(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池モジュールによる発電運転中、所定の条件に基づいて燃料電池セルに付着している硫黄を除去するクリーニングモード運転を実行することにより、燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる固体電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】燃料ガスに含まれる硫黄を除去する脱硫器３６と、燃料ガスを改質器２０に供給する燃料流量調整ユニット３８と、燃料電池セル集合体１２に発電用空気を供給する発電用空気流量調整ユニット４５と、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を調整する水素流量調整ユニット４８と、所定の条件に達したとき、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を増加させることにより、燃料電池セル集合体１２に付着している硫黄を除去するクリーニングモード運転を実行する制御部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気を反応させて発電する固体電解質型燃料電池であって、
燃料電池モジュール内の発電室に配置され、複数の固体電解質型の燃料電池セルを備えた燃料電池セル集合体と、
燃料ガスに含まれる硫黄を除去する脱硫器と、
燃料ガスを改質して上記燃料電池セル集合体に供給する改質器と、
この改質器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
上記燃料電池セル集合体に発電用空気を供給する発電用空気供給手段と、
上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を調整する水素供給割合調整手段と、
所定の条件に達したとき、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を増加させることにより、上記燃料電池セル集合体に付着している硫黄を除去するクリーニングモード運転を実行する制御部と、
を有することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
上記制御部が上記クリーニングモード運転を実行するための所定の条件は、所定の発電運転時間が経過したときである請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
上記制御部が上記クリーニングモード運転を実行するための所定の条件は、上記燃料電池セルの電圧が所定電圧に達したときである請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
上記水素供給割合調整手段は、上記燃料電池セル集合体に水素を供給する水素供給手段であり、上記制御部は、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域よりも高い水素供給割合まで増加させるように上記水素供給手段を制御し、上記クリーニングモード運転を実行する請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項５】
上記制御部は、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合が上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内の所定水素供給割合未満である低負荷発電運転が行われている場合には、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を上記定常的な発電運転が可能な水素供給割合領域内の所定の水素供給割合以上まで上昇させて上記クリーニングモード運転を実行する請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項６】
上記制御部は、クリーニングモード運転を実行するための上記所定の発電運転時間を、上記燃料電池モジュールによる運転の履歴に基づいて変更する請求項２に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項７】
上記制御部は、クリーニングモード運転を実行するための上記所定の発電運転時間を、燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合が上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内の所定の水素供給割合未満であるときに行われる低負荷発電運転の上記燃料電池モジュールによる運転の履歴中に占める割合が高い程、より短い時間に変更する請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項８】
上記制御部は、上記クリーニングモード運転を所定の継続時間実行すると共に、このクリーニングモード運転実行中に上記燃料電池セルの電圧が所定電圧に達すると、上記所定の継続時間内であっても、上記クリーニングモード運転を強制的に終了する請求項１乃至７の何れか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項９】
上記制御部は、クリーニングモード運転を実行するための条件である上記所定の発電運転時間を、上記燃料電池モジュールによる発電運転が行われる経年時間が長い程、より短い時間に設定する請求項２乃至８の何れか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１０】
上記制御部が上記クリーニングモード運転を実行するための所定の条件は、手動操作であり、上記制御部は、この手動操作より上記クリーニングモード運転を強制的に実行する請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質型燃料電池に係わり、特に、燃料ガスと空気を反応させて発電する固体電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
【０００３】
このＳＯＦＣにおいては、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸素イオンと燃料との反応によって水蒸気及び／又は二酸化炭素を生成し、電気エネルギー及び熱エネルギーが発生する。電気エネルギーは、ＳＯＦＣ外部に取り出されて、各種電気的用途に使用される。一方、熱エネルギーは、燃料、ＳＯＦＣ及び酸化剤等に伝達され、これらの温度上昇に使用される。
【０００４】
従来のＳＯＦＣにおいては、発電出力が一定に保たれた状態で運転されるのが一般的であったが、夜間に電気需要が殆どない施設や昼夜の電気需要が大きく変化する施設などへ、ＳＯＦＣを設置する場合には、要求発電量に応じて、発電出力値を変化させる必要がある。
例えば、特許文献１に記載されている従来のＳＯＦＣにおいては、電力使用量の大小に応じて発電部の動作温度を高低二種類設定し、電力使用量が少ない時間帯においては、発電部の動作温度を低く設定することにより、発電部の動作温度を維持するための燃料ガス使用量を少なくし、コストを低下させると共にＣＯ2排出量を少なくしている。
【０００５】
また、このような従来のＳＯＦＣにおいては、燃料ガスとして用いられる都市ガスや灯油が硫黄を含むものであるため、この燃料ガスに含まれる硫黄が燃料電池セルに付着することによって、燃料電池セルの活性（発電能力）が低下してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、従来のＳＯＦＣにおいては、燃料ガスを改質して燃料電池セルに供給する改質器の上流側に燃料ガスに含まれる硫黄を除去する脱硫器を設けることにより、改質前の燃料ガスから硫黄を除去するものも周知技術として知られている。
