(57)【要約】【課題】改質装置内の各種触媒の性能や寿命の低下を確実に抑制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】燃料電池発電システムにおいて、燃料電池本体１０の燃料ガス排出口が改質装置２０の燃焼室２１の燃焼バーナへ接続すると共に、改質装置２０の燃料ガス送出口と燃料電池本体１０の燃料ガス受入口との間が燃料電池本体１０の燃料ガス排出口と前記燃焼バーナとの間へ接続し、改質装置２０の燃料ガス送出口を燃料電池本体１０の燃料ガス受入口又は燃料電池本体１０の燃料ガス送出口と前記燃焼バーナとの間のいずれか一方へ接続するように燃料ガス３の流路を切り換えるバルブ４１，４２と、改質装置２０の改質室２２の温度を計測する温度センサ６１と、温度センサ６１で計測される温度Ｔ０を所定の温度範囲内とするようにポンプ３３を制御する制御装置とを備えた。【選択図】図１
2008159349.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、
炭化水素系原料と原料水とを改質反応させて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、
前記原料水を前記改質手段へ送給する原料水供給手段と
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、前記燃焼室で発生させた燃焼ガスの熱により前記炭化水素系原料と前記原料水とを改質反応させて前記燃料ガスを生成させる触媒を内装した改質室と、前記改質室で改質された前記燃料ガス中の一酸化炭素ガスを前記原料水と反応させて二酸化炭素ガスにシフト反応させる触媒を内装したＣＯシフト室と、前記ＣＯシフト室でシフト反応された前記燃料ガス中に残留する一酸化炭素ガスを酸素と選択的に酸化反応させて二酸化炭素ガスを生成させる触媒を内装したＣＯ除去室とを有する改質装置と、
前記改質装置の前記燃焼室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室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室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燃料電池本体の燃料ガス送出口と当該改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナとの間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改質室の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段で計測される温度Ｔ０を所定の温度範囲内とするように前記燃焼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】
請求項１において、
前記制御手段は、
前記温度計測手段で計測される温度Ｔ０が、予め設定された下限温度Ｔ１よりも低い場合には前記改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナへ送給する前記燃焼原料の量を増加させ、予め設定された上限温度Ｔ２よりも高い場合には前記改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナへ送給する前記燃焼原料の量を削減するように、
前記燃焼原料供給手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記制御手段が、運転開始時に、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送出口と当該改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナとの間へ接続させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御し、当該改質装置の燃料ガス送出口から送出される前記燃料ガスのＣＯ濃度が規定値以下となった後、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させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御するものである
