(57)【要約】【課題】改質用原料の供給の停止後に、内部の可燃性ガスを処理し、環境への放出量を大幅に削減できる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】改質用原料ｈの導入口７１と、原料ｈを改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質ガスｇ中のＣＯを空気ｋ１により選択的に酸化する酸化部２３と、酸化部を出た改質ガスを導出する導出口７４と、導入口と、改質部と、酸化部と、導出口とを連通し、原料ｈまたは改質ガスを導くライン７６と、オフガスｆを燃焼させ、改質部を加熱するバーナー部２５とを有する燃料処理装置２と、導出した改質ガスで発電し、オフガスをバーナー部に放出するスタック３と、燃焼用原料ｍのバーナー部への供給を確認し、供給のない場合は、この供給を開始し、次に原料ｈの導入を停止し、ラインに残留する可燃性ガスをバーナー部に押し出す不燃性流体ｎを導入口から導入する制御部４とを備えるシステムとする。【選択図】  図１
2004247122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用原料を導入する第１導入口と、
前記導入された改質用原料を改質ガスに改質する改質部と、
前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化用空気によって選択的に酸化する選択酸化部と、
前記選択酸化部を出た前記改質ガスを導出する導出口と、
前記第１導入口と、前記改質部と、前記選択酸化部と、前記導出口とを連通し、前記改質用原料または前記改質ガスを導く改質ガス系統ラインと、
少なくともアノードオフガスを燃焼させ、前記改質部を加熱するバーナー部とを有する燃料処理装置と；
前記導出した改質ガスを用いて発電し、前記アノードオフガスを前記バーナー部に放出する燃料電池スタックと；
（Ｂ１）燃焼用原料が前記バーナー部へ供給されていることを確認し、前記燃焼用原料が前記バーナー部に供給されていない場合は、前記燃焼用原料の前記バーナー部への供給を開始し、次に前記改質用原料の導入を停止し、
（Ｃ１）前記改質ガス系統ラインに残留する可燃性ガスを前記バーナー部に押し出す第１不燃性流体を前記第１導入口から導入する制御部とを備える；
燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記導出した改質ガスを前記燃料電池スタックに搬送する改質ガスラインであって、前記導出した改質ガスに残留する一酸化炭素をさらに酸化するブリード空気を導入する第２導入口を有する改質ガスラインを備え；
前記制御部は、前記改質部で蒸発され、改質用蒸気として使用されるプロセス水を前記第１導入口から導入し、
前記（Ｃ１）の制御において、前記プロセス水の前記導入を行い、前記改質部で蒸発されたプロセス水を前記第１不燃性流体として使用し、
さらに前記改質ガスラインに残留する可燃性ガスを前記バーナー部に押し出す第２不燃性流体として、前記ブリード空気を前記第２導入口から導入する；
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記（Ｂ１）の制御の前に、前記燃料電池スタックの発電を中止する（Ａ１）の制御を行い、
さらに前記（Ａ１）の制御において、前記燃料電池スタックが発生するスタック電流を所定の勾配で減少して０にして前記燃料電池スタックの発電を中止すると共に、前記改質用原料の供給量を所定の流量まで減少させて保持する；
請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池スタックに残留する残留水素が、前記燃料電池スタックのスタック残留電圧を放電することによって消費されるよう構成され；
前記制御部は、
（Ｅ１）前記（Ｃ１）の制御と同時に、前記放電を起こさせ、
（Ｆ１）燃料電池スタックのいずれかのセル電圧が所定の値以下になった時点で前記放電を停止させ、
（Ｇ１）前記所定の値以下になったセル電圧が所定の値まで回復した場合は、前記放電を再度起こさせ；
前記（Ｅ１）の制御と、（Ｆ１）の制御と、（Ｇ１）の制御とを所定の回数、あるいはセル電圧の回復が起こらなくなるまで繰り返す；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
改質用原料とプロセス水とを導入する第１導入口と、
前記導入されたプロセス水を蒸発させて改質用蒸気として用いて、前記改質用原料を改質ガスに改質する改質部と、
前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化用空気によって選択的に酸化する選択酸化部と、
前記選択酸化部を出た前記改質ガスを導出する導出口とをする燃料処理装置と；
前記導出した改質ガスを搬送する改質ガスラインであって、前記導出した改質ガスに残留する一酸化炭素をさらに酸化するブリード空気を導入する第２導入口を有する改質ガスラインと；
前記ブリード空気にて一酸化炭素を酸化した改質ガスを用いて発電する燃料電池スタックと；
（Ｂ２）前記改質用原料の第１導入口からの導入を停止した後、所定時間経過後に前記プロセス水の第１導入口からの導入を停止し、
（Ｃ２）前記ブリード空気の第２導入口からの導入を行う制御部とを備えた；
燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムに関し、停止運転に際し燃料電池発電システム内に残留する可燃性ガス（例えば改質ガス，アノードオフガス等）を適切に処理することができる燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池発電システムは、停止運転時において燃料処理装置内の改質ガス系統内、および燃料電池スタック内の改質ガス系統内に残存する改質ガスの環境への放出は、特別に処理をせずに行われていることが多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、停止運転時において少量で一時的に行われているとはいえ、可燃性ガスをそのまま環境に放出することは、火事などの危険性のほか、一酸化炭素などの有毒ガスを放出することとなり、特に屋内設置となる可能性のある小型の燃料電池発電システムにおいては危険である可能性がある。
【０００４】
そこで、本発明は、改質用原料ガスの供給の停止後に、改質ガス系統内の可燃性ガスを処理し、環境に放出する量を大幅に削減できる安全な燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料電池発電システム１は、例えば図１に示すように、改質用原料ｈを導入する第１導入口７１と、前記導入された改質用原料ｈを改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質ガスｇに含まれる一酸化炭素を選択酸化用空気ｋ１によって選択的に酸化する選択酸化部２３と、選択酸化部２３を出た改質ガスｇを導出する導出口７４と、第１導入口７１と、改質部２１と、選択酸化部２３と、導出口７４とを連通し、改質用原料ｈまたは改質ガスｇを導く改質ガス系統ライン７６と、少なくともアノードオフガスｆを燃焼させ、改質部２１を加熱するバーナー部２５とを有する燃料処理装置２と；前記導出した改質ガスｇを用いて発電し、アノードオフガスｆをバーナー部２５に放出する燃料電池スタック３と；（Ｂ１）燃焼用原料ｍがバーナー部２５へ供給されていることを確認し、燃焼用原料ｍがバーナー部２５に供給されていない場合は、燃焼用原料ｍのバーナー部２５への供給を開始し、次に改質用原料ｈの導入を停止し、（Ｃ１）改質ガス系統ライン７６に残留する可燃性ガスをバーナー部２５に押し出す第１不燃性流体ｎを第１導入口７１から導入する制御部４とを備える。
【０００６】