しかしながら、このような脱硫器では、燃料ガスの微量なレベルの硫黄まで脱硫することが難しいため、発電運転が長期的に行われる程、これらの脱硫しきれない微量な硫黄が徐々に燃料電池セルに付着して蓄積し、燃料電池セルの活性（発電能力）が発電運転当初に比べて著しく低下してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、燃料電池モジュールによる発電運転中、所定の条件に基づいて燃料電池セルに付着している硫黄を除去する運転（以下「クリーニングモード運転」）を実行することにより、燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる固体電解質型燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと空気を反応させて発電する固体電解質型燃料電池であって、燃料電池モジュール内の発電室に配置され、複数の固体電解質型の燃料電池セルを備えた燃料電池セル集合体と、燃料ガスに含まれる硫黄を除去する脱硫器と、この脱硫器で脱硫した燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、この燃料ガス供給手段によって供給された燃料ガスを改質して上記燃料電池セル集合体に供給する改質器と、上記燃料電池セル集合体に発電用空気を供給する発電用空気供給手段と、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を調整する水素供給割合調整手段と、所定の条件に達したとき、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を増加させることにより、上記燃料電池セル集合体に付着している硫黄を除去するクリーニングモード運転を実行する制御部と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、所定の条件に達すると、制御部が、燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を増加させることにより、燃料電池セル集合体に付着している硫黄を除去するクリーニングモード運転を実行するため、脱硫器で脱硫しきれずに燃料電池セル集合体に付着している硫黄を除去することができ、硫黄の付着による燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、上記制御部が上記クリーニングモード運転を実行するための所定の条件は、所定の発電運転時間が経過したときである。
このように構成された本発明においては、制御部が、所定の発電運転時間が経過したとき、クリーニングモード運転を行うので、脱硫器で脱硫しきれずに燃料電池セル集合体に付着している硫黄を除去することができ、硫黄の付着による燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる。クリーニングモード運転を実行するための所定の条件を所定の発電運転時間が経過することを条件としたので、むやみにクリーニングモード運転を実施する必要がなく、スムーズな定常の発電を維持することができると共に硫黄の付着による燃料電池セルの不具合にも対応することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、上記制御部が上記クリーニングモード運転を実行するための所定の条件は、上記燃料電池セルの電圧が所定電圧に達したとき発電運転時間が経過したときであってもよい。
このように構成された本発明においては、制御部が、燃料電池セルの電圧が所定電圧に達したとき、クリーニングモード運転を行うので、脱硫器で脱硫しきれずに燃料電池セル集合体に付着している硫黄を除去することができ、硫黄の付着による燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる。燃料電池セル自身の電圧を確認しながらクリーニング運転を行うため、何らかの不具合によって燃料電池セルに想定以上の硫黄が付着した場合にも適切なタイミングでクリーニングを行うことができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、上記水素供給割合調整手段は、上記燃料電池セル集合体に水素を供給する水素供給手段であり、上記制御部は、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域よりも高い水素供給割合まで増加させるように上記水素供給手段を制御し、上記クリーニングモード運転を実行する。
このように構成された本発明においては、制御部によりクリーニングモード運転が実行されると、燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合が、燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域よりも高い水素供給割合まで上昇するため、燃料電池セル集合体に付着している硫黄の除去量がより多くなり、硫黄の付着による燃料電池セルの不活性化を効果的に防ぐことができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、上記制御部は、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合が上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内の所定水素供給割合未満である低負荷発電運転が行われている場合には、上記燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を上記定常的な発電運転が可能な水素供給割合領域内の所定の水素供給割合以上まで上昇させて上記クリーニングモード運転を実行する。
このように構成された本発明においては、燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合が上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合領域内の所定の水素供給割合未満である低負荷発電運転が行われている場合には、燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を定常的な発電運転が可能な水素供給割合領域内の所定の水素供給割合以上まで上昇させてクリーニングモード運転を実行するため、クリーニングモード運転を実行中においても、定常的な発電運転を可能にすると共に、燃料電池セルに付着している硫黄を除去することができる。また、定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内で燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合を上昇させてクリーニングモード運転を実行しているため、水素供給割合の上昇に伴う燃料電池セルへの負担も最小限に抑えることができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、上記制御部は、クリーニングモード運転を実行するための上記所定の発電運転時間を、上記燃料電池モジュールによる運転の履歴に基づいて変更する。
このように構成された本発明においては、実際に燃料電池セルに付着する硫黄の付着量は燃料電池モジュールによる運転の履歴によって異なるが、クリーニングモード運転を実行するための条件である所定の発電運転時間を燃料電池モジュールによる運転の履歴に基づいて変更するようにしているため、実際の硫黄付着量に応じたクリーニングモード運転同士の時間間隔を適切に設定することができる。また、水素供給割合や発電室温度の上昇による燃料電池セルへの負担も最小限に抑えることができる。
ことができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、上記制御部は、クリーニングモード運転を実行するための上記所定の発電運転時間を、燃料電池セル集合体に供給される水素の供給割合が上記燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内の所定の水素供給割合未満であるときに行われる低負荷発電運転の上記燃料電池モジュールによる運転の履歴中に占める割合が高い程、より短い時間に変更する。
このように構成された本発明においては、燃料電池モジュールによる運転の履歴中に占める低負荷発電運転の割合が高い程、燃料電池セル集合体が高い水素供給割合または高温に曝される時間が短くなるため、燃料電池セルの硫黄の付着量も多くなるが、クリーニングモード運転の実行を終了した後に次のクリーニングモード運転を実行するまでの所定時間を短い時間に変更し、次のクリーニングモード運転の実行を早めることにより、実際の燃料電池セルの硫黄の付着量に応じた適切な運転を行うことができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、上記制御部は、上記クリーニングモード運転を所定の継続時間実行すると共に、このクリーニングモード運転実行中に上記燃料電池セルの電圧が所定電圧に達すると、上記所定の継続時間内であっても、上記クリーニングモード運転を強制的に終了する。
