(57)【要約】【課題】  改質装置内に停止時に原料ガスが封入された燃料電池システムを安全に起動する方法、停止時に封入された原料ガスの排出を安全に行って起動し得る改質装置、そのような改質装置を備える燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  原料ガスｍを封入するガス遮断手段５３ｓと、封入された原料ガスｍをガス遮断手段５３ｓを介して改質装置２から排出する排出流路５３とを備える改質装置２。改質装置２で生成された改質ガスｇと酸化剤ガスｋ１とを導入して発電する燃料電池スタック３とを備える燃料電池システム１。改質装置２に封入された原料ガスｍを改質装置２の封入部の外に排出する工程と、排出された原料ガスｍに空気ｋ２を混合し燃料電池システム１の外に排出する工程とを備え、燃料電池システム１の外に排出される原料ガスｍの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成された燃料電池システム１の起動方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを改質して水素に富む改質ガスを生成する改質装置と、酸素を含有する酸化剤ガスと前記改質ガスとを導入して発電する燃料電池スタックとを有する燃料電池システムを起動する方法であって；
前記改質装置に封入された前記原料ガスを、前記改質装置の前記封入部分の外に排出する工程と；
前記改質装置の前記封入部分の外に排出された前記原料ガスに空気を混合する工程と；
前記空気と混合した前記原料ガスを前記燃料電池システムの外に排出する工程とを備え；
前記燃料電池システムの外に排出される、前記空気と混合した前記原料ガスの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成された；
燃料電池システムの起動方法。
【請求項２】
前記原料ガスが封入された前記改質装置内の圧力を検知する工程を備え；
前記検知した圧力に基づいて前記改質装置の前記封入部分の外に排出する前記原料ガスの流量を制御する；
請求項１に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項３】
前記原料ガスを前記改質装置の前記封入部分の外に排出する工程が、前記原料ガスを間欠的に排出し、前記原料ガスを排出する間隔を制御することにより、前記空気と混合した前記原料ガスの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成された；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項４】
前記原料ガスを前記改質装置の前記封入部分の外に排出する工程が、前記原料ガスを間欠的に排出し、前記原料ガスを排出している時間を制御することにより、前記空気と混合した前記原料ガスの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成された；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項５】
原料ガスを改質して水素に富む改質ガスを生成する改質装置であって；
内部に前記原料ガスを封入するガス遮断手段と；
前記内部に封入された前記原料ガスを前記ガス遮断手段を介して外部に排出する排出流路とを備える；
改質装置。
【請求項６】
前記排出流路に空気を導入する空気導入路と；
前記排出流路を流れる前記原料ガスが前記空気と混合され、前記排出流路から排出される前記原料ガスの濃度が爆発限界の下限未満となるように前記ガス遮断手段を開放する制御装置とを備える；
請求項５に記載の改質装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の改質装置と；
前記改質装置で生成された改質ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとを導入して発電する燃料電池スタックとを備える；
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムの起動方法並びに改質装置及び燃料電池システムに関し、特に停止時に原料ガスを封入した改質装置を含む燃料電池システムを安全に起動する方法、並びに停止時に原料ガスが封入してあっても安全に起動し得る改質装置、及びそのような改質装置を備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、二酸化炭素排出抑制に資する燃料電池で発電する燃料電池システムが注目を集めている。燃料電池システムとして、水素と酸素とを導入してこれらの電気化学的反応により発電する燃料電池スタックと、炭化水素系原料のガスを改質して改質ガスを生成する改質装置とを備えたものが知られている。改質ガスは水素を多く含んでおり燃料電池スタックに供給されるものである。
【０００３】
改質装置は、原料ガスを改質する改質部と、改質部で改質されたガスから一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減部とを有しており、改質部における改質反応が吸熱反応であることから反応に必要な改質熱を発生させる燃焼部をさらに有しているのが一般的である。また、原料ガスは改質部に導入されると共に、改質熱を発生させるための燃焼用燃料として燃焼部にも導入されるのが一般的である。改質部及び一酸化炭素低減部には、反応を促進させる触媒がそれぞれ充填されている。改質装置の停止時は、改質部及び一酸化炭素低減部の触媒の酸化を防ぐ必要がある。この触媒酸化防止のため、改質装置内に原料ガスを封入して改質装置内の圧力を外部の圧力より高く維持することにより外部から空気の侵入を防ぐ技術が知られている（例えば特許文献１参照）。原料ガスを封入することにより、窒素等の不活性ガスを封入する場合に比べて管理や補充が容易になるという利点がある。
【特許文献１】特開２００３−２８８９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような状態で停止状態にある燃料電池システム、特に改質装置を起動するには、封入された原料ガスをパージする必要がある。封入された原料ガスを燃焼部に導き燃焼用燃料として利用することができればよいが、圧力が高い状態で燃焼部に送ると空燃比を調整することが困難なことから失火あるいは不完全燃焼を起こすこととなる。したがって、改質装置内の圧力が、燃焼に適した空燃比となる原料ガス量を燃焼部ヘ供給できる圧力に下がるまでは、封入された原料ガスを燃料電池システム外に排出するのが現実的である。
【０００５】
