(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する第一改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して前記第一改質部に供給する脱硫器と、
酸化した前記脱硫剤を還元させる還元剤を前記脱硫器に供給する還元剤供給部と、
前記燃料のオフガスである燃料オフガスと前記酸化剤ガスのオフガスである酸化剤オフガスとが燃焼して前記第一改質部を加熱する燃焼部と、
前記還元剤供給部が供給する前記還元剤の供給量および前記燃焼部における前記燃焼を制御する制御装置と、
を備える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、前記燃焼部が吹き消え状態であるか否かを判断する吹き消え判定部と、
前記吹き消え判定部によって前記燃焼部が前記吹き消え状態であると判断されたときに、前記還元剤供給部が供給する前記還元剤の前記供給量を前記燃焼部が前記吹き消え状態でない場合と比べて増大させて、前記脱硫器に対して前記脱硫剤を還元する還元処理を行わせる還元処理部と、
前記脱硫器の前記還元処理が終了した後に、前記燃焼部の着火を再試行する着火再試行部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管と、
前記改質用原料供給管に設けられ前記脱硫器に前記改質用原料を圧送する原料ポンプと、
を備え、
前記還元剤供給部は、
前記第一改質部から前記燃料電池に供給される前記燃料の一部を前記還元剤として前記改質用原料供給管の前記原料ポンプの出力側に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に設けられ前記還元剤を圧送するリサイクル燃料ポンプと、
を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管と、
前記改質用原料供給管に設けられ前記改質用原料の圧力を調整する圧力調整装置と、
前記圧力調整装置の出力側に設けられ前記脱硫器に前記改質用原料を圧送する原料ポンプと、
を備え、
前記還元剤供給部は、
前記第一改質部から前記燃料電池に供給される前記燃料の一部を前記還元剤として前記改質用原料供給管の前記原料ポンプの入力側に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に設けられ前記還元剤の前記供給量を前記原料ポンプとともに調整するオリフィスと、
を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃焼部により加熱され、供給された前記改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された前記改質用原料を予熱する蒸発部を備え、
前記還元剤供給部は、前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用原料の混合ガスから前記還元剤を生成して前記脱硫器に供給する第二改質部を備える請求項１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、脱硫器を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記燃料電池システムに係る発明の一例として、特許文献１〜特許文献６に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の水蒸気改質器の起動方法は、燃料ガスを完全燃焼させる空気量と比べて、起動時に水蒸気改質器の燃焼部に導入する空気量を低減して、燃焼部で燃料ガスを不完全燃焼させる。そして、生成された水素と一酸化炭素が含まれる部分燃焼ガスを水蒸気改質器の改質部に供給する。これにより、特許文献１に記載の発明は、改質触媒の酸化および改質触媒の劣化を防止しようとしている。
【０００３】
特許文献２に記載の都市ガスの脱硫方法は、水素ガスを含有しない都市ガスに水素を０.０１〜５％（容量％）添加し、共沈法により調製された銅−亜鉛系脱硫剤を用いて、脱硫する。これにより、特許文献２に記載の発明は、都市ガスを長時間安定して脱硫可能にしようとしている。
【０００４】
特許文献３に記載の炭化水素の脱硫方法は、不飽和炭化水素又は不飽和炭化水素を含有する炭化水素原料を、共沈法で調製された銅−亜鉛系脱硫剤を用いて、炭化水素原料に対して０．０１〜４％（容量％）の水素を添加して脱硫する。これにより、特許文献３に記載の発明は、不飽和炭化水素の水素化を抑制しつつ、炭化水素原料中の硫黄含有量を低下しようとしている。
【０００５】
特許文献４に記載の燃料電池システムは、起動動作において脱硫器を通過した原料を用いて、燃焼器の燃焼を開始する水素生成装置を備えている。また、制御器は、装置停止期間中の停止時間もしくは脱硫器を含むガス流路の圧力低下に応じて、起動動作における着火器の着火動作時間を長くする。これにより、特許文献４に記載の発明は、吸着型脱硫器を具備した水素生成装置において、長期運転停止後に安定した起動動作を得ようとしている。
【０００６】
特許文献５に記載の燃料改質装置は、添加部および酸化還元反応器を備えている。添加部では、改質ガスの一部が原燃料ガスに添加される。酸化還元反応器は、脱硫器との間に設けられており、酸化還元反応剤が充填されている。酸化還元反応剤は、酸化状態と還元状態との間で可逆的に反応を繰り返す酸化還元反応を呈する。これらにより、特許文献５に記載の発明は、燃料改質装置の運転停止中等においても、原燃料ガスに含まれる酸素を除去しようとしている。
【０００７】
特許文献６に記載の燃料電池システムは、水素添加による原燃料の脱硫と並行して、脱硫器内で水素との還元反応により、原燃料に含まれる微量の酸素を水に変えて除去する。これにより、特許文献６に記載の発明は、原燃料に含まれる酸素を無害化して、燃料改質の安定性を向上させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２６０５号公報
【特許文献２】特許第３２４２５１４号公報
【特許文献３】特許第３２６７７７６号公報
【特許文献４】特開２００８−７４６７４号公報
【特許文献５】特開２０１２−８７０２８号公報
【特許文献６】特開平９−２７３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
