(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温型燃料電池と、
触媒を有し、高温下において前記触媒上で燃料と蒸気とを反応させて水素を生成し、前記高温型燃料電池に水素を供給する改質器と、
前記改質器に熱を供給する熱源と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、
一端が前記燃料供給部に接続された燃料供給ラインと、
前記改質器に蒸気を供給する蒸気供給部と、
一端が前記蒸気供給部に接続された蒸気供給ラインと、
前記改質器へ供給される燃料及び蒸気からなる混合ガスが流通する燃料蒸気供給ラインであって、一端が前記燃料供給ラインの他端及び前記蒸気供給ラインの他端に接続され、他端が前記改質器に接続された燃料蒸気供給ラインと、
前記燃料蒸気供給ラインに接続され、パージガスを供給可能なパージ部と、
前記燃料蒸気供給ラインに接続され、前記燃料蒸気供給ライン内を流通する混合ガス中の酸素の体積分率に基づいて、式（１）により空気比λを検出可能なλセンサと、
前記λセンサにより検出された空気比λが、λ＞１のときに、前記燃料供給部による燃料の供給を停止するように前記燃料供給部に対して制御を行い、前記蒸気供給部による蒸気の供給を停止するように前記蒸気供給部に対して制御を行い、前記パージ部による前記燃料蒸気供給ラインへのパージガスの供給を行うように前記パージ部に対して制御を行う制御部と、を備える燃料電池システム。
空気比λ＝２１／｛２１−（Ｏ２）｝    ・・・    （１）
ここで、（Ｏ２）は混合ガス中の酸素の体積分率である。
【請求項２】
前記燃料蒸気供給ラインに接続され、前記燃料蒸気供給ライン内を流通する混合ガスの温度を検出可能な温度検知部を備え、
前記制御部は、前記温度検知部により検知された混合ガスの温度が５００℃以下であるときには、前記パージ部による前記燃料蒸気供給ラインへのパージガスの供給をしないように前記パージ部に対して制御を行い、前記燃料供給部による燃料の供給を停止せず、前記燃料供給部による燃料の供給を行い続けるように前記燃料供給部に対して制御を行い、前記蒸気供給部による蒸気の供給を停止せず、前記蒸気供給部による蒸気の供給を行い続けるように前記蒸気供給部に対して制御を行う請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記熱源は、前記高温型燃料電池から排出される水素オフガス及び酸素オフガスを燃焼する燃焼器を有する請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記触媒はルテニウムを含む請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温型燃料電池と、高温型燃料電池へ供給する水素を生成するための改質器とを有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給する水素を生成するための触媒を備える改質器が知られている。改質器では、略７００℃〜７５０℃程度の高温下において触媒上で化石燃料（例えば、メタン等）と蒸気とが反応する。この反応により水素が発生する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２５４４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触媒としては、活性金属としてルテニウム（Ｒｕ）が一般的に用いられている。ルテニウムは、５００℃強程度の高温酸化雰囲気では酸化されて酸化ルテニウム（ＩＶ）となり、更に酸化されて酸化ルテニウム（ＶＩＩＩ）となり、酸化揮発する。従って、改質器内に空気が混入し、酸化雰囲気のまま５００℃以上の高温になると、ルテニウムの酸化揮発により、改質器の活性低下が生じる。このことは、生成される水素が減少することによる燃料電池の出力低下の原因となる。
【０００５】
本発明は、改質器において触媒を構成する活性金属が酸化揮発することを抑えることができる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】
【０００６】
