(57)【要約】【課題】脱硫器まわりの圧力上昇を抑制する処理を行う際に機器類への影響を抑制する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、脱硫器１１と、改質部５１と、燃料電池５３と、被脱硫原料ライン１８と、被脱硫原料ライン１８に設けられた第１の遮断弁２１と、脱硫済原料ライン１９と、脱硫済原料ライン１９に設けられた第２の遮断弁２２と、脱硫器１１の内圧を検知する脱硫器内圧検知器２３と、改質部５１に改質用空気ＡＲを供給する改質用空気供給部３１と、制御部６０とを備える。制御部６０は、脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力が第１の所定の値以上となったときに、改質部５１に改質用空気ＡＲを供給すると共に第２の遮断弁２２を開にして脱硫器内圧検知器２３の圧力を第２の所定の値まで低下させる減圧処理を行う。このとき、原料Ｄが改質用空気ＡＲで希釈されて外部に排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原料である被脱硫原料を脱硫して脱硫済原料を生成する脱硫器と；
前記脱硫済原料を改質して水素を含有する燃料ガスを生成する改質部と；
前記燃料ガスと発電用空気とを導入して発電する燃料電池と；
前記脱硫器に前記被脱硫原料を導く被脱硫原料ラインと；
前記被脱硫原料ラインに設けられた第１の遮断弁と；
前記脱硫器から前記改質部へ前記脱硫済原料を導く脱硫済原料ラインと；
前記脱硫済原料ラインに設けられた第２の遮断弁と；
前記脱硫器の内部の圧力を直接又は間接的に検知する脱硫器内圧検知器と；
前記第２の遮断弁の下流側の前記脱硫済原料ラインに又は前記改質部に、改質用空気を供給する改質用空気供給部と；
前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁が閉の状態で、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が第１の所定の値以上となったときに、前記改質部に向けて前記改質用空気を供給すると共に、前記第２の遮断弁を開にすることによって前記脱硫器内圧検知器が検知する圧力を前記第１の所定の値よりも小さい第２の所定の値まで低下させる減圧処理を行うように、前記改質用空気供給部及び前記第２の遮断弁を作動させる制御部とを備える；
燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池に前記発電用空気を供給する発電用空気供給部を備え；
前記制御部は、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が前記第１の所定の値以上となったときに、前記改質部に向けて前記改質用空気を供給することに加え、前記燃料電池に向けて前記発電用空気を供給するように、前記発電用空気供給部を作動させる；
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記減圧処理によって外部に排出される前記原料が燃焼下限未満の濃度で外部に排出されるように、外部への前記原料の排出流量を抑制する排出流量抑制手段を備える；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排出流量抑制手段は、前記制御部が前記第２の遮断弁の開閉を繰り返させることで構成された；
請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が前記第１の所定の値と前記第２の所定の値との間の第３の所定の値以下のときに、前記第２の遮断弁を開の状態に維持するように構成された；
請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２の遮断弁の開閉動作の回数が所定の回数を超えたときに、前記第２の遮断弁を開の状態に維持するように構成された；
請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記排出流量抑制手段は、前記制御部が前記第２の遮断弁の開度を調節することで構成された；
請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記減圧処理を開始してから第１の所定の時間が経過した際に、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が前記第２の所定の値を超えているときに、異常があると推定するように構成された；
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記減圧処理を行っている最中、第２の所定の時間以内に前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力の低下分が第１の所定の差分未満のとき、又は、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が第２の所定の差分低下する前に第３の所定の時間が経過したときに、異常があると推定するように構成された；
請求項１乃至請求項８のいずれか１項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】
