JP3548041B2 - 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質装置で燃料と水蒸気を反応させ水素をつくり、この水素をセルスタックで酸素と反応させて発電を行う燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断法において、改質ガスの分析を行うことなしに、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化状態を診断し、改質触媒の取替時期の判定を行うことが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、燃料電池発電装置の従来例として、都市ガスを燃料としたリン酸型燃料電池発電装置の構成を示している。
【０００３】
すなわち、この従来技術による燃料電池発電装置の主な構成要素は、脱硫装置、エジェクタ、改質装置、シフトコンバータ、セルスタック、変換装置、凝縮器、ポンプ、気水分離器、空気ブロア、蒸発器、排熱利用システム、センサ、流量制御弁、遮断弁および配管類である。
【０００４】
図２において、１は原燃料ガス、２は改質ガス、３は遮断弁、４は都市ガス、７は脱硫装置、８は改質装置、９は改質装置バーナ、１１はシフトコンバータ、１２は燃焼用空気、１３は燃料極排ガス、１４は改質装置バーナ燃焼排ガス、１５は空気ブロア、１６は発電用空気、１７は外気、１８は燃料極、１９は電解質、２０は酸化剤極、２１はセルスタック、２２は電圧センサ、２３は電流センサ、２４は変換装置、２５は負荷、２６は電池冷却水、２７は気水分離器、２８は気水分離器ヒータ、２９は触媒充填層、３０は流量制御弁、３１は改質用水蒸気、３３は蒸発器、３４は排熱回収用水蒸気、３５は排熱利用システム、３６は冷媒、３７は酸化剤極排ガス、３８は凝縮器、３９は排ガス、４０は凝縮水、４１は改質装置温度測定用温度センサ、４３は補給水ポンプ、４４は補給水、４５は流量制御弁、４６は流量制御弁、４８は改質部、４９は圧カセンサ、５０は燃料電池出力、５２は流量制御弁、５３はエジェクタ、５４は流量制御弁、５５は液面センサ、５６はポンプ、５７は遮断弁、５８は凝縮水、５９は起動用バーナ、６０は遮断弁、６１は改質装置起動用バーナ空気、６２は遮断弁、６３は冷却器、６４は温度センサ、６５は遮断弁である。
【０００５】
以下、図２を用いて、この従来技術による燃料電池発電装置の作用について説明する。
【０００６】
まず、遮断弁３を開け、都市ガス４を脱硫触媒（コバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤）が充填された脱硫装置７に供給することにより、この脱硫装置７で改質装置８及びセルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる都市ガス４中の腐臭剤に含まれる硫黄分を吸着除去する。
【０００７】
遮断弁５７は、燃料電池発電装置の起動時のみ開き、起動用バーナ５９に都市ガス４が供給される。
【０００８】
また、遮断弁６０も燃料電池発電装置の起動時のみ開き、起動用バーナ５９にに空気ブロア１５により起動用バーナ空気６１が供給される。
【０００９】
起動用バーナ５９では、燃料電池発電装置の起動時に、都市ガス４が燃焼し、改質装置８の昇温が行われる。
【００１０】
起動時以外は、遮断弁５７と遮断弁６０は閉じておく。
【００１１】
都市ガス供給量は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電池出力５０と改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度から予め設定された燃料電池出力５０及び改質装置温度と流量制御弁５２の開度（すなわち、都市ガス供給量）の関係に基づいて、流量制御弁５２の開度を調節することによって、都市ガス供給量を燃料電池出力５０と改質装置温度に見合った値に設定する。
【００１２】
脱硫装置７で硫黄分が吸着除去された都市ガス４は、エジェクタ５３で気水分離器２７から供給された改質用水蒸気３１と混合され、改質触媒（通常はニッケル系触媒）が充填された改質装置８の改質部４８に供給される。
【００１３】
エジェクタ５３への改質用水蒸気供給量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都市ガス供給量）とエジェクタ５３の開度（すなわち、改質用水蒸気供給量）の関係に基づいて、エジェクタ５３の開度を調節することによって、予め設定された所定のスチームカーボン比となるように制御する。
【００１４】
改質装置８では、燃料ガスである都市ガス４の水蒸気改質が行われ、水素リッチな改質ガス２がつくられる。
【００１５】
都市ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質反応は次式で表される。
【００１６】
（メタンの水蒸気改質反応）
【００１７】
【数１】
【００１８】
この水素リッチな改質ガスには、セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、改質ガスはシフト触媒（銅一亜鉛系触媒）が充填されたシフトコンバータ１１に送られ、次式に示すシフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。
【００１９】
（シフト反応）
【００２０】
【数２】
【００２１】
シフトコンバータ１１により、改質ガス中の一酸化炭素濃度は１％以下まで低減される。
【００２２】
シフトコンバータ１１を出た改質ガスは、セルスタック２１の燃料極１８に供給され、燃料電池の発電に利用される。
【００２３】
また、シフトコンバータ１１出口ガスの一部は脱硫装置７にリサイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に使用される。
【００２４】
リサイクルガスの供給量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都市ガス供給量）と流量制御弁５４の開度（すなわち、リサイクルガス供給量）の関係に基づき、流量制御弁５４の開度を調節することによって、予め設定された所定の供給量になるように制御する。
【００２５】
一方、セルスタック２１の酸化剤極２０には、遮断弁６５を開け空気ブロア１５を用いて取り込んだ外気１７を発電用空気１６として供給する。
【００２６】
発電用空気１６の供給量は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電池出力５０から予め設定された燃料電池出力５０と流量制御弁４６の開度（すなわち、発電用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６の開度を調節し、燃料電池出力５０に見合った値に制御する。
【００２７】
セルスタック２１の燃料極１８では、（３）式に示す反応により、改質ガス中の水素が水素イオンと電子に変わる。
【００２８】
（燃料極反応）
【００２９】
【数３】
【００３０】
水素イオンは電解質１９の内部を拡散し、酸化剤極２０に到達する。
【００３１】
一方、電子は外部回路を流れ、燃料電池出力５０として取り出される。
【００３２】
酸化剤極では、（４）式に示す反応により、燃料極１８から電解質１９の中を拡散してきた水素イオン、燃料極１８から外部回路を通じて移動してきた電子、および空気中の酸素が三相界面で反応し、水が生成される。
【００３３】
（酸化剤極反応）
【００３４】
【数４】
【００３５】
（３）式と（４）式をまとめると、セルスタック２１での全電池反応は、（５）式に示す水素と酸素から水ができる単純な反応として表すことができる。
【００３６】
（電池反応）
【００３７】
【数５】
【００３８】
発電によって得られた燃料電池出力５０は、変換装置２４で電圧変換あるいは直流一交流変換が行われた後に、負荷２５に供給される。
【００３９】
燃料極１８では、改質ガス中の水素がすべて（３）式に示した電極反応で消費されるわけではなく、全体の８０％程度の水素が使われるだけである。
【００４０】
残りの約２０％の水素が、未反応水素として燃料極排ガス中に残存する。
【００４１】
これは、燃料極１８で改質ガス中の水素をすべて電極反応で消費しようとすると、ガス出口付近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料極基板のカーボンが反応しセルスタック２１が劣化するためである。
【００４２】
未反応水素を含む燃料極排ガス１３は、改質装置バーナ９に俳給され、バーナ撚斜として使用される。
【００４３】
（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、外部から反応熱を改質装置８の改質部４８に与える必要がある。
【００４４】
このため、改質装置バーナ９で燃料極排ガス１３中の水素を遮断弁６２を開けて空気ブロア１５により供給した燃焼用空気１２とともに燃焼させることにより、改質装置８の改質部４８の温度を最大７００℃程度まで昇温する。
【００４５】
燃焼用空気１２の供給量は、改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度から予め設定された改質装置温度と流量制御弁４５の開度（すなわち、燃焼用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４５の開度を調節することによって制御する。
【００４６】
また、燃料極排ガス１３中の未反応水素の燃焼反応により生成した水蒸気と未反応水蒸気を含む改質装置バーナ燃焼排ガス１４と（５）式に示した電池反応により生成した水蒸気を含む酸化剤極排ガス３７は凝縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０として除去された後に、排ガス３９として大気中に放出される。
【００４７】
凝縮水４０は、気水分離器２７に戻され、電池冷却水２６、改質用水蒸気３１、排熱回収用水蒸気３４等に利用される。
【００４８】
（５）式に示した電池反応は発熱反応であるので、セルスタック２１の温度は、発電時間の経過とともに上昇する。
【００４９】
セルスタック２１の温度上昇が起こると、電解質の水素イオン伝導率が上がるために抵抗が減少し出力特性が一時的に向上するが、劣化が起こり易くなり寿命低下が生じる。
【００５０】
そこで、気水分離器２７から電池冷却水２６を冷却器６３に供給し、セルスタック２１の冷却を行う。
【００５１】
セルスタック２１の作動温度は、寿命と性能の両方を勘案して１９０℃前後に設定されるのが一般的である。
【００５２】
電池冷却水２６の供給量は、温度センサ６４で検出した電池冷却水セルスタック出口温度が予め設定された所定の温度範囲となるように、流量制御弁３０の開度を調節することによって制御する。
【００５３】
セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、水と水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻される。
【００５４】
起動時および圧カセンサ４９で気水分離器圧力が予め設定された所定の圧力より低下したことを検出した場合には、予め設定された所定の電力を圧カセンサ４９で気水分離器圧力が予め設定された所定の圧力を越えたことを検出するまで気水分離器ヒータ２８に供給し、水蒸気を発生させる。
【００５５】
また、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場合には、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め設定された所定の水位になったことを検出するまで、補給水ポンプ４３を動作させて気水分離器２７に補給水４４を供給する。
【００５６】
セルスタック２１から気水分離器２７に供給された水蒸気あるいは気水分離器２７で発生させた水蒸気のうち、改質用水蒸気３１として使用する以外の水蒸気は、排熱回収用水蒸気３４として蒸発器３３に供給され、排熱利用システム３５の冷媒３５の蒸発に使われる。
【００５７】
蒸発器３３で凝縮した排熱回収用水蒸気３４の凝縮水５８は、気水分離器２７に戻される。
【００５８】
【発明が解決しようとする課題】
次に、上述したような従来の技術による燃料電池発電装置の問題点について説明する。
【００５９】
すなわち、従来の技術によるの燃料電池発電装置では、改質装置の劣化状態を診断するためには、改質装置出口にガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を接続して連続的に改質ガスをサンプリングしてガス分析を行うか、あるいは、定期的に容器に改質装置出口における改質ガスをサンプリングしてガス分析装置のあるところまでもっていってガス分析を行うことによって、改質ガス中のメタン量（メタンスリップ量）から改質装置８のメタン転化率を求め、改質装置８の劣化状態を診断するとともに、改質触媒の取替時期を判定していた。
【００６０】
図１０は、参考のために、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８のメタン転化率と改質装置８の改質触媒の劣化量の関係を示している。
【００６１】
改質装置出口での改質ガス中のメタン量を検出し改質装置８のメタン転化率を計算することによりメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいは改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、セルスタック２１の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値、あるいは改質触媒の改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００６２】
しかし、これらの方法では、ガス分析に時間がかかりその場で瞬時に改質装置の劣化状態の診断を行うことが不可能であり、また、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要となり、さらに、その場で連続的に改質装置の劣化状態を診断するためには燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要となり、あるいは、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので劣化診断に時間がかかる等の問題点があった。
【００６３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、改質ガスのサンプリングと分析に長時間を要し改質装置の劣化診断を瞬時に行うことが不可能であり、また、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要となり、さらに、改質装置の劣化診断をその場で連続的に行おうとすると燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要となり、あるいは、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので劣化診断に時間がかかる等の従来の技術によるの燃料電池発電装置の問題点を解決し、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化診断を行い改質触媒の取替時期を判定することが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法を提供することにある。
【００６６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置において、
前記改質装置のバーナ燃焼排ガスの改質装置出口温度を測定する改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサと、
この改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け、前記改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサにより検出された改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。
【００６７】
また、本発明の別の態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置において、
改質ガス改質装置出口温度を測定する改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサと、
この改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け、前記改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサにより検出した改質ガス改質装置出口温度を予め決められた改質ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。
【００６８】
また、本発明の別の態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法において、
前記改質装置のバーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を検出するステップと、
検出した改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップと、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法が提供される。
【００６９】
また、本発明の別の態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法において、
改質ガス改質装置出口温度を検出するステップと、
検出した改質ガス改質装置出口温度を予め決められた改質ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップと、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法が提供される。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明による燃料電池発電装置の実施の形態について説明する。
【００７１】
図１は、本発明による燃料電池発電装置の一実施の形態を表す構成図を示している。
【００７２】
図１において、上述した図２と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
【００７３】
図３は、本発明による燃料電池発電装置の詳細を説明する改質装置の拡大図を示している。
【００７４】
図１および図３を用いて本発明による燃料電池発電装置の一実施の形態を説明する。
【００７５】
本実施の形態による燃料電池発電装置は、図２に示した従来の技術による燃料電池発電装置とは、図１および図３に示したように、改質装置８に改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７、改質ガス温度測定用温度センサ６６、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１を１個以上新たに設けた点と、改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度が信号に変換されて送信され改質装置温度に対応して予め決められた改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係のいずれか一つ、あるいは一つ以上を照合データとして選択する照合データ選択手段６７、各温度センサ６、３２、１０、４７、６６、５１で検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上の信号を受け、照合データ選択手段６７で、選択され送信された予め決められた改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データのいずれか一つ、あるいは一つ以上と照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求め、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断する劣化診断手段５、各温度センサで検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を、劣化診断手段５において照合データ選択手段６７で選択され送信された予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって求められ送信されたメタン転化率あるはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、改質触媒の取替時期を判定する寿命診断手段６８を新たに設けた点が異なる。
【００７６】
ここで、照合データ選択手段６７には、予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データが、後述する図４乃至図９等に基づいて予め作られて保存されているものとする。
【００７７】
また、寿命診断手段６８で、改質触媒の取替時期を判定することができるのは、後述するように、図１０で求めた改質触媒の劣化量を経時的にプロットしておき、、その劣化の時間的傾向から改質触媒の取替時期を推定することができることに基づいており、このように改質触媒の劣化量を経時的にプロットする機能を寿命診断手段６８に持たせているものとする。
