(57)【要約】【課題】停止時において、セルスタックの温度を短時間で低下させることのできる燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置１０の制御部２１０は、燃料電池装置１０が動作状態から停止状態に移行する期間である停止期間において、第１燃焼器１３１における排ガスの燃焼を停止させ、第２燃焼器１３２において排ガスの燃焼が行われる状態に切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池装置（１０）であって、
改質燃料と酸化剤との供給を受けて発電するセルスタック（１００）と、
前記セルスタックから排出された残余の前記改質燃料及び残余の前記酸化剤、を含む排ガスを燃焼させる部分であって、燃焼熱によって前記セルスタックを加熱し得る位置に配置された第１燃焼器（１３１）と、
前記排ガスを燃焼させる部分であって、前記排ガスの流れる流路において前記第１燃焼器よりも下流側となる位置に配置された第２燃焼器（１３２）と、
燃料電池装置の動作を制御する制御部（２１０）と、を備え、
前記制御部は、
燃料電池装置が動作状態から停止状態に移行する期間である停止期間において、
前記第１燃焼器における前記排ガスの燃焼を停止させ、前記第２燃焼器において前記排ガスの燃焼が行われる状態に切り換える燃料電池装置。
【請求項２】
原燃料及び水蒸気の供給を受けて前記改質燃料を生成し、当該改質燃料を前記セルスタックに供給する改質器（１１１）を更に備え、
前記第１燃焼器は、燃焼熱によって前記改質器をも加熱し得る位置に配置されている、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記セルスタックの温度が所定温度以下まで低下した後に、前記第１燃焼器における前記排ガスの燃焼を停止させる、請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記所定温度は、前記排ガスの自着火が生じ得ない温度である、請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記第２燃焼器は、前記第２燃焼器で生じた燃焼熱が前記セルスタックに到達し得ない位置に配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記セルスタックに対する前記改質燃料の供給を停止することにより、前記第１燃焼器における前記排ガスの燃焼を停止させる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記第１燃焼器における消炎を検知する消炎検知部（１４６）を更に備え、
前記制御部は、
前記セルスタックに対する前記改質燃料の供給を停止し、前記消炎検知部によって消炎が検知された後に、前記セルスタックに対する前記改質燃料の供給を再開する、請求項６に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記消炎検知部によって消炎が検知された後、前記第１燃焼器の温度が、前記排ガスの自着火が生じ得ない温度まで低下した後に、前記セルスタックに対する前記改質燃料の供給を再開する、請求項７に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記第２燃焼器は、
前記排ガスに含まれる前記改質燃料と前記酸化剤とを、酸化触媒を介して反応させることにより燃焼熱を生じさせるものである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記第２燃焼器の温度が所定の目標温度を下回らないように、前記セルスタックに供給される前記酸化剤の流量を調整する、請求項９に記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記第２燃焼器よりも上流側において、前記排ガスにおける前記改質燃料の濃度が可燃濃度よりも低くなるように、前記セルスタックに供給される前記酸化剤の流量を調整する、請求項９に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置は、燃料及び酸化剤が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。その発電効率は非常に高く、また排出されるガスも比較的クリーンであることから、次世代の発電装置として注目されている。
【０００３】
燃料電池装置では、既存インフラから得られる原燃料（都市ガス、ＬＰＧ等）を改質して水素を生成するための改質器、を備えるのが一般的となっている。改質器の内部には改質触媒が配置されている。改質器では、供給された原燃料及び水蒸気が高温の改質触媒に触れることで水蒸気改質反応が生じ、水素が生成される。当該水素を含有するガスが、燃料として改質器からセルスタックへと供給される。以下では、改質器からセルスタックに供給される水素含有ガスのことを「改質燃料」とも称する。セルスタックで生じた熱を水蒸気改質反応のために有効利用し得るように、改質器はセルスタックの近傍に配置されることが多い（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００４】
