(57)【要約】  本発明の燃料電池システムは、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（１ａ）を有する水素生成装置（１）と、水素生成装置（１）から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池（２）と、燃料電池（２）より排出されるアノードオフガスを燃焼し、改質器（１ａ）を加熱する燃焼器（３）と、燃焼器（３）から排出された燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器（７）と、ＣＯ検知器（７）を加熱する電気ヒーター（８）と、制御器（１９）とを備え、制御器（１９）は、燃料電池（２）の発電量の上昇に応じて、電気ヒーター（８）の通電量を上昇させるように構成されている。
2009104419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有する水素生成装置と、
前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池より排出されるアノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器と、
前記ＣＯ検知器を加熱する電気ヒーターと、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量の上昇に応じて、前記電気ヒーターの通電量を上昇させるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発電量の上昇が開始する場合、前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させ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３】
前記燃料電池より取り出す電力量を制御する発電量制御器を備え、
前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇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】
前記制御器は、前記燃料電池の発電量よりも電力負荷の消費電力量の方が多い場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇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５】
前記制御器は、前記燃料電池の発電量が上昇している場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇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６】
前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるとは、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦからＯＮに切替ることを含む、請求項１〜５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記電気ヒーターをＯＮした場合、その後の前記燃料電池の発電量の増減に拘らず所定の保持時間前記電気ヒーターのＯＮ状態を継続するように前記電気ヒーターを制御する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの平均通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの最大通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターのベース通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が０である、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御器は、前記電気ヒーターのＯＮ状態を前記所定の保持時間継続した後、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦにするように構成されている、請求項７に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質反応のための熱を供給する燃焼器を有する水素生成装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、図８に示すように都市ガス等の含水素有機化合物を原料として改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成装置８１と、この水素生成装置８１から供給される水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池８２とを備える。この燃料電池システムは、通常、燃料電池８２から排出された可燃性のアノードオフガスを燃焼器で燃焼し、改質反応に必要な熱を水素生成装置８１に供給するよう構成されているが、この燃焼器８３の燃焼安定性を確認するために通常、ＣＯセンサ８５が用いられる。ただし、このＣＯセンサ８５上に燃焼器８３から排出される燃焼排ガス中の水分が結露すると検知不良が発生するため、ＣＯセンサ８５に至る前の燃焼排ガス流路に凝縮水を排出する排水部８４を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
一方、上記ＣＯセンサに対する結露の問題を解決するために、ＣＯセンサ近傍に電気ヒーターを設ける燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−２１３５６６号公報
【特許文献２】特開平８−０３５６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記特許文献１記載の燃料電池システムのＣＯセンサの結露の問題を解決するために、上記特許文献２記載のようにＣＯセンサ近傍に電気ヒーターを設置した場合に、燃料電池システムの起動処理時には、ＣＯセンサを含む燃料電池システム周辺環境の温度が低いため、ＣＯセンサ上に結露が生じないように電気ヒーターでＣＯセンサを加熱する必要がある。一方、発電運転中においては起動処理において既に昇温しているので、通常、ＣＯセンサの加熱量が低減される。ここで、発電運転中に燃料電池の発電量を上昇させると、ＣＯセンサに結露が生じる場合があるという課題があった。【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池のアノードオフガスを燃焼する燃焼器の燃焼排ガス経路に設けられたＣＯセンサを加熱する電気ヒーターを用いた形態において、燃料電池の発電運転中におけるＣＯセンサの結露を従来よりも抑制することが可能な燃料電池システム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】
【０００６】
本発明者等は、上記課題について鋭意検討した結果、アノードオフガス中の可燃性ガス量が多く燃焼排ガス中の水分量が多くなると推定される燃料電池の発電量が高い場合であっても、発電量がその高いレベルで維持されている場合は、結露は生じにくく、発電量が上昇している過程においてＣＯセンサに結露が生じやすいという知見を得た。これは、燃料電池の発電量が低い場合においては、燃焼排ガスに含まれる熱量が小さいためＣＯセンサ自体の温度が低くなりやすく、このセンサの温度が低いときに、燃料電池の発電量が上昇すると温度が高く含水蒸気量の多い燃焼排ガスがＣＯセンサと接触し、結露が生じやすいからであると推定される。【０００７】
かかる知見に基づいて、上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、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を有する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出されるアノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器と、前記ＣＯ検知器を加熱する電気ヒーターと、制御器と、を備え、前記制御器は、前記燃料電池の発電量の上昇に応じて、前記電気ヒーターの通電量を上昇させるように構成されている。【０００８】
このような構成にすることで、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。【０００９】
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池より取り出す電力量を制御する発電量制御器を備え、前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。【００１０】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃料電池の発電量よりも電力負荷の消費電力量の方が多い場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。【００１１】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃料電池の発電量が上昇している場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。【００１２】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるとは、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦからＯＮに切替ることを含む。【００１３】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記電気ヒーターをＯＮした場合、その後の前記燃料電池の発電量の増減に拘らず所定の保持時間前記電気ヒーターのＯＮ状態を継続するように前記電気ヒーターを制御してもよい。【００１４】
このように構成することで、電気ヒーターのＯＮ−ＯＦＦ回数が低下し、電気ヒーターの耐久性が向上する。【００１５】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの平均通電量よりも低くてもよい。【００１６】