このように構成された本発明においては、クリーニングモード運転が継続中であっても燃料電池モジュールの電圧が所定電圧に達すると、所定の継続時間内であっても、クリーニングモード運転を強制的に終了するようにしているので、燃料電池セルを無駄に高い水素供給割合または高温に曝すのを防ぐことができ、燃料電池セルの劣化を防ぐことができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、上記制御部は、クリーニングモード運転を実行するための条件である上記所定の発電運転時間を、上記燃料電池モジュールによる発電運転が行われる経年時間が長い程、より短い時間に設定する。
このように構成された本発明においては、燃料電池モジュールの燃料電池セルの経年時間が経つにつれて燃料電池セルに硫黄が付着しやすくなることを考慮し、所定の発電運転時間を燃料電池モジュールによる発電運転が行われる経年時間が長い程、より短い時間に設定することにより、クリーニングモード運転の実行を早めることができ、実際の燃料電池セルの硫黄の付着量に応じた適切な運転を行うことができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、上記制御部が上記クリーニングモード運転を実行するための所定の条件は、手動操作であり、上記制御部は、この手動操作により上記クリーニングモード運転を強制的に実行する。
このように構成された本発明においては、脱硫器が故障する等、燃料ガスの脱硫工程に不具合が生じた場合であっても、手動操作によりクリーニングモード運転を強制的に実行して対応することができるため、燃料電池セルに付着している硫黄を確実に除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池によれば、燃料電池モジュールによる発電運転中、所定の条件に基づいて燃料電池セルに付着している硫黄を除去するクリーニングモード運転を実行することにより、燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第１例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【図６】図５の比較例を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第２例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第３例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第４例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第５例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００２２】
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材（図示せず但し断熱材は必須の構成ではなく、なくても良いものである。）を介して密封空間８が形成されている。なお、断熱材は設けないようにしても良い。この密閉空間８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤（空気）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、複数個の燃料電池セルスタック１４を備え、この燃料電池セルスタック１４は、複数本の燃料電池セルユニット１６から構成されている。このように、燃料電池セル集合体１２は、複数本の燃料電池セルユニット１６を有し、これらの燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
また、各燃料電池セルユニット１６は、セラミックス材料で形成された有底筒状の部材であり、その内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。
さらに、燃料電池セルユニット１６の内壁（空気極）に空気が接触すると共に、燃料電池セルユニット１６の外壁（燃料極）に燃料ガスが接触すると、燃料電池セルユニット１６内でＯ2-イオンが移動して電気化学反応が起こり、空気極と燃料極との間に電位差が生じることにより、発電が行われるようになっている。
【００２３】
燃料電池モジュール２の密封空間８の上述した発電室１０の上方には、燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤（空気）とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、燃焼室１８内には、燃料電池セル集合体１２の各燃料電池セルユニット１６の空気極に発電用の空気を供給する発電用空気ヘッダ１９が配置されている。
【００２４】
つぎに、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器２０が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。
また、この改質器２０の上方には、改質器２０に供給する前の燃料ガス及び改質用空気を予熱する予熱器２１が配置されている。
さらに、予熱器２１の上方には、蒸発器２２が配置され、この蒸発器２２によって、改質器２０における改質に必要な水が気化されて改質器２０に供給されるようになっている。
また、発電室１０の下方には、燃料ガス分散室２３が配置され、改質器２０で改質された燃料ガスは燃料ガス分散室２３内で均一に分散され、燃料電池セル集合体１２に供給されるようになっている。
【００２５】
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整して蒸発器２３に所定の流量の水を供給する水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。
また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。
さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）とを備えている。また、発電用空気流量調整ユニット４５によって所定の流量に調整された空気は、燃料電池モジュール２内の発電用空気ヘッダ１９に供給されるようになっている。
さらに、補機ユニット４は、水素ボンベ等の水素供給源４６から供給される水素を遮断する電磁弁４７と、水素の流量を調整する水素流量調整ユニット４８とを備え、水素流量調整ユニット４８によって所定の流量に調整された水素は、改質器２０で改質された燃料ガスが燃料ガス分散室２３に供給される経路の途中又は燃料ガス分散室２３に供給されるようになっている。
【００２６】
次に、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
【００２７】
次に図２により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）に取り付けられたセンサ類等について説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。
図２に示すように、固体電解質型燃料電池１は、制御部６０を備え、この制御部６０には、使用者が操作するための「ＯＮ」や「ＯＦＦ」等の操作ボタンを備えた操作装置６２、発電出力値（ワット数）等の種々のデータを表示するための表示装置６４、及び、異常状態のとき等に警報（ワーニング）を発する報知装置６６が接続されている。なお、この報知装置６６は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
【００２８】
次に、制御部６０には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ７０は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４に取り付けられている。
ＣＯ検出センサ７２は、本来排気ガス通路（図示せず）等を経て外部に排出される排気ガス中のＣＯが、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４を覆う外部ハウジング（図示せず）へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ７４は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
【００２９】
電力状態検出センサ７６は、インバータ５４及び分電盤（図示せず）の電流及び電圧等を検知するためのものである。また、この電力状態検出センサ７６は、特に、インバータ５４内において燃料電池セル集合体１２で発生した電力（或いは電流及び電圧）を検知することができるようになっている。