このように構成すると、燃料処理装置２と、燃料電池スタック３と、制御部４とを備えるので、制御部４によって、燃焼用原料ｍがバーナー部２５へ供給されている状態で、改質用原料ｈの供給を停止するので、改質用原料ｈの供給の停止後もバーナー部２５での燃焼を維持することができる。改質ガス系統ライン７６に第１不燃性流体ｎを供給するので、改質ガス系統ライン７６内の改質用原料ｈあるいは改質ガスｇをバーナー部２５へ押し出して排除し、燃焼用原料ｍの供給により燃焼が維持されているバーナー部２５で燃焼させることができる。このように燃料電池発電システム１内の残留可燃性ガスを安全に処理，パージすることが可能となる。なお、残留可燃性ガスとは、一般的には燃料電池発電システム１内に残留している改質用原料ｈ、改質ガスｇ、アノードオフガスｆ、燃焼用原料ｍを含む概念である。
【０００７】
燃焼用原料ｍのバーナー部２５への供給は、燃料電池スタック３の発電を停止した後に行ってもよい。このようにすると、燃料電池スタック３の発電を停止した後に、バーナー部２５で燃焼用原料ｍによって燃焼が確実に行われることを確保し、バーナー部２５に押し出された可燃性ガスを確実に燃焼して処理し、燃料電池発電システム１内の残留可燃性ガスを安全に処理し，燃料電池発電システム１を停止することが可能となる。（Ｃ１）の制御の後に、選択酸化用空気ｋ１の供給を停止してもよい。このようにすると、改質ガス系統ライン７６を第１不燃性流体ｎで充満させることができ、可燃性ガスの第１不燃性流体によるパージをより効率よく行うことができる。（Ｃ１）の制御の後に、あるいは選択酸化用空気ｋ１の供給を停止した後に、燃焼用原料ｍの供給を停止してもよい。このようにすると、バーナー部２５を第１不燃性流体ｎで充満させ、改質用原料ｈを押し出すことができ、可燃性ガスのパージをより効率よく行うことができる。
【０００８】
燃焼用原料ｍの供給停止は、燃料処理装置２内および燃料電池スタック３内の改質ガス系統から改質用原料ｈ、改質ガスｇが第１不燃性流体ｎによって十分排除されてから行うのが望ましい。
【０００９】
制御部４による（Ｃ１）の制御において、燃料処理装置２の改質ガス系統ライン７６に残留している残留改質ガスｇが、バーナー部２５に混入してくる可能性があるので、改質用原料ｈの供給を停止し，第１不燃性流体ｎを供給開始すると同時に燃焼用空気ｋ４の流量を増加し空気比（燃焼用原料に対する空気比）を増加させ、残留改質ガスｇが十分燃焼するようにするとよい。また、（Ｃ１）の制御の後に、選択酸化用空気ｋ１の供給の停止し、燃焼用原料ｍの供給を停止してから、バーナー部２５を燃焼用空気ｋ４を用いてパージするようにしてもよい。このようにするとバーナー部２５に残留している微量の燃焼用原料ｍをパージすることができる。
【００１０】
第１不燃性流体ｎが水蒸気を含む場合あるいは水蒸気である場合、第１不燃性流体ｎの供給によりバーナー部２５に残留する水分を燃焼用空気ｋ４によるパージによって除去し、次回のバーナー部２５の着火をスムーズに行うことができる。第１不燃性流体ｎが水蒸気である場合であって、さらに選択酸化部２３を出た改質ガスｇを冷却する冷却器７７（図５）が設置されている場合には、水蒸気による冷却器７７下流のパージがなされないので、燃焼用空気ｋ４によってバーナー部２５のパージを行い、残留可燃性ガスｈ、ｇをバーナー部２５から除去することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、例えば図５に示すように、前記導出した改質ガスｇを燃料電池スタック３に搬送する改質ガスライン１６であって、前記導出した改質ガスｇに残留する一酸化炭素をさらに酸化するブリード空気ｋ２を導入する第２導入口５３を有する改質ガスライン１６を備え；制御部４は、改質部２１で蒸発され、改質用蒸気として使用されるプロセス水ｐを前記第１導入口７２から導入し、前記（Ｃ１）の制御において、プロセス水ｐの前記導入を行い、改質部２１により蒸発されたプロセス水ｐを第１不燃性流体ｐとして使用し、さらに改質ガスライン１６に残留する可燃性ガスをバーナー部２５に押し出す第２不燃性流体として、ブリード空気ｋ２を前記第２導入口５３から導入する。
【００１２】
前記（Ｃ１）の制御において、プロセス水ｐの第１導入口７２からの導入を行い、改質部２１で蒸発されたプロセス水ｐを第１不燃性流体として使用するので、燃焼用原料ｍがバーナー部２５に供給された状態で、蒸発したプロセス水ｐにより改質ガス系統ライン７６に残留する残留可燃性ガスをバーナー部２５に押し出すことができる。さらに第２不燃性流体として、ブリード空気ｋ２の第２導入口５３からの導入を行うので、改質ガスライン１６に残留する可燃性ガスをバーナー部２５に押し出すことができる。特に、改質ガスライン１６に改質ガスｇを冷却する冷却器７７が設置されている場合は、冷却器７７下流は蒸発したプロセス水ｐでは、パージすることが難しいので、冷却器７７の上流側からブリード空気ｋ２にてパージを行うことにより改質ガスライン１６に残留する残留可燃性ガスをバーナー部２５に押し出すことができる。
【００１３】
請求項３に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システムにおいて、例えば図１、図３および図４に示すように、制御部は、前記（Ｂ１）の制御の前に、燃料電池スタック３の発電を中止する（Ａ１）の制御を行い、さらに前記（Ａ１）の制御において、燃料電池スタック３が発生するスタック電流Ｉｓを所定の勾配で減少して０にして発電を中止すると共に、改質用原料ｈの供給量を所定の流量まで減少させて保持するよう構成される。
【００１４】
このように構成すると、改質用原料ｈの供給量を徐々に減少させることができ、発電を中止させた後に、第１不燃性流体ｎの供給によって、燃料処理装置２の改質ガス系統ライン７６内、および燃料電池スタック３内の改質用原料ｈ、改質ガスｇのパージをスムーズに行なうことができ、燃焼用ガスｍのバーナー部２５での燃焼によって確実に燃焼させることができる。改質用原料ｈの供給量の減少は、典型的には、電流の減少と同時進行させる。所定の勾配とは、バーナー部２５に過剰のアノードオフガスｆが供給されない程度の減少勾配であり，典型的には１Ｌ／ｍｉｎ程度である。
【００１５】
請求項４に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、例えば図１に示すように、燃料電池スタック３は、燃料電池スタック３に残留する残留水素が、燃料電池スタック３のスタック残留電圧を放電することによって消費されるよう構成され；
制御部４は、
（Ｅ１）前記（Ｃ１）の制御と同時に、前記放電を起こさせ、
（Ｆ１）燃料電池スタック３のいずれかのセル電圧が所定の値以下になった時点で前記放電を停止させ、
（Ｇ１）前記所定の値以下になったセル電圧が所定の値まで回復した場合は、前記放電を再度起こさせ；
前記（Ｅ１）の制御と、（Ｆ１）の制御と、（Ｇ１）の制御とを所定の回数、あるいはセル電圧の回復が起こらなくなるまで繰り返す。
【００１６】
このように構成すると、改質ガス系統ライン７６へ第１不燃性流体ｎを供給し、改質ガス系統ライン７６内、および燃料電池スタック３内の改質用原料ｈ、改質ガスｇをバーナー部２５へ押し出し排除し、バーナー部２５で燃焼させて消費すると同時に、燃料電池スタック３内に残留する残留水素を放電により消費するので、燃料電池発電システム１内の可燃性ガスｈ、ｇを短時間に確実に除去することができる。
【００１７】
