(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質型セルのアノードとカソードに、水素含有ガスと酸素含有ガスをそれぞれ流接させることによる発電を行う燃料電池と、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第一の燃焼器とを有し、該燃料電池の運転開始前に、該加熱用ガスを流通させることによって、該燃料電池を運転可能温度に加熱昇温する燃料電池システムにおいて、
上記第一の燃焼器から送出された加熱用ガスに、上記カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該カソードに返戻送給するための第一の排加熱用ガス返戻路を有し、
上記第一の排加熱用ガス返戻路に、排加熱用ガスを送給するためのガス送給器を有し、
燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第二の燃焼器を有し、
上記第二の燃焼器から送出された加熱用ガスに、上記カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して上記アノードに返戻送給するための第二の排加熱用ガス返戻路を有する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
上記アノードに返戻送給する排加熱用ガスは、上記カソードから排出された排加熱用ガスのうち、該カソードに循環返戻されない残余のものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料と酸素含有ガスとの混合ガスを改質する改質器を有し、
上記カソードから排出された排加熱用ガスの一部を、上記改質器に返戻送給するための第三の排加熱用ガス返戻路を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第三の燃焼器と、上記改質器との間において熱交換可能に配設された熱交換器とを有し、
上記第三の燃焼器から送出された加熱用ガスを上記熱交換器に送給するための加熱用ガス送給路を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
上記第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの温度を測定する第一の排加熱用ガス温度測定手段と、
上記第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの流量を測定する第一の排加熱用ガス流量測定手段と、
測定された第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、上記第一の燃焼器から上記カソードに送給する加熱用ガスが所定の温度となるように、上記第一の燃焼器に送給する燃料と酸素含有ガスの各流量を設定する流量設定手段と、
設定された流量の燃料と酸素含有ガスを上記第一の燃焼器に送給する燃料ガス送給手段とを有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
上記燃料電池の温度を測定する電池温度測定手段と、
上記燃料電池と上記第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの各温度に基づいて、上記第一の燃焼器から上記カソードに送給する加熱用ガスの温度を設定するガス温度設定手段と、
上記燃料電池が運転開始温度になったか否かを判定する電池温度判定手段と、
上記燃料電池が運転開始温度になったと判定したときには、昇温モードから通常運転モードに切り替えるモード切替手段とを有する
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
上記ガス温度設定手段は、加熱用ガスの温度を経時的に高く設定することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
上記アノードに送給される排加熱用ガスの流量を測定する第二の排加熱用ガス流量測定手段と、
上記アノードに送給される排加熱用ガスの温度を測定する第二の排加熱用ガス温度測定手段と、
上記カソードから排出されて上記アノードに送給される排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、上記アノードに送給する燃料ガスの温度とＳ／Ｃが所定値となるように、上記第二の燃焼器で燃焼させる燃料と酸素含有ガスの各流量を設定する第二の流量設定手段とを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
上記改質器に送給される排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、上記アノードに送給する燃料ガスの温度とＳ／Ｃが所定値となるように、上記改質器に送給する燃料と酸素含有ガスの各流量を設定する第二の流量設定手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
上記改質器の温度が動作温度になったか否かを判定する動作温度判定手段と、
上記改質器の温度が動作温度になったと判定したときには、該改質器に送給される排加熱用ガスの流量と該改質器の温度に基づいて、該改質器への排加熱用ガスの流量を設定する改質器流量設定手段と、
設定された流量の排加熱用ガスを送給する改質器ガス送給手段とを有する
ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
上記カソードに送給する混合加熱用ガスの温度を測定するカソード送給ガス温度測定手段と、
上記カソードに送給される混合加熱用ガスと上記第一の排加熱用返戻路を流通する排加熱用ガスとの温度差を判定するガス温度差判定手段とを有し、
上記ガス温度差判定手段が、それらの温度差が所定の範囲外となったと判定したときには、上記ガス温度設定手段が、それらの温度差が所定の範囲内となるように、上記カソードに送給する加熱用ガスの温度を再設定する
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
固体電解質型セルのアノードとカソードに、水素含有ガスと酸素含有ガスをそれぞれ流接させることによる発電を行う燃料電池と、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第一の燃焼器とを有し、該第一の燃焼器から送出された加熱用ガスに、該カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該カソードに返戻送給するための第一の排加熱用ガス返戻路を有し、該第一の加熱用ガス返戻路に、排加熱用ガスを送給するためのガス送給器を有し、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第二の燃焼器を有し、該第二の燃焼器から送出された加熱用ガスに、該カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該アノードに返戻送給するための第二の排加熱用ガス返戻路を有し、該燃料電池の運転開始前に、該加熱用ガスを該カソードに流通させることによって、該燃料電池を運転可能温度に加熱昇温する燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法であって、
