(57)【要約】【課題】  燃料電池システム内から追い出された被置換ガスを燃焼廃棄するときに、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが外部に排出されることのない安全なガス置換方法を提供する。【解決手段】  置換用ガスを用いて燃料電池システム内から追い出される被置換ガスを、改質処理部３を改質運転可能な温度に加熱するために設けられている燃焼部４において燃焼させて排出するように構成されている燃料電池システムのガス置換方法であって、置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段Ｐ、Ｖ２、Ｖ３を設け、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが燃焼部４において完全燃焼されるように置換用ガスの流量を調節する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
置換用ガスを用いて燃料電池システム内から追い出される被置換ガスを、改質処理部を改質運転可能な温度に加熱するために設けられている燃焼部において燃焼させて排出するように構成されている燃料電池システムのガス置換方法であって、
前記置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段を設け、
前記被置換ガスに含まれる可燃性ガスが前記燃焼部において完全燃焼されるように前記置換用ガスの流量を調節する燃料電池システムのガス置換方法。
【請求項２】
前記燃焼部において前記可燃性ガスを燃焼させるために利用される空気の流量を調節する空気流量調節手段を設け、
前記可燃性ガスの流量に対する前記空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように前記空気の流量を調節する請求項１記載の燃料電池システムのガス置換方法。
【請求項３】
置換用ガスを用いて燃料電池システム内から追い出される被置換ガスを、改質処理部を改質運転可能な温度に加熱する燃焼部において燃焼させて排出するように構成されている燃料電池システムであって、
前記置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段と、前記燃焼部において前記被置換ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるために利用される空気の流量を調節する空気流量調節手段とが設けられ、
前記置換用ガス流量調節手段が、前記可燃性ガスが前記燃焼部において完全燃焼されるように前記置換用ガスの流量を調節するように構成され、前記空気流量調節手段が、前記可燃性ガスの流量に対する前記空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように前記空気の流量を調節するように構成されている燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、置換用ガスを用いて燃料電池システム内から追い出される被置換ガスを、改質処理部を改質運転可能な温度に加熱するために設けられている燃焼部において燃焼させて排出するように構成されている燃料電池システム及びその燃料電池システムのガス置換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃料電池システムは、水蒸気改質装置と、その水蒸気改質装置において生成された水素ガスを燃料として発電を行う燃料電池とで構成されている。そして、水蒸気改質装置には、水蒸気発生器で生成された水蒸気と炭化水素などの原燃料ガスとを用いて水素ガスと一酸化炭素とに改質処理する改質器と、燃料電池から排出された排燃料ガスを燃焼させて上記改質器を改質処理可能な温度に加熱する燃焼部とが設けられている。
この燃料電池システムの運転を停止して保管する場合、システム内部の劣化を防ぐために、内部に滞留している被置換ガスとしての水素ガスや一酸化炭素などのガスを水蒸気や窒素ガスなどの置換用ガスとしての不活性ガスで置換する必要がある。そして、このようなガス置換方法で追い出された水素ガスなどは上述の燃焼部に導入されて燃焼されるように構成され、その結果、燃料電池システムの外部に水素ガスや一酸化炭素などの人体や環境に危険なガスが排出されないようになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８０２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池システムのガス置換方法では、内部に滞留している被置換ガスを追い出すための置換用ガスの流量と燃焼部の性能との関係が考慮されていないため、大量の被置換ガスが燃焼部に流入して燃焼されると、発生する過剰な燃焼熱によって燃焼部に損傷が発生するという問題や、燃焼に必要な酸素量が充分に供給されていないときには、置換用ガスにて追い出された被置換ガスが未燃焼のまま燃焼部から排出されてしまうという問題が存在する。