燃料電池システムでは、燃料電池システムが長期間停止したときに、脱硫器に空気が流入し、脱硫器の脱硫剤が酸化する可能性がある。脱硫剤の酸化が進行した状態で、燃料電池システムを起動すると、酸化した脱硫剤を還元するために投入された燃料（改質用原料）が使用される。そのため、脱硫剤が酸化していない場合と比べて、燃料電池に導入される燃料（改質ガス）が少なくなる。その結果、燃料電池システムの燃焼部が吹き消えを起こして、燃料電池システムの起動が失敗する可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、起動時において燃焼部の吹き消え状態が検出されたときに、酸化した脱硫剤の還元を促進して再起動させることが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する第一改質部と、前記改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して前記第一改質部に供給する脱硫器と、酸化した前記脱硫剤を還元させる還元剤を前記脱硫器に供給する還元剤供給部と、前記燃料のオフガスである燃料オフガスと前記酸化剤ガスのオフガスである酸化剤オフガスとが燃焼して前記第一改質部を加熱する燃焼部と、前記還元剤供給部が供給する前記還元剤の供給量および前記燃焼部における前記燃焼を制御する制御装置と、を備える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、前記燃焼部が吹き消え状態であるか否かを判断する吹き消え判定部と、前記吹き消え判定部によって前記燃焼部が前記吹き消え状態であると判断されたときに、前記還元剤供給部が供給する前記還元剤の前記供給量を前記燃焼部が前記吹き消え状態でない場合と比べて増大させて、前記脱硫器に対して前記脱硫剤を還元する還元処理を行わせる還元処理部と、前記脱硫器の前記還元処理が終了した後に、前記燃焼部の着火を再試行する着火再試行部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムによれば、吹き消え判定部、還元処理部および着火再試行部を備えている。吹き消え判定部は、燃料電池システムの起動運転中に、燃焼部が吹き消え状態であるか否かを判断する。また、還元処理部は、吹き消え判定部によって燃焼部が吹き消え状態であると判断されたときに、還元剤供給部が供給する還元剤の供給量を燃焼部が吹き消え状態でない場合と比べて増大させて、脱硫器に対して脱硫剤を還元する還元処理を行わせる。これらにより、酸化した脱硫剤の還元が促進される。さらに、着火再試行部は、脱硫器の還元処理が終了した後に、燃焼部の着火を再試行する。そのため、再度の燃焼部の吹き消えの発生が低減されて、燃料電池システムを再起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係り、燃料電池システム１の一例を示す構成図である。
【図２】制御装置１５の一例を示す構成図である。
【図３】燃料電池システム１の制御ブロックの一例を示すブロック図である。
【図４】起動制御の制御フローの一例を示すフローチャートである。
【図５】第二実施形態に係り、燃料電池システム１の一例を示す構成図である。
【図６】第三実施形態に係り、燃料電池システム１の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、各実施形態について、共通する箇所には共通の符号が付されており、第二実施形態以降の実施形態では、重複する説明が省略されている。また、図面は、概念図であり、機器および装置の細部構造の寸法まで規定するものではない。
【００１５】
＜第一実施形態＞
（燃料電池システム１の構成）
図１に示すように、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、熱交換器１２、電力変換器１３、水タンク１４、制御装置１５および還元剤供給部４０を備えている。
【００１６】
燃料電池モジュール１１は、後述する燃料電池３４を少なくとも備えている。燃料電池モジュール１１には、燃料（改質用原料）、改質水およびカソードエア（酸化剤ガスともいい、本実施形態では、空気を用いる。）が供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１には、改質用原料供給管１１ａの一端側が接続されている。改質用原料供給管１１ａの他端側は、供給源Ｇｓに接続されている。燃料（改質用原料）は、供給源Ｇｓから改質用原料供給管１１ａを介して燃料電池モジュール１１に供給される。
【００１７】
また、燃料電池モジュール１１には、水供給管１１ｂの一端側が接続されている。水供給管１１ｂの他端側は、水タンク１４に接続されている。水供給管１１ｂには、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられており、改質水は、改質水ポンプ１１ｂ１によって吸入され、水タンク１４から水供給管１１ｂを介して燃料電池モジュール１１に供給される。さらに、燃料電池モジュール１１には、カソードエア供給管１１ｃの一端側が接続されている。カソードエア供給管１１ｃの他端側は、カソードエアブロワ１１ｃ１に接続されている。カソードエアは、カソードエアブロワ１１ｃ１によって吸入され、カソードエア供給管１１ｃを介して燃料電池モジュール１１に供給される。
【００１８】
改質用原料供給管１１ａには、上流から順に、遮断弁１１ａ１、圧力センサ１１ａ３、流量センサ１１ａ２、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５および脱硫器１１ａ６が設けられている。遮断弁１１ａ１、流量センサ１１ａ２、圧力センサ１１ａ３、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５および脱硫器１１ａ６は、筐体１０ａ内に収納されている。改質用原料供給管１１ａは、脱硫器１１ａ６に燃料（改質用原料）を供給する。
【００１９】
遮断弁１１ａ１は、後述する制御装置１５の指令によって、改質用原料供給管１１ａを開閉自在に遮断する弁（２連弁）である。流量センサ１１ａ２は、燃料電池モジュール１１に供給される燃料（改質用原料）の流量（単位時間あたりの流量）を検出する検出器であり、検出結果を制御装置１５に送信する。圧力センサ１１ａ３は、燃料電池モジュール１１に供給される燃料（改質用原料）の圧力（特に、圧力センサ１１ａ３の設置場所の圧力）を検出する検出器であり、検出結果を制御装置１５に送信する。
【００２０】
圧力調整装置１１ａ４は、入力された燃料（改質用原料）を所定の圧力に調整して出力する。例えば、圧力調整装置１１ａ４は、ゼロガバナを用いることができる。ゼロガバナは、入力された燃料（改質用原料）を大気圧に調圧して出力する。原料ポンプ１１ａ５は、燃料電池モジュール１１に燃料（改質用原料）を供給する原料供給装置であり、制御装置１５からの制御指令値にしたがって、供給源Ｇｓから供給される燃料（改質用原料）の供給量を調整する。具体的には、原料ポンプ１１ａ５は、燃料（改質用原料）を吸入して、脱硫器１１ａ６に燃料（改質用原料）を圧送する。また、燃料供給量は、燃料（改質用原料）の流量で表すことができ、単位時間あたりの流量で示すことができる。
【００２１】
