(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて発電するとともに、発電に使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させて、排ガスを生成する固体酸化物形燃料電池モジュールと、
該固体酸化物形燃料電池モジュールに酸素含有ガス供給源から吸引した前記酸素含有ガスを供給する供給流路と、
前記固体酸化物形燃料電池モジュールで生成された前記排ガスを前記固体酸化物形燃料電池モジュールの外部に排出するための排出流路と、
前記排出流路を流れる排ガスを、前記供給流路を介して前記固体酸化物形燃料電池モジュールに供給する循環流路と、
前記固体酸化物形燃料電池モジュールの内部に収納され、前記発電に使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させるための着火部と、
前記着火部の動作を制御する制御部と、
を備える固体酸化物形燃料電池装置において、
前記制御部は、固体酸化物形燃料電池装置の停止処理時において、前記循環流路を介して前記固体酸化物形燃料電池モジュールに供給された前記排ガスを再度燃焼させるべく、前記着火部を作動させる制御を行なうことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
前記供給流路と前記排出流路とに接続されており、前記排出流路の前記排ガスを前記供給流路へ流す連結部と、
前記排出流路の前記排ガスを外部へ排出するか、前記連結部へ流すかを切替える第１弁部と、
前記連結部の前記排ガスを前記供給流路へ流すか、外部から前記酸素含有ガスを前記供給流路へ流すかを切替える第２弁部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
前記循環流路に熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
前記固体酸化物形燃料電池モジュールが温度検知部を有し、前記制御部は、前記温度検知部により検知された温度が所定の温度よりも低くなった場合に、前記固体酸化物形燃料電池モジュールに前記排ガスの供給を停止するように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数個配列してなるセルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、固体酸化物形燃料電池などの高温で作動する燃料電池装置において、発電停止時や燃料電池の温度が低下した際に、燃料供給路を切り換え、未改質燃料及び空気をパージガス生成器に供給し、得られたパージガスとしての一酸化炭素または水素を燃料電池のセルスタック内に供給し、一定期間封入することで、燃料電池装置の劣化を抑えるようにして運転停止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０５９３７７号公報
【特許文献２】特開２００４−０３９５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような燃料電池装置においては、燃料電池装置からパージガスが外部へ排出することを抑制するために設けられた、パージガスを燃焼させ処理するための排ガス処理反応器がパージするたびに使用されることになるため、排ガス処理反応器の寿命が短いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の固体酸化物形燃料電池装置は、酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて発電するとともに、発電に使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させて、排ガスを生成する固体酸化物形燃料電池モジュールと、該固体酸化物形燃料電池モジュールに酸素含有ガス供給源から吸引した前記酸素含有ガスを供給する供給流路と、前記固体酸化物形燃料電池モジュールで生成された前記排ガスを前記固体酸化物形燃料電池モジュールの外部に排出するための排出流路と、前記排出流路を流れる排ガスを、前記供給流路を介して前記固体酸化物形燃料電池モジュールに供給する循環流路と、前記固体酸化物形燃料電池モジュールの内部に収納され、前記発電に使用されなかった前記燃料ガスを燃焼させるための着火部と、前記着火部の動作を制御する制御部と、を備える固体酸化物形燃料電池装置において、前記制御部は、固体酸化物形燃料電池装置の停止処理時において、前記循環流路を介して前記固体酸化物形燃料電池装置に供給された前記排ガスを再度燃焼させるべく、前記着火部を作動させる制御を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排ガスが供給口を介して固体酸化物形燃料電池モジュールに供給されることとなるため、ガスパージの際に、排ガス処理部に排ガスが供給されなくなることから、排ガス処理部の劣化を低減することができ、排ガス処理部を長寿命化することができる。