(57)【要約】  【課題】  燃料電池システムにおいて、オフガス流量検出器や燃焼空気流量検出器等のセンサー類を用いることなく、発電運転中に起きる短期的な燃焼空気の流量変化を検出する。  【解決手段】  原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器３０と、改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部２１と、水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池８と、燃料電池８から戻される水素含有ガスを燃焼させて改質反応に必要な熱を供給する燃焼部２と、燃焼用空気を供給する燃焼ファン１８と、燃焼部２で形成される火炎中のイオン電流値を検出する燃焼検出部２２とを備え、改質器３０の改質温度検出部２２で検出される温度と、燃焼部２の燃焼検出部２２で検出されるイオン電流値に基づいて、燃焼ファン１８の動作が適正かどうかを判断する。【選択図】  図１
2009283268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、
前記改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、
前記水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、
燃焼用空気の燃焼空気供給部を備え、前記燃料電池から戻される前記水素含有ガスを燃焼させ、前記改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
前記燃焼部で形成される火炎中のイオン電流値を検出する燃焼検出部と、
前記改質温度検出部で検出される反応温度と、前記燃焼検出部で検出されるイオン電流値に基づいて、前記燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断する運転制御部とを備える燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記運転制御部は、
前記反応温度が減少し、かつ前記イオン電流値が減少すること、
又は、前記反応温度が増加し、かつ前記イオン電流値が増加すること検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記燃焼空気供給部の動作に応じて、前記反応温度に予め反応温度閾値、及び前記イオン電流値に予め電流値閾値が設けられ、
前記運転制御部は、
前記反応温度が前記反応温度閾値を下回ること、及び前記イオン電流値が前記電流値閾値を下回ること、
又は、前記反応温度が前記反応温度閾値を上回ること、及び前記イオン電流値が前記電流値閾値を上回ること検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する
請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記運転制御部は、
さらに、前記改質温度検出部で検出される反応温度が前記反応温度閾値となるように、前記燃焼部の動作を制御し、
前記燃焼検出部で検出されるイオン電流値が、前記電流値閾値となることを検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する
請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、
前記改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、
前記水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、
燃焼用空気の燃焼空気供給部を備え、前記燃料電池から戻される前記水素含有ガスを燃焼させ、前記改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
少なくとも前記燃焼部から供給される熱により前記水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、
前記水蒸気発生部での水蒸気雰囲気温度を検出する水蒸気温度検出部と、
前記改質温度検出部で検出される反応温度と、前記水蒸気温度検出部で検出される水蒸気雰囲気温度に基づいて、前記燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断する運転制御部とを備える燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記運転制御部は、
前記反応温度が減少し、かつ前記水蒸気雰囲気温度が増加すること、
又は、前記反応温度が増加し、かつ前記水蒸気雰囲気温度が減少すること検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する