しかし、原料ガスは爆発限界を有するものがあり、このような原料ガスを排出する際は爆発限界の下限未満に希釈して排出する必要がある。ところが、排出する原料ガスを希釈するために大容量の送風機を設けることは現実的ではない。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑み、原料ガスが封入された改質装置内の圧力を下げるための原料ガスの排出を、爆発を起こすことなく行って燃料電池システムを安全に起動する燃料電池システムの起動方法、並びに改質装置内の圧力を下げるための原料ガスの排出を、爆発を起こすことなく行って安全に起動し得る改質装置、及びそのような改質装置を備える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】
上記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の起動方法は、例えば図１及び図２に示すように、原料ガスｍを改質して水素に富む改質ガスｇを生成する改質装置２と、酸素を含有する酸化剤ガスｋ１と改質ガスｇとを導入して発電する燃料電池スタック３とを有する燃料電池システム１を起動する方法であって；改質装置２に封入された原料ガスｍを、改質装置２の封入部分の外に排出する工程（Ｓ４）と；改質装置２の封入部分の外に排出された原料ガスｍに空気ｋ２、ｋ３を混合する工程（Ｓ５）と；空気ｋ２、ｋ３と混合した原料ガスｍを燃料電池システム１の外に排出する工程（Ｓ６）とを備え；燃料電池システム１の外に排出される、空気ｋ２、ｋ３と混合した原料ガスｍの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成されている。
【０００８】
このように構成すると、燃料電池システムの外に排出される、空気と混合した原料ガスの濃度が爆発限界の下限未満となるので、原料ガスが封入された改質装置内の圧力を下げるための原料ガスの排出を、爆発を起こすことなく安全に行うことができる。なお、改質装置に原料ガスを封入するのは、例えば、改質装置の運転が停止しているときに、原料ガスを改質ガスに改質するための反応に供される触媒や、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために供される触媒の酸化を防ぐためであるから、少なくともこれらの触媒が設置されている部分に原料ガスが封入されていればよい。この意味において、本明細書における、原料ガスが封入される「改質装置」とは、典型的には、これらの触媒が設けられた部分及び原料ガス封入時にこの部分と連通するガスの流路をいう。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料電池システムの起動方法は、例えば図１及び図２に示すように、請求項１に記載の燃料電池システム１の起動方法において、原料ガスｍが封入された改質装置２内の圧力を検知する工程（Ｓ７）を備え；前記検知した圧力に基づいて改質装置２の封入部分の外に排出する原料ガスｍの流量を制御する。
【００１０】
このように構成すると、検知した圧力に基づいて改質装置の外に排出する原料ガスの流量を制御するので、燃料電池システムの外に排出される原料ガスの量を算出することが可能となり、確実に燃料電池システムの外に排出される原料ガスの濃度を爆発限界の下限未満にすることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明に係る燃料電池システムの起動方法は、例えば図１及び図２に示すように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム１の起動方法において、原料ガスｍを改質装置２の封入部分の外に排出する工程（Ｓ４）が、原料ガスｍを間欠的に排出し、原料ガスｍを排出する間隔を制御することにより、空気ｋ２、ｋ３と混合した原料ガスｍの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成されている。
【００１２】
このように構成すると、原料ガスを間欠的に排出し、該原料ガスを排出する間隔を制御するので、単位時間あたりの排出量を制御しているのと同様となる。したがって、例えば、調節弁等の開度等の微妙な調整をすることなく単位時間あたりの流量を調節することができる。また、改質装置内の圧力の低下に伴って原料ガスを排出する間隔を短くすることが可能となり、改質装置内の圧力を所定の圧力に低下させるために要する時間を短くすることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明に係る燃料電池システムの起動方法は、例えば図１及び図２に示すように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム１の起動方法において、原料ガスｍを改質装置２の封入部分の外に排出する工程（Ｓ４）が、原料ガスｍを間欠的に排出し、原料ガスｍを排出している時間を制御することにより、空気ｋ２、ｋ３と混合した原料ガスｍの濃度が爆発限界の下限未満となるように構成されている。
【００１４】
このように構成すると、原料ガスを間欠的に排出し、原料ガスを排出している時間を制御するので、単位時間あたりの排出量を制御しているのと同様となる。したがって、例えば、調節弁等の開度等の微妙な調整をすることなく単位時間あたりの流量を調節することができる。また、改質装置内の圧力の低下に伴って原料ガスを排出している時間を長くすることが可能となり、改質装置内の圧力を所定の圧力に低下させるために要する時間を短くすることができる。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明に係る改質装置は、例えば図１に示すように、原料ガスｍを改質して水素に富む改質ガスｇを生成する改質装置２であって；内部に原料ガスｍを封入するガス遮断手段５３ｓと；内部に封入された原料ガスｍをガス遮断手段５３ｓを介して外部に排出する排出流路５３とを備える。ここで「内部」とは、典型的には、上述の封入部分に相当し、改質装置内の、酸化防止措置を講ずべき触媒が設けられた部分及び原料ガス封入時にこの部分と連通するガスの流路をいう。
【００１６】
このように構成すると、内部に封入された原料ガスを外部に排出する排出流路を備えるので、改質装置に封入された原料ガスを改質装置内が所定の圧力に低下するように改質装置の外へ排出することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明に係る改質装置は、例えば図１に示すように、請求項５に記載の改質装置２において、排出流路５３に空気ｋ２、ｋ３を導入する空気導入路５８Ａ、５４と；排出流路５３を流れる原料ガスｍが空気ｋ２、ｋ３と混合され、排出流路５３から排出される原料ガスｍの濃度が爆発限界の下限未満となるようにガス遮断手段５３ｓを開放する制御装置４とを備える。