それにより、固体酸化物形燃料電池装置を長寿命化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である固体酸化物形燃料電池装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態である固体酸化物形燃料電池装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す固体酸化物形燃料電池装置の制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態である固体酸化物形燃料電池装置を示すブロック図である。
【図５】図４に示す固体酸化物形燃料電池装置の制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態である固体酸化物形燃料電池装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態である固体酸化物形燃料電池装置の緊急停止の制御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】
【０００９】
本発明の第１の実施形態である固体酸化物形燃料電池装置（以下、燃料電池装置と略す場合がある。）について図１を用いて説明する。
【００１０】
燃料電池装置は、供給口２２および排出口２３を有し、供給口２２を介して導入される酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて電力を発生させるとともに、電力の発生に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて排出口２３より排ガスを排出する固体酸化物形燃料電池モジュール１と、酸素含有ガスの外部供給源である酸素含有ガス供給源３と供給口２２とを接続する供給流路１９と、排ガスを処理するための排ガス処理部２４と、排出口２３と排ガス処理部２４とを接続する排出流路２１と、供給口２２および排出口２３に接続され、排出口２３から排出される排ガスを供給口２２を介して固体酸化物形燃料電池モジュール１に導入する循環流路２５と、循環流路２５を流れる排ガスの流量を調整する弁部（図示せず）とを備える。
【００１１】
燃料電池モジュール１には供給口２２と排出口２３とがそれぞれ２つ設けられている。一方の供給口２２と酸素含有ガス供給源３とが接続されており、一方の排出口２３と排ガス処理部２４とが接続されている。また、他方の供給口２２と他方の排出口２３とが接続され、排出口２３から排出される排ガスを供給口２２を介して固体酸化物形燃料電池モジュール１に導入する循環流路２５が設けられている。循環流路２５には循環流路２５内を流れる排ガスの流れを調整するための循環ポンプ２６が設けられている。
【００１２】
燃料電池モジュール１には図示していないが、循環流路２５を流れる排ガスの流量を調整する弁部が設けられている。弁部としては、例えば、供給口２２や排出口２３の連通を妨げるシャット弁や電磁弁、電動弁を設けることができる。電磁弁を用いることにより、瞬時に循環流路２５を流れる排ガスの流量を切り替えることができ、電動弁を用いることにより、循環流路２５を流れる排ガスの流量を制御することができる。
【００１３】
循環流路２５を流れる排ガスの流量の調整方法としては、供給流路１９に接続されている供給口２２を閉じ、酸素含有ガス供給源３から酸素含有ガスの供給を停止する。次に、排出流路２１に接続されている排出口２３を閉じて循環流路２５を閉じた流路とする。そして、循環ポンプ２６を駆動させることにより、循環流路２５に排ガスを流すことにより、モジュール１の内部に酸素量の減少した排ガスを供給することができる。
【００１４】
さらに、ガスパージ時において、循環流路２５を排ガスが流れることとなり、排ガス処理手段２４に排ガスが供給されることを低減することができ、排ガス処理手段２４を長寿命化することができる。
【００１５】
また、他の制御方法としては、排出流路２１に接続された排出口２３を閉じて、ガスポンプ１３を作動させてもよい。その場合においても循環流路２５を排ガスが流れて、モジュール１に排ガスが供給されることとなる。
【００１６】
さらに、循環流路２５に熱交換器を設けてもよい。それにより、循環流路２５を流れる排ガスの温度を低下させることができ、モジュール１の温度を速やかに下げることができる。
【００１７】
