(57)【要約】【課題】燃料電池からのアノードオフガスを二酸化炭素改質に適した状態とすることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】二酸化炭素を含むアノードオフガスを発生する燃料電池と、該燃料電池からのアノードオフガスが供給路を介して供給され、当該アノードオフガスに含まれる二酸化炭素を利用して炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質して一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成し前記燃料電池に供給する改質器と、貯留した流体を循環させる循環路が接続されたタンクと、前記供給路を通流するアノードオフガスと前記循環路を循環する流体との間で熱交換を行うアノードオフガス用熱交換器と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含むアノードオフガスを発生する燃料電池と、
該燃料電池からのアノードオフガスが供給路を介して供給され、当該アノードオフガスに含まれる二酸化炭素を利用して炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質して一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成し前記燃料電池に供給する改質器と、
貯留した流体を循環させる循環路が接続されたタンクと、
前記供給路を通流するアノードオフガスと前記循環路を循環する流体との間で熱交換を行うアノードオフガス用熱交換器と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記循環路を循環する流体の循環量を制御する循環ポンプと、
前記アノードオフガス用熱交換器からのアノードオフガスの温度が予め定められたガス目標温度となるように前記循環ポンプを制御して循環量を調整する循環量調整手段と、
をさらに備えた請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池からの未燃ガスを燃焼する燃焼部と、
該燃焼部からの排気ガスと前記循環路を循環する流体との間で熱交換を行う排気ガス用熱交換器と、
をさらに備えた請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排気ガス用熱交換器の入力と出力とを接続して迂回経路を形成する短絡弁と、
前記排気ガス用熱交換器へ入力される流体の温度が予め定められた流体目標温度以上の場合に前記短絡弁を開弁して迂回経路を形成する迂回経路形成手段と、
をさらに備えた請求項３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】
本開示は、燃料ガスを用いて発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムにおいて二酸化炭素改質を用いる装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、起動時の必要な二酸化炭素量を確保するために部分酸化改質器を搭載したシステムも知られている（例えば、特許文献２）。
【０００３】
そして、多段式の燃料電池システムにおいて、前段の燃料電池から排出された二酸化炭素分離前のアノードオフガスと空気や分離後のアノードオフガスとを熱交換させ後段の燃料電池供給にするシステムが知られている（例えば、特許文献３及び４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０１５８６０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０７０５６号公報
【特許文献３】特開２０１７−０８４５４１号公報
【特許文献４】特開２０１６−１８４５０１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、燃料電池からのアノードオフガスを二酸化炭素改質に適した状態とするシステムは案出されていなかった。
【０００６】
本開示は、上記事情に鑑みて成されたものであり、燃料電池からのアノードオフガスを二酸化炭素改質に適した状態とす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】
