(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質触媒を用いて燃料ガスを改質する改質器（１２，１３，４０）と、
カソード空気を供給するカソード空気供給手段（２３）と、
前記改質器によって改質された前記燃料ガスと、前記カソード空気供給手段によって供給されたカソード空気との電気化学反応により起電力を得る燃料電池（１４）と、
前記カソード空気供給手段から供給されたカソード空気を、前記改質器の内部を通過して前記燃料電池に供給する空気通路（２２）と、
前記改質器に至る前の前記カソード空気を加熱する加熱手段（１５）と、を含み、
前記改質器内にて、前記空気通路を通過する前記カソード空気と前記改質器の改質触媒とが熱交換されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記空気通路を通過する前記カソード空気を加熱するとともに、前記燃料電池を加熱することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記空気通路にて前記加熱手段によって加熱される部位（２２ａ）の上流側から分岐し、前記加熱される部位の下流側であって、前記改質器の上流側にて合流する迂回通路（２４）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記迂回通路を通過する空気量を制御する制御手段と、
前記改質器内の改質触媒の温度を検出する第１温度検出手段（１３ａ）と、
前記燃料電池内部の温度を検出する第２温度検出手段（１４ａ）と、をさらに含み、
前記制御手段は、前記第１温度検出手段によって検出された温度が前記改質器における改質温度の目標値に近づくように前記空気量を制御するとともに、前記第２温度検出手段によって検出された温度が前記燃料電池内部の温度の目標値に近づくように前記空気量を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記空気通路における前記改質器の入口の空気温度を検出する第３温度検出手段（２２ｂ）をさらに含み、
前記制御手段は、前記第３温度検出手段によって検出された温度を用いて、前記改質温度の目標値に近づくように前記空気量を制御するとともに、前記燃料電池内部の温度の目標値に近づくように前記空気量を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記空気通路にて前記加熱手段によって前記加熱される部位を通過する空気量と、前記迂回通路を通過する前記空気量との分流比を調整する流量調整手段（２５）をさらに含み、
前記制御手段は、前記流量調整手段を制御することによって、前記迂回通路を通過する前記空気量を制御することを特徴とする請求項４または５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、固体電解質を用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体電解質を用いた燃料電池システムとして、特許文献１に記載の技術が開示されている。特許文献１に記載の燃料電池システムでは、酸化物イオン導電体から成る固体電解質を、両側から空気極（カソード）と燃料極（アノード）で挟み込んだ構造が用いられている。また特許文献１に記載の燃料電池システムは、起動／停止時に部分酸化（ＰＯＸ）反応を用い、発電時は水蒸気改質（ＳＲ）反応を用いたＰＯＸ・ＳＲ併用の改質器（還元ガス生成器）を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２８７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載の燃料電池システムでは、部分酸化（ＰＯＸ）起動前に燃料電池（ＦＣ）の酸化劣化を抑制するために、改質昇温熱源のＰＯＸヒータ、ＦＣ昇温用熱源のバーナの２つのヒータで個別温調制御を実施している。このように複数のヒータを備えるので、システムが複雑になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、簡素なシステムを用いて、部分酸化のための熱源を確保し、かつ燃料電池の酸化を抑制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】
