(57)【要約】 【課題】  燃料電池からの排ガスに含まれる水蒸気を、改質反応に用いられる水蒸気として再利用する燃料電池であっても、発電性能の低下を防止でき、さらに、ランニングコストの増加を抑えることが可能な燃料電池を提供すること。【解決手段】  原料ガスの改質に用いられる改質触媒を有する改質手段と、供給された水を気化し、改質触媒へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、この水蒸気供給手段により供給され、改質手段を経由した水蒸気を凝縮する凝縮手段と、この凝縮手段により発生した凝縮水を水蒸気供給手段へ供給するための凝縮水供給手段と、この凝縮水供給手段により水蒸気供給手段へ供給されている凝縮水を外部へ排水する排水手段と、水蒸気供給手段より供給された水蒸気によって改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときに、凝縮手段により発生した凝縮水を外部へ排水するよう排水手段を制御する制御手段と、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスの改質に用いられる改質触媒を有する改質手段と、
供給された水を気化し、前記改質触媒へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記水蒸気供給手段により供給され、前記改質手段を経由した水蒸気を凝縮する凝縮手段と、
前記凝縮手段により発生した凝縮水を前記水蒸気供給手段へ供給するための凝縮水供給手段と、
前記凝縮水を外部へ排水する排水手段と、
前記水蒸気供給手段より供給された水蒸気によって前記改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときの凝縮水を外部へ排水するよう前記排水手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記改質手段は、原料ガスと水蒸気とを反応させる水蒸気改質反応により原料ガスの改質を行うものであり、
前記制御手段は、前記水蒸気改質反応による原料ガスの改質中に前記凝縮手段により発生した凝縮水を排水するよう前記排水手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記制御手段は、発電を開始する前から、前記水蒸気改質反応による原料ガスの改質中に前記凝縮手段により発生した凝縮水を排水するよう前記排水手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記制御手段は、発電を開始する前、前記水蒸気改質反応による原料ガスの改質を開始してから所定時間の間に前記凝縮手段により発生した凝縮水を外部へ排水するように前記排水手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
原料ガスの改質に用いられる改質触媒を有する改質手段と、
前記改質触媒へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
この水蒸気供給手段により供給された水蒸気のうち前記改質触媒に付着している塩素を除去した水蒸気を凝縮する凝縮手段と、
この水蒸気供給手段により供給され、前記改質手段を経由した水蒸気を凝縮する凝縮手段と、を備えた燃料電池の運転方法において、
前記水蒸気供給手段より供給された水蒸気によって前記改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときに、前記凝縮手段により発生した凝縮水を外部へ排水することを特徴とする燃料電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスを改質する改質手段を備える燃料電池に関する。 
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸素含有ガス（通常、空気である）を用いることにより電力を得る燃料電池において、給湯システムを組み合わせたタイプの燃料電池が種々提案されている。給湯システムと組み合わされた燃料電池では、その総合効率を向上させるために、燃料電池の発電により生じる高温の排ガスと家庭用のお風呂等で使用される湯水を蓄える貯湯タンクに接続された循環配管内部を流れる水とで熱交換を行わせ、熱交換の際に凝縮された排ガス中の水蒸気を、改質反応用の水蒸気として再利用するものが知られている。（例えば、特許文献１。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７９３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、燃料電池の起動時、改質反応に利用される触媒には、改質器へ収容する前の触媒調整時に使用された塩素がそのまま付着していたり、大気中の塩素が付着、蓄積していることがある。