【００１８】
このように構成すると、排出流路から排出される原料ガスの濃度が爆発限界の下限未満となるようにガス遮断手段を開放する制御装置を備えるので、原料ガスが封入された改質装置内の圧力を下げるための原料ガスの排出を、爆発を起こすことなく安全に行うことができる。
【００１９】
また、請求項７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５又は請求項６に記載の改質装置２と；改質装置２で生成された改質ガスｇと酸素を含有する酸化剤ガスｋ１とを導入して発電する燃料電池スタック３とを備える。
【００２０】
このように構成すると、改質装置内が所定の圧力に低下するように内部に封入された原料ガスを外部へ排出することができる改質装置を備えた燃料電池システムを供給することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、改質装置に封入された原料ガスを改質装置内が所定の圧力に低下するように改質装置の外へ排出することができる。また、燃料電池システムの外に排出される、空気と混合した原料ガスの濃度を爆発限界の下限未満とする場合は、原料ガスが封入された改質装置内の圧力を下げるための原料ガスの排出を、爆発を起こすことなく安全に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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あるいは部材には同一又は類似の符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図１中、破線は制御信号を表す。
図１は、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模式的ブロック図である。燃料電池システム１は、改質装置２と、燃料電池スタック３とを含んで構成されている。
【００２３】
まず、改質装置２及びそのまわりの流路の構成について説明する。改質装置２は、炭化水素系の原料ガスｍとプロセス水ｗとを導入し、原料ガスｍを改質して水素に富む改質ガスｇを生成する装置である。水素に富む改質ガスｇとは、水素を４０体積％以上、典型的には７０〜８０体積％程度含んだ、燃料電池スタック３に供給するガスである。改質ガスｇ中の水素濃度は８０体積％以上でもよく、すなわち燃料電池スタック３に供給したときに酸化剤ガスｋ１との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。機器としての改質装置２は、改質部２１と、変成部２２と、選択酸化部２３と、水蒸気発生部２４と、燃焼部２５とを有している。ここで、改質装置２を構成するこれらの各部について説明する。
【００２４】
改質部２１は、原料ガスｍと改質用蒸気ｖとを導入し、水蒸気改質反応により、原料ガスｍを混合改質ガスｎ１に改質するように構成されている。混合改質ガスｎ１は、水素と、一酸化炭素と、二酸化炭素を含んでいる。混合改質ガスｎ１中には、典型的には、水素が４０体積％以上で７０体積％程度含まれており、一酸化炭素が８〜１５体積％程度含まれている。改質部２１には改質触媒が充填されており、水蒸気改質反応を促進させるように構成されている。改質触媒には、典型的には、ニッケル系改質触媒やルテニウム系改質触媒が用いられる。改質部２１で生成された混合改質ガスｎ１が変成部２２に送られるように、改質部２１と変成部２２とは接続されている。なお、以下の説明において「接続され」とは、流路等を介して接続される場合も含む。他方、改質部２１には、原料ガスｍを導入する原料ガス供給管５１が接続されている。
【００２５】
変成部２２は、改質部２１から混合改質ガスｎ１を導入し、混合改質ガスｎ１に含まれる一酸化炭素を、同じく混合改質ガスｎ１に含まれる水分と変成反応させて、二酸化炭素と水素とを生成するように構成されている。変成ガスｎ２中には、典型的には、水素が４０体積％以上で７０〜８０体積％程度含まれており、一酸化炭素が１０００〜１００００体積ｐｐｍ程度含まれている。変成部２２には、変成触媒が充填されており、変成反応を促進させるように構成されている。変成触媒には、典型的には、鉄−クロム系変成触媒、銅−亜鉛系変成触媒、白金系変成触媒等が用いられる。変成部２２で変成ガスｎ２が選択酸化部２３に送られるように、変成部２２と選択酸化部２３とは接続されている。
【００２６】
選択酸化部２３は、変成部２２から変成ガスｎ２を導入し、系外から選択酸化空気ｋ４を導入して、変成ガスｎ２中に残存した一酸化炭素と選択酸化空気ｋ４との選択酸化反応により、変成ガスｎ２からさらに一酸化炭素濃度を低減させ、水素に富む改質ガスｇを生成するように構成されている。改質ガスｇは、前述のように、水素を４０％体積以上、典型的には７０〜８０体積％程度含むガスである。改質ガスｇ中の一酸化炭素濃度は、およそ１０体積ｐｐｍ以下程度であり、１体積ｐｐｍ程度とするのがより好ましい。選択酸化部２３には、選択酸化触媒が充填されている。選択酸化触媒には、典型的には、白金系選択酸化触媒、ルテニウム系選択酸化触媒、白金−ルテニウム系選択酸化触媒等が用いられる。選択酸化部２３には、選択酸化空気ｋ４を導入するための選択酸化空気供給管５６と、改質ガスｇを燃料電池スタック３に送るための改質ガス供給ライン６１とが接続されている。なお、変成部２２及び選択酸化部２３を併せて「一酸化炭素低減部」という。
【００２７】
水蒸気発生部２４は、プロセス水ｗを導入し、これを熱によって蒸発させて水蒸気を生成するように構成されている。プロセス水ｗを蒸発させるための熱には、変成部２２における変成反応の際に発生する熱や、選択酸化部２３における選択酸化反応の際に発生する熱を用いるのが好ましいが、別途バーナーや電気ヒータ等の加熱手段を設けてこれらから発生する熱を用いてもよい。水蒸気発生部２４には、燃料電池システム１外からプロセス水ｗを導入するためのプロセス水供給管５５が接続されている。また、水蒸気発生部２４には、水蒸気発生部２４で生成された改質用蒸気ｖを改質部２１に送るための改質用蒸気供給ライン２４ａが接続されている。改質部２１側の改質用蒸気供給ライン２４ａは、改質部２１直近の原料ガス供給管５１に接続されていると、原料ガスｍと改質用蒸気ｖとが混合された状態で改質部２１に導入されて好適である。しかしながら、改質用蒸気供給ライン２４ａが改質部２１に直接接続されていてもよい。
【００２８】
