(57)【要約】【課題】燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供する。【解決手段】燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスを燃料電池Ｇに供給し且つその燃料電池Ｇから発電に使用された後に排出される排燃料ガスを改質バーナ３に供給する通常通流経路Ｒｕと、燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスを燃料電池Ｇを迂回して改質バーナ３に供給する電池迂回通流経路Ｒｂとが設けられ、燃料ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、通常通流経路Ｒｕを通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路Ｒｕ及び電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段Ｋにより原燃料を供給して、燃料ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項２】
原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを原燃料に置換し、続いて、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項３】
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が前記改質バーナにて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了する請求項１又は２記載の燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項４】
原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記起動時処理において、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換え、且つ、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料が充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、前記窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換える燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項５】
前記窒素用の迂回処理用設定時間を、前記原燃料用の迂回処理用設定時間の１．５倍以上とする請求項４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、燃料電池発電装置の運転方法に関し、詳しくは、
原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃料電池発電装置は、水素ガスを主成分とする燃料ガスが燃料ガス生成部にて生成され、その生成された燃料ガスが燃料電池に供給されて、燃料電池において発電されるものである。
そして、例えば、炭化水素系の原燃料の一例としての都市ガス（例えば天然ガスベースの１３Ａ）には付臭剤としての硫黄成分が含有されている等、原燃料には硫黄成分が含有されている場合があるので、燃料ガス生成部には、脱硫部が設けられ、その脱硫部にて脱硫された原燃料が改質部に供給されると共に、脱硫部から改質部に供給される原燃料に水蒸気生成部により水蒸気が混合されて、改質部において、改質バーナによる加熱状態で、原燃料が水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理されて、その改質処理ガスが燃料ガスとして燃料電池に供給されるようになっている。
【０００３】
燃料電池にて発電させる通常の運転状態においては、通常通流経路が通流状態にされて、燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスが燃料電池に供給され、その燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスが燃焼用ガスとして改質バーナに供給されて、その改質バーナにてその排燃料ガスを燃焼させるようになっている。
【０００４】
ところで、このような燃料電池発電装置においては、燃料ガス生成部や燃料電池に水蒸気が残留したまま運転が停止されて、その残留水蒸気が停止中に凝縮したり、運転の停止中に燃料ガス生成部や燃料電池に空気が浸入すると、改質部の改質触媒や燃料電池の電極触媒等の触媒の活性が低下する虞があるので、運転の停止時に、触媒の活性低下を防止可能なパージ用ガスを燃料ガス生成部及び燃料電池に充填する停止時処理を行うようになっている。
そして、パージ用ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを用いると、ボンベ等の不活性ガス供給設備が必要となるので、近年では、不活性ガス供給設備を不要とするために、パージ用ガスとして原燃料が用いられるようになっている。
【０００５】
この原燃料は、水蒸気が混合されていない状態で加熱されると、その加熱温度によっては、熱分解を起こして炭素を析出して、改質部の改質触媒や燃料電池の電極触媒等の触媒の活性を低下させる虞がある。
そこで、停止時処理においては、改質バーナの燃焼を停止し、改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、原燃料供給手段による原燃料の供給及び水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料を充填するようにして、原燃料を熱分解させず且つ水蒸気を残留させない状態で、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料を充填するようになっている。
【０００６】
又、起動時には、改質バーナの燃焼を開始して、改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行うようにして、停止時に燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた原燃料を熱分解させることなく、改質部の温度を改質処理可能な温度に昇温させるようになっている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
ちなみに、上記の特許文献１には明確には記載されていないが、前記起動時処理は、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態で行い、その起動時処理を行う時間は、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換するのに要する時間に設定していた。
尚、上記の特許文献１には記載されていないが、前記起動時処理は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で行うことも考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３４４４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このような燃料電池発電装置をメーカから出荷するときや、燃料電池発電装置を移設するときには、改質部の改質触媒や燃料電池の電極触媒等の触媒の活性低下を防止するために、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスを充填するようになっているので、燃料電池発電装置は、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填された状態で設置されることになる。
【００１０】
従来の燃料電池発電装置では、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填された状態で起動させるときも、上述した通常の起動時処理を行うことになる。
つまり、従来の燃料電池発電装置では、通常の起動時処理を行うことにより、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを排出するようになっていた。
しかしながら、その通常の起動時処理では、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを十分に排出するには時間が短く、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを十分に排出することができない虞があった。
しかも、その起動時処理では、水蒸気生成部により、水蒸気を脱硫部と改質部とを接続する流路に水蒸気を供給して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換するのであり、そのように原燃料を水蒸気にて置換するときには、脱硫部には水蒸気が通流しないので、特に、脱硫部に充填されている窒素ガスを排出することができないものであった。
