燃料電池システムとその運転方法
【課題】燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性を向上させる。
【解決手段】燃料電池１３及び燃焼器３を備える燃料電池ユニット１と、燃焼器３から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路４と、制御器２２とを備え、第１の排ガス流路４は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置５からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路６が接続されたダクトに接続されており、制御器２２は、燃焼装置５及び燃焼器３が共に燃焼しているときに燃焼器３に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、燃焼装置５の出力を低下するよう制御する燃料電池システム。
【解決手段】燃料電池１３及び燃焼器３を備える燃料電池ユニット１と、燃焼器３から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路４と、制御器２２とを備え、第１の排ガス流路４は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置５からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路６が接続されたダクトに接続されており、制御器２２は、燃焼装置５及び燃焼器３が共に燃焼しているときに燃焼器３に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、燃焼装置５の出力を低下するよう制御する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システム関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の内部に配置された燃料電池を備える発電装置で生じた排ガスの排出性能を向上することを目的として、上下方向に延びるダクトに排ガス流路を接続する発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、改質器より排出される可燃性ガスを燃焼器に供給して、燃焼させているときに、改質器から燃焼器に至るまでの流路に原料ガスと異なる他のガスを供給すると、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量が増加し、燃焼器の燃焼が不安定になる。そこで、燃焼器の燃焼安定性を向上するため、燃焼器に供給する燃焼用空気の量を増加させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、燃料電池に改質器で生成した水素含有ガスの供給を開始すると、燃焼器に供給されるガスの組成が変動し、燃焼器が失火する恐れがある。そこで、燃焼器に供給されるガスの組成が変動する際に、点火器を動作させ、仮に燃焼器で失火しても、速やかに再着火させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１０６３１号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１１９７３６号
【特許文献３】特開２００４−２１０５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載された燃料電池システムでは、燃料電池の排ガスがダクトに接続するよう構成されている。このような発電装置の外部に熱負荷へ熱を供給するための燃焼装置（以下、燃焼装置）がある場合、燃焼装置の排ガス流路もダクトに接続されると想定される。このような形態において、燃焼装置が稼動し、ダクトを介して燃焼器の排ガス流路の背圧が高まると、燃焼器に必要量の燃焼用空気が供給できない可能性がある。
【０００７】
ここで、特許文献２及び特許文献３に記載のような、燃料電池システムの燃焼器が燃焼不安定になる状況において、燃焼器の排ガス流路の背圧が高まると、より状況が悪化する可能性があるが、従来の燃料電池システムはその点について検討されていない。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する燃料電池システム及びその運転方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池及び燃焼器を備える燃料電池ユニットと、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路と、制御器とを備え、前記第１の排ガス流路は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路が接続されたダクトに接続されており、前記制御器は、前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、前記燃焼装置の出力を低下するよう制御する。
【００１０】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池ユニット内に設けられた燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置からの燃焼排ガスと合流するステップと、前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するステップと、前記動作の実行に伴い、前記燃焼装置の出力を低下させるステップとを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示す図
【図２】実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図４】実施の形態１の第１変形例に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図５】実施の形態１の第２変形例に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図６】実施の形態１の第３変形例に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図７】実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図
【図８】実施の形態２に係る燃料電池システムの表示器の表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、具体的に実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池及び燃焼器を備える燃料電池ユニットと、燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路と、制御器とを備え、第１の排ガス流路は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路が接続されたダクトに接続されており、制御器は、燃焼装置及び燃焼器が共に燃焼しているときに燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作の実行に伴い、燃焼装置の出力を低下するよう制御する。
【００１５】
実施の形態１の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池ユニット内に設けられた燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置からの燃焼排ガスと合流するステップと、燃焼器の着火動作を行うステップと、燃焼装置及び燃焼器が共に燃焼しているときに燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するステップと、前記動作の実行に伴い、燃焼装置の出力を低下させるステップとを備える。
【００１６】
かかる構成により、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【００１７】
ここで、第１の排ガス流路が第２の排ガス流路と「連通する」とは、第１の排ガス流路と第２の排ガス流路が直接、接続する形態と、第１の排ガス流路と第２の排ガス流路とがダクトを介して連通する形態とを含む。
【００１８】
ここで、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、いずれの動作でも良く、燃焼器と連通している改質器に原料及び水蒸気の少なくともいずれか一方の供給を開始する動作、及び燃焼器と連通している燃料電池に改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作が挙げられる。
【００１９】
ここで、燃焼装置の出力の低下には、燃焼装置の燃焼量の低下だけでなく燃焼装置の燃焼動作の停止も含む。
【００２０】
実施の形態１の燃料電池システムは、制御器は、燃焼器の出力を低下させた後、燃焼装置の出力の制限を解除してもよい。
【００２１】
実施の形態１の燃料電池システムの運転方法は、燃焼器の出力を低下させた後、燃焼装置の出力の制限を解除するステップを備えてもよい。
【００２２】
かかる構成により、熱負荷需要に対して燃焼装置が必要な出力で運転できる状態に戻るので、好ましい。
