(57)【要約】【課題】  外部電源の停電や燃料電池の急な電圧低下が生じても燃料電池や改質装置に損傷を与えることがない燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供すること。【解決手段】  原料燃料ｍを導入して水素に富む燃料ガスｇを生成する改質装置１０と、燃料ガスｇを導入し電気化学的反応により発電する燃料電池２０と、改質装置１０及び燃料電池２０の運転状態を記憶する不揮発性メモリ３２を有し、燃料電池システム１への電力の供給が途絶える直前の燃料電池システム１の状態を記憶し、途絶えた電力の供給が再開されたときに電力の供給が途絶える直前の状態から燃料電池システム１の運転を再開する制御装置３１とを備える燃料電池システム。【選択図】  図１
2006031995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって；
原料燃料を導入して水素に富む燃料ガスを生成する改質装置と；
前記燃料ガスを導入し電気化学的反応により発電する燃料電池と；
前記改質装置及び燃料電池の運転状態を記憶する不揮発性メモリを有し、前記燃料電池システムへの電力の供給が途絶える直前の前記燃料電池システムの状態を記憶し、該途絶えた電力の供給が再開されたときに該電力の供給が途絶える直前の状態から前記燃料電池システムの運転を再開する制御装置とを備える；
燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置には予め定められた前記燃料電池システムの起動から停止までの工程がプログラムされており、前記燃料電池システムへの電力の供給が途絶えた後電力の供給が再開されたときに、前記燃料電池システムへの電力の供給が途絶える直前の該工程に対応する所定の停止工程に直接移行する；
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池システムの運転方法であって；
電気化学的反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に供給する燃料ガスを生成する改質装置と、該燃料電池及び改質装置の運転を制御する制御装置とを有する燃料電池システムを起動する工程と；
前記燃料電池システムを運転状態に維持する工程と；
前記燃料電池システムを停止する工程とを備え；
前記いずれかの工程において前記燃料電池システムへの電力の供給が途絶えたときの前記燃料電池システムの状態を記憶し、該途絶えた電力の供給が再開されたときに、該記憶された燃料電池システムの状態から前記いずれかの工程を再開する；
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】
本発明は燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関し、特に外部電源の停電や燃料電池の急な電圧低下が生じても燃料電池や改質装置に損傷を与えることがない燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素に富む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する装置であり、地球温暖化の原因となる二酸化炭素や窒素酸化物等の有害ガスの排出量を大幅に削減することができる装置として注目を集めている。燃料電池は水素分子をイオン化する燃料極と酸素分子と水素イオンを反応させて水を発生する空気極とを備えている。また、燃料極に供給する燃料ガスを生成する改質装置は原料の燃料を導入して改質反応させる改質触媒を備えている。これらの燃料電池及び改質装置並びに燃料ガスや酸化剤ガスを送るブロワ、制御弁、制御装置等で燃料電池システムを構成している。そして、燃料電池システム、特にブロワ等の補機は外部電源からの電力又は燃料電池で発電される電力で運転している。
【０００３】
ところで、燃料電池の空気極は、燃料電池の出力がなくなった後も電極に酸素分子が付着し続け高電位に置かれると劣化することがある。また、改質装置は、燃料電池へ供給する燃料ガスの生成が停止され改質装置が冷えてくるとその内圧が低下し空気を吸引して改質触媒が劣化することがある。すなわち、燃料電池及び改質装置は、所定の停止工程を経て燃料電池の電極及び改質装置の改質触媒を保護しないと損傷することがある。ところが、外部電源の停電や燃料電池の急な電圧低下により燃料電池システムへの電力の供給が絶たれると、燃料電池システムの運転を制御している制御装置への電力の供給も絶たれることとなり、制御装置が初期状態に戻ってしまい所定の停止工程を経ることができなくなってしまう。従来の燃料電池システムは、外部電源の停電や燃料電池の急な電圧低下が生じても制御装置への電力の供給が絶たれることがないように蓄電池等のバックアップ電源を備えていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、燃料電池が発電状態に至る前に外部電源が停電するという特殊な状況のためだけにバックアップ電源を備えるのはシステム全体の小型化の阻害要因となるばかりでなく不経済でもある。