第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの温度を測定するステップと、
第一の燃焼器からカソードに送給する新規の加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器で燃焼させる燃料と酸素含有ガスの各流量を設定するステップと、
設定された流量の燃料と酸素含有ガスを第一の燃焼器に送給するステップとを有することを特徴とする燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）等の燃料電池システムとこの燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料電池システムとして、特許文献１に記載された構成のものがある。
特許文献１に開示されている燃料電池システムは、固体電解質の一方側にアノードを、他方側にカソードを備え、カソードに酸化性ガスとして空気を供給すると共にアノードに燃料ガスを供給し、燃料ガスを空気と反応させて発電を行う固体電解質型燃料電池を使用し、外部から導入される燃料ガスを起動時に改質、あるいは不完全燃焼させて還元性ガスとしてアノードに供給する起動燃焼器と、アノード側より排出されるアノードオフガスを燃焼させる排ガス燃焼器と、排ガス燃焼器から発生する熱で空気を加熱する熱交換器とを有する構成のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５‐１６６４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、アノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させ、そのガスの熱によって昇温した空気によって燃料電池を加熱していたが、カソードから排出される排ガスの熱を利用してはいないものである。
また、アノードに供給する比較的低温のリッチ燃焼ガスによって、そのアノードにおける炭素析出が懸念されるが、その炭素析出についても考慮した構成にはなっていない。
【０００５】
そこで本発明は、カソードから排出された排ガスの熱を有効に活用するとともに、温度変化による部分的な破損等を回避しつつ燃料電池を昇温し、また、アノードにおける炭素析出を防止できる燃料電池システムとこの燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための燃料電池システムは、固体電解質型セルのアノードとカソードに、水素含有ガスと酸素含有ガスをそれぞれ流接させることによる発電を行う燃料電池と、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第一の燃焼器とを有し、該燃料電池の運転開始前に、該加熱用ガスを流通させることによって、該燃料電池を運転可能温度に加熱昇温する構成のものであり、該第一の燃焼器から送出された加熱用ガスに、該カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該カソードに返戻送給するための第一の排加熱用ガス返戻路を有し、該第一の排加熱用ガス返戻路に、排加熱用ガスを送給するためのガス送給器を有し、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第二の燃焼器を有し、該第二の燃焼器から送出された加熱用ガスに、該カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該アノードに返戻送給するための第二の排加熱用ガス返戻路を有する。
【０００７】
同上の目的を達成するための燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法は、固体電解質型セルのアノードとカソードに、水素含有ガスと酸素含有ガスをそれぞれ流接させることによる発電を行う燃料電池と、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第一の燃焼器とを有し、該第一の燃焼器から送出された加熱用ガスに、該カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該カソードに返戻送給するための第一の排加熱用ガス返戻路を有し、該第一の加熱用ガス返戻路に、排加熱用ガスを送給するためのガス送給器を有し、燃料と酸素含有ガスとを混合燃焼させて加熱用ガスを生成する第二の燃焼器を有し、該第二の燃焼器から送出された加熱用ガスに、該カソードから排出された排加熱用ガスの一部を混合して該アノードに返戻送給するための第二の排加熱用ガス返戻路を有し、該燃料電池の運転開始前に、該加熱用ガスを該カソードに流通させることによって、該燃料電池を運転可能温度に加熱昇温する構成において、第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの温度を測定するステップと、第一の燃焼器からカソードに送給する加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器で燃焼させる燃料と酸素含有ガスの各流量を設定するステップと、設定された流量の燃料と酸素含有ガスを第一の燃焼器に送給するステップとを有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、カソードから排出された排ガスの熱を有効に活用するとともに、温度変化による部分的な破損等を回避しつつ燃料電池を昇温することができるとともに、アノードにおける炭素析出の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。
【図３】同上の第一の実施形態に係る燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図５】同上の第二の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。
