(57)【要約】  燃料電池システムは、燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを燃料電池のアノードに供給する改質器と、改質器に発電原料を供給する発電原料供給器と、改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、制御器と、を備え、燃料電池システムの運転停止工程において、制御器は、酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを燃料電池のカソードに供給させ、発電原料供給器および改質用材料供給器を制御して、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器に間欠的に供給させるとともに、燃焼部が有する着火器を制御して着火動作させる。
2016084372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池と、
発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、
前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、
前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、
前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、
制御器と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃焼部よりも下流側に設けられ、該燃焼部から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを浄化する浄化器と、
前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記浄化器の温度を検知するための浄化器温度検知部と、をさらに備え、
前記浄化器温度検知部による検知結果が所定温度未満となる場合、前記制御器は、前記着火器を制御して着火動作させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器を備える請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃焼部において燃焼させた前記排ガスを流通させ、該燃焼させた排ガスの有する熱により前記脱硫器を加熱する加熱部を備える請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記脱硫器は、水素を利用して前記発電原料から硫黄化合物を除去する水添脱硫器である請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行う、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池、前記脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しており、
前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部、および前記脱硫器の温度を検知する脱硫器温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも備え、
前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行う請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度の上昇値および下降値に応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行う請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードに至る流路であり、前記発電原料を含む可燃性ガスが流通する可燃性ガス流路と、
前記可燃性ガス流路に設けられ、該可燃性ガス流路内の圧力を検知する圧力センサと、を備え、
前記圧力センサの検知結果において、前記可燃性ガス流路内の圧力が負圧となった場合、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行う請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記固体酸化物形燃料電池の電圧を検知する電圧検知器を備え、
前記電圧検知器により検知された電圧が所定電圧以下となるたびに、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器へ供給するように、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記改質用材料供給器は、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水を供給する改質水供給器であって、
前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、
前記蒸発器を加熱する加熱器と、
前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、を備え、
前記蒸発器、前記改質器、および前記固体酸化物形燃料電池の温度はそれぞれ連動して変化しており、
前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知部、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、および前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも有し、
前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
燃料電池と、
発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記燃料電池に供給する改質器と、
前記発電原料を前記改質器に供給する発電原料供給器と、
前記改質器における改質反応に利用する水を該改質器に供給する改質水供給器と、
前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、
前記蒸発器を加熱する加熱器と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
可燃性ガスである前記発電原料または前記水素含有ガスが流通する、前記発電原料供給器から前記燃料電池に至る流路である可燃性ガス流路と、
前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、
連動して変化する前記蒸発器、前記改質器、前記燃料電池の温度うちの少なくともいずれか１つの温度を検知する温度検知部と、
制御器と、を備え、
前記燃料電池の運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池から排出された前記可燃性ガスと前記酸化剤ガスとを含む排気ガスを浄化する浄化器を備え、
前記温度検知部は、前記蒸発器、前記改質器、および前記燃料電池の温度に加え、これらと連動して変化する前記浄化器の温度のうちの少なくともいずれか１つの温度を検知する請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記改質器とは別体で設けられ、前記発電原料を改質し、前記燃料電池に供給する予備改質器をさらに備え、
前記制御器は、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器とともに前記予備改質器を加熱させるように制御する請求項１２または１３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、燃料電池システムの運転停止工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体酸化物形燃料電池システムは、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと空気とを供給して、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。固体酸化物形燃料電池システムの定常運転時には、固体酸化物形燃料電池は５００℃〜９００℃の高温で動作する。【０００３】
固体酸化物形燃料電池システムは、水素含有ガス（改質ガス）を生成するため水素生成装置を備えている。水素生成装置は、水素含有ガスを生成するための原料（発電原料）として、天然ガスを主成分とする都市ガスやＬＰＧ等の化石原料を用いている。水素生成装置は、改質器を備えており、この改質器により発電原料を、例えば、Ｒｕ触媒やＮｉ触媒を用いて、６００℃前後の高温で水蒸気と反応（改質反応）させ、水素含有ガスを生成させる。改質器は、固体酸化物形燃料電池システムの定常運転中、４００℃〜７００℃の高温に保持されており、発電原料および水等が連続的に供給され、触媒による改質反応により水素含有ガスを生成する。【０００４】
また、固体酸化物形燃料電池システムは、外部から供給された水から、改質器における改質反応に必要な水蒸気を生成させる蒸発器も備えている。蒸発器は、固体酸化物形燃料電池システムの定常運転中、１００℃〜３００℃の高温に保持される。【０００５】
ところで、固体酸化物形燃料電池システムの運転を停止させる際に実行する運転停止工程において、高温で動作している燃料電池および改質器、蒸発器などを所定温度まで冷却させるとともに、改質器内部、燃料電池内部、および水素含有ガスを流通させる流路内に残留している水素含有ガスのパージを行う必要がある。これは下記の理由からである。残留した水素含有ガスは水蒸気を含むため、冷却過程において温度が露点以下になると水が凝縮してしまう。その際、圧力低下により外部から空気が侵入する。そのため、侵入した空気により、アノード材料が酸化する。それゆえ、起動と停止を繰り返すとアノード材料の酸化と還元とが繰り返されるため、耐久性を著しく低下させてしまう原因となる。そして、この凝縮水が、アノード以外にも改質器または脱硫器それぞれに充填された触媒の耐久性を著しく低下させてしまう原因となる。なお、固体酸化物形燃料電池システムの運転を停止させるにあたり行われる、例えば上記したパージなどを含む複数の処理ステップからなる工程を運転停止工程と称する。運転停止工程は、発電停止指示を受け付けてから、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給が停止されるまでの処理であり、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給停止は、例えば固体酸化物形燃料電池のスタック温度または改質器の温度が所定温度（例えば、１００度）に達したときに実施される構成であってもよい。【０００６】
この運転停止工程において、窒素などの不活性ガスを用いて還元雰囲気を作ることで、水素含有ガスのパージを行う構成を有した固体酸化物形燃料電池システムが従来から知られている。しかしながら、このように不活性ガスを用いてパージを行う構成の場合、パージ専用の流路を設置する必要があり、固体酸化物形燃料電池システムの大型化を招くという問題がある。そこで、原料ガスを用いて水素含有ガスのパージを行う燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１８６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、耐久性の低下を防ぎつつ、安全に運転停止することができる燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、固体酸化物形燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、制御器と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる。【００１０】
また、本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、固体酸化物形燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池に供給する改質器と、前記発電原料を前記改質器に供給する発電原料供給器と、前記改質器における改質反応に利用する水を該改質器に供給する改質水供給器と、前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、前記蒸発器を加熱する加熱器と、前記固体酸化物形燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、可燃性ガスである前記発電原料または前記水素含有ガスが流通する、前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である可燃性ガス流路と、前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、連動して変化する前記蒸発器、前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池の温度うちの少なくともいずれか１つの温度を検知する温度検知部と、制御器と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池の運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、以上に説明したように構成され、耐久性の低下を防ぎつつ、安全に運転停止することができるという効果を奏する。さらには、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器に間欠的に供給させる構成により、発電原料等を改質器に連続的に供給する構成と比較して、より早く固体酸化物形燃料電池および改質器等の温度を低下させることができるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図３】図２に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示す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従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態１の変形例４に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１３に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図１７】図１６に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２２】本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２５】本発明の実施形態２の変形例３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
本発明者らは「背景技術」にて記載した特許文献１に係る燃料電池システムに関して鋭意研究したところ、以下の知見を得た。
【００１４】
すなわち、特許文献１のように原料ガス（発電原料）を用いてパージを行う燃料電池システムの場合、可燃性ガスである発電原料がそのまま系外に排出されてしまうことに気付いた。また、運転停止後の高温な状態の改質器や燃料電池のアノードに発電原料が供給されると、改質器またはアノードにて炭化水素原料が分解され炭素析出し、これにより改質器またはアノードが破損する可能性があることを見出した。
【００１５】
以上の知見に基づいて、本発明者らは、系外に排気する前に、パージに用いた可燃性の発電原料を燃焼させることで、安全に運転停止させることができることを見出した。また、発電原料の代わりに該発電原料を改質した水素含有ガス（改質ガス）によりパージを行うことで改質器または固体酸化物形燃料電池のアノードにおける炭素析出を防ぐことができることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
【００１６】
さらにまた、本発明者らは「背景技術」にて記載した特許文献１に係る燃料電池システムに関して鋭意研究したところ、以下の知見も得た。
【００１７】
特許文献１では、運転停止工程において燃料電池のスタック温度が約１５０℃〜３００℃程度の低温時の場合であっても、パージ用のガス（例えば、発電原料）をアノードに供給する必要があることを見出した。なぜならば、パージ用のガスをアノードに供給していない場合、アノードの下流部側に外部から空気が流入し、アノードの上流部とアノード下流部との間で局部電池ができ、アノード材料が酸化する可能性があるからである。
【００１８】
また、燃料電池システムが、アノードオフガスとカソードオフガスとを燃料電池の下流側で混合させるように構成されている場合、運転停止工程において、カソードへのパージ用ガス（例えば、酸化剤ガス）の供給を停止し、アノードだけにパージ用ガス（例えば、発電原料）を供給させると、アノードに供給したパージ用ガスがカソードの下流側から流入してくる可能性がある。これは、燃料電池停止後において系内に残った改質水が余った熱で蒸発し、燃料電池のアノードの方がカソードよりも圧力が高くなっているからである。このように、アノードに供給したパージ用ガスがカソードに流入するとカソード材料が還元し燃料電池の性能が低下してしまう場合がある。
【００１９】
以上の知見に基づいて、本発明者らは、燃料電池のスタック温度が約１５０℃に低下するまで、水素含有ガス（改質ガス）をアノードに、酸化剤ガスをカソードにそれぞれ供給する構成とすることで、アノードの酸化およびカソードの還元を防止することができることを見出した。さらに、炭化水素原料が分解され炭素析出が生じる所定の温度範囲では原料ガスを改質して生成した水素含有ガス（改質ガス）を供給する構成とするため、アノードに発電原料を供給することで生じる炭素析出を防ぐことができることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
【００２０】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、制御器と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる。
【００２１】
上記構成によると、制御器が酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させるため、この酸化剤ガスにより酸化剤ガス供給器から固体酸化物形燃料電池のカソードに至る経路におけるパージを行うことができる。さらに、制御器が発電原料供給器および改質用材料供給器を制御して発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器に間欠的に供給させる。つまり改質器における改質反応により発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを利用して生成された水素含有ガスを固体酸化物形燃料電池のアノードに間欠的に供給することができる。このため、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。また、パージに利用する水素含有ガスは発電原料などの炭化水素原料のように高温に曝されて炭素析出することがないため、炭素析出による燃料電池システムの耐久性の低下を防ぐことができる。
【００２２】
また固体酸化物形燃料電池に供給された酸化剤ガスと水素含有ガスとが排ガスとして該固体酸化物形燃料電池から排出されるが、この排ガスを燃焼部の着火器により着火させ燃焼させることができるため、可燃性ガスをそのまま燃料電池システムの系外に排出することを防ぐことができる。
【００２３】
したがって、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは耐久性の低下を防ぎつつ、安全に運転停止することができるという効果を奏する。さらにまた、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方（以下、発電原料等）とを改質器に間欠的に供給させる構成により、発電原料等を改質器に連続的に供給させる構成と比較して、より早く固体酸化物形燃料電池および改質器等の温度を低下させることができるという効果も奏する。例えば、燃料電池システムの運転停止工程において、発電原料等を改質器に連続的に供給させる構成の場合、発電原料等を供給させる供給器は継続して動作することとなる。すなわち、発電原料等の供給が不要な状態であっても供給器から最低流量以上の発電原料等が送り込まれ固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスが継続して燃焼させられることとなる。これに対して、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、発電原料等を間欠的に供給させる構成であるため、固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスを継続して燃焼させることを防ぐことができる。それゆえ、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、発電原料等を連続的に供給させる構成と比較してより早く固体酸化物形燃料電池および改質器等の温度を低下させることができる。
【００２４】
また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記燃焼部よりも下流側に設けられ、該燃焼部から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを浄化する浄化器と、前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記浄化器の温度を検知するための浄化器温度検知部と、をさらに備え、前記浄化器温度検知部による検知結果が所定温度未満となる場合、前記制御器は、前記着火器を制御して着火動作させる構成であってもよい。
【００２５】
ここで所定温度とは、例えば、浄化器が有する浄化触媒が活性化する温度の下限値である。
【００２６】
