(57)【要約】【課題】自立起動時にＣＯ低減部の温度を適正範囲内に収める。【解決手段】ＰＥＦＣシステム１は、システム起動時にシステム電源として系統電源ＣＥを用いる系統連系起動モードと、系統電源ＣＥの代わりに外部電源ＢＡを用いる自立起動モードと、を有する。自立起動モード時には、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが、系統連系起動モード時のＣＯ変成部２２の温度Ｔに比べて高くなるように（第１の目標温度領域Ｐより高くなるように）、変成部ヒータ２４の作動を制御する。また、システム電源を外部電源ＢＡから固体高分子形燃料電池４０に切り替えるときには（時刻ｔ２）、変成部ヒータ２４及び選択酸化部ヒータ２６の作動を停止する。【選択図】図２
2014011059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を改質して水素含有の改質ガスを生成する改質部、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するＣＯ低減部、このＣＯ低減部を加熱する電気ヒータ、この電気ヒータの作動を制御するヒータ制御部、及び、前記改質ガスを用いて電力を発生する固体高分子形燃料電池を含んで構成される固体高分子形燃料電池システムであって、
システム起動時にシステム電源として系統電源を用いる系統連系起動モードと、系統電源の代わりに外部電源を用いる自立起動モードと、を有し、
前記ヒータ制御部は、自立起動モード時に、前記ＣＯ低減部の温度が、系統連系起動モード時の前記ＣＯ低減部の温度に比べて高くなるように設定されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池システム。
【請求項２】
前記ヒータ制御部は、システム電源が前記外部電源から前記固体高分子形燃料電池に切り替わるときに、前記電気ヒータの作動を停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項３】
前記ＣＯ低減部はＣＯ変成部を含んで構成され、このＣＯ変成部は、前記改質部にて生成された前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減するシフト触媒を備え、
前記電気ヒータは、前記シフト触媒を加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項４】
前記ＣＯ低減部はＣＯ選択酸化部を更に含んで構成され、このＣＯ選択酸化部は、前記ＣＯ変成部を通過した前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を選択酸化反応により低減する選択酸化触媒を備え、
前記電気ヒータは、更に、前記選択酸化触媒を加熱することを特徴とする請求項３に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項５】
炭化水素系燃料を改質して水素含有の改質ガスを生成する改質部、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するＣＯ低減部、このＣＯ低減部を加熱する電気ヒータ、及び、前記改質ガスを用いて電力を発生する固体高分子形燃料電池を含んで構成される固体高分子形燃料電池システムの起動制御方法であって、
システム起動時にシステム電源として系統電源の代わりに外部電源を用いる場合に、前記ＣＯ低減部の温度が、システム起動時にシステム電源として系統電源を用いる場合の前記ＣＯ低減部の温度に比べて高くなるように、前記電気ヒータの作動を制御することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの起動制御方法。
【請求項６】
システム電源を前記外部電源から前記固体高分子形燃料電池に切り替えるときに、前記電気ヒータの作動を停止することを特徴とする請求項５に記載の固体高分子形燃料電池システムの起動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池システム、及び、その起動制御方法に関し、詳しくは、ＣＯ低減部を加熱する電気ヒータの作動を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、炭化水素系燃料を改質して水素含有の改質ガスを生成する改質部と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するＣＯ低減部（ＣＯ変成器及びＣＯ選択酸化器）と、ＣＯ低減部を加熱するヒータ（変成器ヒータ及び選択酸化器ヒータ）と、ヒータの作動を制御する制御部と、改質ガスを用いて電力を発生する固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」という）とを備える固体高分子形燃料電池システム（以下、「ＰＥＦＣシステム」という）を開示している。
