(57)【要約】【課題】一酸化炭素濃度検出器の劣化を防止する。【解決手段】燃料電池８と、原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器３と、燃焼用ガスを燃焼させて前記燃料ガス生成器を加熱する燃焼器４と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器７と、制御器１２とを有する燃料電池システムであって、前記制御器は、前記一酸化炭素濃度検出器に供給する電力を調整し、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程においては、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止しているように制御することにより、高濃度水素を含む排ガスにより前記一酸化炭素濃度検出器が曝露され、前記一酸化炭素濃度検出器の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができるので、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器と、
燃焼用ガスを燃焼させて前記燃料ガス生成器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器と、
制御器と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御器は、前記一酸化炭素濃度検出器に供給する電力を調整し、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程においては、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止しているように制御する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程において前記燃料電池の発電が停止するときに、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を遮断する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の燃料ガス排出部と前記燃焼器とを連結する経路に設けられる第１弁をさらに有し、
前記制御器は、前記停止処理工程において前記第１弁を開く場合は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止しているように制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記燃料ガス生成器へのパージ用ガスを供給して、前記燃焼器が着火した場合前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を開始する、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃焼器の燃焼状態を検出する燃焼状態検出器を有し、
制御器は、前記燃焼状態検出器により前記燃焼器が燃焼状態を検出した場合は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を開始する、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記燃焼状態検出器により前記燃焼器が燃焼状態を検出した場合は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を直ちに開始し、前記燃焼状態検出器により前記燃焼器が非燃焼状態を検出した場合は、所定の時間が経過した後に前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を遮断する、請求項１から５いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器と、
燃焼用ガスを燃焼させて前記燃料ガス生成器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器と、
前記一酸化炭素濃度検出器に供給する電力を調整する制御器と、
を有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程において、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止する、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの一酸化炭素濃度検出器の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムは、都市ガス等の含水素有機化合物を原料として改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成装置と、この水素生成装置から供給される水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池とを備える。この燃料電池システムは、通常、燃料電池から排出された可燃性のアノードオフガスを燃焼器で燃焼し、改質反応に必要な熱を水素生成装置に供給するよう構成されているが、この燃焼器の燃焼安定性を確認するために通常ＣＯセンサが用いられる。
【０００３】
このＣＯセンサは、一酸化炭素が、ガス検出素子及び比較素子に接触することによる化学反応によりガス濃度を検出するものであり、よって、ガス検出素子及び比較素子が燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素やハイドロカーボンなどの物質が付着することでガス濃度の検出性能が低下してしまう場合がある。