【図６】同上の第二の実施形態に係る燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第三の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図８】同上の第三の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。
【図９】同上の第三の実施形態に係る燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第四の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】同上の第四の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。
【図１２】同上の第四の実施形態に係る燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図２は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。
【００１１】
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１は、空気ブロワ１、燃料ポンプ２、燃料電池１０、第一の燃焼器２０、改質器３０、熱交換器４０、ガス送給器５０、第三の燃焼器７０及び制御部Ｂを有して構成されている。
【００１２】
空気ブロワ１は、第一の燃焼器２０と改質器３０に新規の酸素含有ガスを送給するためのものであり、また、燃料ポンプ２は、その第一の燃焼器２０に燃料を送給するためのものであり、それらは後述する制御部Ｂによって各回転数を増減制御されるようになっている。
なお、以下には「酸素含有ガス」として「空気」を例として説明する。
【００１３】
上記した「燃料」としては、エタン、ブタン、天然ガス等を用いることができるが、特に、自動車等の移動体用の燃料電池システムに適用する場合においては、エタノール、ブタノール等のアルコールや、ガソリン、軽油若しくは軽質油等の液体燃料を用いることが好適である。ただし、燃料としては、それらに限るものではない。
【００１４】
本実施形態において示す「燃料電池」は、酸素イオン伝導体（酸化物イオン伝導体）を電解質１１（図１参照）として用いた固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
【００１５】
燃料電池１０は、固体電解質型セル１４を複数積層させたセルスタック１５を有して構成されている。
固体電解質型セル１４は、上記した電解質１１の両側にそれぞれ積層したアノード１２とカソード１３とに、水素含有ガスと空気とを互いに分離して流接させることによる発電を行う機能を有している。
【００１６】
なお、図１に示すセルスタック１５は、多数積層した固体電解質型セル１４…のうちの、一つのもののみを示すことにより簡略化して示している。
また、セルスタック１５には、これの温度データを取得するための温度センサ１６が配設されており、その温度センサ１６で取得した温度データは制御部Ｂに入力されるようになっている。
【００１７】
第一の燃焼器２０は、これの受入側と上記した空気ブロワ１との間に配設された送給パイプ１ａを通じて送給される空気と、その受入側と燃料ポンプ２との間に配設された送給パイプ２ａを通じて送給される燃料を混合燃焼させて高い温度の加熱用ガスを生成する機能を有するものである。
【００１８】
この第一の燃焼器２０の排出側には、この排出側と燃料電池１０のカソード１３の受入側との間に送給パイプ２０ａが配設されており、第一の燃焼器２０で生成した加熱用ガスをカソード１３に送給するようになっている。
また、上記カソード１３の排出側には、そのカソード１３から排出された排加熱用ガスを系外に排出するための排出パイプ１３ａが配設されている。
【００１９】
送給パイプ２０ａと排出パイプ１３ａには、第一の燃焼器２０からカソード１３に向けて送給される加熱用ガスに、カソード１３から排出された排加熱用ガスの一部を混合するための第一の排加熱用ガス返戻路１７が架設されている。
すなわち、第一の排加熱用ガス返戻路１７は、これの返戻開始端が排出パイプ１３ａに、また、返戻終了端が送給パイプ２０ａに連結されている。
【００２０】
第一の排加熱用ガス返戻路（以下、単に「返戻パイプ」という。）１７には、下記のガス送給器５０が配設されている。
ガス送給器５０は、返戻パイプ１７に流入した排加熱用ガスをカソード１３に向けて送給する機能を有するものであり、本実施形態においては空気ブロワを採用している。以下、ガス送給器５０を空気ブロワ５０という。
【００２１】
すなわち、返戻パイプ１７と空気ブロワ５０とにより、第一の燃焼器２０から送給された加熱用ガスに、カソード１３から排出された排加熱用ガスを混合して混合加熱用ガスを生成し、その生成した混合加熱用ガスをカソード１３に送給するようにしている。
【００２２】
この空気ブロワ５０には、この空気ブロワ５０から送給する排加熱用ガスの温度データを取得するための温度センサ１９が配設されており、その温度センサ１９で取得した温度データは制御部Ｂに入力されるようになっている。
【００２３】
改質器３０は、後記する通常運転モードにおいて、燃料電池１０のアノード１２に送給する燃料ガスを改質するためのものであり、その受入側と上記燃料ポンプ２の送出側との間には、燃料を送給するための送給パイプ２ｂが、また、空気ブロワ１との間には送給パイプ１ｂが配設されている。
【００２４】
改質器３０の送給側と、アノード１２の受入側との間には送給パイプ３０ａが接続されており、改質器３０から送給される改質燃料ガスをアノード１２に送給するようになっている。
また、アノード１２の排出側には、排出された排燃料ガスを第三の燃焼器７０に送給するための排出パイプ１２ａが配設されている。
【００２５】
第三の燃焼器７０は、アノード１２から排出された排加熱用ガス又は新規の空気及び燃料を混合燃焼させて高い温度の加熱用ガスを生成する機能を有するものであり、その第三の燃焼器７０の受入側とアノード１２の排出側との間に排出パイプ１２ａが配設されている。
また、第三の燃焼器７０の排出側と後述する熱交換器４０の受入側との間には、その第三の燃焼器７０により生成した加熱用ガスを熱交換器４０に送給するための加熱用ガス送給路である送給パイプ７０ａが配設されている。
【００２６】
熱交換器４０は、改質器３０との間において熱交換をするように隣接して配設され、送給パイプ１２ｂを通じてアノード１２から送給された排燃料ガスを上記した第３の燃焼器７０により燃焼させた燃焼ガスの一部を送給されるようになっている。
この熱交換器４０の排出側には、熱交換に用いられた後の排燃料ガスを系外に排出するための排出パイプ４０ａが配設されている。
なお、本実施形態においては、燃料電池１０を運転可能温度に昇温させる昇温時（起動時）には、上記した改質器３０と熱交換器４０と第３の燃焼器は作動させず、アノード１２には燃料ガスを送給していない。
【００２７】
