(57)【要約】【課題】通常発電時に用いる装置以外には僅かな装置を追加するだけで燃料電池内へ不活性ガスを充填して酸素の侵入を防止する。【解決手段】本発明の固体酸化物型燃料電池システム１は、燃料極２と酸化剤極３とを有する燃料電池スタック４と、システムの起動用に設けられた起動燃焼器１２と、起動燃焼器１２から排出された不活性ガスを成分とする燃焼ガスの一部を燃料極２に供給する燃焼ガス流路１６と、燃焼ガス流路１６の途中に設置されて燃焼ガスを収容する燃焼ガス容器１７とを備え、システムの起動時に起動燃焼器１２から排出された燃焼ガスを燃焼ガス容器１７に収容し、システムの停止時には燃焼ガス容器１７に収容された燃焼ガスを燃料極２に充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化剤極とを有する燃料電池スタックと、
システムの起動用に設けられた燃焼手段と、
システムの停止時に、前記燃焼手段から排出された不活性ガスを成分とする燃焼ガスを前記燃料電池スタックの燃料極に充填するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃焼手段は前記燃料電池スタックの酸化剤極へ燃焼ガスを供給するものであり、
前記燃焼手段から排出された燃焼ガスの一部を前記燃料電池スタックの燃料極に供給する燃焼ガス流路と、前記燃焼ガス流路の途中に設置されて前記燃焼ガスを収容する燃焼ガス容器とをさらに備え、
前記制御手段は、システムの起動時に前記燃焼手段から排出された燃焼ガスを前記燃焼ガス容器に収容し、システムの停止時には前記燃焼ガス容器に収容された燃焼ガスを前記燃料電池スタックの燃料極に充填することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼手段は前記燃料電池スタックの燃料極へ燃焼ガスを供給するものであり、
前記制御手段は、システムの停止時に前記燃焼手段を作動させて前記燃料電池スタックの燃料極に燃焼ガスを充填することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項４】
システムの起動時に前記燃焼手段から排出された燃焼ガスを前記燃料電池スタックの燃料極に供給する起動時流路と、
システムの停止時に前記燃焼手段から排出された燃焼ガスを前記燃料電池スタックの燃料極に供給する停止時流路と、
前記停止時流路の途中に設置された熱交換器とをさらに備え、
前記制御手段は、システムの起動時には前記起動時流路を選択し、システムの停止時には前記停止時流路を選択することを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【請求項５】
燃料ガスを改質ガスに改質して前記燃料電池スタックの燃料極に供給する改質器と、
前記燃料電池スタックの燃料極から排出される燃料極排ガスを前記改質器へ循環させる循環ガス流路と、
前記循環ガス流路から分岐された前記燃料極排ガスの一部を、前記燃料電池スタックの酸化剤極から排出される酸化剤極排ガスに混合させて前記改質器の加熱用ガスとして供給する加熱ガス流路と
をさらに備えたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の固体酸化物型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりから各種燃料電池の自動車への利用が検討されている。例えば、効率の高い固体酸化物型燃料電池の場合、水素が多く含まれているガスを燃料とし、酸素を酸化剤として、水素及び一酸化炭素、炭化水素との電気化学的反応で発電を行っている。燃料としては各種液体燃料を改質し、得られた改質ガスを供給する方法が取られる場合がある。
【０００３】
ここで、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を自動車に利用する場合の特殊性として、定置用とは異なり起動と停止が頻繁に行なわれる点が挙げられる。ＳＯＦＣを停止する場合には、まず原料ガスの供給が停止されるので、改質器から燃料電池のアノードおよびアノード排出ガス管に至る配管中に水素リッチガスが滞留することになる。
【０００４】
このとき、セル温度が低下してセル内が負圧になったり、保管中にガスが拡散したりすることによって、セル内に外気が侵入すると、外気に含まれている酸素と残存している水素が反応して急激な燃焼を起こしたり、電極の触媒が酸化されて性能低下を引き起こすなどの恐れがある。そのため頻繁に燃料電池の起動、停止、保管の動作を繰り返すと、安定した性能を維持することが難しいという問題点がある。
