(57)【要約】【課題】  十分な案全性を確保でき、かつ、イニシャルコスト及びランニングコストの低減化が図られるとともに、効率の高い発電を安定して行うことが可能な燃料電池発電装置を提供する【解決手段】  燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池１と、発電原料ガスを水蒸気改質して前記燃料ガスを生成する燃料処理器２とを備えた燃料電池発電装置の停止時に、封止弁１４を開くとともに流路切換手段１５を切り換えて、燃料処理器２、配管１１、燃料電池１及び配管１３を水蒸気及び加湿空気で順次パージする。その後、封止弁１４を閉じるとともに流路切換手段を切り換え、燃料電池１をバイパスさせて、燃料処理器２、配管１１、バイパス配管１６及び配管１３を無加湿空気でパージする。【選択図】  図１
2005044684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と改質触媒とを用いて、発電原料を水素を含む燃料ガスに改質する燃料処理器と、酸化剤ガスと前記燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃焼器に接続された燃料ガス経路と、前記燃料処理器に前記水を供給する水供給装置と、前記燃料処理器に前記発電原料を供給する発電原料供給装置と、前記燃料ガスのパージ用空気を前記燃料処理器に供給するパージ用空気供給装置と、を備えた燃料電池発電装置において、
前記燃料電池発電装置の停止動作時に、
少なくとも前記燃料処理器の内部を水蒸気により掃気する第１のパージと、
前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃料ガス経路の内部を加湿空気により掃気する第２のパージと、
前記燃料処理器及び前記燃料ガス経路の内部を無加湿空気により掃気する第３のパージと、を順次行うことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記第１のパージでは、前記水供給装置から供給された前記水を用いて前記燃料処理器において水蒸気が生成されるとともに、前記水蒸気を少なくとも前記燃料処理器に通流させることにより少なくとも前記燃料処理器の内部に存在する前記燃料ガスが該部分から掃気され、
前記第２のパージでは、前記水とともに前記パージ用空気供給装置から前記空気がさらに前記燃料処理器に供給されることにより前記燃料処理器において前記水蒸気と前記空気とが混合されて加湿空気が生成され、前記加湿空気を前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃料ガス経路に通流させることにより前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃料ガス経路の内部に存在する前記燃料ガスが該部分から掃気され、
前記第３のパージでは、前記水供給装置を停止させることにより前記空気のみが前記燃料処理器に供給され、無加湿の前記空気を前記燃料処理器及び前記燃料ガス経路に通流させることにより、前記燃料処理器及び前記燃料ガス経路の内部に存在する前記加湿空気が該部分から掃気される請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記燃料ガス経路は、
前記燃料処理器と前記燃料電池とを連結する第１の経路と、前記燃料電池と前記燃焼器とを連結する第２の経路と、前記第１及び前記第２の経路に端部がそれぞれ接続され前記燃料電池をバイパスして前記第１の経路と前記第２の経路とを連結する第３の経路と、
前記第１の経路を介して前記燃料処理器から前記燃料電池に達する燃料電池供給流路と、前記第１、前記第３、及び前記第２の経路を順に介して前記燃料処理器から前記燃焼器に達する燃料電池バイパス流路と、を切り換える流路切換手段と、
前記第２の経路に、該第２の経路と前記第３の経路との接続部よりも上流に位置するよう設けられた封止弁と、を有し、
前記第３のパージの際に、前記封止弁が閉じられるとともに、前記燃料電池バイパス流路が形成されるように前記流路切換手段が切り換えられ、それにより、前記無加湿の空気が、前記燃料電池バイパス流路を介して、前記燃料処理器から前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器に供給される請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記第２のパージに用いられる前記加湿空気の露点温度が、発電時の前記燃料電池の動作温度以上である請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記第１のパージにおいて、前記燃料処理器で生成された前記水蒸気の量が、少なくとも前記燃料処理器内に形成された燃料ガス経路の容積以上となり、かつ、前記燃料処理器の温度が、空気により前記燃料処理器の前記触媒が酸化されない温度となったら、前記パージ用空気供給装置から前記燃料処理器への前記空気の供給が開始されて前記第１のパージから前記第２のパージへ切り換えられる請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記第２のパージにおいて、前記パージ用空気供給装置から前記燃料処理器に供給された前記空気の量が、前記燃料処理器内及び前記燃料電池内の燃料ガス経路の容積の合計値以上となったら、前記水供給装置が停止されて前記第２のパージから前記第３のパージへ切り換えられる請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
水と改質触媒とを用いて、発電原料を水素を含む燃料ガスに改質する燃料処理器と、酸化剤ガスと前記燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、少なくとも前記燃料電池で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、前記燃料処理器と前記燃料電池と前記燃焼器とに接続された経路と、前記燃料処理器に水を供給する水供給装置と、前記燃料処理器に前記発電原料を供給する発電原料供給装置と、を備えた燃料電池発電装置において、
前記燃料電池発電装置の起動動作時に、少なくとも前記燃料処理器が発電時の動作温度まで昇温されるまでの間、前記発電原料供給装置から供給される前記発電原料に前記水供給装置から供給される水から生成された水蒸気を混合して生成された加湿発電原料が、前記燃料電池の内部に封入されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記加湿発電原料の露点温度が、前記起動時における前記燃料電池の昇温設定温度以上である請求項７記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記燃料処理器が前記発電時の動作温度まで昇温された後、さらに、前記燃料処理器で生成された前記燃料ガスに含まれる一酸化炭素濃度が所定値以下となるまでの間、前記加湿発電原料が、前記燃料電池の内部に封入される請求項７又は８記載の燃料電池発電装置。
【請求項１０】
前記経路は、
前記燃料処理器と前記燃料電池とを連結する第１の経路と、前記燃料電池と前記燃焼器とを連結する第２の経路と、前記第１及び前記第２の経路に端部がそれぞれ接続され前記燃料電池をバイパスして前記第１及び前記第２の経路を介して連結する第３の経路と、
前記第１の経路を介して前記燃料処理器から前記燃料電池に達する燃料電池供給流路と、前記第１、前記第３、及び前記第２の経路を順に介して前記燃料処理器から前記燃焼器に達する燃料電池バイパス流路とを切り換える流路切換手段と、
前記第２の経路に、該第２の経路と前記第３の経路との接続部よりも上流に位置するように設けられた封止弁と、を備え、
前記燃料電池に前記加湿発電原料が供給された後、前記封止弁が閉じられるとともに、前記燃料電池バイパス流路が形成されるように前記流路切換手段が切り換えられることにより、前記加湿発電原料の前記封入が行われる請求項７〜９のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項１１】
前記燃料電池供給流路を形成するように前記流路切換手段が切り換えられるとともに前記封止弁が開かれた状態で、前記発電原料供給装置から前記燃料処理器に前記発電原料が供給され、前記発電原料が前記燃料電池供給流路を通じて前記燃料電池に供給されるとともに、前記燃料電池を通流した後、前記発電原料が前記第２の経路を通じて前記燃焼器に供給されて燃焼に用いられ、
前記燃料処理器が所定温度に達したら、前記水供給装置から前記燃料処理器に前記水が供給され、それにより、前記燃料処理器において、前記水から生成した水蒸気と前記発電原料とが混合されて前記加湿発電原料が生成され、前記加湿発電原料が前記燃料電池供給流路を通じて前記燃料電池に供給され、前記燃料電池を通流した後、前記加湿発電原料が前記第２の経路を介して前記燃焼器に供給され、
前記発電原料及び前記加湿発電原料の前記通流によって前記燃料電池が昇温され、前記燃料電池の温度が昇温設定温度に達したら、前記加湿発電原料の前記封入が行われるとともに、前記加湿発電原料が前記燃料電池バイパス流路を通じて前記燃料処理器から前記燃焼器に供給され、
前記燃料処理器が少なくとも前記発電時の動作温度に達したら、前記封止弁を開くとともに、前記燃料電池供給流路を形成するように前記流路切換手段を切り換える請求項１０記載の燃料電池発電装置。
【請求項１２】
前記燃料処理器への前記水の供給を開始する前記所定温度は、前記燃料処理器において、前記水蒸気と前記発電原料とから前記燃料ガスが生成せずに前記加湿発電原料が生成され、かつ、前記発電原料が前記燃料処理器の内部で炭素析出しない温度である請求項１１記載の燃料電池発電装置。
【請求項１３】