【００７８】
そして、劣化診断手段５、照合データ選択手段６７、寿命診断手段６８は、具体的には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等により、予め所定の記録媒体に記録された劣化診断プログラムに基づいて実行されるものとする。
【００７９】
次に、本実施の形態による燃料電池発電装置の作用について、図１１に示す上記劣化診断プログラムに基づくフローチャートを参照して説明する。
【００８０】
本実施の形態による燃料電池発電装置では、まず、改質装置８の改質部４８に設けた１個以上の改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７、改質ガス温度測定用温度センサ６６、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１で、改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を検出する（ステップＳ１）。
【００８１】
そして、各温度センサから、これらの温度検出信号を劣化診断手段５に送信する（ステップＳ２）。
【００８２】
次に、これらの温度検出信号を受信した劣化診断部５で、改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度が信号に変換されて送信された改質装置温度に対応して照合データ選択手段６７で選択され送信された予め決められた検出温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、すなわち、改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データのうちいずれか一つ、あるいは一つ以上と照合する（ステップＳ３）。
【００８３】
これによって、改質装置８のメタン転化率あるいはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求め、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断する（ステップＳ４）。
【００８４】
すなわち、寿命診断手段６８では、各温度センサで検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を、劣化診断手段５において照合データ選択手段６７で選択され送信された予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって求めたメタン転化率あるはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算する（ステップＳ５）。
【００８５】
そして、これによって求められたメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間に基づいて、改質触媒の取替時期を判定する（ステップＳ６）。
【００８６】
このようにして、本実施の形態による燃料電池発電装置では改質触媒の取替時期を判定することが、従来の技術による燃料電池発電装置とは異なる。
【００８７】
図４は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層（Ｎｉ−Ａ１２０３触媒とＲＵ−Ａｌ２０３触媒の二層構造触媒充填層を採用、以下同じ）の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及び触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【００８８】
図４から、メタン転化率の減少とともに、改質装置触媒充填層温度は変化することが分かる。
【００８９】
従って、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６で改質装置触媒充填層温度を検出し、図４に示した改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断することが可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９０】
なお、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置触媒充填層温度としてもよい。
【００９１】
また、改質装置内に２本以上改質管が設置され、２カ所以上触媒充填層がある場合には、各触媒充填層毎に改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６を設置することによって改質装置触媒充填層温度を検出し、図４に示した改質装置触媒充填層温度と改質装置のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質管毎のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から各改質管毎の改質触媒の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいは図１０に示した関係を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、改質管毎に燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９２】
図５は、同様に、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及び触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質装置改質管外壁温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を示している。
【００９３】
図５から、メタン転化率の低下とともに、改質装置改質管外壁温度は変化することが分かる。
【００９４】
従って、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２で改質装置改質管外壁温度を検出し、図５に示した改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９５】
なお、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置改質管外壁温度としてもよい。
【００９６】
また、改質装置内に２本以上改質管が設置されている場合には、各触媒充填層毎に改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２を設置することによって改質装置改質管外壁温度を検出し、図５に示した改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって各改質管毎のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から各改質管毎の改質触媒の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、改質管毎に燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９７】
図６は、また、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及ぴ触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【００９８】
図６から、メタン転化率の低下とともに、改質装置バーナ燃焼排ガス温度は変化することが分かる。
【００９９】
従って、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０で改質装置バーナ燃焼排ガス温度を検出し、図６に示した改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１００】
なお、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置バーナ燃焼排ガス温度としてもよい。
【０１０１】
図７は、さらに、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【０１０２】
図７から、メタン転化率の低下とともに、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度は上昇することが分かる。
【０１０３】
従って、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７を設置することによって改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を検出し、図７に示した改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１０４】
なお、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度としてもよい。
【０１０５】
図８は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及ぴ触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【０１０６】
図８から、メタン転化率の低下とともに、改質ガス温度は変化することが分かる。
【０１０７】
従って、改質ガス温度測定用温度センサ６６で改質ガス温度を検出し、図８に示した改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぽさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１０８】
なお、改質ガス温度測定用温度センサ６６を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質ガス温度としてもよい。
【０１０９】
また、改質装置内に２本以上改質管が設置され、２カ所以上触媒充填層がある場合には、各触媒充填層毎に改質ガス温度測定用温度センサ６６を設置することによって改質ガス温度を検出し、第８図に示した改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質管毎のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から各改質管毎の改質触媒の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、改質管毎に燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１１０】
