(57)【要約】【課題】大型化の抑制及び確実な起動運転を可能としながらも炭化水素系原料を有効に利用することができる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】改質装置４０の燃料ガス送出口を燃料電池本体６０の燃料ガス受入口又は燃焼バーナ４３のいずれか一方へ切り換える弁３４，３５と、改質装置４０内の温度が、第一の規定温度Ｔｘ以上になると、弁３３，３４を閉鎖して弁３５を開放し、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として必要十分量の炭化水素系原料１を触媒室４２内へ送給するように弁３１を制御し、改質装置４０内の温度が、第二の規定温度Ｔｙ以上になると、弁３５を閉鎖して弁３３，３４を開放し、燃料電池本体６０の発電用の燃料ガスとして必要十分量の炭化水素系原料１を触媒室４２内へ送給するように弁３１を制御する制御装置７０とを備えている。【選択図】図１
2008198539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素ガスを含有する酸化ガスと水素ガスを含有する燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得る燃料電池本体と、
前記酸化ガスを前記燃料電池本体の酸化ガス受入口へ送給する酸化ガス供給手段と、
炭化水素系原料から前記燃料ガスを生成させると共に当該燃料ガスを前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ送給する改質手段と、
前記炭化水素系原料を前記改質手段へ送給する炭化水素系原料供給手段と
を備え、
前記改質手段が、
燃焼原料を燃焼させる燃焼バーナを有する燃焼室と、前記燃焼室で生じた燃焼熱により前記炭化水素系原料を改質反応させて前記燃料ガスを生成させる触媒を充填した触媒室とを有する改質装置と、
前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給する燃焼原料供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の燃料ガス排出口が前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続すると共に、
前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との間が当該燃料電池本体の燃料ガス排出口と前記改質装置の前記燃焼バーナとの間へ接続し、
前記改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口又は当該改質装置の前記燃焼バーナのいずれか一方へ接続するように前記燃料ガスの流路を切り換える燃料ガス流路切換手段と、
前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給するように前記燃焼原料供給手段を制御して起動を開始すると共に、前記改質装置の燃料ガス送出口を前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御し、前記改質装置内の温度が、規定温度以上になると、当該改質装置の前記燃焼バーナへの前記燃焼原料の送給を停止するように前記燃焼原料供給手段を制御する一方、当該改質装置の当該燃焼バーナの燃焼用の原料として必要十分量の前記炭化水素系原料を当該触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御した後、当該改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御したら、前記燃料電池本体の発電運転開始と共に当該改質装置の前記燃焼バーナへの前記燃焼原料の送給を再開するように前記燃焼原料供給手段を制御する一方、当該燃料電池本体の発電用の燃料ガスとして必要十分量の前記炭化水素系原料を当該改質装置の前記触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
酸素ガスを含有する酸化ガスと水素ガスを含有する燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得る燃料電池本体と、
前記酸化ガスを前記燃料電池本体の酸化ガス受入口へ送給する酸化ガス供給手段と、
炭化水素系原料から前記燃料ガスを生成させると共に当該燃料ガスを前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ送給する改質手段と、
前記炭化水素系原料を前記改質手段へ送給する炭化水素系原料供給手段と
を備え、
前記改質手段が、
燃焼原料を燃焼させる燃焼バーナを有する燃焼室と、前記燃焼室で生じた燃焼熱により前記炭化水素系原料を改質反応させて前記燃料ガスを生成させる触媒を充填した触媒室とを有する改質装置と、
前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給する燃焼原料供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の燃料ガス排出口が前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続すると共に、