上記構成によると、浄化器温度が所定温度以上の場合は着火器を動作させず、可燃性ガスを浄化器で浄化させる。その一方で、浄化器の温度が所定温度未満の場合は、浄化触媒が活性する温度に達していないため、制御器は着火器を動作させて、燃焼部で可燃性ガスを燃焼させる。
【００２７】
したがって、燃料電池システムでは、燃焼部よりも低温域で、可燃性ガスを浄化できる浄化器と、該可燃性ガスを燃焼させて浄化させる燃焼部とを組み合わせることで、残留する可燃性ガスの浄化をより確実に達成できるとともに、燃焼部において必要となる熱量を抑制することができる。それゆえ、燃焼部だけで可燃性ガスの浄化を行う構成と比較して、燃料電池システムの温度をより確実に、かつ効率的に低下させることができる。また燃焼部において必要となる熱量、および原料の供給量を抑制できるため、燃料電池システムの停止操作における消費エネルギーの低減、ならびに停止時間の短縮化を実現できる。
【００２８】
また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１または第２の態様において、前記発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器を備える構成であってもよい。
【００２９】
上記構成によると脱硫器を備えるため、発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去することができる。このため、発電原料中に含まれる硫黄化合物によって脱硫器よりも下流側にある改質器の改質触媒が被毒させられることを防ぐことができる。
【００３０】
また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３の態様において、前記燃焼部において燃焼させた前記排ガスを流通させ、該燃焼させた排ガスの有する熱により前記脱硫器を加熱する加熱部を備えるように構成されていてもよい。
【００３１】
上記構成によると、加熱部を備えるため燃焼された排ガスが有する熱を有効活用して脱硫器を加熱させることができる。
【００３２】
また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３または第４の態様において、前記脱硫器は、水素を利用して前記発電原料から硫黄化合物を除去する水添脱硫器であってもよい。
【００３３】
また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行うように構成されていてもよい。
【００３４】
上記構成によると制御器は、所定の時間間隔ごとに発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器へ間欠的に供給することができる。このため、常時、発電原料を供給する構成よりも、発電原料の消費量を抑制しつつ、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
【００３５】
また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池、前記脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しており、前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部、および前記脱硫器の温度を検知する脱硫器温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも備え、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行うように構成されていてもよい。
【００３６】
ここで、改質器、固体酸化物形燃料電池、脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しているため、各部の温度変化それぞれを互いに対応づけて記憶することで、各部のうちいずれかの温度変化から他の部材の温度変化を把握することができる。
【００３７】
上記構成によると、制御器は、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方との改質器への間欠的な供給を、少なくとも改質器温度検知部、燃料電池温度検知部、および脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて行うことができる。ところで、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方との、改質器への間欠的な供給を行うか否か判定に用いる所定の温度範囲は、例えば、改質器、固体酸化物形燃料電池、脱硫器が過昇温とならない範囲内で定めることができる。
【００３８】
このため、第７の態様に係る燃料電池システムは、改質器、固体酸化物形燃料電池、脱硫器が過昇温しないように監視しながら、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
【００３９】
また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、上記した第７の態様において、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度の上昇値および下降値に応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行うように構成されていてもよい。
【００４０】
また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードに至る流路であり、前記発電原料を含む可燃性ガスが流通する可燃性ガス流路と、前記可燃性ガス流路に設けられ、該可燃性ガス流路内の圧力を検知する圧力センサと、を備え、前記圧力センサの検知結果において、前記可燃性ガス流路内の圧力が負圧となった場合、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行うように構成されていてもよい。
【００４１】
上記構成によると、制御器は、可燃性ガス流路の圧力が負圧となった場合、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方の改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに行う。このため、可燃性ガス流路が負圧になり外部から空気が流入してこないように監視し、負圧となる場合は発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを供給することにより、可燃性ガス流路の圧力を上げることができる。
【００４２】
したがって、第９の態様に係る燃料電池システムは、可燃性ガス流路に外部から空気が流入しないようにしつつ、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
【００４３】
また、本発明の第１０の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記固体酸化物形燃料電池の電圧を検知する電圧検知器を備え、前記電圧検知器により検知された電圧が所定電圧以下となるたびに、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器へ供給するように、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御する構成であってもよい。
【００４４】
ここで所定電圧とは、可燃性ガス流路の圧力が負圧になり外部から空気が流入した場合に固体酸化物形燃料電池において検知できる電圧である。
【００４５】
上記構成によると、制御器は、電圧検知器により検知された固体酸化物形燃料電池の電圧が所定電圧以下となるたびに、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方を改質器へ供給することができる。つまり、固体酸化物形燃料電池の電圧の低下から可燃性ガス流路が負圧となったか否か把握することができる。より具体的には、可燃性ガス流路が負圧となる場合は外部から空気が侵入し、アノードでの酸素分圧が高くなるため、カソードとアノードの電位差が小さくなり、固体酸化物形燃料電池の電圧が小さくなる。このため、固体酸化物形燃料電池の電圧がセンシング可能となる所定温度（例えば１２０℃）以上の状態において、所定電圧以下となると、可燃性ガス流路が負圧となり、外部から空気が侵入したことが分かる。そこで、固体酸化物形燃料電池の電圧が所定電圧以下となる場合、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを供給することにより、可燃性ガス流路の圧力を上げ、外部からの空気の侵入を抑制することができる。
【００４６】
したがって、第１０の態様に係る燃料電池システムは、可燃性ガス流路に外部から空気が流入しないようにしつつ、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
【００４７】
また、本発明の第１１の態様に係る燃料電池システムは、上記した第９の態様において、前記改質用材料供給器は、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水を供給する改質水供給器であって、前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、前記蒸発器を加熱する加熱器と、前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、を備え、前記蒸発器、前記改質器、および前記固体酸化物形燃料電池の温度はそれぞれ連動して変化しており、前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知部、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、および前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも有し、前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御するように構成されていてもよい。
【００４８】
上記構成によると、制御器は、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。このため、燃料電池の運転停止工程における温度低下に伴い、蒸発器が水を十分に気化させることができなくなり、改質器において十分に改質反応が進行しないとった不具合が生じることを防ぐことができる。それゆえ、燃料電池の運転停止工程においても継続して水素含有ガスを改質器にて生成し、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路のパージを行うことができる。
【００４９】
本発明の第１２の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記燃料電池に供給する改質器と、前記発電原料を前記改質器に供給する発電原料供給器と、前記改質器における改質反応に利用する水を該改質器に供給する改質水供給器と、前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、前記蒸発器を加熱する加熱器と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、可燃性ガスである前記発電原料または前記水素含有ガスが流通する、前記発電原料供給器から前記燃料電池に至る流路である可燃性ガス流路と、前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、連動して変化する前記蒸発器、前記改質器、前記燃料電池の温度うちの少なくともいずれか１つの温度を検知する温度検知部と、制御器と、を備え、前記燃料電池の運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。
【００５０】
ここで、蒸発器の動作温度の下限値とは、水を気化させるために必要となる蒸発器の温度の下限値である。
【００５１】
上記構成によると、制御器は、燃料電池の運転停止工程において、可燃性ガス流路に発電原料と水とを流通させる。このため、発電原料と水とが改質器における改質反応で水素含有ガスとなり、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路内をパージすることができる。このように、水素含有ガスにより可燃性ガス流路内をパージすることができるため、温度低下に伴い可燃ガス流路内のガス収縮に伴う圧力低下、および水蒸気が凝縮することで生じる可燃性ガス流路の圧力低下に応じて外部から空気が流入してくることを防ぐことができる。それゆえ、低温時の、アノード下流側の空気による酸化に加えて、アノード下流側からの空気の侵入によるアノード上流側の局部電池生成による酸化も抑制できる。
【００５２】
また、可燃性ガス流路を水素含有ガスによりパージするため、運転停止工程において高温な状態であっても、例えば、発電原料のように、分解され燃料電池のアノードおよび改質器の改質触媒に炭素析出してしまうようなことがない。このため、アノードおよび改質触媒が劣化してしまうことを防ぎ耐久性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、制御器は、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを流通させる。このため、酸化剤ガスにより酸化剤ガス流路内をパージすることができるため、燃料電池の運転停止工程において、酸化剤ガス流路に可燃性ガス流路から水素含有ガスが流入することを防ぐことができる。
【００５４】
また、制御器は、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。このため、燃料電池の運転停止工程における温度低下に伴い、蒸発器が水を十分に気化させることができなくなり、改質器において十分に改質反応が進行しないとった不具合が生じることを防ぐことができる。それゆえ、燃料電池の運転停止工程においても継続して水素含有ガスを改質器にて生成し、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路のパージを行うことができる。
【００５５】
したがって、本発明に係る燃料電池システムは、耐久性の向上を図りながら運転停止することができるという効果を奏する。
【００５６】
また、本発明の第１３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１２の態様において、前記燃料電池から排出された前記可燃性ガスと前記酸化剤ガスとを含む排気ガスを浄化する浄化器を備え、前記温度検知部は、前記蒸発器、前記改質器、および前記燃料電池の温度に加え、これらと連動して変化する前記浄化器の温度のうちの少なくともいずれか１つの温度を検知するように構成されていてもよい。
【００５７】
また、本発明の第１４の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１２または第１３の態様において、前記改質器とは別体で設けられ、発電原料を改質し、前記燃料電池に供給する予備改質器をさらに備え、前記制御器は、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器とともに前記予備改質器を加熱させるように制御する構成であってもよい。
【００５８】
上記構成によると、予備改質器を備え、該予備改質器は蒸発器とともに加熱器により加熱される。このため、燃料電池の停止後における改質器の温度低下により該改質器にて改質反応が十分に進行しないような場合であっても、該改質器の代わりに加熱器により加熱されている予備改質器によって改質反応を進行させることができる。
【００５９】
それゆえ、本発明の第１４の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池の運転停止工程においても継続して水素含有ガスを改質器にて生成し、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路のパージを行うことができる。
【００６０】
以下、本発明の実施形態１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又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。
【００６１】
［実施形態１]
（燃料電池システムの構成）
まず、図１を参照して本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。なお、燃料電池システム１００は燃料電池１として固体酸化物形燃料電池を備える構成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。
【００６２】
図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、改質器２と、着火器４を有する燃焼部３と、発電原料供給器５と、酸化剤ガス供給器６と、改質用材料供給器７と、制御器８とを備えてなる構成である。燃料電池システム１００では、各部を連結する流路として、改質用材料流路１０と、可燃性ガス流路１１と、酸化剤ガス流路１２と、燃焼排ガス流路１３とが設けられている。
【００６３】
発電原料供給器５は、改質器２に発電原料を供給するものであり、改質器２へ供給する発電原料の流量を調整可能に構成されていてもよい。例えば、発電原料供給器５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。発電原料は、発電原料供給源より供給される。発電原料供給源は、例えば、ガスボンベ、ガスインフラなどが挙げられる。
【００６４】
酸化剤ガス供給器６は、燃料電池１のカソード２１に酸化剤ガスを供給するものであり、燃料電池１のカソード２１へ供給する酸化剤ガスの流量を調整可能に構成されていてもよい。例えば、酸化剤ガス供給器６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。なお、酸化剤ガスは、例えば大気中の空気などが挙げられる。
【００６５】
改質用材料供給器７は、改質器２に改質反応に用いる水（水蒸気）または空気を供給するものであり、改質器２へ供給する水（水蒸気）または空気の流量を調整可能に構成されていてもよい。すなわち、改質器２が水蒸気改質反応により水素含有ガス（改質ガス）を生成する構成の場合、改質用材料供給器７は、改質器２に水（水蒸気）を供給し、改質器２が部分酸化改質反応により水素含有ガスを生成する構成の場合、改質用材料供給器７は、改質器２に空気を供給する。また、改質器２がオートサーマル反応により水素含有ガスを生成する構成の場合、改質用材料供給器７は改質器２に水（水蒸気）および空気の少なくとも一方を供給する。なお、改質用材料供給器７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。
【００６６】
改質用材料流路１０は、改質用材料供給器７から、可燃性ガス流路１１における改質器２の上流側の合流部（不図示）に至る流路であり、改質器２で実施する改質反応で利用する水および空気の少なくとも一方が流通する。
【００６７】
可燃性ガス流路１１は、発電原料供給器５から改質器２を介して、燃料電池１のアノード２０に至る流路であり、可燃性ガスである発電原料または水素含有ガスが流通する。図１に示すように、可燃性ガス流路１１は、発電原料供給器５から、燃料電池１におけるアノード２０の下流端に至るまでの区間に相当する。すなわち、可燃性ガス流路１１は、発電原料を発電原料供給器５から改質器２に導くための流路と、改質器２で発電原料が改質され生成された水素含有ガスを、燃料電池１に導くための流路とを足し合わせた流路である。
【００６８】
酸化剤ガス流路１２は、酸化剤ガス供給器６から、燃料電池１のカソード２１に至る流路であり、酸化剤ガスが流通する。酸化剤ガス流路１２は、図１に示すように、酸化剤ガス供給器６から、燃料電池１のカソード２１の下流端に至るまでの区間に相当する。
【００６９】
燃料電池１は、可燃性ガス流路１１を通じて改質器２から供給された水素含有ガス（改質ガス）と、酸化剤ガス流路１２を通じて供給された酸化剤ガスとを利用して、発電反応により発電を行う、例えば、固体酸化物形燃料電池を例示することができる。燃料電池１では、水素含有ガスが供給されるアノード２０および酸化剤ガスが供給されるカソード２１を有し、該アノード２０と該カソード２１との間で発電反応を行って発電する燃料電池の単セルを複数枚、直列に接続してセルスタックを形成している。なお、燃料電池１は、直列接続したセルスタックを、さらに並列に接続させた構成としてもよい。
【００７０】
燃料電池１を構成する燃料電池の単セルとしては、例えば、イットリアをドープしたジルコニア（ＹＳＺ）、イッテルビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質からなる燃料電池の単セルを用いることができる。例えば、燃料電池の単セルがＹＳＺの場合、厚みにもよるが、約６００〜９００℃の温度範囲にて、発電反応が行われる。
【００７１】
燃焼部３は、燃料電池１において発電に未利用の水素含有ガスと酸化剤ガスとを火炎燃焼させるための領域である。燃焼部３内には着火器４が設けられており、燃焼部３内に導かれた水素含有ガスが着火器４により着火され、酸化剤ガスとともに火炎燃焼する。そして、この火炎燃焼により、燃料電池１および改質器２等で必要となる熱を発生させるとともに燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１３を通じて系外に放出される。
【００７２】
つまり、燃料電池１の発電時には、燃焼部３にて、アノード２０側から排出される水素含有ガスと、カソード２１側から排出される酸化剤ガスとを火炎燃焼させて大量の熱を発生させるとともに、高温の燃焼排ガスが生成される。火炎燃焼により発生する燃焼排ガスが有する熱は、燃料電池１を発電反応に適した温度に保持したり、改質器２を改質反応に適した温度に加熱したりするために使われる。なお、このように燃焼排ガスが有する熱を有効的に利用するために、燃料電池１、改質器２、および燃焼部３それぞれは、断熱部材によって覆われた、いわゆるホットモジュールと呼ばれる筐体内に、ともに収容されていてもよい。
【００７３】