このような構成とすることで、電気ヒーターの電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。【００１７】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの最大通電量よりも低くてもよい。【００１８】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターのベース通電量よりも低くてもよい。【００１９】
このような構成とすることで、電気ヒーターの電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。【００２０】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が０であってもよい。【００２１】
さらに、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記電気ヒーターのＯＮ状態を前記所定時間継続した後、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦにするように構成されていてもよい。【００２２】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃焼排ガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露することが抑制され、改質器を加熱する燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。
【図８】図８は、従来の燃料電池システムの構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図１０】図１０は、変形例の燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    水素生成装置
２    燃料電池
３    燃焼器
４    燃焼排ガス経路
５    第１熱交換器
６    凝縮水タンク
７    ＣＯ検知器
８    電気ヒーター
９    冷却水経路
１０    第２熱交換器
１１    貯湯槽
１２    原料供給器
１３    水供給器
１４    酸化剤ガス供給器
１５    発電量制御器
１６    第１電流検知器
１７    第２電流検知器
１８    切替器
１９    制御器
８１    水素生成装置
８２    燃料電池
８３    燃焼器
８４    排水部
８５    ＣＯセンサ
１００  燃料電池システム
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成の概略を示す図である。【００２８】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システム１００は、原料供給器１２より供給された原料及び水供給器１３より供給された水を用いて水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１ａを有する水素生成装置１と、水素生成装置１より供給される水素含有ガスと酸化剤ガス供給器１４より供給された酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池２と、燃料電池２から排出されたアノードオフガスを燃焼し、改質器１ａに水蒸気改質反応のための熱を供給する燃焼器３と、燃焼器３より排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路４と、燃焼排ガス経路４を流れる燃焼排ガス中の水分を凝縮する第１熱交換器５と、第１熱交換器５で凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンク６と、第１熱交換器５により水分が除去された燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器７と、ＣＯ検知器７の近傍に設けられ、ＣＯ検知器７上に結露が発生するのを抑制するための電気ヒーター８と、燃料電池２を冷却する冷却水が流れる冷却水経路９と、冷却水から熱を回収する第２熱交換器１０と、第１熱交換器５及び第２熱交換器１０で回収した熱を湯として貯える貯湯槽１１と、燃料電池２から取り出す電力量を制御する発電量制御器１５と、燃料電池２と系統電源との連系点と系統電源との間に設置された第１電流検知器１６と、発電量制御器１５より出力される電流量を検知する第２電流検知器１７と、水素生成装置１で生成された水素含有ガスの流入先を、燃料電池２と、燃料電池２をバイパスする経路との間で切替える切替器１８と、燃料電池システム１００内の各機器の動作を制御する制御器１９とを備える。【００２９】
なお、水素生成装置１は、改質器１ａのみならず、改質器１ａで生成した水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するための変成器（図示せず）や酸化反応により低減するためのＣＯ除去器（図示せず）を有する。原料供給器１２は、都市ガス等の含水素有機化合物を原料として水素生成装置１に供給し、発電量制御器１５は、燃料電池２の直流電力を交流電力に変換する直交変換器としてのインバータを含み、制御器１９は、電力負荷の消費電力に基づきこの消費電力に追従するように発電量制御器１５へ発電量指令値を出力するが、本実施の形態１の燃料電池システム１００において、制御器１９は、この発電量指令値に基づき電気ヒーター８の動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、電気ヒーター８として、例えば、シースヒーター等が利用され、電気ヒーター８は、ＣＯ検知器７を加熱することができれば、その設置態様は特に限定されない。【００３０】
次に、本実施の形態１の燃料電池システム１００の動作について説明する。【００３１】
図２は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態１の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。【００３２】
本図に示されるように本実施の形態１の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量を増加させる場合に、電気ヒーター８の動作をＯＮ動作することで燃焼器３より排出される燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が増加する過程においてＣＯ検知器７上に結露が生じることを抑制する。燃料電池２の発電量を増加させるか否かは、制御器１９が発電量制御器１５に出力した発電量指令値に基づき判断される。また、一旦、電気ヒーター８がＯＮされると、その後の燃料電池２の発電量指令値の増減にかかわらず、所定の保持時間Ｔ１以上ＯＮ動作を継続することで、電気ヒーター８の頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が抑制され、電気ヒーター８の劣化の抑制につながる。【００３３】
上記電気ヒーター８のより具体的な動作として図３に示されるフロー図をもとに説明する。まず、燃料電池システム１００の起動処理が開始されると、制御器１９は、電気ヒーター８の動作をＯＮにして、ＣＯ検知器７上に結露が生じることを抑制する。そして、水素生成装置１の昇温工程が完了し、水素生成装置１で生成される水素含有ガス中の一酸化炭素が十分に低減されると、制御器１９は、切替器１８を切替えて、水素生成装置１から送出される水素含有ガスの流入先をバイパス経路から燃料電池２側に切替え、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、燃料電池２の発電運転を開始する。【００３４】
そして、燃料電池２の発電運転中において、制御器１９から発電量制御器１５へ所定時間毎に発電量指令値が出力されるが、現時点での発電量指令値の前回（所定時間前）の発電量指令値に対する変化量が正の値か否か、つまり、燃料電池２の発電量が制御器１９により増加されるのか否かが判定され（ステップＳ３１）、ステップＳ３１において燃料電池２の発電量指令値が増加すると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮする（ステップＳ３２）。発電量が増加すると判定されなかった場合は、ステップＳ３１に戻り、燃料電池２の発電量が増加されるか否かを所定時間毎に判定する。【００３５】
次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ３３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ３４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ３１に戻り以上の動作が繰り返される。【００３６】
なお、上述の本実施の形態１の燃料電池システム１００においては、燃料電池２の発電量が増加されるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、燃料電池システム１００の発電運転中において、定常的に電気ヒーター８をＯＮ動作させ、燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流値）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。すなわち、燃料電池２の発電量指令値が増加する場合、もしくは、第２電流検知器１７の検知電流値により燃料電池２の発電量の増加開始が検知された場合には、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が増加すると推定されるため電気ヒーター８への通電量を増加させ、電気ヒーター８の加熱量を増加させる。また、燃料電池２の発電量指令値が減少する場合には、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が減少すると推定されるため電気ヒーター８への通電量を減少させる。なお、上記の「通電量」とは、単位時間当たりに電気ヒーター８に供給される電力量のことであり、上記通電量の増減は、電気ヒーター８が発熱する熱量が増減すればよい。従って、電気ヒーター８へ供給される電圧を連続的に増減させる形態を採用してもよい。また、いわゆるＤｕｔｙ制御、周期的にＯＮ−ＯＦＦする所定の電圧パルスを電気ヒーター８に与えて、１周期当たりのＯＮ時間の比率で通電量の増減、を行ってもよい。例えば、制御器１９が、電気ヒーター８を１００ミリ秒間ＯＮにし、残りの９００ミリ秒間ＯＦＦで動作させる１秒周期の電圧パルスを印加するよう制御している場合に、１秒周期内のＯＮ時間を５０ミリ秒間にすると通電量を低減することができ、１秒周期内のＯＮ時間を１５０ミリ秒間にすると通電量を増加することができる。【００３７】
