(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物電解質膜と、前記固体酸化物電解質膜の片側に設けられたアノードと、その反対側に設けられたカソードと、を有する燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記燃料と水を送るポンプと、
前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記アノード又は前記改質器に切り替える切替部と、
前記燃料電池及び前記改質器を収容した断熱パッケージと、
前記断熱パッケージに収容された第１の燃焼器と、
前記断熱パッケージの外に設けられた第２の燃焼器と、
前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器又は前記第２の燃焼器に切り替える第２の切替部と、
前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替えることを前記切替部に行わせるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替える制御装置と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
酸素を送る第二ポンプと、
前記第二ポンプから前記アノードへの酸素の流れを遮断・許容するバルブと、を更に備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ポンプ及び前記第二ポンプを駆動し且つ前記バルブの遮断をした状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替えることを前記切替部に行わせるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替えることを前記第２の切替部に行わせる、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の温度を検出する温度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記温度検出器の検出温度が所定閾値未満となったら前記ポンプを停止するとともに、前記バルブを開ける、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記温度検出器の検出温度が前記所定閾値よりも低い第２閾値未満となったら前記第二ポンプを停止する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
固体酸化物電解質膜と、前記固体酸化物電解質膜の片側に設けられたアノードと、その反対側に設けられたカソードと、を有する燃料電池と、燃料と水から水素を生成する改質器と、前記燃料と水を送るポンプと、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記アノード又は前記改質器に切り替える切替部と、前記燃料電池及び前記改質器を収容した断熱パッケージと、前記断熱パッケージに収容された第１の燃焼器と、前記断熱パッケージの外に設けられた第２の燃焼器と、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器又は前記第２の燃焼器に切り替える第２の切替部と、を備える燃料電池システムの制御装置であって、
前記ポンプを駆動するステップと、
前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替えることを前記切替部に行わせるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替えることを前記第２の切替部に行わせるステップと、を実行する制御装置。
【請求項８】
固体酸化物電解質膜と、前記固体酸化物電解質膜の片側に設けられたアノードと、その反対側に設けられたカソードと、を有する燃料電池と、燃料と水から水素を生成する改質器と、前記燃料と水を送るポンプと、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記アノード又は前記改質器に切り替える切替部と、前記燃料電池及び前記改質器を収容した断熱パッケージと、前記断熱パッケージに収容された第１の燃焼器と、前記断熱パッケージの外に設けられた第２の燃焼器と、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器又は前記第２の燃焼器に切り替える第２の切替部と、を備える燃料電池システムの動作方法であって、