前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との間が当該燃料電池本体の燃料ガス排出口と前記改質装置の前記燃焼バーナとの間へ接続し、
前記改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口又は当該改質装置の前記燃焼バーナのいずれか一方へ接続するように前記燃料ガスの流路を切り換える燃料ガス流路切換手段と、
前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給するように前記燃焼原料供給手段を制御して起動を開始すると共に、前記改質装置の燃料ガス送出口を前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御し、前記改質装置内の温度が、規定温度以上になると、当該改質装置の前記燃焼バーナへの前記燃焼原料の送給を停止するように前記燃焼原料供給手段を制御する一方、当該改質装置の当該燃焼バーナの燃焼用の原料として必要十分量の前記炭化水素系原料を当該触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御した後、当該改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御したら、前記燃料電池本体の発電運転開始と共に当該燃料電池本体の発電用の燃料ガスとして必要な量と当該改質装置の当該燃焼バーナの燃焼用の原料として最小限必要な量との合計量の前記炭化水素系原料を当該改質装置の前記触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記制御手段が、前記改質装置内を設定温度で維持するように前記炭化水素系原料供給手段を制御した後、前記燃料電池本体の発電開始と共に当該改質装置内を設定温度で維持するように前記燃焼原料供給手段を制御することにより、当該改質装置内を設定温度にするために行なう当該炭化水素系原料供給手段の制御と当該燃焼原料供給手段の制御とを前記燃料電池本体の発電運転開始前後で切り換えるものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記燃料ガス流路切換手段が、
前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との連絡間に配設された第一の遮断弁と、
前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との間と当該燃料電池本体の燃料ガス排出口と当該改質装置の前記燃焼バーナとの間との連絡間に配設された第二の遮断弁と
からなることを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池発電システムの一例の概略構成を図５に基づいて説明する。
【０００３】
図５に示すように、灯油等のような炭化水素系原料１を貯蔵するタンク１１１は、当該炭化水素系原料１を送給するポンプ１２１の受入口に連絡している。また、原料水２を貯蔵するタンク１１２は、当該原料水２を送給するポンプ１２２の受入口に連絡している。上記ポンプ１２１，１２２の送出口は、上記炭化水素系原料１を原料水２と共に触媒室１４２の触媒に接触させて、改質反応（水蒸気反応）、一酸化炭素シフト反応（ＣＯシフト反応）、一酸化炭素酸化反応（ＰＲＯＸ反応）等をそれぞれ生じさせることにより、水素ガスを含有する燃料ガス３を生成させる改質装置１４０の当該触媒室１４２の原料受入口に流量調整弁１３１，１３２を介してそれぞれ連絡している。
【０００４】
前記改質装置１４０の前記触媒室１４２を加熱する燃焼室１４１には、燃焼バーナ１４３が設けられている。前記ポンプ１２１の送出口は、上記改質装置１４０の上記燃焼バーナ１４３の燃料受入口に流量調整弁１３３を介して連絡している。また、燃焼バーナ１４３の空気受入口には、燃焼用の空気５を送給するブロア１２４の空気送出口が連絡している。
【０００５】
前記改質装置１４０の前記触媒室１４２の燃料ガス送出口は、燃料電池本体１６０の燃料ガス受入口に凝縮器１５１及び遮断弁１３４を介して連絡している。燃料電池本体１６０の酸化ガス受入口には、酸素ガスを含有する酸化ガスである空気４を送給するブロア１２３の空気送出口が連絡している。燃料電池本体１６０の酸化ガス排出口は、系外へ連絡している。
【０００６】
燃料電池本体１６０の燃料ガス排出口は、前記改質装置１４０の前記燃焼バーナ１４３の前記燃料受入口にドレントラップ１５２及び遮断弁１３５を介して連絡している。前記凝縮器１５１と前記遮断弁１３４との間は、オフガス燃焼器１９０に遮断弁１３６を介して連絡している。前記ドレントラップ１５２と前記遮断弁１３５との間は、前記燃焼器１９０と前記遮断弁１３６との間に遮断弁１３７を介して連絡している。
【０００７】
このような従来の燃料電池発電システムの起動運転の手順を図６に基づいて説明する。
【０００８】
まず、前記遮断弁１３６を開放する一方、前記遮断弁１３４，１３５，１３７を閉鎖した後（Ｓ１１１）、前記ポンプ１２１を作動して、燃焼用の原料としての炭化水素系原料１を改質装置１４０の燃焼バーナ１４３へ流量調整弁１３３で流量調整しながら送給すると共に、前記ブロア１２４を作動して、燃焼用の空気５を改質装置１４０の燃焼バーナ１４３へ送給し、当該燃焼バーナ１４３を作動させることにより（Ｓ１１２）、当該原料１と空気５とを燃焼させて、燃焼ガス６を燃焼室１４１へ送給し、触媒室１４２を加熱する。触媒室１４２を加熱した燃焼ガス６は、系外へ排出される。
