(57)【要約】【課題】アシスト燃焼系を備えることなくシステム構成が簡単な燃料電池システムと、その起動及び運転制御方法を提供し、信頼性の高い安定運転ができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】原料燃料ｍを改質して改質ガスｒを生成する改質部５と、原料燃料を燃焼して改質部を加熱する燃焼部４と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを生成する一酸化炭素低減部６、７と、一酸化炭素低減ガスを燃料ガスとする燃料電池３０とを備える燃料電池システムにおいて、原料燃料を燃焼部に供給して改質部を所定の温度に加熱し、続いて、原料燃料の燃焼部への供給を停止し、原料燃料を改質部に供給して改質ガスを生成し、改質ガスを一酸化炭素低減部に導入して一酸化炭素低減部を加熱し、続いて、一酸化炭素低減部で生成した一酸化炭素低減ガスを燃料電池に導入して発電する。【選択図】  図１
2005174745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料燃料を改質して改質ガスを生成する改質部と、前記原料燃料を燃焼して前記改質部を加熱する燃焼部と、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスを生成する一酸化炭素低減部と、前記一酸化炭素低減ガスを燃料ガスとする燃料電池とを備える燃料電池システムの運転方法であって；
前記原料燃料を前記燃焼部に供給して前記改質部を所定の温度に加熱する第１の予熱工程と；
前記第１の予熱工程に続いて、前記原料燃料の燃焼部への供給を停止し、前記原料燃料を前記改質部に供給して改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記一酸化炭素低減部に導入して前記一酸化炭素低減部を加熱する第２の予熱工程と；
前記第２の予熱工程の後に、前記一酸化炭素低減部で生成した一酸化炭素低減ガスを前記燃料電池に導入して発電する発電工程とを備える；
燃料電池システムの運転方法。
【請求項２】
前記一酸化炭素低減部の温度が所定の温度以上となったときに、前記第２の予熱工程から前記発電工程へ移行する；
請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
原料燃料を供給する原料燃料供給部と、前記原料燃料を改質して改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスを生成する一酸化炭素低減部と、前記一酸化炭素低減ガスを燃料ガスとする燃料電池と、前記燃料電池のオフガスを燃焼して前記改質部を加熱する燃焼部とを備える燃料電池システムの運転方法であって；
前記改質部の温度を検知し、検知された温度を所定の第１の温度及び所定の第２の温度と比較する改質部温度比較工程と；
前記改質部温度比較工程における前記検知された温度が前記第１の温度以下のときに前記燃料電池において発電電流を低減する工程であって、前記発電電流を低減した後所定の時間は発電電流を保持する電流低減工程と；
前記改質部温度比較工程における前記検知された温度が前記第２の温度以上のときに、前記燃料電池において発電電流を増大する工程であって、前記発電電流を増大した後所定の時間は発電電流を保持する電流増大工程とを備える；
燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記電流低減工程の連続実施回数が所定回数に達したときに、前記原料燃料供給部からの原料燃料の供給量を増加する燃料増加工程と；
前記電流増大工程の連続実施回数が所定回数に達したときに、前記原料燃料供給部からの原料燃料の供給量を減少する燃料減少工程とを備える；
請求項３に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項５】
原料燃料を供給する原料燃料供給部と；
前記原料燃料を改質して改質ガスを生成する改質部と；
前記改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスを生成する一酸化炭素低減部と；
前記一酸化炭素低減ガスを燃料ガスとする燃料電池と；
前記原料燃料、前記一酸化炭素低減ガスまたは前記燃料電池のオフガスを燃焼して前記改質部を加熱する燃焼部と；
前記原料燃料を前記燃焼部に供給する流路と；
前記原料燃料を前記改質部に供給する流路と；
前記一酸化炭素低減ガスを前記燃料電池に供給する流路と；
前記一酸化炭素低減ガスを前記燃焼部に供給する流路と；
前記燃料電池のオフガスを前記燃焼部に供給する流路と；
前記原料燃料を前記燃焼部に供給する流路と前記改質部に供給する流路とを切り替える第１の流路切替手段と；
前記一酸化炭素低減ガスを前記燃料電池に供給する流路と前記燃焼部に供給する流路とを切り替える第２の流路切替手段とを備える；
燃料電池システム。
【請求項６】
前記改質部の温度を検知する改質部温度検知器と；
前記一酸化炭素低減部の温度を検知する一酸化炭素低減部温度検知器と；
前記改質部温度検知器で検知された温度と比較される第１、第２及び第３の温度並びに前記一酸化炭素低減部温度検知器で検知された温度と比較される第４の温度を記憶する記憶部と、
起動時に、前記原料燃料を前記燃焼部に供給して前記改質部温度検知器で検知された温度が第３の温度以上となると、前記原料燃料の燃焼部への供給を停止し、前記原料燃料を前記改質部に供給して改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記一酸化炭素低減部に導入して前記一酸化炭素低減部を加熱し、また、前記一酸化炭素低減部温度検知器で検知された温度が第４の温度以上となると、前記一酸化炭素低減部で生成される一酸化炭素ガスを前記燃料電池に導入し発電を開始する制御を行い、
通常運転時に、前記改質部温度検知器で検知された温度が前記第１の温度以下のときに前記燃料電池において発電電流を低減するが、前記発電電流を低減した後所定の時間は発電電流を保持し、また、前記改質部温度検知器で検知された温度が前記第２の温度以上のときに、前記燃料電池において発電電流を増大するが、前記発電電流を増大した後所定の時間は発電電流を保持し、且つ、連続して発電電流を低減あるいは増大した回数が所定の回数に達すると前記原料燃料部から供給する原料燃料の供給量を増加あるいは減少する制御を行う制御部とを有する制御装置とを備える；