前記ポンプを駆動し、
前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記切替部によって前記改質器から前記アノードに切り替えるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第２の切替部によって前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替える動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム並びにその制御装置及び動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池は、イットリア安定化ジルコニア等からなる固体酸化物電解質膜の一方の表面にアノードを形成し、他方の表面にカソードを形成したものが使用される。この固体酸化物型燃料電池が７００℃以上に加熱された状態で、アノード側の反応空間に水素が流れ、カソード側の反応空間に空気が流れると、固体酸化物電解質膜を介した水素と酸素の電気化学反応により発電が行われる。
【０００３】
ところで、固体酸化物型燃料電池の運転停止時において、アノードが酸化するという問題がある。そのため、アノードへの水素の供給を停止した後、窒素ガス等の反応ガス以外の不活性ガスをアノードに供給することで、アノードの酸化を防止することが行われている。
【０００４】
また、改質器におけるメタノールの水蒸気改質反応により生成された水素を用いる燃料電池システムでは、アノードの酸化を防止する方法として、２種類の改質器を利用することも行われている（特許文献１参照）。つまり、発電時には、１つ目の改質器における水蒸気改質反応により水素を生成し、その水素を固体酸化物型燃料電池のアノードに送るようにし、運転停止時には、２つ目の改質器における部分酸化反応により水素を生成し、その水素を固体酸化物型燃料電池のアノードに送るようにする。運転停止時に水素がアノードに送られるので、その水素の還元力により、アノードの酸化が防止される。
【特許文献１】特開２００５−２９３９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、燃料とは別の不活性ガスをアノードに送る場合、メタノールから水素を生成する改質器に加えて、燃料とは別の不活性ガスを貯蔵する容器等も必要となり、システムが大型化するとともにその製造コストが高くなるという問題があった。一方、改質器を用いる場合でも、２種類の改質器が必要となり、システムが大型化するとともにその製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、改質器を有する燃料電池システムにおいて、燃料とは別の不活性ガスを貯蔵する容器や別の改質器を設けずとも、燃料電池のアノードの酸化を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明によれば、
固体酸化物電解質膜と、前記固体酸化物電解質膜の片側に設けられたアノードと、その反対側に設けられたカソードと、を有する燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記燃料と水を送るポンプと、
前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記アノード又は前記改質器に切り替える切替部と、
前記燃料電池及び前記改質器を収容した断熱パッケージと、
前記断熱パッケージに収容された第１の燃焼器と、
前記断熱パッケージの外に設けられた第２の燃焼器と、
前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器又は前記第２の燃焼器に切り替える第２の切替部と、
前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替えることを前記切替部に行わせるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替える制御装置と、
を備える燃料電池システムが提供される。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、
酸素を送る第二ポンプと、
前記第二ポンプから前記アノードへの酸素の流れを遮断・許容するバルブと、を更に備える請求項１に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１０】
請求項３に係る発明によれば、
