(57)【要約】【課題】スタック電圧が低下したときに、停止せず、安定して運転できる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】燃料ｈを、改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質ガス中のＣＯを酸化用空気ｋ１により選択的に酸化する選択酸化部２３とを有する燃料処理装置２と；選択的に酸化した改質ガスを搬送する改質ガス搬送ライン１６であって、選択的に酸化した改質ガスに残留するＣＯをさらに酸化するブリード空気ｋ２を導入する導入口５３を有する改質ガス搬送ライン１６と；酸化剤ガスｋ３と、ブリード空気にてＣＯを酸化した改質ガスとを用いて発電する燃料電池スタック３と；スタック電圧Ｖｓを制御する制御部４とを備え；制御部は、スタック電圧が、ノーマル値より所定の値だけ低い警戒値以下に低下した場合に、(A1)酸化剤ガス、(B1)ブリード空気、(C1)酸化用空気の流量を増加する制御を行う。【選択図】  図１
2004207135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を、水素を主成分とする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を有する燃料処理装置と；
前記選択的に酸化した改質ガスを搬送する改質ガス搬送ラインであって、前記選択的に酸化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導入口を有する改質ガス搬送ラインと；
酸化剤ガスと、前記ブリード空気にて一酸化炭素を酸化した改質ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと；
前記燃料電池スタックのスタック電圧を制御する制御部とを備え；
前記制御部は、前記スタック電圧が、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、次の(A1）の制御と、(B1)の制御と、(C1)の制御とを行う第１制御を行うように構成された；
燃料電池発電システム。
(A1)前記酸化剤ガスの流量の増加
(B1)前記ブリード空気の流量の増加
(C1)前記選択酸化用空気の流量の増加
【請求項２】
前記制御部は、前記第１制御を行った後に、前記スタック電圧が前記警戒電圧値以上の既定の電圧値に回復したときに、次の(E1）の制御、(F1)の制御、(G1)の制御のうち少なくとも一つを行う第２制御を行うように構成された；
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
(E1)前記(A1)の制御を解除し、前記スタック電圧が、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(A1)の制御を復活させる。
(F1)前記(B1)の制御を解除し、前記スタック電圧が、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(B1)の制御を復活させる。
(G1)前記(C1)の制御を解除し、前記スタック電圧が、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(C1)の制御を復活させる。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２制御を行った後に、前記第２制御において復活させた制御を一定時間経過後に再解除し、前記スタック電圧が前記警戒電圧値以下に低下した場合は、前記再解除した制御を再復活させる第３制御を行い；
さらに、前記制御部は、前記第３制御を１回以上行い、前記第３制御の回数が所定の値に達した場合、前記第３制御で行われた制御を記憶し、以後スタック電圧が前記警戒電圧値以下に低下した場合に、あるいは通常運転時に、前記記憶した制御を行うよう構成された；
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】
炭化水素系燃料を改質した改質ガスを変成し、プロセス水を予熱し前記プロセス水と熱交換を行う変成部と、バーナーガスを燃焼するバーナー部とを有する燃料処理装置と；
前記変成した改質ガスを用いて発電する燃料電池スタックと；
前記燃料電池スタックのスタック電圧を制御する制御部とを備え；
前記制御部は、前記スタック電圧が、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、
前記変成部の温度が適正上限温度より高いときは、
(K1)前記プロセス水の流量を増加し、あるいは前記バーナーガスの流量を減少し、
前記変成部の温度が適正下限温度より低いときは、
(L1)前記プロセス水の流量を減少し、あるいは前記バーナーガスの流量を増加し、
前記変成部の温度が前記適正上限温度と前記適正下限温度の間の適正温度範囲にあるときは、
(D1)炭化水素系燃料の流量を増加し、
前記スタック電圧が前記警戒電圧値以上に回復するよう制御するように構成された；
燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記制御部は、さらに前記変成部の温度が前記適正温度範囲に戻ったときに、前記(K1)の制御あるいは前記(L1)の制御を解除し、
前記変成部の温度が前記適正温度範囲に戻っても、前記スタック電圧が、前記警戒電圧値以下に低下したままのときには、前記(D1)の制御を行い、
さらに前記スタック電圧が、前記警戒電圧値以上に回復したときに、前記(D1)の制御を解除するよう構成された；
請求項４に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
炭化水素系燃料の供給を受け、該炭化水素系燃料を、水素を主成分とする改質ガスに改質する燃料処理装置と；
前記改質ガスを用いて発電する燃料電池スタックと；
前記燃料電池スタックのスタック電圧を制御する制御部とを備え；
前記制御部は、前記スタック電圧が、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下している場合に、
（M）前記燃料電池スタックのスタック電流を所定の量だけ低下させ、
（N）前記スタック電圧が前記ノーマル電圧値以上に回復した時点で、前記スタック電流を前記低下の直前の値まで上昇するよう制御するように構成された；
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、特になんらかのトラブルによりスタック電圧が低下した場合に対処することができる燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池発電システムは、何らかの要因で燃料電池発電システム発電中に燃料電池スタックのスタック電圧が下がった場合、燃料電池スタック保護のため、ある許容電圧以下にスタック電圧が下がった時点で燃料電池発電システムを停止させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，この方法では外乱などによる一時的なトラブルにより燃料処理装置からのＣＯ発生が起きてスタック電圧が下がった場合，流量計のずれにより酸化剤ガス、炭化水素系原料の流量不足が生じスタック電圧が下がった場合、燃料処理装置の劣化による改質不足により改質ガス流量が不足してスタック電圧が下がった場合などに、燃料電池発電システムを停止しなくてはならず，燃料電池発電システムの安定した運転が難しかった。
【０００４】
そこで本発明は、スタック電圧が下がった場合でも、燃料電池発電システムを停止せずに、安定した運転を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。
【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、炭化水素系燃料ｈを、水素を主成分とする改質ガス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とを有する燃料処理装置２と；選択的に酸化した改質ガスｇを搬送する改質ガス搬送ライン１６であって、選択的に酸化した改質ガス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を導入する導入口５３を有する改質ガス搬送ライン１６と；酸化剤ガスｋ３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とを用いて発電する燃料電池スタック３と；燃料電池スタック３のスタック電圧Ｖｓを制御する制御部４とを備え；制御部４は、スタック電圧Ｖｓが、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、(A1)酸化剤ガスｋ３の流量を増加する制御と、(B1)ブリード空気ｋ２の流量を増加する制御と、(C1)選択酸化用空気ｋ１の流量を増加する制御とを行う第１制御を行うように構成される。
【０００６】
