(57)【要約】【課題】  改質装置の温度が過剰に高くなることを防止しつつ、改質装置を昇温させることができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】  燃焼によって水分が生成される燃焼燃料を燃焼部に燃焼させることによって燃焼ガスを生成し、得られた燃焼ガスの一部を燃焼部に循環させるとともに、得られた燃焼ガスを、改質燃料の水蒸気改質反応を利用して水素を生成する水蒸気改質室を有する燃料改質部に供給する。【選択図】  図１
2005310530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質燃料から水素を生成する燃料改質システムであって、
改質燃料の水蒸気改質反応を利用して水素を生成する水蒸気改質室を有する燃料改質部と、
燃焼によって水分が生成される燃焼燃料を燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部に接続され、さらに、前記水蒸気改質室の内部を通るとともに、前記燃焼部で生じた燃焼ガスが通る燃焼ガス流路と、
前記燃焼ガス流路の途中で分岐するとともに前記燃焼部へ至る燃焼ガス循環路と、
を備える燃料改質システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料改質システムであって、さらに、
酸素を含む酸化ガスを前記燃焼部に供給する酸化ガス供給部と、
前記燃焼燃料を前記燃焼部に供給する燃焼燃料供給部と、
前記燃料改質システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料改質システムの起動時に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料を供給させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な酸化ガスを供給させることによって、水分と酸素とを含む燃焼ガスを前記燃焼部から前記燃料改質部に供給させる、
燃料改質システム。
【請求項３】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
請求項１に記載の燃料改質システムと、を備え、
前記燃焼ガス流路は、前記燃焼部から前記燃料電池のカソード内部を経由して前記水蒸気改質室の内部を通るように構成されている、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、さらに、
酸素を含む酸化ガスを前記燃焼部に供給する酸化ガス供給部と、
前記燃焼燃料を前記燃焼部に供給する燃焼燃料供給部と、
前記燃料電池システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料を供給させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記酸化ガスを供給させることによって、前記燃焼ガスを前記燃焼部から前記カソード内部を経由させて前記燃料改質部に供給させる、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な酸化ガスを供給させることによって、水分と酸素とを含む燃焼ガスを前記燃焼部から前記燃料改質部に供給させる、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池が発電を開始した後に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部への前記燃焼燃料の供給を停止させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部を経由させて前記カソードに前記酸化ガスを供給させることによって、前記発電に伴って前記カソードで生じる水分を前記燃焼ガス流路中に排出させて前記水蒸気改質室へ供給させるとともに、前記燃料改質部と前記カソードとに酸素を供給させる、
燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
請求項１に記載の燃料改質システムと、
酸素を含む酸化ガスを供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部から前記燃料電池のカソードの内部を経由して前記燃焼部へ至る酸化ガス流路と、を備える、
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃焼燃料を前記燃焼部に供給する燃焼燃料供給部と、
前記燃料電池システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料改質システムの起動時に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料を供給させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な酸化ガスを供給させることによって、水分と酸素とを含む燃焼ガスを前記燃焼部から前記燃料改質部に供給させる、
燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池が発電を開始した後に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部への前記燃焼燃料の供給を停止させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記カソードに前記酸化ガスを供給させることによって、前記発電に伴って前記カソードで生じる水分を前記燃焼部を経由して前記燃焼ガス流路中に排出させて前記水蒸気改質室へ供給させるとともに、前記燃料改質部と前記カソードとに酸素を供給させる、
