(57)【要約】【課題】  停止保管状態で酸化剤極が水素で満たされた状態で燃料電池スタックを起動する時に、酸化剤極の触媒層の触媒劣化を招かない起動が可能な燃料電池発電システムの制御方法を得るものである。【解決手段】  燃料電池スタック１と、改質器３と、酸化剤ガス供給手段２４と、酸化剤極への不活性ガスパージ手段２６とを備え、起動時に改質器３の暖機運転を開始し、改質器３の暖機運転の完了時に酸化剤極１ｂの不活性ガス置換が完了するように不活性ガスパージ手段２６を起動し、改質器３の暖機運転の完了時に不活性ガスパージ手段２６を停止するとともに改質器３の運転を開始し、燃料電池スタック１の発電を開始する制御を行なうものである。【選択図】  図１
2007103124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと、
この燃料電池スタックの酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池スタックの燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記酸化剤極を不活性ガスで置換する不活性ガスパージ手段と
を備えた燃料電池発電システムの制御方法であって、
起動時に前記改質器を運転温度まで昇温するための暖機運転を開始し、前記改質器の前記暖機運転の完了時に前記酸化剤極への前記不活性ガス置換が完了するように前記不活性ガスパージ手段を起動し、前記改質器の前記暖機運転の完了時に前記不活性ガスパージ手段を停止するとともに前記改質器の運転を開始し、前記燃料電池スタックの発電を開始する制御を行なうことを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項２】
改質器の暖機運転の開始後、前記改質器があらかじめ設定した条件に達してから前記改質器が燃料ガスの供給を開始するまでの時間をＴ１とし、不活性ガスパージ手段の起動から酸化剤極の不活性ガスの置換が完了するまでの時間をＴ２とし、前記改質器の暖機運転の開始後、前記改質器が前記あらかじめ設定した条件に達した後に時間（Ｔ１−Ｔ２）経過前に前記酸化剤の不活性ガスの置換を開始することを特徴とした請求項１記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項３】
改質器の温度が所定の値に達してから前記改質器が燃料ガスの供給を開始するまでの時間をＴ１とすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項４】
改質器への原料水供給開始時点から前記改質器が燃料ガスの供給を開始するまでの時間をＴ１とすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項５】
燃料電池スタックの電気出力に接続可能な負荷抵抗を備え、停止保管時には前記燃料電池スタックの電気出力が前記負荷抵抗に接続され、起動時には酸化剤極の不活性ガスの置換開始前に前記燃料電池スタックの電気出力と前記負荷抵抗との接続が遮断されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項６】
燃料電池スタックの電気出力に接続可能な負荷抵抗を備え、停止保管時には前記燃料電池スタックの電気出力が前記負荷抵抗に接続され、起動時には酸化剤極の不活性ガスの置換終了後前記燃料電池スタックの電気出力と前記負荷抵抗との接続が遮断されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項７】
燃料電池スタックの電気出力に接続可能な負荷抵抗を備え、停止保管時には前記燃料電池スタックの電気出力が前記負荷抵抗に接続され、起動時には酸化剤極の不活性ガスの置換開始後終了前に前記燃料電池スタックの電気出力と前記負荷抵抗との接続が遮断されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項８】
燃料極と燃料ガス供給手段との間に圧力補充手段を備え、酸化剤極の不活性ガスの置換時に前記圧力補充手段により前記燃料極を大気圧以上に保つことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子形燃料電池を用いた燃料電池発電システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は電解質として固体高分子膜を用いた燃料電池であり、燃料極に燃料ガスである水素もしくは水素含有ガス、酸化剤極に酸化剤ガスである酸素もしくは酸素含有ガス（通常空気）を供給し、それぞれの電極（燃料極と酸化剤極）において、カーボンに白金微粒子の触媒を担持した電極触媒層で水素と酸素の反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換し取り出す装置である。それぞれの電極の触媒層では、次式に示す反応が起こる。このとき、燃料極に供給された水素は、燃料極で電子と水素イオンとに分解され、電子は外部回路を通って、水素イオンは固体高分子膜（電解質）を通って酸化剤極へ移動し、酸化剤極に供給された酸素と反応する。
【０００３】
燃料極反応          Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−                  （１）
酸化剤極反応    １／２Ｏ２  ＋  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ      （２）