前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温手段と、第４の経路を介して前記水供給装置に接続されるとともに第５の経路を介して前記発電原料供給装置に接続された加湿発電原料生成装置と、前記加湿発電原料生成装置に一端部が接続されるとともに前記第１の経路に他端部が接続され前記燃料処理器をバイパスして前記加湿発電原料生成装置と前記燃料電池とを連結する第６の経路と、をさらに備え、
前記燃料電池昇温手段で昇温させた前記燃料電池が前記昇温設定温度に達したら、前記燃料電池バイパス流路を形成するように前記流路切換手段が切り換えられるとともに前記封止弁が開かれ、前記加湿発電原料生成装置に、前記第４の経路を介して前記水供給装置から水が供給されるとともに前記第５の経路を介して前記発電原料供給装置から発電原料が供給され、それにより、前記加湿発電原料生成装置において、前記水から生成された前記水蒸気と前記発電原料とが混合されて前記加湿発電原料が生成され、
前記加湿発電原料は、前記第６及び前記第１の経路を介して前記燃料電池に供給され、前記燃料電池を通流した後、前記第２の経路を介して前記燃焼器に供給され、
前記燃料電池の内部が前記加湿発電原料で満たされたら、前記加湿発電原料の前記封入を行う請求項１０記載の燃料電池発電装置。
【請求項１４】
前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温手段と、第４の経路を介して前記水供給装置に接続された水蒸気生成装置と、前記水蒸気生成装置に一端部が接続されるとともに前記第１の経路に他端部が接続され前記燃料処理器をバイパスして前記水蒸気生成装置と前記燃料電池とを連結する第５の経路と、をさらに備え、
前記燃料電池昇温手段で昇温させた前記燃料電池が前記昇温設定温度に達したら、前記燃料電池供給流路を形成するように前記流路切換手段が切り換えられるとともに前記封止弁が開かれ、前記第４の経路を介して前記水供給装置から前記水蒸気生成装置に水が供給されて水蒸気が生成されるとともに前記水蒸気が前記第５の経路を介して前記第１の経路に供給され、この前記水蒸気生成装置への前記水の供給とともに前記発電原料供給装置から前記燃料処理器に供給された前記発電原料がさらに前記第１の経路を介して前記燃料電池に供給される過程において前記水蒸気と混合されて前記加湿発電原料が生成され、
前記燃料電池に供給された前記加湿発電原料は、前記燃料電池を通流した後、前記第２の経路を介して前記燃焼器に供給され、
前記燃料電池の内部が前記加湿発電原料で満たされたら、前記加湿発電原料の前記封入を行う請求項１０記載の燃料電池発電装置。
【請求項１５】
パージ用空気を前記燃料処理器に供給するパージ用空気供給装置をさらに備え、
前記装置の停止動作時には、前記水供給装置から前記燃料処理器に水が供給されて水蒸気が生成されるとともに、前記水蒸気を、前記燃料処理器と、前記燃料電池と、前記経路とに通流させることにより、少なくとも前記燃料処理器の内部を掃気する第１のパージと、
前記水とともに前記パージ用空気供給装置から前記空気がさらに前記燃料処理器に供給され前記燃料処理器において前記水蒸気と前記空気とが混合されて加湿空気が生成され、前記加湿空気を、前記燃料処理器と、前記燃料電池と、前記経路とに通流させることにより、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記経路の内部を掃気する第２のパージと、
前記水供給装置を停止させることにより前記空気のみが前記燃料処理器に供給され、無加湿の前記空気を前記燃料処理器と前記経路とに通流させることにより、前記燃料処理器及び前記経路の内部を掃気する第３のパージと、が順次行われる請求項７〜１４のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池を備えた燃料電池発電装置では、燃料処理器において燃料ガスが生成され、この燃料ガスが燃料電池の燃料極に供給される。燃料処理器では、例えば天然ガス等の発電原料ガスが水蒸気によって改質され、それにより、水素に富んだ燃料ガスが生成される。一方、燃料電池において、固体高分子膜を挟んで燃料極に対向して配置された酸化剤極には、酸化剤ガスたる空気が供給される。燃料電池では、供給された燃料ガスと空気とを用いて発電が行われる。
【０００３】
かかる構成の燃料電池発電装置では、停止中の装置内部に水素に富む未反応の燃料ガスが存在すると、燃料ガス中の水素と空気とが接触して爆発事故を起こすおそれがある。このため、安全上、装置の運転時以外は、装置内部から燃料ガスを除去する必要がある。
【０００４】
燃料電池発電装置の内部から燃料ガスを除去する方法としては、通常、不活性ガス、例えば窒素を、ガスの供給経路を通じて燃料処理器及び燃料電池等に通流させて窒素によるパージを行い、各部分に存在する燃料ガスを掃気する方法が用いられる。しかしながら、このような窒素によるパージを実施するためには、燃料電池発電装置が、大型の窒素ボンベ等の窒素貯蔵設備や、窒素供給装置等を必要とし、また、窒素ボンベの交換・補充作業等が随時必要となる。したがって、装置が大型化及び複雑化し、装置のイニシャルコストやランニングコストが増加する。
【０００５】
一方、図７は、不活性ガスによるパージによらずに装置内部の燃料ガスを除去することが可能な燃料電池発電装置の構成を示す模式図である（例えば、特許文献１参照）。図７に示すように、この燃料電池発電装置は、燃料処理器２と、燃料処理器２に水、発電原料ガス、及び、パージ用空気をそれぞれ供給する水供給装置３、発電原料供給装置４、及びパージ用空気供給装置５と、燃料電池１と、燃料電池１の酸化剤極に空気を供給するブロア６と、発電時に燃料電池１の冷却を行う冷却装置７と、燃料電池１から排出された未反応の燃料ガス（以下、燃料オフガスと呼ぶ）を燃焼させて燃料処理器２を加熱する燃焼器８とを備える。この燃料電池１は、電解質膜として固体高分子膜を有する固体高分子型である。水供給装置３は配管３ａを介して燃料処理器２に接続されており、発電原料供給装置４は配管４ａを介して燃料処理器２に接続されており、パージ用空気供給装置５は配管５ａを介して燃料処理器２に接続されている。また、配管１１を介して、燃料処理器２と燃料電池１とが接続されている。燃料電池１の内部には、燃料ガス入口１２Ａと燃料ガス出口１２Ｃとを結び、燃料ガスを燃料極（図示せず）に供給する燃料ガス経路１２Ｂが形成されており、さらに、燃料ガス出口１２Ｃと燃焼器８とが配管１３を介して接続されている。一方、ブロア６は、配管６ａを介して燃料電池１の酸化剤極（図示せず）に接続されている。
【０００６】
かかる構成の燃料電池発電装置を停止させる際には、発電原料供給装置４から燃料処理器２への発電原料ガスの供給を停止させ、水供給装置３から燃料処理器２に水のみを供給してここで水蒸気を生成させる。そして、この水蒸気を、配管１１を通じて燃料電池１に供給してその内部を通流させ、さらに、配管１３を通じて燃焼器８に供給する。それにより、燃料処理器２、燃料電池１、及び配管１１，１３の内部に存在する燃料ガスを水蒸気によりパージし、燃焼器８において燃焼させることができる。そして、この水蒸気によるパージの後、パージ用空気供給装置５から燃料処理器２に空気を供給し、さらに配管１１を通じて、燃料処理器２から燃料電池１にこの空気を供給して燃料電池１の内部を通流させる。燃料電池１の燃料ガス出口１２Ｃから取り出された空気は、配管１３を通じて燃焼器８に送られて放出される。このような空気の流れを形成することにより、燃料処理器２、燃料電池１、及び配管１１，１３の内部が空気によってパージされる。以上のように、かかる構成によれば、窒素等の不活性ガスを用いずに燃料電池発電装置の内部から燃料ガスを掃気することが可能となる。
【特許文献１】ＷＯ０１／９７３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように水蒸気によるパージの後に空気によるパージを行うと、パージ用に供給された空気は無加湿の状態（以下、無加湿空気と呼ぶ）であるため、燃料電池１の固体高分子膜がこの無加湿空気により乾燥する。固体高分子膜は湿潤状態で導電性を発揮するものであることから、このように固体高分子膜が乾燥すると、膜の内部抵抗の増大等が起こり膜の性能が劣化する。その結果、燃料電池１の発電効率が低下するおそれがある。
【０００８】
このような燃料電池１の固体高分子膜の乾燥を防止するために、上記の水蒸気によるパージの後に、無加湿空気ではなく加湿空気によってパージを行う方法がある。しかしながら、加湿空気によるパージでは、固体高分子膜の乾燥防止効果が奏されるものの、停止した装置の各部分の温度が停止時間の経過とともに低下するのに伴って、加湿空気に含まれる水分（水蒸気）が結露して水が生じ、この水が装置の各部分に滞留する。そして、例えば、配管１１，１３や燃料処理器２内部のガス経路にこの水が滞留すると、装置を再起動させた際に、燃料ガス等のガスの流通が不安定となり、最悪の場合には、ガス経路が水によって閉塞されてガスの供給が停止し、燃料電池発電装置が緊急停止する危険性がある。
【０００９】