【０００６】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
本発明では、カソード空気供給手段から供給されたカソード空気を、改質器の内部を通過して燃料電池に供給する空気通路（２２）と、改質器に至る前のカソード空気を加熱する加熱手段（１５）と、を含み、改質器内にて、空気通路を通過するカソード空気と改質器の改質触媒とが熱交換されることを特徴とする燃料電池システムである。
【０００８】
このような本発明に従えば、改質器に至る前のカソード空気を加熱する加熱手段を含む。したがって改質器に至る前のカソード空気を加熱して、改質器に供給することができる。そして改質器内にて、空気通路を通過するカソード空気と改質器の改質触媒とが熱交換されるように構成されている。したがって加熱されたカソード空気は、改質器内にて改質触媒を加熱することができる。したがって改質器における部分酸化のため熱源を確保することができる。また加熱されたカソード空気は、改質器を通過後に燃料電池に供給されるので、燃料電池も加熱されたカソード空気によって加熱することができる。したがって燃料電池の酸化も抑制することができる。このように１つの加熱手段によってカソード空気を加熱するという簡単な構成で、部分酸化のための熱源を確保し、かつ燃料電池の酸化を抑制することができる燃料電池システムを実現することができる。
【０００９】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池システム１０を簡略化して示すブロック図である。
【図２】ＰＯＸ改質器１３の起動処理を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態の燃料電池システム１０Ａを簡略化して示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１および図２を用いて説明する。燃料電池システム１０は、水蒸発器１１と、ＳＲ改質器１２と、ＰＯＸ改質器１３と、燃料電池１４と、昇温用バーナ１５、制御装置（図示せず）とを含んで構成される。
【００１３】
先ず、燃料電池１４に関して説明する。本実施形態の燃料電池１４は、固体酸化物形燃料電池である。燃料電池は、改質器１２，１３によって改質された燃料ガスと、カソード空気との電気化学反応により起電力を得る。燃料電池１４は、周囲を覆う筐体（図示せず）と、筐体の内部に設けられる燃料電池スタック２０を含んで構成される。燃料電池スタック２０は、図示は省略するが、発電セルと発電セル同士を接合するセパレータを順に複数積層した構造となっている。固体電解質には薄膜化されたＹ２Ｏ３ドープＺｒＯ２（ＹＳＺ）、また燃料極にはＮｉ＋ＺｒＯ２サーメット、酸素極にはＬａＳｒＭｎＯ３などの酸化物導電材料で構成され、セパレータにはステンレス鋼などの導電材料で構成されている。
【００１４】
燃料電池スタック２０は、運転時には、燃料ガスおよび酸化剤ガス（空気）を、発電セルの燃料極および空気極に供給して、発電反応を生じさせる。発電反応で消費されなかった未反応の燃料ガスおよび酸化剤ガスは燃料電池スタック２０の外部のオフガス燃焼空間２１にて燃焼させる。
【００１５】
オフガス燃焼空間２１にて燃焼された燃焼ガスは、熱源として用いられる。具体的には、燃焼ガスは、ＳＲ改質器１２および水蒸発器１１を経由して、排気される。これによってＳＲ改質器１２および水蒸発器１１が燃焼ガスによって加熱される。
【００１６】
また燃料電池スタック２０内には、外部からのカソード空気を供給するための空気通路を形成するカソード空気供給管２２が接続されている。また昇温用バーナ１５は、燃料電池スタック２０の周囲を加熱するとともに、カソード空気供給管２２の一部を加熱する。カソード空気は、カソード空気供給手段である空気ブロワ２３によってカソード空気供給管２２に供給される。カソード空気供給管２２は、ＰＯＸ改質器１３の内部を通過して、燃料電池スタック２０内部に至る。カソード空気供給管２２は、ＰＯＸ改質器１３に至る前に、昇温用バーナ１５によって加熱される加熱部分２２ａを有する。またカソード空気供給管２２には、加熱部分２２ａを迂回するバイパス管２４が設けられる。バイパス管２４は、内部をカソード空気供給管２２からのカソード空気が通過し、昇温用バーナ１５によってカソード空気が加熱されない配管である。バイパス管２４は、昇温用バーナ１５を迂回し、ＰＯＸ改質器１３の上流側にて、カソード空気供給管２２に合流する。換言すると、空気ブロワ２３によって供給された空気は、すべてＰＯＸ改質器１３の内部を通過する。