例えば図２に示すように、燃料電池スタック３は、出力される直流電圧を所定の直流電圧に変圧するＤＣ／ＤＣコンバータ８１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ突入電流防止用抵抗Ｒ１とを有し，あるいはさらにスタック残留電圧放電用抵抗Ｒ２を有し；制御部４は、燃料電池スタック３内残留水素を消費するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ待機電力による放電、またはスタック残留電圧放電用抵抗Ｒ２による放電、またはＤＣ／ＤＣコンバータ突入電流防止用抵抗Ｒ１による放電を起こさせるようにするとよい。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８１の待機電力で十分短時間に燃料電池スタック３内残留水素を消費できる場合には、当該待機電力による放電を行う。消費電流が大きい場合に対処するため突入防止抵抗Ｒ１をＤＣ／ＤＣコンバータ８１と直列に配置することで、電気抵抗を増して消費電流を抑えて適当な消費速度で放電を行い、スタック内残留水素分を消費することができる。また，消費電流が足りない場合に対処するためスタック残留電圧放電用抵抗Ｒ２を設けているので、この抵抗Ｒ２を用いて放電を行い、燃料電池スタック３内残留水素分を消費することができる。
【００１９】
請求項４に記載の燃料電池発電システム１０１は、例えば図５に示すように、さらに前記導出した改質ガスｇを燃料電池スタック３に導く改質ガスライン１６と、前記燃料電池スタック３で発電に用いられなかった前記改質ガスｇを燃料電池スタック３から前記バーナー部２５に導くアノードオフガスライン１７とからなるガスラインを備え；前記ガスラインは、前記導出した改質ガスｇを前記バーナー部２５に直接送り込むよう切り替える切替手段６８を有し；制御部１０４は、前記（Ａ１）の制御の後、前記（Ｂ１）の制御の前に、切替手段６８による切り替えを行うように構成されてもよい。
【００２０】
このように構成すると、通常運転時には導出した改質ガスｇを改質ガスライン１６を介して燃料電池スタック３部に導き、燃料電池スタック３で発電に用いられなかった改質ガスｇを、アノードオフガスライン１７を介して燃料電池スタック３からバーナー部２５に導くことができる。一方、停止運転時には、燃料電池スタック３の発電を停止した後，切替手段６８による切り替えを行い、導出した改質ガスｇをバーナー部２５に直接送り込むようにし、燃料電池スタック３への改質ガスｇの供給を断ち、燃料電池スタック３のスタック残留電圧を放電することによって燃料電池スタック３内に残留する残留水素を消費することができる。なお、バーナー部２５に直接送り込むとは、燃料電池スタック３を介さないでバーナー部２５に送り込むという意味である。このとき，燃焼用原料ｍがバーナー部２５に供給されていない場合に、当該供給を開始し、次に改質用原料ｈの供給を停止するとよい。
【００２１】
請求項５に係る発明による燃料電池発電システム１は、例えば図１に示すように、改質用原料ｈとプロセス水ｐとを導入する第１導入口７１、７２と、前記導入されたプロセス水ｐを蒸発させて改質用蒸気として用いて、改質用原料ｈを改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質ガスｇに含まれる一酸化炭素を選択酸化用空気ｋ１によって選択的に酸化する選択酸化部２３と、選択酸化部２３を出た改質ガスｇを導出する導出口７４とをする燃料処理装置２と；前記導出した改質ガスｇを搬送する改質ガスライン１６であって、前記導出した改質ガスｇに残留する一酸化炭素をさらに酸化するブリード空気ｋ２を導入する第２導入口５３を有する改質ガスライン１６と；ブリード空気ｋ２にて一酸化炭素を酸化した改質ガスｇを用いて発電する燃料電池スタック３と；（Ｂ２）改質用原料ｈの第１導入口７１からの導入を停止した後、所定時間経過後にプロセス水ｐの第１導入口７２からの導入を停止し、
（Ｃ２）ブリード空気ｋ２の第２導入口５３からの導入を行う制御部４を備える。
【００２２】
このように構成すると、燃料処理装置２と、改質ガスライン１６と、燃料電池スタック３と、制御部４とを備えるので、制御部４によって、改質用原料ｈの導入を停止した後、所定時間経過後に前記プロセス水ｐの導入を停止し、前記ブリード空気ｋ２の導入を行うことができる。
【００２３】
改質用原料ｈの導入を停止した後、所定時間経過後にプロセス水ｐの導入を停止するので、改質用原料ｈの導入を停止した後の所定時間の間、プロセス水ｐを導入することによって、プロセス水ｐが改質部２１で蒸発し、蒸発した水蒸気を燃料処理装置２に残存する改質用原料ｈ、改質ガスｇを押し出すパージガスとして利用することができる。プロセス水ｐの導入を停止し、ブリード空気ｋ２の導入を行うので、ブリード空気ｋ２によりさらに改質ガスライン１６に残存する水蒸気を押し出すことができ、水蒸気の凝縮による水分の残存を回避することができる。ここでいう所定時間とは、プロセス水ｐが蒸発した水蒸気により燃料処理装置２に残存する改質用原料ｈ、改質ガスｇを押し出して排除することができる十分な時間をいう。
【００２４】
また、燃料処理装置２は典型的にはバーナー部２５を有するので、この場合には、バーナー部２５に残留する水分をブリード空気ｋ２によるパージによって除去し、次の燃料電池発電システム１の起動時にバーナー部２５の着火をスムーズに行うことができる。また、選択酸化部２３を出た改質ガスｇを冷却する冷却器７７が改質ガスライン１６に設置されている場合には、水蒸気による冷却器下流のパージを行うことが難しいので、選択酸化部２３の下流であって冷却器７７の上流からのブリード空気ｋ２によってバーナー部２５のパージを行うことができる。このパージによって、改質ガスライン１６に残留する可燃性流体ｎを除去することができる。また，燃焼用空気ｋ４を用い，バーナー部２５のパージを行ってもよい。
（Ｃ２）でブリード空気ｋ２の供給を行ったときに、空気比を一定に保つために燃焼用空気ｋ４の流量を、ブリード空気ｋ２の流量分だけ減少させるとよい。なお、プロセス水ｐの供給の停止は、典型的には、燃料処理装置２の水蒸気と接触する箇所の温度が水分の沸点以下になる前に行うことが望ましい。
【００２５】
請求項５において、例えば図１に示すように、制御部４が（Ａ２）前記燃料電池スタック３の発電を中止した後、前記ブリード空気ｋ２の導入を停止し、（Ｂ２）前記改質用原料ｈの第１導入口７２からの導入を停止した後、所定時間経過後に前記プロセス水ｐの第１導入口７２からの導入を停止し、（Ｃ２）前記ブリード空気ｋ２の第２導入口５３からの導入を再び開始し、（Ｄ２）所定時間経過後、前記ブリード空気ｋ２の導入を再び停止するようにしてもよい。
【００２６】
このようにすると、燃料電池スタック３の発電の中止後に、蒸発したプロセス水ｐによって燃料処理装置２に残留する可燃性ガスｈ、ｇを燃料処理装置２からパージし、燃料電池発電システム１を停止することができる。特にブリード空気ｋ２の供給の停止後に、第１導入口７２から導入され蒸発されるプロセス水ｐによりパージを行うので、燃料処理装置２内のパージをより効率的に行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２８】
図１のブロック図を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池発電システム１の構成を説明する。燃料電池発電システム１は、燃料処理装置２と、固体高分子電解質型燃料電池である燃料電池スタック３と、制御装置４と、燃料供給ライン１１と、選択酸化用空気供給ライン１２と、プロセス水供給ライン１３と、燃焼用ガス供給ライン１４と、燃焼用空気供給ライン１０と、あるいは改質ガスラインとしての改質ガス搬送ライン１６と、アノードオフガスライン１７と、ブリード空気ラインとしてのブリード空気供給ライン１８と、スタック用空気供給ライン１９、窒素ガス供給ライン２０、切替ライン６７とを含んで構成される。
【００２９】