請求項５に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システムの起動及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬや灯油のような原料燃料を改質して水素に富む燃料ガスを生成し、燃料電池のアノード極（燃料極）に供給すると共に、空気等の酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池の空気極に供給して電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムにおいて、システムは安定的に運転されることが要求される。そこで、外乱に対しても安定的に運転されるためのシステム構成の構築が必要となるが、安定運転を保証するためのシステム構成が複雑になれば、外乱要因が却って増加し、システム全体の信頼性や経済性の低下を招来する結果にもなりかねない。
【０００３】
また、原料燃料を改質する改質装置では、改質反応が吸熱反応であるため、装置を所定の温度に加熱する必要がある。従来の燃料電池発電システムでは、原料燃料を補助燃料として改質装置の燃焼部に供給するいわゆるアシスト燃焼の手段を備え、原料燃料流量計の指示誤差等の外乱による改質部温度等の変動に対してアシスト燃焼の燃焼量を増減することにより燃焼部および改質部の温度を所定の温度に維持し、燃料電池発電システムの運転を安定させていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アシスト燃焼を行うにはアシスト燃料供給部等が必要になるので、システムの構成が複雑になり消費電力も増加するという課題があった。また、家庭用燃料電池発電システムのような１〜数ｋＷの小規模発電システムの場合、アシスト燃焼の燃焼量が少ないので、とりわけ原料燃料が液体燃料のときに極めて微小な流量を定量的且つ正確に送出できる高度のアシスト燃料供給手段が求められていた。また、微少な流量を正確に定量的に送れない場合には、逆にアシスト燃焼自体が外乱要因になるという外乱要因を増加することにもなっていた。更に、原料燃料を燃焼するアシスト燃焼はとりわけ原料燃料が液体燃料の場合NOｘや煤を発生し易く、環境性の面でも好ましくないものであった。
そこで、本発明は、アシスト燃焼系を備えることなくシステム構成が簡単な燃料電池システムと、その起動及び運転制御方法を提供し、信頼性の高い安定運転できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法では、例えば図１及び図２に示すように、原料燃料ｍを改質して改質ガスｒを生成する改質部５と、原料燃料ｍを燃焼して改質部５を加熱する燃焼部４と、改質ガスｒ中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを生成する一酸化炭素低減部６、７と、一酸化炭素低減ガスｇを燃料ガスとする燃料電池３０とを備える燃料電池システム１００の運転方法であって、原料燃料ｍを燃焼部４に供給して改質部５を所定の温度に加熱する第１の予熱工程（ステップＳＴ２）と、第１の予熱工程（ステップＳＴ２）に続いて、原料燃料ｍの燃焼部４への供給を停止（ステップＳＴ４）し、原料燃料ｍを改質部５に供給して改質ガスｒを生成し、改質ガスｒを一酸化炭素低減部６、７に導入して一酸化炭素低減部６、７を加熱する第２の予熱工程（ステップＳＴ６）と、第２の予熱工程（ステップＳＴ６）の後に、一酸化炭素低減部６、７で生成した一酸化炭素低減ガスｇを燃料電池３０に導入して発電する発電工程（ステップＳＴ１０）とを備える。
【０００６】
このように構成すると、アシスト燃焼系を備えなくても、原料燃料を燃焼部に供給して改質部を加熱し、加熱された改質部の蓄熱により原料燃料を改質部に供給して改質ガスを生成し、改質ガスにより一酸化炭素低減部を加熱し、一酸化炭素低減ガスを生成して発電を開始することで、燃料電池システムを起動することができる。また、アシスト燃焼系を有さず、原料燃料を燃焼部に供給して直接に燃焼するのが第１の予熱工程だけであるので、原料燃料を燃焼する時間が短く、原料燃料を燃焼したときに発生するＮOｘや煤の発生量が少なくなり、環境性の高い燃料電池システムの運転方法となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図１及び図２に示すように、請求項１に記載の燃料電池システム１００の運転方法において、一酸化炭素低減部６、７の温度が所定の温度以上となったとき（ステップＳＴ７）に、第２の予熱工程（ステップＳＴ６）から発電工程（ステップＳＴ１０）へ移行する。
【０００８】
このように構成すると、一酸化炭素低減部が所定の温度まで予熱され、改質ガスから一酸化炭素を除去する状態になってから生成された一酸化炭素低減ガスを燃料電池に供給するので、一酸化炭素の存在のために燃料電池の発電効率が低下することがない。
【０００９】
前記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば、図１及び図３に示すように、原料燃料ｍを供給する原料燃料供給部１と、原料燃料ｍを改質して改質ガスｒを生成する改質部５と、改質ガスｒ中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを生成する一酸化炭素低減部６、７と、一酸化炭素低減ガスｇを燃料ガスとする燃料電池３０と、燃料電池３０のオフガスｐを燃焼して改質部５を加熱する燃焼部４とを備える燃料電池システム１００の運転方法であって、改質部５の温度を検知し、検知された温度Ｔａを所定の第１の温度Ａ１及び所定の第２の温度Ａ２と比較する改質部温度比較工程（ステップＳＴ１１、ＳＴ１２）と、改質部比較工程（ステップＳＴ１１）における検知された温度Ｔａが前記第１の温度Ａ１以下のときに燃料電池３０において発電電流を低減する工程（ステップＳＴ２２）であって、発電電流を低減した後所定の時間ｔ１は発電電流を保持（ステップＳＴ２３）する電流低減工程と、改質部比較工程（ステップＳＴ１２）における検知された温度Ｔａが第２の温度Ａ２以上のときに、燃料電池３０において発電電流を増大する工程（ステップＳＴ３２）であって、発電電流を増大した後所定の時間ｔ２は発電電流を保持（ステップＳＴ３３）する電流増大工程とを備える。
【００１０】