【００１７】
また加熱部分２２ａの上流側であって、カソード空気供給管２２とバイパス管２４とが分岐する部分には、分流調整バルブ２５が設けられる。分流調整バルブ２５は、カソード空気供給管２２とバイパス管２４との空気量の配分を決定するバルブである。これによって加熱部分２２ａを通過するカソード空気の空気量を調整して、ＰＯＸ改質器１３に流入するカソード空気の空気温度を調整することができる。
【００１８】
ＰＯＸ改質器（部分酸化改質器）１３は、酸素と燃料との一部を反応させて一酸化炭素と水素を得る発熱反応を用いた改質器である。ＰＯＸは発熱反応であり、触媒加熱温度が３００℃以上とＳＲと比べて相当に低い。したがってＰＯＸ改質器１３は、起動性に優れるという特徴を有する。またＰＯＸ改質器１３の入口側には外部からの燃料ガス供給管２６、および空気供給管２７が接続されていると共に、出口側はＳＲ改質器１２に接続されている。そして、起動時には、燃料ガス供給管２６に都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素燃料が導入されると共に、空気供給管２７およびカソード空気供給管２２に空気が導入される。
【００１９】
水蒸発器１１は、燃料電池スタック２０からの排熱を熱源とし、改質反応に必要な高温水蒸気を得るための熱交換器である。水蒸発器１１の入口側には給水管２８が接続されると共に、出口側はＰＯＸ改質器１３とＳＲ改質器１２とを接続する配管２９に接続されている。発電運転中は、この水蒸発器１１からの高温水蒸気が導入される。
【００２０】
水蒸気改質器（ＳＲ改質器）１２は、化石燃料を水蒸気と反応させて一酸化炭素と水素にする改質器である。ＳＲ改質器１２に用いられる水蒸気改質法は吸熱反応で、反応に必要な熱を外部から供給する必要がある。そこでＳＲ改質器１２には、前述のように燃料電池スタック２０からの排熱が熱源として用いられる。ＳＲ改質器１２の出口側は、燃料電池スタック２０に接続される。これによってＳＲ改質器１２によって改質された改質ガスが燃料電池スタック２０に供給されることになる。
【００２１】
制御装置は、制御手段であって、空気ブロワ２３からのカソード空気供給量、昇温用バーナ１５への燃料供給量、分流調整バルブ２５の分流比、ＰＯＸ改質器１３に供給される都市ガスと空気の量、水蒸発器１１に供給される水の量などを制御する。また制御装置には、各部の情報、たとえばセンサ信号が入力される。センサは、たとえばＰＯＸ改質器１３の温度（Ｔｆｅｆ）を検出する温度センサ１３ａ、ＰＯＸ改質器１３に流入するカソード空気の温度（Ｔａｉｒ）を検出する温度センサ２２ｂ、および燃料電池１４の温度（Ｔｆｃ）を検出する温度センサ１４ａである。制御装置は、これらの温度センサからの情報を用いて、ＰＯＸ改質器１３および燃料電池１４が適切な温度となるように、各部を制御する。
【００２２】
次に、燃料電池１４の運転方法に関して説明する。燃料電池システム１０では、起動時（運転開始時）、昇温用バーナ１５を着火して燃料電池スタック２０の昇温が開始される。またカソード空気供給管２２も昇温用バーナ１５によって加熱される。したがってＰＯＸ改質器１３もカソード空気給管内のカソード空気によって加熱される。そして、ＰＯＸ改質器１３がＰＯＸ作動温度を超えた後に燃料ガス供給管２６から炭化水素燃料が、また、空気供給管２７から空気がそれぞれＰＯＸ改質器１３に導入される。これら、炭化水素燃料と空気の混合ガスが加熱されたカソード空気によって加熱され、ＰＯＸ改質器１３内において部分酸化反応を生じさせる。
【００２３】
この部分酸化反応では、炭化水素燃料を燃焼して還元ガスである一酸化炭素と水素が生成される。ＰＯＸ改質器１３内の還元ガスは、ＳＲ改質器１２を介して燃料電池スタック２０内に供給される。したがって起動直後より燃料極雰囲気を還元状態に維持することができる。
【００２４】
他方、これと併行して電池セルの未燃ガス（オフガス）がオフガス燃焼空間２１で燃焼し、その輻射熱により燃料電池スタック２０を外周部より加熱・昇温する。