一方、燃焼部３で生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１３を通じて系外に放出されるが、高温の燃焼排ガスが持つ熱エネルギーを有効に利用するために、例えば、燃焼排ガス流路１３の途中に熱交換器を設けて、カソード２１に送られる酸化剤ガスとの熱交換により、該酸化剤ガスを昇温することで、よりエネルギー利用率の高い運転が可能になる。
【００７４】
また、詳細は後述するが、燃料電池システム１００では、運転停止工程においてに発電原料を改質した水素含有ガスを用いて可燃性ガス流路１１をパージし、酸化剤ガスを用いて酸化剤ガス流路１２をそれぞれパージする構成となっている。このため、パージが行われている場合、燃焼部３には燃料電池１のアノード側から水素含有ガスが導かれる。なお、本明細書では発電原料および水素含有ガスを合わせて可燃性ガスと称する。一方、燃料電池１のカソード２１側からは酸化剤ガスが導かれる。そして、燃焼部３において、着火器４は可燃性ガスに着火させ、酸化剤ガスとともに火炎燃焼させることとなる。
【００７５】
改質器２は、発電原料と改質用の水および空気の少なくとも一方とを用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器２で実施する改質反応としては、上述したように、水蒸気改質反応、オートサーマル反応、および部分酸化反応などが例示される。燃料電池システム１００では、改質器２で実施する改質反応に応じて、必要となる機器を適宜、備えていてもよい。例えば、改質反応として水蒸気改質反応を実行する場合、燃料電池システム１００は、水蒸気を生成する蒸発器と、蒸発器に水を供給する水供給器を備えてもよい。
【００７６】
燃料電池システム１００に供給される発電原料は、少なくとも炭素および水素を構成元素とする有機化合物を含む。発電原料としては、具体的には、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガス、炭化水素、およびメタノールなどのアルコールが例示される。
【００７７】
制御器８は、燃料電池システム１００の各部の各種動作を制御するものである。例えば、制御器８は、燃料電池システム１００の運転停止工程においてパージを実行する場合、燃料電池１の運転停止からの経過時間、あるいは燃料電池１の温度や改質器２の温度などに応じて、発電原料供給器５、酸化剤ガス供給器６、および改質用材料供給器７を制御する。そして、制御器８は、改質器２に供給する発電原料と、水（水蒸気）または空気の供給量をそれぞれ調整したり、燃料電池１に供給する酸化剤ガスの供給量を調整したりする。
【００７８】
かかる制御を実現する構成として、例えば、制御器８が計時器（図示せず）を備え、所定時間の経過により発電原料および酸化剤ガスの供給量をそれぞれ制御する構成としてもよい。あるいは、例えば、燃料電池１または改質器２に温度センサ（燃料電池温度検知部Ｔ１、改質器温度検知部Ｔ２）等を備え、温度センサによる検知結果に応じて発電原料および酸化剤ガスの供給量をそれぞれ制御する構成としてもよい。
【００７９】
また、上記した制御器８は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、またはＣＰＵが例示される。また、記憶部としては、例えば不揮発性メモリ等が例示される。
【００８０】
制御器８は、燃料電池システム１００の各部に対して集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器から構成されていてもよい。
【００８１】
（燃料電池システムの運転停止工程）
次に、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の具体例について、図２および図３を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【００８２】
図３は、図２に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図３では、改質器２、および燃料電池１の温度変化、酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガス流量の流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１のパージが開始され、ｔ＝ｔEで水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１のパージが終了することを示す。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。一方、単位時間あたりに供給される酸化剤ガス流量は説明の便宜上、一定流量（Ｑo）とする。
【００８３】
まず、燃料電池システム１００において運転停止（発電停止）を指示する信号を受け付ける、あるいは所定条件に基づき運転停止と判断すると、制御器８は運転停止動作を開始する（ステップＳ９）。なお、制御器８が運転停止と判断する上記した所定条件とは、例えば、燃料電池システム１００の総稼働時間が所定時間に達した場合、あるいは燃料電池システム１００における総発電量が所定の発電量に達した場合等が挙げられる。制御器８は、運転停止動作を開始すると、燃料電池１における発電が停止させられる。より具体的には、制御器８は発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止するように、発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御するとともに、酸化剤ガスの供給を停止するように、酸化剤ガス供給器６を制御する。このようにして燃料電池１の発電が停止させられ、図３に示すように燃料電池１の温度は低下する。
【００８４】
制御器８は、例えば、燃料電池１の温度を検知するために設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１から、その検知結果として燃料電池１の温度情報を受け付ける。そして、制御器８は、燃料電池１の温度と所定温度Ｔs1との大小関係を判定する（ステップＳ１０）。
【００８５】
なお、燃料電池１において、水素含有ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度範囲でかつ、燃料電池１の発電停止後の所定時間経過後の温度として所定温度Ｔs1が設定されている。この所定温度Ｔs1は、例えば４８０℃とすることができる。
【００８６】
そして、制御器８は、燃料電池１の温度が低下し、Ｔs1以下となったと判定した場合（ステップＳ１０において「ＹＥＳ」）、酸化剤ガス供給器６を制御して酸化剤ガス流路１２を通じて燃料電池１に酸化剤ガスを供給させる（ステップＳ１１）。次いで、制御器８は、発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御して改質器２に発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）を供給させる。これにより、改質器２において水素含有ガスが生成され、可燃性ガス流路１１を通じて燃料電池１のアノード２０に該水素含有ガスが供給される（ステップＳ１２）。
【００８７】
すなわち、酸化剤ガスによって酸化剤ガス流路１２をパージする。そして、酸化剤ガス流路１２をパージした酸化剤ガスは排ガスとして燃焼部３に導かれる。一方、可燃性ガスによって可燃性ガス流路１１をパージする。特に可燃性ガス流路１１において改質器２から燃料電池１のアノード２０の下流端までの区間については水素含有ガスによってパージする。そして、可燃性ガス流路１１をパージした水素含有ガスは排ガスとして燃焼部３に導かれる。
【００８８】
このように、燃料電池システム１００では、発電停止後に燃料電池１の温度がＴs1以下となることをトリガとして、パージが開始される。なお、上記ではステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理を異なるタイミングで実施する構成となっていたがステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理とを同時に行ってもよい。
【００８９】
次に、制御器８は、燃焼部３に設けられた着火器４を動作させて、燃料電池１から排出された排ガスに着火させる（ステップＳ１３）。すなわち、制御器８は、燃料電池１のアノード２０から排出された水素含有ガスに着火させ、カソード２１から排出される酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる。この火炎燃焼による熱により燃料電池１は、加熱され、Ｔs1近傍まで低下した温度が、図３に示すように徐々に上がっていく。また、改質器２の温度も図３に示すように燃料電池１の温度変化に連動して変化し、低下した温度が徐々に上がっていく。
【００９０】
このように発電原料を改質して生成した水素含有ガスを用いたパージにより燃料電池１のアノード２０側から燃焼部３に水素含有ガスを排出し、カソード２１側から燃焼部３に排出された酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる。これにより、水素含有ガス等の可燃性ガスがそのまま、燃焼排ガス流路１３を通して外部大気中に放出されることを防ぐことができる。また、発電原料そのものではなく発電原料を改質した水素含有ガスにより可燃性ガス流路１１のパージを行う構成であるため、高温な状態の改質器２および燃料電池１に発電原料が流通し、改質器２および燃料電池１において炭素析出することを防止することができる。
【００９１】
次に、制御器８は、不図示の計時器で計測した水素含有ガスによるトータルのパージ時間（総パージ時間）と、所定の必要パージ時間ｔallとの大小関係を判定する（ステップＳ１４）。なお、必要パージ時間ｔallは、少なくとも改質器２から燃料電池１のアノードに至る可燃性ガス流路１１の区間を水素含有ガスで満たすために必要な時間とすることができる。また、総パージ時間は、図３に示すように水素含有ガスが供給されている時間（パージ時間ｔon）を足し合わせた時間（Σｔon）となる。なお、実施形態１に係る燃料電池システム１００では、発電原料供給器５による発電原料の供給時間を、水素含有ガスの供給時間とみなすことができる。
【００９２】
つまり、実施形態１に係る燃料電池システム１００は、継続して発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）を供給し、水素含有ガスを生成させ、該水素含有ガスにより所定時間の間、パージを実行する構成ではなく、発電原料および改質用材料の供給を間欠的に行い、水素含有ガスによりパージを行う構成となっている。これは、発電原料の供給を間欠的とすることで、燃焼部３における水素含有ガスの燃焼熱により燃料電池１が過昇温となることを防いだり、発電原料の消費量を抑制したりするためである。このため、総パージ時間とは複数回にわたって供給された水素含有ガスによるパージ時間それぞれの合計となる。
【００９３】
ステップＳ１４の判定の結果、総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満ではない、すなわち必要パージ時間に達したと制御器８が判定したとき（ステップＳ１４において「ＮＯ」）、可燃性ガス流路１１のパージが完了したと判断する。そこで、ステップＳ１４において「ＮＯ」の場合、制御器８は、可燃性ガス流路１１への発電原料の供給を停止するように発電原料供給器５を制御するとともに、改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止するように改質用材料供給器７を制御する。これにより可燃性ガス流路１１への水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１５）。次に、制御器８は、酸化剤ガス供給器６を制御して酸化剤ガス流路１２への酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ１６）。そして、燃料電池システム１００におけるパージが完了し、運転停止工程を終了する。
【００９４】
なお、改質用材料供給器７に残留した水が運転停止工程において蒸発することで、アノード２０側の方がカソード２１側よりも圧力が高くなるため、上述したように水素含有ガスの供給停止を酸化剤ガスの供給停止よりも先に行うことで、水素含有ガスのカソード２１側への逆流を防ぐことができる。
【００９５】
また、制御器８は、上記したステップＳ１５、Ｓ１６の前に燃料電池１の温度が所定温度Ｔs２以下となったか否か判定する構成としてもよい。そして、制御器８が燃料電池１の温度が所定温度Ｔs２以下となったと判定した場合、上記したステップＳ１５およびステップＳ１６を実施するように構成されていてもよい。なお、所定温度Ｔs２は１５０℃とすることができる。すなわち、運転停止工程において燃料電池１のスタック温度が１５０℃以上の場合、水素含有ガスをアノード側に供給していないと、アノード側において下流部から酸化剤ガスが逆流し、酸化してしまう場合があるからである。そこで、燃料電池１のスタック温度が１５０℃未満となるか否か判定し、１５０℃未満となった場合に、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止するように構成してもよい。
【００９６】
一方、ステップＳ１４の判定の結果、制御器８が水素含有ガスによる総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満であると判定した場合（ステップＳ１４において「ＹＥＳ」）は、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、制御器８は、水素含有ガスによるパージ時間ｔonと所定時間（パージ時間ｔpre-on）との比較判定を行う。なお、パージ時間ｔonとは、１回あたりの水素含有ガスの供給時間、換言すると１回あたりの発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給時間である。
【００９７】
つまり、制御器８は、不図示の計時器で計測された時間に基づき、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onとの大小関係を判定する。そして、制御器８が、水素含有ガスによるパージ時間ｔonがあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-on以上となると判定した場合、（ステップＳ１７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１８）。
【００９８】
ここで、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onとの大小関係を判定するのは、以下の理由による。すなわち、水素含有ガスによるパージ時間ｔonがあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-on以上となるということは、燃焼部３に導かれた水素含有ガスの燃焼時間が長くなるということである。このように燃焼部３での燃焼時間が長くなると、燃焼部３における燃焼熱により加熱される燃料電池１および改質器２が過昇温となってしまう。燃料電池１および改質器２が過昇温となり、改質触媒および燃料電池１のアノードの温度が過度に上昇すると、運転停止工程の動作時間が長時間化し、その分だけ余分に発電原料を消費してしまう。このため、燃料電池システム１００の起動から停止までのトータルでの発電・燃費効率が低下することとなる。
【００９９】
そこで、この燃料電池１および改質器２の過昇温を防止するために、水素含有ガスによるパージ時間ｔonを監視し、あらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onに達した場合、制御器８は、水素含有ガスの供給を停止させる。
【０１００】
ステップＳ１８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、水素含有ガスの供給停止時間Ｔoffと所定時間（設定供給停止時間ｔpre-off）との比較判定を行う（ステップＳ１９）。つまり、制御器８は、不図示の計時器で計測された時間に基づき、水素含有ガスの供給停止時間Ｔoffとあらかじめ設定された供給停止時間（設定供給停止時間ｔpre-off）との大小関係を判定する。そして、制御器８が、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffが設定された供給停止時間ｔpre-off以上となると判定した場合（ステップＳ１９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ２０）。
【０１０１】
ここで、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffと設定された供給停止時間ｔpre-offとの大小関係を判定するのは、下記の理由からである。つまり、燃料電池システム１００では、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を通じて大気解放されるように構成されている。このため、水素含有ガスの供給を長時間停止した場合、燃料電池１、および改質器２の温度低下に伴い可燃性ガス流路１１内のガスが収縮することにより、可燃性ガス流路１１に外気中の空気が流入し、改質器２の改質触媒および燃料電池１のアノードを酸化させてしまう。特にアノードが酸化されると燃料電池１の耐久性を著しく低下させてしまう。そこで、可燃性ガス流路１１に外気中の空気が流入してくることを防ぐために、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffを制御器８は監視する。
【０１０２】
なお、上述したアノードの酸化は、可燃性ガス流路１１の燃焼部３に近い出口側における電気化学反応を伴わない酸化だけではなく、高酸素濃度状態のアノードの出口側と低酸素濃度状態のアノードの入口側との間で酸化物イオンと電子のやりとりで起こる電気化学反応を伴う局部電池反応によっても起こる。
【０１０３】
また、燃料電池システム１００では、発電原料の供給に対して常に同じ供給期間に一定量の改質用材料を供給する必要はない。例えば、燃料電池１および改質器２の温度が、発電原料が分解され炭素析出されないような温度まで低下した場合は、改質器２で生成される水素含有ガスのスチーム／カーボン比（Ｓ／Ｃ）が小さくなるように、供給する発電原料と不図示の蒸発器で水蒸気化させる改質水とのそれぞれの供給量の比を変化させるように、発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御する構成としてもよい。Ｓ／Ｃを小さくしようとすると、所定値以下では改質水の供給は停止させられる。このため、燃料電池システム１００では、発電原料を供給している際に、改質水の供給が間欠的に行われる場合もある。
【０１０４】
水素含有ガスの供給停止時間ｔoffを監視し、設定供給停止時間ｔpre-off以上に達した場合（ステップＳ１９において「ＹＥＳ」）、制御器８は、水素含有ガスの供給を再開するように発電原料供給器５を制御する（ステップＳ２０）。もし、このとき、燃料電池１または改質器２の温度が、発電原料が分解され炭素析出されない温度でかつ、水蒸気を凝縮させない温度であれば、可燃性ガス流路１１に供給する水素含有ガスのスチーム／カーボン比が小さくなるように発電原料の供給量と水蒸気化させる改質水の供給量との比を変化させるように、制御器８は発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御する構成としてもよい。
【０１０５】
以上のように、ステップＳ２０で水素含有ガスの供給を再開すると、ステップＳ１３に戻る。そして、ステップＳ１４の判定で、水素含有ガスを供給した総パージ時間が、必要パージ時間ｔall以上になるまでステップＳ１３からステップＳ２０までの処理を繰り返す。
【０１０６】
なお、上記では水素含有ガスを間欠的に供給する構成について説明したが、酸化剤ガスもあわせて間欠的に供給する構成としてもよい。酸化剤ガスも間欠的に供給する構成の場合、例えば、燃料電池システム１００を、以下のように構成してもよい。
【０１０７】
すなわち、図２に示すステップＳ１８で水素含有ガスの供給が停止された後に、制御器８が酸化剤ガス供給器６に指示して、酸化剤ガスの供給を停止させる。さらに、ステップＳ２０で水素含有ガスの供給が再開された後に、制御器８が酸化剤ガス供給器６に指示して、供給を停止している酸化剤ガスの供給を再度、開始させる。なお、酸化剤ガスの供給停止および供給再開のタイミングは、上記したように水素含有ガスの供給停止および供給再開の後に行われてもよいし、同時に行われてもよい。
【０１０８】
［実施形態１の変形例１］
（変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程）
上記では、水素含有ガスによるパージ時間ｔonおよび供給停止時間ｔoffを監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であったがこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように燃料電池１または改質器２の温度変化を監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。図４は、本発明の実施形態１の変形例１に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【０１０９】
図４に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ３７およびステップＳ３９の処理のみ図２に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップは共通である。このため、以下では主としてステップＳ３７およびステップＳ３９について説明する。
【０１１０】