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池システム内から追い出された被置換ガスを燃焼廃棄するときに、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが外部に排出されることのない安全なガス置換方法及びそのようなガス置換方法が実行される燃料電池システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムのガス置換方法の第１特徴構成は、置換用ガスを用いて燃料電池システム内から追い出される被置換ガスを、改質処理部を改質運転可能な温度に加熱するために設けられている燃焼部において燃焼させて排出するように構成されている燃料電池システムのガス置換方法であって、前記置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段を設け、前記被置換ガスに含まれる可燃性ガスが前記燃焼部において完全燃焼されるように前記置換用ガスの流量を調節する点にある。
【０００７】
上記第１特徴構成によれば、置換用ガス流量調節手段が、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが燃焼部において完全燃焼されるように置換用ガスの流量を調節することで、燃焼部に流入する被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量が燃焼部の燃焼許容量に見合ったものとなる。その結果、燃焼部での不完全燃焼や失火などを防止することができる。
従って、燃料電池システム内から追い出された被置換ガスを燃焼廃棄するときに、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが外部に排出されることのない安全なガス置換方法が提供されることになる。
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムのガス置換方法の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記燃焼部において前記可燃性ガスを燃焼させるために利用される空気の流量を調節する空気流量調節手段を設け、前記可燃性ガスの流量に対する前記空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように前記空気の流量を調節する点にある。
【０００９】
上記第２特徴構成によれば、燃焼部において可燃性ガスを燃焼させるために利用される空気の流量を調節する空気量調節手段を設け、可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように空気の流量を調節するように構成されているので、流量が調節された上で燃焼部に導入される被置換ガスに含まれる可燃性ガスが完全燃焼され、且つ、燃焼部の温度が極度に上昇しないようになる。その結果、燃焼部から排出される排ガスには可燃性ガスが含まれないようにして、且つ、燃焼熱によって燃焼部に損傷が発生しないようにすることができる。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの第３特徴構成は、置換用ガスを用いて燃料電池システム内から追い出される被置換ガスを、改質処理部を改質運転可能な温度に加熱する燃焼部において燃焼させて排出するように構成されている燃料電池システムであって、前記置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段と、前記燃焼部において前記被置換ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるために利用される空気の流量を調節する空気流量調節手段とが設けられ、前記置換用ガス流量調節手段が、前記可燃性ガスが前記燃焼部において完全燃焼されるように前記置換用ガスの流量を調節するように構成され、前記空気流量調節手段が、前記可燃性ガスの流量に対する前記空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように前記空気の流量を調節するように構成されている点にある。
【００１１】
上記第３特徴構成によれば、置換用ガス流量調節手段が、可燃性ガスが燃焼部において完全燃焼されるように置換用ガスの流量を調節するように構成され、空気流量調節手段が、可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように空気の流量を調節するように構成されていることで、燃焼部から排出される排ガスには可燃性ガスが含まれなくなり、燃焼部にて不完全燃焼や失火が発生しなくなる。また、可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように空気の流量を調節するように構成されているので、流量が調節された上で燃焼部に導入される被置換ガスに含まれる可燃性ガスが完全燃焼され、燃焼部の温度が極度に上昇しないようになる。
その結果、燃料電池システムからの被置換ガスを完全に追い出すことができ、且つ、燃料電池システム内の被置換ガスを追い出すときに可燃性ガスが外部に排出される危険性を排除することができる。そして、燃焼熱によって燃焼部に損傷が発生することを防止できる。