このように構成すると、燃料処理装置２と、改質ガス搬送ライン１６と、燃料電池スタック３と、制御部４とを備えるので、燃料処理装置２により、改質部２１で炭化水素系燃料ｈを水素を主成分とする改質ガスｇに改質し、改質ガスｇに含まれる一酸化炭素を選択酸化部２３で選択酸化用空気ｋ１によって選択的に酸化し、改質ガス搬送ライン１６によって、さらに一酸化炭素を酸化した改質ガスｇを搬送し、さらに一酸化炭素を酸化した改質ガスｇに残留する一酸化炭素を、導入口５３から導入したブリード空気ｋ２によって酸化し、燃料電池スタック３により、酸化剤ガスｋ３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とを用いて発電することができ、スタック電圧Ｖｓが、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、制御部４により、(A1)酸化剤ガスｋ３の流量を増加し、(B1)ブリード空気ｋ２の流量を増加し、(C1)選択酸化用空気ｋ１の流量を増加して第１制御を行うことができる。第１の制御を行うことにより、スタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。なお、所定の電圧値をゼロとし、スタック電圧Ｖｓがノーマル電圧値以下に低下した場合に、制御部４により第１制御を行うようにしてもよい。ノーマル電圧値とは、燃料電池スタックの電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）によって決まる電圧値であり、通常電圧時のあるスタック電流値における適正なスタック電圧値を表し、スタック電流値が変化することによりノーマル電圧値も変化する。
【０００７】
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１に示すように、制御部４は、前記第１制御を行った後に、スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以上の既定の電圧値に回復したときに、次の(E1）の制御、(F1)の制御、(G1)の制御のうち少なくとも一つを行う第２制御を行うように構成される。
(E1)前記(A1)の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(A1)の制御を復活させる。
(F1)前記(B1)の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(B1)の制御を復活させる。
(G1)前記(C1)の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(C1)の制御を復活させる。
【０００８】
このように構成すると、第１制御を行った後に、スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以上の既定の電圧値に回復すれば、(A1)の制御、(B1)の制御、(C1)の制御の少なくともいずれかがスタック電圧低下の対策として有効である可能性が高いことが判明するので、次に第２制御を行うことにより、(A1)の制御、(B1)の制御、(C1)の制御のどれがスタック電圧低下に対して有効な対策であるかを見い出すことができる。よって、以後スタック電圧Ｖｓが警戒電圧値以下に低下した場合には、スタック電圧Ｖｓが警戒電圧値以上の既定の電圧値に回復する有効な制御として、(A1)の制御、(B1)の制御、(C1)の制御のうち、第２制御で有効な対策として見出された制御のみを行うことができる。典型的には、第２制御では、(A1)の制御の解除、(B1)の制御の解除、(C1)の制御の解除を順に、スタック電圧Ｖｓの警戒電圧値以下の低下が発生するまで行う。解除した制御を復活させることにより、スタック電圧Ｖｓを前記警戒電圧値以上の既定の電圧値に回復させることができる。なお、第２制御が行われる警戒電圧値以上の既定の電圧値は、警戒電圧値と等しい場合もあるが、異なっている場合もある。すなわち、典型的には第１制御においてヒステリシスを設け、回復処理開始時のスタック電圧値と回復処理終了時のスタック電圧値が異なっている場合もある。このようにすると、第１制御と第２制御の連続的な適用による制御の不安定を避け、システムを安定化することができる。また、既定の電圧値とは、ノーマル電圧値と警戒電圧値の間にある電圧値であり、トラブルを発生することなく外乱に対する電圧値の低下をある程度十分に吸収し得る電圧値をいう。
【０００９】
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に示すように、制御部４は、前記第２制御を行った後に、前記第２制御において復活させた制御を一定時間経過後に再解除し、スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以下に低下した場合は、前記再解除した制御を再復活させる第３制御を行い；さらに、制御部４は、前記第３制御を１回以上行い、前記第３制御の回数が所定の回数に達した場合、前記第３制御で行われた制御を記憶し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、あるいは通常運転時に、前記記憶した制御を行うよう構成される。
【００１０】
このように構成すると、第３制御により、第２制御で復活させた制御がスタック電圧Ｖｓの低下に対して有効な対策であることを確認し、記憶した制御を通常運転時から行い、スタック電圧Ｖｓが警戒電圧値以下に低下するのを未然に防止し、あるいはスタック電圧Ｖｓが警戒電圧値以下に低下した場合に、スタック電圧Ｖｓを警戒電圧値以上に回復させるために、記憶した制御を行うことができる。ここで、所定の回数とは、第２制御で復活させた制御がスタック電圧Ｖｓの前述の低下に対して有効な対策であることを確認するのに、十分な回数をいう。第３制御において再解除した制御を再復活させることにより、スタック電圧Ｖｓを前記警戒電圧値以上の既定の電圧値に回復させることができ、あるいはスタック電圧Ｖｓが警戒電圧値以下に低下するのを通常運転時に未然に防止することができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項４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、炭化水素系燃料ｈを改質した改質ガスｇを変成し、プロセス水ｐを予熱しプロセス水ｐと熱交換を行う変成部２２と、バーナーガスｎを燃焼し変成部２２を加熱するバーナー部２５とを有する燃料処理装置２と；前記変成した改質ガスｇを用いて発電する燃料電池スタック３と；燃料電池スタック３のスタック電圧を制御する制御部４とを備え；制御部４は、スタック電圧Ｖｓが、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、変成部２２の温度が適正上限温度より高いときは、(K1)前記プロセス水ｐの流量を増加し、あるいはバーナーガスｎの流量を減少し、変成部２２の温度が適正下限温度より低いときは、(L1)前記プロセス水の流量を減少し、あるいはバーナーガスｎの流量を増加し、変成部２２の温度が前記適正上限温度と前記適正下限温度の間の適正温度範囲内にあるときは、(D1)炭化水素系燃料の流量を増加し、スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以上に回復するよう制御するように構成される。
【００１２】
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、燃料処理装置２により、炭化水素系燃料ｈを改質した改質ガスｇを変成部２２で変成し、プロセス水を予熱し前記プロセス水と熱交換を行い、バーナー部２５でバーナーガスｎを燃焼し、変成部２２を変成反応に適した温度とし、そして変成した改質ガスｇを用いて燃料電池スタック３により発電を行い、制御部４により燃料電池スタック３のスタック電圧Ｖｓを制御し、さらにスタック電圧Ｖｓがノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、制御部４により前述のように制御を行い、変成部２２の温度を適正範囲にし、炭化水素系燃料ｈの変成反応が適切に行われるようにし、その後、炭化水素系燃料ｈの流量を増加し、改質ガスｇの流量を増加させスタック電圧Ｖｓを上昇させ、スタック電圧Ｖｓを警戒電圧値以上に回復させることができる。
【００１３】
変成部２２に予熱されるプロセス水ｐの流量を増加、減少し、プロセス水ｐが変成部２２を冷却する効果を増大、減少させることにより、変成部２２の温度がそれぞれ低下、上昇する。バーナーガスｎの流量を減少、増加することにより、バーナーガスｎの燃焼により加熱される変成部２２の温度がそれぞれ低下、上昇する。
【００１４】
バーナーガスｎは、典型的には燃料処理装置２外部からバーナー部２５で燃焼を発生させるガスとして供給される。また、プロセス水ｐの流量を減少させるときは、改質反応におけるＳ／Ｃ（投入蒸気モル数と投入燃料中の炭素モル数との比）を所定の最小値以上とするとよい。Ｓ／Ｃの最小値は改質触媒の性能によって決まり、通常は２．５以上である。
【００１５】
請求項５に係る発明による燃料電池発電システム１は、請求項４に記載の燃料電池発電システム１において、例えば図１に示すように、制御部４は、さらに変成部２２の温度が前記適正温度範囲に戻ったときに、前記(K1)の制御あるいは前記(L1)の制御を解除し、前記変成部の温度が前記適正温度範囲に戻っても、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下したままのときには、前記(D1)の制御を行い、さらにスタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以上に回復したときに、前記(D1)の制御を解除するよう構成される。
【００１６】
