(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
供給源から供給される改質用原料と、前記蒸発部から供給される前記水蒸気とから前記改質ガスを生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記蒸発部および前記改質部と前記燃料電池との間にて、前記燃料電池の燃料極から導出される可燃性ガスを前記酸化剤ガスで燃焼させ、前記蒸発部および前記改質部を加熱する燃焼部と、
熱を発生する発熱部を有し、前記燃焼部に導入された前記可燃性ガスを前記発熱部により加熱することによって点火して、前記燃焼部を着火する加熱装置と、
前記燃焼部に配設され、配設された位置の温度を検出する第一温度センサと、
前記蒸発部および前記改質部の少なくともいずれか一方の内部に配設され、配設された位置の温度を検出する第二温度センサと、
前記燃料電池を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記燃料電池システムの起動運転中において、前記燃焼部に前記可燃性ガスを導入させないことにより前記燃焼部を着火せずに前記発熱部によって熱を発生させる非着火発熱部と、
前記非着火発熱部によって前記発熱部が熱を発生しているときに、前記第一温度センサの検出温度に基づいて、前記燃焼部が着火されていない場合における前記第一温度センサの検出温度が上昇する速度である温度上昇速度を算出する温度上昇速度算出部と、
前記燃料電池システムの起動運転中において、前記加熱装置によって前記可燃性ガスの点火が開始された場合、前記温度上昇速度算出部によって算出された前記温度上昇速度に基づいて、前記可燃性ガスの点火が開始された点火開始時点から所定時間経過した時点の前記燃焼部が着火されていない場合における前記第一温度センサの検出温度である非着火温度を推定する温度推定部と、
燃料電池システムの起動運転中において、前記燃焼部が着火されたか否かを判定する着火判定部と、を備え、
前記着火判定部は、
前記点火開始時点から前記所定時間以内に、前記第一温度センサの検出温度が、前記温度推定部によって推定された非着火温度に所定温度を加えた第一判定温度以上となり、前記第二温度センサの検出温度が、判定温度差以上上昇し、かつ、第二判定温度以上となった場合、前記燃焼部が着火されたと判定する燃料電池システム。
【請求項２】
前記蒸発部および前記改質部は、前記燃料電池の上方に配設され、
前記燃焼部は、前記蒸発部を加熱する第一燃焼部および前記改質部を加熱する第二燃焼部を備え、
前記第一温度センサは、前記第一燃焼部および前記第二燃焼部の一方に配設され、
前記第二温度センサは、前記第一燃焼部および前記第二燃焼部の他方によって加熱される前記蒸発部および前記改質部の一方の内部に配設されている請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記蒸発部および前記改質部は、前記燃料電池の上方に配設され、
前記燃料電池は、前記燃料極を有するセルが積層された二つのスタックを並列に配設させて、電気的に接続することにより形成され、
前記第一温度センサは、二つの前記スタックのうち一方の上方に位置する前記燃焼部に配設され、
前記第二温度センサは、二つの前記スタックのうち他方の上方に配設された前記蒸発部および前記改質部の一方の内部に配設されている請求項１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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。燃料電池システムは、特許文献１の図１に示すように、燃料ガスおよび酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池４ａ、燃焼用燃料ガス（可燃性ガス）に着火するヒータ７および燃焼領域Ｆ（燃焼部）の温度を検知する温度センサ８を備えている。特許文献１の燃料電池システムは、起動運転中において可燃性ガスへのヒータ７による着火動作を行った後、所定の着火判定時間ｔ０以内に、燃焼部の温度が着火前の燃焼部の温度Ｔ０から所定温度Ｔ１以上上昇した場合に燃焼部が着火されたと判定し、着火判定時間ｔ０以内に燃焼部が着火されたと判定できなければ燃焼部が未着火と判定し、起動処理を継続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、ヒータ７が着火動作を行った場合、燃焼部が未着火である場合においても燃焼部の温度が上昇するため、燃焼部が未着火であるにもかかわらず、燃焼部が着火されたと誤判定するときがある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した課題を解消するためになされたもので、燃料電池システムの起動運転中において、燃焼部が着火されたことを確実に判定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】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、供給源から供給される改質用原料と、蒸発部から供給される水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質部と、蒸発部および改質部と燃料電池との間にて、燃料電池の燃料極から導出される可燃性ガスを酸化剤ガスで燃焼させ、蒸発部および改質部を加熱する燃焼部と、熱を発生する発熱部を有し、燃焼部に導入された可燃性ガスを発熱部により加熱することによって点火して、燃焼部を着火する加熱装置と、燃焼部に配設され、配設された位置の温度を検出する第一温度センサと、蒸発部および改質部の少なくともいずれか一方の内部に配設され、配設された位置の温度を検出する第二温度センサと、燃料電池を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、燃料電池システムの起動運転中において、燃焼部に可燃性ガスを導入させないことにより燃焼部を着火せずに発熱部によって熱を発生させる非着火発熱部と、非着火発熱部によって発熱部が熱を発生しているときに、第一温度センサの検出温度に基づいて、燃焼部が着火されていない場合における第一温度センサの検出温度が上昇する速度である温度上昇速度を算出する温度上昇速度算出部と、燃料電池システムの起動運転中において、加熱装置によって可燃性ガスの点火が開始された場合、温度上昇速度算出部によって算出された温度上昇速度に基づいて、可燃性ガスの点火が開始された点火開始時点から所定時間経過した時点の燃焼部が着火されていない場合における第一温度センサの検出温度である非着火温度を推定する温度推定部と、燃料電池システムの起動運転中において、燃焼部が着火されたか否かを判定する着火判定部と、を備え、着火判定部は、点火開始時点から所定時間以内に、第一温度センサの検出温度が、温度推定部によって推定された非着火温度に所定温度を加えた第一判定温度以上となり、第二温度センサの検出温度が、判定温度差以上上昇し、かつ、第二判定温度以上となった場合、燃焼部が着火されたと判定する。
【発明の効果】
【０００７】