【０００５】
そこで、燃料電池システムを停止する際には、水素製造装置内に存在する触媒や燃料電池の電極を保護することを目的として、窒素に代表される不活性ガスを供給して酸素の侵入を防止する必要がある。例えば、特許文献１では、燃料電池システム内へ不活性ガスを供給するために、大気に開放された流路に酸素除去手段を設けて大気から酸素を除去したガスを燃料電池に供給する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７９０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、酸素除去手段や管路の変更によって燃料電池システム内に不活性ガスを供給しているので、停止動作のためだけの特殊な装置や配管系を多数追加する必要があり、装置の増加によってコストアップしてしまうという問題点があった。特に、この問題は自動車に搭載する場合には不利になるので、解決する必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、通常発電時に用いる装置以外には僅かな装置を追加するだけで燃料電池内へ不活性ガスを充填して酸素の侵入を防止することのできる固体酸化物型燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る固体酸化物型燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極とを有する燃料電池スタックと、システムの起動用に設けられた燃焼手段とを備え、システムの停止時に燃焼手段を作動させ、燃焼手段から排出された不活性ガスを成分とする燃焼ガスを燃料電池スタックの燃料極に充填するように制御することによって、上述した課題を解決する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体酸化物型燃料電池システムによれば、システムの起動用に設けられた燃焼手段から排出される不活性ガスを燃料電池スタックの燃料極に充填するので、通常発電時に用いる装置以外には僅かな装置を追加するだけで燃料電池内へ不活性ガスを充填して酸素の侵入を防止することができる。さらに、燃料極に不活性ガスを充填することにより、燃料極に残存した水素を除去することも可能となる。これにより、侵入した酸素が残存している水素と反応して急激な燃焼を起こしたり、触媒が酸化劣化したりすることを防止でき、燃料電池システムの安定した性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムの起動燃焼器の構造を説明するための図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムのシステム起動時における制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムのシステム停止時における制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第２実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムのシステム起動時における制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した第２実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムのシステム停止時における制御処理の処理手順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】
【００１２】
以下、本発明を適用した第１及び第２実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
［固体酸化物型燃料電池システムの構成］