セルスタックに供給される酸化剤としては、多くの場合空気が用いられる。燃料電池装置が動作しているときには、改質器で生成された改質燃料が各セルのアノードに供給されるとともに、ブロアから送り込まれる空気が各セルのカソードに供給される。
【０００５】
燃料電池装置を停止させる際には、高温となっているセルスタックを冷却し、その温度を低下させる必要がある。セルスタックの温度を低下させるために、カソードに対する空気の供給を継続的に行うことが一般的となっている。このとき、空気がカソード側からアノード側に回り込んでしまうと、アノードの酸化に伴ってセルスタックの発電性能が著しく低下してしまう。そこで、下記特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料電池装置を停止させる際において、カソードに対する空気の供給を継続的に行うのみならず、アノードに対する改質燃料の供給をも継続的に行うこととしている。改質燃料は還元性のガスであるから、アノード側に空気が回り込んだとしても、アノードの酸化を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９４５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
改質器の近傍には、水蒸気改質に必要な熱を改質器に加えるための燃焼器が設けられることが多い。燃焼器は、発電に寄与することなくセルスタックから排出された残余の改質燃料を燃焼させ、生じた燃焼熱によって改質器を加熱するものである。
【０００８】
セルスタックの近傍に改質器が配置された構成の燃料電池装置において、上記のような燃焼器が設けられた場合には、燃焼器で生じた燃焼熱は、改質器のみならずセルスタックにも加えられることとなる。このような構成においては、燃焼器からの燃焼熱により、起動時におけるセルスタックの昇温等を行うこともできる。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献に記載されているような制御、すなわち、停止時においてアノードに対する改質燃料の供給を継続させる制御が行われる場合には、セルスタックの近傍において、燃焼器の燃焼が継続的に行われることとなる。その結果、停止時においても燃焼器によりセルスタックが加熱されてしまうので、セルスタックの冷却に時間がかかり過ぎてしまうという問題が生じる。
【００１０】
本開示は、停止時において、セルスタックの温度を短時間で低下させることのできる燃料電池装置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】
【００１１】
本開示に係る燃料電池装置は、改質燃料と酸化剤との供給を受けて発電するセルスタック（１００）と、セルスタックから排出された残余の改質燃料及び残余の酸化剤、を含む排ガスを燃焼させる部分であって、燃焼熱によってセルスタックを加熱し得る位置に配置された第１燃焼器（１３１）と、排ガスを燃焼させる部分であって、排ガスの流れる流路において第１燃焼器よりも下流側となる位置に配置された第２燃焼器（１３２）と、燃料電池装置の動作を制御する制御部（２１０）と、を備える。制御部は、燃料電池装置が動作状態から停止状態に移行する期間である停止期間において、第１燃焼器における排ガスの燃焼を停止させ、第２燃焼器において排ガスの燃焼が行われる状態に切り換える。
【００１２】
このような構成の燃料電池装置では、停止期間において第１燃焼器における排ガスの燃焼を停止させるので、以降は第１燃焼器によるセルスタックの加熱が行われなくなる。このため、セルスタックの温度を短時間で低下させることができる。
【００１３】
また、第１燃焼器における排ガスの燃焼が停止した後は、下流側に配置された第２燃焼器において排ガスの燃焼が行われる。このため、セルスタックから排出された排ガスが、燃焼せずにそのまま外部に排出されてしまうことが防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、停止時において、セルスタックの温度を短時間で低下させることのできる燃料電池装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る燃料電池装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、制御部によって実行される処理の流れ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】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１を参照しながら、本実施形態に係る燃料電池装置１０の構成について説明する。燃料電池装置１０は、セルスタック１００と、改質器１１１と、蒸発器１１３と、制御部２１０と、を備えている。