燃焼部２５は、燃料としての原料ガスｍの一部と燃焼空気ｋ３とを導入し、原料ガスｍを燃焼させて、改質部２１に供給する改質熱を生成するように構成されている。改質部２１における改質反応は吸熱反応であるため、改質部２１は改質熱を必要とする。燃焼部２５は、原料ガスｍを燃焼するためのバーナーを有している。燃焼部２５は、燃料電池スタック３から排出されるアノードオフガスｐを導入して燃焼させることができるようにも構成されている。アノードオフガスｐは、燃料電池スタック３における電気化学的反応に使用されなかった水素を含んでいる。燃焼部２５は、典型的には、燃料電池発電システム１の起動時には原料ガスｍを導入し、これを燃焼させて改質熱を発生させ、燃料電池スタック３が運転されて燃料電池スタック３からアノードオフガスｐが排出されるようになるとアノードオフガスｐを導入し、これを燃焼させて改質熱を発生させるように構成されている。燃焼部２５で燃焼した後に発生する燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出管５４を介して燃焼部２５から排出される。燃焼部２５には、原料ガスｍを導入するための燃料供給管５２、アノードオフガスｐを導入するためのアノードオフガスライン６２、及び燃焼空気ｋ３を導入するための燃焼空気供給管５７が接続されている。また、燃焼部２５には、燃焼排ガスを排出するための燃焼排ガス排出管５４が接続されている。
【００２９】
改質部２１に導入される原料ガスｍとしては、典型的には、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス等の気体の炭化水素系燃料が用いられる。しかしながら、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）や灯油等の液体の炭化水素系燃料を用いてもよい。原料ガスｍとして液体の炭化水素系燃料を用いる場合は、改質部２１に導入する前に気化させることが好ましい。したがって「原料ガス」には、もとは液体であった原料も含まれる。改質部２１に導入する原料ガスｍと燃焼部２５に導入する燃料とは同種のものでもよいし異なる種類のものでもよい。
【００３０】
原料ガス供給管５１は、原料ガスｍを改質部２１に導く流路である。原料ガス供給管５１には、上流側に原料ガスブロワ５１ｂが設けられており、下流側に流量計の機能と流量制御弁の機能を兼ね備えたマスフローコントローラ５１ｃが設けられている。マスフローコントローラ５１ｃと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。マスフローコントローラ５１ｃは、その内部を通過する原料ガスｍの流量を信号ｉ１として制御装置４に送信することができ、制御装置４から信号ｉ２を受信して弁開度を調整することができるように構成されている。
【００３１】
燃料供給管５２は、原料ガスブロワ５１ｂとマスフローコントローラ５１ｃとの間の原料ガス供給管５１から分岐している。燃料供給管５２は燃焼部２５に接続されており、これにより燃焼部２５へ燃料としての原料ガスｍを供給することができるように構成されている。燃料供給管５２にはマスフローコントローラ５２ｃが設けられており、マスフローコントローラ５２ｃと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。マスフローコントローラ５２ｃは、その内部を通過する原料ガスｍの流量を信号ｉ３として制御装置４に送信することができ、制御装置４から信号ｉ４を受信して弁開度を調整することができるように構成されている。
【００３２】
排出流路としての封入ガス排出管５３は、マスフローコントローラ５１ｃの下流側の原料ガス供給管５１から分岐している。封入ガス排出管５３は、改質装置２について、その停止時に触媒の酸化を防止するために封入したガスを排出する流路である。封入ガス排出管５３には、燃焼排ガス排出管５４が接続されている。封入ガス排出管５３には、その流路を閉塞することができる、ガス遮断手段としての封入電磁弁５３ｓが設けられている。封入電磁弁５３ｓと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。封入電磁弁５３ｓは、制御装置４からの開閉信号ｉ５を受信して、弁を開閉することができるように構成されている。
【００３３】
燃焼排ガス排出管５４は、改質熱を発生させるために燃料を燃焼した後に発生する燃焼排ガスを燃料電池システム１の外に排出する流路である。また、燃焼排ガス排出管５４は、燃焼空気ブロワ５７ｂによって送られる空気を、燃焼が行われていない燃焼部２５を介して燃料電池システム１の外に排出することもできる。すなわち、燃焼排ガス排出管５４は空気導入路を兼ねている。燃焼排ガス排出管５４は、封入ガス排出管５３に接続されている。また、封入ガス排出管５３に合流する手前の燃焼排ガス排出管５４には、希釈空気供給管５８Ａが接続されている。なお、燃焼排ガス排出管５４を流れる燃焼排ガスと燃料供給管５２を流れる燃料ｍとの間で熱交換させるように、燃焼排ガス排出管５４及び燃料供給管５２に熱交換器４１を設けてもよい。
【００３４】
希釈空気供給管５８Ａは、空気供給管５８から三方弁５８ｃを介して分岐されている。希釈空気供給管５８Ａは、封入ガス排出管５３から排出される原料ガスｍを、爆発限界未満の濃度に希釈するための空気を燃焼排ガス排出管５４に導く空気導入路である。希釈空気供給管５８Ａの他に、酸化剤ガスライン６４が空気供給管５８から三方弁５８ｃを介して分岐されている。すなわち、空気供給管５８は、三方弁５８ｃを介して希釈空気供給管５８Ａと酸化剤ガスライン６４とに分岐している。三方弁５８ｃと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。三方弁５８ｃは、制御装置４から信号ｉ６を受信して、空気供給管５８を流れる空気を希釈空気供給管５８Ａか酸化剤ガスライン６４のいずれか一方に流すように、弁を切り替えることができるように構成されている。
【００３５】
プロセス水供給管５５は、水蒸気発生部２４にプロセス水ｗを導く流路である。プロセス水供給管５５には、上流側にプロセス水ｗを圧送するプロセス水ポンプ５５ｐが設けられており、下流側に水蒸気発生部２４へのプロセス水ｗの供給を遮断するプロセス水電磁弁５５ｓが設けられている。プロセス水電磁弁５５ｓと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。プロセス水電磁弁５５ｓは、制御装置４からの開閉信号ｉ７を受信して、弁を開閉することができるように構成されている。
【００３６】
選択酸化空気供給管５６は、選択酸化部２３に選択酸化空気ｋ４を導く流路である。選択酸化空気供給管５６には、上流側に選択酸化空気ブロワ５６ｂが設けられており、下流側にマスフローコントローラ５６ｃが設けられている。マスフローコントローラ５６ｃと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。マスフローコントローラ５６ｃは、その内部を通過する選択酸化空気ｋ４の流量を信号ｉ８として制御装置４に送信することができ、制御装置４から信号ｉ９を受信して弁開度を調整することができるように構成されている。