図１は本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１は、燃料極２と酸化剤極３とを有する燃料電池スタック４と、改質用通路５と加熱用通路６とを有する改質器７と、改質用燃料と混合するための空気を供給する空気供給装置８と、改質器７の改質用通路５への流路を遮断する流路遮断装置９と、改質用通路５から燃料極２へ改質ガスを供給する燃料極流路１０と、燃料極２から排出される燃料極排ガスの流量を制御する流路制御弁１１と、起動時に燃焼ガスを供給して酸化剤極３を加熱する起動燃焼器１２と、酸化剤極３から排出された酸化剤極排ガスを加熱用通路６へ供給する酸化剤極流路１３と、加熱用通路６からの排気ガスを外気へ排出する排気流路１４と、排気ガスと熱交換することによって酸化剤極３へ供給される空気を加熱する空気予熱器１５と、起動燃焼器１２から排出された燃焼ガスの一部を改質器７を介して燃料極２に供給する燃焼ガス流路１６と、燃焼ガス流路１６の途中に設置されて燃焼ガスを収容する燃焼ガス容器１７と、燃焼ガス容器１７へ燃焼ガスを加圧して送出するガス加圧ポンプ１８と、燃焼ガス容器１７の入口側を開閉する入口流路バルブ１９と、燃焼ガス容器１７の出口側を開閉する出口流路バルブ２０と、固体酸化物型燃料電池システム１における処理を制御する制御部２１とを備えている。
【００１４】
ここで、燃料電池スタック４は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、燃料ガスとして改質器７から改質ガスが供給される燃料極２と、酸化剤ガスとして酸素を含む空気が供給される酸化剤極３とを有している。燃料電池スタック４では、改質ガス中に含まれる水素と酸化剤ガス中に含まれる酸素とを反応させて発電を行っている。
【００１５】
改質器７は、天然ガスやガソリン、メタノール等の改質用燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する。改質用通路５では、空気とともに供給された改質用燃料を加熱用通路６からの熱を利用して反応させ、改質ガスを生成している。加熱用通路６では、酸化剤極３から排出された酸化剤極排ガスと加熱用燃料とが供給され、加熱用触媒による反応熱を発生させて改質用通路５へ熱伝達を行っている。
【００１６】
起動燃焼器１２は、システムの起動用に設けられた燃焼手段であり、システムの起動時に作動して高温の燃焼ガスを酸化剤極３に供給して燃料電池スタック４の温度を上昇させるために従来から設置されているものである。ただし、本実施形態では起動燃焼器１２から排出される燃焼ガスの一部を燃焼ガス流路１６へ供給できるような構造となっている。
【００１７】
燃焼ガス流路１６は、起動燃焼器１２から排出された燃焼ガスを、改質器７を介して燃料電池スタック４の燃料極２に供給する流路であり、図１では空気供給装置８と流路遮断装置９との間に接続されている。
【００１８】
燃焼ガス容器１７は、燃焼ガス流路１６の途中に設置されて起動時に起動燃焼器１２から排出された燃焼ガスを収容しておくものである。燃焼ガス容器１７の容量は、流路遮断装置９から流路制御弁１１までの間の改質用通路５、燃料極流路１０及び燃料極２で形成される空間を、所定の圧力以上で満たすために十分な量の燃焼ガスを収容できるように予め設定されている。また、燃焼ガス容器１７に対する燃焼ガスの出入りは、入口流路バルブ１９及び出口流路バルブ２０の開閉によって制御されている。
【００１９】
ガス加圧ポンプ１８は、起動燃焼器１２から排出される燃焼ガスを加圧して送出することにより燃焼ガス容器１７に十分な量の燃焼ガスを収容するために設置されている。
【００２０】
制御部２１は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と周辺機器から構成され、特定のプログラムを実行することにより固体酸化物型燃料電池システム１を制御するための処理を実行する。
【００２１】
ここで、図２を参照して起動燃焼器１２の構造を説明する。
【００２２】
図２に示すように、起動燃焼器１２は、予燃焼器としての１次バーナ１２Ａと、主燃焼器としての２次バーナ１２Ｂとが接続されて構成されている。１次バーナ１２Ａは燃料噴射弁１２１から燃料を噴射し、燃焼用空気と混合して着火装置１２２で着火し、燃焼ガスを発生する。発生した燃焼ガスの一部は燃焼ガス流路１６に供給され、ガス加圧ポンプ１８によって燃焼ガス容器１７に収容される。この燃焼ガスは、酸素を含んでおらず、不活性ガスが成分となっている。一方、燃焼ガス流路１６に供給された以外の残りの燃焼ガスは２次バーナ１２Ｂに導入される。２次バーナ１２Ｂでは、１次バーナ１２Ａからの燃焼ガスに加えて燃料噴射弁１２３で燃料と２次空気の追加供給を受け、主燃焼ガスとして大量に燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは酸化剤極３へ供給されて燃料電池スタック４や改質器７を加熱する。
