(57)【要約】      （修正有）【課題】起動シーケンスにおいて改質器およびセルスタックの過昇温および燃焼部における失火防止が可能な高温作動型燃料電池システムを提供する。【解決手段】高温動作型燃料電池システム１００は、改質器７、セルスタック４、原料供給器１０、水供給器１２、発電用空気を供給する空気供給器１１、オフガスを燃焼させセルスタックおよび改質器７を加熱する燃焼部５、着火器８、及び制御器２０を備え、制御器２０は、起動シーケンスにおいて、オフガスへの着火前に改質器７に原料を供給するように制御するとともに、発電用空気をセルスタック４に供給するように制御し、オフガスへの着火後に改質用水を供給開始して、供給量を段階的に増加させるように制御するとともに、改質用水の供給開始後に発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスと発電用空気とを利用して発電するセルスタックと、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
前記改質器に改質用水を供給する水供給器と、
前記発電用空気を前記セルスタックに供給する空気供給器と、
前記セルスタックから排出されたオフガスを燃焼させ、この燃焼にともなって生じた熱により前記セルスタックおよび前記改質器を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部において前記オフガスに着火する着火器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、
高温動作型燃料電池システムの起動シーケンスにおいて、
前記着火器による前記オフガスへの着火前に、
前記原料供給器が前記改質器に前記原料を供給するように制御するとともに、前記空気供給器が前記セルスタックに前記発電用空気を供給するように制御しており、
前記着火器によるオフガスへの着火後に、
前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給開始して、該改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御するとともに、該水供給器による前記改質用水の供給開始後に、前記空気供給器が前記発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御する、高温動作型燃料電池システム。
【請求項２】
前記改質器の温度を検知する温度検知器をさらに備え、
前記制御器は、
前記オフガスへの着火後、前記温度検知器によって検知された改質器の温度が前記改質用水を気化させることができる第１所定温度以上になったとき、
前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給開始するように制御する、請求項１に記載の高温動作型燃料電池システム。
【請求項３】
前記改質器は、前記水供給器によって供給された改質用水を気化させる蒸発部を有しており、
前記制御器は、
前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第１所定温度以上かつ、前記燃焼部において安定した火炎で燃焼していると判定できる第２所定温度未満であるとき、
前記燃焼部における燃焼に関与する空気の空気過剰率が１．２以上、４．０以下の範囲の値となるように、前記空気供給器が該セルスタックに前記発電用空気を供給するように制御するとともに、
前記改質器に供給される前記原料中の炭素に対する、前記蒸発部において気化された前記改質用水中の水のモル比が、０．０１以上、１．２以下の範囲の値となるように、前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給するように制御する、請求項２に記載の高温動作型燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、
前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第２所定温度以上かつ、前記改質器において改質反応が十分に進んだと判定することができる第３所定温度未満であるとき、
前記空気供給器が、前記セルスタックに、所定範囲内の流量の発電用空気を供給するように制御するとともに、
前記水供給器が、前記改質器に供給する改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御する、請求項３に記載の高温動作型燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、
前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第２所定温度以上、かつ前記第３所定温度未満であるとき、
前記改質器に供給される前記原料中の炭素に対する、前記蒸発部において気化された前記改質用水中の水のモル比が、１．２以上となるまで、前記水供給器が、前記改質器に供給する改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御する、請求項４に記載の高温動作型燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、
前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第３所定温度以上であるとき、
前記空気過剰率が１．２以上、６．０以下の範囲の値となるように、前記空気供給器が該セルスタックに供給する前記発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御する、請求項５に記載の高温動作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、高温動作型燃料電池システムに関するものであり、特に、高温動作型燃料電池システムの起動シーケンスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温動作型燃料電池の一例として、例えば、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下、ＳＯＦＣと称する）が挙げられる。ＳＯＦＣは、電解質に酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を配置した構成を有する。このＳＯＦＣでは、一方の電極側に、都市ガス（１３Ａ）などの原料を改質して得た改質ガスが供給され、他方の電極側に空気などの酸化剤ガスが供給される。そして、ＳＯＦＣは供給された改質ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学反応により発電する。この発電により得られた電力はＳＯＦＣの外部に取り出され各種の電力負荷に供給される。また、発電時に熱が生成されるが、この熱は原料、発電用空気、および改質水等の加熱に利用することができる。
【０００３】
また、発電に際して、原料を改質する改質器を、改質反応を可能とする温度となるように加熱する必要がある。また、改質器において水蒸気改質を実施する構成の場合、水を気化させて水蒸気を改質器に供給するための蒸発器も加熱する必要がある。
【０００４】
