(57)【要約】【課題】低温環境下における起動時の着火性を改善し得る発電装置などを提供する。【解決手段】本開示に係る発電装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに燃料ガスと酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、混合ガスが着火していない場合、燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、第一着火制御を行う場合の燃料ガスの単位時間当たりの供給量より増加させて再度混合ガスに着火させる第二着火制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、前記混合ガスが着火していない場合、前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、前記第一着火制御を行う場合の前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量より増加させて再度前記混合ガスに着火させる第二着火制御を行う発電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記第一着火制御を行う場合の前記酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量より、前記第二着火制御を行う場合の前記酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量を変化させる請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記第一着火制御を行う場合の前記酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量より、前記第二着火制御を行う場合の前記酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量を増加させる請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記第一着火制御を行う場合における、前記燃料ガスの供給量に対する前記酸素含有ガスの供給量である酸素含有ガス／燃料ガス流量比より、前記第二着火制御を行う場合における前記酸素含有ガス／燃料ガス流量比を高くする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記混合ガスが着火した場合における前記酸素含有ガス／燃料ガス流量比を、前記混合ガスが着火する前における前記酸素含有ガス／燃料ガス流量比より高くする請求項１〜４のいずれか1つに記載の発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記混合ガスが着火した場合に、予め設定された燃料ガス流量及び酸素含有ガス流量になるように、前記燃料ガスの供給量及び前記酸素含有ガスの供給量を段階的に変化させる請求項１〜５のいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項７】
前記制御装置は、外気温が予め設定された温度以下の場合に、前記第二着火制御を実行する請求項１〜６のいずれか１つに記載の発電装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記燃料電池内部の温度が予め設定された温度以下の場合に、前記第二着火制御を実行する請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
燃料電池を備える一乃至複数の発電装置を制御する制御装置であって、
該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御し、
前記混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、前記混合ガスが着火していない場合、前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、前記第一着火制御を行う場合の前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量より、増加させて再度前記混合ガスに着火させる第二着火制御を行う制御装置。
【請求項１０】
燃料電池を備える発電装置を制御する制御装置に、
該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御する制御ステップと、