【００２５】
そして、スタック温度が上昇するに連れて加熱部分２２ａへの空気供給量を徐々に減少していくと共に、バイパス管２４への空気供給量を徐々に増加し、スタック温度がＦＣ作動温度まで上昇した時、ＳＲ改質器１２での炭化水素燃料と水蒸気による水蒸気改質に移行する。
【００２６】
昇温後の発電運転時は、水蒸発器１１からの水蒸気と燃料ガス供給管２６からの炭化水素燃料の混合ガスがＳＲ改質器１２に供給され、ＳＲ改質器１２内において水蒸気改質反応により水素豊富な改質ガスが生成されると共に、この改質ガスが各発電セルに供給されることにより、燃料電池スタック２０において発電反応が生じる。
【００２７】
次に、制御装置によるＰＯＸ改質器１３の起動処理に関して説明する。図２に示す処理は、ＳＯＦＣ起動指令（ＰＯＸ起動指令）によって開始され、ステップＳ１に移る。
【００２８】
ステップＳ１では、ＰＯＸ改質器１３の温度（Ｔｒｅｆ）と、ＰＯＸ目標温度（Ｔｒｅｆｓ）とを比較し、ＴｒｅｆがＴｒｅｆｓ以上の場合には、ステップＳ７に移り、以上でない場合には、ステップＳ２に移る。ＰＯＸ目標温度は、たとえば摂氏３００度である。
【００２９】
ステップＳ２では、ＰＯＸ目標温度がＰＯＸ目標温度未満なので、ＰＯＸ起動前で燃料電池スタック２０への還元ガス供給がなされていないことから、燃料電池１４の酸化が生じにくい低温状態に維持する必要があり、ＦＣ目標温度Ｔｆｃ−ｓを摂氏２００度に設定し、ステップＳ３に移る。
【００３０】
ステップＳ７では、ＰＯＸ目標温度がＰＯＸ目標温度以上なので、ＰＯＸ改質器１３の起動は済んでいるので、改質燃料（都市ガス）および改質空気を供給し、ステップＳ８に移る。ステップＳ８では、ＦＣ目標温度Ｔｆｃを摂氏８００度に設定し、ステップＳ３に移る。摂氏８００度は、燃料電池１４の作動温度である。
【００３１】
ステップＳ３では、ＦＣ目標温度ＴｆｃｓとＦＣ温度Ｔｆｃとの差（Ｔｆｃｓ−Ｔｆｃ）、およびＰＯＸ目標温度ＴｒｅｆｓとＰＯＸ改質器１３の温度Ｔｒｅｆとの差（Ｔｒｅｆｓ−Ｔｒｅｆ）から昇温に必要な熱量Ｑｆｃ，Ｑｒｅｆを求める。
【００３２】
ステップＳ４では、総熱量（Ｑｆｃ＋Ｑｒｅｆ）から昇温用バーナ１５によるバーナ供給燃料量Ｆｕｅｌを演算する。またステップＳ４では、Ｑｆｃとなる加熱部分２２ａを通過するカソード空気量Ｆａｉｒ１を演算する。またステップＳ４では、バイパス管２４を通過する空気量Ｆａｉｒ２を演算する。具体的には、ＰＯＸ改質器１３流入前のカソード空気の温度Ｔａｉｒが、ＰＯＸ目標温度Ｔｒｅｆｓ＋マージン（摂氏＊＊度）となるように、Ｆａｉｒ２を演算する。
【００３３】
ステップＳ４の演算後、ステップＳ５に移り、ステップＳ５では、演算結果に基づいて、Ｆｆｕｅｌ、Ｆａｉｒ１、Ｆａｉｒ２となるように、昇温用バーナ１５および分流調整バルブ２５を制御し、ステップＳ６に移る。具体的には、Ｆａｉｒ１およびＦａｉｒ２となるように、空気ブロワ２３からの空気量および分流調整バルブ２５による分流比を制御する。このようにＰＯＸ改質器１３の改質触媒内の温度センサ（改質温度測定手段）、燃料電池１４内に温度センサ（ＦＣ温度測定手段）によって、改質温度の目標値と測定値の差、およびＦＣ温度の目標値と測定値の差から昇温用バーナ１５の燃焼熱量、加熱部分２２ａの空気量、バイパス管２４の空気量が設定される。
【００３４】
ステップＳ６では、ＦＣ温度Ｔｆｃが目標温度Ｔｆｃｓ以上であるか否かを判断し、ＦＣ温度Ｔｆｃが目標温度Ｔｆｃｓ以上である場合には、本フローを終了し、ＦＣ温度Ｔｆｃが目標温度Ｔｆｃｓ以上でない場合には、ステップＳ１に移る。したがってＦＣ温度Ｔｆｃが目標温度Ｔｆｃｓ以上になるまで、ステップＳ１からの一連の処理が繰りかえされる。
【００３５】
これによってＰＯＸ起動前は、昇温用バーナ１５で加熱したカソード空気をＰＯＸ改質器１３に流通し、ＰＯＸ熱源を確保することができる。また燃料電池１４に関しては、加熱部分２２ａを通過するカソード空気で昇温用バーナ１５からの熱を冷却して、燃料電池１４への熱を抑制することができる。したがってＦＣ酸化防止のため低温化することができる。
【００３６】
またＰＯＸ起動後には、ＰＯＸ改質器１３は、昇温用バーナ１５をバイパスしたカソード空気をＰＯＸ改質器１３に流通することで、ＰＯＸ反応を冷却することができる。また加熱部分２２ａを通過するカソード空気を少なくすることで、燃料電池１４を積極的に加熱することができる。
