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JP5132839B2 - 発電システム及びその運転方法 - Google Patents

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JP5132839B2 JP2012523149A JP2012523149A JP5132839B2 JP 5132839 B2 JP5132839 B2 JP 5132839B2 JP 2012523149 A JP2012523149 A JP 2012523149A JP 2012523149 A JP2012523149 A JP 2012523149A JP 5132839 B2 JP5132839 B2 JP 5132839B2
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Description

本発明は、熱と電気を供給する発電システム及びその運転方法に関し、特に、発電システムの運転方法に関する。
コージェネレーションシステムは、発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うシステムである。このようなコージェネレーションシステムとして、燃料電池と給湯器が同一の燃料で動作するコージェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているコージェネレーションシステムでは、燃料電池と、燃料電池の動作に伴って発生する熱を回収する熱交換器と、熱交換器を循環して加熱された水を貯蔵する貯湯槽と、貯湯槽から流出する水を所定の温度まで加温する機能を有する給湯器を有し、燃料電池と給湯器が同一の燃料で動作するように構成されている。
また、建物内部に配置する燃料電池発電装置の排気性能を向上させることを目的とした燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されている発電装置は、吸気口を備えた建物の内部に設置して使用される燃料電池発電装置であって、建物の内部の空気を燃料電池発電装置の内部へ導く空気導入口と、燃料電池発電装置の内部の空気を建物の外部へ排出する空気排出管と、換気手段を備えていて、換気手段が、建物外部の空気を吸気口を介して建物の内部に導き、さらに空気導入口を通して燃料電池発電装置の内部に導入し、さらに空気排出管を通して建物の外部へと排出する。
さらに、建物内部に配置した燃料電池で生じた排ガスの排気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を具備する発電装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に開示されている発電装置では、建物内部を上下方向に延び、上端部が外部に位置するダクトが、二重管であり、排ガス又は空気がダクトの内側又は外側を個別に流通するように、換気管及び排気管がダクトにそれぞれ連結されている。
特開２００７−２４８００９号公報 特開２００６−７３４４６号公報 特開２００８−２１０６３１号公報
ところで、特許文献１に開示されているコージェネレーションシステムを建物内に配置する場合に、特許文献２や特許文献３に開示されている発電装置を参照すると、以下のような構成をとることが考えられる。すなわち、換気ファン、燃料電池、及び燃料電池に燃料ガスを供給する水素生成器が設けられたコージェネレーションユニットと給湯器が設けられた給湯ユニットを別々に配置し、コージェネレーションユニットと給湯器とが連通する排気流路を設ける構成である。
このような構成において、例えば、給湯器を作動させ、換気ファンを作動させない場合、給湯器から排出される排ガスが、排気流路を介して、コージェネレーションユニット内に流入するおそれがある。そして、排ガスがコージェネレーションユニットに流入した状態で、コージェネレーションユニットを起動させると、コージェネレーショのユニット内に配置された燃焼器に酸素濃度が低い排ガスが供給されて、燃料電池システムの燃焼器の着火不良が起こり易くなる、という課題が生じる。
本発明は、上記のように、燃料電池システムと燃焼装置を連通する排気流路を配設する場合において、燃料電池システムの燃焼器の着火不良を抑制することができ、信頼性の高い発電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。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃焼器が作動するように制御する。
ここで、燃料電池システムが起動するときとは、燃料電池システムが起動を開始するときをいい、具体的には、例えば、制御装置に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されたときであってもよく、制御装置が、燃料電池システムの起動を開始するように、燃料電池システムを構成する機器に信号を出力したときであってもよい。換言すると、燃料電池システムが起動するときとは、制御装置に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されてから、燃料電池システムを構成する機器が作動を開始するまでの間をいう。
これにより、換気器が停止中に、燃焼装置が作動することで、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入しても、燃料電池システムが起動するときに、換気器が作動することにより、流入した排出ガスを筐体外に排出することができる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができる。よって、燃料電池システムの燃焼器の着火不良を抑制することができ、発電システムの信頼性を向上させることができる。
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が前記筐体の容積以上のガスを前記排出流路に排出するように制御してもよい。
また、本発明に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するように構成された酸化剤ガス供給器と、をさらに備え、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するように前記酸化剤ガス供給を作動させる。
また、本発明に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、前記燃焼装置は、燃焼空気を供給するように構成された燃焼空気供給器を有し、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃焼器が作動するように制御し、前記燃焼装置が作動している場合には、前記換気器の風量が、前記燃焼装置の定常運転時の排出ガス流量である第１風量以上になるように前記換気器を制御する。
また、本発明に係る発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、前記筐体と前記燃焼装置とを連通するように設けられ、前記燃料電池システム及び前記燃焼装置のそれぞれに、その大気への開口から空気を供給する給気流路と、をさらに備え、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃焼器が作動するように制御し、前記給気流路は、前記排気流路と熱交換可能なように設けられている。
