(57)【要約】【課題】燃料電池システムが自立起動用電源のみを用いて起動する場合において起動時間を短くする。【解決手段】通常起動時は、ＣＯ低減器１１の温度が第１下限温度以上に上昇するのを待って、水素生成装置１００から燃料電池１５０への水素含有ガスの供給を開始するが、通常起動時と違って系統電源からの電力供給が得られない停電起動時には、自立起動用電源５１の電力で起動して、ＣＯ低減器１１の温度が第１下限温度より低い第２下限温度以上に上昇するのを待って、水素生成装置１００から燃料電池１５０への水素含有ガスの供給を開始する。つまり、停電起動時の水素生成装置１００から燃料電池１５０への水素含有ガスの供給を開始する時のＣＯ低減器１１の温度条件を、通常起動時に水素生成装置１００から燃料電池１５０への水素含有ガスの供給を開始する時のＣＯ低減器１１の温度条件よりも緩和した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器、及び、前記ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器、を備えた水素生成装置と、
系統電源を用いずに起動する場合に用いる自立起動用電源と、
前記水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、前記ＣＯ低減器の温度が第１下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、
前記系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、前記自立起動用電源からの電力を使用して起動し、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１下限温度より低い第２下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記通常起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１下限温度より高い第１上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、
前記停電起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１上限温度より高い第２上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ＣＯ低減器は、変成器及び選択酸化器を備え、
前記水素生成装置は、前記変成器の温度を検知する変成器温度検知器をさらに備え、
前記ＣＯ低減器温度検知器は、前記選択酸化器の温度を検知する選択酸化器温度検知器であり、
前記制御器は、前記通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、前記変成器の温度が第３下限温度以上となり、且つ、前記選択酸化器の温度が前記第１下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、
前記系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、前記自立起動用電源からの電力を使用して起動し、前記変成器の温度が前記第３下限温度より低い第４下限温度以上となり、又は、前記選択酸化器の温度が前記第２下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、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、前記通常起動時に、前記変成器の温度が第３下限温度より高い第３上限温度以下となり、且つ、前記選択酸化器の温度が前記第１上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、
前記停電起動時に、前記変成器の温度が前記第３上限温度より高い第４上限温度以下となり、又は、前記選択酸化器の温度が前記第２上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第２下限温度未満である場合で、且つ、前記自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第２上限温度以上である場合で、且つ、前記自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記停電起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第２下限温度より低い第５下限温度未満である場合は、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御する、請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記停電起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第２上限温度より高い第５上限温度以上である場合は、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御する、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記選択酸化器の温度が前記第２下限温度未満、及び、前記変成器の温度が前記第４下限温度未満のうちの少なくとも一方である場合で、且つ、前記自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記選択酸化器の温度が前記第２上限温度以上、及び、前記変成器の温度が前記第４上限温度以上のうちの少なくとも一方である場合で、且つ、前記自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御器は、前記停電起動時に、前記選択酸化器の温度が前記第２下限温度より低い第５下限温度未満、又は、前記変成器の温度が前記第４下限温度より低い第６下限温度未満である場合は、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御する、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記選択酸化器の温度が前記第１上限温度より高い第５上限温度以上、又は、前記変成器の温度が前記第４上限温度より高い第６上限温度以上である場合は、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記自立起動用電源の残量に応じて、前記第２下限温度の値を補正する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記自立起動用電源の残量に応じて、前記第２上限温度の値を補正する、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記自立起動用電源の残量に応じて、前記第２下限温度および前記第４下限温度の値を補正する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御器は、前記自立起動用電源の残量を検知し、前記停電起動時に、前記自立起動
用電源の残量に応じて、前記第２上限温度および前記第４上限温度の値を補正する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記制御器は、前記停電起動の回数を記憶し、前記停電起動の回数が所定の回数を上回った場合に、前記停電起動を行わず、前記通常起動を行うよう制御する、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記制御器は、前記燃料電池の通常運転時の最大発電量が第１発電量以下となった場合に、前記停電起動を行わず、前記通常起動を行うよう制御する、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記制御器は、前記燃料電池システムの運転時間を記憶し、前記燃料電池システムの累積運転時間が第１時間以上となった場合に、前記停電起動を行わず、前記通常起動を行うよう制御する、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記水素生成装置は、前記原料及び前記水素含有ガスのうちの少なくとも一方を燃焼して、前記改質器又は前記ＣＯ低減器を加熱する燃焼器を備え、
前記制御器は、前記通常起動時に、前記燃焼器が第１加熱量で前記改質器又は前記ＣＯ低減器を加熱するよう制御し、
前記停電起動時に、前記燃焼器が第１加熱量より大きい第２加熱量で前記改質器又は前記ＣＯ低減器を加熱するよう制御する、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器、及び、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器、を備えた水素生成装置と、
系統電源を用いずに起動する場合に用いる自立起動用電源と、
前記水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、前記ＣＯ低減器の温度が第１下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、
前記系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、前記自立起動用電源からの電力を使用して起動し、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１下限温度より低い第２下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えた、燃料電池システムの運転方法。
【請求項２２】
前記通常起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１下限温度より高い第１上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、
前記停電起動時に、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１上限温度より高い第２上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えた、請求項２１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２３】
前記ＣＯ低減器は、変成器及び選択酸化器を備え、
前記通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、前記変成器の温度が第３下限温度以上となり、且つ、前記選択酸化器の温度が前記第１下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、
前記系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、前記自立起動用電源からの電
力を使用して起動し、前記変成器の温度が前記第３下限温度より低い第４下限温度以上となり、且つ、前記選択酸化器の温度が前記第２下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えた、請求項２１又は２２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２４】
前記通常起動時に、前記変成器の温度が、第３下限温度より高い第３上限温度以下となり、且つ、前記選択酸化器の温度が前記第１上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、
前記停電起動時に、前記変成器の温度が、前記第３上限温度より高い第４上限温度以下となり、又は、前記選択酸化器の温度が前記第２上限温度以下となった場合に、前記水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えた、請求項２３に記載の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、燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エネルギーを有効に利用することが可能である分散型の発電装置として、発電効率及び総合効率が共に高い燃料電池コージェネレーションシステム（以下、単に「燃料電池システム」という）が注目されている。
【０００３】
この燃料電池システムは、発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池としては、例えば、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、固体高分子形燃料電池、或いは、固体電解質形燃料電池等が挙げられる。
【０００４】