脱硫器１１ａ６は、燃料（改質用原料）に含まれる硫黄成分（例えば、硫黄化合物など）を脱硫剤によって除去して第一改質部３３に供給する。脱硫器１１ａ６内には、触媒および脱硫剤が収容されている。触媒は、例えば、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系の触媒などを用いることができる。触媒では、硫黄化合物と水素とが反応して硫化水素が発生する。脱硫剤は、例えば、銅−亜鉛系、銅−亜鉛−ニッケル系、銅−亜鉛−アルミニウム系の脱硫剤などを用いることができる。脱硫剤は、触媒によっ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。なお、本実施形態では、脱硫された燃料（改質用原料）は、蒸発部３２を介して第一改質部３３に供給される。
【００２２】
上述の脱硫剤は、比較的高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫器１１ａ６は、比較的高温状態になる箇所に配置すると良い。例えば、脱硫器１１ａ６は、ケーシング３１内（断熱材内）に配置することができ、ケーシング３１の外面に配置することもできる。本実施形態では、脱硫器１１ａ６は、ケーシング３１の外面に配設されている。なお、上述の脱硫剤は、常温でも使用することができる。
【００２３】
還元剤供給部４０は、リサイクル燃料管３９およびリサイクル燃料ポンプ３９ａを備えており、還元剤を脱硫器１１ａ６に供給する。本実施形態では、リサイクル燃料管３９は、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料の一部を還元剤として改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の出力側に戻す。還元剤は、主に、燃料に含まれる水素や一酸化炭素であり、酸化した脱硫剤を還元させる。
【００２４】
第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料は、改質ガスともいう。改質ガスは、第一改質部３３から改質ガス供給管３８を介して燃料電池３４に供給される。リサイクル燃料管３９の一端側は、改質ガス供給管３８に接続されている。リサイクル燃料管３９の他端側は、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の出力側に接続されている。なお、リサイクル燃料管３９の他端側は、原料ポンプ１１ａ５の入力側と圧力調整装置１１ａ４の出力側との間の改質用原料供給管１１ａに接続しても良い。
【００２５】
リサイクル燃料ポンプ３９ａは、リサイクル燃料管３９に設けられており、還元剤を圧送する。リサイクル燃料ポンプ３９ａは、還元剤の供給量を調整することができ、制御装置１５からの制御指令値にしたがって、脱硫器１１ａ６に供給する還元剤の供給量を調整することができる。還元剤の供給量は、例えば、供給する還元剤の流量で表すことができ、単位時間あたりの還元剤の流量で示すことができる。このように、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の一部を還元剤として脱硫器１１ａ６に供給することにより、酸化した脱硫剤が還元される。
【００２６】
リサイクル燃料管３９には、温度センサ３９ｂが設けられている。温度センサ３９ｂは、リサイクル燃料管３９を流れる還元剤の温度を検出して、検出結果を制御装置１５に送信する。また、リサイクル燃料管３９には、温度センサ３９ｂに代えてまたは温度センサ３９ｂとともに流量センサ３９ｃを設けることもできる。流量センサ３９ｃは、リサイクル燃料管３９を流れる還元剤の流量を検出して、検出結果を制御装置１５に送信する。
【００２７】
さらに、リサイクル燃料ポンプ３９ａには、回転数センサ３９ａ１を設けることもできる。回転数センサ３９ａ１は、リサイクル燃料ポンプ３９ａの回転数を検出する。また、回転数センサ３９ａ１は、リサイクル燃料ポンプ３９ａを駆動する駆動用モータの回転数を検出することもできる。回転数センサ３９ａ１は、これらの回転数を検出して、検出結果を制御装置１５に送信する。また、リサイクル燃料ポンプ３９ａには、リサイクル燃料ポンプ３９ａ自体の温度を検出する温度センサ３９ａ２を設けることもできる。温度センサ３９ａ２は、リサイクル燃料ポンプ３９ａ自体の温度を検出して、検出結果を制御装置１５に送信する。
【００２８】
このように、制御装置１５は、温度センサ３９ｂ、流量センサ３９ｃ、回転数センサ３９ａ１および温度センサ３９ａ２のうちの少なくとも一つの検出結果に基づいて、リサイクル燃料管３９を介して脱硫器１１ａ６に供給される還元剤の供給状態を知得することができる。
【００２９】
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から貯湯水が供給される。熱交換器１２では、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯し、貯湯槽２１には、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では、図１に示す矢印の方向に貯湯水が循環する。貯湯水循環ライン２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順に、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。熱交換器１２には、排気管１１ｄの一端側が接続（貫設）されている。排気管１１ｄの他端側は、燃料電池モジュール１１に接続（貫設）されている。また、熱交換器１２には、凝縮水供給管１２ａの一端側が接続されている。凝縮水供給管１２ａの他端側は、水タンク１４に接続されている。
【００３０】
燃料電池モジュール１１から排出された燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入される。熱交換器１２内では、導入された燃焼排ガスと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、例えば、イオン交換樹脂によって凝縮水を純水化することができる。
【００３１】
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は、排熱回収システム２０を構成する。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。
【００３２】
電力変換器１３は、公知の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータを備えている。電力変換器１３は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにより、燃料電池３４から出力される直流電力を昇圧する。昇圧された直流電力は、インバータにより、所定の交流電力に変換されて、電源ライン１６ｂに出力される。電源ライン１６ｂには、交流の系統電源１６ａおよび外部負荷１６ｃ（例えば、電化製品など）が接続されている。
【００３３】
また、電力変換器１３は、公知のＡＣ／ＤＣコンバータを備えている。電力変換器１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータにより、系統電源１６ａの交流電力を所定の直流電力に変換して、例えば、補機（各種ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。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。