ところで、窒素等の不活性ガスによるパージは、燃料電池発電装置の停止時のみに限らず、装置の起動時にも行われる。起動時にパージを行うことにより、停止中に装置内に存在していたガスを掃気し、発電開始のために装置の状態を整える。このような起動時におけるパージにおいても、窒素等を用いることから、上記と同様の問題が生じる。また、装置の起動時には、燃料処理器２や燃料電池１等の各部分を発電時の動作温度まで昇温するが、燃料電池１は７０℃程度まで昇温すればよいのに対して、燃料処理器２は７００℃程度の高温に昇温する必要がある。したがって、燃料処理器２の昇温には時間を要し、それゆえ、燃料処理器２を昇温する間に、燃料電池１の固体高分子膜が乾燥するおそれがある。したがって、上記と同様の問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、十分な安全性を確保でき、かつ、イニシャルコスト及びランニングコストの低減化が図られるとともに、効率の高い発電を安定して行うことが可能な燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の発明に係る燃料電池発電装置は、水と改質触媒とを用いて、発電原料を水素を含む燃料ガスに改質する燃料処理器と、酸化剤ガスと前記燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、少なくとも前記燃料電池で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃焼器に接続された燃料ガス経路と、前記燃料処理器に前記水を供給する水供給装置と、前記燃料処理器に前記発電原料を供給する発電原料供給装置と、前記燃料ガスのパージ用空気を前記燃料処理器に供給するパージ用空気供給装置と、を備えた燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電装置の停止動作時に、少なくとも前記燃料処理器の内部を水蒸気により掃気する第１のパージと、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃料ガス経路の内部を加湿空気により掃気する第２のパージと、前記燃料処理器及び前記燃料ガス経路の内部を無加湿空気により掃気する第３のパージと、を順次行うものである。
【００１２】
前記第１のパージでは、前記水供給装置から供給された前記水から前記燃料処理器において水蒸気が生成されるとともに前記水蒸気を少なくとも前記燃料処理器に通流させることにより少なくとも前記燃料処理器の内部に存在する前記燃料ガスが該部分から掃気され、前記第２のパージでは、前記水とともに前記パージ用空気供給装置から前記空気がさらに前記燃料処理器に供給されることにより前記燃料処理器において前記水蒸気と前記空気とが混合されて加湿空気が生成され、前記加湿空気を前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃料ガス経路に通流させることにより、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃料ガス経路の内部に存在する前記燃料ガスが該部分から掃気され、前記第３のパージでは、前記水供給装置を停止させることにより前記空気のみが前記燃料処理器に供給され、この無加湿の前記空気を前記燃料処理器及び前記燃料ガス経路に通流させることにより、前記燃料処理器及び前記燃料ガス経路の内部に存在する前記加湿空気が該部分から掃気されてもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、窒素等の不活性ガスを用いることなくパージを行うので、不活性ガスのボンベ等の貯蔵設備や供給設備等を設ける必要がなく、発電に利用される装置の構成を有効に利用してパージを行うことが可能となる。また、ボンベの補充作業や交換作業等を行う必要がない。したがって、装置の安全性を確保しつつ、装置コスト及びランニングコストの低減化を図ることが可能となる。
【００１４】
また、水蒸気の露点温度以下の温度である燃料電池では、水蒸気が結露してしまうので第１のパージでは十分に燃料ガスを追い出すことが困難であっても、ここでは、第１のパージを行った後に加湿空気による第２のパージを行うため、加湿空気中の空気成分により、燃料電池内の燃料ガスを十分に追い出すことが可能となる。さらに、この場合、燃料電池では、加湿空気中の水蒸気成分が結露して水が生成するので、この水により、燃料電池の固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。
【００１５】
さらに、ここでは、加湿空気による第２のパージの後に、燃料電池を除く部分で無加湿空気による第３のパージを行うため、燃料処理器や燃料ガス経路において結露により生じた水を、無加湿空気により乾燥させて除去することが可能となる。また、これらの部分に存在する加湿空気を無加湿空気に置換することができるので、停止中にこれらの部分の温度が低下しても、結露による水の発生が防止される。したがって、これらの部分における水の滞留を防止することが可能となり、よって、安定した運転を実現することが可能となる。さらに、この第３のパージは、燃料電池を除いて行われるため、燃料電池では、前述の第２のパージにおける固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。したがって、固体高分子膜の乾燥による燃料電池の性能劣化が防止され、高い耐久性を実現することが可能となる。
【００１６】
前記燃料ガス経路は、前記燃料処理器と前記燃料電池とを連結する第１の経路と、前記燃料電池と前記燃焼器とを連結する第２の経路と、前記第１及び前記第２の経路に端部がそれぞれ接続され前記燃料電池をバイパスして前記第１の経路と前記第２の経路とを連結する第３の経路と、前記第１の経路を介して前記燃料処理器から前記燃料電池に達する燃料電池供給流路と前記第１、前記第３、及び前記第２の経路を順に介して前記燃料処理器から前記燃焼器に達する燃料電池バイパス流路とを切り換える流路切換手段と、前記第２の経路に、該第２の経路と前記第３の経路との接続部よりも上流に位置するように設けられた封止弁とを有し、前記第３のパージの際に、前記封止弁が閉じられるとともに、前記燃料電池バイパス流路が形成されるように前記流路切換手段が切り換えられ、それにより、前記無加湿の空気が、前記燃料電池バイパス流路を介して、前記燃料処理器から前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器に供給されてもよい。
【００１７】
かかる構成によれば、第３のパージが燃料電池において行われない構成を実現することが可能となる。
【００１８】
前記第２のパージに用いられる前記加湿空気の露点温度が、発電時の前記燃料電池の動作温度以上であることが好ましい。
【００１９】
装置の停止動作時においては、燃料電池の温度は発電時の動作温度以下となるため、かかる構成によれば、第２のパージの際に、燃料電池に供給された加湿空気の水蒸気成分が結露して水を生成する。したがって、この水により、燃料電池の固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。
【００２０】
前記第１のパージにおいて、前記燃料処理器で生成された前記水蒸気の量が、少なくとも前記燃料処理器内に形成された燃料ガス経路の容積以上となり、かつ、前記燃料処理器の温度が、空気により前記燃料処理器の前記触媒が酸化されない温度となったら、前記パージ用空気供給装置から前記燃料処理器への前記空気の供給が開始されて前記第１のパージから前記第２のパージへ切り換えられてもよい。
【００２１】
前記第２のパージにおいて、前記パージ用空気供給装置から前記燃料処理器に供給された前記空気の量が、前記燃料処理器内及び前記燃料電池内の燃料ガス経路の容積の合計値以上となったら、前記水供給装置が停止されて前記第２のパージから前記第３のパージへ切り換えられてもよい。
【００２２】
第２の発明に係る燃料電池発電装置は、水と改質触媒とを用いて、発電原料を水素を含む燃料ガスに改質する燃料処理器と、酸化剤ガスと前記燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、少なくとも前記燃料電池で使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記燃焼器に接続された経路と、前記燃料処理器に水を供給する水供給装置と、前記燃料処理器に前記発電原料を供給する発電原料供給装置と、を備えた燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電装置の起動動作時に、少なくとも前記燃料処理器が発電時の動作温度まで昇温されるまでの間、前記発電原料供給装置から供給される前記発電原料に前記水供給装置から供給される水から生成された水蒸気を混合して生成された加湿発電原料が、前記燃料電池の内部に封入されるものである。
【００２３】
かかる構成によれば、装置の起動動作時において、燃料処理器が昇温される間、加湿発電原料が燃料電池の内部に封入されるので、燃料電池の固体高分子膜の乾燥を抑制し、燃料電池の性能劣化を防止することが可能となる。それゆえ、耐久性の高い燃料発電装置を実現することが可能となる。また、装置の停止中に燃料電池内に存在していたガスが加湿発電原料によって置換され、該ガスが外部へ掃気されることから、発電動作前の装置の状態を整えることが可能となる。
【００２４】
前記加湿発電原料の露点温度が、前記起動動作時における前記燃料電池の昇温設定温度以上であることが好ましい。
【００２５】
かかる構成によれば、燃料電池の内部において、封入された加湿発電原料の水蒸気成分が結露して水が生じ、この水によって、固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。
【００２６】
前記燃料処理器が前記発電時の動作温度まで昇温された後、さらに、前記燃料処理器で生成された前記燃料ガスに含まれる一酸化炭素濃度が所定値以下となるまでの間、前記加湿発電原料が、前記燃料電池の内部に封入されてもよい。
【００２７】
前記経路は、前記燃料処理器と前記燃料電池とを連結する第１の経路と、前記燃料電池と前記燃焼器とを連結する第２の経路と、前記第１及び前記第２の経路に端部がそれぞれ接続され前記燃料電池をバイパスして前記第１及び前記第２の経路を連結する第３の経路と、前記第１の経路を介して前記燃料処理器から前記燃料電池に達する燃料電池供給流路と前記第１、前記第３、及び前記第２の経路を順に介して前記燃料処理器から前記燃焼器に達する燃料電池バイパス流路とを切り換える流路切換手段と、前記第２の経路に、該第２の経路と前記第３の経路との接続部よりも上流に位置するように設けられた封止弁と、をさらに備え、前記燃料電池に前記加湿発電原料が供給された後、前記封止弁が閉じられるとともに、前記燃料電池バイパス流路が形成されるように前記流路切換手段が切り換えられることにより、前記加湿発電原料の前記封入が行われてもよい。