前記混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、前記混合ガスが着火していない場合、前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、前記第一着火制御を行う場合の前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量より増加させて再度前記混合ガスに着火させる第二着火制御を行う再着火ステップと、を実行させる制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置、制御装置及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数個配列してなるセルスタックが知られている。また、セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。
【０００３】
燃料電池装置においては、燃料電池セルより排出される燃料ガスと酸素含有ガスとが混合した混合ガスを燃焼させるための着火装置を備えており、着火を行うことが求められていた。
【０００４】
特許文献１には、例えば着火性が悪くなる氷点下などの低温環境下において、燃料ガスの濃度を相対的に高くする着火方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池システムでは、混合ガスへの着火が失敗した後に再度着火を行う場合において、着火性を高めることについては十分に考慮されていなかった。
【０００７】
それゆえ、本発明では、混合ガスを着火することができる発電装置、制御装置及び制御プログラ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】
【０００８】
本開示の発電装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、前記混合ガスが着火していない場合、前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、前記第一着火制御を行う場合の前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量より増加させて再度前記混合ガスに着火させる第二着火制御を行う発電装置である。
【０００９】
本開示の制御装置は、燃料電池を備える一乃至複数の発電装置を制御する制御装置であって、該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御し、前記混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、前記混合ガスが着火していない場合、前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、前記第一着火制御を行う場合の前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量より、増加させて再度前記混合ガスに着火させる第二着火制御を行う制御装置である。
【００１０】
本開示の制御プログラムは、燃料電池を備える発電装置を制御する制御装置に、該燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御する制御ステップと、前記混合ガスに着火させる第一着火制御を行った後、前記混合ガスが着火していない場合、前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量を、前記第一着火制御を行う場合の前記燃料ガスの単位時間当たりの供給量より増加させて再度前記混合ガスに着火させる第二着火制御を行う再着火ステップと、を実行させる制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に係る発電装置、制御装置又は制御プログラムによれば、混合ガスにおける着火性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の実施形態に係る燃料電池装置の一例の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池装置におけるセルスタック装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る着火制御における燃料ガス流量及び空気流量の具体例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る燃料電池装置のシステム遷移図の一例である。
【図５】本実施形態に係る燃料電池装置における着火工程の詳細を示すフローチャートである。
【図６】ホットスタート時の着火工程の詳細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】
【００１３】
以下、本開示に係る燃料電池装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下で参照する各図には、本開示に係る燃料電池装置の構成部材のうち、本燃料電池装置の特徴を説明するための主な構成部材を示している。したがって、本燃料電池装置は、各図に示されていない周知の構成部材を備えていてもよい。