特許文献１では、システムの起動時に、ＣＯ低減部の温度が適正範囲に収まるように、ヒータの作動（加熱量）を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０４２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなＰＥＦＣシステムは、一般に、電力会社等の系統電源に系統連系されて使用され、燃料電池により発電した電力を単独で、若しくは系統電力と共に使用できるように構成されている。
それゆえ、通常のシステム起動時には、システム電源として系統電源を用いて、系統電力を上記ヒータに供給して、ＣＯ低減部の温度が適正範囲内に収まるように制御している。
【０００５】
しかしながら、例えば停電時には、システム起動時にシステム電源として系統電源を用いることができない。
この対策としては、バッテリ等の外部電源からの電力をＰＥＦＣシステムに供給できるようにＰＥＦＣシステムを予め構成し、システム電源として、系統電源の代わりに外部電源を用いてシステムの起動を開始し、燃料電池が発電可能になった時点でシステム電源を外部電源から燃料電池に切り替えることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、システム電源を外部電源から燃料電池に切り替えた直後は燃料電池の発電電力が比較的低い。燃料電池の発電電力が低いときに、上記ヒータに電力供給を行うと、燃料電池の電圧低下が発生する虞がある。更に、燃料電池にて急激な電圧低下が生じると、ＰＥＦＣシステムの停止が起こることも想定される。このＰＥＦＣシステムの停止を回避するために、システム電源を外部電源から燃料電池に切り替えた直後に上記ヒータの作動を停止させる場合には、上記ヒータによるＣＯ低減部の加熱が停止されてしまい、この結果、ＣＯ低減部の温度がその適正範囲の下限値を下回る虞があった。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑み、システム起動時にシステム電源として系統電源を用いることができない状態であっても、ＣＯ低減部の温度を適正範囲内に収めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明に係る固体高分子形燃料電池システム（ＰＥＦＣシステム）は、炭化水素系燃料を改質して水素含有の改質ガスを生成する改質部、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するＣＯ低減部、このＣＯ低減部を加熱する電気ヒータ、この電気ヒータの作動を制御するヒータ制御部、及び、改質ガスを用いて電力を発生する固体高分子形燃料電池を含んで構成される。ＰＥＦＣシステムは、システム起動時にシステム電源として系統電源を用いる系統連系起動モードと、系統電源の代わりに外部電源を用いる自立起動モードと、を有する。ヒータ制御部は、自立起動モード時に、ＣＯ低減部の温度が、系統連系起動モード時のＣＯ低減部の温度に比べて高くなるように設定されている。
【０００９】
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池システム（ＰＥＦＣシステム）の起動制御方法では、システム起動時にシステム電源として系統電源の代わりに外部電源を用いる場合に、ＣＯ低減部の温度が、システム起動時にシステム電源として系統電源を用いる場合のＣＯ低減部の温度に比べて高くなるように、電気ヒータの作動を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、自立起動モード時に、ＣＯ低減部の温度を、系統連系起動モード時のＣＯ低減部の温度に比べて高くする。換言すれば、自立起動モード時に、ＣＯ低減部の温度を、系統連系起動モード時のＣＯ低減部の温度よりも上昇させる。これにより、システム電源を外部電源から燃料電池に切り替えた直後にＣＯ低減部加熱用の電気ヒータの作動を停止させる場合であっても、この電気ヒータの作動停止によるＣＯ低減部の温度低下分を、自立起動モード時のＣＯ低減部の温度上昇分が相殺するので、システム起動時にシステム電源として系統電源を用いることができない状態であっても、ＣＯ低減部の温度を適正範囲内に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態におけるＰＥＦＣシステムの構成概略を示す図