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３において、
前記制御手段が、運転開始から規定時間経過後に、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へ接続させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項３において、
前記制御手段が、前記改質装置の前記ＣＯ除去室が規定温度以上となった後に、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へ接続させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御するものである
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】
例えば、下記の特許文献１等に記載されている従来の燃料電池発電システムの概略構成を図３に示す。
【０００３】
図３に示すように、炭化水素系の改質原料１０１を送給する送給ポンプ１３１及び改質水１０２を送給する送給ポンプ１３２は、当該改質原料１０１と当該改質水１０２とを改質反応させて水素ガスを含有する改質ガス（燃料ガス）１０３を生成させる改質器１２０の改質原料受入口及び改質水受入口に各々連絡している。上記送給ポンプ１３２と上記改質器１２０の改質水受入口との間には、改質水１０２を気化させる蒸発器１５３が配設されている。
【０００４】
前記改質器１２０は、炭化水素系の燃焼原料１０５を燃焼空気１０６と共に燃焼させる燃焼部１２１と、改質原料１０１と改質水１０２の水蒸気とを改質反応させて水素ガスを含有する改質ガス（燃料ガス）１０３を生成させる触媒を内装した改質部１２２と、改質部１２２で改質された改質ガス１０３と前記改質原料１０１及び改質水１０２の水蒸気との間で熱交換させる熱交換部１２３と、改質ガス１０３中の一酸化炭素ガスを改質水１０２の水蒸気と反応させて二酸化炭素ガスにシフト反応させる触媒を内装したＣＯシフト部１２４と、改質ガス１０３中の一酸化炭素ガスを空気中の酸素と選択的に酸化反応させて二酸化炭素ガスを生成させる触媒を内装したＣＯ選択酸化部１２５とを備えている。
【０００５】
前記改質器１２０の改質ガス送出口は、燃料電池本体１１０の燃料ガス受入口に凝縮器１５１を介して連絡している。燃料電池本体１１０の酸化ガス受入口には、酸化ガスである空気１０４が送給されるようになっている。燃料電池本体１１０の酸化ガス排出口は、系外へ連絡している。
【０００６】
前記改質器１２０の前記燃焼部１２１の前記バーナには、燃焼原料１０５を送給する送給ポンプ１３３が連絡すると共に、燃焼空気１０６が送給されるようになっている。前記燃料電池本体１１０の燃料ガス排出口は、凝縮器１５２を介して上記改質器１２０の上記燃焼部１２１の上記バーナに連絡している。前記改質器１２０の改質ガス送出口と前記凝縮器１５１との間は、前記燃料電池本体１１０の燃料ガス排出口と前記凝縮器１５２との間に直接的に連絡している。上記改質器１２０の上記燃焼部１２１の燃焼排ガス排出口は、前記蒸発器１５３を介して系外へ連絡している。
【０００７】
前記凝縮器１５２と前記燃料電池本体１１０の燃料ガス受入口との間には、バルブ１４１が介在している。前記改質器１２０の改質ガス送出口と前記凝縮器１５１との間と、前記燃料電池本体１１０の燃料ガス排出口と前記凝縮器１５２との間との間には、バルブ１４２が介在している。前記燃料電池本体１１０の燃料ガス排出口の近傍には、バルブ１４３が介在している。前記凝縮器１５２と上記改質器１２０の上記燃焼部１２１の上記バーナとの間には、バルブ１４４が介在している。前記凝縮器１５２と前記バルブ１４４との間は、バルブ１４５を介してオフガス燃焼器１５４に連絡している。
【０００８】
前記改質器１２０の前記ＣＯ選択酸化部１２５には、温度センサ１６１が設けられている。前記バルブ１４２と前記凝縮器１５３との間には、水素濃度センサ１６２が設けられている。これらセンサ１６１，１６２は、制御装置１６０の入力部に電気的に連絡している。また、前記送給ポンプ１３１〜１３３及び前記バルブ１４１〜１４５は、上記制御装置１６０の出力部に電気的に連絡しており、当該制御装置１６０は、上記バルブ１４１〜１４５の開閉を制御することができると共に、予め入力されたマップや上記センサ１６１，１６２からの情報等に基づいて、上記送給ポンプ１３１〜１３３の作動を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）。