【０００９】
続いて、前記ポンプ１２２を作動して、原料水２を改質装置１４０の触媒室１４２内へ流量調整弁１３２で流量調整しながら送給すると共に、前記流量調整弁１３１を調整して燃料ガス３の原料としての炭化水素系原料１を当該触媒室１４２内へ送給し、さらに、前記オフガス燃焼器１９０を作動させる（Ｓ１１３）。
【００１０】
これにより、改質装置１４０の触媒室１４２から送出された燃料ガス３は、凝縮器１５１で余剰の水分を除去された後、燃料電池本体１６０へ送給されずにオフガス燃焼器１９０に送給され、燃焼されて燃焼排ガス７として系外へ排出される。このように処理する理由は、改質装置１４０の触媒室１４２が規定温度にまで加熱されておらず、炭化水素系原料１及び原料水２が十分に改質されていないため、この段階の燃料ガス３（ＣＯ濃度が高い）を燃料電池本体１６０へ送給してしまうと、燃料電池本体１６０の電極触媒が被毒してしまうからである。
【００１１】
そして、改質装置１４０の触媒室１４２内が規定温度Ｔｙ（例えば２００〜７００℃）以上にまで加熱されたら（Ｓ１１４）、当該触媒室１４２内を設定温度（例えばＴｙ±１０℃）で維持するように前記流量調整弁１３３及び前記ブロア１２４を調整して（Ｓ１１５）燃焼用の原料としての炭化水素系原料１及び空気５の送給量を調整する。
【００１２】
このようにして改質装置１４０の触媒室１４２内が設定温度（例えばＴｙ±１０℃）で所定時間（例えば５分）維持され（Ｓ１１６）、炭化水素系原料１及び原料水２を十分に安定して改質できるようになったら、前記遮断弁１３４，１３７を開放する一方、前記遮断弁１３６を閉鎖（前記遮断弁１３５は閉鎖状態を維持）すると共に、前記ブロア１２３を作動して（Ｓ１１７）、酸化ガスとしての空気４を燃料電池本体１６０の酸化ガス受入口へ送給する。
【００１３】
これにより、改質装置１４０の触媒室１４２から十分に改質されて送出された燃料ガス３は、前記凝縮器１５１で余剰の水分を除去されてから燃料電池本体１６０の燃料ガス受入口から燃料ガス極側に供給され、前記ブロア１２３から当該燃料電池本体１６０の酸化ガス極側に供給された空気４と電気化学的に反応して電力を発生させた後、当該燃料電池本体１６０の燃料ガス排出口から排出され、ドレントラップ１５２を介して前記オフガス燃焼器１９０に送給されることにより、燃焼されて系外へ排気処理される。
【００１４】
そして、燃料電池本体１６０からの出力が規定値にまで達したら（Ｓ１１８）、前記遮断弁１３５を開放する一方、前記遮断弁１３７を閉鎖（前記遮断弁１３４は開放状態を維持、前記遮断弁１３６は閉鎖状態を維持）し、オフガス燃焼器１９０の作動を停止する（Ｓ１１９）。
【００１５】
これにより、燃料電池本体１６０の燃料ガス排出口から排出される使用済みの燃料ガス３は、前記ドレントラップ１５２で余剰の水分を除去されてから改質装置１４０の燃焼バーナ１４３に送給され、前記炭化水素系原料１と共に燃焼されて処理される。
【００１６】
このとき、使用済みの燃料ガス３を前記炭化水素系原料１に加えて燃焼バーナ１４３で燃焼させることから、燃焼バーナ１４３での燃焼温度が上昇して触媒室１４２の温度が高くなり過ぎてしまうため、当該触媒室１４２内を設定温度（例えばＴｙ±１０℃）で維持するように前記流量調整弁１３３を調整して（Ｓ１２０）、燃焼用の原料として燃焼バーナ１４３へ送給する炭化水素系原料１の量を減少させることにより、起動運転を終了する。
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−２９１５２５号公報
【特許文献２】特開２００５−０９３３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述したような従来の燃料電池発電システムにおいては、炭化水素系原料１及び原料水２を改質装置１４０の触媒室１４２に送給し始めたとき、炭化水素系原料１及び原料水２を十分に改質できないことから、この段階の燃料ガス３を燃料電池本体１６０へ送給せずにオフガス燃焼器１９０に送給して燃焼排気しているため、炭化水素系原料１を無駄に消費してしまっていた。
【００１９】
そこで、炭化水素系原料１及び原料水２を改質装置１４０の触媒室１４２に送給し始めたときの燃料ガス３をオフガス燃焼器１９０へ送給せずに改質装置１４０の燃焼バーナ１４３へすぐに送給して触媒室１４２の加熱に即時に利用することが考えられるが、燃料電池本体１６０で使用されていない燃料ガス３を改質装置１４０の燃焼バーナ１４３へ送給してしまうと、当該燃料ガス３のカロリが大き過ぎて、燃焼バーナ１４３を損傷してしまうおそれがある。
【００２０】
このため、燃焼バーナ１４３に供給する前記空気５の量を大幅に増加させて燃焼温度を低下させることが考えられるものの、前記ブロア１２４が過大になってしまい、装置構成が大型化してしまうばかりか、過大な空気５により燃焼バーナ１４３の火炎が吹き消えて、起動運転が停止してしまうおそれがある。
【００２１】
このようなことから、本発明は、大型化の抑制及び確実な起動運転を可能としながらも炭化水素系原料を有効に利用することができる燃料電池発電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】