【００１４】
図１は、本開示の実施形態に係る燃料電池装置の一例の構成を示す概略図である。燃料電池装置１００は、起動時の着火性を改善し得る装置であり、主にセルスタック装置１を具備する燃料電池モジュール２２、原燃料供給用ポンプ４ａ、水供給用ポンプ５ａ、空気ブロワ３２ａ、外気温センサ１２、内部温度センサ１３、着火装置１１、制御装置９及び記憶装置８を備えている。なお、燃料電池装置１００は、発電装置の一例である。
【００１５】
燃料電池装置１００は、以下にさらに詳細に述べられるように、種々の機能を実行するための制御及び処理能力を提供するために、少なくとも１つのプロセッサを含む制御装置９を備える。種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路として、又は複数の通信可能に接続された集積回路及び／若しくはディスクリート回路として実行されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、種々の既知の技術に従って実行されることが可能である。１つの実施形態において、プロセッサは、例えば、関連するメモリに記憶された指示を実行することによって１以上のデータ計算手続又は処理を実行するように構成された１以上の回路又はユニットを含む。他の実施形態において、プロセッサは、１以上のデータ計算手続き又は処理を実行するように構成されたファームウェア（例えば、ディスクリートロジックコンポーネント）であってもよい。種々の実施形態によれば、プロセッサは、１以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらのデバイス若しくは構成の任意の組み合わせ、又は他の既知のデバイス及び構成の組み合わせを含み、以下に説明される機能を実行してもよい。
【００１６】
制御装置９は、記憶装置８と、燃料電池モジュール２２と、原燃料供給用ポンプ４ａと、空気ブロワ３２ａと、水供給用ポンプ５ａと、外気温センサ１２と、内部温度センサ１３と、着火装置１１とに接続され、これらの各機能部をはじめとして燃料電池装置１００の全体を制御および管理する。制御装置９は、記憶装置８に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することにより、燃料電池装置１００の各部に係る種々の機能を実現する。制御装置９から他の機能部に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御装置９と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。制御装置９が行う本実施形態に特徴的な制御については、さらに後述する。また、本実施形態において、制御装置９は、所定の時間を計測することもができため、燃料ガスの単位時間当たりの供給量等を算出することもできる。
【００１７】
記憶装置８は、プログラム及びデータを記憶できる。記憶装置８は、コントローラの処理結果を一時的に記憶する作業領域としても利用してもよい。記憶装置８は、記録媒体を含む。記録媒体は、半導体記憶媒体、及び磁気記憶媒体等の任意の非一過的（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）な記憶媒体を含んでよい。記憶装置８は、複数の種類の記憶媒体を含んでよい。記憶装置８は、メモリカード、光ディスク、又は光磁気ディスク等の可搬の記憶媒体と、記憶媒体の読み取り装置との組合せを含んでよい。記憶装置８は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の一時的な記憶領域として利用される記憶デバイスを含んでよい。
【００１８】
セルスタック装置１は、改質器１４において生成される燃料ガスと、空気ブロワ３２ａによって供給される酸素含有ガス（通常は、空気）とを用いて発電を行う燃料電池（セルスタック１８を構成する各燃料電池セル１７）を備える。改質器１４は、原燃料供給用ポンプ４ａから供給される原燃料ガスと、水供給用ポンプ５ａから供給される水とを用いた改質反応によって、水素を含む燃料ガスを生成する。
【００１９】
さらに、セルスタック装置１は、燃料電池装置１００の起動時に燃焼領域１０における燃焼を開始させるための高温物または火花等を提供するための着火装置１１を備える。なお、燃焼領域１０は、セルスタック１８と改質器１４との間にある領域であって、燃料電池セル１７において燃焼に使用されなかった燃料ガス及び酸素含有ガスが混合した混合ガスを燃焼させる領域である。着火装置１１は、例えばセラミックからなる着火用ヒータであり、その発熱を燃焼の着火源とするものである。この場合、着火用ヒータは１０００℃程度の高温になり、着火源として十分機能する。さらに、着火用ヒータは、Ｗ、Ｍｏ等からなる発熱体を、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミックで被覆して構成されている。なお、着火装置１１は、従来公知のものを使用することができ、上記のヒータ以外にバーナー等を用いることができる。