図９は、最後に、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【０１１１】
図９から、メタン転化率の低下とともに、改質ガス改質装置出口温度は上昇することが分かる。
【０１１２】
従って、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１で改質ガス改質装置出口温度を検出し、図９に示した改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１１３】
なお、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質ガス改質装置出口温度としてもよい。
【０１１４】
以上説明したように、本発明の燃料電池発電装置によれば、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ、改質ガス温度測定用温度センサ、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサを１個以上設置するとともに、劣化診断手段、寿命診断手段、及ぴ照合データ選択手段を設置し、検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を信号に変換して劣化診断手段に送信し、検出した温度を、照合データ選択手段で改質装置温度測定用温度センサで検出され信号に変換して送信された改質装置温度に対して選択され劣化診断手段に送信された予め決められた改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上と改質装置のメタン転化率の関係の照合データと劣化診断手段において照合することによって改質装置のメタン転化率あるいはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求め、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置の劣化状態を診断するとともに、寿命診断手段において、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ、改質ガス温度測定用温度センサ、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサのいずれか１個、あるいは１個以上で検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を、劣化診断手段で予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置のメタン転化率の関係と照合することによって求め送信されたメタン転化率あるはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、
（１）改質触媒の取替時期を判定するので、改質装置の劣化状態の診断のためのガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を用いた長時間を要する改質ガスの分析作業が不要となり、
（２）その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化状態の診断が可能となり、
（３）改質触媒の劣化状態を常に把握し改質触媒の取替時期を前もって知ることができるので改質装置性能の低下が起こる前に改質触媒の取替が可能である、という効果がある。
【０１１５】
【発明の効果】
従って、以上説明したように、本発明によれば、改質ガスのサンプリングと分析に長時間を要し改質装置の劣化診断を瞬時に行うことが不可能であり、また、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要となり、さらに改質装置の劣化診断をその場で連続的に行おうとすると燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要となり、あるいは、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので劣化診断に時間がかかる等の従来の技術によるの燃料電池発電装置の問題点を解決し、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化診断を行い改質触媒の取替時期を判定することが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による燃料電池発電装置の構成を示す接続図である。
【図２】図２は、従来の技術による燃料電池発電装置の構成を示す接続図である。
【図３】図３は、本発明による燃料電池発電装置の詳細を説明する改質装置の拡大図である。
【図４】図４は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図５】図５は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質装置改質管外壁温度と改質装置のメタン転化率の関係を示す図である。
【図６】図６は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図７】図７は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図８】図８は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図９】図９は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８のメタン転化率と改質装置８の改質触媒の劣化量の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態による燃料電池発電装置の作用を説明する劣化診断方法ならびにそれを実行するために記録媒体に記録されたプログラムに基づくフローチャートである。
【符号の説明】
１．原燃料ガス
２．改質ガス
３．遮断弁
４．都市ガス
５．劣化診断手段
６．改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ
７．脱硫装置
８．改質装置
９．改質装置バーナ
１０．改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ
１１．シフトコンバータ
１２．燃焼用空気
１３．燃料極排ガス
１４．改質装置バーナ燃焼排ガス
１５．空気ブロア
１６．発電用空気
１７．外気
１８．燃料極
１９．電解質
２０．酸化剤極
２１．セルスタック
２２．電圧センサ
２３．電流センサ
２４．変換装置
２５．負荷
２６．電池冷却水
２７．気水分離器
２８．気水分離器ヒータ
２９．触媒充填層
３０．流量制御弁
３１．改質用水蒸気
３２．改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ
３３．蒸発器
３４．排熱回収用水蒸気
３５．排熱利用システム
３６．冷媒
３７．酸化剤極排ガス
３８．凝縮器
３９．排ガス
４０．凝縮水
４１．改質装置温度測定用温度センサ
４２．改質管
４３．補給水ポンプ
４４．補給水
４５．流量制御弁
４６．流量制御弁
４７．改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ
４８．改質部
４９．圧カセンサ
５０．燃料電池出力
５１．改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ
５２．流量制御弁
５３．エジェクタ
５４．流量制御弁
５５．液面センサ
５６．ポンプ
５７．遮断弁
５８．凝縮水
５９．起動用バーナ
６０．遮断弁
６１．改質装置起動用バーナ空気
６２．遮断弁
６３．冷却器
６４．温度センサ
６５．遮断弁
６６．改質ガス温度測定用温度センサ
６７．照合データ選択手段
６８．寿命診断手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質装置で燃料と水蒸気を反応させ水素をつくり、この水素をセルスタックで酸素と反応させて発電を行う燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断法において、改質ガスの分析を行うことなしに、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化状態を診断し、改質触媒の取替時期の判定を行うことが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、燃料電池発電装置の従来例として、都市ガスを燃料としたリン酸型燃料電池発電装置の構成を示している。
【０００３】
すなわち、この従来技術による燃料電池発電装置の主な構成要素は、脱硫装置、エジェクタ、改質装置、シフトコンバータ、セルスタック、変換装置、凝縮器、ポンプ、気水分離器、空気ブロア、蒸発器、排熱利用システム、センサ、流量制御弁、遮断弁および配管類である。
【０００４】
図２において、１は原燃料ガス、２は改質ガス、３は遮断弁、４は都市ガス、７は脱硫装置、８は改質装置、９は改質装置バーナ、１１はシフトコンバータ、１２は燃焼用空気、１３は燃料極排ガス、１４は改質装置バーナ燃焼排ガス、１５は空気ブロア、１６は発電用空気、１７は外気、１８は燃料極、１９は電解質、２０は酸化剤極、２１はセルスタック、２２は電圧センサ、２３は電流センサ、２４は変換装置、２５は負荷、２６は電池冷却水、２７は気水分離器、２８は気水分離器ヒータ、２９は触媒充填層、３０は流量制御弁、３１は改質用水蒸気、３３は蒸発器、３４は排熱回収用水蒸気、３５は排熱利用システム、３６は冷媒、３７は酸化剤極排ガス、３８は凝縮器、３９は排ガス、４０は凝縮水、４１は改質装置温度測定用温度センサ、４３は補給水ポンプ、４４は補給水、４５は流量制御弁、４６は流量制御弁、４８は改質部、４９は圧カセンサ、５０は燃料電池出力、５２は流量制御弁、５３はエジェクタ、５４は流量制御弁、５５は液面センサ、５６はポンプ、５７は遮断弁、５８は凝縮水、５９は起動用バーナ、６０は遮断弁、６１は改質装置起動用バーナ空気、６２は遮断弁、６３は冷却器、６４は温度センサ、６５は遮断弁である。
【０００５】
以下、図２を用いて、この従来技術による燃料電池発電装置の作用について説明する。
【０００６】
まず、遮断弁３を開け、都市ガス４を脱硫触媒（コバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤）が充填された脱硫装置７に供給することにより、この脱硫装置７で改質装置８及びセルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる都市ガス４中の腐臭剤に含まれる硫黄分を吸着除去する。