【００１１】
そして、燃料ガス生成部や燃料電池に窒素ガスが残留していると、その窒素が原燃料の改質処理により発生する水素と下記の反応式にて反応してアンモニアが発生し、そのアンモニアにより電極触媒等が被毒して、発電性能が低下する虞があり、改善が望まれるものであった。
【００１２】
Ｎ2＋３Ｈ2→２ＮＨ3
【００１３】
又、改質処理ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を改質用水ばかりでなく、高分子型の燃料電池における高分子電解質膜の加湿用として用いる場合があるが、そのような場合には、凝縮水にアンモニアが溶け込んでいると、電極触媒が被毒して、発電性能が低下することになり、この点からも改善が望まれるものであった。
【００１４】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置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】
【００１５】
本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第１特徴構成は、原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する点を特徴とする。
【００１６】
即ち、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する。
【００１７】
つまり、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、初期置換処理を実行し、その初期置換処理では、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することが可能な時間原燃料を供給することにより、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを改質バーナを通して確実に排出して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換することができる。
尚、初期置換処理では、原燃料供給手段により原燃料を脱硫部から改質部及び燃料電池に供給するので、燃料ガス生成部については、脱硫部を含めて、充填されている窒素ガスを確実に排出して原燃料に置換することができることは勿論である。
そして、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することができるので、アンモニアが生成されるのを防止することができるようになり、発電性能の低下を抑制することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
【００１８】
第２特徴構成は、上記第１特徴構成と同様の前提構成の燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを原燃料に置換し、続いて、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する点を特徴とする。
【００１９】
即ち、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを原燃料に置換し、続いて、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する。
【００２０】
つまり、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、初期置換処理を実行し、その初期置換処理では、先ず、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により、燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを確実に排出することが可能な時間、原燃料を供給し、続いて、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により、燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することが可能な時間原燃料を供給することにより、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを改質バーナを通して確実に排出して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換することができる。
尚、初期置換処理では、原燃料供給手段により原燃料を脱硫部から改質部及び燃料電池に供給するので、燃料ガス生成部については、脱硫部を含めて、充填されている窒素ガスを確実に排出して原燃料に置換することができることは勿論である。
そして、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することができるので、アンモニアが生成されるのを防止することができるようになり、発電性能の低下を抑制することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
【００２１】
第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が前記改質バーナにて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了する点を特徴とする。
【００２２】
即ち、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が改質バーナにて燃焼する状態となると、初期置換処理を終了する。
つまり、原燃料供給手段により原燃料を供給すると、燃料ガス生成部や燃料電池に充填されている窒素ガスが燃料ガスに押し流されて改質バーナに至ってその改質バーナから排出されることになるので、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が改質バーナにて燃焼する状態となると、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスが確実に排出されたこととなる。
そこで、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が改質バーナにて燃焼する状態になると、初期置換処理を終了するようにすることにより、原燃料供給手段により不必要に長い時間原燃料を供給して、原燃料を無駄に消費するのを防止することができながら、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、原燃料を無駄に消費することなく、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
【００２３】
第４特徴構成は、上記第１特徴構成と同様の前提構成の燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記起動時処理において、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換え、且つ、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料が充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、前記窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換える点を特徴とする。
【００２４】
即ち、起動時処理において、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている場合には、原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると通常通流経路を通流状態に切り換え、且つ、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料が充填されている場合には、原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると通常通流経路を通流状態に切り換える。
【００２５】
つまり、起動時処理において、改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温して、原燃料供給手段により原燃料の供給を開始しても、その初期は、改質処理が不安定で生成される燃料ガスの組成が不安定になる虞があるので、原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、迂回処理用設定時間が経過するまでは電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態として、不安定な組成の燃料ガスが燃料電池に供給されないようにする。
