(57)【要約】      （修正有）【課題】水蒸気改質反応器を備えた燃料電池発電装置において、非常停止時に残存する水や水蒸気が供給されることによる発電セルのダメージを抑制する。【解決手段】燃料改質器及４び燃料電池スタック３を含む燃料電池モジュール２と、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、燃料ガスの供給経路に水蒸気を導入する水気化器１０を含む水蒸気供給手段と、制御部５とを少なくとも備え、水気化器と燃料ガスの供給経路とを繋ぐ配管若しくは水気化器に燃料電池モジュールの外部に繋がる水排出配管２０が接続され、水排出配管２０にバルブ２１を備え、燃料電池発電装置の非常停止時にバルブが開状態となり、配管内若しくは水気化器内に残存する水又は水蒸気が水排出配管を通って燃料電池モジュールの外部に排出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の燃料ガスを改質する燃料改質器及び改質された前記燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により電力を発生させる燃料電池スタックを含む燃料電池モジュールと、前記燃料改質器を介して前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料改質器に至る前記燃料ガスの供給経路に水蒸気を導入する水蒸気供給手段と、制御部と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、
前記水蒸気供給手段は、前記燃料電池モジュールの境界部分に配置され、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスの熱を利用して、供給される水を気化して水蒸気を発生させる水気化器を含み、
前記水気化器と前記燃料ガスの供給経路とを繋ぐ配管若しくは前記水気化器に、前記配管若しくは前記水気化器と前記燃料電池モジュールの外部とを繋ぐ水排出配管が接続され、前記水排出配管の前記燃料電池モジュールの外部に当該水排出配管内の流路を開閉するバルブを備え、
前記燃料電池発電装置の非常停止時に、前記バルブが開状態となり、前記配管内若しくは前記水気化器内に残存する水又は水蒸気が、前記水排出配管を通って前記燃料電池モジュールの外部に排出されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記バルブは、前記制御部の制御によって供給される電力に基づいて開閉するバルブであり、
前記燃料電池発電装置の非常停止時に電力が供給されないことにより、前記バルブが開状態となることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記バルブは、前記酸化剤ガス供給手段から供給される酸化剤ガスに基づいて開閉するバルブであり、
前記燃料電池発電装置の非常停止時に酸化剤ガスが供給されないことにより、前記バルブが開状態となることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
炭化水素系の燃料ガスを改質する燃料改質器及び改質された前記燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により電力を発生させる燃料電池スタックを含む燃料電池モジュールと、前記燃料改質器を介して前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料改質器に至る前記燃料ガスの供給経路に水蒸気を導入する水蒸気供給手段と、制御部と、を少なくとも備え、
前記水蒸気供給手段は、前記燃料電池モジュールの境界部分に配置され、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスの熱を利用して、供給される水を気化して水蒸気を発生させる水気化器を含み、
前記水気化器と前記燃料ガスの供給経路とを繋ぐ配管若しくは前記水気化器に、前記配管若しくは前記水気化器と前記燃料電池モジュールの外部とを繋ぐ水排出配管が接続され、前記水排出配管の前記燃料電池モジュールの外部に当該水排出配管内の流路を開閉するバルブを備える燃料電池発電装置の制御方法であって、
前記燃料電池発電装置の非常停止時に、前記バルブを開状態とし、前記配管内若しくは前記水気化器内に残存する水又は水蒸気を、前記水排出配管を通して前記燃料電池モジュールの外部に排出することを特徴とする燃料電池発電装置の制御方法。
【請求項５】
前記バルブは、前記制御部の制御によって供給される電力に基づいて開閉するバルブであり、
前記燃料電池発電装置の非常停止時に電力を供給しないことにより、前記バルブを開状態とすることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電装置の制御方法。
【請求項６】
前記バルブは、前記酸化剤ガス供給手段から供給される酸化剤ガスに基づいて開閉するバルブであり、