【００２２】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る燃料電池発電システムは、酸素ガスを含有する酸化ガスと水素ガスを含有する燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得る燃料電池本体と、前記酸化ガスを前記燃料電池本体の酸化ガス受入口へ送給する酸化ガス供給手段と、炭化水素系原料から前記燃料ガスを生成させると共に当該燃料ガスを前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ送給する改質手段と、前記炭化水素系原料を前記改質手段へ送給する炭化水素系原料供給手段とを備え、前記改質手段が、燃焼原料を燃焼させる燃焼バーナを有する燃焼室と、前記燃焼室で生じた燃焼熱により前記炭化水素系原料を改質反応させて前記燃料ガスを生成させる触媒を充填した触媒室とを有する改質装置と、前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給する燃焼原料供給手段とを備えている燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体の燃料ガス排出口が前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続すると共に、前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との間が当該燃料電池本体の燃料ガス排出口と前記改質装置の前記燃焼バーナとの間へ接続し、前記改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口又は当該改質装置の前記燃焼バーナのいずれか一方へ接続するように前記燃料ガスの流路を切り換える燃料ガス流路切換手段と、前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給するように前記燃焼原料供給手段を制御して起動を開始すると共に、前記改質装置の燃料ガス送出口を前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御し、前記改質装置内の温度が、規定温度以上になると、当該改質装置の前記燃焼バーナへの前記燃焼原料の送給を停止するように前記燃焼原料供給手段を制御する一方、当該改質装置の当該燃焼バーナの燃焼用の原料として必要十分量の前記炭化水素系原料を当該触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御した後、当該改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御したら、前記燃料電池本体の発電運転開始と共に当該改質装置の前記燃焼バーナへの前記燃焼原料の送給を再開するように前記燃焼原料供給手段を制御する一方、当該燃料電池本体の発電用の燃料ガスとして必要十分量の前記炭化水素系原料を当該改質装置の前記触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
また、前述した課題を解決するための、第二番目の発明に係る燃料電池発電システムは、酸素ガスを含有する酸化ガスと水素ガスを含有する燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得る燃料電池本体と、前記酸化ガスを前記燃料電池本体の酸化ガス受入口へ送給する酸化ガス供給手段と、炭化水素系原料から前記燃料ガスを生成させると共に当該燃料ガスを前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ送給する改質手段と、前記炭化水素系原料を前記改質手段へ送給する炭化水素系原料供給手段とを備え、前記改質手段が、燃焼原料を燃焼させる燃焼バーナを有する燃焼室と、前記燃焼室で生じた燃焼熱により前記炭化水素系原料を改質反応させて前記燃料ガスを生成させる触媒を充填した触媒室とを有する改質装置と、前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給する燃焼原料供給手段とを備えている燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体の燃料ガス排出口が前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続すると共に、前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との間が当該燃料電池本体の燃料ガス排出口と前記改質装置の前記燃焼バーナとの間へ接続し、前記改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口又は当該改質装置の前記燃焼バーナのいずれか一方へ接続するように前記燃料ガスの流路を切り換える燃料ガス流路切換手段と、前記改質装置の前記燃焼バーナへ前記燃焼原料を送給するように前記燃焼原料供給手段を制御して起動を開始すると共に、前記改質装置の燃料ガス送出口を前記改質装置の前記燃焼バーナへ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御し、前記改質装置内の温度が、規定温度以上になると、当該改質装置の前記燃焼バーナへの前記燃焼原料の送給を停止するように前記燃焼原料供給手段を制御する一方、当該改質装置の当該燃焼バーナの燃焼用の原料として必要十分量の前記炭化水素系原料を当該触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御した後、当該改質装置の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