本発明は、高温型燃料電池と、触媒を有し、高温下において前記触媒上で燃料と蒸気とを反応させて水素を生成し、前記高温型燃料電池に水素を供給する改質器と、前記改質器に熱を供給する熱源と、前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、一端が前記燃料供給部に接続された燃料供給ラインと、前記改質器に蒸気を供給する蒸気供給部と、一端が前記蒸気供給部に接続された蒸気供給ラインと、前記改質器へ供給される燃料及び蒸気からなる混合ガスが流通する燃料蒸気供給ラインであって、一端が前記燃料供給ラインの他端及び前記蒸気供給ラインの他端に接続され、他端が前記改質器に接続された燃料蒸気供給ラインと、前記燃料蒸気供給ラインに接続され、パージガスを供給可能なパージ部と、前記燃料蒸気供給ラインに接続され、前記燃料蒸気供給ライン内を流通する混合ガス中の酸素の体積分率に基づいて、式（１）により空気比λを検出可能なλセンサと、前記λセンサにより検出された空気比λが、λ＞１のときに、前記燃料供給部による燃料の供給を停止するように前記燃料供給部に対して制御を行い、前記蒸気供給部による蒸気の供給を停止するように前記蒸気供給部に対して制御を行い、前記パージ部による前記燃料蒸気供給ラインへのパージガスの供給を行うように前記パージ部に対して制御を行う制御部と、を備える燃料電池システムに関する。
空気比λ＝２１／｛２１−（Ｏ２）｝    ・・・    （１）
ここで、（Ｏ２）は混合ガス中の酸素の体積分率である。
【０００７】
また、前記燃料蒸気供給ラインに接続され、前記燃料蒸気供給ライン内を流通する混合ガスの温度を検出可能な温度検知部を備え、前記制御部は、前記温度検知部により検知された混合ガスの温度が５００℃以下であるときには、前記パージ部による前記燃料蒸気供給ラインへのパージガスの供給をしないように前記パージ部に対して制御を行い、前記燃料供給部による燃料の供給を停止せず、前記燃料供給部による燃料の供給を行い続けるように前記燃料供給部に対して制御を行い、前記蒸気供給部による蒸気の供給を停止せず、前記蒸気供給部による蒸気の供給を行い続けるように前記蒸気供給部に対して制御を行うことが好ましい。
【０００８】
また、前記熱源は、前記高温型燃料電池から排出される水素オフガス及び酸素オフガスを燃焼する燃焼器を有することが好ましい。
また、前記触媒はルテニウムを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、改質器において触媒を構成する活性金属が酸化揮発することを抑えることができる燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システム１を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池システム１の制御部５１による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】
【００１１】
以下、本発明の実施形態による燃料電池システムについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１を示す概略図である。以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、改質器１１と、燃焼器２１と、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）３１と、パージ部と、温度検知部５２と、λセンサ５３と、パワーコンディショナ３２と、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３と、制御部５１とを備えている。
【００１３】
また、燃料電池システム１は、燃料供給ラインを構成するパージガス供給ラインＬ１、都市ガス供給ラインＬ２、及びガス供給ラインＬ３と、燃焼器向けガス供給ラインＬ４と、蒸気供給ラインＬ５と、燃料蒸気供給ラインＬ６と、排ガスラインＬ７と、水素供給ラインＬ８と、空気供給ラインＬ９と、オフガス供給ラインＬ１０とを有している。
【００１４】
パージガス供給ラインＬ１は、その一端部において、還元ガスであるパージガスＧ３を供給し後述のパージ部を構成するパージガス供給部（図示せず）に接続されている。パージガス供給ラインＬ１の他端は、ガス供給ラインＬ３の一端及び燃焼器向けガス供給ラインＬ４の一端に接続されている。パージガス供給ラインＬ１内には、パージ部から供給されたパージガスＧ３が流通可能である。パージガス供給ラインＬ１の途中には、二方弁６１が接続されている。二方弁６１は、制御部５１に電気的に接続されており、制御部５１による制御により開閉可能である。パージガス供給部及び二方弁６１は、パージ部を構成する。パージ部は、パージガス供給ラインＬ１とガス供給ラインＬ３とを介して、後述の燃料蒸気供給ラインＬ６に接続されている。パージガスＧ３としては窒素が用いられる。