これらの燃料電池の内で、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池（略称、「ＰＥＦＣ」）は、発電運転の際の動作温度が比較的低いため、燃料電池システムを構成する燃料電池として好適に用いられる。特に、固体高分子形燃料電池は、リン酸形燃料電池と比べて、電極触媒の劣化が少なく、且つ電解質の逸散が発生しないため、携帯用電子機器や電気自動車等の用途において、特に好適に用いられる。
【０００５】
さて、燃料電池の多くは、例えば、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池は、発電運転の際に水素を燃料として用いる。しかし、それらの燃料電池において、発電運転の際に必要となる水素の供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されてはいない。
【０００６】
従って、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池を備える燃料電池システムにより電力を得るためには、その燃料電池システムの設置場所において、燃料としての水素を生成する必要がある。
【０００７】
燃料電池に供給する水素を生成する方法として、改質反応を行う改質器が、一般的に用いられている。改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とを、Ｎｉ系やＲｕ系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成する。
【０００８】
また、改質器では、副反応として一酸化炭素（ＣＯ）を生成するため、ＣＯが燃料電池を被毒して電圧を低下させる場合（例えば、固体高分子型燃料電池等の場合）は、ＣＯ除去器を、改質器の下流側に備える。
【０００９】
ＣＯ除去器には、ＣＯと水蒸気を反応させてＣＯを低減するＣＯ変成触媒や、ＣＯに微量に加えた酸素を反応させてＣＯを酸化除去する選択酸化触媒が用いられ、それぞれの触媒をＣＯ除去反応に適した温度範囲にすることで、ＣＯ除去器として機能する。
【００１０】
改質反応やＣＯ除去反応に必要な熱エネルギーは、一般に、燃料電池からの燃料オフガスをバーナーで燃焼させることにより得られるが、さらに水素生成装置を加熱する電気ヒーターを有しており、起動時において、バーナーを作動させると共に系統電源の電力を用いて電気ヒーターを作動させることにより、水素生成装置を昇温する。
【００１１】
ところで、上述したような燃料電池システムでは、系統電源が遮断された、いわゆる停電状態のときに自立起動させる（系統電源を用いずにシステムを起動させる）場合は、自
立起動用電源（蓄電池等）を別途用いて、発電に必要な補機類を動作させる必要がある。
【００１２】
しかし、このような自立起動時には、自立起動用電源の残量に余裕があるとは限らず、また、その容量は限られたものであることから、起動時の消費電力を低減することが望まれる。この課題に対し、停電時など自立起動用電源から電力供給を受けて起動する場合には、ヒーターを作動させずに燃焼器を作動させて、昇温することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１２−３８５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１で提案されたものでは、自立起動用電源から電力供給を受けて起動する場合に、ヒーターを作動させずに燃焼器のみを作動させて昇温するため、起動に時間が掛かるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、停電時の起動を素早く行え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】
【００１６】
上記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、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器、前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器、及び、前記ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器、を備えた水素生成装置と、系統電源を用いずに起動する場合に用いる自立起動用電源と、前記水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、制御器とを備え、前記制御器は、通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、前記ＣＯ低減器の温度が第１下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、前記系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、前記自立起動用電源からの電力を使用して起動し、前記ＣＯ低減器の温度が前記第１下限温度より低い第２下限温度以上となった場合に、前記水素生成装置から前記燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する。
【００１７】
つまり、本発明の燃料電池システムは、通常起動時と違って系統電源からの電力供給が得られない停電起動時には、自立起動用電源からの電力を使用して起動し、停電起動時の水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する時のＣＯ低減器の温度条件を、通常起動時に水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する時のＣＯ低減器の温度条件よりも、緩和したのである。
【００１８】
これにより、停電起動時に、水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池システムは、停電時の起動を素早く行うことができるため、自立起動用電源の消費電力を抑えることができ、自立起動用電源を小型化できるため、その結果、燃料電池システムを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１，２および７の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図４】本発明の実施の形態３〜６および８の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図６】本発明の実施の形態４の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図７】本発明の実施の形態５の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図８】本発明の実施の形態６の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図９】本発明の実施の形態７の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始条判定に関するフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態７、８の燃料電池システムにおける第２下限温度および第２上限温度補正のイメージを示す概念図
【図１１】本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャート
【図１２】本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける第４下限温度および第４上限温度補正のイメージを示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１の発明は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器、及び、ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器、を備えた水素生成装置と、系統電源を用いずに起動する場合に用いる自立起動用電源と、水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、制御器と、を備え、制御器は、通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、自立起動用電源からの電力を使用して起動し、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度より低い第２下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御する、燃料電池システムである。
【００２２】
本発明の燃料電池システムは、通常起動時は、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度以上に上昇するのを待って、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するが、通常起動時と違って系統電源からの電力供給が得られない停電起動時には、自立起動用電源の電力で起動して、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度より低い第２下限温度以上に上昇するのを待って、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する。
【００２３】
つまり、本発明の燃料電池システムは、通常起動時と違って系統電源からの電力供給が得られない停電起動時には、自立起動用電源からの電力を使用して起動し、停電起動時の水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する時のＣＯ低減器の温度条件を、通常起動時に水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始する時のＣＯ低減器の温度条件よりも、緩和したのである。
【００２４】
これにより、停電起動時に、水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動よ
り大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【００２５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、制御器が、通常起動時に、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度より高い第１上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、停電起動時に、ＣＯ低減器の温度が第１上限温度より高い第２上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００２６】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、水素含有ガス供給開始温度条件に上限値を設けることで、ＣＯ低減器において、さらに適正な触媒温度範囲での一酸化炭素低減反応を行えるため、より適正な一酸化炭素濃度のガスを供給することができる。
【００２７】
第３の発明は、特に、第１又は第２のいずれか１つの発明において、ＣＯ低減器が、変成器及び選択酸化器を備え、水素生成装置は、変成器の温度を検知する変成器温度検知器をさらに備え、ＣＯ低減器温度検知器は、選択酸化器の温度を検知する選択酸化器温度検知器であり、制御器は、通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、変成器の温度が第３下限温度以上となり、且つ、選択酸化器の温度が第１下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、自立起動用電源からの電力を使用して起動し、変成器の温度が第３下限温度より低い第４下限温度以上となり、又は、選択酸化器の温度が第２下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００２８】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器および選択酸化器の両方の温度に基づいて制御するため、より精度よく一酸化炭素濃度を制御することができる。
【００２９】
第４の発明は、特に、第３の発明において、制御器が、通常起動時に、変成器の温度が第３下限温度より高い第３上限温度以下となり、且つ、選択酸化器の温度が第１上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御し、停電起動時に、変成器の温度が第３上限温度より高い第４上限温度以下となり、又は、選択酸化器の温度が第２上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００３０】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【００３１】