体の燃料ガス受入口へ接続するように前記燃料ガス流路切換手段を制御したら、前記燃料電池本体の発電運転開始と共に当該燃料電池本体の発電用の燃料ガスとして必要な量と当該改質装置の当該燃焼バーナの燃焼用の原料として最小限必要な量との合計量の前記炭化水素系原料を当該改質装置の前記触媒室内へ送給するように前記炭化水素系原料供給手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第三番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第一番目又は第二番目の発明において、前記制御手段が、前記改質装置内を設定温度で維持するように前記炭化水素系原料供給手段を制御した後、前記燃料電池本体の発電開始と共に当該改質装置内を設定温度で維持するように前記燃焼原料供給手段を制御することにより、当該改質装置内を設定温度にするために行なう当該炭化水素系原料供給手段の制御と当該燃焼原料供給手段の制御とを前記燃料電池本体の発電運転開始前後で切り換えるものであることを特徴とする。
【００２５】
第四番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記燃料ガス流路切換手段が、前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との連絡間に配設された第一の遮断弁と、前記改質装置の燃料ガス送出口と前記燃料電池本体の燃料ガス受入口との間と当該燃料電池本体の燃料ガス排出口と当該改質装置の前記燃焼バーナとの間との連絡間に配設された第二の遮断弁とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、十分に改質できずに燃料電池本体で使用できない燃料ガスの生成量を、燃焼バーナの燃焼用の原料として必要十分な量とするように改質装置の触媒室への送給量を調整することができるので、大型化の抑制及び確実な起動運転を可能としながらも炭化水素系原料を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
［第一番目の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、燃料電池発電システムの概略構成図、図２は、図１の燃料電池発電システムの起動運転の手順フロー図である。
【００２９】
図１に示すように、灯油等のような炭化水素系原料１を貯蔵するタンク１１は、当該炭化水素系原料１を送給するポンプ２１の受入口に連絡している。また、原料水２を貯蔵するタンク１２は、当該原料水２を送給するポンプ２２の受入口に連絡している。上記ポンプ２１，２２の送出口は、上記炭化水素系原料１を原料水２と共に触媒室４２の触媒に接触させて、改質反応（水蒸気反応）、一酸化炭素シフト反応（ＣＯシフト反応）、一酸化炭素酸化反応（ＰＲＯＸ反応）等をそれぞれ生じさせることにより、水素ガスを含有する燃料ガス３を生成させる改質装置４０の当該触媒室４２の原料受入口に流量調整弁３１，３２を介してそれぞれ連絡している。
【００３０】
前記改質装置４０の前記触媒室４２を加熱する燃焼室４１には、燃焼バーナ４３が設けられている。前記ポンプ２１の送出口は、上記改質装置４０の上記燃焼バーナ４３の燃料受入口に流量調整弁３３を介して連絡している。また、燃焼バーナ４３の空気受入口には、燃焼用の空気５を送給する燃焼用空気送給手段であるブロア２４の空気送出口が連絡している。
【００３１】
前記改質装置４０の前記触媒室４２の燃料ガス送出口は、燃料電池本体６０の燃料ガス受入口に凝縮器５１及び第一の遮断弁３４を介して連絡している。燃料電池本体６０の酸化ガス受入口には、酸素ガスを含有する酸化ガスである空気４を送給する酸化ガス供給手段であるブロア２３の空気送出口が連絡している。燃料電池本体６０の酸化ガス排出口は、系外へ連絡している。
【００３２】
燃料電池本体６０の燃料ガス排出口は、前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３の前記燃料受入口にドレントラップ５２を介して連絡している。前記凝縮器５１と前記第一の遮断弁３４との間は、前記ドレントラップ５２と前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３との間に第二の遮断弁３５を介して連絡している。
【００３３】
前記改質装置４０の前記触媒室４２には、当該触媒室４２内の温度を計測する温度計測手段である温度センサ７１が設けられている。前記燃料電池本体６０の集電板は、インバータ６１に電気的に接続している。このインバータ６１は、各種の図示しない外部負荷器へ電気的に接続している。
【００３４】
前記温度センサ７１は、制御手段である制御装置７０の入力部に電気的に接続している。この制御装置７０の出力部には、前記ポンプ２１，２２、前記ブロア２３，２４、前記流量調整弁３１〜３３、前記遮断弁３４，３５、前記インバータ６１がそれぞれ電気的に接続されており、当該制御装置７０は、上記温度センサ７１等からの情報に基づいて、当該ポンプ２１，２２、当該ブロア２３，２４、当該流量調整弁３１〜３３、当該遮断弁３４，３５、当該インバータ６１をそれぞれ制御することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００３５】