燃料供給ライン１１は、流体昇圧装置としてのブロワ３１と流量調節装置としての調節弁３２と流量測定装置としての流量計４７とを備え、選択酸化用空気供給ライン１２は、ブロワ３３と調節弁３４と流量計４８とを備える。プロセス水供給ライン１３は、流体昇圧装置としてのポンプ３５と調節弁３６と流量計４９とを備え、燃焼用ガス供給ライン１４は、ブロワ３７と調節弁３８と流量計５０とを備える。また、燃焼用空気供給ライン１０は、ブロワ６４と調節弁６５と流量計６６とを備える。改質ガス搬送ライン１６には、改質ガス搬送ライン１６にブリード空気ｋ２を導入する第２導入口としてのブリード空気導入口５３が形成され、ブリード空気導入口５３には、ブリード空気供給ライン１８が接続される。ブリード空気供給ライン１８は、ブロワ４１と調節弁４２と流量計５１とを備え、スタック用空気供給ライン１９は、ブロワ４３と調節弁４４と流量計５２とを備える。窒素ガス供給ライン２０は、窒素ガス供給源としての窒素ボンベ（不図示）と調節弁６２と流量計６３とを備える。
【００３０】
燃料処理装置２は、改質部２１と、変成部２２と、選択酸化部２３と、バーナー部２５と、第１導入口としての燃料導入口７１と、第１導入口としてのプロセス水導入口７２と、選択酸化用空気導入口７３と、改質ガス導出口７４と、燃料導入口７１と改質部２１と変成部２２と選択酸化部２３と改質ガス導出口７４とを連通する改質ガス系統ライン７６とを備える。
【００３１】
燃料導入口７１に、燃料供給ライン１１が接続される。燃料供給ライン１１から燃料導入口７１に導入された改質用原料としての改質用原料ガスｈは、改質部２１に供給される。改質部２１では、供給された改質用原料ガスｈを改質し水素を主成分（例えば、水素の成分がモル％で約７０〜７５％）とする改質ガスｇにする改質反応が行われる。変成部２２では、改質ガスｇのＣＯ変成反応が行われる。選択酸化用空気導入口７３には、選択酸化用空気供給ライン１２が接続される。選択酸化用空気供給ライン１２から選択酸化用空気導入口７３に導入された選択酸化用空気ｋ１は選択酸化部２３に供給される。選択酸化部２３では、改質ガス中に残存する一酸化炭素ガスの選択酸化用空気ｋ１による選択的酸化が行われる。燃料導入口７１に、さらにプロセス水供給ライン１３が接続される。プロセス水供給ライン１３から燃料導入口７１に導入されたプロセス水ｐは、改質部２１に供給される。改質部２１に供給されたプロセス水ｐは、蒸発して改質用蒸気となる。バーナー部２５には、燃焼用ガス供給ライン１４が接続され、バーナー部２５にバーナーガスとしての、または燃焼用原料としての燃焼用ガスｍを供給する。バーナー部２５には、さらに燃焼用空気供給ライン１０が接続され、バーナー部２５に燃焼用空気ｋ４を供給する。また、バーナー部２５には、後述のようにアノードオフガスライン１７が接続され、アノードオフガスｆを供給する。バーナー部２５は燃焼用空気ｋ４によって燃焼用ガスｍを燃焼させ改質反応、変成反応に必要な熱を供給する。なお、改質用原料は液体であってもよく、この場合はブロワ３１の代わりにポンプ（不図示）が使用される。
【００３２】
制御部４は、流量制御信号ｉ１を、調節弁３２、調節弁３４、調節弁３６、調節弁３８、調節弁６２へ、それぞれ個別に送る。制御部４から流量制御信号ｉ１を受け、調節弁３２は、改質用原料ガスｈの改質部２１への供給量を調節し、調節弁３４は、選択酸化用空気ｋ１の選択酸化部２３への供給量を調節し、調節弁３６は、プロセス水ｐの改質部２１への供給量を調節し、調節弁３８は、燃焼用ガスｍのバーナー部２５への供給量を調節し、調節弁６５は、燃焼用空気ｋ４のバーナー部２５への供給量を調節する。調節弁６２は、第１不燃性流体あるいは不燃性ガスとしての窒素ガスｎの改質部２１への供給量を調節する。
【００３３】
ブロワ３１、ブロワ３３、ポンプ３５、ブロワ３７、ブロワ６４は、不図示のモータにより駆動され、それぞれ改質用原料ガスｈ、選択酸化用空気ｋ１、プロセス水ｐ、燃焼用ガスｍ、燃焼用空気ｋ４、不活性ガスである窒素ガスｎを供給し、定常状態で回転数はほぼ一定である。これらを不図示の例えば蒸気タービンにより駆動し、回転数制御により流量が制御されるようにしてもよい。この場合、調節弁３２、３４、３６、３８、６５、６２は設置しなくてもよい。
【００３４】
流量計４７は、改質部２１に供給される改質用原料ガスｈの流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。流量計４８は、選択酸化部２３に供給される選択酸化用空気ｋ１の流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。流量計４９は、改質部２１に供給されるプロセス水ｐの流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。流量計５０は、バーナー部２５に供給される燃焼用ガスｍの流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。流量計６６は、バーナー部２５に供給される燃焼用空気ｋ４の流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。流量計６３は、改質部２１に供給される窒素ガスｎの流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００３５】
改質ガス搬送ライン１６は、燃料処理装置２の導出口７４と燃料電池スタック３を繋ぎ、選択酸化部２３を出た改質ガスｇを導出口７４から燃料電池スタック３に搬送する。改質ガス搬送ライン１６には、三方切替弁６８が設置されている。三方切替弁６８には、制御部より三方切替弁を切り替えるための切替信号ｉ６が送られる。アノードオフガスライン１７は、燃料電池スタック３とバーナー部２５とを繋ぎ、後述のアノードオフガスｆを燃料電池スタック３からバーナー部２５へ搬送して、供給する。三方切替弁６８には、切替ライン６７の一端が接続され、切替ライン６７の他端は、アノードオフガスライン１７に接続されている。
【００３６】
三方切替弁６８は、通常運転時はａ１側が開となり、選択酸化部２３を出た改質ガスｇは燃料処理装置２から改質ガス搬送ライン１６を通りスタック電池３側に流れる。停止運転が始まると同時に三方切替弁６８のｂ１側への切り替えが行われると、選択酸化部２３を出た改質ガスｇは、改質ガス搬送ライン１６から切替ライン６７を通り、アノードオフガスライン１７に達し、バーナー部２５へ送られる。アノードオフガスライン１７の切替ライン６７との合流部の上流側には逆止弁６９が設置され、アノードオフガスライン１７に流れ込んだ改質ガスｇが燃料電池スタック３へ逆流しないようになっている。
【００３７】
燃料電池スタック３は、不図示の固定高分子膜と不図示のセパレータとが交互に重ねられた多重構造であり、供給された改質ガスｇとスタック用空気ｋ３とを電気化学的に反応させて発電を行うと共に、アノードオフガスｆ（未利用改質ガス）を発生する。ここでアノードオフガスｆは、燃料電池スタック３において、水素が発電に利用された後の余剰改質ガスであり、改質ガスｇに含まれる水素のうち、例えば８０パーセント（モルパーセント）が発電に使用された場合、残り２０パーセント（モルパーセント）相当量の水素を含むいわゆる水素リッチガスである。
【００３８】
燃料電池スタック３は各セル電圧を検出するセル電圧検出器７５を有する。セル電圧検出器７５によって検出された各セル電圧は、電圧信号ｉ３として制御部に送られる。なお、図中、セル電圧検出器７５から送られる電圧信号ｉ３は一つのみ記載され、他は省略されている。
【００３９】