また、バックアップ電源を備えていても、燃料電池の急な電圧低下の際に外部電源やバックアップ電源から燃料電池システムへの電力の供給が間に合わずに制御装置が初期状態に戻ってしまい、所定の停止工程を経て燃料電池システムを停止させることができず燃料電池や改質装置に損傷を与えてしまうおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、外部電源の停電や燃料電池の急な電圧低下が生じても燃料電池や改質装置に損傷を与えることがない燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、燃料電池システム１であって；原料燃料ｍを導入して水素に富む燃料ガスｇを生成する改質装置１０と；燃料ガスｇを導入し電気化学的反応により発電する燃料電池２０と；改質装置１０及び燃料電池２０の運転状態を記憶する不揮発性メモリ３２を有し、燃料電池システム１への電力の供給が途絶える直前の燃料電池システム１の状態を記憶し、途絶えた電力の供給が再開されたときに電力の供給が途絶える直前の状態から燃料電池システム１の運転を再開する制御装置３１とを備える。
【０００７】
このように構成すると、不揮発性メモリを有し、燃料電池システムへの電力の供給が途絶える直前の燃料電池システムの状態を記憶し、途絶えた電力の供給が再開されたときに電力の供給が途絶える直前の状態から燃料電池システムの運転を再開するので、燃料電池システムへの電力の供給が途絶えても燃料電池システムが初期状態に戻らずに運転を継続することができる。なお、「電力の供給が途絶える」とは、外部電源からの電力の供給が途絶え、また燃料電池システム内の燃料電池からの電力の供給が燃料電池システムの運転に十分ではなくなることをいう。燃料電池の急な電圧低下も含む概念とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、請求項１に記載の燃料電池システム１において、制御装置３１には予め定められた燃料電池システム１の起動から停止までの工程がプログラムされており、燃料電池システム１への電力の供給が途絶えた後電力の供給が再開されたときに、燃料電池システム１への電力の供給が途絶える直前の工程に対応する所定の停止工程に直接移行する。
【０００９】
このように構成すると、制御装置には予め定められた燃料電池システムの起動から停止までの工程がプログラムされており、燃料電池システムへの電力の供給が途絶えた後電力の供給が再開されたときに、燃料電池システムへの電力の供給が途絶える直前の工程に対応する所定の停止工程に直接移行するので、燃料電池システムへの電力の供給が途絶えても燃料電池システムは所定の停止工程を経て停止され燃料電池本体や改質装置を保護することができる。
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図２に示すように、燃料電池システムの運転方法であって；電気化学的反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する燃料ガスを生成する改質装置と、燃料電池及び改質装置の運転を制御する制御装置とを有する燃料電池システムを起動する工程（Ｓ１１〜Ｓ２０）と；燃料電池システムを運転状態に維持する工程（Ｓ３１）と；燃料電池システムを停止する工程（Ｓ４１〜Ｓ４８）とを備え；いずれかの工程において燃料電池システムへの電力の供給が途絶えたときの燃料電池システムの状態を記憶し、途絶えた電力の供給が再開されたときに、記憶された燃料電池システムの状態から前記いずれかの工程を再開する。
【００１１】
このように構成すると、燃料電池システムへの電力の供給が途絶えたときの燃料電池システムの状態を記憶し、途絶えた電力の供給が再開されたときに、記憶された燃料電池システムの状態から起動工程、運転工程及び停止工程のうちのいずれかの工程を再開するので、燃料電池システムへの電力の供給が途絶えても燃料電池システムが初期状態に戻らずに運転を継続することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池システムへの電力の供給が途絶えても燃料電池システムが初期状態に戻らずに運転を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図１中、各装置を結ぶ実線は配管を、一点鎖線は電気ケーブルを、破線は制御信号を表す。
【００１４】
まず、図１を参照して本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１の構成を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１を説明するブロック図である。燃料電池システム１は、原料燃料ｍを導入して燃料ガスｇを生成する改質装置１０と、燃料ガスｇと酸化剤ガスａ１とを導入して電気化学的反応により発電する燃料電池２０と、燃料電池システム１の運転を司る制御装置としての機能とブロワ８１等に電力を送電する電力盤としての機能とを兼ねる制御装置兼電力盤３１と、燃料電池２０で発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ３５とを備えている。