【００２６】
そして、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている場合に実行する起動時処理における窒素用の迂回処理用設定時間を、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料が充填されている場合に実行する起動時処理における原燃料用の迂回処理用設定時間よりも長くすることにより、脱硫部を含めて燃料ガス生成部に窒素が残留していてアンモニアが生成される可能性がある間は、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態として、アンモニアが含有される虞がある燃料ガスを燃料電池に供給しないようにすることにより、発電性能の低下を抑制することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
【００２７】
第５特徴構成は、上記第４特徴構成に加えて、
前記窒素用の迂回処理用設定時間を、前記原燃料用の迂回処理用設定時間の１．５倍以上とする点を特徴とする。
【００２８】
即ち、窒素用の迂回処理用設定時間を原燃料用の迂回処理用設定時間の１．５倍以上とすることにより、アンモニアが含有されないようになってから、燃料ガスを燃料電池に供給することができる。
つまり、種々実験を行った結果、窒素用の迂回処理用設定時間を原燃料用の迂回処理用設定時間の１．５倍以上とすることにより、脱硫部を含めて燃料ガス生成部に窒素が残留していない状態となって、燃料電池に供給される燃料ガスにアンモニアが含有されないようにすることができることを見出した。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下をより一層抑制するように運転することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池発電装置には、原燃料供給手段としての原燃料供給部Ｋから供給される炭化水素系の原燃料ガスを脱硫する脱硫部１と、その脱硫部１から供給される脱硫原燃料ガスを改質バーナ３による加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部２とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部Ｐ、その燃料ガス生成部Ｐから燃料ガスが供給されて発電する燃料電池Ｇ、供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部１から前記改質部２に供給される原燃料ガスに混合する水蒸気生成部Ｂ、前記燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスを前記燃料電池Ｇに供給し且つその燃料電池Ｇから発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナ３に供給する通常通流経路Ｒｕ、前記燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスを前記燃料電池Ｇを迂回して前記改質バーナ３に供給する電池迂回通流経路Ｒｂ、前記通常通流経路Ｒｕを通流状態にする通常通流状態と前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態にする電池迂回通流状態と前記通常通流経路Ｒｕ及び前記電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態にする並行通流状態とに切り換え自在な流路切換部Ｓ、並びに、運転を制御する運転制御部Ｃが設けられている。
【００３０】
前記燃料電池Ｇは、周知であるので詳細な説明及び図示は省略して簡単に説明すると、この燃料電池Ｇは、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けた固体高分子型に構成され、各セルの燃料極に前記燃料ガス生成部Ｐから燃料ガス供給路７を通して燃料ガスが供給され、各セルの酸素極に反応用送風機４から空気が供給されて、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。
【００３１】
前記燃料ガス生成部Ｐは、前記脱硫室１及び前記改質部２に加えて、その改質部２から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成部５と、その変成部５から供給される改質処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化部６等を備えて構成されて、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成するように構成されている。
【００３２】
原燃料ガスを供給する発電用原燃料供給路８が前記脱硫部１に接続され、その脱硫部１にて脱硫処理された脱硫原燃料ガスが前記改質部２に供給され、その改質部２にて改質処理された改質処理ガスが前記変成部５に供給され、その変成部５にて変成処理された改質処理ガスが前記選択酸化部６に供給されるように、前記脱硫部１、前記改質部２、前記変成部５、前記選択酸化部６がガス処理流路９にて接続され、その選択酸化部６にて選択酸化処理された改質処理ガスが燃料ガスとして、前記燃料ガス供給路７を通して前記燃料電池Ｇの燃料極に供給されるように構成されている。
【００３３】
前記発電用原燃料供給路８には、前記脱硫部１への原燃料ガスの供給を断続する発電用原燃料断続弁Ｖ１、及び、前記脱硫部１への原燃料ガスの供給量を調節する発電用原燃料調節弁Ｖ２が設けられている。
つまり、前記発電用原燃料供給路８、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１及び前記発電用原燃料調節弁Ｖ２により、前記原燃料供給部Ｋが構成される。
【００３４】
前記脱硫部１では、原燃料ガス中の硫黄成分を脱硫反応触媒により水素化し、その水素化物を酸化亜鉛等に吸着させて脱硫する。
前記改質部２では、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）である場合は、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質反応用触媒の触媒作用により、例えば６００〜７５０°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成させる。
前記変成部５では、酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成反応用触媒の触媒作用により、例えば１５０〜４００°Ｃの範囲の変成処理温度の下で、改質部２３から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する。
前記選択酸化部６では、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化用触媒の触媒作用により、例えば８０〜１５０°Ｃの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残存している一酸化炭素ガスを選択酸化する。
【００３５】
前記燃料電池Ｇの各セルの燃料極から排出された排燃料ガスを導くオフガス路１０が前記改質バーナ３に接続されて、排燃料ガスが燃焼用燃料として改質バーナ３に供給されるように構成されている。
又、前記燃料ガス供給路７と前記オフガス路１０とを前記燃料電池Ｇを迂回するように接続する電池迂回路１１が設けられている。
前記燃料ガス供給路７における前記電池迂回路１１の接続箇所よりも下流側の箇所に、電池上流側開閉弁Ｖ３が設けられ、前記オフガス路１０における前記電池迂回路１１の接続箇所よりも上流側の箇所に、電池下流側開閉弁Ｖ４が設けられ、前記電池迂回路１１には、電池迂回路開閉弁Ｖ５が設けられている。
【００３６】
つまり、前記燃料ガス供給路７及び前記オフガス路１０により、前記通常通流経路Ｒｕが構成され、前記燃料ガス供給路７における前記電池迂回路１１の接続箇所よりも上流側の部分、前記電池迂回路１１及び前記オフガス路１０における前記電池迂回路１１の接続箇所よりも下流側の部分にて、前記電池迂回通流経路Ｒｂが構成される。
【００３７】
そして、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４を開弁し、且つ、前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁することにより、前記通常通流経路Ｒｕを通流状態にする通常通流状態に切り換えられ、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４を閉弁し、且つ、前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を開弁することにより、前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態にする電池迂回通流状態に切り換えられ、前記電池上流側開閉弁Ｖ３、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を開弁することにより、前記通常通流経路Ｒｕ及び前記電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態にする並行通流状態に切り換えられる。