このように構成すると、変成部２２の温度が適正範囲に戻ったときに、(K1）の制御あるいは（L1）の制御を解除し、変成部２２の温度を維持し、適切な変成反応が行われる条件下で、炭化水素系燃料ｈの流量を増加して、改質ガスｇの流量を増加させスタック電圧Ｖｓを上昇させ、スタック電圧Ｖｓを警戒電圧値以上に回復させることができる。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項６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、炭化水素系燃料ｈの供給を受け、該炭化水素系燃料を、水素を主成分とする改質ガスｇに改質する燃料処理装置２と；改質ガスｈを用いて発電する燃料電池スタック３と；燃料電池スタック３のスタック電圧Ｖｓを制御する制御部４とを備え；制御部４は、スタック電圧Ｖｓが、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下している場合に、(M）前記燃料電池スタック３のスタック電流Ｉｓを所定の量だけ低下させ、（N）スタック電圧Ｖｓがノーマル電圧値以上に回復した時点で、スタック電流Ｉｓを前記低下の直前の値まで上昇するよう制御するように構成される。
【００１８】
負荷を減少させてスタック電流Ｉｓを所定の量だけ低下させることにより、燃料電池スタック３の発電のために必要な水素量が減少するので、燃料処理装置２に供給する炭化水素系燃料ｈの量を減少させることができ、燃料処理装置ｈが処理する炭化水素系燃料ｈの量を減少させることができる。処理する炭化水素系燃料ｈの量を減少させると、改質ガスｇ中の一酸化炭素ガスの濃度を減少させることができ、スタック電圧Ｖｓを上昇させるとができる。次にトラブルが改善されるとスタック電圧Ｖｓがノーマル電圧値まで回復するので、この時点で、スタック電流Ｉｓを前述の低下直前の値まで上昇させることができる。
【００１９】
上記目的を達成するために、例えば図１に示すように、炭化水素系燃料ｈを、プロセス水ｐを用いて水素を主成分とする改質ガスｇに改質する改質部２１と、改質ガスｇを変成する変成部２２と、前記変成した改質ガス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、プロセスイ水ｐの予熱部として変成部２２にプロセス水ｐとの熱交換部（水蒸気発生部２４）とを有する燃料処理装置２と；
前記選択的に酸化した改質ガスｇを搬送する改質ガス搬送ライン１６であって、前記選択的に酸化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ｋ２を導入する導入口５３を有する改質ガス搬送ライン１６と；
酸化剤ガスｋ３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とを用いて発電する燃料電池スタック３と；
燃料電池スタック３のスタック電圧Ｖｓを制御する制御部４とを備え；
制御部４は、スタック電圧Ｖｓが、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、
(A2)酸化剤ガスｋ３の流量を増加し、
(B2)ブリード空気ｋ２の流量を増加し、
(C2)選択酸化用空気ｋ１の流量を増加し、
(D2)炭化水素系燃料ｈの流量を増加し、
スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以上に回復するよう制御する第４制御を行うように構成され；
さらに制御部４は、前記第４制御の後であって、スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以上に回復した後に、
(E2)前記(A2)の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(A2)の制御を復活させる制御、あるいは、
(F2)前記(B2）の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(B2)の制御を復活させる制御、あるいは、
(G2)前記(C2)の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(C2）の制御を復活させる制御、あるいは、
(H2)前記(D2)の制御を解除し、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合に、前記(D2)の制御を復活させる制御
のうち少なくとも一つを行う第５制御を行うように構成され；
さらに制御部４は、前記第５制御を行った後に、前記第５制御において復活させた制御を一定時間経過後に再解除し、スタック電圧Ｖｓが前記警戒電圧値以下に低下した場合は、前記再解除した制御を再復活させる第６制御を行い；
さらに制御部４は、前記第６制御を１回以上行い、前記第６制御の回数が所定の値に達した場合、前記第６制御で行われた制御を記憶し、以後通常運転時から前記第６制御で行われた制御を適用し、スタック電圧Ｖｓの低下を未然に防止してもよいし、スタック電圧Ｖｓが、前記警戒電圧値以下に低下した場合には、前記記憶した制御を行うよう構成してもよく；
さらに、制御部４は、(D2)の制御に付随して行われる制御として、変成部２２の温度が適正温度範囲内にあるときに炭化水素系燃料ｈの流量の増加を行い、変成部２２の温度が適正上限温度より高いときは、炭化水素系燃料ｈの流量は変更せずプロセス水ｐの流量を増加し、あるいはバーナーガスｎの流量を減少して、変成部２２の温度を下げ、変成部２２の温度が適正下限温度より低いときは、炭化水素系燃料ｈの流量は変更せずプロセス水ｐの流量を減少し、あるいはバーナーガスｎの流量を増加して、変成部２２の温度を上げ、変成部２２の温度が適正温度範囲内に入ったときに炭化水素系燃料ｈの流量の増加を行うよう構成された燃料電池発電システム１であってもよい。
【００２０】
【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。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システム１の構成を示すブロック図である。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、改質用蒸気供給ライン１５と、改質ガス搬送ライン１６と、オフガス搬送ライン１７と、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とを含んで構成される。
【００２２】
燃料供給ライン１１は、ブロワ３１と制御弁３２と流量計４７とを備え、選択酸化用空気供給ライン１２は、ブロワ３３と制御弁３４と流量計４８とを備える。プロセス水供給ライン１３は、ポンプ３５と制御弁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と制御弁３８と流量計５０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を導入する導入口５３が形成され、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と制御弁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と制御弁４４と流量計５２とを備える。
【００２３】
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、水蒸気発生部２４と、バーナー部２５とを備える。
改質部２１には、燃料供給ライン１１が接続され、燃料供給ライン１１は、改質部２１に炭化水素系燃料ｈ（以後単に燃料ｈという）を供給する。改質部２１では、供給された燃料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。選択酸化部２３には、選択酸化用空気供給ライン１２が接続され、選択酸化用空気供給ライン１２は、選択酸化部２３に選択酸化用空気ｋ１を供給する。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的酸化が行われる。水蒸気発生部２４には、プロセス水供給ライン１３が接続され、プロセス水供給ライン１３は、水蒸気発生部２４にプロセス水ｐを供給する。水蒸気発生部２４は、供給されたプロセス水ｐによって、変成反応が行われる変成部２２を冷却し、変成部２２は、変成部２２の熱により水蒸気蒸発部２４中のプロセス水ｐを蒸発させ改質用蒸気ｓを発生させる。バーナー部２５には、燃焼用ガス供給ライン１４、オフガス搬送ライン１７が接続され、バーナー部２５にバーナーガスとしての燃焼用ガスｎ、オフガスｆを供給する。バーナー部２５は燃焼用ガスｎとオフガスｆ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、燃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。
【００２４】
改質用蒸気供給ライン１５は、水蒸気発生部２４で燃料供給装置２に接続され、さらに制御弁３２の下流側で燃料供給ライン１１に接続され、水蒸気発生部２４と燃料供給ライン１１を繋ぎ、水蒸気発生部２４で発生した改質用蒸気ｓを、燃料供給ライン１１を介して改質部２１に搬送する。
【００２５】
制御部４は、流量制御信号ｉ１を、制御弁３２、制御弁３４、制御弁３６、制御弁３８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、制御弁３２は、燃料ｈの改質部２１への供給量を調節し、制御弁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、制御弁３６は、プロセス水ｐの水蒸気発生部２４への供給量を調節し、制御弁３８は、燃焼用ガスｎのバーナー部２５への供給量を調節する。