【０００５】
この場合、特許文献１に開示されているような、排ガスに含まれる水蒸気を再利用するタイプの燃料電池においては、改質器内の改質触媒に供給された水蒸気が触媒に付着した塩素を除去し、この塩素を含有した水蒸気が改質器より排出され、再利用水として再び改質器へと供給されるため、改質器内の改質触媒が塩素を含む水蒸気に曝されてしまう。これにより、せっかく除去した塩素が再び触媒に付着してしまうため、燃料電池の運転中においては改質触媒から十分に塩素が除去されることがない。これでは、改質反応に有効に活用できる触媒の表面積が小さくなってしまい、触媒活性が落ちることから、改質器の改質能力の低下を招き、ひいては、所望の発電性能が得られなくなるという問題があった。
【０００６】
また、塩素除去によって、除去した塩素を含んだ水蒸気の凝縮水が、循環経路を経由して再び改質器へと供給されるため、循環経路を構成する部材やその経路上に設けられている機器等が何度も塩素を含んだ凝縮水または水蒸気に曝され非常に腐食しやすくなる。したがって、それらの部材や機器の交換頻度が増大し、燃料電池のランニングコストが増加するという問題もある。さらに、燃料電池内部のセルの電極表面に塩素が付着したり、電極表面で塩素が反応すると、セルの発電性能が低下する恐れもある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、燃料電池からの排ガスに含まれる水蒸気を、改質反応に用いられる水蒸気として再利用する燃料電池であっても、発電性能の低下を防止でき、さらに、ランニングコストの増加を抑えることが可能な燃料電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池は、原料ガスの改質に用いられる改質触媒を有する改質手段と、供給された水を気化し、前記改質触媒へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記水蒸気供給手段により供給され、前記改質手段を経由した水蒸気を凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手段により発生した凝縮水を前記水蒸気供給手段へ供給するための凝縮水供給手段と、前記凝縮水を外部へ排水する排水手段と、前記水蒸気供給手段より供給された水蒸気によって前記改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときの凝縮水を外部へ排水するよう前記排水手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように構成された本発明は、水蒸気によって改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときに、凝縮手段により凝縮された凝縮水を外部へ排水するため、改質触媒に付着している塩素を除去することにより塩素を含有した水蒸気が凝縮手段により凝縮された後、再び改質触媒へ供給される前に外部へ排水される。したがって、改質触媒に付着している塩素を確実に外部へ排出することができることから、改質触媒に付着している塩素の総量を減少させることができ、改質手段の改質能力の低下を抑制することができる。また、そのように改質触媒に付着している塩素の総量を減少させることにより、通常燃料電池が備えているセルに塩素が供給されることを抑制できるため、燃料電池の発電性能の低下を防止することができる。
【００１０】
また、改質触媒に付着している塩素を確実に外部へ排出することにより、所定の部材や機器が、比較的塩素濃度の高い水蒸気や凝縮水に何度も晒されることを防止することができるため、それらが腐食しづらくなり、燃料電池のランニングコストが増加することを防止できる。
【００１１】
本発明は、好ましくは、改質手段は、原料ガスと水蒸気とを反応させる水蒸気改質反応により原料ガスの改質を行う制御手段は、水蒸気改質反応による原料ガスの改質中に凝縮手段により発生した凝縮水を排水するよう排水手段を制御する。
【００１２】
このように構成された本発明においては、塩素除去を行う水蒸気が必ず改質触媒へ供給される、水蒸気改質反応による原料ガスの改質中に塩素を含んだ凝縮水を外部へ排水するため、通常通りの運転を行いつつ、改質触媒に付着した塩素を外部へ排出することができ、別途、改質触媒に付着した塩素を除去するためだけの運転を行う必要がないため、容易に改質触媒に付着している塩素を外部へ排出することができる。
【００１３】
本発明は、好ましくは、制御手段は、発電を開始する前から、水蒸気改質反応による原料ガスの改質中に凝縮手段により発生した凝縮水を排水するよう排水手段を制御する。
【００１４】
