(57)【要約】【課題】内部電池の形成による燃料電池の電極腐食を抑止でき、しかも簡素な装置構成で実現できる燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の運転方法を提供すること。【解決手段】この燃料電池発電装置１は、原燃料供給部１１と、改質部１４と燃焼部１５とを有する改質装置１２と、燃料極１６と酸化剤極１７とを有する燃料電池本体１３とを具備する。改質部１４と燃料極１６との間には燃料ガス供給ライン１９が設けられ、燃料極１６と燃焼部１５との間には燃料極１６のオフガスを燃焼ガスとして燃焼部１５に供給するオフガス供給ライン２６が設けられている。原燃料供給部１１と燃料極１６との間には、電磁制御弁２５を有するバイパスライン２４が設けられている。燃料電池本体１３の起動時には、燃料極１６に燃料ガスを供給する前に、バイパスライン２４を介して燃料極１６に原燃料ガスを供給するように電磁制御弁２５を開閉制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料ガスを供給する原燃料供給部と、
前記原燃料供給部から供給された前記原燃料ガスを改質する改質部と、燃焼ガスを燃焼する燃焼部とを備え、前記燃焼部を熱源として前記原燃料ガスを燃料ガスに改質する燃料改質装置と、
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に挟持された電解質層とを備え、前記燃料改質装置で改質された燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する燃料電池本体と、
前記燃料改質装置の前記改質部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置の前記改質部で改質された前記燃料ガスを、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第１の供給手段と、
前記原燃料供給部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置を介さずに、前記原燃料ガスを前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第２の供給手段と、
前記第２の供給手段に設けられた弁と、を具備し、
前記弁は、前記燃料電池本体の起動時において、前記第１の供給手段を介して前記燃料電池本体の前記燃料極に前記燃料ガスを供給する前に、前記第２の供給手段を介して前記燃料電池本体の前記燃料極に前記原燃料ガスを供給するよう開閉制御されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記燃料電池本体の前記燃料極と前記燃料改質装置の前記燃焼部との間に設けられ、前記燃料極のオフガスを前記燃焼部へ供給する第３の供給手段を具備し、
前記燃料電池本体の起動時において、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給された前記原燃料ガスのオフガスを、前記第３の供給手段を介して前記燃料改質装置の前記燃焼部に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
原燃料ガスを供給する原燃料供給部と、
前記原燃料供給部から供給された前記原燃料ガスを改質する改質部と、燃焼ガスを燃焼する燃焼部とを備え、前記燃焼部の熱量を用いて前記原燃料ガスを燃料ガスに改質する燃料改質装置と、
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に挟持された電解質層とを備え、前記燃料改質装置で改質された燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する燃料電池本体と、
前記燃料改質装置の前記改質部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置の前記改質部で改質された前記燃料ガスを、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第１の給手段と、
前記原燃料供給部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置を介さずに、前記原燃料ガスを前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第２の供給手段と、
前記第２の供給手段に設けられた弁と、を具備した燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料電池本体の起動時において、前記第１の供給手段を介して前記燃料電池本体の前記燃料極に前記燃料ガスを供給する前に、前記第２の供給手段を介して前記燃料電池本体の燃料極に前記原燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項４】
前記燃料電池本体の前記燃料極と前記燃料改質装置の前記燃焼部との間に設けられ、前記燃料極のオフガスを前記燃焼部へ供給する第３の供給手段を具備し、