【００１５】
都市ガス供給ラインＬ２は、その一端部において、改質器１１に燃料である都市ガスＧ１を供給する都市ガスＧ１のガス栓（図示せず）に接続されている。都市ガス供給ラインＬ２の他端は、ガス供給ラインＬ３の一端及び燃焼器向けガス供給ラインＬ４の一端に接続されている。都市ガス供給ラインＬ２内には、都市ガスＧ１のガス栓から供給された都市ガスＧ１が流通可能である。都市ガス供給ラインＬ２の途中には、二方弁６２が接続されている。二方弁６２は、制御部５１に電気的に接続されており、制御部５１による制御により開閉可能である。二方弁６２は、都市ガスＧ１のガス栓と共に燃料供給部を構成する。
【００１６】
ガス供給ラインＬ３の他端は、燃料蒸気供給ラインＬ６の一端及び蒸気供給ラインＬ５の他端に接続されている。ガス供給ラインＬ３内には、都市ガス供給ラインＬ２からの都市ガスＧ１、又はパージガス供給ラインＬ１からのパージガスＧ３が流通可能である。ガス供給ラインＬ３の途中には、二方弁６３及び流量計５４が接続されている。流量計５４は、ガス供給ラインＬ３中を流れる都市ガスＧ１又はパージガスＧ３の流れの上流側に配置されている。二方弁６３は、ガス供給ラインＬ３中を流れる都市ガスＧ１又はパージガスＧ３の流れの下流側に配置されている。流量計５４及び二方弁６３は、それぞれ制御部５１に電気的に接続されている。二方弁６３は、制御部５１による制御により開閉可能である。流量計５４は、ガス供給ラインＬ３内を流れる都市ガスＧ１又はパージガスＧ３の流量を測定する。都市ガス供給ラインＬ２及びガス供給ラインＬ３は、燃料供給ラインを構成する。
【００１７】
蒸気供給ラインＬ５は、その一端部分においてＲＯ膜を有する濾過膜モジュール（図示せず）に接続されている。蒸気供給ラインＬ５の他端は、燃料蒸気供給ラインＬ６の一端に接続されている。蒸気供給ラインＬ５内には、ＲＯ膜によりろ過された水Ｗ１が流通可能である。蒸気供給ラインＬ５の途中には、流量計５５、第１熱交換器４１、及びポンプが接続されている。ポンプ（図示せず）、流量計５５、及び第１熱交換器４１は、この順で、蒸気供給ラインＬ５を流れる水Ｗ１の流れの上流側から下流側へ向かって配置されている。流量計５５及びポンプ（図示せず）は、制御部５１に電気的に接続されている。流量計５５は、蒸気供給ラインＬ５内を流れる水Ｗ１の量を測定する。ＲＯ膜を有する濾過膜モジュール、ポンプ（図示せず）、及び第１熱交換器４１は、蒸気供給部を構成する。
【００１８】
空気供給ラインＬ９は、一端の部分においてファン６５及びフィルタ（図示せず）に接続されており、他端において、ＳＯＦＣ３１に接続されている。空気供給ラインＬ９内には、フィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通可能である。ＳＯＦＣ３１においては、空気Ａ１中の酸素が発電に用いられる。空気供給ラインＬ９の途中には、第２熱交換器４２が接続されている。
【００１９】
燃料蒸気供給ラインＬ６は、他端において改質器１１に接続されている。燃料蒸気供給ラインＬ６内には、後述のように蒸気供給ラインＬ５を通して供給された蒸気Ｗ１と、都市ガス供給ラインＬ２及びガス供給ラインＬ３を通して供給された都市ガスＧ１との混合ガスが流通可能である。更に、燃料蒸気供給ラインＬ６内には、パージガス供給ラインＬ１からのパージガスＧ３が流通可能である。燃料蒸気供給ラインＬ６の途中には、第３熱交換器４３と、温度検知部５２と、λセンサ５３とが接続されている。第３熱交換器４３、温度検知部５２、及びλセンサ５３は、この順で、燃料蒸気供給ラインＬ６を流れる混合ガス等の流れの上流側から下流側へ向かって配置されている。
【００２０】
排ガスラインＬ７は、一端において燃焼器２１に接続されている。排ガスラインＬ７内には、燃焼器２１における燃焼により生じた排ガスＧ２が流通可能である。排ガスＧ２は、排ガスラインＬ７の他端部から排気される。排ガスラインＬ７の途中には、改質器１１と、第１熱交換器４１と、第２熱交換器４２と、第３熱交換器４３と、が接続されている。改質器１１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３、及び第１熱交換器４１は、この順で、排ガスラインＬ７中を流れる排ガスＧ２の流れの上流側から下流側へ向かって配置されている。