従って、燃料電池システム内から追い出された被置換ガスを燃焼廃棄するときに、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが外部に排出されることのない点で安全であり、且つ、燃焼熱によって装置が損傷されることもない燃料電池システムが提供されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下に第１実施形態に係る燃料電池システムの構成及びガス置換方法について図面を参照して説明する。
図１に示すのは水蒸気改質装置Ｒと燃料電池７とが設けられた燃料電池システムの概略構成図である。水蒸気改質装置Ｒには、メタンガスなどの炭化水素を含む原燃料ガスの脱硫を行う脱硫器１と、脱硫された原燃料ガスと水蒸気とを反応させる水蒸気改質反応を行って水素ガスを含む水素含有ガスを発生させる改質器（改質処理部）３と、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器５と、一酸化炭素変成器５を通過した水素含有ガス中に微量に含まれる一酸化炭素を酸化して、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素濃度を更に低減させる一酸化炭素除去器６とが設けられ、各バルブＶ１〜Ｖ７及びポンプＰの作動を制御部Ｈが制御して、燃料電池７にて燃料として使用される水素ガスを含む改質ガスを生成するように構成されている。
【００１３】
具体的には、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１を開き、設定された流量で原燃料ポンプＰを作動させて、原燃料ガス（例えば、メタンガス）を脱硫器１に流入させる。脱硫器１にて脱硫された原燃料ガスは、水蒸気発生器２において生成された水蒸気と共に改質器３に導入され、改質器３において水蒸気改質が行われる。改質器３には、改質触媒（図示せず）の温度を測定可能な温度センサ８が設けられており、原燃料ガスの改質反応が行われる改質運転可能な温度にその改質触媒を加熱調節するための燃焼器（燃焼部）４が設けられている。燃焼器４には、燃料電池７にて燃料として使用された後の排燃料ガスが供給され、その排燃料ガス中に含まれる水素ガスやメタンガスなどの可燃性ガスと燃焼用空気バルブＶ４にて流量が調節されて供給される空気中の酸素とが混合されて燃焼器４で燃焼されるように構成され、燃焼器４内にはその温度を測定可能な温度センサ９が設けられている。そして、燃焼器４で燃焼された後の高温の排ガスは水蒸気発生器２に供給され、改質水バルブＶ３にて流量が調節されて供給される水を蒸発させるために利用される。
【００１４】
燃料電池７は、燃料極（アノード極）と空気極（カソード極）との間に電解質としての固体高分子膜を介装して構成され、改質ガス出口バルブＶ５を経て水蒸気改質装置Ｒから供給される改質ガスをアノードガスとして燃料極に導入し、カソードガス（空気）を空気極に導入することで、アノードガス中の水素とカソードガス中の酸素とが結合して電気及び水が発生する。そして、発電後のカソードガスのオフガスは大気中に放出され、アノードガスのオフガスは、ガス中に含まれる未反応の水素ガスと水蒸気改質装置内でのメタン化反応で生成されたメタンとを再利用するために、電池出口バルブＶ７を経て水蒸気改質装置Ｒへと返送される。
【００１５】
この燃料電池システムの運転を停止して保管するとき、水蒸気や窒素ガスなどの不活性ガスを置換用ガスとして用いてシステム内に残存している水素やメタンなどの被置換ガスを追い出すことが行われる。以下に図２を参照して説明する本実施形態のガス置換方法は、水蒸気改質装置Ｒを窒素ガスで置換するときのガス置換方法である。
図２に示すように、燃料電池システムの運転中は、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、改質水バルブＶ３、燃焼用空気バルブＶ４、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を開弁状態に制御し、不活性ガスバルブＶ２及び電池バイパスバルブＶ６を閉弁状態に制御する。そして、燃料電池システムの停止指令が行われて水蒸気改質装置Ｒを窒素ガスで置換するガス置換処理が行われるとき、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、改質水バルブＶ３、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を閉じ、且つ、不活性ガスバルブＶ２、燃焼用空気バルブＶ４及び電池バイパスバルブＶ６を開いて、窒素ガスのみが流れるようにして、窒素パージ処理を開始する。
この窒素パージを行う期間は、例えば、水蒸気改質装置Ｒ内のガス流路の容積の３倍から６倍の量の窒素ガスが流れている期間であり、その窒素ガスの流量によって変化する。
【００１６】