制御部Ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路等（いずれも図示しない）からなるものであり、本燃料電池システムＡ１に用いる所要のプログラムの実行により以下の各機能を発揮する。
【００２８】
・返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの温度を測定する機能。この機能を「第一の排加熱用ガス温度測定手段Ｂ１」という。
本実施形態においては、温度センサ１９により取得した温度データに基づいて、当該排加熱用ガスの温度を測定している。
【００２９】
・返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの流量を測定する機能。この機能を「第一の排加熱用ガス流量測定手段Ｂ２」という。
この第一の排加熱用ガス流量測定手段Ｂ２は、排加熱用ガスの流量は、ガス送給器５０にて設定した、ブロアの回転数とブロアの１回転により流すことのできるガス量とからガス流量を測定している。
【００３０】
・返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、カソード１３に送給する加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器２０に送給する燃料と空気の各流量を設定する機能。この機能を「流量設定手段Ｂ３」という。
「所定の温度」とは、燃料電池１０の現在の温度に基づいて、その燃料電池１０が熱衝撃で破損しない程度の温度のことである。
【００３１】
・設定された流量の燃料と酸素含有ガスを第一の燃焼器２０に送給する機能。この機能を「燃料ガス送給手段Ｂ４」という。
本実施形態においては、空気ブロワ１と燃料ポンプ２を回転駆動制御することによる送給を行っている。
【００３２】
・燃料電池１０の温度を測定する機能。この機能を「電池温度測定手段Ｂ５」という。
本実施形態においては、温度センサ１６によって取得した温度データに基づいて、燃料電池１０の温度を測定している。
【００３３】
・燃料電池１０と返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの各温度に基づいて、その燃料電池１０のカソード１３に送給する加熱用ガスの温度を設定する機能。この機能を「ガス温度設定手段Ｂ６」という。
本実施形態においては、加熱用ガスの温度を経時的に高く設定している。
【００３４】
・燃料電池１０の温度が所定値になったか否かを判定する機能。この機能を「電池温度判定手段Ｂ７」という。
・燃料電池１０の温度が所定値になったと判定したときには、昇温モードから通常運転モードに切り替える機能。「モード切替手段Ｂ８」という。
「昇温モード」は、上述したようにして、燃料電池１０を運転可能温度に昇温する動作をいう。
「通常運転モード」は、運転可能温度になった燃料電池１０を発電させる動作をいう。
【００３５】
上述した構成からなる燃料電池システムＡ１に用いる燃料電池の昇温方法について、図３を参照して説明する。図３は、燃料電池システムＡ１に用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
燃料電池システムＡ１に用いる燃料電池の昇温方法は、第一の排加熱用ガス返戻路を流通する排加熱用ガスの温度を測定するステップと、第一の燃焼器からカソードに送給する新規の加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器で燃焼させる燃料と酸素含有ガスの各流量を設定するステップと、設定された流量の燃料と酸素含有ガスを第一の燃焼器に送給するステップとを有しており、その詳細は次のとおりである。
【００３６】
ステップ１：燃料電池１０の加熱昇温を開始して、ステップ２に進む。
なお、図３においてはステップ１を「Ｓ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。
【００３７】
ステップ２：カソード１３から排出された排加熱用ガス（排リーン燃焼ガス）を、返戻パイプ１７を通じ、一定の流量での循環返戻送給を行う。
ステップ３：返戻パイプ１７を通じて循環流通する排加熱用ガスの温度を測定するとともに、燃料電池１０の温度を測定する。
ここで、第一の燃焼器２０に所定量の燃料と空気を供給燃焼させて新規の加熱用ガスを生成し、上記返戻パイプ１７を通じて返戻送給される排加熱用ガスと混合して所定温度の混合加熱用ガスを生成してカソード１３に送給する。
【００３８】
ステップ４：燃料電池１０に送給する新規の加熱用ガスの温度を設定する。
このとき、所定温度の加熱用ガスは、燃料電池１０の現在の温度に基づいて、上記した燃料電池１０が熱衝撃によって破損しない温度に設定する。
また、その温度は、燃料電池１０の熱容量や送給する加熱用ガスの流量、すなわち、加熱用ガスの熱容量を考慮して適宜設定する。
【００３９】
ステップ５：燃料電池１０を所定の温度まで昇温するために必要な熱量を、循環返戻する排加熱用ガスの流量と比熱から算出し、当該熱量を発生するために第一の燃焼器２０において必要な燃料と空気の流量を決定する。
なお、カソード１３に送給することから、加熱用ガスとしては酸化性を有するリーン燃焼ガスであることが望ましい。具体的には、空燃比１〜１．２でリーン燃焼させている。
【００４０】
ステップ６：第一の燃焼器２０に、上記算出した燃料量と空気量を送給する。
ステップ７：第一の燃焼器２０で生成した加熱用ガスを、排加熱用ガスと混合して、所定温度の加熱用ガス（混合加熱用ガス）を燃料電池１０に送給することにより、その燃料電池１０の昇温を行う。
【００４１】
前述したように、燃料電池１０に送給する加熱用ガスの温度は、燃料電池１０の温度に応じて設定されるので、その燃料電池１０が昇温されるとともに、送給する加熱用ガスの温度も徐々に高い温度に設定していく。
【００４２】
ここで、燃料電池１０に送給する混合加熱用ガスの温度には、構成部材の耐熱性の観点から上限温度が設定されており、本実施形態においては８００℃としている。
すなわち、加熱用ガスの設定温度が徐々に上がり、８００℃まで達した後は、燃料電池１０に送給する加熱用ガスの温度は常に８００℃で送給する。
【００４３】
また、燃料電池１０から排出される排加熱用ガスは、その燃料電池１０に熱を与えるとともに、その燃料電池１０と同程度の温度で排出される。
従って、燃料電池１０の昇温に伴い、循環する排加熱用ガスの温度も上がるため、燃料電池１０に送給する加熱用ガスの設定温度と、循環する排加熱用ガスの温度の差分に応じて、第一の燃焼器２０における燃焼量を調整し、循環する排加熱用ガスと混合して、燃料電池１０に送給する。
このようにして、燃料電池１０が運転可能温度に到達するまで、加熱用ガスを送給して燃料電池１０の昇温を行う。
【００４４】
ステップ８：燃料電池１０が運転可能温度に達したか否かを判定し、運転可能温度に達したと判定したときにはステップ９に進み、そうでなければステップ２に戻る。