【０００７】
第一態様では、二酸化炭素を含むアノードオフガスを発生する燃料電池と、該燃料電池からのアノードオフガスが供給路を介して供給され、当該アノードオフガスに含まれる二酸化炭素を利用して炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質して一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成し前記燃料電池に供給する改質器と、貯留した流体を循環させる循環路が接続されたタンクと、前記供給路を通流するアノードオフガスと前記循環路を循環する流体との間で熱交換を行うアノードオフガス用熱交換器と、を備えている。
【０００８】
すなわち、燃料電池から改質器へ供給されるアノードオフガスは、循環路を循環する流体との間で熱交換が行われる。
【０００９】
これにより、燃料電池からのアノードオフガスは、二酸化炭素改質に適した状態、例えば二酸化炭素改質に適した温度や成分とされる。
【００１０】
第二態様では、前記循環路を循環する流体の循環量を制御する循環ポンプと、前記アノードオフガス用熱交換器からのアノードオフガスの温度が予め定められたガス目標温度となるように前記循環ポンプを制御して循環量を調整する循環量調整手段と、をさらに備えている。
【００１１】
すなわち、循環ポンプを制御して循環路を循環する流体の循環量を調整することで、アノードオフガス用熱交換器からのアノードオフガスの温度がガス目標温度となるように制御することができる。
【００１２】
このため、負荷変動が生じても、二酸化炭素改質に適した温度のアノードオフガスを改質器に供給することができ、安定した改質効率を維持することができる。
【００１３】
第三態様では、前記燃料電池からの未燃ガスを燃焼する燃焼部と、該燃焼部からの排気ガスと前記循環路を循環する流体との間で熱交換を行う排気ガス用熱交換器と、をさらに備えている。
【００１４】
すなわち、未燃ガスを燃焼する燃焼部からの排気ガスの熱を利用して循環路を循環する流体を加熱することができる。これにより、燃焼部からの排気ガスの熱を有効利用することができる。
【００１５】
第四態様では、前記排気ガス用熱交換器の入力と出力とを接続して迂回経路を形成する短絡弁と、前記排気ガス用熱交換器へ入力される流体の温度が予め定められた流体目標温度以上の場合に前記短絡弁を開弁して迂回経路を形成する迂回経路形成手段と、をさらに備えている。
【００１６】
すなわち、排気ガス用熱交換器へ入力される流体が流体目標温度以上の場合、短絡弁を開弁して迂回経路を形成することで、排気ガス用熱交換器での排気ガスによる流体の過熱を抑制することができる。これにより、流体の予期せぬ温度上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
第一態様により、燃料電池からのアノードオフガスを二酸化炭素改質に適した状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】第一実施形体の起動処理の動作を示すフローチャートである。
【図３】第一実施形体の燃料利用率（Ｕｆ）決定処理の動作を示す図で、（Ａ）は線グラフであり、（Ｂ）はフローチャートである。
【図４】第一実施形体の負荷変動時処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】第一実施形体の停止処理の動作を示すフローチャートである。
【図６】第二実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第一実施の形態＞
以下、図１を参照しつつ、第一実施の形態に係る燃料電池システム１０について説明する。この燃料電池システム１０は、固体酸化物形の燃料電池システム１０であり、原料ガスの供給を受けて発電を行う。
【００２０】
燃料電池システム１０は、ホットボックス１２を備えている。ホットボックス１２は、壁面が断熱材で覆われており、断熱性が高められている。ホットボックス１２内には、ボックス内温度計Ｔ０が設けられており、ボックス内温度計Ｔ０は、ホットボックス１２内の温度を計測する。ホットボックス１２内には、改質器１４と燃料電池（ＳＯＦＣ）１６と燃焼器１８とが設けられている。
【００２１】