本発明は燃料電池システムに関し、特に脱硫器まわりの圧力上昇を抑制する処理を行う際に機器類への影響を抑制する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素含有ガスと酸素含有ガスとを導入して発電する燃料電池を設置する際、水素含有ガスを入手するためのインフラ整備が十分でないことに鑑み、炭化水素系原料を改質して水素含有ガスとする改質器（燃料処理機）が併設されることが多い。燃料電池に供給する水素含有ガスを、炭化水素系原料を改質して生成する場合、脱硫器において炭化水素系原料を脱硫してから改質するのが一般的である。
【０００３】
運転時の温度が異なる脱硫器及び燃料処理機の、運転停止後の温度変化の相違に伴う圧力変化の相違によって必要となる、燃料処理機を含む空間の補圧処理を、以下のように行う燃料処理装置が知られている。その燃料処理装置は、脱硫器の上流の原料ガス流路に設けられた第１の弁と、脱硫器と燃料処理機との間の原料ガス流路に設けられた第２の弁と、燃料処理機の下流に設けられた第３の弁とを備え、脱硫器を含む空間の圧力が第１の圧力閾値以上の圧力に加圧されている状態で、燃料処理機を含む空間の補圧処理を行う場合に、第１の弁及び第３の弁を閉じたまま、第２の弁を開放することとしている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１７９５２号公報（段落００３０、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料処理装置では、第１の弁と第３の弁との間に封入されていた原料ガスが排出されると、燃料処理装置の下流側に設置されている燃料電池システムを構成するガス検知器等の機器類の誤作動を発生させるおそれがある。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑み、脱硫器まわりの圧力上昇を抑制する処理を行う際に機器類への影響を抑制す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、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、炭化水素系の原料である被脱硫原料Ｄｒを脱硫して脱硫済原料Ｄｆを生成する脱硫器１１と；脱硫済原料Ｄｆを改質して水素を含有する燃料ガスＥを生成する改質部５１と；燃料ガスＥと発電用空気ＡＧとを導入して発電する燃料電池５３と；脱硫器１１に被脱硫原料Ｄｒを導く被脱硫原料ライン１８と；被脱硫原料ライン１８に設けられた第１の遮断弁２１と；脱硫器１１から改質部５１へ脱硫済原料Ｄｆを導く脱硫済原料ライン１９と；脱硫済原料ライン１９に設けられた第２の遮断弁２２と；脱硫器１１の内部の圧力を直接又は間接的に検知する脱硫器内圧検知器２３と；第２の遮断弁２２の下流側の脱硫済原料ライン１９に又は改質部５１に、改質用空気ＡＲを供給する改質用空気供給部３１と；第１の遮断弁２１及び第２の遮断弁２２が閉の状態で、脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力が第１の所定の値以上となったときに、改質部５１に向けて改質用空気ＡＲを供給すると共に、第２の遮断弁２２を開にすることによって脱硫器内圧検知器２３が検知する圧力を第１の所定の値よりも小さい第２の所定の値まで低下させる減圧処理を行うように、改質用空気供給部３１及び第２の遮断弁２２を作動させる制御部６０とを備える。
【０００８】
このように構成すると、改質用空気を供給しつつ第２の遮断弁を開にするので、第２の遮断弁を通過して流下した炭化水素系の原料が改質用空気で希釈されることとなり、機器類への影響を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る燃料電池システム１において、燃料電池５３に発電用空気ＡＧを供給する発電用空気供給部４１を備え；制御部６０は、脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力が第１の所定の値以上となったときに、改質部５１に向けて改質用空気ＡＲを供給することに加え、燃料電池５３に向けて発電用空気ＡＧを供給するように、発電用空気供給部４１を作動させる。
【００１０】
このように構成すると、改質用空気に加えて発電用空気によっても原料が希釈されることとなり、機器類への影響をより抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る燃料電池システム１において、減圧処理によって外部に排出される原料Ｄが燃焼下限未満の濃度で外部に排出されるように、外部への原料Ｄの排出流量を抑制する排出流量抑制手段２２、６０を備える。
【００１２】
このように構成すると、原料を穏やかに外部へ排出することができる。
【００１３】
また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第３の態様に係る燃料電池システム１において、排出流量抑制手段は、制御部６０が第２の遮断弁２２の開閉を繰り返させることで構成されている。
【００１４】
このように構成すると、特別な装置を設けることなく、制御によって原料を穏やかに外部へ排出することができる。
【００１５】
また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第４の態様に係る燃料電池システム１において、制御部６０は、脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力が第１の所定の値と第２の所定の値との間の第３の所定の値以下のときに、第２の遮断弁２２を開の状態に維持するように構成されている。