ステップ９：加熱昇温動作を終了して、通常運転モードに移行する。
【００４５】
以上の構成によれば、通常の二次空気として新規の空気を利用する場合に比べて、循環した燃焼ガス（排加熱用ガス）は室温以上でカソードから排出されるため、同じ流量の燃焼ガスを生成するために必要な熱量、すなわち燃焼させる燃料量が少なくてすみ、昇温時の燃費を大幅に削減することができる。
【００４６】
ところで、排熱を利用するという観点では、排燃焼ガスを循環させずに熱交換器で排熱のみを回収することが考えられるが、昇温時には熱交換器自体も低温であるために、まず熱交換器に熱量が奪われる。
急速起動（急速昇温）を想定すると、燃料電池へ多量の燃焼ガスを供給することになり、多量の燃焼ガスから排熱を回収するためには非常に大きな熱交換器が必要となる。このため、熱交換器の熱容量が大きくなり、昇温時に排熱を回収する目的で熱交換器を利用しても、その熱交換器の予熱に熱が奪われるために、排熱の回収率を上げられないのである。
【００４７】
次に、本発明に係る第二の実施形態に係る燃料電池システムＡ２について、図４〜６を参照して説明する。図４は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図５は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。また、図６は、燃料電池システムＡ２に用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【００４８】
本発明に係る第二の実施形態に係る燃料電池システムＡ２は、上述した第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１において示す構成に加えて、第二の燃焼器６０、流量調整バルブ６１及び温度センサ６２を配設した構成のものである。
なお、上述した第一の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略するとともに、改質器３０、熱交換器４０及び第三の燃焼器７０については図示していない。
【００４９】
第二の燃焼器６０は、空気ブロワ１との間に配設された送給パイプ１ｂを通じて送給される空気と、燃料ポンプ２との間に配設された送給パイプ２ｂを通じて送給される燃料を混合燃焼させて、高い温度の加熱用ガスを生成する機能を有するものである。
この第二の燃焼器６０の排出側には、生成した加熱用ガスを燃料電池１０のアノード１２に送給するための送給パイプ６０ａが配設されている。
【００５０】
流量調整バルブ６１は排出パイプ１３ａに配設されており、その流量調整バルブ６１と送給パイプ６０ａとの間には、第二の排加熱用ガス返戻路６１ａが配設されているとともに、制御部Ｂの出力側に接続されている。
すなわち、流量調整バルブ６１は、制御部Ｂから出力される開閉駆動信号によって、返戻パイプ６１ａに流通させる排加熱用ガスを適宜に分配流通させるようにしている。
なお、以下には「第二の排加熱用ガス返戻路６１ａ」を「返戻パイプ６１ａ」という。
すなわち、第二の燃焼器６０で生成した加熱用ガスに、カソード１３から排出された排加熱用ガスのうち、カソード１３に循環返戻されない残余の排加熱用ガスの少なくとも一部をアノード１２に返戻送給するための返戻パイプ６１ａを形成している。
【００５１】
温度センサ６２は、返戻パイプ６１ａを流通する排加熱用ガスの温度データを取得するためのものであり、制御部Ｂの入力側に接続されている。
【００５２】
本実施形態において示す制御部Ｂは、本燃料電池システムＡ２に用いる所要のプログラムの実行により、上記第一の排加熱用ガス温度測定手段Ｂ１、第一の排加熱用ガス流量測定手段Ｂ２、流量設定手段Ｂ３、燃料ガス送給手段Ｂ４、電池温度測定手段Ｂ５、ガス温度設定手段Ｂ６、電池温度判定手段Ｂ７及びモード切替手段Ｂ８に加えて以下の各機能を発揮する。
【００５３】
・アノード１２に送給される排加熱用ガスの流量を測定する機能。この機能を「第二の排加熱用ガス流量測定手段Ｂ９」という。
・排加熱用ガスの温度を測定する機能。この機能を「第二の排加熱用ガス温度測定手段Ｂ１０」という。
・カソード１３から排出されてアノード１２に送給される排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、アノード１２に送給する燃料ガスの温度とＳ／Ｃが所定値となるように、第二の燃焼器６０で燃焼させる燃料と空気の流量を設定する機能。この機能を「第二の流量設定手段Ｂ１１」という。
「Ｓ／Ｃ」は、水蒸気と一酸化炭素の量論比である。
【００５４】
上述した構成からなる燃料電池システムＡ２を用いた燃料電池の昇温方法について、図６を参照して説明する。図６は、燃料電池システムＡ２に用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
なお、本実施形態においても、返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、カソード１３に送給する混合加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器２０に送給する燃料と空気の各流量を調整することは、上記した燃料電池システムＡ１と同様である。
【００５５】
ステップ１：燃料電池１０の加熱昇温を開始して、ステップ２に進む。
なお、図６においてはステップ１を「Ｓａ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。
【００５６】
ステップ２：カソード１３から排出された排加熱用ガス（排リーン燃焼ガス）を、返戻パイプ６１ａに分配する流量を設定する。
すなわち、アノード１２に送給する排加熱用ガスは、そのアノード１２の酸化を防止するために還元性を有し、かつ、還元性の排加熱用ガスからアノード１２で炭素析出が生じないため、ある程度の水蒸気量を含有するとともに、燃料電池１０に熱衝撃を与えないように、所定の温度に温調して送給する必要がある。
この要件を満たすために、カソード１３で循環されずに排出される排加熱用ガスを利用している。
【００５７】
上記したように、排加熱用ガスは低酸素濃度であるため、アノード１２側に配設した第二の燃焼器６０でリッチ燃焼させて生成した還元性の新規の加熱用ガスと混合することにより、混合後の混合加熱用ガスを容易に還元性を持つものとすることができる。
また、カソード１３から排出される排加熱ガスには高濃度な水蒸気が含まれているため、混合加熱用ガスからアノード１２での炭素析出を抑制するために十分な水蒸気濃度を保つことができる。
【００５８】
そして、カソード１３から送給される排加熱用ガスを、第二の燃焼器３０で生成する新規の加熱用ガスの温調用ガスとして使用することで、還元性を有するとともに炭素析出の虞のない、さらには、所望の温度の排加熱用ガスをアノード１２へ送給することができる。