また、本発明に係る発電システムでは、前記燃料電池システムは、前記燃焼装置が運転したことを検知する運転検知器をさらに有していていてもよい。
また、本発明に係る発電システムでは、前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記運転検知器が前記燃焼装置の作動を検知した場合、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器を作動させ、その後、前記燃焼器を作動させてもよい。
さらに、本発明に係る発電システムでは、前記運転検知器は、温度検知器、圧力検知器、ガス濃度検知器、音検知器の少なくとも一つであってもよい。
また、本発明に係る発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収納する筐体と、換気器と、を有する燃料電池システムと、を備える発電システムの運転方法であって、前記発電システムは、燃焼装置と、前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後に、前記燃焼器が作動する。
これにより、換気器が停止中に、燃焼装置が作動することで、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入しても、燃料電池システムが起動するときに、換気器が作動することにより、流入した排出ガスを筐体外に排出することができる。このため、筐体内の酸素濃度の低下を抑制することができる。よって、燃料電池システムの燃焼器の着火不良を抑制することができ、発電システムの信頼性を向上させることができる。
本発明の発電システム及びその運転方法によれば、換気器が停止中に、燃焼装置が作動することで、燃焼装置から排出された排出ガスが筐体内に流入しても、燃料電池システムが起動するときに、換気器が作動することにより、流入した排出ガスを筐体外に排出することが可能となる。このため、燃料電池システムの燃焼器の着火不良を抑制することができ、発電システムの信頼性を向上させることが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施の形態１に係る発電システムの燃料電池システムにおける起動動作を模式的に示すフローチャートである。 図３は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、温度検知器を用いる例を示す模式図である。 図４は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、圧力検知器を用いる例を示す模式図である。 図５は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、ガス濃度検知器を用いる例を示す模式図である。 図６は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、音検知器を用いる例を示す模式図である。 図７は、本実施の形態１における変形例の発電システムの概略構成を示す模式図である。 図８は、本実施の形態２に係る発電システムの燃料電池システムにおける起動動作を模式的に示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態３に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発電システムは、燃料電池、筐体、改質器、及び燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、燃焼装置と、排出流路と、制御装置と、を備えていて、制御装置が、換気器が停止中に燃焼装置が作動し、その後、燃料電池システムが起動するときに、換気器が作動するように制御する態様を例示するものである。
ここで、「燃料電池システムが起動するとき」とは、燃料電池システムが起動を開始するときをいい、具体的には、例えば、制御装置に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されたときであってもよく、制御装置が、燃料電池システムの起動を開始するように、燃料電池システムを構成する機器に信号を出力したときであってもよい。換言すると、「燃料電池システムが起動するとき」とは、制御装置に、燃料電池システムの起動を開始するように信号が入力されたときから、制御装置が、燃料電池システムを構成する機器（例えば、燃焼器）が作動を開始させたときまでの間をいう。このため、「燃料電池システムが起動するとき」には、燃料電池システムを構成する機器（例えば、燃焼器）が作動を開始させる場合を含む。
また、例えば、燃料電池システムがＤＳＳ運転するような場合、「燃料電池システムが起動するとき」は、制御装置が、予め設定されている燃料電池システムの運転開始時刻であってもよい。ここで、ＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｔｏｐ）運転とは、燃料電池システムの起動及び停止を毎日繰り返す運転をいい、予め定められた時刻に運転を開始し、予め定められた時刻に停止、又は運転開始時刻から所定時間後に停止する。
［発電システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る発電システム１００は、建物２００の内部に配置されている。発電システム１００は、燃料電池１１、筐体１２、改質器１４ａ、及び燃焼器１４ｂを有する燃料電池システム１０１と、換気ファン１３と、制御装置１０２と、燃焼装置１０３と、排出流路７０と、備えている。排出流路７０は、燃料電池システム１０１の筐体１２と燃焼装置１０３の排気口１０３Ａとを連通するように設けられている。そして、制御装置１０２は、換気ファン１３が停止中に燃焼装置１０３が作動し、その後、燃料電池システム１０１が起動するときに、換気ファン１３が作動するように制御する。
なお、本実施の形態１においては、発電システム１００は、建物２００の内部に配置されている構成を例示したが、これに限定されず、排出流路７０が燃料電池システム１０１の筐体１２と燃焼装置１０３の排気口１０３Ａを連通するように設けられていれば、建物２００の外部に配置されている構成を採用してもよい。
燃料電池システム１０１の筐体１２内には、燃料電池１１、換気ファン１３、燃料ガス供給器１４、及び酸化剤ガス供給器１５が配置されている。また、制御装置１０２も筐体１２内に配置されている。なお、本実施の形態１においては、制御装置１０２は、燃料電池システム１０１の筐体１２内に配置する構成を採用したが、これに限定されず、制御装置１０２は、燃焼装置１０３内に配置する構成を採用してもよく、また、筐体１２及び燃焼装置１０３とは別に配置する構成を採用してもよい。
筐体１２を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１６が設けられていて、該孔１６には、排出流路７０を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔１６と排出流路７０との隙間が、給気口１６を構成する。これにより、給気口１６を介して、筐体１２内部に、発電システム１００外の空気が供給される。