前記燃料電池本体の起動時において、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給された前記原燃料ガスのオフガスを、前記第３の供給手段を介して前記燃焼ガスとして前記燃料改質装置の前記燃焼部に供給することを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学反応を利用して発電する燃料電池を用いた燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出削減などの観点から、燃料ガス及び酸化剤ガスが持つ化学エネルギーを電気化学反応により直接電気エネルギーへ変換する燃料電池が脚光を浴びている。燃料電池は、使用される電解質の種類に応じて区分され、リン酸形燃料電池（PAFC：Phosphoric  Acid  Fuel  Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（MCFC：Molten  Carbonate  Fuel  Cell）、固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid  Oxide  Fuel  Cell）及び固体高分子形燃料電池（PEFC：Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）など種々タイプの実用化が検討されている。
【０００３】
これらの燃料電池の中でも、固体高分子形燃料電池は、作動温度が１００℃以下と比較的低く、容易に取り扱うことができ、短時間で起動停止できることから、家庭用の定置型発電装置や燃料電池自動車の移動体用動力など、種々の用途への使用が見込まれている。
【０００４】
固体高分子形燃料電池を家庭用の定置型発電装置や燃料電池自動車の移動体用動力として用いる場合、電力負荷の変動に伴う起動停止への対応が必要となる。例えば、家庭用の定置型発電装置として用いる場合には電力消費の少ない夜間、燃料電池自動車の移動体用動力として用いる場合には停車時など、電力負荷の変動によって燃料電池発電装置の頻繁な起動停止が必要となる。しかしながら、固体高分子形燃料電池は、頻繁な起動停止によって内部電池（部分電池）が形成され、電池性能が低下することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図２を参照して燃料電池の電気化学反応及び内部電池形成について説明する。図２に示すように、燃料電池は、燃料ガスが供給される燃料極３１（アノード）と、酸素が供給される酸化剤極３２（カソード）と、燃料極３１と酸化剤極３２との間に挟持される電解質層３３とを備える。燃料極３１の電解質層３３側の表面には電極触媒層３４が形成され、酸化剤極３２の電解質層３３側の表面には電極触媒層３５が形成されている。
【０００６】
燃料電池発電装置の発電運転時には、燃料極３１には純水素又は都市ガスを改質した水素を主成分とする燃料ガスが供給され、酸化剤極３２には純酸素又は空気などの酸素を含む酸化剤ガスが供給される。燃料極３１では下記式（１）に示す反応が進行し、酸化剤極３２では下記式（２）に示す反応が進行する。以上のようにして、電気化学反応による発電が行われる。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−…式（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ…式（２）
【０００７】
燃料電池発電装置の発電運転停止時には、燃料極３１への水素の供給が停止され、燃料極３１内には水素が残存した状態で発電運転を停止する。このため、発電運転停止後の温度低下による燃料極３１の内圧低下などにより、燃料極３１内に酸素が混入する。燃料極３１内に酸素が存在する状態で燃料電池を起動した場合、下記式（３）及び下記式（４）に示す反応が進行して内部電池が形成される。このようにして、酸化剤極３２では、電極触媒層３５の担体としての炭素が消費される電極の腐食反応が進行し、電池電圧が低下する現象が発生する。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ…式（３）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−…式（４）
【０００８】
燃料電池の内部電池の形成への対策として、発電運転停止中の燃料極への酸素混入を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２では、停止時に燃料ガスを酸化剤極に導入しながら、燃料極及び酸化剤極の上流及び下流に設けた開閉手段を閉じて空気の混入を防ぎ、水素濃度を高く保つ方法が提案されている。また、特許文献３では、停止時における燃料極の内圧低下に伴う外部からの空気の混入を防止するため、停止時に燃料極の内圧に応じて原燃料ガスを導入する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６５１４６３５号明細書
【特許文献２】特開２００２−９３４４８号公報
【特許文献３】特開２００５−２５９６６３号公報