【００１５】
改質装置１０は、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）や灯油等の原料燃料ｍと改質剤としての改質用水ｓとを導入し、改質して、水素に富む燃料ガスを生成する装置である。なお、水素に富む燃料ガスとは、水素を４０％以上、典型的には７５％程度含む燃料ガスである。改質装置１０は改質触媒充填層を有しており、水素に富む改質ガスを生成し、さらに改質ガスから一酸化炭素を低減して燃料ガスｇを生成するように構成されている。改質装置１０は、内部の温度を検知する温度検知器８３を有している。温度検知器８３と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、温度検知器８３で検知された改質装置１０の内部温度は信号として制御装置兼電力盤３１に送信されるように構成されている。改質装置１０は、原料燃料ｍとして液体の燃料を用いる場合は気化器を有する。改質装置１０は、原料燃料ｍを導入する原料導入口と、改質用水ｓを導入する改質用水導入口と、生成した燃料ガスｇを導出する燃料ガス導出口を有している。燃料ガス導出口は燃料電池２０の燃料極２１と接続されており、燃料ガスｇを燃料電池２０の燃料極２１へ供給することができるように構成されている。なお、「接続されている」とは配管等を介して接続されている場合も含む。
【００１６】
改質装置１０における、原料燃料ｍを改質する水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質装置１０は改質に必要な改質熱を得るための燃焼部１１を有している。燃焼部１１はバーナを有し、起動時は原料燃料ｍの一部と空気ａ２とを導入し燃焼して改質熱を得るように構成されている。燃料電池２０が運転され、燃料電池２０から電気化学的反応に使用されなかった水素を含むアノードオフガスｐが排出される場合は、アノードオフガスｐを燃焼部１１に導入し燃焼して改質熱を得るように構成されている。燃焼部１１は、原料燃料ｍを導入する燃料導入口と、アノードオフガスｐを導入するアノードオフガス導入口と、燃焼用の空気ａ２を導入する空気導入口と、燃焼した後の排ガスｅを排出する排出口とを有している。
【００１７】
改質装置１０の原料導入口には、改質装置１０に導入する原料燃料ｍが流れる配管４１が接続されている。配管４１には、その内部を流れる原料燃料ｍの流量を調整する制御弁５１が配設されている。制御弁５１は典型的には電動二方弁である。制御弁５１と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、制御弁５１は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開度を調整できるように構成されている。また、制御弁５１の上流側の配管４１には原料燃料ｍを改質装置１０に圧送するブロワ８１が配設されている。ブロワ８１と制御装置兼電力盤３１との間には電気ケーブルが敷設されており、ブロワ８１は制御装置兼電力盤３１から電力の供給を受けて起動するように構成されている。なお、ブロワ８１は、原料燃料ｍが液体の場合は、典型的には定量ポンプに置換される。また、制御弁５１の下流側の配管４１には圧力検知器８２が配設されている。圧力検知器８２により、改質装置１０内と連通する系内の圧力を検知できるように構成されている。圧力検知器８２と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、圧力検知器８２で検知された改質装置１０内と連通する系内の圧力は信号として制御装置兼電力盤３１に送信されるように構成されている。また、燃料電池システム１内における配管４１の最上流部には、開閉弁５４が配設されている。開閉弁５４と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、開閉弁５４は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開閉を切り替えできるように構成されている。
【００１８】
開閉弁５４とブロワ８１との間の配管４１からは配管４２が分岐されており、分岐された配管４２の他端は燃焼部１１の燃料導入口と接続されている。配管４２には、その内部を流れる燃焼用の原料燃料ｍの流量を調整する制御弁５２が配設されている。制御弁５２は典型的には電動二方弁である。制御弁５２と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、制御弁５２は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開度を調整できるように構成されている。また、開閉弁５４とブロワ８１との間の配管４１からは配管４２とは別の配管４３が分岐されており、分岐された配管４３の他端は不活性ガスｎが充填されたボンベ９１に接続されている。配管４３には、開閉弁５３が配設されている。開閉弁５３と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、開閉弁５３は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開閉を切り替えできるように構成されている。