一対の燃料極と酸化剤極とで固体高分子膜を狭持したひとつの電池（単電池）の起電力は約１Ｖと低いので、実用的には単電池を複数直列接続して各単電池へ燃料ガスと酸化剤ガスを一括供給できる構造にした燃料電池スタックが用いられる。燃料電池発電システムは、燃料電池本体である燃料電池スタックと、この燃料電池スタックの燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、燃料電池スタックの電気出力を外部負荷に供給できる形に変換する電力変換器と、それらの装置を制御する制御装置とからなる。酸化剤ガスには通常空気を利用し、酸化剤供給手段としては空気ブロワが用いられる。燃料ガス供給手段には、都市ガスや灯油などの原燃料と原料水を触媒で反応させて水素含有ガスである燃料ガスを生成する改質器が用いられる。改質反応には７００℃程度の温度が必要であり、改質器が燃料ガスを生成可能となる運転条件になるまでには、１時間程度の暖機運転が必要である。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は電解質が固体で扱いやすくまた小形軽量化が容易で一般家庭に導入しやすいと考えられている。一般家庭用として用いる場合には、昼間運転して電力需要の低い夜間は停止するなど、一日に一回は起動停止を行なうＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ  ＆  Ｓｔｏｐ）運転が求められる。ＤＳＳ運転においては、連続運転に比べて燃料電池スタックの性能が早く劣化することが知られている。この原因の一つとして停止保管時に酸化剤極内に存在する酸素による酸化剤極の触媒層を構成する白金微粒子やカーボンの酸化劣化や白金微粒子の凝集が考えられている。
【０００５】
これを防ぐために、停止操作時に燃料極への燃料ガスの供給および発電を継続したまま酸化剤極への空気供給を停止し、酸化剤極内の酸素を消費除去してから燃料電池運転を停止し、次いで還元性ガスである水素ガスで酸化剤極をパージして、燃料極および酸化剤極を水素含有ガスで満たして密閉して、停止保管する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。燃料電池スタックは発電中６０〜８０℃で運転されるが、停止後は燃料電池スタックの温度が低下するため燃料極、酸化剤極内のガス圧も低下して大気圧に対して負圧となる。したがって、燃料極、酸化剤極が密閉されているといえども、シール部からの大気（酸素）の吸い込みを完全に防ぐことは難しい。しかし、例えば酸化剤極の連通空間に外部から微量の酸素が入った場合でも、酸化剤極は水素ガスで満たされて保管されているので、酸素は酸化剤極の触媒層で水素と反応して除去され、酸化剤極の連通空間は水素雰囲気に保たれる。したがって、酸化剤極に水素がある限り触媒の劣化は起こらない。同様に、燃料極の連通空間に外部から微量の酸素が入った場合でも、燃料極も水素ガスで満たされて保管されているので、触媒の劣化は防止される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−９３４４８号公報（５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の停止保管方法、いわゆる水素封入停止保管方法においては、燃料電池発電システムを起動する時に、燃料電池スタックの燃料極および酸化剤極内には水素ガスが存在している。この状態で発電のために燃料極に燃料ガスを供給しても問題はないが、酸化剤極に空気を供給すると、空気中の酸素と水素とが触媒作用により直接発熱反応を起こして触媒が加熱される。供給する空気量が少量であれば問題ないが、発電時のような大量の空気を供給すると大きな発熱が起こり、触媒層の温度が上昇し触媒劣化が起こるという問題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、停止保管状態で酸化剤極が水素で満たされた状態で燃料電池スタックを起動する時に、酸化剤極の触媒層の触媒劣化を招かない起動が可能な燃料電池発電システムの制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る燃料電池発電システムの制御方法は、燃料電池スタックと、改質器と、酸化剤ガス供給手段と、酸化剤極への不活性ガスパージ手段とを備え、起動時に改質器の暖機運転を開始し、改質器の暖機運転の完了時に酸化剤極の不活性ガス置換が完了するように酸化剤極の不活性ガスパージ手段を起動し、改質器の暖機運転の完了時に酸化剤極の不活性ガスパージ手段を停止するとともに改質器の運転を開始し、燃料電池スタックの発電を開始する制御を行なうものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、停止保管時に燃料電池スタックの酸化剤極を水素雰囲気に保った状態で燃料電池発電システム起動するときに、酸化剤極の触媒層の触媒劣化を起こさずに起動することが可能となり、起動停止に伴う燃料電池発電システムの性能劣化を防止できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための、実施の形態１による燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。通常、燃料電池スタック１は複数の単電池を積層して構成されるが、図１においては説明を容易にするため燃料電池スタック１は一つの単電池の構成で示している。燃料極１ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給孔２と燃料ガス供給手段である改質器３の燃料ガス出口４とは、燃料ガス供給弁５を介して燃料ガス供給導管６ａ、６ｂで接続されている。燃料電池スタック１の燃料極１ａからの燃料オフガスを排気する燃料ガス排気孔７と改質器３の燃焼バーナ入口８とは、燃料ガス排気弁９を介して燃料ガス排気導管１０ａ、１０ｂで接続されている。改質器３の原燃料入口１３と原燃料供給手段１４とは、原燃料弁１５を介して原燃料供給導管１６で接続されており、原燃料供給手段１４と原燃料供給弁１５との間で原燃料供給導管１６は分岐し起動バーナ燃料供給弁１７を介して起動バーナ燃料供給導管１８で改質器３の起動バーナ入口１９に接続される。原燃料供給弁１５と原燃料入口１３との間には原燃料供給導管１６には原料水供給手段２０が接続されている。原料水供給手段２０は原燃料に一定の割合の水を注入する装置であり、ポンプや流量計から構成される。燃料電池スタック１の酸化剤極１ｂに酸化剤である空気を供給する酸化剤供給孔２１は、酸化剤供給弁２２を介して酸化剤供給導管２３ａ、２３ｂで酸化剤供給手段である空気ブロア２４に接続され、酸化剤供給孔２１と酸化剤供給弁２２との間の酸化剤供給導管２３ａには窒素供給弁２５を介して窒素供給手段２６が接続されている。