【００２０】
なお、通常は、起動時以外の運転中には着火装置１１は停止することができる。運転に伴って発生する混合ガスは、燃焼領域１０における燃焼熱によって継続的に燃焼されるため、着火検出以降は着火装置１１を使用しなくてもよい。
【００２１】
また、図１における熱交換器５０では、燃料電池モジュール２２から流過させた排ガスを熱媒体（例えば、水）と熱交換させて冷却する。温度が低下した排ガス中に含まれる水分は、配管５４を介して水タンク５５に蓄積され、制御装置９が制御する水供給用ポンプ５ａによって改質器１４に供給される。
【００２２】
上記起動時における着火に関する環境としては、以下に示すように３環境に分けられる。第１の環境は、外気温が氷点下などの低温の環境であり、着火が困難な環境である。第２の環境は、外気温が０℃を超える環境であって、スタック温度または改質器入口付近の温度が１００℃未満の場合の環境である。第３の環境は、スタック温度または改質器入口付近の温度が１００℃以上の場合であり、いわゆる“ホットスタート”が可能な環境である。
【００２３】
制御装置９は、原燃料供給用ポンプ４ａ及び空気ブロワ３２ａの動作を制御して、燃料電池に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量並びに燃料ガスと酸素含有ガスとが混合した混合ガスに着火させる着火動作を制御する。この場合、制御装置９は、燃焼領域１０内で、予め規定された回数の着火を試行するとともに、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量については、着火の試行回数毎に、異なる供給量とすることが可能である。
【００２４】
より詳細には、制御装置９は、混合ガスに着火させる制御（以下、「第一着火制御」という。）を行った後、混合ガスが着火していない場合、燃料ガスの単位時間当たりの供給量（以下、「燃料ガス流量」ともいう。）を、第一着火制御を行う場合の燃料ガスの単位時間当たりの供給量より増加させて、再度混合ガスに着火させる制御（以下、第二着火制御」という。）を行う。この制御により、第一着火制御が失敗した場合には、第二着火制御において燃料ガスの絶対的な供給量を増加させることができるため、混合ガスにおける着火性を高めることができる。
【００２５】
さらに、制御装置９は、上記の第一着火制御を行う場合の酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量（以下、「空気流量」または「酸素含有ガス流量」ともいう。）より、上記の第二着火制御を行う場合の酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量を変化させるように制御することができる。この制御により、第二着火制御を行う場合において、燃料ガスの供給量を増加させるだけでなく、燃料電池装置が置かれている環境に応じて、酸素含有ガスの供給量を増加または減少させることで以下に示す効果が得られる。
【００２６】
本開示の制御装置９においては、第二着火制御を行う場合の酸素含有ガスの単位時間当たりの供給量を増加させるように制御する。ところで、混合ガスにおける燃料ガスの濃度が高まると、着火性は向上するものの、燃料ガス中の有機物が不完全燃焼となるおそれがあり、煤が発生しやすくなる。そこで、燃料ガスの供給量を増加させる場合には、同時に酸素含有ガスの供給量も増加させることで、燃料ガス中の有機物が不完全燃焼状態となることを抑制できるため煤の発生を抑制できる。
【００２７】
制御装置９においては、上記の第一着火制御を行う場合における、燃料ガスの供給量に対する酸素含有ガスの供給量である酸素含有ガス／燃料ガス流量比（以下、単に「流量比」ともいう。）より、第二着火制御を行う場合における酸素含有ガス／燃料ガス流量比を高くするように制御することもできる。言い換えると、第一着火制御を行う場合における混合ガス中の燃料ガスの濃度より、第二着火制御を行う場合における混合ガス中の燃料ガスの濃度が低くなるように制御する。すなわち、燃料ガスの絶対的な供給量を増加させることで着火性が向上する一方、混合ガス中の燃料ガスの濃度を相対的に低くすることで煤の発生をも抑制できることとなる。
【００２８】
なお、燃料電池装置の外部の外気温が非常に低い場合（例えば、外気温が−２０℃以下）などの着火困難な環境下においては、燃料ガスの供給量を増加させつつ、酸素含有ガスの供給量を減少させるようにしてもよい。これにより、混合ガスにおける燃料ガスの濃度をより高くできるため、混合ガスにおける着火性を高めることができる。
【００２９】