そこで、燃料電池セルから排出されたオフガスを燃焼させることにより改質器および蒸発器を加熱するＳＯＦＣシステムが提案されている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１、２に係るＳＯＦＣシステム(固体酸化物型燃料電池装置)は、オフガスの燃焼により改質器および蒸発器を加熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８５２６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７０９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、一例として、起動シーケンスにおいて改質器およびセルスタックの過昇温及び燃焼部における失火を防ぐことができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る高温動作型燃料電池システムの一態様（aspect）は、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスと発電用空気とを利用して発電するセルスタックと、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、前記改質器に改質用水を供給する水供給器と、前記発電用空気を前記セルスタックに供給する空気供給器と、前記セルスタックから排出されたオフガスを燃焼させ、この燃焼にともなって生じた熱により前記セルスタックおよび前記改質器を加熱する燃焼部と、前記燃焼部において前記オフガスに着火する着火器と、制御器と、を備え、前記制御器は、高温動作型燃料電池システムの起動シーケンスにおいて、前記着火器による前記オフガスへの着火前に、前記原料供給器が前記改質器に前記原料を供給するように制御するとともに、前記空気供給器が前記セルスタックに前記発電用空気を供給するように制御しており、前記着火器によるオフガスへの着火後に、前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給開始して、該改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御するとともに、該水供給器による前記改質用水の供給開始後に、前記空気供給器が前記発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上に説明したように構成され、高温動作型燃料電池システムの起動シーケンスにおいて改質器およびセルスタックの過昇温及び燃焼部における失火を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るＳＯＦＣシステムの全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＳＯＦＣシステムの起動シーケンスにおける動作処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係るＳＯＦＣシステムの起動シーケンスにおける各流体の供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の実施形態の変形例１に係るＳＯＦＣシステムの起動シーケンスにおける各流体の供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施形態の変形例２に係るＳＯＦＣシステムの起動シーケンスにおける各流体の供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
ＳＯＦＣシステムが備える改質器において、原料から改質ガスを生成するために行う改質反応は、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）、水蒸気改質反応（ＳＲ）、及びこれら２つの反応が混在したオートサーマル改質反応（ＡＴＲ）が例示できる。ＰＯＸは、原料と酸素とが反応して改質ガス（水素含有ガス）を生成する発熱反応である。一方、ＳＲは、原料と水蒸気とが反応して改質ガスを生成する吸熱反応である。
【００１１】
ここで、本発明者らは、上記した特許文献１、２に係るＳＯＦＣシステムにおける起動シーケンスについて鋭意検討した。
【００１２】
まず、特許文献１に係るＳＯＦＣシステムは、起動シーケンスにおいて、点火装置を用いてセルの上端部から流出するオフガスに点火して、このオフガスの燃焼により改質器及び蒸発器を加熱するように制御する構成である。特許文献１では、このような構成において、オフガスへの点火前に、蒸発器への水供給を開始させる。このように、オフガスへの点火前に、蒸発器への水供給を開始させる構成であるため、オフガスの燃焼により改質器が温度上昇したとしても、この改質器において水蒸気改質が誘発される方向となり、未改質な炭素の発生を抑えることができる。また、仮に未改質炭素が発生しても水蒸気と反応させて、一酸化炭素または二酸化炭素に変化させて除去することができる。これにより、特許文献１に記載されたＳＯＦＣシステムでは、セル内と改質触媒に析出炭素が蓄積されることを防ぐことができる構成となっている。
【００１３】
しかしながら、本発明者らは、特許文献１に係るＳＯＦＣシステムにおいて、以下の問題が生じることを見出した。
【００１４】
まず、特許文献１に係るＳＯＦＣシステムでは、起動シーケンスにおいて、オフガスの燃焼熱によって改質器を昇温させる燃焼工程では、一定流量の発電用空気および改質水が供給されるように制御されている。その後、燃焼工程から第１の水蒸気改質反応工程（ＳＲ１）に移行すると、発電用空気の供給量は一定のまま、改質水の供給量が単調増加する。その後、改質器温度センサによる検出温度が約４５０℃に達すると、第１の水蒸気改質反応工程（ＳＲ１）から第２の水蒸気改質反応工程（ＳＲ２）へと移行する。ここで、第２の水蒸気改質反応工程（ＳＲ２）の初期段階では、発電用空気の供給量が低減される一方で、改質水の供給量が増加されるように制御されている。
【００１５】
ところで、第２の水蒸気改質反応工程（ＳＲ２）の開始時には、改質反応がすすんでおり大量の改質ガスが生成されているため、オフガスの燃焼熱が大きくなっているものと考えられる。このような状態で、発電用空気の供給量を低減させると、セルスタックおよび改質器等の被加熱部が過昇温になる可能性があることを見出した。
【００１６】
また、特許文献１に係るＳＯＦＣシステムでは、起動シーケンスにおいて、オフガスへの点火前に、蒸発部への水供給を開始するように制御されている。このようなオフガスへの点火前は、まだ蒸発器の温度が低く、水を気化させるためには蒸発器に、例えば、別途、加熱器を設ける等、さらなる部材を付加して熱を与える必要があるという問題がある。
【００１７】
一方、特許文献２に記載されたＳＯＦＣシステムでは、蒸発器、改質器、およびセルスタックのうち少なくとも１つに温度センサを備えている。また、制御装置は、その温度センサにより検知される温度が第１所定温度（例えば、改質器内部の温度が８０〜１２０℃程度）に到達する、あるいは燃焼室における燃料ガスの燃焼開始から第１所定時間が経過すると、改質器に供給される燃料ガス中の炭素（Ｃ）に対する水蒸気中の水（Ｈ２Ｏ）のモル比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下、特には０．０１〜１．２となるように制御されている。
【００１８】
特許文献２に係るＳＯＦＣシステムでは、上記した所定温度(第１所定温度)または所定時間（第１所定時間）によって改質器の温度制御を可能としており、改質触媒の劣化を抑制することができる。