【０００４】
この検出性能の低下を防ぐために、定期的にＣＯセンサのガス検出素子及び比較素子に定常時よりも高い電圧を印加して検出素子及び比較素子の温度を上昇させ、素子の表面に付着した物質を取除くヒートクリーニングと呼ばれる方法が一般的に行われている。
【０００５】
このヒートクリーニングの効果をより高めるための方法にも様々な手法が提案されている。
【０００６】
例えば、水素生成装置は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む生成ガスを生成する改質部と、前記改質部に設けられた燃焼装置と、前記燃焼装置の燃焼排ガスの成分検知を行うＣＯセンサと、前記ＣＯセンサのクリーニング動作を行うときに前記ＣＯセンサの周囲に空気を供給し、燃焼排ガスを排除するための空気供給部を備えることにより、ＣＯセンサのヒートクリーニングを行う際に、新鮮な空気をセンサの周辺に供給することでＣＯセンサのガス濃度検出性能の低下を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、ＣＯセンサに燃焼器から排出される燃焼排ガス中の水分が結露すると検知不良が発生するため、ＣＯセンサ近傍に電気ヒータを設ける燃料電池装置が提案されている。
【０００８】
更に、ＣＯセンサ近傍に設けた電気ヒータへの電力供給に関して、アノードオフガス中の可燃性ガス量が多く燃焼排ガス中の水分量が多くなるのは、燃料電池の発電量が高い場合であっても、発電量がその高いレベルで維持されている場合は結露が生じにくく、発電量が上昇している過程において、ＣＯセンサに結露が生じやすい。これは、燃料電池の発電量が低い場合においては、燃焼排ガスに含まれる熱量が小さいためＣＯセンサ自体の温度が低くなりやすく、このセンサの温度が低いときに、燃料電池の発電量が上昇すると温度が高く含水素水蒸気量の多い燃焼排ガスがＣＯセンサと接触し、結露が生じやすいためと思われ、ＣＯセンサが結露しやすいタイミングで電気ヒータに電力を供給したり、電気ヒータへの通電量を上昇することで、ＣＯセンサの結露による検知不良を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２１７２２２号公報
【特許文献２】特開２００９−５２５８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、ＣＯセンサのガス検出素子及び比較素子に付着した、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素やハイドロカーボンなどの物質を除去するヒートクリーニングは通常使用状態でのＣＯセンサのガス濃度検出精度を低下させないための手法であった。
【００１１】
一方、ＣＯセンサ近傍に設けた電気ヒータを設ける手法についても、通常使用状態で燃焼器から排出される燃焼排ガス中の水分が結露することによる検知不良を防止するための手法であった。
【００１２】
しかしながら、従来のＣＯセンサの使用方法は、常時ＣＯセンサによりＣＯ濃度を計測するという考え方であり、センサには常に電源が供給されているので、ガス検出部のセンサ素子が劣化し長時間の使用が困難であるという課題があった。そのため、定期的（例えば２年から５年程度）にセンサを交換したり、センサが正常に動作するかどうかを点検する必要があった。
【００１３】
また燃料電池システムの場合、水素生成装置の排ガス経路にＣＯセンサが設けられることが多いので、水素生成器中に含まれる高濃度水素を含む排ガスがＣＯセンサに接触した場合、ＣＯセンサのガス検出素子及び比較素子が劣化しＣＯセンサが検知不良となったり、ガス濃度検出精度が低下する場合があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器と、燃焼用ガスを燃焼させて前記燃料ガス生成器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器と、制御器とを有する燃料電池システムであって、前記制御器は、前記一酸化炭素濃度検出器に供給する電力を調整し、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程においては、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止しているように制御するものである。
【００１５】
これによって、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程中は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を停止することで、前記一酸化炭素濃度検出器の寿命を延ばすことができる。
【００１６】
また、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程中は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を停止することで、高濃度水素を含む排ガスによる前記一酸化炭素濃度検出器が曝露されることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程中は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を停止することにより、前記一酸化炭素濃度検出器の寿命を延ばすことができるので、前記一酸化炭素濃度検出器の交換や動作確認などの定期的なメンテナンスが不要になり、機器の使い勝手を向上させることができる。
【００１８】