【００１６】
このように構成すると、第２の遮断弁の開閉回数の増加を抑制することができ、第２の遮断弁の寿命を延ばすことができる。
【００１７】
また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第４の態様又は第５の態様に係る燃料電池システム１において、制御部６０は、第２の遮断弁２２の開閉動作の回数が所定の回数を超えたときに、第２の遮断弁２２を開の状態に維持するように構成されている。
【００１８】
このように構成すると、原料の排出の異常が生じた場合に第２の遮断弁の開閉回数が不要に増加することを回避することができ、第２の遮断弁の寿命を延ばすことができる。
【００１９】
また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第３の態様に係る燃料電池システム１において、排出流量抑制手段は、制御部６０が第２の遮断弁２２の開度を調節することで構成されている。
【００２０】
このように構成すると、特別な装置を設けることなく、制御によって原料を穏やかに外部へ排出することができる。
【００２１】
また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第７の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、制御部６０は、減圧処理を開始してから第１の所定の時間が経過した際に、脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力が第２の所定の値を超えているときに、異常があると推定するように構成されている。
【００２２】
このように構成すると、異常が生じた可能性があるまま運転を継続することを回避することが可能になる。
【００２３】
また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第８の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、制御部６０は、減圧処理を行っている最中、第２の所定の時間以内に脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力の低下分が第１の所定の差分未満のとき、又は、脱硫器内圧検知器２３が検知した圧力が第２の所定の差分低下する前に第３の所定の時間が経過したときに、異常があると推定するように構成されている。
【００２４】
このように構成すると、異常が生じた可能性があるまま運転を継続することを回避することが可能になる。
【００２５】
また、本発明の第１０の態様に係る脱硫器の過圧解消方法として、例えば図１及び図２を参照して示すと、炭化水素系の原料を脱硫する脱硫器１１内に存在する原料Ｄを封入する原料封入工程（Ｓ１）と；原料Ｄが封入された脱硫器１１の内部の圧力を直接又は間接的に検知する脱硫器内圧検知工程（Ｓ２）と；脱硫器内圧検知工程（Ｓ２）で検知される圧力が第１の所定の値以上となったときに、脱硫器１１と連通可能な改質部５１に向けて改質用空気ＡＲを供給すると共に、脱硫器１１内の原料を改質部５１に向けて排出することで、脱硫器１１の内部の圧力を第１の所定の値よりも小さい第２の所定の値まで低下させる減圧処理工程（Ｓ５）とを備えることとしてもよい。
【００２６】
このように構成すると、脱硫器から排出される原料が改質用空気で希釈されることとなり、機器類への影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、原料が改質用空気で希釈されることとなり、機器類への影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおける脱硫器の過圧解消制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３０】
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を説明する。図１は、燃料電池システム１の模式的系統図である。燃料電池システム１は、原料Ｄを脱硫する脱硫器１１と、脱硫器１１で脱硫された原料Ｄを水素に富む燃料ガスＥに改質する改質部としての改質器５１と、燃料電池５３と、制御部６０と、を主要構成機器として備えている。
【００３１】
原料Ｄは、改質することで燃料電池５３における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス（水素リッチガス）にできるものであり、炭化水素系燃料が用いられる。具体例として、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は、石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のもの等を適宜用いることができる。炭化水素類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。以下の説明では、脱硫器１１で脱硫される前の原料Ｄを脱硫前原料Ｄｒといい、脱硫器１１で脱硫された後の原料Ｄを脱硫済原料Ｄｆといい、両者を区別しない場合は単に原料Ｄと総称することとする。脱硫前原料Ｄｒは被脱硫原料に相当する。