改質器１４は、二酸化炭素改質機能を有する改質器で構成されており、当該改質器１４は、二酸化炭素を利用して炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成する。この改質器１４には、燃料電池１６に空気を送るための空気ブロア２０に接続されるとともに、空気弁２２を有した空気路２４を介して空気が導入されている。また、改質器１４には、原料弁２６及び原料ガス流量計２８を有するガス路３０を介して原料ガスが供給されており、原料ガスとしては、ＣＨ４を主成分とする都市ガスが挙げられる。
【００２２】
改質器１４で生成された合成ガスは、合成ガス路３２を介して燃料電池１６に供給されており、燃料電池１６には、空気ブロア２０を介して、空気が供給されている。この燃料電池１６は、改質器１４から供給された合成ガスを利用して発電し、その出力は、出力計３４によって計測される。
【００２３】
この燃料電池１６は、二酸化炭素及び水を含むアノードオフガスを発生する。また、燃料電池１６は、未燃ガスを排出する。この未燃ガスとしては、一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）が挙げられ、未燃ガスは、未燃ガス路３６を介して燃焼器１８に供給される。
【００２４】
燃焼器１８に供給された未燃ガスは、当該燃焼器１８で燃焼され、排気ガスが排出される。その反応式を次に示す。
【００２５】
ＣＯ＋１／２（Ｏ２）  →  ＣＯ２
Ｈ２＋１／２（Ｏ２）   →  Ｈ２Ｏ
【００２６】
燃料電池１６からのアノードオフガスは、供給路３８を介して改質器１４へ供給されており、燃料電池１６からのアノードオフガス中の二酸化炭素を循環して改質に用いる。
【００２７】
供給路３８には、燃料電池１６側である上流側に循環弁４０が設けられている。この循環弁４０は、供給路３８でのアノードオフガスの流量を制御し、システム起動時には、閉弁とされている。供給路３８には、循環弁４０の下流側に第一温度計Ｔ１及びオフガス流量計４２が設けられている。第一温度計Ｔ１は、燃料電池１６からのアノードオフガスの温度を計測し、オフガス流量計４２は、燃料電池１６からのアノードオフガスの流量を計測する。
【００２８】
供給路３８には、第一温度計Ｔ１及びオフガス流量計４２の下流側にアノードオフガス用熱交換器４４が設けられており、アノードオフガス用熱交換器４４で後述する流体６０と熱交換が行われる。
【００２９】
供給路３８には、アノードオフガス用熱交換器４４の下流に第二温度計Ｔ２及び気液分離器４６が設けられている。第二温度計Ｔ２は、気液分離器４６に送られるアノードオフガスの温度を計測し、気液分離器４６は、アノードオフガスから水分を分離してタンク４８に貯留し、この水８０をドレン５０より排出する。
【００３０】
供給路３８には、気液分離器４６の下流にアノードオフガスブロア５２が設けられている。供給路３８は、アノードオフガスブロア５２より下流側がガス路３０に接続されており、このアノードオフガスブロア５２によって燃料電池１６からの水分除去後のアノードオフガスが供給路３８及びガス路３０を介して改質器１４に供給される。
【００３１】
燃焼器１８からの排気ガスは、排気ガス路５４を介して排出される。排気ガス路５４には、排気ガス用熱交換器５６が設けられており、排気ガス用熱交換器５６で後述する流体６０と熱交換が行われる。
【００３２】
燃料電池システム１０は、タンクの一例である貯湯タンク５８を備えており、貯湯タンク５８は、熱媒である流体６０を貯留する。この流体６０としては、一例として水道水が挙げられ、貯湯タンク５８には、流体６０が水供給路６２から供給されるとともに、貯留した流体６０は、お湯として給湯路６４を介して供給することができる。
【００３３】
この貯湯タンク５８には、貯留した流体６０を循環させる循環路６６が接続されている。循環路６６は、貯湯タンク５８の下部側に接続された上流側に循環ポンプ６８が設けられており、循環ポンプ６８は、循環路６６を循環する流体６０の循環量を制御する。循環路６６には、循環ポンプ６８の下流側に流体流量計７０が設けられており、流体流量計７０は、循環路６６を循環する流体６０の流量を計測する。
【００３４】
循環路６６には、流体流量計７０の下流側に熱回収弁７２が設けられており、熱回収弁７２は、流体６０の通流量を開閉制御する。循環路６６には、熱回収弁７２の下流側にアノードオフガス用熱交換器４４が設けられており、アノードオフガス用熱交換器４４において、供給路３８を通流するアノードオフガスと循環路６６を循環する流体６０との間で熱交換を行うことができる。