ブリード空気供給ライン１８は、前述のように改質ガス搬送ライン１６に接続され、ブリード空気ｋ２を改質ガス搬送ライン１６に供給する。改質ガスｇは、ブリード空気ｋ２によって残留するＣＯガスが酸化される。スタック用空気供給ライン１９は、燃料電池スタック３に接続され、スタック用空気ｋ３を燃料電池スタック３に供給する。制御部４は、調節弁４２、４４へ流量制御信号ｉ１をそれぞれ個別に送る。調節弁４２は、ブリード空気ｋ２の改質ガス搬送ライン１６への供給量を調節し、調節弁４４は、スタック用空気ｋ３の燃料電池スタック３への供給量を調節する。ブロワ４１、４３は、不図示のモータにより駆動され、定常状態で回転数はほぼ一定である。これらを不図示の例えば蒸気タービンにより駆動し、回転数制御により流量が制御されるようにしてもよい。この場合、調節弁４２、４４は設置しなくてもよい。流量計５１は、改質ガス搬送ライン１６に供給されるブリード空気ｋ２の流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。流量計５２は、燃料電池スタック３に供給される酸化剤ガスとしてのスタック用空気ｋ３の流量を計測し、計測された流量は流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００４０】
燃料電池スタック３は、負荷５（何らかの電気機器）に電気的に接続されている。燃料電池スタック３は、スタック電圧Ｖｓを検出するスタック電圧検出器４５と、スタック電流Ｉｓを検出するスタック電流検出器４６とを有する。スタック電圧検出器４５によって検出されたスタック電圧Ｖｓは、電圧信号ｉ３として制御部４に送られる。スタック電流検出器４６によって検出されたスタック電流Ｉｓは、電流信号ｉ４として制御部４に送られる。
【００４１】
次に、燃料電池発電システム１の通常運転時の作用を説明する。バーナー部２５には、起動時、助燃時にブロワ３７により搬送された燃焼用ガスｍが燃焼用ガス供給ライン１４から供給される。燃焼用ガス供給ライン１４に設置された調節弁３８は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量の燃焼用ガスｍを流すよう所定の開度に制御される。燃焼用空気供給ライン１０に設置された調節弁６５は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量の燃焼用ガスｍを流すよう所定の開度に制御される。燃焼用ガスｍの流量は流量計５０により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。通常運転時にはバーナー部２５には、アノードオフガスライン１７を介して燃料電池スタック３からアノードオフガスｆが供給される。バーナー部２５で発生する燃焼熱は、改質部２１での改質反応熱に利用され、改質部２１に充填された改質触媒（不図示）、変成部２２に充填されたＣＯ変成触媒（不図示）を反応に適した所定の温度に維持するために利用される。
【００４２】
改質用原料ガスｈは、ブロワ３１により搬送され燃料供給ライン１１を介して改質部２１に供給される。燃料供給ライン１１に設置された調節弁３２は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量の改質用原料ガスｈを流すよう所定の開度に制御される。改質用原料ガスｈの流量は流量計４７により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００４３】
プロセス水ｐは、ポンプ３５により搬送されプロセス水供給ライン１３を介して改質部２１に供給される。プロセス水供給ライン１３に設置された調節弁３６は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量のプロセス水ｐを流すよう所定の開度に制御される。プロセス水ｐの流量は流量計４９により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。改質部２１に供給されたプロセス水ｐは、改質部２１で蒸発し改質用蒸気ｓとして利用される。すなわち、改質部２１では、改質用原料ガスｈがメタンの場合は、改質触媒によりＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２  で表せる水蒸気改質反応が行われ、改質ガスｇとなる。ここでＨ２Ｏは、改質用蒸気である。
【００４４】
改質ガスｇは、改質部２１から変成部２２に送られ、変成部２２で、ＣＯ変成触媒によりＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２  で表せる変成反応が行われる。さらに、改質ガスｇは、変成部２２から選択酸化部２３に送られる。選択酸化用空気ｋ１は、ブロワ３３により搬送され選択酸化用空気供給ライン１２から選択酸化部２３に供給される。選択酸化用空気供給ライン１２に設置された調節弁３４は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量の選択酸化用空気ｋ１を流すよう所定の開度に制御される。選択酸化用空気ｋ１の流量は流量計４８により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００４５】
改質ガスｇ中に残留するＣＯガスは、選択酸化部２３で選択酸化用空気ｋ１により選択的に酸化され、ＣＯ＋（１／２）Ｏ２→ＣＯ２  で表される反応が行われる。ＣＯガスが除去された改質ガスｇは、改質ガス搬送ライン１６を通って燃料電池スタック３に向けて供給される。
【００４６】
改質ガス搬送ライン１６内を搬送中の改質ガスｇに含まれるＣＯガスは、改質ガス搬送ライン１６内に供給されるブリード空気ｋ２によって酸化される。
ブリード空気ｋ２は、ブロワ４１により搬送されブリード空気供給ライン１８から改質ガス搬送ライン１６に供給される。ブリード空気供給ライン１８に設置された調節弁４２は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量のブリード空気ｋ２を流すよう所定の開度に制御される。ブリード空気ｋ２の流量は流量計５１により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００４７】
燃料電池スタック３には、ブロワ４３により搬送されたスタック用空気ｋ３がスタック用空気供給ライン１９を通って供給される。スタック用空気供給ライン１９に設置された調節弁４４は、制御部４からの流量制御信号ｉ１を受け、流量制御信号ｉ１に対応する流量のスタック用空気ｋ３を流すよう所定の開度に制御される。スタック用空気ｋ３の流量は流量計５２により計測され、計測された流量は、流量信号ｉ５として制御部４に送られる。
【００４８】
燃料電池スタック３は、改質ガスｇとスタック用空気ｋ３とを電気化学的に反応させ、発電が行われ、負荷５に電力が供給される。燃料電池スタック３に供給された改質ガスｇの一部は発電には利用されず、燃料電池スタック３を出てアノードオフガスｆとしてバーナー部２５に送られバーナー部２５で燃焼される。
調節弁６２は、通常運転の間は、制御部４から開度を０にするように、流量制御信号ｉ１を受け、閉の状態を維持し、窒素ガスｎは、通常運転時には供給されない。
【００４９】
図２に示すように、負荷５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１と、インバータ８２と、負荷本体５Ａとをこの順序で直列に含んで構成される。インバータ８２の入力側には、平滑コンデンサ８３と、３接点ａａ１、ｂｂ１、ｃｃ１からなるスイッチＳＷ１と、２接点ａａ２、ｂｂ２からなるスイッチＳＷ２とが設置されている。
【００５０】
燃料電池スタック３の発電を終了させるときは、スイッチＳＷ１が接点ａａ１に接続され、スイッチＳＷ１はオフとなり、インバータ８２及び負荷本体５ＡがＤＣ／ＤＣコンバータ８１及び燃料電池スタック３から切り離される。
燃料電池スタック３による発電を開始するときは、スイッチＳＷ１が接点ｂｂ１に接続され、インバータ８２及び負荷５Ａが突入電流防止用抵抗Ｒ１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８１及び燃料電池スタック３に接続され、定常発電に移行するときは、スイッチＳＷ１は、接点ｂｂ１から接点ｃｃ１に接続される。