請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記燃焼空気供給部の動作に応じて、前記反応温度に予め反応温度閾値、及び前記水蒸気雰囲気温度に予め水蒸気温度閾値が設けられ、
前記運転制御部は、
前記反応温度前記反応温度閾値を上回ること、及び前記水蒸気雰囲気温度が前記水蒸気温度閾値を下回ること
又は、前記反応温度が前記反応温度閾値を下回ること、及び前記水蒸気雰囲気温度が前記水蒸気温度閾値を上回ること検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する
請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記運転制御部は、
さらに、前記改質温度検出部で検出される反応温度が前記反応温度閾値となるように、前記燃焼部の動作を制御し、
前記水蒸気温度検出部で検出される水蒸気雰囲気温度が、前記水蒸気温度閾値となることを検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する
請求項７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、
前記改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、
前記水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電圧を検出する電圧検出部と、
燃焼用空気の燃焼空気供給部を備え、前記燃料電池から戻される前記水素含有ガスを燃焼させ、前記改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
前記改質温度検出部で検出される反応温度と、前記電圧検出部で検出される電圧に基づいて、前記燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断する運転制御部とを備える燃料電池発電システム。
【請求項１０】
前記運転制御部は、
前記反応温度が減少し、かつ前記発電電圧が減少すること、
又は、前記反応温度が増加し、かつ前記発電電圧が増加すること検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が異常と判断する
請求項９に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１１】
前記燃焼空気供給部の動作に応じて、前記反応温度に予め反応温度閾値、及び前記発電電圧に予め電圧閾値が設けられ、
前記運転制御部は、
前記反応温度及び前記発電電圧が、前記反応温度閾値及び前記電圧閾値を上回ること、
又は、前記反応温度及び前記発電電圧が、前記反応温度閾値及び前記電圧閾値を下回ること検出することで、
前記燃焼空気供給部の動作が異常と判断する
請求項９に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化石原料等から一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成する改質器を備えた燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型エネルギー供給源として、小型装置でも高効率な発電を可能とする燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」という）を用いた燃料電池発電システムの開発が進められている。燃料電池発電システムは、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して、水素と酸素との電気化学反応を進行させて発生させた化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。
【０００３】
一般的に、水素含有ガスはインフラストラクチャーから供給されていない。そこで、従来の燃料電池発電システムは、既存のインフラストラクチャーから供給される都市ガス又はＬＰＧ等を原料とし、Ｒｕ触媒やＮｉ触媒を用いて６００〜７００℃の温度で水蒸気との改質反応させる水蒸気改質部を備えた、水素生成装置が設けられている。なお、改質反応により得られる水素含有ガスには、通常、原料に由来する一酸化炭素が含まれ、その濃度が高いと、燃料電池の発電特性を低下させる。そこで、水素生成装置には、水蒸気改質部の他に、２００℃〜３５０℃の温度で一酸化炭素と水蒸気との変成反応を進行させて一酸化炭素を低減させる、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒や貴金属系触媒を備える変成部、及び、１００℃〜２００℃の温度で一酸化炭素を選択的に酸化反応させてさらに一酸化炭素を低減させる、Ｒｕ触媒やＰｔ触媒を備える選択酸化部等の反応部が設けられる。また、燃料電池発電システムの効率向上のため、燃料電池の発電時にアノードから排出される水素含有ガス（以下、「アノードオフガス」という）を水素生成装置で燃焼させ、改質反応に用いられることが多い。