また、制御器１９は、燃料電池２の発電量が増加されるか否かに基づいて、電気ヒーター８の制御を行っているが、これに限定されず、燃料電池２の発電量の増減に応じて制御される物理量の制御値（例えば、水素生成装置１への原料供給量の制御値、水素生成装置１への水供給量の制御値、燃料電池２のカソードへ供給される空気供給量の制御値等）、又は燃料電池２の発電量の増減に応じて制御される物理量の図示されない各検知器（例えば、原料供給器１２から水素生成装置１に供給される原料流量を検知する検知器、水素生成装置１への水供給量の検知器、燃料電池２のカソードに供給される空気供給量の検知器等）の検出値に基づいて、電気ヒーター８の制御を行ってもよい。【００３８】
ここで、上述したように、燃料電池２では、原料供給器１２から供給される原料と水供給器１３から供給される水から水素生成装置１で生成された水素含有ガスと、酸化剤ガス供給器１４から供給される酸化剤ガス（ここでは、空気）と、によって発電が行われ、制御器１９は、燃料電池２の発電量に対応するように、これらの供給量を増減させる。このため、制御器１９は、本実施の形態１で用いた燃料電池２の発電量の代わりに、各検知器で検知された原料流量、水流量や空気流量、又は各供給器への流量指令値に基づいて、電気ヒーター８の制御を行ってもよい。すなわち、制御器１９は、各検知器で検知された原料流量、水流量や空気流量、又は各供給器への流量指令値が増加する場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮにする形態または発電運転時においても定常的にＯＮ動作している電気ヒーター８の通電量を増加させる形態を採用してもよい。【００３９】
このように、本発明に規定する「燃料電池の発電量の上昇が開始される場合」とは、燃料電池２の発電量を増加させる場合、つまり、燃料電池２の発電量に直接的又は間接的に相関する物理量の制御値（例えば、発電量指令値、原料供給量の制御値、水供給量の制御値、空気供給量の制御値等）が増加開始する場合、または、燃料電池２の発電量に直接的又は間接的に相関する物理量の検出値（例えば、電流量、原料流量、水流量、空気流量の検出値等）が増加開始した場合のいずれも場合も含む。【００４０】
また、図２において電気ヒーター８のＯＮ動作が所定の保持時間Ｔ１よりも長く継続している期間があるが、これは、上記のように電気ヒーター８を一旦ＯＦＦしたにも拘わらず、再び戻ったステップＳ３１で燃料電池２の発電量指令値の変化量が増加すると判定され、再度速やかに電気ヒーター８がＯＮされ、実質的に、電気ヒーター８が保持時間Ｔ１よりも長く継続している場合を示すものである。【００４１】
以上で説明した本実施の形態１の燃料電池システム１００により、電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池２のアノードオフガス中に含まれる水分のＣＯ検知器１７への結露が抑制され、燃焼器３の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。また、電気ヒーター８が一旦ＯＮ動作が入ると、制御器１９が、その後の燃料電池２の発電量指令値の増減に拘わらず、所定の保持時間Ｔ１継続させるよう制御することで、頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が抑制され、電気ヒーター８の劣化の抑制することが可能になる。【００４２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における燃料電池システムについて説明する。【００４３】
本実施の形態２の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１と同様であり、制御器１９による電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ制御が異なるのでその点について詳述する。【００４４】
図４は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態２の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。【００４５】
本図に示されるように本実施の形態２の燃料電池システム１００は、電力負荷の消費電力が燃料電池２の発電量よりも多い場合、電気負荷の消費電力に追従するよう燃料電池２の発電量を制御するため、制御器１９が出力する燃料電池２の発電量指令値は増加する可能性が高く、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる。つまり、本発明に規定する「燃料電池の発電量の上昇が開始される場合」とは、燃料電池２の発電量の増加が予測されるような場合も含む。ただし、電力負荷の消費電力が燃料電池２の発電量より多くてもその差が小さい場合には、燃料電池２の発電量が継続的に上昇することが見込まれないため、電力負荷の消費電力と燃料電池２の発電量との差であるΔＷ１が、燃料電池２の発電量の継続的な上昇が見込まれる第１の閾値以上である場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう構成することが好ましい。【００４６】
以下、本実施の形態２の燃料電池システム１００における電気ヒーター８の上記制御動作の詳細について図５に示すフロー図をもとに説明する。まず、実施の形態１で説明した場合と同様の起動処理を経て、燃料電池２の発電運転が開始されると、制御器１９により電力負荷の消費電力と燃料電池２の発電量との差であるΔＷ１が１５０Ｗ以上であるかどうか判定される（ステップＳ５１）。ここで、電力負荷の消費電力は、制御器１９により出力される発電量指令値と第１電流検知器１６により検知される電流値との総和となり、燃料電池２の発電量は、制御器１９より出力される発電量指令値となる。この場合、制御器１９及び第２電流検知器１７が本発明の負荷電力検知器を構成し、制御器１９が本発明の燃料電池の発電量検知器を兼用する。なお、上記発電量指令値に代えて発電量制御器１５と連系点との間の電路に設けられた第２電流検知器１７により検知された電流値を用いて電力負荷の消費電力を算出して、燃料電池２の発電量としても構わない。この場合、第１電流検知器１６及び第２電流検知器１７が本発明の負荷電力検知器、第２電流検知器１７が本発明の燃料電池の発電量検知器を構成する。【００４７】
次に、ステップＳ５１においてΔＷ１が１５０Ｗ以上であると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる（ステップＳ５２）。ステップＳ５１においてΔＷ１が１５０Ｗ未満であると判定された場合は、ステップＳ５１に戻り、ΔＷ１が１５０Ｗ以上であるか否かを所定時間毎に判定する。次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ５３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ５４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ５１に戻り以上の動作が繰り返される。【００４８】
なお、上述の本実施の形態２の燃料電池システム１００においては、負荷電力の消費電力と燃料電池２の発電量との差ΔＷ１が１５０Ｗ以上であるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に電気ヒーターを一旦ＯＮにした後、その後の燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。【００４９】
以上で説明した本実施の形態２の燃料電池システム１００により、実施の形態１における燃料電池システム１００に比べ、より電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制することが可能になる。すわなち、本実施の形態２の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加し、高出力になると想定される場合に、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう制御するため、その後、継続的に燃料電池の出力の増加が見込まれるか否かに拘わらず、単に燃料電池２の発電量指令値が増加する場合に電気ヒーター８をＯＮする実施の形態１の場合に比べより電気ヒーター８のＯＮ動作が必要な場合に限って動作が行われるため電気ヒーター８の動作頻度は低下し、燃料電池システム１００の効率の上昇及び電気ヒーター８の耐久性の向上に繋がる。【００５０】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における燃料電池システムについて説明する。【００５１】
本実施の形態３の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１と同様であり、制御器１９による電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ制御が異なるのでその点について詳述する。【００５２】
図６は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態３の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。【００５３】
本図に示されるように本実施の形態３の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加した場合、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガス中の水蒸気量の増加量が大きくなり、その分ＣＯ検知器７上に結露する可能性が高くなるため、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる。つまり、所定時間内における燃料電池２の発電量の増加量ΔＷ２が、第２の閾値以上である場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう構成することが好ましい。なお、上記第２の閾値は、ＣＯ検知器７上に結露が生じることのない燃料電池２の発電量の増加量の上限値以下の所定値であることが好ましい。また、上記の燃料電池２の発電量が継続的に増加するとは燃料電池２の発電量が連続的に増加する場合だけでなく、所定時間内に多少の増減があっても所定時間内全体において、燃料電池２の発電量が増加傾向にある場合も含まれる。【００５４】