【００３４】
燃料電池モジュール１１は、ケーシング３１、蒸発部３２、第一改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
【００３５】
蒸発部３２は、後述する燃焼部３６（燃焼ガス）により加熱される。これにより、蒸発部３２は、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された燃料（改質用原料）を予熱する。蒸発部３２は、生成された水蒸気と予熱された燃料（改質用原料）とを混合して第一改質部３３に供給する。燃料（改質用原料）は、例えば、天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料を用いることができる。また、燃料（改質用原料）は、例えば、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料を用いることができる。本実施形態では、燃料（改質用原料）は、天然ガスを用いる。なお、天然ガスに含まれる炭化水素ガス（例えば、メタン、エタンなど）は、酸化した脱硫剤を還元させる還元剤としても機能する。例えば、第一改質部３３によって燃料（改質ガス）が生成されるまでは、酸化した脱硫剤は、炭化水素ガスによって還元することができる。
【００３６】
蒸発部３２には、水供給管１１ｂの一端側が接続されている。水供給管１１ｂの他端（下端）側は、水タンク１４に接続されている。また、蒸発部３２には、改質用原料供給管１１ａの一端側が接続されている。改質用原料供給管１１ａの他端側は、供給源Ｇｓに接続されている。供給源Ｇｓは、例えば、都市ガスなどのガス供給管、ＬＰガスなどのガスボンベが挙げられる。
【００３７】
第一改質部３３は、燃焼部３６（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。これにより、第一改質部３３は、蒸発部３２から供給された水蒸気と燃料（改質用原料）の混合ガスから燃料（改質ガス）を生成して導出する。第一改質部３３内には、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、一酸化炭素ガスなどを含んだガスが生成される（いわゆる水蒸気改質反応）。触媒は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）系またはニッケル（Ｎｉ）系の触媒を用いることができる。
【００３８】
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（メタンガスなど）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、第一改質部３３は、改質用原料（原燃料）と改質水とから燃料（改質ガス）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応である。
【００３９】
燃料電池３４は、燃料極と、空気極（酸化剤極）と、両極の間に介装された電解質とを備える複数のセル３４ａが積層されている。本実施形態の燃料電池３４は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）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（ＺｒＯ２）を使用している。燃料電池３４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。水素だけではなく、天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることができる。
【００４０】
セル３４ａ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３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエアともいう。）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する。
【００４１】
燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、第一改質部３３から導出された改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、下端（一端）側がマニホールド３５の燃料導出口に接続されている。燃料導出口から導出された改質ガスは、下端（一端）から導入され上端（他端）から導出される。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管１１ｃを介して供給される。供給されたカソードエアは、空気流路３４ｃの下端（一端）から導入され上端（他端）から導出される。
【００４２】
燃焼部３６は、燃料電池３４と、蒸発部３２および第一改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料のオフガスである燃料オフガスと、酸化剤ガスのオフガスである酸化剤オフガスとが燃焼して、蒸発部３２および第一改質部３３を加熱する。燃焼部３６では、燃料オフガスが燃焼されて、火炎３７が発生している。また、燃焼部３６では、燃料オフガスが燃焼されて、その燃焼排ガスが発生している。
【００４３】
制御装置１５には、上述した流量センサ１１ａ２、圧力センサ１１ａ３、温度センサ３９ｂ、遮断弁１１ａ１、原料ポンプ１１ａ５、改質水ポンプ１１ｂ１、貯湯水循環ポンプ２２ａ、リサイクル燃料ポンプ３９ａ、カソードエアブロワ１１ｃ１および電力変換器１３が接続されている。また、制御装置１５には、上述した流量センサ３９ｃ、回転数センサ３９ａ１および温度センサ３９ａ２を接続することもできる。さらに、制御装置１５には、後述する着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２、温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２および温度センサ３６ｃが接続されている。図２に示すように、制御装置１５は、公知の演算装置１５ａ、記憶装置１５ｂおよび入出力インターフェース１５ｃを備えており、これらは、バス１５ｄを介して接続されている。制御装置１５は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、上述した各種検出器、補機等を含む外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。
【００４４】