【００１８】
セルスタック１００は、複数のセル（不図示）の集合体である。各セルは、固体酸化物形のセル（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）であって、平板状の固体電解質の一方側の面に燃料極（アノード）が形成され、他方側の面に空気極（カソード）が形成された構成となっている。これら燃料極及び空気極は、いずれも導電性のセラミックスで形成された多孔質体である。尚、平板状のセルを積層してなるセルスタック１００の具体的な構成としては公知のものを採用し得るので、その図示や詳細な説明を省略する。
【００１９】
セルスタック１００には、燃料供給配管１５１と、空気供給配管１６１とが接続されている。燃料供給配管１５１は、後述の改質器１１１において生成された水素含有ガス（以下、「改質燃料」とも称する）をセルスタック１００に供給するための配管である。燃料供給配管１５１を通ってセルスタック１００に供給された改質燃料は、それぞれのセルの燃料極に到達し、発電に供される。
【００２０】
空気供給配管１６１は、後述の空気ブロア１２２から送り込まれた発電用の空気（酸化剤）をセルスタック１００に供給するための配管である。空気供給配管１６１を通ってセルスタック１００に供給された空気は、それぞれの空気極に到達し、発電に供される。
【００２１】
セルスタック１００のそれぞれのセルでは、改質燃料と酸化剤との供給を受けることにより、燃料極と空気極との間において電位差が生じる。つまり、発電が行われる。セルスタック１００では、それぞれのセルが電気的に直列接続されている。このような構成により、セルスタック１００から高電圧の電力を外部に出力することが可能となっている。つまり、セルスタック１００は、改質燃料と酸化剤との供給を受けて発電するためのユニットとして構成されている。
【００２２】
セルスタック１００には更に、ガス排出配管１７１が接続されている。ガス排出配管１７１は、発電に供されることなくセルスタック１００から排出された残余の改質燃料及び残余の酸化剤を含むガス（以下、「排ガス」とも称する）を、後述の第１燃焼器１３１に導くための配管である。
【００２３】
改質器１１１は、原燃料及び水蒸気の供給を受けて改質燃料を生成し、当該改質燃料をセルスタック１００に供給するものである。本実施形態では、原燃料として都市ガスが用いられる。改質器１１１には、燃料供給配管１５１の上流側端部が接続されている。また、改質器１１１には、配管１５２の下流側端部も接続されている。配管１５２は、改質器１１１に原燃料及び水蒸気の混合気体（以下、「混合原料」とも称する）を供給するための配管である。
【００２４】
改質器１１１では、都市ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）との間で、以下の式（１）及び式（２）で示される水蒸気改質反応が生じる。当該反応により水素（Ｈ2）が生成され、改質器１１１からセルスタック１００に向けて改質燃料が供給される。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ＋３Ｈ2・・・（１）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ →  ＣＯ2＋Ｈ2・・・（２）
【００２５】
尚、改質器１１１において水蒸気改質反応が生じるためには、改質器１１１及びその内部の改質触媒が高温（約７００℃）となっている必要がある。また、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を維持するためには、外部から改質器１１１に対して継続的に熱が加えられる必要がある。本実施形態では、改質器１１１に隣接する位置に第１燃焼器１３１が設けられている。第１燃焼器１３１は、改質器１１１を加熱して水蒸気改質反応を継続的に生じさせるためのものである。
【００２６】
第１燃焼器１３１には、ガス排出配管１７１の下流側端部が接続されている。セルスタック１００において発電が行われているときには、第１燃焼器１３１には、セルスタック１００から排出された高温の排ガスが、ガス排出配管１７１を介して供給される。排ガスの熱は、第１燃焼器１３１から改質器１１１及びその内部の触媒に伝達され、水蒸気改質反応のために供される。
【００２７】
また、第１燃焼器１３１には不図示のバーナーが設けられている。セルスタック１００から第１燃焼器１３１に供給された排ガスは当該バーナーにより燃焼される。改質器１１１には、上記のように排ガスが当初から有していた熱が第１燃焼器１３１から加えられる他、排ガスの燃焼により生じた熱も第１燃焼器１３１から加えられ、水蒸気改質反応のために供される。
【００２８】