前記燃料電池発電装置の非常停止時に酸化剤ガスが供給しないことにより、前記バルブを開状態とすることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置及びその制御方法に関し、特に、水蒸気改質反応により改質した燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池発電装置及び当該燃料電池発電装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの電気化学反応により電気を発生させる燃料電池発電装置は、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ないことから、近年、発電用途などに利用されている。この燃料電池発電装置は、反応温度や電解質の種類によって分類することができ、反応温度が３００℃程度以下の低温型には、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、アルカリ型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）などがあり、高温型には、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）などがある。
【０００３】
この中で、固体酸化物型は、運転温度が高いためにＰｔ等の高価な貴金属の触媒を使用する必要がなく、排熱が利用しやすく、また、電池構成材料が全て固体でできていることから構成がシンプルであり、高い発電効率が得られるなどの特徴があり、近年盛んに開発が行われている。また、燃料電池発電装置は、発電セルの形状により、円筒型、モノリス型、平板積層型の３つに分類されるが、発電セルの形成が容易な平板積層型が広く採用されている。
【０００４】
上記平板積層型の固体酸化物型燃料電池装置は、発電セルとセパレータとが交互に積層されて燃料電池スタックが構成されている。発電セルは、酸化物イオン導電体からなる固体電解質層を空気極（カソード）層と燃料極（アノード）層とで挟み込んだ積層構造を有し、空気極側には酸化剤ガスとしても酸素（空気）が供給され、燃料極側には燃料ガスが供給されるようになっている。
【０００５】
上記空気極層及び燃料極層は、酸素や燃料ガスが固体電解質層との界面に到達することができるように多孔質材料で形成されている。また、セパレータ或いはインターコネクタは、発電セル間を電気的に接続すると共に、燃料ガスや酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入して燃料極層に向かって吐出させる通路を有している。また、セパレータと空気極層との間には空気極集電体が配置され、セパレータと燃料極層との間には燃料極集電体が配置されている。
【０００６】
上記構成の固体酸化物燃料電池では、セパレータを介して発電セルの空気極側に供給された酸化剤ガス（酸素）は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、空気極から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）になる。この酸化物イオンは、燃料極に向かって固体電解質層内を拡散移動し、燃料極との界面近傍で燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ等）となり、燃料極に電子を放出する。そして、この電子を燃料極集電体から取り出すことによって電流が発生する。上記電極反応（発電反応）は、燃料ガスとして水素を用いた場合は以下のようになる。
【０００７】
空気極：  １／２Ｏ２  ＋      ２ｅ−    →  Ｏ２−
燃料極：        Ｈ２  ＋      Ｏ２−     →  Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｅ−
全体  ：        Ｈ２  ＋  １／２Ｏ２    →  Ｈ２Ｏ
【０００８】
ここで、燃料ガスとして水素を使用する場合、水素の濃度をコントロールするために窒素が混合されるが、装置が大型化するにつれて窒素の使用量が増加してしまう。そこで、燃料ガスとして水素に代えて都市ガスや天然ガスなどの炭化水素系ガスを使用する燃料電池発電装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００９】
この燃料電池発電装置は、例えば、図７に示すように、燃料ガスの流量と酸化剤ガスの流量とに応じて直流出力電力を発生する燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３に酸化剤ガスを導入する空気供給系と、燃料電池スタック３に燃料ガスを導入する燃料ガス供給系と、燃料ガス供給系から送られる炭化水素系ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質器４と、燃料ガス供給系に水蒸気を導入する水蒸気供給系と、各種制御を行う制御部５などで構成され、燃料電池スタック３と燃料改質器４とで燃料電池モジュール２が構成される。また、水蒸気供給系には、燃料電池モジュール２の境界部分に設置され、燃料電池モジュール２から排出される排ガスの熱を利用して水を気化し、水蒸気を発生させる水気化器１０が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２６０６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、固体酸化物型燃料電池では、停電などの非常停止時に水蒸気供給系に水が残存していると、この水が気化して発電セルのアノードである燃料極に供給され、７００℃程度の高温においては、水の熱分解により水素が生成される。しかしながら、停電やシステム故障等により動力系が停止した場合、空気ブロア６が停止して空気供給系には空気が供給されないため、発電セルの固体酸化物の電解質の酸素が結晶格子から抜け出し、生成した水素と反応してしまい、電解質のイオン導電性を著しく低下させてしまうという不具合が生じる。