【００２６】
ブロワ３１、ブロワ３３、ポンプ３５、ブロワ３７は、不図示のモータにより駆動され、それぞれ燃料ｈ、選択酸化用空気ｋ１、プロセス水ｐ、燃焼用ガス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、回転数制御が可能な不図示のモータにより駆動するようにし、あるいは、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、制御弁３２、３４、３６、３８は設置しなくてもよい。変成部２２には、変成部２２の温度を検出する温度検出器３９が設置されている。温度検出器３９によって検出された温度は、温度信号ｉ２として制御部４に送られる。
【００２７】
流量計４７は、改質部２１に供給される燃料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、水蒸気発生部２４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。
【００２８】
改質ガス搬送ライン１６は、燃料処理装置２の選択酸化部２３と燃料電池スタック３を繋ぎ、選択酸化部２３から燃料電池スタック３に改質ガスｇを搬送する。オフガス搬送ライン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。
【００２９】
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、オフガスｆ（未利用改質ガス）を発生する。ここでオフガス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。
【００３０】
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、制御弁４２、４４へ流量制御信号ｉ１をそれぞれ個別に送る。制御弁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、制御弁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、回転数制御が可能な不図示のモータにより駆動するようにし、あるいは、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、制御弁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。
【００３１】
燃料電池スタック３は、負荷５（何らかの電気機器、例えばＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータで系統と連係し、一般家庭に電力を供給する。）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。制御部４は、スタック電流Ｉｓとスタック電圧Ｖｓのノーマル値をそれぞれ対に記憶する電圧電流データ記憶部５４を備える。このノーマル値は、燃料電池スタック３の電流−電圧特性によって定められるものである。スタック電圧Ｖｓの電圧信号ｉ３、スタック電流Ｉｓの電流信号ｉ４は共に電圧電流データ記憶部５４に送られ、電圧電流データ記憶部５４はスタック電流Ｉｓの電流値に対応したスタック電圧Ｖｓのノーマル電圧値を記憶する。
【００３２】
次に、燃料電池発電システム１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ｎ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に設置された制御弁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ｎを流すよう所定の開度に制御される。燃焼用ガスｎ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、オフガス搬送ライン１７を介して燃料電池スタック３からオフガス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。
【００３３】
燃料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に設置された制御弁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に対応する流量の燃料ｈを流すよう所定の開度に制御される。燃料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。
【００３４】
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を介して水蒸気発生部２４に供給される。プロセス水供給ライン１３に設置された制御弁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。水蒸気発生部２４に供給されたプロセス水ｐは、水蒸気発生部２４で蒸発し改質用蒸気ｓとして、改質用蒸気供給ライン１５から燃料供給ライン１１から改質部２１に供給され、改質用水蒸気ｓとして利用される。すなわち、改質部２１では、燃料ｈがメタンの場合は、改質用水蒸気ｓを用いて改質触媒により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。
【００３５】
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に設置された制御弁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。
【００３６】
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。
【００３７】
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によって燃料電池スタック３内の触媒（不図示）上で酸化される。
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に設置された制御弁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。
【００３８】
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に設置された制御弁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。
【００３９】
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。
【００４０】
図２に模式的に示すように、燃料電池スタック３（図１参照）のスタック電流Ｉｓの値とスタック電圧Ｖｓとの関係は、スタック電流Ｉｓが低下すれば、スタック電圧値Ｖｓが上昇する関係にある。図中、曲線Ｉは、スタック電圧がノーマルレベル（ノーマル電圧値）（例えば、スタック電流値が６０Ａのとき約２４Ｖ）にある場合を示し、曲線ＩＩがスタック電圧Ｖｓが警報レベル（警戒電圧値）Ｖｓ’（例えば、スタック電流値が６０Ａのとき約２２．５〜２３Ｖのある値）にある場合を示している。曲線ＩＩは、表現を変えるとスタック電圧がノーマルレベルより所定の値（例えば、１〜１．５Ｖのある値）だけ下がった場合を示す。ここにいう所定の値は、燃料電池スタック３が問題を起こすことなく運転できる最低スタック電圧値をノーマルレベルから引いた値である。但し、制御系の時間遅れにより回復動作に時間がかかりスタック電圧がさらに下がることに対する余裕分を含むものとする。曲線Ｉを、スタック電流値Ｉｓとこれに対応するノーマルスタック電圧Ｖｓの関係を表すデータとして、曲線ＩＩを、スタック電流値とこれに対応する警報レベルに相当するスタック電圧値との関係を表すデータとして、制御部４の電圧電流データ記憶部５４に運転開始前に記憶させておく。
【００４１】
図１に示すように、制御部４は、変成部２２の適正温度範囲（適正上限温度と適正下限温度の間の範囲）（例えば、２６０〜３００℃）を記憶する変成部適正温度記憶部５５を有する。変成部適正温度記憶部５５に、変成部２２に充填された変成触媒の変成反応に適した適正温度範囲を運転開始前に記憶させておく。
【００４２】
次に、図３を参照し適宜図１を参照して、図１に示す燃料電池発電システム１にスタック電圧Ｖｓの低下が起きた場合の制御部４による第１制御方法について述べる。図３中、横軸は時間の経過、縦軸は流量または電圧を表す。
【００４３】
図３中、折れ線Ｒ１は、スタック用空気ｋ３の流量、折れ線Ｒ２は、燃料ｈの流量、折れ線Ｒ３は、選択酸化用空気ｋ１の流量、折れ線Ｒ４は、ブリード空気ｋ２の流量の時間的変化をそれぞれ表し、曲線Ｒ５は、スタック電圧Ｖｓの時間的変化を表す。直線Ｒ６（図中、破線にて表示）は、スタック電圧の警報レベルＶｓ’を表す。直線Ｒ６は、図中便宜上直線で表されているが、これはスタック電流Ｉｓ（図３に不図示）が一定の場合であり、各スタック電流Ｉｓが変化すれば、変化する（図２参照）。制御部４は以下の制御を行う。
【００４４】
時間ｔ０に、スタック用空気ｋ３の流量は６０Ｌ／ｍｉｎ、燃料ｈの流量は４．２Ｌ／ｍｉｎ、選択酸化用空気ｋ１の流量は１．５Ｌ／ｍｉｎ、ブリード空気ｋ２の流量は０．５Ｌ／ｍｉｎで、それぞれ一定の流量であり、スタック電圧Ｖｓはノーマル値（例えば、６０Ａで約２４Ｖ）である。時間ｔ０の直後に、燃料電池発電システム１に何らかのトラブルが発生し、スタック電圧Ｖｓが徐々に低下し始める。
【００４５】