さらに、水素含有ガス供給開始温度条件に上限値を設けることで、変成器および選択酸化器において、さらに適正な触媒温度範囲での一酸化炭素低減反応を行えるため、より適正な一酸化炭素濃度のガスを供給することができる。
【００３２】
第５の発明は、特に、第１又は第２のいずれか１つの発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、ＣＯ低減器の温度が第２下限温度未満である場合で、且つ、自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００３３】
これにより、停電起動時に自立起動用電源の残量が切れる前に起動することができるため、停電起動時に、自立起動用電源の残量が不足して、起動できない回数を低減することができる。
【００３４】
第６の発明は、特に第５の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、ＣＯ低減器の温度が第２上限温度以上である場合で、且つ、自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００３５】
これにより、停電起動時に自立起動用電源の残量が切れる前に起動することができるため、ＣＯ低減器温度が過剰に高い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。
【００３６】
第７の発明は、特に、第５又は第６のいずれか１つの発明において、制御器が、停電起動時に、ＣＯ低減器の温度が第２下限温度より低い第５下限温度未満である場合は、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御するものである。
【００３７】
これにより、停電起動時にＣＯ低減器温度が、適正温度範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池が許容できない一酸化炭素濃度のガスが燃料電池に流れ込むことを防げるため、燃料電池の劣化を抑制できる。
【００３８】
第８の発明は、特に、第７の発明において、制御器が、停電起動時に、ＣＯ低減器の温度が第２上限温度より高い第５上限温度以上である場合は、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御するものである。
【００３９】
これにより、ＣＯ低減器温度が、適正温温度範囲を外れて過剰に高くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、停電起動時に燃料電池が許容できない一酸化炭素濃度のガスが燃料電池に流れ込むことを防げるため、燃料電池の劣化を抑制できる。
【００４０】
第９の発明は、特に、第３又は第４のいずれか１つの発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、選択酸化器の温度が第２下限温度未満、及び、変成器の温度が第４下限温度未満のうちの少なくとも一方である場合で、且つ、自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００４１】
これにより、停電起動時に自立起動用電源の残量が切れる前に起動することができるため、選択酸化器温度及び変成器温度が過剰に高い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。
【００４２】
第１０の発明は、特に、第９の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、選択酸化器の温度が第２上限温度以上、及び、変成器の温度が第４上限温度以上のうちの少なくとも一方である場合で、且つ、自立起動用電源の残量が、第１残量以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するよう制御するものである。
【００４３】
これにより、選択酸化器温度及び変成器温度が過剰に高い状態から起動したとしても、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【００４４】
第１１の発明は、特に、第１０の発明において、制御器が、停電起動時に、選択酸化器の温度が第２下限温度より低い第５下限温度未満、又は、変成器の温度が第４下限温度より低い第６下限温度未満である場合は、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御するものである。
【００４５】
これにより、選択酸化器及び変成器の温度が、適正範囲を外れて過剰に低く、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、停電起動時に燃料電池が許容できない一酸化炭素濃度のガスが燃料電池に流れ込むことを防げるため、燃料電池の劣化を抑制できる。
【００４６】
第１２の発明は、特に第１１の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、選択酸化器の温度が第１上限温度より高い第５上限温度以上、又は、変成器の温度が第４上限温度より高い第６上限温度以上である場合は、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始しないよう制御するものである。
【００４７】
これにより、選択酸化器及び変成器の温度が、適正範囲を外れて過剰に高く、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、停電起動時に燃料電池が許容できない一酸化炭素濃度のガスが燃料電池に流れ込むことを防げるため、燃料電池の劣化を抑制できる。
【００４８】
第１３の発明は、特に、第１の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、自立起動用電源の残量に応じて、第２下限温度の値を補正するものである。
【００４９】
これにより、ＣＯ低減器の水素含有ガス供給開始の下限温度条件を、自立起動用電源の残量に応じた適正な値に調整でき、ＣＯ低減器温度が所定温度に到達するまでに自立起動用電源の残量が不足して、起動できなくなることを防ぐことができるため、停電時の起動失敗を防ぐことができる。
【００５０】
第１４の発明は、特に、第２の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、自立起動用電源の残量に応じて、第２上限温度の値を補正するものである。
【００５１】
これにより、ＣＯ低減器の水素含有ガス供給開始の上限温度条件を、自立起動用電源の残量に応じた適正な値に調整でき、ＣＯ低減器温度が所定温度に到達するまでに自立起動用電源の残量が不足して、起動できなくなることを防ぐことができるため、停電時の起動失敗を防ぐことができる。
【００５２】
第１５の発明は、特に、第３の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、自立起動用電源の残量に応じて、第２下限温度および第４下限温度の値を補正するものである。
【００５３】
これにより、選択酸化器と変成器の水素含有ガス供給開始の下限温度条件を、それぞれ自立起動用電源の残量に応じた適正な値に調整でき、選択酸化器及び変成器の温度が所定温度に到達するまでに自立起動用電源の残量が不足して、起動できなくなることを防ぐことができるため、停電時の起動失敗を防ぐことができる。
【００５４】
第１６の発明は、特に、第４の発明において、制御器が、自立起動用電源の残量を検知し、停電起動時に、自立起動用電源の残量に応じて、第２上限温度および第４上限温度の値を補正するものである。
【００５５】
これにより、選択酸化器と変成器の水素含有ガス供給開始の上限温度条件を、それぞれ自立起動用電源の残量に応じた適正な値に調整でき、選択酸化器及び変成器の温度が所定温度に到達するまでに自立起動用電源の残量が不足して、起動できなくなることを防ぐことができるため、停電時の起動失敗を防ぐことができる。
【００５６】
第１７の発明は、特に第１〜第１６のいずれか１つの発明において、制御器が、停電起動の回数を記憶し、停電起動の回数が所定の回数を上回った場合に、停電起動を行わず、通常起動を行うよう制御するものである。
【００５７】
これにより、停電起動を繰り返すことによる、燃料電池への一酸化炭素による蓄積負荷が、燃料電池の許容負荷を超えることを防げるため、燃料電池の劣化を抑制できる。
【００５８】
第１８の発明は、特に、第１〜第１６のいずれか１つの発明において、制御器が、燃料電池の通常運転時の最大発電量が第１発電量以下となった場合に、停電起動を行わず、通常起動を行うよう制御するものである。
【００５９】
これにより、燃料電池の発電量から燃料電池の劣化度合を推定でき、燃料電池の劣化度合が一定量を超えた場合には、燃料電池へ一酸化炭素濃度の高いガスを燃料電池へ送らないことで、燃料電池システムの信頼性を維持できる。
【００６０】
第１９の発明は、特に、第１〜第１６のいずれか１つの発明において、制御器が、燃料電池システムの運転時間を記憶し、燃料電池システムの累積運転時間が第１時間以上となった場合に、停電起動を行わず、通常起動を行うよう制御するものである。
【００６１】
これにより、燃料電池システムの運転時間から、燃料電池の劣化度合を推定でき、燃料電池の劣化度合が一定量を超えた場合には、燃料電池へ一酸化炭素濃度の高いガスを燃料電池へ送らないことで、燃料電池システムの信頼性を維持できる。
【００６２】
第２０の発明は、特に第１〜第１９のいずれか１つの発明において、水素生成装置は、原料及び水素含有ガスのうちの少なくとも一方を燃焼して、改質器又はＣＯ低減器を加熱する燃焼器を備え、制御器は、通常起動時に、燃焼器が第１加熱量で改質器又はＣＯ低減器を加熱するよう制御し、停電起動時に、燃焼器が第１加熱量より大きい第２加熱量で改質器又はＣＯ低減器を加熱するよう制御するものである。
【００６３】
これにより、停電起動時は、通常起動時より大きい加熱量で加熱して、ＣＯ低減器の温度上昇速度を増加させることができるため、自立起動用電源の消費電力量を少なくして起動することができる。
【００６４】
第２１の発明は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置と、系統電源を用いずに起動する場合に用いる自立起動用電源と、水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、自立起動用電源からの電力を使用して起動し、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度より低い第２下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えた、燃料電池システムの運転方法である。
【００６５】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より
大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【００６６】
第２２の発明は、特に、第２１の発明において、通常起動時に、ＣＯ低減器の温度が第１下限温度より高い第１上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、停電起動時に、ＣＯ低減器の温度が第１上限温度より高い第２上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えるものである。
【００６７】
これにより、停電起動時に、水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、水素含有ガス供給開始温度条件に上限値を設けることで、ＣＯ低減器において、さらに適正な触媒温度範囲での一酸化炭素低減反応を行えるため、より適正な一酸化炭素濃度のガスを供給することができる。
【００６８】
第２３の発明は、特に、第２１又は第２２のいずれか１つの発明において、ＣＯ低減器が、変成器及び選択酸化器を備え、通常起動時に、少なくとも系統電源から電力供給して起動し、変成器の温度が第３下限温度以上となり、且つ、選択酸化器の温度が第１下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、系統電源からの電力供給が得られない停電起動時に、自立起動用電源からの電力を使用して起動し、変成器の温度が第３下限温度より低い第４下限温度以上となり、且つ、選択酸化器の温度が第２下限温度以上となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えるものである。
【００６９】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器および選択酸化器の両方の温度に基づいて制御するため、より精度よく一酸化炭素濃度を制御することができる。
【００７０】