以下、本実施の形態３の燃料電池システム１００における電気ヒーター８の上記制御動作の詳細について図７に示すフロー図をもとに説明する。まず、実施の形態１で説明した場合と同様の起動処理を経て、燃料電池２の発電運転が開始されると、制御器１９により燃料電池２の発電量の所定時間内の増加量であるΔＷ２が１５０Ｗ以上であるかどうか判定される（ステップＳ７１）。ここで、燃料電池２の発電量は、制御器１９により出力される発電量指令値や発電量制御器１５と連系点との間の電路に設けられた第２電流検知器１７により検知された電流値を用いる。この場合、制御器１９が本発明の燃料電池２の発電量検知器を兼用する、もしくは第２電流検知器１７が本発明の燃料電池の発電量検知器を構成することになる。【００５５】
次に、ステップＳ７１においてΔＷ２が１５０Ｗ以上であると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる（ステップＳ７２）。ステップＳ７１においてΔＷ２が１５０Ｗ未満であると判定された場合は、ステップＳ７１に戻り、ΔＷ２が１５０Ｗ以上であるか否かを所定時間毎に判定する。次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ７３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ７４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ７１に戻り以上の動作が繰り返される。【００５６】
なお、上述の本実施の形態３の燃料電池システム１００においては、所定時間内における燃料電池２の発電量の増加量ΔＷ２が１５０Ｗ以上であるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に電気ヒーターを一旦ＯＮにした後、その後の燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。【００５７】
以上で説明した本実施の形態３の燃料電池システム１００により、実施の形態２における燃料電池システム１００に比べ、より電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制することが可能になる。すわなち、本実施の形態３の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加したことを確認してから、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう制御するため、継続的な燃料電池２の出力の増加が見込まれるというだけで、電気ヒーター８をＯＮする実施の形態２の場合に比べより電気ヒーター８のＯＮ動作が必要な場合に限って動作が行われるため電気ヒーター８の無駄なＯＮ動作が低下し、燃料電池システム１００の効率の上昇及び電気ヒーター８の耐久性の向上に繋がる。【００５８】
また、実施の形態２における燃料電池システム１００の場合、実際には燃料電池２の発電量が継続的に上昇し、ＣＯ検知器１７上に結露が生じる可能性がある場合でも、ΔＷ１が第１の閾値以上にならないばかりに電気ヒーター８がＯＮ動作せず、ＣＯ検知器１７への結露を防止できない場合が生じる可能性があるが、本実施の形態３の燃料電池システム１００は、実際の燃料電池２の発電量に基づいて電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するため、より確実にＣＯ検知器１７への結露を抑制することが可能になる。なお、電気ヒーター８の動作制御として、実施の形態２の燃料電池システム１００における電気ヒーターの動作制御と本実施の形態の燃料電池システム１００の電気ヒーター８の動作制御の両方を備えるよう燃料電池システム１００を構成しても構わない。【００５９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における燃料電池システムについて説明する。【００６０】
本実施の形態４の燃料電池システム１００は、実施の形態１の構成と同様であり、制御器１９が燃料電池システム１００の発電処理中における電気ヒーター８への平均通電量を、起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量に比べて低減させるよう制御することを特徴とする。【００６１】
これは、燃料電池システム１００の起動処理前は、ＣＯ検知器７等の各機器の温度は、発電運転中に比べれば低く、燃料電池システム１００の運転が停止して、次の起動処理が開始されるまでの待機時間の長さによっては、外気温度程度にまで低下している場合もある。このため、燃料電池システム１００の起動時には、ＣＯ検知器７で結露が発生しやすいので、電気ヒーター８によるＣＯ検知器７の加熱する必要がある。一方、燃料電池システム１００の発電運転中には、起動処理においてＣＯ検知器７を含む各機器の温度は、既に昇温しているので、ＣＯ検知器７への結露を抑制するために起動処理時と同様の加熱量でＣＯ検知器７を加熱する必要はない。従って、電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制するためにも、電気ヒーター８は、制御器１９により、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量を、起動処理中における平均通電量に比べて低減させるよう制御される。【００６２】
ここで、図９は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態４の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池システム１００の起動処理中及び発電運転中における電気ヒーター８の動作制御を示す図である。【００６３】
本図に示されるように、本実施の形態４の燃料電池システム１００では、電気ヒーター８の動作制御としてＯＮ／ＯＦＦ制御のみを実行し、単位時間当りのＯＮ時間の長さによって電気ヒーター８への通電量を制御するよう構成されている。ここで、制御器１９は、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８の単位時間当りの平均通電（ＯＮ動作）時間よりも燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への単位時間当りの平均通電（ＯＮ動作）時間の方が短くなるように制御することで、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御している。【００６４】
具体的には、燃料電池システム１００は、起動処理開始に伴い電気ヒーター８のＯＮ動作を開始し、起動処理中に水素生成装置１の昇温工程が完了し、切替器１０を切替えて燃料電池２の水素含有ガスを供給可能な状態になるまで、電気ヒーター８のＯＮ動作を継続する。そして、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合において、適宜電気ヒーター８が所定の保持時間Ｔ１の間、ＯＮ動作される。なお、ここでは、制御器１９は、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御したが、これに限定されず、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への最大通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御してもよい。【００６５】
これにより、本実施の形態４の燃料電池システム１００では、発電運転中において電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ＣＯ検知器７の結露を抑制することが可能となる。
（変形例）
図１０は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する変形例の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、燃料電池システム１００の起動処理中及び発電運転中における電気ヒーター８の動作制御、及び電気ヒーター８への通電量を示す図である。【００６６】
本変形例の燃料電池システム１００は、上記実施の形態４の燃料電池システムと異なり、制御器１９が、電気ヒーター８の動作制御としてＯＮ／ＯＦＦ動作だけでなく、ＯＮ動作時の通電量を制御可能に構成されている。そして、図１０に示すように、実施の形態４と異なり、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合だけでなく、それ以外の状態においても発電運転中において電気ヒーター８がＯＮ動作される。ただし、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合以外での電気ヒーター８への通電量は、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合での通電量よりも小さい一定の通電量（Ｗ２）で制御される。なお、この燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合以外における一定の通電量を第１のベース通電量という、また、本変形例においては、燃料電池システム１００の起動処理において、制御器１０は、第１のベース通電量Ｗ２よりも大きい第２のベース通電量Ｗ１になるよう電気ヒーター８の動作を制御するよう構成されている。これにより、上記実施の形態４と同様に、発電運転中において電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ＣＯ検知器７の結露を抑制することが可能となる。【００６７】
なお、上記実施の形態４及び上記変形例における燃料電池システム１００について、実施の形態１又は実施の形態２と同様に燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合において、電気ヒーター８の通電量を増加させる制御を実行する形態を採用したが、実施の形態３と同様に、燃料電池２の発電量が継続的に上昇している場合に、電気ヒーター８への通電量が上昇する形態を採用しても構わない。【００６８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃焼排ガス中に含まれる水分のＣＯ検知器への結露が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になるので家庭用の燃料電池システム等として有用である。