【００１２】
このように、空気供給系の空気ブロア６が停止し、かつ、水気化器１０や水気化器１０から燃料ガス供給系に至る経路に水が残存していると上記問題が発生することから、従来は、図７に示すように、非常停止時に極短時間だけ空気供給系に空気を供給するバッファタンク２２を配置する方法などが用いられていた。
【００１３】
しかしながら、近年、燃料電池発電装置の高出力化に伴って燃料電池モジュール２が大型化しており、燃料電池モジュール２が大きくなると、発電中に水を安定的に気化するために、水気化器１０の容量も大きくする必要があり、例えば、１ｋＷモジュールでは数１０ｍｌ〜数１００ｍｌの水が水気化器１０内に存在するようになる。そのため、水気化器１０への水の供給を停止してから、燃料ガス供給系から水がなくなるまでの時間が徐々に長くなり、それに対応して空気供給系からは数分以上も空気を流さなければならず、上記バッファタンク２２では対応できないという問題が生じている。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、水蒸気改質反応により改質した燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池発電装置において、非常停止時に、残存する水や水蒸気が供給されることによる発電セルのダメージを抑制することができる燃料電池発電装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、炭化水素系の燃料ガスを改質する燃料改質器及び改質された前記燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により電力を発生させる燃料電池スタックを含む燃料電池モジュールと、前記燃料改質器を介して前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料改質器に至る前記燃料ガスの供給経路に水蒸気を導入する水蒸気供給手段と、制御部と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、前記水蒸気供給手段は、前記燃料電池モジュールの境界部分に配置され、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスの熱を利用して、供給される水を気化して水蒸気を発生させる水気化器を含み、前記水気化器と前記燃料ガスの供給経路とを繋ぐ配管若しくは前記水気化器に、前記配管若しくは前記水気化器と前記燃料電池モジュールの外部とを繋ぐ水排出配管が接続され、前記水排出配管の前記燃料電池モジュールの外部に当該水排出配管内の流路を開閉するバルブを備え、前記燃料電池発電装置の非常停止時に、前記バルブが開状態となり、前記配管内若しくは前記水気化器内に残存する水又は水蒸気が、前記水排出配管を通って前記燃料電池モジュールの外部に排出されるものである。
【００１６】
本発明においては、前記バルブは、前記制御部の制御によって供給される電力に基づいて開閉するバルブであり、前記燃料電池発電装置の非常停止時に電力が供給されないことにより、前記バルブが開状態となる構成とすることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記バルブは、前記酸化剤ガス供給手段から供給される酸化剤ガスに基づいて開閉するバルブであり、前記燃料電池発電装置の非常停止時に酸化剤ガスが供給されないことにより、前記バルブが開状態となる構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃料電池発電装置及びその制御方法によれば、非常停止時に、残存する水や水蒸気が供給されることによる発電セルのダメージを抑制することができる。
【００１９】
その理由は、水気化器と燃料ガス供給系とを繋ぐ配管若しくは水気化器に、配管若しくは水気化器と燃料電池モジュールの外部とを繋ぐ水排出配管を接続し、その水排出配管の燃料電池モジュールの外部に水排出配管内の流路を開閉するバルブを設け、非常停止時に、バルブを開状態にして、上記配管内若しくは水気化器内に残留する水や水蒸気を燃料電池モジュールの外部に排出し、燃料ガス供給系に水蒸気が供給されないようにするからである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置の他の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置の他の構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る燃料電池スタックの具体的構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係る発電セルの構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置を用いた制御手順を示すフローチャート図である。