【００５９】
また、返戻パイプ１７を通じて循環されずに排出される残余の排加熱用ガスの分配量は適宜設定することができる。アノード１２の酸化を防止するためには、必要最低限の還元性の燃焼ガスを供給するだけでよく、カソード１３から送給する排加熱用ガスの流量も少量に設定すればよい。
【００６０】
さらに、急速に燃料電池１０を昇温する場合には、アノード１２にも多量の加熱用ガスを送給することが効率的であり、そのためにカソード１３から送給する排加熱用ガスの流量も多量に設定する。
【００６１】
そして、カソード１３での場合と同様にして、燃料電池１０に送給する加熱用ガスの設定温度に基づいて、カソード１３から送給された排加熱用ガスを設定温度まで昇温するために必要な、第二の燃焼器６０での燃焼量を設定する。
ここで、アノード１２に送給する加熱用ガスの設定温度は、カソード１３と独立して設定することもできるが、燃料電池１０に熱衝撃を与えないために、カソード１３の設定温度と同程度とすることが望ましい。
【００６２】
また、第二の燃焼器６０における燃焼量の設定は、カソード１３から送給される排加熱用ガスの昇温に必要な熱量から設定されるが、さらに、混合加熱用ガスの組成を考慮して設定される。
すなわち、混合加熱用ガスが還元性を有するために、どれくらいの未燃の燃料を残存させる必要があるか、更に未燃の燃料に対して水蒸気が、炭素析出を防止するために十分な程度に含まれるかということを考慮する必要がある。
このため、第二の燃焼器６０ではリッチ燃焼を行うが、その空燃比は１未満〜燃焼限界（ガソリンなら０．２程度）の間で調整して燃焼させる。
【００６３】
上述したようにして、燃料電池１０が所定温度に到達するまで、返戻パイプ１７を通じて循環しない排加熱用ガスと、アノード１２の上流側に配置された第二の燃焼器６０で生成する新規の加熱用ガスとを混合し、燃料電池１０へ熱衝撃を与えることのない温度であり、かつ、アノード１３で炭素析出する虞のない還元性の加熱用ガスを燃料電池１０に送給して昇温を行う。
【００６４】
ステップ３：カソード１３から排出されて、アノード１２に向かう排加熱用ガスの温度と組成を検知測定する。
本実施形態においては、流量調整バルブ６１に配設した温度センサ６２によって、アノード１２に向かう排加熱用ガスの温度を検知しているが、空気ブロワ５０の排出側に配設した温度センサ１９で検出した温度で代用してもよい。
【００６５】
また、組成を測定するための測定器を排加熱用ガスの組成は流量調整バルブ６１に配設し、その測定器によって組成を測定しているが、上記したように、その組成は次第に第一の燃焼器２０で生成する加熱用ガス組成に近づくことから、第一の燃焼器２０での燃焼条件（空燃比）から推定してもよい。
すなわち、第一の燃焼器２０での燃焼条件（空燃比）に基づいて、排加熱用ガスの組成を推定するガス組成推定手段を設けた構成にしてもよい。
【００６６】
ステップ４：アノード１２に送給する加熱用ガスの温度を設定する。
ステップ５：排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、第二の燃焼器６０の燃焼量を設定する。
ステップ６：第二の燃焼器６０に燃料と空気を送給する。
ステップ７：第二の燃焼器６０から送給される新規の加熱用ガスと、カソード１３から排出される排加熱用ガスとを混合して、アノード１２に送給する。
ステップ８：燃料電池１０が運転可能温度に達したか否かを判定し、運転可能温度に達したと判定したときにはステップ９に進み、そうでなければステップ２に戻る。
ステップ９：加熱昇温動作を終了して、通常運転モードに移行する。
【００６７】
次に、本発明に係る第三の実施形態に係る燃料電池システムＡ３について、図７〜９を参照して説明する。図７は、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図８は、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。また、図９は、燃料電池システムＡ３に用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【００６８】
本発明に係る第三の実施形態に係る燃料電池システムＡ３は、上述した第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１において示す構成に加えて、流量調整バルブ６１，７１、及び温度センサ６２を配設した構成のものである。
なお、上述した第一の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
改質器３０の受入側と燃料ポンプ２との間には送給パイプ２ｂが、また、その改質器３０の排出側とアノード１２との間には送給パイプ７２ａがそれぞれ配設されている。
【００７０】
流量調整バルブ６１は排出パイプ１３ａに配設されており、その流量調整バルブ６１と送給パイプ３０ａとの間には、第二の排加熱用ガス返戻路（以下、単に「返戻パイプ」という。）６１ａが配設されている。
【００７１】
すなわち、カソード１３から排出された排加熱用ガスのうち、カソード１３に循環返戻されない残余の排加熱用ガスの少なくとも一部をアノード１２に返戻送給するための返戻パイプ６１ａを形成している。
【００７２】
流量調整バルブ７１は、返戻パイプ６１ａに設けられているとともに、改質器３０の受入側との間に送給パイプ７１ａが配設され、アノード１２と改質器３０とに排加熱用ガスを分配できるようにしている。
【００７３】
送給パイプ７１ａが、カソード１３から排出された排加熱用ガスの少なくとも一部を、改質器３０に返戻送給するための第三の排加熱用ガス返戻路である。
上記流量調整バルブ７１は、制御部Ｂから出力される開閉駆動信号によって開閉駆動させるように、出力側に接続されている。
【００７４】
本実施形態において示す制御部Ｂは、本燃料電池システムＡ３に用いる所要のプログラムの実行により、上記第一の排加熱用ガス温度測定手段Ｂ１、第一の排加熱用ガス流量測定手段Ｂ２、流量設定手段Ｂ３、燃料ガス送給手段Ｂ４、電池温度測定手段Ｂ５、ガス温度設定手段Ｂ６、ガス温度設定手段Ｂ７及びモード切替手段Ｂ８に加えて以下の各機能を発揮する。
【００７５】
・改質器３０の温度が動作温度になったか否かを判定する機能。この機能を「動作温度判定手段Ｂ１２」という。
改質器３０には、これの温度データを取得するための温度センサ（図示しない）が配設されている。
・改質器３０の温度が動作温度になったと判定したときには、その温度と分配量に基づいて、改質器３０への燃料と空気の各流量を設定する機能。この機能を「改質器流量設定手段Ｂ１３」という。
・設定された流量の排加熱用ガスを改質器３０に送給する機能。この機能を「改質器ガス送給手段Ｂ１４」という。
【００７６】