【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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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月22日(2009.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質反応のための熱を供給する燃焼器を有する水素生成装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、図８に示すように都市ガス等の含水素有機化合物を原料として改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成装置８１と、この水素生成装置８１から供給される水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池８２とを備える。この燃料電池システムは、通常、燃料電池８２から排出された可燃性のアノードオフガスを燃焼器で燃焼し、改質反応に必要な熱を水素生成装置８１に供給するよう構成されているが、この燃焼器８３の燃焼安定性を確認するために通常、ＣＯセンサ８５が用いられる。ただし、このＣＯセンサ８５上に燃焼器８３から排出される燃焼排ガス中の水分が結露すると検知不良が発生するため、ＣＯセンサ８５に至る前の燃焼排ガス流路に凝縮水を排出する排水部８４を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、上記ＣＯセンサに対する結露の問題を解決するために、ＣＯセンサ近傍に電気ヒーターを設ける燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１３５６６号公報
【特許文献２】特開平８−０３５６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記特許文献１記載の燃料電池システムのＣＯセンサの結露の問題を解決するために、上記特許文献２記載のようにＣＯセンサ近傍に電気ヒーターを設置した場合に、燃料電池システムの起動処理時には、ＣＯセンサを含む燃料電池システム周辺環境の温度が低いため、ＣＯセンサ上に結露が生じないように電気ヒーターでＣＯセンサを加熱する必要がある。一方、発電運転中においては起動処理において既に昇温しているので、通常、ＣＯセンサの加熱量が低減される。ここで、発電運転中に燃料電池の発電量を上昇させると、ＣＯセンサに結露が生じる場合があるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池のアノードオフガスを燃焼する燃焼器の燃焼排ガス経路に設けられたＣＯセンサを加熱する電気ヒーターを用いた形態において、燃料電池の発電運転中におけるＣＯセンサの結露を従来よりも抑制することが可能な燃料電池システム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】
本発明者等は、上記課題について鋭意検討した結果、アノードオフガス中の可燃性ガス量が多く燃焼排ガス中の水分量が多くなると推定される燃料電池の発電量が高い場合であっても、発電量がその高いレベルで維持されている場合は、結露は生じにくく、発電量が上昇している過程においてＣＯセンサに結露が生じやすいという知見を得た。これは、燃料電池の発電量が低い場合においては、燃焼排ガスに含まれる熱量が小さいためＣＯセンサ自体の温度が低くなりやすく、このセンサの温度が低いときに、燃料電池の発電量が上昇すると温度が高く含水蒸気量の多い燃焼排ガスがＣＯセンサと接触し、結露が生じやすいからであると推定される。
【０００８】
かかる知見に基づいて、上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、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を有する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出されるアノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器と、前記ＣＯ検知器を加熱する電気ヒーターと、制御器と、を備え、前記制御器は、前記燃料電池の発電量の上昇に応じて、前記電気ヒーターの通電量を上昇させるように構成されている。
【０００９】
このような構成にすることで、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池より取り出す電力量を制御する発電量制御器を備え、前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃料電池の発電量よりも電力負荷の消費電力量の方が多い場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。
【００１２】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃料電池の発電量が上昇している場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。
【００１３】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるとは、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦからＯＮに切替ることを含む。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記電気ヒーターをＯＮした場合、その後の前記燃料電池の発電量の増減に拘らず所定の保持時間前記電気ヒーターのＯＮ状態を継続するように前記電気ヒーターを制御してもよい。
【００１５】
このように構成することで、電気ヒーターのＯＮ−ＯＦＦ回数が低下し、電気ヒーターの耐久性が向上する。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの平均通電量よりも低くてもよい。
【００１７】
このような構成とすることで、電気ヒーターの電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの最大通電量よりも低くてもよい。
【００１９】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターのベース通電量よりも低くてもよい。
【００２０】
このような構成とすることで、電気ヒーターの電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
【００２１】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が０であってもよい。
【００２２】
さらに、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記電気ヒーターのＯＮ状態を前記所定時間継続した後、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦにするように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃焼排ガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露することが抑制され、改質器を加熱する燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。
【図８】図８は、従来の燃料電池システムの構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【図１０】図１０は、変形例の燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成の概略を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システム１００は、原料供給器１２より供給された原料及び水供給器１３より供給された水を用いて水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１ａを有する水素生成装置１と、水素生成装置１より供給される水素含有ガスと酸化剤ガス供給器１４より供給された酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池２と、燃料電池２から排出されたアノードオフガスを燃焼し、改質器１ａに水蒸気改質反応のための熱を供給する燃焼器３と、燃焼器３より排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路４と、燃焼排ガス経路４を流れる燃焼排ガス中の水分を凝縮する第１熱交換器５と、第１熱交換器５で凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンク６と、第１熱交換器５により水分が除去された燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器７と、ＣＯ検知器７の近傍に設けられ、ＣＯ検知器７上に結露が発生するのを抑制するための電気ヒーター８と、燃料電池２を冷却する冷却水が流れる冷却水経路９と、冷却水から熱を回収する第２熱交換器１０と、第１熱交換器５及び第２熱交換器１０で回収した熱を湯として貯える貯湯槽１１と、燃料電池２から取り出す電力量を制御する発電量制御器１５と、燃料電池２と系統電源との連系点と系統電源との間に設置された第１電流検知器１６と、発電量制御器１５より出力される電流量を検知する第２電流検知器１７と、水素生成装置１で生成された水素含有ガスの流入先を、燃料電池２と、燃料電池２をバイパスする経路との間で切替える切替器１８と、燃料電池システム１００内の各機器の動作を制御する制御器１９とを備える。
【００２９】