図１においては構成が模式的に示されているのであるが、実際には、改質器１１１及び第１燃焼器１３１は、いずれもセルスタック１００の近傍となる位置に配置されている。このため、第１燃焼器１３１における燃焼で生じた熱は、輻射伝熱によってセルスタック１００にも加えられる。つまり、第１燃焼器１３１は、燃焼熱によってセルスタック１００を加熱し得る位置に配置されている。第１燃焼器１３１は、燃料電池装置１０の起動時においてセルスタック１００を迅速に昇温させたり、燃料電池装置１０の動作中においてセルスタック１００の温度を適温に維持したりする機能をも有している。
【００２９】
蒸発器１１３は、液体の水を加熱して水蒸気を生成し、当該水蒸気を改質器１１１に供給するためのものである。蒸発器１１３と改質器１１１との間は配管１５２で接続されている。蒸発器１１３で生成された水蒸気は、配管１５２を通って改質器１１１に供給される。
【００３０】
配管１５２の途中には、配管１５５の一端が接続されている。配管１５５の他端は燃料ブロア１１６に接続されている。配管１５５は、配管１５２に原燃料である都市ガスを供給するための配管である。
【００３１】
蒸発器１１３には、配管１５３の一端が接続されている。配管１５３の他端は水供給ポンプ１１４に接続されている。配管１５３は、蒸発器１１３に液体の水を供給するための配管である。配管１５３を通って蒸発器１１３に供給された水は、加熱されて水蒸気となった後、配管１５２を通って改質器１１１に供給される。
【００３２】
本実施形態では、蒸発器１１３において水を蒸発させるための熱源として、セルスタック１００から排出された排ガス、又は第１燃焼器における燃焼で生じたガス（以下、「燃焼排ガス」とも称する）が用いられる。蒸発器１１３は、配管１５３を通じて供給される液体の水と、配管１７３を通じて供給される排ガス又は燃焼排ガスと、の間で熱交換を行わせるための熱交換器として構成されている。
【００３３】
第１燃焼器１３１と蒸発器１１３との間は、配管１７２、空気加熱器１２１、及び配管１７３によって接続されている。第１燃焼器１３１において排ガスの燃焼が行われているときには、当該燃焼により生じた燃焼排ガスが、配管１７２、空気加熱器１２１、及び配管１７３を順に通って蒸発器１１３に供給される。液体の水は、燃焼排ガスの熱によって水蒸気となる。
【００３４】
また、第１燃焼器１３１において排ガスの燃焼が行われていないときには、セルスタック１００から排出された高温の排ガスは、第１燃焼器１３１をそのまま通過した後、配管１７２、空気加熱器１２１、及び配管１７３を順に通って蒸発器１１３に供給される。この場合、液体の水は（燃焼排ガスではなく）排ガスの熱によって水蒸気となる。
【００３５】
蒸発器１１３に供給された排ガス又は燃焼排ガスは、上記のように水蒸気の生成に供された後、配管１７４を通って排出される。配管１７４の一端側は蒸発器１１３に接続されており、他端側は第２燃焼器１３２に接続されている。第２燃焼器１３２は、排ガスの流れる流路において第１燃焼器１３１よりも下流側となる位置に配置されている。
【００３６】
第２燃焼器１３２の内部には、不図示の酸化触媒が配置されている。第２燃焼器１３２は、排ガスに含まれる改質燃料と空気（酸化剤）とを、酸化触媒を介して反応させることにより燃焼熱を生じさせるものである。つまり、第２燃焼器１３２は、例えば自動車の排ガスを浄化する触媒コンバータのように、火炎を生じさせることなく排ガスを燃焼させるものとして構成されている。
【００３７】
第１燃焼器１３１において排ガスの燃焼が行われていないときには、蒸発器１１３から第２燃焼器１３２に向けて排ガスが排出されることとなる。この排ガスには、発電に供されなかった水素や、都市ガスの成分であるメタンが含まれている。第２燃焼器１３２は、このような排ガスがそのまま外部に排出されることの無いように、排ガスを燃焼させるためのものである。第２燃焼器１３２における燃焼で生じたガスは、配管１７５を通じて外部へと排出される。尚、第１燃焼器１３１において排ガスの燃焼が行われているときには、第２燃焼器１３２における燃焼は行われない。この場合、第１燃焼器１３１における燃焼で生じた燃焼排ガスは、第２燃焼器１３２をそのまま通過した後、配管１７５を通じて外部へと排出される。
【００３８】
原燃料が供給される経路について説明する。原燃料は、都市ガス供給源１１７から配管１５６を介して供給され、燃料ブロア１１６によって配管１５５から配管１５２へと送り込まれる。配管１５６は、都市ガス供給源１１７と燃料ブロア１１６とを繋ぐ配管である。本実施形態においては、都市ガス供給源１１７はガスメータである。燃料ブロア１１６の回転数、すなわち、改質器１１１に供給される原燃料の流量は、後述の制御部２１０によって制御される。
【００３９】