発電用空気流量検出センサ７８は、発電室１０に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ８０は、改質器２０に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ８２は、改質器２０に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
【００３０】
水流量センサ８４は、改質器２０に供給される純水（水蒸気）の流量を検出するためのものである。
水位センサ８６は、純水タンク２６の水位を検出するためのものである。
圧力センサ８８は、改質器２０の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ９０は、温水製造装置５０に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
【００３１】
発電室温度センサ９２は、図３に示すように、燃料電池セル集合体１２の近傍の前面側と背面側に設けられ、発電室１０内の燃料電池セルスタック１４の近傍の温度（以下「発電室温度」）を検出して、燃料電池セルスタック１４（即ち燃料電池セルユニット１６自体）の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ９４は、燃焼室１８の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ９６は、排気ガス室７８の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ９８は、改質器２０の温度を検出するためのものであり、改質器２０の入口温度と出口温度から改質器２０の温度を算出する。
外気温度センサ１００は、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
【００３２】
これらのセンサ類からの信号は、制御部６０に送られ、制御部６０は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８、改質用空気流量調整ユニット４４、発電用空気流量調整ユニット４５、水素流量調整ユニット４８に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
また、制御部６０は、インバータ５４に、制御信号を送り、電力供給量を制御するようになっている。
【００３３】
次に図３により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）による起動時の動作を説明する。図３は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。
最初は、燃料電池モジュール２を温めるために、無負荷状態で、即ち、燃料電池モジュール２を含む回路を開いた状態で、運転を開始する。このとき、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュール２は発電を行わない。
【００３４】
先ず、改質用空気流量調整ユニット４４から改質用空気を燃料電池モジュール２の予熱器２１を経由して改質器２０へ供給する。また、同時に、発電用空気流量調整ユニット４５から発電用空気を燃料電池モジュール２の発電用空気ヘッダ１９へ供給する。
この直ぐ後、燃料流量調整ユニット３８からも燃料ガスが供給され、予熱器２１を経由して改質用空気が混合された燃料ガスが、改質器２０及び燃料ガス分散室２３を通過して発電室１０内に供給され、燃料電池セルスタック１４、燃料電池セルユニット１６を通過して、燃焼室１８に到達する。また、発電室１０内においては、燃料ガス分散室２３から導入された燃料ガスが各燃料電池セルユニット１６の燃料極に接触することにより、発電用空気ヘッダ１９から各燃料電池セルユニット１６の空気極に供給された発電用空気と電気化学反応し、発電が行われる。
【００３５】
次に、点火装置（図示せず）により着火して、燃焼室１８にある燃料ガスと空気（改質用空気及び発電用空気）とを燃焼させる。この燃料ガスと空気との燃焼により排気ガスが生じ、この排気ガスが、改質器２０内の改質用空気を含む燃料ガスを暖めると共に、温水製造装置５０に供給される。
このとき、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、改質用空気が混合された燃料ガスが改質器２０に供給されているので、改質器２０において、式（１）に示す部分酸化改質反応ＰＯＸが進行する。この部分酸化改質反応ＰＯＸは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。また、この昇温した燃料ガスが燃料ガス分散室２３から燃料電池セルスタック１４の下方に供給され、これにより、燃料電池セルスタック１４が下方から加熱され、また、燃焼室１８も燃料ガスと空気が燃焼して昇温されているので、燃料電池セルスタック１４は、上方からも加熱され、この結果、燃料電池セルスタック１４は、上下方向において、ほぼ均等に昇温可能となっている。この部分酸化改質反応ＰＯＸが進行しても、燃焼室１８では継続して燃料ガスと空気との燃焼反応が持続される。
【００３６】
ＣmＨn＋ｘＯ2  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2                （１）
【００３７】
部分酸化改質反応ＰＯＸの開始後、改質器温度センサ９８により改質器２０が所定温度（例えば、６００℃）になったことを検知したとき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、燃料ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器２０に供給する。このとき、改質器２０においては、上述した部分酸化改質反応ＰＯＸと後述する水蒸気改質反応ＳＲとが併用されたオートサーマル改質反応ＡＴＲが進行する。このオートサーマル改質反応ＡＴＲは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器２０内では熱的に自立した状態で反応が進行する。即ち、酸素（空気）が多い場合には部分酸化改質反応ＰＯＸによる発熱が支配的となり、水蒸気が多い場合には水蒸気改質反応ＳＲによる吸熱反応が支配的となる。この段階では、既に起動の初期段階は過ぎており、発電室１０内がある程度の温度まで昇温されているので、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を引き起こすことはない。また、オートサーマル改質反応ＡＴＲが進行中も、燃焼室１８では燃焼反応が継続して行われている。
【００３８】
式（２）に示すオートサーマル改質反応ＡＴＲの開始後、改質器温度センサ１４６により改質器２０が所定温度（例えば、７００℃）になったことを検知したとき、改質用空気流量調整ユニット４４による改質用空気の供給を停止すると共に、水流量調整ユニット２８による水蒸気の供給を増加させる。これにより、改質器２０には、空気を含まず燃料ガスと水蒸気のみを含むガスが供給され、改質器２０において、式（３）の水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
【００３９】
ＣmＨn＋ｘＯ2＋ｙＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2       （２）
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （３）
【００４０】
この水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるので、燃焼室１８からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、燃料電池モジュール２の起動の最終段階であるため、発電室１０内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応が進行しても、発電室１０が大幅な温度低下を招くこともない。また、水蒸気改質反応ＳＲが進行しても、燃焼室１８では継続して燃焼反応が進行する。
【００４１】