なお、水素生成装置１は、改質器１ａのみならず、改質器１ａで生成した水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するための変成器（図示せず）や酸化反応により低減するためのＣＯ除去器（図示せず）を有する。原料供給器１２は、都市ガス等の含水素有機化合物を原料として水素生成装置１に供給し、発電量制御器１５は、燃料電池２の直流電力を交流電力に変換する直交変換器としてのインバータを含み、制御器１９は、電力負荷の消費電力に基づきこの消費電力に追従するように発電量制御器１５へ発電量指令値を出力するが、本実施の形態１の燃料電池システム１００において、制御器１９は、この発電量指令値に基づき電気ヒーター８の動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、電気ヒーター８として、例えば、シースヒーター等が利用され、電気ヒーター８は、ＣＯ検知器７を加熱することができれば、その設置態様は特に限定されない。
【００３０】
次に、本実施の形態１の燃料電池システム１００の動作について説明する。
【００３１】
図２は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態１の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。
【００３２】
本図に示されるように本実施の形態１の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量を増加させる場合に、電気ヒーター８の動作をＯＮ動作することで燃焼器３より排出される燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が増加する過程においてＣＯ検知器７上に結露が生じることを抑制する。燃料電池２の発電量を増加させるか否かは、制御器１９が発電量制御器１５に出力した発電量指令値に基づき判断される。また、一旦、電気ヒーター８がＯＮされると、その後の燃料電池２の発電量指令値の増減にかかわらず、所定の保持時間Ｔ１以上ＯＮ動作を継続することで、電気ヒーター８の頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が抑制され、電気ヒーター８の劣化の抑制につながる。
【００３３】
上記電気ヒーター８のより具体的な動作として図３に示されるフロー図をもとに説明する。まず、燃料電池システム１００の起動処理が開始されると、制御器１９は、電気ヒーター８の動作をＯＮにして、ＣＯ検知器７上に結露が生じることを抑制する。そして、水素生成装置１の昇温工程が完了し、水素生成装置１で生成される水素含有ガス中の一酸化炭素が十分に低減されると、制御器１９は、切替器１８を切替えて、水素生成装置１から送出される水素含有ガスの流入先をバイパス経路から燃料電池２側に切替え、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、燃料電池２の発電運転を開始する。
【００３４】
そして、燃料電池２の発電運転中において、制御器１９から発電量制御器１５へ所定時間毎に発電量指令値が出力されるが、現時点での発電量指令値の前回（所定時間前）の発電量指令値に対する変化量が正の値か否か、つまり、燃料電池２の発電量が制御器１９により増加されるのか否かが判定され（ステップＳ３１）、ステップＳ３１において燃料電池２の発電量指令値が増加すると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮする（ステップＳ３２）。発電量が増加すると判定されなかった場合は、ステップＳ３１に戻り、燃料電池２の発電量が増加されるか否かを所定時間毎に判定する。
【００３５】
次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ３３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ３４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ３１に戻り以上の動作が繰り返される。
【００３６】
なお、上述の本実施の形態１の燃料電池システム１００においては、燃料電池２の発電量が増加されるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、燃料電池システム１００の発電運転中において、定常的に電気ヒーター８をＯＮ動作させ、燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流値）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。すなわち、燃料電池２の発電量指令値が増加する場合、もしくは、第２電流検知器１７の検知電流値により燃料電池２の発電量の増加開始が検知された場合には、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が増加すると推定されるため電気ヒーター８への通電量を増加させ、電気ヒーター８の加熱量を増加させる。また、燃料電池２の発電量指令値が減少する場合には、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が減少すると推定されるため電気ヒーター８への通電量を減少させる。なお、上記の「通電量」とは、単位時間当たりに電気ヒーター８に供給される電力量のことであり、上記通電量の増減は、電気ヒーター８が発熱する熱量が増減すればよい。従って、電気ヒーター８へ供給される電圧を連続的に増減させる形態を採用してもよい。また、いわゆるＤｕｔｙ制御、周期的にＯＮ−ＯＦＦする所定の電圧パルスを電気ヒーター８に与えて、１周期当たりのＯＮ時間の比率で通電量の増減、を行ってもよい。例えば、制御器１９が、電気ヒーター８を１００ミリ秒間ＯＮにし、残りの９００ミリ秒間ＯＦＦで動作させる１秒周期の電圧パルスを印加するよう制御している場合に、１秒周期内のＯＮ時間を５０ミリ秒間にすると通電量を低減することができ、１秒周期内のＯＮ時間を１５０ミリ秒間にすると通電量を増加することができる。
【００３７】
また、制御器１９は、燃料電池２の発電量が増加されるか否かに基づいて、電気ヒーター８の制御を行っているが、これに限定されず、燃料電池２の発電量の増減に応じて制御される物理量の制御値（例えば、水素生成装置１への原料供給量の制御値、水素生成装置１への水供給量の制御値、燃料電池２のカソードへ供給される空気供給量の制御値等）、又は燃料電池２の発電量の増減に応じて制御される物理量の図示されない各検知器（例えば、原料供給器１２から水素生成装置１に供給される原料流量を検知する検知器、水素生成装置１への水供給量の検知器、燃料電池２のカソードに供給される空気供給量の検知器等）の検出値に基づいて、電気ヒーター８の制御を行ってもよい。
【００３８】
ここで、上述したように、燃料電池２では、原料供給器１２から供給される原料と水供給器１３から供給される水から水素生成装置１で生成された水素含有ガスと、酸化剤ガス供給器１４から供給される酸化剤ガス（ここでは、空気）と、によって発電が行われ、制御器１９は、燃料電池２の発電量に対応するように、これらの供給量を増減させる。このため、制御器１９は、本実施の形態１で用いた燃料電池２の発電量の代わりに、各検知器で検知された原料流量、水流量や空気流量、又は各供給器への流量指令値に基づいて、電気ヒーター８の制御を行ってもよい。すなわち、制御器１９は、各検知器で検知された原料流量、水流量や空気流量、又は各供給器への流量指令値が増加する場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮにする形態または発電運転時においても定常的にＯＮ動作している電気ヒーター８の通電量を増加させる形態を採用してもよい。
【００３９】
このように、本発明に規定する「燃料電池の発電量の上昇が開始される場合」とは、燃料電池２の発電量を増加させる場合、つまり、燃料電池２の発電量に直接的又は間接的に相関する物理量の制御値（例えば、発電量指令値、原料供給量の制御値、水供給量の制御値、空気供給量の制御値等）が増加開始する場合、または、燃料電池２の発電量に直接的又は間接的に相関する物理量の検出値（例えば、電流量、原料流量、水流量、空気流量の検出値等）が増加開始した場合のいずれも場合も含む。
【００４０】
また、図２において電気ヒーター８のＯＮ動作が所定の保持時間Ｔ１よりも長く継続している期間があるが、これは、上記のように電気ヒーター８を一旦ＯＦＦしたにも拘わらず、再び戻ったステップＳ３１で燃料電池２の発電量指令値の変化量が増加すると判定され、再度速やかに電気ヒーター８がＯＮされ、実質的に、電気ヒーター８が保持時間Ｔ１よりも長く継続している場合を示すものである。
【００４１】
以上で説明した本実施の形態１の燃料電池システム１００により、電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池２のアノードオフガス中に含まれる水分のＣＯ検知器１７への結露が抑制され、燃焼器３の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。また、電気ヒーター８が一旦ＯＮ動作が入ると、制御器１９が、その後の燃料電池２の発電量指令値の増減に拘わらず、所定の保持時間Ｔ１継続させるよう制御することで、頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が抑制され、電気ヒーター８の劣化の抑制することが可能になる。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における燃料電池システムについて説明する。
【００４３】
本実施の形態２の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１と同様であり、制御器１９による電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ制御が異なるのでその点について詳述する。
【００４４】
図４は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態２の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。
【００４５】
本図に示されるように本実施の形態２の燃料電池システム１００は、電力負荷の消費電力が燃料電池２の発電量よりも多い場合、電気負荷の消費電力に追従するよう燃料電池２の発電量を制御するため、制御器１９が出力する燃料電池２の発電量指令値は増加する可能性が高く、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる。つまり、本発明に規定する「燃料電池の発電量の上昇が開始される場合」とは、燃料電池２の発電量の増加が予測されるような場合も含む。ただし、電力負荷の消費電力が燃料電池２の発電量より多くてもその差が小さい場合には、燃料電池２の発電量が継続的に上昇することが見込まれないため、電力負荷の消費電力と燃料電池２の発電量との差であるΔＷ１が、燃料電池２の発電量の継続的な上昇が見込まれる第１の閾値以上である場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう構成することが好ましい。