ステップＳ３４の判定の結果、制御器８が水素含有ガスによる総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満であると判定した場合（ステップＳ３４において「ＹＥＳ」）は、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、制御器８は、改質器２に充填された改質触媒の温度（改質器温度）または、燃料電池１の燃料電池スタックの代表温度（燃料電池温度）の温度変化を監視し、温度変化が所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、ステップＳ３３で排ガスに着火した時点における改質器２の温度から上昇した温度（改質器上昇温度）が上昇温度ＴR-up以上か否か判定する。または、制御器８は、ステップＳ３３で排ガスに着火した時点における燃料電池１の温度から上昇した温度（燃料電池上昇温度）が上昇温度ＴS-up以上か否か判定する。
【０１１１】
つまり、制御器８は、改質器２に設けられた改質器温度検知部Ｔ２から改質触媒の温度（改質器温度）に関する情報を受け付け、改質器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、排ガスに着火した時点の改質器温度が、予め設定された改質器２の上昇温度ＴR-up以上、上昇したか否か判定する。もしくは、制御器８は、燃料電池温度検知部Ｔ１から燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度の温度変化の履歴を記録する。そして、排ガスに着火した時点の燃料電池温度が、予め設定された燃料電池１の上昇温度ＴS-up以上、上昇したか否か判定する。
【０１１２】
なお、燃料電池温度は、改質器温度と連動して温度変化しており、ステップＳ３７の判定においていずれかの温度を選択すればよい。また、温度変化に対する応答性は、燃料電池１より改質器２の方が高いため、改質器２の上昇温度ＴR-upの方が燃料電池１の上昇温度ＴS-upよりも上昇幅が大きくなる。このため、改質器２の上昇温度ＴR-upの方が燃料電池１の上昇温度ＴS-upよりも温度幅が大きくなるように設定してもよい。
【０１１３】
そして、制御器８が、改質器上昇温度が上昇温度ＴR-up以上と判定した場合、または燃料電池上昇温度が上昇温度ＴS-up以上と判定した場合（ステップＳ３７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ３８）。
【０１１４】
ここで、上昇温度ＴR-upまたは上昇温度ＴS-upを設定するのは、燃焼部３における燃焼熱により加熱され、改質器温度または燃料電池温度が過度に上昇するのを防止するためである。
【０１１５】
ステップＳ３８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、改質器２に充填された改質触媒の温度（改質器温度）または、燃料電池１の燃料電池スタックの代表温度（燃料電池温度）の温度変化を監視し、所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、ステップＳ３８で水素含有ガスの供給を停止した時点における改質器２の温度から下降した温度（改質器下降温度）が下降温度ＴR-down以上か否か判定する。または、制御器８は、ステップＳ３８で水素含有ガスの供給を停止した時点における燃料電池１の温度から下降した温度（燃料電池下降温度）が下降温度ＴS-up以上か否か判定する（ステップＳ３９）。
【０１１６】
つまり、制御器８は、改質器２に設けられた改質器温度検知部Ｔ２から改質器温度に関する情報を受け付け、この改質器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、改質器温度が、予め設定された改質器２の下降温度ＴR-down以上、下降したか否か判定する。もしくは、制御器８は、燃料電池スタックに設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１から燃料電池スタックの代表温度（燃料電池温度）に関する情報を受け付け、この燃料電池温度の温度変化の履歴を記録する。そして、燃料電池温度が、予め設定された燃料電池１の下降温度ＴS-down以上、下降したか否か判定する。また、上記したように、温度変化に対する応答性は、燃料電池１より改質器２の方が高いため、改質器２の下降温度ＴR-downの方が、燃料電池１の下降温度ＴS-downよりも下降幅が大きくなる。このため、改質器２の下降温度ＴR-downの方が燃料電池１の下降温度ＴS-downよりも温度幅が大きくなるように設定してもよい。
【０１１７】
そして、制御器８が、改質器下降温度が下降温度ＴR-down以上、または燃料電池下降温度が下降温度ＴS-down以上と判定した場合（ステップＳ３９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ４０）。
【０１１８】
なお、変形例１に係る燃料電池システムにおいて、改質器２の上昇温度ＴR-upまたは燃料電池１の上昇温度ＴS-upは、本発明の上昇値に相当する。一方、改質器２の下降温度ＴR-downまたは燃料電池１の下降温度ＴS-downは、本発明の下降値に相当する。
【０１１９】
以上のように、実施形態１に係る燃料電池システム１００では、運転停止工程を実施する際に、上記したフローチャートに示すステップを実行することで、可燃性ガス流路１１のパージに利用した可燃性ガス（水素含有ガス）を燃焼部３において火炎燃焼させることができるため、可燃性ガスをそのまま大気中に放出することを防ぐことができる。また、可燃性ガス流路１１のパージには、発電原料を改質して得られた水素含有ガスを利用しているため、例えば、燃料電池１が高温のため炭素析出してしまうといった問題を防ぐこともできる。
【０１２０】
さらに、水素含有ガスを間欠的に供給するように構成することで、燃焼部３における燃焼熱により加熱される改質器２および燃料電池１が過昇温することを防止することができる。また、過度に温度低下して可燃性ガス流路１１中の水蒸気が凝縮したりすることを防ぐこともできる。さらにまた、水素含有ガスの供給を間欠的とすることで、パージに利用する原料の供給量を抑制できるため、燃料電池システムの停止操作における消費エネルギーの低減を実現できる。
【０１２１】
なお、上記では、制御器８は、改質器２の上昇温度（改質器上昇温度）の大きさが上昇温度ＴR-up以上か否か、または、燃料電池１の上昇温度（燃料電池上昇温度）の大きさが上昇温度ＴS-up以上か否か判定し、水素含有ガスの停止を決定する構成であった。さらにまた、制御器８は、改質器２の下降温度（改質器下降温度）の大きさが下降温度ＴR-down以上か否か、または、燃料電池１の下降温度（燃料電池下降温度）の大きさが下降温度ＴS-up以上か否か判定し、水素含有ガスの再開を決定する構成であった。すなわち、改質器温度または燃料電池温度の上昇または下降の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であった。
【０１２２】
しかしながら、水素含有ガスの供給および停止を制御するためのトリガは、上記した改質器温度または燃料電池温度の上昇および下降の温度幅に限定されるものではない。例えば、改質器温度または燃料電池温度の温度プロファイルを記録し、温度変化の傾きの大きさをトリガとして水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。
【０１２３】
［実施形態１の変形例２］
（変形例２に係る燃料電池システムの構成）
また、燃料電池システム１００はさらに、脱硫器９を備え、脱硫器９に充填された脱硫触媒の温度（脱硫器温度）の変化を監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。以下、実施形態１の変形例２として、脱硫器温度を監視し、該脱硫器温度の上昇温度または下降温度の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する構成について図５を参照して説明する。
【０１２４】
図５は、本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１２５】
図５に示すよう、変形例２に係る燃料電池システム１００は、図１に示す燃料電池システム１００の構成においてさらに脱硫器９と、脱硫器９に充填された脱硫触媒の温度（脱硫器温度）を検知する脱硫器温度検知部Ｔ３と、脱硫器９を加熱する加熱部１５とを備える点で異なる。さらに、脱硫器９に燃料電池１から排出された水素含有ガスの一部を供給するためのリサイクル流路１４も備えている点で異なる。それ以外の点では、図１に示す実施形態１の燃料電池システム１００の構成と同様であるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１２６】
脱硫器９は、発電原料中の硫黄化合物を除去するものであり、例えば、水添脱硫器または常温脱硫器が例示できる。この脱硫器９によって脱硫された発電原料は、改質器２へと供給される。脱硫器９は、図５に示すように可燃性ガス流路１１において改質器２の上流側に加熱部１５とともに設けられている。
【０１２７】
脱硫器９が水添脱硫器の場合、脱硫器が水添脱硫器の場合、容器に水添脱硫剤が充填され構成される。水添脱硫剤は、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒が用いられる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成してもよい。
【０１２８】
水添脱硫剤に、触媒金属としてニッケル（Ｎｉ)を含む場合がある。この場合、水添脱硫器の暖機前の低温時（例えば、１５０℃未満）に、原料及びリサイクルガスを水添脱硫剤に供給すると、触媒が劣化する可能性がある。かかる可能性を低減するために、図示しない温度検知器等を用いて脱硫器内の水添脱硫剤の温度を検知し、脱硫器内の水添脱硫剤が所定の温度以上になっている場合にのみ発電原料を水添脱硫器に供給するように構成してもよい。また、水添脱硫剤が銅及び亜鉛を含む場合は、脱硫器は例えば、約１５０℃〜３５０℃が運転可能範囲であり、好ましくは約２５０℃〜３２０℃が適温の動作範囲となる。脱硫器が常温脱硫器の場合、発電原料中の硫黄化合物を常温で除去することができる。ここで常温とは、水添脱硫器の使用温度（例えば、３００℃前後）に比べ相対的に常温域に近いという意味である。つまり、常温脱硫器が有効に機能する温度域は、常温域から脱硫剤が有効に機能する温度範囲までを含む。なお、常温脱硫器としては、Ａｇゼオライト系触媒等が用いられた吸着脱硫剤が充填された脱硫器が挙げられる。
【０１２９】
なお、図５に示すように変形例２に係る燃料電池システム１００では、可燃性ガス流路１１において燃料電池１の下流側で、かつ燃焼部３の上流側となる位置から分岐し、脱硫器９の上流側に連結するようにリサイクル流路１４が設けられている。そして、水添脱硫に必要な水素は、改質器２で生成された水素含有ガスの一部が、このリサイクル流路１４を通じて脱硫器９に供給されるように構成されている。
【０１３０】
なお、変形例２に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１から排出された水素含有ガスの一部がリサイクル流路１４を通じて脱硫器９に供給される構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、リサイクル流路１４が、可燃性ガス流路１１における改質器２の下流側でかつ燃料電池１の上流側となる位置から分岐しており、改質器２から排出された水素含有ガスの一部がこのリサイクル流路１４を通じて脱硫器９に供給される構成としてもよい。
【０１３１】
加熱部１５は、燃焼排ガス流路１３を流通する燃焼排ガスの有する熱で、脱硫器９を脱硫に適した温度まで加熱するためのものであり、その内部には、燃焼排ガスが流通する経路が形成されている。加熱部１５において脱硫器９に熱を与えた燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１３を通して燃料電池システム１００の系外に排出される。
【０１３２】
（変形例２に係る燃料電池システムの運転停止工程）
次に、変形例２に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について、図６、７を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【０１３３】
図７は、図６に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図７では、改質器２、燃料電池１、および脱硫器９の温度変化、酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガス流量の流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１のパージが開始され、ｔ＝ｔEで水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが終了することを示す。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。
【０１３４】
実施形態１に係る燃料電池システム１００では、水素含有ガスによるパージ時間ｔonおよび供給停止時間ｔoffを監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であった。これに対して、変形例２に係る燃料電池システムでは、図６に示すように脱硫器９に充填された脱硫触媒の温度（脱硫器温度）の変化を監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。
【０１３５】
図６に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ５７およびステップＳ５９の処理のみ図２に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップは共通である。このため、以下では主としてステップＳ５７およびステップＳ５９について説明する。
【０１３６】
ステップＳ５４の判定の結果、制御器８が水素含有ガスによる総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満であると判定した場合（ステップＳ５４において「ＹＥＳ」）は、ステップＳ５７に進む。ステップＳ５７では、制御器８は、脱硫器温度の温度変化を監視し、温度変化が所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、脱硫器９の上昇温度（脱硫器上昇温度）が上昇温度ＴD-up以上か否か判定する。
【０１３７】
つまり、制御器８は、脱硫器９に設けられた脱硫器温度検知部Ｔ３によって検知された脱硫器温度に関する情報を受け付け、脱硫器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、脱硫器温度が、予め設定された脱硫器９の上昇温度ＴD-up以上、上昇したか否か判定する。なお、上記したように脱硫器９は、加熱部１５を通じて燃焼排ガスが有する熱により加熱される構成である。このため、脱硫器温度は、燃料電池温度および改質器温度と連動して温度変化する。
【０１３８】
そして、制御器８が、脱硫器上昇温度が上昇温度ＴD-up以上と判定した場合（ステップＳ５７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ５８）。
【０１３９】
ここで、脱硫器温度の上昇温度ＴD-upを設定するのは、燃焼部３で発生した燃焼排ガスの熱により脱硫器９が加熱され、脱硫器温度が過度に上昇することを防止するためである。また、脱硫器温度の温度変化と燃料電池温度の温度変化と改質器温度の温度変化とはそれぞれ連動しているため、脱硫器温度が過度に上昇することを防止するということは、換言すると燃料電池１および改質器２が過度に上昇することを防止するということになる。
【０１４０】
ステップＳ５８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、脱硫器温度の温度変化を監視し、所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、脱硫器９の下降温度(脱硫器下降温度)が下降温度ＴD-down以上か否か判定する（ステップＳ５９）。
【０１４１】
つまり、制御器８は、脱硫器９に設けられた脱硫器温度検知部Ｔ３から脱硫器温度に関する情報を受け付け、この脱硫器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、脱硫器温度が、予め設定された脱硫器９の下降温度ＴR-down以上、下降したか否かを判定する。そして、制御器８が、脱硫器下降温度が下降温度ＴD-down以上と判定した場合（ステップＳ５９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ６０）。
【０１４２】
なお、ステップＳ６０において、脱硫器９の下降温度ＴD-downを設定する理由は、水素含有ガスを供給停止している間に、脱硫器９、さらには改質器２、燃料電池１の温度が低下し、可燃性ガス流路１１に残留した水蒸気を含む水素含有ガスの温度が露点以下になって水が凝縮し、脱硫器９、改質器２、燃料電池１の触媒や電極の耐久性を著しく低下させてしまうのを防ぐためである。
【０１４３】
なお、変形例２に係る燃料電池システムにおいて、脱硫器９の上昇温度ＴD-upおよび脱硫器９の下降温度ＴD-downは、本発明の上昇値および下降値に相当する。
【０１４４】
以上のように、変形例２に係る燃料電池システム１００では、運転停止工程を実施する際に、上記したフローチャートに示すステップを実行することで、可燃性ガス流路１１のパージに利用した可燃性ガス（水素含有ガス）を燃焼部３において火炎燃焼させることができるため、可燃性ガスをそのまま大気中に放出することを防ぐことができる。また、可燃性ガス流路１１のパージには、発電原料を改質して得られた水素含有ガスを利用しているため、例えば、燃料電池１および改質器２が高温のため炭素析出してしまうといった問題を防ぐこともできる。
【０１４５】
さらに、水素含有ガスを間欠的に供給するように構成することで、燃焼部３における火炎燃焼の熱により加熱される脱硫器９、改質器２および燃料電池１が過昇温することを防止することができる。また、過度に温度低下して可燃性ガス流路１１中の水蒸気が凝縮したりすることを防ぐこともできる。さらにまた、水素含有ガスの供給を間欠的とすることで、パージに利用する原料の供給量を抑制できるため、燃料電池システム１００の運転停止工程における消費エネルギーの低減を実現できる。
【０１４６】
なお、上記では、制御器８は、脱硫器９の上昇温度（脱硫器上昇温度）の大きさが上昇温度ＴD-up以上か否か判定し、水素含有ガスの停止を決定する構成であった。さらにまた、制御器８は、脱硫器９の下降温度（脱硫器下降温度）の大きさが下降温度ＴD-down以上か否か判定し、水素含有ガスの再開を決定する構成であった。すなわち、脱硫器温度の上昇または下降の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であった。
【０１４７】
しかしながら、水素含有ガスの供給および停止を制御するためのトリガは、上記した脱硫器温度の上昇および下降の温度幅に限定されるものではない。例えば、脱硫器温度の温度プロファイルを記録し、温度変化の傾きの大きさをトリガとして水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。
【０１４８】
［実施形態１の変形例３］
（変形例３に係る燃料電池システムの構成）
次に、本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００の構成について図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１４９】
変形例３に係る燃料電池システム１００は、図５に示す変形例２に係る燃料電池システム１００の構成において、浄化器１６と、浄化器１６の温度を検知する浄化器温度検知部Ｔ４とをさらに備えた構成となっている。それ以外の点では、図５に示す変形例２に係る燃料電池システム１００の構成と同様であるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１５０】
浄化器１６は、燃焼部３から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを除去する。例えば、浄化器１６は、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素や窒素酸化物および残留メタン等の炭化水素を二酸化炭素や二酸化窒素および水蒸気(水)にして浄化する。浄化器１６は、図８に示すように、燃焼排ガス流路１３において、脱硫器９を加熱する加熱部１５の下流側に設けられている。
【０１５１】
浄化器１６に充填する浄化触媒としては、例えば、容器に燃焼触媒および排ガス浄化触媒が充填されて構成される。燃焼触媒および排ガス浄化触媒は、例えば、白金、パラジウム、およびロジウムのうち少なくとも１つを含浸したアルミナ担体、またはメタル担体を用いることができる。なお、燃焼触媒および排ガス浄化触媒はこれらに限定されるものではなく、最適な温度範囲に維持したとき、燃焼反応および浄化反応を進行させ得る触媒であればよい。なお、燃焼反応および浄化反応とは、燃焼排ガス流路１３を流通するガスに含まれる炭化水素、水素、一酸化炭素、および窒素酸化物などの未燃の可燃ガスを浄化する反応を言う。Ｐｄ−Ａｌ２Ｏ３系浄化触媒の場合、浄化器１６は所定温度、（例えば１３０℃）以上で燃焼排ガス中の可燃性ガスを除去する。ただし温度が高すぎるとＰｄの凝集などにより触媒活性が低下するため、所定の温度(例えば、３００℃)以下を維持することが望ましい。
【０１５２】
浄化器１６は、加熱部１５で脱硫器９を加熱し、保有する熱の一部を失った燃焼排ガスにより加熱されるように構成されている。このように浄化器１６が燃焼排ガスの熱により加熱される構成の場合、この燃焼排ガスの熱をより有効に活用できるように、浄化器１６を、脱硫器９と近接する位置に設けた構成としてもよい。なお、浄化器１６を通過した燃焼排ガスは、上述のように浄化器１６を加熱しつつ、可燃性ガスが浄化された状態で燃料電池システム１００の系外に排出される。
【０１５３】
（変形例３に係る燃料電池システムの運転停止工程）
次に、以下において変形例３に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【０１５４】