【００２３】
次に、実施の形態１における燃料電池システムの詳細について説明する。
【００２４】
［構成］
図１は実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池システム１０１は、改質器１２、燃料電池１３及び燃焼器３を備える燃料電池ユニット１と、第１の排ガス流路４と、制御器２２とを備える。
【００２６】
燃料電池ユニット１は、改質器１２、燃料電池１３及び燃焼器３を備える。
【００２７】
改質器１２は、原料ガス及び水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する。改質反応は、原料ガス及び水蒸気を用いる改質反応であれば、いずれの種類であっても良く、水蒸気改質反応、及びオートサーマル反応等が例示される。原料ガスは、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスであり、天然ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ、都市ガス等の炭化水素、及びメタノール等のアルコールが例示される。
【００２８】
燃料電池１３は、改質器１２で生成された水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、燐酸形燃料電池等が例示される。なお、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１３が、固体酸化物形燃料電池である場合を例にしている。
【００２９】
燃焼器３は、改質器から排出される可燃性ガスを燃焼する燃焼器である。なお、本実施の形態の燃料電池システムでは、燃焼器３で生成した燃焼排ガスにより改質器１２が加熱されるよう構成されている。なお、燃料電池１３が、固体酸化物形燃料電池である場合、燃焼器３の燃焼排ガスにより改質器１２及び燃料電池１３が加熱されるよう構成される。
【００３０】
第１の排ガス流路４は、燃焼器３から排出される燃焼排ガスが流れるガス流路であり、第２の排ガス流路６と接続し。合流箇所２１において、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とは合流している。合流後の第１の排ガス流路４及び第２の排ガス流路６は、ダクト１１に接続し、ダクトを介して外気に燃焼排ガスが排出される。
【００３１】
なお、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とが直接接続せず、図２に示すように第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とがそれぞれ独立してダクト１１に接続し、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とがダクト１１を介して連通するよう構成されていてもよい。つまり、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とが連通していれば、いずれの形態であっても構わない。
【００３２】
第２の排ガス流路６は、燃焼装置５からの燃焼排ガスが流れる流路である。
【００３３】
燃焼装置５は、燃料ガスを燃焼させて、熱負荷（図示せず）に供給するための熱を発生する装置である。燃焼装置５として、ボイラー、給湯器等が例示される。燃焼装置５は、燃焼動作時に燃料ガスを燃焼させて水を含んだ燃焼排ガス（以下、燃焼排ガスという）を排出する。熱負荷（図示せず）としては、暖房、風呂、シャワー等が例示される。
【００３４】
制御器２２は、燃焼装置５の動作を制御する。制御器は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、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。集中制御の場合は、制御器２２が直接、燃焼装置５の制御を行い、分散制御の場合は、制御器２２は、燃焼装置５の制御を行う制御器（図示せず）を介して間接的に燃焼装置５の制御を行う。
【００３５】
なお、燃料電池ユニット１は、改質器１２に原料ガスを供給する原料ガス供給器（図示せず）と、改質器１２に水蒸気を供給する水蒸気供給器（図示せず）とを備える。
【００３６】
原料ガス供給器は、改質器１２に供給される原料ガスの流量を調整する。原料ガス供給器には、例えば、ポンプ及び流量調整弁の少なくともいずれか一方が用いられる。
【００３７】
水蒸気供給器は、改質器１２に供給される水蒸気の流量を調整する。水蒸気供給器は、蒸発器（図示せず）と水供給器（図示せず）とを備える。蒸発器は、図示されない加熱器で加熱するよう構成されてもよいし、燃焼器３の燃焼排ガスで加熱するよう構成してもよい。水供給器は、ポンプ及び流量調整弁の少なくともいずれか一方が用いられる。
【００３８】
燃料電池システム１０１は、燃焼装置５のＯＮ（燃焼動作の実行）を検知する、図示されないＯＮ検知器を備える。ＯＮ検知器は、例えば、燃焼装置５から出力される燃焼装置５のＯＮ信号を取得する信号取得器、燃焼装置５から排出される燃焼排ガスの圧力を検知する圧力検知器等で構成される。
【００３９】
なお、本例では、燃焼装置５及び第２の排ガス流路６を燃料電池システム１０１に含まれない構成として説明しているが、これらを燃料電池システム１０１に含む形態を採用しても構わない。
【００４０】
［動作］
次に、以上のように構成された燃料電池システム１０１において、燃焼装置５及び燃焼器３が共に燃焼しているときに、燃焼器３と連通している改質器１２に水蒸気の供給を開始する際の制御器２２の制御を、図３を用いて説明する。
【００４１】
ここで、燃焼器３と連通している改質器１２とは、改質器１２と燃焼器３とが連通した状態であることを意味する。従って、少なくとも改質器１２と燃焼器３とは接続されており、さらに、改質器１２と燃焼器３とを接続するガス流路に開閉弁が設けられている場合、この開閉弁は開放されている。
【００４２】
図３は、本実施の形態の燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００４３】
燃料電池システム１０１は、起動時において、改質器１２を経由した原料ガスを用いて燃焼器３を燃焼させ、改質器１２を昇温している。この状態において、改質器１２に水蒸気の供給を開始するに伴い以下の動作を実行する。なお、改質器１２を経由した原料ガスは、燃料電池１３をバイパスするバイパス流路を経由して燃焼器３に供給される。なお、このバイパス流路を設けず、改質器１２及び燃料電池１３を経由した原料ガスが燃焼器３に供給される形態を採用しても構わない。
【００４４】
図３に示すように、制御器２２は、ＯＮ検知器（図示せず）の検出値に基づき燃焼装置５がＯＮ（燃焼動作を実行）しているか否か判定する（ステップＳ１）。燃焼装置５がＯＮしている場合（ステップＳ１においてＹｅｓ）には、制御器２２は、燃焼装置５の出力が低下するよう制御する（ステップＳ２）。本例では、燃焼装置５内に設けられた制御器（図示せず）に燃焼装置５の出力を制御するよう指示する。これにより、燃焼装置５は、制御器（図示せず）により燃焼装置５の出力が低下するように制御される。本例では、制御器（図示せず）により燃焼装置５に供給される可燃性ガスの供給量が低下するよう制御され、燃焼装置５の燃焼量が低下する。ここで、第２の排ガス流路６を流れる燃焼排ガスの流量が低下するため、第１の排ガス流路４の背圧も低下する。なお、燃焼装置５に供給される可燃性ガスの供給量の低下とともに燃焼用空気の供給量を低下させると、改質器１２に水蒸気を供給する際に、第１の排ガス流路４の背圧がより低下して、好ましい。ここで、可燃性ガスの供給量及び燃焼用空気の供給量は、それぞれ、図示されない流量調整器により調整される。流量調整器としては、流量調整弁及びポンプのいずれか、もしくはこれらの組合せが用いられる。
【００４５】
制御器２２は、燃焼装置５の出力を低下させた後、水蒸気供給器（図示せず）を用いて改質器１２への水蒸気の供給を開始する（ステップＳ３）。なお、本ステップにおいて、燃焼装置５の出力は、ステップＳ２で低下された出力以下で運転するよう出力が制限されている。改質器１２に水蒸気の供給を開始した後、所定のタイミングで燃焼装置５の出力制限を解除する（ステップＳ４）。本例では、燃焼装置５の出力制限を解除する信号を燃焼装置５の制御器（図示せず）に出力する。燃焼装置５の制御器（図示せず）は、燃焼装置５の出力制限を解除するとともに、熱負荷需要に対して必要な熱を供給するための出力に変更する。
【００４６】
なお、上記所定のタイミングは、適宜設定されるが、例えば、改質器１２に水蒸気に供給を開始した後、燃焼器３の燃焼が安定するタイミングであってもよい。このタイミングの判定は、任意の手段を採用して構わない。例えば、改質器１２への水蒸気の供給を開始してからの経過時間であってもよい。
【００４７】
なお、本例では、燃焼装置５の出力を低下させた後に、改質器１２への水蒸気の供給を開始するフローであるが、これらのタイミングは同時であってもよいし、逆であっても構わない。つまり、改質器１２への水蒸気の供給を開始してから燃焼器３の燃焼が安定するまでの間の少なくとも一部において、燃焼装置５の出力が低下していれば、上記ステップＳ２及びＳ３を実行するタイミングは任意である。
【００４８】
一方、ステップＳ１において、燃焼装置５がＯＮしていない場合（ステップＳ１においてＮｏ）には、制御器２２は、水蒸気供給器（図示せず）により改質器１２への水蒸気の供給を開始する（ステップＳ５）。