【００３７】
以上説明したように本実施形態の燃料電池システム１０では、ＰＯＸ改質器１３に至る前のカソード空気を加熱する加熱手段として昇温用バーナ１５を含む。したがってＰＯＸ改質器１３に至る前のカソード空気を加熱して、ＰＯＸ改質器１３に供給することができる。そしてＰＯＸ改質器１３内にて、カソード空気供給管２７内の空気通路を通過するカソード空気とＰＯＸ改質器１３の改質触媒とが熱交換されるように構成されている。換言すると、カソード空気をＰＯＸ改質器１３、燃料電池１４の順に流通させる空気通路を備え、カソード空気をＰＯＸ改質器１３の改質触媒の熱交換媒体として用いている。したがって加熱されたカソード空気は、ＰＯＸ改質器１３内にて改質触媒を加熱することができる。したがってＰＯＸ改質器１３における部分酸化のため熱源を確保することができる。また加熱されたカソード空気は、ＰＯＸ改質器１３を通過後に燃料電池１４に供給されるので、燃料電池１４も加熱されたカソード空気によって加熱することができる。したがって燃料電池１４の酸化も抑制することができる。このように１つの昇温用バーナ１５という加熱手段によってカソード空気を加熱するという簡単な構成で、部分酸化のための熱源を確保し、かつ燃料電池１４の酸化を抑制することができる燃料電池システム１０を実現することができる。
【００３８】
また本実施形態では、加熱手段である昇温用バーナ１５は、カソード空気給管内の空気通路を通過するカソード空気を加熱するとともに、燃料電池１４を加熱する。換言すると、カソード空気給管は、カソード空気（燃料電池１４の反応空気）を昇温用バーナ１５、改質器、燃料電池１４の順に流通させる空気流路を形成し、カソード空気を昇温用バーナ１５および改質触媒の熱交換媒体として用いている。これによってＰＯＸ改質器１３と燃料電池１４の両方を簡単な構成で加熱することができる。
【００３９】
さらに本実施形態では、カソード空気給管の空気通路にて昇温用バーナ１５によって加熱される部位（加熱部分２２ａ）の上流側から分岐し、加熱される部位の下流側であって、ＰＯＸ改質器１３の上流側にて合流する迂回通路を形成するバイパス管２４を含む。換言すると、昇温用バーナ１５を流通せず空気流路のＰＯＸ改質器１３上流に合流して空気温度を温調する空気流路を備え、このカソード空気を改質触媒の熱交換媒体として用いている。したがってＰＯＸ改質器１３に流入するカソード空気の温度を調整することができる。また昇温用バーナ１５から燃料電池１４に供給される熱量も調整することができる。
【００４０】
また本実施形態では、迂回通路を内部に形成するバイパス管２４を通過する空気量は、制御装置によって制御される。そしてＰＯＸ改質器１３内の改質触媒の温度を検出する温度センサ（第１温度検出手段）１３ａと、燃料電池１４内部の温度を検出する温度センサ（第２温度検出手段）１４ａと、を含む。そして制御装置は、ＰＯＸ温度Ｔｒｅｆが、ＰＯＸ改質器１３における改質温度の目標値Ｔｒｅｆｓに近づくように空気量（Ｆａｉｒ１，Ｆａｉｒ２）を制御するとともに、ＦＣ温度Ｔｆｃが燃料電池１４内部の温度の目標値Ｔｆｃｓに近づくように空気量（Ｆａｉｒ１，Ｆａｉｒ２）を制御する。これによって各部が目標温度となるように、制御することができる。
【００４１】
さらに本実施形態では、空気通路におけるＰＯＸ改質器１３の入口の空気温度Ｔａｉｒを検出する温度センサ（第３温度検出手段）２２ｂを含む。制御装置は、検出したＴａｉｒを用いて、改質温度の目標値Ｔｒｅｆｓに近づくように空気量を制御するとともに、燃料電池１４内部の温度の目標値Ｔｆｃｓに近づくように空気量を制御する。これによって各部が目標温度となるように、より高精度に制御することができる。
【００４２】
また本実施形態では、空気通路にて昇温用バーナ１５によって加熱される加熱部分２２ａを通過する空気量と、バイパス管２４を通過する空気量との分流比を調整する流量調整手段として、分流調整バルブ２５を含む。制御装置は、分流調整バルブ２５を制御することによって、バイパス管２４を通過する空気量を制御する。換言すると、昇温用バーナ１５をバイパスする空気量、および昇温用バーナ１５によって加熱される空気量の分流比を調整する分流調整バルブ２５を備える。そして改質触媒内に改質温度の目標値と測定値の差、およびＦＣ温度の目標値と測定値の差から昇温用バーナ１５の燃焼熱量、分流調整バルブ２５の分流比を設定する。さらにカソード空気のＰＯＸ改質器１３入口温度の目標値と測定値の差から分流調整バルブ２５の分流比を設定する。これによってＰＯＸ改質器１３に流入する空気温度を、目標温度となるように高精度に制御することができる。