【図７】従来の燃料電池発電装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
背景技術で示したように、炭化水素系ガスを使用する燃料電池発電装置では、水気化器により水蒸気を安定的に発生させることが重要であり、発電時には、水気化器には相当量の水が残留している。そのため、停電やシステム障害等に起因する非常停止時に燃料ガス供給系に水蒸気のみが供給され、発電セルにダメージを与えてしまう。
【００２２】
そこで、本発明の一実施の形態では、水気化器と燃料ガス供給系とを繋ぐ配管若しくは水気化器に、配管若しくは水気化器と燃料電池モジュールの外部とを繋ぐ水排出配管を接続し、その水排出配管の燃料電池モジュールの外部に水排出配管内の流路を開閉するバルブを設け、非常停止時にバルブを開状態とし、上記配管内若しくは水気化器内に残留する水や水蒸気を燃料電池モジュールの外部に排出し、燃料ガス供給系に水蒸気が供給されないようにする。
【００２３】
なお、上記バルブの開閉を制御部で制御する場合、電力の供給が停止するとバルブの開閉も制御できなくなる場合があるが、バルブを電気制御方式にし、電力が供給されない時に開状態となる構成（すなわち、バルブに電力が供給している間だけ閉状態となる構成）にすれば、バルブへの電力の供給が停止した場合であっても、配管内若しくは水気化器内に残留する水や水蒸気を燃料電池モジュールの外部に排出することができる。
【００２４】
また、バルブを空気圧制御方式にし、空気が供給されない時に開状態となる構成（すなわち、バルブに空気が供給されて圧力が印加されている間だけ閉状態となる構成）にすれば、電力の供給が停止してバルブへの空気の供給が停止した場合であっても、配管内若しくは水気化器内に残留する水や水蒸気を外部に排出することができる。
【００２５】
また、通常、燃料電池モジュール内よりも外部の方が僅かに気圧が低いため、バルブが開状態となれば、水や水蒸気は水排出配管を通って自然に外部に排出される。従って、水や水蒸気を強制的に外部に排出するためのポンプ等を設けなくても、配管内若しくは水気化器内に残留する水や水蒸気を外部に排出することができる。
【実施例】
【００２６】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置及びその制御方法について、図１乃至図６を参照して説明する。図１乃至図３は、本実施例の燃料電池発電装置の構成を模式的に示す図であり、図４は、燃料電池モジュール内の燃料電池スタックの具体的構成例を示す図、図５は、発電セルの構成を模式的に示す図である。また、図６は、本実施例の燃料電池発電装置を用いた制御手順を示すフローチャート図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施例の燃料電池発電装置１は、燃料ガス（メタンを主成分とする天然ガスやプロパン或いは液体の灯油などの炭化水素系ガス）の流量と酸化剤ガス（酸素や空気など）の流量とに応じて直流出力電力を発生する燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３に酸化剤ガス（本実施例では空気とする。）を導入する空気ブロア６や空気供給配管などの空気供給系と、燃料電池スタック３に燃料ガスを導入する燃料ガスブロア７や燃料ガス供給配管などの燃料ガス供給系と、燃料電池モジュール２内に配設され、燃料ガス供給系から送られる炭化水素系ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質器４と、燃料ガス供給系に水蒸気を導入する水移送ポンプ８や水気化器１０、水蒸気供給配管などの水蒸気供給系と、水や燃料ガス、空気の流量制御、水蒸気温度や排ガス温度に基づく発電制御などを行う制御部５と、燃料電池スタック３からの直流出力を交流出力に変換して交流電力を外部負荷に供給するインバータ（図示せず）などで構成されている。
【００２８】
上記水気化器１０は、燃料電池モジュール２の排熱を有効に利用して水蒸気を発生できるように、燃料電池モジュール２の境界部分に配置されている。また、水気化器１０から燃料ガス供給系に至る経路の水蒸気供給配管は、途中で分岐し、燃料電池モジュール２の外部に繋がる水排出配管２０が接続されている。
【００２９】
また、水排出配管２０の燃料電池モジュール２の外部には、水排出配管２０内の流路を開閉するバルブ２１（例えば、電磁バルブのような電気制御方式のバルブ）が設けられており、制御部５によってその開閉が制御される。例えば、制御部５から信号が送られている間、バルブ２１に電力が供給されて閉状態（水排出配管２０内の流路を遮断する状態）となり、制御部５から信号が送られなくなると、バルブ２１に電力が供給されなくなって開状態（水排出配管２０内の流路が確保された状態）となる。
【００３０】
従って、停電やシステム障害等の非常停止時に、空気ブロア６が停止して空気が供給されない状態になったとしても、水気化器１０から燃料ガス供給系に至る経路の水蒸気供給配管内に残存する水や水蒸気が燃料ガス供給系に供給され続けることがなくなり、発電セルの固体酸化物の電解質の酸素が結晶格子から抜け出し、電解質のイオン導電性を低下させてしまうといった不具合を効果的に抑制することができる。
【００３１】
なお、後述するように、発電セルからは発電反応で消費されなかった余剰ガスが放出されるため、通常、燃料電池モジュール２内の気圧は大気圧よりも大きい。従って、バルブ２１が開状態となれば、残存する水や水蒸気は水排出配管２０を通って自然に燃料電池モジュール２の外部に排出される。