【００３２】
脱硫器１１は、脱硫前原料Ｄｒに含まれている硫黄分を吸着する脱硫触媒１１ｃを内部に有している。脱硫触媒１１ｃには、ゼオライト系触媒や金属系触媒等が用いられる。脱硫器１１には、脱硫前原料Ｄｒを脱硫器１１に導く被脱硫原料ラインとしての脱硫前原料管１８と、脱硫済原料Ｄｆを改質器５１に導く脱硫済原料ラインとしての脱硫済原料管１９とが接続されている。なお、「・・・ライン」とは、流体の流路であり、典型的には専ら流体を案内する管であるが、他の用途に用いられる物と物との間に形成された空間であってもよい。脱硫前原料管１８には、流路を遮断可能な第１の遮断弁としての第１遮断弁２１が配設されている。第１遮断弁２１よりも上流側の脱硫前原料管１８には上流遮断弁２９が配設されている。脱硫済原料管１９には、流路を遮断可能な第２の遮断弁としての第２遮断弁２２が配設されている。第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２は、本実施の形態では電磁弁が用いられている。第２遮断弁２２よりも下流側の脱硫済原料管１９には、脱硫済原料Ｄｆを改質器５１に向けて圧送する原料ブロワ１３が配設されている。脱硫器１１と第１遮断弁２１との間の脱硫前原料管１８には、脱硫器内圧検知器としての圧力計２３が設けられている。なお、圧力計２３は、脱硫器１１の内部の圧力を検知することができればよく、第２遮断弁２２よりも上流側の脱硫済原料管１９や脱硫器１１に設けられていてもよい。
【００３３】
改質器５１は、脱硫済原料Ｄｆの改質を促進させる改質触媒５１ｃを内部に有している。本実施の形態では、改質触媒５１ｃとして、自己熱改質触媒が改質器５１に収容されている。改質器５１には、脱硫済原料管１９と、改質用空気ＡＲを導入する改質用空気ラインとしての改質用空気管３２と、改質水導入管（不図示）とが接続されている。改質用空気管３２には、改質用空気ＡＲを改質器５１に向けて圧送する改質用空気ブロワ３３が配設されている。改質用空気管３２と改質用空気ブロワ３３とを含んで、改質用空気供給部３１を構成している。改質器５１は、脱硫済原料Ｄｆと、改質用空気ＡＲと、改質水とを導入し、脱硫済原料Ｄｆ中の炭化水素の一部を改質用空気ＡＲで燃焼させ、その発熱により脱硫済原料Ｄｆ中の炭化水素と改質水（水蒸気）とを改質触媒５１ｃの下で改質反応させて、燃料ガスＥを生成するように構成されている。改質器５１には、また、生成された燃料ガスＥを導出する燃料ガスラインとしての燃料ガス管５２が接続されている。
【００３４】
燃料電池５３は、燃料ガス管５２を介して改質器５１と接続されている。燃料電池５３には、また、発電用空気ＡＧを導入する発電用空気ラインとしての発電用空気管４２が接続されている。発電用空気管４２には、発電用空気ＡＧを燃料電池５３に向けて圧送する発電用空気ブロワ４３が配設されている。発電用空気管４２と発電用空気ブロワ４３とを含んで、発電用空気供給部４１を構成している。燃料電池５３は、燃料ガスＥ及び発電用空気ＡＧを導入し、燃料ガスＥ中の水素等と発電用空気ＡＧ中の酸素との電気化学的反応により直流の電力を発生するように構成されており、一般にセルスタックと呼称される場合もある。燃料電池５３としては、本実施の形態では円筒型（平板円筒型を含む）の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられているが、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）等の、ＳＯＦＣ以外の燃料電池であってもよい。燃料電池５３における発電のために燃料電池５３に供給された燃料ガスＥ及び発電用空気ＡＧは、そのすべてが発電に利用されるのではなく、燃料電池５３の発電電流に応じた分が利用され、発電に利用されなかった分は、オフガスＦとして導出される。なお、本実施の形態では、燃料電池５３の下流側に、燃料電池５３から導出されたオフガスＦを燃焼させるバーナー（不図示）が設けられており、バーナー（不図示）でオフガスＦを燃焼させたときの発熱で改質器５１を加熱することができるように構成されている。
【００３５】
燃料電池システム１は、燃料電池５３の下流に、燃焼部５５を備えている。燃焼部５５は、燃料電池５３から排出されてバーナー（不図示）で燃焼した後のオフガスＦを導入し、１次燃焼後のオフガスＦ中に含まれる未燃の可燃成分を燃焼処理するように構成されている。燃焼部５５は、主として１次燃焼後のオフガスＦ中の未燃成分を燃焼させるためのものであるが、改質器５１に隣接して配置し、改質器５１内の改質触媒５１ｃに熱を与えることができるように構成されていてもよい。燃焼部５５は、１次燃焼後のオフガスＦ中の可燃成分を燃焼させる燃焼触媒（不図示）と、燃焼触媒を活性温度に昇温するヒータ５５ｈとを有している。燃焼触媒は、１次燃焼後のオフガスＦ中の可燃成分の酸化を促進させる物質で構成されており、例えば、白金、パラジウム等の貴金属系触媒や、マンガン、鉄等の卑金属系触媒等を用いることができる。ヒータ５５ｈは、燃料電池システム１の起動時に燃焼触媒（不図示）を活性温度まで速やかに上昇させることができる発熱量を有するように構成されている。燃焼部５５は、１次燃焼後のオフガスＦの燃焼によって生じる排ガスＧを排出するように構成されている。燃焼部５５には、排ガスＧを流す排ガスラインとしての排ガス管５９が接続されている。
【００３６】