前記制御装置は、前記ポンプ及び前記第二ポンプを駆動し且つ前記バルブの遮断をした状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替えることを前記切替部に行わせるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替えることを前記第２の切替部に行わせる、請求項３に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１１】
請求項４に係る発明によれば、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記温度検出器の検出温度が所定閾値未満となったら前記ポンプを停止するとともに、前記バルブを開ける、請求項３に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１２】
請求項５に係る発明によれば、
前記制御装置は、前記温度検出器の検出温度が前記所定閾値よりも低い第２閾値未満となったら前記第二ポンプを停止する、請求項４に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１４】
請求項６に係る発明によれば、
前記制御装置は、前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１６】
請求項７に係る発明によれば、
固体酸化物電解質膜と、前記固体酸化物電解質膜の片側に設けられたアノードと、その反対側に設けられたカソードと、を有する燃料電池と、燃料と水から水素を生成する改質器と、前記燃料と水を送るポンプと、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記アノード又は前記改質器に切り替える切替部と、前記燃料電池及び前記改質器を収容した断熱パッケージと、前記断熱パッケージに収容された第１の燃焼器と、前記断熱パッケージの外に設けられた第２の燃焼器と、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器又は前記第２の燃焼器に切り替える第２の切替部と、を備える燃料電池システムの制御装置であって、
前記ポンプを駆動するステップと、
前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記改質器から前記アノードに切り替えることを前記切替部に行わせるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替えることを前記第２の切替部に行わせるステップと、を実行する制御装置が提供される。
【００２０】
請求項８に係る発明によれば、
固体酸化物電解質膜と、前記固体酸化物電解質膜の片側に設けられたアノードと、その反対側に設けられたカソードと、を有する燃料電池と、燃料と水から水素を生成する改質器と、前記燃料と水を送るポンプと、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記アノード又は前記改質器に切り替える切替部と、前記燃料電池及び前記改質器を収容した断熱パッケージと、前記断熱パッケージに収容された第１の燃焼器と、前記断熱パッケージの外に設けられた第２の燃焼器と、前記アノードの下流の送り先を前記第１の燃焼器又は前記第２の燃焼器に切り替える第２の切替部と、を備える燃料電池システムの動作方法であって、
前記ポンプを駆動し、
前記ポンプを駆動した状態で、前記ポンプによる前記燃料と水の送り先を前記切替部によって前記改質器から前記アノードに切り替えるとともに、前記アノードの下流の送り先を前記第２の切替部によって前記第１の燃焼器から前記第２の燃焼器に切り替える動作方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ポンプによる燃料と水の送り先が切替部によって改質器からアノードに切り替わることによって、アノードにおいて、燃料と水が反応して還元性の水素が生成され、これにより、アノードの酸化を防止することができる。このため、改質器を有する燃料電池システムにおいて、燃料とは別の不活性ガスを貯蔵する容器や別の改質器を設けずとも、燃料電池のアノードの酸化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００２３】
図１は、燃料電池システム１の概略構成を示したブロック図である。
図１は、燃料電池システム１のブロック図である。この燃料電池システム１は、制御装置２、ポンプ３、エアポンプ（第二ポンプ）４、流量制御バルブ５〜７、バルブ８〜１０、流量センサ１１〜１３、温度依存性抵抗ヒータ１４〜１５、燃料カートリッジ１６、改質器１７、燃料電池１８、燃焼器２５〜２６、断熱パッケージ２７及び気密パッケージ２８等を備える。