このようにして、燃料電池モジュール２は、点火装置（図示せず）により点火した後、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲが、順次進行することにより、発電室１０内の温度が徐々に上昇する。次に、発電室１０内及び燃料電池セルユニット１６の温度が燃料電池モジュール２を安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュール２を含む回路を閉じ、燃料電池モジュール２による発電を開始し、それにより、回路に電流が流れる。燃料電池モジュール２の発電により、燃料電池セルユニット１６自体も発熱し、燃料電池セルユニット１６の温度も上昇する。この結果、燃料電池モジュール２を作動させる定格温度、例えば、６００℃〜８００℃になる。
【００４２】
この後、定格温度を維持するために、燃料電池セルユニット１６で消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室１８での燃焼を継続させる。なお、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応ＳＲで発電が進行する。
【００４３】
次に、図４により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を説明する。図４は、本実施形態により固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
図４に示すように、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、先ず、燃料流量調整ユニット３８及び水流量調整ユニット２８を操作して、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させる。
【００４４】
また、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させると同時に、改質用空気流量調整ユニット４４による発電用空気の燃料電池モジュール２内への供給量を増大させて、燃料電池セル集合体１２及び改質器２０を空気により冷却し、これらの温度を低下させる。その後、発電室の温度が所定温度、例えば、４００℃まで低下したとき、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給を停止し、改質器２０の水蒸気改質反応ＳＲを終了する。この発電用空気の供給は、改質器２０の温度が所定温度、例えば、２００℃まで低下するまで、継続し、この所定温度となったとき、発電用空気流量調整ユニット４５からの発電用空気の供給を停止する。
【００４５】
このように、本実施形態においては、燃料電池モジュール２の運転停止を行うとき、改質器２０による水蒸気改質反応ＳＲと発電用空気による冷却とを併用しているので、比較的短時間に、燃料電池モジュールの運転を停止させることができる。
【００４６】
つぎに、図５及び図６により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第１例のクリーニングモード運転時の動作を説明する。
図５は本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第１例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートであり、図６は図５の比較例を示すタイムチャートである。
【００４７】
まず、図５において、縦軸は、水素供給割合、発電室温度（Ｔ）、セル電圧（Ｖ）（燃料電池セル集合体１２の電圧）を示し、横軸は、時間（ｔ）を示している。
ここで、特に、図５の縦軸である「水素供給割合」は、燃料ガス分散室２３から燃料電池セル集合体１２に供給される水素量とメタン量との比（Ｈ2／ＣＨ4）を意味している。特に、水素供給割合における水素量については、改質器２０において燃料ガスから改質されて燃料ガス分散室２３を経て燃料電池セル集合体１２に供給される水素量に水素流量調整ユニット４８から供給される水素量を加えた水素量を示している。また、水素供給割合におけるメタン量については、改質器２０において燃料ガスから改質されて燃料ガス分散室２３に供給されるメタン量を示している。
本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１による第１例のクリーニングモード運転は、発電室温度（Ｔ）が８５０℃以上９５０℃以下となる温度領域に対応する水素供給割合の領域（以下「定常発電運転領域」）内にあり、且つ、セル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０（＝０．７６Ｖ）よりも大きな値で定常的な発電運転が行われているときに所定の条件下で実行されるようになっている。
【００４８】
より具体的に説明すると、まず、図３により説明した燃料電池モジュール２の起動運転後、時刻ｔ０で発電運転が開始される。
つぎに、時刻ｔ０で発電運転を開始してから時刻ｔ１でクリーニングモード運転を開始するまでの発電運転時間τ１（＝５０００時間）とセル電圧（Ｖ）の下限電圧値Ｖ０（＝０．７６Ｖ）については、クリーニングモード運転を開始するか否かを判断するための基準値として予め定められている。
例えば、図５に示すように、時刻ｔ０から発電運転時間τ１が経過した時刻ｔ１までに、セル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０にならない場合には、時刻ｔ１において、制御部６０が水素供給手段である水素流量調整ユニット４８に信号を送り、それまでの発電運転による発電量に関わらず、初回のクリーニングモード運転が開始される。
一方、時刻ｔ０から発電運転時間τ１が経過した時刻ｔ１までに電力状態検出センサ７６で検知したセル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０に達した場合には、その時点で時刻ｔ０から発電運転時間τ１の経過を待たずに、それまでの発電運転による発電量に関わらず、強制的に初回のクリーニングモード運転が開始される。
【００４９】
また、時刻ｔ１で初回のクリーニングモード運転を開始するとき、制御部６０から水素流量調整ユニット４８に送られた信号に基づき、それまでの発電運転による発電量に関わらず、発電室温度（Ｔ）が定常発電運転領域よりも高い所定温度（９５０℃〜１０００℃）まで強制的に昇温されるように、水素流量調整ユニット４８から燃料ガス分散室２３に水素が供給されるため、時刻ｔ０〜ｔ１までに行われている定常発電運転のときに発電室１０内の燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合が増加する。
【００５０】
すなわち、クリーニングモード運転においては、燃料ガス分散室２３を経て発電室１０内の燃料電池セル集合体１２に供給される水素が、改質器２０で改質された燃料ガスに含まれる水素以外にも、水素流量調整ユニット４８からも燃料電池セル集合体１２に水素が追加されるが、この水素流量調整ユニット４８から燃料電池セル集合体１２に追加される水素については、水蒸気改質反応（吸熱反応）を伴わずに直接的に燃料電池セル集合体１２に供給されるため、燃料電池セル集合体１２の温度を上昇させて高温化させることができる。
このように、クリーニングモード運転において、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を増加させることにより、燃料電池セル集合体１２を高温化させた結果、各燃料電池セルユニット１６に付着している硫黄が除去される。
【００５１】
つぎに、時刻ｔ１で初回のクリーニングモード運転が開始され、時刻ｔ２で初回のクリーニングモード運転が終了するまでのクリーニングモード運転が継続される時間（ｔ２−ｔ１）については、２時間以上３時間以下の所定時間に予め設定されている。
また、図５に示すように、時刻ｔ２で初回のクリーニングモードが終了した時点のセル電圧は、各燃料電池セルユニット１６に付着している硫黄が除去されたため、時刻ｔ１のセル電圧よりも上昇し、電圧が回復している。
さらに、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合が定常発電運転領域内にある定常発電運転が再び実行される。
【００５２】
ここで、ｎ回目（ｎ≧２）のクリーニングモード運転においては、前回のクリーニングモード運転が終了した時刻から次のクリーニングモード運転が開始される時刻までの発電運転時間τｎが５０００時間に到達するか、又は、この発電運転時間τｎが５０００時間に到達する前にセル電圧が下限電圧値Ｖ０に達するかのいずれか一方の条件に達した場合には、それまでの発電運転による発電量に関わらず、直ちにクリーニングモード運転が実行されるように予め設定されている。
【００５３】