【００３５】
循環路６６には、アノードオフガス用熱交換器４４の下流側に第三温度計Ｔ３が設けられており、第三温度計Ｔ３は、アノードオフガス用熱交換器４４を通過した流体６０の温度を計測する。
【００３６】
循環路６６には、アノードオフガス用熱交換器４４の下流側であって第三温度計Ｔ３の下流側に排気ガス用熱交換器５６が設けられている。この排気ガス用熱交換器５６は、燃焼器１８からの排気ガスと循環路６６を循環する流体６０との間で熱交換を行う。
【００３７】
なお、本実施形態では、アノードオフガス用熱交換器４４と排気ガス用熱交換器５６とが別体で構成された場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、アノードオフガス用熱交換器４４及び排気ガス用熱交換器５６は、一体型の三流体熱交換器であっても良い。
【００３８】
循環路６６は、排気ガス用熱交換器５６より下流側が貯湯タンク５８の上部に接続されている。これにより、この循環路６６によって、貯湯タンク５８の下部側の流体６０をアノードオフガス用熱交換器４４や排気ガス用熱交換器５６で加熱して貯湯タンク５８の上部側へ帰還させる。
【００３９】
循環路６６には、熱回収弁７２の上流側とアノードオフガス用熱交換器４４の下流側であって排気ガス用熱交換器５６の上流側の部位とを接続するバイパス路７４が設けられている。このバイパス路７４の流路径は、アノードオフガス用熱交換器４４での流路径より十分に小さい値に設定されている。これにより、循環路６６を通流する流体６０は、主にアノードオフガス用熱交換器４４を通過するが、熱回収弁７２が閉弁された際には、流体６０がバイパス路７４を介して通流できるように構成されている。
【００４０】
また、循環路６６には、排気ガス用熱交換器５６の入力６６Ａと出力６６Ｂとを接続して迂回経路を形成する短絡弁７６が設けられている。これにより、短絡弁７６が閉弁している間は、流体６０が排気ガス用熱交換器５６を通過するが、短絡弁７６が開弁した際に、流体６０が短絡弁７６を通過することで、排気ガス用熱交換器５６への流体６０の通過を抑制できるように構成されている。
【００４１】
そして、燃料電池システム１０は、制御部７８を備えている。制御部７８には、出力計３４、各温度計Ｔ０〜Ｔ３、及び各流量計２８、４２、７０や、空気ブロア２０、アノードオフガスブロア５２、循環ポンプ６８、及び各弁２２、２６、４０、７２、７６が接続されている。
【００４２】
この制御部７８は、ＲＯＭ及びＲＡＭを内蔵したマイコンを中心に構成されており、マイコンがＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作することで、出力計３４、各温度計Ｔ０〜Ｔ３、及び各流量計２８、４２、７０からの計測値を入力する。また、マイコンがＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作することで、空気ブロア２０、アノードオフガスブロア５２、循環ポンプ６８、及び各弁２２、２６、４０、７２、７６を制御する。
【００４３】
（動作説明）
図２から図５は、制御部７８の動作を示すフローチャートである。制御部７８のマイコンがＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作を開始すると、メインルーチンから起動処理が呼び出される。
【００４４】
この起動処理では、図２に示すように、空気弁２２を開作動して空気ブロア２０を作動するとともに原料弁２６を開作動して空気及び所定流量の原料ガスを改質器１４に供給する（Ｓ１）。このとき、空気ブロア２０からの空気は燃料電池１６にも供給される。すると、改質器１４による改質反応及び燃焼器１８での燃焼によってホットボックス１２内の温度が上昇する。
【００４５】
そして、ボックス内温度計Ｔ０から計測値を入力してホットボックス１２内の温度が一例として６５０℃以上であるかを判断し（Ｓ２）、ホットボックス１２内の温度が６５０℃以上となるまで待機する。
【００４６】
ホットボックス１２内の温度が６５０℃以上となり燃料電池１６の安定動作温度に達した際には、出力計３４の計測値から発電出力が最低出力を示す閾値以上であることを確認する（Ｓ３）。このとき、発電出力が閾値未満の場合には、一例としてエラーランプを点灯するなどのエラー処理を行うものとする。
【００４７】