【００３２】
また、重力に従って水が落下して外部に排出されるように水排出配管２０を傾斜させれば、燃料電池モジュール２内外の気圧差が小さい（若しくは気圧差がない）場合であっても、残存する水や水蒸気を確実に燃料電池モジュール２の外部に排出することができる。
【００３３】
また、図１では、水気化器１０から燃料ガス供給系に至る経路の水蒸気供給配管を途中で分岐させて水排出配管２０が接続したが、図２に示すように、水気化器１０自体に水排出配管２０及びバルブ２１を設けることもできる。この構成の場合、水気化器１０から燃料ガス供給系に至る経路の水蒸気供給配管内に残存する水や水蒸気を外部に排出することはできないが、水蒸気供給配管内よりも水気化器１０内の方が残存する水や水蒸気の量は多いため、発電セルのダメージは十分に抑制することができる。
【００３４】
また、図１及び図２では、バルブ２１を電気制御方式としたが、空気圧制御方式とし、図３に示すように、空気供給系（好ましくは空気ブロア６の後段）からバルブ２１に空気を供給する構成とすることもできる。この場合、空気供給系から空気が送られている間、バルブ２１が閉状態となり、空気供給系から空気が送られなくなると、バルブ２１が開状態となるようにすれば、電力の供給が停止して空気ブロア６が止まったとしても、バルブ２１が開状態となって、水蒸気供給配管内や水気化器１０内に残存する水や水蒸気を外部に排出することができる。
【００３５】
また、制御部５は、通常、燃料電池発電装置１の制御装置内に設けられており、制御装置の演算処理部や表示部、操作部などと協働して動作するように構成される。上記制御部５は制御装置内にハードウェアとして構成されていてもよいし、コンピュータ（ソフトウェアを実行可能なハードウェア資源の総称）を、上記制御部５として機能させる制御プログラムとして構成し、該制御プログラムを制御装置で実行させるようにしてもよい。
【００３６】
次に、燃料電池スタック３及び発電セルの具体的構成について、図４及び図５を参照して説明する。
【００３７】
図４に示すように、燃料電池スタック３は、固体電解質層１２の両面に燃料極層１３と空気極層１１とを配置した発電セル１４と、燃料極層１３の外側に配置した燃料極集電体１９と、空気極層１１の外側に配置した空気極集電体１８と、各集電体の外側に配したセパレータ１７（インターコネクタとも呼ぶ。）とからなる単セル（ユニット）が縦方向に多数積層されて構成されている。
【００３８】
固体電解質層１２は、ランタンガレート（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８Ｍｇ０．１５Ｃｏ０．０５Ｏ２．８５）やイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層１３は、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属又はＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ、Ｎｉとサマリウムドープセリア（Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２）のサーメット等で構成され、空気極層１１は、サマリウムコバルタイト（Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３）、ランタンマンガナイト（ＬａＭｎＯ３）、ランタン鉄コバルタイト（ＬａＳｒＣｏＦｅＯ３）等で構成されている。また、燃料極集電体１９はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体１８はＡｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成されている。
【００３９】
また、セパレータ１７は、ステンレス等で構成され、空気極集電体１８側の面にはＡｇメッキ層が形成され、燃料極集電体１９側の面にはＮｉメッキ層が形成され、発電セル１４間を電気的に接続する。また、セパレータ１７は、発電セル１４に対してガスを供給する機能を有し、燃料ガスをセパレータ１７の外周面から導入して燃料極集電体１９に対向する面のほぼ中央部から吐出する燃料ガス流路と、酸化剤ガス（空気）をセパレータ１７の外周面から導入して空気極集電体１８に対向する面のほぼ中央部から吐出する酸化剤ガス流路とを備えている。
【００４０】
そして、図５の模式図に示すように、運転時には、燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路を通してセパレータ１７の略中心部から発電セル１４に向けて供給される燃料ガス及び酸化剤ガス（空気）を発電セル１４の外周方向に拡散させながら燃料極層１３及び空気極層１１の全面に良好な分布で行き渡らせて発電反応を生じさせると共に、発電反応で消費されなかった余剰ガス（高温排ガス）を発電セル１４の外周部からハウジング内に自由に放出するようになっており、ハウジングの内部空間に放出された排ガスは水気化器１０を通って燃料電池モジュール２外に排出されるようになっている。
【００４１】