演算装置１５ａは、中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置１５ｂは、第一記憶装置１５ｂ１および第二記憶装置１５ｂ２を備えている。第一記憶装置１５ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置１５ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。入出力インターフェース１５ｃは、上述の外部機器との間で、入出力信号の授受を行う。
【００４５】
例えば、演算装置１５ａは、第二記憶装置１５ｂ２に記憶されている補機の駆動制御プログラムを第一記憶装置１５ｂ１に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。演算装置１５ａは、当該駆動制御プログラムに基づいて、当該補機の駆動制御信号を生成する。生成された駆動制御信号は、入出力インターフェース１５ｃを介して、当該補機に付与される。これにより、補機は、制御装置１５によって駆動制御される。以上のことは、電力変換器１３についても同様であり、燃料電池システム１の運転に必要な各種プログラムについても同様である。各種プログラムには、以下に示す起動制御プログラムが含まれる。
【００４６】
（燃料電池システム１による起動制御）
燃料電池システム１では、燃料電池システム１が長期間停止したときに、脱硫器１１ａ６に空気が流入し、脱硫器１１ａ６の脱硫剤が酸化する可能性がある。例えば、空気は、カソードエア供給管１１ｃや排気管１１ｄからケーシング３１内に流入する可能性がある。ケーシング３１内に流入した空気は、燃料電池３４の燃料流路３４ｂ、マニホールド３５、改質ガス供給管３８、第一改質部３３、蒸発部３２および脱硫器１１ａ６の順に逆流して、脱硫器１１ａ６内に流入する。
【００４７】
燃料電池システム１が起動され、燃焼部３６において燃焼が始まると、燃料電池モジュール１１のケーシング３１内の温度が上昇し、脱硫器１１ａ６内の温度も上昇する。脱硫剤が酸化されていると、脱硫器１１ａ６内の温度の上昇に伴い、脱硫剤が還元される。このとき、投入された改質用原料（リサイクル燃料管３９を介して供給される還元剤を含む）が、酸化した脱硫剤を還元するために使用される。そのため、脱硫剤が酸化していない場合と比べて、燃料電池３４に導入される燃料（改質ガス）が少なくなる。その結果、燃料電池システム１の燃焼部３６が吹き消えを起こして、燃料電池システム１の起動が失敗する可能性がある。
【００４８】
そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、以下に示す起動制御を行う。具体的には、制御装置１５は、還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量および燃焼部３６における燃焼を制御する。図３に示すように、制御装置１５は、制御ブロックとして捉えると、吹き消え判定部５１、還元処理部５２および着火再試行部５３を備えている。制御装置１５は、図４に示すフローチャートに従って起動制御プログラムを実行することにより、還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量および燃焼部３６における燃焼を制御することができる。以下、図４に示すフローチャートを参照しつつ、起動制御について説明する。
【００４９】
吹き消え判定部５１は、燃料電池システム１の起動運転中に、燃焼部３６が吹き消え状態であるか否かを判断する。燃料電池システム１が起動すると、燃焼部３６は、制御装置１５からの指令にしたがって着火される。燃焼部３６の着火は、例えば、着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２を用いることができる。吹き消え判定部５１は、燃焼部３６の吹き消えの有無を判断することができれば良く、その方法は限定されない。例えば、吹き消え判定部５１は、燃焼部３６の着火開始から一定時間が経過したか否かを判断する（図４のステップＳ１１）。一定時間は、例えば、脱硫剤が酸化していないときに燃焼部３６を着火させた場合に、燃焼部３６が吹き消えを起こすことなく、燃焼が安定するまでに要する所要時間に設定することができる。
【００５０】
一定時間が経過した場合（ステップＳ１１で「Ｙｅｓ」の場合）、吹き消え判定部５１は、温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２に対してトリガ信号を発信する。温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２は、燃焼部３６に設けられており、燃焼部３６の温度を検出することができる。温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２は、制御装置１５（吹き消え判定部５１）からトリガ信号を受信すると、燃焼部３６の温度を検出する（ステップＳ１２）。
【００５１】
なお、燃料電池３４の中心部の温度と燃焼部３６の温度との相関関係に基づいて、燃料電池３４の中心部の温度から燃焼部３６の温度を推定することもできる。燃料電池３４の中心部の温度は、温度センサ３６ｃによって検出することができる。また、燃料電池３４の中心部の温度と燃焼部３６の温度との相関関係は、燃料電池３４の中心部の温度の上昇に伴って、燃焼部３６の温度も上昇する関係をいう。燃料電池３４の中心部の温度が下降する場合も同様であり、燃料電池３４の中心部の温度の下降に伴って、燃焼部３６の温度も下降する。これらの相関関係は、シミュレーション、実機による測定などによって予め導出しておき、マップ、テーブル、関係式などにより、第二記憶装置１５ｂ２に記憶しておくと良い。以上のことは、後述する他の相関関係についても同様である。
【００５２】
一方、一定時間が経過していない場合（ステップＳ１１で「Ｎｏ」の場合）、起動制御は、ステップＳ１１に戻る。この場合、吹き消え判定部５１は、一定時間が経過するまで待機する。以上のようにして、吹き消え判定部５１は、燃焼部３６の着火開始から一定時間経過後の燃焼部３６の温度を知得することができる。
【００５３】
次に、吹き消え判定部５１は、燃焼部３６の温度が基準温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。基準温度は、燃焼部３６が吹き消えを起こすことなく、燃焼が継続しているときの燃焼部３６の温度をいう。なお、基準温度は、燃焼部３６の燃焼状態が一定でない場合を考慮して、基準温度の下限値と上限値を設定することもできる。この場合、吹き消え判定部５１は、燃焼部３６の検出温度が基準温度の下限値と上限値との間に含まれるか否かを判断することができる。
【００５４】
燃焼部３６の温度が基準温度以下の場合（ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」の場合）、吹き消え判定部５１は、燃焼部３６が吹き消え状態であると判断する（ステップＳ１４）。吹き消え状態とは、燃焼部３６が燃焼後に、燃焼部３６の相当範囲で失火している状態をいう。なお、吹き消え判定部５１は、温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２に対して、複数回、トリガ信号を発信することもできる。そして、温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２は、トリガ信号に応じて、燃焼部３６の温度を複数回、検出することもできる。