【０００７】
遮断弁５７は、燃料電池発電装置の起動時のみ開き、起動用バーナ５９に都市ガス４が供給される。
【０００８】
また、遮断弁６０も燃料電池発電装置の起動時のみ開き、起動用バーナ５９にに空気ブロア１５により起動用バーナ空気６１が供給される。
【０００９】
起動用バーナ５９では、燃料電池発電装置の起動時に、都市ガス４が燃焼し、改質装置８の昇温が行われる。
【００１０】
起動時以外は、遮断弁５７と遮断弁６０は閉じておく。
【００１１】
都市ガス供給量は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電池出力５０と改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度から予め設定された燃料電池出力５０及び改質装置温度と流量制御弁５２の開度（すなわち、都市ガス供給量）の関係に基づいて、流量制御弁５２の開度を調節することによって、都市ガス供給量を燃料電池出力５０と改質装置温度に見合った値に設定する。
【００１２】
脱硫装置７で硫黄分が吸着除去された都市ガス４は、エジェクタ５３で気水分離器２７から供給された改質用水蒸気３１と混合され、改質触媒（通常はニッケル系触媒）が充填された改質装置８の改質部４８に供給される。
【００１３】
エジェクタ５３への改質用水蒸気供給量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都市ガス供給量）とエジェクタ５３の開度（すなわち、改質用水蒸気供給量）の関係に基づいて、エジェクタ５３の開度を調節することによって、予め設定された所定のスチームカーボン比となるように制御する。
【００１４】
改質装置８では、燃料ガスである都市ガス４の水蒸気改質が行われ、水素リッチな改質ガス２がつくられる。
【００１５】
都市ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質反応は次式で表される。
【００１６】
（メタンの水蒸気改質反応）
【００１７】
【数１】
この水素リッチな改質ガスには、セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、改質ガスはシフト触媒（銅一亜鉛系触媒）が充填されたシフトコンバータ１１に送られ、次式に示すシフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。
【００１９】
（シフト反応）
【００２０】
【数２】
シフトコンバータ１１により、改質ガス中の一酸化炭素濃度は１％以下まで低減される。
【００２２】
シフトコンバータ１１を出た改質ガスは、セルスタック２１の燃料極１８に供給され、燃料電池の発電に利用される。
【００２３】
また、シフトコンバータ１１出口ガスの一部は脱硫装置７にリサイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に使用される。
【００２４】
リサイクルガスの供給量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都市ガス供給量）と流量制御弁５４の開度（すなわち、リサイクルガス供給量）の関係に基づき、流量制御弁５４の開度を調節することによって、予め設定された所定の供給量になるように制御する。
【００２５】
一方、セルスタック２１の酸化剤極２０には、遮断弁６５を開け空気ブロア１５を用いて取り込んだ外気１７を発電用空気１６として供給する。
【００２６】
発電用空気１６の供給量は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電池出力５０から予め設定された燃料電池出力５０と流量制御弁４６の開度（すなわち、発電用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６の開度を調節し、燃料電池出力５０に見合った値に制御する。
【００２７】
セルスタック２１の燃料極１８では、（３）式に示す反応により、改質ガス中の水素が水素イオンと電子に変わる。
【００２８】
（燃料極反応）
【００２９】
【数３】
水素イオンは電解質１９の内部を拡散し、酸化剤極２０に到達する。
【００３１】
一方、電子は外部回路を流れ、燃料電池出力５０として取り出される。
【００３２】
酸化剤極では、（４）式に示す反応により、燃料極１８から電解質１９の中を拡散してきた水素イオン、燃料極１８から外部回路を通じて移動してきた電子、および空気中の酸素が三相界面で反応し、水が生成される。
【００３３】
（酸化剤極反応）
【００３４】
【数４】
（３）式と（４）式をまとめると、セルスタック２１での全電池反応は、（５）式に示す水素と酸素から水ができる単純な反応として表すことができる。
【００３６】
（電池反応）
【００３７】
【数５】
発電によって得られた燃料電池出力５０は、変換装置２４で電圧変換あるいは直流一交流変換が行われた後に、負荷２５に供給される。
【００３９】
燃料極１８では、改質ガス中の水素がすべて（３）式に示した電極反応で消費されるわけではなく、全体の８０％程度の水素が使われるだけである。
【００４０】
残りの約２０％の水素が、未反応水素として燃料極排ガス中に残存する。
【００４１】
これは、燃料極１８で改質ガス中の水素をすべて電極反応で消費しようとすると、ガス出口付近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料極基板のカーボンが反応しセルスタック２１が劣化するためである。
【００４２】
未反応水素を含む燃料極排ガス１３は、改質装置バーナ９に俳給され、バーナ撚斜として使用される。
【００４３】
（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、外部から反応熱を改質装置８の改質部４８に与える必要がある。
【００４４】
このため、改質装置バーナ９で燃料極排ガス１３中の水素を遮断弁６２を開けて空気ブロア１５により供給した燃焼用空気１２とともに燃焼させることにより、改質装置８の改質部４８の温度を最大７００℃程度まで昇温する。
【００４５】
燃焼用空気１２の供給量は、改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度から予め設定された改質装置温度と流量制御弁４５の開度（すなわち、燃焼用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４５の開度を調節することによって制御する。
【００４６】
また、燃料極排ガス１３中の未反応水素の燃焼反応により生成した水蒸気と未反応水蒸気を含む改質装置バーナ燃焼排ガス１４と（５）式に示した電池反応により生成した水蒸気を含む酸化剤極排ガス３７は凝縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０として除去された後に、排ガス３９として大気中に放出される。
【００４７】
凝縮水４０は、気水分離器２７に戻され、電池冷却水２６、改質用水蒸気３１、排熱回収用水蒸気３４等に利用される。
【００４８】
（５）式に示した電池反応は発熱反応であるので、セルスタック２１の温度は、発電時間の経過とともに上昇する。
【００４９】
セルスタック２１の温度上昇が起こると、電解質の水素イオン伝導率が上がるために抵抗が減少し出力特性が一時的に向上するが、劣化が起こり易くなり寿命低下が生じる。
【００５０】
そこで、気水分離器２７から電池冷却水２６を冷却器６３に供給し、セルスタック２１の冷却を行う。
【００５１】
セルスタック２１の作動温度は、寿命と性能の両方を勘案して１９０℃前後に設定されるのが一般的である。
【００５２】
電池冷却水２６の供給量は、温度センサ６４で検出した電池冷却水セルスタック出口温度が予め設定された所定の温度範囲となるように、流量制御弁３０の開度を調節することによって制御する。
【００５３】
セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、水と水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻される。
【００５４】
起動時および圧カセンサ４９で気水分離器圧力が予め設定された所定の圧力より低下したことを検出した場合には、予め設定された所定の電力を圧カセンサ４９で気水分離器圧力が予め設定された所定の圧力を越えたことを検出するまで気水分離器ヒータ２８に供給し、水蒸気を発生させる。
【００５５】
また、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場合には、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め設定された所定の水位になったことを検出するまで、補給水ポンプ４３を動作させて気水分離器２７に補給水４４を供給する。
【００５６】
セルスタック２１から気水分離器２７に供給された水蒸気あるいは気水分離器２７で発生させた水蒸気のうち、改質用水蒸気３１として使用する以外の水蒸気は、排熱回収用水蒸気３４として蒸発器３３に供給され、排熱利用システム３５の冷媒３５の蒸発に使われる。
【００５７】
蒸発器３３で凝縮した排熱回収用水蒸気３４の凝縮水５８は、気水分離器２７に戻される。
【００５８】
【発明が解決しようとする課題】
次に、上述したような従来の技術による燃料電池発電装置の問題点について説明する。
【００５９】
すなわち、従来の技術によるの燃料電池発電装置では、改質装置の劣化状態を診断するためには、改質装置出口にガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を接続して連続的に改質ガスをサンプリングしてガス分析を行うか、あるいは、定期的に容器に改質装置出口における改質ガスをサンプリングしてガス分析装置のあるところまでもっていってガス分析を行うことによって、改質ガス中のメタン量（メタンスリップ量）から改質装置８のメタン転化率を求め、改質装置８の劣化状態を診断するとともに、改質触媒の取替時期を判定していた。
【００６０】
図１０は、参考のために、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８のメタン転化率と改質装置８の改質触媒の劣化量の関係を示している。
【００６１】
改質装置出口での改質ガス中のメタン量を検出し改質装置８のメタン転化率を計算することによりメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいは改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、セルスタック２１の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値、あるいは改質触媒の改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００６２】