また、ＣＯ濃度計測不要な間は電力供給を停止するので、燃料電池システムの消費電力を低減させることができるので、前記燃料電池発電システムのエネルギー利用効率を高め
ることができる。
【００１９】
加えて、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程中は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を停止することにより、高濃度水素を含む排ガスにより前記一酸化炭素濃度検出器が曝露され、前記一酸化炭素濃度検出器の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができるので、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることができる。
【００２０】
また、前記一酸化炭素濃度検出器の劣化の速度を減速させることができるので、前記一酸化炭素濃度検出器を交換することなく、長期間にわたり燃焼器の燃焼安定性をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１における燃料電池発電システムの構成図
【図２】一酸化炭素濃度検出器７の内部構成図
【図３】実施の形態１における燃料電池発電システムの動作状態を示す図
【図４】実施の形態２における燃料電池発電システムの構成図
【図５】実施の形態２における燃料電池発電システムの動作状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器と、燃焼用ガスを燃焼させて前記燃料ガス生成器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器と、制御器とを有する燃料電池システムであって、前記制御器は、前記一酸化炭素濃度検出器に供給する電力を調整し、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程においては、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止しているように制御する燃料電池システムである。
【００２３】
上記構成、動作によると、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程中は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を停止することにより、前記一酸化炭素濃度検出器の寿命を延ばすことができるので、前記一酸化炭素濃度検出器の交換や動作確認などの定期的なメンテナンスが不要になり、機器の使い勝手を向上させることができる。
【００２４】
また、高濃度水素を含む排ガスにより前記一酸化炭素濃度検出器が曝露され、前記一酸化炭素濃度検出器の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができるので、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることができる。
【００２５】
また、前記一酸化炭素濃度検出器の劣化の速度を減速させることができるので、前記一酸化炭素濃度検出器を交換することなく、長期間にわたり燃焼器の燃焼安定性をモニタすることができる。
【００２６】
第２の発明は、第１の発明において、前記制御器は、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程において前記燃料電池の発電が停止するときに、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を遮断する燃料電池システムである。
【００２７】
上記構成、動作によると、燃料電池システムは前記燃料ガス生成器で前記原料ガスを改質して前記燃料ガスである水素を生成する際、改質反応に必要な熱を前記燃焼器により生成し水素生成器に供給しており、発電が停止するときは以降改質反応による燃料ガスである水素の生成は不要になるため、前記燃焼器を燃焼させることはないので、一酸化炭素が発生することもない。
【００２８】
よって発電が停止する時に前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を遮断することで、発電停止以降に前記燃料ガス生成器に残っていた水素が排ガス経路に流れ込んで前記一酸化炭素濃度検出器が水素により曝露され、前記一酸化炭素濃度検出器の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができる。
【００２９】
また、前記燃焼器が非燃焼状態であり一酸化炭素濃度を検出する必要がないときに、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を停止するので、システム全体の消費電力を低減することができる。
【００３０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記燃料電池の燃料ガス排出部と前記燃焼器とを連結する経路に設けられる第１弁をさらに有し、前記制御器は、前記停止処理工程において前記第１弁を開く場合は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止しているように制御する燃料電池システムである。
【００３１】
上記構成、動作によると、前記停止処理工程において、発電時に前記燃料ガス生成器に残っていた高濃度水素を含む排ガスが、前記第１弁を開いたときに排ガス経路に流れ込み、前記一酸化炭素濃度検出器が曝露され、前記一酸化炭素濃度検出器の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができる。
【００３２】