【００３７】
燃焼空気供給管５７は、燃焼部２５に、燃料ｍを燃焼させるための燃焼空気ｋ３を導く流路である。燃焼空気供給管５７には、上流側に流量検知器５７ｅが設けられており、下流側に燃焼空気ブロワ５７ｂが設けられている。流量検知器５７ｅと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。流量検知器５７ｅは、燃焼空気供給管５７を流れる燃焼空気ｋ３の流量を信号ｉ１０として制御装置４に送信することができるように構成されている。燃焼空気ブロワ５７ｂは燃焼部２５での燃焼に必要な空気量を送ることができるように構成されており、燃料電池スタック３が１ｋｗ級の固体高分子型燃料電池の場合は、３０Ｌ／ｍｉｎ程度の送風量を有するのが一般的である。燃焼空気ブロワ５７ｂは、制御装置４からの信号ｉ１１に基づいて回転数を変えることにより燃焼部２５へ圧送する空気量を調整することができるように構成されている。なお、典型的には、燃焼空気ブロワ５７ｂの回転数制御は、制御装置４から動力盤（不図示）に回転数指示の信号が送られ、動力盤から燃焼空気ブロワ５７ｂに送られる電力を調整することにより行われるが、本実施の形態では便宜上、制御装置４から燃焼空気ブロワ５７ｂに信号ｉ１１が送信されるように表すこととする。
【００３８】
空気供給管５８は、燃料電池システム１外から導入した空気を流し、希釈空気供給管５８Ａ又は酸化剤ガスライン６４に通気する。空気供給管５８には、上流側に流量検知器５８ｅが設けられており、下流側に酸化剤ガスブロワ５８ｂが設けられている。流量検知器５８ｅと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。流量検知器５８ｅは、空気供給管５８を流れる空気ｋの流量を信号ｉ１２として制御装置４に送信することができるように構成されている。酸化剤ガスブロワ５８ｂは、制御装置４からの信号ｉ１３に基づいて回転数を変えることにより空気供給管５８を流れる空気量を調整することができるように構成されている。なお、典型的には、酸化剤ガスブロワ５８ｂの回転数制御は、制御装置４から動力盤（不図示）に回転数指示の信号が送られ、動力盤から酸化剤ガスブロワ５８ｂに送られる電力を調整することにより行われるが、本実施の形態では便宜上、制御装置４から酸化剤ガスブロワ５８ｂに信号ｉ１３が送信されるように表すこととする。
【００３９】
次に燃料電池スタック３及び制御装置４について説明する。
燃料電池スタック３は、改質ガスｇと酸化剤ガスｋ１とを導入し、改質ガスｇ中の水素と酸化剤ガスｋ１中の酸素との電気化学的反応により発電して水及び熱を発生するように構成されている。燃料電池スタック３は、典型的には、固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック３は、改質ガスｇを導入する燃料極３１と、酸化剤ガスｋ１を導入する空気極３２と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部３３とを含んで構成されている。
【００４０】
燃料極３１は、改質装置２の選択酸化部２３と改質ガス供給ライン６１を介して接続されており、燃料極３１に改質ガスｇを導入することができるように構成されている。改質ガス供給ライン６１には、その流路を閉塞することができる改質ガス電磁弁６１ｓが設けられている。改質ガス電磁弁６１ｓと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。改質ガス電磁弁６１ｓは、制御装置４からの開閉信号ｉ１５を受信して、弁を開閉することができるように構成されている。改質ガス電磁弁６１ｓより上流側の改質ガス供給ライン６１には、圧力検知器４２が設けられている。圧力検知器４２と制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されており、圧力検知器４２で検知した圧力を信号ｉ１４として制御装置４に送信することができるように構成されている。また、燃料極３１は、燃焼部２５とアノードオフガスライン６２を介して接続されており、電気化学的反応に使用されなかった改質ガスｇを含むアノードオフガスｐを燃料極３１から排出することができるように構成されている。アノードオフガスライン６２には、その流路を閉塞することができるアノードオフガス電磁弁６２ｓが設けられている。アノードオフガス電磁弁６２ｓと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。アノードオフガス電磁弁６２ｓは、制御装置４からの開閉信号ｉ１６を受信して、弁を開閉することができるように構成されている。また、改質ガス電磁弁６１ｓより上流側の改質ガス供給ライン６１とアノードオフガス電磁弁６２ｓより下流側のアノードオフガスライン６２とは、バイパスライン６３を介して接続されている。バイパスライン６３には、その流路を閉塞することができるバイパス電磁弁６３ｓが設けられている。バイパス電磁弁６３ｓと制御装置４との間には信号ケーブルが敷設されている。バイパス電磁弁６３ｓは、制御装置４からの開閉信号ｉ１７を受信して、弁を開閉することができるように構成されている。
【００４１】
空気極３２には、三方弁５８ｃで分岐された、酸化剤ガスｋ１を導入するための酸化剤ガスライン６４が接続されている。また、空気極３２には、電気化学的反応に使用されなかった酸化剤ガスｋ１を含むカソードオフガスｑを排出するためのカソードオフガスライン６５が接続されている。
冷却部３３には、冷却水ｒを流す冷却水ライン６６が接続されており、冷却水ｒが循環する循環流路が形成されている。
燃料電池スタック３で発電した直流電力は、パワーコンディショナー４３に送電されて交流電力に変換された後、電力需要に向けて送電される。
【００４２】
制御装置４は、改質装置２及び燃料電池スタック３を含む燃料電池システム１の発停や運転状態を制御することができるように構成されている。具体的には、流量信号ｉ１、ｉ３、ｉ８、ｉ１０、ｉ１２や圧力信号ｉ１４を受信して燃料電池システム１の運転状態を把握し、意図する運転状態にするために各弁及びブロワ等を制御するための信号ｉ２、ｉ４〜ｉ７、ｉ９、ｉ１１、ｉ１３、ｉ１５〜ｉ１７を各弁及びブロワ等に送信することができるように構成されている。特に、封入電磁弁５３ｓの制御については後に詳しく説明する。
【００４３】