しかし、これらの方法では、ガス分析に時間がかかりその場で瞬時に改質装置の劣化状態の診断を行うことが不可能であり、また、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要となり、さらに、その場で連続的に改質装置の劣化状態を診断するためには燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要となり、あるいは、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので劣化診断に時間がかかる等の問題点があった。
【００６３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、改質ガスのサンプリングと分析に長時間を要し改質装置の劣化診断を瞬時に行うことが不可能であり、また、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要となり、さらに、改質装置の劣化診断をその場で連続的に行おうとすると燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要となり、あるいは、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので劣化診断に時間がかかる等の従来の技術によるの燃料電池発電装置の問題点を解決し、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化診断を行い改質触媒の取替時期を判定することが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法を提供することにある。
【００６６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置において、
前記改質装置のバーナ燃焼排ガスの改質装置出口温度を測定する改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサと、
この改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け、前記改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサにより検出された改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。
【００６７】
また、本発明の別の態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置において、
改質ガス改質装置出口温度を測定する改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサと、
この改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け、前記改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサにより検出した改質ガス改質装置出口温度を予め決められた改質ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。
【００６８】
また、本発明の別の態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法において、
前記改質装置のバーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を検出するステップと、
検出した改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップと、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法が提供される。
【００６９】
また、本発明の別の態様によると、上記課題を解決するための手段として、
燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法において、
改質ガス改質装置出口温度を検出するステップと、
検出した改質ガス改質装置出口温度を予め決められた改質ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップと、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法が提供される。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明による燃料電池発電装置の実施の形態について説明する。
【００７１】
図１は、本発明による燃料電池発電装置の一実施の形態を表す構成図を示している。
【００７２】
図１において、上述した図２と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
【００７３】
図３は、本発明による燃料電池発電装置の詳細を説明する改質装置の拡大図を示している。
【００７４】
図１および図３を用いて本発明による燃料電池発電装置の一実施の形態を説明する。
【００７５】
本実施の形態による燃料電池発電装置は、図２に示した従来の技術による燃料電池発電装置とは、図１および図３に示したように、改質装置８に改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７、改質ガス温度測定用温度センサ６６、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１を１個以上新たに設けた点と、改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度が信号に変換されて送信され改質装置温度に対応して予め決められた改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係のいずれか一つ、あるいは一つ以上を照合データとして選択する照合データ選択手段６７、各温度センサ６、３２、１０、４７、６６、５１で検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上の信号を受け、照合データ選択手段６７で、選択され送信された予め決められた改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データのいずれか一つ、あるいは一つ以上と照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求め、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断する劣化診断手段５、各温度センサで検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を、劣化診断手段５において照合データ選択手段６７で選択され送信された予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって求められ送信されたメタン転化率あるはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、改質触媒の取替時期を判定する寿命診断手段６８を新たに設けた点が異なる。
【００７６】
ここで、照合データ選択手段６７には、予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データが、後述する図４乃至図９等に基づいて予め作られて保存されているものとする。
【００７７】
また、寿命診断手段６８で、改質触媒の取替時期を判定することができるのは、後述するように、図１０で求めた改質触媒の劣化量を経時的にプロットしておき、、その劣化の時間的傾向から改質触媒の取替時期を推定することができることに基づいており、このように改質触媒の劣化量を経時的にプロットする機能を寿命診断手段６８に持たせているものとする。
【００７８】
そして、劣化診断手段５、照合データ選択手段６７、寿命診断手段６８は、具体的には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等により、予め所定の記録媒体に記録された劣化診断プログラムに基づいて実行されるものとする。
【００７９】
次に、本実施の形態による燃料電池発電装置の作用について、図１１に示す上記劣化診断プログラムに基づくフローチャートを参照して説明する。
【００８０】
本実施の形態による燃料電池発電装置では、まず、改質装置８の改質部４８に設けた１個以上の改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７、改質ガス温度測定用温度センサ６６、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１で、改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を検出する（ステップＳ１）。
【００８１】
そして、各温度センサから、これらの温度検出信号を劣化診断手段５に送信する（ステップＳ２）。
【００８２】
次に、これらの温度検出信号を受信した劣化診断部５で、改質装置温度測定用温度センサ４１で検出した改質装置温度が信号に変換されて送信された改質装置温度に対応して照合データ選択手段６７で選択され送信された予め決められた検出温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、すなわち、改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データ、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データのうちいずれか一つ、あるいは一つ以上と照合する（ステップＳ３）。
【００８３】
これによって、改質装置８のメタン転化率あるいはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求め、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断する（ステップＳ４）。
【００８４】
すなわち、寿命診断手段６８では、各温度センサで検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を、劣化診断手段５において照合データ選択手段６７で選択され送信された予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置８のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって求めたメタン転化率あるはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算する（ステップＳ５）。