時間ｔ１（例えば、時間ｔ０より５分経過）には、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’（例えば、約２３Ｖ）まで低下する。同時に、制御部４は、スタック用空気ｋ３、燃料ｈ、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量を増加（例えば、スタック用空気ｋ３が５〜１０％、燃料ｈが５〜１０％、選択酸化用空気ｋ１が２０〜３０％、ブリード空気ｋ２が２０〜３０％）させるよう指示を出す。若干の時間遅れの後、スタック用空気ｋ３、燃料ｈ、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量が指示に従ってそれぞれ増加する。スタック電圧Ｖｓは、警報レベルＶｓ’より下に若干下がるが、やがて上昇し警報レベルＶｓ’に戻る。流量を増加させるとは、流量を指示された所定の値だけ増加させその増加した流量を維持することをいう。また、流量を減少させるとは、流量を指示された所定の値だけ減少させその減少した流量を維持することをいう。ここで時間ｔ１において変成部２２の温度は、適正温度範囲内であるとする。変成部２２の温度が適正温度範囲内であるので、燃料ｈを増量するものとする。
【００４６】
スタック用空気ｋ３の流量を増加させると、燃料電池スタック３における空気利用率を下げ、カソード極（不図示）における酸素分圧を上げてカソード電極反応を活性化でき、スタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。燃料ｈの流量を増加させると、燃料電池スタック３における水素利用率を下げ、アノード極（不図示）における水素分圧を上げてアノード電極反応を活性化でき、スタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させると、選択酸化反応を促進し、改質ガスｇ中の一酸化炭素濃度を下げることができ、スタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。ブリード空気ｋ２を増加させると、燃料電池スタック３の高分子膜（不図示）の触媒上での一酸化炭素の燃焼反応を促進し、一酸化炭素による燃料電池の触媒の被毒を軽減することができ、スタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。
【００４７】
時間ｔ２（例えば、時間ｔ１より５分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’まで回復し、その後さらに警報レベルＶｓ’より上に上昇するとする。スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’まで回復したので、時間ｔ２に、まずスタック用空気ｋ３の流量を増加させる制御を解除し、時間ｔ１の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。スタック用空気ｋ３の流量を減少させても、スタック電圧Ｖｓは上昇傾向にあり、スタック用空気ｋ３の流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策としては有効でないことが判明する。
【００４８】
時間ｔ３（例えば、時間ｔ２より５分経過）に、燃料ｈの流量を増加させる制御を解除し、時間ｔ１の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。燃料ｈの流量を減少させても、スタック電圧Ｖｓは一定であり、燃料ｈの流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策としては有効でないことが判明する。
【００４９】
時間ｔ４（例えば、時間ｔ３より５分経過）に、ブリード空気ｋ２の流量を増加させる制御を解除し、時間ｔ１の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。ブリード空気ｋ２の流量を減少させても、スタック電圧Ｖｓは一定であり、ブリード空気ｋ２の流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策としては有効でないことが判明する。
【００５０】
時間ｔ５（例えば、時間ｔ４より５分経過）に、選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させる制御を解除し、時間ｔ１の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。選択酸化用空気ｋ１の流量を減少させると、スタック電圧Ｖｓは低下傾向に転じるので、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策として有効であることが判明する。
【００５１】
時間ｔ６（例えば、時間ｔ５より３分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’に達し、その後さらに警報レベルＶｓ’より下に下降するとする。時間ｔ６に、選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させる制御を復活させる。
【００５２】
時間ｔ７（例えば、時間ｔ６より５分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’に達し、その後さらに警報レベルＶｓ’より上に上昇する。選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させると、スタック電圧Ｖｓは上昇傾向に転じたので、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策として有効であることが確認される。
【００５３】
時間ｔ８（例えば、時間ｔ６より１５分経過）に、選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させる制御を再解除し、時間ｔ６の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。選択酸化用空気ｋ１の流量を減少させると、スタック電圧Ｖｓは再び低下傾向に転じるので、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加は、今回のトラブルに関し、スタック電圧回復の解決策として有効であることを再確認できる。
【００５４】
時間ｔ９（例えば、時間ｔ８より５分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’に達し、その後さらに警報レベルＶｓ’より下に下がるとする。時間ｔ９に、選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させる制御を再復活させる。なお、再復活させた状態を通常運転状態としてもよい。
【００５５】
時間ｔ１０（例えば、時間ｔ９より５分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’に達し、その後さらに警報レベルＶｓ’より上に上がる。選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させると、スタック電圧Ｖｓは上昇傾向に転じたので、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策として有効であることが再確認される。
【００５６】
次に時間ｔ１０経過後直後に今回のトラブルが解決したとすると、スタック電圧Ｖｓはさらに上昇し、時間ｔ１１（例えば、時間ｔ１０より１５分経過）に、スタック電圧検出器４５が、この電圧上昇を検出し、同時に選択酸化用空気ｋ１の流量を増加させる制御を解除する。時間ｔ１２（例えば、時間ｔ１１より３分経過）に、スタック電圧Ｖｓはノーマル値になる。なお、ｔ０〜ｔ１２の間隔は、後述の図７、図８において、図３と同様である。
【００５７】
図３で、時間ｔ２〜ｔ５において、スタック用空気ｋ３、燃料ｈ、ブリード空気ｋ２、選択酸化用空気ｋ１の順で流量増加の制御をそれぞれ解除しているが、この順序は任意に定めることができる。また、過去の運転実績により、スタック電圧Ｖｓの回復策として有効であった頻度が低いものから順次流量増加の制御を解除するようにしてもよい。
【００５８】
図３において、時間ｔ１から時間ｔ２までの制御（時間ｔ１、時間ｔ２を含む。）が、第１制御であり、時間ｔ２から時間ｔ６までの制御（時間ｔ２、時間ｔ６を含む）が、第２制御であり、時間ｔ６から時間ｔ９までの制御（時間ｔ６含まず、時間ｔ９を含む。）が、第３制御である（図６、図７において同じ）。
【００５９】