【００５５】
この場合、吹き消え判定部５１は、温度センサ３６ｂ１，３６ｂ２によって検出された複数の温度検出結果に基づいて、燃焼部３６の温度変化を取得することができる。燃焼部３６の温度変化として、例えば、一定時間に低下する燃焼部３６の温度変化量（温度低下率）を挙げることができる。吹き消え判定部５１は、燃焼部３６の温度低下率が吹き消え時温度低下率に相当するときに、燃焼部３６が吹き消え状態であると判断することができる。吹き消え時温度低下率は、燃焼部３６が燃焼中に吹き消えを起こしたときの温度変化量であり、既述の相関関係と同様の方法で、予め設定しておくことができる。
【００５６】
還元処理部５２は、吹き消え判定部５１によって燃焼部３６が吹き消え状態であると判断されたときに、還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量を燃焼部３６が吹き消え状態でない場合と比べて増大させて、脱硫器１１ａ６に対して脱硫剤を還元する還元処理を行わせる（ステップＳ１５）。既述のとおり、本実施形態では、還元剤供給部４０は、リサイクル燃料管３９およびリサイクル燃料ポンプ３９ａを備えている。還元剤供給部４０は、これらにより、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の一部を還元剤として脱硫器１１ａ６に供給し、酸化した脱硫剤を還元する。
【００５７】
本実施形態では、還元処理部５２は、リサイクル燃料ポンプ３９ａが吐出する還元剤の供給量を燃焼部３６が吹き消え状態でない場合と比べて増大させる。そして、還元処理部５２は、脱硫器１１ａ６に対して脱硫剤を還元する還元処理を行わせる。具体的には、脱硫器１１ａ６内の温度が脱硫剤の還元が始まる還元開始温度（例えば、１５０℃）以上であるときには、リサイクル燃料管３９を介して供給される還元剤（主に、水素、一酸化炭素など）によって、酸化した脱硫剤の還元が促進される。
【００５８】
リサイクル燃料ポンプ３９ａの制御は、限定されない。制御装置１５（還元処理部５２）は、例えば、フィードバック制御やフィードフォワード制御を行うことができる。いずれの場合も、例えば、リサイクル燃料管３９を流れる還元剤の流量（リサイクルガス流量ともいう。）、リサイクル燃料管３９を流れる還元剤の温度（リサイクルガス温度ともいう。）、リサイクル燃料ポンプ３９ａの回転数を制御対象とすることができる。
【００５９】
還元剤の流量（リサイクルガス流量）を制御対象とする場合、制御装置１５（還元処理部５２）は、還元剤の流量（リサイクルガス流量）が目標流量となるように、リサイクル燃料ポンプ３９ａの制御を行うと良い。具体的には、制御装置１５（還元処理部５２）は、流量センサ３９ｃによって検出された流量が目標流量となるように、目標流量に応じた制御指令値（例えば、ＰＷＭ制御におけるデューティ比）をリサイクル燃料ポンプ３９ａに対して出力する。
【００６０】
目標流量は、第一改質部３３から改質ガス供給管３８を介して燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の供給量に所定比率を乗算して得た値に設定することができる。ここで、原料ポンプ１１ａ５が吐出する燃料（改質用原料）の供給量（流量）を変更しないで、上記所定比率を変更して、脱硫器１１ａ６に供給する還元剤の供給量（流量）を増大させようとすると、燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の供給量（流量）が低下する。そのため、制御装置１５（還元処理部５２）は、上記所定比率を変更しないで、原料ポンプ１１ａ５が吐出する燃料（改質用原料）の供給量（流量）を増大させると良い。以上により、還元処理部５２は、リサイクル燃料ポンプ３９ａが吐出する還元剤の供給量（流量）を燃焼部３６が吹き消え状態でない場合と比べて増大させることができる。
【００６１】
還元剤の温度（リサイクルガス温度）を制御対象とする場合、リサイクルガス流量とリサイクルガス温度とは相関関係にあるため、制御装置１５（還元処理部５２）は、目標流量に応じた目標温度となるように、リサイクル燃料ポンプ３９ａの制御を行うことができる。なお、リサイクルガス流量とリサイクルガス温度との相関関係は、リサイクルガス流量が多くなるほどリサイクルガス温度は高くなる関係をいう。具体的には、制御装置１５（還元処理部５２）は、温度センサ３９ｂによって検出された検出温度が目標温度となるように、リサイクル燃料ポンプ３９ａの制御を行う。
【００６２】
リサイクル燃料ポンプ３９ａの回転数を制御対象とする場合、制御装置１５（還元処理部５２）は、目標流量に応じた目標回転数となるように、リサイクル燃料ポンプ３９ａの制御を行うと良い。なお、リサイクルガス流量とリサイクル燃料ポンプ３９ａの回転数との相関関係は、リサイクル燃料ポンプ３９ａの回転数が大きくなるほど、リサイクルガス流量が多くなる関係をいう。具体的には、制御装置１５（還元処理部５２）は、回転数センサ３９ａ１によって検出された回転数が目標回転数となるように、リサイクル燃料ポンプ３９ａの制御を行う。
【００６３】
還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量は、脱硫剤の酸化状態に応じて増大させることもできる。燃料電池システム１の停止期間に応じて、脱硫剤の酸化状態は変化する。具体的には、燃料電池システム１の停止期間が長期間になる程、脱硫剤の酸化が進行し、その後、脱硫剤の酸化状態が変化しない飽和状態になる。そのため、制御装置１５（還元処理部５２）は、燃料電池システム１が前回停止したときの日時、時刻などを記憶しておき、今回起動するまでの燃料電池システム１の停止期間に応じて、脱硫剤の酸化状態を推定することができる。
【００６４】
そして、還元処理部５２は、燃料電池システム１の停止期間に応じて、還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量を増大させることができる。具体的には、燃料電池システム１の停止期間が長期間になる程、還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量を多くする。燃料電池システム１の停止期間が、脱硫剤の酸化状態が飽和状態になる期間を超えているときには、脱硫剤の酸化状態が飽和状態のときに脱硫剤を還元可能な還元剤の供給量に設定する。
【００６５】