これによれば、第一温度センサが燃焼部に配設され、第二温度センサが燃焼部によって加熱される蒸発部および改質部の少なくともいずれか一方の内部に配設され、各温度センサは、それぞれ配設された位置の温度を検出する。そして、着火判定部は、燃料電池システムの起動運転中において、異なる部位に配設された第一温度センサおよび第二温度センサの検出温度に基づいて、燃焼部が着火されたか否かを判定する。したがって、燃焼部が着火されたことを確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による燃料電池システムの第一実施形態を示す概要図である。
【図２】図１に示す蒸発部および改質部の平面図である。
【図３】図１に示す燃料電池装置の平面図である。
【図４】図３に示すIV−IV線に沿った燃料電池装置の断面図である。
【図５】図１に示す燃料電池システムのブロック図である。
【図６】図１に示す制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。
【図７】図６に示すフローチャートにおける燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。
【図８】本発明による第二実施形態に係る燃料電池モジュールの概要図である。
【図９】本発明による第三実施形態に係る燃料電池モジュールの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一実施形態）
以下、本発明による燃料電池システムの第一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システム１の概要を示す概要図である。この燃料電池システム１は、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。
発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５を備えている。燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５は、筐体１０ａ内に収容されている。
【００１０】
燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池装置３４（５０）を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。
【００１１】
熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。
【００１２】
熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。
【００１３】
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
【００１４】
さらに、インバータ装置１３は、燃料電池装置３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御する。
【００１５】
燃料電池モジュール１１（３０）は、固体酸化物形の燃料電池モジュールである。燃料電池モジュール３０は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３、燃料電池装置３４および燃焼部３５を備えている。なお、本明細書においては説明の便宜上、図１における上側および下側をそれぞれ燃料電池モジュール３０の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ燃料電池モジュール３０の前方および後方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側を、それぞれ燃料電池モジュール３０の左方および右方として説明する。また、図２乃至図４、図８および図９には、各方向を示す矢印を示している。
【００１６】
ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部３２および改質部３３は、燃料電池装置３４の上方に位置するように配設されている。
蒸発部３２には、改質用原料供給管１１ａの他端および水供給管１１ｂの他端が接続されている。蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水タンク１４から水供給管１１ｂを介して改質水として供給される凝縮水を蒸発させて水蒸気（改質用水蒸気）を生成して導出するものである。また、蒸発部３２は、改質用原料供給管１１ａを介して供給された改質用原料を予熱するものである。そして、蒸発部３２は、改質水（凝縮水）を蒸発させて生成された水蒸気（改質用水蒸気）と予熱された改質用原料を混合して改質部３３へ導出するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００１７】
改質部３３は、改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから改質ガスを生成するものである。具体的には、改質部３３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、改質用水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（改質ガス）は燃料電池装置３４に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００１８】
上述した蒸発部３２および改質部３３は、図２に示すように、ハウジング４０に形成されている。ハウジング４０は、前後方向に沿って延びる第一直方体部４０ａおよび第二直方体部４０ｂ、並びに、直方体部４０ａ，４０ｂを後端部にて連結する連結部４０ｃによって平面Ｕ字状に形成されている。ハウジング４０は金属製である。金属は、例えば炭素鋼または合金鋼である。ハウジング４０は、内部が空洞である断面方形状に形成されている。ハウジング４０の内部は、第一直方体部４０ａの内部に形成された側壁４０ｄにて、２つの部屋４１，４２に区画されている。２つの部屋４１，４２は、この順番に直列に配設されており、気体が流通可能に区画されている。第一の部屋４１に蒸発部３２が形成され、第二の部屋４２に改質部３３が形成されている。また、第一直方体部４０ａは、第一スタック５１ａ（後述する）の上方に配設されている。第二直方体部４０ｂは、第二スタック５１ｂ（後述する）の上方に配設されている（図２および図４参照）。
【００１９】
燃料電池装置３４（５０）は、図１および図３に示すように、燃料電池５１、マニホールド５２および電極５３を備えている。燃料電池装置５０は、電極５３を２つ備えている（図３参照）。燃料電池５１は、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電するものである。酸化剤ガスは、本実施形態において、空気である。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池５１の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。燃料電池５１は、図３に示すように、二つのスタック５１ａ，５１ｂ、支持部材５１ｃ、電流引出部材５１ｄおよび連結部材５１ｅを備えている。
【００２０】