【００１９】
しかしながら、特許文献２に係るＳＯＦＣシステムにおいても、特許文献１に係るＳＯＦＣシステムと同様に、オフガスへの点火直後における改質器の温度上昇に伴って改質反応が進み、大量に生成された改質ガスによってオフガスの燃焼熱が大きくなると考えられる。しかし、特許文献２に係るＳＯＦＣシステムでは、このような燃焼熱の変化を考慮して発電用空気の供給量を制御する構成となっていないため、セルスタックおよび改質器等の被加熱部材が過昇温になる可能性があることを見出した。
【００２０】
そこで、本発明者らは、ＳＯＦＣシステム等の高温動作型燃料電池システムにおける起動シーケンスを鋭意検討した結果、水蒸気改質反応工程（ＳＲ）中において発電用空気の供給量と改質水の供給量を段階的に増加させることで、被加熱部の過昇温および、燃焼器における失火を防ぐことができることを見出した。
【００２１】
特に、着火後のオフガスの火炎の安定性を維持するとともに、炭素析出を防ぐためには改質器に供給する改質反応に用いる改質用水（以下、改質水）の供給量を段階的に増加させることが必要であることを見出し、本発明に至った。
【００２２】
上記した本発明者らの知見は、これまで明らかにされていなかったものであり、顕著な作用効果を奏する新規な技術的特徴を有するものである。そこで、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
【００２３】
本発明の第１の態様に係る高温動作型燃料電池システムは、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスと発電用空気とを利用して発電するセルスタックと、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、前記改質器に改質用水を供給する水供給器と、前記発電用空気を前記セルスタックに供給する空気供給器と、前記セルスタックから排出されたオフガスを燃焼させ、この燃焼にともなって生じた熱により前記セルスタックおよび前記改質器を加熱する燃焼部と、前記燃焼部において前記オフガスに着火する着火器と、制御器と、を備え、前記制御器は、高温動作型燃料電池システムの起動シーケンスにおいて、前記着火器による前記オフガスへの着火前に、前記原料供給器が前記改質器に前記原料を供給するように制御するとともに、前記空気供給器が前記セルスタックに前記発電用空気を供給するように制御しており、前記着火器によるオフガスへの着火後に、前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給開始して、該改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御するとともに、該水供給器による前記改質用水の供給開始後に、前記空気供給器が前記発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御する。ここで改質用水とは改質器において実施する改質反応で利用される水である。
【００２４】
上記構成によると、制御器は、改質用水の供給開始後に、空気供給器により発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御するため、燃焼部における燃焼温度を低下させ、改質器およびセルスタックの過昇温を防ぐことができる。
【００２５】
また、制御器は、水供給装置が改質用水の供給開始後、改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御する。つまり、着火後の低温状態から改質用水の供給量を段階的に増加させていく構成である。このため、改質触媒の炭素析出による劣化を抑制しつつ、着火後において、大きな流量の改質用水を一度に供給することがないため燃焼部における失火を防ぐことができる。
【００２６】
よって、高温動作型燃料電池システムの起動シーケンスにおいて改質器およびセルスタックの過昇温および燃焼部における失火を防ぐことができるという効果を奏する。
【００２７】
本発明の第２の態様に係る高温動作型燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記改質器の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記制御器は、前記オフガスへの着火後、前記温度検知器によって検知された改質器の温度が前記改質用水を気化させることができる第１所定温度以上になったとき、前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給開始するように制御する構成であってもよい。
【００２８】
上記構成によると改質器が第１所定温度以上となったときに改質器への改質用水の供給を開始するため、改質用水が気化された状態で改質器に供給されることとなる。このため、改質器において吸熱反応である水蒸気改質反応（ＳＲ）を開始させることができるため、改質器の温度が過昇温となるリスクを低減させることができる。
【００２９】
本発明の第３の態様に係る高温動作型燃料電池システムは、上記した第２の態様において、前記改質器は、前記水供給器によって供給された改質用水を気化させる蒸発部を有しており、前記制御器は、前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第１所定温度以上かつ、前記燃焼部において安定した火炎で燃焼していると判定できる第２所定温度未満であるとき、前記燃焼部における燃焼に関与する空気の空気過剰率が１．２以上、２．３以下の範囲の値となるように、前記空気供給器が該セルスタックに前記発電用空気を供給するように制御するとともに、前記改質器に供給される前記原料中の炭素に対する、前記蒸発部において気化された前記改質用水中の水のモル比が、０．０１以上、１．２以下の範囲の値となるように、前記水供給器が前記改質器に前記改質用水を供給するように制御するように構成されていてもよい。
【００３０】
ここで、改質器の温度が第１所定温度以上かつ、第２所定温度未満であるというのは、まだ燃焼部における火炎が安定しておらず、改質器がまだ低温状態にあると考えられる。
【００３１】
上記構成によると、改質器が低温状態にあるとき、改質器に供給される原料中の炭素に対する、気化された改質用水中の水のモル比が、０．０１以上、１．２以下の範囲の値となるように、水供給器が前記改質用水を供給するように制御されている。つまり、改質器への改質用水の供給量が小さくなるように抑えられており、低温状態にある改質器が有する蒸発部において気化されていない水が溜まることを防ぐことができる。このため、溜まった水によって改質触媒が劣化することを防ぐことができる。
【００３２】
さらにまた、制御器は燃焼部における燃焼に関与する空気の空気過剰率が１．２以上、４．０以下の範囲の値となるように、空気供給器がセルスタックに発電用空気を供給するように制御することで、燃焼部における失火を防ぎつつ、セルスタックの過昇温を防止することができる。
【００３３】
本発明の第４の態様に係る高温動作型燃料電池システムは、上記した第３の態様において、前記制御器は、前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第２所定温度以上かつ、前記改質器において改質反応が十分に進んだと判定することができる第３所定温度未満であるとき、前記空気供給器が、前記セルスタックに、所定範囲内の流量の発電用空気を供給するように制御するとともに、前記水供給器が、前記改質器に供給する改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御するように構成されてもよい。