図２を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。なお、同一の部材については同一の符号を付し、以下同様とする。
【００１８】
第２の実施形態である燃料電池装置は、モジュール１と、酸素含有ガスを供給するための供給流路１９と、排ガスをモジュール１の外部に排出するための排出流路２１と、供給流路１９と排出流路２１とに接続されており、排ガス流路１９を流れる排ガスを供給流路１９へ流す連結部１４と、排ガス流路の排ガスを燃料電池装置の外部へ排出するか、連結部１４へ流すかを切替える第１弁部１５aと、連結部１４を流れる排ガスを供給流路１９
へ流すか、酸素含有ガス供給源３から供給される酸素含有ガスを供給流路１９へ流すかを切替える第２弁部１５ｂと、燃料電池装置を停止させる場合に、第１弁部１５ａおよび第２弁部１５ｂを制御して、モジュール１で生成した排ガスを排出流路２１ａ、連結部１４、供給流路１９ｂおよびモジュール１内を循環させるように制御する制御部９とを有する。そのため、排出流路２１ａ、連結部１４、供給流路１９ｂおよびモジュール１が循環流路となる。
【００１９】
さらに、燃料電池装置を停止させる場合に、第１弁部１５ａおよび第２弁部１５ｂを制御して、モジュール１で生成した排ガスを排出流路２１、連結部１４、供給流路１９およびモジュール１内を循環させるように制御する制御部９を有している。
【００２０】
モジュール１は、原燃量供給源２から供給された原燃料を改質部４にて改質して燃料ガス（水素含有ガス）を生成し、生成された燃料ガスと、供給流路３から供給流路１９を介して供給された酸素含有ガスとにより発電を行なっている。そして、モジュール１は、収納容器（図示せず）内に備える固体酸化物形燃料電池セル（図示せず。また、燃料電池セルと称する場合がある。）の複数個を電気的に直列に接続したセルスタック（図示せず）により発電しており、発電に使用されなかった燃料ガスおよび酸素含有ガス（空気）は燃料電池セルの上方で燃焼され、水蒸気を含んだ排ガスを排出している。燃料電池装置は、燃料電池セルの上方で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼するために、着火部１６が設けられている。着火部１６としては、電流を流すことで発熱するヒータ等を用いることができる。
【００２１】
水蒸気を含んだ排ガスは、モジュール１から排出された後、排出流路２１を通り途中に熱交換器５を通って燃料電池装置の外部に排出される。排ガスは水素含有ガスを燃焼させることにより生じるため、排ガス中には水蒸気が含まれることとなる。熱交換器５は、排ガスに含まれる水蒸気を冷媒により熱交換することで排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させ凝縮水を生成している。熱交換器５を通すことにより生成された凝縮水は、燃料電池装置内の凝縮水ラインＬ３に供給され、貯水タンク６に貯水される。
【００２２】
凝縮水ラインＬ３は、熱交換器５により生成された凝縮水を改質部４に供給するための供給ラインであり、貯水タンク６と、凝縮水に含まれる不純物を除去するための凝縮水処理部８と、凝縮水ポンプ１１とを備えている。
【００２３】
凝縮水ラインＬ３から供給された凝縮水は、改質部４にて燃料ガスを生成する際に使用される。つまり、改質部４にて、原燃料供給源２から供給される原燃料と、凝縮水ラインＬ３から供給される凝縮水とにより、水蒸気改質を行ない燃料ガスを生成する。水蒸気改質は吸熱反応であることから、モジュール１による燃焼熱を利用して水蒸気改質を行なう
ことが好ましい。図１では、モジュール１の外部に改質部４を設けた例を示しているが、モジュール１の内部に改質部４を配置してもよい。それにより、モジュール１内の燃焼熱を効率よく利用することができる。
【００２４】
熱交換器５にて排ガスと熱交換する冷媒は冷媒ラインＬ５を循環しており、冷媒ラインＬ５は冷媒供給源７および冷媒ポンプ１０により構成されている。冷媒としては、例えば、水を利用することができ、その場合は冷媒供給源７として水タンクを利用することができる。また、冷媒として水以外に他の液体を用いてもよく、窒素ガス等の気体を用いることもできる。
【００２５】
原燃料供給ラインＬ１には、原燃料供給源２と、原燃料ポンプ１１と、改質部４とを含み、凝縮水ラインＬ３から供給された凝縮水を改質部４に供給することにより燃料ガスを生成し、モジュール１に供給している。原燃料としては、都市ガス等の炭化水素系ガスや、石油等の液体燃料を用いることができる。原燃料供給源２は、使用する原燃料にあわせてガスボンベやタンク等を使用することができる。
【００２６】