このように構成すると、改質部の温度が所定の第１の温度以下となった場合に、燃料電池での発電電流を低減し、その結果燃料電池のオフガス中の水素含有量が増加し、燃焼部の燃焼発熱量が多くなり、改質部がより加熱され温度が上昇する。また、改質部の温度が所定の第２の温度以上となった場合に、燃料電池での発電電流を増大し、その結果燃料電池のオフガス中の水素含有量が減少し、燃焼部の燃焼発熱量が少なくなり、改質部の温度が低下する。更に、発電量電流を低減しあるいは増大した後は、所定の時間更なる発電電流の変動を行わないため、システムが不安定になることが防止される。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図３に示すように、請求項３に記載の燃料電池システム１００の運転方法において、電流低減工程の連続実施回数Ｎ１が所定回数ｎ１に達したときに、原料燃料供給部１からの原料燃料ｍの供給量を増加する燃料増加工程（ステップＳＴ２６）と、電流増大工程の連続実施回数Ｎ２が所定回数ｎ２に達したときに、原料燃料供給部１からの原料燃料ｍの供給量を減少する燃料減少工程（ステップＳＴ３６）とを備える。
【００１２】
このように構成すると、燃料電池での発電電流の所定積分量（１回当りの増減量のｎ１、ｎ２倍）の低減あるいは増大だけでは改質部の温度が所定の温度とならない場合に、発電電流の所定積分量に相当する分の原料燃料を増加しあるいは減少することにより、改質部の温度が所定の温度となり、システムとして一定の発電電流範囲、すなわち一定の発電量の範囲において安定した運転がなされる。
【００１３】
また、前記の目的を達成するために、請求項５に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、原料燃料ｍを供給する原料燃料供給部１と、原料燃料ｍを改質して改質ガスｒを生成する改質部５と、改質ガスｒ中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを生成する一酸化炭素低減部６、７と、一酸化炭素低減ガスｇを燃料ガスとする燃料電池３０と、原料燃料ｍ、一酸化炭素低減ガスｇまたは燃料電池のオフガスｐを燃焼して改質部５を加熱する燃焼部４と、原料燃料ｍを燃焼部４に供給する流路１２、１４と、原料燃料ｍを改質部５に供給する流路１２、１３と、一酸化炭素低減ガスｇを燃料電池３０に供給する流路１９、２０と、一酸化炭素低減ガスｇを燃焼部４に供給する流路２１、２２と、燃料電池３０のオフガスｐを燃焼部４に供給する流路２２と、原料燃料ｍを燃焼部４に供給する流路１４と改質部５に供給する流路１３とを切り替える第１の流路切替手段３と、一酸化炭素低減ガスｇを燃料電池３０に供給する流路２０と燃焼部４に供給する流路２１とを切り替える第２の流路切替手段８とを備える。
【００１４】
このように構成すると、原料燃料を燃焼部に供給して改質部を所定の温度に加熱し、第１の流路切替手段により流路を切り替えて、原料燃料を改質部に供給して改質ガスを生成することができる。第１の流路切替手段を切り替えた際に、一酸化炭素低減ガスが燃焼部に供給されるまでの間燃焼部への燃料供給が途絶えるので、一旦燃焼部が失火し改質部への熱の供給が止まるが、改質部の温度が改質反応に必要な最低温度以下に下がらないように切替時の改質部の所定の温度を設定し、また、燃料供給が途絶える時間が短くなるように構成されているので、改質反応は継続される。また、改質ガスを一酸化炭素低減部に導入して一酸化炭素低減部を加熱し、一酸化炭素低減部の温度が充分に上昇する前のガスは燃焼部に供給し、充分に上昇した後に第２の流路切替手段を切り替えて、一酸化炭素低減ガスを燃料電池に導入して発電する燃料電池システムとなる。また、第２の流路切替手段を切り替えた際に、燃料電池のオフガスが燃焼部に供給されるまでの間燃焼部への燃料供給が途絶えるので、一旦燃焼部が失火し改質部への熱の供給が止まるが、改質部の温度が改質反応に必要な最低温度以下に下がらないように切替時の改質部の所定の温度を設定し、また、燃料供給が途絶える時間が短くなるように構成されているので、改質反応は継続される。更に、アシスト燃焼系を有さず、原料燃料を燃焼部に供給して直接に燃焼するのが第１の予熱工程だけであるので、原料燃料を燃焼する時間が短く、原料燃料を燃焼したときに発生するＮOｘや煤の発生量が少なくなり、環境性の高い燃料電池システムとなる。
【００１５】
更に、請求項６に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、請求項５に記載の燃料電池システム１００において、改質部５の温度を検知する改質部温度検知器９と、一酸化炭素低減部６、７の温度を検知する一酸化炭素低減部温度検知器１０、１１と、改質部温度検知器９で検知された温度と比較される第１、第２及び第３の温度並びに一酸化炭素低減部温度検知器１０、１１で検知された温度と比較される第４の温度を記憶する記憶部と、起動時に、原料燃料ｍを燃焼部４に供給して改質部温度検知器９で検知された温度が第３の温度以上となると、原料燃料ｍの燃焼部４への供給を停止し、原料燃料ｍを改質部５に供給して改質ガスｒを生成し、改質ガスｒを一酸化炭素低減部６、７に導入して一酸化炭素低減部６、７を加熱し、また、一酸化炭素低減部温度検知器１０、１１で検知された温度が第４の温度以上となると、一酸化炭素低減部６、７で生成される一酸化炭素ガスｇを燃料電池３０に導入し発電を開始する制御を行い、通常運転時に、改質部温度検知器９で検知された温度が第１の温度以下のときに燃料電池３０において発電電流を低減するが、発電電流を低減した後所定の時間は発電電流を保持し、また、改質部温度検知器９で検知された温度が第２の温度以上のときに、燃料電池３０において発電電流を増大するが、発電電流を増大した後所定の時間は発電電流を保持し、且つ、連続して発電電流を低減あるいは増大した回数が所定の回数に達すると原料燃料部１から供給する原料燃料ｍの供給量を増加あるいは減少する制御を行う制御部とを有する制御装置４０とを備える。
【００１６】