【００３４】
ここで第２所定温度以上かつ、第３所定温度未満であるときには、改質器における改質反応が徐々に進み、生成される改質ガスの流量が増加するにつれ燃焼部での燃焼にともない生じる熱量が上昇している状態であると考えられる。
【００３５】
上記構成によると、第２所定温度以上かつ、第３所定温度未満であるときに、制御器は、水供給器が、改質器に供給する改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御するため、吸熱反応である水蒸気改質反応をさらに進めて改質器の過昇温を防ぐことができる。
【００３６】
本発明の第５の態様に係る高温動作型燃料電池システムは、上記した第４の態様において、前記制御器は、前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第２所定温度以上、かつ前記第３所定温度未満であるとき、前記改質器に供給される前記原料中の炭素に対する、前記蒸発部において気化された前記改質用水中の水のモル比が、１．２以上となるまで、前記水供給器が、前記改質器に供給する改質用水の供給量を段階的に増加させるように制御するように構成されてもよい。
【００３７】
本発明の第６の態様に係る高温動作型燃料電池システムは、上記した第５の態様において、前記制御器は、前記温度検知器によって検知された前記改質器の温度が前記第３所定温度以上であるとき、前記空気過剰率が１．２以上、６．０以下の範囲の値となるように、前記空気供給器が該セルスタックに供給する前記発電用空気の供給量を段階的に増加させるように制御するように構成されてもよい。
【００３８】
上記構成によると、燃焼に関与する空気の空気過剰率が１．２以上でかつ６．０以下であるため、燃焼部に当量比よりもやや多めに空気を供給させることができる。このため、燃焼部において不完全燃焼を防ぎ、燃焼を促進させることができる。
【００３９】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一または対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する場合がある。
【００４０】
なお、本発明の実施形態では、高温動作型燃料電池システムとして発電部に固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を有するＳＯＦＣシステムを例に挙げて説明するがこれに限定されるものではない。例えば、高温動作型燃料電池システムは、発電部に溶融炭酸形燃料電池（ＭＣＦＣ）を有するＭＣＦＣシステムなどであってもよく、高温な排熱を有効活用できる燃料電池システムであればよい。
【００４１】
［実施形態］
（ＳＯＦＣシステムの構成）
図１は、本発明の実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００の全体構成を示す模式図である。なお、図１では、説明の便宜上、燃料電池モジュール１内において原料、原料を改質して生成された改質ガス（燃料ガス）、改質水、および発電用空気それぞれの各流通経路については省略している。
【００４２】
図１に示すように、ＳＯＦＣシステム１００は、燃料電池モジュール１と、補機ユニット２と、制御器２０とを備えてなる構成である。
【００４３】
燃料電池モジュール１は、セルスタック４、燃焼室（燃焼部）５、改質器６、空気予熱器７、着火器８、スタック温度検知センサ１８、および改質器温度検知センサ（温度検知器）１９を備えている。また、改質器６は、供給された改質水（改質用水）を気化させるための蒸発器（蒸発部）９を有している。
【００４４】
セルスタック４は、複数の単セル３が、例えば電気的に直列に接合されて構成されている。単セル３は、電解質層の一方側に空気極（カソード）が設けられ、他方側に燃料極（アノード）が設けられ、空気極と燃料極とによって電解質層が挟持された構成となっている。そして、空気極側には酸化剤ガスとして発電用空気が、燃料極側には燃料ガスとして改質器６から改質ガスがそれぞれ供給される。
【００４５】
燃料極に供給された改質ガスと空気極に供給された発電用空気とは、オフガスとして単セル３から排出され燃焼室５に導かれる。なお、単セル３は、例えば、円筒型セルであってもよいし、平板型セルであってもよい。また、単セル３は、例えば、円筒平板型セルであってもよい。
【００４６】
セルスタック４の上部には燃焼室５が設けられており、燃焼室５内にはセルスタック４から排出されたオフガスに着火し、燃焼させる着火器８が設けられている。着火器８は、例えば、点火装置であってもよいし、点火ヒータであってもよい。燃焼室５は、単セル３の燃料極から排出されるアノードオフガスと、空気極から排出されるカソードオフガスとを燃焼させる領域である。本明細書ではアノードオフガスおよびカソードオフガスをまとめてオフガスと称する。
【００４７】
なお、ＳＯＦＣシステム１００の起動時において、改質器６における改質反応がすすんでいない段階では、単セル３の燃料極から原料が、空気極から発電用空気が、ほぼそのまま燃焼室５に排出されることとなる。その後、改質器６における改質反応がすすみ、原料が改質され改質ガスが生成されると、オフガスは水素を多く含む組成となる。
【００４８】
燃焼室５の上部には、補機ユニット２によって燃料電池モジュール１に供給された原料を改質して改質ガスを生成する改質器６および、改質器６に供給する改質水を気化させる蒸発器９が設けられている。さらに改質器６の上部には補機ユニット２により供給された発電用空気を予熱するための空気予熱器７が設けられる。これら改質器６、蒸発器９および空気予熱器７は、燃焼室５における燃焼熱および、オフガスの燃焼により生成された燃焼排ガスの保有する熱によりそれぞれ加熱されるように配置されている。なお、燃焼排ガスは、改質器６、蒸発器９、および空気予熱器７をそれぞれ加熱することで保有する熱の一部を失い、燃料電池モジュール１の燃焼排ガス排出部（不図示）から系外に排気される。
【００４９】
改質器６は、水蒸気改質反応（ＳＲ）により補機ユニット２から供給された原料を改質して改質ガス（水素含有ガス）を生成し、生成した改質ガスを、セルスタック４を構成する単セル３の燃料極に導く。
【００５０】
原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含む。原料としては、具体的には、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、およびＬＰＧ等、ならびにメタノール等のアルコールが例示される。原料は、原料供給源より供給されており、この原料供給源としては、例えば、ガスボンベ、ガスインフラなどが挙げられる。
【００５１】
なお、改質器６において水蒸気改質を実施するため、補機ユニット２によって原料に加えて改質水が改質器６の前段に設けられた蒸発器９に供給されるように構成されている。なお、改質器６は、上記した改質反応を進行させるために必要な改質触媒をそれぞれ有しており、触媒金属として、例えば、Ｒｕ、Ｎｉ等が用いることができる。
【００５２】
補機ユニット２は、図１に示すように、原料供給器１０と、発電用空気供給器（空気供給器）１１と、水供給器１２とを備えてなる構成である。
【００５３】