【０００９】
このような従来の燃料電池発電システムの作動を次に説明する。
【００１０】
［改質作動系制御］
〈暖気運転〉
前記制御装置１６０が、まず、前記バルブ１４２，１４５を開放する一方、前記バルブ１４１，１４３，１４４を閉鎖するように当該バルブ１４１〜１４５を制御した後、前記ポンプ１３３を作動して、改質器１２０の燃焼部１２１の前記バーナへ燃焼原料１０５を送給して燃焼空気１０６と共に燃焼させると共に、前記ポンプ１３１，１３２を作動して、改質原料１０１及び改質水１０２を改質器１２０内に送給すると、上記燃焼原料１０５及び燃焼空気１０６の燃焼により、改質器１２０内が加熱され始めると共に、改質原料１０１及び改質水１０２が改質器１２０内を流通する。
【００１１】
このとき、改質器１２０が十分に加熱されておらず、改質原料１０１及び改質水１０２が十分に改質されないため、改質器１２０から送出される改質ガス１０３は、前記燃料電池本体１１０を流通することなく凝縮器１５２に送給され、水分を除去された後にオフガス燃焼器１５４に送給され、燃焼されることにより系外へ排気処理される。他方、改質器１２０の燃焼部１２１で燃焼して当該改質器１２０から排出された燃焼排ガスは、前記蒸発器１５３に送給されて上記改質水１０２を加熱した後に系外へ排気される。
【００１２】
〈発電準備運転〉
次に、改質器１２０が十分に加熱されて、改質原料１０１及び改質水１０２が十分に改質されるようになると、前記制御装置１６０は、前記バルブ１４１，１４３を開放する一方、前記バルブ１４２を閉鎖するように（前記バルブ１４５は開放状態を維持、前記バルブ１４４は閉鎖状態を維持）当該バルブ１４１〜１４５を制御する。
【００１３】
これにより、改質器１２０から送出される改質ガス１０３は、前記凝縮器１５１で余剰の水分を除去されてから前記燃料電池本体１１０の燃料ガス供給口から燃料ガス極側に供給され、当該燃料電池本体１１０の酸化ガス供給口から供給された空気１０４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１１０の燃料ガス排出口から排出され、凝縮器１５２を介してオフガス燃焼器１５４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】
〈発電本運転〉
そして、燃料電池本体１１０による発電が安定した状態になると、前記制御装置１６０は、前記バルブ１４４を開放する一方、前記バルブ１４５を閉鎖するように（前記バルブ１４１，１４３は開放状態を維持、前記バルブ１４２は閉鎖状態を維持）当該バルブ１４１〜１４５を制御する。
【００１５】
これにより、燃料電池本体１１０の燃料ガス排出口から排出される使用済みの改質ガス１０３は、凝縮器１５２で余剰の水分を除去されてから改質器１２０の前記燃焼部１２１のバーナに送給されることにより、前記燃焼原料１０５と共に燃焼されて処理される。
【００１６】
［改質管理系制御］
このような改質作動系制御を行うにあたって、前記制御装置１６０は、改質管理系制御のフローを表す図４に示すように、さらに、前記ポンプ１３２で送給する改質原料１０１の送給量及び前記ポンプ１３３で送給する燃焼原料１０５の送給量並びに前記水素濃度センサ１６２で計測された水素濃度に基づいて、前記改質器１２０における改質水１０２の加熱気化及び改質原料１０１と改質水１０２との前記改質反応に必要な熱量よりも過剰な燃焼原料１０５及び燃焼空気１０６の燃焼熱量（余剰熱量Ｑ）を算出し（Ｓ１１１）、当該余剰熱量Ｑが「０」よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１１２）。
【００１７】
そして、前記制御装置１６０は、前記余剰熱量Ｑが「０」よりも大きい場合には、予め入力されたマップに基づいて、上記余剰熱量Ｑが「０」となる改質水１０２の流量となるように、すなわち、余剰熱量Ｑを改質水１０２の気化で消費してしまうように、前記ポンプ１３１を制御する（Ｓ１１３）。
【００１８】
続いて、前記制御装置１６０は、前記余剰熱量Ｑが「０」以下の場合、又は、上記余剰熱量Ｑが「０」となる改質水２の流量となるように前記ポンプ１３１を制御した後には、前記温度センサ１６１からの情報に基づいて、前記改質器１２０の前記ＣＯ選択酸化部１２５内の温度Ｔが、予め定められた最大値Ｔmaxよりも大きい（Ｔ＞Ｔmax）、又は、予め定められた最小値Ｔminよりも小さい（Ｔ＜Ｔmin）か否か判断する（Ｓ１１４）。
【００１９】