このように構成すると、起動時に、原料燃料を燃焼部に供給して改質部を加熱し、改質部が所定の第３の温度以上となると、第１の流路切替手段を切り替えて、原料燃料を改質部に供給し改質ガスを生成し、改質ガスを導入して一酸化炭素低減部を加熱し、一酸化炭素低減部が所定の第４の温度以上になると一酸化炭素低減ガスを燃料電池に導入して発電を開始する運転が制御装置により実現される燃料電池発電システムとなる。また、通常運転時に、改質部の温度が所定の第１の温度以下となったときに、燃料電池での発電電流を低減して改質部の温度を上昇させ、改質部の温度が所定の第２の温度以上となったときに、燃料電池での発電電流を増大して改質部の温度を低下させ、所定連続回数の発電電流の低減あるいは増大により改質部の温度が所定の温度とならない場合には原料燃料の供給量を増加しあるいは減少する運転が制御装置により実現される燃料電池システムとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アシスト燃焼系を備えることなく、システムの起動を行うことができ、また、外乱に対しても安定した運転が行われる、システム構成が簡単で、信頼性並びに環境性の高い燃料電池発電システムの運転方法並びに燃料電池発電システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図１中、破線は制御信号を表す。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態である燃料電池発電システム１００を説明するブロック図である。燃料電池発電システム１００は、都市ガス、灯油などの原料燃料ｍを供給する原料燃料供給部１と、原料燃料ｍを燃焼するための燃焼空気ａを供給する燃焼空気供給部２と、原料燃料ｍを改質して水素に富む改質ガスｒを生成する改質部５と、改質部５を加熱する燃焼部４と、改質ガスｒの変成反応を行う一酸化炭素低減部の前段部としての変成部６と、変成反応した改質ガスｇ１の一酸化炭素選択酸化反応を行う一酸化炭素低減部の後段部としての選択酸化部７と、一酸化炭素低減ガスとしての水素に富むガスｇを燃料ガスとして発電を行う燃料電池３０とを備える。また、燃料電池発電システム１００は、燃料供給部１から供給される原料燃料ｍを改質部５に供給する流路１３と燃焼部４に供給する流路１４との切替を行う第１の流路切替手段としての三方弁３と、選択酸化部７から導出されるガスを燃料ガスｇとして燃料電池３０に供給する流路２０と燃焼用ガスｇ’として燃焼部４に供給する流路２１とを切り替える第２の流路切替手段としての三方弁８とを備える。また、燃料電池発電システム１００は、改質部５の温度を検知する改質部温度検知器９と、変成部６の温度を検知する変成部温度検知器１０と、選択酸化部７の温度を検知する選択酸化部温度検知器１１と、これらの温度に基づいて原料燃料供給部１からの原料燃料供給量と三方弁３、８の作動とを制御する制御装置４０とを備える。
【００２０】
原料燃料供給部１から三方弁３に配管１２が敷設され、三方弁３で改質部５に接続する配管１３と燃焼部４に接続する配管１４とに分岐する。また、燃焼空気供給部２から燃焼部４に配管１５が敷設される。燃焼部４には、燃焼した後の排ガスを放出するための配管１６が接続される。改質部５には、改質反応に用いられる水分である改質用水ｓを供給する配管２３も接続される。改質部５と変成部６との間には配管１７が、変成部６と選択酸化部７との間には配管１８が敷設される。選択酸化部７に接続された配管１９は三方弁８に接続し、三方弁８からは燃料電池３０に至る配管２０と配管２２に至る配管２１とが敷設される。配管２２は、燃料電池３０と燃焼部４との間に敷設される。
【００２１】
原料燃料供給部１は、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬや灯油のような原料燃料ｍを定量的に供給する装置である。原料燃料ｍを貯蔵するタンクを備えていてもよいし、原料燃料ｍを系外から導入してもよい。都市ガスやＬＰＧのように供給元の気体の圧力が高く維持されている場合には、流量調節弁を備える。供給元の圧力が高くない場合には、ブロワを備え、原料燃料を燃料電池発電システム１００内へ供給するための圧力を確保する。また、ＧＴＬや灯油のように原料燃料ｍが液体の場合には、定量ポンプを備えてもよいし、流量調節機能を有さないポンプと流量調節弁とを備えてもよい。原料燃料供給部１は、制御装置４０からの指示信号ｉ１により、その原料燃料供給量を増減させる。
【００２２】
燃焼空気供給部２は、燃焼部での燃焼で消費される酸素を供給する装置である。ブロワにより大気を燃焼空気ａとして送り込む構成でよく、大気中の浮遊物の混入を防止するためのフィルターを有するのが好適である。また、燃焼空気ａの供給量を調整するための流量調整弁を有するのが好適である。燃料電池発電システム１００では、配管１５を介して燃焼部４と接続されているが、燃焼部４に直接接続されていてもよい。
【００２３】
改質部５は、原料燃料ｍと改質用水ｓから改質反応により水素に富む改質ガスｒを生成する装置である。改質反応は、高温下において改質触媒（不図示）により原料燃料ｍ中の炭化水素と水分とから、水素と二酸化炭素、一酸化炭素を生成する反応である。改質反応は、吸熱反応であり、改質反応のために外部より熱を供給する必要がある。改質触媒は、改質反応を促進するものであれば何でもよく、例えばニッケルＮｉ系改質触媒やルテニウムＲｕ系改質触媒などが用いられる。改質部５は、改質触媒を収容した円筒形の容器とするのが、強度的にも製造上も好適である。ただし、高温に保つために、その内部に、後述する燃焼部４が配置されていてもよい。
【００２４】
燃焼部４は、原料燃料ｍ、一酸化炭素が充分に減じられずに選択酸化部７から送出される燃焼用ガスｇ’あるいは燃料電池３０のアノード極のオフガスであるアノードオフガスｐを、燃焼空気ａと共に燃焼させて、改質部５を加熱する装置である。原料燃料ｍが灯油などの液体であるときに備え、好適には気化器を有している。灯油、都市ガス、ＬＰＧなどの原料燃料ｍ、選択酸化部７から送出される燃焼用ガスｇ’あるいは燃料電池３０のアノードオフガスｐと多種の燃料に対応できるバーナーノズルを有している。あるいはそれぞれ異なるバーナーノズルを有していてもよい。改質部５を加熱する装置であるので、改質部５と一体で形成されることが好ましく、改質部５の中央に配置され、燃焼部４で燃焼することにより周囲の改質部５を加熱する構成としてもよいし、燃焼部４で燃焼した高温ガスが改質部の周囲に流れ改質部５を加熱する構成としてもよく、改質部５を加熱すればどのような構成であってもよい。
【００２５】
変成部６は、変成触媒（不図示）の下で改質ガスｒ中の一酸化炭素を改質ガスｒ中の水分との変成反応により二酸化炭素と水素を生成する装置である。変成反応は、発熱反応であり、反応温度を低くすれば、変成後の一酸化炭素濃度が低くなるが、反応速度は遅くなる。変成触媒としては、鉄Ｆｅ−クロムＣｒ系高温変成触媒、プラチナＰｔ系中高温変成触媒、銅Ｃｕ−亜鉛Ｚｎ系低温変成触媒などが用いられる。変成部６は、これらの触媒を収容した容器であり、典型的には円筒形をしている。