実施形態１に係る燃料電池システム１００では、図２に示すように、酸化剤ガスが供給され（ステップＳ１１）、水素含有ガスが供給された（ステップＳ１２）後、着火器４により燃料電池１から排出された排ガスに着火する（ステップＳ１３）ように構成されていた。これに対して、変形例３に係る燃料電池システム１００では、水素含有ガスが供給された後、浄化器１６の温度が所定温度Ｔpuri以上か否か判定し、所定温度Ｔpuri未満の場合にのみ着火器４が排ガスに着火するように構成されている点で異なる。すなわち、図９におけるステップＳ７３のみ新たに追加されており、それ以外のステップＳ７０〜７２、７４〜８１は、図２におけるステップＳ１０〜２０と共通である。このため、以下では主としてステップＳ７３について説明する。
【０１５５】
ステップＳ７１において、酸化剤ガス流路１２に酸化剤ガスが供給され、ステップＳ７２において可燃性ガス流路１１に水素含有ガスが供給されると、制御器８は、浄化器１６の温度変化を監視する。具体的には、制御器８は、浄化器１６に設けられた浄化器温度検知部Ｔ４によって検知された浄化器１６に充填された浄化触媒の温度（浄化器温度）に関する情報を受け付け、この浄化器温度と所定温度Ｔpuriとの大小関係を判定する（ステップＳ７３）。ここで、所定温度Ｔpuriとは、浄化触媒が活性する温度範囲の下限温度であり、Ｐｄ−Ａｌ２Ｏ３系浄化触媒の場合、所定温度Ｔpuriは、約１３０℃となる。このため、制御器８が、浄化器温度が所定温度Ｔpuri以上であると判定した場合（ステップＳ７３において「ＹＥＳ」）は、浄化器１６により燃焼排ガス中に含まれる可燃性ガスを浄化できる状態にある。逆に、制御器８が、浄化器温度が所定温度Ｔpuri未満であると判定した場合（ステップＳ７３において「ＮＯ」）は、浄化触媒が活性しておらず浄化器１６では燃焼排ガス中に含まれる可燃性ガスを除去することができない状態にある。
【０１５６】
ところで、上記したように浄化器１６は燃焼排ガスの熱により加熱される構成である。このため、例えば燃焼部３において着火器４により水素含有ガスが燃焼させられる状態以前では、浄化器温度は、所定温度Ｔpuri未満となっている。
【０１５７】
このように浄化器温度が所定温度Ｔpuri未満の場合、制御器８は着火器４を制御して燃料電池１から排出された排ガス（可燃性ガス）に着火させる（ステップＳ７４）。逆に、燃焼部３において発生させられた燃焼排ガスの熱により浄化器１６が加熱され浄化器温度が所定温度Ｔpuri以上となると、着火器４の動作を停止させ、浄化器１６により可燃性ガスを浄化させる。
【０１５８】
以上のように、変形例３に係る燃料電池システム１００では、浄化器温度が所定温度Ｔpuri未満で、浄化触媒が活性していない間は、制御器８は、燃焼部３において着火器４を制御して着火動作させて、可燃性ガスを燃焼させる。一方、浄化器１６が加熱され、浄化器温度が所定温度Ｔpuri以上となると、この浄化器１６により可燃性ガスを浄化させるように構成されている。このため、変形例３に係る燃料電池システム１００では、浄化器１６によって、燃焼部３よりも低温域で可燃性ガスの浄化を行うことができる。
【０１５９】
したがって、変形例３に係る燃料電池システム１００では、燃焼部３よりも低温域で可燃性ガスを浄化できる浄化器１６と、燃焼部３による該可燃性ガスの燃焼とを組み合わせることで、可燃性ガスの浄化に必要な熱量を抑制することができる。それゆえ、燃焼部３だけで可燃性ガスの浄化を行う構成と比較して、燃料電池システム１００の温度をより効率的に低下させることができる。
【０１６０】
［実施形態１の変形例４］
上記した実施形態１に係る燃料電池システム１００では、図２に示すように水素含有ガスによる可燃性ガス流路１１に対するパージ時間に基づき、水素含有ガスの供給および停止を行ったり、運転停止工程の終了を決定したりする構成であった。また、水素含有ガスを供給する際には、燃焼部３において燃料電池１から排出された水素含有ガスを、酸化剤ガス流路１２に供給されている酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる構成であった。
【０１６１】
このように水素含有ガスの供給を間欠的に行い可燃性ガス流路１１に対するパージを行う構成の燃料電池システム１００の場合、まったくパージを行わない構成の燃料電池システムと比較して燃料電池１が所定温度以下まで冷却されるのに必要な時間、換言すると運転停止工程に必要な時間が長くなる。そこで、実施形態１の変形例４に係る燃料電池システムでは、できるだけ運転停止工程に必要な時間を低減できるように、図１に示す構成を有した燃料電池システム１００が、以下に示すように運転停止工程を実施する。
【０１６２】
なお、変形例４に係る燃料電池システム１００は、変形例２に係る燃料電池システム１００と同様に、燃料電池温度の上昇または下降の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する。このため、変形例４に係る燃料電池システム１００は、変形例２に係る燃料電池システム１００の一態様ともいえる。変形例４に係る燃料電池システム１００では、運転停止工程に必要な時間を低減できるように、水素含有ガスの供給停止を決定する燃料電池１の温度上昇幅と、水素含有ガスの供給再開を決定する燃料電池１の温度下降幅との関係をさらに考慮した構成となっている。
【０１６３】
（変形例４に係る燃料電池システムの運転停止工程）
以下、図１０、図１１を参照して変形例４に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について説明する。図１０は、本発明の実施形態１の変形例４に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【０１６４】
また、図１１は、図１０に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図１１では、燃料電池１の温度変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化、供給される酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガスの流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが開始される。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガスの流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。一方、単位時間あたりに供給される酸化剤ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱO）とする。
【０１６５】
図１０に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ９４、Ｓ９７、Ｓ９９の処理のみ図２に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップ（ステップＳ９０〜Ｓ９３、ステップＳ９５〜Ｓ９６、Ｓ９８、Ｓ１００）は図２に示すステップＳ１０〜Ｓ１３、ステップＳ１５〜Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０と共通である。このため、以下では主としてステップＳ９４、Ｓ９７、Ｓ９９について説明する。
【０１６６】
ステップＳ９３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。このため、燃料電池１の温度が図１１に示すように徐々に上昇する。
【０１６７】
次のステップＳ９４では、制御器８は、燃料電池１の燃料電池温度と所定温度（燃料電池温度ＴS2）との比較判定を行う。つまり、制御器８は、燃料電池スタックに設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１によって検知された燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度と予め設定された燃料電池温度ＴS2との大小関係を判定する。なお、燃料電池温度ＴS2は、運転停止工程の実施を終了させる目安となる温度であり例えば、約１５０℃とすることができる。すなわち、運転停止工程において燃料電池１のスタック温度が１５０℃以上の場合、水素含有ガスをアノード側に供給していないと、アノード側において下流部から酸化剤ガスが逆流し、酸化してしまう場合があるからである。
【０１６８】
そこで、制御器８は、燃料電池温度が予め設定された燃料電池温度ＴS2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し（ステップＳ９４）、１５０℃未満の場合は（ステップＳ９４において「ＮＯ」）、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ９５、Ｓ９６）。
【０１６９】
一方、ステップＳ９４において「ＹＥＳ」の場合、制御器８は、ステップＳ９４の判定時に検知した燃料電池温度を不図示のメモリに記録する。そして、制御器８は、メモリに記録した時点における燃料電池温度から上昇した温度が、所定の上昇温度ＴS-up以上か否か判定する（ステップＳ９７）。ここで、所定の上昇温度ＴS-upは、例えば、図１１に示すように１℃とすることができる。また、メモリに記録した時点における燃料電池温度とは、着火器４により排ガスに着火された時点における燃料電池温度とすることができる。
【０１７０】
ステップＳ９７において制御器８が、燃料電池上昇温度が上昇温度ＴS-up以上と判定した場合（ステップＳ９７において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を停止させる（ステップＳ９８）。このように、水素含有ガスの供給を停止すると燃焼部３における排ガスの火炎燃焼も停止することとなり、燃料電池システム１００における燃料電池１、改質器２等の温度も低下する。また、制御器８は、水素含有ガスの供給を停止させた時点における燃料電池温度を不図示のメモリに記録する。そして、制御器８は燃料電池温度の変化を監視する。
【０１７１】
次に、制御器８は、メモリに記録した燃料電池温度を参照して、水素含有ガスの供給を停止させた時点における燃料電池１の温度から下降した温度が、所定の下降温度ＴS-down以上か否か判定する(ステップＳ９９)。ここで、制御器８が、燃料電池下降温度が下降温度ＴS-down以上と判定した場合（ステップＳ９９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を再開させる。さらに、制御器８は、水素含有ガスの供給を再開し、排ガスに着火した時点における燃料電池温度を不図示のメモリに記録する。
【０１７２】
ここで、所定の下降温度ＴS-downをどのくらいの温度に設定するかによって燃料電池システム１００における燃料電池１、改質器２等の温度低下の速度が決まってくる。つまり、下降温度ＴS-downの温度幅をできるだけ大きな値とすると、燃料電池１、改質器２等の温度低下にかかる時間は小さくなるが、水素含有ガスの供給を停止する期間が長くなり燃料電池１のアノード側において下流部から酸化剤ガスが逆流し、アノードが酸化してしまう場合がある。そこで、下降温度ＴS-downは、燃料電池１のアノードの酸化が生じない範囲で、できるだけ大きな温度とするように設定される。例えば、変形例４に係る燃料電池システム１００では、図１１に示すように、下降温度ＴS-downを１０℃とすることができる。
【０１７３】
以上のように燃料電池温度が下降温度ＴS-down以上、低下するごとに、上昇温度ＴS-up以上、上昇するまで水素含有ガスによるパージを実施する構成とすることで、燃料電池システム１００を効率よく冷却させつつ、可燃性ガス流路１１における水素含有ガスによるパージによってアノードの酸化を防止することができる。特に、下降温度ＴS-downと上昇温度ＴS-upとのそれぞれの温度幅の関係を適切に設定させることで、燃料電池システム１００の冷却速度を所望の速度に調整することができる。
【０１７４】
なお、図１０に示す運転停止工程では、燃料電池システム１００は、燃料電池温度の温度変化に基づき水素含有ガスの供給停止および再開を決定していたがこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池温度と連動して温度変化する改質器温度の温度変化に基づき水素含有ガスの供給停止および再開を決定してもよい。このように変形例４に係る燃料電池システム１００を、改質器温度の温度変化に基づき水素が有ガスの供給停止および再開を決定する構成とする場合、制御器８は以下のように図１０に示すステップＳ９４、Ｓ９７、Ｓ９９を実施する。
【０１７５】
すなわち、ステップＳ９３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。このため、燃料電池１の温度と連動して改質器２の温度も徐々に上昇する。
【０１７６】
次にステップＳ９４では、制御器８は、改質器温度と所定温度（改質器温度ＴR2）との比較判定を行う。つまり、制御器８は、改質器２に設けられた改質器温度検知部Ｔ２によって検知された改質器温度に関する情報を受け付け、この改質器温度と予め設定された改質器温度ＴR2との大小関係を判定する。
【０１７７】
なお、燃料電池システム１００では改質器２は燃料電池１と同様に燃焼部３における火炎燃焼の熱により加熱される構成である。そのため、改質器温度と燃料電池温度とは同様な温度となるため、改質器温度ＴR2は、燃料電池温度ＴS2と同様に、例えば、約１５０℃とすることができる。
【０１７８】
そして、制御器８は、改質器温度が予め設定された改質器温度ＴR2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し、１５０℃未満の場合は、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ９５、Ｓ９６）。
【０１７９】
一方、制御器８が、改質器温度が改質器温度ＴR2（約１５０℃）以上であると判定した場合、この判定時に検知した改質器温度を不図示のメモリに記録する。そして、制御器８は、メモリに記録した時点における改質器温度から上昇した温度が、所定の上昇温度ＴR-up以上か否か判定する。ここで、所定の上昇温度ＴR-upは、上昇温度ＴS-upと同様に例えば１℃とすることができる。あるいは、上昇温度ＴR-upは、改質器２の方が燃料電池１よりも温度変化に対する応答性が高いため、１℃よりも大きい温度としてもよい。
【０１８０】
そして、制御器８が、改質器上昇温度が上昇温度ＴR-up以上と判定すると、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を停止させる。このように水素含有ガスの供給を停止すると、燃焼部３における排ガスの火炎燃焼も停止することとなり、燃料電池システム１００における燃料電池１、改質器２等の温度も低下する。そこで、制御器８は、水素含有ガスの供給を停止させた時点における改質器温度を不図示のメモリに記録し、改質器温度の変化を監視する。
【０１８１】
次に、制御器８は、メモリに記録した燃料電池温度を参照して、水素含有ガスの供給を停止させた時点における改質器２の温度から下降した温度が、所定の下降温度ＴR-down以上か否か判定する。ここで、制御器８が、改質器下降温度が下降温度ＴR-down以上と判定した場合、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を再開させる。さらに、制御器８は、水素含有ガスの供給を再開し、排ガスに着火した時点における改質器温度を不図示のメモリに記録する。なお、改質器２の下降温度ＴR-downは、燃料電池１のアノードの酸化が生じない範囲で、できるだけ大きな温度とするように設定されており、例えば、燃料電池１の下降温度ＴS-downと同様に約１０℃とすることができる。あるいは、下降温度ＴR-downは、改質器２の方が燃料電池１よりも温度変化に対する応答性が高いため、１０℃よりも大きい温度としてもよい。
【０１８２】
以上のように改質器温度が下降温度ＴR-down以上、低下するごとに、上昇温度ＴR-up以上上昇するまで水素含有ガスによるパージを実施する構成とすることで、燃料電池システム１００を効率よく冷却させつつ、可燃性ガス流路１１における水素含有ガスによるパージによってアノードの酸化を防止することができる。
【０１８３】
変形例４に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１または改質器２の温度低下を考慮し、間欠的に行う水素含有ガスによるパージのタイミングを決定する構成であったが、別の要素を考慮し、間欠的に行う水素含有ガスによるパージのタイミングを決定することもできる。以下において、可燃性ガス流路１１における圧力の変化を考慮して間欠的に水素含有ガスによるパージを行う構成を変形例５とし、燃料電池１における電圧の変化を考慮して間欠的に水素含有ガスによるパージを行う構成を変形例６として説明する。
【０１８４】
［実施形態１の変形例５］
図１２〜１４を参照して本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システム１００について説明する。図１２は、本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。図１３は、本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。図１４は、図１３に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図１４では、可燃性ガス流路１１における圧力変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化、供給される水素含有ガス流量を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガス流量の流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが開始される。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。また、この水素含有ガスの供給に応じて変化する可燃性ガス流路１１の圧力を説明の便宜上、一定の圧力（Ｎ）とする。
【０１８５】
（変形例５に係る燃料電池システムの構成）
図１２に示すように変形例５に係る燃料電池システム１００は図１に示す燃料電池システム１００の構成においてさらに可燃性ガス流路１１の圧力を検知する圧力センサＰを備えた構成となっている。それ以外の部材は図１に示す燃料電池システム１００の構成と同様となるため、同一部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１８６】
圧力センサＰは可燃性ガス流路１１における改質器２の上流側に設けられ、可燃性ガス流路１１内の圧力を検知する。圧力センサＰは、発電原料の供給に伴う可燃性ガス流路１１の圧力変化を検知しており、この圧力変化を可燃性ガス流路１１の圧力変化とみなしている。可燃性ガス流路１１における圧力変化は、図１４に示すように水素含有ガスの供給量、換言すると発電原料の供給量に比例する。
【０１８７】
（変形例５に係る燃料電池システムにおける運転停止工程）
上記した構成を有する変形例５に係る燃料電池システムの運転停止工程について図１３を参照して説明する。
【０１８８】
図１３に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ１１７、Ｓ１１９の処理のみ図１０に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップ（ステップＳ１１０〜Ｓ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１２０）は図１０に示すステップＳ９０〜Ｓ９６、Ｓ９８、Ｓ１００と共通である。このため、以下では主としてステップＳ１１７、Ｓ１１９について説明する。
【０１８９】
ステップＳ１１３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。そして、次のステップＳ１１４において制御器８は、燃料電池スタックに設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１によって検知された燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度と予め設定された燃料電池温度ＴS2との大小関係を判定する。なお、燃料電池温度ＴS2は、運転停止工程の実施を終了させる目安となる温度であり例えば、約１５０℃とすることができる。制御器８は、燃料電池温度が予め設定された燃料電池温度ＴS2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し、１５０℃未満の場合は（ステップＳ１１４において「ＮＯ」）、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ１１５、Ｓ１１６）。
【０１９０】
一方、ステップＳ１１４において「ＹＥＳ」の場合、制御器８は、圧力センサＰから可燃性ガス流路１１の圧力に関する情報を受け付け、所定圧力Ｎとの大小関係を判定する。なお、所定圧力Ｎは、単位時間あたり流量Ｑ（Ｆ）の水素含有ガスが流通するときにおける可燃性ガス流路１１の圧力もしくはその近傍の圧力である。さらに、制御器８は、不図示の計時器で計測された時間に基づき、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onとの大小関係を判定する。
【０１９１】
そして、制御器８が、可燃性ガス流路１１における圧力が所定圧力Ｎ以上でかつ、水素含有ガスによるパージ時間ｔonがあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-on以上となると判定した場合、（ステップＳ１１７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１１８）。
【０１９２】
ステップＳ１１８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、圧力センサＰから可燃性ガス流路１１の圧力に関する情報を受け付け、大気圧との大小関係を判定する。さらに制御器８は、水素含有ガスの供給停止時間Ｔoffと所定時間（設定供給停止時間ｔpre-off）との比較判定を行う（ステップＳ１１９）。そして、制御器８が、可燃性ガス流路１１における圧力が大気圧以下でかつ、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffが設定供給停止時間ｔpre-off以上となると判定した場合（ステップＳ１１９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ１２０）。なお、ステップＳ１１９では可燃性ガス流路１１の圧力と大気圧との大小関係を判定する構成であるが、大気圧よりもやや高い所定の圧力と可燃性ガス流路１１の圧力とを比較する構成であってもよい。すなわち、可燃性ガス流路１１内が負圧にならないように監視できる構成であればよい。