このように構成された本発明においては、燃料電池の始動後、発電を開始する前に開始される水蒸気改質反応による原料ガスの改質中に、塩素を含有した凝縮水を外部へ排水するため、発電を開始する前に改質触媒に付着している塩素を確実に外部へ排出することができる。したがって、発電を開始するときは、すでに改質触媒に付着している塩素が減少した状態となっているため、発電を開始したときから、改質触媒に付着している塩素に起因する燃料電池の発電性能の低下を防止することができる。
【００１５】
本発明は、好ましくは、制御手段は、発電を開始する前、水蒸気改質反応による原料ガスの改質を開始してから所定時間の間に凝縮手段により発生した凝縮水を外部へ排水するように排水手段を制御する。
【００１６】
このように構成された本発明においては、燃料電池の始動後、水蒸気改質反応による原料ガスの改質を開始したときから、塩素を含む凝縮水を外部へ排水するため、通常、凝縮水の塩素含有量が比較的高い、改質触媒の塩素除去を開始した直後の凝縮水を改質触媒へ再び供給する前に確実に外部へ排水することができる。したがって、所定の部材や機器が、比較的塩素含有量の高い水蒸気や凝縮水に何度も晒されることを防止することができるため、燃料電池のランニングコストの増加を確実に防止することができる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池の運転方法は、原料ガスの改質に用いられる改質触媒を有する改質手段と、改質触媒へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、この水蒸気供給手段により供給され、改質手段を経由した水蒸気を凝縮する凝縮手段と、この凝縮手段により発生した凝縮水を水蒸気供給手段へ供給するための凝縮水供給手段と、を備え、水蒸気供給手段より供給された水蒸気によって改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときに、凝縮手段により発生した凝縮水を外部へ排水することを特徴とする。
【００１８】
本発明は、水蒸気によって改質触媒に付着している塩素の除去を行っているときに、凝縮手段により凝縮された凝縮水を外部へ排水するように構成しているため、改質触媒に付着している塩素を除去することにより塩素を含有した水蒸気が凝縮手段により凝縮された後、再び改質触媒へ供給される前に外部へ排水される。したがって、改質触媒に付着している塩素を確実に外部へ排出することができることから、改質触媒に付着している塩素の総量を減少させることができ、改質手段の改質能力の低下を抑制することができる。また、そのように改質触媒に付着している塩素の総量を減少させることにより、通常燃料電池が備えているセルに塩素が供給されることを抑制できるため、燃料電池の発電性能の低下を防止することができる。
【００１９】
また、改質触媒に付着している塩素を確実に外部へ排出することにより、所定の部材や機器が、塩素濃度の高い水蒸気や凝縮水に何度も晒されることを防止することができるため、それらが腐食しづらくなり、燃料電池のランニングコストが増加することを防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池によれば、燃料電池からの排ガスに含まれる水蒸気を、改質反応に用いられる水蒸気として再利用する燃料電池であっても発電性能の低下を防止でき、さらにランニングコストの増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る改質器内の運転時の様子を表す模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る改質触媒の模式図。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御装置周辺の電気的構成および制御装置の機能的構成を表すブロック図。
【図５】本発明の一実施形態に係る燃料電池の起動時の動作を示すタイムチャート。
【図６】本発明の一実施形態に係る燃料電池の起動時の制御内容を表すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る燃料電池の一実施形態を示す構成図である。なお、図中の矢印は、原料ガス、空気、水および排ガスの流れ方向を示したものである。図１に示す燃料電池２は、発電ユニット４と、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット６と、これらのユニット間を水が循環するための循環配管８とから構成されている。
【００２４】
まず、発電ユニット４の構成について説明する。図１に示す発電ユニット４は、複数個のセル１０を組み合わせてなるセル集合体１２と原料ガスを改質する改質器１４（改質手段）とを収容し、セル集合体１２の上方に、燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させる燃焼室１８を有する燃料電池モジュール１６、都市ガスや天然ガス等の原料ガスを供給する原料ガス供給手段１８、発電用の空気を供給するための発電用空気供給手段２０、改質用の空気を供給するための改質用空気供給手段２２を具備している。