【００４６】
以下、本実施の形態２の燃料電池システム１００における電気ヒーター８の上記制御動作の詳細について図５に示すフロー図をもとに説明する。まず、実施の形態１で説明した場合と同様の起動処理を経て、燃料電池２の発電運転が開始されると、制御器１９により電力負荷の消費電力と燃料電池２の発電量との差であるΔＷ１が１５０Ｗ以上であるかどうか判定される（ステップＳ５１）。ここで、電力負荷の消費電力は、制御器１９により出力される発電量指令値と第１電流検知器１６により検知される電流値との総和となり、燃料電池２の発電量は、制御器１９より出力される発電量指令値となる。この場合、制御器１９及び第２電流検知器１７が本発明の負荷電力検知器を構成し、制御器１９が本発明の燃料電池の発電量検知器を兼用する。なお、上記発電量指令値に代えて発電量制御器１５と連系点との間の電路に設けられた第２電流検知器１７により検知された電流値を用いて電力負荷の消費電力を算出して、燃料電池２の発電量としても構わない。この場合、第１電流検知器１６及び第２電流検知器１７が本発明の負荷電力検知器、第２電流検知器１７が本発明の燃料電池の発電量検知器を構成する。
【００４７】
次に、ステップＳ５１においてΔＷ１が１５０Ｗ以上であると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる（ステップＳ５２）。ステップＳ５１においてΔＷ１が１５０Ｗ未満であると判定された場合は、ステップＳ５１に戻り、ΔＷ１が１５０Ｗ以上であるか否かを所定時間毎に判定する。次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ５３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ５４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ５１に戻り以上の動作が繰り返される。
【００４８】
なお、上述の本実施の形態２の燃料電池システム１００においては、負荷電力の消費電力と燃料電池２の発電量との差ΔＷ１が１５０Ｗ以上であるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に電気ヒーターを一旦ＯＮにした後、その後の燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。
【００４９】
以上で説明した本実施の形態２の燃料電池システム１００により、実施の形態１における燃料電池システム１００に比べ、より電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制することが可能になる。すわなち、本実施の形態２の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加し、高出力になると想定される場合に、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう制御するため、その後、継続的に燃料電池の出力の増加が見込まれるか否かに拘わらず、単に燃料電池２の発電量指令値が増加する場合に電気ヒーター８をＯＮする実施の形態１の場合に比べより電気ヒーター８のＯＮ動作が必要な場合に限って動作が行われるため電気ヒーター８の動作頻度は低下し、燃料電池システム１００の効率の上昇及び電気ヒーター８の耐久性の向上に繋がる。
【００５０】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における燃料電池システムについて説明する。
【００５１】
本実施の形態３の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１と同様であり、制御器１９による電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ制御が異なるのでその点について詳述する。
【００５２】
図６は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態３の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。
【００５３】
本図に示されるように本実施の形態３の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加した場合、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガス中の水蒸気量の増加量が大きくなり、その分ＣＯ検知器７上に結露する可能性が高くなるため、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる。つまり、所定時間内における燃料電池２の発電量の増加量ΔＷ２が、第２の閾値以上である場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう構成することが好ましい。なお、上記第２の閾値は、ＣＯ検知器７上に結露が生じることのない燃料電池２の発電量の増加量の上限値以下の所定値であることが好ましい。また、上記の燃料電池２の発電量が継続的に増加するとは燃料電池２の発電量が連続的に増加する場合だけでなく、所定時間内に多少の増減があっても所定時間内全体において、燃料電池２の発電量が増加傾向にある場合も含まれる。
【００５４】
以下、本実施の形態３の燃料電池システム１００における電気ヒーター８の上記制御動作の詳細について図７に示すフロー図をもとに説明する。まず、実施の形態１で説明した場合と同様の起動処理を経て、燃料電池２の発電運転が開始されると、制御器１９により燃料電池２の発電量の所定時間内の増加量であるΔＷ２が１５０Ｗ以上であるかどうか判定される（ステップＳ７１）。ここで、燃料電池２の発電量は、制御器１９により出力される発電量指令値や発電量制御器１５と連系点との間の電路に設けられた第２電流検知器１７により検知された電流値を用いる。この場合、制御器１９が本発明の燃料電池２の発電量検知器を兼用する、もしくは第２電流検知器１７が本発明の燃料電池の発電量検知器を構成することになる。
【００５５】
次に、ステップＳ７１においてΔＷ２が１５０Ｗ以上であると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる（ステップＳ７２）。ステップＳ７１においてΔＷ２が１５０Ｗ未満であると判定された場合は、ステップＳ７１に戻り、ΔＷ２が１５０Ｗ以上であるか否かを所定時間毎に判定する。次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ７３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ７４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ７１に戻り以上の動作が繰り返される。
【００５６】
なお、上述の本実施の形態３の燃料電池システム１００においては、所定時間内における燃料電池２の発電量の増加量ΔＷ２が１５０Ｗ以上であるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に電気ヒーターを一旦ＯＮにした後、その後の燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。
【００５７】
以上で説明した本実施の形態３の燃料電池システム１００により、実施の形態２における燃料電池システム１００に比べ、より電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制することが可能になる。すわなち、本実施の形態３の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加したことを確認してから、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう制御するため、継続的な燃料電池２の出力の増加が見込まれるというだけで、電気ヒーター８をＯＮする実施の形態２の場合に比べより電気ヒーター８のＯＮ動作が必要な場合に限って動作が行われるため電気ヒーター８の無駄なＯＮ動作が低下し、燃料電池システム１００の効率の上昇及び電気ヒーター８の耐久性の向上に繋がる。
【００５８】
また、実施の形態２における燃料電池システム１００の場合、実際には燃料電池２の発電量が継続的に上昇し、ＣＯ検知器１７上に結露が生じる可能性がある場合でも、ΔＷ１が第１の閾値以上にならないばかりに電気ヒーター８がＯＮ動作せず、ＣＯ検知器１７への結露を防止できない場合が生じる可能性があるが、本実施の形態３の燃料電池システム１００は、実際の燃料電池２の発電量に基づいて電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するため、より確実にＣＯ検知器１７への結露を抑制することが可能になる。なお、電気ヒーター８の動作制御として、実施の形態２の燃料電池システム１００における電気ヒーターの動作制御と本実施の形態の燃料電池システム１００の電気ヒーター８の動作制御の両方を備えるよう燃料電池システム１００を構成しても構わない。
【００５９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における燃料電池システムについて説明する。
【００６０】
本実施の形態４の燃料電池システム１００は、実施の形態１の構成と同様であり、制御器１９が燃料電池システム１００の発電処理中における電気ヒーター８への平均通電量を、起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量に比べて低減させるよう制御することを特徴とする。
【００６１】
これは、燃料電池システム１００の起動処理前は、ＣＯ検知器７等の各機器の温度は、発電運転中に比べれば低く、燃料電池システム１００の運転が停止して、次の起動処理が開始されるまでの待機時間の長さによっては、外気温度程度にまで低下している場合もある。このため、燃料電池システム１００の起動時には、ＣＯ検知器７で結露が発生しやすいので、電気ヒーター８によるＣＯ検知器７の加熱する必要がある。一方、燃料電池システム１００の発電運転中には、起動処理においてＣＯ検知器７を含む各機器の温度は、既に昇温しているので、ＣＯ検知器７への結露を抑制するために起動処理時と同様の加熱量でＣＯ検知器７を加熱する必要はない。従って、電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制するためにも、電気ヒーター８は、制御器１９により、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量を、起動処理中における平均通電量に比べて低減させるよう制御される。