第４の発明は、第１から第３いずれか１つの発明において、前記制御器は、前記燃料ガス生成器へのパージ用ガスを供給して、前記燃焼器が着火した場合前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を開始する燃料電池システムである。
【００３３】
上記構成、動作によると、前記燃料電池システムが発電停止後の停止処理工程であっても、前記燃料ガス生成ガスへパージ用ガスを供給して、前記燃焼器を燃焼させる場合は、前記燃焼器は燃焼状態となり一酸化炭素が発生する可能性があるので、その時は前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を開始して、前記燃焼器の燃焼安定性をモニタすることが可能であるので、前記一酸化炭素濃度検出器の劣化を防ぎながら、かつ安全性も確保することができる。
【００３４】
第５の発明は、第１から第４いずれか１つの発明において、燃焼器の燃焼状態を検出する燃焼状態検出器を有し、制御器は、前記燃焼状態検出器により前記燃焼器が燃焼状態を検出した場合は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を開始する燃料電池システムである。
【００３５】
上記構成、動作によると、前記燃焼器の燃焼状態を前記燃焼状態検出器でモニタしながら、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を制御するので、前記燃焼器が燃焼状態にあり一酸化炭素が発生する可能性があるときのみ、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給を行うことができるので、前記燃焼状態検出器で前記燃焼器が燃焼状態にあるときは確実に前記一酸化炭素濃度検出器に電力を供給し、前記燃焼器の燃焼状態の安定性をモニタすることが可能なので、前記一酸化炭素濃度検出器の劣化を防ぎながら、かつ安全性も確保することができる。
【００３６】
また、燃焼器が燃焼状態であるときのみ、前記一酸化炭素濃度検出器への電力供給をするので、システム全体の消費電力を低減することができる。
【００３７】
第６の発明は、第１から第５いずれか１つの発明において、前記制御器は、前記燃焼状態検出器により前記燃焼器が燃焼状態を検出した場合は、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を直ちに開始し、前記燃焼状態検出器により前記燃焼器が非燃焼状態を検出し
た場合は、所定の時間が経過した後に前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を遮断する燃料電池システムである。
【００３８】
上記構成、動作によると、燃焼器が非燃焼状態になった後も燃料ガス生成器や配管の内部などに一酸化炭素が残っている可能性があるので、所定の時間が経過するまでは一酸化炭素濃度検出器への電力供給を継続し、一酸化炭素濃度の計測を行うことで、システムの安全性を保つことができる。
【００３９】
第７の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器と、燃焼用ガスを燃焼させて前記燃料ガス生成器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器と、前記一酸化炭素濃度検出器に供給する電力を調整する制御器とを有する燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムが停止するための停止処理工程においては、前記一酸化炭素濃度検出器への電力の供給を停止するように構成される燃料電池システムの運転方法である。
【００４０】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態としての燃料電池発電システムである。
【００４２】
図１において、燃料電池発電システム１は、原料ガス供給部２より供給された原料である都市ガスやＬＰガスといった原料ガスを水蒸気改質反応により、水素含有ガスである燃料ガスを生成する燃料ガス生成器３と、前記燃料ガス生成器３で生成した燃料ガスと、酸化剤ガス供給部１５より供給された酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池８と、水蒸気改質反応に必要な熱を生成する燃焼器４と、燃焼器４で燃焼する際に発生する燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路１０２と、前記燃焼器４から排出された燃焼排ガス中に含有する一酸化炭素濃度を計測する一酸化炭素濃度検出器７と、前記燃焼器４で安定的に燃焼を行うために空気を供給する空気供給部６と、前記燃料ガス生成器３で生成した燃料ガスを、前記燃料電池８に供給する経路である燃料ガス経路１０３と、前記燃料電池８から排出されたアノードオフガスを前記燃料ガス生成器３に戻すための経路である排出ガス経路１０４と、前記燃料ガス経路１０３と前記排出ガス経路１０４の間に設けられ燃料ガスの供給先を前記燃料電池８から前記燃料ガス生成器３の前記燃焼器４に切換えるためのバイパス経路１０５と、前記燃料電池発電システムの運転状態に合わせて、前記燃料ガス経路１０３と、前記排出ガス経路１０４と、前記バイパス経路１０５のガスの流れる経路を切換える第１弁９と、第２弁１０と、第３弁１１と、前記燃料電池発電システム１内のアクチュエータやセンサや電気回路に電力を供給する電源１４と、燃料電池発電システム１及び、前記燃料電池発電システム内の各機器の動作を制御する制御器１２とを備える。
【００４３】