【図２】システム起動時の燃料電池電圧及びＣＯ変成部温度のタイムチャート
【図３】系統連系時のシステム起動時における変成部ヒータの作動制御を示すフローチャート
【図４】系統解列時のシステム起動時（自立起動時）における変成部ヒータの作動制御を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における固体高分子形燃料電池システム（ＰＥＦＣシステム）の概略構成を示す。
【００１４】
ＰＥＦＣシステム１は、原料供給装置１０、燃料処理システム（以下、「ＦＰＳ」という）２０、改質用水供給機構３０、固体高分子形燃料電池である燃料電池４０、システム制御機構５０、パワーコンディショナ（以下、「ＰＣＳ」という）６０、及び、熱交換機構７０を備える。
【００１５】
原料供給装置１０は、ＦＰＳ２０において処理される原料を供給するためのものである。ここで、原料は炭化水素系燃料である。炭化水素系燃料としては、例えば、メタン及びプロパンなどの炭化水素類、メタノール及びエタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類を挙げることができる。中でも、入手容易性の観点からは、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、メタン、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油などが好ましい。尚、原料供給装置１０は、炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器（図示せず）を含んで構成され得る。
【００１６】
ＦＰＳ２０は、原料供給装置１０から供給される原料を処理して水素含有の改質ガスを生成するものであり、改質部２１及びＣＯ低減部を備え、このＣＯ低減部はＣＯ変成部２２及びＣＯ選択酸化部２３を含んで構成される。
【００１７】
改質部２１は、原料供給装置１０から供給される原料を改質触媒を用いて水蒸気反応により改質して、水素含有の改質ガスを生成する。尚、水蒸気改質反応に替えて、部分酸化反応又は自己熱改質反応など、更にはこれらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成してもよい。
【００１８】
改質部２１は、熱供給装置２１ａを有している。熱供給装置２１ａは、改質部２１における改質反応に要する熱を供給するためのものである。熱供給装置２１ａとしては、例えば、外部から供給される燃料を燃焼させて熱を発生させるバーナを挙げることができる。このバーナは、燃料電池４０から排出される水素含有ガス（いわゆるオフガス）を燃焼させて熱を発生させるように構成され得る。
【００１９】
改質部２１には、その温度を検出する温度センサ（図示せず）と、改質ガスの温度を検出する温度センサ（図示せず）とが設けられている。これら温度センサからの温度検出信号は、それぞれ、図示しない信号線を介して、システム制御機構５０に伝達される。
【００２０】
ＣＯ変成部２２は、シフト触媒２２ａを備える。シフト触媒２２ａは、改質部２１から供給される改質ガス中に含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減する。すなわち、ＣＯ変成部２２は、本発明に係るＣＯ低減部を構成するものであり、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減する。
シフト触媒２２ａは、Ｆｅ−Ｃｒの混合酸化物、Ｚｎ−Ｃｕの混合酸化物、白金などの貴金属を含有する触媒で構成され得る。
【００２１】
ＣＯ変成部２２には、図示しないシフト用水供給機構より、シフト用水が供給される。
ここで、ＣＯ変成部２２でのシフト反応を以下に示す。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２      ・・・式（１）
【００２２】
ＣＯ変成部２２には変成部ヒータ２４が設けられている。変成部ヒータ２４は、シフト触媒２２ａを加熱する電気ヒータである。
変成部ヒータ２４は、電力線２４ａを介して、システム制御機構５０のメイン基板５１に電気的に接続されている。