【００２８】
前記燃料電池供給流路を形成するように前記流路切換手段が切り換えられるとともに前記封止弁が開かれた状態で、前記発電原料供給装置から前記燃料処理器に前記発電原料が供給され、前記発電原料が前記燃料電池供給流路を通じて前記燃料電池に供給されるとともに、前記燃料電池を通流した後、前記発電原料が前記第２の経路を通じて前記燃焼器に供給され、前記燃料処理器が所定温度に達したら、前記水供給装置から前記燃料処理器に前記水が供給され、それにより、前記燃料処理器において、前記水から生成した水蒸気と前記発電原料とが混合されて前記加湿発電原料が生成され、前記加湿発電原料が前記燃料電池供給流路を通じて前記燃料電池に供給され、前記燃料電池を通流した後、前記加湿発電原料が前記第２の経路を介して前記燃焼器に供給され、前記発電原料及び前記加湿発電原料の前記通流によって前記燃料電池が昇温され、前記燃料電池の温度が前記昇温設定温度に達したら、前記加湿発電原料の前記封入が行われるとともに、前記加湿発電原料が前記燃料電池バイパス流路を通じて前記燃料処理器から前記燃焼器に供給され、前記燃料処理器が少なくとも前記発電時の動作温度に達したら、前記封止弁を開くとともに、前記燃料電池供給流路を形成するように前記流路切換手段を切り換えてもよい。この場合、前記燃料処理器への前記水の供給を開始する前記所定温度とは、前記燃料処理器において、前記水蒸気と前記発電原料とから前記燃料ガスが生成せずに前記加湿発電原料が生成され、かつ、前記発電原料が前記燃料処理器の内部で炭素析出しない温度であることが好ましい。
【００２９】
また、前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温手段と、第４の経路を介して前記水供給装置に接続されるとともに第５の経路を介して前記発電原料供給装置に接続された加湿発電原料生成装置と、前記加湿発電原料生成装置に一端部が接続されるとともに前記第１の経路に他端部が接続され前記燃料処理器をバイパスして前記加湿発電原料生成装置と前記燃料電池とを連結する第６の経路と、をさらに備え、前記燃料電池昇温手段で昇温させた前記燃料電池が前記昇温設定温度に達したら、前記燃料電池バイパス流路を形成するように前記流路切換手段が切り換えられるとともに前記封止弁が開かれ、前記加湿発電原料生成装置に、前記第４の経路を介して前記水供給装置から水が供給されるとともに前記第５の経路を介して前記発電原料供給装置から発電原料が供給され、それにより、前記加湿発電原料生成装置において、前記水から生成された前記水蒸気と前記発電原料とが混合されて前記加湿発電原料が生成され、前記加湿発電原料は、前記第６及び前記第１の経路を介して前記燃料電池に供給され、前記燃料電池を通流した後、前記第２の経路を介して前記燃焼器に供給され、前記燃料電池の内部が前記加湿発電原料で満たされたら、前記加湿発電原料の前記封入を行ってもよい。
【００３０】
また、前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温手段と、第４の経路を介して前記水供給装置に接続された水蒸気生成装置と、前記水蒸気生成装置に一端部が接続されるとともに前記第１の経路に他端部が接続され前記燃料処理器をバイパスして前記水蒸気生成装置と前記燃料電池とを連結する第５の経路と、をさらに備え、前記燃料電池昇温手段で昇温させた前記燃料電池が前記昇温設定温度に達したら、前記燃料電池供給流路を形成するように前記流路切換手段が切り換えられるとともに前記封止弁が開かれ、前記第４の経路を介して前記水供給装置から前記水蒸気生成装置に水が供給されて水蒸気が生成されるとともに前記水蒸気が前記第５の経路を介して前記第１の経路に供給され、この前記水蒸気生成装置への前記水の供給とともに前記発電原料供給装置から前記燃料処理器に供給された前記発電原料がさらに前記第１の経路を介して前記燃料電池に供給される過程において前記水蒸気と混合されて前記加湿発電原料が生成され、前記燃料電池に供給された前記加湿発電原料は、前記燃料電池を通流した後、前記第２の経路を介して前記燃焼器に供給され、前記燃料電池の内部が前記加湿発電原料で満たされたら、前記加湿発電原料の前記封入を行ってもよい。
【００３１】
これらの構成では、加湿発電原料を燃料電池に通流させることにより、装置の停止中に燃料電池の内部に存在するガスを当該部分から追い出すことが可能となる。また、発電原料ガスや加湿発電原料ガスを燃料処理器やガスの経路に通流させることにより、装置の停止中に燃料処理器やガスの経路の内部に存在するガスを当該部分から掃気することが可能となる。したがって、これらの構成によれば、窒素等の不活性ガスを用いることなく装置内をパージすることが可能となり、よって、装置のイニシャルコスト及びランニングコストの低減化を図ることが可能となる。
【００３２】
また、特に、燃料電池昇温手段が設けられた構成では、燃料電池昇温手段によって燃料電池を所定の昇温設定温度まで昇温した後に加湿発電原料を燃料電池に供給することが可能となるため、加湿発電原料が燃料電池の温度状態に応じて部分的に結露することがなく、よって、燃料電池の内部の加湿状態を安定に保つことが可能となる。
【００３３】
パージ用空気を前記燃料処理器に供給するパージ用空気供給装置をさらに備え、前記装置の停止動作時には、前記水供給装置から前記燃料処理器に水が供給されて水蒸気が生成されるとともに、前記水蒸気を、前記燃料処理器と、前記燃料電池と、前記経路とに通流させることにより、少なくとも前記燃料処理器の内部を掃気する第１のパージと、前記水とともに前記パージ用空気供給装置から前記空気がさらに前記燃料処理器に供給され前記燃料処理器において前記水蒸気と前記空気とが混合されて加湿空気が生成され、前記加湿空気を、前記燃料処理器と、前記燃料電池と、前記経路とに通流させることにより、前記燃料処理器、前記燃料電池、及び前記経路の内部を掃気する第２のパージと、前記水供給装置を停止させることにより前記空気のみが前記燃料処理器に供給され、無加湿の前記空気を前記燃料処理器と前記経路とに通流させることにより、前記燃料処理器及び前記経路の内部を掃気する第３のパージと、が順次行われてもよい。
【００３４】
かかる構成によれば、燃料電池発電装置の起動時において上記の効果が奏されるとともに、装置の停止動作時において、前述の効果がさらに奏される。したがって、より耐久性が高く安定した運転が可能な装置が実現される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る燃料電池発電装置では、十分な安全性を確保しつつ、装置のイニシャルコスト及びランニングコストの低減化を図ることが可能となるとともに、耐久性が高く、安定した運転を実現可能な装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中で同一の符号を付した構成要素は、同一またはこれに相当する要素である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電装置の模式的な構成図である。
【００３７】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、水供給装置３と、発電原料供給装置４と、パージ用空気供給装置５と、燃料処理器２と、固体高分子膜を備えた燃料電池１と、空気供給用のブロア６と、燃焼器８と、冷却装置７と、制御装置５０とを備える。なお、図では簡略化して示しているが、制御装置５０は、各構成要素３，４，５，２，１，６，８，７ならびに後述の流路切換手段１５及び封至弁１４の制御を行うものであり、後述する燃料電池発電装置の一連の動作は、制御装置５０による制御によって遂行される。
【００３８】
水供給装置３は配管３ａを介して、また、発電原料供給装置４は配管４ａを介して、さらに、パージ用空気供給装置５は配管５ａを介して、それぞれ燃料処理器２に接続されている。燃料処理器２の下部には、燃料処理器２の加熱を行う燃焼器８が配置されている。燃料処理器２は、配管１１を介して燃料電池１の燃料ガス入口１２Ａに接続されている。燃料電池１内には、燃料ガス入口１２Ａから電池内部に供給された燃料ガスを燃料極（図示せず）を経て燃料ガス出口１２Ｃに導く燃料ガス経路１２Ｂが形成されている。また、燃料ガス出口１２Ｃから取り出された燃料ガスを燃焼器８に導く配管１３が、燃料電池１と燃焼器８とを接続している。さらに、配管１１には流路切り換え手段１５である三方弁が配設されており、この三方弁の１つの接続口に、バイパス配管１６の一端が接続されている。そして、バイパス配管１６の他端は配管１３に接続されており、それにより、流路切換手段１５は、燃料処理器２から配管１１を通じて燃料電池１に達する第１の経路Ａと、燃料電池１をバイパスして配管１１から直接配管１３に達する第２の経路Ｂとを切換ることができる。このような三方弁は、例えば、第１の流路Ａと第２の流路Ｂとを切り換え可能に構成された電動弁であり、この電動弁は、制御装置５０によって自動制御されている。また、配管１３には、バイパス配管１６との接続部よりも上流に位置するように、封止弁１４が配設されている。ここでは、封止弁１４として、自動制御可能に構成された電動弁が用いられている。
【００３９】
冷却装置７では、冷却水を燃料電池１に通流させる循環配管７ａが配設されており、この循環配管７ａの途中に、冷却水を昇圧するポンプ７ｂと、放熱器（冷却器）７ｃとが配設されている。また、ブロア６は、配管６ａを介して燃料電池１に接続されている。
【００４０】