窒素供給手段２６は、例えば窒素ガスボンベや窒素製造装置である。燃料電池スタック１の酸化剤極１ｂからの空気オフガスの排気孔である酸化剤排気孔２７は、酸化剤排気弁２８を介して酸化剤排気導管２９ａ、２９ｂで燃料電池発電システムの排気孔（図示せず）に接続される。図示していないが、発電時の燃料電池スタック１の温度を６０〜８０℃の一定温度に保つため、燃料電池スタック１には加熱冷却装置が備えられている。燃料電池スタック１の電気出力端子３０ａ、３０ｂはスイッチ３１を介して電力変換器３２に接続され、電力変換器３２の出力は外部負荷３３に接続される。電力変換器３２は、燃料電池スタック１の電気出力を外部負荷で消費できるように電圧や周波数を変換するコンバータやインバータから構成される。なお、図示していないが、燃料電池スタック１、改質器３、燃料ガス供給弁５などの各構成機器や導管、配線には温度、圧力、流量、電流、電圧などのセンサが設置されており、各構成機器の制御信号や各センサのセンサ信号４３は制御装置４２に入出力され、制御装置４２により各構成機器は制御される。
【００１２】
次に、本実施の形態における、発電時の運転方法について説明する。定常運転時においては、改質器３は原燃料供給手段１４と原料水供給手段２０とから都市ガスやＬＰＧ（液化プロパンガス）、灯油などの原燃料と原料水との供給を受け、燃料ガスとして水素含有ガスに改質して燃料ガスを生成する。原燃料を改質器３で燃料ガスに改質するには、改質に必要なエネルギーと改質器３を７００℃程度の温度に維持することとが必要であり、このために後で述べる燃料オフガスが利用される。改質器で生成された燃料ガスは、燃料ガス出口４、燃料ガス供給導管６ａ、燃料ガス供給弁５、燃料ガス供給導管６ｂおよび燃料ガス供給孔２を通り、燃料電池スタック１の燃料極１ａに供給される。供給された燃料ガスのうち反応に寄与しなかった燃料ガスは、燃料オフガスとして燃料ガス排気孔７から燃料ガス排気導管１０ａ、燃料ガス排気弁９および燃料ガス排気導管１０ｂを通り、燃焼バーナ入口８から改質器３に供給される。改質器３に供給された燃料オフガスは、燃焼バーナで燃焼され、改質器３の温度の維持および改質に必要な熱エネルギーの供給に使われる。燃料電池スタック１の酸化剤極１ｂには空気ブロア２４から酸化剤供給導管２３ｂ、酸化剤供給弁２２および酸化剤供給導管２３ａを通して空気が供給される。酸化剤極１ｂで反応に寄与しなかった空気は、空気オフガスとして酸化剤排気孔２７から酸化剤排気導管２９ａ、酸化剤排気弁２８、酸化剤排気導管２９ｂを通りシステムから排出される。定常運転時には窒素供給弁２５は閉である。燃料電池スタック１の電気出力端子３０ａ、３０ｂから得られる電気出力は、ＯＮ状態のスイッチ３１を通り電力変換器３２に供給され、適切な電圧や周波数に変換され外部負荷３３で消費される。
【００１３】
上述の動作は定常運転時の動作であるが、停止状態の燃料電池発電システムを定常運転状態にするためには起動操作が必要となる。主な起動操作は改質器３の暖機運転である。停止状態の燃料電池発電システムにおける改質器３の温度は外気温程度であるため、改質器３が正常に原燃料から水素含有ガスである燃料ガスを生成する運転温度（700℃程度）まで改質器３を昇温する暖機運転の必要がある。定常運転時では改質器３の温度維持には燃料オフガスの燃焼を利用するため起動バーナ燃料供給弁１７は閉であるが、システム停止状態から改質器を昇温する暖機運転では未だ燃料オフガスを利用できないため、起動バーナ燃料供給弁１７を開として原燃料を直接起動バーナで燃焼させる。改質器３を７００℃程度の運転温度まで昇温してから原料水を供給し、最後に原燃料を供給して改質器３から燃料ガスが得られる。燃料ガスを燃料電池スタック１に供給し、燃料オフガスが利用可能になれば起動バーナ燃料供給弁１７を閉とし、定常運転に移行する。
【００１４】
次に、本実施の形態における、停止時の運転方法について説明する。このような燃料電池発電システムにおいて、水素封入停止保管方法を適用するには、まず燃料極１ａへの燃料ガスの供給を継続した状態で酸化剤供給弁２２と酸化剤排気弁２８を閉じ酸化剤極１ｂへの空気供給を停止する。このとき電力変換器３２を動作させた状態で燃料電池スタック１の発電出力の外部負荷３３での消費も継続する。この結果、酸化剤極１ｂの酸素は消費除去され、酸化剤極１ｂに酸素がほとんどなくなると、燃料極１ａと酸化剤極１ｂとの水素分圧差により、燃料極１ａから酸化剤極１ｂに水素が電気化学的に移動し、酸化剤極１ｂも水素含有ガスで満たされる。この状態で、燃料ガス供給弁５と燃料ガス排気弁９とを閉じて燃料極１ａへの燃料ガス供給を停止し、その他の構成機器を止めて燃料電池発電システム全体を停止する。この結果、燃料電池スタック１の停止保管時の状態は、燃料極１ａの連通空間、すなわち燃料ガス供給弁５から燃料ガス排気弁９までの間の燃料ガス供給導管６ａ、燃料極１ａ空間および燃料ガス排気導管１０ａの空間が水素含有ガスで満たされた状態となり、燃料ガス供給弁５と燃料ガス排気弁９とが閉止されている。一方、酸化剤極１ｂの連通空間すなわち酸化剤供給弁２２から酸化剤排気弁２８までの間の酸化剤供給導管２３ａ、酸化剤極１ｂ空間および酸化剤排気導管２９ａの空間も水素含有ガスで満たされた状態となり、酸化剤供給弁２２と酸化剤排気弁２８が閉止されている。
【００１５】
上述のような停止保管状態から燃料電池発電システムの運転を行なうには、燃料電池スタック１の酸化剤極１ｂの連通空間（以下、誤解を与えない場合は単に酸化剤極１ｂと呼ぶ）の水素を除去する必要があり、そのために起動前に酸化剤極１ｂを窒素などの不活性ガスで置換（窒素パージ）することが考えられる。図１の燃料電池発電システムにおいて、水素封入停止保管方法で停止保管し、起動前に窒素供給弁２５および酸化剤排気弁２８を開き、窒素供給手段２６から酸化剤極１ｂに窒素ガスを流して窒素パージを行ない、酸化剤極１ｂの水素を除去してから発電を開始させるＤＳＳ運転を行った。しかし、停止直前の発電出力に比べて起動時の発電出力は低下しており、その結果予期した触媒劣化の防止効果が得られないことが判明した。燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂとの連通空間に、試験的に水素センサを設置し、起動前の燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂとの連通空間に水素が存在することは確認しており、また酸化極１ｂの窒素パージ後に酸化剤極１ｂの連通空間には水素がなくなっていることを確認しているため、停止保管時の両極は、水素雰囲気に保持され電極の触媒劣化は考えられず、また発電開始時に酸化剤極１ｂの連通空間には水素がないために空気と水素との直接反応による触媒の高温劣化も在り得ない状況である。つまり、燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂを水素含有ガスで満たされた状態で保管された燃料電池発電システムを起動させるときに、酸化剤極を不活性ガスでパージして確実に水素を除去したにも関わらず、触媒劣化を完全に防止することができなかった。