変成部ヒータ２４は、主としてＰＥＦＣシステム１の起動時に、シフト触媒２２ａを加熱するために用いられる。
【００２３】
ＣＯ変成部２２には温度センサ２５が設けられている。この温度センサ２５は、シフト触媒２２ａの温度を検出する。温度センサ２５にて得られた温度検出信号は、信号線２５ａを介して、システム制御機構５０に伝達される。
【００２４】
ＣＯ選択酸化部２３は、選択酸化触媒２３ａを備える。選択酸化触媒２３ａは、ＣＯ変成部２２を通過した改質ガス中に含まれる一酸化炭素を選択酸化反応により低減する。すなわち、ＣＯ選択酸化部２３は、本発明に係るＣＯ低減部を構成するものであり、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減する。
【００２５】
選択酸化触媒２３ａは、担体と、この担体に担持される触媒金属とを含んで構成される。担体の構成材料としては、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）及び二酸化ジルコニウム（ジルコニア）を挙げることができる。担持される触媒金属としては、例えば白金及びルテニウムを挙げることができる。
【００２６】
ＣＯ選択酸化部２３には、図示しない選択酸化用空気供給機構より、選択酸化用空気が供給される。
ここで、ＣＯ選択酸化部２３での選択酸化反応を以下に示す。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２→ＣＯ２      ・・・式（２）
【００２７】
ＣＯ選択酸化部２３には選択酸化部ヒータ２６が設けられている。選択酸化部ヒータ２６は、選択酸化触媒２３ａを加熱する電気ヒータである。
選択酸化部ヒータ２６は、電力線２６ａを介して、システム制御機構５０のメイン基板５１に電気的に接続されている。
選択酸化部ヒータ２６は、主としてＰＥＦＣシステム１の起動時に、選択酸化触媒２３ａを加熱するために用いられる。
【００２８】
ＣＯ選択酸化部２３には温度センサ２７が設けられている。この温度センサ２７は、選択酸化触媒２３ａの温度を検出する。温度センサ２７にて得られた温度検出信号は、信号線２７ａを介して、システム制御機構５０に伝達される。
【００２９】
改質用水供給機構３０は、ＦＰＳ２０の改質部２１に改質用水を供給するものである。改質用水供給機構３０は、例えば、水浄化装置３１とポンプ３２とを含んで構成される。水浄化装置３１は、図示しない水源より供給される水を改質用水として適した水質まで浄化する。ポンプ３２は、水浄化装置３１から得られる改質用水をＦＰＳ２０の改質部２１に所定流量で供給する。
【００３０】
燃料電池４０は、複数の電池セル（単セル）を複数直列接続してなる固体高分子形燃料電池スタック（ＰＥＦＣスタック）を含んで構成される。各電池セルは、アノード４１、カソード４２、及びアノード４１とカソード４２との間に配置した固体高分子膜（電解質）（図示せず）を備えており、アノードガスとしての改質ガス中の水素と、カソードガスとしての空気中の酸素とを用いて電力を発生させる。アノード４１は、電気化学的酸化反応が起きる状態にある電極であり、ＦＰＳ２０からの改質ガスが供給されるように構成されている。カソード４２は、電気化学的還元反応が起きる状態にある電極であり、カソードガス供給装置（図示せず）を介して空気が供給されるように構成されている。
【００３１】
燃料電池４０には、その温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。この温度センサからの温度検出信号は、図示しない信号線を介して、システム制御機構５０に伝達される。
【００３２】
システム制御機構５０は、補機を含むＰＥＦＣシステム１の運転を制御する。
システム制御機構５０はメイン基板５１を含んで構成される。メイン基板５１は、マイクロコンピュータ（図示せず）を備える。
【００３３】
メイン基板５１には、ＰＣＳ６０の制御部６３の電源回路６４からの電力を受電するための電力線５２が接続されている。
ここで、メイン基板５１を含むシステム制御機構５０が、本発明の「ヒータ制御部」として機能して、変成部ヒータ２４及び選択酸化部ヒータ２６の作動の制御を行う。
【００３４】
ＰＣＳ６０は、燃料電池４０で発生した電力の調整を行う電力調整機構としての機能を有する。
ＰＣＳ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、インバータ６２及び制御部６３を備える。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、燃料電池４０から出力された直流電力の電圧を昇圧する。