原料供給器１０は、制御器２０からの制御指示に応じて、燃料電池モジュール１が備える改質器６に原料を供給するものであり、原料の供給流量が調整可能となるように構成されている。例えば、原料供給器１０は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
発電用空気供給器１１は、制御器２０からの制御指示に応じて、燃料電池モジュール１が備えるセルスタック４を構成する単セル３の空気極に発電用空気を供給するものであり、発電用空気の供給流量が調整可能となるように構成されている。例えば、発電用空気供給器１１は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。発電用空気供給器１１によって供給される発電用空気は、燃料電池モジュール１において空気予熱器７において予熱され、その後、セルスタック４に導かれる。
【００５５】
水供給器１２は、制御器２０からの制御指示に応じて、改質水の流れ方向において、改質器６の前段に設けられた蒸発器９に改質水を供給するものであり、改質水の供給流量が調整可能となるように構成されている。なお、水供給器１２は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００５６】
また、ＳＯＦＣシステム１００では、セルスタック４の温度を検知するスタック温度検知センサ１８、および改質器６の温度を検知する改質器温度検知センサ１９を備えている。なお、改質器温度検知センサ１９は、改質器６の温度を検知するとともに燃焼室５の温度を検知できる位置に設けられ、改質器６および燃焼室５の温度を検知できるものであってもよい。なお、制御器２０が備えるメモリ（不図示）に予め、セルスタック４の温度と改質器６の温度との相関関係を示すテーブル情報を記憶しており、制御器２０がこのテーブル情報を参照してセルスタック４の温度から改質器６の温度を求めることができる構成としてもよい。この構成の場合、改質器温度検知センサ１９は必ずしも備える必要はない。なお、この構成の場合、スタック温度検知センサ１８とテーブル情報を記憶したメモリとによって本発明の温度検知器を実現することができる。
【００５７】
制御器２０は、ＳＯＦＣシステム１００が備える各部の各種制御を行うものであり、ＳＯＦＣシステム１００が備える各部に対する制御機能を有するものであれば特に限定されない。制御器２０は、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)、論理回路等で実現できる。また、制御器２０は集中制御を行う単独の制御器によって構成されてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器で構成されてもよい。
【００５８】
上記した構成を有するＳＯＦＣシステム１００では、以下のようにして発電が実施される。まず、ＳＯＦＣシステム１００において、原料および発電用空気が補機ユニット２から燃料電池モジュール１に供給される。具体的には、制御器２０からの制御指示に応じて、原料供給器１０が、都市ガス（１３Ａ）等の原料を燃料電池モジュール１が備える改質器６に供給する。原料供給器１０から供給された原料は、改質器６で改質され改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、単セル３の燃料極に供給され、各単セル３の上方端部の出口部（不図示）から燃焼室５へと導かれる。
【００５９】
一方、制御器２０からの制御指示に応じて、発電用空気供給器１１が発電用空気を燃料電池モジュール１が備える空気予熱器７に供給する。発電用空気供給器１１から供給された発電用空気は、空気予熱器７において予熱され、その後、単セル３の空気極に供給される。単セル３に供給された発電用空気は、各単セル３の上方端部の出口部（不図示）から燃焼室５へと導かれる。
【００６０】
このようにして燃焼室５内へ単セル３からオフガスが排出されると、制御器２０は、着火器８を作動させてオフガスに着火させる。これにより複数の単セル３それぞれの出口部の近傍に火炎を形成し、所定の空燃比（原料が完全燃焼する時に必要な理論空気量に対する実空気量の比）で燃焼させることができる。このようにして燃焼室５において生成された燃焼排ガスは燃焼室５の上方に設置された改質器６および空気予熱器７等の被加熱体を加熱した後、燃料電池モジュール１から外部へ排出される。なお、防爆のため燃焼室５にオフガス送出する前に着火器８を作動させてもよい。
【００６１】
以上のようにして燃焼室５における燃焼熱および燃焼排ガスが有する熱によりセルスタック４、改質器６、蒸発器９、および空気予熱器７が加熱される。なお、制御器２０は、改質器温度検知センサ１９の検知結果から改質器６の温度を監視することができる。
【００６２】
（起動シーケンスにおける動作処理）
次に、図２を参照してＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスにおける動作処理について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスにおける動作処理の一例を示すフローチャートである。なお、起動シーケンスとは、ＳＯＦＣシステム１００において発電が停止された状態から、定格出力で発電を実行するまでの間に実施する一連の工程を意味するものとする。
【００６３】
また、ここでは、実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００は、ＰＯＸ及びＡＴＲを実施することなく、ＳＲのみ行って起動する、いわゆるＳＲ起動方式により起動シーケンスが実施されるものとして説明する。
【００６４】
本実施の形態に係る起動シーケンスでは、まず、燃料電池モジュール１内に残存する水分および残留ガス等を排出させるために空気パージが行われる（ステップＳ１１）。具体的には、制御器２０が発電用空気供給器１１を制御して、所定流量の発電用空気を所定時間（後述の図３におけるΔｔ１）の間、燃料電池モジュール１に供給させる。なお、制御器２０は、時間経過を計測する計時部（不図示）と接続されており、計時部による計測結果に基づき、空気パージを行うために必要な発電用空気の供給時間（所定時間Δｔ１）を管理することができる。
【００６５】
Δｔ１の期間が経過し空気パージが終了すると、ＳＯＦＣシステム１００では、制御器２０が発電用空気供給器１１を制御して、発電用空気の供給量を所定流量まで低減させる。その後、着火のタイミングとなると、制御器２０が発電用空気供給器１１を制御して、発電用空気の供給量を増加させるとともに、原料供給器１０を制御して、原料の供給を開始させる（ステップＳ１２）。
【００６６】
ステップＳ１２において、発電用空気の供給量を増加させるとともに、原料の供給を開始させると、ＳＯＦＣシステム１００では、制御器２０からの制御指示に応じて、燃焼室５における着火器８が、単セル３から排出されたオフガスに着火する（ステップＳ１３）。なお、この段階では改質器６において改質反応が行われていないため、着火器８により着火されるオフガスは、原料および発電用空気となる。
【００６７】
燃焼室５において火炎が安定していくにつれ、燃焼にともなって生じた熱（例えば、燃焼熱および燃焼により生成された燃焼排ガスの有する熱）により被加熱体（例えば、セルスタック４、改質器６、蒸発器９、および空気予熱器７等）の温度も上昇していく。制御器２０が改質器温度検知センサ１９の検知結果に基づき、改質器６の温度が第１所定温度Ｔ１以上になったか否か判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の判定において、改質器６の温度が第１所定温度Ｔ１以上になったと判定すると(ステップＳ１４において「ＹＥＳ」)、制御器２０は、水供給器１２を制御して、改質水の燃料電池モジュール１への供給を開始させる（ステップＳ１５）。