燃料電池システム。
【請求項１０】
改質燃料の水蒸気改質反応を利用して水素を生成する水蒸気改質室を有する燃料改質システムの起動方法であって、
（ａ）燃焼によって水分が生成される燃焼燃料と、酸素を含むとともに前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な量の酸化ガスとを、前記燃焼燃料を燃焼させる燃焼部に供給することによって燃焼ガスを生成する工程と、
（ｂ）前記燃焼部から排出された前記燃焼ガスの一部を前記燃焼部に再循環させる工程と、
（ｃ）前記燃焼ガスを前記水蒸気改質室に供給することによって、前記水蒸気改質室を昇温させる工程と、
を備える、起動方法。
【請求項１１】
改質燃料の水蒸気改質反応を利用して水素を生成する水蒸気改質室を有する燃料改質システムと、燃料電池とを備えた燃料電池システムの起動方法であって、
（ａ）燃焼によって水分が生成される燃焼燃料と、酸素を含むとともに前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な量の酸化ガスとを、前記燃焼燃料を燃焼させる燃焼部に供給することによって燃焼ガスを生成する工程と、
（ｂ）前記燃焼部から排出された前記燃焼ガスの一部を前記燃焼部に再循環させる工程と、
（ｃ）前記燃焼ガスを前記燃料電池のカソード内部を通すことによって前記燃料電池を昇温させる工程と、
を備える起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、改質燃料から水素を生成する燃料改質システムおよび燃料改質システムを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池システムがエネルギ源として注目されている。燃料電池システムとしては、改質反応を用いて水素リッチな改質ガスを生成する改質装置を備えたシステムが知られている。改質反応は常温よりも高い温度で進行する。そこで、改質反応を進行させるために、燃料を燃焼させることによって、改質用燃料や改質装置を加熱する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−７６２６号公報
【０００４】
ところが、燃料を燃焼させて得られる燃焼ガスの温度は、改質反応が進行する温度と比べて過剰に高くなる傾向がある。その結果、改質装置の温度が著しく上昇してしまい、改質装置が劣化しやくすくなる場合があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、改質装置の温度が過剰に高くなることを防止しつつ、改質装置を昇温させることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明による第１の態様に係る燃料改質システムは、改質燃料から水素を生成する燃料改質システムであって、改質燃料の水蒸気改質反応を利用して水素を生成する水蒸気改質室を有する燃料改質部と、燃焼によって水分が生成される燃焼燃料を燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部に接続され、さらに、前記水蒸気改質室の内部を通るとともに、前記燃焼部で生じた燃焼ガスが通る燃焼ガス流路と、前記燃焼ガス流路の途中で分岐するとともに前記燃焼部へ至る燃焼ガス循環路と、を備える。
【０００７】
この燃料改質システムは、燃焼ガスを燃焼部へ循環させる燃焼ガス循環路を備えているので、燃焼ガスの温度が過剰に高くなることを防止しつつ、燃料改質部を昇温させることができる。
【０００８】
上記燃料改質システムにおいて、さらに、酸素を含む酸化ガスを前記燃焼部に供給する酸化ガス供給部と、前記燃焼燃料を前記燃焼部に供給する燃焼燃料供給部と、前記燃料改質システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料改質システムの起動時に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料を供給させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な酸化ガスを供給させることによって、水分と酸素とを含む燃焼ガスを前記燃焼部から前記燃料改質部に供給させることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、燃焼ガスに含まれる水分と酸素とを用いることによって、改質燃料の改質反応を進行させることが可能となる。
【００１０】
この発明による第２の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池と、上述した第１の態様に係る燃料改質システムと、
を備え、前記燃焼ガス流路は、前記燃焼部から前記燃料電池のカソード内部を経由して前記水蒸気改質室の内部を通るように構成されている。
【００１１】
この第２の態様に係る燃料電池システムは、燃焼ガス流路が燃料電池のカソードを経由するように構成されているので、燃焼器から排出される燃焼ガスをカソードに供給することによって、燃料電池を昇温させることができる。
【００１２】
上記燃料電池システムにおいて、さらに、酸素を含む酸化ガスを前記燃焼部に供給する酸化ガス供給部と、前記燃焼燃料を前記燃焼部に供給する燃焼燃料供給部と、前記燃料電池システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料を供給させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記酸化ガスを供給させることによって、前記燃焼ガスを前記燃焼部から前記カソード内部を経由させて前記燃料改質部に供給させることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、燃料電池システムの起動時に、燃焼ガスをカソード内部に供給することによって、燃料電池を昇温させることができる。
