(57)【要約】【課題】  燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  改質原料を改質して改質ガスを生成する改質器２と、この改質器２と改質ガス供給管１０を介して接続され、改質器２で得られた改質ガスと空気とを用いて発電を行うＳＯＦＣスタック３とを備える燃料電池システム１において、改質器２とＳＯＦＣスタック３との間に、冷却媒体として水を流通させるための冷媒流通部材４を配置し、改質ガス供給管１０内のガスを冷却する熱交換器１３を改質ガス供給管１０に設け、熱交換器１３に水を供給する。熱交換器１３を通過した水を冷媒流通部材４に流通させ、改質器２で発生する熱（輻射熱）を冷媒流通部材４内の水に吸収させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器と改質ガス流路を介して接続され、前記改質器で生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックとを備え、
前記改質器と前記燃料電池スタックとの間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
第１原燃料を改質して第１改質ガスを生成する第１改質器と、
前記第１改質器で生成された前記第１改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックと改質ガス流路を介して接続され、第２原燃料を改質して第２改質ガスを生成する第２改質器とを備え、
前記第１改質器は、前記燃料電池スタックと前記第２改質器との間に配置され、
前記第１改質器と前記第２改質器との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却媒体流路に前記冷却媒体として水を供給する流体供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記改質ガス流路に設けられ、前記改質ガス流路内を流れるガスを冷却する熱交換器を更に備え、
前記流体供給手段は、前記熱交換器を介して前記冷却媒体流路に前記冷却媒体として水を供給することを特徴とする請求項３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、原燃料及び空気を導入して発電を行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一つとして固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムがある。一般に固体酸化物形燃料電池システムは、灯油や都市ガス等の炭化水素燃料（原燃料）を改質して水素含有ガス（改質ガス）を生成する改質器と、この改質器で得られた改質ガスと空気とを電気化学的に発電反応させる燃料電池スタックとを備えている。そのようなＳＯＦＣシステムとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。
【特許文献１】特開２００５−２９３９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、燃料電池システムの起動時に、改質器で生成された改質ガスを燃料電池スタックに供給する際、改質器を反応温度まで昇温する必要がある。このとき、改質器が燃料電池スタックの近傍に設置されている場合には、昇温された改質器からの輻射熱が燃料電池スタックに伝わり、燃料電池スタックの温度が上昇する。このため、燃料電池スタックのアノード（燃料極）が例えば空気等の酸化性ガス雰囲気下にある場合には、アノードが酸化劣化してしまう。
【０００４】
本発明の目的は、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃料電池システムは、原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、改質器と改質ガス流路を介して接続され、改質器で生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックとを備え、改質器と燃料電池スタックとの間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路が配置されていることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明の燃料電池システムの起動時には、例えば改質器が所定温度まで昇温されると、改質器により改質ガスが生成され、その改質ガスが改質ガス流路を介して燃料電池スタックに供給され、発電が開始される。ここで、改質器が昇温されるときに、改質器と燃料電池スタックとの間に配置された冷却媒体流路に冷却媒体を流通させることにより、改質器からの輻射熱が冷却媒体に吸収されるため、改質器から燃料電池スタックへの伝熱が低減される。これにより、燃料電池スタックの温度上昇が抑えられるため、改質ガスが燃料電池スタックに供給される前に、燃料電池スタックのアノードが酸化劣化することが防止される。
【０００７】