【００５１】
定常発電時には、スイッチＳＷ２は接点ａａ２に接続されており、スイッチＳＷ２はオフとなっている。発電休止時に、スタック残留電圧の放電を行うときは、スイッチＳＷ２を接点ｂｂ２に接続し、残留電圧放電用抵抗Ｒ２によるスタック残留電圧の放電が行われる。当該放電の終了後、スイッチＳＷ２は、接点ａａ２に接続されオフとされる。
【００５２】
次に、図３、図４を参照し適宜図１を参照して、第１の実施の形態の燃料電池発電システム１の制御部４による停止運転方法について説明する。図３中、横軸は時間の経過、縦軸は流量（単位は気体がＮＬ／ｍｉｎ）を表す。図４中、横軸は時間の経過、縦軸は流量（単位Ｌ／ｍｉｎ）、電流（単位Ａ）を表す。
【００５３】
図３中、折れ線Ｒ１（実線）は、燃焼用空気ｋ４の流量、折れ線Ｒ２（長い二点鎖線）は、改質用原料ガスｈの流量、折れ線Ｒ３（短い一点鎖線）は、燃焼用ガスｍの流量、折れ線Ｒ４（短い二点鎖線）は、窒素ガスｎの流量、折れ線Ｒ５（破線）は、ブリード空気ｋ２の流量の流量を表す。図４中、折れ線Ｒ６（実線）は、プロセス水ｐの流量、折れ線Ｒ７（実線）は、スタック電流Ｉｓを表す。
【００５４】
時間ｔ０に、燃料電池発電システム１の通常運転がなされている。時間ｔ０においては、燃焼用空気ｋ４の流量は２０ＮＬ／ｍｉｎで一定であり、改質用原料ガスｈの流量は４．５ＮＬ／ｍｉｎで一定である。燃焼用空気ｋ４の流量は、燃焼用ガスｍおよびアノードオフガスｆを完全燃焼させるのに必要な流量の、約１．２倍である（空気比約１．２）。改質用原料ガスｈの流量は、燃料電池スタック３のスタック電流Ｉｓに対応する流量であり、負荷５に見合った電力を燃料電池スタック３が発生させるのに必要な改質ガスｇを燃料処理装置２が発生させるのに必要な流量である。
【００５５】
同じく時間ｔ０において、プロセス水ｐの流量は、０．０１１Ｌ／ｍｉｎで一定である。プロセス水ｐの流量は、プロセス水ｐの流量から求められる蒸気のモル流量と、改質用原料ガスｈの流量から求められる炭素とモル流量との比が、約２．８となる流量である。ブリード空気ｋ２の流量は、０．７ＮＬ／ｍｉｎで一定である。ブリード空気ｋ２の流量は、選択酸化された改質ガスｇ中に残存する一酸化炭素を酸化するに十分な量である。
【００５６】
図３に図示しないが、同じく時間ｔ０において、選択酸化用空気ｋ１、スタック用空気ｋ３も一定流量が供給されている。選択酸化用空気ｋ１の流量は、改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化するのに必要な流量が供給される。スタック用空気ｋ３は、燃料電池スタック３の電流負荷に応じた流量が供給される。なお、時間ｔ０において、燃焼用ガスｍの流量は０である。よって、バーナー部２５で助燃は行われず、アノードオフガスｆのみを使用して燃焼が行われる。また、時間ｔ０において、窒素ガスｎの流量も０である。
【００５７】
時間ｔ１に、制御部４に燃料電池発電システム１の停止信号（不図示）が送られ、制御部４は、スタック電流Ｉｓの値を下げ始め、停止運転に移行する。同時に、改質用原料ガスｈの流量をスタック電流Ｉｓの減少（例えば、５７Ａから１０Ａ／ｍｉｎの割合で減少）に対応して減少させる。改質用原料ガスｈの流量は、スタック電流Ｉｓの関数として表される流量である。改質用原料ガスｈの流量の流量は、１ＮＬ／ｍｉｎ以下に下がらないように制御される。１ＮＬ／ｍｉｎ以下に下がらないようにするのは、アノードオフガスｆによって燃焼しているバーナー部２５での燃焼安定性を保つためである。スタック電流Ｉｓの減少割合を１０Ａ／ｍｉｎとしたのは、スタック電流Ｉｓの急激な減少は、消費される改質ガス流量の急激な減少となり、改質ガス搬送ライン１６の圧力が急激に上昇する原因となること、燃料処理装置２において、改質ガスｇの流量の変動にともなう背圧の変動は改質ガスｇ中のＣＯ量が増加する原因となること、改質ガスｇの流量の急変によるアノードオフガスｆの流量の急変は、バーナー部２５での不完全燃焼の原因となることによる。時間ｔ１に、燃焼用空気ｋ４の流量も減少し始める。
【００５８】
同じく時間ｔ１において、プロセス水ｐ、ブリード空気ｋ２が、改質用原料ガスｈの流量の減少割合と同じ減少割合で減少し始める。
図３に図示しないが、同じく時間ｔ１において、選択酸化用空気ｋ１、スタック用空気ｋ３も、改質用原料ガスｈの流量の減少割合と同じ減少割合で減少し始める。
【００５９】
スタック電流Ｉｓは、時間ｔ１から時間ｔ２（例えば、時間ｔ１より５．７分経過）の間単純に減少し続け、時間ｔ２に、スタック電流Ｉｓが０になり、発電を停止する。改質用原料ガスｈ、プロセス水ｐの流量も、時間ｔ１から時間ｔ２の間単純に減少し続け、時間ｔ２に、それぞれ最小供給流量である１．０ＮＬ／ｍｉｎ、０．００３Ｌ／ｍｉｎに達する。ブリード空気ｋ２も、時間ｔ１から時間ｔ２の間単純に減少し続ける。燃焼用空気ｋ４も、時間ｔ１から時間ｔ２の間単純に減少し続け、時間ｔ２に、流量が１０ＮＬ／ｍｉｎとなる。
【００６０】
図３に図示しないが、選択酸化用空気ｋ１、スタック用空気ｋ３も、同様に、時間ｔ１から時間ｔ２の間単純に減少し続ける。
また、時間ｔ２に、三方切替弁６８をａ１側からｂ１側に切り替え、選択酸化部２３を出た改質ガスｇが改質ガス導出口７４、改質ガス搬送ライン１６から三方切替弁６８、切替ライン６７、アノードオフガスライン１７を経て、バーナー部２５に供給されるようにする。したがって、改質ガスｇは、燃料電池スタック３には供給されない。スタック用空気ｋ３の供給は時間ｔ２で停止する（図３に不図示）。
【００６１】
さらに、時間ｔ２に、燃焼用ガスｍがバーナー部２５に供給されているか否かのチェックが行われる（図３に不図示）。これは、流量計５０からの流量信号ｉ５に基づいて行われる。燃焼用ガスｍがバーナー部２５に供給されていない場合は（本実施の形態は、この場合に該当）、燃焼用ガスｍのバーナー部２５への供給を開始する。燃焼用ガスｍの供給は、時間ｔ２を僅かに経過した時間ｔ２１に開始される。燃焼用ガスｍの流量は１．２ＮＬ／ｍｉｎとする。同時に、燃焼用空気ｋ４の流量を２８．９ＮＬ／ｍｉｎに増加させる。この燃焼用空気ｋ４の流量は、バーナー部２５に供給される燃焼用ガスｍ、改質用原料ガスｈ、改質ガスｇの流量を考慮し空気比を１．２にすべく決められた流量である。
【００６２】
時間ｔ２を過ぎた後、改質用原料ガスｈの流量は、１ＮＬ／ｍｉｎ、プロセス水ｐの流量は、０．００３Ｌ／ｍｉｎの一定量に維持されるが、時間ｔ３より少し前である時間ｔ２３に、改質用原料ガスｈ及びプロセス水ｐの供給を停止する。同時に、燃焼用空気ｋ４の流量を１３．５ＮＬ／ｍｉｎまで減少させる。
【００６３】
選択酸化用空気ｋ１（図３に不図示）、ブリード空気ｋ２は、時間ｔ２にも、そのまま減少を続ける。ブリード空気ｋ２は、時間ｔ２と後述の時間ｔ３の中間時ｔ２２に流量が０となる。
また、時間ｔ２２に、ブリード空気ｋ２の流量を０とするのは、スタック切離し時に確実にブリード空気ｋ２が供給されているようにするためである。
【００６４】
停止運転時に、改質用原料ガスｈの流量を減少させた場合、改質ガスｇの流量も減少する。よって、プロセス水ｐ、ブリード空気ｋ２、選択酸化用空気ｋ１、スタック空気ｋ３の流量も、同様に減少させる必要がある（図３に不図示）。
【００６５】
次に、時間ｔ３より少し前の時間ｔ２３に、改質用原料ガスｈ及びプロセス水ｐの供給を停止する。同時に、燃焼用空気ｋ４の流量を１３．５ＮＬ／ｍｉｎまで減少させる。燃焼用ガスｍの流量はそのまま１．２ＮＬ／ｍｉｎに維持する。
【００６６】