【００２４】
この燃料電池システム１はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった電子機器に搭載されている。燃料電池システム１の構成要素のうち燃料カートリッジ１６が電子機器本体に対して着脱可能とされ、他の構成要素は電子機器本体に内蔵されている。燃料カートリッジ１６が電子機器本体に装着されると、燃料カートリッジ１６とポンプ３が接続される。
【００２５】
燃料電池１８は固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell;SOFC）である。つまり、燃料電池１８は、固体酸化物電解質膜２２と、固体酸化物電解質膜２２の一方の面に形成されたアノード２０と、固体酸化物電解質膜２２の他方の面に形成されたカソード２３と、アノード２０に設けられ、反応ガスの通る流路（反応空間）をアノード２０の表面に形成する流路部材１９と、カソード２３に設けられ、カソード２３の表面に反応ガスの通る流路をカソード２３の表面に形成する流路部材２４と、を備える。
燃料電池１８は断熱パッケージ２７の内側に配置された気密パッケージ２８に収容されている。断熱パッケージ２７及び気密パッケージ２８は、それぞれその内外で気体が流通しないように気密封止されている。これにより、断熱パッケージ２７の内側の気圧が大気圧よりも低く維持される。
【００２６】
流路部材１９・２４は、導電性を有し、隣接するアノード２０とカソード２３を電気的に接続するインターコネクタとしての機能を有するとともに、隣接するアノード２０とカソード２３との間のガスが流通しないように分離するセパレータとしての機能を有する。この燃料電池システムでは、部品点数を抑制するためインターコネクタとセパレータが一体化されているが、インターコネクタとセパレータは別の部材であってもよい。
固体酸化物電解質膜２２は、イットリア安定化ジルコニア等からなるものである。
アノード２０は、ニッケル及びイットリア安定化ジルコニアからなるものである。
【００２７】
燃料カートリッジ１６には、液体燃料（アルコール類（例えば、メタノール、エタノール）又はエーテル類（例えば、ジメチルエーテル））と水が混合した状態又は別々に貯留されている。
【００２８】
ポンプ３は燃料カートリッジ１６内の液体燃料と水を吸引して、液体燃料と水の混合液を改質器１７、燃料電池１８のアノード２０に送液するものである。ポンプ３は電気駆動式ポンプであり、ポンプ３の制御は制御装置２によって行われる。
【００２９】
ポンプ３の下流の経路は２つに分岐し、一方は改質器１７に通じる経路となり、もう一方は燃料電池１８のアノード２０及び流路部材１９に通じる経路となる。ポンプ３から改質器１７までの経路には、流量制御バルブ５及び流量センサ１１が設けられている。一方、ポンプ３から燃料電池１８のアノード２０までの経路には、流量制御バルブ６及び流量センサ１２が設けられている。
【００３０】
流量制御バルブ５の下流に流量センサ１１が設けられ、流量センサ１１の下流に改質器１７が設けられ、改質器１７の下流に燃料電池１８のアノード２０及び流路部材１９が設けられている。
【００３１】
流量制御バルブ５が開いている場合には、ポンプ３から送出された燃料と水は改質器１７に送られる。流量制御バルブ６が開いている場合には、ポンプ３から送出された燃料と水は燃料電池１８のアノード２０・流路部材１９に送られる。従って、流量制御バルブ５及び流量制御バルブ６の組み合わせは、ポンプ３による燃料と水の送り先を改質器１７からアノード２０に又はその逆に切り替える切替部となる。
【００３２】
流量制御バルブ５は改質器１７に送られる燃料・水の流量を調整し、流量制御バルブ６は燃料電池１８のアノード２０・流路部材１９に送られる燃料・水の流量を調整する。流量制御バルブ５，６は電気駆動式のバルブであり、流量制御バルブ５，６の制御は制御装置２によって行われる。
【００３３】
流量センサ１１は改質器１７に送り込まれる燃料と水の流量を検出し、その流量を電気信号に変換するものである。流量センサ１２は燃料電池１８のアノード２０・流路部材１９に送り込まれる燃料と水の流量を検出し、その流量を電気信号に変換するものである。流量センサ１１，１２によって検知された流量を表す流量信号は制御装置２に出力される。
【００３４】