酸素含有ガスラインＬ２には、酸素含有ガス供給源３と、第２弁部１５ｂとを含み、第２弁部１５ｂを介して供給流路１９ａ、１９ｂと、第２弁部１５ｂよりも酸素含有ガスの下流側にガスポンプ１３とを有している。つまり供給流路１９ｂにガスポンプ１３が配置されている。酸素含有ガスとして、酸素や空気を用いることができ、酸素を用いる場合には酸素含有ガス供給源３としてガスボンベを用いることができ、空気を用いる場合には酸素含有ガス供給源３として外気を用いることができる。
【００２７】
排ガスラインＬ４には、第１弁部１５ａを含み、第１弁部１５ａを介して排出流路２１ａ、２１ｂを有している。上述したように、排ガスは、モジュール１に供給され、発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを混合し燃焼させることにより生成している。そのため、排ガスは、温度が高く燃焼により生じた水蒸気と、燃焼されなかった燃料ガスおよび酸素含有ガスとを含んでいる。排出流路２１ａは、熱交換器５の内部を通っており、排ガスに含まれる水蒸気は凝縮され、凝縮水として凝縮水ラインＬ３に供給される。
【００２８】
そして、燃料電池装置は、排出流路２１と供給流路１９とが連結部１４により連結されており、第１弁部１５ａと第２弁部１５ｂを制御することにより、排ガスの流れを制御している。連結部１４は排出流路２１と供給流路１９とが連通すればよく配管等により作成することができる。
【００２９】
第１弁部１５ａは、排出流路２１の排ガスを供給流路１９へ流すか、連結部１４へ排ガスを流すか切り替えることができ、第２弁部１５ｂは、連結部１４の排ガスを供給流路１９へ流すか、酸素含有ガス供給源３から酸素含有ガスを供給流路１９へ流すかを切り替えることができる。また、第１弁部１５ａおよび第２弁部１５ｂとしては三方弁等を用いることができる。
【００３０】
制御部９としては、例えば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。そして、制御部９は、システムの各部を制御することにより、燃料電池装置の運転状態を制御している。
【００３１】
燃料電池装置の作動について説明すると、原燃料ポンプ１２を作動させ、原燃料供給源２により供給された原燃料を改質部４にて凝縮水を用いて水蒸気改質して生成した燃料ガスと、ガスポンプ１３を作動させ、酸素含有ガス供給源３により供給された酸素含有ガスとを用いてモジュール１にて発電を行なう。通常作動時においては、第１弁部１５ａは、排出流路２１ａを流れた排ガスを排出流路２１ｂを介して燃料電池装置の外部に排出する
ように制御している。そして、第２弁部１５ｂは、供給流路１９ａと供給流路１９ｂとが連通するように切替えられており、酸素含有ガス供給源３から供給された酸素含有ガスを供給流路１９を介して、モジュール１に供給している。つまり、連結部１４は通常運転時、燃料ガスラインＬ１、酸素含有ガスラインＬ２、凝縮水ラインＬ３、排ガスラインＬ４から独立した状態であり、燃料電池装置の作動に影響を与えていない。
【００３２】
排ガスを排出流路２１から排出するときに、排出流路２１ａに設けられた熱交換器５にて冷媒供給部７により供給された冷媒と排ガスとが熱交換されることで、排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させ凝縮水を生成し、凝縮水は、凝縮水ラインＬ３に供給され、凝縮水処理部８により処理された後に、改質部４に供給される。凝縮水処理部８は、凝縮水に含まれる不純物を除去するためのフィルター等により構成することができる。
【００３３】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、燃料電池装置の作動停止制御の手順を説明する。
【００３４】
図３において、燃料電池の通常作動時に（ステップ１０１）、制御部９が停止の指令を受けると（ステップ１０２）、制御部９が、供給流路１９ａと供給流路１９ｂとの連通を遮断し、連結部１４と供給流路１９ｂとが連通するように第２弁部１５ｂを切替えるように制御する（ステップ１０３）。また、排出流路２１ａと排出流路２１ｂとの連通を遮断し、排出流路２１ａと連結部１４とが連通するように第２弁部１５ｂを切り替える（ステップ１０４）。このステップ１０３とステップ１０４は、ステップ１０４がステップ１０３より先に生じなければ、ステップ１０３とステップ１０４の動作は同時であってもよい。ステップ１０３がステップ１０４と同時または先に行なわれることで、酸素含有ガス供給源３に排ガスが混合されることを抑えることができる。
【００３５】
このように、第１弁部１５ａおよび第２弁部１５ｂを切り替えたことにより、排出流路２１と供給流路１９とが連結部１４により連通し、モジュール１と、排出流路２１と、連結部１４と、供給流路１９とにより外部と連通しない閉流路、つまり、循環流路を形成することができる。それにより、排ガス処理部２４に排ガスが供給されないこととなり、排ガス処理部２４を長寿命化することができる。また、酸素量が少ない排ガスをモジュール１に供給することができ、従来のようにパージガス生成器を設けることなく、モジュール１を構成する燃料電池セルの劣化を抑えることができる。