【００２３】
図２では、２次バーナ１２Ｂの燃料供給方法として燃料噴射弁１２３による燃料噴霧を記載しているが、燃料蒸発器による燃料ガスの供給などその他の方法も利用可能である。また、２次バーナ１２Ｂの燃焼方式としては、触媒燃焼や予蒸発予混合希薄燃焼等の燃焼方式を採用することができ、使用する燃料の組成や排気要求などに応じて選択すればよい。図２では、１次バーナ１２Ａの燃焼方式として拡散燃焼方式を例示したが、この他に燃料と空気の温度状態によって電気加熱触媒や低温活性な触媒を用いて触媒燃焼を行わせることも可能である。
【００２４】
［燃料電池システムの起動時における制御処理の手順］
次に、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１の起動時における制御処理の手順を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
図３に示すように、システムが起動を開始すると、まずステップＳ１０１において起動燃焼器１２が作動して不活性ガスを成分とする燃焼ガスを排出する。この燃焼ガスは酸化剤極３に供給されて燃料電池スタック４を昇温させると共に、その後酸化剤極排ガスとして改質器７の加熱用通路６に導入され、改質器７の加熱にも利用される。また、起動用燃焼器１２で生成された燃焼ガスの一部は、燃焼ガス流路１６にも排出される。
【００２６】
そして、ステップＳ１０２において制御部２１は出口流路バルブ２０を閉弁するとともに、ステップＳ１０３において入口流路バルブ１９を開弁する。さらに制御部２１はステップＳ１０４においてガス加圧ポンプ１８を作動させ、これによって起動燃焼器１２から排出された燃焼ガスを燃焼ガス容器１７に圧送して収容する。
【００２７】
次に、ステップＳ１０５において、制御部２１は、燃料電池スタック４の温度が作動温度に到達したか否かを判定し、到達していない場合にはガス加圧ポンプ１８を継続して作動させて燃焼ガスを燃焼ガス容器１７に充填し続ける。そして、燃料電池スタック４の温度が作動温度に到達すると、制御部２１はステップＳ１０６において入口流路バルブ１９を閉弁するとともにステップＳ１０７においてガス加圧ポンプ１８を停止する。これにより、燃焼ガス容器１７には不活性ガスを成分とする燃焼ガスが貯蔵されることになる。
【００２８】
さらに、制御部２１はステップＳ１０８において起動燃焼器１２を停止させてシステムの起動時における制御処理を終了し、通常発電時における制御へと移行する。
【００２９】
［燃料電池システムの通常発電時の動作］
次に、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１の通常発電時における動作を説明する。システムの通常発電時には、まず改質器７に対して改質用燃料と空気供給装置８からの改質用空気とが混合されて供給される。改質器７の改質用通路５では改質反応によって改質ガスが生成され、生成された改質ガスは燃料極流路１０を通じて燃料極２に供給される。一方、酸化剤極３には、図示しないコンプレッサからの空気が空気予熱器１５で加熱されて酸化剤ガスとして供給される。
【００３０】
こうして改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて燃料電池スタック４において発電が行われる。そして、発電された後の燃料極排ガスは流路制御弁１１を通って排出される。また、酸化剤極排ガスは、酸化剤極流路１３で加熱用燃料と混合されて改質器７の加熱用通路６に供給され、ここで加熱用触媒によって反応熱を発生し、改質用通路５に熱伝達を行う。この後、酸化剤極排ガスは、加熱用通路６から排出されると、排気流路１４を通じて空気予熱器１５に送られて熱交換を行ってから外気へ排出される。
【００３１】
［燃料電池システムの停止時における制御処理の手順］
次に、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１の停止時における制御処理の手順を図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３２】