燃料電池１８のアノード２０及び流路部材１９の下流が２つに分岐し、一方が燃焼器２５に通じ、他方が燃焼器２６に通じている。燃焼器２５の下流にバルブ９が設けられ、燃焼器２６の下流にバルブ１０が設けられている。そして、バルブ９及び１０の下流は排気口を通じて外部に開放している。ここで、バルブ９〜１０は開閉を行うものである。バルブ９〜１０は電気駆動式のバルブであり、バルブ９〜１０の制御は制御装置２によって行われる。また、燃焼器２５は断熱パッケージ２７の内における気密パッケージ２８の外部に収容され、燃焼器２６は断熱パッケージ２７の外部に配置される。尚、バルブ９及び１０から排出される排気ガスを凝縮する凝縮器と、凝縮した水を通さずに凝縮後の排気ガスのみを外部に開放する気液分離膜と、凝縮した水を回収する水回収器とを、バルブ９及び１０の下流に設けてもよい。
【００３５】
エアポンプ４は外部の空気を燃料電池１８のカソード２３及び流路部材２４に供給するものである。エアポンプ４の下流には流量制御バルブ７が設けられ、流量制御バルブ７の下流に流量センサ１３が設けられている。流量センサ１３の下流は２つに分岐し、一方が燃料電池１８のカソード２３及び流路部材２４に通じる経路となり、他方は燃料電池１８のアノード２０・流路部材１９に通じる経路となる。流量センサ１３と燃料電池１８のアノード２０・流路部材１９の間にはバルブ８が設けられている。燃料電池１８のカソード２３及び流路部材２４の下流が２つに分岐し、一方が燃焼器２５に通じ、他方が燃焼器２６に通じている。
【００３６】
流量制御バルブ７はエアポンプ４によって送られる空気の流量を調整するものである。流量制御バルブ７は電気駆動式のバルブであり、流量制御バルブ７の制御は制御装置２によって行われる。流量センサ１３はエアポンプ４によって送られる空気の流量を検出し、その流量を電気信号に変換するものである。流量センサ１３によって検知された流量を表す流量信号は制御装置２に出力される。
【００３７】
バルブ８は開閉を行うものである。バルブ８は電気駆動式のバルブであり、バルブ８の制御は制御装置２によって行われる。バルブ８が閉じている場合には、エアポンプ４によって送られる空気の全量が燃料電池１８のカソード２３・流路部材２４に送られる。バルブ８が開いている場合には、エアポンプ４によって送られる空気が燃料電池１８のカソード２３・流路部材２４に加えて、燃料電池１８のアノード２０・流路部材１９にも送られる。
【００３８】
改質器１７は、ポンプ３によって送られてきた燃料を触媒によって水素に改質するものである。また、改質器１７においては燃料や水が気化し、その気化した燃料及び水が触媒により水蒸気改質反応を起こす。この場合、後述するように燃焼器２５を燃料電池１８と接触させて、燃料電池１８を伝導によって効率良く加熱するとともに、燃料電池１８からの伝導により改質器１７を加熱する。燃料がメタノールの場合には、次式（１）のような化学反応が改質器１７で起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
【００３９】
改質器１７における水蒸気改質反応に必要な温度は３００℃以上であり、改質器１７の加熱には燃焼器２５が用いられる。また、改質器１７には温度依存性抵抗ヒータ１４が設けられ、温度依存性抵抗ヒータ１４によっても改質器１７が加熱される。
【００４０】
改質器１７で生成された水素等は、流路部材１９によって形成された流路に送られる。一方、エアポンプ４から送出された空気は、流路部材２４によって形成された流路に送られる。燃料電池１８においては、改質器１７から送られた水素がアノード２０に接触し、エアポンプ４から送られた空気中の酸素がカソード２３の接触し、固体酸化物電解質膜２２を介した水素と酸素の電気化学反応によって発電が起こる。
【００４１】
カソード２３では、酸素が次式（２）に示すように反応し、酸素イオンが生成される。
Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2-  …（２）
固体酸化物電解質膜２２は酸素イオンの透過性を有し、カソード２３で生成された酸素イオンを透過させてアノード２０に到達させる。
アノード２０では、固体酸化物電解質膜２２を透過した酸素イオンと改質器１７から送られた水素との反応が起こる（次式参照（３））。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  …（３）
【００４２】
燃料電池１８における電気化学反応に必要な温度は７００℃以上であり、燃料電池１８の加熱には燃焼器２５が用いられる。この場合、燃焼器２５を燃料電池１８と接触させて、燃料電池１８を伝導によって効率良く加熱する。また、燃料電池１８には温度依存性抵抗ヒータ１５が設けられ、温度依存性抵抗ヒータ１５によっても燃料電池１８が加熱される。
【００４３】