インバータ６２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により昇圧された電力を直流から交流へ変換する。
【００３６】
制御部６３は、主として、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１及びインバータ６２の制御を行う。
制御部６３は、電源回路６４を含んで構成される。電源回路６４には、系統連系時に系統電源ＣＥからの電力を受電するための電力線（図示せず）と、系統解列時に外部電源ＢＡからの電力を受電するための電力線（図示せず）と、ＰＥＦＣシステム１の運転時に燃料電池４０からの電力を受電するための電力線（図示せず）とが電気的に接続されている。
【００３７】
ここで、系統電源ＣＥは、系統連系時にシステムを起動するときのシステム電源となる。外部電源ＢＡは、系統解列時にシステムを起動するときのシステム電源となる。外部電源ＢＡは、例えば、自動車に搭載されるバッテリ（直流電源）である。
【００３８】
尚、燃料電池４０とＤＣ／ＤＣコンバータ６１との間には、燃料電池４０の電圧Ｖを検出する電圧計（図示せず）が設けられており、この電圧計からの電圧検出信号は、図示しない信号線を介して、システム制御機構５０と制御部６３との各々に伝達される。
【００３９】
外部電力負荷ＥＩは、ＰＥＦＣシステム１から供給される電力を消費するものであり、ＰＥＦＣシステム１に電気的に接続される。
【００４０】
熱交換機構７０では、燃料電池４０で発生した熱を熱交換により受け取る。
熱交換機構７０は、水供給装置７１及び熱交換器７２を備える。
【００４１】
水供給装置７１は、水を熱交換器７２に供給する。
熱交換器７２は、水供給装置７１から供給される水に、燃料電池４０で発生した熱を伝達する。
熱交換器７２で受熱して昇温された水の少なくとも一部は、貯湯タンク８０に送られる。
【００４２】
次に、ＰＥＦＣシステム１の起動時に、システム制御機構５０（ヒータ制御部）により実現される変成部ヒータ２４の作動制御について、図２を用いて説明する。
【００４３】
図２は、ＰＥＦＣシステム１の起動時の燃料電池４０の電圧Ｖと、ＣＯ変成部２２（シフト触媒２２ａ）の温度Ｔとの関係を示すタイムチャートである。
ここで、図２に示すＣＯ変成部２２の温度Ｔのタイムチャートのうち、実線は、系統連系起動モード時のＣＯ変成部２２の温度Ｔの時間推移を示す。一方、一点鎖線は、自立起動モード時のＣＯ変成部２２の温度Ｔの時間推移を示す。
【００４４】
ＰＥＦＣシステム１は、その起動時にシステム電源として系統電源ＣＥを用いる系統連系起動モードと、系統電源ＣＥの代わりに外部電源ＢＡを用いる自立起動モードと、を有する。
【００４５】
系統連系起動モードは、系統連系時に用いられる起動モードである。系統連系起動モードは、ＰＥＦＣシステム１の起動開始から燃料電池４０の発電開始までの間で有効なモードであり、システム電源として系統電源ＣＥを用いる。燃料電池４０の発電開始後には、システム電源として、系統電源ＣＥと燃料電池４０との少なくとも一方が用いられる。
【００４６】
自立起動モードは、系統解列時に用いられる起動モードである。自立起動モードは、ＰＥＦＣシステム１の起動開始から燃料電池４０の発電開始までの間で有効なモードであり、システム電源として外部電源ＢＡを用いる。燃料電池４０の発電開始後には、制御部６３によって、システム電源が外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替えられる。
【００４７】
ＰＥＦＣシステム１の起動時の変成部ヒータ２４の作動制御では、ＣＯ変成部２２（シフト触媒２２ａ）の２つの目標温度領域Ｐ、Ｑを予め設定している。
【００４８】
第１の目標温度領域Ｐは、温度ＴＡ１を下限値として温度ＴＡ２を上限値とする温度領域であり、系統連系起動モードで用いられる。
【００４９】
第２の目標温度領域Ｑは、温度ＴＡ２以上である温度ＴＡ３を下限値として温度ＴＡ４と上限値とする温度領域であり、自立起動モードで用いられる。
すなわち、第２の目標温度領域Ｑは、第１の目標温度領域Ｐより高温の領域となるように、予め設定されている。
【００５０】
第１の目標温度領域Ｐ及び第２の目標温度領域Ｑは、ＣＯ変成部２２のＣＯ低減機能が十分に発揮される適正温度範囲Ｒ内に収まるように、予め設定されている。
【００５１】
ここで、適正温度範囲Ｒの下限温度を温度ＴＳ１として上限温度を温度ＴＳ２とすると、温度ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、及びＴＡ４については、以下の関係が成り立つように、各温度が予め設定される。