なお、本実施の形態１においては、排出流路７０を構成する配管が挿通する孔と、給気口１６を構成する孔と、を１つの孔１６で構成したが、これに限定されない。排出流路７０を構成する配管が挿通する孔と、給気口１６を構成する孔と、を別々に筐体１２に設けてもよい。また、給気口１６は、筐体１２に１つの孔によって構成されてもよく、また、複数の孔によって構成されていてもよい。
燃料ガス供給器１４は、燃料電池１１に燃料ガス（水素ガス）をその流量を調整しながら供給するように構成されていて、原料である炭化水素ガスと水蒸気から燃料ガスを生成する改質器１４ａと、改質器１４ａを加熱するように構成された燃焼器１４ｂと、を有する、水素生成装置が用いられている。燃焼器１４ｂは、バーナ若しくは燃焼触媒等で構成されている。
本実施の形態１では、燃料ガス供給器１４には、燃料ガス供給流路７１を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａの入口）が接続されている。
酸化剤ガス供給器１５は、燃料電池１１に酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器１５には、酸化剤ガス供給流路７２を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂの入口）が接続されている。
燃料電池１１は、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。燃料電池１１では、燃料ガス流路１１Ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス流路１１Ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス流路１１Ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路１１Ｂを通流する間に、カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、水を加熱するのに使用することができる。
また、本実施の形態１においては、燃料電池１１は、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。また、本実施の形態１においては、燃料電池１１と燃料ガス供給器１４を別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように燃料ガス供給器１４と燃料電池１１とが一体で構成されていてもよい。この場合、燃料電池１１と燃料ガス供給器１４とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、燃焼器１４ｂは、改質器１４ａだけでなく燃料電池１１も加熱することができる。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池１１のアノードが改質器１４ａの機能を有することから、燃料電池１１のアノードと改質器１４ａとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池１１の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
燃料ガス流路１１Ａの出口には、オフ燃料ガス流路７３の上流端が接続されている。オフ燃料ガス流路７３の下流端は、排出流路７０に接続されている。また、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口には、オフ酸化剤ガス流路７４の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス流路７４の下流端は、排出流路７０に接続されている。
これにより、燃料電池１１で使用されなかった燃料ガス（以下、オフ燃料ガス）は、燃料ガス流路１１Ａの出口からオフ燃料ガス流路７３を介して、排出流路７０に排出される。また、燃料電池１１で使用されなかった酸化剤ガス（以下、オフ酸化剤ガス）は、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス流路７４を介して、排出流路７０に排出される。排出流路７０に排出されたオフ燃料ガスは、オフ酸化剤ガスにより希釈されて、建物２００外に排出される。
換気ファン１３は、換気流路７５を介して排出流路７０と接続されている。換気ファン１３としては、筐体１２内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。これにより、給気口１６から発電システム１００外の空気が筐体１２内に給気され、換気ファン１３を作動させることにより、筐体１２内のガス（主として、空気）が換気流路７５及び排出流路７０を介して、建物２００外に排出され、筐体１２内が換気される。
なお、本実施の形態１においては、換気器としてファンを用いたが、これに限定されず、ブロワを用いてもよい。換気ファン１３は、筐体１２内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン１３は、排出流路７０内に配置するように構成してもよい。この場合、換気ファン１３は、排出流路７０の分岐部分よりも上流側に設けられていることが好ましい。
燃焼装置１０３は、燃焼器１７と燃焼ファン（燃焼空気供給器）１８を有している。燃焼器１７と燃焼ファン１８は、燃焼空気供給流路７６を介して接続されている。燃焼ファン１８は、燃焼器１７に燃焼空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
燃焼器１７には、図示されない燃焼燃料供給器から天然ガス等の可燃性ガスや灯油等の液体燃料等の燃焼燃料が供給される。そして、燃焼器１７では、燃焼ファン１８から供給された燃焼空気と、燃焼燃料供給器から供給された燃焼燃料と、を燃焼して、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。なお、発生した熱は、水を加熱するのに使用することができる。すなわち、燃焼装置１０３は、ボイラとして使用してもよい。
また、燃焼器１７には、排出ガス流路７７の上流端が接続されていて、排出ガス流路７７の下流端は、排出流路７０に接続されている。これにより、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路７７を介して、排出流路７０に排出される。すなわち、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスが、燃焼装置１０３から排出される排出ガスとして、排出流路７０に排出される。そして、排出流路７０に排出された燃焼排ガスは、排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
燃焼装置１０３を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１９が設けられていて、該孔１９には、排出流路７０を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔１９と排出流路７０との隙間が、給気口１９を構成する。これにより、給気口１９を介して、燃焼装置１０３内部に、発電システム１００外の空気が供給される。