燃料電池発電システム１に組み込まれた制御部４による第１制御方法によれば、燃料電池発電システム１に生じた何らかのトラブルにより、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’以下に低下した場合に、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量を同時に増加させ、さらに燃料ｈの流量をも同時に増加させ、スタック電圧Ｖｓを警報レベルＶｓ’以上に回復させることのできる可能性の高い有効策を同時に行うので、スタック電圧Ｖｓを確実に上昇させることができ、燃料電池発電システム１の運転を停止せずに継続することができる。その後、スタック用空気ｋ３、燃料ｈ、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２（前４者を総称して以後ユーティリティという）を増加させる制御を、スタック電圧Ｖｓの警報レベルＶｓ’以下への下降を伴うか否かを確認しながら、一つずつ解除する制御を行い、どのユーティリティの流量増加が、スタック電圧Ｖｓを上昇させる有効策かを見出すことができる。さらにスタック電圧を上昇させるのに有効であると見出されたユーティリティの流量の増加を行ってスタック電圧Ｖｓの回復を伴うことを確認し、当該ユーティリティの流量の増加がスタック電圧Ｖｓの警報レベルＶｓ’以上の回復に有効であることを確認することができる。以後、当該ユーティリティの増加した状態を通常運転状態としてもよいし、スタック電圧Ｖｓの警報レベルＶｓ’以下の低下が起きた場合に、当該ユーティリティの流量の増加のみを行い、無駄な消費動力を生じることなく、スタック電圧Ｖｓの低下に対処することができる。
【００６０】
なお、図３に示す第１制御方法において、時間ｔ５以後にユーティリティとしての選択酸化用空気ｋ１の流量の減少および増加をそれぞれ１回行っているが、それぞれ複数回（例えば、５回）行い、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加が、スタック電圧Ｖｓの回復するのに有効な対策であることを十分確認し、スタック電圧Ｖｓの警報レベルＶｓ’以下の低下が起きた場合に、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加のみを行うようにしてもよい。このようにすると、確実にスタック電圧Ｖｓの低下に対処することができる。また、選択酸化用空気ｋ１の流量の増加のみを行った場合、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’以上に回復しない場合が発生したときは、前述の時間ｔ１以降の制御を行うように制御内容を切り替えるとよい。
【００６１】
次に、図４を参照し適宜図１を参照して、図１に示す燃料電池発電システム１にスタック電圧Ｖｓの低下が起きた場合の制御部４による第２制御方法について述べる。
【００６２】
本第２制御方法では、運転時に各種データの測定が行われる（ステップＳ１）。各種データとは、スタック電圧検出器４５により測定されるスタック電圧Ｖｓ、温度検出器３９により測定される変成部２２の温度、流量計４９により測定されるプロセス水ｐの流量、流量計５２により測定されるスタック用空気ｋ３の流量、流量計５１により測定されるブリード空気ｋ２の流量（あるいは流量計５０により測定される燃焼用ガスｎの流量）、流量計４７により測定される燃料ｈの流量、スタック電流検出器４６により測定されるスタック電流Ｉｓを含む。測定された各種データは、制御部４に送られる。
【００６３】
制御部４は、スタック電圧Ｖｓが低か否か判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、制御部４が、測定されたスタック電流Ｉｓから、電流電圧データ記憶部５４に記憶されているスタック電流Ｉｓとこれに対応する警報レベルＶｓ’との関係を表すデータである曲線ＩＩから、測定されたスタック電流Ｉｓに対応する警報レベルＶｓ’を求め、求めた警報レベルＶｓ’と測定されたスタック電圧Ｖｓとを比較し、測定されたスタック電圧Ｖｓが求めた警報レベルＶｓ’より低ければ、スタック電圧低とする。
【００６４】
スタック電圧低でない場合（ステップＳ２がＮＯの場合）、すなわち測定されたスタック電圧Ｖｓが求めた警報レベルＶｓ’より高いか同じ値である場合、ステップＳ１に戻り、各種データの測定が行われる。スタック電圧低である場合（ステップＳ２ＹＥＳの場合）、すなわち測定されたスタック電圧Ｖｓが求めた警報レベルＶｓ’より低い場合は、変成部温度高か否かを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、制御部４が、測定された変成部２２の温度と変成部適性温度記憶部５５に記憶された適正上限温度とを比較し、測定された変成部２２の温度が適正上限温度より高ければ、変成部温度高とする。
【００６５】
変成部温度高の場合（ステップＳ３がＹＥＳの場合）、すなわち測定された変成部２２の温度が適正上限温度より高い場合は、プロセス水ｐの流量を増加する制御を行う（ステップＳ４）。プロセス水ｐの流量の増加または減少は、制御部４が流量制御信号ｉ１を制御弁３６に送ることにより行われる。プロセス水ｐの流量が増加すると、変成部２２からプロセス水ｐにより奪われる熱量が増加するので、変成部２２の温度は低下する。ステップＳ４の代わりに、バーナー部２５に供給する燃焼用ガスｎの流量を減少（ステップＳ４’（図５参照））させてもよい。燃焼用ガスｎの流量の減少または増加は、制御部４が流量制御信号ｉ１を制御弁３８に送ることにより行われる。燃焼用ガスｎの流量が減少すると改質部２１、変成部２２の温度は減少する。変成部温度高でない場合（ステップＳ３がＮＯの場合）については後述する。
【００６６】
次に変成部温度適正か否か判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、制御部４が、測定された変成部２２の温度と変成部適正温度記憶部５５に記憶された適正上限温度と比較し、測定された変成部２２の温度が適正上限温度より低ければ、変成部温度適正とする。
【００６７】
変成部温度適正でない場合（ステップＳ５がＮＯの場合）、すなわち測定された変成部２２の温度が適正上限温度より高い場合は、ステップＳ４に戻り、プロセス水ｐの流量が増加（すでに増加した流量の維持またはさらなる増加）される。ステップＳ５は、ステップＳ４（またはステップＳ４’）が行われた後、十分に短い時間経過した後に行われ、変成部２２の温度が適正上限温度以上から適正下限温度以下に下がる前に行われる。ステップＳ４の代わりにステップＳ４’が行われる場合は、ステップＳ４’に戻り、バーナー部２５に供給する燃焼用ガスｎの流量を減少（すでに減少した流量の維持またはさらなる減少）するとよい（図５参照）。
【００６８】
変成部温度適正の場合（ステップＳ５がＹＥＳの場合）、すなわち測定された変成部２２の温度が適正上限温度より低い場合は、プロセス水ｐの流量を増加する制御を解除し、プロセス水ｐを通常の流量（典型的には増加前の流量）に戻す制御が行われる（ステップＳ６）。ステップＳ４の代わりにステップＳ４’が行われる場合は、ステップＳ６の代わりにバーナー部２５に供給する燃焼用ガスｎの流量を減少する制御を解除し、燃焼用ガスｎの流量を通常の流量（典型的には減少前の流量）に戻す制御を行うようにしてもよい（ステップＳ６’（図５参照））。ある回数以上（例えば、２回、３回、５回等、適宜決めてよい。以下同様）続けて温度高、温度低の処理が行われた場合は、その処理を通常運転状態として適用してもよい。
【００６９】
次に、制御部４は、スタック電圧Ｖｓが低か否か判断する（ステップＳ７）。ステップＳ７はステップＳ２と同様に行われる。
【００７０】
スタック電圧Ｖｓが低でない場合（ステップＳ７がＮＯの場合）は、ステップＳ１に戻り、各種データの測定が行われる。スタック電圧Ｖｓが低の場合（ステップＳ７がＹＥＳの場合）については、後述する。
【００７１】
ステップＳ３で、変成部温度高でない場合（ステップＳ３がＮＯの場合）、変成部温度低か否かを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、制御部４が、測定された変成部２２の温度と変成部適性温度記憶部５５に記憶された適正下限温度とを比較し、測定された変成部２２の温度が適正下限温度より低ければ、変成部温度低とする。
【００７２】
変成部温度低の場合（ステップＳ８がＹＥＳの場合）、すなわち測定された変成部２２の温度が適正下限温度より低い場合は、プロセス水ｐの流量が減少される（ステップＳ９）。プロセス水ｐの流量が減少すると、変成部２２からプロセス水ｐにより奪われる熱量が減少するので、変成部２２の温度は上昇する。ステップＳ９の代わりに、バーナー部２５に供給する燃焼用ガスｎの流量を増加（ステップＳ９’（図５参照））させてもよい。燃焼用ガスｎの流量が増加すると改質部２１、変成部２２の温度は上昇する。
【００７３】
次に変成部温度適正か否か判断する（ステップＳ１０）。制御部４が、測定された変成部２２の温度と適正下限温度と比較し、測定された変成部２２の温度が適正下限温度より高ければ、変成部温度適正とする。
【００７４】
変成部温度適正でない場合（ステップＳ１０がＮＯの場合）、すなわち測定された変成部２２の温度が適正下限温度より低い場合は、ステップＳ９に戻り、プロセス水ｐの流量が減少（すでに減少した流量の維持、またはさらなる減少）される。ステップＳ４の代わりにステップＳ４’が行われる場合は、ステップＳ９’に戻り、バーナー部２５に供給する燃焼用ガスｎの流量を増加（すでに増加した流量の維持、またはさらなる増加）するようにするとよい。ステップＳ１０は、ステップＳ９（またはステップＳ９’）が行われた後、十分に短い時間経過したときに行われ、変成部２２の温度が適正下限温度以下から適正上限温度以上に上がる前に行われる。
【００７５】
変成部温度適正の場合（ステップＳ１０がＹＥＳの場合）、すなわち測定された変成部２２の温度が適正下限温度より高い場合は、プロセス水ｐの流量の増加する制御を解除し、プロセス水ｐを通常の流量（典型的には減少前の流量）に戻す制御が行われる（ステップＳ１１）。ステップＳ９の代わりにステップＳ９’が行われる場合は、ステップＳ１１の代わりにバーナー部２５に供給する燃焼用ガスｎの流量を増加する制御を解除し、燃焼用ガスｎの流量を通常の流量（典型的には増加前の流量）に戻す制御を行うようにするとよい（ステップＳ１１’（図５参照））。ある回数以上続けて温度高、温度低の処理が行われた場合は、その処理を通常運転状態として適用してもよい。