ＴＳ１≦ＴＡ１＜ＴＡ２≦ＴＡ３＜ＴＡ４≦ＴＳ２      ・・・式（３）
【００５２】
尚、本実施形態では、温度ＴＳ１は１８０℃程度であり、温度ＴＡ１は１９４℃程度であり、温度ＴＡ２は２００℃程度であり、温度ＴＡ３は２０５℃程度であり、温度ＴＡ４は２２０℃程度であり、温度ＴＳ２は２２０℃程度であるが、各温度の設定値はこれらに限らず、例えば、温度ＴＡ２と温度ＴＡ３とを共に２００℃程度にしてもよい。
【００５３】
系統連系時のシステム起動時における変成部ヒータ２４の作動制御について、図２に加えて図３を用いて説明する。
図３は、系統連系時のシステム起動時における変成部ヒータ２４の作動制御フローである。
【００５４】
図２の時刻ｔ１より系統連系起動モードでシステムの起動が開始されると、ステップＳ１では、システム電源として系統電源ＣＥを用いて、ＣＯ変成部２２（シフト触媒２２ａ）の温度Ｔを徐々に上昇させるように、変成部ヒータ２４の作動を制御する。
【００５５】
尚、系統連系起動モード時には、系統電源ＣＥからの電力が、図示しない電力線、ＰＣＳ６０の制御部６３の電源回路６４、電力線５２、システム制御機構５０のメイン基板５１、及び、電力線２４ａ、２６ａを介して、変成部ヒータ２４と選択酸化部２６とにそれぞれ供給される。
【００５６】
ＣＯ変成部２２の温度Ｔが温度ＴＡ１に達すると、ステップＳ２に進み、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが第１の目標温度領域Ｐ内に収まるように（すなわち、ＴＡ１≦Ｔ≦ＴＡ２になるように）、変成部ヒータ２４の作動を制御する。
【００５７】
この変成部ヒータ２４の作動制御と並行して、選択酸化部ヒータ２６についても、変成部ヒータ２４と同様の作動制御が行われる。
【００５８】
また、時刻ｔ１にてシステムの起動が開始されると、システム制御機構５０によるシステム起動制御により、改質部２１の昇温と燃料電池４０の昇温とが行われる。
改質部２１の温度と燃料電池４０の温度とがそれぞれ所定温度に達して改質ガスの生成が十分に可能になった時点で（図２に示す時刻ｔ２で）改質ガスが燃料電池４０のアノード４１に供給されて、燃料電池４０の発電が開始される。
【００５９】
燃料電池４０の発電開始後には、システム電源として、系統電源ＣＥと燃料電池４０との少なくとも一方を用いて、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが第１の目標温度領域Ｐ内に収まるように（すなわち、ＴＡ１≦Ｔ≦ＴＡ２になるように）、変成部ヒータ２４の作動を制御する。尚、燃料電池４０の発電開始後には、系統電源ＣＥと燃料電池４０との少なくとも一方からの電力が、図示しない電力線、ＰＣＳ６０の制御部６３の電源回路６４、電力線５２、システム制御機構５０のメイン基板５１、及び、電力線２４ａ、２６ａを介して、変成部ヒータ２４と選択酸化部２６とにそれぞれ供給される。
【００６０】
この制御は、改質ガスの温度が上昇して、変成部ヒータ２４による加熱が不要となるまで継続される（ステップＳ３）。そして、変成部ヒータ２４による加熱が不要となった時点で、ステップＳ４に進み、変成部ヒータ２４の作動を停止して、変成部ヒータ２４の作動制御を終了する。
【００６１】
尚、改質ガスの温度が上昇して、選択酸化部ヒータ２６による加熱が不要となった時点で、システム制御機構５０（ヒータ制御部）は、変成部ヒータ２６の作動を停止するように制御する。
【００６２】
次に、系統解列時のシステム起動時（いわゆる自立起動時）における変成部ヒータ２４の作動制御について、図２に加えて図４を用いて説明する。
図４は、系統解列時のシステム起動時における変成部ヒータ２４の作動制御フローである。
【００６３】
図２の時刻ｔ１より自立起動モードでシステムの起動が開始されると、ステップＳ１１では、システム電源として外部電源ＢＡを用いて、ＣＯ変成部２２（シフト触媒２２ａ）の温度Ｔを徐々に上昇させるように、変成部ヒータ２４の作動を制御する。
【００６４】
尚、自立起動モード時には、外部電源ＢＡからの電力が、図示しない電力線、ＰＣＳ６０の制御部６３の電源回路６４、電力線５２、システム制御機構５０のメイン基板５１、及び、電力線２４ａ、２６ａを介して、変成部ヒータ２４と選択酸化部２６とにそれぞれ供給される。
【００６５】