アノード２０で未反応の水素等は燃焼器２５又は燃焼器２６に送られ、カソード２３で未反応の酸素を含む空気も、アノード２０から送出された未反応水素等と混合して、燃焼器２５又は燃焼器２６に送られる。ここで、燃焼器２５の下流のバルブ９が閉じている場合には、未反応水素及び空気等は燃焼器２５に送られず、バルブ９が開いている場合には、未反応水素及び空気等は燃焼器２５に送られる。また、燃焼器２６の下流のバルブ１０が閉じている場合には、未反応水素及び空気等は燃焼器２６に送られず、バルブ１０が開いている場合には、未反応水素及び空気等は燃焼器２６に送られる。そのため、バルブ９及びバルブ１０の組み合わせは、アノード２０・カソード２３の下流の送り先を燃焼器２５から燃焼器２６に又はその逆に切り替える第２の切替部となる。
【００４４】
燃焼器２５，２６はともに、触媒により水素の燃焼を起こす触媒燃焼器である。エネルギーの利用効率を高めるために、改質器１７、燃焼器２５、燃料電池１８及び温度依存性抵抗ヒータ１４，１５は断熱パッケージ２７に収容されている。断熱パッケージ２７の内側の空間は大気圧よりも低い気圧とされ、例えば１０Ｐａ以下といった真空圧とされている。これにより断熱パッケージ２７の内部空間が伝導による伝熱が抑制された真空断熱層となっている。なお、キセノン等の希ガスといった空気よりも熱伝導率が低い低熱伝導率の断熱ガスが断熱パッケージ２７に充填されることで、断熱パッケージ２７の内部空間が断熱層となってもよい。
【００４５】
燃焼器２５は断熱パッケージ２７に収容されるとともに燃料電池１８と接触しているので、燃焼器２５の燃焼熱は燃料電池１８に効率良く伝導するとともに、更に燃料電池１８から改質器１７に伝導する。ここで、燃料電池１８において定常的に発電が行われている場合に、燃焼器２５の燃焼熱、改質器１７及び燃料電池１８の反応熱によって、燃料電池１８が約７００℃に、且つ、改質器１７が約３００℃に保たれるよう、改質器１７、燃料電池１８、燃焼器２５、断熱パッケージ２７の設置位置、大きさ、構成材料等が適切に設計されている。
【００４６】
また、燃料電池１８において定常的に発電が行われている場合には、改質器１７が約３００℃、燃料電池１８が約７００℃に維持されるよう、温度依存性抵抗ヒータ１４，１５による改質器１７、燃料電池１８の加熱が行われたり、その加熱が停止されたりする。温度依存性抵抗ヒータ１４，１５は、温度に依存して抵抗値が変化する特性を有する。そのため、温度依存性抵抗ヒータ１４は、改質器１７の温度を検出して、その検出温度を電気信号に変換する温度センサとしての機能と、改質器１７を加熱するヒータとしての機能とを併せ持つ。温度依存性抵抗ヒータ１５も、燃料電池１８の温度を検出して、その検出温度を電気信号に変換する温度センサとしての機能と、燃料電池１８を加熱するヒータとしての機能とを併せ持つ。温度依存性抵抗ヒータ１４，１５には制御装置２によって電力が供給され、これにより温度依存性抵抗ヒータ１４，１５が発熱し、更に制御装置２は温度依存性抵抗ヒータ１４，１５への供給電力を制御する。一方、温度依存性抵抗ヒータ１４，１５による検出温度は、制御装置２に出力される。
【００４７】
更に、燃料電池１８において定常的に発電が行われている場合には、流量制御バルブ６、流量制御バルブ７、バルブ８及びバルブ１０が閉じ、流量制御バルブ５及びバルブ９が開いている。ここで、制御装置２が流量制御バルブ５や流量制御バルブ７による流量を制御することによって、燃料電池１８による発電の出力が調整される。
【００４８】
制御装置２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び内部メモリ（ＲＯＭ）等を有する制御装置である。制御装置２は、ＲＯＭに記録されたプログラムに従い、温度依存性抵抗ヒータ１４〜１５による検知温度、流量センサ１１〜１３による検知流量に基づいて、ポンプ３、エアポンプ４、流量制御バルブ５〜７、バルブ８〜１０及び温度依存性抵抗ヒータ１４〜１５の制御を行う。
【００４９】
続いて、制御装置２による制御、その制御に伴った燃料電池システム１の動作について説明する。
まず、燃料電池システム１の起動前では、ポンプ３及びエアポンプ４が停止し、温度依存性抵抗ヒータ１４，１５による加熱も行われず、改質器１７や燃料電池１８等が室温になっている。
【００５０】
そして、制御装置２が温度依存性抵抗ヒータ１４，１５に電力を供給することで、燃料電池システム１が起動する。温度依存性抵抗ヒータ１４，１５によって改質器１７や燃料電池１８が加熱される。そして、制御装置２が流量制御バルブ５、流量制御バルブ７及びバルブ９を開き、ポンプ３及びエアポンプ４を作動させる。ポンプ３によって燃料と水が改質器１７に送られ、改質器１７において水素が生成され、生成された水素は流路部材１９の流路を通って燃焼器２５に送られる。一方、エアポンプ４によって空気が流路部材２４の流路を通って燃焼器２５に送られる。燃焼器２５において水素が燃焼して、その燃焼熱により燃料電池１８や改質器１７が加熱される。燃料電池１８が昇温していくと、燃料電池１８においては水素と酸素の電気化学反応が起こり、これにより燃料電池１８において発電が起こる。燃料電池１８の電力は電子機器本体に供給され、電子機器本体の動作に用いられる。