【００６８】
改質水の供給が開始されると、制御器２０は、水供給器１２を制御して、燃料電池モジュール１に供給する改質水の流量を所定の流量範囲の中で段階的に増加させていく（ステップＳ１６）。例えば、改質水の流量を所定の流量範囲の中で、階段状となるように増加させる、または指数関数的に増加させる等、段階的に増加させてもよい。
【００６９】
また、改質水の供給開始から所定時間が経過すると、改質器６において水蒸気改質反応がすすみ改質ガスが生成されると、燃焼室５における燃焼が安定するとともに、燃焼にともなって生じた熱の温度も上昇する。そこで、燃焼室５における火炎が安定し改質器温度が所定温度まで上昇すると、制御器２０は、発電用空気供給器１１を制御して、燃料電池モジュール１に供給する発電用空気の流量を段階的に増加させる（ステップＳ１７）。
【００７０】
以上のようにして、本実施の形態に係るＳＯＦＣシステム１００では、起動シーケンスが実施される。
【００７１】
次に、上記した図２に加え、図３を参照して、上記したＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスにおける動作処理の詳細について説明する。特に、各流体（原料、発電用空気、改質水等）の供給タイミングと改質器６の温度変化との対応関係について説明する。
【００７２】
図３は、本発明の実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスにおける各流体の供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。図３では、横軸を時間軸として、上から原料の供給量、発電用空気の供給量、改質水の供給量、改質器温度検知センサ１９によって検知された改質器６の温度それぞれの時系列変化を示している。なお、図３では、原料、発電用空気、改質水それぞれの供給量の時系列変化を横軸方向に延びた直線の凹凸で示しており、この直線において立ち上がっている位置は各流体の供給開始または供給量の増大を示しており、立ち下がっている位置は各流体の供給量の減少を示す。図３において紙面左から右に向かって時間が経過するものとする。
【００７３】
また、図３では、着火器８による着火動作の前後の期間と、改質器６において水蒸気改質反応（ＳＲ）が実施される期間と、定格出力で発電するように運転する（以下、定格出力運転）が開始されるまでの期間とについて示している。これらの期間のうち、空気パージ゛を実施する期間をΔｔ１とし、単セル３から排出されたオフガスに着火する期間をΔｔ２とし、オフガスの燃焼が安定するまでの期間をΔｔ３とし、水蒸気改質反応（ＳＲ）工程を進行させる期間をΔｔ４として区別することができる。
【００７４】
まず、起動シーケンスにおいて、ＳＯＦＣシステム１００では図２のステップＳ１１に示すように、空気パージが行われる。このため、図３に示すように、発電用空気供給器１１が制御器２０からの制御指示に応じて、所定流量の発電用空気をΔｔ１の間、燃料電池モジュール１に供給する。このように、発電用空気を、燃料電池モジュール１内に供給することで単セル３内外に残存する水分や残留ガス等を外部に排気させ、除去することができる。
【００７５】
空気パージが終わると、着火器８による着火動作が行われる前に、発電用空気供給器１１は、制御器２０からの制御指示に応じて、発電用空気の供給量を所定流量まで減少させる。このように空気パージが行われる期間（Δｔ１）と着火が開始されるまでの期間とでは、改質器６の温度は、ほぼ変化しない。
【００７６】
その後、制御器２０は、ステップＳ１２に示すように、発電用空気供給器１１を制御して発電用空気の供給量を増加させるとともに、原料供給器１０を制御して原料の供給を開始させる。なお、このとき、図３に示すように、制御器２０は、Δｔ２の期間において発電用空気の供給量を増加させた後に原料の供給を開始させるように発電用空気供給器１１および原料供給器１０を制御する。さらに、ステップＳ１３に示すように、制御器２０は着火器８を制御してセルスタック４から排出されたオフガスに着火させる。
【００７７】
また、図３に示すように、ＳＯＦＣシステム１００では、発電用空気供給器１１は、着火器８の着火動作と略同時に発電用空気の供給量の増加を開始するように制御器２０によって制御されている。一方、原料供給器１０は、着火器８の着火動作開始よりも少し遅れて原料の供給量の増加を開始している。このように、図２に示すステップＳ１２およびステップＳ１３は実質的には、ほぼ同時に行ってもよい。また、ステップＳ１３を先に実施し、次いでステップＳ１２を行ってもよい。
【００７８】
燃焼室５においてセルスタック４から排出されたオフガスが、着火器８により着火されると、着火器８は着火動作を停止する。
【００７９】
なお、オフガスに着火した初期段階では、火炎温度が低いため、火炎が不安定な状態となる。そこで、ＳＯＦＣシステム１００では、オフガスの着火後から火炎が安定するまでの期間（Δｔ３）は、発電用空気供給器１１は、通常の発電時（定格出力運転時）に供給する発電用空気の流量よりも少ない流量でかつ、略一定流量となる発電用空気を継続して供給する。
【００８０】
このように、ＳＯＦＣシステム１００では、原料および通常の発電時よりも少ない流量の発電用空気を燃料電池モジュール１に供給した状態で、着火器８によってオフガスに着火させ、燃焼させるように構成されている。また、火炎の失火を防ぎ安定した燃焼とするために、燃焼室５における燃焼に関与するアノードオフガスとカソードオフガスとの空燃比は当量比、もしくはやや空気過剰の状態となることが望ましい。
【００８１】
なお、このとき発電用空気供給器１１によって供給される発電用空気の流量は、燃焼に関与する空気の空気過剰率に基づき以下の条件を満たすように設定されている。すなわち、燃焼室５に排出されたカソードオフガスの流量（空気量）を、燃焼室５でアノードオフガスを完全燃焼させる時に必要な理論空気量によって除した値で表される空気過剰率（λ）が１．０以上で６．０以下、より好ましくは２．０以上で５．０以下となるように、発電用空気の供給量が設定されている。
【００８２】
したがって、ＳＯＦＣシステム１００では、着火時において、大量の発電用空気がカソードオフガスとして燃焼室５に供給されることがないため、大量の発電用空気によって、着火器８によるオフガスへの着火の安定性を阻害してしまうことを防ぐことができる。また、着火後においては、燃焼室５において、燃焼維持に必要な酸素を含む発電用空気が火炎の外から拡散によって入ってくるため火炎安定性を高め、一酸化炭素の発生を抑制することができる。
【００８３】
燃焼室５における燃焼にともなって生じた熱により改質器６が第１所定温度Ｔ１まで加熱させられると、制御器２０は、ステップＳ１５に示すように水供給器１２を制御して改質水の供給を開始させる。なお、この第１所定温度Ｔ１は、水を気化できる温度であればよく、１００℃以上となる温度である。ＳＯＦＣシステム１００では、例えば、１２０℃とすることができる。
【００８４】