なお、制御装置９が制御する第二着火制御については、外気温センサ１２によって検出された燃料電池モジュール２２周囲の外気温が、制御装置９において予め設定された温度以下の場合に実行してもよいし、内部温度センサ１３によって検出された燃料電池モジュール２２内部の温度、例えばセルスタック１８の温度が、制御装置９で予め設定された温度以下の場合に実行してもよい。
【００３０】
また、制御装置９は、図示しない温度センサによって検出された燃焼領域１０の温度に基づいて、着火が成功したか否か判定する。着火の成否判定の具体例としては、着火試行後に燃焼領域１０の温度を少なくとも２回計測し、その間の温度上昇が規定値を超えた場合に着火が成功したと判定する方法がある。また、上記温度センサが予め定めた温度以上を検出した場合に着火が成功したと判断する方法もある。
【００３１】
そして、着火が成功した場合、制御装置９は、上記の酸素含有ガス／燃料ガス流量比を、着火する前における酸素含有ガス／燃料ガス流量比より高くするように制御してもよい。この制御により、混合ガス中の燃料ガスの濃度を相対的に低くすることで煤の発生を抑制できる。
【００３２】
また、制御装置９は、予め設定された燃料ガス流量及び酸素含有ガス流量になるように、燃料ガスの供給量及び酸素含有ガスの供給量を段階的に変化させてもよい。この制御により、安定的に燃焼継続させるために設定されたガス流量へと徐々に変化させるので、着火した混合ガスが失火することを抑制できる。
【００３３】
なお、上記の着火制御は、起動時の着火で行うだけでなく、運転時に失火してしまった場合の着火で行うこともできる。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る燃料電池装置におけるセルスタック装置の外観を示す斜視図である。セルスタック装置１は、原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器１４と、燃料電池セル１７を複数個配列して電気的に接続してなるセルスタック１８と、燃料電池セル１７に燃料ガスを供給するためのマニホールド２０とを備える。
【００３５】
改質器１４は、例えば、炭化水素ガスである天然ガス、メタノール、灯油などの原燃料ガスと水蒸気とにより改質反応させて水素ガスを含む燃料ガスを生成する。改質反応では、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素と、残存成分であるメタン及び水蒸気とを含んだ燃料ガスが得られる。
【００３６】
改質反応には改質触媒が用いられ、改質効率や耐久性に優れた改質触媒を用いることが好ましく、例えば、γ−アルミナ、α−アルミナ及びコージェライトなどの多孔質担体のいずれか一種に、Ｒｕ、Ｐｔなどの貴金属やＮｉ、Ｆｅなどの卑金属を担持させた改質触媒を用いることができる。
【００３７】
改質器１４には、燃料ガスを内部に供給するための原燃料ガス供給管４と、水を内部に供給するための水供給管５とが設けられ、燃料電池セル１７（セルスタック１８）の上方に所定の間隔をあけて配置される。改質反応によって発生した燃料ガスは、改質器１４から燃料ガス供給管７を通ってマニホールド２０へと供給される。
【００３８】
セルスタック１８は、内部にガス流路を有する燃料電池セル１７を複数個立設させた状態で、燃料電池セル１７間に集電部材１９を介して電気的に直列に接続して構成される。
【００３９】
マニホールド２０は、セルスタック１８を構成する燃料電池セル１７の下端を固定するとともに、各燃料電池セル１７に、改質器１４で生成された燃料ガスを供給する。
【００４０】
セルスタック１８の両端部側には、燃料電池セル１７の発電により生じた電流を収集して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する集電部材１９が配置されている。
【００４１】
また、燃料電池セル１７の上方で、燃料電池セル１７と改質器１４との間の燃焼領域１０では、燃料電池セル１７で使用されなかった燃料ガス及び酸素含有ガスを含むオフガスが燃焼される。燃焼領域１０には、着火装置１１が設けられている。
【００４２】
燃焼領域１０で発生した燃焼熱によって改質器１４の内部温度を上昇させることができ、改質器１４にて効率よく改質反応を行うことができる。
【００４３】
燃料電池セル１７としては、内部を燃料ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層及び酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セルであってもよい。
【００４４】
なお、燃料電池セル１７は、上記以外に例えば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また支持体の表面に酸素側電極層、固体電解質層及び燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セルとすることもできる。
【００４５】