液体の水が供給される経路について説明する。水は、水供給源１１５から配管１５４を介して供給され、水供給ポンプ１１４によって配管１５３から蒸発器１１３へと送り込まれる。配管１５４は、水供給源１１５と水供給ポンプ１１４とを繋ぐ配管である。本実施形態における水供給源１１５は、燃料電池装置１０が備える水タンクである。水供給ポンプ１１４は、間欠的に少量ずつの水を送り出すことのできるポンプである。水供給ポンプ１１４の動作、すなわち、蒸発器１１３に供給される水の流量は、制御部２１０によって制御される。
【００４０】
空気、すなわち酸化剤が供給される経路について説明する。空気は、空気供給源１２３から配管１６３を介して供給され、空気ブロア１２２によってセルスタック１００へと送り込まれる。本実施形態では、空気供給源１２３は大気である。配管１６３は、その一端が空気ブロア１２２に接続されており、その他端が大気に開放されている。空気ブロア１２２の回転数、すなわち、セルスタック１００に供給される空気の流量は、制御部２１０によって制御される。
【００４１】
空気ブロア１２２とセルスタック１００との間は、配管１６２、空気加熱器１２１、及び空気供給配管１６１によって接続されている。空気加熱器１２１は、セルスタック１００に供給される空気を予め加熱し、その温度を上昇させておくための熱交換器である。空気加熱器１２１には、セルスタック１００から排出された高温の排ガス、又は第１燃焼器１３１における燃焼で生じた高温の燃焼排ガスが、配管１７２を通じて供給されている。配管１６２を通じて空気加熱器１２１に供給された空気は、高温の排ガス又は燃焼排ガスによって加熱された後、空気供給配管１６１を通じてセルスタック１００に供給される。
【００４２】
制御部２１０は、燃料電池装置１０の全体の動作を制御する装置である。制御部２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムとして構成されている。既に述べたように、制御部２１０は、燃料ブロア１１６、水供給ポンプ１１４、及び空気ブロア１２２のそれぞれの動作を制御する。制御部２１０によって行われる具体的な制御の内容については後に説明する。
【００４３】
その他の構成について説明する。ガス排出配管１７１の途中には、配管１６５の一端が接続されている。配管１６５の他端は、空気ブロア１２４に接続されている。空気ブロア１２４は、空気供給源１２３（つまり大気）からの空気を、ガス排出配管１７１に供給するためのものとして設けられている。空気は、空気供給源１２３から配管１６６を介して空気ブロア１２４に供給され、配管１６５を介してガス排出配管１７１に供給される。空気ブロア１２４の回転数、すなわち、ガス排出配管１７１に供給される空気の流量は、制御部２１０によって制御される。尚、燃料電池装置１０が動作状態であるとき、すなわち燃料電池装置１０から外部への電力供給が行われているときには、空気ブロア１２４は常に停止した状態となっている。
【００４４】
燃料電池装置１０には、様々な物理量を測定するための複数のセンサが設けられている。図１では、これらのセンサのうち、セル温度センサ１４１、改質器温度センサ１４２、第１燃焼器温度センサ１４３、蒸発器温度センサ１４４、第２燃焼器温度センサ１４５、及び火炎センサ１４６が示されている。
【００４５】
セル温度センサ１４１は、発電中におけるセルスタック１００の温度を測定するためのセンサである。セル温度センサ１４１で測定されたセルスタック１００の温度は、制御部２１０に伝達される。制御部２１０は、セルスタック１００の温度が発電に適した温度に保たれるよう空気ブロア１２２の回転数等を調整する。
【００４６】
改質器温度センサ１４２は、改質器１１１の触媒温度を測定するためのセンサである。改質器温度センサ１４２で測定された触媒温度は、制御部２１０に伝達される。制御部２１０は、改質器１１１における水蒸気改質反応が安定して生じるよう、測定された触媒温度に基づいて燃料ブロア１１６や水供給ポンプ１１４等の動作を制御する。尚、改質器温度センサ１４２によって測定される触媒温度は、改質器１１１を通過する混合原料の温度に概ね等しい。このため、改質器温度センサ１４２は、改質器１１１の内部における混合原料の温度を測定するためのセンサということもできる。
【００４７】
第１燃焼器温度センサ１４３は、第１燃焼器１３１の温度を測定するためのセンサである。第１燃焼器温度センサ１４３で測定される第１燃焼器１３１の温度は、第１燃焼器１３１を通る排ガスの温度に等しい。第１燃焼器温度センサ１４３で測定された温度は制御部２１０に伝達される。燃料電池装置１０を停止状態に移行させる移行期間において、制御部２１０は、第１燃焼器温度センサ１４３で測定された温度に基づいて燃料ブロア１１６の動作を制御する。当該制御の具体的な態様については後述する。
【００４８】
蒸発器温度センサ１４４は、蒸発器１１３の内壁の温度、すなわち水が触れて蒸発する部分の温度を測定するためのセンサである。蒸発器温度センサ１４４で測定された温度は制御部２１０に伝達される。
【００４９】