また、本発明の燃料電池システムは、第１原燃料を改質して第１改質ガスを生成する第１改質器と、第１改質器で生成された第１改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックと改質ガス流路を介して接続され、第２原燃料を改質して第２改質ガスを生成する第２改質器とを備え、第１改質器は、燃料電池スタックと第２改質器との間に配置され、第１改質器と第２改質器との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路が配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明の燃料電池システムの起動時には、例えば第２改質器が所定温度まで昇温されると、第２改質器により第２改質ガスが生成され、その第２改質ガスが改質ガス流路を介して燃料電池スタックに供給される。そして、第１改質器が所定温度まで昇温されると、第１改質器により第１改質ガスが生成され、その第１改質ガスが燃料電池スタックに供給され、発電が開始される。ここで、第２改質器が昇温されるときに、第１改質器と第２改質器との間に配置された冷却媒体流路に冷却媒体を流通させることにより、第２改質器からの輻射熱が冷却媒体に吸収されるため、第２改質器から燃料電池スタックへの伝熱が低減される。これにより、燃料電池スタックの温度上昇が抑えられるため、第２改質器により生成された第２改質ガスが燃料電池スタックに供給される前に、燃料電池スタックのアノードが酸化劣化することが防止される。このとき、伝熱促進の観点から、冷却媒体流路に例えば金属粒子など熱伝導度の高い充填物を充填するのが好適である。
【０００９】
好ましくは、冷却媒体流路に冷却媒体として水を供給する流体供給手段を更に備える。このように蒸発潜熱の大きな水を冷却媒体として使用することにより、改質器からの輻射熱を少ない流量で効率良く吸収することができる。従って、冷却媒体流路のスペースを小さくしたり、冷却媒体流路に冷却媒体を供給するための動力を小さくすることが可能となる。
【００１０】
このとき、好ましくは、改質ガス流路に設けられ、改質ガス流路内を流れるガスを冷却する熱交換器を更に備え、流体供給手段は、熱交換器を介して冷却媒体流路に冷却媒体として水を供給する。この場合には、例えば改質ガス流路にガスが滞留していたり、原燃料を改質器に供給する前に改質器に供給された水蒸気が改質ガス流路を流れても、熱交換器に水を供給することにより、それらのガスが冷却される。従って、改質ガス流路内のガスによる燃料電池スタックの温度上昇が防止されるため、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を一層防止することができる。このとき、伝熱促進の観点から、熱交換器内の冷却媒体流路及び改質ガス流路に例えば金属粒子など熱伝導度の高い充填物を充填するのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる。これにより、燃料電池スタックの耐久性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係わる燃料電池システムの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係わる燃料電池システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。同図において、本実施形態の燃料電池システム１は、改質原料（原燃料）を改質して改質ガスを生成する改質器２と、この改質器２で得られた改質ガスと空気とを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック３とを備えている。改質器２とＳＯＦＣスタック３との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路を形成する冷媒流通部材４が配置されている。改質器２、ＳＯＦＣスタック３及び冷媒流通部材４は、モジュール容器５内に収容されてモジュール化されている。
【００１４】
また、燃料電池システム１は、原燃料及び水蒸気が混合された改質原料をモジュール容器５の外部から改質器２に供給するための原料供給系６を備えている。
【００１５】
原料供給系６は、改質器２と接続された原料導入管７と、原燃料の供給量を調整する電磁バルブ８と、水蒸気の供給量を調整する電磁バルブ９とを有している。原燃料としては、例えば灯油や都市ガス等の炭化水素燃料が用いられる。原料供給系６は、例えば水気化器（図示せず）で得られた水蒸気に燃料気化器（図示せず）で得られた原燃料ガスを混合させて改質原料ガスを生成する。そして、その改質原料ガスが原料導入管７内を通って改質器２に導入される。
【００１６】
改質器２は、改質原料を改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素及び一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。水蒸気改質反応は非常に大きな吸熱反応であり、反応温度が５５０〜７５０℃程度と比較的高いので、高温の熱源が必要となる。このため、改質器２は、ＳＯＦＣスタック３の近傍に配置され、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱及びオフガス燃焼熱を利用して水蒸気改質反応を行う。
【００１７】
