６…流量制御弁、４７…改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、４８…改質部、４９…圧力センサ、５０…燃料電池出力、５１…改質装置出口ガス温度（改質ガス温度）測定用温度センサ、５２…流量制御弁、５３…エジェクタ、５４…流量制御弁、５５…液面センサ、５６…ポンプ、５７…遮断弁、５８…凝縮水、５９…起動用バーナ、６０…遮断弁、６１…改質装置起動用バーナ空気、６２…遮断弁、６３…冷却器、６４…温度センサ、６５…遮断弁。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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