すなわち、排出流路７０は、分岐されていて、２つの上流端は、孔１６及び孔１９のそれぞれに、接続されている。また、排出流路７０は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端（開口）は、大気に開放されている。これにより、排出流路７０は、筐体１２と燃焼装置１０３の排気口１０３Ａを連通する。
なお、本実施の形態１においては、排出流路７０を構成する配管が挿通する孔と、給気口１９を構成する孔と、を１つの孔１９で構成したが、これに限定されない。排出流路７０を構成する配管が挿通する（接続する）孔と、給気口１９を構成する孔と、を別々に燃焼装置１０３に設けてもよい。また、給気口１９は、燃焼装置１０３に１つの孔によって構成されてもよく、また、複数の孔によって構成されていてもよい。
制御装置１０２は、発電システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御装置１０２は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御装置１０２は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む発電システム１００に関する各種の制御を行う。
なお、制御装置１０２は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して発電システム１００の制御を実行する制御装置群で構成される形態であっても構わない。例えば、制御装置１０２は、換気ファン１３を制御し、他の制御装置が発電システム１００の換気ファン１３以外の機器を制御するように構成されていてもよい。また、制御装置１０２は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
［発電システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る発電システム１００の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、発電システム１００の燃料電池システム１０１における発電動作は、一般的な燃料電池システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態１においては、制御装置１０２が、１つの制御装置で構成されていて、該制御装置が、発電システム１００を構成する各機器を制御するものとして説明する。
図２は、本実施の形態１に係る発電システムの燃料電池システムにおける起動動作を模式的に示すフローチャートである。
図２に示すように、制御装置１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力されたか否かを確認する（ステップＳ１０１）。ここで、燃料電池システム１０１の起動指令が入力される場合としては、例えば、発電システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、燃料電池システム１０１を作動させるように、指示した場合や予め設定された燃料電池システム１０１の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
制御装置１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力されていない場合（ステップＳ１０１でＮｏ）には、燃料電池システム１０１の起動指令が入力されるまで、ステップＳ１０１を繰り返す。一方、制御装置１０２は、燃料電池システム１０１の起動指令が入力された場合には（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、換気ファン１３が停止中に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する。具体的には、制御装置１０２は、例えば、図示されない記憶部に換気ファン１３への停止指令を出力した後に、燃焼装置１０３の作動指令を出力したことが記憶されているか否かで判断することができる。なお、本プログラムを実行している間に、燃焼装置１０３の作動が継続しているか否かは問題とならない。
制御装置１０２は、換気ファン１３が停止中に燃焼装置１０３が作動していない（ステップＳ１０２でＮｏ）場合には、筐体１２内に燃焼装置１０３からの排出ガスが流入していないとみなすことができるので、本プログラムを終了する。一方、制御装置１０２は、換気ファン１３が停止中に燃焼装置１０３が作動した場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、制御装置１０２は、換気ファン１３を作動させる。これにより、筐体１２内のガスが、換気流路７５及び排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。また、筐体１２外の空気が、給気口１６から筐体１２内に流入される。
なお、制御装置１０２は、燃焼装置１０３が作動中である場合には、筐体１２内のガスが、排出流路７０に排出されるように、換気ファン１３の操作量を制御することが好ましい。具体的には、制御装置１０２は、換気ファン１３の風量が、予め定められている第１風量以上となるように、換気ファン１３の操作量を制御する。ここで、第１風量は、予め実験等で求められ、例えば、燃焼ファン１８の最大風量としてもよく、燃焼装置１０３の定常運転時の排出ガス流量としてもよい。
次に、制御装置１０２は、燃料電池システム１０１を構成する各機器へ起動開始指令を出力し（ステップＳ１０４）、本プログラムを終了する。これにより、燃料電池システム１０１の起動動作が開始される。具体的には、燃料ガス供給器１４の燃焼器１４ａに燃焼用燃料（例えば、天然ガス）と燃焼用空気が供給される。燃焼器１４ａでは、燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスからの伝熱により、改質器１４ａが加熱される。そして、改質器１４ａが原料（例えば、メタン等の炭化水素）を改質できる温度に達すると、改質器１４ａに原料と水蒸気が供給される。改質器１４ａでは、供給された原料と水蒸気が改質反応して、燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス供給流路７１を介して、燃料電池１１（正確には、燃料ガス流路１１Ａ）に供給される。また、酸化剤ガス供給器１５から酸化剤ガス供給流路７２を介して、燃料電池１１（正確には、酸化剤ガス流路１１Ｂ）に酸化剤ガスが供給される。
このように、本実施の形態１に係る発電システム１００では、換気ファン１３が停止中に燃焼装置１０３が作動することで、燃焼装置１０３から排出ガスが排出流路７０筐体１２内に流入したとしても、燃料電池システム１０１が起動するときに、換気ファン１３が作動することにより、流入した排出ガスを筐体１２外に排出することができる。
このため、本実施の形態１に係る発電システム１００では、筐体１２内が換気されるので、筐体１２内の酸素濃度の低下を抑制することができ、燃焼器１４ａの着火不良を抑制することができ、発電システム１００の信頼性を向上させることができる。