次に前述のステップＳ７が行われる。
【００７６】
スタック電圧Ｖｓが低の場合（ステップＳ７がＹＥＳの場合）、および変成部温度低でない場合（ステップＳ８がＮＯの場合）（測定された変成部２２の温度が適正上限温度より低く適正下限温度より高い場合、すなわち適正温度範囲内）は、燃料ｈの増加が行われる（ステップＳ１２）。ステップＳ７とステップＳ１２の間、ステップＳ８とステップＳ１２の間の間隔は十分短く、その間に変成部の温度の変化はわずかであるようにする。燃料ｈの増加または減少は、制御部４が流量制御信号ｉ１を制御弁３２に送ることにより行われる。次に、スタック電圧低か否か判断する（ステップＳ１３）。ステップ１３は、ステップＳ２と同様に行われる。
【００７７】
スタック電圧低の場合（ステップＳ１３がＹＥＳの場合）、ステップＳ１２に戻り、燃料ｈの増加（すでに増加した流量の維持またはさらなる増加）が行われる。スタック電圧低でない場合（ステップＳ１３がＮＯの場合）、燃料ｈを増加する制御を解除し、燃料ｈの流量を通常の流量（典型的には増加前の流量）に戻す制御が行われる（ステップＳ１４）。ある回数以上続けて燃料ｈの流量増の処理が行われた場合は、その処理を通常運転状態として適用してもよい。その後、ステップＳ１に戻り、各種データの測定が行われる。図中、運転の終了（エンド）は記載していないが、通常は燃料電池発電システム１の運転の終了により終了する。
【００７８】
燃料電池発電システム１に組み込まれた制御部４による第２制御方法によれば、燃料電池発電システム１に生じた何らかのトラブルにより、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’以下に低下した場合に、変成部２２の温度が適正温度範囲内にある場合にのみ燃料ｈの増加を行い、変成部２２の温度が適正上限温度より高いときは、プロセス水ｐの流量の増加、あるいは燃焼用ガスの流量の減少により変成部２２の温度を下げ、変成部２２の温度が適正下限温度より低いときは、プロセス水ｐの流量の減少、あるいは燃焼用ガスｎの流量の増加により変成部２２の温度を上げ、変成部２２の温度が適正温度範囲内に入ったときに燃料ｈの増加を行い、変成部２２で改質ガスｇの変成が効率よく行われる状態で燃料ｈの流量を増加し、燃料電池スタック３に供給される改質ガスｇの流量の増加により、スタック電圧を確実に回復させることができる。
【００７９】
図４に述べる第２制御方法において、流量を通常の流量に戻す制御を行うに際し、制御部４に通常の流量を記憶させ、記憶した流量に戻すようにしてもよいし、流量を増加する制御を行う際には、流量を増加する制御を行う直前の流量を、制御部４に記憶させ、流量を増加する制御を解除すると同時に、流量増加制御直前の流量になるよう制御するようにするとよい。複数回続けて同じ制御を行った場合には、流量計のずれ、あるいは触媒の劣化と判断し、その制御時の流量を通常発電時流量として適用してもよい。
【００８０】
図４では、ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ９、ステップＳ１１において、プロセス水ｐの流量を操作しているが、図４の説明で述べたようにこれらのステップの代わりに、図５に示すように、ステップＳ４’、ステップＳ６’、ステップＳ９’、ステップＳ１１’とし、燃焼用ガスｎの流量を操作してもよい。
【００８１】
図６から図８に、図１に示した燃料電池発電システム１の制御部４による図３に示した第１制御方法に、図４に示した第２制御方法（または図５に示した他の制御方法であってもよい。）の一部を適用して変更した第３制御方法を示す。図６から図８を参照し、適宜図１を参照し、主として図４と共通しない部分の説明を行う。図６から図８では、以下に説明しない点は、図４と同様である。また、図６から図８に関する以下の説明では述べていないが、本第３制御方法では、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’以下に下がった場合、変成部２２の温度が適正温度範囲に入っているときは、燃料ｈの流量を増加する制御を行うが、変成部２２の温度が適正温度範囲に入っていないときは、変成部２２の温度を適正温度にする制御が行われ、変成部２２の温度が適正温度範囲に入った時点で、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’以下である場合に、燃料ｈの流量を増加する制御を行う。この時点で、スタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’より大きい場合には、燃料ｈの流量を増加する制御は、必要ないので行わない。
【００８２】
変成部２２の温度を適正温度にする制御とは、前述のように、変成部温度が適正上限温度以上の場合はプロセス水ｐの流量を増加するか、あるいは燃焼用原料ｎの流量を減少させる制御であり、変成部温度が適正下限温度以下の場合はプロセス水ｐの流量を減少させるか、あるいは燃焼用原料ｎの流量を増加する制御である。
【００８３】
図６に示すように、時間ｔ１に、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量が増加されるが、燃料ｈの流量は増加されない。その理由は、時間ｔ１において変成部温度が適正上限温度よりも高いか、または適正下限温度より低いことによる。すなわち変成部温度が適正温度範囲外であるので、水蒸気発生部２４へのプロセス水ｐの流量を増加あるいは減少する制御（またはバーナー部２５への燃焼用ガスｎの流量を減少または増加する制御）が行われる。この制御により、時間ｔ１’において、変成部２２の温度が適正温度範囲内となり、かつスタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’まで回復していないので、燃料ｈの流量を増加させる制御が行われる。その後の制御方法は図３で述べた制御方法と同じである。
【００８４】
図７に示すように、時間ｔ１に、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量が増加されるが、燃料ｈの流量は増加されない。その理由は、前述の図６の場合と同様である。プロセス水ｐの流量を操作する制御（あるいは燃焼用ガスｎの流量を操作する制御）により時間ｔ２’に、変成部２２の温度が適正温度範囲内となる。しかし、燃料ｈの流量は時間ｔ２’に増加されることはなく、その後も増加されない。その理由は、時間ｔ２’よりも前の時間ｔ２において、スタック電圧値Ｖｓが警報レベルＶｓ’に達し、燃料ｈの増加は、スタック電圧回復の解決策としては必要ではなく、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量の増加のうちいずれかが、スタック電圧回復の解決策としては有効であることが判明したからである。スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量の増減のタイミング、スタック電圧Ｖｓの増減の時間的推移は、図３の場合と同様である。
【００８５】
図８に示すように、時間ｔ１に、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量が増加されるが、燃料ｈの流量は増加されない。その理由は、時間ｔ１において変成部温度が適正温度範囲外であることによる。
【００８６】
時刻ｔ２においても、スタック電圧Ｖｓは、警報レベルＶｓ’まで回復しない。また、上昇傾向を示すこともない。したがって、時間ｔ１に、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量を増加させたが、これらのいずれも、スタック電圧回復の解決策としては有効でないことが判明した。よって、時間ｔ２に、スタック用空気ｋ３、選択酸化用空気ｋ１、ブリード空気ｋ２の流量を増加する制御を解除し、時間ｔ１の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。
【００８７】
時間ｔ２’（例えば、時間ｔ１より７分経過）に、変成部温度が適正温度範囲内になったことが検出されたので、燃料ｈの流量を増加させる制御を行う。燃料ｈの流量の増加により、時間ｔ３にスタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’に回復する。よって、燃料ｈの増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策として有効であることが判明する。
【００８８】
時間ｔ４（例えば、時間ｔ３より５分経過）に、燃料ｈの流量を増加させる制御を解除し、時間ｔ１の前の流量、すなわち増加前の流量に減少させる。燃料ｈの流量を減少させると、スタック電圧Ｖｓは低下傾向に転じるので、燃料ｈの流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策として有効であることが確認される。
【００８９】
時間ｔ５（例えば、時間ｔ４より５分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’に達し、その後さらに警報レベルＶｓ’より下に低下するとする。時間ｔ５に、燃料ｈの流量を増加させる制御を行う。
【００９０】