また、図４に示すように、この燃料電池スタック３の両側にはステンレス等で形成された一対の端板１５、１６が配置されており、燃料電池スタック３の電力はこの上下一対の端板１５、１６を介して外部に取り出すことができ、外部に設けた出力測定手段により測定できるようになっている。また、図５に示すように、１又は複数の発電セル１４（図５では、個々の発電セル１４）のセル電圧はセパレータ１７に接続された配線を介して外部に取り出すことができ、外部に設けた出力測定手段により測定できるようになっている。
【００４２】
なお、図４及び図５では、発電セル１４の両側に燃料極集電体１９及び空気極集電体１８が配置された構成を示しているが、燃料極集電体１９及び空気極集電体１８を配置しない構成に対しても、本発明を適用することができる。また、図４では、発電セル１４の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造の燃料電池スタック３を示したが、燃料電池スタック３が隔壁によって密閉されるシール構造に対しても、本発明を適用することができる。
【００４３】
以下、上記構成の燃料電池発電装置１を用いた具体的な制御手順について、図６のフローチャート図を参照して説明する。
【００４４】
まず、ステップＳ１０１で、コールドスタンバイ状態（常温状態）において、制御装置のボタン操作などによって燃料電池発電装置１の起動が指示されると、制御部５は、燃料電池モジュール２を起動用のヒータやバーナにより加熱して、燃料電池スタック３を発電可能な温度まで昇温させる。
【００４５】
次に、ステップＳ１０２で、制御部５は、空気供給系（空気ブロア６等）を制御して、燃料電池スタック３に所定の流量の空気を供給し、引き続きステップＳ１０３で、燃料ガス供給系（燃料ガスブロア７等）及び水蒸気供給系（水移送ポンプ８等）を制御して、燃料電池スタック３に所定の流量の燃料ガス及び水蒸気を供給する。
【００４６】
次に、ステップＳ１０４で、制御部５は、予め設けた温度測定手段を用いて燃料電池スタック３の温度を監視し、ステップＳ１０５で、燃料電池スタック３の温度と予め定められた温度とを比較し、所定の温度に達したらホットスタンバイ状態になったと判断して、ステップＳ１０６で、発電を開始し、定格運転を行う。
【００４７】
この定格運転時において、停電やシステム障害などによって発電が非常停止した場合（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、制御部５は、バルブ２１を制御して開状態とし（若しくは、電気や空気が供給されないことによりバルブ２１が開状態となり）、燃料電池モジュール２内外の気圧差や水排出配管２０の傾斜等により、水蒸気配管や水気化器１０内に残存する水や水蒸気が水排出配管２０を通して燃料電池モジュール２の外部に排出される。
【００４８】
すなわち、非常停止時には、燃料ガス供給系の燃料ガスブロア７や空気供給系の空気ブロア６が停止して、燃料ガスや空気の供給が停止するが、水蒸気配管や水気化器１０内に残存する水や水蒸気も燃料電池モジュール２の外部に排出されるため、発電セル１４へのダメージを効果的に抑制することができる。
【００４９】
なお、上記実施例では、バルブ２１を開状態にすることによって水蒸気配管や水気化器１０内に残存する水や水蒸気が自然に外部に排出される構成としたが、水排出配管２０にポンプ等を配置し、残存する水や水蒸気を強制的に排出するようにしてもよい。この場合、燃料電池発電装置１に非常電源を設け、この非常電源から供給される電力によってポンプを駆動するようにすれば、残存する水や水蒸気を確実に排出することができる。
【００５０】
また、上記実施例では、バルブ２１の開閉を電気若しくは空気圧によって制御したが、人手によってバルブ２１の開閉する構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施例では、燃料電池モジュール２の外部にバルブ２１を設ける構成としたが、空気供給系から供給される空気によって開閉が制御される空気圧方式を採用する場合は、バルブ２１を燃料電池モジュール２の内部に設けることも可能である。
【００５２】
また、上記実施例では、シールレスタイプの燃料電池発電装置１について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、シールタイプの燃料電池発電装置１においても、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、固体酸化物型燃料電池発電装置において特に有効であるが、固体高分子型燃料電池発電装置、リン酸型燃料電池発電装置、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置などの他の種類の燃料電池発電装置にも利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  燃料電池発電装置
２  燃料電池モジュール
３  燃料電池スタック
４  燃料改質器
５  制御部
６  空気ブロア
７  燃料ガスブロア
８  水移送ポンプ
９  純水タンク
１０  水気化器
１１  空気極層
１２  固体電解質層
１３  燃料極層
１４  発電セル
１５、１６  端板
１７  セパレータ
１８  空気極集電体
１９  燃料極集電体
２０  水排出配管
２１  バルブ
２２  バッファタンク
【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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