第２燃焼器温度センサ１４５は、第２燃焼器１３２の温度を測定するためのセンサである。第２燃焼器温度センサ１４５で測定される第２燃焼器１３２の温度は、第２燃焼器１３２を通る排ガス又は燃焼排ガスの温度に等しい。第２燃焼器温度センサ１４５で測定された温度は制御部２１０に伝達される。燃料電池装置１０を停止状態に移行させる移行期間において、制御部２１０は、第２燃焼器温度センサ１４５で測定された温度に基づいて空気ブロア１２２の動作を制御する。当該制御の具体的な態様については後述する。
【００５０】
火炎センサ１４６は、第１燃焼器１３１における火炎の有無を検知するためのセンサである。火炎センサ１４６は、第１燃焼器１３１における着火及び消炎のいずれをも検知することができる。火炎センサ１４６は、検知結果（つまり火炎の有無）を示す信号を制御部２１０に送信する。
【００５１】
燃料電池装置１０が動作状態であるとき、すなわち燃料電池装置１０から外部への電力供給が行われているときには、制御部２１０は、外部に出力される電力の大きさに応じて、セルスタック１００に供給される改質燃料や空気の流量を調整する。その際、セルスタック１００は高温となっており、概ね７００℃程度に維持されている。
【００５２】
発電中、セルスタック１００のそれぞれのセルにおいては、カソード側における空気の圧力と、アノード側における改質燃料の圧力とが概ね等しくなっている。このため、例えばセルをフレームに保持するためのガラス封止部分などを通じて、カソード側の空気がアノード側に漏出するような現象はほとんど生じない。仮に生じたとしても、アノード側には多量の還元性のガス（Ｈ2等）が多量に存在するので、空気に触れることによるアノードの酸化は生じない。
【００５３】
燃料電池装置１０から外部への電力供給が終了すると、燃料電池装置１０は停止状態とされる。このとき、高温となっているセルの破損や劣化を防止するために、セルスタック１００に対する改質燃料や空気の供給は直ちには停止されない。本実施形態では、燃料電池装置１０が動作状態から停止状態に移行するまでの停止期間において、セルスタック１００に対する空気の供給が継続的に行われる。これにより、セルスタック１００は冷却され、その温度を次第に低下させて行く。
【００５４】
ところで、上記の停止期間においては外部への電力供給は不要なのであるから、セルスタック１００への改質燃料の供給を停止してもよいように思われる。しかしながら、改質燃料の供給を停止してしまうと、アノード側には還元性のガスが少量しか存在しなくなるので、カソード側から漏出した空気に触れることによるアノードの酸化が生じやすくなる。
【００５５】
更に、改質燃料の供給を停止した場合には、カソード側における空気の圧力に比べて、アノード側における改質燃料の圧力が著しく低下した状態となってしまう。このため、カソード側の空気がアノード側に漏出したり、ガス排出配管１７１の上流側部分を介してアノード側に回り込んだりする現象が生じやすくなる。その結果、多量の空気がアノード側に到達し、アノードの酸化が生じる可能性が高くなってしまう。
【００５６】
そこで、本実施形態では、停止期間においてもセルスタック１００に対する改質燃料の供給が継続的に行われることとしている。これにより、アノードの酸化を防止することができる。
【００５７】
停止期間において制御部２１０により行われる処理の具体的な内容を、図２を参照しながら説明する。図２に示される一連の処理は、燃料電池装置１０による発電を停止するための操作が行われた時点以降において、制御部２１０によって実行されるものである。すなわち、燃料電池装置１０が動作状態から停止状態に移行する期間である停止期間において、制御部２１０によって実行されるものである。
【００５８】
最初のステップＳ０１では、セルスタック１００に対する改質燃料の供給量を低減するための処理が行われる。具体的には、制御部２１０は燃料ブロア１１６の回転数を低下させ、改質器１１１に供給される原燃料の流量を低下させる。このとき、制御部２１０は必要に応じて水供給ポンプ１１４の回転数も低下させる。ステップＳ０１の処理が行われると、以降はセルスタック１００での発熱量が小さくなり、セルスタック１００の温度は次第に低下して行く。
【００５９】
ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、セルスタック１００の温度、すなわちセル温度センサ１４１で測定された温度が、所定温度である５５０℃を下回っているか否かが判定される。この５５０℃という温度は、排ガスの自着火が生じ得ない程度に低い温度、として予め設定された温度である。セルスタック１００の温度が５５０℃以上である場合には、ステップＳ０２の処理が繰り返し実行される。セルスタック１００の温度が５５０℃を下回っている場合にはステップＳ０３に移行する。
【００６０】
ステップＳ０３では、第１燃焼器１３１における排ガスの燃焼を停止させるための処理が行われる。本実施形態では、燃料ブロア１１６の動作を停止させ、第１燃焼器１３１に到達する原燃料の流量を０とすることにより、第１燃焼器１３１における排ガスの燃焼を停止させる。換言すれば、セルスタック１００に対する改質燃料の供給を停止することにより、第１燃焼器１３１における排ガスの燃焼を停止させる。以降は、第１燃焼器１３１の温度は次第に低下して行く。