図４に示すように、システムが停止動作を開始すると、制御部２１はまずステップＳ２０１において改質用燃料と空気供給装置８を停止してからステップＳ２０２において出口流路バルブ２０を開弁する。これにより起動時に燃焼ガス容器１７に蓄えられていた燃焼ガスが、燃焼ガス流路１６を通じて改質器７の改質用通路５から燃料極２へと供給される。
【００３３】
ここで、制御部２１はステップＳ２０３において燃料極２に燃焼ガスが充填されたか否かを判定し、燃焼ガスが燃料極２に充填されたと判定すると、ステップＳ２０４において流路制御弁１１を遮断して燃料極２の出口を閉鎖してからステップＳ２０５において改質用通路５の入口に設けられた流路遮断装置９を遮断する。こうして改質用通路５から燃料極流路１０、燃料極２へと通じる空間の内部を、酸素を含まない不活性ガスを成分とする燃焼ガスで充填することができ、これによって燃料極２への酸素の侵入を防止できるとともに燃料極２から残存した水素を除去することも可能となる。
【００３４】
尚、燃料極２に燃焼ガスが充填されたか否かを判定する方法としては、燃焼ガス容器１７の容量と燃焼ガスが充填される改質用通路５から燃料極２までの容積に基づいて出口流路バルブ２０を開弁してから燃焼ガスが燃料極２に充填されるまでの時間を設定しておき、その時間が経過した時点で燃料極２に燃焼ガスが充填されたと判定すればよい。また、この他にも燃焼ガス容器１７の内部圧力が所定の圧力に低下した時点で燃焼ガスが燃料極２に充填されたと判定してもよいし、さらに燃料極２の周辺の圧力を検出して燃焼ガスが燃料極２に充填されたと判定してもよい。
【００３５】
こうして燃料極２に燃焼ガスが充填されると、制御部２１はステップＳ２０６において出口流路バルブ２０を閉弁してシステムの停止時における制御処理を終了する。
【００３６】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１によれば、システムの起動用に設けられた起動燃焼器１２から排出される不活性ガスを燃料電池スタック４の燃料極２に充填するので、通常発電時に用いる装置以外には僅かな装置を追加するだけで燃料電池内へ不活性ガスを充填して酸素の侵入を防止することができる。さらに、燃料極２に不活性ガスを充填することにより、燃料極２に残存する水素を除去することも可能となる。これにより、侵入した酸素が残存している水素と反応して急激な燃焼を起こしたり、触媒が酸化劣化したりすることを防止でき、燃料電池システムの安定した性能を維持することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１によれば、システムの起動時に起動燃焼器１２から排出された燃焼ガスを燃焼ガス容器１７に収容しておき、システムの停止時に燃焼ガス容器１７に収容された燃焼ガスを燃料電池スタック４の燃料極２に充填するので、システムの起動用に設けられた起動燃焼器１２を利用して燃料電池内へ不活性ガスを充填することができる。これにより、既存の装置を有効に利用して燃料電池スタック４への酸素の侵入を防止することができる。
【００３８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムについて説明する。
【００３９】
［固体酸化物型燃料電池システムの構成］
図５は本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム５１は、起動時に燃料極２に燃焼ガスを供給するガスバーナ５２と、システムの起動時にガスバーナ５２から排出された燃焼ガスを燃料極２に供給する起動時流路５３と、システムの停止時にガスバーナ５２から排出された燃焼ガスを燃料極２に供給する停止時流路５４と、起動時流路５３と停止時流路５４とを切り替える流路切替弁５５と、停止時流路５４の途中に設置された熱交換器５６と、燃料極２から排出される燃料極排ガスを改質器７へ循環させる循環ガス流路５７と、循環ガス流路５７の途中に設置されて燃料極排ガスを循環させる循環装置５８と、循環ガス流路５７から分岐して燃料極排ガスの一部を改質器７の加熱用ガスとして供給する加熱ガス流路５９とをさらに備えたことが第１実施形態と相違している。
【００４０】
また、本実施形態では、図１に示した第１実施形態の燃焼ガス流路１６と、燃焼ガス流路１６に設置された各装置がなく、流路制御弁１１を加熱ガス流路５９に設置したことが第１実施形態と相違している。
【００４１】