【００８５】
そして、これによって求められたメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間に基づいて、改質触媒の取替時期を判定する（ステップＳ６）。
【００８６】
このようにして、本実施の形態による燃料電池発電装置では改質触媒の取替時期を判定することが、従来の技術による燃料電池発電装置とは異なる。
【００８７】
図４は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層（Ｎｉ−Ａ１２０３触媒とＲＵ−Ａｌ２０３触媒の二層構造触媒充填層を採用、以下同じ）の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及び触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【００８８】
図４から、メタン転化率の減少とともに、改質装置触媒充填層温度は変化することが分かる。
【００８９】
従って、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６で改質装置触媒充填層温度を検出し、図４に示した改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態を診断することが可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９０】
なお、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置触媒充填層温度としてもよい。
【００９１】
また、改質装置内に２本以上改質管が設置され、２カ所以上触媒充填層がある場合には、各触媒充填層毎に改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ６を設置することによって改質装置触媒充填層温度を検出し、図４に示した改質装置触媒充填層温度と改質装置のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質管毎のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から各改質管毎の改質触媒の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいは図１０に示した関係を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、改質管毎に燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９２】
図５は、同様に、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及び触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質装置改質管外壁温度と改質装置の改質触媒の劣化量の関係を示している。
【００９３】
図５から、メタン転化率の低下とともに、改質装置改質管外壁温度は変化することが分かる。
【００９４】
従って、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２で改質装置改質管外壁温度を検出し、図５に示した改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９５】
なお、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置改質管外壁温度としてもよい。
【００９６】
また、改質装置内に２本以上改質管が設置されている場合には、各触媒充填層毎に改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ３２を設置することによって改質装置改質管外壁温度を検出し、図５に示した改質装置改質管外壁温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって各改質管毎のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から各改質管毎の改質触媒の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、改質管毎に燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。
【００９７】
図６は、また、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及ぴ触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【００９８】
図６から、メタン転化率の低下とともに、改質装置バーナ燃焼排ガス温度は変化することが分かる。
【００９９】
従って、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０で改質装置バーナ燃焼排ガス温度を検出し、図６に示した改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１００】
なお、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ１０を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置バーナ燃焼排ガス温度としてもよい。
【０１０１】
図７は、さらに、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【０１０２】
図７から、メタン転化率の低下とともに、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度は上昇することが分かる。
【０１０３】
従って、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７を設置することによって改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を検出し、図７に示した改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１０４】
なお、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ４７を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度としてもよい。
【０１０５】
図８は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質装置８の触媒充填層の原燃料ガス入口、触媒充填層の全長の２０％の位置（原燃料ガス入口から換算、以下同じ）、触媒充填層の全長の４０％の位置、触媒充填層の全長の６０％の位置、触媒充填層の全長の８０％の位置、及ぴ触媒充填層の改質ガス出口の６カ所の改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【０１０６】
図８から、メタン転化率の低下とともに、改質ガス温度は変化することが分かる。
【０１０７】
従って、改質ガス温度測定用温度センサ６６で改質ガス温度を検出し、図８に示した改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぽさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１０８】
なお、改質ガス温度測定用温度センサ６６を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質ガス温度としてもよい。
【０１０９】
また、改質装置内に２本以上改質管が設置され、２カ所以上触媒充填層がある場合には、各触媒充填層毎に改質ガス温度測定用温度センサ６６を設置することによって改質ガス温度を検出し、第８図に示した改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質管毎のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から各改質管毎の改質触媒の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、改質管毎に燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、各改質管毎の改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１１０】
図９は、最後に、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の、改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示している。
【０１１１】
図９から、メタン転化率の低下とともに、改質ガス改質装置出口温度は上昇することが分かる。
【０１１２】
従って、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１で改質ガス改質装置出口温度を検出し、図９に示した改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を照合データとして照合することによって改質装置８のメタン転化率あるいは図１０を用いてメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求めると、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置８の改質部４８の劣化状態の診断が可能であり、得られたメタン転化率あるいはメタン転化率から図１０に示した関係を用いて換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、燃料電池の発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって改質触媒の取替時期を判定することができる。
【０１１３】
なお、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ５１を２個以上設置し、検出した温度の平均値を改質ガス改質装置出口温度としてもよい。
【０１１４】