スタック５１ａ，５１ｂは、燃料極、空気極（酸化剤極）、及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル５１ａ１，５１ｂ１が、前後方向に沿って積層されて構成されている。セル５１ａ１，５１ｂ１の燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路５１ａ２，５１ｂ２が形成されている。セル５１ａ１，５１ｂ１の空気極側には、カソードガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路５１ａ３，５１ｂ３が形成されている。また、２つのスタック５１ａ，５１ｂは、セル５１ａ１，５１ｂ１が積層された方向を前後方向とするよう並列に配設されている。
【００２１】
支持部材５１ｃは、スタック５１ａ，５１ｂの前端部および後端部にそれぞれ配設され、スタック５１ａ，５１ｂを支持するものである。支持部材５１ｃは、導電性材料によって平板状に形成され、例えば導電性接着剤によってスタック５１ａ，５１ｂの端部に、それぞれ接合されている。
電流引出部材５１ｄは、セル５１ａ１，５１ｂ１の発電により生じる電流を引き出すものである。電流引出部材５１ｄは、導電性材料にて、前後方向に延びる板状に形成されている。また、電流引出部材５１ｄは、支持部材５１ｃと一体的に形成されている。
連結部材５１ｅは、導電性材料によって形成され、スタック５１ａ，５１ｂの前端部にそれぞれ設けられた電流引出部材５１ｄを連結するものである。ここで、スタック５１ａ，５１ｂは、スタック５１ａ，５１ｂの同じ側の端部で、極性が逆となるように配設されている。これにより、連結部材５１ｅは、スタック５１ａ，５１ｂを電気的に直列に連結する。
【００２２】
燃料電池５１は、マニホールド５２上に設けられている。マニホールド５２には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管５４を介して供給される。燃料流路５１ａ２，５１ｂ２は、その下端（一端）がマニホールド５２の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。一方、カソードエアは、空気流路５１ａ３，５１ｂ３の下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００２３】
燃料電池５１においては、燃料極に供給された改質ガスと空気極に供給されたカソードガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１及び化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路５１ａ２，５１ｂ２及び空気流路５１ａ３，５１ｂ３からは、発電に使用されなかった改質ガス及びカソードエアが導出する。燃料電池５１によって発電された電力は、インバータ装置１３に電極５３を介して出力される。電極５３は、スタック５１ａ，５１ｂの後端部にそれぞれ設けられた電流引出部材５１ｄに接続されている。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００２４】
燃焼部３５は、図１および図４に示すように、蒸発部３２および改質部３３と燃料電池５１との間にて、燃料電池５１の燃焼極から導出される可燃性ガスを酸化剤ガスで燃焼させ、蒸発部３２および改質部３３を加熱するものである。燃焼部３５は、可燃性ガスを酸化剤ガスで燃焼させる燃焼空間である。可燃性ガスは、燃えるガスであり、発電に使用されずに燃料流路５１ａ２，５１ｂ２から導出した改質ガス（アノードオフガス）である。酸化剤ガスは、発電に使用されずに空気流路５１ａ３，５１ｂ３から導出した空気（カソードエア（カソードオフガス））である。燃焼部３５では、アノードオフガスが燃焼されて燃焼ガス（火炎３６）が発生し、その燃焼ガスによって蒸発部３２および改質部３３が加熱される。
【００２５】
燃焼部３５は、第一燃焼部３５ａおよび第二燃焼部３５ｂを備えている。第一燃焼部３５ａは、図４に示すように、蒸発部３２を内部に有する第一直方体部４０ａと第一スタック５１ａとの間に配設されている。これにより、第一燃焼部３５ａが、改質部３３の一部および蒸発部３２を加熱する。第二燃焼部３５ｂは、第二直方体部４０ｂと第二スタック５１ｂとの間に配設されている。これにより、第二燃焼部３５ｂが、改質部３３の一部を加熱する。さらに、燃焼ガスは、燃料電池モジュール３０内を動作温度に加熱している。また、燃焼部３５では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガスが発生している。そして、その燃焼排ガスは排気管１１ｄを介して燃料電池モジュール３０から排気される。
【００２６】
燃焼部３５には、図３および図４に示すように、第一点火ヒータ３５ｃ（本発明の加熱装置に相当）および第二点火ヒータ３５ｄが設けられている。第一点火ヒータ３５ｃは、第一燃焼部３５ａに配設されている。具体的には、第一点火ヒータ３５ｃは、第一スタック５１ａの前端部にて、第一スタック５１ａと蒸発部３２との間に配設されている。また、第二点火ヒータ３５ｄは、第二燃焼部３５ｂに配設されている。具体的には、第二点火ヒータ３５ｄは、第二スタック５１ｂの前端部にて、第二スタック５１ｂと改質部３３との間に配設されている。
【００２７】
点火ヒータ３５ｃ，３５ｄは、熱を発生する発熱部３５ｃ１，３５ｄ１を有している（図１及び図３参照）。発熱部３５ｃ１，３５ｄ１は、制御装置１５の指示によって交流電流により発熱する抵抗体である。点火ヒータ３５ｃ，３５ｄは、燃焼部３５に導入された可燃性ガスを発熱部３５ｃ１，３５ｄ１により加熱することによって点火して、燃焼部３５を着火するものである。点火は、対象（アノードオフガス）に火をつけることである。着火は、火が継続してついている状態（燃焼状態）に、対象（燃焼部３５）がなっていることである。
【００２８】
また、燃料電池モジュール３０は、図１乃至図４に示すように、第一温度センサ３７および第二温度センサ３８をさらに備えている。
第一温度センサ３７は、第一燃焼部３５ａに配設され、配設された位置の温度を検出するものである。第一温度センサ３７は、具体的には、第一燃焼部３５ａにおける第一スタック５１ａと蒸発部３２との間に、燃焼ガス（火炎３６）および第一点火ヒータ３５ｃに接触しない位置に配設されている。また、第一温度センサ３７は、第一点火ヒータ３５ｃが熱を発生したときに、温度が上昇する位置に配設されている。第一温度センサ３７は、その検出結果を制御装置１５に送信する。
【００２９】
第二温度センサ３８は、改質部３３の内部に配設され、配設された位置の温度を検出するものである。第二温度センサ３８は、具体的には、第二スタック５１ｂ（および第二燃焼部３５ｂ）の上方に位置する第二直方体部４０ｂに形成された改質部３３の内部に配設されている。また、第二温度センサ３８は、改質部３３の内部において、第二スタック５１ｂの前後方向における中央部の上方に位置するように配設されている。第二温度センサ３８は、その検出結果を制御装置１５に送信する。
【００３０】
制御装置１５は、燃料電池５１を少なくとも制御するものである。制御装置１５は、図５に示すように、上述した各温度センサ３７，３８、各ポンプ１１ａ１，１１ｂ１，２２ａ、カソードエアブロワ１１ｃ１、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄが接続されている。また、制御装置１５は、記憶部１５ａ、非着火発熱部１５ｂ、温度上昇速度算出部１５ｃ、温度推定部１５ｄおよび着火判定部１５ｅを備えている。