【００２５】
なお、図２に示すように、改質器１４は、水ポンプ２４により供給される水を気化し、気化により生じた水蒸気と原料ガス供給手段１８から供給された原料ガスとを混合するための気化部２６、および、改質触媒２８が収容され原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質部３０を備えている。本実施形態においては、水ポンプ２４および気化部２６が、本発明における水蒸気供給手段に相当する。また、改質触媒２８としては、図３に示すような、担体２８ａに触媒金属２８ｂを担持させた担持触媒が用いられる。より具体的には、アルミナ、シリカ、ジルコニア等の担体に、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｔ等を単独または複数で担持した触媒が用いられる。
【００２６】
図１に示す発電ユニット４は、その他に、燃料電池２の運転に伴い生じる排ガス（排熱）と循環配管８を流れる水とで熱交換を行なう熱交換器３２（凝縮手段）、熱交換器３２で生成された凝縮水を改質器１４に向けて供給するための凝縮水供給管３４（凝縮水供給手段）を具備している。なお、この凝縮水供給管３４の途中には、内部を流れる凝縮水を改質器１４に向けて供給するか、もしくは外部へ排出するかの切り換えを行うための三方弁４４（排水手段）が設けられている。
【００２７】
本実施形態の燃料電池２は、運転に伴い生じる排ガスと循環配管８を流れる水との熱交換を通して排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し、このとき発生した凝縮水を気化して改質器１４に供給することによって、排ガスに含まれる水蒸気を改質反応に用いられる水蒸気として再利用するため、外部からの補給水なしで運転が可能となっている。
【００２８】
また、燃料電池２内部には、制御装置３８が設けられており、燃料電池の各種機器は、この制御装置３８によって制御される。
【００２９】
ここで、図４に基づき、この制御装置３８について説明する。図４は、制御装置３８周辺の電気的構成および制御装置３８の機能的構成を表すブロック図である。図４に示すように、制御装置３８には複数のセンサが接続されている。改質器温度センサ５０は、改質器１４の温度を検出するためのものであり、改質器１４内部に設けてある。発電用空気流量センサ５２は、燃料電池モジュール１６に供給される発電用空気の流量を検出するためのものであり、発電用空気供給手段２０内部に設けられている。改質用空気流量センサ５４は、改質器１４に供給される改質用空気の流量を検出するためのものであり、改質用空気供給手段２２内部に設けられている。原料ガス流量センサ５６は、改質器１４に供給される原料ガスの流量を検出するためのものであり、原料ガス供給手段１８内部に設けられている。水流量センサ５８は、改質器１４に供給される水（水蒸気）の流量を検出するためのものであり、水ポンプ２４内部に設けられている。
【００３０】
制御手段３８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵しており、ＣＰＵは、各種センサが検出した結果をデータとして取り込むとともに、ＲＯＭに記憶された各種のプログラムやＲＡＭに記憶されたデータ等に基づいて、後述する各種処理や制御を行う。
【００３１】
また、本実施形態における制御手段３８は、これを機能的に捉えた場合、図４に示すように、改質反応変更処理部３８ａ、排水指令部３８ｃ、弁制御部３８ｄと、空気流量制御部３８ｅと、原料ガス流量制御部３８ｆと、水流量制御部３８ｇを有している。
【００３２】
改質反応変更処理部３８ａは、改質器温度センサ５０の検出結果に基づき、各種供給流体（原料ガス、発電用空気、改質用空気、水）の目標供給量に関する信号を、各供給手段（１８、２０、２２、２４）に対応する制御部（３８ｅ〜３８ｇ）に出力する。これらの信号を受け取った各制御部（３８ｅ〜３８ｇ）は、それらの制御対象である各供給手段（１８、２０、２２、２４）から目標供給量が供給されるよう、各々の供給流体に対応する流量センサ（５６、５２、５４、５８）の検出結果に基づき、各供給手段の制御を行う。
【００３３】
また、改質反応変更処理部３８ａは、改質器温度センサ５０の検出結果に基づき、各種供給流体（原料ガス、発電用空気、改質用空気、水）の供給量を変更して、所定の改質反応を開始する場合、排水指令部３８ｃに信号を出力するようなっている。この信号を受けた排水指令部３８ｃは、凝縮水が排水されるよう、三方弁４４を制御させる信号を弁制御部３８ｄへ出力する。これを受けた弁制御部３８ｄは、三方弁４４を制御することにより凝縮水の排水を開始すると共に、制御手段３８に内蔵されているタイマ３９の動作を開始し、凝縮水を排水し始めてからの経過時間を計測する。そして、所定時間Ｔｚが経過すると凝縮水が改質器１４へ供給されるよう三方弁４４を再び制御する。