そして、前記制御装置１６０は、前記温度Ｔが、前記最大値Ｔmaxよりも大きい場合（Ｔ＞Ｔmax）、又は、前記最小値Ｔminよりも小さい場合（Ｔ＜Ｔmin）には、当該温度Ｔが、当該最小値Ｔmin以上当該最大値Ｔmax以下（Ｔmin≦Ｔ≦Ｔmax）となる改質水１０２の流量となるように、前記ポンプ１３１を制御する（Ｓ１１５）。
【００２０】
すなわち、前記制御装置１６０は、前記温度Ｔが、前記最大値Ｔmaxよりも大きい場合には（Ｔ＞Ｔmax）、改質水１０２の流量を増加させて前記改質器１２０内の温度を低下させるように前記ポンプ１３１を制御し、前記温度Ｔが、前記最小値Ｔminよりも小さい場合には（Ｔ＜Ｔmin）、改質水１０２の流量を減少させて前記改質器１２０内の温度を上昇させるように前記ポンプ１３１を制御するのである。
【００２１】
続いて、前記制御装置１６０は、前記温度Ｔが前記最小値Ｔmin以上前記最大値Ｔmax以下の場合（Ｔmin≦Ｔ≦Ｔmax）、又は、上記温度Ｔが上記最小値Ｔmin以上上記最大値Ｔmax以下（Ｔmin≦Ｔ≦Ｔmax）となる改質水１０２の流量となるように前記ポンプ１３１を制御した後には、起動が完了しているか否かを確認し（Ｓ１１６）、起動が完了していない場合には、上記ステップＳ１１４に戻り、起動が完了している場合には、本改質管理系制御を終了する。
【００２２】
これにより、改質器１２０の内部温度が高くなり過ぎてしまうことを防止して、内装する各種触媒の性能や寿命の低下を抑制するようにしている。
【００２３】
【特許文献１】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】
【００２４】
しかしながら、前述したような特許文献１等に記載されている従来の燃料電池発電システムにおいては、以下のような問題があった。
【００２５】
（１）改質器１２０内へ送給する改質水１０２の流量を調整して改質器１２０の内部温度を調整する、すなわち、改質水１０２の気化によって前記余剰熱量Ｑを消費して改質器１２０の内部温度を調整するようにしていることから、応答よく温度調整することが難しく、改質器１２０内の各種触媒の性能や寿命の低下抑制を確実に行うことが難しい。
【００２６】
（２）燃料電池本体１１０から排出された使用済みの改質ガス１０３中の水素濃度を、精度よく求めることが難しい水素濃度センサ１６２で計測して前記余剰熱量Ｑを求めるようにしていることから、算出した前記余剰熱量Ｑに大きな誤差が生じやすくなり、正確に温度調整することが難しくなってしまい、改質器１２０内の各種触媒の性能や寿命の低下抑制を確実に行うことが難しい。
【００２７】
（３）改質器１２０の最下流位置にあるＣＯ選択酸化部１２５の温度Ｔに基づいて、改質器１２０の内部の全体温度を調整するようにしていることから、改質器１２０の最上流側に位置する改質部１２２を精度よく温度管理することが難しくなってしまい、灯油等の液体の改質原料１０１を用いた場合、当該改質原料１０１の炭化水素成分が改質部１２２をスリップして、ＣＯシフト部１２４やＣＯ選択酸化部１２５の触媒に吸着され、これら触媒の性能や寿命の劣化を引き起こしてしまう可能性がある。
【００２８】
このようなことから、本発明は、改質装置内の各種触媒の性能や寿命の低下を確実に抑制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】
【００２９】
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、炭化水素系原料と原料水とを改質反応させて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、前記原料水を前記改質手段へ送給する原料水供給手段とを備え、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、前記燃焼室で発生させた燃焼ガスの熱により前記炭化水素系原料と前記原料水とを改質反応させて前記燃料ガスを生成させる触媒を内装した改質室と、前記改質室で改質された前記燃料ガス中の一酸化炭素ガスを前記原料水と反応させて二酸化炭素ガスにシフト反応させる触媒を内装したＣＯシフト室と、前記ＣＯシフト室でシフト反応された前記燃料ガス中に残留する一酸化炭素ガスを酸素と選択的に酸化反応させて二酸化炭素ガスを生成させる触媒を内装したＣＯ除去室とを有する改質装置と、前記改質装置の前記燃焼室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