次に、制御装置９における着火制御について具体的に説明する。図３は、本実施形態に係る着火制御における燃料ガス流量及び空気流量の具体例を示す図である。図３には、着火工程と、着火後に移行する昇温工程における、燃料ガス流量および空気流量の具体例を示している。ここで、昇温工程とは、着火後に燃料ガスおよび酸素含有ガスを供給して燃焼させながら、改質器における改質反応が継続する温度になるまで昇温させる工程をいう。なお、図３における「流量比」は、燃料ガス流量に対する空気流量の割合を示している。
【００４６】
図３の具体例では、着火の試行回数は３回であり、予め着火工程における１回目〜３回目のそれぞれの試行における燃料ガス流量、空気流量（何れも単位は［Ｌ／ｍｉｎ］）及び流量比を規定している。さらに、図３では、試行回数が増えるに従って、燃料ガス流量、空気流量及び流量比のいずれも増加するように規定している。これは、燃料ガス流量と空気流量については、試行回数が増えるに従って徐々に増加させる一方、燃料ガスの濃度は逆に徐々に小さくさせている。これは、下記の（ａ）〜（ｃ）の事実に基づいている。
（ａ）燃料ガスの濃度を高くした方が着火しやすい。
（ｂ）同程度の流量比の場合は燃料ガス流量を上げた方が着火しやすい。
（ｃ）燃料ガス流量が高い場合は、流量比を上げても着火しやすい。
【００４７】
したがって、上記の着火制御を行うことによって、混合ガスにおける着火性を高めることができるとともに、燃焼領域１０への過剰に高濃度な燃料ガスの供給を抑えることによって、着火時における不完全燃焼の発生を抑えて一酸化炭素または煤の発生を抑制することも可能となる。
【００４８】
さらにまた、図３においては、着火工程から昇温工程への移行時における、燃料ガス流量および空気流量についても例示している。制御装置９は、燃料ガス流量について単位時間（１０秒）当たり「−０．１[Ｌ]」ずつ変化させ、空気流量については単位時間（１０秒）当たり「−１．０[Ｌ]」ずつ変化させ、着火が成功した試行回数における流量から予め設定された昇温工程における流量になるように、段階的に流量を変化させて制御する。このように、燃料ガス流量及び空気流量を徐々に変化させることにより、着火した混合ガスが失火してしまう、いわゆる“炎切れ”を防止することが可能となる。なお、図３に示した着火工程については、着火性が悪くなる、外気温が０℃以下の低温環境下においてのみ実施するものであってもよい。
【００４９】
図４は、本実施形態に係る燃料電池装置のシステム遷移図の一例であり、燃料電池装置１００によって発電を行う場合の制御装置９の制御手順を示している。
【００５０】
制御装置９は、オペレータからシステム起動の指示を受け付けると、システムチェックを実行する（Ｓ２）。システムチェックとしては、漏電の有無、各種センサ、各種ポンプ及びバッテリ等について異常の有無などを確認し、この確認結果を、表示装置（図示せず）等を介してオペレータに通知する。
【００５１】
その後、制御装置９は、発電開始の指示を受け付けるまで、燃料電池装置１００を停止（待機）状態で保持する（Ｓ４）。
【００５２】
その後、発電開始の指示を受け付けると、制御装置９は、起動工程に移行する（Ｓ６）。起動工程では、空気ブロワ３２ａを起動して燃焼領域１０付近に空気を供給した後（Ｓ６０）、水供給用ポンプ５ａを作動させることにより、改質水が供給される配管５４に改質水を充填する改質水充填制御（Ｓ７０）を行った後で、着火工程（Ｓ８０）に移行し、着火装置１１を起動し、原燃料ガスを供給する。改質水充填制御は着火工程より前に行われていればよく、例えば、空気ブロワ３２ａを起動させる前に行ってもよい。
【００５３】
着火が成功すると、昇温工程（Ｓ８）に移行する。制御装置９は、着火工程から昇温工程に移行する過程で、燃料ガスの流量及び空気の流量を徐々に変化するように制御する。具体的には、上記図３に示すように、制御装置９は、着火が成功した試行回数における燃料ガス流量および空気流量から、燃料ガスの流量は１０秒当たり０．１［Ｌ］ずつ減少させ、空気の流量は、１０秒当たり１［Ｌ］ずつ増加または減少させるように制御する。
【００５４】
昇温工程では、一定の温度になるまで改質器を暖機する。この暖機の間、燃料ガス及び、空気の各流量は一定とする。例えば、燃料ガスの流量を１．２［Ｌ／ｍｉｎ］、空気の流量を２４．０［Ｌ／ｍｉｎ］とする。
【００５５】
さらに、発電工程（Ｓ１０）では、燃料電池装置１００を用いた発電が実施される。その後、オペレータから「停止」の指示を受け付けると、制御装置９は、停止工程（Ｓ１２）に移行する。停止工程では、燃料電池モジュール２２内の温度が所定温度以下となった場合に、スタック装置への燃料ガスの供給を停止して、燃料電池モジュール２２内の温度を徐々に下がるように制御装置９が制御する。
【００５６】
図５は、本実施形態に係る燃料電池装置における着火工程の詳細を示すフローチャートである。なお、本実施形態では、着火性が悪くなる、外気温が０℃以下の低温環境（上記第１の環境）下においてのみ本開示の着火工程が行われるものとする。まず、制御装置９は、外気温センサ１２によって検出された外気温が０℃以下の場合は（Ｓ８２でＹｅｓ）、低温フラグを“ＯＮ”に設定する（Ｓ８４）。