つまり、前記電池上流側開閉弁Ｖ３、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５により、前記流路切換部Ｓが構成される。
【００３８】
前記改質バーナ３には、原燃料ガスを燃焼用燃料として供給する燃焼用原燃料供給路１２、燃焼用送風機１３から燃焼用空気が送出される燃焼用空気供給路１４が接続されている。そして、前記燃焼用原燃料供給路１２には、前記改質バーナ３への燃焼用の原燃料ガスの供給を断続する燃焼用原燃料断続弁Ｖ６、及び、前記改質バーナ３への燃焼用の原燃料ガスの供給量を調節する燃焼用原燃料調節弁Ｖ７が設けられている。
又、前記改質バーナ３に点火するイグナイタ１５が設けられ、更に、前記改質バーナ３にて燃焼用燃料を燃焼させる燃焼室１６の温度（以下、燃焼室温度と記載する場合がある）を検出する燃焼温度センサＴｂ、及び、前記燃焼室１６にて加熱される改質部２の温度（以下、改質部温度と記載する場合がある）を検出する改質温度センサＴｒが設けられている。
【００３９】
前記水蒸気生成部Ｂは、前記燃焼室１６から前記改質バーナ３の燃焼排ガスが燃焼排ガス路１８を通して供給される燃焼排ガス通流部１９ｈと供給される改質用水を前記燃焼排ガス通流部１９ｈの加熱により蒸発させる蒸発処理部１９ｂとを伝熱可能に設けた蒸発器１９と、改質用水を貯留する改質用水タンク２０と、その改質用水タンク２０から改質用水を改質用水供給路２１を通して前記蒸発器１９の蒸発処理部１９ｂに供給する改質用水ポンプ２２等を備えて構成されている。
【００４０】
前記改質用水供給路２１には、改質用水を純水に精製する水処理部２３、その水処理部２３にて純水に精製された改質用水を前記燃料ガス供給路７を通流する燃料ガスと熱交換させて予熱する１段目予熱器２４、その１段目予熱器２４にて予熱された改質用水を更に前記変成部５と前記選択酸化部６とを接続するガス処理流路９を通流する改質処理ガスと熱交換させて予熱する２段目予熱器２５が上流側から順に設けられている。
【００４１】
前記電池迂回路１１には、通流するガスから凝縮水を分離する電池迂回路ドレイントラップ２６が設けられ、前記変成部５と前記選択酸化部６とを接続するガス処理流路９における前記２段目予熱器２５よりも下流側の箇所に、通流するガスから凝縮水を分離する変成部下流側ドレイントラップ２７が設けられている。
そして、前記電池迂回路ドレイントラップ２６にて分離された凝縮水、及び、前記変成部下流側ドレイントラップ２７にて分離された凝縮水が、凝縮水回収路２８を通して前記改質用水タンク２０に供給されるように構成されている。
図示を省略するが、前記燃料電池Ｇの酸素極から排出された排空気に含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水や、前記蒸発器１９の燃焼排ガス通流部１９ｈから排出された燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水も前記改質用水タンク２０に供給されるように構成されている。
つまり、改質処理ガス、燃料ガス、排空気及び燃焼排ガス等から回収した凝縮水を前記改質用水タンク２０に貯留して、その貯留している凝縮水を改質用水として用いるように構成されている。
【００４２】
前記凝縮水回収路２８には、排水路２９が接続され、その排水路２９には、排水用開閉弁３０が設けられて、この排水用開閉弁３０を開弁することにより、前記電池迂回路ドレイントラップ２６にて分離された凝縮水、及び、前記変成部下流側ドレイントラップ２７にて分離された凝縮水を前記改質用水タンク２０に回収せずに廃棄することができるように構成されている。
【００４３】
前記脱硫部１と前記改質部２とを接続するガス処理流路９にはエジェクタ３１が設けられ、前記蒸発器１９の蒸発処理部１９ｂにて生成された水蒸気を送出する水蒸気供給路３２が前記エジェクタ３１に接続されて、前記脱硫部１にて脱硫された原燃料ガスにエジェクタ３１にて水蒸気を混合させて、その水蒸気混合状態の原燃料が前記改質部２に供給されるように構成されている。
【００４４】
上述のように構成された燃料電池発電装置は、メーカからの出荷時は、発電用原燃料供給路８を通して、窒素ガスが供給されて、燃料ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに窒素ガスが満たされた状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５が閉弁されて、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填され、ユーザには、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填された状態で設置されることになる。
ちなみに、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填される状態とは、前記脱硫部１、前記改質部２、前記変成部５、前記選択酸化部６、それらを接続するガス処理流路９、前記燃料ガス供給路７、前記燃料電池Ｇにおける各セルの燃料極に燃料ガスを供給する流路、前記オフガス路１０における前記電池下流側開閉弁Ｖ４よりも上流側の部分、及び、前記電池迂回路１１における電池迂回路開閉弁Ｖ５よりも上流側の部分に窒素ガスが充填される状態である。
【００４５】
次に、この燃料電池発電装置の運転方法について、説明する。
停止時には、前記改質バーナ３の燃焼を停止し、前記改質部２の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給及び前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を継続し、前記改質部２の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料ガスを充填する停止時処理を行う。
【００４６】
起動時には、前記改質バーナ３の燃焼を開始して、前記改質部２の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換し、前記改質部２の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料の供給を開始する起動時処理を行う。
【００４７】
そして、本発明では、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記通常通流経路Ｒｕ及び前記電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行する。
又、燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されていた窒素ガスと置換された原燃料ガスが前記改質バーナ３にて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了する。
【００４８】
この第１実施形態では、上述の運転方法を前記運転制御部Ｃに実行させるように構成されている。
以下、この運転制御部Ｃの制御動作を説明する。
ちなみに、前記運転制御部Ｃにより燃料電池発電装置を１日のうちの所定の運転時間帯にて運転する場合は、前記運転制御部Ｃは、その運転時間帯の開始時刻になることに基づいて起動タイミングになると判断し、その運転時間帯の終了時刻になることに基づいて停止タイミングになると判断するように構成されている。
【００４９】
前記運転制御部Ｃに試運転を指令する試運転指令スイッチ１７が設けられている。
そして、この燃料電池発電装置を設置後、初めて燃料電池発電装置の運転を開始する前に、設置作業者により、試運転を指令するように試運転指令スイッチ１７が操作されることになる。
ちなみに、燃料電池発電装置を設置時は、上述したように、前記電池上流側開閉弁Ｖ３が開弁状態であり、且つ、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５が閉弁された状態で、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填されている。
【００５０】