室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室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燃料電池本体の燃料ガス送出口と当該改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナとの間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改質室の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段で計測される温度Ｔ０を所定の温度範囲内とするように前記燃焼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。
【００３０】
第二番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記制御手段は、前記温度計測手段で計測される温度Ｔ０が、予め設定された下限温度Ｔ１よりも低い場合には前記改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナへ送給する前記燃焼原料の量を増加させ、予め設定された上限温度Ｔ２よりも高い場合には前記改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナへ送給する前記燃焼原料の量を削減するように、前記燃焼原料供給手段を制御するものであることを特徴とする。
【００３１】
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、運転開始時に、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送出口と当該改質装置の前記燃焼室の前記燃焼バーナとの間へ接続させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御し、当該改質装置の燃料ガス送出口から送出される前記燃料ガスのＣＯ濃度が規定値以下となった後、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させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【００３２】
第四番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第三番目の発明において、前記制御手段が、運転開始から規定時間経過後に、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へ接続させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【００３３】
第五番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第三番目の発明において、前記制御手段が、前記改質装置の前記ＣＯ除去室が規定温度以上となった後に、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へ接続させるように前記燃料ガス流路切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、改質装置内の温度が変動している立ち上げ時等のように、改質装置の燃焼室の燃焼バーナへ送給される当該改質装置からの燃料ガス中の水素ガス濃度が刻一刻と変量してしまうような場合であっても、その水素ガス濃度の変量結果が比較的即時に現れる改質室の温度Ｔ０に基づいて、改質装置内の温度を最も応答性よく調整できる燃焼原料の送給量を調整するので、改質装置内の温度を応答よく調整することができ、改質装置内の各種触媒の性能や寿命の低下抑制を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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次に説明する。図１は、燃料電池発電システムの概略構成図、図２は、燃料電池発電システムの改質管理系制御のフロー図である。なお、本発明は図面に基づいて以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。
【００３６】