【００３１】
記憶部１５ａは、制御プログラムを実行する際に用いられるデータ等を記憶するものである。
非着火発熱部１５ｂは、燃料電池システム１の起動運転中において、燃焼部３５に可燃性ガスを導入させないことにより燃焼部３５を着火せずに発熱部３５ｃ１によって熱を発生させるものである。非着火発熱部１５ｂは、具体的には、供給源Ｇｓから改質用原料を燃料電池モジュール３０に供給せずに、すなわち、原料ポンプ１１ａ１をオフにして、第一点火ヒータ３５ｃをオンにする。
【００３２】
温度上昇速度算出部１５ｃは、非着火発熱部１５ｂによって発熱部３５ｃ１が熱を発生しているときに、第一温度センサ３７の検出温度に基づいて、第一燃焼部３５ａが着火されていない場合における第一温度センサ３７の検出温度が上昇する速度である温度上昇速度Ｖｔを算出するものである。温度上昇速度Ｖｔは、非着火発熱部１５ｂによって第一点火ヒータ３５ｃがオンされた時点における第一温度センサ３７の検出温度と、その時点から第一所定時間Ｔｓ１（例えば１分）経過した時点の第一温度センサ３７の検出温度との温度差Ｔｈｄ（図７参照）が、第一所定時間Ｔｓ１によって除算されることにより算出される（温度上昇速度Ｖｔ＝温度差Ｔｈｄ／第一所定時間Ｔｓ１）。
【００３３】
温度推定部１５ｄは、燃料電池システム１の起動運転中において、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄによって可燃性ガスの点火が開始された場合、温度上昇速度算出部１５ｃによって算出された温度上昇速度Ｖｔに基づいて、可燃性ガスの点火が開始された点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２（本発明の所定時間に相当）経過した時点の燃焼部３５が着火されていない場合における第一温度センサ３７の検出温度である非着火温度Ｔｈｎを推定するものである。非着火温度Ｔｈｎは、点火開始時点Ｔｋの第一温度センサ３７の検出温度である第一開始温度Ｔｈｋ１（図７参照）に、温度上昇速度算出部１５ｃによって算出された温度上昇速度Ｖｔと第二所定時間Ｔｓ２との積によって算出される温度を加えることにより推定（算出）される（非着火温度Ｔｈｎ＝第一開始温度Ｔｈｋ１＋（温度上昇速度Ｖｔ×第二所定時間Ｔｓ２））。第二所定時間Ｔｓ２は、例えば５分である。
着火判定部１５ｅは、燃料電池システム１の起動運転中において、燃焼部３５が着火されたか否かを判定するものである（後述する）。
【００３４】
次に、上述した燃料電池システム１の系統電源１６ａから送電がある場合の基本的動作の一例について説明する。制御装置１５は、スタートスイッチ（図示なし）が押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。
【００３５】
起動運転が開始されるときは、制御装置１５は、補機を作動させる。具体的には、制御装置１５は、ポンプ１１ａ１，１１ｂ１を作動させ、蒸発部３２に改質用原料および改質水の供給を開始する。上述したように、蒸発部３２では混合ガスが生成されて、混合ガスは改質部３３に供給される。改質部３３では、供給された混合ガスから改質ガスが生成されて、改質ガスが燃料電池５１に供給される。そして、制御装置１５が点火ヒータ３５ｃ，３５ｄをオンすることにより、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄが加熱される。これにより、燃料電池５１から導出されたアノードオフガスが点火されて、燃焼部３５が着火される。改質部３３内部の温度（第二温度センサ３８の検出温度）が作動温度以上となれば、起動運転が終了し、発電運転を開始する。本実施形態において、作動温度は、例えば４００℃である。
【００３６】
発電運転中では、制御装置１５は、燃料電池５１の発電する電力が、外部電力負荷１６ｃの消費電力となるように補機を制御して、改質用原料およびカソードエア（空気）を燃料電池モジュール３０ひいては燃料電池５１に供給する。燃料電池５１の発電する電力より外部電力負荷１６ｃの消費電力が上回った場合、その不足電力が系統電源１６ａから受電して補われるようになっている。
【００３７】
次に、上述した燃料電池システム１の起動運転中において、燃焼部３５が着火されたか否かを判定する着火判定制御について、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
起動運転が開始された場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２にて、カウンタｉを初期値ゼロに設定する。カウンタｉは、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄがオンされた場合においても、可燃性ガスが点火されずに燃焼部３５が着火されない回数をカウントするカウンタである。制御装置１５は、ステップＳ１０４にて、カソードエアブロワ１１ｃ１をオンにする。これにより、燃料電池５１への空気の供給が開始される。そして、制御装置１５は、ステップＳ１０６にて、燃料電池５１に改質用原料が供給されていない状態にて第一点火ヒータ３５ｃをオンする（非着火発熱部１５ｂ）。
【００３８】
制御装置１５は、ステップＳ１０８にて、第一所定時間Ｔｓ１が経過したか否かを確認する。第一所定時間Ｔｓ１が経過していない場合、制御装置１５は、ステップＳ１０８を繰り返し実行する。一方、第一所定時間Ｔｓ１が経過した場合、制御装置１５は、プログラムをステップＳ１１０に進める。
【００３９】
制御装置１５は、ステップＳ１１０にて、温度上昇速度Ｖｔを算出する（温度上昇速度算出部１５ｃ）。そして、制御装置１５は、ステップＳ１１２にて、第一点火ヒータ３５ｃをオンした状態にて、第二点火ヒータ３５ｄをオンするとともに、原料ポンプ１１ａ１をオンして改質用原料の供給を開始する。これにより、可燃性ガスの点火が開始される。さらに、制御装置１５は、非着火温度Ｔｈｎを推定し（ステップＳ１１４；温度推定部１５ｄ）、点火開始時点Ｔｋの第二温度センサ３８の検出温度である第二開始温度Ｔｈｋ２（図７参照）を記憶する（記憶部１５ａ；ステップＳ１１６）。
【００４０】
制御装置１５は、点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２以内に燃焼部３５が着火されたか否かを判定する（着火判定部１５ｅ）。はじめに、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて、点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２が経過したか否かを判定する。第二所定時間Ｔｓ２が経過していない場合、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ１２０に進める。
【００４１】