【００３６】
ここで、燃料電池セルの劣化について説明する。例えば、燃料電池セルが、支持体上に燃料極、固体電解質および空気極を順次積層してなり、燃料極や支持体がＦｅやＮｉ等の鉄族金属を含有する場合に、燃料電池装置の作動時には燃料電池セルは還元雰囲気に曝されることとなる。そのため、燃料極や支持体に含まれる鉄族金属は、金属元素の状態で存在することとなるが、燃料電池装置の起動停止時に燃料極や支持体に酸素が供給されると、燃料極や支持体に存在する鉄族金属が酸化されて酸化膨張することになる。そのため、支持体や燃料極に酸化膨張や還元収縮が繰り返し作用すると、燃料電池セルが破損する。そのため、燃料電池セルの劣化が生じないようにするためには、循環流路を流れる排ガスに含まれる酸素量は少ない方がよい。
【００３７】
通常、大気中には約２０体積％の酸素が含有されているが、燃料電池装置の排ガスに含まれる酸素量は、発電中において１２〜１５体積％となっている。そのため、モジュール１内に含まれる酸素量を減らすことができ、燃料電池セルの劣化を抑えることができる。
【００３８】
また、第１の実施形態で示す燃料電池装置は、モジュール１と第１弁部１５ａとの間の排出流路２１ａに熱交換器５が設けられていることから循環流路に熱交換器５が設けられていることとなる。そのため、熱交換器にて排ガスの温度を低下させることができ、モジ
ュール１の温度を効率よく低下させることができる。
【００３９】
そして、制御部９にて所定時間を経過したかどうかを判断する（ステップ１０４）。所定時間が経過していた場合は、ガスポンプ１３の作動を停止させるように制御し（ステップ１０５）、燃料電池装置の作動を停止する。所定時間を経過していなかった場合は、所定時間を経過するまで同様の動作を繰り返すようになっている。
【００４０】
所定時間としては、モジュール１の温度を室温程度に下げる必要があるため、１００分〜１８０分とすることができる。
【００４１】
図４、５を用いて、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。
【００４２】
図４に示す燃料電池装置は、第１弁部と第２弁部として電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃを用いており、モジュール１にはモジュール１内の温度を測定する温度検知部１７が設けられている。
【００４３】
第３の実施形態に係る燃料電池装置の場合、第１弁部は、連結部１４と供給流路１９との連通を制御することから、電磁弁１８ｂ、１８ｃとなり、第２弁部は、連結部１４と排出流路２１との連通を制御することから、電磁弁１８ａ、１８ｃとなる。
【００４４】
温度検知部１７としては、一般的に用いられる熱電対やサーミスタ等を用いることができる。温度を検知する部位の温度域により使用するものを適宜選べばよい。
【００４５】
通常作動時においては、第１弁部としての電磁弁１８ｂが開いており、電磁弁１８ｃが閉じている。そのため、排出流路２１ａを流れた排ガスを排出流路２１ｂを介して燃料電池装置の外部に排出するように制御している。そして、第２弁部としての電磁弁１８ａが開いており、電磁弁１８ｃが閉じている。そのため、供給流路１９ａと供給流路１９ｂとが連通するように切替えられており、酸素含有ガス供給源３から供給された酸素含有ガスを供給流路１９を介して、モジュール１に供給している。
【００４６】
電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃを用いて第１弁部および第２弁部の制御を行なうことから、瞬時に電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃの開閉を制御することができ、排ガスの流れを変更することができる。
【００４７】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、燃料電池装置の作動停止制御の手順を説明する。
【００４８】
図５において、燃料電池装置の通常作動時に（ステップ２０１）、制御部９が停止の指令を受けると（ステップ２０２）、制御部９が、電磁弁１８ａを閉める（ステップ２０３）。そして、電磁弁１８ｂを閉める（ステップ２０４）。その後に電磁弁１８ｃを開ける（ステップ２０５）。このステップ２０３〜２０５の順は、電磁弁１８ａを閉める（ステップ２０３）を最も早くに動作すればよく、電磁弁１８ｂを閉める（ステップ２０４）と電磁弁１８ｃを開ける（ステップ２０５）の順序は逆でも構わない。また、このステップ２０３〜２０５は同時に行なってもよい。
【００４９】