第２４の発明は、特に、第２３の発明において、通常起動時に、変成器の温度が、第３下限温度より高い第３上限温度以下となり、且つ、選択酸化器の温度が、第１上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、停電起動時に、変成器の温度が第３上限温度より高い第４上限温度以下となり、又は、選択酸化器の温度が第２上限温度以下となった場合に、水素生成装置から燃料電池への水素含有ガスの供給を開始するステップと、を備えるものである。
【００７１】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【００７２】
さらに、水素含有ガス供給開始温度条件に上限値を設けることで、変成器および選択酸化器において、さらに適正な触媒温度範囲での一酸化炭素低減反応を行えるため、より適正な一酸化炭素濃度のガスを供給することができる。
【００７３】
以下、本発明を、実施の形態で、さらに詳しく説明するが、本発明が、これら実施の形態により制限されないことは勿論である。
【００７４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００７５】
図１において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【００７６】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。なお、水量調整は、ポンプの操作量に基づいて行ってもよい。
【００７７】
ＣＯ低減器１１は、ここでは、改質器１から出た水素含有ガス中のＣＯを選択酸化反応により低減させる選択酸化反応器とするが、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器であってもよい。ＣＯ低減器温度検知器１２は、サーミスタによって構成され、ＣＯ低減器１１の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、ＣＯ低減器１１へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【００７８】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８はＣＯ低減器１１から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【００７９】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、ＣＯ低減器１１と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【００８０】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【００８１】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【００８２】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【００８３】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって、行われる。
【００８４】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【００８５】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、
空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【００８６】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【００８７】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【００８８】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【００８９】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【００９０】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について、詳しく説明する。
【００９１】
図２は、本発明の実施の形態１の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャートである。
【００９２】
水素含有ガスの供給開始判定は、図２のフローチャートに従って行われる。
【００９３】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ１００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ１０１）。判定の結果、通常起動の場合には、改質器１をＱ１で加熱する（Ｓ１２２）。そして、ＣＯ低減器温度が第１下限温度であれば（Ｓ１１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ１０６）。ＣＯ低減器温度をＴCO、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１は１５０℃とする。
【００９４】
Ｓ１０１で判定の結果、停電起動の場合には、Ｓ１２１で加熱器４による加熱量を第２加熱量に変更する（改質器１を加熱器４により第２加熱量で加熱する）。第２加熱量をＱ２とし、Ｑ２は、Ｑ１の５００Ｗより大きい７００Ｗとする。
【００９５】
これにより、停電起動時には、通常起動時より加熱量が大きくなるため、ＣＯ低減器１１の温度上昇速度を増加させることができ、自立起動用電源５１の消費電力量を少なくして起動することができる。
【００９６】
Ｓ１２１の次に、Ｓ１０３に移行し、自立起動用電源５１の残量が第１残量以下かどうかを判定する。自立起動用電源５１の残量をＢとし、第１残量をＢ１とし、Ｂ１は２００Ｗｈとする。
【００９７】
Ｓ１０３で、Ｂ＞Ｂ１の場合は、Ｓ１０４に移行し、ＴCOがＴ１より低い第２下限温度以上であれば、Ｓ１０２に移行する。第２下限温度をＴ２とし、Ｔ２は１３０℃とする。
【００９８】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【００９９】
Ｓ１０４で、ＴCOがＴ２より低い場合はＳ１０１に戻る。
【０１００】
これにより、停電起動時にＣＯ低減器温度が、適正温度範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０１０１】
Ｓ１０３で、Ｂ≦Ｂ１の場合は、Ｓ１０５に移行し、ＴCOが第２温度より低い第５温度以上であれば、Ｓ１０２に移行する。第５温度をＴ５とし、Ｔ５は１２０℃とする。
【０１０２】
これにより、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が切れる前に起動することができるため、ＣＯ低減器温度が過剰に低い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。
【０１０３】
Ｓ１０５で、ＴCOがＴ５より低い場合は、Ｓ１０１に戻る。
【０１０４】
これにより、停電起動時にＣＯ低減器温度が、適正温度範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０１０５】
Ｓ１０４又はＳ１０５からＳ１０２に移行した場合は、停電起動での起動回数が所定の起動回数Ａ以下かどうかを判定する。停電起動回数をｘとし、所定起動回数Ａは燃料電池１５０が停電起動により劣化しない回数であり、Ａは３０とする。
【０１０６】
ｘ≦Ａのとき、水素含有ガスの供給を開始する。ｘ＞Ａのとき、通常起動に移行する。
【０１０７】
これにより、停電起動を繰り返すことによる燃料電池１５０への一酸化炭素による蓄積負荷が、燃料電池１５０の許容負荷を超えることを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０１０８】
なお、Ｓ１０２は、燃料電池１５０の累積運転時間が所定の時間以下であった場合に、通常起動に移行するようにしてもよい。
【０１０９】
なお、本実施の形態では、加熱器４を燃焼器とした場合を説明したが、加熱器４はヒーターであっても、同様の効果が得られる。
【０１１０】
以上のように、実施の形態１における燃料電池システム２００は、停電起動時に加熱器４による加熱量が増加して、ＣＯ低減器１１の温度上昇速度を増加させることができる上に、水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【０１１１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成は、図１に示された実施の形態１と同様である。
【０１１２】
実施の形態１と異なるのは、ＣＯ低減器１１の水素含有ガス供給開始温度条件に上限を設けることであり、水素含有ガス供給開始温度条件に上限値を設けることで、ＣＯ低減器１１において、さらに適正な触媒温度範囲での一酸化炭素低減反応を行えるため、より適正な一酸化炭素濃度のガスを供給することができる。その他、構成要素については、実施
の形態１と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０１１３】
図１において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０１１４】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０１１５】
ＣＯ低減器１１は、ここでは、改質器１から出た水素含有ガス中のＣＯを選択酸化反応により低減させる選択酸化反応器とするが、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器であってもよい。ＣＯ低減器温度検知器１２は、サーミスタによって構成され、ＣＯ低減器１１の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、ＣＯ低減器１１へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０１１６】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８はＣＯ低減器１１から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０１１７】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、ＣＯ低減器１１と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０１１８】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０１１９】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０１２０】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０１２１】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって、行われる。
【０１２２】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０１２３】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、
空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０１２４】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０１２５】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０１２６】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０１２７】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０１２８】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について、詳しく説明する。
【０１２９】
図３は、本発明の実施の形態２の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャートである。
【０１３０】
水素含有ガスの供給開始判定は、図３のフローチャートに従って行われる。
【０１３１】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ２００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ２０１）。判定の結果、通常起動の場合には、ＣＯ低減器温度が、第１下限温度以上で、且つ、第１上限温度以下であれば（Ｓ２１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ２０６）。ＣＯ低減器温度をＴCO、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１５５℃、第１上限温度をＴ１１とし、Ｔ１１は２００℃とする。