【００１６】
この原因を解明するために、起動時に行なう酸化剤極１ｂの窒素パージ中における燃料電池スタック１の出力電圧を詳細に解析した。その結果、酸化剤極１ｂの窒素パージを行なうまでは、燃料電池スタック１の出力電圧は零であるが、酸化剤極１ｂの窒素パージを開始すると、燃料電池スタック１の出力電圧が、通常の発電時と同じ極性で発生することが判った。しかも、一度発生した出力電圧は、窒素パージを継続しても僅かづつしか低下しないことも判明した。これから推測できることは、酸化剤極１ｂの窒素パージ前は、酸化剤極１ｂの触媒層の近傍に酸素は存在せず、窒素パージを行なうと触媒層の近傍に酸素が存在するということである。
【００１７】
酸化剤極１ｂの窒素パージは、上述のように、窒素供給弁２５と酸化剤排気弁２８を開にして、窒素供給手段２６から窒素供給弁２５、酸化剤供給導管２３ａ、酸化剤極１ｂ、酸化剤排気導管２９ａおよび酸化剤排気弁２８を通して窒素を流している。したがって、酸化剤極１ｂの窒素パージにより酸化剤極１ｂの触媒層の近傍に酸素が現れるのは、酸化剤極１ｂの連通空間の酸化剤極１ｂより上流側に酸素が存在しており、窒素パージによりこの酸素が押し流され酸化剤極１ｂの触媒層に到達したということを示唆している。上述のような水素封入停止保管方法で停止する場合、酸化剤極１ｂの連通空間内の酸素は、空気の供給が停止されたあとに発電反応で消費除去される。また停止保管時に酸化剤極１ｂに大気が侵入したとしても電極の触媒層で水素と反応して除去され、酸化剤極１ｂの連通空間は、水素雰囲気に保たれる。電極の触媒層から離れた空間の酸素であっても、気体の拡散速度から考えて数時間も残留することはない。
【００１８】
上述のようなことから、酸化剤極１ｂの窒素パージ時に酸化剤極１ｂの連通空間の上流に酸素が残留しているとは考えにくいが、起動時の燃料電池スタック１の温度上昇により、酸化剤極１ｂ連通空間の内壁や凝縮水にトラップされていた酸素が放出された可能性も否定できず、何よりも酸化剤極１ｂの窒素パージ中における燃料電池スタック１の出力電圧の挙動からは、残留酸素の存在を認めざるをえない。
【００１９】
窒素パージ時に酸化剤極１ｂの上流空間に残留酸素が存在すると、ＤＳＳ運転時の保管方法および起動方法としてそれぞれに、水素封入停止保管方法と起動前に酸化剤極１ｂを窒素パージする起動方法とを適用しても触媒劣化が起きた原因は、次のように説明できる。
【００２０】
起動時は、窒素パージにより酸化剤極１ｂの上流空間の酸素が押し流され触媒層に到達する。触媒層に到達した酸素の一部は触媒作用により水素と反応し除去されるが、窒素パージにより触媒層の近傍の水素濃度が低下しているために一部の酸素は反応すべき水素がなく触媒層のカーボン、白金微粒子などに吸着する。この吸着した酸素は還元反応電位のため、燃料電池スタック１に出力電圧が現れ、また触媒層に吸着した酸素は窒素パージを継続してもなかなか離脱できず、燃料電池スタック１の出力電圧もなかなか低下しない。したがって、酸化剤極１ｂの触媒層は高電位に曝されて酸化劣化や凝集劣化が起こる。酸化剤極１ｂの触媒層に吸着した酸素は、電気化学的、すなわち発電反応でしか効果的に除去できないため、燃料電池スタック１の発電を開始するまで酸化剤極１ｂの触媒層の劣化が継続する。さらに、発電開始に備えて燃料電池スタック１は運転温度まで昇温されているため触媒劣化速度は速く、停止保管時は水素封入停止保管方法で酸化剤極の触媒劣化は防止できても、起動時は酸化剤極の触媒劣化が進んでしまい、ＤＳＳ運転時の触媒劣化を防止できない。
【００２１】
以上の試験結果および考察から、ＤＳＳ運転における触媒劣化を防止するために、保管方法として水素封入停止保管方法を適用し、起動方法として酸化剤極１ｂの水素を除去する窒素パージ方法を採用する場合には、さらに、酸化剤極１ｂの連通空間の残留酸素による触媒劣化を回避する技術の必要性が明らかになった。
【００２２】
図２は、本実施の形態における起動手順の説明図であり、図１に示した燃料電池発電システムを水素封入停止保管方法で停止保管した状態から起動する方法を示している。起動する前の状態、すなわち燃料電池スタック１の停止保管時の状態は、燃料極１ａの連通空間すなわち燃料ガス供給弁５から燃料ガス排気弁９までの間の燃料ガス供給導管６ａ、燃料極１ａおよび燃料ガス排気導管１０ａの空間が水素含有ガスで満たされた状態であり、燃料ガス供給弁５と燃料ガス排気弁９とが閉止されている。また、酸化剤極１ｂの連通空間すなわち酸化剤供給弁２２から酸化剤排気弁２８までの間の酸化剤供給導管２３ａ、酸化剤極１ｂおよび酸化剤排気導管２９ａの空間も水素含有ガスで満たされた状態であり、酸化剤供給弁２２と酸化剤排気弁２８とが閉止された状態となっている。この状態からの燃料電池発電システムの起動手順を図２にしたがって説明する。
【００２３】
まずステップ１として燃料極１ａに供給する燃料ガスを、原燃料から改質して生成するために改質器３の暖機運転を開始する。そのために制御装置４２から起動バーナ燃料供給弁１７に開指令を送り、同時に改質器３に起動バーナ点火指令を送る。これにより改質器３の起動バーナが燃焼を開始し、改質器３の昇温が始まる。通常改質器３に必要な温度、改質温度は７００℃程度であり、起動バーナ点火から改質器３の運転条件が整い燃料ガス供給が可能になるまでに１時間程度の暖機運転が必要である。
【００２４】