【０００４】
さて、燃料電池発電システムは、上述のように、燃料電池、水素生成装置等の多くの装置で構成されており、高効率運転のためには、それぞれの装置を適切な条件で運転させることが必要となる。特に、水素含有ガスの安定供給には、水素生成装置でのアノードオフガスの燃焼を安定化させ、改質反応を進行させることが重要となる。そこで、水蒸気改質部の改質触媒温度を検出して、その温度に応じて、燃料電池の負荷電流を一時的に増減させる。その時、オフガス流量検出器や燃焼空気流量検出器で、アノードオフガス流量や燃焼空気流量を検出して、適正に燃焼させる構成がとられている（例えば、特許文献１参照）。また、長期間の運転時に、各装置が適切な条件で運転されないことを想定し、例えば、フィルターの目詰まりで燃焼用空気流量が設定量供給されていないことを、改質触媒の温度の温度変化から検出して、燃焼用空気流量を補正することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１４６３６７号公報
【特許文献２】特開２００７−２００７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オフガス流量検出器や燃焼空気流量検出器等のセンサー類を用いることで、水素生成装置でのアノードオフガスの燃焼を安定化させることできる。しかしながら、センサー類が多いことは、燃料電池発電システムのコストアップにつながる。また、特許文献２のような構成では、燃焼空気流量検出器が不要となるが、発電運転中に起きる短期的な燃焼空気
の流量変化を検出できないという課題がある。すなわち、簡便で、かつ速やかに燃焼空気流量の変化を把握できる、燃料電池発電システム構成の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池発電システムでは、原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池から戻される水素含有ガスを燃焼させ、改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、燃焼用空気の燃焼空気供給部と、燃焼部で形成される火炎中のイオン電流値を検出する燃焼検出部とを備え、改質器の改質温度検出部で検出される反応温度と、燃焼部の燃焼検出部で検出されるイオン電流値に基づいて、燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断する運転制御部を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明の他の燃料電池発電システムでは、原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池から戻される水素含有ガスを燃焼させ、改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、燃焼用空気の燃焼空気供給部と、少なくとも燃焼部から供給される熱により水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、水蒸気発生部での水蒸気雰囲気温度を検出する水蒸気温度検出部とを備え、改質器の改質温度検出部で検出される反応温度と、水蒸気発生部の水蒸気温度検出部で検出される水蒸気雰囲気温度に基づいて、燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断する運転制御部を備える構成とする。
【０００８】
また、本発明の他の燃料電池発電システムでは、原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質器と、改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池の発電電圧を検出する電圧検出部と、燃料電池から戻される水素含有ガスを燃焼させ、改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、燃焼用空気の燃焼空気供給部とを備え、改質器の改質温度検出部で検出される反応温度と、燃料電池の電圧検出部で検出される電圧に基づいて、燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断する運転制御部を備える構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池発電システムによれば、改質温度検出部で検出される反応温度と、燃焼検出部で検出されるイオン電流値から、燃焼空気流量の変化を把握する。また、改質温度検出部で検出される反応温度と、水蒸気温度検出部で検出される水蒸気雰囲気温度から、燃焼空気流量の変化を把握する。また、改質温度検出部で検出される反応温度と、電圧検出部で検出される電圧燃焼空気流量の変化を把握する。それらの結果、燃焼空気流量検出器等の流量検出用センサーを用いずに、燃焼空気供給部の動作が適正かどうかを判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態をより具体的に説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