前記運転制御部Ｃは、前記試運転指令スイッチ１７により試運転が指令されると、前記電池上流側開閉弁Ｖ３の開弁状態を維持する状態で前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を開弁することにより、前記流路切換部Ｓを並行通流状態に切り換えた状態で、且つ、前記イグナイタ１５を作動させかつ初期置換用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給する回転速度にて前記燃焼用送風機１３を作動させて、前記改質バーナ３を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能にした状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁しかつ燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を作動させて、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給し、その後、前記燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁し、前記燃焼用送風機１３を停止させることにより、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行するように構成されている。
【００５１】
ちなみに、前記原燃料パージ終了用設定温度は、前記改質バーナ３が燃焼している状態での燃焼室温度に設定され、前記初期置換用の設定原燃料供給量は、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスを確実に押し流すことが可能な流量に設定されている。
そして、前記初期置換処理では、前記イグナイタ１５を作動させかつ前記燃焼用送風機１３を作動させて、前記改質バーナ３を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態にしているので、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスが原燃料ガスにより押し流されて改質バーナ３から排出され、原燃料ガスが改質バーナ３に供給されると、その改質バーナ３が燃焼して、前記燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が上昇して原燃料パージ終了用設定温度になり、初期置換処理を終了させることになる。
つまり、前記運転制御部Ｃが、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されていた窒素ガスと置換された原燃料ガスが前記改質バーナ３にて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了するように構成されている。
【００５２】
詳細は後述するが、燃料電池発電装置の停止時には、停止時処理が実行されて、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５が閉弁され、且つ、前記電池上流側開閉弁Ｖ３が開弁された状態で、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料ガスが充填されている。
【００５３】
前記運転制御部Ｃは、起動タイミングになると、前記改質バーナ３の燃焼を開始する燃焼開始制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換する水蒸気置換制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を開始する原燃料供給開始制御を実行し、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Ｇへの供給を開始する燃料ガス供給開始制御を実行する起動時処理を実行するように構成されている。
【００５４】
前記運転制御部Ｃは、前記燃焼開始制御では、前記イグナイタ１５を作動させた状態で、前記燃焼用原燃料開閉弁Ｖ６を開弁し、起動用の設定原燃料供給量になるように前記燃焼用原燃料調節弁Ｖ７を調節し、前記起動用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように燃焼用送風機１３の回転速度を調節することにより、前記改質バーナ３の燃焼を開始するように構成されている。
又、前記運転制御部Ｃは、前記水蒸気置換制御では、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を開弁することにより、前記流路切換部Ｓを並行通流状態に切り換えると共に、前記改質用水ポンプ２２を作動させることにより、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換するように構成されている。
又、前記運転制御部Ｃは、前記原燃料供給開始制御では、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４を閉弁することにより、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換えると共に、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を開始するように構成されている。
又、前記運転制御部Ｃは、前記燃料ガス供給開始制御では、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４を開弁し、且つ、前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁することにより、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Ｇへの供給を開始するように構成されている。
【００５５】
前記水蒸気パージ開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば、例えば２２０〜２５０°Ｃに設定され、前記原燃料供給開始用設定温度は、原燃料ガスの改質処理が可能な温度、例えば、６００°Ｃに設定される。
又、前記迂回処理用設定時間は、原燃料ガスの供給開始後、脱硫部１、改質部２、変成部５及び選択酸化部６夫々における処理が通常状態になって、燃料ガス生成部Ｐにおける燃料ガスの生成が通常状態になるのに要する時間、例えば、２〜１０分に設定される。
【００５６】
前記運転制御部Ｃは、前記燃料電池Ｇにて発電させる通常運転時は、前記燃料電池Ｇの発電電力を電気負荷に応じて調節するように、原燃料ガスの供給量を調節すべく前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を制御し、且つ、予め設定されたＳ／Ｃ（改質部２への原燃料ガス供給量に対する水蒸気供給量の比）になるように、改質用水の供給量を調節すべく前記改質用水ポンプ２２の回転速度を制御する発電電力調節制御、並びに、前記改質温度センサＴｒの検出温度が改質処理用設定温度（例えば６００〜７５０°Ｃ）になるように、燃焼用原燃料調節弁Ｖ７を調節し、且つ、前記改質バーナ３へ設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、燃焼用送風機１３の回転速度を調節する改質温度制御を並行して行う通常運転処理を行うように構成されている。尚、Ｓ／Ｃは、改質部２への原燃料ガス供給量（炭素のモル数）に対する水蒸気供給量（モル数）の比にて、例えば、２．８程度に設定される。
【００５７】
ちなみに、燃料電池Ｇにおける燃料利用率は予め設定されており、前記発電用原燃料調節弁Ｖ２及び前記燃焼用原燃料調節弁Ｖ７の制御情報に基づいて、改質バーナ３に供給されるオフガスと原燃料ガスを合わせた燃焼用燃料の量を求めることができる。
従って、運転制御部Ｃは、現時点の改質バーナ３への燃焼用燃料の供給量（オフガスと原燃料ガスを合わせた量）を求めて、その求めた燃焼用燃料の供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、前記燃焼用送風機１３の回転速度を調節するように構成されている。
【００５８】
前記運転制御部Ｃは、停止タイミングになると、前記改質バーナ３の燃焼を停止する燃焼停止制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がるまでは、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を停止した状態で前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を継続する降温待機制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料を充填する原燃料ガス充填制御を実行する停止時処理を実行するように構成されている。
【００５９】
前記運転制御部Ｃは、前記燃焼停止制御では、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４の開弁状態を維持する状態で、前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を開弁することにより、前記流路切換部Ｓを並行通流状態に切り換え、且つ、前記改質用水ポンプ２２の作動を継続することにより、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を継続した状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１及び前記燃焼用原燃料断続弁Ｖ６を閉弁し、且つ、前記燃焼用送風機１３を停止させることにより、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を停止すると共に、前記改質バーナ３の燃焼を停止するように構成されている。