【０１９３】
ここで、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとパージ時間ｔpre-onとの大小関係の判定、ならびに水素含有ガスの供給停止時間ｔoffと設定供給停止時間ｔpre-offとの大小関係の判定に加えて、可燃性ガス流路１１の圧力と所定圧力Ｎとの大小関係の判定、ならびに可燃性ガス流路１１の圧力と大気圧との大小関係の判定を行うのは下記の理由からである。
【０１９４】
燃料電池システム１００の運転停止工程において、まず、ステップＳ１０９の運転停止動作を開始することで燃料電池１における発電が停止させられ、燃料電池１および改質器２等の温度が低下する。この温度低下に伴い可燃性ガス流路１１中の残留ガスが収縮することで圧力低下する。さらには、可燃性ガス流路１１中の残留ガス中に含まれる水蒸気が露点に達し凝縮することで可燃性ガス流路１１内の圧力が低下してしまう。これにより可燃性ガス流路１１の圧力が負圧になると外部から空気が流入しアノード側が酸化してしまう。そこで、変形例５に係る燃料電池システム１００では、アノードの酸化を防止するために、可燃性ガス流路１１内が大気圧以下になると減った圧力を補うために水素含有ガスの供給を行い、可燃性ガス流路１１が負圧にならないようにする。逆に、パージ時間ｔonが予め設定されたパージ時間ｔpre-on以上でかつ、可燃性ガス流路１１における圧力が所定圧力Ｎ以上、すなわち、負圧となっていない場合は、水素含有ガスの供給を停止させることができる。
【０１９５】
［実施形態１の変形例６］
図１５〜１７を参照して本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システム１００について説明する。図１５は、本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。図１６は、本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。図１７は、図１６に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図１７では、燃料電池１の単セル平均電圧の変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化、供給される酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガスの流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが開始される。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガスの流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。
【０１９６】
（変形例６に係る燃料電池システムの構成）
図１５に示すように変形例６に係る燃料電池システム１００は図１に示す燃料電池システム１００の構成においてさらに燃料電池１の電圧を検知する電圧検知器Ｖを備えた構成となっている。それ以外の部材は図１に示す燃料電池システム１００の構成と同様となるため、同一部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１９７】
電圧検知器Ｖは燃料電池１の電圧を検知する。具体的には、電圧検知器Ｖは、燃料電池１の電圧として、燃料電池１のセルスタックにおける所定の単セルの電圧の平均値を検知する。
【０１９８】
ところで、運転停止工程において、図１６に示すステップＳ１２９の運転停止動作が開始されると、燃料電池１における発電は停止させられる。このため、運転停止動作が開始された後は、発電に伴う電圧変化を電圧検知器Ｖは検知することはない。しかしながら、運転停止後に燃料電池１および改質器２等の温度が低下すると、上記したように可燃性ガス流路１１の圧力が低下し空気がアノードに流入する場合がある。このような場合、燃料電池１の単セルにおいて電圧低下を引き起こす。つまり、燃料電池１の単セルにおける電圧変化を、アノードへの空気の流入の有無を判定する指針とすることができる。
【０１９９】
そこで、変形例６に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１の電圧が低下すると水素含有ガスを供給させることでアノード側における空気の流入を防ぐことができる。
【０２００】
（変形例６に係る燃料電池システムにおける運転停止工程）
上記した構成を有する変形例６に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について図１６を参照して説明する。
【０２０１】
図１６に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ１３７、Ｓ１３９の処理のみ図１０に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップ（ステップＳ１３０〜Ｓ１３６、Ｓ１３８、Ｓ１４０）は図１０に示すステップＳ９０〜Ｓ９６、Ｓ９８、Ｓ１００と共通である。このため、以下では主としてステップＳ１３７、Ｓ１３９について説明する。
【０２０２】
ステップＳ１３３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における火炎燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。そして、次のステップＳ１３４において制御器８は、燃料電池温度検知部Ｔ１から燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度と予め設定された燃料電池温度ＴS2との大小関係を判定する。なお、燃料電池温度ＴS2は、運転停止工程の実施を終了させる目安となる温度であり例えば、約１５０℃とすることができる。制御器８は、燃料電池温度が予め設定された燃料電池温度ＴS2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し、１５０℃未満の場合は（ステップＳ１３４において「ＮＯ」）、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ１３５、Ｓ１３６）。
【０２０３】
一方、ステップＳ１３４において「ＹＥＳ」の場合、制御器８は、電圧検知器Ｖから燃料電池１の電圧に関する情報を受け付け、所定電圧Ｖ１との大小関係を判定する。なお、所定電圧Ｖ１は、可燃性ガス流路１１に燃焼排ガス流路１３を通じて外部から空気が流入していない状態時の燃料電池１の電圧であり、例えば、０．７５Ｖとすることができる。
【０２０４】
そして、制御器８が、燃料電池１の電圧が所定電圧Ｖ１以上となると判定した場合、（ステップＳ１３４において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１３８）。
【０２０５】
ステップＳ１３８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、電圧検知器Ｖから燃料電池１の電圧に関する情報を受け付け、所定電圧Ｖ２との大小関係を判定する（ステップＳ１３９）。そして、制御器８が、燃料電池１の電圧が所定電圧Ｖ２以下となると判定した場合（ステップＳ１３９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ１４０）。なお、所定電圧Ｖ２は可燃性ガス流路１１に燃焼排ガス流路１３を通じて外部から空気が流入した状態、すなわち可燃性ガス流路１１が負圧になった時における燃料電池１の電圧であり、例えば、０．６５Ｖとすることができる。
【０２０６】
なお、変形例４〜６はそれぞれ燃料電池温度の変化、可燃性ガス流路１１の圧力変化、あるいは燃料電池１の電圧変化を考慮し、水素含有ガスの供給停止および供給再開を判定する構成であった。しかしながら、これらの構成に限定されるものではなく、燃料電池温度の変化、可燃性ガス流路１１の圧力変化、あるいは燃料電池１の電圧変化を考慮した後、さらに燃料電池温度、改質器温度、または脱硫器温度と所定温度との大小関係を判定し、水素含有ガスの供給停止および供給再開を判定する構成としてもよい。
【０２０７】
［実施形態２］
（燃料電池システムの構成）
まず、図１８を参照して本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の構成について説明する。図１８は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。なお、燃料電池システム２００は燃料電池２０１として固体酸化物形燃料電池を備える構成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。
【０２０８】
図１８に示すように、燃料電池システム２００は、燃料電池２０１と、改質器２０２と、蒸発器２０３と、加熱器２０４と、発電原料供給器２０５と、酸化剤ガス供給器２０６と、記憶装置２０７と、制御器２０８と、改質用材料供給器として改質水供給器２０９と、燃焼部２１０と、を備えてなる構成である。燃料電池システム２００では、各部を連結する流路として、可燃性ガス流路２１１と、酸化剤ガス流路２１２と、改質水流路２１３とが設けられている。
【０２０９】
発電原料供給器２０５は、改質器２０２に発電原料を供給するものであり、改質器２０２へ供給する発電原料の流量を調整可能に構成されていてもよい。発電原料供給器２０５は、実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える発電原料供給器５と同様な構成のため、詳細な説明は省略する。
【０２１０】
酸化剤ガス供給器２０６は、燃料電池２０１のカソード２２１に酸化剤ガスを供給するものであり、燃料電池２０１のカソード２２１へ供給する酸化剤ガスの流量を調整可能に構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器２０６は、実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える酸化剤ガス供給器６と同様な構成のため、詳細な説明は省略する。
【０２１１】
改質水供給器２０９は、改質器２０２に対して改質反応に用いる水（水蒸気）を供給するものであり、改質器２０２へ供給する水（水蒸気）の流量を調整可能に構成されていてもよい。なお、改質水供給器２０９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。改質水供給器２０９により供給された改質水は、蒸発器２０３により気化され、改質水流路２１３および可燃性ガス流路２１１を通じて改質器２０２に送出される。
【０２１２】
可燃性ガス流路２１１は、発電原料供給器２０５から改質器２０２を介して、燃料電池２０１のアノード２２０に至る流路であり、可燃性ガスである発電原料または水素含有ガスが流通する。図１８に示すように、可燃性ガス流路２１１は、発電原料供給器２０５から、燃料電池２０１におけるアノード２２０の下流端に至るまでの区間に相当する。すなわち、可燃性ガス流路２１１は、発電原料を発電原料供給器２０５から改質器２０２に導くための流路と、改質器２０２で発電原料が改質され生成された水素含有ガスを、燃料電池２０１に導くための流路とを足し合わせた流路である。
【０２１３】
酸化剤ガス流路２１２は、酸化剤ガス供給器２０６から、燃料電池２０１のカソード２２１に至る流路であり、酸化剤ガスが流通する。酸化剤ガス流路２１２は、図１８に示すように、酸化剤ガス供給器２０６から、燃料電池２０１のカソード２２１の下流端に至るまでの区間に相当する。
【０２１４】
改質水流路２１３は、改質水供給器２０９から、可燃性ガス流路２１１における改質器２０２の上流側の合流部（不図示）に至る流路であり、この合流部で可燃性ガス流路２１１と接続されている。改質水流路２１３では、改質器２０２で実施する改質反応で利用する水（水蒸気）が流通する。
【０２１５】
燃料電池２０１は、可燃性ガス流路２１１を通じて改質器２０２から供給された水素含有ガス（改質ガス）と、酸化剤ガス流路２１２を通じて供給された酸化剤ガスとを利用して、発電反応により発電を行う、例えば、固体酸化物形燃料電池を例示することができる。燃料電池２０１では、水素含有ガスが供給されるアノード２２０および酸化剤ガスが供給されるカソード２２１を有し、該アノード２２０と該カソード２２１との間で発電反応を行って発電する燃料電池単セルを複数枚、直列に接続してセルスタックを形成している。なお、燃料電池２０１は、実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える燃料電池１と同様な構成であるため詳細な説明は省略する。
【０２１６】
図１８で示すように、燃料電池２０１の後段に燃焼部２１０が設けられ、この燃焼部２１０において、燃料電池２０１の発電に未利用の水素含有ガスと酸化剤ガスとが火炎燃焼されるように構成されている。そして、この火炎燃焼により、燃料電池２０１および改質器２０２等で必要となる熱を発生させるとともに、生成された燃焼排ガスが不図示の燃焼排ガス流路を通じて系外に放出されるように構成されている。この燃焼排ガスは系外に放出される前に、例えば、燃焼排ガス流路２１４の途中に熱交換器を設けて、カソード２２１に送られる酸化剤ガスとの熱交換により、該酸化剤ガスを昇温する構成としてもよい。このように構成することで、燃料電池システム２００は、よりエネルギー利用率の高い運転が可能になる。
【０２１７】
また、詳細は後述するが、燃料電池システム２００では、運転停止工程においてに発電原料を改質した水素含有ガスを用いて可燃性ガス流路２１１をパージし、酸化剤ガスを用いて酸化剤ガス流路２１２をそれぞれパージする構成となっている。そのため、運転停止工程においてパージを行っている場合、燃料電池２０１のアノード２２０側から水素含有ガスが、燃料電池２０１のカソード２２１側からは酸化剤ガスがそれぞれ燃焼部２１０に導かれることとなる。そして、この燃焼部２１０において、水素含有ガスに着火し、酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる構成としてもよい。
【０２１８】
改質器２０２は、発電原料と改質用の水（水蒸気）を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器２０２で実施する改質反応としては、水蒸気改質反応などが例示される。
【０２１９】
また、燃料電池システム２００では、改質反応として水蒸気改質反応を実行するにあたり、水蒸気を生成する蒸発器２０３と、蒸発器２０３を所定温度に加温するための加熱器２０４とを備える。
【０２２０】
加熱器２０４は、燃料電池システム２００の起動開始時においては蒸発器２０３を所定温度範囲となるまで加熱する。また、加熱器２０４は、運転停止工程においては蒸発器２０３の温度が所定温度以下となった場合、蒸発器２０３を加熱する。加熱器２０４は、例えば電熱ヒータを利用することができる。
【０２２１】
なお、蒸発器２０３は、上述した起動開始時および運転停止工程実施時のみならず、燃料電池システム２００の定常運転中においても、加熱器２０４により加熱され所定温度範囲に保たれる構成であってもよい。あるいは、燃料電池システム２００の定常運転中では、加熱器２０４を起動させず、燃焼部２１０にて生成された燃焼排ガスの有する熱により蒸発器２０３が所定温度範囲に保たれる構成としてもよい。
【０２２２】
燃料電池システム２００に供給される発電原料は、燃料電池システム１００に供給される発電原料と同様なものが例示できる。
【０２２３】
制御器２０８は、燃料電池システム２００の各部の各種動作を制御するものである。例えば、制御器２０８は、燃料電池システム２００の運転停止工程において燃料電池２０１の発電停止後に、発電原料供給器２０５を制御して発電原料を可燃性ガス流路２１１に補給し、かつ該発電原料の補給に伴い、改質水供給器２０９および蒸発器２０３を制御して水蒸気を可燃性ガス流路２１１に流入させ、改質器２０２において水素含有ガスを生成させる。その一方で、制御器２０８は、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガス流路２１２に酸化剤ガスを供給させる。なお、燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０において可燃性ガス流路２１１と酸化剤ガス流路２１２とが合流する構成となっている。このため、制御器２０８は、可燃性ガス流路２１１を流通した水素含有ガスが酸化剤ガス流路２１２内に流入し、カソード２２１が還元劣化することを防ぐように酸化剤ガスの供給を行えばよく、発電原料が供給される期間と酸化剤ガスが供給される期間とが必ずしも一致する必要がない。
【０２２４】
さらにまた、制御器２０８は、運転停止工程において燃料電池２０１の発電を停止させた時からの経過時間または運転停止の操作指示を示す信号を受け付けてからの経過時間、あるいは燃料電池２０１の温度、改質器２０２の温度または蒸発器２０３の温度等に応じて、加熱器２０４の起動を制御する。そして、制御器２０８は、加熱器２０４を起動させることで蒸発器２０３の温度を昇温させ、水を気化させることができる温度範囲となるようにする。
【０２２５】
すなわち、制御器２０８は不図示の計時部を備えており、該計時部により計測された時間情報を受け付け、燃料電池２０１の発電を停止させた時からの経過時間、または運転停止の操作指示を示す信号を受け付けてからの経過時間を把握することができる。また、燃料電池２０１には温度検知部として燃料電池温度検知器Ｔ１０が、改質器２０２には温度検知部として改質器温度検知器Ｔ２０が、蒸発器２０３には温度検知部として蒸発器温度検知器Ｔ３０がそれぞれ設けられており、これらから温度情報をそれぞれ受け付けることで、制御器２０８は、燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３の温度をそれぞれ把握することができる。なお、燃料電池温度検知器Ｔ１０、改質器温度検知器Ｔ２０、および蒸発器温度検知器Ｔ３０は、熱電対またはサーミスタ等で構成することができる。また、本発明の実施形態２では制御器２０８は、温度検知部として、燃料電池温度検知器Ｔ１０、改質器温度検知器Ｔ２０、および蒸発器温度検知器Ｔ３０をそれぞれ備える構成であるが、これらのうち少なくとも１つを備え、制御器２０８が温度情報を受け付ける構成であってもよい。
【０２２６】
制御器２０８は、制御機能を有するものであればよく、実施形態１に係る制御器８と同様な構成とすることができる。
【０２２７】
記憶装置２０７は、演算処理部により実行する制御プログラム（図示せず）と、予め実験等により調べてある燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３の温度それぞれの温度変化を対応づけたテーブル２３０とを記憶する。このテーブル２３０には、燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３それぞれの温度の変動範囲において設定されている後述する所定温度も記録されている。
【０２２８】
（燃料電池システムの運転停止工程）
次に、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の運転停止工程の具体例について、図１９、２０を参照して説明する。図１９、２０は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、記憶装置２０７に記憶された不図示の制御プログラムを制御器２０８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【０２２９】
まず、運転停止工程では運転停止操作が開始される（ステップＳ２１０）。運転停止操作の開始により、燃料電池システム２００では、制御器２０８が発電原料供給器２０５、改質水供給器２０９、および燃料電池２０１を制御し、発電原料および改質水の供給を停止させるとともに、燃料電池２０１の発電を停止させる。すなわち、制御器２０８は運転停止操作の指示を不図示の入力装置等を介して操作者等から受け付けるあるいは、所定条件に基づき運転停止と判断すると、発電原料供給器２０５を制御して発電原料の可燃性ガス流路２１１への供給を停止させ、改質水供給器２０９を制御して改質水の蒸発器２０３への供給を停止させる。しかしながら制御器２０８は、酸化剤ガスの酸化剤ガス流路２１２への供給をしばらくの間（例えば５分間）継続させる（ステップＳ２１１）。そして、制御器２０８は、酸化剤ガスの供給時間が、運転停止操作を開始してから所定時間ｔ１以上、経過したか否か判定し（ステップＳ２１２）、所定時間ｔ１以上経過したと判定すると（ステップＳ２１２において「ＹＥＳ」）、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ２１３）。
【０２３０】
このように、燃料電池システム２００では、ステップＳ２１０で運転停止操作が開始されてから所定時間ｔ１経過するまで酸化剤ガスの供給を継続させている。これは、以下の理由による。すなわち、ステップＳ２１０の運転停止操作の開始直後では、すでに供給されている改質水（水蒸気）が改質水流路に残留している。このため、運転停止操作ステップの開始直後では改質器２０２において水素含有ガスが生成され燃料電池２０１に供給されてしまう。つまり、運転停止直前の発電原料の供給と改質水（水蒸気）の供給に伴い、運転停止指示後しばらくの間は改質器２０２にて水素含有ガスが生成されてしまう。ここで、運転停止工程は可燃性ガス流路２１１の方が酸化剤ガス流路２１２よりも圧力が大きくなるため、この生成された水素含有ガスが燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０を経由して燃料電池２０１のカソード２２１側に流れ込む場合がある。この水素含有ガスのカソード２２１側への流入を防ぐため、燃料電池システム２００では、運転停止操作を開始してから所定時間ｔ１経過するまでは、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路２１２に供給させるように構成している。なお、この所定時間ｔ１は、運転停止操作が開始されてから水素含有ガスが燃料電池２０１のカソード２２１側に流入することがなくなる時間、つまり、運転停止操作後に改質器２０２において水素含有ガスが生成されなくなるまでの時間として定めることができる。