【００６１】
尚、ステップＳ０３では、他の方法によって第１燃焼器１３１における燃焼を停止させてもよい。例えば、空気ブロア１２２の回転数を増加させることにより、第１燃焼器１３１で生じている火炎を吹き消すこととしてもよい。
【００６２】
このように、制御部２１０は、セルスタック１００の温度が所定温度（５５０℃）以下まで低下した後に、第１燃焼器１３１における排ガスの燃焼を停止させる。このため、熱容量の大きなセルスタック１００からの熱に起因して、燃焼停止後に排ガスの自着火が生じてしまうようなことが防止される。
【００６３】
ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、第１燃焼器１３１における消炎が検知されたか否かが判定される。かかる判定は火炎センサ１４６からの信号に基づいて行われる。火炎センサ１４６は、本実施形態における「消炎検知部」に該当する。消炎が検知されなかった場合には、ステップＳ０４の処理が繰り返し実行される。消炎が検知された場合にはステップＳ０５に移行する。
【００６４】
ステップＳ０５では、第１燃焼器１３１の温度、すなわち第１燃焼器温度センサ１４３で測定された温度が、５５０℃を下回っているか否かが判定される。この５５０℃という温度は、燃料ブロア１１６の動作を再開させ、改質器１１１に原燃料を供給したとしても、第１燃焼器１３１において改質燃料に対する自着火が生じ得ない程度に低い温度、として予め設定された温度である。第１燃焼器１３１の温度が５５０℃以上である場合には、ステップＳ０５の処理が繰り返し実行される。第１燃焼器１３１の温度が５５０℃を下回っている場合にはステップＳ０６に移行する。
【００６５】
ステップＳ０６では、燃料ブロア１１６の動作が再開され、改質器１１１に対する原燃料の供給が再開される。これに伴い、改質器１１１からの改質燃料が再びセルスタック１００に供給され始める。
【００６６】
尚、ステップＳ０３からステップＳ０６までの期間では、上記のように改質器１１１に対する原燃料の供給が一時的に停止され、セルスタック１００に対する改質燃料の供給が停止された状態となる。当該期間の長さによっては、セルスタック１００におけるアノードの酸化が生じてしまう可能性がある。
【００６７】
そこで、本実施形態では、ステップＳ０３からステップＳ０６までの期間において一時的に空気ブロア１２４を動作させ、第１燃焼器１３１に対して低温の空気を供給する処理が行われる。つまり、制御部２１０は、ステップＳ０３において燃料ブロア１１６の動作を停止させると同時に、空気ブロア１２４の動作を開始させる。また、制御部２１０は、ステップＳ０６において燃料ブロア１１６の動作を再開させると同時に、空気ブロア１２４の動作を停止させる。これにより、第１燃焼器１３１の温度は急速に低下するので、ステップＳ０３からステップＳ０６までの期間、すなわち、セルスタック１００に対する改質燃料の供給が停止される期間を短くすることができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、セルスタック１００に対する改質燃料の供給を停止し（ステップＳ０３）、火炎センサ１４６によって消炎が検知された後（ステップＳ０４）に、セルスタック１００に対する改質燃料の供給を再開する処理（ステップＳ０６）が行われる。更に具体的には、火炎センサ１４６によって消炎が検知された後（ステップＳ０４）、第１燃焼器１３１の温度が、排ガスの自着火が生じ得ない温度まで低下した後（ステップＳ０５）に、セルスタック１００に対する改質燃料の供給を再開する処理（ステップＳ０６）が行われる。
【００６９】
以上のような処理により、セルスタック１００に対する改質燃料の供給が、停止期間においても継続して行われることとなる。これにより、セルスタック１００におけるアノードの酸化を確実に防止することができる。
【００７０】
また、セルスタック１００に対する改質燃料の供給が上記のようなタイミングで再開されるので、第１燃焼器１３１における排ガスの燃焼を確実に停止させ、且つ再着火を高い確率で防止することができる。第１燃焼器１３１の燃焼熱によるセルスタック１００の加熱が行われなくなるので、以降はセルスタック１００の温度を効率よく低下させることができる。
【００７１】
ステップＳ０６の処理が行われた以降では、第２燃焼器１３２に排ガスが到達するようになり、第２燃焼器１３２で排ガスの燃焼が生じるようになる。つまり、ステップＳ０３からステップＳ０６までの処理によって、第１燃焼器１３１において排ガスの燃焼が生じている状態から、第２燃焼器１３２において排ガスの燃焼が生じている状態へと切り換えられる。
【００７２】