【００２１】
燃焼器向けガス供給ラインＬ４は、他端において燃焼器２１に接続されている。燃焼器向けガス供給ラインＬ４内には、都市ガス供給ラインＬ２を通して供給された都市ガスＧ１と、パージガス供給ラインＬ１を通して供給されたパージガスＧ３とがそれぞれ流通可能である。燃焼器向けガス供給ラインＬ４の途中には、流量計５６と、二方弁６４とが接続されている。流量計５６は、燃焼器向けガス供給ラインＬ４中を流れる都市ガスＧ１等の流れの上流側に配置されている。二方弁６４は、流量計５６よりも、燃焼器向けガス供給ラインＬ４中を流れる都市ガスＧ１等の流れの下流側に配置されている。流量計５６及び二方弁６４は、それぞれ制御部５１に電気的に接続されている。二方弁６４は、制御部５１による制御により開閉可能である。流量計５６は、燃焼器向けガス供給ラインＬ４内を流れる都市ガスＧ１の流量を測定する。
【００２２】
水素供給ラインＬ８は、一端において改質器１１に接続されており、他端においてＳＯＦＣ３１に接続されている。水素供給ラインＬ８内には、改質器１１において生成された水素が流通可能であり、水素は、ＳＯＦＣ３１において発電に用いられる。
【００２３】
オフガス供給ラインＬ１０は、一端側において２つに分岐しており、分岐した一端は、それぞれＳＯＦＣ３１の燃料極、空気極に接続されている。オフガス供給ラインＬ１０の他端は、燃焼器２１に接続されている。オフガス供給ラインＬ１０内には、ＳＯＦＣ３１の燃料極、空気極において発電に寄与しなかった水素のオフガス及び酸素のオフガスが流通可能である。
ＳＯＦＣ３１には、パワーコンディショナ３２が電気的に接続されており、パワーコンディショナ３２には、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３が電気的に接続されている。
【００２４】
燃焼器２１は、熱源を構成し、バーナーや炉等により構成される。燃焼器２１では、燃焼器向けガス供給ラインＬ４を通して供給された都市ガスＧ１と、オフガス供給ラインＬ１０を通して供給された水素のオフガス及び酸素のオフガスとが燃焼することにより熱が発生する。燃焼により生じた排ガスＧ２は、排ガスラインＬ７を通して排出される。
【００２５】
ＳＯＦＣ３１は、高温型燃料電池であり、熱源を構成する。ＳＯＦＣ３１においては、水素と酸素とが反応することによる発電が行われる。ＳＯＦＣ３１において発電を行う時の温度である運転温度は、８００℃〜１０００℃と高温である。熱源である燃焼器２１において発生した熱によってＳＯＦＣ３１は加熱され、ＳＯＦＣ３１は、高温の運転温度とされる。ＳＯＦＣ３１によって発電された電気Ｅ１は、パワーコンディショナ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
【００２６】
改質器１１は、触媒を有している。触媒の活性金属としては、ルテニウム（Ｒｕ）が用いられる。改質器１１は、熱源である燃焼器２１から排ガスラインＬ７に供給された排ガスＧ２を介して熱が供給されることにより、及び、ＳＯＦＣ３１の発電時の熱により、略７００℃〜７５０℃程度に加熱される。略７００℃〜７５０℃程度の高温下において、改質器１１では、触媒上で、燃料蒸気供給ラインＬ６を通して供給された蒸気Ｗ１と都市ガスＧ１とが反応する。この反応により、水素が発生する。水素は、水素供給ラインＬ８を通してＳＯＦＣ３１に供給される。
【００２７】
温度検知部５２は、温度計（図示せず）を有している。温度検知部５２は、燃料蒸気供給ラインＬ６内の都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１の混合ガスの温度を検出可能である。温度検知部５２により検出された温度のデータは、制御部５１へ送られる。
【００２８】
λセンサ５３は、燃料蒸気供給ラインＬ６内の都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１の混合ガスの空気比λをリニアに検出可能である。この検出により、制御部５１は、当該混合ガスが酸化雰囲気であるか還元雰囲気であるかを判断可能である。λセンサ５３に代えて、Ａ／Ｆセンサを用いてもよい。
【００２９】