ここで、ガスバーナ５２は、システムの起動用に設けられた燃焼手段であり、システムの起動時に燃料電池スタック４に燃焼ガスを供給して温度を上昇させるとともに水分を燃料電池スタック４に供給するために従来から設置されているものである。通常、起動する際には、燃料極２、循環ガス流路５７及び改質用通路５を含む循環系に水分が必要なので、その水分を供給するために従来からガスバーナ５２で燃料を燃焼させ、水分を含んだ燃焼ガスを燃料極２に供給することが行われていた。そして、本実施形態では、起動用に設けられたガスバーナ５２を停止時にも作動させて燃焼ガスを燃料極２に供給するように制御している。尚、ガスバーナ５２の構造としては、図２に示した起動燃焼器１２の１次バーナ１２Ａと同様の構造のものが好ましい。
【００４２】
熱交換器５６は、ガスバーナ５２から排出された燃焼ガスと空気供給装置８から導入された空気との間で熱交換を行って、燃焼ガスから水分を取り除いている。これにより、システムの停止時には燃料極２に乾燥した燃焼ガスが充填されるので、システムの停止中に温度の低下によって水分が凝縮して燃料極の圧力が低下することを防止できる。
【００４３】
［燃料電池システムの起動時における制御処理の手順］
次に、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム１の起動時における制御処理の手順を図６のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
図６に示すように、システムが起動を開始すると、まず制御部２１はステップＳ３０１において空気供給装置８を作動させてガスバーナ５２への空気の供給を開始し、ステップＳ３０２においてガスバーナ５２を点火する。ガスバーナ５２の点火によって酸素を含まない不活性ガスを成分とする燃焼ガスの排出が開始されると、制御部２１はステップＳ３０３において流路切替弁５５を起動時流路５３に接続し、ステップＳ３０４において流路遮断装置９を開弁して燃焼ガスを燃料極２に供給する。
【００４５】
一方、このとき起動用燃焼器１２は加熱用の燃焼ガスを酸化剤極３に供給している。これにより燃料電池スタック４の温度は上昇し、さらに燃焼ガスが酸化剤極排ガスとして改質器７の加熱用通路６に導入されるので、改質器７の温度も上昇させている。
【００４６】
この後、制御部２１は、ステップＳ３０５において燃料電池スタック４の温度が作動温度に到達したか否かを判定し、作動温度に到達すると、ステップＳ３０６においてガスバーナ５２を停止させる。このとき制御部２１は同時に起動燃焼器１２も停止させる。
【００４７】
そして、ステップＳ３０７において、制御部２１は流路切替弁５５を遮断してシステムの起動時における制御処理を終了し、通常発電時における制御へと移行する。
【００４８】
［燃料電池システムの通常発電時の動作］
次に、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム５１の通常発電時における動作を説明する。ただし、本実施形態では発電が行われるまでの動作は第１実施形態と同一であり、燃料極排ガスの流れだけが第１実施形態と相違しているので、燃料極排ガスの流れについてのみ説明する。
【００４９】
燃料電池スタック４において発電が行われると、燃料極排ガスは燃料極２から循環ガス流路５７へ排出され、循環装置５８によって圧送されて改質器７の改質用通路５へ循環される。このとき、燃料極排ガスの一部は加熱ガス流路５９へ分岐して導入され、酸化剤極３から排出される酸化剤極排ガスに混合されて改質器７の加熱用通路６に加熱用ガスとして供給される。
【００５０】
尚、上述した第１実施形態では、循環ガス流路５７及び加熱ガス流路５９が設置されていない場合を例示しているが、第１実施形態に循環ガス流路５７及び加熱ガス流路５９を設置してもよい。
【００５１】
［燃料電池システムの停止時における制御処理の手順］
次に、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム５１の停止時における制御処理の手順を図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
図７に示すように、システムが停止動作を開始すると、制御部２１はまずステップＳ４０１において改質用燃料の供給を停止し、ステップＳ４０２においてガスバーナ５２を点火する。ガスバーナ５２の点火によって酸素を含まない不活性ガスを成分とする燃焼ガスの排出が開始されると、制御部２１はステップＳ４０３において流路切替弁５５を停止時流路５４に接続し、熱交換器５６を介して燃焼ガスを燃料極２に供給する。このとき熱交換器５６は燃焼ガスの温度をコントロールして水蒸気量を低下させているので、燃料極２には乾燥した燃焼ガスが供給される。