【０２３１】
次に制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０によって検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度検知器Ｔ２０によって検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、蒸発器温度検知器Ｔ３０によって検知された蒸発器温度と所定温度Ｔｅ１との大小関係を判定する（ステップＳ２１４）。すなわち、制御器２０８は、燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度のうちの少なくとも１つと所定温度との大小関係を判定する。
【０２３２】
ここで、燃料電池２０１および改質器２０２は、燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０における可燃性ガスの燃焼により生じた熱により加熱される構成となっている。このため、燃料電池２０１と改質器２０２との両者の温度は連動して変化する。また、蒸発器２０３は、定常運転中には燃焼部２１０で生成された燃焼排ガスの有する熱により加熱され、運転停止操作の開始後は上述した燃料電池２０１および改質器２０２と同様に温度低下するようになっている。すなわち、運転停止操作の開始後において燃料電池２０１、改質器２０２、及び蒸発器２０３それぞれの温度変化は連動したものとなっている。
【０２３３】
そこで、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００では、記憶装置２０７に、燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度それぞれの温度変化を対応づけたテーブル２３０が記憶されている。そして、制御器２０８はこのテーブル２３０を参照することで、燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度のうちの１つを把握することで、残りの温度も把握することができる。
【０２３４】
なお、燃料電池温度とは、燃料電池２０１を構成する任意の単セルの温度であるがこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池２０１を流通する可燃性ガスまたは酸化剤ガスの温度としてもよい。また、所定温度Ｔｓ１とは、燃料電池システム２００の運転停止工程スタート後、すぐの燃料電池２０１の温度であってもよいし、運転停止工程スタートから所定時間経過後の燃料電池２０１の温度であってもよく、例えば、４８０℃とすることができる。
【０２３５】
改質器温度とは、改質器２０２に充填された改質触媒の温度であり、所定温度Ｔｒ１は、例えば４８０℃とすることができる。つまり、運転停止工程中では、燃料電池２０１と改質器２０２との温度はほぼ同じ温度となる。また、蒸発器温度とは、蒸発器２０３における所定位置の温度であり、所定温度Ｔｅ１は、例えば１８０℃とすることができる。
【０２３６】
ここで、運転停止操作開始後、上記したように燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度は、それぞれ連動して変化する。このため、ステップＳ２１４では、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ１以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ１以下であるのか、ならびに蒸発器温度が所定温度Ｔｅ１以下であるのかに関する判定のうち、少なくとも１つがこの判定条件を満たす場合（ステップＳ２１４において、「ＹＥＳ」）、制御器２０８は、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの酸化剤ガス流路２１２への供給を開始する（ステップＳ２１５）。次いで、制御器２０８は、改質水供給器２０９を制御して改質水の改質水流路２１３への供給を開始する（ステップＳ２１６）とともに発電原料供給器２０５を制御して可燃性ガス流路２１１への発電原料の供給を開始する（ステップＳ２１７）。
【０２３７】
このように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、酸化剤ガスの供給により酸化剤ガス流路２１２をパージし、発電原料および改質水（水蒸気）が供給されることで、改質器２０２で生成された水素含有ガスにより可燃性ガス流路２１１のパージを行う。
【０２３８】
その後、時間経過とともに、燃料電池システム２００の各部（例えば、燃料電池２０１、改質器２０２、蒸発器２０３等）の温度が低下していくと、蒸発器２０３において改質水を気化させることが困難となってくる。蒸発器２０３で改質水の気化が困難になってくると、改質器２０２で生成された水素含有ガス中の水素濃度が低下し、燃焼部２１０における水素含有ガスの燃焼が困難となっていく。
【０２３９】
そこで、制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度、ならびに蒸発器温度検知器Ｔ３０で検知された蒸発器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、燃料電池温度と所定温度Ｔｓ２との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度と所定温度Ｔｒ２との大小関係を判定する。あるいは制御器２０８は、蒸発器温度と所定温度Ｔｅ２との大小関係を判定する（ステップＳ２１８）。ここで、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ２以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ２以下であるのか、もしくは蒸発器温度が所定温度Ｔｅ２以下であるのか判定する。そして、これらのうちの少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２１８において「ＹＥＳ」）、加熱器２０４を動作させて蒸発器２０３を加熱させる（ステップＳ２１９）。逆に、ステップＳ２１８の判定条件を満たさない場合は、酸化剤ガス、改質水、発電原料の供給を継続する。なお、ステップＳ２１８の判定条件を満たす場合とは、改質水を気化させることを可能とする蒸発器２０３の動作温度の下限値以下となった場合である。
【０２４０】
このように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、蒸発器２０３の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、蒸発器２０３を加熱することで改質水の気化を継続させ、水蒸気を可燃性ガス流路２１１に供給することができる。それゆえ、蒸発器２０３の温度が低下することで改質水を気化させることが困難となり、改質器２０２で生成される水素含有ガス中の水素濃度が低下することを防ぐことができる。
【０２４１】
なお、所定温度Ｔｓ２、所定温度Ｔｒ２、および所定温度Ｔｅ２は、蒸発器２０３が改質水を十分に気化できなくなる温度となったときの燃料電池温度、改質器温度、ならびに蒸発器温度である。例えば、燃料電池温度の所定温度Ｔｓ２は、約３００℃とすることができ、改質器温度の所定温度Ｔｒ２は、約３００℃、蒸発器２０３の所定温度Ｔｅ２は、約１００℃とすることができる。
【０２４２】
さらに制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、ならびに改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ３との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ３との大小関係を判定する（ステップＳ２２０）。
【０２４３】
ここで、制御器２０８は、検知された燃料電池温度が所定温度Ｔｓ３以下であるのか否か、改質器温度が所定温度Ｔｒ３以下であるのか否か判定し、これらのうちの少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２２０において「ＹＥＳ」）、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度に達したと判定する。そこで、制御器２０８は、ステップＳ２２０において「ＹＥＳ」の場合、発電原料供給器２０５を制御して発電原料の供給を停止させるとともに（ステップＳ２２１）、改質水供給器２０９を制御して改質水の供給を停止させる（ステップＳ２２２）。さらに、制御器２０８は、加熱器２０４の動作を停止させる（ステップＳ２２３）。なお、ステップＳ２２１〜ステップＳ２２３の実行順はそれぞれこの順番に限定されるものではなく、同時に実施してもよいし、それぞれの順番が入れ替えられてもよい。
【０２４４】
なお、所定温度Ｔｓ３、および所定温度Ｔｒ３は、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度となったときの燃料電池温度、および改質器温度である。例えば、燃料電池温度の所定温度Ｔｓ３は、局部電池生成による酸化抑制のため１５０℃とすることができ、改質器温度の所定温度も同様に１５０℃とすることができる。
【０２４５】
このようにして、発電原料、改質水（水蒸気）の供給が停止されると、改質器２０２における水素含有ガスの生成が停止する。ただし、制御器２０８による発電原料の供給停止、および改質水の供給停止指示後すぐに水素含有ガスの生成が停止されるわけではない。制御器２０８の停止指示直前に、改質器２０２に向かって流通している発電原料および改質水があり、停止指示後に遅れて水素含有ガスが発生する。そこで、この停止指示後に遅れて生成された水素含有ガスが燃料電池２０１のカソード２２１側に流入しカソード２２１が還元することを防ぐため、加熱器２０４の動作停止後から所定時間ｔ２経過するまで酸化剤ガスの供給を継続させる。すなわち、制御器２０８は、加熱器２０４の動作停止後から酸化剤ガスの供給が所定時間ｔ２以上、継続したか否か判定し、所定時間ｔ２以上、継続したと判定した場合、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ２２５）。
【０２４６】
以上のようにして本実施の形態に係る燃料電池システム２００は運転停止工程を実施することができる。上記したように、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化することがなくなる温度まで燃料電池２０１、改質器２０２等の温度が低下するまで、可燃性ガス流路を改質器２０２で生成した水素含有ガスによりパージすることができる。このため、燃料電池２０１の温度低下に伴い可燃ガス流路内のガス収縮に伴う圧力低下、および水蒸気が凝縮することで生じる可燃性ガス流路の圧力低下に応じて外部から空気が流入してくることを防ぐことができる。それゆえ、低温時の、アノード２２０の下流側の空気による酸化に加えて、アノード２２０の下流側からの空気の侵入によるアノード２２０の上流側の局部電池生成による酸化も抑制できる。
【０２４７】
また、発電原料そのもので可燃性ガス流路２１１をパージするのではなく水素含有ガスを利用してパージするため、燃料電池２０１のアノード２２０および改質器２０２等に炭素が析出することを防ぐことができる。
【０２４８】
なお、この運転停止工程を実施するにあたり、発電原料、改質水が供給されている期間では燃焼部２１０において不図示の着火器を動作させて燃料電池２０１から排出された可燃性ガスを燃焼させた上で、系外に排気するように構成されていてもよい。このように構成されている場合、可燃性ガスがそのまま系外に排出されることを防ぐことができる。
【０２４９】
また、ステップＳ２１５、２１６、２１７それぞれで供給が開始された酸化剤ガス、改質水、および発電原料は、ステップＳ２２１、２２２、２２５それぞれで供給停止されるまで継続して供給されてもよいし、間欠的に供給されてもよい。酸化剤ガス、改質水、および発電原料を間欠的に供給させる場合、制御器２０８は不図示の計時部から時間情報を受け付け、所定期間、酸化剤ガス、改質水、および発電原料を供給し、また所定期間、これらの供給を停止させるといった動作を所定回数繰り返すように改質水供給器２０９、発電原料供給器２０５、酸化剤ガス供給器２０６をそれぞれ制御する。あるいは、酸化剤ガスについてはステップＳ２１５で供給を開始してからステップＳ２２５において供給を停止させるまで継続して供給しつつ、改質水および発電原料については上記したように間欠的に供給してもよい。間欠的に発電原料および改質水を供給する構成とした場合、燃料電池システム２００にて運転停止工程を実施するにあたり消費する発電原料を軽減させることができる。
【０２５０】
また、ステップＳ２１９において動作開始させられる加熱器２０４は、ステップＳ２２３で動作が終了するまで継続して動作する構成であってもよい。あるいは、加熱器２０４は、蒸発器温度が所定温度範囲内となるように、制御器２０８によりＯＮ−ＯＦＦ制御される構成であってもよいし、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御される構成であってもよい。
【０２５１】
また、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、温度検知部として、燃料電池温度検知器Ｔ１０、改質器温度検知器Ｔ２０、および蒸発器温度検知器Ｔ３０を備えた構成であったが、必ずしもこれら３つを備える必要はなく、これらのうち少なくとも１つを備えればよい。
【０２５２】
また、本実施の形態に係る燃料電池システム２００は、さらに、可燃性ガス流路２１１において発電原料に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器（図１８において不図示）を備えた構成としてもよい。このように構成する場合、脱硫器は、可燃性ガス流路２１１において発電原料供給器２０５と改質器２０２との間に設けられる。なお、この脱硫器のは、上述した実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００が備える脱硫器９と同様の構成としてもよい。
【０２５３】
発電原料に含まれる硫黄化合物は、付臭成分として人為的に原料へ添加されるものであってもよいし、原料自体に由来する天然の硫黄化合物であってもよい。具体的には、ターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ：tertiary-butylmercaptan）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ：dimethylsulfide）、テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ：Tetrahydrothiophene）、硫化カルボニル（ＣＯＳ：carbonyl sulfide）、硫化水素（hydrogen sulfide）等が例示される。
【０２５４】
（実施形態２の変形例１）
（実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの構成）
次に、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の構成について図２１を参照して説明する。図２１は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０２５５】
図２１に示すように実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００は、図１８に示す燃料電池システム２００の構成において、燃焼排ガス流路２１４中に浄化器２３１をさらに設けた点で異なる。また、この浄化器２３１に浄化器温度検知器Ｔ４０が設けられている点で異なる。それ以外の点については同様な構成となるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０２５６】
図２１に示すように燃焼部２１０の下流側には、該燃焼部２１０で可燃性ガスが燃焼され、生成された燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路２１４が設けられている。燃料電池２０１の停止後、燃焼部２１０にて燃焼が行われない場合は、この燃焼排ガス流路２１４には燃料電池２０１から排出された可燃性ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガスとを含む排気ガスが流通する。
【０２５７】
浄化器２３１は、この燃焼排ガス流路２１４中に設けられており、燃焼排ガス流路２１４中を流通する、燃料電池２０１から排出された排ガスを浄化する。なお、この排ガスは、可燃性の高いガスである。浄化器２３１の構成は、実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００が備える浄化器１６と同様な構成であるため、詳細な説明は省略する。
【０２５８】
浄化器２３１は、燃料電池システム２００の定常運転中において、燃焼排ガス流路２１４を流通する燃焼排ガスにより所定の温度範囲となるように加熱される構成であってもよい。つまり、定常運転中において、浄化器２３１を通過した燃焼排ガスは、上述のように浄化器２３１を加熱しつつ、可燃性の高いガスが浄化された状態で燃料電池システム２００の系外に排出される。
【０２５９】
浄化器２３１には上記したように浄化器温度検知器Ｔ４０が設けられており、該浄化器温度検知器Ｔ４０によって検知された温度（浄化器温度）に関する情報は、制御器２０８に出力される。浄化器温度検知器Ｔ４０は、例えば熱電対またはサーミスタ等により構成することができる。
【０２６０】
（実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程）
次に、上記した構成を有する実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の運転停止工程について図２２、２３を参照して説明する。図２２、２３は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、記憶装置２０７に記憶された不図示の制御プログラムを制御器２０８が読み出し、実行することにより実現されうる。
【０２６１】
なお、図２２、２３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２３０からステップＳ２３３までの処理、ステップＳ２３５からステップＳ２３７までの処理、ステップＳ２３９、ステップＳ２４１からステップＳ２４５までの処理については、上述した図１９、２０に示すステップＳ２１０からステップＳ２１３までの処理、ステップＳ２１５からステップＳ２１７までの処理、ステップＳ２１９、ステップＳ２２１からステップＳ２２５までの処理と同様となるため説明は省略する。
【０２６２】
ステップＳ２３３で酸化剤ガスの供給が停止された後、続くステップＳ２３４において、制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０によって検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度検知器Ｔ２０によって検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、蒸発器温度検知器Ｔ３０によって検知された蒸発器温度と所定温度Ｔｅ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、浄化器温度検知器Ｔ４０によって検知された浄化器温度と所定温度Ｔｐ１との大小関係を判定する。すなわち、制御器２０８は、燃料電池温度、改質器温度、蒸発器温度および浄化器温度のうちの少なくとも１つと所定温度との大小関係を判定する。
【０２６３】
ここで、燃料電池２０１および改質器２０２は、燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０における可燃性ガスの燃焼により生じた熱により加熱される構成となっている。このため、燃料電池２０１と改質器２０２との両者の温度は連動して変化する。また、蒸発器２０３および浄化器２３１は、定常運転中には燃焼部２１０で生成された燃焼排ガスの有する熱により加熱され、運転停止操作の開始後は上述した燃料電池２０１および改質器２０２と同様に温度低下するようになっている。すなわち、運転停止操作の開始後において燃料電池２０１、改質器２０２、蒸発器２０３、及び浄化器２３１それぞれの温度変化は連動したものとなっている。
【０２６４】
なお、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の記憶装置２０７に記憶されているテーブル２３０には、燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３それぞれの温度の変動範囲において設定されている所定温度に加えて、浄化器２３１の温度の変動範囲において設定されている所定温度が記録されている。
【０２６５】
なお、浄化器温度とは、浄化器２３１に充填された浄化触媒の温度であるがこれに限定されるものではない。また、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ１とは、燃料電池システム２００の運転停止工程スタート後、すぐの浄化器２３１の温度であってもよいし、運転停止工程スタートから所定時間経過後の浄化器２３１の温度であってもよい。運転停止工程のステップＳ２３４において、燃料電池２０１の所定温度Ｔｓ１を約４８０℃とするとき、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ１は、例えば約２７０℃となる。
【０２６６】