【００６２】
ここで、図９は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態４の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池システム１００の起動処理中及び発電運転中における電気ヒーター８の動作制御を示す図である。
【００６３】
本図に示されるように、本実施の形態４の燃料電池システム１００では、電気ヒーター８の動作制御としてＯＮ／ＯＦＦ制御のみを実行し、単位時間当りのＯＮ時間の長さによって電気ヒーター８への通電量を制御するよう構成されている。ここで、制御器１９は、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８の単位時間当りの平均通電（ＯＮ動作）時間よりも燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への単位時間当りの平均通電（ＯＮ動作）時間の方が短くなるように制御することで、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御している。
【００６４】
具体的には、燃料電池システム１００は、起動処理開始に伴い電気ヒーター８のＯＮ動作を開始し、起動処理中に水素生成装置１の昇温工程が完了し、切替器１０を切替えて燃料電池２の水素含有ガスを供給可能な状態になるまで、電気ヒーター８のＯＮ動作を継続する。そして、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合において、適宜電気ヒーター８が所定の保持時間Ｔ１の間、ＯＮ動作される。なお、ここでは、制御器１９は、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御したが、これに限定されず、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への最大通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御してもよい。
【００６５】
これにより、本実施の形態４の燃料電池システム１００では、発電運転中において電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ＣＯ検知器７の結露を抑制することが可能となる。
【００６６】
（変形例）
図１０は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する変形例の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、燃料電池システム１００の起動処理中及び発電運転中における電気ヒーター８の動作制御、及び電気ヒーター８への通電量を示す図である。
【００６７】
本変形例の燃料電池システム１００は、上記実施の形態４の燃料電池システムと異なり、制御器１９が、電気ヒーター８の動作制御としてＯＮ／ＯＦＦ動作だけでなく、ＯＮ動作時の通電量を制御可能に構成されている。そして、図１０に示すように、実施の形態４と異なり、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合だけでなく、それ以外の状態においても発電運転中において電気ヒーター８がＯＮ動作される。ただし、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合以外での電気ヒーター８への通電量は、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合での通電量よりも小さい一定の通電量（Ｗ２）で制御される。なお、この燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合以外における一定の通電量を第１のベース通電量という、また、本変形例においては、燃料電池システム１００の起動処理において、制御器１０は、第１のベース通電量Ｗ２よりも大きい第２のベース通電量Ｗ１になるよう電気ヒーター８の動作を制御するよう構成されている。これにより、上記実施の形態４と同様に、発電運転中において電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ＣＯ検知器７の結露を抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、上記実施の形態４及び上記変形例における燃料電池システム１００について、実施の形態１又は実施の形態２と同様に燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合において、電気ヒーター８の通電量を増加させる制御を実行する形態を採用したが、実施の形態３と同様に、燃料電池２の発電量が継続的に上昇している場合に、電気ヒーター８への通電量が上昇する形態を採用しても構わない。
【００６９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃焼排ガス中に含まれる水分のＣＯ検知器への結露が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になるので家庭用の燃料電池システム等として有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１    水素生成装置
２    燃料電池
３    燃焼器
４    燃焼排ガス経路
５    第１熱交換器
６    凝縮水タンク
７    ＣＯ検知器
８    電気ヒーター
９    冷却水経路
１０    第２熱交換器
１１    貯湯槽
１２    原料供給器
１３    水供給器
１４    酸化剤ガス供給器
１５    発電量制御器
１６    第１電流検知器
１７    第２電流検知器
１８    切替器
１９    制御器
８１    水素生成装置
８２    燃料電池
８３    燃焼器
８４    排水部
８５    ＣＯセンサ
１００  燃料電池システム
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有する水素生成装置と、
前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池より排出されるアノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器と、
前記ＣＯ検知器を加熱する電気ヒーターと、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量の上昇に応じて、前記電気ヒーターの通電量を上昇させるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発電量の上昇が開始する場合、前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させ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３】
前記燃料電池より取り出す電力量を制御する発電量制御器を備え、
前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇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】
前記制御器は、前記燃料電池の発電量よりも電力負荷の消費電力量の方が多い場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇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５】
前記制御器は、前記燃料電池の発電量が上昇している場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇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６】
前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるとは、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦからＯＮに切替ることを含む、請求項１〜５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記電気ヒーターをＯＮした場合、その後の前記燃料電池の発電量の増減に拘らず所定の保持時間前記電気ヒーターのＯＮ状態を継続するように前記電気ヒーターを制御する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの平均通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの最大通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターのベース通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が０である、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御器は、前記電気ヒーターのＯＮ状態を前記所定の保持時間継続した後、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦにするように構成されている、請求項７に記載の燃料電池システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009104419.tif 000013
【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】
2009104419.tif 000019
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009104419.tif 000022
【国際調査報告】
2009104419.tif 000023
2009104419.tif 000024