なお、本実施形態では、前記タンク１１、前記ポンプ２１、前記流量調整弁３１等により炭化水素系原料供給手段を構成し、前記タンク１２、前記ポンプ２２、前記流量調整弁３２等により原料水供給手段を構成し、前記タンク１１、前記ポンプ２１、前記流量調整弁３３等により燃焼原料供給手段を構成し、前記改質装置４０、前記ブロア２４、上記燃焼原料供給手段等により改質手段を構成し、前記遮断弁３４，３５等により燃料ガス流路切換手段を構成している。
【００３６】
このような本実施形態に係る燃料電池発電システムの起動運転を図２に基づいて説明する。
【００３７】
前記制御装置７０を作動させると、当該制御装置７０は、前記第二の遮断弁３５を開放する一方、前記第一遮断弁３４を閉鎖するように当該遮断弁３４，３５を制御し（Ｓ１１）、また、燃焼用の原料としての炭化水素系原料１を改質装置４０の燃焼バーナ４３へ流量調整しながら送給するように前記ポンプ２１及び前記流量調整弁３３を制御すると共に、燃焼用の空気５を改質装置４０の燃焼バーナ４３へ送給するように前記ブロア２４を制御して、燃焼バーナ４３を作動させることにより（Ｓ１２）、当該原料１と空気５とを燃焼させて、燃焼ガス６を燃焼室４１へ送給し、触媒室４２を加熱する。触媒室４２を加熱した燃焼ガス６は、系外へ排出される。
【００３８】
続いて、前記制御装置７０は、前記温度センサ７１からの情報に基づき、前記改質装置４０の前記触媒室４２内が第一の規定温度Ｔｘ（例えば１００℃）以上になったことを検知すると（Ｓ１３）、前記燃焼バーナ４３への前記炭化水素系原料１の送給を停止するように前記流量調整弁３３を制御する一方、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として必要十分な量で炭化水素系原料１を当該触媒室４２内へ送給するように前記流量調整弁３１を制御すると共に、当該触媒室４２内へ送給した燃焼用の原料としての上記炭化水素系原料１に対応する量となる原料水２を当該触媒室４２内へ流量調整しながら送給するように前記ポンプ２２及び前記流量調整弁３２を制御する（Ｓ１４）。
【００３９】
つまり、改質装置４０の触媒室４２内が第一の規定温度Ｔｘ（例えば１００℃）にまで加熱されたら、燃焼バーナ４３の燃焼原料を、炭化水素系原料１から、改質不十分な燃料ガス３に切り換えると共に、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として必要十分なだけの量となるように炭化水素系原料１を触媒室４２内へ送給し、燃焼用の原料として送給する当該炭化水素系原料１に対応する量の原料水２を触媒室４２内へ送給するのである。
【００４０】
これにより、改質装置４０の触媒室４２から送出された燃料ガス３は、凝縮器５１で余剰の水分を除去された後、燃料電池本体６０へ送給されずに当該改質装置４０の燃焼バーナ４３に送給され、前記空気５と共に燃焼されて、燃焼ガス６となって燃焼室４１へ送給され、触媒室４２を加熱するようになる。
【００４１】
そして、前記制御装置７０は、前記温度センサ７１からの情報に基づき、改質装置４０の触媒室４２内が第一の規定温度Ｔｘよりも高い第二の規定温度Ｔｙ（例えば２００〜７００℃）以上にまで加熱されたことを検知すると（Ｓ１５）、当該触媒室４２内を設定温度（例えばＴｙ±１０℃）で維持するように前記流量調整弁３１及び前記ブロア２４を調整して（Ｓ１６）燃焼用の原料としての炭化水素系原料１及び空気５の送給量を調整する。
【００４２】
このようにして改質装置４０の触媒室４２内が設定温度（例えばＴｙ±１０℃）で所定時間（例えば５分）維持され（Ｓ１７）、炭化水素系原料１及び原料水２を十分に安定して改質できるようになると、前記制御装置７０は、前記第一の遮断弁３４を開放する一方、前記第二の遮断弁３５を閉鎖するように当該遮断弁３４，３５を制御して、燃料電池本体６０の発電運転を開始すると共に、前記燃焼バーナ４３への前記炭化水素系原料１の送給を再開して当該触媒室４２内を設定温度（例えばＴｙ±１０℃）で維持するように前記流量調整弁３３を制御する一方、燃料電池本体６０の発電用の燃料ガス３として必要十分な量の炭化水素系原料１を前記触媒室４２内へ送給するように前記流量調整弁３１を制御すると共に、当該触媒室４２内へ送給した燃料ガス原料としての上記炭化水素系原料１に対応する量となる原料水２を改質装置４０の触媒室４２内へ流量調整しながら送給するように前記流量調整弁３２を制御し、さらに、酸化ガスとしての空気４を燃料電池本体６０の酸化ガス受入口へ送給するように前記ブロア２３を作動させる（Ｓ１８）。
【００４３】
つまり、改質装置４０の触媒室４２内で炭化水素系原料１及び原料水２を十分に安定して改質できるようになったら、燃料電池本体６０の発電用の燃料ガス３として必要十分な量の炭化水素系原料１を触媒室４２内へ送給すると共に、燃料ガス３の原料として送給する当該炭化水素系原料１に対応する量の原料水２を触媒室４２内へ送給する一方、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料を、改質不十分な燃料ガス３から、十分に改質されて燃料電池本体６０で発電量相当分の水素ガスを消費された燃料ガス３と、炭化水素系原料１との両方にするようにしたのである。
【００４４】