〈燃料電池発電システムの構成〉
図１は、本発明に係る燃料電池発電システム１００の実施の形態１を示す、概略構成図である。
【００１２】
燃料電池発電システム１００は、水素含有ガスを生成させる水素生成装置１と、水素生成装置１から供給された水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池８と、水素生成装置１
から燃料電池８へ水素ガスを供給する水素ガス供給経路１２と、燃料電池８で排出されるアノードオフガスを水素生成装置１の燃焼部２に供給するオフガス経路１４と、燃焼ガス供給経路１５とを備えている。水素ガス供給経路１２には、水素生成装置１から水素含有ガスの供給を封止する封止部９が設けられ、封止部９は水素生成装置バイパス経路１１及び燃料電池バイパス経路１３に接続されている。また、複数の電磁弁を組み合わせた構成（詳細説明は省略する）により、水素ガス供給経路１２、水素生成装置バイパス経路１１から供給されるガスの流通を切り替え機能も有する。燃料電池８は、酸素含有ガスとしての空気を供給する燃料電池空気ブロア１７と、燃料電池の発電電圧を検出する電圧検出部２８を備えている。なお、一般的な固体高分子型の燃料電池と同等の構成なので、その他の構成の詳細な説明は省略する。
【００１３】
水素生成装置１は、水素生成装置１に水を供給する水供給部３と、硫黄成分を含む炭化水素系の原料を通過させて、原料に含まれる硫黄成分を吸着して除去する脱硫部５と、脱硫部５を通過させた後の原料と水供給部３から供給される水とを用いて水素含有ガスを生成させる改質器３０と、脱硫部５に供給される原料の流量（原料流量）を制御するための原料供給部４と、原料供給部４や水供給部３の動作を制御する運転制御部１６とを備えている。
【００１４】
図２に、本実施の形態１における改質器３０の要部断面図を示す。改質器３０は、水供給部３から供給される水を蒸発させるとともに、原料と水蒸気の混合ガスを予熱する水蒸気発生部２３と、原料と水蒸気との改質反応を進行させる水蒸気改質部２０と、水蒸気改質部２０で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを変成反応させて、水素含有ガスの一酸化炭素濃度を低減させる変成部２５を有している。また、変成部２５を通過した後の水素含有ガス中に残留する一酸化炭素を、空気供給部１９から変成部２５を通過した後の水素含有ガスに供給される空気を用いて、主に酸化させて除去する選択酸化部２６とを有している。水蒸気改質部２０にはＲｕ系の改質触媒、変成部２５にはＣｕ−Ｚｎ系の変成触媒、選択酸化部２６にはＲｕ系の選択酸化触媒が設けられている。また、水蒸気改質部２０における改質触媒（あるいは水素含有ガス）の温度（反応温度）を検出する改質温度検出部２１、水蒸気発生部２３における水蒸気雰囲気（あるいは原料と水蒸気の混合ガス）の温度を検出する水蒸気温度検出部２４を備えている。また、水蒸気改質部２０と水蒸気発生部２３は、燃焼部２で発生させた燃焼排ガスから、燃焼部２との改質器３０の壁面を介して供給される構成となっている。なお、水蒸気改質部２０、変成部２５及び選択酸化部２６の構成において、一般的な構成と同様な構成部分についての図示、及び詳細な説明は省略する。
【００１５】
また、改質器３０は、水蒸気改質部２０における改質反応に必要な反応熱を供給するための燃焼部２を備えている。燃焼部２は、加熱源となる燃焼ガスを燃焼させるバーナーであり、燃焼部２の燃焼状態を検知するフレームロッドである燃焼検出部２２、及び燃焼部２に燃料用空気を供給する、燃焼空気供給部となる燃焼ファン１８を有している。燃焼部２で燃焼させる燃焼ガスは、燃焼ガス供給経路１５を介して燃焼部２に供給される。改質器３０によって生成された水素含有ガスは、水素ガス供給経路１２を介して燃料電池８に供給される。なお、フレームロッドは、火炎が形成される時に発生するイオンに電圧を印加し、その時に流れるイオン電流値を測定するデバイスである。
【００１６】
脱硫部５に供給される炭化水素系の原料は、炭化水素等の少なくとも炭素及び水素元素から構成される有機化合物を含む原料であればよく、例えばメタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等である。ここでは、原料の供給源として都市ガスのガスインフラライン６を用い、そのガスインフラライン６に脱硫部５が接続されている。脱硫部５は、上流側及び下流側に配置された脱硫接続部７に着脱可能な形状を有しており、脱硫部５の硫黄成分に対する吸着量が飽和して吸着特性が低下すると、新しい脱硫部５に交換できる