ここで、一度に大量の改質水が水供給器１２から改質器６に供給されると、燃焼室５における火炎が不安定になる場合がある。このため、制御器２０は、供給量を徐々に増加させながら改質水を供給するように水供給器１２を制御する。具体的には、供給する改質水の流量の設定は、蒸発器９によって気化された改質水中の水（Ｈ２Ｏ）のモル比と、原料が有する炭素（Ｃ）とのモル比であるＳ／Ｃを基準にして行う。
【００８５】
まず、水蒸気改質反応の初期段階、換言すると改質器６の温度がＴ１（例えば１２０℃）〜Ｔ２（例えば３５０℃）の間にある低温状態期間では、制御器２０は、Ｓ／Ｃの値が０．１以下となる範囲において、水供給器１２が改質水の供給量を段階的に増加させるように制御する。また、燃焼室５におけるオフガスの燃焼能力が高い場合は、Ｓ／Ｃの値が１．２以下の範囲の値となるように、好ましくはＳ／Ｃの値が０．０１以上、１．２以下の範囲の値となるように、さらに好ましくは、Ｓ／Ｃの値が１．０より大きく１．２以下の範囲の値となるように、水供給器１２による改質水の供給量を制御する構成としてもよい。
【００８６】
なお、改質水の供給量を段階的に増加させる態様としては、例えば、水供給器１２が、改質水の供給量を、階段状に徐々に増加させる態様、または指数関数的に徐々に増加させる態様等が挙げられる。
【００８７】
制御器２０が水供給器１２を制御して、Ｓ／Ｃの値が０．１以下（燃焼室５におけるオフガスの燃焼能力が高い場合は１．２以下）の範囲の値となるように、改質水を供給することにより燃焼室５において火炎が不安定となることを防ぐことができる。
【００８８】
なお、改質水の供給開始時点では、燃焼室５における火炎が不安定となるため、火炎が安定して燃焼するまで発電用空気の供給量に略変化なく一定となっている。本実施の形態に係るＳＯＦＣシステム１００では、図３に示すように着火からＳＲ工程の低温状態期間までの間、すなわち、着火から改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２未満の間は、発電用空気の供給量が略一定となっている。このとき燃焼室５の燃焼に関与する空気の空気過剰率（λ）が、例えば、１．２以上、４．０以下の範囲の値となるように、発電用空気の供給量が設定されていてもよい。
【００８９】
その後、火炎が安定して改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２以上になったと制御器２０が判定すると、原料の供給量を一定に維持したまま、発電用空気の供給量を増加させるように発電用空気供給器１１を制御する。このとき燃焼室５の燃焼に関与する空気の空気過剰率（λ）が、例えば、１．２以上、５．０以下の範囲の値となるように、発電用空気の供給量が設定されている。
【００９０】
さらにまた、改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２以上になったと判定した場合、改質器６の温度が第３所定温度Ｔ３に達するまでの間に、制御器２０は、Ｓ／Ｃの値が１．２以上となるように、改質水の供給量を段階的に増加させるように水供給器１２を制御する。
【００９１】
なお、第２所定温度Ｔ２は燃焼室５において安定した火炎で燃焼していることが判断できる温度であり、かつ、炭化水素原料のコーキング抑制可能な温度であり、例えば、３５０℃とすることができる。つまり、第２所定温度Ｔ２は、安定した火炎で燃焼していると想定したときの、改質水の供給開始時点から、例えば、１８０秒後の改質器６の温度とすることができ、この温度は予めシミュレーション等によって求めておくことができる。そして、シミュレーション等によって予め求めた第２所定温度Ｔ２に関する情報を制御器２０が備えるメモリ（不図示）に予め記憶させておいてもよい。
【００９２】
さらに改質器６の温度が第３所定温度Ｔ３以上まで上昇したと判定すると、制御器２０は、発電用空気供給器１１を制御して発電用空気の供給量をさらに増加させる。このとき、燃焼室５の燃焼に関与する空気の空気過剰率（λ）が１．２以上、６．０以下の範囲の値となるように、発電用空気の供給量が設定されている。
【００９３】
なお、第３所定温度Ｔ３は、例えば、改質器６において水蒸気改質反応（ＳＲ）により原料の改質が十分に進む温度であり、例えば、６００℃とすることができる。このように改質器６の温度が第３所定温度Ｔ３以上となる段階では、改質器６において発電に必要な改質ガスを安定して十分に生成可能となっているため、制御器２０は、水供給器１２を制御して改質水の供給量を略一定とさせてもよいし、改質器６の温度が第４所定温度Ｔ４以上となるまで少しずつ増加させてもよい。このとき、制御器２０は、水供給器１２を制御して、例えば、Ｓ／Ｃの値が１．８以上、５．０以下の範囲となるように、より好ましくは、１．８以上、４．０以下の範囲となるように改質水を供給させる。
【００９４】
そして、改質器６の温度が第４所定温度Ｔ４以上まで上昇したと判定すると、制御器２０は、原料および改質水の供給量を一定としたまま、定格出力で発電するように運転する状態（以下、定格出力運転）時に必要な空気流量となるまで、発電用空気の供給量を増加させるように発電用空気供給器１１を制御する。増加後の発電用空気の供給量は、燃焼室５の燃焼に関与する空気の空気過剰率（λ）が、例えば、１．５以上、１０．０以下、好ましくは２．０以上、４．０以下となるように設定されている。なお、第４所定温度Ｔ４は、定常運転時における改質器６の温度よりも高い温度（例えば７３０℃）とすることができ、この温度もまたシミュレーション等によって予め求めておき、制御器２０が備えるメモリ（不図示）に予め記憶させておいてもよい。
【００９５】
（変形例１）
次に、図４を参照して本実施の形態の変形例１に係るＳＯＦＣシステム１００について説明する。図４は、本発明の実施形態の変形例１に係るＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスにおける各流体の供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。図４では、横軸を時間軸として、上から原料の供給量、発電用空気の供給量、改質水の供給量、改質器温度検知センサ１９によって検知された改質器６の温度それぞれの時系列変化を示している。なお、図４では、原料、発電用空気、改質水それぞれの供給量の時系列変化を横軸方向に延びた直線の凹凸で示しており、この直線において立ち上がっている位置は各流体の供給開始または供給量の増大を示しており、立ち下がっている位置は各流体の供給量の減少を示す。図４において紙面左から右に向かって時間が経過するものとする。
【００９６】
本実施の形態に係るＳＯＦＣシステム１００では、オフガスの着火から改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２になるまでの間は、発電用空気の供給量を略一定とし、改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２以上となると、発電用空気の供給量を増加せる構成であった。これに対して、変形例１に係るＳＯＦＣ１００では、図４に示すように改質器６の温度が第１所定温度Ｔ１以上となると、改質水の供給を開始させるとともに発電用空気の供給量を所定流量の範囲内で段階的に増加させる構成とする。
【００９７】
例えば、着火（Δｔ２）および燃焼（Δｔ３）の期間では、発電用空気の供給量が４０リットルであり、改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２以上になったときに発電用空気の供給量を４５リットルまで増加させることができるとする。この場合において、改質器６の温度が第１所定温度Ｔ１以上で第２所定温度Ｔ２に達するまでの低温状態期間では、発電用空気の供給量を例えば、４２リトッルまでの範囲内で段階的に増加させ、第２所定温度Ｔ２以上になると、さらに発電用空気の供給量を４５リットルまで増加させる構成としてもよい。