制御装置１５は、ステップＳ１２０にて、第一温度センサ３７の検出温度（以下、第一検出温度Ｔｈ１とする。）が、第一判定温度Ｈｔ１以上であるか否かを確認する。第一判定温度Ｈｔ１は、非着火温度Ｔｈｎに所定温度Ｔｈｓを加えた温度（第一判定温度Ｈｔ１＝非着火温度Ｔｈｎ＋所定温度Ｔｈｓ）である。所定温度Ｔｈｓは、第一判定温度Ｈｔ１が非着火温度Ｔｈｎに対して十分大きい温度（例えば２００℃）となるように、実験等により実測されて導出されている。第一スタック５１ａから第一燃焼部３５ａに導入される可燃性ガスが、第一点火ヒータ３５ｃにより加熱されても点火されず、第一燃焼部３５ａが着火されない場合、第一検出温度Ｔｈ１は、第一判定温度Ｈｔ１より低い。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１２０にて「ＮＯ」と判定して、プログラムをステップＳ１１８に戻し、第二所定時間Ｔｓ２が経過するまでステップＳ１１８、１２０を繰り返し実行する。
【００４２】
一方、第一スタック５１ａから第一燃焼部３５ａに導入される可燃性ガスが、第一点火ヒータ３５ｃによって点火して、第一燃焼部３５ａが着火された場合、第一検出温度Ｔｈ１が上昇し、第一検出温度Ｔｈ１が第一判定温度Ｈｔ１以上となる。これにより、制御装置１５は、第一燃焼部３５ａが着火されたと判定する。よって、制御装置１５は、ステップＳ１２０にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１２２へ進める。
【００４３】
制御装置１５は、ステップＳ１２２にて、第二温度センサ３８の検出温度（以下、第二検出温度Ｔｈ２とする。）が、点火開始時点Ｔｋから判定温度差Ｈｔｄ以上上昇したか否かを判定する。制御装置１５は、具体的には、現時点の第二検出温度Ｔｈ２と第二開始温度Ｔｈｋ２との差が判定温度差Ｈｔｄ以上であるか否かを判定する。判定温度差Ｈｔｄは、実験等により実測されて導出されている。第二スタック５１ｂから第二燃焼部３５ｂに導入される可燃性ガスが、第二点火ヒータ３５ｄにより加熱されても点火されず、第二燃焼部３５ｂが着火されない場合、改質部３３が加熱されないため、第二検出温度Ｔｈ２の点火開始時点Ｔｋからの上昇温度は、判定温度差Ｈｔｄより小さい。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１２２にて「ＮＯ」と判定して、プログラムをステップＳ１１８に戻し、第二所定時間Ｔｓ２が経過するまでステップＳ１１８〜１２２を繰り返し実行する。
【００４４】
一方、第二スタック５１ｂから第二燃焼部３５ｂに導入される可燃性ガスが、第二点火ヒータ３５ｄによって点火され、第二燃焼部３５ｂが着火された場合、改質部３３が加熱される。そして、改質部３３内部の温度が上昇して、第二検出温度Ｔｈ２の点火開始時点Ｔｋからの上昇温度が判定温度差Ｈｔｄ以上となった場合、制御装置１５は、ステップＳ１２２にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１２４に進める。
【００４５】
制御装置１５は、ステップＳ１２４にて、第二検出温度Ｔｈ２が第二判定温度Ｈｔ２以上であるか否かを確認する。第二判定温度Ｈｔ２は、可燃性ガスの自然発火温度より高く、かつ、上述した改質部３３の作動温度より低い温度であり、実験等により実測されて導出されている。第二検出温度Ｔｈ２が点火開始時点Ｔｋから判定温度差Ｈｔｄ以上上昇したときにおいても、例えば第二燃焼部３５ｂの着火が部分的であるとき、第二検出温度Ｔｈ２が第二判定温度Ｈｔ２より低い場合がある。よって、この場合、制御装置１５は、ステップＳ１２４にて「ＮＯ」と判定して、プログラムをステップＳ１１８に戻し、第二所定時間Ｔｓ２が経過するまでステップＳ１１８〜１２４を繰り返し実行する。
【００４６】
一方、例えば第二燃焼部３５ｂが全体的に着火された場合、第二検出温度Ｔｈ２が第二判定温度Ｈｔ２以上となる。これにより、制御装置１５は、第二燃焼部３５ｂが着火されたと判定する。よって、制御装置１５は、ステップＳ１２４にて「ＹＥＳ」と判定する。そして、制御装置１５は、第一燃焼部３５ａおよび第二燃焼部３５ｂが着火されたため、ステップＳ１２６にて、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄをオフにして、起動運転を継続する。
【００４７】
また、第一燃焼部３５ａおよび第二燃焼部３５ｂの少なくともいずれか一方が着火されずに、第二所定時間Ｔｓ２経過した場合、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１２８に進める。制御装置１５は、ステップＳ１２８にてカウンタｉを１ＵＰして、ステップＳ１３０にてカウンタｉが所定回数ｎとなったか否かを判定する。所定回数ｎは、例えば３である。カウンタｉが所定回数ｎでない場合、制御装置１５は、ステップＳ１３０にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ１１４に戻し、可燃性ガスの点火を継続して行う。
【００４８】
一方、燃料電池システム１に異常が発生して、燃焼部３５が着火されずに、カウンタｉが所定回数ｎとなった場合、制御装置１５は、ステップＳ１３０にて「ＹＥＳ」と判定する。燃料電池システム１の異常は、例えば、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄの故障である。そして、制御装置１５は、ステップＳ１３２にて起動運転を停止する。
【００４９】
次に、燃料電池システム１が上述したフローチャートに沿って動作して燃焼部３５が着火される場合について、図７に示すタイムチャートを用いて説明する。
燃料電池システム１の起動運転が開始され、第一点火ヒータ３５ｃがオンされたとき（時刻ｔ１；ステップＳ１０６）、第一点火ヒータ３５ｃの熱の発生により第一検出温度Ｔｈ１が上昇する。そして、第一所定時間Ｔｓ１が経過したとき（時刻ｔ２；ステップＳ１０８）、その時点における温度差Ｔｈｄに基づいて、温度上昇速度Ｖｔを算出する（ステップＳ１１０）。さらに、このとき、制御装置１５は、第二点火ヒータ３５ｄおよび原料ポンプ１１ａ１をオンにして可燃性ガスを燃焼部３５に導出させることにより可燃性ガスの点火を開始し（時刻ｔ２（点火開始時点Ｔｋ）；ステップＳ１１２）、第一開始温度Ｔｈｋ１および温度上昇速度Ｖｔから非着火温度Ｔｈｎを推定するとともに（ステップＳ１１４）、第二開始温度Ｔｈｋ２を記憶する（ステップＳ１１６）。
【００５０】
可燃性ガスの点火が開始されてから、燃焼部３５が着火していないとき、第一検出温度Ｔｈ１は、温度上昇速度Ｖｔを維持したまま温度上昇し、第二検出温度Ｔｈ２は、第二開始温度Ｔｈｋ２を維持する（時刻ｔ２〜ｔ３）。
燃焼部３５が着火されたとき（時刻ｔ３）、第一温度センサ３７は、第一燃焼部３５ａに配設されていることにより火炎３６と比較的近いため、第一検出温度Ｔｈ１は、急激に上昇し、第一判定温度Ｈｔ１（＝非着火温度Ｔｈｎ＋所定温度Ｔｈｓ）より高くなる。また、この場合、第二燃焼部３５ｂが改質部３３を加熱しているが、第二温度センサ３８が改質部３３の内部に配設されているため、第二検出温度Ｔｈ２は、徐々に上昇する。さらに、第二燃焼部３５ｂが改質部３３を加熱することにより、第二検出温度Ｔｈ２と第二開始温度Ｔｈｋ２との温度差が判定温度差Ｈｔｄ以上となり（時刻ｔ４）、第二検出温度Ｔｈ２が第二判定温度Ｈｔ２以上となる（時刻ｔ５）。このとき、点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２が経過する時点（時刻ｔ６）より前に、制御装置１５は、燃焼部３５が着火されたと判定するため（ステップＳ１１８〜１２６）、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄをオフにする（時刻ｔ５；ステップＳ１２８）。