続いて図２を参照して、本発明の実施の形態に係る改質装置２を含む燃料電池システム１の起動方法について説明する。なお、装置の符号については適宜図１を参照することとする。燃料電池システム１が停止しているときは、改質ガスｇがパージされ、改質装置２内に原料ガスｍが封入されている（Ｓ１）。原料ガスｍを封入することにより、改質触媒、変成触媒、選択酸化触媒の酸化を防いでいる。封入圧力は、典型的には、１２０〜２００ｋＰａ・ａｂｓである。改質装置２の運転中は改質部２１の温度が約６００℃になるが、運転を停止すると次第に温度が低下して内部の水蒸気が凝縮し、改質装置２内の圧力が低下してくる。改質装置２の内部圧力が外部よりも低くなると空気が混入するおそれが生じるため、改質装置２の停止中は原料ガスｍを封入することにより内部圧力が大気圧以上に保たれる。また、窒素等の不活性ガスではなく原料ガスｍを封入することで、不活性ガスボンベや別途の配管等が不要になると共に封入ガスの管理も容易になる。
【００４４】
改質装置２への原料ガスｍの封入は、マスフローコントローラ５１ｃ、５６ｃ、封入電磁弁５３ｓ、プロセス水電磁弁５５ｓ、改質ガス電磁弁６１ｓ、バイパス電磁弁６３ｓを閉にすることにより行う。すなわち、改質装置２の停止中は、マスフローコントローラ５１ｃ、５６ｃ、封入電磁弁５３ｓ、プロセス水電磁弁５５ｓ、改質ガス電磁弁６１ｓ、バイパス電磁弁６３ｓが閉の状態になっている。なお、本実施の形態において、原料ガスｍが封入される「改質装置」は、改質部２１、変成部２２、選択酸化部２３、及びこれらと連通するマスフローコントローラ５１ｃまでの原料ガス供給管５１、封入電磁弁５３ｓまでの封入ガス排出管５３、プロセス水電磁弁５５ｓまでのプロセス水供給管５５、マスフローコントローラ５６ｃまでの選択酸化空気供給管５６、改質ガス電磁弁６１ｓまでの改質ガスライン６１及びバイパス電磁弁６３ｓまでのバイパス管６３である。すなわち、運転停止時に原料ガスｍを封入したときに、その封入圧力が及ぶ範囲までが改質装置の概念に含まれる。
【００４５】
燃料電池システム１が停止している状態で、制御装置４は外部からの燃料電池システム１の起動命令の有無を判断する（Ｓ２）。起動命令がなければ改質装置２に原料ガスｍを封入する工程を維持する（Ｓ１）。起動命令があると、制御装置４は、燃焼空気ブロワ５７ｂに信号ｉ１１を、酸化剤ガスブロワ５８ｂに信号ｉ１３をそれぞれ送信して各ブロワを起動させると共に、空気が希釈空気供給管５８Ａ側に流れるように三方弁５８ｃに信号ｉ６を送信して弁を動作させる（Ｓ３）。なお、以降の説明では、制御装置４との間に信号ケーブルが敷設されている機器や弁が動作するときは、特に記載がなくても制御装置４からの信号を受けて動作することとする。燃焼空気ブロワ５７ｂが起動すると、燃焼空気供給管５７を流れる空気は燃焼部２５を通って燃焼排ガス排出管５４を流れる。このとき、燃焼部２５への燃料ガスｍの導入は行われず、燃焼部２５内でのバーナーの着火も行われないため、燃焼排ガスが発生しない。つまり、燃焼部２５から排出されるのは、燃焼部２５に残留している燃焼排ガスがわずかに含まれる場合があるが、ほぼ空気である。他方、三方弁５８ｃが空気供給管５８と希釈空気供給管５８Ａとを連通する状態で、酸化剤ガスブロワ５８ｂが起動すると、空気供給管５８及び希釈空気供給管５８Ａを空気が流れ、燃焼排ガス排出管５４に合流する。
【００４６】
燃焼排ガス排出管５４内を空気が流れている状態で、封入電磁弁５３ｓを開にして改質装置２に封入されている原料ガスｍを改質装置２の外に排出する（Ｓ４）。改質装置２の外に排出された原料ガスｍは封入ガス排出管５３を流れ、燃焼排ガス排出管５４を流れる空気と混合する（Ｓ５）。このとき、改質装置２に封入されていた原料ガスｍの封入圧は、原料ガスｍが空気と合流する封入電磁弁５３ｓの二次側の封入ガス排出管５３内の静圧より高いので、原料ガスｍは改質装置２の外に排出される。封入ガス排出管５３内で空気と混合した原料ガスｍは、燃料電池システム１の外に排出される（Ｓ６）。
【００４７】
ここで、原料ガスｍを改質装置２から排出する手段、言い換えれば封入電磁弁５３ｓの制御についてより詳細に説明する。
封入電磁弁５３ｓを開けて改質装置２に封入されている原料ガスｍを改質装置２の外に排出するのは、封入圧が高いため、そのまま燃焼用の燃料として燃焼部２５へ送るのに適さないからである。典型的には原料ガスｍと燃焼用の燃料は同じものであるから（段落００２８参照）、改質装置２に封入されている原料ガスｍをバイパス電磁弁６３ｓを開にすることにより燃焼部２５へ導いて燃焼用の燃料として使用するのが合理的なのであるが、本実施の形態における封入圧で原料ガスｍを燃焼部２５へ送ると適切な燃焼条件よりも燃料が多くなりすぎて着火に失敗するという問題が生じる。また、一旦適切な燃焼条件で着火を行った後に封入圧で原料ガスｍを燃焼部２５に送った場合であっても燃料が多くなりすぎて失火してしまうという問題が生じる。このような現象は、不完全燃焼による一酸化炭素の排出を誘発することとなるため回避する必要がある。したがって、燃料電池システム１の起動当初は、改質装置２に封入されている原料ガスｍを燃焼部２５に導入したときに適切な空燃比となるような封入圧（以下この圧力を「所定の圧力」という。）となるまで、改質装置２内の原料ガスｍを燃料電池システム１の外に排出することが現実的である。
【００４８】
しかしながら、原料ガスｍは一般的に爆発限界を有する。以降、本実施の形態では、原料ガスｍがメタンであるとして説明することとする。原料ガスｍがメタンの場合、その爆発限界は５．３〜１４体積％である。それゆえ、改質装置２に封入されている原料ガスｍを燃料電池システム１の外に排出するに際し、原料ガスｍの濃度が少なくとも爆発限界未満の濃度となるようにすることが好ましく、原料ガスｍの濃度が２体積％程度となるように空気で希釈することがより好ましい。
【００４９】
封入電磁弁５３ｓを開くことによりここを通過する原料ガスｍの流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）は、用いる封入電磁弁５３ｓに固有の係数をα、弁の有効断面積をＳ（ｍｍ２）、一次側の圧力をＰ１（ｋＰａ・ａｂｓ）、二次側の圧力をＰ２（ｋＰａ・ａｂｓ）とすると、以下に示す（１）式により表される。
Ｑ＝α×Ｓ×１．３５×｛Ｐ２（Ｐ１−Ｐ２）｝１／２  ・・・（１）
なお、（１）式中の数値「１．３５」は、弁を流れる気体をメタンとしたことに伴う補正係数である。（１）式から明らかなように、封入電磁弁５３ｓをｔ秒間開放すると最大ｔＱ／６０（Ｌ）の原料ガスｍが流れることとなる。
【００５０】
このとき、封入電磁弁５３ｓについて、有効断面積（上記（１）式におけるＳの値）が小さい弁、すなわち封入電磁弁５３ｓを通過する原料ガスｍの流量が燃焼排ガス排出管５４を流れる空気と混合したときに、原料ガスｍの濃度が爆発限界未満となる程度の有効断面積をもつ封入電磁弁５３ｓを採用することができる。しかしながら、有効断面積が小さい封入電磁弁５３ｓを用いると改質装置２内の圧力減少に伴って封入電磁弁５３ｓの一次側と二次側との差圧が減少することにより排出する原料ガスｍの流量が減少して、改質装置２内の圧力を所定の圧力に低下させるのに長時間を要することとなる。そこで、差圧が減少しても極端に通過流量が減少することのない有効断面積を有する封入電磁弁５３ｓを採用しつつ、封入電磁弁５３ｓの開閉を制御することにより燃料電池システム１から排出される原料ガスｍの濃度を爆発限界未満となるようにするとよい。