【特許文献４】特開２００５−１９０８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２記載の方法では、長期間の停止において酸素の混入を防止し続けるためには、発電に必要な量以上の燃料ガスを使用する必要があった。また、特許文献３記載の方法では、制御用の装置構成が複雑になり、運転効率の低下や、コストアップを招く要因となっていた。
【００１１】
また、燃料電池の起動時において、水素通過時間短縮用ガスを燃料ガスと共に燃料極に流すことにより、燃料電池の電極腐食を抑制することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、特許文献４記載の方法を用いた場合においても、必ずしも効果的に電極の腐食反応を抑制することができないことに加え、装置構成が複雑になる問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、内部電池の形成による燃料電池の電極腐食を抑止でき、しかも簡素な装置構成で実現できる燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の運転方法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】
【００１３】
本発明の燃料電池発電装置は、
原燃料ガスを供給する原燃料供給部と、
前記原燃料供給部から供給された前記原燃料ガスを改質する改質部と、燃焼ガスを燃焼する燃焼部とを備え、前記燃焼部を熱源として前記原燃料ガスを燃料ガスに改質する燃料改質装置と、
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に挟持された電解質層とを備え、前記燃料改質装置で改質された燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する燃料電池本体と、
前記燃料改質装置の前記改質部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置の前記改質部で改質された前記燃料ガスを、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第１の供給手段と、
前記原燃料供給部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置を介さずに、前記原燃料ガスを前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第２の供給手段と、
前記第２の供給手段に設けられた弁と、を具備し、
前記弁は、前記燃料電池本体の起動時において、前記第１の供給手段を介して前記燃料電池本体の前記燃料極に前記燃料ガスを供給する前に、前記第２の供給手段を介して前記燃料電池本体の前記燃料極に前記原燃料ガスを供給するよう開閉制御されることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、起動時に燃料極内に原燃料ガスを供給し、燃料極内の酸素を低減してから燃料ガスを供給するので、停止時に燃料極内に混入した酸素による内部電池の形成に伴う燃料電池の電極腐食を抑止することができる。また、起動時に原燃料ガスを供給して燃料室内の酸素を低減するので、長時間停止した場合においても所定のガス量で確実に燃料極内の酸素濃度を低減できる。さらに、燃料極内の酸素の低減の際に原燃料ガスを用いるので、例えば窒素ガスなどの他のガスを用いずに燃料極内の酸素を低減でき、装置構成の複雑化及び他のガス使用によるコストアップを抑制することができる。
【００１５】
また本発明は、上記燃料電池発電装置において、前記燃料電池本体の前記燃料極と前記燃料改質装置の前記燃焼部との間に設けられ、前記燃料極のオフガスを前記燃焼部へ供給する第３の供給手段を具備し、前記燃料電池本体の起動時において、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給された前記原燃料ガスのオフガスを、前記第３の供給手段を介して前記燃料改質装置の前記燃焼部に供給することを特徴とする。
【００１６】
この構成により、燃料電池本体の起動時において、燃料極内の酸素の低減に用いた原燃料ガスを、第３の供給手段を介して燃料改質装置の燃焼部に燃焼ガスとして供給するので、燃料極内の酸素の低減に用いた原燃料ガスを、燃焼部の燃焼ガスとして有効利用することができる。このため、燃料電池発電装置の起動時のコストアップを抑制でき、温室効果の高い原燃料ガスを燃料電池発電装置外へ排出することなく有効活用することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池発電装置の運転方法は、
原燃料ガスを供給する原燃料供給部と、
前記原燃料供給部から供給された前記原燃料ガスを改質する改質部と、燃焼ガスを燃焼する燃焼部とを備え、前記燃焼部の熱量を用いて前記原燃料ガスを燃料ガスに改質する燃料改質装置と、
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に挟持された電解質層とを備え、前記燃料改質装置で改質された燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する燃料電池本体と、