【００１４】
上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な酸化ガスを供給させることによって、水分と酸素とを含む燃焼ガスを前記燃焼部から前記燃料改質部に供給させることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、燃焼ガスに含まれる水分と酸素とを用いることによって、改質燃料の改質反応を進行させることが可能となる。
【００１６】
上記各燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池が発電を開始した後に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部への前記燃焼燃料の供給を停止させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部を経由させて前記カソードに前記酸化ガスを供給させることによって、前記発電に伴って前記カソードで生じる水分を前記燃焼ガス流路中に排出させて前記水蒸気改質室へ供給させるとともに、前記燃料改質部と前記カソードとに酸素を供給させることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、燃料電池が発電を開始した後には、酸化ガス供給部によって供給された酸化ガスを用いることによって燃料電池に発電を進行させるとともに、酸化ガス供給部によって供給された酸化ガスとカソードで生じた水分とを用いることによって燃料改質部に改質反応を進行させることができる。
【００１８】
この発明による第３の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池と、上述した第１の態様に係る燃料改質システムと、酸素を含む酸化ガスを供給する酸化ガス供給部と、前記酸化ガス供給部から前記燃料電池のカソードの内部を経由して前記燃焼部へ至る酸化ガス流路と、を備える。
【００１９】
この第３の態様に係る燃料電池システムは、酸化ガス供給部からカソード内部を経由して燃焼部へ至る酸化ガス流路を備えているので、酸化ガス供給部が供給した酸化ガスを、燃料電池による発電と、燃焼部による燃料の燃焼と、に用いることができる。
【００２０】
上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃焼燃料を前記燃焼部に供給する燃焼燃料供給部と、前記燃料電池システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料改質システムの起動時に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料を供給させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記燃焼部に前記燃焼燃料の燃焼のために理論的に要求される量と比べて過剰な酸化ガスを供給させることによって、水分と酸素とを含む燃焼ガスを前記燃焼部から前記燃料改質部に供給させることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、燃焼ガスに含まれる水分と酸素とを用いることによって、改質燃料の改質反応を進行させることが可能となる。
【００２２】
上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池が発電を開始した後に、前記燃焼燃料供給部から前記燃焼部への前記燃焼燃料の供給を停止させるとともに、前記酸化ガス供給部から前記カソードに前記酸化ガスを供給させることによって、前記発電に伴って前記カソードで生じる水分を前記燃焼部を経由して前記燃焼ガス流路中に排出させて前記水蒸気改質室へ供給させるとともに、前記燃料改質部と前記カソードとに酸素を供給させることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、燃料電池が発電を開始した後には、酸化ガス供給部によって供給された酸化ガスを用いることによって燃料電池に発電を進行させるとともに、酸化ガス供給部によって供給された酸化ガスとカソードで生じた水分とを用いることによって燃料改質部に改質反応を進行させることができる。
【００２４】
なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料改質システム、燃料改質システムの制御方法または装置、燃料改質システムを備える燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法または装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、燃料電池システムを駆動用電源として搭載する車両、等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、この発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．第８実施例：
Ｉ．第９実施例：
Ｊ．変形例：
【００２６】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１００は、燃料改質システム２００と、燃料電池１２０と、カソードエアポンプ１４０と、制御部１９０と、を備えている。燃料改質システム２００は、燃料ポンプＦＰと、改質器１１０と、燃焼器１３０と、燃焼エアポンプＢＡＰと、を備えている。