ところで、燃焼装置１０３に、天然ガス等に含まれる硫黄化合物を脱硫する脱硫器が設けられていないような場合には、燃焼装置１０３が燃焼動作を行うことにより、ＳＯｘが生成される。そして、生成されたＳＯｘが、排出流路７０を介して、筐体１２内に流入し、燃料ガス供給器１４の改質器１４ａに燃焼用空気とともに供給されると、改質器１４ａに含まれる触媒の被毒を加速するおそれがある。
しかしながら、本実施の形態１に係る発電システム１００では、上述したように、燃焼装置１０３からの排出ガス（ＳＯｘを含む）を筐体１２外へ排出するため、改質器１４ａにＳＯｘが供給されることが抑制される。このため、改質器１４ａの被毒化を抑制することができ、改質器１４ａの改質効率低下を抑制することができ、発電システム１００の耐久性を向上させることができる。
なお、本実施の形態１においては、排出流路７０と、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び排出ガス流路７７と、をそれぞれ、異なる流路として説明したが、これに限定されず、これらの流路を纏めて、排出流路７０と解してもよい。
また、本実施の形態１においては、制御装置１０２が、燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する方法として、燃焼装置１０３の作動指令を出力したことが記憶されているか否かで判断する方法を例示したが、これに限定されない。例えば、燃焼装置１０３からアウトプットされる情報（データや信号）を利用する方法や燃焼装置１０３にインプットされる情報（データや信号）を利用する方法等が挙げられる。
アウトプットされる情報を利用する方法としては、例えば、燃焼装置１０３が運転したことを検知する運転検知器からの情報を利用する方法が挙げられる。以下に、運転検知器が、温度検知器である場合、圧力検知器である場合、ガス濃度検知器である場合、及び音検知器である場合について、図３〜図６を参照しながら説明する。
図３は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、温度検知器を用いる例を示す模式図である。
図３に示すように、排出流路７０、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５の少なくとも１の流路に温度センサ５１を設置し（図３では、排出流路７０に設置）、制御装置１０２は、該温度センサ５１が検知した温度を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する。
具体的には、温度センサ５１が、前記流路（ここでは、排出流路７０）を通流する排出ガスの温度を検知して、検知した温度を制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、入力された温度が所定の閾値温度Ｔ１以上である場合や所定時間の前後における温度の差分が、所定の閾値温度Ｔ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
ここで、所定の閾値温度Ｔ１は、予め実験等により求められる温度値であり、温度センサ５１の設置場所により適宜設定される。同様に、所定の閾値温度Ｔ２は、予め実験等により求められる温度値であり、温度センサ５１の設置場所により適宜設定される。
図４は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、圧力検知器を用いる例を示す模式図である。
図４に示すように、排出流路７０、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５の少なくとも１の流路に圧力センサ５２を設置し（図４では、排出流路７０に設置）、制御装置１０２は、該圧力センサ５２が検知した圧力を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する。具体的には、圧力センサ５２が、前記流路（ここでは、排出流路７０）内の圧力を検知して、検知した圧力を制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、入力された圧力が所定の閾値圧力Ｐ１以上である場合や所定時間の前後における圧力の差分が、所定の閾値圧力Ｐ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
ここで、所定の閾値圧力Ｐ１は、予め実験等により求められる圧力値であり、圧力センサ５２の設置場所により適宜設定される。同様に、所定の閾値圧力Ｐ２は、予め実験等により求められる圧力値であり、圧力センサ５２の設置場所により適宜設定される。
図５は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、ガス濃度検知器を用いる例を示す模式図である。
図５に示すように、排出流路７０、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５の少なくとも１の流路にガス濃度センサ５３を設置し（図５では、排出流路７０に設置）、制御装置１０２は、該ガス濃度センサ５３が検知した排ガス（例えば、ＣＯ２やＳＯｘ）の濃度を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する。具体的には、ガス濃度センサ５３が、前記流路（ここでは、排出流路７０）内の排ガスの濃度を検知して、検知した排ガス濃度を制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、入力された排ガス濃度が所定の閾値濃度Ｃ１以上である場合や所定時間の前後における濃度の差分が、所定の閾値濃度Ｃ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
ここで、所定の閾値濃度Ｃ１は、予め実験等により求められる濃度値であり、例えば、燃焼装置１０３に供給される燃焼燃料に含まれる炭化水素等の濃度と炭素数、又は硫黄成分の濃度等から適宜算出することができる。同様に、所定の閾値濃度Ｃ２は、予め実験等により求められる濃度値であり、例えば、燃焼装置１０３に供給される燃焼燃料に含まれる炭化水素等の濃度と炭素数、又は硫黄成分の濃度等から適宜算出することができる。
図６は、図１に示す発電システムにおいて、運転検知器として、音検知器を用いる例を示す模式図である。
図６に示すように、排出流路７０、オフ燃料ガス流路７３、オフ酸化剤ガス流路７４、及び換気流路７５の少なくとも１の流路に音センサ５４を設置し（図６では、排出流路７０に設置）、制御装置１０２は、該音センサ５４が検知した音圧を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する方法が挙げられる。具体的には、換気ファン１３が停止中に、音センサ５４が、前記流路（ここでは、排出流路７０）内を伝わる音圧を検知して、検知した音圧を制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、入力された音圧が所定の閾値音圧ＳＰ１以上である場合や所定時間の前後における音圧の差分が、所定の閾値音圧ＳＰ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