制御部６０は、燃料電池システム１の動作を制御する機器である。制御部６０は、第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御部６０は、圧力計２３と信号ケーブルで接続されており、圧力計２３が検知した値を信号として受信することができるように構成されている。また、制御部６０は、原料ブロワ１３、改質用空気ブロワ３３、発電用空気ブロワ４３とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各ブロワ１３、３３、４３の発停を制御することができるように構成されている。また、制御部６０は、ヒータ５５ｈと信号ケーブルで接続されており、ヒータ５５ｈのオン・オフを制御することができるように構成されている。
【００３７】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１の作用を説明する。燃料電池システム１を起動する指令を制御部６０が受けると、制御部６０は、第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２を開にすると共に、原料ブロワ１３を起動する。なお、上流遮断弁２９は、燃料電池システム１の運転時は常時開となっている。原料ブロワ１３が起動すると、脱硫前原料管１８を介して脱硫前原料Ｄｒが脱硫器１１に導入される。脱硫前原料Ｄｒは、脱硫器１１において脱硫触媒１１ｃの作用によって硫黄分が吸着され、改質器５１及び燃料電池５３に悪影響を与えないように脱硫された脱硫済原料Ｄｆとなる。脱硫前原料Ｄｒの脱硫が行われている脱硫器１１は、概ね５０℃程度となる。脱硫済原料Ｄｆは、脱硫済原料管１９を介して改質器５１に導入される。
【００３８】
脱硫済原料Ｄｆが改質器５１に導入されるようになると、制御部６０は、改質用空気ブロワ３３を起動する。改質用空気ブロワ３３が起動すると、改質用空気管３２を介して改質用空気ＡＲが改質器５１に導入される。また、改質器５１には、改質水導入管（不図示）を介して改質水も導入される。脱硫済原料Ｄｆ、改質用空気ＡＲ、及び改質水が導入された改質器５１では、自己熱改質反応が行われ、燃料ガスＥが生成される。自己熱改質反応が行われている改質器５１は、概ね６００℃程度となる。改質器５１の温度が上昇して燃料ガスＥが安定して生成されるようになると、改質用空気ブロワ３３が停止されて改質器５１への改質用空気ＡＲの供給が停止され、改質水から変化した水蒸気による水蒸気改質により、燃料ガスＥが生成される。改質器５１で生成された燃料ガスＥは、燃料ガス管５２を介して燃料電池５３に供給される。
【００３９】
燃料ガスＥが燃料電池５３に供給されるようになると、制御部６０は、発電用空気ブロワ４３を起動する。発電用空気ブロワ４３が起動すると、発電用空気管４２を介して発電用空気ＡＧが燃料電池５３に導入される。燃料ガスＥ及び発電用空気ＡＧが導入された燃料電池５３では、燃料ガスＥ中の水素等と発電用空気ＡＧ中の酸素との電気化学的反応による発電が行われる。燃料電池５３で発生した電力は、燃料電池システム１内の電気機器（各ブロワ１３、４３等）及び／又は燃料電池システム１外の電力負荷（不図示）に供給される。燃料電池５３に導入された燃料ガスＥ及び発電用空気ＡＧは、発電に利用された後にオフガスＦとして排出され、バーナー（不図示）で１次燃焼されて改質器５１に熱を与えた後、燃焼部５５に至る。
【００４０】
燃焼部５５では、燃料電池システム１の起動初期は、燃焼触媒が活性温度に達していないため、制御部６０がヒータ５５ｈを作動させ、燃焼触媒を速やかに活性温度に上昇させる。制御部６０は、燃焼触媒が活性温度に達したら、ヒータ５５ｈへの通電を停止する。燃焼部５５に導入された１次燃焼後のオフガスＦは、燃焼触媒によって燃焼処理される。燃焼部５５における１次燃焼後のオフガスＦの燃焼によって生ずる燃焼熱を、改質器５１における改質反応に利用することとしてもよい。燃焼部５５で１次燃焼後のオフガスＦが燃焼されることによって生じた排ガスＧは、排ガス管５９を流れて燃料電池システム１から排出される。
【００４１】
上述のように運転する燃料電池システム１において、燃料電池５３の発電を停止する際、制御部６０は、原料ブロワ１３を停止すると共に、第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２を閉にする。これにより、脱硫済原料Ｄｆの改質器５１への供給が停止され、ひいては燃料ガスＥの燃料電池５３への供給が停止される。また、制御部６０は、発電用空気ブロワ４３を停止する。これにより、発電用空気ＡＧの燃料電池５３への供給が停止される。閉じられている第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２の間にある脱硫器１１並びに脱硫器１１と連絡（連通）している脱硫前原料管１８及び脱硫済原料管１９の部分は、内部が密封された空間となっているため、周囲の環境の温度の変化に応じて内部の圧力が変動することとなる。典型的には、脱硫器１１の温度が上昇したときに内部の圧力が上昇し、脱硫器１１の温度が低下したときに内部の圧力が低下することとなる。
【００４２】