この窒素パージ処理において、水蒸気改質装置Ｒに流入する窒素ガス（置換用ガス）によって脱硫器１、改質器３、一酸化炭素変成器５、一酸化炭素除去器６の順に、滞留している水素ガスやメタンガスなどの可燃性ガスを含む被置換ガスが燃焼器４へと追い出されて燃焼されることになる。このため制御部Ｈは、燃焼器４に流入する被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量が燃焼器４において完全燃焼される流量となるように窒素ガスの流量を調節するために不活性ガスバルブＶ２の開度及び原燃料ポンプＰの出力を調節する。また制御部Ｈは、被置換ガスと混合されて燃焼器４に導入される燃焼用空気の流量を、被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率が、水蒸気改質装置Ｒにおいて改質処理を行っている通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように燃焼用空気バルブＶ４の開度を調節する。
【００１７】
具体的には、窒素ガスを設定流量で流すための不活性ガスバルブＶ２の開度及び原燃料ポンプＰの出力は予め設定されており、制御部Ｈは、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰへ設定された通りの指令を与えることで、上記設定流量で置換ガスとしての窒素ガスが流されることとなる。そして可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率を、被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量に対する空気の流量のモル比が約１．２となるように制御部Ｈが燃焼用空気バルブＶ４の開度を調節しているが、この窒素パージ処理中には制御部Ｈは、可燃性ガスの流量に対する空気の流量のモル比が約１．４〜１．６となるように燃焼用空気バルブＶ４の開度を調節している。つまり、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰが置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段として機能し、燃焼用空気バルブＶ４が被置換ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるために利用される空気の流量を調節する空気流量調節手段として機能する。
【００１８】
以上のように、追い出される被置換ガスに含まれる可燃性ガスが燃焼器４において完全燃焼されるように窒素ガス（置換用ガス）の流量を設定流量に調節することで、燃焼器４から排出される排ガスには可燃性ガスが含まれなくなり、及び、燃焼器４にて失火が発生しなくなる。その結果、燃料電池システム内の被置換ガスを完全に追い出すことができ、且つ、燃料電池システム内の被置換ガスを追い出すときに可燃性ガスが外部に排出される危険性を排除することができる。更に、流量が調節された上で燃焼器４に導入される被置換ガスに含まれる可燃性ガスと空気とが、通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように空気の流量が調節された状態で燃焼器４に導入されるので、可燃性ガスが完全燃焼され、且つ、燃焼部の温度が極度に上昇しないようになる。
【００１９】
＜第２実施形態＞
本実施形態のガス置換方法は、水蒸気改質装置Ｒを水蒸気で置換する点で第１実施形態と異なる。以下に第２実施形態のガス置換方法について説明するが、第１実施形態と同様の説明は省略する。
図３に示すように、燃料電池システムの運転中は、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、改質水バルブＶ３、燃焼用空気バルブＶ４、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を開弁状態に制御し、不活性ガスバルブＶ２及び電池バイパスバルブＶ６を閉弁状態に制御する。そして、燃料電池システムの停止指令が行われて水蒸気改質装置Ｒを水蒸気で置換するガス置換処理が行われるとき、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、不活性ガスバルブＶ２、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を閉じ、且つ、改質水バルブＶ３、燃焼用空気バルブＶ４及び電池バイパスバルブＶ６を開いて、原燃料ガスは流さずに水蒸気だけが流れるようにして、水蒸気パージ処理を開始する。また、水蒸気パージ処理中に水蒸気が凝縮しないように、ガス配管系統内の温度を高温に保つヒータなどを設けることもある。
この水蒸気パージを行う期間は、例えば、水蒸気改質装置Ｒ内のガス流路の容積の３倍から６倍の量の水蒸気が流れている期間であり、その水蒸気の流量によって変化する。
【００２０】
この水蒸気パージ処理において、水蒸気改質装置Ｒに流入する水蒸気（置換用ガス）によって脱硫器１、改質器３、一酸化炭素変成器５、一酸化炭素除去器６の順に、滞留している水素ガスやメタンガス可燃性ガスを含む被置換ガスが燃焼器４へと追い出されて、燃焼されることになる。このため制御部Ｈは、被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量が燃焼器４において完全燃焼される流量となるように水蒸気の流量を調節するために改質水バルブＶ３の開度を調節する。つまり、改質水バルブＶ３が、置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段として機能する。
【００２１】