構成となっている。本実施の形態における脱硫部５には、都市ガス中の付臭成分である硫黄化合物を吸着させる、ゼオライト系吸着除去剤が充填されている。また、脱硫接続部７は、原料の流通を制御する弁機能も有し、例えば構成に電磁弁が設けられる。なお、脱硫部５は、水添脱硫を用いた構成としてもよい。
【００１７】
水供給部３は、流量調節機能を有するポンプを有している。原料供給部４は、脱硫部５と改質器３０とを接続する原料供給経路１０に配置され、改質器３０に供給される原料の流量を制御することによって、ガスインフラライン６から脱硫部５に供給される原料の流量を制御している。なお、原料供給部４は、脱硫部５に供給される原料の流量を制御できればよく、原料供給部４の下流側に配置されていてもよい。本実施の形態では、原料供給部４はブースターポンプを有しており、例えば入力する電流パルス、入力電力等を制御することにより、脱硫部５に供給される原料の流量を調節する機能を有している。
【００１８】
運転制御部１６は、改質器３０の水素含有ガスの運転動作を制御する制御部であり、ここでは、原料供給部４から改質器３０に供給される原料の供給量、水供給部３から改質器３０に供給される水の供給量などの制御、接続部７や封止部９の動作の制御を行う。また、燃焼検出部２２で測定されたイオン電流の強度に基づき、加熱部での燃焼状態を判断する。例えば、検出するイオン電流値が、予め設定される値以下になることで、消火と判断する。また、燃焼部２の燃焼検出部２２を用いて、燃焼状態を把握している。例えば、前記のように、イオン電流値が減少することを検出して、火炎中の有機化合物濃度が減少していることも検出している。これは、火炎が形成される時に発生する有機化合物イオンに電圧が印加され、その時に流れるイオン電流値を測定するデバイスであり、イオン電流値と有機化合物濃度とに比例関係があることに基づく。さらに、燃料電池８の運転動作も制御する（詳細な動作説明は省略する）。なお、運転制御部１６は、半導体メモリーやＣＰＵ等により、改質器３０の運転動作シーケンス、原料積算流量など運転情報等を記憶し、状況に応じた適切な動作条件を演算し、かつ、水供給部３や原料供給部４等の運転に必要な構成に動作条件を指令する。
【００１９】
〈燃料電池発電システムの運転動作〉
次に、燃料電池発電システムの起動動作、通常時の運転動作、及び停止動作を、水素生成装置１の動作を中心にして説明する。
【００２０】
停止状態から水素生成装置１を起動させる場合、運転制御部１６からの指令により、原料供給部４から水素生成装置バイパス経路１１を通し、封止部９を経て燃料電池バイパス経路１３を通して、原料を燃焼部２に供給し、燃焼部２で原料に着火して改質器３０の加熱を開始する。
【００２１】
燃焼部２での加熱開始後に、原料供給経路１０を通して改質器３０（水蒸気改質部２０）に原料を供給するとともに、水供給部３を動作させて改質器３０に水を供給し、水と原料との改質反応を開始させる。本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガス（１３Ａ）を原料とする。水供給部３からの水の供給量は、都市ガスの平均分子式中の炭素原子数１モルに対して水蒸気が３モル程度になるように制御される（スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ）で３程度）。改質器３０では、水蒸気改質部２０で水蒸気改質反応、変成部２４で変成反応、選択酸化部２６で一酸化炭素の選択酸化反応を進行させる。生成させた水素含有ガスは、一酸化炭素濃度を所定濃度（本実施の形態では、ドライガスベースで２０ｐｐｍ以下）に低減できるまで、封止部９を経て燃料電池バイパス経路１３を通して燃焼部２に供給される。この時、改質温度検出部１８で検出される温度に基づいて、水蒸気改質部２０、変成部２４，選択酸化部２６が各反応に適した温度になるように、燃焼部２の燃焼を制御する。なお、改質器３０に供給された原料が燃焼部２に供給され、加熱部での燃焼状態が安定化した後は、水素生成装置バイパス経路１１からの原料の供給を停止させる。
【００２２】
一酸化炭素濃度を所定濃度まで低減させた後、封止部９を動作させ、水素ガス供給経路１２を通して水素含有ガスを、燃料電池８に供給する。この時、運転制御部１６で、原料供給部４の動作を制御して原料の供給量を制御し、燃料電池８において発電動作が行われる。
【００２３】
燃料電池発電システム１００の運転を停止させる場合、運転制御部１６からの指令により、封止部９を作動させて、燃料電池８に供給している水素含有ガスを、燃料電池バイパス経路１３を通して燃焼部２に供給する。その後、水供給部３と原料供給部４の動作を停止させて水と原料の供給を停止させ、水素生成装置１の動作を停止させる。なお、水素生成装置１の停止動作には、封止部９を動作させて改質器３０を封止する動作や、改質器３０が降温して体積減少する量に相当する量の原料を供給する動作等の、改質器３０内に外気の混入を極力防止する動作を併設して行うことが好ましい。