パワーコンディショナ３２は、制御部５１に電気的に接続されている。パワーコンディショナ３２は、ＳＯＦＣ３１からＤＣ／ＡＣコンバータ３３へ電気Ｅ１を供給している時に、電力消費が少なくなったことによる電力量の減少（電流の減少）を検出し、制御部５１へその旨出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ３３は、燃料電池で発電された電気Ｅ１をＡＣ電圧に変換する。
【００３０】
第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３は、それぞれ排ガスラインＬ７内の高温の排ガスＧ２からの熱を、他の液体や気体に伝達する。具体的には、第１熱交換器４１では、排ガスラインＬ７内の高温の排ガスＧ２からの熱が、ＲＯ膜によりろ過され蒸気供給ラインＬ５内に流通する水Ｗ１に伝達され、当該水Ｗ１が蒸気Ｗ１となる。また、第２熱交換器４２では、排ガスラインＬ７内の高温の排ガスＧ２からの熱が、空気供給ラインＬ９内の空気Ａ１に伝達され、当該空気Ａ１が加熱される。また、第３熱交換器４３では、排ガスラインＬ７内の高温の排ガスＧ２からの熱が、蒸気供給ラインＬ５内の蒸気Ｗ１に伝達され、当該蒸気Ｗ１が加熱される。
【００３１】
制御部５１は、ＣＰＵ（図示せず）と記憶媒体（図示せず）とを主として有している。記憶媒体には、各種の制御を行うためにＣＰＵを動作させるためのプログラムと、後述する燃料蒸気供給ラインＬ６における混合ガスの温度の閾値としての「５００℃」の値と、空気比λの閾値としての「１」の値とがそれぞれ記憶されている。
上述した燃焼器２１、ＳＯＦＣ３１、改質器１１、温度検知部５２、λセンサ５３、二方弁６４、流量計５６、第２熱交換器４２、及び第３熱交換器４３は、断熱容器（図示せず）内に収容されている。
【００３２】
次に、本発明の実施形態による燃料電池システム１の制御部５１による制御について図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る燃料電池システム１の制御部５１による制御を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの制御は、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づいて、制御部５１により実行される。また、図２に示すフローチャートの処理は、ＳＯＦＣ３１による発電が行われている間に、繰り返し実行される。
【００３３】
図２に示すように、ステップＳＴ１において、制御部５１は、都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１を改質器１１に供給する制御を行う。
具体的には、制御部５１は、二方弁６１を閉じると共に二方弁６２を開く制御を行う。また、制御部５１は、二方弁６３及び二方弁６４を開く制御を行う。また、制御部５１は、ポンプ（図示せず）を駆動させて蒸気供給ラインＬ５内に水Ｗ１を供給する制御を行う。
これにより、都市ガスＧ１は、燃焼器２１に供給され、燃焼器２１内で燃焼されると共に、燃料蒸気供給ラインＬ６に供給される。また、燃焼器２１において燃焼により生じた高温の排ガスＧ２は、改質器１１に熱を伝達する。また、高温の排ガスＧ２は、第１熱交換器４１において蒸気供給ラインＬ５を流通する水Ｗ１を加熱して蒸気Ｗ１とし、第３熱交換器４３において燃料蒸気供給ラインＬ６を流通する蒸気Ｗ１及び都市ガスＧ１を加熱する。また、高温の排ガスＧ２は、第２熱交換器４２において、空気供給ラインＬ９を流通する空気Ａ１を加熱する。
燃料蒸気供給ラインＬ６の第３熱交換器４３において加熱された蒸気Ｗ１と都市ガスＧ１とは、改質器１１において略７００℃〜７５０℃程度の高温下で、触媒上で反応する。この反応により、水素が発生する。水素は、ＳＯＦＣ３１の燃料極に供給される。また、加熱された空気Ａ１は、ＳＯＦＣ３１の空気極に供給される。ＳＯＦＣ３１では、水素及び酸素が化学反応し、発電が行われる。発電された電気Ｅ１は、パワーコンディショナ３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３へ供給され、ＡＣ電圧に変換される。
【００３４】
次に、ステップＳＴ２において、制御部５１は、燃料蒸気供給ラインＬ６中の都市ガスＧ１と蒸気Ｗ１との混合ガスが５００℃以下か否かについて判断する。燃料蒸気供給ラインＬ６中の都市ガスＧ１と蒸気Ｗ１との混合ガスが５００℃以下であると制御部５１が判断したときには（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳＴ１へ戻る。制御部５１は、都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１を引き続き改質器１１に供給し続ける制御を行う。