【００４９】
なお、上記フローでは、ステップＳ４を実行しているが、ステップＳ４を実行せず、改質器１２への水蒸気の供給を開始した後も、燃焼装置５の出力の制限を維持する形態を採用しても構わない。
【００５０】
次に本実施の形態１における変形例を説明する。
【００５１】
［第１変形例］
第１変形例の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムにおいて、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、改質器に原料及び水蒸気の供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００５２】
第１変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１の燃料電池システムの運転方法において、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、燃焼器と連通している改質器に原料及び水蒸気の供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００５３】
かかる構成により、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【００５４】
ここで、燃焼器と連通している改質器とは、改質器と燃焼器とが連通した状態であることを意味する。従って、少なくとも改質器と燃焼器とは接続されており、さらに、改質器と燃焼器とを接続するガス流路に開閉弁が設けられている場合、この開閉弁は開放されている。
【００５５】
第１変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１の燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００５６】
次に、第１変形例の燃料電池システム１０１について詳細に説明する。
【００５７】
本変形例の燃料電池システム１０１は、実施の形態１の燃料電池システムと同様の構成を有するのでその説明を省略し、本変形例の燃料電池システム１０１の動作について説明する。
【００５８】
図４は、実施の形態１の第１変形例における燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００５９】
燃料電池システム１０１は、起動時において、改質器１２を経由せず供給された原料ガスを用いて燃焼器３を燃焼させ、改質器１２を昇温している。この状態において、改質器１２に原料ガス及び水蒸気の供給を開始するに伴い以下の動作を実行する。
【００６０】
本変形例の燃料電池システム１０１は、図４に示すように、燃焼装置５の出力を低下した後に（ステップＳ２）、改質器１２への原料及び水蒸気の供給を開始する（ステップＳ３）点、及び燃焼装置５がＯＦＦ（燃焼動作が停止）していることを検知したときに（ステップＳ１でＮｏ）、改質器１２への原料及び水蒸気の供給を開始する（ステップＳ３）点を除いては、図３と同様に動作する。
【００６１】
［第２変形例］
第２変形例の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムにおいて、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、燃焼器と連通している燃料電池に改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００６２】
第２変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１の燃料電池システムの運転方法において、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、燃焼器と連通している燃料電池に改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００６３】
かかる構成により、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【００６４】
ここで、燃焼器と連通している燃料電池とは、燃料電池のアノードガス流路と燃焼器とが連通した状態であることを意味する。従って、少なくとも燃料電池のアノードガス流路と燃焼器とは接続されており、さらに、燃料電池と燃焼器とを接続するガス流路に開閉弁が設けられている場合、この開閉弁は開放されている。
【００６５】
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１及び第１変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００６６】
次に、本変形例の燃料電池システム１０１について詳細に説明する。
【００６７】
本変形例の燃料電池システム１０１は、実施の形態１の燃料電池システムと同様の構成を有するのでその説明を省略し、本変形例の燃料電池システム１０１の動作について説明する。
【００６８】
図５は、実施の形態１の第２変形例における燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００６９】
燃料電池システム１０１は、起動時において、改質器１２に原料ガス及び水蒸気を供給して水素含有ガスを生成するが、水素含有ガスの組成が安定するまで、燃料電池１３への水素含有ガスの供給を待機している。改質器１２から排出される水素含有ガスは、燃料電池１３をバイパスするバイパス流路を経由して燃焼器３に供給され、燃焼器３で燃焼される。
【００７０】
そして、水素含有ガスの組成が安定した後、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始するに伴い以下の動作を実行する。
【００７１】
本変形例の燃料電池システム１０１は、図５に示すように、燃焼装置５の出力を低下した後に（ステップＳ２）、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始する（ステップＳ８）点、及び燃焼装置５がＯＦＦ（燃焼動作が停止）していることを検知したときに（ステップＳ１でＮｏ）、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始する（ステップＳ９）点を除いては、図３と同様に動作する。
【００７２】
なお、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始する際に、図示されない切替器によりバイパス流路から燃料電池１３へのガス流路に切り替えてもよい。または、パイパス流路と燃料電池１３へのガス流路との両方が燃焼器と連通した状態にしてもよい。
【００７３】
［第３変形例］
第３変形例の燃料電池システムは、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例の燃料電池システムのいずれかにおいて、燃焼装置の出力の低下として、燃焼装置の燃焼動作の停止を実行する。
【００７４】
第３変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例の燃料電池システムのいずれかの運転方法において、燃焼装置の出力を低下させるステップとは、燃焼装置の燃焼動作を停止させるステップであることを特徴とする。
【００７５】
かかる構成により、燃焼装置５の燃焼動作に起因する第１の排ガス流路４の背圧の上昇がなくなるため、燃焼装置５の燃焼量を低下する実施の形態１、第１変形例及び第２変形例のいずれかの燃料電池システムに比べ、燃焼器３の燃焼安定性が向上し、好ましい。
【００７６】
第３変形例の燃料電池システムは、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例の燃料電池システムにおいて、制御器は、燃焼装置の燃焼動作の停止後に燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するよう制御してもよい。
【００７７】
第３変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、燃焼装置の燃焼動作の停止後に燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行してもよい。
【００７８】
かかる構成により、燃焼装置５のポストパージに起因する第１の排ガス流路４の背圧の上昇がない状態で、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が実行されるため、ポストパージ中に着火動作を実行する場合に比べ、燃焼器３の燃焼安定性が向上し、より好ましい。
【００７９】
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００８０】
次に、本変形例の燃料電池システム１０１を、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作として実施の形態１の動作（改質器への水蒸気の供給開始）を実行する例について詳細に説明する。
【００８１】
本変形例の燃料電池システム１０１は、実施の形態１の燃料電池システムと同様の構成を有するのでその説明を省略し、本変形例の燃料電池システム１０１の動作について説明する。