例えば、図５に示す時刻ｔ３では、セル電圧が下限電圧値Ｖ０に達していないが、時刻ｔ２で初回のクリーニングモード運転が終了してからの発電運転時間τ２が５０００時間に達したため、それまでの発電運転による発電量に関わらず、２回目のクリーニングモード運転を実行し、初回のクリーニングモード運転と同様に、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を定常運転領域よりも高い所定の水素供給割合まで強制的に上昇（発電室温度（Ｔ）を定常発電運転領域よりも高い所定温度（９５０℃〜１０００℃）まで強制的に上昇）させ、時刻ｔ４で２回目のクリーニングモード運転を終了し、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合が定常発電運転領域内にある定常発電運転が再び実行される。
なお、２回目のクリーニングモード運転を開始してから終了するまでの運転継続時間（ｔ４−ｔ３）についても、初回のクリーニングモード運転と同様に、２時間以上３時間以下の所定時間に予め設定されている。
【００５４】
さらに、図５に示す時刻ｔ５では、時刻ｔ４で２回目のクリーニングモード運転が終了してからの発電運転時間τ３が５０００時間に達する前にセル電圧の方が下限電圧値Ｖ０に達したため、それまでの発電運転による発電量に関わらず、３回目のクリーニングモード運転を実行し、初回及び２回目のクリーニングモード運転と同様に、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を定常運転領域よりも高い所定の水素供給割合まで強制的に上昇（発電室温度（Ｔ）を定常発電運転領域よりも高い所定温度（９５０℃〜１０００℃）まで強制的に上昇）させ、時刻ｔ６で３回目のクリーニングモード運転を終了し、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合が定常発電運転領域内にある定常発電運転が再び実行される。
なお、３回目のクリーニングモード運転を開始してから終了するまでの運転継続時間（ｔ６−ｔ５）についても、初回及び２回目のクリーニングモード運転と同様に、２時間以上３時間以下の所定時間に予め設定されている。
【００５５】
同様に、図５に示す時刻ｔ７では、時刻ｔ６で３回目のクリーニングモード運転が終了してからの発電運転時間τ４が５０００時間に達する前にセル電圧の方が下限電圧値Ｖ０に達したため、それまでの発電運転による発電量に関わらず、４回目のクリーニングモード運転を実行し、３回目までのクリーニングモード運転と同様に、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を定常運転領域よりも高い所定の水素供給割合まで強制的に上昇（発電室温度（Ｔ）を定常発電運転領域よりも高い所定温度（９５０℃〜１０００℃）まで強制的に上昇）させ、時刻ｔ８で４回目のクリーニングモード運転を終了し、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合が定常発電運転領域内にある定常発電運転が再び実行される。
なお、３回目のクリーニングモード運転を開始してから終了するまでの運転継続時間（ｔ８−ｔ７）についても、初回及び２回目のクリーニングモード運転と同様に、２時間以上３時間以下の所定時間に予め設定されている。
【００５６】
一方、図６は、図５の比較例として、クリーニングモード運転が全く実行されなかった場合についてのタイムチャートである。
図６に示すように、時刻ｔ０から発電運転時間τ１が経過した時刻ｔ１でクリーニングモード運転が実行されなかった場合には、時刻ｔ１後もセル電圧（Ｖ）が低下し続ける。  さらに、時刻ｔ９でセル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０に達してもクリーニングモード運転が実行されなかった場合には、時刻ｔ９後もセル電圧（Ｖ）が比較的大きな傾きで低下し続ける。
【００５７】
以上説明した本実施形態による第１例のクリーニングモード運転によれば、燃料電池モジュール２による発電量に関わらず、起動運転を終了して発電運転を開始してからの発電運転時間、及び、前回のクリーニングモード運転を終了して発電運転を再開してからの発電運転時間が所定時間（例えば、５０００時間）に達するか、或いは、発電運転中のセル電圧が所定下限電圧値に達すると、制御部６０により、クリーニングモード運転が実行され、燃料電池セル集合体１２に供給される水素の供給割合を定常運転領域よりも高い所定の水素供給割合まで強制的に上昇（発電室温度（Ｔ）を定常発電運転領域よりも高い所定温度（９５０℃〜１０００℃）まで強制的に上昇）させて燃料電池セル集合体１２に付着している硫黄を効果的に除去することができる。この結果、硫黄の付着による燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる。
【００５８】
つぎに、図７により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第２例のクリーニングモード運転時の動作を説明する。
図７は本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第２例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【００５９】
図７に示すように、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１による第２例のクリーニングモード運転は、発電室温度（Ｔ）が８５０℃以上９５０℃以下となる定常発電運転領域内の所定温度未満（９００℃未満）の領域に対応する水素供給割合の領域内にあり、且つ、セル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０（＝０．７４Ｖ）よりも大きな値で低負荷発電運転が行われているときに所定の条件下で実行されるようになっている。
【００６０】
より具体的に説明すると、まず、図３により説明した燃料電池モジュール２の起動運転後、時刻ｔ１００で低負荷発電運転を開始してから時刻ｔ１０１でクリーニングモード運転を開始するまでの発電運転時間τ１（＝５０００時間）とセル電圧（Ｖ）の下限電圧値Ｖ０（＝０．７４Ｖ）については、クリーニングモード運転を開始するか否かを判断するための基準値として予め定められている。
例えば、図７に示すように、時刻ｔ１００から発電運転時間τ１が経過した時刻ｔ１０１までに、セル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０にならない場合には、時刻ｔ１０１において、制御部６０が水素流量調整ユニット４８に信号を送り、それまでの発電運転による発電量に関わらず、初回のクリーニングモード運転が開始される。
一方、時刻ｔ１００から発電運転時間τ１が経過した時刻ｔ１０１までに電力状態検出センサ７６で検知したセル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０に達した場合には、その時点で時刻ｔ１００から発電運転時間τ１の経過を待たずに強制的に初回のクリーニングモード運転が開始され、所定時間（２〜３時間）運転後、時刻ｔ１０２で初回のクリーニングモード運転を終了し、低負荷発電運転が再び実行される。
【００６１】
また、時刻ｔ１０１で初回のクリーニングモード運転を開始するとき、制御部６０から水素流量調整ユニット４８に送られた信号に基づき、それまでの発電運転による発電量に関わらず、低負荷発電運転が行われる水素供給割合の領域（発電室温度（Ｔ）の定常発電運転領域（８５０℃〜９５０℃）に相当）の所定の水素供給割合（例えば、発電室温度（Ｔ）が９５０℃に相当）まで強制的に上昇させることにより、燃料電池セル集合体１２の温度を上昇させて高温化させることができる。
【００６２】
すなわち、このクリーニングモード運転により、燃料電池セル集合体１２の温度を高温に保つことができ、各燃料電池セルユニット１６に付着している硫黄を除去することができる。
また、ｎ回目（ｎ≧２）のクリーニングモード運転においても、前回のクリーニングモード運転が終了した時刻から次のクリーニングモード運転が開始される時刻までの発電運転時間τｎが５０００時間に到達するか、又は、この発電運転時間τｎが５０００時間に到達する前にセル電圧が下限電圧値Ｖ０に達した時点で、それまでの発電運転による発電量に関わらず、クリーニングモード運転が行われる。
【００６３】