前記運転制御部Ｃは、前記降温待機制御では、先の燃焼停止制御から、前記流路切換部Ｓの並行通流状態を継続し、且つ、前記改質用水ポンプ２２の作動及び前記発電用原燃料断続弁Ｖ１の閉弁状態を継続することにより、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を停止した状態で前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を継続するように構成されている。
前記運転制御部Ｃは、前記原燃料ガス充填制御では、先の降温待機制御から、前記流路切換部Ｓの並行通流状態を継続する状態で、前記改質用水ポンプ２２を停止し且つ前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給し、続いて、原燃料パージ用設定時間が経過すると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁することにより、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料ガスを充填するように構成されている。
【００６０】
前記原燃料パージ開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば、４００°Ｃに設定され、前記原燃料パージ用設定時間は、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して原燃料ガスの供給開始後、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに満たされていた水蒸気が原燃料ガスにより改質バーナ３から押し出されて、原燃料ガスが改質バーナ３に至るまでに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
【００６１】
次に、図２ないし図５に示すフローチャートに基づいて、前記運転制御部Ｃの制御動作を説明する。
図２に示すように、前記運転制御部Ｃは、初期置換処理が実行済みでない場合は、前記試運転指令スイッチ１７により試運転が指令されると初期置換処理を実行し、その初期置換処理が実行済みの場合は、起動タイミングになると、起動時処理を実行し、その起動時処理が終了すると、通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、停止時処理を実行する（ステップ＃１〜８）。
【００６２】
図３に示すように、前記運転制御部Ｃは、前記初期置換処理では、前記流路切換部Ｓを並行通流状態に切り換え、前記イグナイタ１５を作動させ且つ前記初期置換用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給する回転速度にて燃焼用送風機１３を作動させて、前記改質バーナ３を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態にし、続いて、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁し、且つ、燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を作動させ、続いて、前記燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が前記原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁し、並びに、前記燃焼用送風機１３を停止させる（ステップ＃３１〜３５）。
【００６３】
図４に示すように、前記運転制御部Ｃは、前記起動時処理では、前記イグナイタ１５を作動させた状態で、前記燃焼用原燃料開閉弁Ｖ６を開弁し、前記起動用の設定原燃料供給量になるように前記燃焼用原燃料調節弁Ｖ７を調節し、前記起動用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように燃焼用送風機１３の回転速度を調節することにより、前記改質バーナ３の燃焼を開始し（ステップ＃５１）、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記流路切換部Ｓを並行通流状態に切り換えると共に、前記改質用水ポンプ２２を作動させる（ステップ５２，５３）。
【００６４】
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換えると共に、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を開始し（ステップ＃５４，５５）、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換える（ステップ＃５６，５７）。
【００６５】
図５に示すように、前記運転制御部Ｃは、前記停止時処理では、前記流路切換部Ｓを並行通流状態に切り換え、且つ、前記改質用水ポンプ２２の作動を継続した状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１及び前記燃焼用原燃料断続弁Ｖ６を閉弁し、且つ、前記燃焼用送風機１３を停止させることにより、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を継続した状態で、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を停止すると共に、前記改質バーナ３の燃焼を停止する（ステップ＃８１）。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がると、前記改質用水ポンプ２２を停止し且つ前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給し（ステップ＃８２，８３）、続いて、原燃料ガスの供給開始後、前記原燃料パージ用設定時間が経過すると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁する（ステップ＃８４，８５）。
【００６６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、この第２実施形態は、燃料電池発電装置の運転方法の別の実施形態を説明するものであり、燃料電池発電装置の構成は上記の第１実施形態と同様であるので、燃料電池発電装置の構成についての説明を省略し、主として、燃料電池発電装置の運転方法について説明する。
そして、この第２実施形態では、燃料電池発電装置の運転方法において、初期置換処理の別の実施形態を説明するものであり、初期置換処理以外の運転方法は上記の第１実施形態と同様であるので、主として、初期置換処理について説明する。
【００６７】
この第２実施形態では、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Ｐに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換し、続いて、前記通常通流経路Ｒｕ及び前記電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行する。
【００６８】
そして、この第２実施形態においても、上述の運転方法を前記運転制御部Ｃに実行させるように構成されている。
以下、初期置換処理における前記運転制御部Ｃの制御動作について説明する。
前記運転制御部Ｃは、前記試運転指令スイッチ１７により試運転が指令されると、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４を閉弁し且つ前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を開弁することにより、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、且つ、前記イグナイタ１５を作動させかつ初期置換用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給する回転速度にて前記燃焼用送風機１３を作動させて、前記改質バーナ３を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態とし、続いて、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁しかつ燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を作動させて、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給し、その原燃料ガスの供給開始後、初期パージ用設定時間が経過すると、前記電池上流側開閉弁Ｖ３及び前記電池下流側開閉弁Ｖ４を開弁し且つ前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁することにより、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換え、続いて、前記燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁し、燃焼用送風機１３を停止させることにより、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行するように構成されている。