前記燃料改質装置の前記改質部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置の前記改質部で改質された前記燃料ガスを、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第１の給手段と、
前記原燃料供給部と前記燃料電池本体の前記燃料極との間に設けられ、前記燃料改質装置を介さずに、前記原燃料ガスを前記燃料電池本体の前記燃料極に供給する第２の供給手段と、
前記第２の供給手段に設けられた弁と、を具備した燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料電池本体の起動時において、前記第１の供給手段を介して前記燃料電池本体の前記燃料極に前記燃料ガスを供給する前に、前記第２の供給手段を介して前記燃料電池本体の燃料極に前記原燃料ガスを供給することを特徴とする。
【００１８】
この方法によれば、起動時に燃料極内に原燃料ガスを供給し、燃料極内の酸素を低減してから燃料ガスを供給するので、停止時に燃料極内に混入した酸素による内部電池の形成に伴う燃料電池の電極腐食を抑止することができる。また、起動時に原燃料ガスを供給して燃料室内の酸素を低減するので、長時間停止した場合においても所定のガス量で確実に燃料極内の酸素濃度を低減できる。さらに、燃料極内の酸素の低減の際に原燃料ガスを用いるので、例えば窒素ガスなどの他のガスを用いずに燃料極内の酸素を低減でき、装置構成の複雑化及び他のガス使用によるコストアップを抑制することができる。
【００１９】
また本発明は、上記燃料電池発電装置の運転方法において、前記燃料電池本体の前記燃料極と前記燃料改質装置の前記燃焼部との間に設けられ、前記燃料極のオフガスを前記燃焼部へ供給する第３の供給手段を具備し、前記燃料電池本体の起動時において、前記燃料電池本体の前記燃料極に供給された前記原燃料ガスのオフガスを、前記第３の供給手段を介して前記燃焼ガスとして前記燃料改質装置の前記燃焼部に供給することを特徴とする。
【００２０】
この方法により、燃料電池本体の起動時において、燃料極内の酸素の低減に用いた原燃料ガスを、第３の供給手段を介して燃料改質装置の燃焼部に燃焼ガスとして供給するので、燃料極内の酸素の低減に用いた原燃料ガスを、燃焼部の燃焼ガスとして有効利用することができる。このため、燃料電池発電装置の起動時のコストアップを抑制でき、温室効果の高い原燃料ガスを燃料電池発電装置外へ排出することなく有効活用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、内部電池の形成による燃料電池の電極腐食を抑止でき、しかも簡素な装置構成で実現できる燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。
【図２】燃料電池の電気化学反応及び内部電池形成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る燃料電池発電装置１の概略構成図である。燃料電池発電装置１は、脱硫された原燃料ガスを供給する原燃料供給部１１と、原燃料供給部１１から供給された原燃料ガスを、水蒸気改質により燃料ガスに改質する改質装置１２と、改質装置１２で改質された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた電気化学反応により発電する燃料電池本体１３とを備える。
【００２４】
改質装置１２は、原燃料ガスを改質する改質部１４と、原燃料ガスの改質に用いられる熱量を改質部１４に供給する燃焼部１５とを備える。改質部１４は、前段に設けられた弁２８を介して原燃料ガスを供給する原燃料供給部１１に接続され、都市ガス等のメタンを主成分とする原燃料ガスを下記式（５）による水蒸気改質反応によって燃料ガスに改質する。下記式（５）の改質反応は吸熱反応であり、十分な反応速度を得るためには通常７５０℃〜９００℃の高温が必要とされる。燃焼部１５は、原燃料ガスや後述する燃料電池本体１３からのオフガスを燃焼ガスとして燃焼し、水蒸気改質反応に必要な熱量を改質部１４に供給する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２＋２０６．２５ｋＪ/ｍｏｌ…式（５）
【００２５】
燃料電池本体１３は、燃料極１６と、酸化剤極１７と、燃料極１６と酸化剤極１７との間に挟持される電解質層１８とを備える。燃料電池本体１３の燃料極１６と改質装置１２の改質部１４との間には、燃料ガス供給ライン１９が設けられ、改質装置１２で改質された燃料ガスを、燃料極１６に供給可能に構成されている。酸化剤極１７には空気ブロワー２０が接続され、電気化学反応に用いられる酸素ガスを酸化剤極１７に供給可能に構成されている。なお、燃料電池本体１３としては、固体高分子形燃料電池に限定されず各種燃料電池を用いることができる。これらの燃料電池の中でも、比較的低温で運転可能な固体高分子形燃料電池を用いることが好ましい。
【００２６】