ステップ１開始後、制御装置４２は改質器３に設けられた温度センサ（図示せず）の信号を監視しており、改質器３の温度が予め定めた温度条件を満たしたら、ステップ２として窒素供給弁２５および酸化剤排気弁２８に開指令、窒素供給手段２６に運転指令を送り、酸化剤極１ｂに窒素ガスを流し窒素パージを開始する。ステップ１で改質器３の昇温を開始後、改質器３の温度は徐々に上昇する。この温度上昇の時間特性は、改質器３の初期状態が同じならばほぼ同じであり、ある中間点の温度に到達後、最終の運転温度に到達し暖機運転が完了するまでの時間、すなわち必要暖気運転時間ｔ１は再現性がある。明らかに必要暖機運転時間ｔ１は中間点の改質器３の温度に依存する。一方、酸化剤極１ｂの窒素パージを行ない、酸化剤極１ｂの連通空間内の水素を窒素に置換するのに必要な時間、すなわち必要パージ時間ｔ２も、酸化剤極１ｂの連通空間の容積とパージに用いる窒素の流量とが一定であれば再現性がある。したがって、適当なパージ流量を選べば必要暖気時間ｔ１＝必要パージ時間ｔ２となるような改質器３の暖機運転中の温度Ｔが存在する。改質器３の温度が予め定めた温度条件を満たすとは、改質器３が中間点の温度Ｔに達したことである。すなわち、改質器３が温度Ｔに達した時に酸化剤極１ｂの窒素パージを開始すれば改質器３の温度が運転温度に到達し、燃料ガスを燃料極１ａに供給可能となる暖気運転完了時とほぼ同時に酸化剤極１ｂの窒素置換が完了する。この改質器３の温度条件すなわち改質器温度Ｔを、酸化剤極１ｂの連通空間の窒素置換に必要な時間ｔ２と改質器３の昇温時の時間特性から予め実験的に求めておく。
【００２５】
次に改質器３が運転温度に到達したら、ステップ３として制御装置４２は窒素供給弁２５へ閉指令、窒素供給手段２６に停止指令を送り酸化剤極１ｂの窒素パージを終了する。予め改質器３が燃料ガス供給可能になる時と同時に酸化剤極１ｂの窒素置換が完了するように窒素パージを開始しているため、ここで窒素パージを終えても酸化剤極１ｂは窒素に置換されている。ステップ３では窒素パージ終了と共に原燃料弁１５、燃料ガス供給弁５および燃料ガス排気弁９に開指令を送り燃料極１ａに改質ガスすなわち燃料ガスの供給を開始する。また改質器３の燃焼バーナ入口８に燃料オフガスが供給され燃焼バーナの着火信号を検出したら、起動バーナ燃料供給弁１７に閉指令を送る。
【００２６】
次にステップ４として制御装置４２から空気ブロア２４に運転指令、酸化剤供給弁２２に開指令を送る。この時点で燃料電池スタック１の燃料極１ａには燃料ガス、酸化剤極１ｂには空気が供給され、燃料電池スタック１の電気出力端子３０ａと３０ｂと間には開放電圧が発生する。
【００２７】
次にステップ５としてスイッチ３１にＯＮ指令、電力変換器３２に運転指令を送り発電を開始し、以後出力を上昇させ定格運転とする。
【００２８】
このように構成された燃料電池発電システムにおいては、制御装置４２により各構成機器を上述のような手順で動作させて燃料電池発電システムを起動させているので、発電のために酸化剤極１ｂに空気を供給する前に酸化剤極１ｂは窒素置換されており、酸素と水素の直接反応は起こらず触媒加熱も無いため酸化剤極の触媒劣化は起きない。この効果に加えて、酸化剤極１ｂの窒素パージにより酸化剤極１ｂ連通空間の上流、すなわち酸化剤供給導管２３ａなどに滞留していた酸素が、パージにより酸化剤極１ｂに押し出され触媒層に吸着しても、改質器３が燃料ガスを供給可能となると直ちにパージを終了し発電を開始できるため、酸化剤極１ｂへの酸素吸着時間を短時間に抑えることができ、酸化剤極１ｂの触媒層の酸化劣化や高電位による凝集劣化を抑えることができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、酸化剤極１ｂの窒素パージ開始のタイミングを、改質器３の温度条件で計っているが、例えば改質器３の昇温開始後の時間でステップ２を行ってもよいし、昇温開始後の改質器３の起動バーナへの原燃料の総供給量がある値に達した時点でもよいし、また改質器３の温度上昇に伴い上昇する改質ガス出口４の圧力がある値に到達した時点でもよい。どのタイミングで酸化剤極１ｂの窒素パージを開始しても、酸化剤極１ｂの窒素置換が完了する時と改質器３の燃料ガス供給可能となる時とがほぼ同時となる条件が実現できればよい。
【００３０】
また、本実施の形態では酸化剤極１ｂをパージするための不活性ガスとして窒素を用いたが、燃料電池スタックの構成材料、触媒および水素に対して不活性であるならば、二酸化炭素や希ガスなどでもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２における燃料電池発電システムの制御手順を示した説明図である。本実施の形態においては、燃料電池発電システムは制御装置４２にタイマーを備え、このタイマーを用いて起動を制御するものである。燃料電池発電システムの構成は実施の形態１と同様である。起動時の制御手順を図３により説明する。ステップ１は実施の形態１と同様に、改質器３の昇温開始である。改質器３は起動バーナにより昇温されるが、制御装置４２は改質器３の状況をセンサでモニターしており、予め設定した改質器条件が満足されたらステップ２としてタイマーをｔ＝０と設定する。改質器条件として例えば実施の形態１と同様に改質器の温度などや、あるいは改質器への原料水投入時点などを採用することができる。この改質器条件が満足されてから、改質器運転条件が整うまでの時間、すなわち燃料ガス供給可能となるまでの時間を予め求めておき、この時間をＴ１とする。例えば、発電電力が１ｋＷの燃料電池発電システムの場合、予め設定した改質器条件を改質器の温度とし、改質器の温度が８０℃であればＴ１は約３０分程度である。一方、酸化剤極１ｂの窒素パージ開始から酸化剤極１ｂの窒素置換が完了するまでの時間を予め求めておき、この時間をＴ２とする。例えば、窒素パージを行なう際の窒素流量と窒素パージを行なう酸化剤極１ｂの連通空間（酸化剤供給導管２３ａ、酸化剤極１ｂおよび酸化剤排気導管２９ａ）の容積から予め酸化剤極１ｂ連通空間を窒素置換するのに必要な時間Ｔ２を次式のように求めることもできる。
【００３２】
Ｔ２  ＝  （酸化剤極の連通空間容積）／（窒素流量）        （３）