ここでは図示を省略しているが、燃料処理器２は、主として、改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ浄化部とから構成される。ここでは、改質部は、ルテニウムを主成分とする触媒を備え、この触媒により、後述するように、供給された水と発電原料ガス（例えば天然ガス）とを用いて改質反応が行われ、水素に富んだ燃料ガスが生成される。このようにして改質部で生成された燃料ガスは、ＣＯ濃度が高く、このＣＯ濃度の高い燃料ガスを燃料電池１に供給すると、燃料電池１が劣化する。そこで、改質部で生成された燃料ガスは、ＣＯ変成部及びＣＯ浄化部に順次供給され、それにより、燃料ガス中のＣＯが除去されてＣＯ濃度が２０ｐｐｍ以下まで低減される。
【００４１】
次に、燃料電池発電装置の動作について説明する。図４は、図１の燃料電池発電装置の制御装置５０に格納された制御プログラムの内容の概略を示すフローチャートである。また、図５は、図４の制御プログラムの停止動作の内容の概略を示すフローチャートであり、図６は、図４の制御プログラムの起動動作の内容の概略を示すフローチャートである。
【００４２】
図４に示すように、燃料電池発電装置では、運転開始指令に応じて起動動作が行われる（図４のステップＳ１）。そして、装置の状態が整ったら、発電動作が行われる（図４のステップＳ２）。続いて、発電動作が所定期間行われた後、装置を停止させるための動作（以下、これを停止モードの動作と呼び、装置が停止している停止期間と区別する。燃料電池発電装置は、停止モードを経た後に停止期間に入る）を行って停止する（図４のステップＳ４）。燃料電池発電装置では、以上のような各動作（図４のステップＳ１〜４）が繰り返し行われる。
【００４３】
以下においては、燃料電池発電装置の発電時の動作（ステップＳ２）と、停止時の動作（ステップＳ３）と、装置の起動時の動作（ステップＳ１）とをこの順で説明する。
【００４４】
燃料電池発電装置の発電時（ステップＳ２）には、配管１１を通じて燃料処理器２から燃料電池１に向かう第１の流路Ａが形成されるように流路切換手段１５を切り換え、また、配管１３中の封止弁１４を開いておく。そして、燃焼器８により加熱されて温度が７００℃程度に維持された燃料処理器２の改質部（図示せず）に、水供給装置３から配管３ａを通じて水を供給するとともに、発電原料供給装置４から配管４ａを通じて発電原料ガス（ここでは天然ガス）を供給する。燃料処理器２の改質部では、供給された水が水蒸気となるとともに、この水蒸気によって発電原料ガスが改質され、水素に富んだ燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、ＣＯ変成部及びＣＯ浄化部（ともに図示せず）に順次供給され、それにより、ＣＯが低濃度まで除去される。
【００４５】
前述のように、発電の際には、第１の流路Ａが形成されるように流路切換手段１５が切り換えられているため、燃料処理器２で生成された燃料ガスは、配管１１を通じて第１の流路Ａを経て燃料電池１の燃料ガス入口１２Ａに供給される。そして、燃料ガス経路１２Ｂを通じて燃料極（図示せず）に供給される。一方、燃料電池１の酸化剤極（図示せず）には、ブロア６から配管６ａを通じて、酸化剤ガスたる空気を供給する。
【００４６】
燃料電池１では、上記のようにして供給された燃料ガスと空気とが反応し、それにより、発電が行われる。このような発電の際には、燃料電池１で熱が発生するため、冷却装置７により燃料電池１の冷却を行う。冷却装置７では、ポンプ７ｂによって昇圧された冷却水が、循環配管７ａを通じて燃料電池１を通流する。それにより、燃料電池１の熱が冷却水に回収される。熱を回収した冷却水は、さらに、放熱器７ｃとの間で熱交換を行って放熱し、冷却される。そして、この冷却水が再び燃料電池１に供給されることにより、燃料電池１の温度は、７０℃程度に保持される。
【００４７】
燃料電池１における発電反応で消費されなかった残余の燃料ガスは、燃料オフガスとして、燃料ガス経路１２Ｂを通じて燃料ガス出口１２Ｃから取り出され、配管１３に入る。前述のように、発電時には、配管１３の封止弁１４が開いているため、燃料オフガスは、配管１３を通じて燃焼器８に供給される。そして、燃焼器８において燃焼ガスとして用いられ、燃料処理器２の温度の維持を行うための熱源として利用される
上記のようにして発電を行った装置を停止する際（すなわち、図４の停止モード（ステップＳ３））には、ブロア６を停止させて燃料電池１への空気の供給を止めるとともに、冷却水装置７を停止させる。そして、図５に示すように、燃料処理器２、燃料電池１、及び、ガスの供給経路１１，１３等を、水蒸気、加湿空気、及び、無加湿空気によって順にパージする。
【００４８】
水蒸気によるパージ（図５のステップＳ３−１）の際には、発電時と同様、第１の流路Ａが形成されるように流路切換手段１５の切換を行うとともに、封止弁１４を開いておく。そして、まず、発電原料供給装置４を停止させ、燃料処理器２への発電原料ガスの供給を止める。この時、水供給装置３から燃料処理器２への水の供給は継続する。燃料処理器２に供給された水は燃料処理器２において水蒸気となるが、ここでは発電原料ガスの供給を停止しているため、燃料処理器２では改質反応が行われず、よって、この水蒸気は燃料処理器２内に溜まる。そして、この水蒸気により、燃料処理器２内に存在する燃料ガスが配管１１に押し出される。配管１１に押し出された燃料ガスは、配管１１を通じて第１の流路Ａを経て燃料ガス入口１２Ａから燃料電池１に導入される。それにより、配管１１及び燃料電池１内に存在していた燃料ガスが、これらの部分から順に押し出されて移動する。燃料ガスは、燃料ガス経路１２Ｂを通じて燃料電池１内を通流し、その後、燃料ガス出口１２Ｃから配管１３を経て燃焼器８に送られる。このようにして燃料処理器２、配管１１、燃料電池１、及び配管１３から追い出された燃料ガスは、燃焼器８に送られ、ここで燃焼ガスとして利用される。以上のように、水蒸気によるパージを行うことにより、少なくとも燃料処理器２内の燃料ガスが水蒸気により掃気され、さらに、この掃気されたガスによって、配管１１、燃料電池１、及び配管１３内の燃料ガスを順に掃気することが可能となる。
【００４９】
上記の水蒸気によるパージを続けると、燃料処理器２や燃料電池１等から掃気される燃料ガスの量が、次第に減少する。したがって、燃焼器８に供給される燃料ガスの量が次第に減少し、それに伴って、燃焼器８における燃焼が停止する。ここで、燃料処理器２は、発電の際に７００℃程度の高温に維持されるため、燃焼器８による加熱が停止しても、燃料処理器２では予熱によって水蒸気が引き続き生成される。それゆえ、この水蒸気によって、上記の水蒸気によるパージが継続して行われる。そして、このような燃料処理器２の予熱を利用した水蒸気によるパージが行われる一方で、燃料処理器２の温度は徐々に低下する。
【００５０】
ところで、上記水蒸気によるパージでは、燃料処理器２から押し出される燃料ガスの量の減少に伴って、水蒸気が、配管１１を通じて燃料電池１に供給される。ここで、停止モードにおける燃料電池１は、発電時の動作温度である７０℃程度か、又はそれよりも低い温度となっているため、露点温度が１００℃である水蒸気が燃料電池１に供給されると、供給された水蒸気が燃料電池１の燃料ガス経路１２Ｂ内で結露して水となる。このように結露して水となった状態では、燃料電池１内の燃料ガスを十分に押し出すことができず、また、特に、この水が燃料電池１の燃料ガス経路１２Ｂや配管１３内に滞留すると、燃料ガスの流路を塞いでガスの流れを妨げるおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、燃料処理器２で生成されたパージ用の水蒸気の量が少なくとも燃料処理器２内の燃料ガスを十分に追い出せる量、例えば、燃料処理器２内の燃料ガス経路の容積と実質的に同量に達し、かつ、燃料処理器２に空気を供給しても改質部の触媒が酸化されない温度まで燃料処理器２の温度が低下したら、上記の水蒸気によるパージから加湿空気によるパージに切り換える（図５のステップＳ３−２）。
【００５２】
この場合、水蒸気を発生させるために燃料処理器２に供給する水の量を直接検知することによりパージの切り換え時が決定されてもよく、あるいは、燃料処理器２への水の供給時間に基づいて切り換え時が決定されてもよい。また、ここでは、前述のように燃料処理器２の改質部の触媒がルテニウムを主成分として含むことから、ルテニウムが空気により酸化されて触媒性能が劣化することのない温度を、ある程度の安全率を見込んで設定する。例えば、燃料処理器２が４００℃以下（ここでは約４００℃）になったら、加湿空気を供給して以下のように加湿空気によるパージを行う。なお、このような燃料処理器２の温度の設定は、安全率の設定条件に応じて変化するものであり、また、触媒の種類によっても変化する。したがって、上記の温度に限定されるものではなく、適宜設定するのが好ましい。
【００５３】
加湿空気によるパージでは、水蒸気によるパージと同様、第１の流路Ａが形成されるように流路切換手段１５を切り換えるとともに、封止弁１４を開いておく。そして、引き続き上記のように水供給装置３から燃料処理器２に水を供給して水蒸気を発生させる。さらに、このように燃料処理器２で水蒸気を発生させながら、パージ用空気供給装置５から空気を燃料処理器２へ供給する。それにより、燃料処理器２において、水蒸気と空気とが混合されて、加湿空気が生成される。この場合、上記のように燃料処理器２内の燃料ガスが水蒸気によるパージで掃気されているため、燃料処理器２内において燃料ガスと空気とが直接接触することはなく、よって、安全性を確保できる。
【００５４】
加湿空気は、その露点温度が、燃料電池１の発電時の動作温度以上となるように、空気と水蒸気との割合が設定されている。具体的には、燃料処理器２に供給される空気の流量を１０Ｌ／分とした場合、水の供給流量を３．６ｇ／分以上に調整し、それにより、露点温度が７０℃以上である加湿空気を生成している。このように加湿空気の露点温度を設定することにより、後述するように、発電時の動作温度以下である停止動作時の燃料電池１において、結露により水を発生させて燃料電池１の固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。