燃料ガス供給ライン１９には、改質装置１２側から順にＣＯ変成器２１と、ＣＯ除去器２２とが設けられている。ＣＯ変成器２１とＣＯ除去器２２との間には、ＣＯ除去器２２に酸素を供給する選択酸化空気ブロワー２３が設けられている。ＣＯ除去器２２の後段には、燃料電池本体１３への燃料ガスの供給・遮断を切替える弁３０が設けられている。
【００２７】
ＣＯ変成器２１は、銅、亜鉛、白金などの金属触媒を備えており、下記式（６）に示す水性ガスシフト反応により、改質装置１２で改質された燃料ガス中の一酸化炭素濃度を１％以下に低減する。このＣＯ変成器２１による変成反応は発熱反応であるため、必要に応じて冷却を行い、反応温度を１６０℃〜２５０℃に保つ。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２（−４１．１ＫＪ／ｍｏｌ：発熱反応）…式（６）
【００２８】
ＣＯ除去器２２は、Ｒｕなどの貴金属系の触媒を備えており、ＣＯ変成器２１によって低減された燃料ガス中の一酸化炭素濃度を下記式（７）による選択酸化反応によってさらに低減する。ＣＯ除去器２２には、ＣＯ変成器２１とＣＯ除去器２２との間に設けられた選択酸化空気ブロワー２３によって酸素が供給され、下記反応式（７）に示す酸化反応により、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下に低減する。
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２…式（７）
【００２９】
原燃料供給部１１と改質装置１２の改質部１４との間及び燃料電池本体１３の燃料極１６とＣＯ除去器２２との間には、原燃料供給部１１から供給される原燃料ガスを、改質装置１２を介さずに燃料極１６に供給するバイパスライン２４が設けられている。このバイパスライン２４には原燃料ガス供給量の制御手段としての電磁制御弁２５が設けられている。電磁制御弁２５は、燃料電池発電装置１の起動時における燃料極１６への原燃料ガスの供給量を調整する。なお、原燃料ガス供給量の制御手段としては、バイパスライン２４を介して供給する原燃料ガスの供給量を制御できるものであれば特に制限はなく、各種流量調整手段を用いることができる。例えば、燃料ガス供給ライン１９とバイパスライン２４との分岐点において、三方弁などを用いて分流し、供給量を制御する構成としてもよい。
【００３０】
燃料電池本体１３の燃料極１６と改質装置１２の燃焼部１５との間には、燃料極１６のオフガスを燃焼部１５に供給するオフガス供給ライン２６が設けられている。燃料電池発電装置１は、オフガス供給ライン２６により燃料電池本体１３の燃料極１６に供給された燃料ガスのうち、発電に用いられないオフガスを、改質装置１２の燃焼部１５に供給して原燃料ガスの改質のための燃焼ガスとして利用可能に構成されている。
【００３１】
オフガス供給ライン２６と燃料ガス供給ライン１９との間には、電池本体バイパスライン２７が設けられている。電池本体バイパスライン２７は、改質装置１２で改質された燃料ガスを、燃料電池本体１３を介さずにオフガス供給ライン２６に供給可能に構成されている。電池本体バイパスライン２７には、電池本体バイパスライン２７を介したオフガス供給ライン２６への燃料ガスの供給・遮断を切替える弁２９が設けられている。
【００３２】
次に、本実施の形態に係る燃料電池発電装置１の運転方法について説明する。
燃料電池発電装置１の起動時には、まず、改質装置１２の燃焼部１５に起動用原燃料供給手段および空気供給手段（不図示）から原燃料および空気を供給して点火し、改質装置１２を起動する。
【００３３】
次に、改質装置１２の前段に設けられた弁２８、及び電池本体バイパスライン２７に設けられた弁２９を開き、ＣＯ除去器２２の後段に設けられた弁３０は閉止したまま、改質部１４へ脱硫された原燃料ガスの導入を開始する。これにより、改質部１４、ＣＯ変成器２１およびＣＯ除去器２２を経由した燃料ガスは、電池本体バイパスライン２７およびオフガス供給ライン２６を流れて改質装置１２の燃焼部１５へ送られて燃焼する。その後、起動用原燃料供給手段からの原燃料供給は停止する。
【００３４】
一方、燃料電池発電装置１の起動時、燃料電池本体１３の燃料極１６内には酸素が混入している。そこで、この燃料極１６内の酸素を排出するため、バイパスライン２４の電磁制御弁２５を開き、脱硫された原燃料ガスを原燃料供給部１１よりバイパスライン２４を介して燃料極１６に直接供給する。燃料極１６から排出された原燃料ガスはオフガス供給ライン２６へ入り、電池本体バイパスライン３０からオフガス供給ライン２６に流入した燃料ガスと合流して改質装置１２の燃焼部１５へ供給される。
【００３５】
燃焼部１５に供給された原燃料ガスは、燃焼部１５で燃焼される。原燃料ガスの燃焼により生じた発熱は、改質部１４での原燃料ガスの改質に用いられる。このようにして、本実施の形態では、燃料極１６のパージに用いられた原燃料ガスを燃焼部１５に供して燃料ガスとしても利用する。これにより、燃料電池発電装置１のパージに用いた原燃料ガスを大気中に放出することなく、改質部１４での熱源としても用いることができ、温室効果の高い原燃料ガスの大気放出を抑制することができる。また、原燃料ガスを燃焼ガスとしても用いるので、原燃料ガスのエネルギーを損失することなく燃料電池発電装置１で用いることができる。
【００３６】