具体的には、水蒸気を設定流量で流すための改質水バルブＶ３の開度は予め設定されており、制御部Ｈは、改質水バルブＶ３へ設定された通りの指令を与えることで、上記設定流量で置換ガスとしての水蒸気が流されることとなる。可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率は第１実施形態で説明したのと同様であるため説明を省略する。
【００２２】
＜第３実施形態＞
本実施形態のガス置換方法は、燃料電池システム（水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７）を窒素ガスで置換する点で第１実施形態と異なる。以下に第３実施形態のガス置換方法について説明するが、第１実施形態と同様の説明は省略する。
図４に示すように、燃料電池システムの運転中は、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、改質水バルブＶ３、燃焼用空気バルブＶ４、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を開弁状態に制御し、不活性ガスバルブＶ２及び電池バイパスバルブＶ６を閉弁状態に制御する。そして、燃料電池システムの停止指令が行われて水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７を窒素ガスで置換するガス置換処理が行われるとき、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、改質水バルブＶ３及び電池バイパスバルブＶ６を閉じ、且つ、不活性ガスバルブＶ２、燃焼用空気バルブＶ４、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を開いて、窒素ガスのみが流れるようにして、窒素パージ処理を開始する。
この窒素パージを行う期間は、例えば、水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７を含む燃料電池システム内のガス流路の容積の３倍から６倍の量の窒素ガスが流れている期間であり、その窒素ガスの流量によって変化する。
【００２３】
この窒素パージ処理において、水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７に流入する窒素ガス（置換用ガス）によって脱硫器１、改質器３、一酸化炭素変成器５、一酸化炭素除去器６、燃料電池７の順に、滞留している、水素ガスやメタンガスなどの可燃性ガスを含む被置換ガスが燃焼器４へと追い出され、燃焼されることになる。このため制御部Ｈは、被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量が燃焼器４において完全燃焼される流量となるように窒素ガスの流量を調節するために不活性ガスバルブＶ２の開度及び原燃料ポンプＰの出力を調節する。つまり、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰが、置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段として機能する。
【００２４】
具体的には、窒素ガスを設定流量で流すための不活性ガスバルブＶ２の開度及び原燃料ポンプＰの出力は予め設定されており、制御部Ｈは、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰへ設定された通りの指令を与えることで、上記設定流量で置換ガスとしての窒素ガスが流されることとなる。可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率は第１実施形態で説明したのと同様であるため説明を省略する。
【００２５】
＜第４実施形態＞
本実施形態のガス置換方法は、燃料電池システム（水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７）を水蒸気で置換する点で第３実施形態と異なる。以下に第４実施形態のガス置換方法について説明するが、第３実施形態と同様の説明は省略する。
図５に示すように、燃料電池システムの運転中は、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、改質水バルブＶ３、燃焼用空気バルブＶ４、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を開弁状態に制御し、不活性ガスバルブＶ２及び電池バイパスバルブＶ６を閉弁状態に制御する。そして、燃料電池システムの停止指令が行われて水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７を窒素ガスで置換するガス置換処理が行われるとき、制御部Ｈは、原燃料バルブＶ１、不活性ガスバルブＶ２及び電池バイパスバルブＶ６を閉じ、且つ、改質水バルブＶ３、燃焼用空気バルブＶ４、改質ガス出口バルブＶ５及び電池出口バルブＶ７を開いて、原燃料ガスは流さずに水蒸気だけが流れるようにして、水蒸気パージ処理を開始する。
この水蒸気パージを行う期間は、例えば、水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７を含む燃料電池システム内のガス流路の容積の３倍から６倍の量の水蒸気が流れている期間であり、その水蒸気の流量によって変化する。