図１に示すように、液状の灯油等や気体状の天然ガス等のような炭化水素系原料１を送給する炭化水素系原料供給手段である送給ポンプ３１及び原料水２を送給する原料水供給手段である送給ポンプ３２は、当該炭化水素系原料１と当該原料水２とを改質反応させて水素ガスを含有する燃料ガス（改質ガス）３を生成させる改質装置２０の原料受入口に連絡している。
【００３７】
前記改質装置２０は、液状の灯油等や気体状の天然ガス等のような炭化水素系の燃焼原料５を燃焼空気６と共に燃焼させる燃焼バーナを有する燃焼室２１と、燃焼室２１で発生させた燃焼ガス７の熱により炭化水素系原料１と原料水２の水蒸気とを改質反応させて水素ガスを含有する燃料ガス（改質ガス）３を生成させる触媒を内装した改質室２２と、上記燃焼ガス７と前記炭化水素系原料１及び原料水２の水蒸気との間で熱交換させる熱交換室２３と、改質室２２で改質された燃料ガス３中の一酸化炭素ガスを原料水２の水蒸気と反応させて二酸化炭素ガスにシフト反応させる触媒を内装したＣＯシフト室２４と、ＣＯシフト室２４でシフト反応された燃料ガス３中に残留する一酸化炭素ガスを空気中の酸素と選択的に酸化反応させて二酸化炭素ガスを生成させる触媒を内装したＣＯ除去室２５とを備えている。
【００３８】
前記改質装置２０の燃料ガス送出口は、酸素ガスを含有する酸化ガスである空気４と燃料ガス３とを電気化学的に反応させて電力を得る燃料電池本体１０の燃料ガス受入口に凝縮器５１を介して連絡している。燃料電池本体１０の酸化ガス受入口には、空気４を送給する酸化ガス供給手段である送給ブロア３５が連絡している。燃料電池本体１０の酸化ガス排出口は、系外へ連絡している。
【００３９】
前記改質装置２０の前記燃焼室２１の前記燃焼バーナには、燃焼原料５を送給する燃焼原料供給手段である送給ポンプ３３が連絡すると共に、燃焼空気６を送給する燃焼空気供給手段である送給ブロア３４が連絡している。
【００４０】
前記燃料電池本体１０の燃料ガス排出口は、凝縮器５２を介して上記改質装置２０の上記燃焼室２１の上記燃焼バーナに接続している。前記改質装置２０の燃料ガス送出口と前記凝縮器５１との間は、前記燃料電池本体１０の燃料ガス排出口と前記凝縮器５２との間にバイパスするように直接的に接続している。上記改質室２０の上記燃焼室２１の燃焼排ガス排出口は、前記改質室２２の近傍及び前記熱交換室２３内を経由して外部へ連絡するようになっている。
【００４１】
前記凝縮器５２と前記燃料電池本体１０の燃料ガス受入口との間には、バルブ４１が介在している。前記改質装置２０の燃料ガス送出口と前記凝縮器５１との間と、前記燃料電池本体１０の燃料ガス排出口と前記凝縮器５２との間との間には、バルブ４２が介在している。このようなバルブ４１，４２等により、本実施形態では、前記改質装置２０の燃料ガス送出口を前記燃料電池本体１０の燃料ガス受入口又は燃料電池本体１０の燃料ガス送出口と改質装置２０の燃焼室２１の前記燃焼バーナとの間のいずれか一方へ接続するように燃料ガス３の流路を切り換える燃料ガス流路切換手段を構成している。
【００４２】
前記改質器２０の前記改質室２２には、温度計測手段である温度センサ６１が設けられている。この温度センサ６１は、制御手段である制御装置６０の入力部に電気的に連絡している。また、前記ポンプ３１〜３５及び前記バルブ４１，４２は、上記制御装置６０の出力部に電気的に連絡しており、当該制御装置６０は、上記バルブ４１，４２の開閉を制御することができると共に、予め内蔵されたタイマや上記温度センサ６１からの情報等に基づいて、上記ポンプ１３１〜１３５の作動を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）。
【００４３】
なお、本実施形態では、前記改質装置２０、前記送給ポンプ３１，３２等により改質手段を構成している。
【００４４】
このような従来の燃料電池発電システムの作動を次に説明する。
【００４５】
［改質作動系制御］
〈暖気運転〉
前記制御装置６０が、まず、前記バルブ４２を開放する一方、前記バルブ４１を閉鎖するように当該バルブ４１，４２を制御した後、前記ポンプ３３及び前記ブロア３４を作動して、改質装置２０の燃焼室２１の前記燃焼バーナへ燃焼原料５及び燃焼空気６を送給して燃焼させると共に、前記ポンプ３１，３２を作動して、炭化水素系原料１及び原料水２を改質装置２０内に送給すると、当該燃焼バーナで生じた燃焼ガス７が改質室２２の近傍を経由して熱交換室２３内を流通することにより改質装置２０内を加熱し始めると共に、炭化水素系原料１及び原料水２が改質装置２０のＣＯ除去室２５及びＣＯシフト室２４の近傍を経由して熱交換室２３内を流通した後、ＣＯシフト室２４内及びＣＯ除去室２５内を流通して改質装置２０から送出される。