ＳＯＦＣスタック３は、改質ガス流路を形成する改質ガス供給管１０を介して改質器２と接続されている。また、ＳＯＦＣスタック３には、モジュール容器５の外部から空気を導入するための空気導入管１１が接続されている。空気導入管１１には、空気の導入量を調整する電磁バルブ１２が設けられている。
【００１８】
ＳＯＦＣスタック３は、複数の電池セルが積み重ねられて構成されている。電池セルは、アノード（燃料極）３ａと、カソード（空気極）３ｂと、アノード３ａとカソード３ｂとの間に配置された電解質３ｃとを有している。アノード３ａには改質ガスが導入され、カソード３ｂには空気が導入される。これにより、各電池セルにおいて電気化学的な発電反応が行われることになる。なお、ＳＯＦＣスタック３は、通常５５０〜１０００℃程度の高温で作動する。
【００１９】
改質ガス供給管１０には、当該改質ガス供給管１０内のガスを冷却媒体により熱交換して冷却する熱交換器１３が設けられている。熱交換器１３には、冷却媒体として液体の水を熱交換器１３に供給するため水供給管１４が接続されている。水供給管１４には、水の供給量を調整する電磁バルブ１５が設けられている。
【００２０】
冷媒流通部材４は、スペースの観点から、熱交換器１３と一体化されているのが望ましい。冷媒流通部材４は、熱交換器１３を通過した水を流通させて、改質器２で発生する熱（輻射熱）を吸収するための部材である。冷媒流通部材４は、例えば互いに平行に延在する複数の流路部を有する多管型構造をなしている。冷媒流通部材４は、図示の通り改質器２及びＳＯＦＣスタック３から離間していても良く、或いは改質器２及びＳＯＦＣスタック３の何れか一方または両方に接合されていても良い。冷媒流通部材４には排出管１６が接続されており、冷媒流通部材４内を流通した水が排出管１６を通ってモジュール容器５の外部に排出される。
【００２１】
液体の水は、小流量で大きな吸熱を生じさせることができる冷却媒体である。このため、冷却媒体として水を使用することで、冷媒流通部材４の小型化が可能となると共に、水を供給するための動力（例えばポンプ吐出力）を小さくすることができる。
【００２２】
冷媒流通部材４から排出された水は、改質器２に供給すべき水蒸気として再利用することができる。具体的には、冷媒流通部材４から温められた水（液体）が排出される場合には、その水を気化器に通して水蒸気とした上で改質に使用し、冷媒流通部材４から水蒸気が排出される場合には、その水蒸気をそのまま改質に使用することができる。さらに、冷媒流通部材４は、ＳＯＦＣスタック３に供給される空気の予熱器や、改質器２に供給される改質原料の蒸発器として使用することもできる。
【００２３】
また、燃料電池システム１は、改質ガス供給管１０内の温度を検出する温度センサ１７と、燃料電池システム１の運転時にシステム全体を制御する制御装置１８とを備えている。温度センサ１７は、例えば熱電対であり、改質ガス供給管１０内において水溜まりが生じやすい箇所に適当な数だけ配置されている。
【００２４】
制御装置１８は、電磁バルブ８，９を制御することで原燃料及び水蒸気の導入量をそれぞれ制御し、電磁バルブ１２を制御することで空気の導入量を制御し、電磁バルブ１５を制御することで水の供給量を制御する。
【００２５】
図２は、燃料電池システム１の起動時に、制御装置１８により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。本制御処理の実行は、例えば図示しない起動スイッチが操作されることで開始される。以下、図２に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム１の起動時の運転方法について説明する。
【００２６】
まず電磁バルブ１５を制御して、熱交換器１３を介して冷媒流通部材４に水を供給する（手順１０１）。そして、例えば改質器２の近傍に配置されたバーナやヒータ（図示せず）、或いは触媒燃焼熱等の熱源によって、改質器２を加熱する。このとき、冷媒流通部材４内には水が流通しているため、昇温している改質器２からの輻射熱が冷媒流通部材４内の水に吸収（吸熱）される。
【００２７】
その後、改質器２が水蒸気を凝縮させない温度まで昇温されたら、電磁バルブ９を制御して、改質器２に水蒸気を供給する（手順１０２）。このように改質器２に原燃料を供給する前に、まず水蒸気のみを改質器２に供給することにより、改質反応時に改質器２の改質触媒表面に炭素が析出すること（コーキング）が防止されるため、改質触媒が詰まったり劣化して改質反応を阻害することが無くなる。
【００２８】
改質器２に水蒸気のみを供給すると、水蒸気がＳＯＦＣスタック３に向けて改質ガス供給管１０内を流れるようになる。このとき、熱交換器１３には水が流れているので、改質ガス供給管１０内の水蒸気は、熱交換器１３により冷却された状態でＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給されることとなる。
【００２９】
ここで、改質器２への水蒸気の供給を開始した後は、温度センサ１７の検出信号に基づいて、改質ガス供給管１０内を流れる水蒸気の温度が水の沸点（例えば１００℃）以上で且つアノード３ａの酸化劣化点（例えば４００℃）以下に保持されるように電磁バルブ１５を例えばＰＩＤ制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管１０内を流れる水蒸気の凝縮が抑制されるため、改質ガス供給管１０内に水溜まりが生じることが防止される。
【００３０】