ここで、所定の閾値音圧ＳＰ１は、予め実験等により求められる音圧値（圧力値）、又は音圧レベルであり、音センサ５４の設置場所により適宜設定される。同様に、所定の閾値音圧ＳＰ２は、予め実験等により求められる音圧値（圧力値）、又は音圧レベルであり、音センサ５４の設置場所により適宜設定される。
一方、インプットされる情報を利用する方法としては、例えば、燃焼装置１０３へ供給される燃焼用燃料（例えば、天然ガス）の流量を検知する流量検知器（ガスメータ）を設置し、該流量検知器が検知した流量を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する方法が挙げられる。具体的には、流量検知器が、燃焼装置１０３へ供給される燃焼用燃料の流量を検知して、検知した流量を制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、入力された流量が所定の閾値流量Ｆ１以上である場合や所定時間の前後における流量の差分が、所定の閾値流量Ｆ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
また、例えば、燃焼装置１０３に供給される電力を検知する電力検知器（電圧検知器及び電流検知器の少なくとも一方の検知器）を設置し、該電力検知器が検知した電力値（電圧値や電流値）を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する方法が挙げられる。具体的には、電力検知器が、燃焼装置１０３へ供給される電力値を検知して、検知した電力値を制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、入力された電力値が所定の閾値電力値Ｅ１以上である場合や所定時間の前後における電力値の差分が、所定の閾値電力値Ｅ２以上である場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
さらに、例えば、使用者が燃焼装置１０３の運転を指令するリモコンを設けるような場合、制御装置１０２は、該リモコンから燃焼装置１０３に運転が指令されたか否かの情報を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する方法が挙げられる。具体的には、制御装置１０２は、リモコンから燃焼装置１０３への運転指令が出力されたことを取得した場合に、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
また、上記以外の方法としては、例えば、燃焼装置１０３をボイラーとして使用するような場合に、燃焼装置１０３によって加熱された水が通流する水流路に温度センサを設置し、該温度センサが検知した温度を基に燃焼装置１０３が作動したか否かを判断する方法が挙げられる。具体的には、温度センサが、水流路を通流する水の温度を検知して、検知した温度を制御装置１０２に出力する。具体的には、制御装置１０２は、入力された温度が所定の閾値温度Ｔ３以上である場合や所定時間の前後における温度の差分が、所定の閾値温度Ｔ４以上である場合に、燃焼装置１０３から熱が供給されていると判断することができ、燃焼装置１０３が作動したと判断する。
［変形例］
次に、本実施の形態１に係る発電システム１００の変形例について説明する。
本変形例の発電システムは、筐体と燃焼装置とを連通するように設けられ、燃料電池システム及び燃焼装置のそれぞれに外部から空気を供給する給気流路を備え、給気流路は、排気流路と熱交換可能なように設けられている態様を例示するものである。
ここで、給気流路が排出流路に熱交換可能なように設けられているとは、必ずしも給気流路と排出流路が接触して設けられている必要がなく、給気流路内のガスと排気流路内のガスとが熱交換可能な程度に離間して設けられている態様をも含む。このため、給気流路と排出流路が空間を挟んで設けられていてもよい。また、一方の流路の内側に他方の流路が設けられていてもよい。すなわち、給気流路を構成する配管と排気流路を構成する配管が、二重配管となるように設けられていてもよい。
［発電システムの構成］
図７は、本実施の形態１における変形例の発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図７においては、給気流路をハッチングで示している。
図７に示すように、本変形例の発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００と基本的構成は同じであるが、給気流路７８が設けられている点が異なる。具体的には、給気流路７８は、燃焼装置１０３と燃料電池システム１０１の筐体１２を連通し、かつ、燃焼装置１０３及び燃料電池システム１０１のそれぞれに外部（ここでは、建物２００外）から空気を供給し、かつ、排出流路７０の外周を囲むように設けられている。すなわち、給気流路７８と排出流路７０は、いわゆる二重配管で構成されている。
より詳しくは、給気流路７８は、途中で分岐されていて、２つの上流端は、孔１６及び孔１９のそれぞれに、接続されている。また、給気流路７８は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端（開口）は、大気に開放されている。これにより、給気流路７８は、筐体１２と燃焼装置１０３を連通し、発電システム１００の外部から空気を燃料電池システム１０１及び燃焼装置１０３に供給することができる。
このように構成された本変形例の発電システム１００であっても、実施の形態１に係る発電システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発電システムは、制御装置が、燃料電池システムが起動するときに、換気器が筐体の容積以上のガスを排出流路に排出するように制御する態様を例示するものである。
本発明の実施の形態２に係る発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００とその構成は同じであるため、構成の説明は省略する。
図８は、本実施の形態２に係る発電システムの燃料電池システムにおける起動動作を模式的に示すフローチャートである。
図８に示すように、本実施の形態２に係る発電システム１００では、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３までは、実施の形態１に係る発電システム１００の燃料電池システム１０１における起動動作のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同じである。
制御装置１０２は、ステップＳ２０３で換気ファン１３を作動させると、該換気ファン１３の作動時間ｔを取得する（ステップＳ２０４）。ついで、制御装置１０２は、ステップＳ２０４で取得した作動時間ｔが第１の時間ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。ここで、第１の時間ｔ１は、筐体１２の容積以上のガスを換気流路７５及び排出流路７０を介して、建物２００外に排出するために必要な時間であり、換気ファン１３の操作量により、適宜設定される。