【００２６】
選択酸化部７は、選択酸化触媒（不図示）の下で改質ガスｒ中の一酸化炭素を、外部より供給される空気（不図示）中の酸素により選択酸化させ、燃料ガスｇ中の一酸化炭素濃度を低減する供給するための装置である。燃料電池３０として、例えば固体高分子形燃料電池を用いると、燃料ガスｇ中の一酸化炭素により、アノード極（燃料極）のプラチナＰｔ触媒が被毒し、発電効率の低下が起こるという問題がある。そこで、一酸化炭素に対する選択酸化性が高い選択酸化触媒を用いて、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する。選択酸化触媒としては、例えば、プラチナＰｔ系選択酸化触媒、ルテニウムＲｕ系選択酸化触媒などが用いられる。燃料電池システム１００では、変成部６と選択酸化部７とを備え、一酸化炭素を低減しているが、いずれか一つの装置だけを備える構成としても、一酸化炭素濃度が低減されればよい。ただし、変成部６と選択酸化部７とを備えることにより、変成部６で、一酸化炭素濃度が低減させられると共に、燃料としての水素濃度が高められ、更に、選択酸化部７で一酸化炭素濃度が充分に低下させられるので、好適である。
【００２７】
燃料電池３０は、水素に富む燃料ガスｇを燃料ガスとしてアノード極（不図示）に導入し、空気などの酸化剤ガスをカソード極（不図示）に導入して発電を行う装置で、例えば固形高分子形燃料電池が好適に用いられるが、他の形の燃料電池であってもよい。アノード極に導入された燃料ガスｇ中の水素は、カソード極の酸化剤ガス中の酸素と反応して、水蒸気となるが、水素が総て消費されることはなく、残留水素を含むアノードオフガスｐを排出する。アノードオフガスｐ中に含まれる水素量は、燃料ガスｇ中に含まれる水素から、燃料電池３０で発電に消費された水素を減じたものであるから、発電電流が低減するときには、アノードオフガスｐ中の水素量が増加する。燃料電池３０で発電された電力は、電力ケーブル３１を通じて、外部の電気需要（不図示）に供給される。燃料電池３０は、制御装置からの制御信号ｉ７により、その発電電流量を増減させる。
【００２８】
改質部５、変成部６および選択酸化部７には、それぞれ内部の温度を検知する改質部温度検知器９、変成部温度検知器１０および選択酸化部温度検知器１１が備えられている。これらの温度検知器９、１０、１１からは、検知した温度の信号を制御装置４０に伝達する信号ケーブルが配線され、改質部温度信号ｉ３、変成部温度信号ｉ４および選択酸化部温度信号ｉ５を制御装置に伝達する。
【００２９】
制御装置４０は、改質部温度信号ｉ３、変成部温度信号ｉ４および選択酸化部温度信号ｉ５に基き、三方弁３及び三方弁８の作動、燃料電池３０での発電電流量並びに原料燃料供給部１からの原料燃料の供給量を制御する。制御装置４０は、上記の制御を行うための第３の温度としての改質部運転開始温度Ａ（図２参照）、第４の温度としての変成部運転開始温度Ｂ（図２参照）および同じく第４の温度としての選択酸化部運転開始温度Ｃ（図２参照）並びに第１の温度としての改質部限界低温温度Ａ１（図３参照）および第２の温度としての改質部限界高温温度Ａ２（図３参照）を記憶する記憶部（不図示）と、改質部温度検知器９、変成部温度検知器１０および選択酸化部温度検知器１１にて検知した温度から、三方弁３、８、燃料電池３０での発電電流量および原料燃料供給部１から供給される原料燃料ｍの量を制御する制御部（不図示）とを備える。なお、本実施の形態である燃料電池発電システム１００では、一酸化炭素低減部として変成部６と選択酸化部７とを備えるので、第４の温度が変成部運転開始温度Ｂ（図２参照）と選択酸化部運転開始温度Ｃ（図２参照）との２つとなる。この場合には、変成部６の温度Ｔｂ（図２参照）が変成部運転開始温度Ｂ（図２参照）以上と、選択酸化部７の温度Ｔｃ（図２参照）が選択酸化部運転開始温度Ｃ（図２参照）以上となることが、一酸化炭素低減部（変成部６と選択酸化部７）の温度が所定温度（変成部運転開始温度Ｂと選択酸化部運転開始温度Ｃ）以上になった状態ということになる。
【００３０】
三方弁３、８は、一つの入口部と二つの出口部を有する流路切替手段としての弁である。三方弁３は、原料燃料供給部１から供給される原料燃料ｍを燃焼部４と改質部５とに切り替えて供給する。三方弁８は、選択酸化部７から送出されるガスを燃料ガスｇとして燃料電池３０に供給し、あるいは、燃焼用ガスｇ’として燃焼部４に供給する切り替えを行う。これらの切替部は、三方弁ではなく、分岐管と仕切弁との組合せで構成してもよいが、三方弁とすると、場所をとらず燃料電池システム１００を小型化することができる。三方弁３、８は、ソレノイドあるいはモータ駆動により作動する構成とし、制御装置４０からの制御信号ｉ２、ｉ６に従い作動する。
【００３１】
なお、燃料電池発電システム１００では、原料燃料供給部１、燃焼空気供給部２、改質部５、燃焼部４、変成部６、選択酸化部７および三方弁３、８はそれぞれ別の装置で、その間を配管１２〜１９で接続しているが、これらの装置の総てあるいは一部を燃料処理装置として一体で構成してもよい。それぞれ別の装置で構成すると、装置ごとにメンテナンスを行い、あるいは取り替えることができるので、使い勝手のよいシステムとなる。また、一体の装置とすると、コンパクトなシステムとすることができる。
【００３２】
続いて、図２のフロー図を参照して、図１の燃料電池発電システム１００の起動運転について説明する。先ず、原料燃料供給部１から原料燃料ｍの供給を開始する。そのときには、三方弁３は、燃焼部４に原料燃料ｍを供給する状態となっており、原料燃料ｍは、配管１２、三方弁３、配管１４を通って、燃焼部４に供給される。同時に、燃焼空気供給部２から燃焼部４に燃焼空気ａを供給する。そこで、燃焼部４では、バーナーノズルから噴出する原料燃料ｍが着火し、燃焼を開始する (ステップＳＴ１) 。
【００３３】
燃焼部４での燃焼熱により改質部５が加熱され、改質部５は昇温する（ステップＳＴ２）。これが第１の予熱工程に該当する。改質部温度検知器９で検知された温度の信号ｉ３から、制御装置４０では、改質部５の温度Ｔａが所定の第３の温度Ａ以上に達しているか否かを判定する（ステップＳＴ３）。ここで、第３の温度Ａは、原料燃料ｍが改質反応をする温度より高く設定してある。例えば、改質反応をする温度が６５０℃のときに、第３の温度Ａを７００℃に設定する。改質部５の温度Ｔａが第３の温度Ａ以上となると、制御装置４０の制御部（不図示）から、原料燃料ｍを改質器５に供給するように三方弁３を作動する信号ｉ２が三方弁３に送信される (ステップＳＴ４) 。