【００１９】
改質装置１０の燃焼部１１の空気導入口には配管４４が接続されている。配管４４には燃焼用の空気ａ２を燃焼部１１に圧送するブロワ８４が配設されている。ブロワ８４と制御装置兼電力盤３１との間には電気ケーブルが敷設されており、ブロワ８４は制御装置兼電力盤３１から電力の供給を受けて起動するように構成されている。燃焼部１１の排出口には燃焼後の排ガスｅが流れる排ガス導出流路９５が接続されている。
【００２０】
燃料電池２０は固体高分子型燃料電池であり、水素に富む燃料ガスｇと酸素を含有する酸化剤ガスａ１とを導入し電気化学的反応により発電して水と熱を発生するように構成されている。燃料電池２０は、燃料ガスｇを導入する燃料極２１と、酸化剤ガスａ１を導入する空気極２２と、燃料極２１と空気極２２との間に設けられた固体高分子膜（不図示）とを備えており、さらに発電に伴って発生した熱を除去する冷却部（不図示）を備えている。燃料電池２０は、燃料極２１で燃料ガスｇ中の水素が水素イオンと電子とに分解され、分解された水素イオンが不図示の固体高分子膜を通過して空気極２２に移動する一方、電子は外部電気回路６１ａ、６１ｂを通過して空気極２２に移動し、空気極２２において、導入された酸化剤ガスａ１中の酸素と移動してきた水素イオン及び電子とが結合して水を発生するように構成されている。なお燃料電池２０は、分解された電子が外部電気回路６１ａ、６１ｂを通って燃料極２１から空気極２２に移動して電流をつくり出し、空気極２２において水素イオンと酸素及び電子が結合反応をする際に発熱する。
【００２１】
燃料電池２０の燃料極２１は、燃料ガスｇを導入する燃料ガス導入口と反応に使用されなかった水素を含むアノードオフガスｐを排出するアノードオフガス排出口とを有している。空気極２２は、酸化剤ガスａ１を導入する酸化剤ガス導入口と反応に使用されなかった酸素を含むカソードオフガスｑを排出するカソードオフガス排出口とを有している。不図示の冷却部は冷却水導入口と冷却水導出口とを有している。また、燃料極２１とコンバータ３４との間には電気ケーブル６１ａが、空気極２２とコンバータ３４との間には電気ケーブル６１ｂが敷設されており、外部電気回路を形成している。
【００２２】
燃料極２１の燃料ガス導入口と改質装置１０の燃料ガス導出口とは配管４５で接続されている。配管４５には、その内部を流れる燃料ガスｇの流量を調整する制御弁５５が配設されている。制御弁５５は典型的には電動二方弁である。制御弁５５と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、制御弁５５は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開度を調整できるように構成されている。また、燃料極２１のアノードオフガス導出口と燃焼部１１のアノードオフガス導入口とは配管４９で接続されている。配管４９と制御弁５５の上流側の配管４５との間には、バイパス流路４８が設けられており、バイパス流路４８には制御弁５８が配設されている。制御弁５８と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、制御弁５８は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開度を調整できるように構成されている。
【００２３】
空気極２２の酸化剤ガス導入口には配管４６が接続されている。配管４６には、その内部を流れる酸化剤ガスａ１の流量を調整することができる制御弁５６と、酸化剤ガスａ１を空気極に圧送するブロワ８６とが配設されている。制御弁５６と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、制御弁５６は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して弁の開閉を切り替えできるように構成されている。ブロワ８６と制御装置兼電力盤３１との間には電気ケーブルが敷設されており、ブロワ８６は制御装置兼電力盤３１から電力の供給を受けて起動するように構成されている。空気極２２のカソードオフガス導出口にはカソードオフガスｑが流れるカソードオフガス導出流路９６が接続されており、カソードオフガス導出流路９６は排ガス導出流路９５と合流し、それぞれの流路を流れるカソードオフガスｑと排ガスｅとは混合して不図示の気水分離器で水分が回収された後燃料電池システム１外に排出されるように構成されている。
【００２４】
燃料電池２０の燃料極２１と空気極２２とを結ぶ外部電気回路６１ａ、６１ｂには、燃料電池２０で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ３４と、燃料電池２０で発電された直流電力を検知する電力検知器８９とが配設されている。コンバータ３４と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、コンバータ３４は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して燃料電池２０で発電した直流電力ＶＣの電圧を調整することができるように構成されている。また、電力検知器８９と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、電力検知器８９で検知された電力を信号として制御装置兼電力盤３１に送信できるように構成されている。