上述した本実施形態による第２例のクリーニングモード運転によれば、発電室の温度が燃料電池モジュールによる定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内の所定水素供給割合未満の温度で低負荷発電運転が行われている場合であっても、燃料電池モジュール２による発電量に関わらず、起動運転を終了して低負荷発電運転を開始してからの低負荷発電運転時間、及び、前回のクリーニングモード運転を終了して低負荷発電運転を再開してからの発電運転時間が所定時間（例えば、５０００時間）に達するか、或いは、発電運転中のセル電圧が所定下限電圧値に達すると、制御部６０により、発電室温度（Ｔ）が定常発電運転の水素供給割合の領域内で低負荷発電運転が行われる水素供給割合よりも高い所定の水素供給割合（例えば、発電室温度９５０℃に相当）まで強制的に上昇されてクリーニングモード運転が実行される。このため、クリーニングモード運転を実行中においても、定常的な発電運転を可能にすると共に、燃料電池セル集合体１２に付着している硫黄を効果的に除去することができ、硫黄の付着による燃料電池セルの不活性化を防ぐことができる。また、定常的な発電運転が可能な水素供給割合の領域内（発電室温度８５０℃〜９５０℃に相当）で水素供給割合を上昇させてクリーニングモード運転を実行しているため、水素供給割合及び発電室温度の上昇に伴う加熱等よる燃料電池セルユニット１６への負担も最小限に抑えることができる。
【００６４】
つぎに、図８により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第３例のクリーニングモード運転時の動作を説明する。
図８は本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第３例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【００６５】
図８に示すように、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１による第３例のクリーニングモード運転は、発電室温度（Ｔ）が８５０℃以上９５０℃以下となる定常発電運転領域内に対応する水素供給割合の領域内にあり、且つ、セル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０（＝０．７４Ｖ）よりも大きな値で定常的な発電運転が行われているときに所定の条件下で実行されるようになっている。
【００６６】
より具体的に説明すると、まず、図３により説明した燃料電池モジュール２の起動運転後、時刻ｔ２００で発電運転を開始してから時刻ｔ２０１でクリーニングモード運転を開始するまでの発電運転時間τ１（＝５０００時間）とセル電圧（Ｖ）の下限電圧値Ｖ０（＝０．７４Ｖ）については、クリーニングモード運転を開始するか否かを判断するための基準値として予め定められている。
また、時刻ｔ２００で発電運転を開始してから時刻ｔ２０１で初回のクリーニングモード運転が開始されるまでの発電運転時間τ１と、ｎ回目（ｎ≧２）のクリーニングモード運転が実行される場合に前回のクリーニングモード運転が終了した時刻から発電運転が再開し、次のクリーニングモード運転が開始される時刻までの発電運転時間τｎについては、発電運転の状態に応じて変更されるようになっている。
【００６７】
より具体的には、発電運転状態を把握するために、発電運転中に発電室温度センサ９２が検出した発電室温度とその運転時間による積分値や、発電室温度（Ｔ）が８５０℃以上９５０℃以下となる定常発電運転領域内の所定温度未満（９００℃未満）の領域に対応する水素供給割合の領域内で低負荷条件下で発電運転が行われた積算時間等、代表的に実際の燃料電池モジュール２の運転履歴を示した定量的な値により、発電運転状態をある特定の量で定量化する。そして、これらの定量化した値に基づいて、発電運転を開始してから初回のクリーニングモード運転が開始されるまでの発電運転時間τ１や、ｎ回目（ｎ≧２）のクリーニングモード運転が実行される場合に前回のクリーニングモード運転が終了してから次のクリーニングモード運転が開始されるまでの発電運転時間τｎについて、変更するか否かを決定する。
【００６８】
図８は、一例として、時刻ｔ２０１で初回のクリーニングモード運転が開始されて所定時間後に時刻ｔ２０２で初回のクリーニングモード運転が終了し、発電運転時間τ２（＝５０００時間）が経過した時刻ｔ２０２で再び実行された定常発電運転が、時刻ｔ２００〜ｔ２０１までの定常発電運転よりも水素供給割合及び発電室温度が高い状態で実行されている。この結果、時刻ｔ２０２で初回のクリーニングモード運転が終了した時点よりも、時刻ｔ２０４で２回目のクリーニングモード運転が終了した時点の方が、燃料電池セル集合体１２に付着している硫黄を効果的に除去することができたため、時刻ｔ２０４で２回目のクリーニングモード運転が終了して時刻ｔ２０５で３回目のクリーニングモード運転を開始するまでの発電運転時間τ３を予め定められた５０００時間から７０００時間に変更している。
【００６９】
上述した本実施形態による第３例のクリーニングモード運転によれば、実際に燃料電池セル集合体１２に付着する硫黄の付着量は燃料電池モジュール２の発電運転の履歴によって異なるが、ｎ回目のクリーニングモード運転を行う前の発電運転時間τｎを燃料電池モジュール２による発電運転が行われる運転履歴（発電運転時間、水素供給割合、発電室温度）に基づいて変更することができるため、実際の硫黄付着量に応じたクリーニングモード運転同士の時間間隔を適切に設定することができる。また、水素供給割合及び発電室温度の上昇に伴う加熱等よる燃料電池セルユニット１６への負担も最小限に抑えることができる。
【００７０】
つぎに、図９により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第４例のクリーニングモード運転時の動作を説明する。
図８は本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第４例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【００７１】
図９に示すように、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１による第４例のクリーニングモード運転においては、まず、図３により説明した燃料電池モジュール２の起動運転後、時刻ｔ３００で低負荷発電運転を開始してから時刻ｔ３０１まで発電室温度（Ｔ）が８５０℃以上９５０℃以下となる定常発電運転領域内の所定温度（Ｔ１）以下の領域内に対応する水素供給割合の領域内で、且つ、セル電圧（Ｖ）が下限電圧値Ｖ０（＝０．７４Ｖ）よりも大きな値で低負荷発電運転が実行される。
つぎに、時刻ｔ３０１から時刻ｔ３０２までについては、時刻ｔ３００〜ｔ３０１までの低負荷発電運転よりも水素供給割合及び発電室温度が高い所定領域（Ｔ１＜Ｔ≦Ｔ２）で、定常発電運転が実行され、時刻ｔ３０２で初回のクリーニングモード運転が実行される。
ここで、時刻ｔ３００で低負荷発電運転を開始してから初回のクリーニングモード運転を実行するまでの発電運転時間τ１については、運転前に５０００時間として予め定められているが、時刻ｔ３００〜ｔ３０１まで低負荷発電運転が実行されるため、初回のクリーニングモード運転を早めるために、予め定められた所定時間（５０００時間）をより短い時間（４０００時間）に変更している。
【００７２】
また、時刻ｔ３０２で初回のクリーニングモード運転を所定時間（２〜３時間）実行されてから時刻ｔ３０３でクリーニングモード運転を終了し、再び、定常発電運転温度領域内の所定温度（Ｔ１）以下の温度領域内で低負荷発電運転が実行される。
時刻ｔ３０４で２回目のクリーニングモード運転が実行されるが、時刻ｔ３０３〜３０４では低負荷発電運転のみが実行されるため、２回目のクリーニングモード運転の開始を早めるために、初回のクリーニングモード運転が終了してから２回目のクリーニングモード運転を開始するまでの発電運転時間τ２を予め定められた所定時間（５０００時間）をより短い時間（３０００時間）に変更している。
【００７３】
さらに、時刻ｔ３０４で２回目のクリーニングモード運転を所定時間（２〜３時間）実行されてから時刻ｔ３０５でクリーニングモード運転を終了し、時刻ｔ３０５〜ｔ３０６までの発電室温度（Ｔ）が定常発電運転温度領域内の所定温度Ｔ３（≧Ｔ２）で、定常発電運転が実行され、時刻ｔ３０６で３回目のクリーニングモード運転が実行される。
ここで、時刻ｔ３０５〜３０６では、時刻ｔ３００〜ｔ３０２及び時刻ｔ３０３〜ｔ３０４よりも水素供給割合及び発電室温度が高い状態で定常発電運転が実行されるため、２回目のクリーニングモード運転が終了してから３回目のクリーニングモード運転を開始するまでの発電運転時間τ３が初回及び２回目のクリーニングモード運転を実行するまでの時間τ１,τ２よりも長くなっている。
【００７４】