【００８２】
図６は、実施の形態１の第３変形例における燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００８３】
本変形例の燃料電池システム１０１は、図６に示すように、燃焼装置５がＯＮ（燃焼動作を実行）していることを検知したときに（ステップＳ１でＹｅｓ）、燃焼装置５の燃焼動作を停止すること（ステップＳ１０）、改質器１２への水蒸気供給を開始した後（ステップＳ３）、燃焼装置５の燃焼動作を再開する（ステップＳ１１）点を除いては、図３と同様に動作する。
【００８４】
なお、本例では、ステップＳ７において、制御器２２が改質器１２への水蒸気の供給を開始した後、所定のタイミングにおいて制御器２２が燃焼装置５の燃焼動作を再開するよう制御している。しかしながら、ステップＳ７を設けずに、操作者の手動操作等により新規に運転再開の指示があるまでは、燃焼装置５を停止したままにする形態を採用しても構わない。
【００８５】
なお、燃焼装置５の停止時には、停止動作として一般的に燃焼用空気によるポストパージが実行され、これにより第１の排ガス流路４の背圧が上昇するため、制御器２２は、燃焼装置５よりポストパージ完了の信号を取得してから改質器１２への水蒸気の供給を開始すするよう水蒸気供給器を制御することが好ましい。しかしながら、燃焼装置５の燃焼動作を停止する直前の背圧に比べてポストパージ中の背圧が低い場合は、ポストパージ中に改質器１２に水蒸気の供給を開始する形態を採用しても構わない。
【００８６】
（実施の形態２）
実施の形態２の燃料電池システムは、実施の形態１及び第１第３変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、表示器の画面に燃焼装置の出力を低下させている旨を表示させる。
【００８７】
かかる構成により、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、熱負荷において所望の熱量が得られなくても、使用者が誤って異常と判断しなくなるので好ましい。
【００８８】
本実施の形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１及び第１第３変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００８９】
次に、本実施の形態の燃料電池システム１０１について詳細に説明する。
【００９０】
図７は実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００９１】
図７に示すように、燃料電池システム１０１は、表示器１０を備える。上記以外の構成で図１及び図２と同一の符号である構成については、実施の形態１の燃料電池システム１０１と同様に構成されているので、その説明を省略する。
【００９２】
表示器１０は、画面を有し、この画面に所定の情報を表示する。表示器１０は、画面を有する表示器であればいずれの形態であってもよく、燃料電池システム１０１のリモコン等が例示される。
【００９３】
本実施の形態の燃料電池システム１０１は、燃焼装置及び燃焼器が共に燃焼しているときに燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作の実行するに伴い燃焼装置５の出力を低下させる。
【００９４】
上記のように燃焼装置５の出力を低下させているときに、制御器２２が、表示器１０の画面にその旨を表示させるよう制御する。表示形式は、任意であるが、例えば、テキスト、またはコード等で燃焼器３の着火動作のため燃焼装置５の出力を低下させている旨を表示させる。なお、燃焼装置５の出力の低下には、燃焼装置５の燃焼量の低下及び燃焼装置５の停止の少なくともいずれか一方が含まれる。
【００９５】
図８は実施の形態３に係る燃料電池システムの表示器１０の表示例を示す図である。
【００９６】
燃焼装置５の燃焼量の低下として、燃焼装置５の燃焼量を低下させているときは、図７（ａ）に示すように表示器１０の画面に、その旨が表示される。また、燃焼装置５の燃焼量の低下として、制御器２２により燃焼装置５を停止させているときは、図７（ｂ）に示すように表示器１０の画面に、その旨が表示される。
【００９７】
なお、上記例では、表示器１０が燃料電池システム１０１に含まれない形態であっても構わない。この場合、表示器１０は、燃焼装置５のリモコン、テレビ受像機等が例示される。
【００９８】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施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る。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上するので有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 燃料電池ユニット
３ 燃焼器
４ 第１の排ガス流路
５ 燃焼装置
６ 第２の排ガス流路
１０ 表示器
１１ ダクト
１２ 改質器
１３ 燃料電池
２１ 合流箇所
２２ 制御器
１０１ 燃料電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システム関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の内部に配置された燃料電池を備える発電装置で生じた排ガスの排出性能を向上することを目的として、上下方向に延びるダクトに排ガス流路を接続する発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、改質器より排出される可燃性ガスを燃焼器に供給して、燃焼させているときに、改質器から燃焼器に至るまでの流路に原料ガスと異なる他のガスを供給すると、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量が増加し、燃焼器の燃焼が不安定になる。そこで、燃焼器の燃焼安定性を向上するため、燃焼器に供給する燃焼用空気の量を増加させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、燃料電池に改質器で生成した水素含有ガスの供給を開始すると、燃焼器に供給されるガスの組成が変動し、燃焼器が失火する恐れがある。そこで、燃焼器に供給されるガスの組成が変動する際に、点火器を動作させ、仮に燃焼器で失火しても、速やかに再着火させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１０６３１号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１１９７３６号
【特許文献３】特開２００４−２１０５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載された燃料電池システムでは、燃料電池の排ガスがダクトに接続するよう構成されている。このような発電装置の外部に熱負荷へ熱を供給するための燃焼装置（以下、燃焼装置）がある場合、燃焼装置の排ガス流路もダクトに接続されると想定される。このような形態において、燃焼装置が稼動し、ダクトを介して燃焼器の排ガス流路の背圧が高まると、燃焼器に必要量の燃焼用空気が供給できない可能性がある。
【０００７】
ここで、特許文献２及び特許文献３に記載のような、燃料電池システムの燃焼器が燃焼不安定になる状況において、燃焼器の排ガス流路の背圧が高まると、より状況が悪化する可能性があるが、従来の燃料電池システムはその点について検討されていない。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する燃料電池システム及びその運転方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池及び燃焼器を備える燃料電池ユニットと、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路と、制御器とを備え、前記第１の排ガス流路は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路が接続されたダクトに接続されており、前記制御器は、前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、前記燃焼装置の出力を低下するよう制御する。
【００１０】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池ユニット内に設けられた燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置からの燃焼排ガスと合流するステップと、前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するステップと、前記動作の実行に伴い、前記燃焼装置の出力を低下させるステップとを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示す図
【図２】実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図４】実施の形態１の第１変形例に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図５】実施の形態１の第２変形例に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図６】実施の形態１の第３変形例に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図