本実施形態では、第２燃焼器１３２が、第２燃焼器１３２で生じた燃焼熱がセルスタック１００に到達し得ない位置に配置されている。つまり、第２燃焼器１３２とセルスタック１００との間が熱的に遮断されている。このため、第２燃焼器１３２で生じた燃焼熱によりセルスタック１００が加熱されてしまうことが確実に防止されるので、セルスタック１００の温度を短期間で低下させることができる。尚、「第２燃焼器１３２で生じた燃焼熱がセルスタック１００に到達し得ない位置」とは、例えば、セルスタック１００や改質器１１１等を収容する容器の外側となる位置である。
【００７３】
ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、第１燃焼器１３１において再着火が生じたか否かが念のために判定される。例えば、第１燃焼器１３１の内部が局所的に高温になっているような場合には、第１燃焼器温度センサ１４３で測定された温度が５５０℃を下回っていても再着火が生じてしまうことがある。再着火が生じたか否かの判定は、火炎センサ１４６からの信号に基づいて行われる。
【００７４】
第１燃焼器１３１において再着火が生じたと判定された場合には、ステップＳ０３以降の処理が再度実行される。再着火が生じていないと判定された場合にはステップＳ０８に移行する。
【００７５】
ステップＳ０８では、セルスタック１００の温度、すなわちセル温度センサ１４１で測定された温度が、２００℃を超えているか否かが判定される。セルスタック１００の温度が２００℃を超えている場合にはステップＳ０９に移行する。
【００７６】
ステップＳ０９では、第２燃焼器１３２の温度、すなわち第２燃焼器温度センサ１４５で測定された温度が、５００℃を超えているか否かが判定される。この５００℃という温度は、第２燃焼器１３２の内部で燃焼が生じ得るために必要な最低限の温度（目標温度）として、予め設定された温度である。
【００７７】
第２燃焼器１３２の温度が５００℃以上である場合には、ステップＳ０８の処理が再度行われる。第２燃焼器１３２の温度が５００℃を下回っている場合には、ステップＳ１０に移行する。
【００７８】
ステップＳ１０では、セルスタック１００に対する空気供給量を低減する処理が行われる。具体的には、空気ブロア１２２の回転数を減少させる処理が行われる。これにより、第２燃焼器１３２に到達する排ガスの、改質燃料の濃度が高くなる。その結果、第２燃焼器１３２で生じる燃焼熱が増加し、第２燃焼器１３２の温度が上昇するので、第２燃焼器１３２の温度は５００℃以上に維持される。
【００７９】
このように、制御部２１０は、第２燃焼器１３２の温度が所定の目標温度（５００℃）を下回らないように、セルスタック１００に供給される空気（酸化剤）の流量を調整する。これにより、第２燃焼器１３２の温度が５００℃以上に維持されるので、第２燃焼器１３２における排ガスの燃焼が維持される。ステップＳ１０の処理が行われた後は、ステップＳ０８以降の処理が再度実行される。
【００８０】
ところで、第２燃焼器１３２よりも上流側で、排ガスにおける改質燃料の濃度が高くなり過ぎると、例えば火花放電等に伴って排ガスへの着火が生じてしまう可能性がある。このような現象を防止するために、ステップＳ１０においては、第２燃焼器１３２よりも上流側における上記濃度が可燃濃度（排ガスが火花などに触れると燃焼が生じてしまうような濃度）よりも低くなるように、セルスタック１００に供給される空気（酸化剤）の流量を調整することが好ましい。
【００８１】
尚、第２燃焼器１３２の温度を確実に５００℃以上に維持するために、第２燃焼器１３２を加熱するためのヒータが設けられていてもよい。このような構成においては、第２燃焼器１３２の温度を５００℃以上に維持することが、ステップＳ１０の処理のみでは困難となった場合（例えば、セルスタックの温度が２００℃近くまで低下した場合）にのみ、ヒータへの通電が行われることとすればよい。これにより、ヒータ通電による消費エネルギーを最小限に抑えながら、第２燃焼器１３２で燃焼が生じている状態を確実に維持することができる。
【００８２】
ステップＳ０８において、セルスタック１００の温度が２００℃以下となっていた場合には、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１に移行したということは、カソードの酸化が生じ得ない程度に、セルスタック１００の温度が低下したということである。そこで、ステップＳ１１では、セルスタック１００に対する改質燃料の供給を停止させる処理が行われる。具体的には、燃料ブロア１１６、水供給ポンプ１１４、及び空気ブロア１２２の全てを停止する処理が行われる。これにより、燃料電池装置１０は停止状態となる。
【００８３】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０：燃料電池装置
１００：セルスタック
１１１：改質器
１３１：第１燃焼器
１３２：第２燃焼器
１４６：火炎センサ
２１０：制御部
【図１】
2018055944.tif 000003
【図２】
2018055944.tif 000004