このとき、熱交換器１３において熱交換されて温められた水が冷媒流通部材４内を流れるようになるが、その時の水の温度が改質器２の温度に比べて低い場合には、改質器２からの輻射熱が冷媒流通部材４内の水に吸収される状態が続く。
【００３１】
その後、改質器２が改質可能な温度まで昇温されたら、電磁バルブ８を制御して、改質器２に向けて原燃料を供給する（手順１０３）。すると、改質器２により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管１０を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。
【００３２】
また、電磁バルブ１２を制御して、ＳＯＦＣスタック３のカソード３ｂに空気を供給する（手順１０４）。その後、ＳＯＦＣスタック３が所定の温度まで昇温された後、ＳＯＦＣスタック３から電流を取り出すことにより、ＳＯＦＣスタック３による発電が開始される。なお、ＳＯＦＣスタック３への空気の供給は、手順１０３の前または手順１０３と同時に実行しても良い。
【００３３】
そして、改質ガスがＳＯＦＣスタック３に到達した後、改質器２を所定の温度に維持しながら、電磁バルブ１５を制御して、熱交換器１３ひいては冷媒流通部材４への水の供給を停止する（手順１０５）。これにより、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱が改質器２に伝わるようになる。
【００３４】
その後、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱やアノードオフガス燃焼熱、或いはヒータ（図示せず）等によりモジュール容器５内が昇温される。そして、改質器２またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。
【００３５】
以上のように本実施形態にあっては、改質器２とＳＯＦＣスタック３との間に冷媒流通部材４を配置し、システム起動時に改質器２を昇温する際に、水を冷媒流通部材４内に流通させるようにしたので、改質器２からの輻射熱が冷媒流通部材４内の水に吸収される。これにより、改質器２からＳＯＦＣスタック３への輻射熱の伝熱が低減されるため、輻射熱によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇が抑制される。
【００３６】
また、水蒸気が改質器２に供給された後には、改質ガス供給管１０内を流れる水蒸気を熱交換器１３により冷却するので、ＳＯＦＣスタック３に流れ込む水蒸気によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇も抑制される。
【００３７】
これにより、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａが例えば水蒸気や空気等の酸化性ガス雰囲気下にある場合であっても、改質器２で生成された改質ガスがＳＯＦＣスタック３に供給され始める前まで、ＳＯＦＣスタック３の温度をアノード３ａの酸化劣化点以下に保持することができる。その結果、アノード３ａの酸化劣化を防止することができる。
【００３８】
図３は、本発明に係わる燃料電池システムの第２実施形態を示すシステム構成図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材及び要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
同図において、本実施形態の燃料電池システム２０は、上記の改質器２及びＳＯＦＣスタック３に加えて、モジュール容器５内に配置され、起動・停止用改質原料（第２原燃料）を改質して改質ガス（第２改質ガス）を生成する起動・停止用改質器２１を備えている。本実施形態では、上記の改質器２は、発電用改質原料（第１原燃料）を改質して改質ガス（第１改質ガス）を生成する発電用改質器を構成している。
【００４０】
発電用改質器２と起動・停止用改質器２１との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路を形成する冷媒流通部材２２が配置されている。なお、発電時にＳＯＦＣスタック３から発電用改質器２への輻射熱の伝熱が妨げられることが無いように、発電用改質器２とＳＯＦＣスタック３との間には上記の冷媒流通部材４は設けられていない。
【００４１】
また、燃料電池システム２０は、原燃料及び水蒸気が混合された起動・停止用改質原料をモジュール容器５の外部から起動・停止用改質器２１に供給するための原料供給系２３を備えている。
【００４２】
原料供給系２３は、起動・停止用改質器２１と接続された原料導入管２４と、原燃料の供給量を調整する電磁バルブ２５と、水蒸気の供給量を調整する電磁バルブ２６とを有している。原燃料としては、灯油や都市ガス等の炭化水素燃料が用いられる。これにより、発電用改質原料を作るための発電用原燃料と起動・停止用改質原料を作るための起動・停止用原燃料の供給源を共有化することができる。原料供給系２３は、原料供給系６と同様に、例えば水気化器（図示せず）で得られた水蒸気に燃料気化器（図示せず）で得られた原燃料ガスを混合させて起動・停止用改質原料ガスを生成する。そして、その起動・停止用改質原料ガスが原料導入管２４内を通って起動・停止用改質器２１に導入される。
【００４３】