前記一酸化炭素濃度検出器７は、前記電源１４から電力の供給を受けており、前記電源１４のうち前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給は、電源制御部１３により電力の供給と遮断を制御可能な構成となっている。また、前記電源制御部１３の電力の供給と遮断は、前記制御器１２により制御している。
【００４４】
ここで、一酸化炭素濃度検出器７の動作について図２を用いて説明する。
【００４５】
図２は一酸化炭素濃度検出器７の内部構成と、前記一酸化炭素濃度検出器７の周辺回路構成を示す図である。
【００４６】
前記一酸化炭素濃度検出器７は、一酸化炭素検出素子２１と、比較素子２２と抵抗素子ａ２３、２４がブリッジ回路に構成されている。前記ブリッジ回路に、前記電源制御部１３から電力が供給されると、前記ブリッジ回路の一酸化炭素検出素子２１と抵抗素子ａ２３、及び比較素子２２と抵抗素子ｂ２４に電流が流れ素子が高温に加熱される。比較素子２２は、白金線にアルミナ担体を構成しており、一酸化炭素検出素子２１では、アルミナ担体と酸化触媒（例えば、白金や酸化スズ等）を焼結しており、一酸化炭素が発生し素子の表面に接触すると、一酸化炭素と酸化触媒が燃焼する。
【００４７】
一方、前記比較素子２２は、アルミナ担体にアルミナとガラスの混合物を焼結しており、一酸化炭素が発生し素子の表面に接触しても、接触燃焼しないようにしている。
【００４８】
よって、一酸化炭素が発生し一酸化炭素検出素子２１と比較素子２２に接触した時、一酸化炭素検出素子２１と比較素子２２に温度差が発生し、白金線は、温度により抵抗値が変化するので、一酸化炭素濃度が高くなるほど、一酸化炭素検出素子２１と比較素子２２の抵抗値の差は大きくなる。
【００４９】
このような特性を用いて、一酸化炭素濃度検出器７から出力される測定結果を、制御器１２に入力し、一酸化炭素濃度を計測することができる。このとき、一酸化炭素濃度検出器７のブリッジ回路から出力される電圧は数十ミリボルト程度の電圧であるので、増幅回路２５により増幅してから前記制御器１２に入力するのが一般的である。
【００５０】
このような一酸化炭素濃度検出器７は、一酸化炭素濃度を検出することを前提としており、燃料電池発電システム１の燃料ガス生成器３の燃料排ガス経路１０２など、高濃度の水素が含まれる排ガス中の一酸化炭素の濃度を計測しようとした場合、検出精度が低下したり、高濃度の水素に一酸化炭素検出素子２１又は比較素子２２が曝露され異常反応が起こり一酸化炭素濃度検出器７が故障する場合がある。
【００５１】
このとき、前述したように、前記一酸化炭素濃度検出器７は、ブリッジ回路の一酸化炭素検出素子２１と抵抗素子ａ２３、及び比較素子２２と抵抗素子ｂ２４に電流が流れるように電圧を印加すると、素子が高温に加熱され、この電圧を印加した状態で想定外の高濃度水素に接触すると異常反応が起こり異常発熱により素子が破壊される可能性があるが、電圧の印加を停止している状態では、高濃度水素に接触しても素子が発熱しないので素子の劣化を防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の第１の実施の形態の動作について説明する。
【００５３】
図３は、燃料電池発電システム１の動作状態と、一酸化炭素濃度検出器７に供給する電力のＯＮ／ＯＦＦ（供給／遮断）を示す図である。
【００５４】
また図３において、前記燃料電池発電システムの動作状態や前記燃料ガス生成器３の燃焼器４の燃焼状態の目安となるので、前記燃料ガス生成器３の改質温度を、前記燃料電池発電システム１の動作状態及び、前記一酸化炭素濃度検出器７に供給する電力のＯＮ／ＯＦＦの状態と一緒に表している。
【００５５】
本図に示されるように本実施の形態１の燃料電池発電システム１は、前記燃料電池発電システム１を制御する制御器１２の指令に基づいて、前記燃料電池発電システム１を発電可能な状態になるまで前記燃料ガス生成器３の改質温度を上げるような制御を行う起動工程と、前記燃料ガス生成器３で生成された水素と、酸化剤ガス供給部１５から供給された酸素とを化学反応させて発電させる発電工程と、発電工程の後、前記燃料電池８や前記燃料ガス生成器３にダメージを与えないようにするため、徐々に温度を低下させたり、前記
燃料ガス生成器３を原料ガス（例えば都市ガスやＬＰガス）でパージさせたりする停止処理工程を行う。
【００５６】
前記停止処理工程が終了した後は、次回の発電に備えて前記燃料電池発電システム１は待機状態となっている。
【００５７】
前記燃料電池発電システム１の運転を制御する前記制御器１２は、利用者が前記燃料電池発電システム１のリモコンなどにより、燃料電池発電システム１の発電を開始する操作を行ったり、タイマー設定や学習機能などにより所定の時間に発電するようになっていると、前記燃料電池発電システム１の起動工程を開始し、前記燃料ガス生成器３が発電に必要な水素が改質可能な温度になるように、前記燃料ガス生成器３の燃焼器４を点火電極などで火をつけて燃焼し温度を上げていく。
【００５８】
このとき、前記燃焼器４が燃焼を開始するので、前記燃焼器４が安定して燃焼しているかどうかを確認する必要がある。例えば、空気供給部６からの空気の供給量が少なく前記燃焼器４で不完全燃焼が発生し、一酸化炭素が発生してしまうような場合、前記空気供給部６が送風ファンのような場合は前記ファンの回転速度をあげて空気の供給量を増やしたり、一酸化炭素濃度が所定レベルを超えてしまった場合などはシステムを異常停止させたりする必要がある。
【００５９】
つまり、起動工程が開始され、前記燃焼器４が燃焼状態になると前記燃焼器４から一酸化炭素が発生する可能性があるので、前記制御器１２は、起動工程になると、前記燃焼器４の燃焼安定性や一酸化炭素の異常発生をモニタするため、前記一酸化炭素濃度検出器７に電力を供給し、一酸化炭素濃度の計測を開始する。
【００６０】