これにより、改質装置４０の触媒室４３から十分に改質されて送出された燃料ガス３は、前記凝縮器５１で余剰の水分を除去されてから燃料電池本体６０の燃料ガス受入口から燃料ガス極側に供給され、前記ブロア２３から当該燃料電池本体６０の酸化ガス極側に供給された空気４と電気化学的に反応して電力を発生させた後、当該燃料電池本体６０の燃料ガス排出口から排出され、ドレントラップ５２を介して前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３に送給され、前記炭化水素系原料１及び前記空気５と共に燃焼されて、燃焼ガス６となって燃焼室４１へ送給され、触媒室４２を加熱するようになる。
【００４５】
そして、前記制御装置７０は、上記制御と併せて、燃料電池本体６０の出力が規定値となるように前記インバータ６１を制御して（Ｓ１９）、当該出力が規定値になったら（Ｓ２０）、起動運転を終了する。
【００４６】
つまり、本実施形態においては、改質装置４０の触媒室４２内を設定温度（例えばＴｙ±１０℃）に維持しつつ、十分に改質できずに燃料電池本体６０で使用できない燃料ガス３の生成量を、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として必要十分な量とするように触媒室４２への送給量を調整するようにしたのである。
【００４７】
このため、本実施形態では、燃焼バーナ４３に供給する空気５の量を大幅に増加させなくても、十分に改質できずに燃料電池本体６０で使用できない燃料ガス３を燃焼用の原料として燃焼バーナ４３ですべて使用することができる。
【００４８】
したがって、本実施形態によれば、大型化の抑制及び確実な起動運転を可能としながらも炭化水素系原料１を有効に利用することができる。
【００４９】
また、従来は、オフガス燃焼器１９０を用意すると共に、流路切り替えを４つの遮断弁１３４〜１３７で行うようにしていたが、本実施形態では、オフガス燃焼器が不要になると共に、流路切り替えを２つの遮断弁３４，３５だけで行うことができるので、従来よりも小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００５０】
［第二番目の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図３，４に基づいて説明する。図３は、燃料電池発電システムの概略構成図、図４は、図３の燃料電池発電システムの起動運転の手順フロー図である。なお、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００５１】
図３に示すように、前記ポンプ２１の送出口と前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３の燃料受入口との間は、前述した第一番目の実施形態の流量調整弁３３に代わって、燃焼原料用の遮断弁３６を介して連絡している。
【００５２】
入力部に前記温度センサ７１が電気的に接続し、出力部に前記ポンプ２１，２２、前記ブロア２３，２４、前記流量調整弁３１，３２、前記遮断弁３４〜３６、前記インバータ６１がそれぞれ電気的に接続する制御手段である制御装置８０は、当該温度センサ７１等からの情報に基づいて、当該ポンプ２１，２２、当該ブロア２３，２４、当該流量調整弁３１，３２、当該遮断弁３４〜３６、当該インバータ６１をそれぞれ制御することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００５３】
このような本実施形態に係る燃料電池発電システムの起動運転を図４に基づいて説明する。
【００５４】
前記制御装置８０を作動させると、当該制御装置８０は、前述した第一番目の実施形態の制御装置７０の場合と同様に、ステップＳ１１〜Ｓ１７の操作を行う。ここで、本実施形態では、前述した第一番目の実施形態の流量調整弁３３に代えて、燃焼原料用の遮断弁３６を用いているため、前述した第一番目の実施形態のステップＳ１２，Ｓ１４における流量調整弁３３の流量調整制御が、ステップＳ１２において、前記遮断弁３６の開放制御となり、ステップＳ１４において、前記遮断弁３６の閉鎖制御となる。
【００５５】
このようにして前述した第一番目の実施形態の場合と同様にしてステップＳ１１〜Ｓ１７の操作が行われ、改質装置４０の触媒室４２が炭化水素系原料１及び原料水２を十分に安定して改質できるようになると、前記制御装置８０は、前記第一の遮断弁３４を開放する一方、前記第二の遮断弁３５を閉鎖するように当該遮断弁３４，３５を制御し、燃料電池本体６０の発電用の燃料ガス３として必要な量と前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として最小限必要な量との合計量の炭化水素系原料１を前記触媒室４２内へ送給するように前記流量調整弁３１を制御すると共に、当該触媒室４２内へ送給した燃料ガス原料としての上記炭化水素系原料１の量に対応する量の原料水２を改質装置４０の触媒室４２内へ流量調整しながら送給するように前記流量調整弁３２を制御し、さらに、酸化ガスとしての空気４を燃料電池本体６０の酸化ガス受入口へ送給するように前記ブロア２３を作動させる（Ｓ２１）。
【００５６】