【００５１】
一方、可燃性ガスの点火が開始されても、燃焼部３５が着火されない場合、第一検出温度Ｔｈ１は、温度上昇速度Ｖｔを維持したまま温度上昇する（時刻ｔ２以降（時刻ｔ３以降は破線にて示す））。一方、第二検出温度Ｔｈ２は、第二開始温度Ｔｈｋ２のままである（時刻ｔ２以降（時刻ｔ３以降は破線にて示す））。
【００５２】
本第一実施形態によれば、燃料電池システム１は、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池５１と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、供給源Ｇｓから供給される改質用原料と、蒸発部３２から供給される水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池５１に供給する改質部３３と、蒸発部３２および改質部３３と燃料電池５１との間にて、燃料電池５１の燃料極から導出される可燃性ガスを酸化剤ガスで燃焼させ、蒸発部３２および改質部３３を加熱する燃焼部３５と、熱を発生する発熱部３５ｃ１を有し、燃焼部３５に導入された可燃性ガスを発熱部３５ｃ１により加熱することによって点火して、燃焼部３５を着火する第一点火ヒータ３５ｃと、燃焼部３５に配設され、配設された位置の温度を検出する第一温度センサ３７と、改質部３３の少なくともいずれか一方の内部に配設され、配設された位置の温度を検出する第二温度センサ３８と、燃料電池５１を少なくとも制御する制御装置１５と、を備えている。制御装置１５は、燃料電池システム１の起動運転中において、燃焼部３５に可燃性ガスを導入させないことにより燃焼部３５を着火せずに発熱部３５ｃ１によって熱を発生させる非着火発熱部１５ｂと、非着火発熱部１５ｂによって発熱部３５ｃ１が熱を発生しているときに、第一温度センサ３７の検出温度（第一検出温度Ｔｈ１）に基づいて、燃焼部３５が着火されていない場合における第一検出温度Ｔｈ１が上昇する速度である温度上昇速度Ｖｔを算出する温度上昇速度算出部１５ｃと、燃料電池システム１の起動運転中において、第一点火ヒータ３５ｃによって可燃性ガスの点火が開始された場合、温度上昇速度算出部１５ｃによって算出された温度上昇速度Ｖｔに基づいて、可燃性ガスの点火が開始された点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２経過した時点の燃焼部３５が着火されていない場合における第一検出温度Ｔｈ１である非着火温度Ｔｈｎを推定する温度推定部１５ｄと、燃料電池システム１の起動運転中において、燃焼部３５が着火されたか否かを判定する着火判定部１５ｅと、を備え、着火判定部１５ｅは、点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２以内に、第一検出温度Ｔｈ１が、温度推定部１５ｄによって推定された非着火温度Ｔｈｎに所定温度Ｔｈｓを加えた第一判定温度Ｈｔ１以上となり、第二温度センサ３８の検出温度（第二検出温度Ｔｈ２）が、判定温度差Ｈｔｄ以上上昇し、かつ、第二判定温度Ｈｔ２以上となった場合、燃焼部３５が着火されたと判定する。
これによれば、第一温度センサ３７が燃焼部３５に配設され、第二温度センサ３８が燃焼部３５によって加熱される改質部３３の内部に配設され、各温度センサ３７，３８は、それぞれ配設された位置の温度を検出する。そして、着火判定部１５ｅは、燃料電池システム１の起動運転中において、異なる部位に配設された第一温度センサ３７および第二温度センサ３８の検出温度に基づいて、燃焼部３５が着火されたか否かを判定する。したがって、燃焼部３５が着火されたことを確実に判定することができる。
【００５３】
また、燃料電池システム１の起動運転中において、第一点火ヒータ３５ｃによって可燃性ガスの点火が行われているとき、温度推定部１５ｄが、点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２経過した時点の燃焼部３５が着火していない場合における非着火温度Ｔｈｎを推定し、着火判定部１５ｅは、温度推定部１５ｄによって導出された非着火温度Ｔｈｎに所定温度Ｔｈｓを加えた第一判定温度Ｈｔ１に基づいて、第一温度センサ３７の検出温度から、燃焼部３５が着火されたか否かを判定する。よって、着火判定部１５ｅは、燃焼部３５が着火されていない場合における燃焼部３５の温度上昇と、燃焼部３５が着火されている場合における燃焼部３５の温度上昇とを区別して、燃焼部３５が着火されたか否かを判定することができる。
また、着火判定部１５ｅは、燃焼部３５によって加熱される改質部３３の内部に配設された第二温度センサ３８の検出温度（第二検出温度Ｔｈ２）から、燃焼部３５が着火されたか否かを判定する。蒸発部３２および改質部３３は、燃焼部３５によって加熱されているため、燃焼部３５が着火された場合、蒸発部３２および改質部３３の内部の温度が上昇する。よって、例えば、点火開始時点Ｔｋから第二所定時間Ｔｓ２経過後に、第二検出温度Ｔｈ２の上昇温度が比較的小さい場合、または、第二検出温度Ｔｈ２が第二判定温度Ｈｔ２より低い場合、着火判定部１５ｅは、燃焼部３５が着火されていないと判定することができる。したがって、着火判定部１５ｅは、第一検出温度Ｔｈ１および第二検出温度Ｔｈ２から燃焼部３５が着火されたか否かを判定するため、燃焼部３５の着火を確実に判定することができる。
【００５４】
また、制御装置１５は、着火判定制御において、第二燃焼部３５ｂが着火されたか否かを判定するために、改質部３３の内部に配設された第二温度センサ３８の検出温度を用いている。この場合、第二燃焼部３５ｂが部分的に着火していないときは、例えば第二検出温度Ｔｈ２が第二判定温度Ｈｔ２より低くなる。よって、この場合、制御装置１５は、第二燃焼部３５ｂが着火していないと判定することができる。したがって、制御装置１５は、一つの温度センサで、第二燃焼部３５ｂが部分的に着火していない場合を、燃焼部３５が着火していないと判定することができる。換言すれば、制御装置１５は、第二燃焼部３５ｂが全体的に着火しているか否かを、一つの温度センサにて判定することができる。さらに、第二温度センサ３８は、そもそも改質部３３の作動温度を検知するためのものである。すなわち、制御装置１５は、着火判定制御において、第二温度センサ３８の検出温度を流用している。よって、着火判定制御を行うための温度センサの個数を少なくすることができるため、着火判定制御を低コストにて行うことができる。
【００５５】
また、蒸発部３２および改質部３３は、燃料電池５１の上方に配設され、燃料電池５１は、燃料極を有するセル５１ａ１，５１ｂ１が積層された二つのスタック５１ａ，５１ｂを並列に配設させて、電気的に接続することにより形成され、第一温度センサ３７は、二つのスタック５１ａ，５１ｂのうち一方の第一スタック５１ａの上方に位置する燃焼部３５（第一燃焼部３５ａ）に配設され、第二温度センサ３８は、二つのスタック５１ａ，５１ｂのうち他方の第二スタック５１ｂの上方に配設された改質部３３の内部に配設されている。