【０１３２】
Ｓ２０１で判定の結果、停電起動の場合には、Ｓ２０２に移行し、前回運転時の燃料電池１５０の最大発電量が第１発電量以下かどうかを判定する。燃料電池１５０の最大発電量をＷMAX、第１発電量をＷ１とし、Ｗ１は６００Ｗとする。
【０１３３】
ＷMAX≦Ｗ１のとき、通常起動（Ｓ２１１）に移行する。
【０１３４】
これにより、燃料電池１５０の発電量から燃料電池１５０の劣化度合を推定でき、燃料電池１５０の劣化度合が一定量を超えた場合には、燃料電池１５０へ一酸化炭素濃度の高いガスを燃料電池１５０へ送らないことで、燃料電池システム２００の信頼性を維持できる。
【０１３５】
Ｓ２０２で、ＷMAX＞Ｗ１の場合は、Ｓ２０３に移行し、自立起動用電源５１の残量が第１残量以下かどうかを判定する。自立起動用電源５１の残量をＢとし、第１残量をＢ１とし、Ｂ１は５０Ｗｈとする。
【０１３６】
Ｓ２０３で、Ｂ＞Ｂ１の場合は、Ｓ２０４に移行し、ＴCOが第２下限温度以上で、且つＴ１１より高い第２上限温度以下の場合は、水素含有ガスの供給を開始する。第２下限温度をＴ２とし、Ｔ２を１３５℃、第２上限温度をＴ１２とし、Ｔ１２は２２０℃とする。
【０１３７】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より
大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて短縮することができる。
【０１３８】
また、水素含有ガス供給開始温度条件の下限値と上限値を設けることで、ＣＯ低減器１１において、さらに適正な触媒温度範囲での一酸化炭素低減反応を行えるため、より適正な一酸化炭素濃度のガスを供給することができる。
【０１３９】
Ｓ２０４で、ＴCOがＴ２より低い、又は、Ｔ１２より高い場合は、Ｓ２０１に戻る。
【０１４０】
Ｓ２０３で、Ｂ≦Ｂ１の場合は、Ｓ２０５に移行し、ＴCOが第５下限温度以上第５上限温度以下であれば、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ２０６）。ここで、第５下限温度をＴ５とし、Ｔ５を１２５℃、第５上限温度をＴ１５とし、Ｔ１５は２５０℃とする。
【０１４１】
これにより、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が切れる前に起動することができるため、ＣＯ低減器温度が過剰に低い又は高い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。
【０１４２】
Ｓ２０５で、ＴCOがＴ５より低い、又は、Ｔ１５より高い場合は、Ｓ２０１に戻る。
【０１４３】
これにより、停電起動時にＣＯ低減器温度が適正温度範囲を外れ過剰に低いまたは高い状態なり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０１４４】
以上のように、実施の形態２における燃料電池システム２００は、停電起動時に、水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができ、水素含有ガス供給開始の下限と上限の条件を設けることで、一酸化炭素濃度をより適正な範囲に抑えることができるため、実施の形態１と比べて、燃料電池１５０への負荷を軽減できる。
【０１４５】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０１４６】
実施の形態３の燃料電池システム２００は、ＣＯ低減器１１を、水素含有ガス中のＣＯをシフト反応で低減する変成器１３と、選択酸化反応で低減する選択酸化器１５とで構成した点で、図１に示す実施の形態１の燃料電池システム２００と大きく異なる。
【０１４７】
それに伴い、選択酸化用空気供給器６が選択酸化器１５に選択酸化用空気を供給し、変成器温度検知器１４によって変成器１３の温度を検知し、選択酸化器温度検知器１６によって選択酸化器１５の温度を検知するように構成している。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０１４８】
図４において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０１４９】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、
水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０１５０】
変成器１３は、改質器１から出た水素含有ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をシフト反応により低減させる。変成器温度検知器１４は、熱電対によって構成され、変成器１３の触媒温度を検知する。
【０１５１】
選択酸化器１５は、変成器１３の下流に設置され、選択酸化反応により一酸化炭素（ＣＯ）をさらに低減させる。選択酸化器温度検知器１６は、選択酸化器１５の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、選択酸化器１５へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０１５２】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８は選択酸化器１５から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０１５３】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、選択酸化器１５と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０１５４】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０１５５】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０１５６】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０１５７】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって行われる。
【０１５８】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０１５９】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０１６０】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱
される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０１６１】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０１６２】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０１６３】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０１６４】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について、詳しく説明する。
【０１６５】
図５は、本発明の実施の形態３の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャートである。
【０１６６】
水素含有ガスの供給開始判定は、図５のフローチャートに従って行われる。
【０１６７】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ３００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ３０１）。判定の結果、通常起動の場合には、選択酸化器温度が、第１下限温度以上、且つ、変成器温度が第３下限温度以上の条件を満たした場合（Ｓ３１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ３０６）。
【０１６８】
選択酸化器温度をＴP、変成器温度をＴS、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１４５℃、第３下限温度をＴ３とし、Ｔ３は２００℃とする。
【０１６９】
Ｓ３０１で判定した結果、停電起動の場合は、Ｓ３０３に移行し、自立起動用電源５１の残量が第１残量以下かどうかを判定する。自立起動用電源５１の残量をＢ、第１残量をＢ１とし、Ｂ１は１００Ｗｈとする。
【０１７０】
Ｓ３０３で、Ｂ＞Ｂ１の場合は、Ｓ３０４に移行し、ＴPが第２下限温度以上、且つＴSがＴ３より低い第４下限温度以上の場合は、Ｓ３０２に移行する。第２下限温度をＴ２とし、Ｔ２を１３０℃、第４下限温度をＴ４とし、Ｔ４は１８０℃とする。
【０１７１】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器１３および選択酸化器１５の両方の温度に基づいて制御を行うため、より精度よく一酸化炭素濃度を制御することができる。
【０１７２】
Ｓ３０４で、ＴPがＴ２より低い、又は、ＴSがＴ４より低い場合は、Ｓ３０１に戻る。
【０１７３】
Ｓ３０３で、Ｂ≦Ｂ１の場合は、Ｓ３０５に移行し、ＴPが第５下限温度以上、且つ、ＴSがＴ４より低い第６下限温度以上であれば、Ｓ３０２に移行する。第５下限温度をＴ５とし、Ｔ５を１１５℃、第６下限温度をＴ６とし、Ｔ６は１６０℃とする。
【０１７４】
これにより、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が切れる前に起動することができるため、選択酸化器温度及び変成器温度が過剰に低い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が不足して起動できない回数を低減することができ
る。ＴPがＴ５より低い、又はＴSがＴ６より低い場合は、Ｓ３０１に戻る。
【０１７５】
これにより、停電起動時に選択酸化器１５の選択酸化器温度及び変成器１３の変成器温度が、適正温度範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０１７６】
Ｓ３０４又はＳ３０５からＳ３０２に移行した場合は、燃料電池１５０の累積運転時間が第１時間以下かどうかを判定する。燃料電池１５０の累積運転時間をｔTOTAL、第１時間をｔ１とし、ｔ１は５００００時間とする。
【０１７７】
Ｓ３０２で、ｔTOTAL≦ｔ１のときは、水素含有ガスの供給を開始する。また、Ｓ３０２で、ｔTOTAL＞ｔ１のときは、通常起動（Ｓ３１１）に移行する。
【０１７８】
これにより、燃料電池システム２００の運転時間から水素生成装置１００の劣化度合を推定でき、水素生成装置１００の劣化により一酸化炭素濃度が高くなった場合に、停電起動時に、燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０１７９】
なお、Ｓ３０２は、停電起動の回数が所定の回数を上回った場合に通常起動に移行するようにしてもよい。
【０１８０】
以上のように、実施の形態３における燃料電池システム２００は、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器１３および選択酸化器１５の両方の温度が、所定の温度範囲に入った場合に、水素含有ガスを供給するため、燃料電池１５０の劣化をより抑えることができる。
【０１８１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成は、図４に示された実施の形態３と同様である。
【０１８２】
実施の形態３と異なるのは、変成器温度および選択酸化器温度について少なくともどちらか一方が条件を満たせば、水素含有ガス供給開始が可能とする点であり、これにより、より多く燃料電池システム２００を起動でき、停電時の電力供給が可能となる。その他の構成要素については、実施の形態３と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０１８３】
図４において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０１８４】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０１８５】
変成器１３は、改質器１から出た水素含有ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をシフト反応により低減させる。変成器温度検知器１４は、熱電対によって構成され、変成器１３の触媒温度を検知する。
【０１８６】