【図７】実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図
【図８】実施の形態２に係る燃料電池システムの表示器の表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、具体的に実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池及び燃焼器を備える燃料電池ユニットと、燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路と、制御器とを備え、第１の排ガス流路は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路が接続されたダクトに接続されており、制御器は、燃焼装置及び燃焼器が共に燃焼しているときに燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作の実行に伴い、燃焼装置の出力を低下するよう制御する。
【００１５】
実施の形態１の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池ユニット内に設けられた燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置からの燃焼排ガスと合流するステップと、燃焼器の着火動作を行うステップと、燃焼装置及び燃焼器が共に燃焼しているときに燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するステップと、前記動作の実行に伴い、燃焼装置の出力を低下させるステップとを備える。
【００１６】
かかる構成により、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【００１７】
ここで、第１の排ガス流路が第２の排ガス流路と「連通する」とは、第１の排ガス流路と第２の排ガス流路が直接、接続する形態と、第１の排ガス流路と第２の排ガス流路とがダクトを介して連通する形態とを含む。
【００１８】
ここで、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、いずれの動作でも良く、燃焼器と連通している改質器に原料及び水蒸気の少なくともいずれか一方の供給を開始する動作、及び燃焼器と連通している燃料電池に改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作が挙げられる。
【００１９】
ここで、燃焼装置の出力の低下には、燃焼装置の燃焼量の低下だけでなく燃焼装置の燃焼動作の停止も含む。
【００２０】
実施の形態１の燃料電池システムは、制御器は、燃焼器の出力を低下させた後、燃焼装置の出力の制限を解除してもよい。
【００２１】
実施の形態１の燃料電池システムの運転方法は、燃焼器の出力を低下させた後、燃焼装置の出力の制限を解除するステップを備えてもよい。
【００２２】
かかる構成により、熱負荷需要に対して燃焼装置が必要な出力で運転できる状態に戻るので、好ましい。
【００２３】
次に、実施の形態１における燃料電池システムの詳細について説明する。
【００２４】
［構成］
図１は実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池システム１０１は、改質器１２、燃料電池１３及び燃焼器３を備える燃料電池ユニット１と、第１の排ガス流路４と、制御器２２とを備える。
【００２６】
燃料電池ユニット１は、改質器１２、燃料電池１３及び燃焼器３を備える。
【００２７】
改質器１２は、原料ガス及び水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する。改質反応は、原料ガス及び水蒸気を用いる改質反応であれば、いずれの種類であっても良く、水蒸気改質反応、及びオートサーマル反応等が例示される。原料ガスは、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスであり、天然ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ、都市ガス等の炭化水素、及びメタノール等のアルコールが例示される。
【００２８】
燃料電池１３は、改質器１２で生成された水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、燐酸形燃料電池等が例示される。なお、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１３が、固体酸化物形燃料電池である場合を例にしている。
【００２９】
燃焼器３は、改質器から排出される可燃性ガスを燃焼する燃焼器である。なお、本実施の形態の燃料電池システムでは、燃焼器３で生成した燃焼排ガスにより改質器１２が加熱されるよう構成されている。なお、燃料電池１３が、固体酸化物形燃料電池である場合、燃焼器３の燃焼排ガスにより改質器１２及び燃料電池１３が加熱されるよう構成される。
【００３０】
第１の排ガス流路４は、燃焼器３から排出される燃焼排ガスが流れるガス流路であり、第２の排ガス流路６と接続し。合流箇所２１において、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とは合流している。合流後の第１の排ガス流路４及び第２の排ガス流路６は、ダクト１１に接続し、ダクトを介して外気に燃焼排ガスが排出される。
【００３１】
なお、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とが直接接続せず、図２に示すように第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とがそれぞれ独立してダクト１１に接続し、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とがダクト１１を介して連通するよう構成されていてもよい。つまり、第１の排ガス流路４と第２の排ガス流路６とが連通していれば、いずれの形態であっても構わない。
【００３２】
第２の排ガス流路６は、燃焼装置５からの燃焼排ガスが流れる流路である。
【００３３】
燃焼装置５は、燃料ガスを燃焼させて、熱負荷（図示せず）に供給するための熱を発生する装置である。燃焼装置５として、ボイラー、給湯器等が例示される。燃焼装置５は、燃焼動作時に燃料ガスを燃焼させて水を含んだ燃焼排ガス（以下、燃焼排ガスという）を排出する。熱負荷（図示せず）としては、暖房、風呂、シャワー等が例示される。
【００３４】
制御器２２は、燃焼装置５の動作を制御する。制御器は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、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。集中制御の場合は、制御器２２が直接、燃焼装置５の制御を行い、分散制御の場合は、制御器２２は、燃焼装置５の制御を行う制御器（図示せず）を介して間接的に燃焼装置５の制御を行う。
【００３５】
なお、燃料電池ユニット１は、改質器１２に原料ガスを供給する原料ガス供給器（図示せず）と、改質器１２に水蒸気を供給する水蒸気供給器（図示せず）とを備える。
【００３６】
原料ガス供給器は、改質器１２に供給される原料ガスの流量を調整する。原料ガス供給器には、例えば、ポンプ及び流量調整弁の少なくともいずれか一方が用いられる。
【００３７】
水蒸気供給器は、改質器１２に供給される水蒸気の流量を調整する。水蒸気供給器は、蒸発器（図示せず）と水供給器（図示せず）とを備える。蒸発器は、図示されない加熱器で加熱するよう構成されてもよいし、燃焼器３の燃焼排ガスで加熱するよう構成してもよい。水供給器は、ポンプ及び流量調整弁の少なくともいずれか一方が用いられる。
【００３８】
燃料電池システム１０１は、燃焼装置５のＯＮ（燃焼動作の実行）を検知する、図示されないＯＮ検知器を備える。ＯＮ検知器は、例えば、燃焼装置５から出力される燃焼装置５のＯＮ信号を取得する信号取得器、燃焼装置５から排出される燃焼排ガスの圧力を検知する圧力検知器等で構成される。
【００３９】
なお、本例では、燃焼装置５及び第２の排ガス流路６を燃料電池システム１０１に含まれない構成として説明しているが、これらを燃料電池システム１０１に含む形態を採用しても構わない。
【００４０】
［動作］
次に、以上のように構成された燃料電池システム１０１において、燃焼装置５及び燃焼器３が共に燃焼しているときに、燃焼器３と連通している改質器１２に水蒸気の供給を開始する際の制御器２２の制御を、図３を用いて説明する。
【００４１】
ここで、燃焼器３と連通している改質器１２とは、改質器１２と燃焼器３とが連通した状態であることを意味する。従って、少なくとも改質器１２と燃焼器３とは接続されており、さらに、改質器１２と燃焼器３とを接続するガス流路に開閉弁が設けられている場合、この開閉弁は開放されている。
【００４２】
図３は、本実施の形態の燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００４３】