【００３４】
続いて、貯湯ユニット６の構成について説明する。貯湯ユニット６は、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク４６、貯湯タンク４６内の湯を給湯するための給湯装置４８等を具備して構成されており、この貯湯タンク４６の上部および下部には、循環配管８の一端がそれぞれ接続されている。なお、循環配管８内で水を循環させる循環ポンプ４０は、発電ユニット４に設けられている。
【００３５】
次に、本実施形態の燃料電池２の起動時の動作を説明する。図５は、本実施形態の燃料電池２の起動時の動作を示すタイムチャートである。    
【００３６】
図５に示すように、本実施形態の燃料電池２は、その起動時、燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させる燃焼運転、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲを経て、発電運転に移行する。
【００３７】
まず、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲについて説明する。
【００３８】
部分酸化改質反応ＰＯＸは、改質器１４に原料ガスと改質用空気を供給することにより生じる式（１）で表される反応である。この部分酸化改質反応ＰＯＸは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。
Ｃ m Ｈ n ＋ｘＯ 2   →  aＣＯ 2 ＋ｂＣＯ＋ｃＨ 2                 （１）
【００３９】
オートサーマル改質反応ＡＴＲは、上述した部分酸化改質反応ＰＯＸと後述する水蒸気改質反応ＳＲとが併用された反応であり、改質器１４に、原料ガス、改質用空気、及び、水を供給することにより生じる式（２）で表される反応である。このオートサーマル改質反応ＡＴＲは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器１４内では熱的に自立した状態で反応が進行する。
【００４０】
このオートサーマル改質反応ＡＴＲ時には、気化された水が改質部１４に供給されるため、改質器１４の改質触媒２８が、気化部２６で気化された水（つまり、水蒸気）に晒される。したがって、改質器１４に原料ガス、改質用空気、及び、水を供給している際の様子を表す図２に示してあるように、この改質反応に使用されなかった水蒸気のうち、触媒との接触により塩素を除去したものが、塩素を含有した状態で、改質器１４より排出される。そして、この水蒸気（図１中、破線で記された矢印Ｘ）は、燃焼ガス（図１中、点線で記された矢印Ｙ）と共に、燃料電池モジュール１６内を上昇し、排ガスとして燃料電池２より排出される。
Ｃ m Ｈ n ＋ｘＯ 2 ＋ｙＨ 2 Ｏ  →  aＣＯ 2 ＋ｂＣＯ＋ｃＨ 2       （２）
【００４１】
水蒸気改質反応ＳＲは、改質器１４に、原料ガスと水が供給されることにより（改質用空気の供給は停止される）生じる式（３）で表される反応である。この水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるので、燃焼室１８からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。なお、水蒸気改質反応時も、気化された水が改質部１４に供給されるため、オートサーマル改質反応時と同様に、燃料電池２からの排ガスには、塩素を含有した水蒸気が含まれている。
Ｃ m Ｈ n ＋ｘＨ 2 Ｏ  →  aＣＯ 2 ＋ｂＣＯ＋ｃＨ 2              （３）
【００４２】
続いて図５に基づき、上述した燃焼運転、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲの各領域における、燃料ガス、改質用空気、水の供給および凝縮水の排出について説明する。
【００４３】
図５の時刻ｔ０において、燃料電池を起動すると、改質用空気供給手段２２および発電用空気供給手段２０により、改質用空気及び発電用空気を燃料電池モジュール２に供給する。次に、時刻ｔ１において、原料ガス供給手段１８より、改質器１４への原料ガスの供給を開始する。次に、図示しない着火手段を用いて、セル集合体１２上方に設けられた燃焼室１８において、発電用空気および原料ガスの混合ガスの燃焼を開始させる。この燃焼熱によって加熱された改質器１４の温度がＴＡに達すると（時刻ｔ２）、改質器１４内において、部分酸化改質反応ＰＯＸが発生する。部分酸化改質反応ＰＯＸは発熱反応であるため、改質器１４は、部分酸化改質反応ＰＯＸの発生により、その反応熱によっても加熱されるようになる。