【００４６】
このとき、改質装置２０が十分に加熱されておらず、炭化水素系原料１及び原料水２が十分に改質されないため、改質装置２０から送出される燃料ガス３は、前記燃料電池本体１０を流通することなく凝縮器５２に送給され、水分を除去された後、上記改質装置２０の上記燃焼室２１の上記燃焼バーナへ送給され、前記燃焼原料５等と共に燃焼されて、上記燃焼ガス７となって系外へ排気処理される。
【００４７】
〈発電運転〉
次に、運転開始から規定時間経過して、改質装置２０が十分に加熱され（特にＣＯ除去室２５内）、炭化水素系原料１及び原料水２が十分に改質されるようになると（特にＣＯ濃度が規定値以下）、前記制御装置６０は、前記タイマからの情報に基づいて、前記バルブ４１を開放する一方、前記バルブ４２を閉鎖するように当該バルブ４１，４２を制御すると共に、前記ブロア３５を作動して前記燃料電池本体１０の酸化ガス極側に空気４を送給させる。
【００４８】
これにより、改質装置２０から送出される燃料ガス３は、前記凝縮器５１で余剰の水分を除去されてから前記燃料電池本体１０の燃料ガス供給口から燃料ガス極側に供給され、当該燃料電池本体１０の酸化ガス極側に供給された前記空気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１０の燃料ガス排出口から排出され、前記凝縮器５２で水分を除去されてから、上記改質装置２０の上記燃焼室２１の上記燃焼バーナへ送給され、前記燃焼原料５等と共に燃焼されて、上記燃焼ガス７となって系外へ排気処理される。
【００４９】
［改質管理系制御］
このような改質作動系制御を行うにあたって、前記制御装置６０は、さらに、前記温度センサ６１での計測結果に基づいて、前記改質装置２０の前記改質室２２内の温度Ｔ０が、所定の温度範囲内となるように前記ポンプ３３を制御する。
【００５０】
具体的には、改質管理系制御のフローを表す図２に示すように、前記制御装置６０は、まず、前記温度センサ６１での計測結果に基づいて、前記改質装置２０の前記改質室２２内の温度Ｔ０が、予め定められた下限温度Ｔ１よりも低い（Ｔ０＜Ｔ１）か否か判断する（Ｓ１１）。
【００５１】
そして、前記制御装置６０は、前記温度Ｔ０が、前記下限温度Ｔ１よりも低い場合（Ｔ０＜Ｔ１）には、前記改質装置２０の前記燃焼室２１の前記燃焼バーナへの燃焼原料５の送給量を増加させるように前記ポンプ３３を制御する（Ｓ１２）。
【００５２】
続いて、前記制御装置６０は、前記温度Ｔ０が前記下限温度Ｔ１以上の場合（Ｔ０≧Ｔ１）、又は、前記改質装置２０の前記燃焼室２１の前記燃焼バーナへの燃焼原料５の送給量を増加させるように前記ポンプ３３を制御した後には、上記温度Ｔ０が、予め定められた上限温度Ｔ２よりも高い（Ｔ０＞Ｔ２）か否か判断する（Ｓ１３）。
【００５３】
そして、前記制御装置６０は、前記温度Ｔ０が、前記上限温度Ｔ２よりも高い場合（Ｔ０＞Ｔ２）には、前記改質装置２０の前記燃焼室２１の前記燃焼バーナへの燃焼原料５の送給量を削減するように前記ポンプ３３を制御する（Ｓ１４）。
【００５４】
続いて、前記制御装置６０は、前記温度Ｔ０が前記上限温度Ｔ２以下の場合（Ｔ０≦Ｔ２）、又は、前記改質装置２０の前記燃焼室２１の前記燃焼バーナへの燃焼原料５の送給量を減少させるように前記ポンプ３３を制御した後には、改質管理系制御が不要であるか否か（例えば、前記タイマからの情報に基づいて運転作動開始から規定時間経過したか否か、前記タイマ及び前記温度センサ６１からの情報に基づいて改質装置２０内を規定温度で規定時間保持したか否か等）判断する（Ｓ１５）。
【００５５】
そして、前記制御装置６０は、改質管理系制御が必要であると判断した場合（例えば、運転開始から規定時間経過していない場合、改質装置２０内を規定温度で規定時間保持していない場合等）には、前記ステップＳ１１に戻り、上述した制御を再び繰り返し、改質管理系制御が不要であると判断した場合（例えば、運転作動開始から規定時間経過した場合、改質装置２０内を規定温度で規定時間保持した場合等）には、本改質管理系制御を終了する。
【００５６】