【００２５】
インバータ３５はコンバータ３４と電気ケーブル６２で接続されており、燃料電池２０で発電されコンバータ３４で昇圧された直流電力を受電して交流電力ＡＣに変換することができるように構成されている。また、インバータ３５と制御装置兼電力盤３１との間には電気ケーブル６３が敷設されており、燃料電池２０が停止した後の残電圧を制御装置兼電力盤３１に送電できるように構成されている。電気ケーブル６３には開閉器３６が配設されており、電気ケーブル６３を通る電流を流し遮断するように構成されている。なお、以下、開閉器が「開」とは回路が開いており電気が流れない状態にあり、「閉」とは回路が閉じており電気が流れる状態にあるものとする。開閉器３６と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されている。開閉器３６は、制御装置兼電力盤３１からの信号を受信していないときは電気が流れないようになっているが、制御装置兼電力盤３１からの信号を受信すると電気が流れるように構成されている。さらに、インバータ３５と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、インバータ３５は制御装置兼電力盤３１からの信号を受信して周波数等を外部電源９２と同調できるように構成されている。なお、外部電源９２は、典型的には電力会社が発電する商用電源である。
【００２６】
インバータ３５は、電気ケーブル６４により、外部電源９２から電力負荷９３へ供給される電力を送電する電気ケーブル６５と接続されている。これにより燃料電池システム１と外部電源９２とは連係していることとなる。ケーブル６４には連系点６６に向けて電流を流し遮断する開閉器３８が配設されている。開閉器３８と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されている。開閉器３８は、制御装置兼電力盤３１からの信号を受信していないときは電気が流れないようになっているが、制御装置兼電力盤３１からの信号を受信すると電気が流れるように構成されている。
【００２７】
制御装置兼電力盤３１は、燃料電池システム１外からの起動、出力、停止等の指令信号を受けて、及び圧力検知器８２、温度検知器８３、電力検知器８９、その他の燃料電池システム１の運転状況を把握する不図示の各種検知器からの信号を受けて、制御弁５１、５２、５５、５６、５８に信号を送信し弁開度の制御を、開閉弁５３、５４に信号を送信し弁開閉の制御をすることができるように構成されている。また、制御装置兼電力盤３１は、ブロワ８１、８４、８６へ電力を送電及び停止して発停の制御をすることができるように構成されている。また、制御装置兼電力盤３１は、コンバータ３４に信号を送信して電圧を制御し、インバータ３５に信号を送信して周波数等を制御することができ、コンバータ３４及びインバータ３５から受信した信号に基づいて開閉器３６、３８に対し開閉信号を送信するように構成されている。また、制御装置兼電力盤３１は外部電源９２と電気ケーブル６８を介して接続されている。電気ケーブル６８には開閉器３９が配設されている。開閉器３９は、制御装置兼電力盤３１からの信号を受信していないときは電気が流れないようになっているが、制御装置兼電力盤３１からの信号を受信すると電気が流れるように構成されている。開閉器３９と制御装置兼電力盤３１との間には信号ケーブルが敷設されており、制御装置兼電力盤３１は燃料電池システム１の状況に応じて開閉信号を開閉器３９に送信し、電気ケーブル６８を通る電流を流し遮断するように構成されている。
【００２８】
制御装置兼電力盤３１は書き換え可能な不揮発性メモリ３２を有し、外部電源９２の停電や燃料電池２０の急な電圧低下等により燃料電池システム１への電力の供給が絶たれたときでも、電力の供給が絶たれる直前の燃料電池システム１の運転状況を記憶しておくことができるように構成されている。さらに、制御装置兼電力盤３１には、燃料電池システム１の起動時、定常運転時、停止時に制御弁５１等やブロワ８１等の機器類が動作すべき所定の工程（手順）がプログラムされている。
【００２９】
不揮発性メモリ３２は、圧力検知器８２、温度検知器８３、電力検知器８９、その他の各種検知器から制御装置兼電力盤３１が受けた信号に基づき把握される燃料電池システム１の運転状況を随時記憶し、電力の供給が絶たれても記憶された燃料電池システム１の運転状況が消去されないように構成されている。不揮発性メモリ３２は、ＥＥＰＲＯＭ（電気消去型書き込み可能読出し専用メモリ）又はフラッシュメモリが好適である。特に、書き換えデータの細分化の観点からはＥＥＰＲＯＭが好ましく、書き換え、読出し時間を短縮する観点からはフラッシュメモリが好ましい。
【００３０】
続いて、図２を参照して本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１（図１参照）の起動から停止までの工程について説明する。以降の説明における構成の符号に関しては適宜図１を参照するものとする。