この時間Ｔ２は、酸化剤極１ｂの連通空間に窒素を満たすのに必要な時間であり、酸化剤極１ｂの連通空間の少なくとも空間に存在する水素を酸化剤極１ｂの連通空間から排除するのに必要な時間である。例えば、発電電力が１ｋＷの燃料電池発電システムの場合、酸化剤１ｂの連通空間の容積は数Ｌであり、窒素パージの流量が数Ｌ／分とすると、酸化剤１ｂの連通空間を窒素で置換するのに必要な時間Ｔ２は１分以内となる。したがって、少なくとも時間Ｔ２の間窒素パージを行なえば大多数の水素は排除できると考えられる。
【００３３】
ステップ３として、タイマーがｔ＝ｔ１になったら制御装置４２から窒素供給弁２５および酸化剤排気弁２８に開指令、窒素供給手段２６に運転指令を送り酸化剤極１ｂに窒素ガスを流して窒素パージを開始する。窒素パージを開始する時刻ｔ１はｔ１≦Ｔ１−Ｔ２を満たす予め設定した時刻とする。
【００３４】
ステップ４としてタイマーがｔ＝ｔ２＝Ｔ１になったら、制御装置４２は窒素供給弁２５へ閉指令、窒素供給手段２６に停止指令を送り酸化剤極１ｂの窒素パージを終了するとともに、原燃料弁１５、燃料ガス供給弁５および燃料ガス排気弁９に開指令を送り燃料極１ａに燃料ガスの供給を開始する。また改質器３の燃焼バーナ入口８に燃料オフガスが供給され燃焼バーナの着火信号を検出したら、起動バーナ燃料供給弁１７に閉指令を送る。  次にステップ５として制御装置４２から空気ブロア２４に運転指令、酸化剤供給弁２２に開指令を送る。この時点で燃料極１ａには燃料ガス、酸化剤極１ｂには空気が供給され、燃料電池スタック１の電気出力端子３０ａと３０ｂ間には開放電圧が発生する。
【００３５】
次にステップ６としてスイッチ３１にＯＮ指令、電力変換器３２に運転指令を送り発電を開始し、以後出力を上昇させ定格運転とする。
【００３６】
このように構成された燃料電池発電システムでは、ステップ３において、酸化剤極１ｂの窒素パージ開始からステップ４の酸化剤極１ｂの窒素パージ終了までの時間、すなわち酸化剤極１ｂを窒素パージしている時間が最低でもＴ２（＝ｔ２−ｔ１）時間以上であるため、少なくとも酸化剤極１ｂの連通空間の空間に存在した水素は除去されている。したがって、改質器が燃料ガス供給可能になった時点で窒素パージを終了し、直ちに発電を開始できるため酸化剤極１ｂの触媒層への酸素吸着時間を短時間に抑えることができ、また直ちに発電を開始しても酸化剤極１ｂで水素と酸素とが混合することはないので、酸化剤極１ｂの触媒層の温度上昇による触媒劣化や凝集劣化を抑えることができる。
【００３７】
改質器条件としては、改質器の温度や原料水投入時点が採用できるが、ステップ１の昇温開始時点を採用してもよい。ただし、改質器条件が満たされてから燃料ガス供給可能になるまでの時間が長いと誤差が大きくなるため、改質器条件はなるべく燃料ガス供給可能になる時点に近く設定した方が望ましい。この点、原料水投入は燃料ガス供給可能になる直近であり好都合であり、また改質器温度を改質器条件とする場合も、改質温度直前の温度とした方が望ましい。
【００３８】
また、本実施の形態においては、酸化剤極１ｂの窒素パージ開始から窒素置換が完了するまでの時間Ｔ２を求める方法として、酸化剤極１ｂの連通空間容積と窒素パージ流量とから算出する例を示したが、実際に、窒素パージを行って酸化剤排気導管２９ｂの排気ガス中の水素濃度が検出されなくなるまでの時間を測定して時間Ｔ２を求めてもよい。
【００３９】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３における燃料電池発電システムの構成を示した模式図である。本実施形態においては、燃料電池スタック１の電気出力端子３０ａと３０ｂとの間に電力変換器３２と並列にスイッチ３４を介して抵抗負荷３５を接続している。それ以外の構成は実施の形態１と同様である。停止保管後の起動時の状態は燃料極１ａの連通空間すなわち燃料ガス供給弁５から燃料ガス排気弁９までの間の燃料ガス供給導管６ａ、燃料極１ａ空間および燃料ガス排気導管１０ａの空間が水素含有ガスで満たされた状態で、燃料ガス供給弁５と燃料ガス排気弁９とが閉止されている。また、酸化剤極１ｂの連通空間すなわち酸化剤供給弁２２から酸化剤排気弁２８までの間の酸化剤供給導管２３ａ、酸化剤極１ｂ空間および酸化剤排気導管２９ａの空間も水素含有ガスで満たされた状態で、酸化剤供給弁２２と酸化剤排気弁２８とが閉止されている。さらにスイッチ３４がＯＮとなっており燃料電池スタック１の電気出力が抵抗負荷３５に接続された状態となっている。
【００４０】
停止保管中に酸化剤極１ｂ連通空間の水素は、停止時に除去されなかった酸素や保管中に外部から侵入した大気中の酸素と酸化剤極１ｂの触媒層で反応して消費される。酸化剤極１ｂの水素が消費されてなくなると、酸化剤極１ｂの触媒層は酸素に曝され劣化してしまう。しかし、本実施の形態のように停止保管時に燃料電池スタック１の電気出力を抵抗負荷３５に接続しておくと、酸化剤極１ｂ側の水素が消費されて水素分圧が低下すると、燃料極１ａ側の水素分圧との差が生じ、この分圧差による起電力によって抵抗負荷３５に電流が流れ、水素が燃料極１ａから酸化剤極１ｂへ電気化学的に移動する。この結果、燃料極１ａの水素を利用して酸化剤極１ｂの水素雰囲気を維持することができる。また、逆に燃料極１ａの水素が少なくなると酸化剤極１ｂから燃料極１ａへ水素が移動し、両極で水素を融通することができるので、保管時に両極の触媒層の酸化防止を確実に行なうことができる。
【００４１】
このような停止保管状態にある燃料電池発電システムにおいて、起動方法を示したのが本実施の形態である。図５は、本実施の形態における、燃料電池発電システムの制御手順を示した説明図である。図５に示すよう、にステップ３の酸化剤極１ｂの窒素パージ開始前にステップ２として、スイッチ３４にＯＦＦ指令を送り燃料電池スタック１の電気出力と抵抗負荷３５との接続を切り、燃料電池スタックの出力を開放させる。その後のステップにおける制御や、酸化剤極１ｂの窒素パージ開始や終了タイミング、発電開始などは実施の形態１または２と同様である。このような構成で制御を行なっても、起動時における酸化剤極１ｂの触媒層の劣化を防止する効果は実施の形態１または２と同様に得られる。
【００４２】