すなわち、本実施形態による第４例のクリーニングモード運転においては、クリーニングモード運転以外の水素供給割合及び発電室温度が定常発電運転領域内で実行される発電運転において、水素供給割合及び発電室温度が定常発電運転領域内の比較的低い領域で実行される低負荷発電運転が燃料電池モジュール２による運転の履歴中に占める割合が高い程、発電運転が開始してから初回のクリーニングモード運転が開始するまでの発電運転時間τ１や前回のクリーニングモード運転が終了してからｎ回目（ｎ≧２）のクリーニングモード運転が開始するまでの時間τｎが予め定められた時間（５０００時間）よりも短い時間に変更できるようになっている。
【００７５】
上述した本実施形態による第４例のクリーニングモード運転によれば、燃料電池モジュール２による運転の履歴に占める低負荷発電運転の割合が高い程、燃料電池セル集合体１２が高温に曝される時間が短くなるため、燃料電池セルユニット１６の硫黄の付着量も多くなるが、発電運転が開始してから初回のクリーニングモード運転が開始するまでの発電運転時間τ１や前回のクリーニングモード運転が終了してからｎ回目（ｎ≧２）のクリーニングモード運転が開始するまでの時間τｎを予め定められた時間（５０００時間）よりも、より短い時間に変更し、クリーニングモード運転の実行を早めたりすることができるため、実際の燃料電池セルユニット１６の硫黄付着量に応じた適切な運転を行うことができる。
【００７６】
つぎに、図１０により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第５例のクリーニングモード運転時の動作を説明する。
図８は本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の第５例のクリーニングモード運転時の動作を示すタイムチャートである。
【００７７】
図１０に示すように、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１による第５例のクリーニングモード運転においては、まず、図３により説明した燃料電池モジュール２の起動運転後、時刻ｔ４００で発電運転を開始し、時刻ｔｎでｎ回目（ｎ≧１）のクリーニングモード運転を開始する前の発電運転時間τｎ（＝５０００時間）とセル電圧（Ｖ）の下限電圧値Ｖ０（＝０．７６Ｖ）については、クリーニングモード運転を開始するか否かを判断するための基準値として予め定められている。
【００７８】
さらに、時刻ｔｎでｎ回目（ｎ≧１）のクリーニングモード運転が開始されてから、時刻ｔ（ｎ＋１）でこのｎ回目のクリーニングモード運転を終了するまでｎ回目のクリーニングモード運転を継続する継続時間は予め所定時間（２〜３時間）に定められている。
一方、このｎ回目のクリーニングモード運転が継続時間中の時刻ｔ（ｎ＋１）でセル電圧が所定電圧（Ｖ１）まで上昇している場合には、制御部６０が電力状態検出センサ７６からその信号を受信し、燃料電池セル集合体１２に付着する硫黄が除去されてセル電圧が回復しているものと判断し、予め定められたクリーニングモードの運転の所定継続時間（２〜３時間）にかかわらず、ｎ回目のクリーニングモード運転を強制的に終了するようになっている。
【００７９】
上述した本実施形態による第５例のクリーニングモード運転によれば、クリーニングモード運転が継続中であっても燃料電池モジュールの電圧が所定電圧に達すると、予め定められたクリーニングモード運転の所定の継続時間にかかわらず、クリーニングモード運転を強制的に終了するため、燃料電池セル集合体１２を無駄に高温に曝すのを防ぐことができ、燃料電池セルユニット１６の劣化を防ぐことができる。
【００８０】
なお、以上説明した第１例〜第５例のクリーニングモード運転を実行する本実施形態においては、ｎ回目（ｎ≧１）のクリーニングモード運転を実行する前の発電時間τｎが所定時間に達するか、又は、セル電圧が所定電圧に達した場合に、クリーニングモード運転を実行するために燃料ガス分散室２３から燃料電池セル集合体１２に供給される水素供給割合を強制的に上昇させる手段として、制御部６０から水素供給手段（水素流量調整ユニット４８）に送られる信号により、水素流量調整ユニット４８から燃料ガス分散室２３に供給される水素を増量させる形態について説明したが、このような形態に限定されず、他の形態についても適用可能である。
【００８１】
例えば、クリーニングモード運転を実行する際に、燃料流量調整ユニット３８から改質器２０を経て燃料ガス分散室２３に供給される燃料ガスの代わりに、その分だけ水素流量調整ユニット４８から燃料ガス分散室２３を経て燃料電池セル集合体１２に水素を直接的に供給するようにしてもよい。ただし、このように燃料ガスの代わりに燃料電池セル集合体１２に直接的に水素を供給する場合には、燃料電池セルユニット１６が改質反応を伴わない分、セルの温度（発電室温度）が急上昇したり、高温によるセルの劣化が生じる可能性もある。したがって、このようなセルの温度上昇を抑制するために、発電用空気流量調整ユニット４５から発電用空気ヘッダ１９に供給される発電用空気を増量させて燃料電池セルユニット１６を冷却することにより、燃料電池セル集合体１２の温度変化をさせずに水素供給割合のみを増加させてクリーニングモード運転を実行することができる。
【００８２】
また、クリーニングモード運転を実行するために燃料ガス分散室２３から燃料電池セル集合体１２に供給される水素供給割合を強制的に上昇させる水素供給割合調整手段として、改質器２０の温度を上昇させて改質器２０における改質率を高めることにより、燃料ガスから改質された水素の供給割合を高めるようにしてもよい。この場合、改質器２０そのものを加熱する加熱手段や改質器２０に供給される燃料ガスや改質用空気を加熱するためのヒーターやバーナー等の加熱手段を別途設けることにより、実現可能である。
【００８３】
さらに、本実施形態において、改質器２０に供給される燃料ガスや発電用空気ヘッダ１９に供給される発電用空気を加熱するためのヒーターやバーナー等の加熱手段を別途設けることにより、クリーニングモード運転を行う際に水素供給割合や発電室温度をさらに効果的に上昇させるように工夫してもよい。
【００８４】
また、本実施形態による第１例〜第５例のクリーニングモード運転に加えて、燃料電池モジュール２の発電が長期的に行われ、燃料電池セルユニット１６の所定の経年時間（例えば、４００００時間）が経つにつれて燃料電池セルユニット１６に硫黄が付着しやすくなることを考慮し、燃料電池モジュール２による発電運転が行われる経年時間の長さが長くなる程、前回のクリーニングモード運転を終了してから次回のクリーニングモード運転を開始するまでの発電時間の間隔を短くするように設定し、クリーニングモード運転を実行してもよい。これより、経年時間が経った燃料電池セル集合体１２については、クリーニングモード運転の実行を早めることにより、実際の燃料電池セルユニット１６の硫黄の付着量に応じた適切な運転を行うことができる。
【００８５】
さらに、本実施形態による第１例〜第５例のクリーニングモード運転に加えて、制御部６０を適宜手動操作することにより、クリーニングモード運転を強制的に実行することができるようにしてもよい。これにより、脱硫器３６が故障する等、燃料ガスの脱硫工程に不具合が生じた場合であっても、適宜燃料電池セル集合体１２に付着している硫黄を確実に除去することができる。
【００８６】
なお、上述した本実施形態では、一例として、脱硫器３６が燃料流量調整ユニット３８の上流側に設けられた形態について説明したが、このような形態に限定されず、脱硫器３６が燃料流量調整ユニット３８の下流側に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  固体電解質型燃料電池
２  燃料電池モジュール
４  補機ユニット
８  密封空間
１０  発電室
１２  燃料電池セル集合体
１４  燃料電池セルスタック
１６  燃料電池セルユニット（固体電解質型燃料電池セル）
１８  燃焼室
１９  発電用空気ヘッダ
２０  改質器
２１  予熱器
２２  蒸発器
２３  燃料ガス分散室
２４  水供給源
２６  純水タンク
２８  水流量調整ユニット
３０  燃料供給源
３６  脱硫器
３８  燃料流量調整ユニット（燃料ガス供給手段）
４０  空気供給源
４４  改質用空気流量調整ユニット
４５  発電用空気流量調整ユニット（発電用空気供給手段）
４６  水素供給源
４７  電磁弁
４８  水素流量調整ユニット（水素供給手段）
５０  温水製造装置
５２  制御ボックス
５４  インバータ
６０  制御部
６２  操作装置
６４  表示装置
６６  警報装置
７６  電力状態検出センサ
９２  発電室温度センサ
１００  外気温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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