脱硫器１１内の圧力の過度の上昇を回避するために、圧力計２３が検知した値が第１の所定の値以上となったときに、第２遮断弁２２を開にすることで、脱硫器１１内の圧力を逃がすことができる。ここで、第１の所定の値は、脱硫器１１の保護の観点から設定される圧力の上限値であり、例えば６５ｋＰａ（ゲージ圧）とすることができる。第２遮断弁２２を開にすることで、脱硫器１１内の圧力を逃がすことができるが、脱硫器１１まわりに封入されていた原料Ｄがそのまま下流側に流出すると、燃料電池システム１内に設置されているガス検知器等の補機類の誤作動が生じ得る。燃料電池システム１では、以下の方策により、補機類の誤作動を回避しつつ、脱硫器１１内の圧力上昇を抑制することとしている。
【００４３】
図２は、燃料電池システム１における脱硫器１１の過圧解消制御のフローチャートである。以下の説明において、燃料電池システム１の構成に言及しているときは適宜図１を参照することとする。燃料電池システム１は、発電の停止中、上述のように、第１遮断弁２１及び第２遮断弁２２を閉じて脱硫器１１まわりを密封し、脱硫器１１内に存在する原料Ｄを封入している（原料封入工程：Ｓ１）。そして、制御部６０は、圧力計２３が検知した値を適宜受信しており、圧力計２３が検知した値が第１の所定の値以上か否かを判断する（脱硫器内圧検知工程：Ｓ２）。圧力計２３が検知した値が第１の所定の値以上ではない場合は、再び脱硫器内圧検知工程（Ｓ２）に戻る。
【００４４】
他方、脱硫器内圧検知工程（Ｓ２）において、圧力計２３が検知した値が第１の所定の値以上の場合、制御部６０は、改質用空気ブロワ３３を起動する（Ｓ３）。改質用空気ブロワ３３の起動により、改質用空気ＡＲが改質器５１に供給される。また、制御部６０は、発電用空気ブロワ４３を起動する（Ｓ４）。発電用空気ブロワ４３の起動により、発電用空気ＡＧが燃料電池５３に供給される。しかし、発電が停止している燃料電池システム１では、燃料ガスＥが燃料電池５３に供給されていない。このため、燃料電池５３に供給された発電用空気ＡＧは、燃料電池５３を通過して、排ガス管５９を流れていく。また、制御部６０は、第２遮断弁２２の開閉の繰り返し（第２遮断弁２２を断続的に開けること）を開始することで、脱硫器１１内に封入されていた原料Ｄを改質器５１に向けて排出し、脱硫器１１内の圧力を低下させる（減圧処理工程：Ｓ５）。なお、図２のフローでは、改質用空気ブロワ３３を起動する工程（Ｓ３）、発電用空気ブロワ４３を起動する工程（Ｓ４）の順に行うように示されているが、典型的にはこの２つの工程（Ｓ３、Ｓ４）は同時に開始される。また、第２遮断弁２２の開閉の繰り返しを開始する工程（Ｓ５）は、典型的には上記２つの工程（Ｓ３、Ｓ４）の開始から少し遅れて開始されるが、上記２つの工程（Ｓ３、Ｓ４）と同時に開始されることとしてもよい。
【００４５】
第２遮断弁２２を開けて脱硫器１１に封入されている原料Ｄを排出する際に、改質用空気ＡＲ及び発電用空気ＡＧが供給されるため、原料Ｄは希釈されて燃料電池システム１から排出されることとなり、原料Ｄがそのまま排出された場合に生じ得る補機類の誤作動を回避することができる。また、原料Ｄが脱硫器１１から排出される際には改質用空気ＡＲが供給されているため、原料Ｄが改質器５１を通過する際に改質触媒５１ｃに吸着することを抑制することができ、改質触媒５１ｃの能力の低下を抑制することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、第２遮断弁２２の開閉を繰り返すので、第２遮断弁２２を開のまま維持する場合に比べて、脱硫器１１から排出される原料Ｄの流量が小さくなる。第２遮断弁２２を開けている時間と閉じている時間とは、第２遮断弁２２の特性や脱硫器１１内部の圧力等を勘案して、燃料電池システム１から排出される原料Ｄが燃焼下限未満の濃度となるように決定される。このとき、発電用空気ＡＧが供給されていなくても燃料電池システム１から排出される原料Ｄが燃焼下限未満の濃度となるようにすることが好ましい。例えば、第２遮断弁２２を、０．１秒間開け、その後０．３秒間閉じることを繰り返す（開閉比率が１：３）ように制御することができる。上述のように、本実施の形態では、制御部６０に制御される第２遮断弁２２の開閉動作の繰り返しによって燃料電池システム１から排出される原料Ｄを燃焼下限未満の濃度としているため、第２遮断弁２２及び制御部６０で排出流量抑制手段を構成している。換言すれば、第２遮断弁２２及び制御部６０は、排出流量抑制手段を兼ねている。
【００４７】
第２遮断弁２２の開閉の繰り返しを開始する工程（Ｓ５）を行ったら、制御部６０は、圧力計２３が検知した値が第２の所定の値以下か否かを判断する（脱硫器内圧低下確認工程：Ｓ６）。ここで、第２の所定の値は、脱硫器１１の過圧が解消した後に温度が低下しても脱硫器１１が負圧になることを回避し得る圧力であり、例えば４０ｋＰａ（ゲージ圧）とすることができる。このとき、圧力計２３が検知した値が第２の所定の値を下回ったとしても、圧力計２３が検知した値はこれまでの過程で第１の所定の値から低下してきたものであるから、第２の所定の値から大きく乖離することはない。圧力計２３が検知した値が第２の所定の値以下でない場合は、第２遮断弁２２の開閉の繰り返しを開始する工程（Ｓ５）から（第２遮断弁２２の開閉の繰り返しを開始してから）第１の所定の時間が経過したか否かを判断する（Ｓ７）。ここで、第１の所定の時間は、異常がなければ遅くとも圧力計２３が第２の所定の値以下を検知しているであろう時間である。第１の所定の時間が経過していない場合、制御部６０は、基準時から第２の所定の時間が経過したか否かを判断する（Ｓ８）。ここで、第２の所定の時間は、第１の所定の時間よりも短い任意の時間であり、異常の発生の有無を判断することができ、仮に何らかの異常が生じた場合に構成機器の損傷をできるだけ抑制することができる観点から決定するとよい。第２の所定の時間は、例えば３０秒とすることができる。また、基準時は、典型的には、第１の所定の時間の計測を開始したとき、又は、前回の第２の所定の時間が経過したときである。