【００５１】
差圧が減少しても極端に通過流量が減少することのない有効断面積を有する封入電磁弁５３ｓを用いて弁の開閉を制御する場合、封入電磁弁５３ｓを開放する時間は、燃焼排ガス排出管５４を流れる空気の流量に対して原料ガスｍ（メタンガス）の濃度が少なくとも爆発限界未満となり、より好ましくは２体積％程度となるような流量を排出できる時間である。このような開放時間で行う封入電磁弁５３ｓの開閉動作を、原料ガスｍが燃料電池システム１の外に排出されたときに、その濃度を少なくとも爆発限界未満、より好ましくは２体積％程度に維持することができるような所定の間隔で（換言すると間欠的に）行うとよい。あるいはこのような封入電磁弁５３ｓの開閉動作を基準として、圧力検知器４２で検知した圧力から把握される封入電磁弁５３ｓ前後の差圧から算出した原料ガスｍの排出流量を考慮し、封入電磁弁５３ｓを開放する間隔又は封入電磁弁５３ｓの開放時間を調整して、改質装置２内の圧力がより早く所定の圧力まで低下するようにしてもよい。いうまでもなく、封入電磁弁５３ｓの開放間隔又は開放時間を調整しても、燃料電池システム１から排出される原料ガスｍの濃度は少なくとも爆発限界未満に保たれる。このとき封入電磁弁５３ｓの開放間隔又は開放時間ｔは、原料ガスｍが燃料電池システム１の外に排出されたときに爆発限界未満の濃度となるように原料ガスｍと空気とが封入ガス排出管５３内で十分に混合されるという観点から、封入電磁弁５３ｓの有効断面積及び封入ガス排出管５３の容量を考慮して決定するとよい。すなわち、封入ガス排出管５３の容量に対して封入電磁弁５３ｓの開放間隔が短すぎ、又は開放時間ｔが長すぎることによって、原料ガスｍが封入ガス排出管５３内で爆発限界未満の濃度に希釈されずに燃料電池システム１の外に排出されるという不都合を回避することができるように、封入電磁弁５３ｓの開放間隔又は開放時間ｔを決定するとよい。なお、封入電磁弁５３ｓの開放間隔と開放時間ｔとの制御を同時に行ってもよい。
【００５２】
このような封入電磁弁５３ｓの開閉動作を、改質装置２内の圧力が所定の圧力になるまで続ける。制御装置４は、圧力検知器４２からの信号ｉ１４を受信して、改質装置２内の圧力が所定の圧力以下か否かを判断する（Ｓ７）。所定の圧力以下でなければ封入電磁弁５３ｓを開閉する工程（Ｓ４）に戻る。所定の圧力以下であれば封入電磁弁５３ｓを閉じたままバイパス電磁弁６３ｓを開にする（Ｓ８）。バイパス電磁弁６３ｓを開にすると改質装置２内に封入されていた原料ガスｍが燃焼部２５に導入される。ここで燃焼部２５のバーナーを点火して原料ガスｍを燃料として燃焼させ、改質部２１での改質反応に必要な改質熱を発生させる。この段階では燃焼排ガス排出管５４に希釈用の空気を導入する必要がないので酸化剤ガスブロワ５８ｂを停止する（Ｓ９）。
【００５３】
燃焼部２５での燃焼が開始したら原料ガスブロワ５１ｂを起動すると共にマスフローコントローラ５２ｃの弁を開にして、燃焼部２５に燃料としての原料ガスｍを導入する（Ｓ１０）。続いてマスフローコントローラ５１ｃの弁を開にして、改質部２１に原料ガスｍを導入する（Ｓ１１）。また、プロセス水ポンプ５５ｐを起動すると共にプロセス水電磁弁５５ｓを開にして、水蒸気発生部２４にプロセス水ｗを導入する（Ｓ１２）。水蒸気発生部２４では、プロセス水ｗが受熱して水蒸気ｖとなる。水蒸気ｖは改質部２１に導入され、原料ガスｍが改質されるのに用いられる。
【００５４】
原料ガスｍは改質部２１で改質されて混合改質ガスｎ１となり、変成部２２、選択酸化部２３へと送られ、徐々に一酸化炭素濃度が低減される。その過程で選択酸化空気ブロワ５６ｂが起動すると共にマスフローコントローラ５６ｃの弁を開にして、選択酸化部２３に選択酸化空気が導入される（Ｓ１３）。選択酸化部２３で一酸化炭素濃度が低減された改質ガスｇは、その組成が燃料電池スタック３での発電に適したものに安定するまでは燃料極３１に送られず、バイパスライン６３を通って燃焼部２５に送られ、燃焼用の燃料として利用される。すなわち、改質ガスｇの組成が安定したか否かの判断が行われ（Ｓ１４）、安定していなければ次の工程に進まない。
【００５５】
改質ガスｇの組成が安定したら酸化剤ガスブロワ５８ｂが起動すると共に三方弁５８ｃが酸化剤ガスライン６４側に開になるように作動し、空気極３２に酸化剤ガスｋ１が導入される（Ｓ１５）。また、改質ガス電磁弁６１ｓ及びアノードオフガス電磁弁６２ｓを開とし、バイパス電磁弁６３ｓを閉とする（Ｓ１６）。これにより燃料極３１に改質ガスｇが導入される。改質ガスｇ及び酸化剤ガスｋ１が導入された燃料電池スタック３は発電を開始する（Ｓ１７）。燃料電池スタック３は発電に伴って熱を発生するので、冷却部３３に冷却水ｒを流すために不図示の冷却水ポンプが起動される。また、燃料極３１からはアノードオフガスｐが排出されて燃焼部２５に導かれ、燃焼用の燃料として用いられる。他方、空気極３２からはカソードオフガスｑが排出されて燃料電池システム１の外に排出される。このようにして燃料電池システム１は定常運転に入り、停止の指令があるまで運転が続けられる。燃料電池システム１を停止する指令を受けたときは、改質装置２内を原料ガスｍで封入して停止する。
【００５６】
以上の説明では、改質装置２は変成部２２を有することとして説明したが（段落００２３、００２５）、選択酸化部２３だけで改質ガスｇ中の一酸化炭素濃度を所定の濃度まで低減することができるときは、変成部２２を設けなくてもよい。変成部２２を設けなければ、改質装置２をコンパクトにできる。
【００５７】
以上の説明では、燃料電池スタック３は固体高分子型燃料電池として説明したが（段落００３９）、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。
【００５８】
以上の説明では、圧力検知器４２が改質ガス供給ライン６１に設けられるとして説明したが（段落００４０）、原料ガスｍを封入した改質装置２内の圧力を検知することができれば改質ガス供給ライン６１以外の場所に設けてもよい。
【００５９】
以上の説明では、希釈空気を空気導入路に導くためにブロワ５７ｂ、５８ｂを備えるとして説明したが（段落００４５）、例えば工場などで圧縮空気ラインのような空気源がある場合にはその空気を導入すればよい。
【００６０】