【００２４】
〈燃焼空気流量の変化の把握動作〉
本実施の形態の水素生成装置１では、改質温度検出部２１で検出する温度、及び燃焼検出部２２で検出するイオン電流値に基づいて、燃焼部２における燃焼空気流量の変化を把握する。
【００２５】
具体的には、燃焼ファン１８から供給されている燃焼空気量が減少した場合、燃焼排ガス量が減少して、燃焼排ガスによって水素生成装置１から持ち出される熱量が減少するので、改質温度検出部２１で検出する温度が上昇することになる。合わせて、燃焼部２に供給されている燃焼ガスの量が変化しない状態で、燃焼空気量が減少すると、火炎中の有機化合物濃度が増加するので、燃焼検出部２２で検出するイオン電流値が増加することになる。反対に、燃焼ファン１８から供給されている燃焼空気量が増加した場合、燃焼排ガス量が増加して、燃焼排ガスによって水素生成装置１から持ち出される熱量が増加するので、改質温度検出部２１で検出する温度が減少することになる。合わせて、燃焼部２に供給されている燃焼ガスの量が変化しない状態で、燃焼空気量が増加すると、火炎中の有機化合物濃度が減少するので、燃焼検出部２２で検出するイオン電流値が減少することになる。それら改質温度検出部２１で検出する温度、及び燃焼検出部２２で検出するイオン電流値の変化を、運転制御部１６で把握し、燃焼空気量、すなわち燃焼空気供給部となる燃焼ファン１８の動作が適切かどうかを、判断する。なお、燃焼ファン１８の動作が適正でなく、適正動作の範囲外と判断した場合、例えば、燃焼空気量が減少したと判断した場合、改質温度検出部２１で検出する温度が減少し、燃焼検出部２２で検出するイオン電流値が減少するように、燃焼ファン１８の動作を制御すればよい（燃焼空気量が増加したと判断した場合は、逆の動作となる）。
【００２６】
また、燃焼ファン１８の動作に応じて、予め改質温度検出部２１で検出する温度に反応温度閾値、燃焼検出部２２で検出するイオン電流値に電流値閾値を設け、運転制御部１６が反応温度閾値を下回ること及び電流値閾値を下回ること、又は、反応温度閾値を上回ること、及び電流値閾値を上回ること検出することで、燃焼ファン１８の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する制御を行ってもよい。なお、上述の反応温度閾値、及び電流値閾値は、水素生成装置１で、燃焼部２での燃焼状態が不安定となり、例えば、燃焼空気量が多くなり希薄燃焼して燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加する、あるいは燃焼空気量が少なくなり燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加するような燃焼空気量と、改質温度検出部２１で検出する温度、及び燃焼検出部２２で検出するイオン電流値との関係を、予め測定して設定しておけばよい。
【００２７】
また、改質温度検出部２１で検出する温度、及び燃焼検出部２２で検出するイオン電流値に基づいて、一度燃焼部２における燃焼空気流量の変化を把握した後、さらに、改質温
度検出部２１で検出される温度が反応温度閾値となるように、燃焼部２の動作を制御して、燃焼検出部２１で検出されるイオン電流値が電流値閾値となることを検出することで、燃焼ファン１８の動作が適正動作の範囲外であることを、より正確に判断することができる。具体的には、改質温度検出部２１で検出される温度が低下した場合、原料供給部４からの原料の供給量を増加させることで、燃料電池８からの水素オフガス量を増加させ、改質温度検出部２１で検出される温度を反応温度閾値にする動作を行う。この時、燃焼ファン１８が適正に動作し、燃焼空気量が適切に供給されていると、アノードオフガス量の増加に伴い火炎中の有機化合物濃度が増加するので、燃焼検出部２２で検出するイオン電流値が増加することになる。しかしながら、改質温度検出部２１で検出される温度の低下が、燃焼空気量の増加に起因する場合、アノードオフガス量の増加に伴い火炎中の有機化合物濃度が増加して、燃焼検出部２１で検出されるイオン電流値が電流値閾値となるからである（改質温度検出部２１で検出される温度が増加した場合は、逆の動作となる）。
【００２８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。燃料電池発電システム１００は、実施の形態１と同じ燃料電池発電システム１００を用い、ほぼ同じ動作を行う。相違点は、燃焼空気流量の変化の把握動作である。以下、その動作について説明する。
【００２９】
〈燃焼空気流量の変化の把握動作〉