つまり、従来は、背景技術で説明したように、改質原料１０１及び燃焼原料１０５の送給量並びに前記水素濃度センサ１６２で計測された使用済みの改質ガス１０３中の水素濃度及び改質器１２０の最下流位置にあるＣＯ選択酸化部１２５の温度Ｔに基づいて、改質水１０２の流量を調整して、改質器１２０の内部温度を調整するようにしていたが、本実施形態では、改質装置２０の最上流位置にある改質室２２の温度Ｔ０に基づいて、燃焼原料５の送給量を調整して、改質装置２０の内部温度を調整するようにしたのである。
【００５７】
言い換えれば、本実施形態においては、改質装置２０内の温度が変動している立ち上げ時等のように、改質装置２０の燃焼室２１の燃焼バーナへ送給される当該改質装置２０からの燃料ガス３中の水素ガス濃度が刻一刻と変量してしまうような場合であっても、その水素ガス濃度の変量結果が比較的即時に現れる改質室２２の温度Ｔ０に基づいて、改質装置２０内の温度を最も応答性よく調整できる燃焼原料５の送給量を調整するようにしたのである。
【００５８】
したがって、本実施形態によれば、改質装置２０内の温度を応答よく調整することができるので、改質装置２０内の各種触媒の性能や寿命の低下抑制を確実に行うことができる。
【００５９】
また、改質装置２０の燃焼室２１の燃焼バーナへ送給される当該改質装置２０からの燃料ガス３中の水素ガス濃度の変動結果が比較的即時に現れる改質室２２の温度Ｔ０に基づいて、改質装置２０の内部温度を調整するようにしていることから、従来のように、燃焼バーナへ送給する改質ガス（燃料ガス）中の水素ガス濃度を、精度よく求めることが難しい水素濃度センサ等を用いて直接的に計測しなくても済むので、改質装置２０内を正確に温度調整することが容易にでき、改質装置２０内の各種触媒の性能や寿命の低下抑制を確実に行うことができる。
【００６０】
また、改質装置２０の改質室２２の温度Ｔ０に基づいて温度調整するようにしていることから、当該改質室２２を精度よく温度管理することが容易にできるので、灯油等の液体の炭化水素系原料１を用いても、当該炭化水素系原料１の炭化水素成分が改質室２２をスリップしてしまうことを確実に防止することができ、ＣＯシフト室２４やＣＯ除去室２５の触媒への吸着を防止でき、これら触媒の性能や寿命の低下をさらに抑制することができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、前記ステップＳ１５において、例えば、前記タイマからの情報に基づいて運転作動開始から規定時間経過したか否か、前記タイマ及び前記温度センサ６１からの情報に基づいて改質装置２０内を規定温度で規定時間保持したか否か等により、改質管理系制御が不要であるか否か判断するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記改質装置２０の前記ＣＯ除去室２５内の温度を計測するＣＯ除去室用の温度計測手段を設け、前記ステップＳ１５において、制御手段が、ＣＯ除去室用の上記温度計測手段からの情報に基づいて、前記ＣＯ除去室２５内が規定温度以上（前記改質装置２０においてＣＯ除去室２５内が最も遅く規定温度に達するため）になったか否かにより、改質管理系制御が不要であるか否か判断するようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る燃料電池発電システムは、改質装置内の各種触媒の性能や寿命の低下抑制を確実に行うことができるので、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】
【００６３】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの改質管理系制御のフロー図である。
【図３】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４】従来の燃料電池発電システムの一例の改質管理系制御のフロー図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  炭化水素系原料
２  原料水
３  燃料ガス
４  空気
５  燃焼原料
６  燃焼空気
７  燃焼ガス
１０  燃料電池本体
２０  改質装置
２１  燃焼室
２２  改質室
２３  熱交換室
２４  ＣＯシフト室
２５  ＣＯ除去室
３１〜３３  送給ポンプ
３４，３５  送給ブロア
４１，４２  バルブ
５１，５２  凝縮器
６０  制御装置
６１  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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