起動工程が開始された後、改質反応に必要な温度である６００℃から７００℃程度の温度になるまで前記燃焼器４の燃焼状態を継続する必要があり、前記制御器１２は前記一酸化炭素濃度検出器７に電力を供給し続け、一酸化炭素濃度の計測を継続する。
【００６１】
その後、前記燃料ガス生成器の温度が改質反応に必要な温度になり、発電に可能な条件が揃い発電工程に入った後も、前記改質反応を継続する必要があるので、前記燃料ガス生成器３の温度を所定の温度に保つため、前記燃焼器４の燃焼を継続する必要がある。
【００６２】
よって、前記制御器１２は前記一酸化炭素濃度検出器７に電力を供給し続け、一酸化炭素濃度の計測を継続する。
【００６３】
その後、利用者が前記燃料電池発電システム１のリモコンなどにより、燃料電池発電システム１の発電を停止する操作を行ったり、タイマー設定や学習機能などにより所定の時間に発電を停止するようになっていると、前記燃料電池発電システム１の停止工程を開始し、前記燃料電池８や前記燃料ガス生成器３にダメージを与えないようにするため、徐々に温度を低下させたり、前記燃料ガス生成器３を原料ガス（例えば都市ガスやＬＰガス）でパージさせたりする停止処理工程を行う。
【００６４】
停止処理工程では前記制御器１２は、前記燃料ガス生成器３の温度を徐々に低下させるように制御するので、基本的には前記燃焼器４は非燃焼状態である。つまり、前記燃焼器４に火が付いていない状態であるので、前記燃焼器４の燃焼安定性をモニタする必要がなく、また、一酸化炭素が発生する可能性はない。
【００６５】
よって、前記制御器１２は前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を遮断し、一酸化炭素濃度の計測を停止する。
【００６６】
但し、図３に示すように、停止・待機の状態であっても、燃料電池システム内の排ガスをシステム外に排出し、システム内を原料ガスである都市ガスやＬＰガスでパージするような場合、燃焼器４を燃焼する場合があるので、このような場合は前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を行い、一酸化炭素の濃度測定を行う。
【００６７】
このように、前記燃焼器４が非燃焼状態となる停止処理工程においては、前記制御器１２は、前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を停止しているように制御することで、前記燃焼器４が非燃焼状態であり一酸化炭素濃度を検出する必要がないときは前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を遮断することで、前記一酸化炭素濃度検出器の寿命を延ばすことができるので、前記一酸化炭素濃度検出器の交換や動作確認などの定期的なメンテナンスが不要になり、機器の使い勝手を向上させることができる。
【００６８】
また、前記燃焼器４が非燃焼状態のときは前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を遮断することで、一酸化炭素濃度検出器が高濃度水素に曝露される危険性を低減することができ、一酸化炭素検出素子２１又は比較素子２２で異常反応が起こり、一酸化炭素濃度検出器７の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下させる危険性を低減することができるので、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることができる。
【００６９】
また、前記燃焼器４が非燃焼状態となる停止処理工程においては、前記制御器１２は、前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を停止しているように制御することで、前記燃焼器４が非燃焼状態であり一酸化炭素濃度を検出する必要がないときに、前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を遮断するので、システム全体の消費電力を低減することができる。
【００７０】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１に加えて、燃料電池発電システム１に燃焼状態検出器５を設けた場合の実施例であり、その他の構成、動作は実施の形態１と同じである。
【００７１】
そこで以下では実施の形態２の構成、動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１と同じものとする。
【００７２】
図４において、燃料電池発電システム１は、燃焼器４の火炎の有無状態を計測する燃焼状態検出器５を有している。
【００７３】
前記燃焼状態検出器５は、一般的にフレームロッドと呼ばれる火炎と電極間の整流作用により火炎を検出する方式や、燃焼器４の周辺の温度を熱電対で計測する方法などが提案されているが、火炎の有無を検出できる方法であればその方式は特に限定されない。
【００７４】
次に、本発明の第１の実施の形態の動作について説明する。
【００７５】
図５は、燃料電池発電システム１の動作状態と、一酸化炭素濃度検出器７に供給する電力のＯＮ／ＯＦＦ（供給／遮断）と、前記燃焼状態検出器５により計測された火炎状態の有無を示す図である。
【００７６】
実施の形態１では、前記一酸化炭素濃度検出器７への電力のＯＮ／ＯＦＦは、制御器１２が制御する燃焼電池システムの起動工程、発電工程、停止工程といった一連の動作工程によって電力のＯＮ／ＯＦＦを行っている。
【００７７】
一方、本発明の第２の実施の形態では、前記燃焼状態検出器５により計測された火炎状
態により前記一酸化炭素濃度検出器７への電力のＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００７８】