時間ｔ３に、流量５ＮＬ／ｍｉｎの窒素ガスｎの改質ガス系統ライン７６への供給を開始する。窒素ガスｎは、燃料処理装置２内の改質ガス系統ライン７６、改質ガス搬送ライン１６（三方切替弁の下流側を除く）、切替ライン６７に残留する可燃性ガスと（改質用原料ｈおよび改質ガスｇ）とプロセス水ｐが蒸発した改質用蒸気とを置換し、またアノードオフガスライン１７（切替ラインの接続部の上流側を除く）に残留する可燃性ガス（アノードオフガスｆ）を置換し、可燃性ガスｈ、ｇ、ｆ、および改質用蒸気をバーナー部２５に向けて押し出して排除する。排除された可燃性ガスｈ、ｇ、ｆは、バーナー部２５で燃焼される。燃焼用空気ｋ４の流量は、燃焼用ガスｍの流量、バーナー部２５に押し出されてくる可燃性ガスの流量を基に空気比１．２を前提として決められる流量より２０％程度多い流量である。このように流量を設定したのは、バーナー部２５で残留可燃性ガスの燃焼を効率よく行わせることにより未燃の可燃性ガス、一酸化炭素の発生を極力抑えるためである。
【００６７】
時間ｔ３と後述の時間ｔ４との中間時点である時間ｔ３１に選択酸化用空気ｋ１の供給を停止する（図３に不図示）。時間ｔ３１に選択酸化用空気ｋ１の供給量を停止するのは、改質用原料ガスｈの供給停止時には、確実に選択酸化用空気ｋ１が投入されているようにし，改質ガスｇ中のＣＯ量を抑制するためである．
【００６８】
期間ｔ３を経過後、窒素ガスｎ、燃焼用ガスｍ、燃焼用空気ｋ４の流量は，それぞれ一定量に維持されるが、時間ｔ４より少し前の時間ｔ３２に、燃焼用ガスｍの供給を停止し、さらに同時に窒素ガスｎの流量を１５ＮＬ／ｍｉｎに増加し、さらに同時に燃焼用空気ｋ４の流量を２０ＮＬ／ｍｉｎに増加する。これにより、燃料処理装置２内の改質ガス系統ライン７６、改質ガス搬送ライン１６（三方切替弁６８の燃料電池スタック３側を除く）、切替ライン６７、アノードオフガスライン１７（切替ライン６７の接続部の燃料電池スタック３側を除く）の窒素ガスｎによる可燃性ガスｈ、ｇの置換、バーナー部２５の窒素ガスｎおよび燃焼用空気ｋ４による可燃性ガスの置換を完全に行う。
【００６９】
時間ｔ４に、燃焼用ガスｍの流量が０となる。このとき、窒素ガスｎ、燃焼用空気ｋ４の流量は増加中である。
【００７０】
時間ｔ５（例えば、時間ｔ４より５分経過）より少し前である時間ｔ４１に、窒素ガスｎおよび燃焼用空気ｋ４の供給を停止し、燃料電池発電システム１を停止する。そして、まず窒素ガスの流量が０となり、次に時間ｔ５に燃焼用空気ｋ４の流量が０となる。
【００７１】
なお、時間ｔ２に、残留するスタック電圧を以下の少なくともいずれかの方法で放電し燃料電池スタック３内に残留する改質ガスｇ中の水素を消費する。
▲１▼ＤＣ／ＤＣコンバータ８１（図２）の待機電力による放電
▲２▼スタック残電圧放電用抵抗Ｒ１（図２）による放電
▲３▼ＤＣ／ＤＣコンバータ突入防止用抵抗Ｒ２（図２）による放電
セル電圧検出器７５によって検出されたいずれかのセル電圧が、第１所定の値（０．４Ｖ）以下になった時点で放電を停止する。また所定の値以下に下がったセル電圧が第２所定の値（０．５Ｖ）以上に回復し、第１所定の値以下のセル電圧がない場合は、前述の放電を再開する。あるセルのセル電圧の低下、セル電圧の回復、放電再開を所定の回数（例えば、３回）繰り返すまで、あるいはセル電圧が回復しなくなるまで繰り返す。
【００７２】
第１所定の値とは、セルに接触する部分の水素が少なくなり放電により触媒等に悪影響を与える可能性のある場合のセル電圧の値である。第２所定の値とは、セルに接する部分に水素が拡散されて当該部分に水素が増えセル電圧が高くなり放電を行っても触媒に悪影響を与えないセル電圧の値である。所定の回数とは水素のスタック内拡散速度が放電による水素消費速度より遅いことにより生じる，放電停止後の電圧回復を十分抑えることのできる回数である。
【００７３】
このように放電を行うと、燃料電池スタック３内に残留する残留水素を放電により消費するので、燃料電池発電システム１内の改質用原料ガスｈ、改質ガスｇを短時間に確実に除去することができる。
【００７４】
改質用原料ガスｈの供給を停止すると、燃料処理装置２の改質ガス系統ライン７６中の改質用原料ガスｈ、改質ガスｇのガス速度が低下する。このため、改質反応が進んでしまい、改質ガスｇからの一酸化炭素の除去が十分に行えず、少量ではあるが一酸化炭素濃度の高い改質ガスが発生する可能性がある。三方切替弁６７を作動させることにより、一酸化炭素濃度の高い改質ガスｇが燃料電池スタック内に混入することを防ぐことができ、燃料電池スタック３の固体高分子膜（図１に不図示）の一酸化炭素被毒を防ぐことができる。
【００７５】
時間ｔ２に燃料電池スタック３の発電を停止した後に、選択酸化用空気ｋ１は時間ｔ３１まで供給される（図３に不図示）が、時間ｔ２に三方切替弁６７を作動させることにより、選択酸化用空気ｋ１が、燃料電池スタック内に混入することを防ぐことができ、選択酸化用空気ｋ１が、燃料電池スタック３内の残留水素と固体高分子膜上の触媒部（図１に不図示）で燃焼反応し、燃料電池スタック３の寿命を縮めることを回避することができる。
【００７６】
第１の実施の形態の燃料電池発電システム１によれば、スタック電流Ｉｓを減少させて０とし燃料電池スタック３の発電を停止し、燃焼用原料ガスｍがバーナー部２５へ供給されている状態で、改質用原料ガスｈの供給を停止するので、改質用原料ガスｈの供給の停止後もバーナー部２５へ燃焼用原料ガスｍを供給しバーナー部２５での燃焼を維持することができる。改質ガス系統ライン７６に窒素ガスｎを供給するので、改質ガス系統ライン７６中の改質用原料ガスｈ、改質ガスｇを置換し、バーナー部２５へ押し出して排除し、押し出した改質用原料ガスｈ、改質ガスｇをバーナー部２５で燃焼させることができる。次に、選択酸化用空気ｋ１（図３に不図示）とブリード空気ｋ２の供給を停止するので、改質ガス系統ライン７６を窒素ガスｎで充満させることができる。次に燃焼用原料ガスｍの供給を停止するので、バーナー部２５を窒素ガスｎで充満させ、少量の未燃の燃焼用原料ガスｍ等を押し出すことができる。よって、燃料電池発電スタック１の停止後に残留した改質用原料ガスｈ、改質ガスｇの環境への放出を大幅に削減することができる。なお、燃焼用原料ガスｍの供給を停止は、改質ガス系統ライン７６から改質ガスｇ等を窒素ガスｎによって十分排除してから行うのが望ましい。
【００７７】
以上の第１の実施に形態では、第１不燃性流体として窒素ガスｎを改質ガス系統ライン７６に供給するが、この窒素ガスｎの代わりに、第１不燃性流体として空気を改質ガス系統ライン７６に供給しても、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
図４のブロック図を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システム１０１の構成を説明する。以下前述の第１の実施の形態（図１参照）との相違点のみ説明する。説明しない他の点に関しては、第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
燃料電池発電システム１０１は、改質ガス系統ライン７６に第１不燃性流体としての窒素ガスｎを供給する、窒素ガス供給ラインを備えていない。代わりに、改質ガス系統ライン７６に供給されるプロセス水ｐを第１不燃性流体として利用する。改質部２１に供給されるプロセス水ｐは改質部２１で蒸発して不燃性ガスとしての水蒸気となる。したがって、燃料電池発電システム１０１が備える制御部１０４から、窒素ガスの流量を制御する制御信号が出力されることはなく、窒素ガスの流量を示す流量信号が制御部１０４に入力されることはない。
改質ガス搬送ライン１６のブリード空気導入口５３の下流側には、改質ガスｇを冷却する冷却器７７が設置され、燃料処理装置２を出て燃料電池スタック３へ向かう改質ガスｇの温度を下げる。改質ガスｇの冷却器７７の入り温度は、９０℃程度であり、冷却器７７の出の温度は５５℃程度である。
【００８０】