着火再試行部５３は、脱硫器１１ａ６の還元処理が終了した後に、燃焼部３６の着火を再試行する（ステップＳ１６）。脱硫器１１ａ６内の温度が還元開始温度より低くなると、脱硫剤の還元が進行しにくくなる。そのため、着火再試行部５３は、脱硫器１１ａ６内の温度が還元開始温度より低下したときに、脱硫器１１ａ６の還元処理が終了したと判断することができる。脱硫器１１ａ６内の温度は、既述の温度センサと同等の温度センサによって直接、検出することができる。なお、脱硫器１１ａ６の還元処理は、酸化した脱硫剤が完全に還元された場合の他、酸化した脱硫剤の一部が還元されていない場合にも終了することができる。また、脱硫器１１ａ６を加熱する加熱装置を設けることもできる。この場合、加熱装置によって脱硫器１１ａ６内の温度を還元開始温度以上に保持して、酸化した脱硫剤を完全に還元することもできる。
【００６６】
脱硫器１１ａ６内の温度は、燃料電池モジュール１１のケーシング３１内の温度（例えば、燃料電池３４の中心部の温度）から推定することもできる。脱硫器１１ａ６内の温度と燃料電池モジュール１１のケーシング３１内の温度とは相間関係にある。そのため、制御装置１５（着火再試行部５３）は、例えば、温度センサ３６ｃによって検出された燃料電池３４の中心部の温度に基づいて、脱硫器１１ａ６内の温度を推定することができる。脱硫器１１ａ６内の温度とケーシング３１内の温度との相間関係は、ケーシング３１内の温度の低下に伴って、脱硫器１１ａ６内の温度も低下する関係をいう。なお、本実施形態では、脱硫器１１ａ６は、ケーシング３１の外面に配設されているので、ケーシング３１内の温度低下率と比べて、脱硫器１１ａ６内の温度低下率は大きい。
【００６７】
着火再試行部５３は、脱硫器１１ａ６の還元処理が終了した後に、燃焼部３６の着火を再試行する。具体的には、着火再試行部５３は、着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２への着火指示を行う。そして、起動制御は、ステップＳ１１に戻る。このとき、投入する燃料（改質用原料）は、燃焼部３６が吹き消えを起こしたとき（１回目の着火時）と同等の供給量にすることができる。脱硫剤の還元が進行しているので、再着火時に燃料電池３４に導入される燃料（改質ガス）が脱硫剤の還元のために使用されて減少する可能性が少なくなっている。そのため、再着火時に燃焼部３６が吹き消えを起こして、燃料電池システム１の起動が失敗することが低減されている。
【００６８】
なお、燃焼部３６の温度が基準温度より高い場合（ステップＳ１３で「Ｎｏ」の場合）、吹き消え判定部５１は、燃焼部３６が吹き消え状態でないと判断する（ステップＳ１７）。この場合、燃焼部３６では、燃料オフガスと酸化剤オフガスとの燃焼が継続している。そのため、起動制御は、終了する。
【００６９】
また、燃料電池システム１は、起動運転中（少なくとも、吹き消え判定部５１、還元処理部５２および着火再試行部５３における制御中）は、燃料電池３４から直流電力を掃引しないことが好ましい。つまり、制御装置１５は、燃料電池モジュール１１に対して、燃料（改質用原料）および酸化剤ガスを供給するが、燃料電池３４で発電させないことが好ましい。これにより、通常運転時と比べて燃料（改質ガス）が希薄な状態で燃料電池３４が発電することによる燃料電池３４の劣化を抑制することができる。
【００７０】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御装置１５は、吹き消え判定部５１、還元処理部５２および着火再試行部５３を備えている。吹き消え判定部５１は、燃料電池システム１の起動運転中に、燃焼部３６が吹き消え状態であるか否かを判断する。また、還元処理部５２は、吹き消え判定部５１によって燃焼部３６が吹き消え状態であると判断されたときに、還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量を燃焼部３６が吹き消え状態でない場合と比べて増大させて、脱硫器１１ａ６に対して脱硫剤を還元する還元処理を行わせる。これらにより、酸化した脱硫剤の還元が促進される。さらに、着火再試行部５３は、脱硫器１１ａ６の還元処理が終了した後に、燃焼部３６の着火を再試行する。そのため、再度の燃焼部３６の吹き消えの発生が低減されて、燃料電池システム１を再起動させることができる。
【００７１】
また、本実施形態の燃料電池システム１は、上述の起動制御によって脱硫剤の還元を行う。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池システム１の停止時に、脱硫器１１ａ６内を気密にして脱硫剤の酸化を抑制する必要がない。よって、本実施形態の燃料電池システム１は、脱硫器１１ａ６内を気密する気密部材を必要とする燃料電池システムと比べて、システムの簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００７２】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１によれば、改質用原料供給管１１ａおよび原料ポンプ１１ａ５を備えている。改質用原料供給管１１ａは、脱硫器１１ａ６に改質用原料を供給する。原料ポンプ１１ａ５は、改質用原料供給管１１ａに設けられており、脱硫器１１ａ６に改質用原料を圧送する。また、還元剤供給部４０は、リサイクル燃料管３９およびリサイクル燃料ポンプ３９ａを備えている。リサイクル燃料管３９は、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の一部を還元剤として改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の出力側に戻す。リサイクル燃料ポンプ３９ａは、リサイクル燃料管３９に設けられており、上記還元剤を圧送する。よって、還元剤供給部４０としてリサイクル燃料管３９およびリサイクル燃料ポンプ３９ａを備える燃料電池システム１において、上述の作用効果を得ることができる。
【００７３】
＜第二実施形態＞
本実施形態の還元剤供給部４０は、リサイクル燃料ポンプ３９ａの代わりにオリフィス３９ｄを備える点で、概ね第一実施形態と異なる。
【００７４】
図５に示すように、還元剤供給部４０は、リサイクル燃料管３９およびオリフィス３９ｄを備えている。リサイクル燃料管３９の一端側は、改質ガス供給管３８に接続されている。リサイクル燃料管３９の他端側は、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の入力側に接続されている。これにより、リサイクル燃料管３９は、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の一部を還元剤として改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の入力側に戻すことができる。このように、本実施形態では、リサイクル燃料管３９の他端側が、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の入力側に接続されている点で、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の出力側に接続されている第一実施形態と異なる。なお、本実施形態においても、上記還元剤として、主に、燃料（改質ガス）に含まれる水素、一酸化炭素などが使用される。