まず、燃料電池システム１の起動から定常運転に至るまでの工程について説明する。差し当たり、工程中に外部電源９２の停電等がないものとして説明をする。燃料電池システム１起動前の状態においては、開閉器３９は通電可能な状態になっており、制御装置兼電力盤３１は外部電源９２から電力の供給を受けている。燃料電池システム１を起動する指令を制御装置兼電力盤３１が外部から受けると、ブロワ８４を起動させて燃焼部１１に空気ａ２を送り込み燃焼部１１内のパージを行なう（Ｓ１１）。次に、改質装置１０に改質用水ｓを導入し（Ｓ１２）、開閉弁５４を開にすると共に制御弁５２を開いて原料燃料ｍを燃焼部１１に導入しバーナを点火して原料燃料を燃焼させる（Ｓ１３）。このときブロワ８４は起動したままで、燃焼部１１に燃焼用空気ａ２を送っている。燃焼部１１で原料燃料ｍを燃焼させることにより改質装置１０の昇温が開始される（Ｓ１４）。
【００３１】
改質装置１０が所定の温度に達すると、制御弁５１が開くと共にブロワ８１が起動して改質装置１０に原料燃料ｍが導入される（Ｓ１５）。改質装置１０では導入された原料燃料ｍと改質用水ｓとが燃焼部１１から改質熱を得て水蒸気改質反応を起こし、水素に富む改質ガスが生成される。生成された改質ガスは一酸化炭素を含んでいるため、一酸化炭素低減部にて一酸化炭素低減反応が行なわれて一酸化炭素が低減された水素に富む燃料ガスｇが生成される。改質装置１０の起動初期は生成された燃料ガスｇの組成が安定していないため制御弁５５を全閉のまま制御弁５８を開にして、生成された燃料ガスｇを燃焼部１１に送って燃焼させ、改質熱を発生させる。
【００３２】
改質装置１０の起動後所定時間が経過すると燃料ガスｇの組成が安定するため、制御弁５８を閉、制御弁５５を開にして燃料ガスｇを燃料電池２０の燃料極２１に導入すると共に、制御弁５６を開、ブロワ８６を起動し酸化剤ガスａ１を空気極に導入して、燃料ガスｇ中の水素と酸化剤ガスａ１中の酸素との電気化学的反応により発電を開始する（Ｓ１６）。燃料電池２０で発電された直流電力は、コンバータ３４で電圧が昇圧された後インバータ３５で交流電力に変換される。
【００３３】
燃料電池２０で発電された電力が交流に変換されると、燃料電池システム１のブロワ８１等の補機類の電源は外部電源９２から燃料電池２０で発電された電力に切り替わる（Ｓ１７）。次いで開閉器３８が閉となり、燃料電池で発電された電力は連系点６６を介して外部電源９２と連系して電力負荷９３と接続し、送電される（Ｓ１８）。その後、燃料電池２０での発電電力は段階的又は連続的に増段していく（Ｓ１９）。発電電力が増段していくと燃料電池２０の発電は所定の定格電力に到達し（Ｓ２０）、定常運転に入る。燃料電池２０が定常運転に入った後は燃料電池で２０の発電電力に応じて、燃料電池２０に導入される燃料ガスｇや酸化剤ガスａ１の量が調整される。
【００３４】
燃料電池２０における電気化学的反応に際して、燃料極２１から排出されるアノードオフガスｐは配管４９内を流れて改質装置１０の燃焼部１１に導かれ燃焼して改質熱を発生する。アノードオフガスｐの燃焼により必要な改質熱が得られるようになると制御弁５２が全閉となって燃焼部１１への原料燃料ｍの供給が停止される。一方、空気極２２から排出されるカソードオフガスｑは排ガスｅと合流し、不図示の気水分離器で水分が回収された後に燃料電池システム１外に排出される。
【００３５】
上記のようなプロセスにより定常運転に達した燃料電池システム１は、燃料電池２０の発電電力に応じて燃料ガスｇや酸化剤ガスａ１の流量が調整されて、発電が継続される（Ｓ３１）。発電中は燃料電池システム１を停止する指令があるか否かを判断しており、指令がなければ発電を継続し、指令があれば燃料電池システム１を停止する工程に移行する（Ｓ３２）。
【００３６】
次に、燃料電池システム１の停止の工程について説明する。燃料電池システム１を停止する指令を制御装置兼電力盤３１が受けると、燃料電池２０における発電電力を段階的又は連続的に減少させる工程に入る（Ｓ４１）。燃料電池２０の減段工程（Ｓ４１）では、制御弁５５、５６の弁開度が調整されることにより、燃料電池２０の発電電力に応じて燃料電池２０に導入される燃料ガスｇ及び酸化剤ガスａ１の流量が減少する。このとき、燃料極２１への燃料ガスｇの供給を減少させる一方で改質装置１０はそのまま運転を継続する。改質装置１０の運転の継続により生成される燃料ガスｇは余剰となるが、余剰となる燃料ガスｇは制御弁５８の開度を調整することにより配管４８を介して配管４９にバイパスし、燃焼部１１に導入して燃焼させる。燃料電池２０の発電電力は電力検知器８９で検知され、制御装置兼電力盤３１に信号が送信される。
【００３７】
燃料電池２０の発電電力が所定の電力に減少したら、制御弁５５、５６を全閉にしてブロワ８６を停止する。電力検知器８９で検知される電力がほぼ０になったら開閉器３８を開にして燃料電池システム１を外部電源９２との連系（電力負荷９３）から切離す（Ｓ４２）と同時にブロワ８１等の補機類の電力を外部電源９２から供給を受けるように切り替える（Ｓ４３）。このとき開閉器３６は閉の状態で、電気ケーブル６３を電気が流れる状態になっており、電極に付着している酸素分子により高電圧である空気極２２から電気ケーブル６３を介して制御装置兼電力盤３１に送電され消費されて燃料電池２０内の残電圧が放電される（Ｓ４４）。このように残電圧を放電させることで燃料電池２０の本体が劣化することを防いでいる。