燃料電池スタック１の電気出力が抵抗負荷３５に接続された状態で酸化剤極１ｂの窒素パージを行なうと、燃料極１ａに水素が少ない場合は燃料極の触媒層の劣化が生じる。すなわち窒素パージにより酸化剤供給導管２３ａなどの空間に滞留していた酸素が酸化剤極１ｂに押し出され酸化剤極１ｂの触媒層に到達した場合、一部は酸化剤極１ｂにある水素と反応するが、一部は燃料電池スタック１の出力が抵抗負荷３５に接続されているため電池反応を起こし燃料極１ａの水素を消費してしまう。この結果、燃料極１ａの水素が少ないと燃料極１ａは燃料欠乏状態になり、燃料極１ａの触媒層の劣化が起こる。また、酸化剤極１ｂの窒素パージを行なうと、酸化剤極１ｂの水素は除去され水素分圧は低下するため、電気化学的に燃料極１ａから酸化剤極１ｂに水素が移動する。この場合も、燃料極１ａの水素が少ないと燃料欠乏となり燃料極１ａの触媒層が劣化する。一方、図５に示した起動制御を行なえば、酸化剤極１ｂの窒素パージを開始する前に燃料電池スタック１の出力を開放するために、上述のような燃料極１ａでの燃料欠乏を起こさず燃料極１ａ触媒の劣化を防止することができる。
【００４３】
本実施の形態のように、酸化剤極１ｂ、燃料極１ａを水素雰囲気で閉止し燃料電池スタック１の出力を抵抗接続して停止保管しておき、起動時に酸化剤極１ｂを窒素パージする前に燃料電池スタック１の出力を開放すれば、停止保管中において酸化剤極１ｂの水素雰囲気を（燃料極１ａの水素を使うことができるため）維持しやすく、また、起動時において酸化剤極１ｂの窒素パージの時に燃料極１ａ側の水素を消費しないため燃料極１ａが燃料欠乏を起こさず、起動停止保管における触媒劣化をより確実に防止することができる。
【００４４】
実施の形態４．
実施の形態３では起動時に燃料極１ａの水素が少ない場合に燃料極１ａの燃料欠乏を防ぐ方法を示したが、実施の形態４では、燃料極１ａの水素が充分にある場合の起動方法を示す。本実施の形態における燃料電池発電システムの構成は実施の形態３と同様である。
【００４５】
図６は、本実施の形態における、燃料電池発電システムの制御手順を示した説明図である。本実施の形態では、燃料電池スタック１の出力を抵抗負荷３５に接続した状態で、酸化剤極１ｂの窒素パージを行ない、少なくとも発電開始前の燃料電池スタック１の出力を電力変換器３２に接続する前に、ステップ４でスイッチ３４にＯＦＦ指令を送り、燃料電池スタック１の出力を抵抗負荷３５から切り離す。それ以外の動作は実施形態１や２と同様である。窒素パージにより酸化剤供給導管２３ａなどの空間に滞留していた酸素が、酸化剤極１ｂに押し出され酸化剤極１ｂ触媒に到達し、一部は酸化剤極１ｂの触媒層に吸着されようとするが、燃料極１ａに水素が充分にあり、燃料電池スタック１の出力が抵抗負荷３５に接続されているため、電池反応により酸化剤極１ｂの触媒層に吸着した酸素は、燃料極１ａの水素と反応し除去される。この結果、酸化剤極１ｂは低電位に保たれるため触媒層は劣化しない。
【００４６】
このように本実施の形態では、保管中において燃料電池スタック１の酸化剤極１ｂの水素雰囲気を（燃料極１ａの水素を使うことができるため）維持しやすいのは実施の形態３と同様であり、さらに起動時の酸化剤極１ｂの窒素パージによる酸素の酸化剤極１ｂの触媒層への吸着を防止でき、より起動時の酸化剤極１ｂ触媒の劣化を防止できる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、燃料電池スタック１の出力の開放を、少なくとも電力変換器３２に接続する前としたが、望ましくは窒素パージ終了時すなわちステップ３で行うほうがよい。酸化剤極１ｂの窒素パージを行なえば、酸化剤極１ｂの水素がなくなるために、電気化学的に水素が燃料極１ａから酸化剤極１ｂに移動する。したがって、窒素パージを終了しても燃料電池スタック１の出力を抵抗負荷３５に接続していると、接続を継続している時間にもよるが、酸化剤極１ｂが再び水素雰囲気になってしまう可能性が有るためである。
【００４８】
実施の形態５．
実施の形態４では、酸化剤極１ｂの窒素パージ時に酸化剤極１ｂの触媒層への酸素の吸着を防止でき、触媒劣化を防ぐことができるが、窒素パージによる酸化剤極１ｂの水素分圧の低下により電気化学的に燃料極１ａから酸化剤極１ｂへ水素が移動するため、窒素パージ時の窒素流量を大きくしないと酸化剤極１ｂの水素濃度を下げられない場合がある。実施の形態５においては、酸化剤極１ｂの水素濃度を確実に下げる制御方法である。
【００４９】
図７は、本実施の形態における、燃料電池発電システムの制御手順を示した説明図である。ステップ１で改質器昇温を開始し、ステップ２で酸化剤極１ｂの窒素パージを開始する。酸化剤極１ｂの窒素パージでは、酸化剤極１ｂより窒素パージ流の上流側、すなわち酸化剤供給導管２３ａなどの空間に滞留する空気が酸化剤極１ｂに押し出され、一部は酸化剤極１ｂ触媒に吸着し、燃料電池スタック１の出力が抵抗負荷３５に接続されているため電池反応を起こし、一部は酸化剤極１ｂに存在する水素と反応し、一部はそのまま水素と共に酸化剤排気弁２８を通り排気され除去される。すなわち酸化剤供給導管２３ａなどに滞留した空気が酸化剤極１ｂに押し出された後は、窒素ガスのみが酸化剤極１ｂを通過するようになるため、この時点で、すなわちステップ３でスイッチ３４にＯＦＦ指令を送り抵抗負荷３５を切り離し燃料電池スタック１の出力を開放する。この結果、もはや酸素が酸化剤極１ｂの触媒層に運ばれてくることがないため、酸化剤極１ｂの触媒層に酸素が吸着されず、燃料電池スタック１の出力が開放されているために酸化剤極１ｂ側の水素が除去されても燃料極１ａ側から電気化学的な水素の移動がなく、パージの窒素流量が小さい場合でも酸化剤極１ｂ側の水素をパージすることが容易になる。ステップ３の燃料電池スタック１の出力を開放する時点は、予め実験的に求めるか、酸化剤極１ｂの触媒層の吸着酸素が除去されれば燃料電池スタック１の出力電圧が下がることを利用して検出してもよい。
【００５０】
本実施の形態によれば、実施の形態４と同様に起動停止に伴う電極触媒劣化を防止でき、さらに実施の形態４よりも酸化剤極１ｂの水素を除去する窒素パージが容易になるという効果がある。
【００５１】
実施の形態６．