時間ｔ６（例えば、時間ｔ５より５分経過）に、スタック電圧Ｖｓが、警報レベルＶｓ’に達し、その後さらに警報レベルＶｓ’より上に上昇する。燃料ｈの流量を増加させると、スタック電圧Ｖｓは上昇傾向に転じるので、燃料ｈの流量の増加は、今回のトラブルに関しては、スタック電圧回復の解決策として有効であることが再度確認される。
【００９１】
時間ｔ６より後は、図３の時間ｔ７よりあとの制御と同じであるので記載を省略する。但し、図３では、選択酸化用空気ｋ１がスタック電圧回復の解決策であるとして、流量の増加および減少がなされているが、図８では、燃料ｈの流量の増加および減少がスタック電圧回復の解決策であり同じタイミングでなされるものとする。なお、ここでいう同じタイミングとは、図３では時間ｔ７を起点とし、図８では、時間ｔ６を起点とした場合の同じタイミングである。
【００９２】
図８において、時間ｔ１から時間ｔ２までの制御（時間ｔ１、時間ｔ２を含む。）が、第１制御であり、時間ｔ２から時間ｔ５までの制御（時間ｔ２、時間ｔ５を含む）が、第２制御であり、時間ｔ５から時間ｔ８までの制御（時間ｔ５含まず、時間ｔ８を含む。）が、第３制御である。
【００９３】
燃料電池発電システム１に組み込まれた制御部４による図６から図８に示す第３制御方法によれば、前述の第２制御方法による効果に加え、燃料ｈの流量を増加することによるスタック電圧Ｖｓを回復させる効果を確実なものとすることができる。
【００９４】
図９を参照し適宜図１を参照して、図１に示す燃料電池発電システム１にスタック電圧Ｖｓの低下が起きた場合の制御部４による第４制御方法について述べる。図９において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は、上側がスタック電流値Ｉｓ、下側がスタック電圧Ｖｓを示す。図中、折れ線Ｐ１はスタック電流Ｉｓ、曲線Ｐ２はスタック電圧Ｖｓ、折れ線Ｐ３はスタック電圧Ｖｓのノーマル電圧値、折れ線Ｐ４はスタック電圧Ｖｓの警報レベルＶｓ’を表し、それぞれ時間的変化を示す。
【００９５】
時間ｔ０には、スタック電流Ｉｓ、スタック電圧Ｖｓは、共にそれぞれある一定の値である。スタック電圧Ｖｓは、ノーマルレベルより上にある。時間ｔ１に燃料電池システム１になんらかのトラブルが発生し、トラブル発生が原因でスタック電圧Ｖｓが低下し始め、時間ｔ２にスタック電圧Ｖｓが警報レベルＶｓ’に達し、さらに下に下がる。時間ｔ２に、スタック電流Ｉｓを所定の量だけ低下させる制御が開始される。スタック電流Ｉｓを所定の量（例えば、２５％）だけ低下させることにより、スタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。スタック電流Ｉｓの低下量は、燃料処理装置２の負荷（改質負荷、変成負荷、選択酸化負荷）と燃料電池スタック３の負荷が十分減り、ＣＯ発生などのトラブル要因を解消できる程度であり、２５％から４０％位である。曲線Ｐ３、曲線Ｐ４が示すように、スタック電流Ｉｓが低下することにより、ノーマルレベル、警報レベルＶｓ’が上昇する。ノーマルレベルは、図２の曲線Ｉに従って上昇し、警報レベルＶｓ’は図２の曲線ＩＩに従って上昇する。
【００９６】
スタック電流Ｉｓを所定の量だけ低下させることにより、スタック電圧Ｖｓが上昇する。また、スタック電流Ｉｓを低下させると燃料電池スタック２の負荷が減少するので、燃料処理装置２に供給する燃料ｈの流量を減少させることができる。よって、燃料処理装置２が処理する燃料ｈの量が減少する。処理する燃料ｈの量が減少すると、改質ガス中の一酸化炭素ガスの濃度が減少し、その負荷における燃料電池スタック３の発電量が増加する。したがって、その負荷におけるスタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。純然たる電流値の低下によるスタック電圧Ｖｓの上昇と、燃料の減少が引き起こす一酸化炭素の減少によるその負荷での発電量の増加によるスタック電圧Ｖｓの上昇により、その負荷におけるスタック電圧Ｖｓを上昇させることができる。
【００９７】
時間ｔ３に、スタック電圧Ｖｓは警報レベルＶｓ’まで回復し、さらに上昇する。時間ｔ４に、今回のトラブルが解決するとする。時間ｔ４に、今回のトラブルが解決し、これが原因でスタック電圧Ｖｓは上昇傾向に転じる。時間ｔ５に、スタック電圧Ｖｓはノーマルレベルを超え、同時にスタック電流Ｉｓが時間ｔ２の直前の値に上昇する。同時に、曲線Ｐ３、曲線Ｐ４が示すように、ノーマルレベル、警報レベルＶｓ’は時間ｔ２の直前の値に低下する。ノーマルレベルは、図２の曲線Ｉに従って低下し、警報レベルＶｓ’は曲線ＩＩに従って低下する。スタック電流Ｉｓが上昇するのでスタック電圧Ｖｓも低下する。
【００９８】
以上、酸化剤ガスｋ３の流量、ブリード空気ｋ２の流量、選択酸化用空気ｋ１の流量、炭化水素系燃料ｈの流量の増加および減少は、ステップ状、あるいは階段状でもよいし、または増加率、減少率一定でもよい。
【００９９】
燃料電池発電システム１に組み込まれた制御部４による第４制御方法によれば、燃料電池発電システム１に生じた何らかのトラブルにより、スタック電圧Ｖｓが警報レベル以下に低下した場合に、スタック電流Ｉｓを所定の量だけ減らすことにより、スタック電圧Ｖｓを上昇させて、燃料電池発電システム１の運転継続させ、燃料電池発電システム１に生じたトラブルが改善され、スタック電圧Ｖｓがノーマルレベル以上に回復した時点でスタック電流Ｉｓを前述の所定の量だけ増やして元の値とするように制御することができる。よって、何らかのトラブルでスタック電圧Ｖｓが下がった場合でも、燃料電池発電システム１を停止せずに、安定した運転をすることができる燃料電池発電システム１とすることができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、燃料処理装置と、改質ガス搬送ラインと、燃料電池スタックと、制御部とを備えるので、燃料処理装置により、改質部で炭化水素系燃料を、水素を主成分とする改質ガスに改質し、改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化部で選択酸化用空気によって選択的に酸化し、改質ガス搬送ラインによって、さらに一酸化炭素を酸化した改質ガスを搬送し、さらに一酸化炭素を酸化した改質ガスに残留する一酸化炭素を、導入口から導入したブリード空気によって酸化し、燃料電池スタックにより、酸化剤ガスと、ブリード空気にて一酸化炭素を酸化した改質ガスとを用いて発電することができ、スタック電圧が、ノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合に、制御部により、(A1)酸化剤ガスの流量を増加し、(B1)ブリード空気の流量を増加し、(C1)選択酸化用空気の流量を増加して第１制御を行い、スタック電圧が前記警戒電圧値以上に回復するよう制御することができる。よって、スタック電圧がノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値以下に低下した場合でも、燃料電池発電システムを停止せずに、安定した運転をすることができる燃料電池発電システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る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燃料電池スタックのスタック電流とスタック電圧との関係を示す模式図である。
【図３】制御部による第１制御方法におけける、スタック用空気、燃料、選択酸化用空気、ブリード空気の流量、スタック電圧の時間的変化を示す図である。
【図４】制御部による第２制御方法を説明するシーケンス図である。
【図５】制御部による第２制御方法とは異なる他の制御方法を説明するシーケンス図である。
【図６】制御部による第３制御方法における、スタック用空気、燃料、選択酸化用空気、ブリード空気の流量、スタック電圧の時間的変化を示す図である。
【図７】図６において、変成部の温度条件が相違した場合を表す図である。
【図８】図７において、さらに変成部の温度条件が相違した場合を表す図である。
【図９】制御部による第４制御方法における、スタック電流、スタック電圧の時間的変化を表す図である。
【符号の説明】
１  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  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  オフガス搬送ライン
２１  改質部
２２  変成部
２３  選択酸化部
２４  水蒸気発生部
２５  バーナー部
３２、３４、３６、３８、４２、４４  制御弁
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  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  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
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
ｓ  改質用蒸気
Ｖｓ  スタック電圧
【図１】
2004207135.tif 000003
【図２】
2004207135.tif 000004
【図３】
2004207135.tif 000005
【図４】
2004207135.tif 000006
【図５】
2004207135.tif 000007
【図６】
2004207135.tif 000008
【図７】
2004207135.tif 000009
【図８】
2004207135.tif 000010
【図９】
2004207135.tif 000011