また、モジュール１内に設置された着火部１６を作動させる（ステップ２０６）。それにより、循環流路に存在する発電に使用されなかった酸素含有ガスおよび燃焼に使用されなかった酸素含有ガスを燃焼させることができる。そのため、排ガス中に含まれる酸素量をさらに減少させることができる。
【００５０】
次に、制御部９が着火部１６を作動させてから所定時間を経過したかどうかを判断する（ステップ２０７）。所定時間を経過していない場合は、もう一度所定時間が経過したかどうかを判断し（ステップ２０７）、所定時間を経過するまでこのステップ２０７を繰り返す。そして、ステップ２０７にて所定時間を経過したと判断された場合には、着火部１６を停止させる（ステップ２０８）。
【００５１】
所定時間は、例えば、モジュール１においては、５分〜３０分と設定することができる。この所定時間は、例えば、実験やシミュレーションを通じて排ガスに含まれる酸素量、ガスポンプ１３の作動流量およびヒータ稼働時間の関係を取得し、この関係を規定したデータテーブルまたは計算式を参照することにより、設定することができる。また、循環流路の例えば（連結部１４）に酸素濃度計を設置することにより、排ガス中に含まれる酸素量（排ガスに対する酸素濃度）を測定することができるが、酸素濃度計を設置すると燃料電池装置を構成する部材数が増加し、燃料電池装置のコストアップにつながるため、所定時間を設定して制御することが好ましい。
【００５２】
着火部１６を停止させた後（ステップ２０８）、モジュール１に設けられた温度検知部１７にてモジュール１内の温度を検知し、所定の温度以下かどうかを制御部９にて判断する（ステップ２０９）。所定の温度より高い場合は、所定の温度以下になるまでこのステップを繰り返し、所定の温度以下の場合は、次のステップに進み、ガスポンプ１３の作動を停止させ（ステップ２１０）、燃料電池装置の作動を停止する。
【００５３】
所定の温度は、燃料電池装置が停止する場合のモジュール１内の温度であり、室温程度と設定することができる。
【００５４】
図６を用いて本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５５】
図６に示す燃料電池装置は、冷媒ラインＬ５に配置された冷媒ポンプ１０をモジュール１内に設置された温度検知部１７で検知された温度に基づき制御する。それにより、モジュール１の温度を効率よく低下させることができる。
【００５６】
冷媒ポンプ１０の制御としては、例えば、実験やシミュレーションを通じてモジュール１内の温度と冷媒ポンプ１０の冷媒の送出量の関係を取得し、この関係を規定したデータテーブルまたは計算式を参照することにより、冷媒ポンプ１０の冷媒の送出量を設定することができる。例えば、通常運転時では、０．１〜０．５Ｌ／Ｈｏｕｒとして作動させておき、燃料電池装置の作動停止時には、０．２〜１．０Ｌ／Ｈｏｕｒと作動させることができる。
【００５７】
さらに、冷媒ポンプ１０を起動して排ガスを冷却することにより、排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水を得ることができるが、循環する排ガス中に含まれる水蒸気のすべてを凝縮水に凝縮した後は、循環する排ガス中に水蒸気は含まれないこととなる。それにより、水蒸気を含まない排ガスを循環流路内に循環させることができ、燃料電池セルの劣化を低減することができる。
【００５８】
モジュール１内の温度をすばやく低下させるためには、冷媒ポンプ１０を最大出力で作動で作動せることが好ましいが、急激にモジュール１内の温度を低下させると、モジュール１を構成する燃料電池セルに熱応力が生じて燃料電池セルが破損する場合がある。そのため、燃料電池セルに熱応力が生じないように冷媒ポンプ１０を制御することが好ましい。
【００５９】
また、連結部１４に、連結部１４よりも容積が大きくなるようにバッファ部を備えても
よく、燃料電池停止時に排ガスを循環流路を流し、各電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃを閉じて密閉することで排ガスをバッファ部内に充填することができる。
【００６０】
バッファ部を連結部１４に備えることにより、燃料電池装置が停止作動を始めてすぐにバッファ部から酸素量が少ない排ガスをモジュール１に供給することができる。それにより、モジュール１内の酸素量を減らすことができ、燃料電池セルの酸化を抑制することができる。バッファ部としては、連結部１４としてなる配管よりも管の口径が大きい配管等を用いることができる。
【００６１】
また、バッファ部の有無にかかわらず、連結部１４にあらかじめ窒素等の不活性ガスを充填しておいてもよい。その場合においても、燃料電池装置の運転停止時に瞬時に不活性ガスをモジュール１に供給することができ、モジュール１内の酸素量を低下させることができる。
【００６２】