【００２６】
この水蒸気パージ処理において、水蒸気改質装置Ｒ及び燃料電池７に流入する水蒸気（置換用ガス）によって脱硫器１、改質器３、一酸化炭素変成器５、一酸化炭素除去器６、燃料電池７の順に、滞留している水素ガスやメタンガスなどの可燃性ガスを含む被置換ガスが燃焼器４へと追い出されて、燃焼されることになる。このため制御部Ｈは、被置換ガスに含まれる可燃性ガスの流量が燃焼器４において完全燃焼される流量となるように窒素ガスの流量を調節するために不活性ガスバルブＶ２の開度及び原燃料ポンプＰの出力を調節する。つまり、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰが、置換用ガスの流量を調節する置換用ガス流量調節手段として機能する。
【００２７】
具体的には、水蒸気を設定流量で流すための改質水バルブＶ３の開度は予め設定されており、制御部Ｈは、改質水バルブＶ３へ設定された通りの指令を与えることで、上記設定流量で置換ガスとしての水蒸気が流されることとなる。可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率は第１実施形態で説明したのと同様であるため説明を省略する。
【００２８】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、置換ガスとしての窒素ガスや水蒸気を設定流量で流すための不活性ガスバルブＶ２の開度及び原燃料ポンプＰの出力や改質水バルブＶ３の開度が予め設定されており、制御部Ｈは、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰや改質水バルブＶ３へ設定された通りの指令を与えることで窒素パージや水蒸気パージを行っていたが、制御部Ｈが、不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰや改質水バルブＶ３をリアルタイムで制御するように構成することもできる。
【００２９】
例えば、燃焼熱による損傷を避けるために燃焼器４内での上限温度が設定されている場合、制御部Ｈは、燃焼器４内の温度がその上限温度以下となるように燃焼器４での被置換ガスの燃焼を行いながら上記窒素パージや上記水蒸気パージを行う必要がある。そして、被置換ガスの流入量が大きいほど燃焼熱の発生量が増大して、燃焼器４内の温度は大きくなる。従って、燃焼器用温度センサ９によって測定された燃焼器４内の温度が大きいとき、燃料器４に流入する被置換ガスの流量が大きいこと、つまり、置換用ガスの流量が大きいことを示している。従って、燃焼器用温度センサ９によって測定された燃焼器４内の温度が燃焼器４内での上限温度よりも大きいときには、制御部Ｈは、現状の置換用ガスの流量が大きすぎると判定し、置換用ガスの流量を減少させるように不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰや改質水バルブＶ３を制御する。他方で、燃焼器用温度センサ９によって測定された燃焼器４内の温度が燃焼器４内での上限温度よりも小さいとき、制御部Ｈは、現状の置換用ガスの流量が小さすぎると判定し、置換用ガスの流量を増大させるように不活性ガスバルブＶ２及び原燃料ポンプＰや改質水バルブＶ３を制御する。また、制御部Ｈは、置換ガスの流量を変更したときには、可燃性ガスの流量に対する空気の流量の比率が通常運転のときよりも空気過剰となる設定比率となるように燃焼用空気バルブＶ４の開度も調節する。
【００３０】
＜２＞
上記実施形態では、図１に示したようにガス配管を取り回し、各バルブやポンプを配置している水蒸気改質装置及び燃料電池が設けられた燃料電池システムを例に挙げて本発明の燃料電池システムのガス置換方法について説明したが、ガス配管の取り回しやバルブ及びポンプの配置場所が異なる燃料電池システムであっても、上記実施形態と各バルブの開閉タイミングが異なるだけであり、被置換ガスに含まれる可燃性ガスが燃焼器４において完全燃焼されるように置換用ガスの流量を調節する点については上記実施形態と同様の説明が適用できる。
また、上記実施形態では置換用ガスとして窒素ガス及び水蒸気を例に挙げて説明を行ったが、他のガスを用いて本発明に係るガス置換方法を実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】燃料電池システムの構成図
【図２】第１実施形態での各バルブの作動状態の推移を示す図
【図３】第２実施形態での各バルブの作動状態の推移を示す図
【図４】第３実施形態での各バルブの作動状態の推移を示す図
【図５】第４実施形態での各バルブの作動状態の推移を示す図
【符号の説明】
【００３２】
３  改質器（改質処理部）
４  燃焼器（燃焼部）
Ｐ  原燃料ポンプ（置換用ガス流量調節手段）
Ｒ  水蒸気改質装置
Ｖ２  不活性ガスバルブ（置換用ガス流量調節手段）
Ｖ３  改質水バルブ（置換用ガス流量調節手段）
【図１】
2005228621.tif 000003
【図２】
2005228621.tif 000004
【図３】
2005228621.tif 000005
【図４】
2005228621.tif 000006
【図５】
2005228621.tif 000007