【００６９】
ちなみに、前記初期パージ用設定時間は、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して原燃料ガスの供給開始後、前記燃料ガス生成部Ｐに満たされていた窒素ガスが原燃料ガスにより前記電池迂回路１１に押し流されるのに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
【００７０】
次に、図６に示すフローチャートに基づいて、初期置換処理における前記運転制御部Ｃの制御動作を説明する。
前記運転制御部Ｃは、前記初期置換処理では、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換え、且つ、前記イグナイタ１５を作動させ且つ前記燃焼用送風機１３を作動させて、前記改質バーナ３を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態にし、続いて、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁し、且つ、燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を作動させて、原燃料ガスの供給を開始する（ステップ＃３１ａ，３２ａ）。
続いて、その原燃料ガスの供給開始後、初期パージ用設定時間が経過すると、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換える（ステップ＃３３ａ，３４ａ）。
ちなみに、前記初期パージ用設定時間は、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して原燃料ガスの供給開始後、前記燃料ガス生成部Ｐに満たされていた窒素ガスが原燃料ガスにより前記電池迂回路１１に押し流されるのに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
このように、原燃料ガスの供給開始後、初期パージ用設定時間が経過した時点で、燃料ガス生成部Ｐに充填されていた窒素ガスが原燃料ガスに置換される。
【００７１】
続いて、前記燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５を閉弁し、続いて、前記燃焼用送風機１３を停止させる（ステップ＃３５ａ〜３７ａ）。
このように、前記燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、燃料電池Ｇに充填されていた窒素ガスが原燃料ガスに置換されて、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料ガスが充填されることになる。
【００７２】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を説明するが、この第３実施形態は、燃料電池発電装置の運転方法の別の実施形態を説明するものであり、燃料電池発電装置の構成は試運転指令スイッチ１７を省略した以外は上記の第１実施形態と同様であるので、燃料電池発電装置の構成についての説明を省略し、主として、燃料電池発電装置の運転方法について説明する。
そして、この第３実施形態では、燃料電池発電装置の運転方法において、起動時処理の別の実施形態を説明するものであるので、主として、その起動時処理について説明する。
ちなみに、この第３実施形態では、上記の第１実施形態において行った初期置換処理は行わない。
【００７３】
この第３実施形態では、上記の第１実施形態と同様に、起動時には、前記改質バーナ３の燃焼を開始して、前記改質部２の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換し、前記改質部２の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を開始する起動時処理を行う。
【００７４】
そして、前記起動時処理において、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態に切り換えた状態とし、前記窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路Ｒｕを通流状態に切り換え、且つ、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給開始後、前記窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態に切り換えた状態とし、前記原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路Ｒｕを通流状態に切り換える。
【００７５】
そして、この第３実施形態においても、上述の運転方法を前記運転制御部Ｃに実行させるように構成されている。
以下、起動時処理における前記運転制御部Ｃの制御動作について説明する。
この燃料電池発電装置が設置されたときは、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５が閉弁され、且つ、前記電池上流側開閉弁Ｖ３が開弁された状態で、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに窒素ガスが充填されている。
そして、前記運転制御部Ｃは、燃料電池発電装置が設置された後、最初の起動タイミングになると、最初の起動時処理を実行するように構成されている。
この最初の起動時処理が実行されて、燃料電池発電装置が運転されると、その停止時には、停止時処理が実行されるので、２回目以降の起動タイミングでは、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１、前記電池下流側開閉弁Ｖ４及び前記電池迂回路開閉弁Ｖ５が閉弁され、且つ、前記電池上流側開閉弁Ｖ３が開弁された状態で、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに原燃料ガスが充填されている。
そして、前記運転制御部Ｃは、２回目以降の起動タイミングになると、通常の起動時処理を実行するように構成されている。
【００７６】
以下、前記最初の起動時処理、及び、通常の起動時処理について説明を加える。
前記運転制御部Ｃは、最初の起動時処理では、前記排水用開閉弁３０を開弁し、続いて、前記改質バーナ３の燃焼を開始する燃焼開始制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換する水蒸気置換制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を開始する原燃料供給開始制御を実行し、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Ｇへの供給を開始する燃料ガス供給開始制御を実行し、続いて、前記排水用開閉弁３０を閉弁する。
【００７７】
この最初の起動時処理が実行される間は、前記排水用開閉弁３０が開弁されて、凝縮水が改質用水タンク２０に回収されることなく廃棄されるので、アンモニアが溶解している虞がある凝縮水が改質用水タンク２０に回収されるのを回避することができる。
そして、アンモニアが溶解している虞がある凝縮水が改質用水タンク２０に回収されるのを回避することにより、水処理部２３のイオン負荷が大きくなるのを抑制することができるので、水処理部２３の寿命を延ばすことができる。
【００７８】
前記運転制御部Ｃは、通常の起動時処理では、前記改質バーナ３の燃焼を開始する燃焼開始制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換する水蒸気置換制御を実行し、続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Ｓを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給を開始する原燃料供給開始制御を実行し、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Ｓを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Ｐにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Ｇへの供給を開始する燃料ガス供給開始制御を実行する。