燃料電池システム１０１は、起動時において、改質器１２を経由した原料ガスを用いて燃焼器３を燃焼させ、改質器１２を昇温している。この状態において、改質器１２に水蒸気の供給を開始するに伴い以下の動作を実行する。なお、改質器１２を経由した原料ガスは、燃料電池１３をバイパスするバイパス流路を経由して燃焼器３に供給される。なお、このバイパス流路を設けず、改質器１２及び燃料電池１３を経由した原料ガスが燃焼器３に供給される形態を採用しても構わない。
【００４４】
図３に示すように、制御器２２は、ＯＮ検知器（図示せず）の検出値に基づき燃焼装置５がＯＮ（燃焼動作を実行）しているか否か判定する（ステップＳ１）。燃焼装置５がＯＮしている場合（ステップＳ１においてＹｅｓ）には、制御器２２は、燃焼装置５の出力が低下するよう制御する（ステップＳ２）。本例では、燃焼装置５内に設けられた制御器（図示せず）に燃焼装置５の出力を制御するよう指示する。これにより、燃焼装置５は、制御器（図示せず）により燃焼装置５の出力が低下するように制御される。本例では、制御器（図示せず）により燃焼装置５に供給される可燃性ガスの供給量が低下するよう制御され、燃焼装置５の燃焼量が低下する。ここで、第２の排ガス流路６を流れる燃焼排ガスの流量が低下するため、第１の排ガス流路４の背圧も低下する。なお、燃焼装置５に供給される可燃性ガスの供給量の低下とともに燃焼用空気の供給量を低下させると、改質器１２に水蒸気を供給する際に、第１の排ガス流路４の背圧がより低下して、好ましい。ここで、可燃性ガスの供給量及び燃焼用空気の供給量は、それぞれ、図示されない流量調整器により調整される。流量調整器としては、流量調整弁及びポンプのいずれか、もしくはこれらの組合せが用いられる。
【００４５】
制御器２２は、燃焼装置５の出力を低下させた後、水蒸気供給器（図示せず）を用いて改質器１２への水蒸気の供給を開始する（ステップＳ３）。なお、本ステップにおいて、燃焼装置５の出力は、ステップＳ２で低下された出力以下で運転するよう出力が制限されている。改質器１２に水蒸気の供給を開始した後、所定のタイミングで燃焼装置５の出力制限を解除する（ステップＳ４）。本例では、燃焼装置５の出力制限を解除する信号を燃焼装置５の制御器（図示せず）に出力する。燃焼装置５の制御器（図示せず）は、燃焼装置５の出力制限を解除するとともに、熱負荷需要に対して必要な熱を供給するための出力に変更する。
【００４６】
なお、上記所定のタイミングは、適宜設定されるが、例えば、改質器１２に水蒸気に供給を開始した後、燃焼器３の燃焼が安定するタイミングであってもよい。このタイミングの判定は、任意の手段を採用して構わない。例えば、改質器１２への水蒸気の供給を開始してからの経過時間であってもよい。
【００４７】
なお、本例では、燃焼装置５の出力を低下させた後に、改質器１２への水蒸気の供給を開始するフローであるが、これらのタイミングは同時であってもよいし、逆であっても構わない。つまり、改質器１２への水蒸気の供給を開始してから燃焼器３の燃焼が安定するまでの間の少なくとも一部において、燃焼装置５の出力が低下していれば、上記ステップＳ２及びＳ３を実行するタイミングは任意である。
【００４８】
一方、ステップＳ１において、燃焼装置５がＯＮしていない場合（ステップＳ１においてＮｏ）には、制御器２２は、水蒸気供給器（図示せず）により改質器１２への水蒸気の供給を開始する（ステップＳ５）。
【００４９】
なお、上記フローでは、ステップＳ４を実行しているが、ステップＳ４を実行せず、改質器１２への水蒸気の供給を開始した後も、燃焼装置５の出力の制限を維持する形態を採用しても構わない。
【００５０】
次に本実施の形態１における変形例を説明する。
【００５１】
［第１変形例］
第１変形例の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムにおいて、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、改質器に原料及び水蒸気の供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００５２】
第１変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１の燃料電池システムの運転方法において、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、燃焼器と連通している改質器に原料及び水蒸気の供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００５３】
かかる構成により、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【００５４】
ここで、燃焼器と連通している改質器とは、改質器と燃焼器とが連通した状態であることを意味する。従って、少なくとも改質器と燃焼器とは接続されており、さらに、改質器と燃焼器とを接続するガス流路に開閉弁が設けられている場合、この開閉弁は開放されている。
【００５５】
第１変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１の燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００５６】
次に、第１変形例の燃料電池システム１０１について詳細に説明する。
【００５７】
本変形例の燃料電池システム１０１は、実施の形態１の燃料電池システムと同様の構成を有するのでその説明を省略し、本変形例の燃料電池システム１０１の動作について説明する。
【００５８】
図４は、実施の形態１の第１変形例における燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００５９】
燃料電池システム１０１は、起動時において、改質器１２を経由せず供給された原料ガスを用いて燃焼器３を燃焼させ、改質器１２を昇温している。この状態において、改質器１２に原料ガス及び水蒸気の供給を開始するに伴い以下の動作を実行する。
【００６０】
本変形例の燃料電池システム１０１は、図４に示すように、燃焼装置５の出力を低下した後に（ステップＳ２）、改質器１２への原料及び水蒸気の供給を開始する（ステップＳ３）点、及び燃焼装置５がＯＦＦ（燃焼動作が停止）していることを検知したときに（ステップＳ１でＮｏ）、改質器１２への原料及び水蒸気の供給を開始する（ステップＳ３）点を除いては、図３と同様に動作する。
【００６１】
［第２変形例］
第２変形例の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムにおいて、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、燃焼器と連通している燃料電池に改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００６２】
第２変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１の燃料電池システムの運転方法において、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が、燃焼器と連通している燃料電池に改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作であることを特徴とする。
【００６３】
かかる構成により、燃焼器を内部に有するとともに、排ガス流路が、燃焼装置と共通のダクトに接続される燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上する。
【００６４】
ここで、燃焼器と連通している燃料電池とは、燃料電池のアノードガス流路と燃焼器とが連通した状態であることを意味する。従って、少なくとも燃料電池のアノードガス流路と燃焼器とは接続されており、さらに、燃料電池と燃焼器とを接続するガス流路に開閉弁が設けられている場合、この開閉弁は開放されている。
【００６５】
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１及び第１変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００６６】
次に、本変形例の燃料電池システム１０１について詳細に説明する。
【００６７】
本変形例の燃料電池システム１０１は、実施の形態１の燃料電池システムと同様の構成を有するのでその説明を省略し、本変形例の燃料電池システム１０１の動作について説明する。
【００６８】
図５は、実施の形態１の第２変形例における燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００６９】
燃料電池システム１０１は、起動時において、改質器１２に原料ガス及び水蒸気を供給して水素含有ガスを生成するが、水素含有ガスの組成が安定するまで、燃料電池１３への水素含有ガスの供給を待機している。改質器１２から排出される水素含有ガスは、燃料電池１３をバイパスするバイパス流路を経由して燃焼器３に供給され、燃焼器３で燃焼される。
【００７０】
そして、水素含有ガスの組成が安定した後、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始するに伴い以下の動作を実行する。
【００７１】