発電出力が閾値以上であることを確認できたら、循環ポンプ６８を作動して熱回収弁７２を開作動し（Ｓ４）、貯湯タンク５８内の流体６０を循環路６６で循環させる。また、循環弁４０を開作動して（Ｓ５）、燃料電池１６からのアノードオフガスの改質器１４へ供給を開始するとともに、空気弁２２を閉作動して（Ｓ６）、改質器１４への空気の供給を遮断する。
【００４８】
このとき、アノードオフガス用熱交換器４４では、供給路３８を通流するアノードオフガスと循環路６６を循環する流体６０との間で熱交換が行われ、アノードオフガスに含まれた水分が凝縮される。そして、気液分離器４６において、アノードオフガスから液相の水が分離される。また、アノードオフガス用熱交換器４４では、アノードオフガスの熱で流体６０を加熱して貯湯タンク５８内の流体６０を温めることができる。
【００４９】
そして、第三温度計Ｔ３から計測値を入力し、アノードオフガスから熱回収を行った流体６０の温度が閾値以上、一例として９０℃以上であるか否かを判断する（Ｓ７）。このとき、第三温度計Ｔ３の計測値が閾値未満の場合には、メインルーチンへ戻り、定格モードの制御が行われる。
【００５０】
一方、第三温度計Ｔ３の計測値が閾値以上の場合には、短絡弁７６を開作動し（Ｓ８）、流体６０を迂回させる迂回路を排気ガス用熱交換器５６に並列に形成する。これにより、排気ガス用熱交換器５６への流体６０の通過を抑制し、流体６０の過熱を抑制する。
【００５１】
図３は、燃料利用率決定処理を示すフローチャートである。燃料利用率決定処理は、燃料利用率を決定する処理であり、メインルーチンから呼び出され、負荷変動に応じた発電量に対応する燃料利用率（Ｕｆ）を予め決定する。
【００５２】
燃料利用率は、消費した原料ガスの消費速度と電流量及び反応に寄与する電子数との関係を示し、図３（Ａ）に示すように、燃料利用率は、燃料電池システム１０が供給する発電出力が減少するに従って段階的に低下する。
【００５３】
この燃料利用率決定処理は、図３（Ａ）に示したグラフに対応するデータテーブルを予め形成する処理である。燃料利用率決定処理は、図３（Ｂ）に示すように、出力計３４からの計測値の変化より燃料電池システム１０が供給する発電出力が減少したか否かを判断し（ＳＢ１）、発電出力が減少していない場合には、現在の燃料利用率を燃料利用率として決定し（ＳＢ２）、メインルーチンへ戻る。
なお、図３（Ａ）に示した発電出力と燃料利用率との関係は、予め定めておき、メモリなどの記憶手段に記憶しておいても良い。
【００５４】
ステップＳＢ１において、燃料電池システム１０が供給する発電出力が減少したと判断した際には、例えばボックス内温度計Ｔ０の計測値から燃料電池１６又は改質器１４の温度が下限値以下、一例として６５０℃以下であるか否かを判断する（ＳＢ３）。
【００５５】
燃料電池１６又は改質器１４の温度が下限値を超えている場合には（ＳＢ３）、現在の燃料利用率を燃料利用率として決定し（ＳＢ２）、メインルーチンへ戻る。
【００５６】
一方、燃料電池１６又は改質器１４の温度が下限値以下の場合には（ＳＢ３）、図３（Ａ）の線図に従って燃料利用率を所定量減少し、かつ燃料利用率に基づいて原料弁２６を閉制御して燃料流量を減少し（ＳＢ４）、各ステップＳＢ１〜ＳＢ４を繰り返す。
【００５７】
そして、燃料電池１６と改質器１４の両方の温度が下限値を超えた際に（ＳＢ３）、現在の燃料利用率を燃料利用率として決定し（ＳＢ２）、メインルーチンへ戻る。これにより、図３（Ａ）に示したグラフに対応するデータテーブルを予め形成する。
【００５８】
メインルーチンからは、図４に示すように、負荷変動時処理が定期的に呼び出される。この負荷変動時処理では、出力計３４からの計測値の変化より発電出力が変化したか否かを判断し（ＳＣ１）、発電出力に変化がない場合には、メインルーチンへ戻る。
【００５９】
発電出力を変えようとした場合には（ＳＣ１）、燃料利用率決定処理で決定した燃料利用率に基づいて原料弁２６を制御して燃料流量を調整する（ＳＣ２）、
【００６０】
そして、第一温度計Ｔ１の計測値の変化からアノードオフガスの温度に変化が生じたか、又はオフガス流量計４２の測定値の変化からアノードオフガスの流量に変化が生じたかを検知する（ＳＣ３）。
【００６１】
次に、第二温度計Ｔ２の計測値からアノードオフガス用熱交換器４４からのアノードオフガスの温度を検出し、この温度が予め定められたガス目標温度である目標値、一例として７０℃となるように、循環ポンプ６８の回転数を制御してアノードオフガス用熱交換器４４を通過する流体６０の流量を調整する（ＳＣ４）。