【００３４】
原料燃料ｍが三方弁３により改質部５に供給されることになると、燃焼部４では燃焼するための燃料が供給されなくなるので、燃焼が停止する。一方、改質部５では、改質反応する温度より高い第３の温度Ａ以上に加熱されているので、原料燃料ｍは、改質反応により水素と一酸化炭素、二酸化炭素に改質される。燃焼部４からの加熱は停止するが、改質部の容器（不図示）や改質触媒（不図示）に蓄熱されているので、温度の低下は緩やかで、更に改質部５が改質反応する温度より高い第３の温度Ａ以上に加熱されており、多少温度が低下しても、改質反応は継続される。改質反応により生成された改質ガスｒは、配管１７を通って変成部６へ供給される。この時点では、変成部６は温度が低く改質ガスｒが供給されても変成反応は行われない。ただし、高温の改質ガスｒが供給されることにより、徐々に温度が上昇する。改質ガスｒは、変成部６に続いて、配管１８を通って、選択酸化部７に供給される。選択酸化部７においても、温度が低いため、一酸化炭素選択酸化反応は行われない。選択酸化部７も高温の改質ガスｒが供給されることにより、徐々に温度が上昇する。
【００３５】
変成部６、選択酸化部７を昇温させた改質ガスｒは、配管１９から三方弁８に至る。ここで、この改質ガスｒは、まだ変成反応も一酸化炭素選択反応も受けていないので、一酸化炭素を多く含有しており、燃料電池３０に供給するには適さない。そこで、三方弁８から、燃焼用ガスｇ’として、配管２１へ送られ、配管２２を経て、燃焼部４に供給される。燃焼部４では、この燃焼用ガスｇ’と燃焼空気ａにより燃焼を開始する（ステップＳＴ５）。すなわち、燃焼部４で燃焼が停止されるのは、三方弁３を配管１４側から配管１３側に切り替えたときから、切り替えにより改質部５に送られた原料燃料ｍが改質され、変成部６、選択酸化部７、三方弁８を経て、燃焼部４に送られるまでの間であり、おおよそ１０秒程度である。燃焼部４での燃焼が停止している時間はこの短い時間であるので、改質部５で原料燃料ｍが改質反応を行い、温度が低下しても、第３の温度Ａ以上の温度から改質反応が行われる最低温度以下にまで低下することがなく、改質反応は継続される。改質反応が継続されると共に、変成部６および選択酸化部７の昇温が継続される（ステップＳＴ６）。これが、第２の予熱工程に該当する。
【００３６】
変成部温度検知器１０および選択酸化部温度検知器１１で昇温中の変成部６および選択酸化部７の温度を検知する。検知した変成部６の温度Ｔｂと選択酸化部７の温度Ｔｃとは、信号ｉ４、ｉ５として、制御装置４０に伝達される。制御装置４０の制御部（不図示）では、変成部温度Ｔｂと記憶部で記憶している第４の温度としての所定の温度Ｂと比較し、選択酸化部温度Ｔｃと記憶部で記憶している第４の温度としての所定の温度ｃと比較する（ステップＳＴ７）。ここで、温度Ｂは、変成部６で変成反応が行われる温度であり、温度Ｃは、選択酸化部７で一酸化炭素選択酸化反応が行われる温度であり、例えば、銅Ｃｕ−亜鉛Ｚｎ系変成触媒とプラチナＰｔ系選択酸化触媒を用いる場合には、変成反応に適した温度は２００〜２８０℃程度であり、第４の温度Ｂは２４０℃、一酸化炭素選択酸化反応に適した温度は１００〜１６０℃であり、第４の温度Ｃは１１０℃とする。なお、同時に、改質部温度Ｔａが第３の温度Ａ以上であることを確認する。これは、三方弁８を切り替えることにより、選択酸化部７から三方弁８、配管２１、配管２２を経て燃焼部４に供給されていた燃焼用ガスｇ’の供給が途絶え、燃焼部４が一旦失火するので、その間に改質部５の温度が改質反応に必要な最低温度以下に低下することがないよう、切替時の改質部５の温度を高くしておくためである。燃焼部４が失火して、燃料電池３０からのオフガスｐが供給され再度着火するまでの時間は、三方弁３を切り替えた場合とは異なるので、改質部温度Ｔａと比較すべき温度は第３の温度Ａと異なる温度としてもよい。本実施の形態である燃料電池システム１００では、三方弁３を切り替えたときより、三方弁８を切り替えたときの方が、再着火するまでの時間が短いので、改質部温度Ｔａと比較する温度は、第３の温度Ａより低くてもよい。
【００３７】
検知した温度Ｔｂ、Ｔｃが共に所定の温度Ｂ、Ｃ以上になると、変成部６において改質ガスｒが変成反応された変成ガスｇ１となり、選択酸化部７において変成ガスｇ１が一酸化炭素選択酸化反応により一酸化炭素が充分に減少された燃料ガスｇとなっている。そこで、制御装置４０の制御部（不図示）から、選択酸化部７からのガスを燃料電池３０に供給するように三方弁８を作動する信号ｉ６が三方弁８に送信される (ステップＳＴ８) 。この場合、三方弁８を切り替えることにより、燃焼用ガスｇ’の燃焼部４への供給が止まり、燃焼部４での燃焼が停止する。しかし、すぐに燃料電池３０に供給された燃料ガスｇが燃料電池３０で発電に利用されることなく、アノードオフガスｐとして配管２２を通って燃焼部４に送出される。なお、燃料ガスｇが燃料電池３０に供給された時点で、燃料電池３０での発電を少ない発電電流より開始してもよい。そこで、燃焼部４では、燃料ガスｇと同じ成分であるが配管２２から供給されるアノードオフガスｐと燃焼空気ａにより燃焼を開始する（ステップＳＴ９）。ここで、燃料ガスｇの成分を有するアノードオフガスｐが燃焼部４に供給されるので、水素濃度も高く、着火し易い。この間の時間は、５秒程度と短いので、前述のように燃焼部４の燃焼停止による改質部５の温度低下は小さく、改質反応は継続される。
【００３８】
燃料ガスと同じ成分であるアノードオフガスｐにより燃焼部４の燃焼が行われると、改質部５の温度も安定し、原料燃料ｍは、改質部５で改質され、変成部６および選択酸化部７で一酸化炭素が減じられて、燃料電池３０に供給される。そこで、燃料電池３０では、発電電流の増段過程を経て、定常的な発電が開始される（ステップＳＴ１０）。これが、発電工程に該当する。燃料電池３０で発電が開始された後は、燃料電池３０で燃料ガスｇを発電に利用し、そのアノードオフガスｐが配管２２を通って燃焼部４に供給され、燃焼部４での燃焼は継続される。燃料電池３０に供給される燃料ガスｇは、変成反応および一酸化炭素選択酸化反応を受けているので一酸化炭素濃度が充分に低く、燃料電池３０に供給しても燃料電池３０のアノード極（燃料極）のプラチナＰｔ触媒が被毒することもなく、好適である。
【００３９】