【００７９】
最初の起動時処理及び通常の起動時処理夫々における燃焼開始制御、水蒸気置換制御、原燃料供給開始制御及び燃料ガス供給開始制御夫々の運転制御部Ｃの制御動作は、上記の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
この第３実施形態では、前記原燃料用の迂回処理用設定時間は、例えば、２〜１０分の範囲に設定され、前記窒素用の迂回処理用設定時間は、前記原燃料用の迂回処理用設定時間の１．５倍、例えば、３〜１５分の範囲に設定される。
【００８１】
次に、図７及び図８に示すフローチャートに基づいて、前記運転制御部Ｃの制御動作を説明する。
図７に示すように、前記運転制御部Ｃは、起動タイミングになると、その起動タイミングが最初の起動タイミングか否かを判別し、最初の起動タイミングである場合は、最初の起動時処理を実行し、２回目以降の起動タイミングである場合は、通常の起動時処理を実行し、その最初の起動時処理又は通常の起動時処理が終了すると、通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、停止時処理を実行する（ステップ＃１０１〜１０７）。
【００８２】
図８に示すように、最初の起動時処理についてのフローチャートは、排水用開閉弁３０を閉弁するステップ＃５０が追加された点、ステップ＃５６の処理が窒素用の迂回処理用設定時間が経過したか否かを判別する点、及び、排水用開閉弁３０を閉弁するステップ＃５８が追加された点で異なる以外は、上記の第１実施形態において説明した図４に示すフローチャートと同様であるので、説明を省略する。
尚、通常の起動時処理についてのフローチャートについては、ステップ＃５６の処理が原燃料用の迂回処理用設定時間が経過したか否かを判別する点で異なる以外は、上記の第１実施形態において説明した図４に示すフローチャートと同様であるので、図示及び説明を省略する。
【００８３】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  上記の第１実施形態において、初期置換処理では、前記通常通流経路Ｒｕ及び前記電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給する場合について例示したが、前記通常通流経路Ｒｕを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給するようにしても良い。
又、上記の第２実施形態において、初期置換処理では、前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Ｐに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換し、続いて、前記通常通流経路Ｒｕ及び前記電池迂回通流経路Ｒｂの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給する場合について例示したが、前記電池迂回通流経路Ｒｂを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段Ｋにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Ｐに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換し、続いて、前記通常通流経路Ｒｕを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスを供給するようにしても良い。
【００８４】
（ロ）  上記の第１及び第２の各実施形態においては、初期置換処理の終了の判断を、燃焼温度センサＴｂにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になることに基づいて行う場合について例示したが、初期置換処理の開始後の経過時間が原燃料パージ終了用設定時間になることに基づいて、あるいは、初期置換処理の開始後の原燃料ガスの積算供給量が原燃料パージ終了用設定供給量になることに基づいて行うように構成しても良い。
前記原燃料パージ終了用設定時間及び前記供給量が原燃料パージ終了用設定供給量は、は、原燃料供給部Ｋにより原燃料ガスの供給を開始した後、前記燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されている窒素ガスが原燃料ガスにより押し流されて改質バーナ３から排出されて、原燃料ガスが改質バーナ３に供給される状態になることに対応して設定する。
つまり、燃料ガス生成部Ｐ及び前記燃料電池Ｇに充填されていた窒素ガスと置換された原燃料ガスが前記改質バーナ３にて燃焼する状態となると、初期置換処理を終了することになる。
【００８５】
（ハ）  上記の第１及び第２の各実施形態においては、試運転指令スイッチ１７による指令により、運転制御部Ｃに初期置換処理を実行させる場合について例示したが、最初の起動タイミングになったときに、運転制御部Ｃに、起動時処理を実行する前に初期置換処理を自動的に実行させるように構成しても良い。
【００８６】
（ニ）  上記第１ないし第３の各実施形態において、停止時処理では、前記改質部２の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給を継続する場合について例示したが、前記原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給及び前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給の両方を継続するように構成しても良い。
運転制御部Ｃに停止時処理を実行させる場合、停止時処理における燃焼停止制御では、発電用原燃料断続弁Ｖ１の開弁状態を継続し、降温待機制御では、先の燃焼停止制御から、発電用原燃料断続弁Ｖ１の開弁状態を継続することにより、改質温度センサＴｒにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がるまでは、原燃料供給部Ｋによる原燃料ガスの供給及び前記水蒸気生成部Ｂによる水蒸気の供給の両方を継続することになる。
【００８７】
（ホ）  窒素用の迂回処理用設定時間の具体的な設定例は、上記の第３実施形態において例示した原燃料用の迂回処理用設定時間の１．５倍に設定する場合に限定されるものではなく、原燃料用の迂回処理用設定時間よりも長くする条件で変更可能である。但し、短すぎると、窒素ガスが確実に排出されない虞があり、又、長過ぎると、原燃料ガスの無駄となるので、原燃料用の迂回処理用設定時間の１．３倍〜２倍程度が好ましい。
【００８８】
（ヘ）  上記の第１〜第３の各実施形態においては、燃料ガス生成部Ｐに変成部５及び選択酸化部６を備えさせる場合について例示したが、高分子型の燃料電池ほどは燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低いことが要求されない場合は、選択酸化部６を省略したり、変成部５及び選択酸化部６を省略することが可能である。
【００８９】
（ト）  炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）に限定されるものではなく、プロパンガス、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】燃料電池発電装置の全体構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【図３】第１実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【図４】第１実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【図５】第１実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【図６】第２実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【図７】第３実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【図８】第３実施形態に係る燃料電池発電装置の制御動作のフローチャートを示す図
【符号の説明】
【００９１】
１    脱硫部
２    改質部
３    改質バーナ
Ｂ    水蒸気生成部
Ｇ    燃料電池
Ｋ    原燃料供給手段
Ｐ    燃料ガス生成部
Ｒｂ  電池迂回通流経路
Ｒｕ  通常通流経路
【図１】
2008251446.tif 000003
【図２】
2008251446.tif 000004
【図３】
2008251446.tif 000005
【図４】
2008251446.tif 000006
【図５】
2008251446.tif 000007
【図６】
2008251446.tif 000008
【図７】
2008251446.tif 000009
【図８】
2008251446.tif 000010