ここで、バイパスライン２４を介して燃料極１６に供給する原燃料ガスの流量は、例えば、１０Ｌ／ｍｉｎで５分間導入することにより、燃料極１６内の酸素を所定値まで低減することができる。なお、原燃料ガスの供給量は、燃料電池発電装置１の構成に応じて適時設定する。すなわち、燃料電池本体１３内の燃料ガス流路容積とバイパスライン２４の配管容積との合計の１〜５倍とすればよい。また、これに代えて、原燃料ガスの供給量は、燃料極１６内に酸素濃度計などを設置して適時モニタリングしながら制御してもよい。燃料極１６内の酸素の低減は、燃料電池発電装置１の起動時において、内部電池の形成を実質的に抑制できる酸素濃度まで低減すればよく、必ずしも酸素を完全に除去する必要はない。
【００３７】
次に、燃料極１６内に所定量の原燃料ガスを供給したのち、電磁制御弁２５を閉止すると共に、ＣＯ除去器２２後段の弁３０を開き、電池本体バイパスライン２７の弁２９を閉じて、燃料ガス供給ライン１９から燃料ガスを燃料極１６へ供給できるように切替える。ここでは、電磁制御弁２５を完全に閉止する必要はなく、必要に応じてバイパスライン２４を介した原燃料ガスによる燃料極１６内の酸素の低減と、改質装置１２の改質部１４で改質された燃料ガスの燃料極１６内へ供給とを共に実施してもよい。このようにして、改質部１４で改質された燃料ガスを燃料極１６に供給し、燃料極１６内の原燃料ガスを徐々に燃料ガスに置換する。
【００３８】
次に、燃料電池本体１３の燃料極１６が燃料ガスによって置換されてから、空気ブロワー２０によって酸化剤極１７に酸素を供給して燃料電池本体１３の発電反応を開始することにより、燃料電池発電装置１の発電運転の開始となる。
【００３９】
燃料電池発電装置１の運転開始時に上記運転方法を用いることにより、燃料電池本体１３の内部電池の形成を抑制することができる。また、燃料電池発電装置１を長時間停止した場合においても、燃料電池本体１３の燃料極１６内の酸素濃度を所定値まで低減することにより、内部電池の形成を抑制でき、燃料電池本体１３の電極腐食を抑止できる。
【００４０】
なお、上述した燃料電池発電装置１の運転方法においては、燃料電池本体１３の燃料極１６内への原燃料ガス供給の開始とともに、改質装置１２、ＣＯ変成器２１、ＣＯ除去器２２などの各種機器の起動を開始するので、燃料電池発電装置１全体の起動に係る時間を遅延することなく燃料電池本体１３の腐食反応を抑制でき、改質装置１２の起動に要する時間以下でも燃料電池本体１３の燃料極１６内の酸素濃度を十分に低減することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、燃料電池発電装置１の起動時において、脱硫した原燃料ガスを燃料極１６に導入し、燃料極１６内の酸素を低減してから燃料ガスを導入することにより、簡易な制御で内部電池形成による電極の腐食反応を抑止することができる。また、本実施の形態では、原燃料ガスの燃料極１６への導入は、バイパスライン２４を設けることにより、簡易な装置構成で実現でき、既存の燃料電池発電装置にも容易に適用することができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、停止時の複雑な制御及び停止中の燃料極１６への酸素の混入の管理を不要とせず、停止時間の長短によらずに起動時において燃料電池本体１３の電極腐食を抑止できる。さらに、燃料電池本体１３の起動時においても窒素ガス等を用いることなく内部電池の形成を抑制できるので、運転コストの増大を抑制することができる。
【００４３】
また、燃料極１６内の酸素の低減に用いた原燃料ガスは、改質装置１２の燃焼部１５に燃焼ガスとして供給され、改質部１４での改質反応の熱源として用いられる。このため、燃料極１６内の酸素の置換に用いられた原燃料ガスを有効利用することができ、起動時のエネルギー増大を抑制できる。
【００４４】
さらに、燃料極１６への原燃料ガス導入に掛かる時間は、改質装置１２の起動に掛かる時間よりも十分に短く、同時進行で行うことができる。このため、起動時間を増大させることなく、燃料電池発電装置１を運転することができる。
【００４５】
本発明は上記実施の形態に限定されず種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態で説明した数値、寸法、材質については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、例えば、工業用、業務用に用いられる固体高分子形燃料電池などの各種燃料電池に用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  燃料電池発電装置
１１  原燃料供給部
１２  改質装置
１３  燃料電池本体
１４  改質部
１５  燃焼部
１６  燃料極
１７  酸化剤極
１８  電解質層
１９  燃料ガス供給ライン
２０  空気ブロワー
２１  ＣＯ変成器
２２  ＣＯ除去器
２３  選択酸化空気ブロワー
２４  バイパスライン
２５  電磁制御弁
２６  オフガス供給ライン
２７  電池本体バイパスライン
２８〜３０  弁
【図１】
2011192619.tif 000003
【図２】
2011192619.tif 000004