ＣＯ変成部２２の温度Ｔが温度ＴＡ３に達すると、ステップＳ１２に進み、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが第２の目標温度領域Ｑ内に収まるように（すなわち、ＴＡ３≦Ｔ≦ＴＡ４になるように）、変成部ヒータ２４の作動を制御する。換言すれば、ステップＳ１２では、システム制御機構５０（ヒータ制御部）は、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが、系統連系起動モード時のＣＯ変成部２２の温度Ｔに比べて高くなるように設定されている。これにより、自立起動モードでは、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが、系統連系起動モード時のＣＯ変成部２２の温度Ｔに比べて高くなる。換言すれば、自立起動モードでは、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが、第１の目標温度領域Ｐよりも高くなる。
【００６６】
この変成部ヒータ２４の作動制御と並行して、選択酸化部ヒータ２６についても、変成部ヒータ２４と同様の作動制御が行われる。
【００６７】
また、時刻ｔ１にてシステムの起動が開始されると、システム制御機構５０によるシステム起動制御により、改質部２１の昇温と燃料電池４０の昇温とが行われる。
改質部２１の温度と燃料電池４０の温度とがそれぞれ所定温度に達して改質ガスの生成が十分に可能になった時点で（図２に示す時刻ｔ２で）改質ガスが燃料電池４０のアノード４１に供給されて、燃料電池４０の発電が開始される。
【００６８】
燃料電池４０の発電が開始されて、燃料電池４０の電圧Ｖが所定電圧Ｖ１以上になると、ステップＳ１３からステップＳ１４に進んで、制御部６３により、システム電源が外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替えられる。ここで、所定電圧Ｖ１とは、システム電源を外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替えるか否かを判定するための閾値であり、予め設定されている。
【００６９】
システム電源が外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替わるときに、システム制御機構５０（ヒータ制御部）は、変成部ヒータ２４の作動を停止するように制御して（ステップＳ１５）、変成部ヒータ２４の作動制御を終了する。
【００７０】
尚、本実施形態において、システム制御機構５０（ヒータ制御部）では、燃料電池４０の電圧Ｖが０ボルト程度から上昇して所定電圧Ｖ１を超えるときを、システム電源が外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替わるときとして、システム電源の切り替わり時期を判定しているが、システム電源の切り替わり時期の判定手法はこれに限らない。
【００７１】
系統解列時のシステム起動時において、図２に示すように、変成部ヒータ２４の作動停止（時刻ｔ２）の直後には、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが比較的急に低下する。しかしながら、この温度低下が、適正温度範囲Ｒ内の高温域から始まること、及び、改質ガスの温度が時間の経過と共に上昇することにより、ＣＯ変成部２２の温度Ｔは適正温度範囲Ｒの下限温度ＴＳ１を上回った状態を継続することができる。
【００７２】
尚、システム電源が外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替わるときには、システム制御機構５０（ヒータ制御部）は、選択酸化部ヒータ２６の作動も停止する。
【００７３】
以上は、システム起動時の変成部ヒータ２４の作動制御についての説明であったが、システム制御機構５０（ヒータ制御部）により実現されるヒータの作動制御はこれに限らず、上述の変成部ヒータ２４の作動制御と同様に、選択触媒部ヒータ２６の作動制御を行ってもよい。
【００７４】