上記の起動方法によれば、アシスト燃焼系を備えることなく、一酸化炭素により燃料電池３０等を損傷することなく、燃料電池発電システム１００を起動することができる。また、始めに原料燃料ｍを燃焼部４に供給して改質部５を昇温するときを除いて、原料燃料ｍを燃焼せず、燃焼部４では、改質ガスｒあるいはアノードオフガスｐなどを燃焼しているので、燃焼部４から排気されるガスも、ＮＯｘやＳＯｘを含まないクリーンなガスとなり、環境保護の観点からも好適である。
【００４０】
続いて、図３を参照して、図１の燃料電池発電システム１００の外乱要因に対する制御方法について説明する。例えば、原料燃料流量計の指示誤差、原料燃料ｍの品質のばらつきなどにより、改質部５の温度が変化することがある。改質部５の温度の変化が大きいと、改質反応が適切に行われなくなる恐れがある。そこで、改質部５の温度を所定の範囲内に保持するための調整を行わなければならない。
【００４１】
改質部５の温度が低下した場合、温度を上昇するには、燃焼部４での燃焼量を増大することが考えられる。そのために原料燃料ｍの供給量を増加すると、改質部５での改質反応が盛んになるために吸熱が進み更に改質部５の温度が低下する。更に、改質反応には改質用水ｓの供給が必要であり、原料燃料ｍの供給量の増大と共に、改質用水ｓの供給量も増大しなければならず、システムとしての変動が大きくなり運転が不安定になる恐れもある。
【００４２】
そこで、改質部５の温度が低下した場合には、燃料電池３０における発電電流を低減する。発電電流の低減は、燃料電池３０で消費される水素量の減少を招来するので、その結果アノードオフガスｐに含有される残留水素量が増加する。アノードオフガスｐ中の水素量が増加すると、燃焼部４での燃焼量が増え、改質部５の温度が上昇する。逆に改質部５の温度が上昇したときには、発電電流を増やせば、アノードオフガスｐ中の水素量が減少し、燃焼部４での燃焼量が減少して、改質部５の温度が低下する。この改質部５の温度変化は、燃焼部４での燃焼量の変化が発電電流の増減からすぐに発生するので、応答が速く、燃料電池システム１００の運転制御方法として好適である。
【００４３】
具体的な制御を図３に従って説明する。改質部温度検知器９で検知した温度は、信号ｉ３として、制御装置４０の制御部に伝達される。制御部では、先ず、記憶部に記憶された所定の第１の温度Ａ１と検知された改質部温度Ｔａとを比較する（ステップＳＴ１１）。改質部温度Ｔａが第１の温度Ａ１以下のときには、燃料電池３０での発電電流を低減する工程を実施し、第１の温度Ａ１を超えているのときには所定の第２の温度Ａ２との比較を行う。
【００４４】
燃料電池３０での発電電流を低減する工程では、制御装置４０の制御部において、発電電流を増大した連続回数Ｎ２を０にリセットする（ステップＳＴ２１）。発電電流を低減した後、発電電流を増大する工程を実施することになった場合に連続して発電電流を増大した回数Ｎ２のカウントを誤らないためである。なお、図３では、上記のステップＳＴ２１を発電電流の低減工程の最初に行っているが、発電電流の低減工程中に行えば、どの段階で行ってもよい。
【００４５】
次に制御装置４０の制御部より発電電流値を所定量ａ１だけ低減するための指示信号ｉ７が燃料電池３０に伝達される。燃料電池３０では、制御信号ｉ７を受け、発電電流を低減する（ステップＳＴ２２）。低減する所定量ａ１は、例えば起動時に設定された発電電流値の２％という小さな値に設定する。発電電流値を大きく変化させると急激な変化のためにシステムの運転が不安定になる恐れがあり、徐々に調整するために小さな値に設定する。
【００４６】
次に、制御装置４０の制御部において、発電電流を低減した連続回数Ｎ１に１を加算する（ステップＳＴ２４）。後述のように、発電電流を低減しても改質部５の温度Ｔａが所定の第１の温度Ａ１より高温とならない場合に、原料燃料ｍの供給量を増加するときの判定に用いるためである。連続回数Ｎ１が所定の回数ｎ１に達していなければ、改質部温度Ｔａと第１の温度Ａ１との比較（ステップ１１）に戻る。
【００４７】
ただし、次の改質部温度Ｔａと第１の温度Ａ１との比較（ステップ１１）を行う前に、発電電流を低減した状態を所定時間ｔ１保持する。そのため、制御装置４０の制御部において、タイマーで所定時間ｔ１をカウントする（ステップＳＴ２３）。発電電流値を所定量ａ１だけ低減した状態を安定させるためである。すなわち、発電電流を低減した直後に生じる過渡的な変化に基いて更なる制御を行うと、システムの運転が不安定になる恐れがあるからである。特に燃焼量の低減量に対して改質部５の熱容量が大きい場合、ＰＩＤ制御方式のように絶えずフィードバックを行うと、改質部５の温度のハンチングが起きる恐れがある。ここで、所定時間ｔ１は、１〜５ｋＷの発電能力を有する小型の燃料電池発電システム１００においては、３０秒程度でよく、所定時間ｔ１の間にシステムの運転に支障が生じるような大きな変化が起きることは考えにくい。ここまでが、発電電流低減工程に該当する。
【００４８】
次に、改質部温度Ｔａが第１の温度Ａ１を超えている場合について説明する。先ず、制御装置４０の制御部において、改質部温度Ｔａと所定の第２の温度Ａ２との比較を行う（ステップＳＴ１２）。改質部温度Ｔａが第２の温度Ａ２以上でなければ、改質部５の温度が適正範囲内であるということで、そのまま運転を続けるが、改質部温度Ｔａが第２の温度Ａ２以上であれば、発電電流増大工程を実施する。発電電流低減工程とは反対に、燃料電池３０での水素消費量を増やし、アノードオフガスｐ中の水素量を減少し、燃焼部４での燃焼を抑えるためである。
【００４９】
発電電流増大工程では、発電電流を低減した連続回数Ｎ１を０にリセットし（ステップＳＴ３１）、発電電流値を所定量ａ２だけ増大し（ステップＳＴ３２）、発電電流を増大した連続回数Ｎ２に１を加算する（ステップＳＴ３４）。そして、次の改質部温度Ｔａと第１の温度Ａ１との比較（ステップ２１）を行う前に、発電電流を増大した状態を所定時間ｔ２保持する（ステップＳＴ３３）。これらの工程の詳細は、発電電流低減工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。なお、発電電流値を低減する所定量ａ１と増大する所定量ａ２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、発電電流を低減した状態を保持する所定時間ｔ１と増大した状態を保持する所定時間ｔ２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５０】