【００３８】
燃料電池２０内の残電圧を放電させた後、圧力検知器８２で検知される改質装置１０を含む系内（以下、単に「系内」という。）の圧力が所定の圧力まで上昇したら制御弁５１を全閉にし、系内に燃料ガスｇを封入する（Ｓ４５）。その後、燃焼部１１のバーナ及びブロワ８４を止め制御弁５２を閉にして改質装置１０を停止する（Ｓ４６）。また、改質装置１０への改質用水ｓの供給も停止される。なお、所定の圧力は、系内の耐圧の範囲内において改質装置１０内の温度が所定の温度まで低下したときでも改質装置１０内が負圧にならない圧力が好ましく、ここでの所定温度は、通常改質装置１０が停止している時間中に改質装置１０が冷えて到達する改質装置１０内の温度が好ましい。
【００３９】
改質装置１０内が所定の温度よりも下がる場合は、制御弁５１及び開閉弁５３を開にして、系内の燃焼ガスｇをボンベ９１内に封入されている不活性ガスｎで置換をする（Ｓ４７）。不活性ガスｎには窒素やアルゴン等が用いられる。不活性ガスｎによる置換は、一定時間又は一定量にわたって行なわれる。一定時間又は一定量の不活性ガスｎによる置換を行なった後、制御弁５１を閉にして系内に不活性ガスｎを封入する（Ｓ４８）。また、開閉弁５３も閉にされる。このような保圧制御を継続することで改質装置１０が放熱しても系内を正圧に保つことができる。
【００４０】
上記のような運転の停止工程とすることで系内が負圧になることを防ぐことができ、改質装置１０内に空気が侵入することによる改質触媒の劣化を防ぐことができる。また、系内に封入された燃料ガスｇが冷えて内部に含まれる水蒸気が凝縮して改質触媒が劣化することを防ぐことができる。
【００４１】
上述したような燃料電池システム１の運転から停止までの工程において、図３に例示する各工程における燃料電池システム１の圧力や温度等の状態は、信号として各検知器から制御装置兼電力盤３１に送信され、不揮発性メモリ３２に随時記憶される。このとき、外部電源９２の停電や燃料電池２０の急な電圧低下が生じて燃料電池システム１への電力の供給が途絶えたときは、燃料電池システム１への電力の供給が途絶える直前の状態が不揮発性メモリ３２に記憶されており、制御装置兼電力盤３１で把握している燃料電池システム１の状態が初期化されることがないので復電した際に電力の供給が途絶える直前の状態から燃料電池システム１の運転を再開することができる。
【００４２】
しかし、停電時間等がある程度の時間まで及ぶと燃料電池システム１の圧力や温度に変動が生じ、継続して運転することが適切でない場合があり、このようなときは一度停止させることが好ましい場合がある。復電した後に燃料電池システム１の運転を継続しないで一旦停止させる場合も所定の停止工程を辿らないと燃料電池２０本体や改質装置１０を劣化させてしまうおそれがある。本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１は、上述した起動から停止までの所定の工程（Ｓ１１〜Ｓ４８）が制御装置兼電力盤３１に予めプログラムされており、不揮発性メモリ３２と協働して、燃料電池システム１が復電したときに、燃料電池システム１への電力の供給が途絶える直前の各工程に対応する所定の停止工程に直接移行することができ、停電時にどのような工程にあっても所定の停止工程を経て燃料電池システム１を停止することができるようになっている。なお、「所定の停止工程に直接移行する」とは、例えば停電時が起動工程の途中であったときに、復電しても起動工程を継続せずに停電時の工程からシステムに損傷を与えることなく停止工程に向うことである。
【００４３】
図２に示すフローチャートにおいて、燃焼部１１内のパージを行なう工程（Ｓ１１）から燃料電池２０の発電が定格電力に到達する工程（Ｓ２０）までは燃料電池システム１を起動する工程であり、発電が継続される工程（Ｓ３１）は燃料電池システム１の運転状態を維持する工程であり、発電電力を減少させる工程（Ｓ４１）から不活性ガスｎを封入する工程（Ｓ４８）までは燃料電池システム１を停止する工程である。
【００４４】
燃料電池システム１を起動する工程のうち、燃焼部１１内のパージを行なう工程（Ｓ１１）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１１Ｔ）は、復電したときにそのまま停止状態になる。改質装置１０に改質用水Ｓを導入する工程（Ｓ１２）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１２Ｔ）は、復電したときに系内を不活性ガスｎで置換をする工程（Ｓ４７）に移行し、以降所定の停止工程を経て停止状態に至る。
【００４５】