【００４４】
さらに温度が上昇し、改質器１４の温度がＴＢに達すると（時刻ｔ３）、改質用空気供給量および原料ガス供給量を減少させると共に、水ポンプ２４により、水の供給を開始させる。改質器１４に水が供給されることにより、改質部３０に水蒸気が供給されると、部分酸化改質反応ＰＯＸと併せて改質器１４内で水蒸気改質反応ＳＲが発生するようになる。即ち、部分酸化改質反応ＰＯＸと水蒸気改質反応ＳＲが混在したオートサーマル改質反応ＡＴＲが発生するようになる。また、このとき、三方弁４４を制御することにより、凝縮水供給管３４内部の凝縮水が外部に排出されるようにする。
【００４５】
さらに温度が上昇し、改質器１４の温度がＴＣに達すると（時刻ｔ４）、改質用空気の供給を停止する。また、原料ガス供給量を減少させると共に、水の供給量を増加させる。改質用空気の供給が停止されることにより、改質器１４内においては、部分酸化改質反応ＰＯＸは発生しなくなり、水蒸気改質反応ＳＲのみとなる。
【００４６】
この後、改質器１４の温度がＴＤに達すると（時刻ｔ５）燃料電池モジュール２から図示しないインバータに電力を出力させ発電を開始する。発電開始後の原料ガス供給量、発電用空気供給量、及び水供給量は、要求電力に応じて決定され、供給される。なお、発電の開始とほぼ同時期に三方弁４４を制御することにより凝縮水供給管３４内部の凝縮水が改質器１４へ供給されるようにする。
【００４７】
本実施形態では、塩素を含有した水蒸気が排ガスの一部として燃料電池２から排出され始めるオートサーマル改質反応ＡＴＲ開始時から発電運転を開始するまでの間、継続して凝縮水供給管３４内部を流れる凝縮水を排水するよう三方弁４４を制御するため、塩素を含有する凝縮水を外部へ確実に排出することができる。こうして改質触媒２８に付着していた塩素を外部へ排出することにより、改質触媒２８に付着している塩素の総量を減少させ、改質反応に有効に活用できる改質触媒２８の表面積を十分に確保することができるため、改質器１４の改質能力が低下することを防止できる。また、改質触媒２８に付着していた塩素を外部へ排出することにより、セル１０の電極表面に塩素が付着したり、電極表面で塩素が反応することを防止することができるため、燃料電池２の発電性能の低下を防ぐことができる。
【００４８】
また、塩素を含有した水蒸気が燃料電池２より排出され始めるときから凝縮水を排水することによって、塩素除去が行われていない改質触媒２８ばかりが存在する改質部３０を通過した特に高い塩素含有率を有する水蒸気を外部へ確実に排出することができるので、排ガス中の水蒸気を再利用する際に用いられる所定の機器や部材（本実施形態においては、凝縮水供給管３４、水タンク３６、水ポンプ２４、水供給管２５など）が、その特に塩素含有率の高い水蒸気の凝縮水に晒されることを回避することができるため、それらが腐食しづらくなり、燃料電池のランニングコストの増加を確実に抑制することができる。
【００４９】
次に、図６に基づき、起動時における制御手段３８の制御内容について説明する。図６は、起動時における制御手段３８の制御内容を表すフローチャートである。（図中、Ｓはステップを表す。）
【００５０】
Ｓ１０１は起動開始のステップであり、燃料電池の起動を開始すると、まず発電用空気、改質用空気、原料ガスを、それぞれ、発電用空気供給手段２０、改質用空気供給手段２２、原料ガス供給手段１８より、順次供給させ始める（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。その後、図示しない着火手段（例えば、イグナイタなど）により、燃焼室１８に供給されている空気および原料ガスの混合ガスに着火して燃焼運転を開始させる。その後、改質器温度センサ５０の検出温度に基づき、改質器１４の温度がＴＢより大きいか否かを判定する（Ｓ１０６）。大きくない場合（Ｓ１０６でＮＯ）は、同一の判定を繰り返し、大きい場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）は、改質用空気の供給量を減少させ（Ｓ１０７）、続いて原料ガスの供給量を減少させる（Ｓ１０８）。なお、部分酸化改質反応ＰＯＸはＳ１０６において改質器温度がＴＡ以上になったときに発生し始め、オートサーマル改質反応ＡＴＲはＳ１０６でＹＥＳとなった直後に発生し始める。
【００５１】
次に、凝縮水供給管３４から凝縮水が外部へ排水されるよう三方弁４４を切り換え（Ｓ１０９）、続いて、改質器１４への水の供給を開始する（Ｓ１１０）。このように、改質器への水の供給を開始する前に、三方弁４４の切り換えを行うことにより、改質器へ水を供給することにより発生する塩素を含有した水蒸気が、再び改質器１４へ供給されることを確実に防止することができる。なお、制御手段３８は、三方弁４４の切り換えを行う際、タイマ３９の動作を開始し、その切り換えからの経過時間の計測を開始する。