燃料蒸気供給ラインＬ６中の都市ガスＧ１と蒸気Ｗ１との混合ガスが５００℃を越えていると制御部５１が判断したときには（ＮＯ）、ステップＳＴ３へ移行し、制御部５１は、燃料蒸気供給ラインＬ６中の都市ガスＧ１と蒸気Ｗ１との混合ガスにおける空気比λが１を越えるか否かについて判断する。当該混合ガスにおける空気比λが１以下であると制御部５１が判断したときには（ＮＯ）、燃料蒸気供給ラインＬ６内は還元雰囲気になっている。このため、ステップＳＴ１へ戻る。制御部５１は、都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１を引き続き改質器１１に供給し続ける制御を行う。
【００３５】
空気比λが１以下か１を越えるかで場合分けをした理由は、空気比λが１を越えた状態でＳＯＦＣ３１において発電を行っていると、触媒の活性金属であるルテニウム（Ｒｕ）が急激に酸化揮発してしまい、ＳＯＦＣ３１の出力が急激に低下するためである。空気比λが１以下であれば、ルテニウムの酸化揮発が急激に行われることはなく、ＳＯＦＣ３１の出力が大きく低下することはない。
【００３６】
ステップＳＴ３において、当該混合ガスにおける空気比λが１を越えていると制御部５１が判断したときには（ステップＳＴ３：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳＴ４へ移行し、制御部５１は、なんらかの原因により燃料蒸気供給ラインＬ６中の混合ガスに空気が混入して酸化雰囲気になっていることを認識し、燃料供給部、蒸気供給部、及びパージ部に対してそれぞれ制御を行う。
具体的には、ステップＳＴ４において、制御部５１は、二方弁６２を閉じ、二方弁６３及び二方弁６４を引き続き開く制御を行う。また、制御部５１は、ポンプ（図示せず）を駆動停止させて蒸気供給ラインＬ５内への水Ｗ１の供給を停止する制御を行う。これにより改質器１１への都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１の供給が停止される。
そして次に、制御部５１は、二方弁６１を開き、パージ部からのパージガスＧ３を、パージガス供給ラインＬ１及びガス供給ラインＬ３を通して燃料蒸気供給ラインＬ６に供給する。これにより、燃料蒸気供給ラインＬ６内に混入した空気の濃度を低下させることにより酸素の濃度を低下させ、酸化雰囲気を還元雰囲気に戻す。
【００３７】
次に、ステップＳＴ５において、再び、制御部５１は、二方弁６１を閉じると共に二方弁６２を開く制御を行う。また、制御部５１は、二方弁６３及び二方弁６４を引き続き開く制御を行う。また、制御部５１は、ポンプ（図示せず）を駆動させて蒸気供給ラインＬ５内に水Ｗ１を供給する制御を行う。
これにより、燃料蒸気供給ラインＬ６の第３熱交換器４３において加熱された蒸気Ｗ１と都市ガスＧ１とは、改質器１１において略７００℃〜７５０℃程度の高温下で、触媒上で反応する。この反応により水素が発生する。水素は、ＳＯＦＣ３１の燃料極に供給される。また、加熱された空気Ａ１は、ＳＯＦＣ３１の空気極に供給される。ＳＯＦＣ３１では、水素及び空気Ａ１中の酸素が化学反応し、再び発電が行われる。そして、処理は、ステップＳＴ１へ戻る。
【００３８】
上記本実施形態の燃料電池システム１によれば、以下のような効果を得ることができる。
前述のように、燃料電池システム１は、燃料蒸気供給ラインＬ６に接続され、燃料蒸気供給ラインＬ６内の燃料たる都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１の温度を検出可能な温度検知部５２と、燃料蒸気供給ラインＬ６に接続され、燃料蒸気供給ラインＬ６内の都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１に対する空気比λを検出可能なλセンサ５３と、λセンサ５３により検出された空気比λが、λ＞１のときに、燃料供給部による都市ガスＧ１の供給を停止し、蒸気供給部による蒸気Ｗ１の供給を停止し、パージ部により燃料蒸気供給ラインＬ６へのパージガスＧ３の供給を行うように、燃料供給部、蒸気供給部、及びパージ部に対して制御を行う制御部５１と、を備える。