以上の説明では、封入電磁弁５３ｓの開閉動作を、圧力検知器４２で検知した圧力から把握される封入電磁弁５３ｓ前後の差圧から算出した原料ガスｍの排出流量を考慮して燃料電池システム１から排出される原料ガスｍの濃度が爆発限界未満となるように制御することを例示したが（段落００５１）、燃料電池システム１から排出される原料ガスｍの濃度を濃度検知器で直に検知して、検知した濃度に基づいて封入電磁弁５３ｓの開閉動作を制御してもよい。
【実施例】
【００６１】
以下に封入電磁弁５３ｓの制御についての実施例を示す（図２におけるＳ４〜Ｓ７）。以下の実施例では、前述の（１）式（段落００４９参照）におけるパラメータをα＝０．２２６４、Ｓ＝１．３３、Ｐ２＝１００、Ｐ１−Ｐ２＝５０とした。なお、原料ガスｍとしてメタンを用いた。また、メタンと混合される空気量は３０（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００６２】
（実施例１）
本実施例では、封入電磁弁５３ｓの開放間隔及び開放時間を改質装置２内の圧力変動にかかわらず一定とした。具体的には、５秒間隔で０．１秒間づつ封入電磁弁５３ｓを開放することとした。封入電磁弁を０．１秒間開放したときに排出されるメタンガスの量は、（０．１／６０）×０．２２６４×１．３３×１．３５×｛１００×５０｝１／２≒０．０４８（Ｌ）となり、他方５秒間で流れる空気量は３０×（５／６０）＝２．５（Ｌ）となる。これより５秒間で排出されるメタンガスの濃度は、０．０４８／（０．０４８＋２．５）≒０．０１９、すなわち約１．９体積％となる。この濃度はメタンの爆発限界の下限未満であり、好ましい濃度である２体積％にほぼ等しい。
図３（ａ）に、本実施例の封入電磁弁５３ｓの開閉と改質装置２内の圧力変動（改質装置２内外の差圧Ｄ１）との関係を示すタイミングチャートを示す。図から明らかなように、本実施例ではおよそ２０秒で改質装置２内の圧力が所定の圧力Ｐ０となった。
【００６３】
（実施例２）
本実施例では、改質装置２内の圧力の減少に伴って封入電磁弁５３ｓの開放間隔を短くするように制御した（開放時間は一定）。開放間隔の制御は、制御装置４が、圧力検知器４２で検知された圧力に基づいて排出されるメタンの流量を差圧から算出し、希釈する空気の流量である３０（Ｌ／ｍｉｎ）を混合したときにメタンの濃度が約２体積％を維持することができる間隔で封入電磁弁５３ｓに０．１秒間開とする信号ｉ５を送信することにより行われる。差圧Ｐ１−Ｐ２＝５０のときに封入電磁弁５３ｓを０．１秒間開とすると０．０４８Ｌのメタンが排出され、これに伴って改質装置２内の圧力が低下する。すなわち、差圧Ｐ１−Ｐ２が減少する。本実施例では差圧Ｐ１−Ｐ２＝３０となったので、制御装置４は封入電磁弁５３ｓの開放間隔を４秒に補正した。差圧Ｐ１−Ｐ２＝３０のときに排出されるメタンの量は、（０．１／６０）×０．２２６４×１．３３×１．３５×｛１００×３０｝１／２≒０．０３７（Ｌ）であった。他方４秒間で流れる空気量は３０×（４／６０）＝２（Ｌ）である。したがって、このときのメタンの濃度は、０．０３７／（０．０３７＋２）≒０．０１８、すなわち約１．８体積％となる。２回目のメタンガスの排出により改質装置２内の圧力はさらに低下したので、制御装置４は、次の開放間隔を２秒とした。以降、差圧の減少に伴って封入電磁弁５３ｓの開放間隔を短くしていった。
図３（ｂ）に、本実施例の封入電磁弁５３ｓの開閉と改質装置２内の圧力変動（改質装置２内外の差圧Ｄ２）との関係を示すタイミングチャートを示す。図から明らかなように、本実施例ではおよそ１２秒で改質装置２内の圧力が所定の圧力Ｐ０となった。
【００６４】
（実施例３）
本実施例では、改質装置２内の圧力の減少に伴って封入電磁弁５３ｓの開放時間を長くするように制御した（開放間隔は一定）。開放時間の制御は、制御装置４が、圧力検知器４２で検知された圧力に基づいて排出されるメタンの流量を差圧から算出し、希釈する空気の流量である３０（Ｌ／ｍｉｎ）を混合したときにメタンの濃度が約２体積％を維持することができる流量を流す時間を開にするように封入電磁弁５３ｓに信号ｉ５を送信することにより行われる。差圧Ｐ１−Ｐ２＝５０のときに封入電磁弁５３ｓを０．１秒間開とすると０．０４８（Ｌ）のメタンが排出され、これに伴って改質装置２内の圧力が低下し、差圧Ｐ１−Ｐ２が減少する。本実施例では差圧Ｐ１−Ｐ２＝３０となった。開放間隔を５秒間と一定にした場合、排出されるメタンの量を、たとえ差圧が減少しても差圧Ｐ１−Ｐ２＝５０のときの０．０４８（Ｌ）を維持するとメタンの濃度を約１．９体積％に維持することができる。制御装置４は差圧Ｐ１−Ｐ２＝３０と減少したときの封入電磁弁５３ｓの開放時間を１．３秒に補正した。２回目のメタンガスの排出により改質装置２内の圧力はさらに低下したので、制御装置４は、次の開放時間をさらに長くした。
図３（ｃ）に、本実施例の封入電磁弁５３ｓの開閉と改質装置２内の圧力変動（改質装置２内外の差圧Ｄ３）との関係を示すタイミングチャートを示す。図から明らかなように、本実施例ではおよそ１０秒で改質装置２内の圧力が所定の圧力Ｐ０となった。
【００６５】
（比較例）
比較例として、改質装置２内の圧力が所定の圧力になるまで封入電磁弁５３ｓを開に維持する場合を示す。このとき、封入電磁弁を通過して排出されるメタンの流量Ｑは、Ｑ＝０．２２６４×１．３３×１．３５×｛１００×５０｝１／２≒２８（Ｌ／ｍｉｎ）となり、混合される空気量に対する比率は、２８／（３０＋２８）≒０．４８、すなわち約４８体積％となる。これは、排出されるメタンの好ましい濃度である２体積％はおろか、爆発限界の下限である５．３体積％に遠く及ばない。この濃度でメタンが燃料電池システム１の外に排出されると、やがて大気中の空気に希釈されて爆発する濃度になることとなり、この比較例は採用することができない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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模式的ブロック図である。
【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方法を説明するフローチャートである。
【図３】封入された原料ガスを排出するガス遮断手段の開放のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１  燃料電池システム
２  改質装置
３  燃料電池スタック
４  制御装置
５３  封入ガス排出管（排出流路）
５３ｓ  封入電磁弁（ガス遮断手段）
５４  燃焼排ガス排出管（空気導入路）
５８Ａ  希釈空気供給管（空気導入路）
ｇ  改質ガス
ｍ  原料ガス
ｋ１  酸化剤ガス
ｋ２  希釈空気
ｋ３  燃焼空気（兼希釈用空気）
【図１】
2006278108.tif 000003
【図２】
2006278108.tif 000004
【図３】
2006278108.tif 000005