本実施形態によれば、ＰＥＦＣシステム１は、炭化水素系燃料を改質して水素含有の改質ガスを生成する改質部２１、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するＣＯ変成部２２（ＣＯ低減部）、ＣＯ変成部２２を加熱する変成部ヒータ２４、このヒータの作動を制御するシステム制御機構５０（ヒータ制御部）、及び、改質ガスを用いて電力を発生する燃料電池４０を含んで構成される。ＰＥＦＣシステム１は、システム起動時にシステム電源として系統電源ＣＥを用いる系統連系起動モードと、系統電源ＣＥの代わりに外部電源ＢＡを用いる自立起動モードと、を有する。システム制御機構５０（ヒータ制御部）は、自立起動モード時に、ＣＯ変成部２２の温度Ｔが、系統連系起動モード時のＣＯ変成部２２の温度Ｔに比べて高くなるように、変成部ヒータ２４の作動を制御する。換言すれば、自立起動モード時に、ＣＯ変成部２２の温度Ｔを、第１の目標温度領域Ｐよりも上昇させる。これにより、仮に、システム電源を燃料電池４０に切り替えた直後に燃料電池４０の発電電力が低く、不安定な状態になり、変成部ヒータ２４によるＣＯ変成部２２の加熱が不十分になっても、それによるＣＯ変成部２２の温度低下分を、第１の目標温度領域Ｐからの温度上昇分で相殺することができるので、自立起動時であっても、ＣＯ変成部２２の温度Ｔを適正温度範囲Ｒ内に収めることができる。
【００７５】
ところで、システム電源を外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替えた直後は、燃料電池４０の発電電力が比較的低いため、この時期に変成部ヒータ２４及び選択酸化部ヒータ２６の起電電力を燃料電池４０から供給すると、燃料電池４０の電圧低下が発生する虞がある。更に、燃料電池４０にて急激な電圧低下が生じると、ＰＥＦＣシステム１の停止が起こることも想定される。この点、本実施形態によれば、システム制御機構５０（ヒータ制御部）は、システム電源が外部電源ＢＡから燃料電池４０に切り替わるときに、変成部ヒータ２４及び選択酸化部ヒータ２６の作動を停止するように制御する。これにより、システム電源を燃料電池４０に切り替えた直後であって燃料電池４０の発電電力が低いときに、変成部ヒータ２４及び選択酸化部ヒータ２６にて消費される電力が抑制されるので、上述のような燃料電池４０の電圧低下の発生を抑制することができ、ひいては、ＰＥＦＣシステム１の安定した自立起動を実現することができる。
【００７６】
また本実施形態によれば、ＣＯ低減部はＣＯ変成部２２を含んで構成され、ＣＯ変成部２２は、改質部２１にて生成された改質ガス中に含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減するシフト触媒２２ａを備え、変成部ヒータ２４は、シフト触媒２２ａを加熱する。これにより、改質ガスの一酸化炭素濃度を低減するのみならず、改質ガスの水素濃度を増大させることができる。
【００７７】
また本実施形態によれば、ＣＯ低減部はＣＯ選択酸化部２３を更に含んで構成され、ＣＯ選択酸化部２３は、ＣＯ変成部２２を通過した改質ガス中に含まれる一酸化炭素を選択酸化反応により低減する選択酸化触媒２３ａを備え、選択酸化部ヒータ２６は、選択酸化触媒２３ａを加熱する。これにより、ＣＯ変成部２２を通過した改質ガスの一酸化炭素濃度を更に低減することができ、ひいては、燃料電池４０の良好な発電性能を得ることができる。
【００７８】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１  固体高分子形燃料電池システム（ＰＥＦＣシステム）
１０  原料供給装置
２０  燃料処理システム（ＦＰＳ）
２１  改質部
２１ａ  熱供給装置
２２  ＣＯ変成部
２２ａ  シフト触媒
２３  ＣＯ選択酸化部
２３ａ  選択酸化触媒
２４  変成部ヒータ
２４ａ  電力線
２５  温度センサ
２５ａ  信号線
２６  選択酸化部ヒータ
２６ａ  電力線
２７  温度センサ
２７ａ  信号線
３０  改質用水供給機構
３１  水浄化装置
３２  ポンプ
４０  燃料電池（固体高分子形燃料電池）
４１  アノード
４２  カソード
５０  システム制御機構（ヒータ制御部）
５１  メイン基板
５２  電力線
６０  パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
６１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
６２  インバータ
６３  制御部
６４  電源回路
７０  熱交換機構
７１  水供給装置
７２  熱交換器
８０  貯湯タンク
ＢＡ  外部電源
ＣＥ  系統電源
ＥＩ  外部電力負荷
Ｐ  第１の目標温度領域
Ｑ  第２の目標温度領域
Ｒ  適正温度範囲
【図１】
2014011059.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014011059.tif 000005
【図４】
2014011059.tif 000006