【００５２】
その後、改質器１４の温度が、ＴＣより大きいか否かを判定する（Ｓ１１１）。大きくない場合（Ｓ１１１でＮＯ）は、同一の判定を繰り返し、大きい場合（Ｓ１１１でＹＥＳ）は、改質用空気の供給を停止する（Ｓ１１２）。これにより、改質器１４では、オートサーマル改質反応ＡＴＲが終了し水蒸気改質反応ＳＲのみが発生した状態となる。
【００５３】
続いて、原料ガスの供給量を減少させ（Ｓ１１３）、改質器１４への水の供給量を増加させる（Ｓ１１４）。そして、改質器１４の温度が、ＴＤよりも大きくなったか否かの判定を行う（Ｓ１１５）。大きくない場合（Ｓ１１５でＮＯ）は、同一の判定を繰り返し、大きい場合（Ｓ１１５でＹＥＳ）は、インバータを駆動させることにより、発電を開始する（Ｓ１１６）。発電が開始した後、タイマ３９によって計測されている、Ｓ１０９の三方弁４４の切り換えからの経過時間が所定の時間Ｔｚに達すると、三方弁４４の切り換えを行うことにより、凝縮水供給管３４内の凝縮水が改質器１４へ供給されるようにする（Ｓ１１７）。なお、本実施形態では、所定時間Ｔｚは、おおよそ、オートサーマル改質反応ＡＴＲを開始してから発電を開始するまでの時間に設定してあるため、場合によっては発電を開始する前に三方弁４４の切り換えが行われる。
【００５４】
以上のように、本実施形態においては、燃料電池２の起動を開始してから、初めて水蒸気改質反応ＳＲを発生させるタイミング（ここでは、部分酸化改質反応ＰＯＸと水蒸気改質反応ＳＲがどちらも発生するオートサーマル改質反応ＡＴＲ開始時を指す。）とほぼ同じタイミングで凝縮水供給管３４内の凝縮水を排水するよう三方弁４４を制御すると共に、その排水を発電が開始されるまで継続的に行うため、発電開始時、改質触媒２８は塩素が十分に除去された状態に至っており、改質触媒２８に付着している塩素に起因して燃料電池２の発電性能が低下することを発電開始時から防止することができる。
【００５５】
また、燃料電池２の起動の際、必ず改質器１４内で発生させる水蒸気改質反応時に凝縮水を排水することによって改質触媒２８に付着している塩素を燃料電池２内から外部へ排出するため、通常通りの運転を行いつつ、改質触媒２８に付着した塩素を外部へ排出することができる。したがって、別途、改質触媒２８に付着した塩素を除去するためだけの運転を行う必要がなく、容易に改質触媒２８に付着している塩素を外部へ排出することができる。
【００５６】
なお、本実施形態においては、タイマ３９により計測された時間に基づき、改質器１４へ凝縮水を供給するよう三方弁４４を制御していたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、改質器１４の温度に基づいて、三方弁４４の制御を行ってもよい。
【００５７】
また、本実施形態においては、水タンク３６へ外部より水を供給しない構成となっていたが、例えば、水タンク３６内の水量を一定量以上に維持するために、外部より水を供給する構成としても良い。この場合、外部より供給された水を浄化する手段を介して水タンク３６へ供給することが好ましい。これにより、改質器１４に純度の低い水が供給されることに起因して生じる改質器１４の故障等を防止することができる。また、外部より水を供給していれば、熱交換器３２において不具合が生じて熱交換が十分に行われなくなった場合でも、水タンク３６内の水が不足することを防止することができると共に、水タンク３６に水を大量に貯水しておく必要がなくなるため、水タンク３６の容量を小さく抑えることができ、燃料電池２の小型化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
２…燃料電池
４…発電ユニット
６…貯湯ユニット
８…循環配管
１０…セル
１２…セル集合体
１４…改質器
１６…燃料電池モジュール
１８…原料ガス供給手段
２０…発電用空気供給手段
２２…改質用空気供給手段
２３…原料ガス・改質用空気供給管
２４…水ポンプ
２５…水供給管
２６…気化部
２７…燃料ガス供給管
２８…改質触媒
２８ａ…担体
２８ｂ…触媒金属
３０…改質部
３２…熱交換器
３４…凝縮水供給管
３６…水タンク
３８…制御装置
３８ａ…改質反応変更処理部
３８ｃ…排水指令部
３８ｄ…弁制御部
３８ｅ…空気流量制御部
３８ｆ…原料ガス流量制御部
３８ｇ…水流量制御部
３９…タイマ
４４…三方弁
４６…貯湯タンク
５０…改質器温度センサ
５２…発電用空気流量センサ
５４…改質用空気流量センサ
５６…原料ガス流量センサ
５８…水流量センサ
【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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