燃焼部１１のバーナを点火して原料燃料を燃焼させる工程（Ｓ１３）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１３Ｔ）、及び改質装置１０の昇温を開始する工程（Ｓ１４）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１４Ｔ）は、改質装置１０を停止する工程（Ｓ４６）に移行し、以降所定の停止工程を経て停止状態に至る。また、改質装置１０に原料燃料ｍが導入される工程（Ｓ１５）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１５Ｔ）は、系内に燃料ガスｇを封入する工程（Ｓ４５）に移行し、以降所定の停止工程が進められる。以上までの工程は燃料電池２０による発電前の工程である。
【００４６】
燃料電池２０に燃料ガスｇと酸化剤ガスａ１とを導入して発電を開始する工程（Ｓ１６）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１６Ｔ）は、残電圧を放電する工程（Ｓ４４）に移行し、以降所定の停止工程が進められる。ブロワ８１等の補機類の電源が外部電源９２から燃料電池２０で発電された電力に切り替わる工程（Ｓ１７）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１７Ｔ）は、補機類の電力を外部電源９２から供給を受けるように切り替える工程（Ｓ４３）に移行し、以降所定の停止工程が進められる。電力負荷９３と接続する工程（Ｓ１８）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１８Ｔ）は燃料電池システム１を外部電源９２との連系（電力負荷９３）から切離す工程（Ｓ４２）に移行し、以降所定の停止工程が進められる。
【００４７】
燃料電池２０での発電電力を増段する工程（Ｓ１９）の後に停電等が起こった場合（Ｓ１９Ｔ）及び燃料電池２０の発電が所定の定格電力に到達した（Ｓ２０）後に停電等が起こった場合（Ｓ２０Ｔ）は、燃料電池２０における発電電力を減段する工程（Ｓ４１）に移行し、以降所定の停止工程が進められる。以上までの工程が、燃料電池システム１を起動する工程における燃料電池２０による発電の工程である。
【００４８】
発電が継続される工程（Ｓ３１）に対応する停止工程は、燃料電池２０の発電電力を減少する工程（Ｓ４１）である。したがって、発電が継続される工程（Ｓ３１）にあるときに燃料電池システム１に停電等があったとき（Ｓ３１Ｔ）は、復電したときに、燃料電池２０の発電電力を減少する工程（Ｓ４１）から以降の停止工程が進められる。
【００４９】
燃料電池システム１を停止する工程である、発電電力を減少させる工程（Ｓ４１）から不活性ガスｎを封入する工程（Ｓ４８）までのいずれかの工程にあるときに燃料電池システム１に停電等があったときは、復電したときに、停電等がある直前の状態から以降の停止工程が進められる。
【００５０】
このように、燃料電池システム１が復電したときに、燃料電池システム１への電力の供給が途絶える直前の各工程に対応する所定の停止工程に直接移行して、それ以降所定の停止工程を経て燃料電池システム１を停止することにより、燃料電池２０本体や改質装置１０が触媒の劣化等により損傷を受けることを回避することができる。
【００５１】
以上の説明では、改質方式は水蒸気改質方式として説明したが、部分酸化改質方式やオートサーマル改質方式であってもよい。部分酸化改質方式やオートサーマル改質方式を採用した場合は燃焼部１１ａが不要になり、改質装置１１をコンパクトにすることができる。
【００５２】
以上の説明では、燃料電池２０は固体高分子型燃料電池として説明したが、りん酸型燃料電池等の固体高分子型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。
【００５３】
以上の説明では、制御装置兼電力盤３１は一体的に形成されているものとして説明したが、制御装置と電力盤とを別々に設けてもよい。ただし、一体的に形成した方が設置スペースが小さくなったり、制御装置と電力盤との間の渡り配線が短くなる等の利点がある。
【００５４】
以上の説明では、不活性ガスｎで改質装置１０を含む系内のガスの置換、封入を行なったが、原料燃料ｍのガスで系内のガスの置換、封入を行なってもよい。
【００５５】
以上の説明では、外部電源９２は商用電源として説明したが、商用電源に代えて発電機やバッテリー、燃料電池２０以外の燃料電池等、商用電源以外の電源としてもよい。発電機等を備えれば、商用電源から電力の供給を受けることができない地域においても本発明に係る燃料電池システム１を稼動させることができる。なお、この場合における発電機やバッテリー等は、バックアップ電源とは異なるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの起動から停止までの工程を説明するフローチャートである。
【図３】各工程における燃料電池システムの状態を例示する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    燃料電池システム
１０  改質装置
２０  燃料電池
３１  制御装置
３２  不揮発性メモリ
ｇ    燃料ガス
ｍ    原料燃料
【図１】
2006031995.tif 000003
【図２】
2006031995.tif 000004
【図３】
2006031995.tif 000005