【００９８】
このように構成される場合、変形例１に係るＳＯＦＣシステム１００では、図２に示すステップＳ１４において、改質器の温度が第１所定温度Ｔ１以上であると判定した場合、制御器２０は、水供給器１２を制御して、改質水の供給を開始させるとともに、発電用空気供給器１１を制御して、発電用空気の供給量を所定流量の範囲内で段階的に増加させる。
【００９９】
（変形例２）
さらにまた、図５を参照して本実施の形態の変形例２に係るＳＯＦＣシステム１００について説明する。図５は、本発明の実施形態の変形例２に係るＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスにおける各流体の供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。図５では、横軸を時間軸として、上から原料の供給量、発電用空気の供給量、改質水の供給量、改質器温度検知センサ１９によって検知された改質器６の温度それぞれの時系列変化を示している。なお、図５では、原料、発電用空気、改質水それぞれの供給量の時系列変化を横軸方向に延びた直線の凹凸で示しており、この直線において立ち上がっている位置は各流体の供給開始または供給量の増大を示しており、立ち下がっている位置は各流体の供給量の減少を示す。図４において紙面左から右に向かって時間が経過するものとする。
【０１００】
本実施の形態に係るＳＯＦＣシステム１００では、オフガスの着火から改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２になるまでの間は、発電用空気の供給量を一定とし、改質器６の温度が第２所定温度Ｔ２以上となると、発電用空気の供給量を増加せる構成であった。これに対して、変形例２に係るＳＯＦＣ１００では、図５に示すように改質器６の温度が第３所定温度Ｔ３以上となり、改質水の供給量が、段階的に増加され、一定の供給量となったタイミングにおいて、発電用空気の供給量を段階的に増加させるように構成してもよい。
【０１０１】
このように構成される場合、変形例２に係るＳＯＦＣシステム１００では、改質器６の温度が第３所定温度Ｔ３以上まで上昇したと判定すると、制御器２０は、発電用空気供給器１１を制御して発電用空気の供給量を段階的に増加させる。改質器６の温度が第４所定温度Ｔ４以上となると、制御器２０は、燃焼室５の燃焼に関与する空気の空気過剰率（λ）が１．５以上、１０．０以下の範囲、特に好ましくは２．０以上、４．０以下の範囲の値となるように発電用空気の供給量を調整する。
【０１０２】
このように変形例２に係るＳＯＦＣシステム１００は、原料および改質水の供給量が一定となった状態で、発電用空気の供給量を段階的に増加させる構成とするため、燃焼室５における火炎が不安定な状態となることを防ぐことができる。
【０１０３】
なお、本実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００、および変形例１に係るＳＯＦＣシステム１００では、図３、４に示すように、発電用空気の流量を、第２、３、４所定温度Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に達したタイミングで３段階に分けて増加させ、定格出力運転時に必要となる発電用空気の流量とする構成であった。しかしながら、発電用空気の流量を段階的に増加させる回数は上記した３回に限定されるものではなく、第４所定温度Ｔ４に達するまでの間において２回であってもよいし４回以上であってもよい。同様に、変形例２に係るＳＯＦＣシステム１００では、図５に示すように、発電用空気の流量を、第３所定温度Ｔ３からＴ４に至るまでの間において２回、段階的に増加させ、第４所定温度Ｔ４に達したタイミングでさらに増加させ、定格出力運転時に必要となる発電用空気の流量とする構成であった。しかしながら、発電用空気の流量を段階的に増加させる回数はこれに限定されるものではない。例えば、発電用空気の流量を第３所定温度Ｔ３から第４所定温度Ｔ４に至るまでの間に２段階以上に分けて増加させてもよいし１段階だけ増加させてもよい。
【０１０４】
また、本実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００、および変形例１、２に係るＳＯＦＣシステム１００では、図３、４、５に示すように、改質器６を介してセルスタック４に供給される原料の流量は、着火器８によるオフガスへの着火時から一定の流量となっていたがこれに限定されるものではない。例えば、着火器８によるオフガスへの着火時では、ＳＯＦＣシステム１００の定格出力運転時に必要となる供給量よりも多く原料を供給し、その後、徐々に格出力運転時に必要となる供給量まで減少させる構成であってもよい。
【０１０５】
以上のように、実施形態に係るＳＯＦＣシステム１００および変形例１、２に係るＳＯＦＣシステム１００の起動シーケンスでは、まずオフガスへの着火前までの期間では、大量の発電用空気を供給して空気パージを行う。オフガスへの着火時は、発電用空気の供給流量を低減させた状態とするとともに、原料の供給を開始し、燃焼室５において火炎が安定した後に、改質水の供給を開始させる。そして、改質水の供給および改質器６の温度上昇に伴い水蒸気改質反応（ＳＲ）が進むにつれ、発電用空気および改質用水をそれぞれ段階的に増加させるようになっている。
【０１０６】
このように、オフガスへの着火前までの期間で空気パージを行う構成であるため、単セル３内に残存していた水分および残留ガスを除去することができるため、燃焼室５における着火安定性を高めるとともに、一酸化炭素の発生を抑制することができる。また、水蒸気改質反応（ＳＲ）を実施する期間において改質水および発電用空気の供給量をそれぞれ段階的に増加させるため、燃焼器の失火および被加熱体の過昇温を防ぐことができる。
【０１０７】
上記説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。
従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係るＳＯＦＣシステムは、起動時に原料を着火し、生成した燃焼排ガスの有する熱により改質器等を加熱し、改質反応を実施する家庭用燃料電池システム、業務用燃料電池システム、あるいは各種電源供給システム等の用途に広く利用できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１    燃料電池モジュール
２    補機ユニット
３    単セル
４    セルスタック
５    燃焼室（燃焼部）
６    改質器
７    空気予熱器
８    着火器
９    蒸発器（蒸発部）
１０    原料供給器
１１    発電用空気供給器
１２    水供給器
１８    スタック温度検知センサ
１９    改質器温度検知センサ（温度検知器）
２０    制御器
１００    ＳＯＦＣシステム
【図１】
2019169256.tif 000003
【図２】
2019169256.tif 000004
【図３】
2019169256.tif 000005
【図４】
2019169256.tif 000006
【図５】
2019169256.tif 000007