ここで、運転停止操作開始後、上記したように燃料電池温度、改質器温度、蒸発器温度および浄化器温度は、それぞれ連動して変化する。このため、ステップＳ２３４では、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ１以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ１以下であるのか、蒸発器温度が所定温度Ｔｅ１以下であるのか、浄化器温度が所定温度Ｔｐ１以下であるのかについての判定のうち、少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２３４において、「ＹＥＳ」）、制御器２０８は、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの酸化剤ガス流路２１２への供給を開始する（ステップＳ２３５）。さらにステップＳ２３６、ステップＳ２３７で、改質水、発電原料それぞれの供給が開始され、酸化剤ガス流路２１２および可燃性ガス流路２１１におけるパージが行われる。
【０２６７】
その後、時間経過とともに、燃料電池システム２００の各部（例えば、燃料電池２０１、改質器２０２、蒸発器２０３、浄化器２３１）の温度が低下していくと、まず蒸発器２０３において改質水を気化させることが困難となってくる。
【０２６８】
そこで、制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度、蒸発器温度検知器Ｔ３０で検知された蒸発器温度、浄化器温度検知器Ｔ４０で検知された浄化器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、燃料電池温度と所定温度Ｔｓ２との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度と所定温度Ｔｒ２との大小関係を判定する。または制御器２０８は、蒸発器温度と所定温度Ｔｅ２との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、浄化器温度と所定温度Ｔｐ２との大小関係を判定する（ステップＳ２３８）。
【０２６９】
ここで、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ２以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ２以下であるのか、蒸発器温度が所定温度Ｔｅ２以下であるのか、もしくは浄化器温度が所定温度Ｔｐ２以下であるのか判定する。そして、これらのうちの少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２３８において「ＹＥＳ」）、加熱器２０４を動作させて蒸発器２０３を加熱させる（ステップＳ２３９）。逆に、ステップＳ２３８の条件を満たさない場合は、酸化剤ガス、改質水、発電原料の供給を継続する。
【０２７０】
このように、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００では、蒸発器２０３を加熱することで改質水の気化を継続させ、水蒸気を可燃性ガス流路２１１に供給することができる。それゆえ、蒸発器２０３の温度が低下することで改質水を気化させることが困難となり、改質器２０２で生成される水素含有ガス中の水素濃度が低下することを防ぐことができる。
【０２７１】
なお、所定温度Ｔｐ２は、蒸発器２０３が改質水を十分に気化できなくなる温度となったときの蒸発器温度に対応する浄化器温度である。運転停止工程のステップＳ２３８において、例えば、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ２は約２００℃とすることができる。なお、このとき、浄化器２３１の温度と対応する燃料電池２０１の所定温度Ｔｓ２は約３００℃となる。
【０２７２】
さらに制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度、浄化器温度検知器Ｔ４０で検知された浄化器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ３との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ３との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、検知された浄化器温度と所定温度Ｔｐ３との大小関係を判定する（ステップＳ２４０）。
【０２７３】
ここで、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ３以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ３以下であるのか、ならびに浄化器温度が所定温度Ｔｐ３以下であるのか否か判定し、これらのうちの少なくとも１つが、判定条件を満たす場合（ステップＳ２４０において「ＹＥＳ」）、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度に達したと判定する。そこで、制御器２０８は、ステップＳ２４０において「ＹＥＳ」の場合、発電原料供給器２０５を制御して発電原料の供給を停止させるとともに（ステップＳ２４１）、改質水供給器２０９を制御して改質水の供給を停止させる（ステップＳ２４２）。さらに、制御器２０８は、加熱器２０４の動作を停止させる（ステップＳ２４３）。なお、ステップＳ２４１〜ステップＳ２４３のステップはそれぞれこの順番に限定されるものではなく、同時に実施してもよいし、それぞれの順番が入れ替えられてもよい。
【０２７４】
なお、所定温度Ｔｐ３は、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度となったときの燃料電池温度または改質器温度に対応する浄化器温度である。運転停止工程のステップＳ２４０において、例えば、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ３を約１２０℃とすることができる。なお、このとき、浄化器２３１の温度と対応する燃料電池２０１の所定温度Ｔｓ３は、約１５０℃となる。
【０２７５】
以上のように、実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００では、浄化器温度の温度変化についても、酸化剤ガス、改質水、発電原料の供給または停止、ならびに加熱器２０４の動作開始または終了のトリガとすることができる。
【０２７６】
（実施形態２の変形例２）
上記では加熱器２０４を動作させることで、蒸発器２０３が改質水を気化させるために十分な温度となるように、蒸発器２０３の温度を維持することができる構成であった。しかしながら、このように蒸発器２０３の温度を所定の温度範囲に維持することができたとしても、燃料電池２０１の運転停止工程における温度低下により改質器２０２で改質反応が良好に進行できる温度範囲よりも低下し、水素含有ガスを生成することができなくなる場合がある。
【０２７７】
そこで、変形例２として、改質器２０２が機能できる温度範囲よりも低下するような場合であっても、水素含有ガスを生成できる構成を有する燃料電池システム２００について説明する。
【０２７８】
（実施形態２の変形例２に係る燃料電池システムの構成）
図２４を参照して本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００の構成について説明する。図２４は、本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０２７９】
図２４に示す実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００は、図１８に示す燃料電池システム２００の構成と比較して、可燃性ガス流路２１１において改質器２０２の上流側に、該改質器２０２とは別体で設けられた予備改質器２３２をさらに備えている点で異なる。それ以外の点については同様な構成となるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０２８０】
予備改質器２３２は、改質器２０２と同様に、発電原料を改質し、燃料電池２０１に供給するものであり、改質触媒が充填されて構成されている。改質触媒は改質器２０２と同じ触媒を用いてもよく、最適な温度範囲に維持して改質反応を進行させることができるものであればよい。予備改質器２３２は、図２４に示すように加熱器２０４の近傍または隣接して設けられており、加熱器２０４が起動することで、昇温することができるようになっている。このため、改質器温度検知器Ｔ２０により検知された改質器温度が、例えば、３００℃以下となり改質器２０２において改質反応が良好に進行しないような場合であっても、加熱器２０４の加熱により予備改質器２３２を、改質反応が良好に進む５００℃程度まで昇温させる。これにより、予備改質器２３２において改質反応により水素含有ガスを生成することができる。
【０２８１】
つまり、実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００では、制御器２０８は、温度検知部の検知結果に基づき、蒸発器２０３の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、加熱器２０４により蒸発器２０３とともに予備改質器２３２を加熱させるように制御することができる。
【０２８２】
したがって、実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００は、上記したように加熱器２０４によって昇温される予備改質器２３２を備える。このため、温度低下により改質器２０２にて改質反応が十分に進行しないような場合であっても、該改質器２０２の代わりに加熱器２０４により加熱されている予備改質器２３２によって改質反応を進行させ、水素含有ガスを生成させることができる。
【０２８３】
（実施形態２の変形例３）
なお、変形例２に係る燃料電池システム２００は、改質器２０２の上流側に予備改質器２３２を備えた構成であった。しかしながら、予備改質器２３２の配置はこれに限定されるものではなく以下の変形例３に係る燃料電池システム２００のように構成してもよい。
【０２８４】
（実施形態２の変形例３に係る燃料電池システムの構成）
変形例３に係る燃料電池システム２００は、図２５に示すように、変形例２に係る燃料電池システム２００の構成において、予備改質器２３２が、可燃性ガス流路２１１における改質器２０２の上流側ではなく下流側に配置した構成とする。図２５は、本発明の実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０２８５】
ところで、図２５では特に図示していないが、可燃性ガス流路２１１において改質器２０２の上流には発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するために脱硫器を備えた構成とすることができる。このように脱流器を備えた構成とすることで、発電原料中に含まれる硫黄化合物により改質器２０２の改質触媒が被毒されることを防止することができる。
【０２８６】
しかしながら、このように脱硫器を備える構成としても、除去しきれなかった硫黄化合物が改質器２０２に流入する場合がある。この場合、硫黄化合物によって特に上流側に配置された改質触媒を被毒させる可能性がある。
【０２８７】
そこで、実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム２００では、加熱器２０４の近傍または隣接する位置に配置され、かつ可燃性ガス流路２１１において改質器２０２の下流側に予備改質器２３２を備えた構成とする。これにより、予備改質器２３２が発電原料中に含まれる硫黄化合物により被毒され、改質性能の低下を引き起こすことを防止することができる。したがって、変形例３に係る燃料電池システム２００は、変形例２に係る燃料電池システム２００と比較して、予備改質器２３２の耐久性を向上させることができる。
【０２８８】
なお、実施形態２の変形例２、３の燃料電池システム２００では、図１９、２０に示す運転停止工程の制御フローと同様にして運転停止工程を実施するため、ここでの説明は省略する。また、実施形態２の変形例２、３の燃料電池システム２００は、実施形態２の変形例１の燃料電池システム２００と同様に、浄化器２３１と浄化器温度検知器Ｔ４０をさらに備えていてもよい。このようにさらに浄化器２３１と浄化器温度検知器Ｔ４０を備える構成の場合、実施形態２の変形例２、３の燃料電池システム２００で実施する運転停止工程の制御フローは、図２２、２３に示す運転停止工程の制御フローと同様となる。
【０２８９】
以上のように、実施形態２の変形例２、３に係る燃料電池システム２００は、加熱器２０４により加熱される予備改質器２３２をさらに備える。このため、燃料電池２０１の停止後における温度低下によって改質器２０２が改質反応を良好に進行させることができる温度以下となった場合であっても、加熱器２０４により昇温された予備改質器２３２により改質反応を実施し、水素含有ガスを生成させることができる。
【０２９０】
上記説明から、当業者にとっては、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、その構造及び／又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】
【０２９１】
本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、安全性ならびに耐久性を向上させることができ、固体酸化物形燃料電池システムにおいて幅広く適用できる。
【符号の説明】
【０２９２】
１      燃料電池
２      改質器
３      燃焼部
４      着火器
５      発電原料供給器
６      酸化剤ガス供給器
７      改質用材料供給器
８      制御器
９      脱硫器
１０    改質用材料流路
１１    可燃性ガス流路
１２    酸化剤ガス流路
１３    燃焼排ガス流路
１４    リサイクル流路
１５    加熱部
１６    浄化器
２０    アノード
２１    カソード
１００  燃料電池システム
２００  燃料電池システム
２０１  燃料電池
２０２  改質器
２０３  蒸発器
２０４  加熱器
２０５  発電原料供給器
２０６  酸化剤ガス供給器
２０７  記憶装置
２０８  制御器
２０９  改質水供給器
２１０  燃焼部
２１１  可燃性ガス流路
２１２  酸化剤ガス流路
２１３  改質水流路
２１４  燃焼排ガス流路
２２０  アノード
２２１  カソード
２３０  テーブル
２３１  浄化器
２３２  予備改質器
Ｐ      圧力センサ
Ｔ１    燃料電池温度検知部
Ｔ２    改質器温度検知部
Ｔ３    脱硫器温度検知部
Ｔ４    浄化器温度検知部
Ｔ１０  燃料電池温度検知器
Ｔ２０  改質器温度検知器
Ｔ３０  蒸発器温度検知器
Ｔ４０  浄化器温度検知器
【図１】
2016084372.tif 000003
【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】
2016084372.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2016084372.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2016084372.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2016084372.tif 000024
【図２３】
2016084372.tif 000025
【図２４】
2016084372.tif 000026
【図２５】
2016084372.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月10日(2017.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池と、
発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、
前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、
前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、
前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有し、前記排ガスを火炎燃焼させる燃焼部と、
制御器と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃焼部よりも下流側に設けられ、該燃焼部から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを浄化する浄化器と、
前記浄化器の温度を検知するための浄化器温度検知部と、をさらに備え、
前記浄化器温度検知部による検知結果が所定温度未満となる場合、前記制御器は、前記着火器を制御して着火動作させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器を備える請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃焼部において燃焼させた前記排ガスを流通させ、該燃焼させた排ガスの有する熱により前記脱硫器を加熱する加熱部を備える請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記脱硫器は、水素を利用して前記発電原料から硫黄化合物を除去する水添脱硫器である請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行う、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池、前記脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しており、
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部、および前記脱硫器の温度を検知する脱硫器温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも備え、
前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行う請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度の上昇値および下降値に応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行う請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードに至る流路であり、前記発電原料を含む可燃性ガスが流通する可燃性ガス流路と、
前記可燃性ガス流路に設けられ、該可燃性ガス流路内の圧力を検知する圧力センサと、を備え、
前記圧力センサの検知結果において、前記可燃性ガス流路内の圧力が負圧となった場合、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行う請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記固体酸化物形燃料電池の電圧を検知する電圧検知器を備え、
前記電圧検知器により検知された電圧が所定電圧以下となるたびに、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器へ供給するように、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記改質用材料供給器は、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水を供給する改質水供給器であって、
前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、
前記蒸発器を加熱する加熱器と、
前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、
前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードに至る流路であり、前記発電原料を含む可燃性ガスが流通する可燃性ガス流路と、を備え、
前記蒸発器、前記改質器、および前記固体酸化物形燃料電池の温度はそれぞれ連動して変化しており、
前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知部、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、および前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも有し、
前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記蒸発器温度検知部、前記改質器温度検知部、および前記燃料電池温度検知部のうちの少なくともいずれか１つの検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池から排出された前記可燃性ガスと前記酸化剤ガスとを含む排気ガスを浄化する浄化器を備え、
前記温度検知部は、前記蒸発器、前記改質器、および前記燃料電池の温度に加え、これらと連動して変化する前記浄化器の温度のうちの少なくともいずれか１つの温度を検知する請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記改質器とは別体で設けられ、前記発電原料を改質し、前記燃料電池に供給する予備改質器をさらに備え、
前記制御器は、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器とともに前記予備改質器を加熱させるように制御する請求項１１または１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池システムの運転停止工程において、
前記制御器は、前記発電原料を供給していないときは、前記着火器を制御して着火動作させない、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記運転停止工程において、前記固体酸化物形燃料電池の温度が３００℃以下であるとき、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【国際調査報告】
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