起動・停止用改質器２１は、燃料電池システム２０の起動・停止時に、起動・停止用改質原料を改質触媒で水蒸気改質反応させて、還元性を有する改質ガスを生成するものである。なお、起動・停止用改質器２１は、特に発電に寄与するものでないので、発電用改質器２に比べて小容量であっても良い。
【００４４】
起動・停止用改質器２１は、改質ガス流路を形成する改質ガス供給管２７を介して原料導入管７と分岐接続されている。つまり、起動・停止用改質器２１は、改質ガス供給管２７、原料導入管７、改質器２及び改質ガス供給管１０を介してＳＯＦＣスタック３と接続されることになる。これにより、改質器２１で生成された改質ガスは、改質ガス供給管２７、原料導入管７、改質器２及び改質ガス供給管１０内を通ってＳＯＦＣスタック３に供給される。ここでは、改質器２１で生成された改質ガスによって改質器２の改質触媒を還元させるために、改質ガス供給管２７を改質器２の入力側に分岐接続したが、改質ガス供給管２７を改質器２の出力側（改質ガス供給管１０）に接続しても良い。
【００４５】
改質ガス供給管２７には、当該改質ガス供給管２７内のガスを冷却媒体によって熱交換して冷却する熱交換器２８が設けられている。熱交換器２８には、冷却流体として液体の水を熱交換器２８に供給するため水供給管２９が接続されている。水供給管２９には、水の供給量を調整する電磁バルブ３０が設けられている。
【００４６】
冷媒流通部材２２は、上述した冷媒流通部材４と同じ構造を有し、好ましくは熱交換器２８と一体化されている。冷媒流通部材２２は、熱交換器２８を通過した水を流通させて、起動・停止用改質器２１からの輻射熱を吸収するための部材である。冷媒流通部材２２は、図示の通り発電用改質器２及び起動・停止用改質器２１に接合されていても良く、或いは改質器２及び改質器２１の何れか一方または両方から離間していても良い。冷媒流通部材２２には排出管３１が接続されており、冷媒流通部材２２内を流通した水が排出管３１を通ってモジュール容器５の外部に排出される。
【００４７】
また、燃料電池システム２０は、上述した制御装置１８に代えて、制御装置３２を備えている。制御装置３２は、電磁バルブ８，９を制御することで原燃料及び水蒸気の導入量をそれぞれ制御し、電磁バルブ２５，２６を制御することで原燃料及び水蒸気の導入量をそれぞれ制御し、電磁バルブ１２を制御することで空気の導入量を制御し、電磁バルブ３０を制御することで水の供給量を制御する。
【００４８】
図４は、燃料電池システム２０の起動時に、制御装置３２により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。以下、図４に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム２０の起動時の運転方法について説明する。
【００４９】
まず電磁バルブ３０を制御して、熱交換器２８を介して冷媒流通部材２２に水を供給する（手順１２１）。そして、例えば起動・停止用改質器２１の近傍に配置されたバーナやヒータ（図示せず）等によって改質器２１を加熱する。このとき、冷媒流通部材２２内には水が流通しているため、昇温している改質器２１からの輻射熱が冷媒流通部材２２内の水に吸収される。
【００５０】
その後、起動・停止用改質器２１が水蒸気を凝縮させない温度まで昇温されたら、電磁バルブ２６を制御して、改質器２１に水蒸気を供給する（手順１２２）。すると、水蒸気がＳＯＦＣスタック３に向けて改質ガス供給管２７内を流れるようになる。このとき、熱交換器２８には水が流通しているので、改質ガス供給管２７内の水蒸気は、熱交換器２８により冷却された状態で発電用改質器２及び改質ガス供給管１０を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給されることとなる。
【００５１】
ここで、起動・停止用改質器２１への水蒸気の供給を開始した後は、温度センサ１７の検出信号に基づいて、改質ガス供給管２７内を流れる水蒸気の温度が水の沸点以上で且つアノード３ａの酸化劣化点以下に保持されるように電磁バルブ３０を例えばＰＩＤ制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管２７内を流れる水蒸気の凝縮による水溜まりの発生が防止される。
【００５２】
その後、起動・停止用改質器２１が改質可能な温度まで昇温されたら、電磁バルブ２５を制御して、改質器２１に向けて起動・停止用原燃料を供給する（手順１２３）。すると、改質器２１により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管２７、発電用改質器２及び改質ガス供給管１０を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。
【００５３】
また、電磁バルブ１２を制御して、ＳＯＦＣスタック３のカソード３ｂに空気を供給する（手順１２４）。なお、ＳＯＦＣスタック３への空気の供給は、手順１２３の前または手順１２３と同時に実行しても良い。
【００５４】
そして、改質ガスがＳＯＦＣスタック３に到達した後、電磁バルブ３０を制御して、熱交換器２８ひいては冷媒流通部材２２への水の供給を停止する（手順１２５）。
【００５５】
その後、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱やアノードオフガス燃焼熱、或いはヒータ等によりモジュール容器５内の昇温が開始される。