このため、改質器１１に供給される都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１に空気が混入しても、直ぐに、パージを行うことにより空気の濃度を低下させることにより酸素の濃度を低下させ、酸化雰囲気から還元雰囲気へ戻すことができる。このため、触媒を構成するルテニウムに高温下で酸素が触れることを抑えることができ、触媒が酸化揮発してしまうことを抑えることができる。
【００３９】
また、制御部５１は、温度検知部５２により検知された燃料蒸気供給ラインＬ６内の都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１の温度が５００℃以下であるときには、パージ部による燃料蒸気供給ラインＬ６へのパージガスＧ３の供給をしないようにパージ部に対して制御を行い、燃料供給部による都市ガスＧ１の供給を停止せず、燃料供給部による都市ガスＧ１の供給を行い続けるように燃料供給部に対して制御を行い、蒸気供給部による蒸気Ｗ１の供給を停止せず、蒸気供給部による蒸気Ｗ１の供給を行い続けるように蒸気供給部に対して制御を行う。
このため、触媒が酸化揮発しにくい低温のときに、不必要な燃料供給停止や、不必要な蒸気供給停止や、不必要なパージを行うことを防止することができる。
【００４０】
また、熱源は、高温型燃料電池から排出される水素オフガス及び酸素オフガスを燃焼する燃焼器２１を有するため、水素オフガスや酸素オフガスを有効利用することができる。また、触媒はルテニウムを含むため、ルテニウムの酸化揮発を極力抑えることができる。
【００４１】
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、本実施形態では、触媒はルテニウムを含んでいたが、ルテニウムに限定されない。触媒としては、ルテニウム以外の活性金属であって、酸化雰囲気で酸化揮発する活性金属が用いられてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、触媒はルテニウムを含み、制御部５１は、温度検知部５２により検知された燃料蒸気供給ラインＬ６内の都市ガスＧ１及び蒸気Ｗ１の温度が５００℃以下であるときには、パージ部による燃料蒸気供給ラインＬ６へのパージガスＧ３の供給をしないようにパージ部に対して制御を行い、燃料供給部による都市ガスＧ１の供給を停止せず、燃料供給部による都市ガスＧ１の供給を行い続けるように燃料供給部に対して制御を行い、蒸気供給部による蒸気Ｗ１の供給を停止せず、蒸気供給部による蒸気Ｗ１の供給を行い続けるように蒸気供給部に対して制御を行った。しかし、これらの制御を行う閾値は、５００℃には限定されない。触媒がルテニウムを含まず、他の活性金属が用いられる場合には、当該他の活性金属が酸化揮発しやすくなる温度の値を、５００℃の閾値に代えて用いればよい。
また、燃料として都市ガスＧ１が用いられていたが、都市ガスＧ１に限られない。また、還元ガスであるパージガスＧ３として窒素が用いられたが、窒素に限定されない。例えば、都市ガスＧ１やメタン等の燃料をパージガスＧ３として用いてもよい。
【００４３】
また、高温型燃料電池は、ＳＯＦＣ３１に限定されない。また、熱源は燃焼器２１を有していたが、この構成に限定されない。また、水素オフガス及び酸素オフガスは燃焼器２１で燃焼させられたが、他の処理方法により処理されてもよい。また、燃料供給部、蒸気供給部、及びパージ部の構成は、本実施形態の構成に限定されない。
【００４４】
また、蒸気Ｗ１は、第１熱交換器４１及び第３熱交換器４３における排ガスＧ２の熱の利用により生成されたが、この生成方法に限定されない。例えば、ボイラにおいて生成した蒸気を用いてもよく、また、ボイラにおいて発生する熱を熱交換器において利用して、蒸気を発生させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  燃料電池システム
１１  改質器
２１  燃焼器
３１  ＳＯＦＣ
５２  温度検知部
５３  λセンサ
５１  制御部
Ｌ１  パージガス供給ライン
Ｌ２  都市ガス供給ライン
Ｌ３  ガス供給ライン
Ｌ５  蒸気供給ライン
Ｌ６  燃料蒸気供給ライン
Ｌ７  排ガスライン
６１、６２  二方弁
４１  第１熱交換器
【図１】
0005990992.tif 000002
【図２】
0005990992.tif 000003