上述した構成からなる燃料電池システムＡ３を用いた燃料電池の昇温方法について、図９を参照して説明する。図９は、燃料電池システムＡ３に用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
なお、本実施形態においても、返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、カソード１３に送給する混合加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器２０に送給する水素含有ガスと空気の各流量を増減調整することは、上記した燃料電池システムＡ１と同様である。
【００７７】
ステップ１：燃料電池１０の加熱昇温を開始して、ステップ２に進む。
なお、図９においてはステップ１を「Ｓｃ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。
【００７８】
ステップ２：第三の燃焼器７０で生成した排加熱用ガスにより、改質器３０を予熱する。
カソード１３から送給される排加熱用ガスは改質器３０での改質反応に使用され、また、改質した排加熱用ガスによるアノード１３における炭素析出を防止する。また、改質された加熱用ガスの温調用ガスとして、改質器３０の上流において分配して、改質器３０の下流で改質ガスと混合するためにも使用している。
【００７９】
ステップ３：改質器３０が動作温度になったか否かを判定し、改質器３０が動作温度になったと判定されればステップ４に進み、そうでなければステップ２に戻る。
ステップ４：分配量と改質器３０の温度から、その改質器３０への燃料と空気の各流量を設定する。
【００８０】
ステップ５：改質器３０に燃料、空気及び排加熱用ガスを送給する。
まず、改質器３０が動作可能な温度（動作温度）となるように、第三の燃焼器７０に燃料と空気及び排加熱用ガスを送給混合して加熱用ガスを生成し、この加熱用ガスを改質器３０を予熱するために設けた熱交換器４０に送給して、その改質器７３を昇温する。
改質器３０が動作温度に到達した後、その改質器３０に燃料とカソード１３から送給される排加熱用ガスを送給して改質ガスを生成する。
【００８１】
カソード１３から送給される排加熱用ガスには微量の酸素と多量の水蒸気が含まれているため、改質器３０では部分酸化反応と水蒸気改質反応によって、改質ガスを生成する。
部分酸化反応は発熱反応、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質器３０を安定して動作させる、即ち所定の温度範囲に保つためには、両者の反応量のバランスを取る必要があるため、必要に応じて改質器３０へは部分酸化反応量を増やすために空気を供給する。
また、改質した排加熱用ガスをアノード１２に送給した後に、排出された改質ガス中に含まれる未燃の燃料成分を第三の燃焼器７０で燃焼させることで、高温の燃焼ガスを生成させることができ、これを改質器３０の温調用ガスとして熱交換器４０へ供給することができる。
【００８２】
改質器３０での反応量と排加熱用ガスからの熱のバランスを取って、その改質器３０を所定の温度範囲で安定して動作させる。また、カソード１３から送給された排加熱用ガスは改質器３０の上流に設けた流量調整バルブ７１により、改質反応のために改質器３０に送給する流量と、改質ガスを温調するために改質器３０下流に供給する流量とに分配される。
【００８３】
上述した燃料電池システムＡ２と同様にして、混合後の排加熱用ガスは炭素析出する虞のない水蒸気量を有した還元性の改質ガスであり、かつ、所定の温度になるように、上記分配量と改質器３０で生成する改質ガス量、すなわち改質器３０に送給する燃料量を調整する。
【００８４】
ステップ６：改質した混合加熱用ガスをアノード１２に送給する。
ステップ７：燃料電池１０が運転可能温度になったか否かを判定し、運転可能温度になったと判定されればステップ８に進み、そうでなければステップ４に戻る。
ステップ８：加熱昇温動作を終了して、通常運転モードに移行する。
【００８５】
次に、本発明に係る第四の実施形態に係る燃料電池システムＡ４について、図１０〜１２を参照して説明する。図１０は、本発明の第四の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図１１は、本発明の第四の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなす制御部が有する機能を示すブロック図である。また、図１２は、燃料電池システムＡ４に用いる燃料電池の昇温方法を示すフローチャートである。
【００８６】
本発明に係る第四の実施形態に係る燃料電池システムＡ４は、上述した第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１において示す構成に、温度センサ６３を配設した構成のものである。
なお、上述した第一の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
温度センサ６３は、燃料電池１０のカソード１３に送給する混合加熱用ガスの温度を測定するものであり、制御部Ｂの入力側に接続されている。
【００８８】
本実施形態において示す制御部Ｂは、本燃料電池システムＡ４に用いる所要のプログラムの実行により、上記第一の排加熱用ガス温度測定手段Ｂ１、第一の排加熱用ガス流量測定手段Ｂ２、流量設定手段Ｂ３、燃料ガス送給手段Ｂ４、電池温度測定手段Ｂ５、ガス温度設定手段Ｂ６、電池温度判定手段Ｂ７及びモード切替手段Ｂ８に加えて以下の各機能を発揮する。
【００８９】
・カソード１３に送給する混合加熱用ガスの温度を測定する機能。この機能を「カソード送給ガス温度測定手段Ｂ１５」という。
本実施形態においては、温度センサ６３によって取得した温度データに基づいて、当該混合加熱用ガスの温度を測定している。
【００９０】
・カソード１３に送給される混合加熱用ガスと返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスとの温度差を判定する機能。この機能を「ガス温度差判定手段Ｂ１６」という。
換言すると、カソード１３に送給する混合加熱用ガスと、そのカソード１３から排出された排加熱用ガスとの温度差が所定値を超えたか否かを判定する機能。
それらの温度差が所定の範囲外となったと判定したときには、ガス温度設定手段Ｂ６は、当該温度差が所定の範囲内となるように、カソード１３に送給する加熱用ガスの温度を再設定している。
【００９１】
上述した構成からなる燃料電池システムＡ４を用いた燃料電池の昇温方法について、図１２を参照して説明する。
なお、本実施形態においても、返戻パイプ１７を流通する排加熱用ガスの流量と温度に基づいて、カソード１３に送給する加熱用ガスが所定の温度となるように、第一の燃焼器２０に送給する燃料と空気の各流量を調整することは、上記した燃料電池システムＡ１と同様である。
【００９２】
ステップ１：燃料電池１０の加熱昇温を開始して、ステップ２に進む。