【００５６】
そして、発電用改質器２が所定の温度まで昇温されたら、電磁バルブ９を制御して、改質器２に水蒸気を供給する（手順１２６）。続いて、電磁バルブ８を制御して、改質器２に向けて発電用原燃料を供給する（手順１２７）。すると、改質器２により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管１０を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。その後、ＳＯＦＣスタック３が所定の温度まで昇温された後、ＳＯＦＣスタック３から電流を取り出すことにより、ＳＯＦＣスタック３による発電が開始される。
【００５７】
続いて、電磁バルブ２５を制御して、起動・停止用改質器２１への原燃料の供給を停止し（手順１２８）、引き続いて電磁バルブ２６を制御して、改質器２１への水蒸気の供給を停止する（手順１２９）。そして、起動・停止用改質器２１またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。
【００５８】
以上のように本実施形態においては、発電用改質器２と起動・停止用改質器２１との間に冷媒流通部材２２を配置し、システム起動時に改質器２１を昇温する際に、冷媒流通部材２２内に水を流通させるようにしたので、改質器２１からの輻射熱が冷媒流通部材２２内の水に吸収されるようになる。これにより、改質器２１からＳＯＦＣスタック３への伝熱によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇が抑制される。また、改質ガス供給管２７内を流れる水蒸気を熱交換器２８により冷却するため、当該水蒸気によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇も抑制される。その結果、改質器２で生成された改質ガスがＳＯＦＣスタック３に供給される前に、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａが酸化劣化することを防止できる。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、冷却媒体として水を冷媒流通部材に供給するようにしたが、水以外の液体や空気等の気体を冷媒流通部材に供給しても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、改質ガス供給管内を流れるガスを冷却する熱交換器を介して冷媒流通部材に冷却媒体を供給するようにしたが、冷却媒体を冷媒流通部材に直接供給しても良い。この場合には、常に低温の冷却媒体が冷媒流通部材に供給されるので、改質器からの輻射熱の吸熱効率が高くなる。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、改質器で生成された改質ガスがＳＯＦＣスタック３に供給された後、冷媒流通部材への冷却媒体の供給を停止するようにしたが、他の運転方法を実施することもできる。例えば原燃料として気化した灯油を使用する場合には、改質原料の温度が必要以上に高くなると、改質器の改質触媒表面に炭素が析出（コーキング）して、改質触媒が劣化することがある。そこで、冷媒流通部材の冷却媒体導入口が改質器２の改質原料導入口の近傍に位置するように構成し、発電時にも冷媒流通部材に冷却媒体を供給することにより、上記コーキングによる改質触媒の劣化を防止することができる。
【００６２】
また、上記実施形態は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）についてであるが、本発明は、例えばＳＯＦＣと同じ高温型燃料電池である溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等にも適用可能である。さらに、改質器としては、上記の水蒸気改質に限られず、自己熱改質や部分酸化改質等を行うものを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係わる燃料電池システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムの起動時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係わる燃料電池システムの第２実施形態を示すシステム構成図である。
【図４】図３に示した燃料電池システムの起動時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１…燃料電池システム、２…改質器（第１改質器）、３…固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック、３ａ…アノード、４…冷媒流通部材（冷却媒体流路）、１０…改質ガス供給管（改質ガス流路）、１３…熱交換器、１４…水供給管（流体供給手段）、２０…燃料電池システム、２１…改質器（第２改質器）、２２…冷媒流通部材（冷却媒体流路）、２７…改質ガス供給管（改質ガス流路）、２８…熱交換器、２９…水供給管（流体供給手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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