本変形例の燃料電池システム１０１は、図５に示すように、燃焼装置５の出力を低下した後に（ステップＳ２）、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始する（ステップＳ８）点、及び燃焼装置５がＯＦＦ（燃焼動作が停止）していることを検知したときに（ステップＳ１でＮｏ）、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始する（ステップＳ９）点を除いては、図３と同様に動作する。
【００７２】
なお、改質器１２から燃料電池１３への水素含有ガスの供給を開始する際に、図示されない切替器によりバイパス流路から燃料電池１３へのガス流路に切り替えてもよい。または、パイパス流路と燃料電池１３へのガス流路との両方が燃焼器と連通した状態にしてもよい。
【００７３】
［第３変形例］
第３変形例の燃料電池システムは、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例の燃料電池システムのいずれかにおいて、燃焼装置の出力の低下として、燃焼装置の燃焼動作の停止を実行する。
【００７４】
第３変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例の燃料電池システムのいずれかの運転方法において、燃焼装置の出力を低下させるステップとは、燃焼装置の燃焼動作を停止させるステップであることを特徴とする。
【００７５】
かかる構成により、燃焼装置５の燃焼動作に起因する第１の排ガス流路４の背圧の上昇がなくなるため、燃焼装置５の燃焼量を低下する実施の形態１、第１変形例及び第２変形例のいずれかの燃料電池システムに比べ、燃焼器３の燃焼安定性が向上し、好ましい。
【００７６】
第３変形例の燃料電池システムは、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例の燃料電池システムにおいて、制御器は、燃焼装置の燃焼動作の停止後に燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するよう制御してもよい。
【００７７】
第３変形例の燃料電池システムの運転方法は、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、燃焼装置の燃焼動作の停止後に燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行してもよい。
【００７８】
かかる構成により、燃焼装置５のポストパージに起因する第１の排ガス流路４の背圧の上昇がない状態で、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作が実行されるため、ポストパージ中に着火動作を実行する場合に比べ、燃焼器３の燃焼安定性が向上し、より好ましい。
【００７９】
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００８０】
次に、本変形例の燃料電池システム１０１を、燃焼器への可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作として実施の形態１の動作（改質器への水蒸気の供給開始）を実行する例について詳細に説明する。
【００８１】
本変形例の燃料電池システム１０１は、実施の形態１の燃料電池システムと同様の構成を有するのでその説明を省略し、本変形例の燃料電池システム１０１の動作について説明する。
【００８２】
図６は、実施の形態１の第３変形例における燃料電池システム１０１の動作の一例を示すフロー図である。
【００８３】
本変形例の燃料電池システム１０１は、図６に示すように、燃焼装置５がＯＮ（燃焼動作を実行）していることを検知したときに（ステップＳ１でＹｅｓ）、燃焼装置５の燃焼動作を停止すること（ステップＳ１０）、改質器１２への水蒸気供給を開始した後（ステップＳ３）、燃焼装置５の燃焼動作を再開する（ステップＳ１１）点を除いては、図３と同様に動作する。
【００８４】
なお、本例では、ステップＳ７において、制御器２２が改質器１２への水蒸気の供給を開始した後、所定のタイミングにおいて制御器２２が燃焼装置５の燃焼動作を再開するよう制御している。しかしながら、ステップＳ７を設けずに、操作者の手動操作等により新規に運転再開の指示があるまでは、燃焼装置５を停止したままにする形態を採用しても構わない。
【００８５】
なお、燃焼装置５の停止時には、停止動作として一般的に燃焼用空気によるポストパージが実行され、これにより第１の排ガス流路４の背圧が上昇するため、制御器２２は、燃焼装置５よりポストパージ完了の信号を取得してから改質器１２への水蒸気の供給を開始すするよう水蒸気供給器を制御することが好ましい。しかしながら、燃焼装置５の燃焼動作を停止する直前の背圧に比べてポストパージ中の背圧が低い場合は、ポストパージ中に改質器１２に水蒸気の供給を開始する形態を採用しても構わない。
【００８６】
（実施の形態２）
実施の形態２の燃料電池システムは、実施の形態１及び第１第３変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、表示器の画面に燃焼装置の出力を低下させている旨を表示させる。
【００８７】
かかる構成により、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、熱負荷において所望の熱量が得られなくても、使用者が誤って異常と判断しなくなるので好ましい。
【００８８】
本実施の形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態１及び第１第３変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成されていてもよい。
【００８９】
次に、本実施の形態の燃料電池システム１０１について詳細に説明する。
【００９０】
図７は実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００９１】
図７に示すように、燃料電池システム１０１は、表示器１０を備える。上記以外の構成で図１及び図２と同一の符号である構成については、実施の形態１の燃料電池システム１０１と同様に構成されているので、その説明を省略する。
【００９２】
表示器１０は、画面を有し、この画面に所定の情報を表示する。表示器１０は、画面を有する表示器であればいずれの形態であってもよく、燃料電池システム１０１のリモコン等が例示される。
【００９３】
本実施の形態の燃料電池システム１０１は、燃焼装置及び燃焼器が共に燃焼しているときに燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作の実行するに伴い燃焼装置５の出力を低下させる。
【００９４】
上記のように燃焼装置５の出力を低下させているときに、制御器２２が、表示器１０の画面にその旨を表示させるよう制御する。表示形式は、任意であるが、例えば、テキスト、またはコード等で燃焼器３の着火動作のため燃焼装置５の出力を低下させている旨を表示させる。なお、燃焼装置５の出力の低下には、燃焼装置５の燃焼量の低下及び燃焼装置５の停止の少なくともいずれか一方が含まれる。
【００９５】
図８は実施の形態３に係る燃料電池システムの表示器１０の表示例を示す図である。
【００９６】
燃焼装置５の燃焼量の低下として、燃焼装置５の燃焼量を低下させているときは、図７（ａ）に示すように表示器１０の画面に、その旨が表示される。また、燃焼装置５の燃焼量の低下として、制御器２２により燃焼装置５を停止させているときは、図７（ｂ）に示すように表示器１０の画面に、その旨が表示される。
【００９７】
なお、上記例では、表示器１０が燃料電池システム１０１に含まれない形態であっても構わない。この場合、表示器１０は、燃焼装置５のリモコン、テレビ受像機等が例示される。
【００９８】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施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る。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、燃焼器を内部に有するとともに、燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置の燃焼排ガスと合流するよう構成された燃料電池システムにおいて、従来よりも燃焼器の燃焼安定性が向上するので有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 燃料電池ユニット
３ 燃焼器
４ 第１の排ガス流路
５ 燃焼装置
６ 第２の排ガス流路
１０ 表示器
１１ ダクト
１２ 改質器
１３ 燃料電池
２１ 合流箇所
２２ 制御器
１０１ 燃料電池システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池及び燃焼器を備える燃料電池ユニットと、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路と、制御器とを備え、前記第１の排ガス流路は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路が接続されたダクトに接続されており、前記制御器は、前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、前記燃焼装置の出力を低下するよう制御する燃料電池システム。