図７を用いて本発明の第１〜４の実施形態に係る燃料電池装置の緊急作動停止時の制御について説明する。
【００６３】
燃料電池装置が緊急作動停止する原因としては、落雷や地震等の自然災害による場合や、直列に電気的に接続された燃料電池セルの１本が破損や劣化により発電を行なうことができなくなり、セルスタックもしくはモジュール１として発電を行なうことができなくなる場合がある。
【００６４】
燃料電池装置の緊急作動停止（シャットダウン）時の作動停止の制御について説明する。
【００６５】
通常作動していた燃料電池装置が緊急停止の指令を受けると（ステップ３０１，３０２）、原燃料および循環水の供給を停止する（ステップ３０３）。そして、供給流路１９ａと供給流路１９ｂとの連通を遮断し、連結部１４と供給流路１９ｂとが連通するように第２弁部１５ａを切替え（ステップ３０４）、排出流路２１ａと排出流路２１ｂとの連通を遮断し、排出流路２１ａと連結部１４とが連通するように第２弁部１５ｂを切り替える（ステップ３０５）。ステップ３０２の緊急停止の指令を受けてから、ステップ３０３〜３０５の制御は瞬時に行なう必要がある。
【００６６】
このように、緊急停止時においても、排ガスを循環流路に流して循環させることにより、排ガス処理部２４に排ガスが供給されることを低減し、排ガス処理部２４を長寿命化することができる。また、酸素量の少ない排ガスをモジュール１内におよび循環流路を循環させることとなり、燃料電池セルの酸化を抑えることができる。そのため、緊急停止する必要があった場合に、燃料電池装置は瞬時に原燃料、凝縮水および酸素含有ガスの供給を停止するとともに、燃料電池装置の発電も停止していた従来に比べ、酸素量の少ない排ガスにてモジュール１をパージすることができ燃料電池セルの酸化を抑えることができる。
【００６７】
さらに、原燃料、凝縮水および酸素含有ガスの供給を停止し、モジュール１内を流れていた燃料ガス、酸素含有ガスおよび排ガスをモジュール１内に閉じ込める従来の制御に比べて、排ガスをモジュール１および循環回路に循環させることにより、モジュール１内の温度を効率よく低下させることができ、燃料電池装置の停止時間を短くすることができる。それにより、燃料電池セルの酸化の影響を小さくすることができる。
【００６８】
なお、ステップ３０６以下は上述したステップ２０７〜２１０の制御を行なう。また、緊急停止の場合には着火部１６の作動（ステップ３０６）の制御をしなくてもよい。その場合においても、酸素量の少ない排ガスをモジュール１および循環流路を循環させること
により、燃料電池セルの酸化を抑えることができる。
【００６９】
固体酸化物形燃料電池装置は、通常３５０〜７５０℃の高温下で発電しており、燃焼により生じた熱を吸熱反応である改質反応に利用している。また、燃焼により発生した温度の高い排ガスの有する熱は、熱交換器にて給湯用の水と熱交換することにより、水を温めることができる。
【００７０】
このように固体酸化物形燃料電池装置は、高温下で発電することから、停止作動の特に緊急停止時に温度を効率よく下げる必要があるが、酸素含有ガス供給源３から酸素含有ガスを供給することにより、モジュール１内をパージしてモジュール１の温度を下げると、燃料電池セルに劣化が生じてしまうおそれがあるが、排ガスを循環流路内に循環させることで、燃料電池セルの劣化を低減するとともに、モジュール１内の温度を下げることができる。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【００７２】
例えば、循環ラインＬ３を設けず改質器に直接水を供給する構成でもよい。また、冷媒ラインＬ４として給湯システムを用いることにより、給湯器の水を温めるために熱交換させることにより、排ガスの温度を下げることができるとともに、給湯器に温められた湯を供給することができ、効率のよい発電・給湯コージェネレーションシステムとすることができる。なお、この場合、冷媒供給源７は給湯器である。
【符号の説明】
【００７３】
１：固体酸化物形燃料電池モジュール
２：原燃料供給源
３：酸素含有ガス供給源
４：改質部
５：熱交換器
６：貯水タンク
７：冷媒供給源
８：凝縮水処理部
９：制御部
１０：冷媒ポンプ
１１：凝縮水ポンプ
１２：原燃料ポンプ
１３：ガスポンプ
１４：連結部
１５ａ：第１弁部
１５ｂ：第２弁部
１６：着火部
１７：温度検知部
１９：供給流路
２１：排出流路
２２：供給口
２３：排出口
２５：循環流路
２６：循環ポンプ
Ｌ１：燃料ガスライン
Ｌ２：酸素含有ガスライン
Ｌ３：凝縮水ライン
Ｌ４：排ガスライン
Ｌ５：冷媒ライン
【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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