選択酸化器１５は、変成器１３の下流に設置され、選択酸化反応により一酸化炭素（ＣＯ）をさらに低減させる。選択酸化器温度検知器１６は、選択酸化器１５の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、選択酸化器１５へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０１８７】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８は選択酸化器１５から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０１８８】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、選択酸化器１５と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０１８９】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０１９０】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０１９１】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０１９２】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって行われる。
【０１９３】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０１９４】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０１９５】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０１９６】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０１９７】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、
改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０１９８】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０１９９】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について詳しく説明する。
【０２００】
図６は、本発明の実施の形態４の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャートである。
【０２０１】
水素含有ガスの供給開始判定は、図６のフローチャートに従って行われる。
【０２０２】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ４００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ４０１）。判定の結果、通常起動の場合には、選択酸化器温度が、第１下限温度以上、又は、変成器温度が第３下限温度以上のうち少なくとも一方の条件を満たした場合（Ｓ４１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ４０６）。
【０２０３】
選択酸化器温度をＴP、変成器温度をＴS、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１４５℃、第３下限温度をＴ３とし、Ｔ３を２００℃とする。
【０２０４】
Ｓ４０１で判定した結果、停電起動の場合は、Ｓ４０３に移行し、自立起動用電源５１の残量が第１残量以下かどうかを判定する。自立起動用電源５１の残量をＢ、第１残量をＢ１とし、Ｂ１は２００Ｗｈとする。
【０２０５】
Ｓ４０３で、Ｂ＞Ｂ１の場合は、Ｓ４０４に移行し、ＴPが第２下限温度以上、又は、ＴSが第４下限温度以上のうち少なくとも一方の条件を満たした場合は、Ｓ４０２に移行する。第２下限温度をＴ２とし、Ｔ２を１３０℃、第４下限温度をＴ４とし、Ｔ４を１８０℃とする。
【０２０６】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器温度および選択酸化器温度について少なくともどちらか一方が条件を満たせば、水素含有ガス供給開始が可能とするため、実施の形態３より多く燃料電池システム２００を起動できる。
【０２０７】
Ｓ４０４で、ＴPがＴ２より低い、且つ、ＴSがＴ４より低い場合は、Ｓ４０１に戻る。
【０２０８】
Ｓ４０３で、Ｂ≦Ｂ１の場合は、Ｓ４０５に移行し、ＴPが第５下限温度以上、又は、ＴSが第６下限温度以上のうち少なくとも一方の条件を満たした場合は、Ｓ４０２に移行する。第５下限温度をＴ５とし、Ｔ５を１１５℃、第６下限温度をＴ６とし、Ｔ６を１６０℃とする。
【０２０９】
これにより、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が切れる前に起動することができるため、選択酸化器温度及び変成器温度が過剰に低い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。ＴPがＴ５より低い、且つ、ＴSがＴ６より低い場合は、Ｓ４０１に戻る。
【０２１０】
これにより、停電起動時に選択酸化器１５の選択酸化器温度及び変成器１３の変成器温度が、適正範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、停電起
動時に燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０２１１】
Ｓ４０４又はＳ４０５からＳ４０２に移行した場合は、燃料電池１５０の累積運転時間が第１時間以下かどうかを判定する。燃料電池１５０の累積運転時間をｔTOTAL、第１時間をｔ１とし、ｔ１は５００００時間とする。
【０２１２】
Ｓ４０２で、ｔTOTAL≦ｔ１のときは、水素含有ガスの供給を開始する。また、Ｓ４０２で、ｔTOTAL＞ｔ１のときは、通常起動（Ｓ４１１）に移行する。
【０２１３】
これにより、燃料電池システム２００の運転時間から燃料電池１５０の劣化度合を推定でき、燃料電池１５０の劣化度合が一定量を超えた場合には、燃料電池１５０へ一酸化炭素濃度の高いガスを燃料電池１５０へ送らないことで、燃料電池システム２００の信頼性を維持できる。
【０２１４】
なお、Ｓ４０２は、停電起動の回数が所定の回数を上回った場合に通常起動に移行するようにしてもよい。
【０２１５】
以上のように、実施の形態４における燃料電池システム２００は、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて短縮することができる上に、変成器１３および選択酸化器１５のどちらか一方の温度が所定の温度範囲に入った場合に水素含有ガスを供給するため、燃料電池システム２００の起動回数を実施の形態３と比べて多くすることができる。
【０２１６】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成は、図４に示された実施の形態３と同様である。実施の形態５における燃料電池システムの構成要素については、実施の形態３と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０２１７】
図４において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０２１８】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０２１９】
変成器１３は、改質器１から出た水素含有ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をシフト反応により低減させる。変成器温度検知器１４は、熱電対によって構成され、変成器１３の触媒温度を検知する。
【０２２０】
選択酸化器１５は、変成器１３の下流に設置され、選択酸化反応により一酸化炭素（ＣＯ）をさらに低減させる。選択酸化器温度検知器１６は、選択酸化器１５の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、選択酸化器１５へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０２２１】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８は選択酸化器１５から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体
高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０２２２】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、選択酸化器１５と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０２２３】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０２２４】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０２２５】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０２２６】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって行われる。
【０２２７】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０２２８】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０２２９】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０２３０】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０２３１】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０２３２】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０２３３】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について、詳しく説明する。
【０２３４】
図７は、本発明の実施の形態５の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャートである。
【０２３５】
水素含有ガスの供給開始判定は、図７のフローチャートに従って行われる。
【０２３６】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ５００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ５０１）。判定の結果、通常起動の場合には、選択酸化器温度が、第１下限温度以上で第１上限温度以下、且つ、変成器温度が第３下限温度以上で第３上限温度以下の条件を満たした場合（Ｓ５１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ５０６）。
【０２３７】
ここで、選択酸化器温度をＴP、変成器温度をＴS、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１６０℃、第１上限温度をＴ１１とし、Ｔ１１を２００℃、第３下限温度をＴ３とし、Ｔ３を２２０℃、第３上限温度をＴ１３とし、Ｔ１３は２９０℃とする。
【０２３８】
Ｓ５０１で判定した結果、停電起動の場合は、Ｓ５０３に移行し、自立起動用電源５１の残量が第１残量以下かどうかを判定する。自立起動用電源５１の残量をＢ、第１残量をＢ１とし、Ｂ１は１０００Ｗｈとする。
【０２３９】
Ｓ５０３で、Ｂ＞Ｂ１の場合は、Ｓ５０４に移行し、ＴPが第２下限温度以上で第２上限温度以下、且つ、ＴSが第４下限温度以上でＴ１３より高い第４上限温度以下の条件を満たしたときは、Ｓ５０２に移行する。第２下限温度をＴ２とし、Ｔ２を１３０℃、第２上限温度をＴ１２とし、Ｔ１２を２２０℃、第４下限温度をＴ４とし、Ｔ４を２３０℃、第４上限温度をＴ１４とし、Ｔ１４は３１０℃とする。
【０２４０】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【０２４１】
Ｓ５０４で、ＴPがＴ２より低い、又は、ＴPがＴ１２より高い、又は、ＴSがＴ４より低い、又は、ＴSがＴ１４より高い場合は、Ｓ５０１に戻る。
【０２４２】
Ｓ５０３で、Ｂ≦Ｂ１の場合は、Ｓ５０５に移行し、ＴPが第５下限温度以上で第５上限温度以下、且つ、ＴSが第６下限温度以上でＴ１４より高い第６上限温度以下の条件を満たしたとき、Ｓ５０２に移行する。第５下限温度をＴ５とし、Ｔ５を１２０℃、第５上限温度をＴ１５とし、Ｔ１５を２３０℃、第６下限温度をＴ６とし、Ｔ６を２１０℃、第６上限温度をＴ１６とし、Ｔ１６は３３０℃とする。