本実施の形態の水素生成装置１では、改質温度検出部２１で検出する温度、及び水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度に基づいて、燃焼部２における燃焼空気流量の変化を把握する。
【００３０】
具体的には、燃焼ファン１８から供給されている燃焼空気量が減少した場合、燃焼排ガス量が減少して、燃焼排ガスによって水素生成装置１から持ち出される熱量が減少するので、改質温度検出部２１で検出する温度が上昇することになる。一方、燃焼排ガス量が減少するので、水蒸気発生部２３における燃焼排ガスと、水（水蒸気を含む）と原料との熱交換性が低下して、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が減少することになる。反対に、燃焼ファン１８から供給されている燃焼空気量が増加した場合、燃焼排ガス量が増加して、燃焼排ガスによって水素生成装置１から持ち出される熱量が増加するので、改質温度検部２１で検出する温度が減少することになる。一方、燃焼排ガス量が増加するので、水蒸気発生部２３における燃焼排ガスと、水（水蒸気を含む）と原料との熱交換性が向上して、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が増加することになる。それら改質温度検出部２１で検出する温度、及び水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度の変化を、運転制御部１６で把握し、燃焼空気量、すなわち燃焼空気供給部となる燃焼ファン１８の動作が適切かどうかを、判断する。なお、燃焼ファン１８の動作が適正でなく、適正動作の範囲外と判断した場合、例えば、燃焼空気量が減少したと判断した場合、改質温度検出部２１で検出する温度が減少し、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が増加するように、燃焼ファン１８の動作を制御すればよい（燃焼空気量が増加したと判断した場合は、逆の動作となる）。
【００３１】
また、燃焼ファン１８の動作に応じて、予め改質温度検出部２１で検出する温度に反応温度水蒸気温度閾値検出部２４で検出する水蒸気雰囲気温度に水蒸気温度閾値を設け、運転制御部１６が反応温度閾値を下回ること及び水蒸気温度閾値を上回ること、又は、反応温度閾値を上回ること、及び水蒸気温度閾値を下回ること検出することで、燃焼ファン１８の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する制御を行ってもよい。なお、上述の反応温度閾値、及び水蒸気温度閾値は、予め水素生成装置１において、燃焼部２での燃焼状態が不安定となり、例えば、燃焼空気量が多くなり希薄燃焼して燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加する、あるいは燃焼空気量が少なくなり燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加するような燃焼空気量と、改質温度検出部２１で検出する温度、及び水蒸気温度検出部
２４で検出する水蒸気雰囲気温度との関係を測定して設定しておけばよい。
【００３２】
また、改質温度検出部２１で検出する温度、及び燃焼検出部２２で検出するイオン電流値に基づいて、一度燃焼部２における燃焼空気流量の変化を把握した後、さらに、改質温度検出部２１で検出される温度が反応温度閾値となるように、燃焼部２の動作を制御して、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が、水蒸気温度閾値となることを検出することで、燃焼ファン１８の動作が適正動作の範囲外と、より正確に判断することができる。具体的には、改質温度検出部２１で検出される温度が低下した場合、原料供給部４からの原料の供給量を増加させることで、燃料電池８からのアノードオフガス量を増加させ、改質温度検出部２１で検出される温度を反応温度閾値にする動作を行う。この時、燃焼ファン１８が適正に動作し、燃焼空気量が適切に供給されていると、アノードオフガス量の増加に見合う分の熱量が、水蒸気発生部２３に供給されない場合があり、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が増加しない場合がある。しかしながら、改質温度検出部２１で検出される温度の低下が、燃焼空気量の増加に起因する場合、アノードオフガス量の増加に見合う分は燃焼するので、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が増加し、水蒸気温度検出部２４で検出される水蒸気雰囲気温度が水蒸気温度閾値となるからである（改質温度検出部２１で検出される温度が増加した場合は、逆の動作となる）。
【００３３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。燃料電池発電システム１００は、実施の形態１と同じ燃料電池発電システム１００を用い、ほぼ同じ動作を行う。相違点は、燃焼空気流量の変化の把握動作である。以下、その動作について説明する。