【００４８】
第２の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ８）において、第２の所定の時間が経過したとき、制御部６０は、第２の所定の時間の計測を開始してからの圧力計２３が検知した値の低下分が第１の所定の差分未満か否かを判断する（Ｓ９）。ここで、第１の所定の差分は、異常がなければ第２の所定の時間以内に低下しているであろう圧力の差である。第１の所定の差分は、例えば１ｋＰａ（ゲージ圧）とすることができる。圧力計２３が検知した値の低下分が第１の所定の差分未満か否かを判断する工程（Ｓ９）において第１の所定の差分未満の場合、及び上述の第１の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ７）において第１の所定の時間が経過している場合、制御部６０は、第２遮断弁２２の故障等、何らかの異常があると推定する（Ｓ１０）。本実施の形態では、制御部６０は、何らかの異常があると推定したとき（Ｓ１０）、エラー信号を発することとしている。このとき、併せて過圧解消制御を停止することとしてもよい。このように、異常発生の可能性を認識することで、燃料電池システム１に異常が生じた可能性があるまま運転を継続することを回避することができる。
【００４９】
第２の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ８）において第２の所定の時間が経過していない場合、及び圧力計２３が検知した値の低下分が第１の所定の差分未満か否かを判断する工程（Ｓ９）において第１の所定の差分未満でない場合、制御部６０は、圧力計２３が検知した値が第３の所定の値以下か否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、第３の所定の値は、第２遮断弁２２を開のまま維持した場合であっても、燃料電池システム１から排出される原料Ｄの流量が、第２遮断弁２２の開閉の繰り返しを開始する工程（Ｓ５）の当初と同等以下となる圧力である。圧力計２３が検知した値が第３の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓ１１）において、第３の所定の値以下でない場合は、第２遮断弁２２の開閉の繰り返しを開始する工程（Ｓ５）から、第２遮断弁２２の開閉動作の回数が所定の回数を超えたか否かを判断する（Ｓ１２）。ここで、所定の回数は、脱硫器１１内の圧力の低下と第２遮断弁２２の耐久性とを勘案して決定される任意の回数であり、例えば、正常な状態で圧力計２３が検知した値が第３の所定の値まで低下するまでに第２遮断弁２２を開閉する回数以上の回数とすることができる。第２遮断弁２２の開閉動作の回数が所定の回数を超えたか否かを判断する工程（Ｓ１２）において、所定の回数を超えていない場合、脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）に戻る。
【００５０】
他方、圧力計２３が検知した値が第３の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓ１１）において第３の所定の値以下の場合、及び第２遮断弁２２の開閉動作の回数が所定の回数を超えたか否かを判断する工程（Ｓ１２）において所定の回数を超えている場合、制御部６０は、第２遮断弁２２を、開閉を繰り返している状態から、開のまま維持する状態に切り替える（Ｓ１３）。上記の条件を充足したときに第２遮断弁２２を開の状態に維持することで、第２遮断弁２２の開閉回数の増加を抑制することができ、第２遮断弁２２の寿命を延ばすことができる。第２遮断弁２２を開の状態に維持することとしたら、脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）に戻る。
【００５１】
脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）において、圧力計２３が検知した値が第２の所定の値以下の場合、制御部６０は、発電用空気ブロワ４３を停止する（Ｓ１４）。また、制御部６０は、改質用空気ブロワ３３を停止する（Ｓ１５）。また、制御部６０は、第２遮断弁２２を閉じる（Ｓ１６）。なお、図２のフローでは、発電用空気ブロワ４３を停止する工程（Ｓ１４）、改質用空気ブロワ３３を停止する工程（Ｓ１５）、第２遮断弁２２を閉じる工程（Ｓ１６）の順に行うように示されているが、これらの３つの工程（Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６）は同時に行われることとしてもよい。第２遮断弁２２を閉じたら（Ｓ１６）、制御部６０は、燃料電池５３が運転を開始したか否かを判断する（Ｓ１７）。燃料電池５３が運転を開始していない場合、脱硫器内圧検知工程（Ｓ２）に戻り、以下、上述のフローを行う。他方、燃料電池５３が運転を開始したか否かを判断する工程（Ｓ１７）において、運転を開始した場合、脱硫器１１の過圧解消制御は終了する。
【００５２】