【００５５】
燃料処理器２で生成された加湿空気は、配管１１を通じて第１の流路Ａを経て燃料電池１に供給される。燃料電池１では、加湿空気が燃料ガス入口１２Ａから燃料ガス経路１２Ｂに入り、該経路１２Ｂを経て燃料ガス出口１２Ｃに達する。ここで、前述のように、停止動作時の燃料電池１の温度は、発電時の動作温度（すなわち約７０℃）以下となっていることから、露点温度が７０℃以上である加湿空気では、燃料ガス経路１２Ｂ内において、水蒸気成分が結露して水となる。したがって、結露した水蒸気成分を除いた飽和状態の加湿空気が、燃料ガス経路１２Ｂ内を通流して燃料ガス出口１２Ｃに達する。そして、この加湿空気は、さらに燃料ガス出口１２Ｃから配管１３に入り、配管１３を通じて燃焼器８に送られて放出される。このような加湿空気の流れが形成されることによって、配管１１、燃料電池１、及び配管１３内に残っていた燃料ガスがこれらの部分から追い出され、加湿空気によるパージが行われる。追い出された燃料ガスは、配管１３を通じて燃焼器８に送られ外部に放出される。一方、燃料電池１の内部では、結露により生じた水により、固体高分子膜の湿潤状態が保持される。
【００５６】
ところで、上記の加湿空気によるパージでは、燃焼器８を停止させているため、時間の経過に伴って燃料処理器２、燃料電池１、配管１１，１３等の装置各部分の温度が低下する。そして、これらの部分の温度が加湿空気の露点温度よりも低くなると、加湿空気中の水蒸気成分が結露して水となり、この水が、装置の各部分に滞留する。装置の各部分のうち、燃料電池１では、内部に滞留した水により上記のように固体高分子膜の湿潤状態を保持することができるので、水の存在は好ましいが、燃料処理器２や配管１１，１３等では、流路中に滞留した水によりガスの流路が塞がれてしまう。その結果、例えば、装置を再起動させた際にガスの流通が不安定となるおそれがある。そこで、本実施の形態では、燃料処理器２や配管１１，１３における結露の発生及び水の滞留を防止するために、上記の加湿空気によるパージを行った後、以下のように、燃料電池１を除く部分を無加湿空気でパージする（図５のステップＳ３−３）。
【００５７】
すなわち、燃料処理器２及び燃料電池１等の内部に存在する燃料ガス及び水蒸気を十分に追い出すことが可能な量、例えば、燃料処理器２の容積と燃料電池１の容積とを合計した値以上の量（具体的には、該合計値の２〜３倍の量）、の加湿空気を上記のように通流させた後、配管１１から配管１６に向かう第２の流路Ｂが形成されるように流路切換手段１５を切り換えるとともに、封止弁１４を閉じる。そして、水供給装置３を停止させて水の供給を止め、パージ用空気供給装置５から燃料処理器２に空気のみを引き続き供給する。水の供給が停止されていることから燃料処理器２では水蒸気が生成されず、よって、燃料処理器２に供給された空気は加湿されない。そして、この無加湿空気が燃料処理器２から配管１１に入り、さらに、配管１６を介して第２の流路Ｂを経て配管１３に入る。さらに、燃焼器８に送られて外部に放出される。このようにして形成された無加湿空気の流れにより、燃料処理器２、及び配管１１，１３内に存在する加湿空気が追い出されてパージが行われる。
【００５８】
このように、無加湿空気によるパージによって、燃料処理器２、配管１１，１３内の加湿空気が無加湿空気で置換されるため、停止中に装置の各部が低温に保持されても、燃料処理器２、配管１１，１３の内部では結露による水の発生が防止される。また、前述の加湿空気によるパージにおいてガス流路に滞留した水は、無加湿空気によって乾燥されてガス流路から除去される。一方、この無加湿空気によるパージは、燃料電池１をバイパスする経路を通じて行われるので、無加湿空気は燃料電池１には供給されず、燃料電池１では加湿空気によるパージで生成した水が保持されて固体高分子膜の湿潤状態が保たれる。それゆえ、燃料電池１の固体高分子膜の乾燥を防止しつつ、これ以外の各部分における水の滞留を防止することが可能となる。
【００５９】
無加湿空気によるパージを行った後、パージ用空気供給装置６を停止させて燃料処理器２への空気の供給を止める。以上のようにして、燃料電池発電装置の停止時の一連の動作を終了し、装置を停止させる（図４のステップＳ４）。
【００６０】
本実施の形態では、水蒸気によるパージを行った後に加湿空気によるパージを行うので、水蒸気の露点温度よりも温度が低いために水蒸気が結露してしまい水蒸気パージでは十分に燃料ガスを追い出すことが困難である燃料電池１についても、加湿空気を用いて十分に燃料ガスを追い出すことが可能となる。また、加湿空気によるパージの際には、加湿空気中の水蒸気成分が結露して水となるので、この水により、燃料電池１の固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。さらに、この場合、水蒸気によるパージによって少なくとも燃料処理器２の燃料ガスが除去されているため、加湿空気を燃料処理器２に供給しても、燃料ガスと空気とが直接接触することはなく、よって、安全性を確保できる。さらに、加湿空気によるパージを行った後に燃料電池１を除く部分を無加湿空気によりパージするので、燃料電池１の固体高分子膜の湿潤状態を保持しつつ、燃料処理器２や配管１１，１３に滞留する水、及び、装置の停止期間中に結露して水となるこれらの部分の水蒸気を除去することが可能となる。
【００６１】
次に、停止していた燃料電池発電装置の起動時の動作（図４のステップＳ１）について図６を参照して説明する。起動時には、まず、配管１１を通じて燃料処理器２から燃料電池１に向かう第１の流路Ａが形成されるように流路切換手段１５を切り換えるとともに、封止弁１４を開く。そして、発電原料供給装置４から配管４ａを通じて燃料処理器２に発電原料ガスを供給し、さらに、燃料処理器２から配管１１を通じて燃料電池１に発電原料ガスを供給する。燃料電池１に供給された発電原料ガスは、燃料ガス入口１２Ａから燃料ガス出口１２Ｃに向かって燃料ガス経路１２Ｂ内を移動する。燃料ガス出口１２Ｃから取り出された発電原料ガスは、配管１３を通じて燃焼器８へ供給される。このような発電原料ガスの流れを形成することにより、停止期間中に燃料処理器２、配管１１、燃料電池１、及び配管１３内に存在していたガスを、発電原料ガスによって追い出すことが可能となる。
【００６２】
燃焼器８に供給された発電原料ガスは、燃焼ガスとしてここで利用され、それにより、燃料処理器２が加熱される。ここでは、燃料処理器２の温度が、発電原料ガスと水とを燃料処理器２に供給しても燃料ガスが生成されず（すなわち改質反応が行われず）に、代わりに、後述の加湿発電原料ガスが生成される温度であり、かつ、燃料処理器２内において発電原料ガス中の炭素が炭化して析出しない温度となるまで燃料処理器２を昇温させる（図６のステップＳ１−１）。例えば、ここでは、燃料処理器２を約２００℃まで昇温する。この場合、発電原料供給装置４を制御して燃焼器８に供給する発電原料ガスの供給量を調整し、それにより燃焼器８で得られる熱量を調整することによって燃料処理器２の温度を調整している。なお、ここでは燃料処理器２を約２００℃まで昇温するが、燃料処理器２の昇温温度はこれに限定されるものではなく、燃料処理器２の内部構造や触媒の構成等に応じて適宜設定する。
【００６３】
燃料処理器２の温度が約２００℃に到達したら、水供給装置３により配管３ａを通じて燃料処理器２に水を供給する。それにより、燃料処理器２内において、供給された水が水蒸気となり、この水蒸気が、上記の発電原料ガスと混合されて加湿発電原料ガスが生成される。ここで、加湿発電原料ガスは、その露点温度が、起動動作時における燃料電池１の昇温設定温度以上となるように、発電原料ガスと水蒸気との混合割合を調整して生成される。この場合、後述するように、燃料電池１を約８０℃まで昇温するので、加湿発電原料ガスの露点温度を８０℃以上に設定する。例えば、発電原料ガスの燃料処理器２への供給量を１０Ｌ／分とした場合、燃料処理器２への水の供給量を７．１ｇ／分以上とし、それにより、露点温度８０℃以上の加湿発電原料ガスを生成させる。このように加湿発電原料ガスの露点温度を設定することにより、後述するように、加湿発電原料ガスの露点温度以下である燃料電池１において、結露により水を発生させ、この水により燃料電池１の固体高分子膜の湿潤状態を保持する。
【００６４】
上記のようにして燃料処理器２で生成した加湿発電原料ガスを、配管１１を介して第１の流路Ａを経て燃料電池１に供給する。加湿発電原料ガスは、燃料電池１において燃料ガス入口１２Ａから燃料ガス経路１２Ｂを通じて燃料ガス出口１２Ｃに達し、さらに、配管１３を通じて燃焼器８に送られて燃焼に用いられる。このように加湿発電原料ガスが通流することにより、加湿発電原料ガスの熱が与えられて燃料電池１が昇温される（図６のステップＳ１−２）。そして、燃料電池１の温度が約８０℃になったら、燃料電池１をバイパスする第２の流路Ｂが形成されるように流路切換手段１５を切り換えるとともに封止弁１４を閉じる。それにより、燃料電池１内に加湿発電原料ガスが封入される構成が実現される（図６のステップＳ１−３）。
【００６５】
なお、燃料電池１を、発電時の動作温度（７０℃程度）よりも高温である約８０℃まで昇温するのは、後述するように燃料処理器２の温度が安定するまで燃料電池１を放置するので、この放置過程において燃料電池１の温度が低下することを考慮して該動作温度よりも高めに設定するからである。ここでは、放置過程における温度低下を見込んだ上で、起動動作終了時の燃料電池１の温度が、発電時の動作温度である約７０℃となるように、燃料電池１の昇温設定温度を約８０℃に設定している。
【００６６】
上記のように燃料電池１内に加湿発電原料ガスを封入すると、前述のように加湿発電原料ガスはその露点温度が８０℃以上に設定されているため、加湿空気中の水蒸気成分が燃料電池１内で結露し、水を生成する。この水によって、燃料電池１の固体高分子膜の湿潤状態を保持することが可能となる。
【００６７】