【００５１】
その後、制御装置２が流量制御バルブ５を制御することで、燃料と水の流量が調整され、更に、制御装置２が流量制御バルブ７を制御することで、空気の流量が調整され、更に制御装置２が温度依存性抵抗ヒータ１４，１５への供給電力を調整する。このように燃料電池１８において定常的に発電が行われるに際して、温度依存性抵抗ヒータ１４〜１５による検知温度、流量センサ１１，１３による検知流量が制御装置２にフィードバックされ、制御装置２が流量制御バルブ５、流量制御バルブ７、温度依存性抵抗ヒータ１４，１５のフィードバック制御を行う。こうして、燃料電池１８による発電の出力が調整され、改質器１７が約３００℃に維持され、燃料電池１８が約７００℃に維持される。改質器１７の温度が約３００℃に保たれることで、改質器１７における水蒸気改質反応が効率よく起こり、燃料電池１８における電気化学反応が効率よく起こる。
【００５２】
燃料電池１８において電気化学反応により発電が行われている際に、燃料電池システム１が停止する動作について図２のフローチャートを用いて説明する。
発電時と同様にポンプ３及びエアポンプ４が制御装置２によって引き続き駆動されている。そして、制御装置２が温度依存性抵抗ヒータ１４，１５による加熱を停止する（ステップＳ１）。次に、制御装置２が流量制御バルブ６，７及びバルブ１０を開くとともに、流量制御バルブ５及びバルブ８，９を閉じる（ステップＳ２）。そして、制御装置２は、流量センサ１２による検知流量に基づき流量制御バルブ６による流量制御を行う。
【００５３】
流量制御バルブ５が閉じ且つ流量制御バルブ６が開くことで、燃料と水は改質器１７に送られず、燃料電池１８の流路部材１９・アノード２０に送られる。燃料と水が流路部材１９の流路を流れてアノード２０に接すると、燃料と水が気化し、更に燃料と水が反応し（水蒸気改質反応）、水素が生成される。バルブ９が閉じ、バルブ１０が開いているので、アノード２０で生成された水素及びカソード２３に送られた空気は、燃焼器２５に送られず、燃焼器２６に送られる。そのため、燃焼器２６において水素が燃焼し、排ガスが燃焼器２６からバルブ１０を介して外部に排出される。
【００５４】
以上のように、アノード２０で生成された水素によって、燃料電池１８のアノード２０の酸化を防止することができる。また、燃料と水が気化するに際して、更には水蒸気改質反応が起こるに際して、吸熱が起こるので、燃料電池１８の温度が降下する。特に、温度依存性抵抗ヒータ１４，１５による加熱が行われず、更には、断熱パッケージ２７に収容された燃焼器２５では発熱反応である水素燃焼が起こらないので、燃焼器２５から燃料電池１８への伝熱量が抑制され、燃料電池１８の温度が効率よく降下する。
【００５５】
以上のように流量制御バルブ６，７及びバルブ１０が開き、流量制御バルブ５及びバルブ８，９が閉じている時に、制御装置２は温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が４００℃未満になったか否かを判断する（ステップＳ３）。ここでの判断基準となる４００℃が所定閾値である。所定閾値の具体的数値は４００℃に限るものではないが、燃料電池１８で効率良く発電が起こる温度よりも低い値であって、アノード２０の酸化が起こる高温状態とアノード２０の酸化が起こらない低温状態を仕切る値であることが好ましい。
【００５６】
温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が４００℃以上である場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、制御装置２がポンプ３及びエアポンプ４を引き続き駆動し、流量制御バルブ６の流量制御を引き続き行う。制御装置２はこのような制御を温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が４００℃未満になるまで行う。
【００５７】