【００６２】
このステップＳＣ４により、アノードオフガス用熱交換器４４からのアノードオフガスの温度が予め定められたガス目標温度となるように循環ポンプ６８を制御して循環量を調整する循環量調整手段が実現される。
【００６３】
これにより、改質器１４に送られるアノードオフガスの温度を制御することができるので、アノードオフガスを改質に適した目標値に近づけることができる。また、気液分離器４６に送られるアノードオフガスの温度も制御できるので、気液分離器４６での水分の分離度の調整が容易となり、改質器１４での炭素析出を抑止することができる。
【００６４】
そして、第三温度計Ｔ３の計測を入力し、アノードオフガス用熱交換器４４でアノードオフガスから熱回収した流体６０の温度が予め定められた流体目標温度である閾値以上、一例として９０℃以上であるか否かを判断する（ＳＣ５）。
【００６５】
熱回収した流体６０の温度が閾値未満の場合には、何もせずにメインルーチンへ戻る。一方、熱回収した流体６０の温度が閾値以上の場合には、短絡弁７６を所定量開作動して（ＳＣ６）、流体６０の排気ガス用熱交換器５６の通過量を抑制し（ＳＣ６）、各ステップＳＣ５、ＳＣ６を繰り返す。
【００６６】
このステップＳＣ６により、排気ガス用熱交換器５６へ入力される流体６０の温度が予め定められた流体目標温度以上の場合に短絡弁７６を開弁して迂回経路を形成する迂回経路形成手段が実現される。これにより、流体６０の過熱を抑制することができる。
【００６７】
そして、ステップＳＣ５において、熱回収した流体６０の温度が閾値未満になったと判断した際には、メインルーチンへ戻る。
【００６８】
このメインルーチンからは、図５に示すように、停止処理が定期的に呼び出される。この停止処理では、出力計３４の計測値から発電出力が「０」であるか否か、又は予め定められた最低出力を示す閾値以下であるか否かを判断し（ＳＤ１）、発電出力が閾値を超えている場合には、メインルーチンへ戻る。
【００６９】
一方、発電出力が閾値以下の場合には、空気弁２２を開制御するとともに、前述した燃料利用率に基づいて原料弁２６を制御して改質器１４への燃料流量を制御する（ＳＤ２）。また、循環弁４０を閉作動して（ＳＤ３）、燃料電池１６から改質器１４へのアノードオフガスの供給を停止するとともに、熱回収弁７２を閉作動して（ＳＤ４）、アノードオフガス用熱交換器４４への流体６０の通流を停止する。
【００７０】
そして、第三温度計Ｔ３の計測値を入力し、排気ガス用熱交換器５６に入力される流体６０の温度が予め定められた閾値以上、一例として９０℃以上であるか否かを判断し（ＳＤ５）、排気ガス用熱交換器５６に入力される流体６０の温度が閾値以上の場合には、短絡弁７６を所定量開作動して（ＳＤ６）、流体６０の排気ガス用熱交換器５６の通過量を抑制し、各ステップＳＤ５、ＳＤ６を繰り返す。
【００７１】
そして、ステップＳＤ５において、排気ガス用熱交換器５６に入力される流体６０の温度が閾値未満になったと判断した際には、利用状況等から再起動を容易とするホットスタンバイとするか否かを判断し（ＳＤ７）、ホットスタンバイとする際には、この状態でメイルルーチンへ戻る。
【００７２】
一方、ステップＳＤ７において、ホットスタンバイとしないと判断した際には、原料弁２６を閉制御して改質器１４への燃料流量を減少した後（ＳＤ８）、ボックス内温度計Ｔ０の計測値からホットボックス１２内の温度が予め定められた閾値以下、一例として４００℃以下であるか否かを判断し（ＳＤ９）、閾値を超えている場合には、ステップＳＤ８へ分岐して各ステップＳＤ８、ＳＤ９を繰り返す。
【００７３】
また、ステップＳＤ９において、ホットボックス１２内の温度が閾値以下の場合には、原料弁２６を閉作動して原料ガスの供給を停止するとともに、空気ブロア２０を停止して空気弁２２を閉作動することで、燃料電池１６及び改質器１４への空気の供給を停止し（ＳＤ１０）、メインルーチンへ戻る。
【００７４】
（作用・効果）
以上の構成に係る本実施形態では、燃料電池１６から改質器１４へ供給されるアノードオフガスは、循環路６６を循環する流体６０との間で熱交換が行われる。
【００７５】
これにより、燃料電池１６からのアノードオフガスは、二酸化炭素改質に適した状態とされる。なお、二酸化炭素改質に適した状態とは、アノードオフガスの温度やアノードオフガスに含まれる水分量が挙げられる。
【００７６】