以上説明したように、本発明の燃料電池発電装置によれば、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ、改質ガス温度測定用温度センサ、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサを１個以上設置するとともに、劣化診断手段、寿命診断手段、及ぴ照合データ選択手段を設置し、検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を信号に変換して劣化診断手段に送信し、検出した温度を、照合データ選択手段で改質装置温度測定用温度センサで検出され信号に変換して送信された改質装置温度に対して選択され劣化診断手段に送信された予め決められた改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上と改質装置のメタン転化率の関係の照合データと劣化診断手段において照合することによって改質装置のメタン転化率あるいはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量を求め、メタン転化率の低下あるいは改質触媒の劣化量の増加から改質装置の劣化状態を診断するとともに、寿命診断手段において、改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ、改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ、改質ガス温度測定用温度センサ、改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサのいずれか１個、あるいは１個以上で検出した改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上を、劣化診断手段で予め決められた検出温度（改質装置触媒充填層温度、改質装置改質管外壁温度、改質装置バーナ燃焼排ガス温度、改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度、改質ガス温度、改質ガス改質装置出口温度のいずれか一つ、あるいは一つ以上）と改質装置のメタン転化率の関係と照合することによって求め送信されたメタン転化率あるはメタン転化率から換算した改質触媒の劣化量と発電時間の関係からメタン転化率の低下速度あるいは改質触媒の劣化速度を求め、発電に悪影響を及ぼさないメタン転化率の下限値に至るまでの期間、あるいは改質触媒の劣化量の上限値に至るまでの期間を計算することによって、
（１）改質触媒の取替時期を判定するので、改質装置の劣化状態の診断のためのガスクロマトグラフ等の高価なガス分析装置を用いた長時間を要する改質ガスの分析作業が不要となり、
（２）その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化状態の診断が可能となり、
（３）改質触媒の劣化状態を常に把握し改質触媒の取替時期を前もって知ることができるので改質装置性能の低下が起こる前に改質触媒の取替が可能である、という効果がある。
【０１１５】
【発明の効果】
従って、以上説明したように、本発明によれば、改質ガスのサンプリングと分析に長時間を要し改質装置の劣化診断を瞬時に行うことが不可能であり、また、改質装置の劣化診断のために高価なガス分析装置が必要となり、さらに改質装置の劣化診断をその場で連続的に行おうとすると燃料電池発電装置に対して専用のガス分析装置が必要となり、あるいは、ガス分析装置のあるところまでサンプリングガスをもっていかなければならないので劣化診断に時間がかかる等の従来の技術によるの燃料電池発電装置の問題点を解決し、その場で瞬時に且つ連続的に改質装置の劣化診断を行い改質触媒の取替時期を判定することが可能な燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による燃料電池発電装置の構成を示す接続図である。
【図２】図２は、従来の技術による燃料電池発電装置の構成を示す接続図である。
【図３】図３は、本発明による燃料電池発電装置の詳細を説明する改質装置の拡大図である。
【図４】図４は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質装置触媒充填層温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図５】図５は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質装置改質管外壁温度と改質装置のメタン転化率の関係を示す図である。
【図６】図６は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質装置バーナ燃焼排ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図７】図７は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図８】図８は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８の触媒充填層における各位置での改質ガス温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図９】図９は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質ガス改質装置出口温度と改質装置８のメタン転化率の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電装置を用いて、都市ガスを燃料として２００ｋＷ定格出力での発電を行った場合の改質装置８のメタン転化率と改質装置８の改質触媒の劣化量の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態による燃料電池発電装置の作用を説明する劣化診断方法ならびにそれを実行するために記録媒体に記録されたプログラムに基づくフローチャートである。
【符号の説明】
１．原燃料ガス
２．改質ガス
３．遮断弁
４．都市ガス
５．劣化診断手段
６．改質装置触媒充填層温度測定用温度センサ
７．脱硫装置
８．改質装置
９．改質装置バーナ
１０．改質装置バーナ燃焼排ガス温度測定用温度センサ
１１．シフトコンバータ
１２．燃焼用空気
１３．燃料極排ガス
１４．改質装置バーナ燃焼排ガス
１５．空気ブロア
１６．発電用空気
１７．外気
１８．燃料極
１９．電解質
２０．酸化剤極
２１．セルスタック
２２．電圧センサ
２３．電流センサ
２４．変換装置
２５．負荷
２６．電池冷却水
２７．気水分離器
２８．気水分離器ヒータ
２９．触媒充填層
３０．流量制御弁
３１．改質用水蒸気
３２．改質装置改質管外壁温度測定用温度センサ
３３．蒸発器
３４．排熱回収用水蒸気
３５．排熱利用システム
３６．冷媒
３７．酸化剤極排ガス
３８．凝縮器
３９．排ガス
４０．凝縮水
４１．改質装置温度測定用温度センサ
４２．改質管
４３．補給水ポンプ
４４．補給水
４５．流量制御弁
４６．流量制御弁
４７．改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサ
４８．改質部
４９．圧カセンサ
５０．燃料電池出力
５１．改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサ
５２．流量制御弁
５３．エジェクタ
５４．流量制御弁
５５．液面センサ
５６．ポンプ
５７．遮断弁
５８．凝縮水
５９．起動用バーナ
６０．遮断弁
６１．改質装置起動用バーナ空気
６２．遮断弁
６３．冷却器
６４．温度センサ
６５．遮断弁
６６．改質ガス温度測定用温度センサ
６７．照合データ選択手段
６８．寿命診断手段
Claims (4)
- 燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置において、
前記改質装置のバーナ燃焼排ガスの改質装置出口温度を測定する改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサと、
この改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け、前記改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度測定用温度センサにより検出された改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置において、
改質ガス改質装置出口温度を測定する改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサと、
この改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサからの温度検出信号を受け、前記改質ガス改質装置出口温度測定用温度センサにより検出した改質ガス改質装置出口温度を予め決められた改質ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン 転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断する劣化診断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法において、
前記改質装置のバーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を検出するステップと、
検出した改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度を予め決められた改質装置バーナ燃焼排ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップと、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法。 - 燃料と水蒸気を反応させ水素をつくるための改質触媒を充填した改質管を有する改質装置と、
この改質装置でつくられた水素を酸素と反応させて発電を行うための電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを積層したセルスタックとを有し、
前記燃料極の排ガスを燃焼させることにより前記改質装置の改質部を昇温する燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法において、
改質ガス改質装置出口温度を検出するステップと、
検出した改質ガス改質装置出口温度を予め決められた改質ガス改質装置出口温度と前記改質装置のメタン転化率の関係の照合データと照合することによって前記改質装置の劣化状態を診断するステップと、
を有することを特徴とする燃料電池発電装置の改質装置の劣化診断方法。
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