つまり、前述した第一番目の実施形態では、燃料電池本体６０の発電用の燃料ガス３として必要な量の炭化水素系原料１を触媒室４２内へ送給すると共に、燃料ガス３の原料として送給する当該炭化水素系原料１に対応する量の原料水２を触媒室４２内へ送給し、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料に、燃料電池本体６０で使用した燃料ガス３と、タンク１１から直接的に送給された炭化水素系原料１との両方を使用するようにしたが、本実施形態では、燃料電池本体６０の発電用の燃料ガス３として必要な量と燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として最小限必要な量との合計量の炭化水素系原料１を触媒室４２内へ送給すると共に、燃料ガス３の原料として送給する炭化水素系原料１の量に対応する量の原料水２を触媒室４２内へ送給し、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料に、タンク１１から直接的に送給される炭化水素系原料１を使用せずに、燃料電池本体６０で使用した燃料ガス３のみを使用するようにしたのである。
【００５７】
これにより、改質装置４０の触媒室４２から送出された燃料ガス３は、燃料電池本体６０の発電用として必要な量の水素ガスに加えて、燃焼バーナ４３の燃焼用の原料として最小限必要なカロリ量の水素ガスを含有するようになるので、前記燃料電池本体６０に供給されて発電反応に使用された後、前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３に送給されて、前記タンク１１から直接的に送給される炭化水素系原料１なしに燃焼されても、触媒室４２を十分に加熱することができる。
【００５８】
そして、前記制御装置８０は、上記制御と併せて、燃料電池本体６０の出力が規定値以上となるように前記インバータ６１の制御を行うと共に、前記温度センサ７１からの情報に基づいて、改質装置４０の触媒室４２内が設定温度（例えばＴ１±１０℃）に維持されるように当該インバータ６１の制御を行う（Ｓ２２〜Ｓ２４）、すなわち、燃料電池本体６０を規定値近傍で出力させるように当該燃料電池本体６０で消費される燃料ガス３中の水素ガスの量を調整することにより、燃料電池本体６０から外部負荷への必要な出力を維持しながら燃焼バーナ４３へ送給する使用済みの燃料ガス３のカロリを調整して、燃焼バーナ４３の燃焼温度を調整する。
【００５９】
つまり、前記制御装置８０は、改質装置４０の触媒室４２内が設定温度（例えばＴ１±１０℃）で維持される燃料電池本体６０の出力となるように、前記インバータ６１を制御するのである。
【００６０】
このようにして燃料電池本体６０の出力が規定値以上になったら、起動運転を終了する。
【００６１】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施形態の場合の流量調整弁３３に代えて、遮断弁３６で前記ポンプ２１の送出口と前記改質装置４０の前記燃焼バーナ４３の燃料受入口との間を連絡するようにしたので、前述した第一番目の実施形態の場合よりもさらに低コスト化を図ることができる。
【００６２】
［他の実施形態］
なお、前述した第一，二番目の実施形態においては、起動開始に伴って、前記制御装置７０，８０が、前記遮断弁３４，３５の制御を行う（Ｓ１１）と共に、前記ポンプ２１、前記ブロア２４、前記流量調整弁３３、前記遮断弁３６の制御及び前記燃焼バーナ４３の作動を行った後（Ｓ１２）、前記温度センサ７１からの情報に基づき、前記改質装置４０の前記触媒室４２内が第一の規定温度Ｔｘ以上になったことを検知したら（Ｓ１３）、前記流量調整弁３１〜３３、前記遮断弁３６、前記ポンプ２２の制御を行う（Ｓ１４）ようにしたが、他の実施形態として、例えば、起動開始に伴って、制御手段が、前記ポンプ２１、前記ブロア２４、前記流量調整弁３３の制御及び前記燃焼バーナ４３の作動を行った後（Ｓ１２）、前記温度センサ７１からの情報に基づき、前記改質装置４０の前記触媒室４２内が第一の規定温度Ｔｘ以上になったことを検知したら（Ｓ１３）、前記遮断弁３４，３５の制御を行ってから（Ｓ１１）、前記流量調整弁３１〜３３、前記遮断弁３６、前記ポンプ２２の制御を行う（Ｓ１４）ようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る燃料電池発電システムは、大型化の抑制及び確実な起動運転を可能としながらも炭化水素系原料を有効に利用することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１の燃料電池発電システムの起動運転の手順フロー図である。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の概略構成図である。
【図４】図３の燃料電池発電システムの起動運転の手順フロー図である。
【図５】従来の燃料電池発電システムの一例の概略構成図である。
【図６】図５の燃料電池発電システムの起動運転の手順フロー図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  炭化水素系原料
２  原料水
３  燃料ガス
４  空気（酸化ガス）
５  空気（燃焼用）
６  燃焼ガス
１１，１２  タンク
２１，２２  ポンプ
２３，２４  ブロア
３１〜３３  流量調整弁
３４  第一の遮断弁
３５  第二の遮断弁
３６  遮断弁（燃焼原料用）
４０  改質装置
４１  燃焼室
４２  触媒室
４３  燃焼バーナ
５１  凝縮器
５２  ドレントラップ
６０  燃料電池本体
６１  インバータ
７０，８０  制御装置
７１  温度センサ
【図１】
2008198539.tif 000003
【図２】
2008198539.tif 000004
【図３】
2008198539.tif 000005
【図４】
2008198539.tif 000006
【図５】
2008198539.tif 000007
【図６】
2008198539.tif 000008