そして、貯湯タンク５８に貯留された流体６０は、循環路６６を循環する際に燃料電池１６から改質器１４へ供給されるアノードオフガスで加熱される。これにより、貯湯タンク５８に貯留された流体６０を加熱することができる。
ここで、二酸化炭素改質を用い、得られた改質ガスで発電を実施する際には、水分が少ない方が好ましい。しかし、水分が過少になると、炭素析出が生じるので、水分を適度に含むアノードオフガスを改質器１４に戻している。
【００７７】
このため、貯湯タンク５８に貯留された流体６０を給湯に用いることができる。したがって、燃料電池１６からのアノードオフガスの熱を有効に利用することができ、システム全体としてのエネルギー利用効率を高めることができる。
【００７８】
そして、貯湯タンク５８に貯留された流体６０を利用してアノードオフガスから熱回収を行い、アノードオフガスを冷却する。このため、ラジエータを設けてアノードオフガスを冷却する場合と比較して、システムを小型化することができる。
【００７９】
また、循環ポンプ６８を制御して循環路６６を循環する流体６０の循環量を調整することで、アノードオフガス用熱交換器４４からのアノードオフガスの温度がガス目標温度となるように制御することができる。
【００８０】
このため、負荷変動が生じても二酸化炭素改質に適した温度のアノードオフガスを改質器１４に供給することができ、安定した改質効率を維持することができる。
【００８１】
そして、負荷変動によりアノードオフガスの流量が変化しても、循環路６６を循環する流体６０の循環量を調整することで、気液分離器４６へ送られるアノードオフガスの温度を制御することができる。これにより、気液分離器４６による凝縮制御が容易となり、改質器１４での炭素析出を抑止することができる。よって、運転状況の安定化を図ることができ、信頼性を高めることができる。
【００８２】
さらに、未燃ガスを燃焼する燃焼器１８からの排気ガスの熱を利用して循環路６６を循環する流体６０を加熱することができる。これにより、燃焼器１８からの排気ガスの熱を有効利用することができる。
【００８３】
そして、排気ガス用熱交換器５６へ入力される流体６０が流体目標温度以上の場合、短絡弁７６を開弁して迂回経路を形成ことで、排気ガス用熱交換器５６での排気ガスによる流体６０の加熱を抑制することができる。これにより、流体６０の予期せぬ温度上昇を抑制することができ、貯湯タンク５８に貯留される流体６０を適温に維持することができる。
【００８４】
＜第二実施形態＞
図６は、第二実施形態を示す図であり、第一実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、タンク４８に貯留された水８０を再利用する点、及び空気弁２２を有した空気路２４を備えない点が第一実施形態と異なる。
【００８５】
すなわち、気液分離器４６のタンク４８のドレン５０には、タンク４８内の水８０を回収してガス路３０に供給する回収路８２が接続されている。回収路８２には、起動用水弁８４と回収ポンプ８６とが設けられており、起動用水弁８４を開弁して回収ポンプ８６を作動することで、タンク４８内の水８０をガス路３０から改質器１４へ供給して二酸化炭素改質に利用する。
【００８６】
これにより、アノードオフガスから分離した水８０を起動時に再利用することができる。
【００８７】
なお、両実施形態では、貯湯タンク５８に貯留される流体６０を水道水とすることで、貯湯タンク５８に貯留された流体６０を直接使用できるように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、貯湯タンク５８に貯留される流体６０を蓄熱用の伝熱媒体とし、伝熱媒体が保持した熱を利用して、暖房に使用したり、水道水を加熱したりしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０   燃料電池システム
１４   改質器
１６   燃料電池
１８   燃焼器
３８   供給路
４４   アノードオフガス用熱交換器
５４   排気ガス路
５６   排気ガス用熱交換器
５８   貯湯タンク
６０   流体
６６   循環路
６６Ａ 入力
６６Ｂ 出力
６８   循環ポンプ
７６   短絡弁
７８   制御部
【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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