これによれば、燃料電池５１が二つのスタック５１ａ，５１ｂにより形成されている場合においても、本第一実施形態のように、第一温度センサ３７が一方の第一スタック５１ａの上方に位置する第一燃焼部３５ａに、第二温度センサ３８が他方の第二スタック５１ｂの上方に位置する改質部３３の内部に配設される。よって、着火判定部１５ｅは、二つスタック５１ａ，５１ｂそれぞれの上方に位置する燃焼部３５の上昇温度に基づいて、燃焼部３５が着火されたか否かを判定する。したがって、着火判定部１５ｅは、燃料電池５１が二つのスタック５１ａ，５１ｂにより形成されている場合においても、燃焼部３５の着火を確実に判定することができる。
【００５６】
（第二実施形態）
次に、本発明による燃料電池システム１の第二実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分について説明する。上述した第一実施形態において、燃料電池５１は、二つのスタック５１ａ，５１ｂにて構成されているが、本第二実施形態においては、図８に示すように、一つのスタック１５１ｃにて構成されている。スタック１５１ｃは、上述した第一実施形態におけるスタック５１ａ，５１ｂと同様に構成されている。また、本第二実施形態においては、上述した第一実施形態におけるハウジング４０に代えて、ハウジング１４０を備えている。ハウジング１４０は、前後方向に延びる直方体状に形成され、スタック１５１ｃの上方に位置する。ハウジング１４０は、内部を空洞とする断面方形状に形成されている。ハウジング１４０の内部は、二つの部屋に流通可能に区画され、前側の第一の部屋１４１に蒸発部３２が配設され、後側の第二の部屋１４２に改質部３３が配設されている。改質ガス供給管１５４は、改質部３３とマニホールド１５２とを後方にて接続している。
【００５７】
また、本第二実施形態における燃焼部１３５において、第一燃焼部１３５ａは、スタック１５１ｃと蒸発部３２との間に形成され、蒸発部３２のみを加熱する。本第二実施形態における第二燃焼部１３５ｂは、スタック１５１ｃと改質部３３との間に配設され、改質部３３のみを加熱する。さらに、燃料電池システム１は、第一点火ヒータ３５ｃのみ備えている。第一点火ヒータ３５ｃは、第一燃焼部１３５ａに配設されている。第一温度センサ３７は、第一燃焼部１３５ａに配設されている。第二温度センサ３８は、改質部３３の内部において、第二燃焼部１３５ｂの前後方向における中央部の上方に配設されている。
【００５８】
このように構成された燃料電池システム１において、可燃性ガスの点火が開始されて、例えば、第一燃焼部３５ａが着火されているが、第二燃焼部１３５ｂが着火されていない場合、第一検出温度Ｔｈ１が第一判定温度以上であるが、第二検出温度Ｔｈ２が例えば第二判定温度Ｈｔ２より低くなる。これにより、制御装置１５は、燃焼部１３５が着火されていないと判定することができる（ステップＳ１２４）。よって、制御装置１５は、燃焼部１３５の着火が部分的である場合、燃焼部１３５が着火されていないと判定することができる。したがって、制御装置１５は、燃焼部１３５が全体的に着火されたことを確実に判定することができる。
【００５９】
本第二実施形態によれば、第一燃焼部１３５ａと第二燃焼部１３５ｂとがスタック１５１ｃの上方に形成されている。また、蒸発部３２および改質部３３は、燃料電池５１の上方に配設され、燃焼部１３５は、蒸発部３２を加熱する第一燃焼部１３５ａおよび改質部３３を加熱する第二燃焼部１３５ｂを備え、第一温度センサ３７は、第一燃焼部１３５ａに配設され、第二温度センサ３８は、第二燃焼部１３５ｂによって加熱される改質部３３の内部に配設されている。
これによれば、着火判定部１５ｅは、燃焼部１３５における異なる部位に位置する第一燃焼部１３５ａおよび第二燃焼部１３５ｂそれぞれの上昇温度に基づいて、燃焼部１３５が着火されたか否かを判定する。よって、制御装置１５は、燃焼部１３５が部分的に着火された場合に、燃焼部１３５が全体的に着火されていないと判定することができる。したがって、着火判定部１５ｅは、燃焼部１３５の着火をより確実に判定することができる。
【００６０】
（第三実施形態）
次に、本発明による燃料電池システム１の第三実施形態について、主として上述した第一実施形態とことなる部分について説明する。上述した実施形態において、燃料電池モジュール３０は、一つの改質部３３を備えているが、本第三実施形態においては、図９に示すように、二つの改質部２３３ａ，２３３ｂを備えている。さらに、本第三実施形態においては、燃料電池モジュール３０は、脱硫部２３９をさらに備えている。
【００６１】
また、本第三実施形態においては、燃料電池モジュール３０は、上述した第一実施形態のハウジング４０に代えて、ハウジング２４０を備えている。ハウジング２４０は、上述した第一実施形態のハウジング４０と同様に平面Ｕ字状形成されているが、連結部２４０ｃを平面視において燃料電池５１の後方に位置するように形成されている点において、上述した第一実施形態のハウジング４０と異なっている。また、ハウジング２４０の内部は、三つの側壁２４０ｄ，２４０ｅ，２４０ｆにて、四つの部屋２４１，２４２，２４３，２４４に区画されている。四つの部屋２４１，２４２，２４３，２４４は、この順番に直列に配設されており、気体が流通可能に区画されている。第一の部屋２４１に蒸発部３２が形成され、第二の部屋２４２に第一改質部２３３ａが形成され、第三の部屋に脱硫部２３９が形成され、第四の部屋に第二改質部２３３ｂが形成されている。また、第一の部屋２４１および第二の部屋２４２は、第一スタック５１ａの上方に配設されている。第三の部屋２４３は、平面視において燃料電池５１の後方に位置する。第四の部屋２４４は、第二スタック５１ｂの上方に配設されている。
【００６２】
改質用原料供給管１１ａから燃料電池モジュール３０に供給された改質用原料は、蒸発部３２、第一改質部２３３ａ、脱硫部２３９および第二改質部２３３ｂを、この順に通って燃料電池５１に供給される。なお、改質用原料には、例えば改質用原料が漏れたことを臭いによって感知しやすくするために、付臭剤が添加されている。付臭剤は、有機硫黄化合物であり、例えばターシャリーブチルメルカプタンやジメチルサルファイドである。
【００６３】
第一改質部２３３ａは、改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから水素を生成するものである。具体的には、第一改質部２３３ａは、燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、改質用水蒸気）から水素を生成して導出するものである。第一改質部２３３ａ内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。
【００６４】
第一改質部２３３ａの内部温度は、例えば１００〜３００℃が好ましい。改質触媒は温度が高くなるに従って改質反応率が高くなり生成される水素量が多くなるため、第一改質部２３３ａの内部温度は、所定の改質反応率となるように設定される。所定の改質反応率は、脱硫部２３９で必要な水素量に相当する値に設定されるのが好ましい。
【００６５】