【請求項２】
原料ガス及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質器を備え、
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記改質器に原料及び水蒸気の少なくともいずれか一方の供給を開始する動作である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記燃料電池に前記改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記燃焼器の出力の低下として、前記燃焼装置の燃焼動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記燃焼装置の燃焼動作の停止後に前記燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行する、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼装置の出力の制限を解除する請求項１−３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼装置の燃焼動作を再開する請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃焼装置の運転状態を画面に表示する表示器を備え、
前記制御器は、前記燃焼器の出力を低下しているときに、前記表示器に前記燃焼装置が出力低下している旨を表示させる請求項１−７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池ユニット内に設けられた燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置からの燃焼排ガスと合流するステップと、
前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するステップと、
前記動作の実行に伴い、前記燃焼装置の出力を低下させるステップとを備える燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記改質器に原料及び水蒸気の少なくともいずれか一方の供給を開始する動作である請求項９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記燃料電池に前記改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作である請求項９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
前記燃焼装置の出力を低下させるステップとは、前記燃焼装置の燃焼動作を停止させるステップである、請求項９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１３】
前記燃焼装置の燃焼動作の停止後に前記燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行する、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１４】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼器の着火動作時における前記燃焼装置の出力の制限を解除するステップを備える請求項９−１１のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１５】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼装置の燃焼動作を再開するステップを備える請求項１２または１３のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１６】
前記燃焼装置が出力低下しているときに、表示器の画面に前記燃焼装置が出力低下している旨を表示するステップを備える請求項９−１５のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１】
燃料電池及び燃焼器を備える燃料電池ユニットと、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが流れる第１の排ガス流路と、制御器とを備え、前記第１の排ガス流路は、熱負荷に供給する熱を生成する燃焼装置からの燃焼排ガスが流れる第２の排ガス流路が接続されたダクトに接続されており、前記制御器は、前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するに伴い、前記燃焼装置の出力を低下するよう制御する燃料電池システム。
【請求項２】
原料ガス及び水蒸気を用いて水素含有ガスを生成する改質器を備え、
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記改質器に原料及び水蒸気の少なくともいずれか一方の供給を開始する動作である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記燃料電池に前記改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記燃焼器の出力の低下として、前記燃焼装置の燃焼動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記燃焼装置の燃焼動作の停止後に前記燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行する、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼装置の出力の制限を解除する請求項１−３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼装置の燃焼動作を再開する請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃焼装置の運転状態を画面に表示する表示器を備え、
前記制御器は、前記燃焼器の出力を低下しているときに、前記表示器に前記燃焼装置が出力低下している旨を表示させる請求項１−７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池ユニット内に設けられた燃焼器からの燃焼排ガスが、燃焼装置からの燃焼排ガスと合流するステップと、
前記燃焼装置及び前記燃焼器が共に燃焼しているときに前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行するステップと、
前記動作の実行に伴い、前記燃焼装置の出力を低下させるステップとを備える燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記改質器に原料及び水蒸気の少なくともいずれか一方の供給を開始する動作である請求項９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作は、前記燃焼器と連通している前記燃料電池に前記改質器で生成された水素含有ガスの供給を開始する動作である請求項９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
前記燃焼装置の出力を低下させるステップとは、前記燃焼装置の燃焼動作を停止させるステップである、請求項９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１３】
前記燃焼装置の燃焼動作の停止後に前記燃焼装置内を燃焼用空気でポストパージした後、前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行する、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１４】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼器の着火動作時における前記燃焼装置の出力の制限を解除するステップを備える請求項９−１１のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１５】
前記燃焼器に供給される可燃性ガスの流量及び可燃性ガスの組成の少なくともいずれか一方が変化する動作を実行後、前記燃焼装置の燃焼動作を再開するステップを備える請求項１２または１３のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１６】
前記燃焼装置が出力低下しているときに、表示器の画面に前記燃焼装置が出力低下している旨を表示するステップを備える請求項９−１５のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０４２２４（Ｐ２０１２−２０４２２４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９２１３（Ｐ２０１１−６９２１３）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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