そして、燃料電池１８の温度が降下していくと、温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が４００℃未満になり、制御装置２がその旨を認識すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御装置２がポンプ３を停止する（ステップＳ４）。次に、制御装置２が流量制御バルブ７及びバルブ８，１０を開くとともに、流量制御バルブ５，６及びバルブ９を閉じる（ステップＳ５）。これによりアノード２０・流路部材１９に空気が流れるが、燃料電池１８の温度が４００℃未満であるので、アノード２０が酸化しない。また、アノード２０・流路部材１９に空気が流れることで、燃料電池１８の温度が効率よく降下する。
【００５８】
以上のように流量制御バルブ７及びバルブ８，１０が開き、流量制御バルブ５，６及びバルブ９が閉じている時に、制御装置２は温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が３０℃未満になったか否かを判断する（ステップＳ６）。ここでの判断基準となる３０℃が第２閾値である。第２閾値の具体的数値は３０℃に限るものではないが、常温（室温）程度が好ましい。
【００５９】
温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が３０℃以上である場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、制御装置２がエアポンプ４を引き続き駆動する。制御装置２は温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が３０℃未満になるまでエアポンプ４を駆動する。そして、燃料電池１８の温度が降下していくと、温度依存性抵抗ヒータ１５による検知温度が３０℃未満になり、制御装置２がその旨を認識すると（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御装置２がエアポンプ４を停止するとともに（ステップＳ７）、流量制御バルブ５〜７及びバルブ８〜１０を閉じる（ステップＳ８）。こうして、制御装置２の処理が終了し、燃料電池システム１が停止する。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、改質器を有する燃料電池システムにおいて、燃料とは別の不活性ガスを貯蔵する容器や別の改質器を燃料電池システム１に設けずとも、燃料電池システム１の運転停止時における燃料電池１８のアノード２０の酸化を防止することができる。
【００６１】
上記実施形態においては流量制御バルブ５の設置箇所はポンプ３の下流の分岐部と改質器１７との間であるが、改質器１７と改質器１７の下流の合流部との間であってもよい。
また、上記実施形態においてはポンプ３による燃料と水の送り先が２つのバルブ５，６によって改質器１７又はアノード２０に切り替わったが、１つの電磁駆動式切替弁によって切り替わってもよい。切替弁の場合、その切替弁の設置箇所は、ポンプ３の下流における改質器１７への経路とアノード２０への経路に分岐する部分であってもよいし、改質器１７の下流における合流部分であってもよい。切替弁をポンプ３の下流の分岐部に設置する場合には、１入力ポート、２出力ポートの切替弁を用い、切替弁を改質器１７の下流の合流部に設置する場合には、２入力ポート、１出力ポートの切替弁を用いる。
【００６２】
また、上記実施形態においては、バルブ９及びバルブ１０が、アノード２０及びカソード２３の下流の送出先を切り替える第２切替部を担っているが、アノード２０から燃焼器２５への経路とアノード２０から燃焼器２６への経路に分岐する分岐部に切替弁を設け、カソード２３から燃焼器２５への経路とカソード２３から燃焼器２６への経路に分岐する分岐部に切替弁を設けるようにしてもよい。
【００６３】
尚、上述の実施形態では、エアポンプ４は外部の空気を燃料電池１８のカソード２３及び流路部材２４に供給するものであるとしたが、燃料電池システム１が純粋な酸素や酸素を主成分とする流体を貯蔵する容器を更に備え、エアポンプ４が容器内の流体を燃料電池１８のカソード２３及び流路部材２４に供給するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】燃料電池システムの構成を示したブロック図である。
【図２】上記燃料電池システムの制御装置によるシーケンスを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１  燃料電池システム
２  制御装置
３  ポンプ
４  エアポンプ（第二ポンプ）
５〜７  流量制御バルブ
８〜１０  バルブ
１４、１５  温度依存性抵抗ヒータ
１７  改質器
１８  燃料電池
２０  アノード
２２  固体酸化物電解質膜
２３  カソード
２５、２６  燃焼器
２７  断熱パッケージ
【図１】
0005446095.tif 000002
【図２】
0005446095.tif 000003