制御装置１０２は、ステップＳ２０４で取得した作動時間ｔが第１の時間ｔ１よりも小さい場合（ステップＳ２０５でＮｏ）には、ステップＳ２０４に戻り、作動時間ｔが第１の時間ｔ１以上になるまで、ステップＳ２０４及びステップＳ２０５を繰り返す。一方、制御装置１０２は、ステップＳ２０４で取得した作動時間ｔが第１の時間ｔ１以上である場合（ステップＳ２０５でＹｅｓ）には、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６では、制御装置１０２は、燃料電池システム１０１を構成する各機器へ起動開始指令を出力し、本プログラムを終了する。これにより、燃料電池システム１０１の起動動作が開始される。
このように、本実施の形態２に係る発電システム１００では、制御装置１０２が、筐体１２の容積以上のガスを排出流路７０に排出するように、換気ファン１３を制御することにより、筐体１２内に流入した燃焼装置１０３からの排出ガスを筐体１２外、ひいては建物２００外に、より排出することができる。このため、本実施の形態２に係る発電システム１００では、燃料ガス供給器１４の改質器１４ａの着火不良を抑制させることができ、発電システム１００の信頼性を向上させることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発電システムは、燃料電池システムが、原料と水蒸気から水素含有ガスを生成する改質器と該改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する水素生成装置をさらに備えている態様を例示するものである。
［発電システムの構成］
図９は、本発明の実施の形態３に係る発電システムの概略構成を示す模式図である。
図９に示すように、本発明の実施の形態３に係る発電システム１００は、実施の形態１に係る発電システム１００と基本的構成は同じであるが、燃料ガス供給器１４が水素生成装置１４で構成されている点と、オフ燃料ガス流路７３が水素生成装置１４の燃焼器１４ｂに接続されている点と、が異なる。具体的には、水素生成装置１４は、改質器１４ａと燃焼器１４ｂを有している。
燃焼器１４ｂには、オフ燃料ガス流路７３の下流端が接続されていて、燃料電池１１からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス流路７３を通流して、燃焼用燃料として供給される。また、燃焼器１４ｂには、空気供給流路７９を介して、燃焼ファン１４ｃが接続されている。燃焼ファン１４ｃは、燃焼器１４ｂに燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
燃焼器１４ｂでは、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成され、熱が発生する。燃焼器１４ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１４ａ等を加熱した後、燃焼排ガス流路８０に排出される。燃焼排ガス流路８０に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路８０を通流して、排出流路７０に排出される。排出流路７０に排出された燃焼排ガスは、排出流路７０を通流して、発電システム１００（建物２００）外に排出される。
改質器１４ａには、原料供給器及び水蒸気供給器が接続されていて（それぞれ、図示せず）、原料及び水蒸気が、それぞれ、改質器１４ａに供給される。原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやプロパンを主成分とするＬＰガス等を用いることができる。
また、改質器１４ａは、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。また、改質器１４ａの改質触媒としては、オートサーマル改質反応を行うことができる触媒を使用してもよい。
そして、改質器１４ａでは、供給された原料と水蒸気との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路７１を通流して、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに供給される。
なお、本実施の形態３においては、改質器１４ａで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池１１に送出される構成としたが、これに限定されず、水素生成装置１４内に改質器１４ａより送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池１１に送出される構成であってもよい。
また、本実施の形態３に係る発電システム１００の燃料電池システム１０１における起動動作は、実施の形態１に係る発電システム１００の燃料電池システム１０１における起動動作と同様に行われるが、燃料ガス供給器１４が水素生成装置で構成されているため、ステップＳ１０４で燃料電池システム１０１を構成する各機器へ起動開始指令が出力されてからの動作が、以下のようになる。
すなわち、制御装置１０２から起動開始指令が出力されると、燃焼ファン１４ｃから燃焼用空気が燃焼器１４ｂに供給される。また、燃焼器１４ｂには、燃焼用燃料（例えば、原料ガス）が図示されない原料ガス供給器から供給される。そして、燃焼器１４ｂでは、燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成される。燃焼器１４ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１４ａ等を加熱した後、燃焼排ガス流路８０及び排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
次に、改質器１４ａに原料（例えば、天然ガス等の炭化水素）と水蒸気が供給されて、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路７１を通流して、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに供給される。また、酸化剤ガス供給器１５から、酸化剤ガス供給流路７２を介して、酸化剤ガス流路１１Ｂに酸化剤ガス（空気）が供給される。そして、燃料電池１１では、供給された燃料ガスと酸化剤ガスが電気化学的に反応して、電気と熱が発生する。
燃料電池１１で使用されなかった燃料ガスは、オフ燃料ガス流路７３を通流して、燃焼器１４ｂに供給される。また、燃料電池１１で使用されなかった酸化剤ガスは、オフ燃料ガス流路７３及び排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
このように構成された本実施の形態３に係る発電システム１００であっても、実施の形態１に係る発電システム１００と同様の作用効果を奏し、さらに筐体１２内が換気されるので、筐体１２内の酸素濃度の低下を抑制することができ、水素生成装置１４の燃焼器１４ｂの着火不良を抑制することができ、発電システム１００の信頼性を向上させることができる。
なお、上記実施の形態１乃至３（変形例を含む）においては、換気器として、換気ファン１３を使用したが、これに限定されない。例えば、換気ファン１３の代わりに酸化剤ガス供給器１５を用いてもよい。また、燃料ガス供給器１４が、水素生成装置で構成されていて、該水素生成装置が、燃焼器１４ｂ及び燃焼ファン１４ｃを有する場合、換気器として、換気ファン１３の代わりに燃焼ファン１４ｃを用いてもよい。