図５において、燃料電池システムが起動工程に入り、燃焼状態検出器５が燃焼器４に火炎が有ること（燃焼中であること）を検出すると、制御器１２は前記一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を開始する。
【００７９】
以降、システムが正常に起動し、発電工程に入った以降も、前記燃焼状態検出器５が燃焼器４の火炎の有りを検出し続けている限り、一酸化炭素濃度をモニタし続ける必要があるので、前記一酸化炭素濃度検出器７への電力供給も継続する。
【００８０】
発電工程から停止工程に入ると、前記燃焼器４の燃焼を停止するので前記燃焼状態検出器５は火炎の無しを検出するので、一酸化炭素も発生しないので前記一酸化炭素濃度検出器７への電力供給を遮断する。
【００８１】
この時、火炎の無しを検出してから前記一酸化炭素濃度検出器７への電力供給を遮断するまでは所定の時間を継続してから行う。これは、燃焼が終わってからも燃料ガス生成器の内部やガス経路の配管内に一酸化炭素が残留している可能性があるからである。
【００８２】
電力供給を遮断するまでの時間は、前記燃料ガス生成器の大きさや、ガス経路の配管の長さなどによって異なるので、システムの特性によって変更する必要がある。
【００８３】
このように、一酸化炭素濃度検出器７への電力供給の制御を、前記燃焼状態検出器５の計測結果に基づき行うことで、燃焼している時、つまり一酸化炭素が発生する可能性があるときのみ一酸化炭素濃度検出器７の電力の供給を行うので、一酸化炭素濃度検出器が高濃度水素に曝露される危険性を低減することができ、一酸化炭素濃度検出器７が高濃度水素に曝露され、一酸化炭素検出素子２１又は比較素子２２で異常反応が起こり、一酸化炭素濃度検出器７の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができるので、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることができる。
【００８４】
また、火炎の有無によって一酸化炭素濃度検出器７の電力のＯＮ／ＯＦＦを制御するので、事前にシステムがどのような動作状態のときに燃焼器４が燃焼し一酸化炭素濃度検出器７へ電力を供給しなければならないかを検証することが不要で、かつ、想定外のときに燃焼器が燃焼しその時に一酸化炭素濃度検出器７への電力供給ができておらず、一酸化炭素濃度のモニタができていないといった不具合を防止することができる。
【００８５】
また、火炎の有無によって一酸化炭素濃度検出器７の電力のＯＮ／ＯＦＦを制御するので、一酸化炭素濃度検出器７への電力の供給を必要最低限に抑えることができるので、システム全体の消費電力を低減することができる。
【００８６】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１又は２に加えて、燃料電池発電システム１に設けられている第１弁の開閉に合わせて一酸化炭素濃度検出器７の電力供給のＯＮ／ＯＦＦを行う場合の実施例であり、その他の構成、動作は実施の形態１又は２と同じである。
【００８７】
そこで以下では実施の形態３の構成、動作について、実施の形態１又は２との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作については実施の形態１又は２と同じものとする。
【００８８】
図１において、燃焼電池発電システムが停止工程中にカソード内に含む触媒である白金が溶解し燃料電池の寿命の低下を防止するために、第１弁９と第２弁１０を閉じてカソード内の酸素を除去するパージ（浄化）動作を行う。
【００８９】
パージ動作を行った後、カソード経路の圧抜きを行う為に第１弁９を開くときに、角―ド経路や、前記燃料ガス生成器３に残っていた高濃度水素が燃焼排ガス経路１０２を通って排出される際に、前記一酸化炭素濃度検出器７を高濃度水素で曝露してしまう可能性があった。
【００９０】
そこで停止工程中の中でも前記第１弁が開状態になっているときは高濃度水素に曝露される可能性が高いので、第１弁が開状態であるときは一酸化炭素濃度検出器７の電力供給を遮断する。
【００９１】
このように、第１弁の開閉の状態に合わせて前記一酸化炭素濃度検出器７の電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、前記一酸化炭素濃度検出器７が高濃度水素により曝露され、一酸化炭素検出素子２１又は比較素子２２で異常反応が起こり、一酸化炭素濃度検出器７の検知不良や、ガス濃度検出精度の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の燃料電池発電システムは、燃焼器が燃焼中のときのみに一酸化炭素濃度検出器（ＣＯセンサ）への電力を供給するので、排ガス中に含まれる高濃度水素に曝露される可能性を低減することが可能になるので、家庭用の燃料電池システム等として有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１  燃料電池発電システム
２  原料ガス供給部
３  燃料ガス生成器
４  燃焼器
５  燃焼状態検出器
６  空気供給部
７  一酸化炭素濃度検出器
８  燃料電池
９  第１弁
１０  第２弁
１１  第３弁
１２  制御器
１３  電源制御部
１４  電源
２１  一酸化炭素検出素子
２２  比較素子
２３  抵抗素子ａ
２４  抵抗素子ｂ
２５  増幅回路
【図１】
2012186101.tif 000003
【図２】
2012186101.tif 000004
【図３】
2012186101.tif 000005
【図４】
2012186101.tif 000006
【図５】
2012186101.tif 000007