【００３４】
〈燃焼空気流量の変化の把握動作〉
本実施の形態の水素生成装置１では、改質温度検出部２１で検出する温度、及び電圧検出部２８で検出される電圧に基づいて、燃焼部２における燃焼空気流量の変化を把握する。
【００３５】
具体的には、燃焼ファン１８から供給されている燃焼空気量が減少した場合、燃焼排ガス量が減少して、燃焼排ガスによって水素生成装置１から持ち出される熱量が減少するので、改質温度検出部２１で検出する温度が上昇することになる。また、改質温度検出部２１で検出する温度の上昇は、水蒸気改質部２０における改質触媒（あるいは水素含有ガス）の温度（反応温度）の上昇と同義なので、原料と水との改質反応が進行し、改質器３０出口での水素含有ガスの水素濃度も増加する。その結果、燃料電池８での発電電圧が上昇することになる。反対に、燃焼ファン１８から供給されている燃焼空気量が増加した場合、燃焼排ガス量が増加して、燃焼排ガスによって水素生成装置１から持ち出される熱量が増加するので、改質温度検出部２１で検出する温度が減少することになる。合わせて、改質温度検出部２１で検出する温度の減少は、水蒸気改質部２０における改質触媒（あるいは水素含有ガス）の温度（反応温度）の減少と同義なので、原料と水との改質反応が抑制され、改質器３０出口での水素含有ガスの水素濃度が減少する。その結果、燃料電池８での発電電圧が減少することになる
それら改質温度検出部２１で検出する温度、及び電圧検出部２８で検出される電圧の変化を、運転制御部１６で把握し、燃焼空気量、すなわち燃焼空気供給部となる燃焼ファン１８の動作が適切かどうかを、判断する。なお、燃焼ファン１８の動作が適正でなく、適正動作の範囲外と判断した場合、例えば、燃焼空気量が減少したと判断した場合、改質温度検出部２１で検出する温度が減少し、電圧検出部２８で検出される電圧が減少するように、燃焼ファン１８の動作を制御すればよい（燃焼空気量が増加したと判断した場合は、逆の動作となる）。
【００３６】
また、燃焼ファン１８の動作に応じて、予め改質温度検出部２１で検出する温度に反応温度電圧閾値検出部２８で検出する電圧に電圧閾値を設け、運転制御部１６が反応温度閾値及び電圧閾値を上回ること、又は、反応温度閾値及び水蒸気温度閾値を下回ること検出することで、燃焼ファン１８の動作が予め設定される適正動作の範囲外と判断する制御を行ってもよい。なお、上述の反応温度閾値、及び電圧閾値は、予め水素生成装置１において、燃焼部２での燃焼状態が不安定となり、例えば、燃焼空気量が多くなり希薄燃焼して燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加する、あるいは燃焼空気量が少なくなり燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加するような燃焼空気量と、改質温度検出部２１で検出する温度、及び電圧検出部２８で検出する電圧との関係を測定して設定しておけばよい。
【００３７】
なお、実施の形態１、実施の形態２、及び実施の形態３では、同じ燃料電池システム１００の構成を用い、燃焼空気流量の変化の把握動作を説明したので、改質温度検出部２１、燃焼検出部２、水蒸気温度検出部２４、及び電圧検出部２８のすべてを含む構成としたが、燃焼空気流量の変化の把握動作に必要な構成が適宜選択されていればよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、停止時に水素生成装置を備え、発電運転中に起きる、水素生成装置での短期的な燃焼空気の流量変化を把握して、安定動作させること必要な燃料電池発電システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電システム１００の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における改質器３０の要部断面図
【符号の説明】
【００４０】
１  水素生成装置
２  燃焼部
３  水供給部
４  原料供給部
５  脱硫部
６  ガスインフラライン
７  脱硫接続部
８  燃料電池
９  封止部
１０  原料供給経路
１１  燃料改質装置バイパス経路
１２  水素ガス供給経路
１３  燃料電池バイパス経路
１４  オフガス経路
１５  燃焼ガス供給経路
１６  運転制御部
１７  燃料電池ブロア
１８  燃焼ファン
１９  空気供給部
２０  水蒸気改質部
２１  改質温度検出部
２２  燃焼検出部
２３  水蒸気発生部
２４  水蒸気温度検出部
２５  変成部
２６  選択酸化部
２８  電圧検出部
３０  改質器
１００  燃料電池発電システム
【図１】
2009283268.tif 000003
【図２】
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