さらに、換気器として、換気ファン１３と酸化剤ガス供給器１５を同時に用いてもよく、換気ファン１３と燃焼ファン１４ｃを同時に用いてもよく、燃焼ファン１４ｃと酸化剤ガス供給器１５を同時に用いてもよく、換気ファン１３、燃焼ファン１４ｃ、及び酸化剤ガス供給器１５を同時に用いてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、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。本発明の要旨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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明の発電システム及びその運転方法では、燃料電池システムの燃焼器の着火不良を抑制することができ、発電システムの信頼性を向上させることが可能であるので、燃料電池の分野において有用である。
１１ 燃料電池
１１Ａ 燃料ガス流路
１１Ｂ 酸化剤ガス流路
１２ 筐体
１３ 換気ファン
１４ 燃料ガス供給器
１４ａ 改質器
１４ｂ 燃焼器
１４ｃ 燃焼ファン
１５ 酸化剤ガス供給器
１６ 給気口
１７ 燃焼器
１８ 燃焼ファン
１９ 給気口
７０ 排出流路
７１ 燃料ガス供給流路
７２ 酸化剤ガス供給流路
７３ オフ燃料ガス流路
７４ オフ酸化剤ガス流路
７５ 換気流路
７６ 燃焼空気供給流路
７７ 排出ガス流路
７８ 給気流路
７９ 空気供給流路
８０ 燃焼排ガス流路
１００ 発電システム
１０１ 燃料電池システム
１０２ 制御装置
１０３ 燃焼装置
１０３Ａ 排気口
２００ 建物

Claims (9)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、
    前記発電システムは、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、
    前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、
    前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃焼器が作動するように制御することを特徴とする、発電システム。
  2. 前記制御装置は、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が前記筐体の容積以上のガスを前記排出流路に排出するように制御することを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
  3. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、
    前記発電システムは、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、
    前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するように構成された酸化剤ガス供給器と、をさらに備え、
    前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、
    前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するように前記酸化剤ガス供給を作動させることを特徴とする、発電システム。
  4. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、
    前記発電システムは、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、
    前記燃焼装置は、燃焼空気を供給するように構成された燃焼空気供給器を有し、
    前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、
    前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃焼器が作動するように制御し、
    前記燃焼装置が作動している場合には、前記換気器の風量が、前記燃焼装置の定常運転時の排出ガス流量である第１風量以上になるように前記換気器を制御することを特徴とする、発電システム。
  5. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、制御装置と、を備える発電システムにおいて、
    前記発電システムは、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、
    前記筐体と前記燃焼装置とを連通するように設けられ、前記燃料電池システム及び前記燃焼装置のそれぞれに、その大気への開口から空気を供給する給気流路と、をさらに備え、
    前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、
    前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後、前記燃焼器が作動するように制御し、
    前記給気流路は、前記排気流路と熱交換可能なように設けられていることを特徴とする、発電システム。
  6. 前記燃焼装置が運転したことを検知する運転検知器をさらに有していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電システム。
  7. 前記制御装置は、前記換気器が停止中に前記運転検知器が前記燃焼装置の作動を検知した場合、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器を作動させ、その後、前記燃焼器を作動させることを特徴とする、請求項６に記載の発電システム。
  8. 前記運転検知器は、温度検知器、圧力検知器、ガス濃度検知器、音検知器の少なくとも一つである、請求項６又は７に記載の発電システム。
  9. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池、前記燃料電池を収納する筐体、原料と水蒸気から燃料ガスを生成する改質器、及び前記改質器を加熱するように構成された燃焼器を有する燃料電池システムと、換気器と、を備える発電システムの運転方法であって、
    前記発電システムは、
    燃焼装置と、
    前記筐体と前記燃焼装置の排気口とを連通するように設けられ、前記燃料電池システムから排出される排出ガスと前記燃焼装置から排出される排出ガスをその大気への開口から大気に排出するように構成された排出流路と、をさらに備え、
    前記換気器は、前記筐体内のガスを前記排出流路に排出することにより、前記筐体内を換気するように構成され、
    前記換気器が停止中に前記燃焼装置が作動し、その後、前記燃料電池システムが起動するときに、前記換気器が作動した後に、前記燃焼器が作動することを特徴とする、発電システムの運転方法。
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