このように燃料電池１内に加湿空気を封入した状態を保持しつつ、燃料処理器２の温度が燃料ガスの生成に適した温度、ここでは７００℃程度、になるまで、発電原料ガス及び水を燃料処理器２に供給する。燃料処理器２では、改質反応の温度に満たない状態では上記のように加湿発電原料ガスが生成されるが、温度の上昇に伴って改質反応が行われ、燃料ガスが生成されるようになる。燃料処理器２で生成した加湿発電原料及び燃料ガスは、配管１１を介して第２の流路Ｂを通り配管１６に入る。そして、さらに配管１３を通じて燃焼器８に送られて燃焼に利用される（図６のステップＳ１−４）。
【００６８】
この場合、燃料処理器２の温度が７００℃程度になるように、発電原料供給装置４からの発電原料ガスの供給量を調整する。また、燃料処理器２での改質反応において水素に富んだ燃料ガスが生成するように、水供給装置３からの水の供給量を調整する。ここでは、発電原料ガスたる天然ガスの組成における炭素原子数の５〜６倍程度の数の水素原子を含む量の水が供給されるように水の供給量を調整する。
【００６９】
ところで、燃料処理器２の温度が設定温度である７００℃程度に達しても、燃料処理器２全体の温度が安定するまでは、生成された燃料ガスに含まれるＣＯの濃度が高くなっている。前述のように、ＣＯ濃度が高い燃料ガスが供給されると燃料電池１の性能が劣化することから、燃料処理器２の温度が安定するまでの期間に燃料処理器２で生成されたＣＯ濃度の高い燃料ガスは、燃料電池１に供給せずに、配管１１、配管１６及び配管１３を介して燃料器８へ送る。
【００７０】
一方、上記のように燃料処理器２を７００℃まで昇温してこの温度で安定させるまでの間、燃料電池１は、前述のように加湿発電原料ガスが封入された状態で放置されているため、固体高分子膜の湿潤状態が保持されている。
【００７１】
燃料処理器２の全体の温度が約７００℃で安定し、生成された燃料ガスに含まれるＣＯの濃度が２０ｐｐｍ以下の低濃度になったら、封止弁１４を開く。また、これと同時に、燃料ガスが配管１１を介して第１の流路Ａを通じて燃料電池１へ供給されるように、流路切換手段１５の切換を行う。それにより、燃料処理器２で生成された燃料ガスが、配管１１を通じて燃料電池１に供給される。そして、この燃料ガスの供給と同時に、ブロア６から配管６ａを通じて燃料電池１へ空気を供給する。それにより、燃料電池１において発電が行われる（図４のステップＳ２）。発電の動作については、前述の通りである。
【００７２】
以上のように、本実施の形態の燃料電池発電装置においては、装置の停止動作時及び起動動作時に、窒素等の不活性ガスを用いることなくパージを行うことができるので、パージ用の不活性ガスの貯蔵装置や供給装置等の設備を設ける必要がない。したがって、装置のイニシャルコストやランニングコストの低減化を図ることが可能となる。また、停止動作時及び起動動作時に、燃料電池１の固体高分子膜の乾燥を防止することが可能となるため、燃料電池１の耐久性の劣化を防止することが可能となる。さらに、停止動作時には、加湿空気によるパージを行った後に無加湿空気によるパージを行うので、結露して生成された水がガスの経路を塞ぐのを防止することが可能となる。したがって、装置を再起動させた際に、速やかに安定して運転を行うことが可能となる。
【００７３】
なお、上記においては、燃料電池発電装置の起動動作時に加湿発電原料ガスを燃料電池１に通流させてパージを行うとともにこのガスを封入し、また装置の停止動作時に、水蒸気、加湿空気、及び無加湿空気を燃料処理器２、燃料電池１、及び配管１１，１３等に通流させて順にパージを行う場合について説明したが、このような起動時の動作と停止時の動作とは、必ずしも両方を組み合わせて行う必要はない。例えば、燃料発電装置の停止時のみに上記停止動作を行う構成であってもよく、起動時のみに上記起動動作を行う構成であってもよい。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。図２に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、実施の形態１と同様の構成を有するが、燃料電池１に供給する加湿発電原料ガスを生成する加湿ガス生成装置２０と、燃料電池１を昇温するための冷却水ヒータ２５とをさらに備えた点が、実施の形態１とは異なっている。
【００７４】
すなわち、本実施の形態の装置では、水供給装置３と加湿ガス生成装置２０とが配管２１によって接続されるとともに、発電原料供給装置４と加湿ガス生成装置２０とが配管２２によって接続されている。また、加湿ガス生成装置２０と配管１１の流路切換手段１５の下流部とが、配管２３によって接続されている。加湿ガス生成装置２０は、加熱手段としてヒータを備えている。
【００７５】
また、本実施の形態の燃料電池１の冷却装置７では、循環配管７ａにバイパス配管２４がさらに接続されている。このバイパス配管２４は、燃料電池１から取り出した冷却水を、放熱器１０ｃをバイパスさせてポンプ７ｂに戻し、再び燃料電池１に通流させるように配設されている。さらに、このバイパス配２４途中には、冷却水の加熱手段たる冷却水ヒータ２５が設けられるとともに、循環配管７ａからバイパス配管２４への冷却水流路の切り換えを行う冷却水流路切換手段２６が設けられている。ここでは、冷却水流路切換手段２６として、流路切換手段１５と同様の三方弁が用いられている。
【００７６】
本実施の形態の装置における発電時の動作及び停止の際の動作は、実施の形態１で前述した動作と同様である。ここでは、発電時及び停止の際に、加湿ガス生成装置２０を停止させておき、水供給装置３及び発電原料ガス供給装置４から加湿ガス生成装置２０への水及び発電原料ガスの供給を停止させておく。また、冷却水ヒータ２５を停止させておくとともに、燃料電池１から熱を回収した冷却水が循環配管７ａを通じて放熱器７ｃに供給されるように、冷却水流路切換手段２６を切り換える。
【００７７】
一方、装置の起動動作時には、以下のようにして、燃料電池１及び燃料処理器２の昇温をそれぞれ独立して行う。なお、燃料電池１及び燃料処理器２の昇温は、並行して同時に行われてもよく、また、何れか一方の昇温を行った後に他方の昇温を行ってもよい。ここでは、燃料電池１の昇温を行った後に、燃料処理器２の昇温を行う場合について説明する。
【００７８】
燃料電池１の昇温の際は、まず、燃料電池１から取り出された冷却水がバイパス配管２４に供給されるように冷却水流路切換手段２６を切り換えるとともに、冷却水ヒータ２５を動作させる。それにより、ポンプ７ｂで加圧された冷却水は、燃料電池１を通流した後、バイパス配管２４を通じて再びポンプ７ｂに戻される。このように冷却水がポンプ７ｂに戻される際に、冷却水は、冷却水ヒータ２５によって加熱される。このように冷却水ヒータ２５で加熱された冷却水が燃料電池１を通流して循環することより、冷却水の熱が燃料電池１に与えられて燃料電池１が昇温される。なお、この時、配管１３の封止弁１４の開閉は任意であるが、ここでは開いておき、また、加湿ガス生成装置２０、及び、加湿ガス生成装置２０への水及び発電原料ガスの供給は、それぞれ停止させておく。
【００７９】
燃料電池１の温度が約７０℃になったら、水供給装置３を動作させ、配管２１を通じて加湿ガス生成装置２０に水を供給する。また、これと同時に、発電原料供給装置４を動作させ、配管２２を通じて加湿ガス生成装置２０に発電原料ガスを供給する。加湿ガス生成装置２０では、供給された水がヒータ（図示せず）により加熱されて水蒸気となり、この水蒸気が、発電原料ガスと混合されて加湿発電原料ガスが生成される
ここでは、加湿ガス生成装置２０で生成される加湿発電原料ガスの露点が、起動動作時の燃料電池１の昇温設定温度以上となるように、加湿ガス生成装置２０に供給する発電原料ガスの量と水の量との割合が調整されている。この場合、燃料電池１が発電時の動作温度（７０℃程度）まで昇温される、すなわち、燃料電池１の昇温設定温度が約７０℃であることから、加湿発電原料ガスの露点が７０℃以上となるように、発電原料ガスの供給量
１０Ｌ／分に対して水を３．６ｇ／分以上の供給量で加湿ガス生成装置２０に供給する。
【００８０】
加湿ガス生成装置２０で生成された加湿発電原料ガスは、配管２３及び配管１１を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１において、燃料ガス入口１２Ａから燃料ガス出口１２Ｃに向けて燃料ガス経路１２Ｂ内を移動した加湿発電原料ガスは、配管１３を通じて燃焼器８に供給されて燃焼に用いられる。それにより、装置の停止中に配管１１、燃料電池１、及び、配管１３の内部に存在するガスが、加湿発電原料ガスによって掃気される。
【００８１】
そして、加湿ガス生成装置２０から燃料電池１に供給される加湿発電原料ガスの量が、燃料電池１から上記ガスの追い出しを十分に行うことができる量、例えば、燃料電池１内の燃料ガス経路１２Ｂの容積と同量、に達したら、水供給装置３及び発電原料供給装置４を停止させて加湿ガス生成装置２０への水及び発電原料ガスの供給を止めるとともに、加湿ガス生成装置２０を停止させる。また、これらの停止動作とともに封止弁１４を閉じ、それにより、燃料電池１の燃料ガス経路１２Ｂ内に、加湿発電原料ガスを封入する。
【００８２】
燃料電池１では、燃料処理器２が７００℃まで昇温され、かつ、この温度で安定するまでの間（以下、この期間を燃料処理器昇温期間と呼ぶ）、このような加湿発電原料ガスが封入された状態が保持される。燃料処理器昇温期間においては、燃料電池１の温度が発電時の動作温度である約７０℃に維持されるように、冷却水ヒータ２５によって冷却水の加熱量が調整される。ここで、このように温度が約７０℃に維持された燃料電池１では、封入された加湿発電原料ガスの露点が前述のように７０℃以上であることから、加湿発電原料ガス中の水蒸気成分が結露して水が生成される。燃料電池１では、このように生成された水により、固体高分子膜の湿潤状態が保持される。したがって、燃料処理器昇温期間における固体高分子膜の乾燥を防止することが可能となる。
【００８３】