脱硫部２３９は、改質用原料中の付臭剤（硫黄化合物）を除去して第二改質部２３３ｂに供給するものである。脱硫部２３９内には、脱硫触媒として水添脱硫剤および超高次脱硫剤が収容されている。水添脱硫剤においては、硫黄化合物と第一改質部２３３ａからの水素とが反応して硫化水素が発生する。例えば、水添脱硫剤は、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系と酸化亜鉛等を組み合わせたものである。超高次脱硫剤としては、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−ニッケル系脱硫剤などを用いることができる。超高次脱硫剤は、水添脱硫剤にて硫黄化合物から変換された硫化水素を取り込んで除去する。このような超高次脱硫剤は、２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫部２３９は、内部が２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態となる箇所に配置されている。
【００６６】
脱硫部２３９には、第一改質部２３３ａから導出されるガスに含まれている水素、第一改質部２３３ａから導出されるガスに含まれている未改質の改質用原料が少なくとも供給される。その結果、脱硫部２３９においては、改質用原料中の硫黄化合物が水素と反応して硫化水素が発生し、その硫化水素が超高次脱硫剤によって除去される。
【００６７】
第二改質部２３３ｂは、脱硫部２３９を通過して供給される改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから、上述した各実施形態の改質部３３と同様に、改質ガスを生成するものである。第二改質部２３３ｂの内部温度は、例えば３００〜６００℃が好ましい。
また、本第三実施形態において、第一温度センサ３７は、上述した第一実施形態と同様に、第一燃焼部３５ａに配設されている。また、第二温度センサ３８は、第二改質部２３３ｂの内部に配設されている。
【００６８】
なお、上述した実施形態において、燃料電池システム１の一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば上述した第一実施形態において、第二温度センサ３８は、第二スタック５１ｂの上方に位置する改質部３３の内部に配設されているが、これに代えて、第一スタック５１ａの上方に位置する蒸発部３２または改質部３３の内部に配設するようにしても良い。この場合、第一温度センサ３７は、二つのスタック５１ａ，５１ｂのうち一方の第二スタック５１ｂの上方に位置する燃焼部３５（第二燃焼部３５ｂ）に配設され、第二温度センサ３８は、二つのスタック５１ａ，５１ｂのうち他方の第一スタック５１ａの上方に配設された蒸発部３２または改質部３３の内部に配設されている。すなわち、第一温度センサ３７は、二つのスタック５１ａ，５１ｂのうち一方の上方に位置する燃焼部３５に配設され、第二温度センサ３８は、二つのスタック５１ａ，５１ｂのうち他方の上方に配設された蒸発部３２および改質部３３の一方の内部に配設されている。
【００６９】
また、上述した第二実施形態において、第一温度センサ３７が第一燃焼部３５ａに配設され、第二温度センサ３８が改質部３３の内部に配設されているが、これに代えて、第一温度センサ３７を第二燃焼部３５ｂに配設し、第二温度センサ３８を蒸発部３２の内部に配設するようにしても良い。このように、第一温度センサ３７は、第一燃焼部３５ａおよび第二燃焼部３５ｂの一方に配設され、第二温度センサ３８は、第一燃焼部３５ａおよび第二燃焼部３５ｂの他方によって加熱される蒸発部３２および改質部３３の一方の内部に配設されている。
【００７０】
また、上述した第三実施形態において、第二温度センサ３８が第二改質部２３３ｂの内部に配設されているが、これに代えて、第二温度センサ３８を第一改質部２３３ａまたは蒸発部３２の内部に配設するようにしても良い。この場合、第一温度センサ３７を第二燃焼部３５ｂに配設すると良い。
また、上述した各実施形態において、燃料電池モジュール３０は、各温度センサ３７，３８を複数備え、第一温度センサ３７が各燃焼部３５ａ，３５ｂに、第二温度センサ３８が蒸発部３２および改質部３３の内部にそれぞれ配設されるようにしても良い。すなわち、第二温度センサ３８は、蒸発部３２および改質部３３の少なくともいずれか一方の内部に配設されている。
【００７１】
また、上述した各実施形態の着火判定制御（図６参照）において、蒸発部３２に改質水が供給されていないが、これに代えて、着火判定制御において、蒸発部３２に改質水を供給するようにしても良い。例えば、図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０２〜１１６の間のいずれかの時点にて、蒸発部３２に改質水を供給する。これにより、改質部３３の内部におけるコーキングの発生を抑制することができる。
【００７２】
また、上述した各実施形態において、制御装置１５は、着火判定制御によって燃焼部３５が着火されたか否かを判定しているが、燃焼部３５が吹き消えたか否かを判定する吹き消え判定制御を行うようにしても良い。燃焼部３５の吹き消えは、燃焼部３５の燃焼状態が終了することである。吹き消え判定制御は、具体的には、燃料電池システム１の起動運転中および発電運転中において、第一検出温度Ｔｈ１および第二検出温度Ｔｈ２が第三所定時間継続して第三判定温度以下となった場合、燃焼部３５が吹き消えたと判定する。第三所定時間は、例えば１分である。第三判定温度は、例えば５０℃である。
【００７３】
これによれば、燃料電池５１が、二つのスタック５１ａ，５１ｂによって形成されている場合においても、それぞれのスタック５１ａ，５１ｂの上方に位置する燃焼部３５が吹き消えたことを検知することができる。さらに、第二温度センサ３８が配設されている蒸発部３２または改質部３３を加熱する燃焼部３５については、その燃焼部３５が部分的に吹き消えた場合、第二温度センサ３８の検出温度（第二検出温度Ｔｈ２）が低下する。そして、第二検出温度Ｔｈ２が第三所定時間継続して第三判定温度以下となった場合、燃焼部３５が吹き消えたと判定する。よって、燃焼部３５が部分的に吹き消えた場合においても、制御装置１５は、燃焼部３５が吹き消えたことを検知することができる。したがって、制御装置１５は、燃焼部３５に温度センサを複数配設することなく、燃焼部３５の吹き消えを検知することができる。
【００７４】
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各ハウジン部４０，１４０，２４０の形状、各ハウジン部４０，１４０，２４０と燃料電池５１（スタック５１ａ，５１ｂ，１５１ｃ）との位置関係、蒸発部３２および改質部３３の配設位置、点火ヒータ３５ｃ，３５ｄの配設位置、各温度センサ３７，３８の配設位置や個数等を変更しても良い。
【符号の説明】
【００７５】
１…燃料電池システム、１１（３０）…燃料電池モジュール、１５…制御装置、１５ｂ…非着火発熱部、１５ｃ…温度上昇速度算出部、１５ｄ…温度推定部、１５ｅ…着火判定部、３２…蒸発部、３３…改質部、３４（５０）…燃料電池装置、３５…燃焼部、３５ａ…第一燃焼部、３５ｂ…第二燃焼部、３５ｃ…第一点火ヒータ、３５ｄ…第二点火ヒータ、３６…火炎、３７…第一温度センサ、３８…第二温度センサ、４０…ハウジング、５１…燃料電池、５１ａ…第一スタック、５１ｂ…第二スタック、Ｈｔ１…第一判定温度、Ｈｔ２…第二判定温度、Ｈｔｄ…判定温度差、Ｔｈｎ…非着火温度、Ｔｈｓ…所定温度、Ｔｋ…点火開始時点、Ｔｓ１…第一所定時間、Ｔｓ２…第二所定時間（所定時間）、Ｖｔ…温度上昇速度。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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