なお、図１２においてはステップ１を「Ｓｄ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。
【００９３】
ステップ２：排加熱用ガスを返戻パイプ１７を通じて返戻送給する。
ステップ３：燃料電池１０と排加熱用ガスの温度を検知測定する。
ステップ４：燃料電池１０に送給する加熱用ガスの温度を設定する。
具体的には、燃料電池１０の温度に基づいて、その燃料電池１０に送給する加熱用ガスの温度を設定する。
【００９４】
ステップ５：燃料電池１０と排加熱用ガスの温度差が、所定値以上になったか否かを判定し、それらの温度差が所定値以上になったと判定したときにはステップ６に進み、そうでなければステップ１０に進む。
すなわち、（送給する加熱用ガス温度）−（返戻パイプ１７を通じて循環する排加熱用ガス温度）が所定値を上回るか否かを判定している。
【００９５】
ステップ６：排加熱用ガスの循環送給量とこの温度から、第一の燃焼器２０における燃焼量を決定する。
ステップ７：第一の燃焼器２０に算出決定した燃料量と空気量を送給する。
【００９６】
ステップ８：新規の加熱用ガスと排加熱用ガスとを混合送給する。
ステップ９：燃料電池１０が所定の温度に達したか否かを判定し、所定の温度に達したと判定したときにはステップ１１に進み、そうでなければステップ２に戻る。
【００９７】
ステップ１０：所定値を上回る場合には、ここでは第一の燃焼器２０での燃焼を行わずに、返戻パイプ１７を通じて排加熱用ガスのみを燃料電池１０に送給する。
これにより、燃料電池１０の上流側は冷却され、それに対して下流側は加熱されて温度差を直ちに緩和することができる。
ステップ１１：加熱昇温動作を終了して、通常運転モードに移行する。
【００９８】
本実施形態に係る燃料電池システムＡ４の概要を示すと、次のとおりである。
すなわち、燃料電池１０の上下流の温度差が所定値に達した際に、第一の燃焼器２０で生成する加熱用ガスを循環ガスに混合せずに燃料電池１０へ供給している。つまり、燃料電池１０に送給する燃焼ガスを冷却する方式を採用しているが、これにより、直ちに燃料電池１０の上下流での温度差を解消できる。
【００９９】
また、燃料電池１０で発生する熱応力を軽減できることで、昇温時の燃料電池１０の信頼性が向上する。
さらに、上下流の温度差が生じた場合に供給する加熱用ガスの温度を低下させると、燃料電池１０を冷却することになり、一旦燃料電池１０に送給した熱量が加熱用ガスに移動する。
この際に、本システムのように排加熱用ガスを循環すれば、燃料電池１０へ供給した熱量が、再度燃料電池１０へ循環することになるが、排加熱用ガスを循環しない従来のシステムでは、燃料電池１０から奪った熱量が系外へ流出してしまう。
このため、燃料電池１０を昇温するために余計に熱量を供給しなければならず、燃費の悪化を引き起こすが、本システムではそのような昇温時の燃費を悪化することなく、直ちに上下流の温度差を解消することができる。
【０１００】
本実施形態においては、より信頼性を勘案して、上下流の温度差が生じた際には、加熱用ガスの温度を低下する方式を採用したが、昇温レートを低下する、または同温度の加熱用ガスを供給するなどの方式を採用してもよい。
その際には、上下流の温度差の所定値（許容値）を適宜設定する。
【０１０１】
燃焼ガスの温度を低下する場合には、直ちに温度差が解消できるので所定値は比較的高温に設定すればよく、また、昇温レートを低下する場合には、温度差を解消する速度は遅いので、比較的低温に所定値を設定する。
さらに、第一の所定値では昇温レートの低下、第二の所定値では温度保持、第三の所定値では温度低下等、それらの方式を組み合わせて上下流の温度差を解消してもよい。
【０１０２】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
上述した実施形態においては、返戻パイプ１７に空気ブロワ５０を配設した構成にした例について説明したが、その空気ブロワ５０を配設することなく、排出パイプ１３ａと返戻パイプ１７の流路断面を、セルスタック１５が所定の温度に上昇したときにカソード１３を流通する空気量を勘案して、第一の燃焼器２０における燃料ガスと空気の比が所要の範囲内となるように設定するようにしてもよい。
なお、流路断面を互いに異ならせることに限るものではなく、例えば排出パイプ１３ａと返戻パイプ１７との互いの流路長を適宜に設定するようにしてもよい。
【０１０３】
・本実施形態においては、ガス送給器を返戻パイプに配設した例について示したが、たとえば通常運転時に使用するアノード側の循環手段と共用する構成にしてもよい。
具体的には、昇温時はカソード側の、また、通常時はアノード側の循環手段として機能するように、配管と切替えバルブとを適宜接続して、両者を使い分けるようにしてもよい。
【０１０４】
・ガス送給器として、空気ブロワを例として説明したが、エジェクタ等を適宜使用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０            燃料電池
１２            アノード
１３            カソード
１４            固体電解質型セル
１７            第一の排加熱用ガス返戻路（返戻パイプ）
２０            第一の燃焼器
３０            改質器
４０            熱交換器
５０            ガス送給器
６０            第二の燃焼器
６１ａ          第二の排加熱用ガス返戻路
７０            第三の燃焼器
７０ａ          加熱用ガス送給路
７１ａ          第三の加熱用ガス返戻路
Ｂ１            第一の排加熱用ガス温度測定手段
Ｂ２            第一の排加熱用ガス流量測定手段
Ｂ３            流量設定手段
Ｂ４            燃料ガス送給手段
Ｂ５            電池温度測定手段
Ｂ６            ガス温度設定手段
Ｂ７            ガス温度設定手段
Ｂ８            モード切替手段
Ｂ９            第二の排加熱用ガス流量測定手段
Ｂ１０          第二の排加熱用ガス温度測定手段
Ｂ１１          第二の流量設定手段
Ｂ１２          動作温度判定手段
Ｂ１３          改質器流量設定手段
Ｂ１４          改質器ガス送給手段
Ｂ１５          カソード送給ガス温度測定手段
Ｂ１６          ガス温度差判定手段
【図１】
0005408420.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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