続いて、上記のように燃料電池１内に加湿発電原料を封入した状態で、燃料処理器２を燃焼器８からの熱により昇温する。ここでは、配管１１からバイパス配管１６を介して配管１３に達する第２の供給経路Ｂが形成されるように、流路切換手段１５を切り換え、また、配管１３の封止弁１４は閉じたままとする。そして、水供給装置３から配管３ａを通じて燃料処理器２に水を供給するとともに、発電原料供給装置４から配管４ａを通じて発電原料ガスを燃料処理器２に供給する。
【００８４】
燃料処理器２では、初めは温度が低いので、供給された水は蒸発せずに液体の状態を保持する。それゆえ、燃料処理器２に供給された水及び発電原料ガスのうち、発電原料ガスのみが燃料処理器２内を通流し、さらに配管１１からバイパス配管１６を通じて配管１３に入り燃焼器８に達する。そして、燃焼器８に供給された発電原料ガスは、ここで燃焼される。このような発電原料ガスの燃焼によって、燃料処理器２の昇温が行われる。また、このように発電原料ガスを通流させることにより、燃料処理器２、配管１１、バイパス配管１６、及び配管１３を発電原料ガスでパージすることが可能となる。
【００８５】
燃料処理器２が昇温されてその温度が１００℃以上になると、燃料処理器２に供給された水は水蒸気となる。ここで、燃料処理器２の温度が、改質反応が行われない範囲にある場合には、この水蒸気は発電原料ガスと混合され、それにより、加湿発電原料ガスが生成される。ここで生成された加湿発電原料ガスは、配管１１、バイパス配管１６、及び配管１３を通じて燃焼器８に送られて燃焼に利用される。一方、燃料処理器２がより高温に昇温されると、水蒸気と発電原料ガスとが改質反応に用いられ、それにより、水素に富んだ燃料ガスが生成される。
【００８６】
燃料処理器２は、効率よく安定して改質反応を行うことが可能な温度、すなわち、ここでは７００℃程度まで昇温される。この場合、燃料処理器２の温度が７００℃程度となるように、発電原料供給装置４からの発電原料ガスの供給量を調整する。また、燃料処理器２で生成される燃料ガスに含まれる水素の割合が高くなるように、発電原料ガスに含まれる炭素原子の数の５〜６倍程度の数の水素原子を含むように水供給装置３からの水の供給量を調整する。
【００８７】
次に、燃料処理器２の温度が７００℃程度で安定し、生成される燃料ガス中のＣＯの濃度が２０ｐｐｍ以下になったら、封止弁１４を開く。そして、配管１１を通じて燃料処理器２から燃料電池１に向かう第１の供給経路Ａが形成されるように、流路切換手段１５を切り換える。それにより、燃料処理器２で生成された燃料ガスが、配管１１を通じて燃料電池１に供給される。この供給された燃料ガスにより、燃料電池１の燃料ガス経路１２Ｂ、及び、配管１３の内部に封入されていた加湿発電原料ガスが追い出され、配管１３を通じて燃料器８に送られる。また、供給された燃料ガスも、加湿発電原料ガスを追い出しながら配管１３を通じて燃焼器８に送られる。燃焼器８に送られた加湿発電原料ガス及び燃料ガスは、燃焼に利用される。
【００８８】
封入されていた加湿発電原料ガスを燃料ガスで十分に置換した後、ブロア６から配管６ａを通じて燃料電池１へ空気を供給する。また、冷却水ヒータ２５を停止させるとともに、燃料電池１から取り出された冷却水がバイパス配管２４ではなく放熱器１０ｃへ送られるように、冷却水流路切換手段２６の切換を行う。それにより、実施の形態１の場合と同様にして、燃料電池１で発電が行われる。
【００８９】
以上のように、本実施の形態の燃料電池発電装置では、装置の停止動作時に実施の形態１と同様の動作を行うため、実施の形態１において前述した効果と同様の効果が得られる。さらに、この装置の起動動作時には、燃料処理器昇温期間中に、加湿発電原料ガスを燃料電池１の燃料ガス経路１２Ｂ内部に封入するため、燃料処理器昇温期間中における燃料電池１の固体高分子膜の乾燥を防止することが可能となり、よって、燃料電池１の耐久性を向上させることが可能となる。また、燃料電池１を約７０℃まで昇温した後に加湿発電原料ガスを燃料電池１へ供給するので、加湿発電原料ガスが燃料電池１の温度状態に応じて部分的に結露することがない。したがって、発電前の燃料電池１内部の加湿状態を安定に保つことが可能となる。
【００９０】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１の場合のように燃料処理器２から供給される加湿発電原料ガスを利用して燃料電池１を昇温するのではなく、冷却水ヒータ２５により燃料処理器２から独立して燃料電池１の昇温を行うとともに、燃料電池１に供給する加湿発電原料ガスを、燃料処理器２とは独立して加湿ガス生成装置２０によって生成する。それゆえ、実施の形態１の場合のように燃料電池１の昇温や加湿発電原料ガスの生成のために燃料処理器２を２００℃で維持する必要がない。したがって、燃料処理器２及び燃料電池１を別々にそれぞれ効率よく速やかに昇温して所望の温度とし、装置の起動を速やかに行うことが可能となる。
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。図３に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、実施の形態２と同様の構成を有するが、以下の点が実施の形態２とは異なっている。
【００９１】
すなわち、実施の形態２では、加湿ガス生成装置２０において、水蒸気と発電原料ガスとを混合して加湿発電原料ガスを生成しているが、本実施の形態では、水蒸気生成装置２７において水蒸気を生成し、この水蒸気と、燃料処理器２を経た発電原料ガスとを、配管１１内で混合して加湿発電原料ガスを生成する。
【００９２】
かかる構成を実現するために、本実施の形態の装置では、配管３ａの途中に水蒸気生成装置２７が配設されるとともに、この水蒸気生成装置２７と配管１１の流路切り換え手段１５よりも下流部とが配管２８を介して接続されている。水蒸気生成装置２７は、加熱手段としてヒータを備えている。
【００９３】
かかる構成の装置の発電時及び停止の際の動作は、実施の形態２で前述した動作と同様である。ここでは、発電時及び停止の際に、水蒸気生成装置２７を停止させておく。
【００９４】
一方、装置の起動時には、以下のようにして、燃料電池１及び燃料処理器２の昇温を行う。ここでは、実施の形態２の場合と同様、燃料電池１の昇温を行った後に燃料処理器２の昇温を行う場合について説明するが、燃料電池１及び燃料処理器２の昇温は、並行して同時に行われてもよく、また、燃料処理器２の昇温を先に行ってもよい。
【００９５】
燃料電池１の昇温は、実施の形態２の場合と同様にして行うが、以下の点が実施の形態２とは異なっている。すなわち、冷却水ヒータ２５による燃料電池１の加熱の際、水蒸気生成装置２７は停止させておき、また、水供給装置３から水蒸気生成装置２７への水の供給も停止させておく。そして、燃料電池１の温度が約７０℃になったら、水蒸気生成装置２７を動作させるとともに水供給装置３から配管３ａを通じて水蒸気生成装置２７に水を供給し、また、発電原料供給装置４から配管４ａを通じて燃料処理器２に発電原料ガスを供給する。水蒸気生成装置２７では、供給された水が加熱されて水蒸気が生成し、この水蒸気が、配管２８を通じて配管１１に送られる。一方、燃料処理器２に供給された発電原料ガスは、さらに配管１１に送られ、配管１１と配管２８との接続部より下流において、配管２８を通じて供給された水蒸気と混合される。このように水蒸気と発電原料ガスとが混合されて生成された加湿発電原料ガスは、実施の形態２の場合と同様に露点温度の設定が行われる。例えば、この場合、発電原料供給装置４から燃料処理器２への発電原料ガスの供給量１０Ｌ／分に対して、水供給装置３から水蒸気生成装置２７への水の供給量は３．６ｇ／分以上とする。それにより、加湿発電原料ガスの露点温度が７０℃以上となる。
【００９６】
上記のようにして生成された加湿発電原料ガスは、配管１１を通じて燃料電池１に送られる。以降の加湿発電原料ガスの封入動作については、実施の形態２の場合と同様である。このようにして燃料電池１を昇温するとともに該燃料電池１内に加湿発電原料ガスを封入した後、燃料処理器２を昇温する。燃料処理器２の昇温動作については、実施の形態２の場合と同様である。
【００９７】
かかる構成の本実施の形態の燃料電池発電装置においては、燃料電池１に供給する加湿発電原料ガスが、水蒸気生成装置２７を利用して生成されるので、実施の形態２の場合と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明に係る燃料電池発電装置は、発電装置として種々の用途に用いることが可能であり、例えば、家庭用燃料電池コージェネレーションシステム等において有効に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図
【図３】本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電装置の構成を示す模式図
【図４】図１の燃料電池発電装置の制御装置内に格納された制御プログラムの内容の概略を示すフローチャート
【図５】図４の制御プログラムの停止動作の内容の概略を示すフローチャート
【図６】図４の制御プログラムの起動動作の内容の概略を示すフローチャート
【図７】従来の燃料電池発電装置の構成を示す模式図
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料電池
２  燃料処理器
３  水供給装置
４  発電原料供給装置
５  パージ用空気供給装置
６  ブロア
７  冷却装置
７ａ  循環配管
７ｂ  ポンプ
７ｃ  放熱器
１４  封止弁
１５  流路切換手段
２０  加湿ガス生成装置
２５  冷却水ヒータ
２６  冷却水流路切換手段
２７  水蒸気生成装置
【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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