続いて、発電電流を低減した連続回数Ｎ１が所定の回数ｎ１に達し、あるいは、発電電流を増大した連続回数Ｎ２が所定の回数ｎ２に達した場合の運転について説明する。発電電流を低減した連続回数Ｎ１とは、発電電流を低減し、その後に改質部温度Ｔａが第２の温度Ａ２を超えることなく、再度第１の温度Ａ１以下となった回数のことである。すなわち、発電電流を低減し、アノードオフガスｐ中の水素量を増やしたものの、未だ燃焼部４での燃焼が充分でなく改質部５の温度が低下してしまう状態が生じた回数である。発電電流を低減する回数が重なると燃料電池３０での発電量の減少が大きくなり、外部の電気需要における需要量を満足できなくなる恐れがある。
【００５１】
そこで、発電電流を低減した回数Ｎ１が、所定の連続回数ｎ１に達した場合には、原料燃料供給部１からの原料燃料ｍの供給量を増加して、アノードオフガスｐの量を増加し、燃焼部４での燃焼を増やし、改質部５の温度を上昇させることにする。原料燃料ｍの供給量を増やすと、改質部５への改質用水ｓの供給量も増やさなければならず、改質部５の温度が一時的に低下するが、燃焼部４での燃焼量が増えるので、次第に温度は上昇する。このように、発電電流の調整で対処できないときには、原料燃料ｍ供給量を調整する機能を有することで、システムの安定運転への信頼性が向上する。例えば、発電電流の所定低減量を起動時発電電流の２％とし、所定の連続回数ｎ１を５回とすると、発電電流が１０％低下すると、原料燃料ｍの供給量が増加され、発電電流の変動は１０％以内に抑えられることになる。また、このときには、増加する原料燃料ｍの供給量を、起動時燃料の１０％とすれば、原料燃料ｍの供給量が適切な範囲に保たれる。
【００５２】
図３のフロー図を参照して、具体的な運転の制御について説明する。制御装置４０の制御部で、発電電流を低減した回数Ｎ１が、所定の連続回数ｎ１と等しくなったか否かを判定する（ステップＳＴ２５）。発電電流を低減した回数Ｎ１が、所定の連続回数ｎ１と等しくなった場合には、制御装置４０の制御部から原料燃料流量値を所定量ｆ１だけ増加するための制御信号ｉ１が原料燃料供給部１に伝達される。そこで、原料燃料供給部１では、指示信号ｉ１を受け、定量流量ポンプの流量を増加しあるいは流量調節弁で流量を調節して、原料燃料流量値を増加する（ステップ２６）。原料燃料流量値を増加すると共に、制御装置４０の制御部では、発電電流を低減した回数Ｎ１を０に戻す（ステップＳＴ２７）。そして、再度改質部温度Ｔａと第１の温度Ａ１との比較（ステップＳＴ１１）に戻る。ただし、その前に発電電流を低減し、原料燃料ｍを増加した状態を所定時間ｔ１保持する。そのため、制御装置４０の制御部において、タイマーで所定時間ｔ１をカウントする（ステップＳＴ２３）。発電電流を低減し、原料燃料ｍを増加した状態での運転が安定する時間を確保するためである。
【００５３】
発電電流を増大した連続回数Ｎ２が所定の回数ｎ２に達した場合は、上記の発電電流を低減した連続回数Ｎ１が所定の回数ｎ１に達した場合と反対に原料燃料供給部１からの原料燃料ｍの供給量を減少し（ステップＳＴ３６）、発電電流を増加した回数Ｎ２を０に戻す（ステップＳＴ３７）。原料燃料ｍの供給量と共に、供給する改質用水量も減少する。その結果、燃焼部４での燃焼量が減少して、改質部５の温度は低下することになる。詳細な説明は、上記の原料燃料ｍ供給量を増加する場合と同様であるので、省略する。
【００５４】
以上のように、発電電流を低減した連続回数Ｎ１あるいは発電電流を増大した連続回数Ｎ２が所定回数ｎ１、ｎ２に達したら、原料燃料ｍの供給量を調整することで、燃料電池３０の発電電流を一定の範囲内に保持することができ、外部の電力需要の要求を満たす燃料電池発電システム１００となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態である燃料電池発電システムを説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態である燃料電池発電システムの起動時の制御方法を説明するフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態である燃料電池発電システムの通常運転時の制御方法を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００５６】
１          原料燃料供給部
２          燃焼空気供給部
３          三方弁（第１の流路切替手段）
４          燃焼部
５          改質部
６          変成部（一酸化炭素低減部）
７          選択酸化部（一酸化炭素低減部）
８          三方弁（第２の流路切替手段）
９          改質部温度検知器
１０        変成部温度検知器（一酸化炭素低減部温度検知器）
１１        選択酸化部温度検知器（一酸化炭素低減部温度検知器）
１２        原料燃料吐出配管
１３        原料燃料供給配管
１４        原料燃料燃焼配管
１５        酸化剤ガス配管
１６        燃焼部排気配管
１７        改質ガス配管
１８        変成ガス配管
１９        燃料ガス吐出配管
２０        燃料ガス供給配管
２１        改質ガス燃焼配管
２２        燃料電池オフガス配管
２２        改質用水供給配管
３０        燃料電池
３１        電力ケーブル
４０        制御装置
ａ          燃焼空気
Ａ、Ｂ、Ｃ  起動時の改質部所定温度（第３の温度）、変成部所定温度（第４の温度）、選択酸化部所定温度（第４の温度）
Ａ１、Ａ２  第１の温度、第２の温度
ａ１、ａ２  発電電流値の所定低減・増大量
ｇ、ｇ１    燃料ガス、変成ガス
ｇ’        燃焼用ガス
ｉ１〜ｉ７  制御信号
ｍ          原料燃料
Ｎ１、Ｎ２  発電電流を低減・増大した連続回数
ｎ１、ｎ２  発電電流を低減・増大した連続回数の所定回数
ｒ          改質ガス
Ｔａ        改質部温度
Ｔｂ、Ｔｃ  変成部温度（一酸化炭素低減部温度）、選択酸化部温度（一酸化炭素低減部温度）
ＴＩ        温度検知器
ｔ１、ｔ２  所定時間
【図１】
2005174745.tif 000003
【図２】
2005174745.tif 000004
【図３】
2005174745.tif 000005