【００４３】
本実施形態の作用および効果を換言すると、カソード空気をＰＯＸ改質器１３内に流通することで、これまでＦＣ加熱用途の昇温用バーナ１５をＰＯＸ起動前にＰＯＸ改質器１３の加熱源としても活用することができる。したがって従来技術のようにＰＯＸ起動用ヒータの廃止が可能となる。またＰＯＸ起動後には、バイパス管２４にカソード空気を積極的に流通させることでＰＯＸ反応熱による加熱防止と、昇温用バーナ１５からの熱量をカソード空気の加熱に用いないことによるＦＣ積極加熱が可能となる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図３を用いて説明する。本実施形態では、図３に示すように、ＰＯＸ改質器１３とＳＲ改質器１２とが一体に構成されている点に特徴を有する。
【００４５】
本実施形態の改質器４０では、空気ブロワ２３からのカソード空気およびオフガス燃焼空間２１からの燃焼ガスが、それぞれ内部を通過する。また水蒸発器１１からの高温水蒸気は、改質器４０流入前の燃料ガス供給管２６に供給される。
【００４６】
改質器４０では、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）の領域においては、改質器４０に燃料ガスと改質用空気が供給され、改質器４０において、部分酸化改質反応ＰＯＸが進行する。次に、オートサーマル改質反応（ＡＴＲ）は、部分酸化改質反応ＰＯＸと水蒸気改質反応ＳＲとが併用された領域である。オートサーマル改質反応は、水の供給量が少ない改質反応と、この反応後に運転され、水の供給量が多い改質反応とを有する。これら２つの改質反応の領域では、改質器４０に、燃料ガス、改質用空気、及び、水蒸気が供給され、改質器４０において、オートサーマル改質反応が進行する。
【００４７】
次に、水蒸気改質反応ＳＲは、燃料ガス及び水の供給量が多い改質反応と、この改質反応後に運転されより燃料ガス及び水の供給量が少ない改質反応とを有する。これら２つの改質反応の領域では、改質器４０に、燃料ガスと水蒸気が供給され（改質用空気の供給は停止される）、改質器４０において、水蒸気改質反応ＳＲが進行する。このような改質器４０での反応は、前述の第１実施形態と同様に、改質器４０の温度が分流調整バルブ２５など制御して、調整される。したがって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。具体的には、制御装置は、昇温用バーナ１５および分流調整バルブ２５を制御することによって、改質反応を効率よく行うことができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００４９】
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５０】
前述の第１実施形態では、加熱手段は、昇温用バーナ１５によって実現されているが、昇温用バーナ１５に限るものではなく、電気ヒータなどの他の加熱手段であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０…燃料電池システム            １１…水蒸発器
１２…ＳＲ改質器                  １３…ＰＯＸ改質器
１４…燃料電池                    １５…昇温用バーナ
２０…燃料電池スタック            ２１…オフガス燃焼空間
２２…カソード空気供給管          ２２ａ…加熱部分
２３…空気ブロワ                  ２４…バイパス管
２５…分流調整バルブ              ２６…燃料ガス供給管
２７…空気供給管                  ２８…給水管
４０…改質器
【図１】
0005794206.tif 000002
【図２】
0005794206.tif 000003
【図３】
0005794206.tif 000004