次に、図６、図７を参照し適宜図５を参照して、第２の実施の形態の燃料電池発電システム１０１の制御部１０４による停止運転方法について説明する。以下前述の第１の実施の形態の制御部４による停止運転方法との相違点のみ説明する。燃料電池発電システム１０１は、窒素ガス供給ラインを備えていないので、窒素ガスを供給すべき段階で、プロセス水ｐの供給を止めないで供給を維持し、プロセス水ｐが蒸発した水蒸気を窒素ガスの代わりに利用する。
【００８１】
図６中、折れ線Ｒ１１（実線）は、燃焼用空気ｋ４の流量、折れ線Ｒ１２（長い二点鎖線）は、改質用原料ガスｈの流量、折れ線Ｒ１３（短い一点鎖線）は、燃焼用ガスｍの流量、折れ線Ｒ１５（破線）は、ブリード空気ｋ２の流量を表す。図６中、折れ線Ｒ１６（実線）は、プロセス水ｐの流量、折れ線Ｒ１７（実線）は、スタック電流Ｉｓを表す。図６中、横軸は時間の経過、縦軸は流量（単位はＮＬ／ｍｉｎ）を表す。図７中、横軸は時間の経過、縦軸は流量（単位Ｌ／ｍｉｎ）、電流（単位Ａ）を表す。
【００８２】
時間ｔ０から時間ｔ３までは、時間ｔ３にプロセス水ｐの供給を停止せずに供給を維持する点を除けば、前述の燃料電池発電システム１の停止運転方法と同じである。よって、時間ｔ０から時間ｔ３までの説明を省略する。また前述の燃料電池発電システム１の停止運転方法では、時間ｔ３と時間ｔ４の間は５分であるが、本燃料電池発電システム１０１の停止運転方法では、１０分としている。
【００８３】
時間ｔ３と時間ｔ４の間の時間ｔ３’（時間ｔ３から５分経過）より少し前の時間ｔ３１’で、プロセス水ｐの供給を停止するので、プロセス水ｐは、時間ｔ３から時間ｔ３１’の間も続けて供給される。よって、供給されたプロセス水ｐは、改質部２１で蒸発し水蒸気となるが、この水蒸気が、改質用原料ガスｈの供給を停止した後は、改質用蒸気として働くのではなく、燃料処理装置２内の改質ガス系統ライン７６に残留する可燃性ガス（改質用原料ガスｈおよび改質ガスｇ）を置換しバーナー部２５に向けて押し出して排除するよう働く。ここでプロセス水ｐ及びプロセス水が蒸発した水蒸気は本発明の第１不燃性流体である。バーナー部２５に押し出された可燃性ガスは、バーナー部２５での燃焼用ガスｍの燃焼により同様に燃焼される。この時点で（時間ｔ３１’）、燃焼用ガスｍと燃焼用空気ｋ４の供給が続けられているのでバーナー部２５の燃焼が行われている。
【００８４】
時間ｔ３１’にプロセス水ｐの供給が停止され、一度停止されたブリード空気ｋ２の供給が時間ｔ３１’に再開される。このときのブリード空気ｋ２の流量は１ＮＬ／ｍｉｎである。ここでブリード空気ｋ２を供給するのは、プロセス水ｐが蒸発した水蒸気は、冷却器７７の下流側は水蒸気の冷却による凝縮のため可燃性ガスの置換を十分にすることはできないが、ブリード空気ｋ２を供給することにより冷却器７７の下流側（改質ガス搬送ライン１６（三方切替弁の燃料電池スタック３側を除く）、切替ライン６７、アノードオフガスライン１７の冷却器７７の下流側（切替ライン６７の接続部の燃料電池スタック３側を除く））の可燃性ガスの置換をすることができる。ここでブリード空気ｋ２は、本発明の第２不燃性流体である。
時間ｔ３’より僅かに前（時間ｔ３１’より後）に、燃焼用空気ｋ４の流量が１３．５ＮＬ／ｍｉｎから１２．５ＮＬ／ｍｉｎの減少する。この減少は、ブリード空気ｋ２の供給再開による。
【００８５】
時間ｔ４（時間ｔ３’より５分間経過）より少し前の時間ｔ３３’に、燃焼用ガスｍの供給、ブリード空気ｋ２の供給を停止し、燃焼用空気ｋ４の流量を２０ＮＬ／ｍｉｎに増加させる。バーナー部２５から水分を完全に除去し、次に燃料電池発電システム１０１を起動したときに、バーナー部２５の着火性を確保するためである。
【００８６】
時間ｔ４に、燃焼用ガスｍ、ブリード空気ｋ２の流量が０となる。
【００８７】
時間ｔ５（例えば、時間ｔ４より５分経過）より少し前である時間ｔ４１に、燃焼用空気ｋ４の供給を停止し、時間ｔ５に燃焼用空気の流量が０となり、燃料電池発電システム１を停止する。なお、時間ｔ２に、残留するスタック電圧を前述の▲１▼▲２▼▲３▼の少なくともいずれかの方法で放電し燃料電池スタック３内に残留する改質ガスｇ中の水素を消費する。
【００８８】
第２の実施の形態の燃料電池発電システム１０１によれば、スタック電流Ｉｓを減少させて０とし燃料電池スタック３の発電を停止し、燃焼用原料ガスｍがバーナー部２５へ供給されている状態で、改質用原料ガスｈの供給を停止するので、改質用原料ガスｈの供給の停止後もバーナー部２５へ燃焼用原料ガスｍを供給しバーナー部２５での燃焼を維持することができる。改質用原料ガスｈの供給停止後もプロセス水ｐを供給するので、プロセス水ｐが蒸発した水蒸気によって改質ガス系統ライン７６中の改質用原料ガスｈ、改質ガスｇを置換し、バーナー部２５へ押し出して排除し、押し出した改質用原料ガスｈ、改質ガスｇをバーナー部２５で燃焼させることができる。次に、ブリード空気ｋ２の供給を開始するのでプロセス水ｐが蒸発した水蒸気では置換することのできない冷却器７７下流側の可燃性ガスをブリード空気ｋ２によって置換することができる。よって、燃料電池発電スタック１０１の停止後に残留した改質用原料ガスｈ、改質ガスｇの環境への放出を大幅に削減することができる。
【００８９】
【発明効果】
以上のように本発明によれば、燃料処理装置と、燃料電池スタックと、制御部とを備えるので、制御部によって、燃料電池スタックの発電を停止し、燃焼用原料がバーナー部へ供給されている状態で、改質用原料の供給を停止するので、改質用原料の供給の停止後もバーナー部へ燃焼用原料を供給しバーナー部での燃焼を維持することができる。改質ガス系統ラインに第１不燃性流体を供給するので、改質ガス系統ライン内の改質用原料は改質ガスをバーナー部へ押し出し排除し、燃焼用原料の供給で燃焼が維持されているバーナー部で燃焼させることができる。このように燃料電池発電システム内の残留可燃性ガスを安全に処理，パージし，システムを停止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池発電システムの負荷の詳細を説明するブロック図である。
【図３】図１の燃料電池発電システムの停止運転方法を示すグラフである。
【図４】図１の燃料電池発電システムの停止運転におけるスタック電流とプロセス水の時間的変化を示すグラフである。
【図５】第２の実施の形態の燃料電池発電システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図５の燃料電池発電システムの停止運転方法を示すグラフである。
【図７】図５の燃料電池発電システムの停止運転におけるスタック電流とプロセス水の時間的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１０１  燃料電池発電システム
２  燃料処理装置
３  燃料電池スタック
４、１０４  制御部
５  負荷
１１  燃料供給ライン
１２  選択酸化用空気供給ライン
１３  プロセス水供給ライン
１６  改質ガス搬送ライン
１７  アノードオフガスライン
２１  改質部
２２  変成部
２３  選択酸化部
２５  バーナー部
３２、３４、３６、３８、４２、４４  調節弁
３９  温度検出器
４５  スタック電圧検出器
４６  スタック電流検出器
４７〜５２  流量計
５３  ブリード空気導入口
５４  電圧電流データ記憶部
５５  変成部適正温度記憶部
ｆ  アノードオフガス
ｇ  改質ガス
ｈ  燃料
ｉ１  流量制御信号
ｉ２  温度信号
ｉ３  電圧信号
ｉ４  電流信号
ｉ５  流量信号
ｉ６  切替信号
Ｉｓ  スタック電流
ｋ１  選択酸化用空気
ｋ２  ブリード空気
ｋ３  スタック用空気
ｎ  燃焼用ガス
ｐ  プロセス水
Ｖｓ  スタック電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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