【００５７】
さらに、制御装置９は、内部温度センサ１３によって検出されたセルスタック１８の温度が１００℃未満の場合は、いわゆるホットスタートが可能でないと判断して（Ｓ８６でＮｏ）、かつ上記低温フラグが“ＯＮ”の場合は（Ｓ８８でＹｅｓ）、低温環境（上記第１の環境）下での着火のため、図３に示した着火工程の各試行回数に対応した燃料ガス流量および空気流量の値を設定する（Ｓ９０）。一方、上記低温フラグが“ＯＮ”でない場合は（Ｓ８８でＮｏ）、外気温が０℃を超える環境（上記第２の環境下）での着火のための燃料ガス流量および空気流量の値を設定する（Ｓ９２）。この場合、例えば、上記昇温工程と同様、燃料ガスの流量を１．２［Ｌ／ｍｉｎ］、空気の流量を２４．０［Ｌ／ｍｉｎ］に設定する。
【００５８】
その後、制御装置９は、ヒータの予熱を行うための指示を行い（Ｓ９４）、第１回目の着火を試行する。具体的には、燃焼領域１０が所定の温度となった場合に予め設定された流量の燃料ガス及び空気を供給する（Ｓ９６）。制御装置９は、着火が成功した場合は（Ｓ９８でＹｅｓ）、本処理を終了し、次の昇温工程（Ｓ８）に移行する。着火の試行は、規定した回数（例えば、３回）実行する（Ｓ９６〜Ｓ１１０）。
【００５９】
着火の際、制御装置９は、予め規定されている試行回数に応じた燃料ガス流量及び空気流量の各値になるように、原燃料供給用ポンプ４ａ及び空気ブロワ３２ａを制御する。
【００６０】
制御装置９は、規定回数の試行で着火できなかった場合は（Ｓ１１２でＮｏ）、成功フラグを“ＯＦＦ”に設定して（Ｓ１１４）、本処理を終了する。
【００６１】
図６は、ホットスタート時（上記第３の環境）の着火工程の詳細を示すフローチャートである。まず、制御装置９は、ヒータの予熱を行い（Ｓ１８２）、改質水ポンプを駆動後（Ｓ１８４）、第１回目の着火を試行する（Ｓ１８６）。制御装置９は、着火が成功した場合は（Ｓ１８８でＹｅｓ）、成功フラグを“ＯＮ”に設定して（Ｓ１９０）本処理を終了し、次の昇温工程（Ｓ８）に移行する。着火の試行は、規定した回数（例えば、３回）実行する（Ｓ１８２〜Ｓ１９２）。
【００６２】
着火の試行に際して、制御装置９は、予め規定されている燃料ガス流量及び空気流量に基づいて、原燃料供給用ポンプ４ａ及び空気ブロワ３２ａを制御する。これによって、空気ブロワ３２ａが駆動され、空気供給管３２を介して燃焼領域１０に空気が供給される。
【００６３】
制御装置９は、規定回数の試行で着火できなかった場合は（Ｓ１９２でＮｏ）、成功フラグを“ＯＦＦ”に設定して（Ｓ１９４）、本処理を終了する。
【００６４】
なお、上記の実施形態においては、外気温が０℃以下の場合に本開示の着火工程を実行することとしたが、これに限定するものではなく、その他の外気温の場合に本開示の着火工程を実行してもよい。これにより、第一着火制御で着火が失敗した場合には、第二着火制御を実施して混合ガスにおける着火性を高めることができる。
【００６５】
また、図１に示す燃料電池装置１００の制御装置９および記憶装置８を燃料電池装置１００の外部に有する構成として実現することもできる。
【００６６】
さらに、本開示に係る制御装置における特徴的な制御工程を含む制御方法として実現したり、上記工程をコンピュータに実行させるための制御プログラムとして実現したりすることも可能である。
【００６７】
なお、セルスタック装置１は、ＳＯＦＣに限定されず、例えば固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell（ＰＥＦＣ））、リン酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell（ＰＡＦＣ））、および溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell（ＭＣＦＣ））などのような燃料電池で構成してもよい。また、セルスタック装置１は、改質器１４と同じ筺体内に含まれなくてもよい。
【００６８】
以上、実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組合せ及び改良等が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１      セルスタック装置
４      原燃料ガス供給管
４ａ    原燃料供給用ポンプ
９      制御装置
１０    燃焼領域
１１    着火装置
１２    外気温センサ
１３    内部温度センサ
１７    燃料電池セル
１８    セルスタック
２２    燃料電池モジュール
３２    空気供給管
３２ａ  空気ブロワ
１００  燃料電池装置
【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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