図８は、実施の形態６における燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。本実施の形態においては、図８に示すように、燃料電池スタック１の燃料ガス供給孔２と燃料ガス供給弁５の間の燃料ガス供給導管６ａに圧力補充手段１１が圧力補充弁１２を介して接続されている。圧力補充手段１１は、連通した空間の圧力低下を補償する装置であり、たとえば連通空間の圧力増減に応じて容積が変化するガス溜めや、連通空間の圧力低下に伴って放出するように調整された減圧弁（レギュレータ）に接続されたガス容器である。レギュレータの出力圧力を僅かに陽圧に調整することにより燃料極１ａの圧力が低下すればガスが補充される。ここで用いるガスは燃料電池の触媒や構造物または燃料ガスなどに対して不活性な窒素や二酸化炭素などを用いることができる。酸化剤極１ｂの窒素パージ用の窒素供給手段２６から供給される窒素をレギュレータで供給できるようにしてもよい。その他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００５２】
実施の形態１から５において、起動時に酸化剤極１ｂの窒素パージを行なうと、燃料極１ａ側の圧力が低下する現象が起きる。この理由は、燃料電池スタック１の出力を抵抗負荷３５に接続した状態の時は、酸化剤極１ｂのパージにより燃料極１ａ側の水素が電気化学的に酸化剤極１ｂに移動するため燃料極１ａの圧力低下が起きるためである。また、燃料電池スタック１の出力を開放していたとしても、酸化剤極１ｂ側の窒素パージにより酸化剤極１ｂの水素分圧が低下すると燃料極１ａと酸化剤極１ｂの水素分圧差が起き、電解質膜の水素透過度はゼロではないために、水素分圧差により電解質膜を通して水素移動が起き、結果として燃料極１ａ圧力は低下するためである。圧力低下により燃料極１ａが大気圧以下となると、燃料電池スタック１や導管などのシール部から空気が侵入し燃料極１ａ触媒の劣化が起きる。
【００５３】
図９は、本実施の形態におけるで燃料電池発電システムの制御手順を示した説明図である。酸化剤極１ｂの窒素パージを開始する前にステップ２で圧力補充弁１２に開指令、圧力補充手段１１に運転指令を送り、燃料極１ａと圧力補充手段を連通させ燃料極１ａの連通空間の圧力補充を開始する。酸化剤極１ｂの窒素パージが終了したら圧力補充弁１２に閉指令、圧力補充手段１１に停止指令を送り燃料極１ａ空間の圧力補充を終了する。その他の制御は実施の形態３と同様である。この結果、酸化剤極１ｂの窒素パージを行なう時に燃料極１ａの圧力低下を補償し、燃料極１ａへの空気の侵入を防止することができるため、実施の形態５と同様に起動時における酸化剤極１ｂの触媒層の劣化を防止すると共に、さらに燃料極１ａの圧力低下による燃料極１ａの触媒劣化も防止できる。なお、圧力補充手段１１と圧力補充弁１２は、起動時だけでなく停止保管時の燃料電池スタック１の温度降下による燃料極１ａの圧力低下を補充するためにも用いることができる。この場合、燃料電池発電システムの停止保管中は、圧力補充弁１２は開、圧力補充手段１１は稼動状態であり、停止保管中は常時圧力補充が行われているためステップ２は省略できる。
【００５４】
なお、実施の形態１〜６においては、燃料ガス供給手段として改質器を例に挙げて説明したが、本発明が適用できる燃料電池発電システムは燃料ガス供給手段を改質器に限るものでない。燃料電池スタックの発電準備に時間の要する燃料ガス供給手段であれば、水素封入停止保管方法を適用する場合に本発明を適用すれば、起動停止に伴う触媒劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料電池発電システムを示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１による制御手段を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２による制御手段示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３による燃料電池発電システムを示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３による制御手段を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態４による制御手段を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態５による制御手段を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態６による燃料電池発電システムを示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態６による制御手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  燃料電池スタック、１ａ  燃料極、１ｂ  酸化剤極、２  燃料ガス供給孔、３  改質器、４  燃料ガス出口、５  燃料ガス供給弁、６ａ、６ｂ  燃料ガス供給導管、７  燃料ガス排気孔、８  燃焼バーナ入口、９  燃料ガス排気弁、１０ａ、１０ｂ  燃料ガス排気導管、１１  圧力補充手段、１２  圧力補充弁、１３  原燃料入口、１４  原燃料供給手段、１５  原燃料弁、１６  原燃料供給導管、１７  起動バーナ燃料供給弁、１８  起動バーナ燃料供給導管、１９  起動バーナ入口、２０  原料水供給手段、２１  酸化剤供給孔、２２  酸化剤供給弁、２３ａ、２３ｂ  酸化剤供給導管、２４  空気ブロア、２５  窒素供給弁、２６  窒素供給手段、２７  酸化剤排気孔、２８  酸化剤排気弁、２９ａ、２９ｂ  酸化剤排気導管、３０ａ、３０ｂ  電気出力端子、３１  スイッチ、３２  電力変換器、３３  外部負荷、３４  スイッチ、３５  抵抗負荷、４２  制御装置、４３  制御信号およびセンサ信号
【図１】
2007103124.tif 000003
【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】
2007103124.tif 000009
【図８】
2007103124.tif 000010
【図９】
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