【０２４３】
これにより、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が切れる前に起動することができるため、選択酸化器温度及び変成器温度が過剰に高い又は低い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。
【０２４４】
Ｓ５０５で、ＴPがＴ５より低い、又は、ＴPがＴ１５より高い、又は、ＴSがＴ６より低い、又は、ＴSがＴ１６より高い場合は、Ｓ５０１に戻る。
【０２４５】
これにより、停電起動時に選択酸化器温度及び変成器温度が、適正温度範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池１５０が許容できない一酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０２４６】
Ｓ５０４又はＳ５０５からＳ５０２に移行した場合は、前回運転時の燃料電池１５０の最大発電量が第１発電量以下かどうかを判定する。ここで、燃料電池１５０の最大発電量をＷMAX、第１発電量をＷ１とし、Ｗ１は６００Ｗとする。
【０２４７】
Ｓ５０２で、ＷMAX＞Ｗ１のときは、水素含有ガスの供給を開始する。また、Ｓ５０２で、ＷMAX≦Ｗ１のときは、通常起動（Ｓ５１１）に移行する。
【０２４８】
これにより、燃料電池１５０の発電量から燃料電池１５０の劣化度合を推定でき、燃料電池１５０の劣化度合が一定量を超えた場合には、燃料電池１５０へ一酸化炭素濃度の高いガスを燃料電池１５０へ送らないことで、燃料電池システム２００の信頼性を維持できる。
【０２４９】
以上のように、実施の形態５における燃料電池システム２００は、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器１３および選択酸化器１５の両方の温度が所定の温度範囲に入った場合に水素含有ガスを供給するため、より精度よく一酸化炭素濃度を抑えたガスを燃料電池１５０に供給でき、温度条件において下限と上限の条件を設けることで、一酸化炭素濃度を、より適正な範囲に抑えることができるため、燃料電池１５０への負荷をさらに軽減できる。
【０２５０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６における燃料電池システムの構成は、図４に示された実施の形態３、実施の形態５と同様である。実施の形態５と異なるのは、変成器温度および選択酸化器温度について、少なくともどちらか一方が条件を満たせば、水素含有ガス供給開始が可能とする点であり、これにより、より多く燃料電池システム２００を起動でき、停電時の電力供給が可能となる。
【０２５１】
その他の構成要素については、実施の形態３における燃料電池システム２００の構成要素と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０２５２】
図４において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０２５３】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０２５４】
変成器１３は、改質器１から出た水素含有ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をシフト反応により低減させる。変成器温度検知器１４は、熱電対によって構成され、変成器１３の触媒温度を検知する。
【０２５５】
選択酸化器１５は、変成器１３の下流に設置され、選択酸化反応により一酸化炭素（ＣＯ）をさらに低減させる。選択酸化器温度検知器１６は、選択酸化器１５の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、選択酸化器１５へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０２５６】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５
０に供給される。水素供給路８は選択酸化器１５から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０２５７】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、選択酸化器１５と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０２５８】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０２５９】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０２６０】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０２６１】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって行われる。
【０２６２】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０２６３】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０２６４】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０２６５】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０２６６】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０２６７】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０２６８】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について、詳しく説明する。
【０２６９】
図８は、本発明の実施の形態６の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始判定に関するフローチャートである。
【０２７０】
水素含有ガスの供給開始判定は、図８のフローチャートに従って行われる。
【０２７１】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ６００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ６０１）。判定の結果、通常起動の場合には、選択酸化器温度が、第１下限温度以上で第１上限温度以下、又は、変成器温度が第３下限温度以上で第３上限温度以下のうち少なくとも一方の条件を満たした場合（Ｓ６１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ６０６）。
【０２７２】
ここで、選択酸化器温度をＴP、変成器温度をＴS、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１６０℃、第１上限温度をＴ１１とし、Ｔ１１を２００℃、第３下限温度をＴ３とし、Ｔ３を２２０℃、第３上限温度をＴ１３とし、Ｔ１３は２９０℃とする。
【０２７３】
Ｓ６０１で判定した結果、停電起動の場合は、Ｓ６０３に移行し、自立起動用電源５１の残量が第１残量以下かどうかを判定する。自立起動用電源５１の残量をＢ、第１残量をＢ１とし、Ｂ１は５００Ｗｈとする。
【０２７４】
Ｓ６０３で、Ｂ＞Ｂ１の場合は、Ｓ６０４に移行し、ＴPが第２下限温度以上で第２上限温度以下、又は、ＴSが第４下限温度以上でＴ１３より高い第４上限温度以下のうち少なくとも一方の条件を満たしたときは、Ｓ６０２に移行する。第２下限温度をＴ２とし、Ｔ２を１３０℃、第２上限温度をＴ１２とし、Ｔ１２を２２０℃、第４下限温度をＴ４とし、Ｔ４を２３０℃、第４上限温度をＴ１４とし、Ｔ１４は３１０℃とする。
【０２７５】
これにより、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる。
【０２７６】
Ｓ６０４で、（ＴPがＴ２より低い、又は、ＴPがＴ１２より高い）、且つ、（ＴSがＴ４より低い、又は、ＴSがＴ１４より高い）場合は、Ｓ６０１に戻る。
【０２７７】
Ｓ６０３で、Ｂ≦Ｂ１の場合は、Ｓ６０５に移行し、ＴPが第５下限温度以上で第５上限温度以下、又は、ＴSが第６下限温度以上でＴ１４より高い第６上限温度以下のうち少なくとも一方の条件を満たしたとき、Ｓ６０２に移行する。ここで、第５下限温度をＴ５とし、Ｔ５を１２０℃、第５上限温度をＴ１５とし、Ｔ１５を２３０℃、第６下限温度をＴ６とし、Ｔ６を２１０℃、第６上限温度をＴ１６とし、Ｔ１６は３３０℃とする。
【０２７８】
これにより、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が切れる前に起動することができるため、選択酸化器温度及び変成器温度が過剰に高い又は低い状態から起動を行ったとしても、停電起動時に自立起動用電源５１の残量が不足して起動できない回数を低減することができる。
【０２７９】
Ｓ６０５で、（ＴPがＴ５より低い、又は、ＴPがＴ１５より高い）、且つ、（ＴSがＴ６より低い、又は、ＴSがＴ１６より高い）場合は、Ｓ６０１に戻る。
【０２８０】
これにより、停電起動時に選択酸化器温度及び変成器温度が、適正温度範囲を外れて過剰に低くなり、一酸化炭素濃度が高くなった場合でも、燃料電池１５０が許容できない一
酸化炭素濃度のガスが、燃料電池１５０に流れ込むことを防げるため、燃料電池１５０の劣化を抑制できる。
【０２８１】
Ｓ６０４又はＳ６０５からＳ６０２に移行した場合は、前回運転時の燃料電池１５０の最大発電量が第１発電量以下かどうかを判定する。ここで、燃料電池１５０の最大発電量をＷMAX、第１発電量をＷ１とし、Ｗ１は６００Ｗとする。
【０２８２】
Ｓ６０２で、ＷMAX＞Ｗ１のときは、水素含有ガスの供給を開始する。また、Ｓ６０２で、ＷMAX≦Ｗ１のときは、通常起動（Ｓ６１１）に移行する。
【０２８３】
これにより、燃料電池１５０の発電量から燃料電池１５０の劣化度合を推定でき、燃料電池１５０の劣化度合が一定量を超えた場合には、燃料電池１５０へ一酸化炭素濃度の高いガスを燃料電池１５０へ送らないことで、燃料電池システム２００の信頼性を維持できる。
【０２８４】
以上のように、実施の形態６における燃料電池システム２００は、停電起動時に水素含有ガス供給開始可能な温度条件の幅が、通常起動より大きくなるため、停電起動開始からの水素含有ガス供給までの時間を、通常起動時の温度条件を用いたときと比べて、短縮することができる上に、変成器１３および選択酸化器１５のどちらか一方の温度が所定の温度範囲に入った場合に水素含有ガスを供給するため、燃料電池システム２００の起動回数を実施の形態５と比べて多くすることができる。
【０２８５】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７における燃料電池システムの構成は、図１に示された実施の形態１と同様である。実施の形態７における燃料電池システムの構成要素については、実施の形態１と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０２８６】
図１において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０２８７】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０２８８】
ＣＯ低減器１１は、ここでは、改質器１から出た水素含有ガス中のＣＯを選択酸化反応により低減させる選択酸化反応器とするが、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器であってもよい。ＣＯ低減器温度検知器１２は、サーミスタによって構成され、ＣＯ低減器１１の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、ＣＯ低減器１１へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０２８９】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８はＣＯ低減器１１から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０２９０】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、ＣＯ低減器１１と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０２９１】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０２９２】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０２９３】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０２９４】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって、行われる。