【００７５】
オリフィス３９ｄは、リサイクル燃料管３９に設けられており、還元剤の供給量を原料ポンプ１１ａ５とともに調整する。オリフィス３９ｄは、流路孔を有する板状（例えば、円板状）に形成されており、オリフィス３９ｄの孔径（絞り部分の断面積）を変更することにより、還元剤の供給量（流量）を調整することができる。還元剤供給部４０が供給する還元剤の供給量（流量）を増大させる場合は、第一実施形態と同様に、原料ポンプ１１ａ５が吐出する燃料（改質用原料）の供給量を増大させて、オリフィス３９ｄによって還元剤の供給量を調整する。なお、オリフィス３９ｄは、オリフィス３９ｄの孔径（絞り部分の断面積）を小さくする程、還元剤の流速が増大し、還元剤の単位時間あたりの流量が増大する。オリフィス３９ｄの孔径（絞り部分の断面積）は、還元剤の供給量（流量）に合わせて予め設定しておくと良い。
【００７６】
なお、オリフィス３９ｄが設けられていないリサイクル燃料管３９（第一流路）と、オリフィス３９ｄが設けられているリサイクル燃料管３９（第二流路）とを並列接続してリサイクル燃料管３９を構成することもできる。そして、制御装置１５（還元処理部５２）は、切り替え弁などによって、還元剤の流路を切り替えることもできる。具体的には、還元剤の供給量（流量）を増大させる場合、制御装置１５（還元処理部５２）は、還元剤の流路を第一流路から第二流路に切り替える。
【００７７】
また、原料ポンプ１１ａ５の入力側の改質用原料供給管１１ａには、燃料（改質用原料）の圧力を調整する既述の圧力調整装置１１ａ４が設けられている。圧力調整装置１１ａ４は、第一改質部３３から供給する燃料（改質ガス）の吐出圧力と比べて、原料ポンプ１１ａ５が吸入する燃料（改質用原料）の吸入圧力を小さくすることができる。圧力調整装置１１ａ４は、例えば、ゼロガバナによって、原料ポンプ１１ａ５の吸入圧力を大気圧と同等の圧力にすることができる。そのため、還元剤供給部４０は、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の一部を、リサイクル燃料管３９を介して改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の入力側に戻し、脱硫器１１ａ６に還元剤を供給することが容易である。
【００７８】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、改質用原料供給管１１ａ、圧力調整装置１１ａ４および原料ポンプ１１ａ５を備えている。改質用原料供給管１１ａは、脱硫器１１ａ６に改質用原料を供給する。圧力調整装置１１ａ４は、改質用原料供給管１１ａに設けられており、改質用原料の圧力を調整する。原料ポンプ１１ａ５は、圧力調整装置１１ａ４の出力側に設けられており、脱硫器１１ａ６に改質用原料を圧送する。また、還元剤供給部４０は、リサイクル燃料管３９およびオリフィス３９ｄを備えている。リサイクル燃料管３９は、第一改質部３３から燃料電池３４に供給される燃料（改質ガス）の一部を還元剤として改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の入力側に戻す。オリフィス３９ｄは、リサイクル燃料管３９に設けられており、還元剤の供給量を原料ポンプ１１ａ５とともに調整する。これらにより、還元剤供給部４０は、第一実施形態と同様に、脱硫器１１ａ６に還元剤を供給することができる。よって、還元剤供給部４０としてリサイクル燃料管３９およびオリフィス３９ｄを備える燃料電池システム１において、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
＜第三実施形態＞
本実施形態の還元剤供給部４０は、リサイクル燃料管３９およびリサイクル燃料ポンプ３９ａの代わりに第二改質部４１を備える点で、概ね第一実施形態と異なる。
【００８０】
図６に示すように、還元剤供給部４０は、ケーシング３１内に第二改質部４１を備えている。本実施形態では、蒸発部３２には、脱硫器１１ａ６を介さずに直接、改質用原料供給管１１ａの一端側が接続されている。蒸発部３２の出力側（混合ガスの導出側）は、第二改質部４１の入力側に接続されている。第二改質部４１内には、第一改質部３３と同様の触媒が充填されており、第二改質部４１は、蒸発部３２から供給された水蒸気と燃料（改質用原料）の混合ガスから還元剤を生成する。つまり、第二改質部４１では、第一改質部３３と同様にして、水素ガスや一酸化炭素ガスなどを含む改質ガスが生成される。
【００８１】
第二改質部４１の出力側は、脱硫器１１ａ６に接続されている。第二改質部４１によって生成された改質ガスは、還元剤として脱硫器１１ａ６に供給される。よって、本実施形態においても、上記還元剤として、主に、改質ガスに含まれる水素、一酸化炭素などが使用される。なお、脱硫器１１ａ６は、第二改質部４１によって改質されなかった未改質の燃料（改質用原料）に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して第一改質部３３に供給する。第一改質部３３は、未改質の燃料（改質用原料）と改質水とから燃料（改質ガス）を生成して燃料電池３４に供給する。以上のようにして、第二改質部４１は、蒸発部３２から供給された水蒸気と燃料（改質用原料）の混合ガスから還元剤を生成して、脱硫器１１ａ６に供給することができる。
【００８２】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、蒸発部３２を備えている。蒸発部３２は、燃焼部３６により加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用原料を予熱する。また、還元剤供給部４０は、第二改質部４１を備えている。第二改質部４１は、蒸発部３２から供給された水蒸気と改質用原料の混合ガスから還元剤を生成して脱硫器１１ａ６に供給する。これらにより、還元剤供給部４０は、第一実施形態と同様に、脱硫器１１ａ６に還元剤を供給することができる。よって、還元剤供給部４０として第二改質部４１を備える燃料電池システム１において、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００８３】
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１：燃料電池システム、
１１ａ：改質用原料供給管、１１ａ４：圧力調整装置、１１ａ５：原料ポンプ、
１１ａ６：脱硫器、
１５：制御装置、
３２：蒸発部、３３：第一改質部、３４：燃料電池、３６：燃焼部、
３９：リサイクル燃料管、３９ａ：リサイクル燃料ポンプ、３９ｄ：オリフィス、
４０：還元剤供給部、４１：第二改質部、
５１：吹き消え判定部、５２：還元処理部、５３：着火再試行部。
【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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