以上で説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム１によれば、過圧解消制御において脱硫器１１の内部圧力が第１の所定の値以上となったときに、改質用空気ＡＲ及び発電用空気ＡＧを供給しつつ第２遮断弁２２の開閉を繰り返すので、燃料電池システム１から排出される原料Ｄが燃焼下限未満の濃度に希釈されることとなり、原料Ｄがそのまま排出された場合に生じ得る補機類の誤作動を回避することができる。
【００５３】
以上の説明では、第２遮断弁２２が電磁弁であるとしたが、電動弁であってもよい。第２遮断弁２２が電動弁の場合、排出流量抑制手段は、制御部６０が電動弁（第２遮断弁２２）の開度を調節することで構成することができ、弁の頻繁な開閉に伴う劣化を抑制することができる。他方、第２遮断弁２２を電磁弁とすると、応答を早めることができる。
【００５４】
以上の説明では、排出流量抑制手段が、電磁弁の開閉動作の繰り返し、又は電動弁の開度調節で構成されることとしたが、第２遮断弁２２の下流側の脱硫済原料管１９に、キャピラリ又はオリフィスが設置されたバイパス管を設け、脱硫器１１の過圧解消制御において脱硫器１１から排出された原料Ｄがキャピラリ又はオリフィスが設置されたバイパス管を通過するように構成されていてもよい。このようにすると、原料Ｄの排出流量の抑制の信頼性を向上させることができる。他方、排出流量抑制手段を弁の開閉動作又は開度調節で構成することとすると、特別な装置を設けることなく原料Ｄを穏やかに排出することができる。
【００５５】
以上の説明では、圧力計２３が検知した値が第１の所定の値以上のときに、改質用空気ＡＲ及び発電用空気ＡＧを供給することとしたが、改質用空気ＡＲの供給で原料Ｄを所望の濃度に希釈することができる場合は、発電用空気ＡＧを供給しなくてもよい。
【００５６】
以上の説明では、基準時から第２の所定の時間が経過して（Ｓ８でＹｅｓ）、圧力計２３が検知した値の低下分が第１の所定の差分未満の場合（Ｓ９でＹｅｓ）に、何らかの異常があると推定することとしたが（Ｓ１０）、これらの判断をする工程（Ｓ８、Ｓ９）に代えて、圧力計２３が検知した値が第２の所定の差分低下する前に第３の所定の時間が経過したときに、異常があると推定することとしてもよい。例えば、４ｋＰａ（ゲージ圧）低下する前に５分が経過した場合に異常があると推定する場合は、第２の所定の差分が４ｋＰａ（ゲージ圧）、第３の所定の時間が５分となる。なお、異常の発生を推定することを導くための一連の工程（Ｓ７〜Ｓ１０）を省略してもよく、この場合は、脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）において第２の所定の値以下でない場合に、圧力計２３が検知した値が第３の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓ１１）に進むこととなる。
【００５７】
以上の説明では、第２遮断弁２２の開閉回数の増加を抑制するために、圧力計２３が検知した値が第３の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓ１１）、及び第２遮断弁２２の開閉動作の回数が所定の回数を超えたか否かを判断する工程（Ｓ１２）を行うこととしたが、これらの一方又は両方の工程を省略してもよい。第２遮断弁２２の開閉動作の回数が所定の回数を超えたか否かを判断する工程（Ｓ１２）が省略される場合、圧力計２３が検知した値が第３の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓ１１）において第３の所定の値以下でないときに、脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）に戻ることとなる。また、両方の工程（Ｓ１１、Ｓ１２）が省略される場合は、第２遮断弁２２を開の状態に維持する工程（Ｓ１３）も省略されることとなる。第２遮断弁２２を開の状態に維持することを導くための一連の工程（Ｓ１１〜Ｓ１３）が省略される場合は、第２の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ８）において第２の所定の時間が経過していない場合、及び圧力計２３が検知した値の低下分が第１の所定の差分未満か否かを判断する工程（Ｓ９）において第１の所定の差分未満でない場合に、脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）に戻ることとなる。なお、異常の発生を推定することを導くための一連の工程（Ｓ７〜Ｓ１０）、及び第２遮断弁２２を開の状態に維持することを導くための一連の工程（Ｓ１１〜Ｓ１３）の双方が省略される場合は、脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）において第２の所定の値以下でない場合に、再び脱硫器内圧低下確認工程（Ｓ６）に戻ることとなる。
【符号の説明】
【００５８】
１    燃料電池システム
１１  脱硫器
１８  脱硫前原料管
１９  脱硫済原料管
２１  第１遮断弁
２２  第２遮断弁
２３  圧力計
３１  改質用空気供給部
３３  改質用空気ブロワ
４１  発電用空気供給部
４３  発電用空気ブロワ
５１  改質器
５３  燃料電池
６０  制御部
Ｄ    原料
Ｄｒ  脱硫前原料
Ｄｆ  脱硫済原料
Ｅ    燃料ガス
ＡＧ  発電用空気
ＡＲ  改質用空気
【図１】
2015185536.tif 000003
【図２】
2015185536.tif 000004