【０２９５】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０２９６】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を通って加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０２９７】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０２９８】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０２９９】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０３００】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０３０１】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について詳しく説明する。
【０３０２】
図９は、本発明の実施の形態７の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給開始条判定に関するフローチャートである。
【０３０３】
水素含有ガスの供給開始判定は、図９のフローチャートに従って行われる。
【０３０４】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ７００）後、停電起動かどうかを判定す
る（Ｓ７０１）。判定の結果、通常起動の場合は、ＣＯ低減器温度が、第１下限温度以上で第１上限温度以下の条件を満たした場合（Ｓ７１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ７０４）。ＣＯ低減器温度をＴCO、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１４０℃、第１上限温度をＴ１１とし、Ｔ１１を２００℃とする。
【０３０５】
Ｓ７０１で判定の結果、停電起動の場合は、Ｓ７０２に移行し、自立起動用電源５１の残量に応じて、第２下限温度Ｔ２および第２上限温度Ｔ１２の値を補正する。
【０３０６】
図１０は、本発明の実施の形態７の燃料電池システム２００における第２下限温度Ｔ２および第２上限温度Ｔ１２の補正のイメージを示している。
【０３０７】
図１０に示した通り、第２下限温度Ｔ２は、自立起動用電源５１の残量Ｂが大きいほど高くなり、第２上限温度Ｔ１２は、自立起動用電源５１の残量Ｂが大きいほど低くなる。ここで、Ｔ２の補正後の温度をＴ２´とし、Ｔ１２の補正後の温度をＴ１２´とする。
【０３０８】
Ｓ７０２での温度補正後にＳ７０３に移行し、ＴCOが、Ｔ２´以上Ｔ１２´以下の条件を満たした場合は、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ７０４）。
【０３０９】
以上のように、実施の形態７における燃料電池システム２００は、ＣＯ低減器１１の水素含有ガス供給開始の上限及び下限温度条件を、自立起動用電源５１の残量に応じた適正な値に調整でき、ＣＯ低減器温度が所定温度に到達するまでに自立起動用電源５１の残量が不足して起動できなくなることを防ぐことができるため、停電時の起動失敗を防ぐことができる。
【０３１０】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８における燃料電池システムの構成は、図４に示された実施の形態３と同様である。実施の形態８における燃料電池システムの構成要素については、実施の形態３と同様であるので、同一の符号及び用語を用いる。
【０３１１】
図４において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。ここで、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【０３１２】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、昇圧器によって構成される。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３はポンプによって構成され、水の流量を調整する。水量の調整は水流量検知器によって行う。
【０３１３】
変成器１３は、改質器１から出た水素含有ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をシフト反応により低減させる。変成器温度検知器１４は、熱電対によって構成され、変成器１３の触媒温度を検知する。
【０３１４】
選択酸化器１５は、変成器１３の下流に設置され、選択酸化反応により一酸化炭素（ＣＯ）をさらに低減させる。選択酸化器温度検知器１６は、選択酸化器１５の触媒温度を検知する。選択酸化用空気供給器６は、選択酸化器１５へ選択酸化用空気を供給するブロアである。
【０３１５】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５０に供給される。水素供給路８は選択酸化器１５から燃料電池１５０まで繋がっている。水素供給路８中に電磁弁で構成される封止器７がある。燃料電池１５０は、ここでは固体高分子型燃料電池とするが、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０３１６】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、選択酸化器１５と封止器７との間で水素供給路８から分岐して加熱器４に接続された燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【０３１７】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は、燃料電池１５０を経由し、燃料電池１５０から排出されたものを加熱器４に供給してもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。燃料供給器９はポンプによって構成される。空気供給器５は、ファンにより構成され、加熱器４に燃焼空気を供給する。
【０３１８】
自立起動用電源５１は、二次電池で構成され、少なくとも系統電源から電力を供給できない場合の電力源として燃料電池システム２００に電力を供給する。
【０３１９】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置であって、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、ここでは集中制御を行う単独の制御器で構成されているが、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。この点は、後述の他の実施の形態の制御器においても同様である。
【０３２０】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって行われる。
【０３２１】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７を閉止しているが、水素供給路８から分岐して延び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０が、ガス通気状態となっている。
【０３２２】
よって、原料供給器２の動作開始により、原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を用いて加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。そして、加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【０３２３】
このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が第１加熱量で加熱される。第１加熱量をＱ１とし、Ｑ１を５００Ｗとする。
【０３２４】
なお、系統電源からの電力が得られない停電起動の場合は、自立起動用電源５１から電力供給して起動する。
【０３２５】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が、燃料電池１５０への供給に適した組成になった段階で、燃料電池１５０に水素含有ガスが供給される。
【０３２６】
燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３とを停止させる。
【０３２７】
以下、水素含有ガスが供給開始される条件について詳しく説明する。
【０３２８】
図１１は、本発明の実施の形態８の燃料電池システム２００における水素含有ガス供給
開始判定に関するフローチャートである。
【０３２９】
水素含有ガスの供給開始判定は、図１１のフローチャートに従って行われる。
【０３３０】
まず、水素含有ガス供給開始判定スタート（Ｓ８００）後、停電起動かどうかを判定する（Ｓ８０１）。判定の結果、通常起動の場合には、選択酸化器温度が、第１下限温度以上で第１上限温度以下、且つ、変成器温度が第３下限温度以上で第３上限温度以下の条件を満たした場合（Ｓ８１１をＹｅｓ側に分岐）、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ８０４）。
【０３３１】
ここで、選択酸化器温度をＴP、変成器温度をＴS、第１下限温度をＴ１とし、Ｔ１を１３０℃、第１上限温度をＴ１１とし、Ｔ１１を２１０℃、第３下限温度をＴ３とし、Ｔ３を２２０℃、第３上限温度をＴ１３とし、Ｔ１３を２９０℃とする。
【０３３２】
Ｓ８０１で判定した結果、停電起動の場合は、Ｓ８０２に移行し、自立起動用電源５１の残量に応じて、第２下限温度Ｔ２および第２上限温度Ｔ１２の値と、第４下限温度Ｔ４および第４上限温度Ｔ１４の値とを補正する。
【０３３３】
図１０は、本発明の実施の形態８の燃料電池システム２００における第２下限温度Ｔ２および第２上限温度Ｔ１２の補正のイメージを示している。
【０３３４】
図１０に示した通り、第２下限温度Ｔ２は、自立起動用電源５１の残量Ｂが大きいほど高くなり、第２上限温度Ｔ１２は、自立起動用電源５１の残量Ｂが大きいほど低くなる。
【０３３５】
Ｔ２の補正後の温度をＴ２´とし、Ｔ１２の補正後の温度をＴ１２´とする。
【０３３６】
図１２は、本発明の実施の形態８の燃料電池システム２００における第４下限温度Ｔ４および第４上限温度Ｔ１４の補正のイメージを示している。
【０３３７】
図１２に示した通り、第４下限温度Ｔ４は、自立起動用電源５１の残量Ｂが大きいほど高くなり、第４上限温度Ｔ１４は、自立起動用電源５１の残量Ｂが大きいほど低くなる。
【０３３８】
Ｔ４の補正後の温度をＴ４´とし、Ｔ１４の補正後の温度をＴ１４´とする。
【０３３９】
Ｓ８０２での温度補正後にＳ８０３に移行し、ＴPが、Ｔ２´以上でＴ１２´以下、且つ、ＴSが、Ｔ４´以上でＴ１４´以下の条件を満たした場合は、水素含有ガスの供給を開始する（Ｓ８０４）。
【０３４０】
以上のように、実施の形態８における燃料電池システム２００は、選択酸化器１５と変成器１３の水素含有ガス供給開始の上限温度条件を、それぞれ自立起動用電源５１の残量に応じた適正な値に調整でき、選択酸化器１５及び変成器１３の温度が所定温度に到達するまでに、自立起動用電源５１の残量が不足して起動できなくなることを、防ぐことができるため、停電時の起動失敗を防ぐことができる。
【０３４１】
上記の説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０３４２】
本発明の燃料電池システムおよびその運転方法は、系統電源からの電力供給がなく、自立起動用電源で起動する停電起動時において、起動時間を早めることができるため、自立起動用電源の電力消費量を低減でき、自立起動用電源を小型化することが可能となる為、停電時に用いる自立起動用電源を小型化したい用途、例えば、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムに好適である。
【符号の説明】
【０３４３】
１  改質器
２  原料供給器
３  水供給器
４  加熱器
５  空気供給器
６  選択酸化用空気供給器
７  封止器
８  水素供給路
９  燃料供給器
１０  燃料供給路
１１  ＣＯ低減器
１２  ＣＯ低減器温度検知器
１３  変成器
１４  変成器温度検知器
１５  選択酸化器
１６  選択酸化器温度検知器
５０  制御器
５１  自立起動用電源
１００  水素生成装置
１５０  燃料電池
２００  燃料電池システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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