【００５３】
そして、制御部２１はステップＳ４０４において燃料極２に燃焼ガスが充填されたか否かを判定し、燃焼ガスが燃料極２に充填されたと判定すると、ステップＳ４０５においてガスバーナ５２を停止する。
【００５４】
尚、燃料極２に燃焼ガスが充填されたか否かを判定する方法としては、ガスバーナ５２が点火されてからの時間に応じて判定してもよいし、循環ガス流路５７におけるガスの組成（例えば水素濃度、露点温度）を検出してその組成に応じて判定してもよい。
【００５５】
この後、制御部２１は、ステップＳ４０６において改質用通路５の入口に設けられた流路遮断装置９を遮断してからステップＳ４０７において流路制御弁１１を遮断して燃料極２の出口を閉鎖する。こうして改質用通路５から燃料極流路１０、燃料極２、循環ガス流路５７へと通じる空間の内部を、酸素を含まない不活性ガスを成分とする燃焼ガスで充填することができ、これによって燃料極２への酸素の侵入を防止できるとともに燃料極２から残存した水素を除去することも可能となる。
【００５６】
こうして燃料極２に燃焼ガスが充填されると、制御部２１はステップＳ４０８において循環装置５８を停止してシステムの停止時における制御処理を終了する。
【００５７】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム５１によれば、燃料極２へ燃焼ガスを供給するガスバーナ５２を備え、システムの停止時にガスバーナ５２を作動させて燃料極２に燃焼ガスを充填するので、システムの起動用に設けられたガスバーナ５２を利用して燃料電池内へ不活性ガスを充填することができる。したがって、既存の装置を有効に利用して燃料電池スタック４への酸素の侵入を防止することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム５１によれば、システムの起動時にガスバーナ５２から排出された燃焼ガスを燃料極２に供給する起動時流路５３と、システムの停止時にガスバーナ５２から排出された燃焼ガスを燃料極２に供給する停止時流路５４と、停止時流路５４の途中に設置された熱交換器５６とを備え、システムの起動時には起動時流路５３を選択し、システムの停止時には停止時流路５４を選択するので、起動時にはガスバーナ５２から排出される水分を含んだ燃焼ガスを燃料極２に供給することができ、停止時には熱交換器５６で水分を取り除いた燃焼ガスを燃料極２に供給することができる。
【００５９】
さらに、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池システム５１によれば、燃料ガスを改質ガスに改質して燃料極２に供給する改質器７と、燃料極２から排出される燃料極排ガスを改質器７へ循環させる循環ガス流路５７と、循環ガス流路５７から分岐された燃料極排ガスの一部を、酸化剤極３から排出される酸化剤極排ガスに混合させて改質器７の加熱用ガスとして供給する加熱ガス流路５９とを備えているので、燃料極２から排出される水素や水蒸気を含んだ排ガスを再利用することができ、システムの効率を高めることができる。
【００６０】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６１】
１、５１  固体酸化物型燃料電池システム
２  燃料極
３  酸化剤極
４  燃料電池スタック
５  改質用通路
６  加熱用通路
７  改質器
８  空気供給装置
９  流路遮断装置
１０  燃料極流路
１１  流路制御弁
１２  起動燃焼器
１３  酸化剤極流路
１４  排気流路
１５  空気予熱器
１６  燃焼ガス流路
１７  燃焼ガス容器
１８  ガス加圧ポンプ
１９  入口流路バルブ
２０  出口流路バルブ
２１  制御部
５２  ガスバーナ
５３  起動時流路
５４  停止時流路
５５  流路切替弁
５６  熱交換器
５７  循環ガス流路
５８  循環装置
５９  加熱ガス流路
【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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