【００２７】
燃料ポンプＦＰは、燃料タンクＦＴに貯留された改質燃料を、改質器１１０と燃焼器１３０とに供給する。改質燃料としては、例えば、ガソリンや天然ガスなどの炭化水素や、メタノールなどのアルコール、あるいはアルデヒド等、種々の炭化水素系化合物を用いることが可能である。なお、気体の改質燃料を用いる場合には、燃料ポンプＦＰの代わりに流量調整弁を用いてもよい。また、液体の改質燃料を用いる場合には、改質燃料を気化させるための加熱装置やスプレー等の気化装置を用いて予め気化させた改質燃料を供給することとしてもよい。
【００２８】
燃料ポンプＦＰと改質器１１０とは、改質燃料流路１１９で接続されている。改質燃料流路１１９は、その途中で、改質燃料分岐路１１８に分岐している。この改質燃料分岐路１１８は、燃焼器１３０に接続されている。改質燃料流路１１９の分岐位置には、三方調整弁１１５が設けられている。この三方調整弁１１５は、改質器１１０と燃焼器１３０とへの改質燃料の配分量を調整する。
【００２９】
燃焼器１３０には、燃焼エアポンプＢＡＰが接続されている。燃焼器１３０は、空気を用いて改質燃料を燃焼させることが可能である。
【００３０】
燃焼器１３０と改質器１１０とは、接続路１３２によって接続されている。燃料電池システム１００の起動時には、燃焼器１３０で生じた燃焼ガスが、この接続路１３２を介して改質器１１０に供給される。この接続路１３２は、その途中で、燃焼ガス循環路１８０に分岐している。この燃焼ガス循環路１８０は、改質燃料分岐路１１８の途中に接続されている。接続路１３２を流れる燃焼ガスの一部は、この燃焼ガス循環路１８０と改質燃料分岐路１１８とを介して、再び、燃焼器１３０へ循環する。燃焼ガス循環路１８０の途中には、循環量調整弁１７０が設けられている。燃焼器１３０へ循環される燃焼ガスの量は、この循環量調整弁１７０によって調整される。
【００３１】
改質器１１０は、改質燃料、酸素および水蒸気を用いた改質反応によって水素を生成する。改質燃料は燃料ポンプＦＰによって供給される。酸素と水蒸気とに関しては、燃料電池システム１００の起動時には、燃焼器１３０からの燃焼ガスによって供給される。燃料電池１２０が発電を開始した後には、酸素と水蒸気とは、燃料電池１２０のカソードからの排ガスによって供給される。酸素と水蒸気との供給の詳細については後述する。
【００３２】
改質器１１０は、改質反応器１１１を備えている。改質反応器１１１の内部には改質触媒ＣＴが充填されている。この改質反応器１１１では、水蒸気を利用した水蒸気改質反応と、酸素を利用した部分酸化反応とが進行することによって、改質燃料から水素が生成される。改質反応を促進する改質触媒としては、例えば、銅−亜鉛系の卑金属触媒や白金などの貴金属触媒などを用いることができる。どのような種類の改質触媒を用いるかについては、改質燃料に応じて適宜決定すればよい。
【００３３】
改質器１１０と燃料電池１２０のアノード流路とは、アノードガス供給路１３４によって接続されている。改質反応によって生成された水素を含む改質ガスは、このアノードガス供給路１３４を介して燃料電池１２０のアノード流路に供給される。
【００３４】
燃料電池１２０のカソード流路には、カソードガス供給路１４２を介してカソードエアポンプ１４０が接続されている。カソードエアポンプ１４０は、酸素を含む酸化ガスとしての空気を燃料電池１２０のカソード流路に供給する。
【００３５】
燃料電池１２０は、改質ガス中から水素を分離する水素分離膜を備えた水素分離膜型燃料電池である。この燃料電池１２０は、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有しているが、図１では、簡略化されて１つの単セルの概略図のみが描かれている。各単セルは、電解質膜１２３を挟んで水素極（「アノード」とも呼ぶ）と酸素極（「カソード」とも呼ぶ）とを配置した構成となっている。アノードには水素を含む燃料ガスが供給される。カソードには酸素を含む酸化ガスが供給される。電解質膜１２３は、電解質層１２２と、電解質層１２２のアノード側に設けられた水素分離層１２１（水素分離膜に相当する）とを備えている。水素分離層１２１は、水素を選択的に透過する性質を有する層であり、例えば、バナジウムやパラジウムを用いて形成することができる。
【００３６】
アノードからの排ガス（以下、「アノードオフガス」と呼ぶ）は、アノードオフガス流路１３６を通じて外部に排出される。カソードからの排ガス（以下、「カソードオフガス」と呼ぶ）は、カソードオフガス流路１４４を通じて排出される。このカソードオフガス流路１４４は、燃焼器１３０と改質器１１０との間の接続路１３２の途中に接続されている。燃料電池１２０が発電を開始した後には、カソードオフガスが改質器１１０に供給される（詳細は後述）。
【００３７】
また、燃料電池システム１００は、燃料電池システム１００の各部の運転状態を制御するための制御部１９０を備えている。制御部１９０は、ＣＰＵとメモリとを有しており、コンピュータプログラムを実行することによって種々の機能を実現することが可能である。制御部１９０には、燃料電池システム１００に要求される発電電力に関する情報や、燃料電池１２０や改質器１１０等の燃料電池システム１００の各部の運転状態に関わる情報が入力される。また、制御部１９０からは、三方調整弁１１５やカソードエアポンプ１４０等の、燃料電池システム１００の各部に対して駆動信号が出力される。なお、制御部１９０の機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
【００３８】
Ａ２．燃料電池システム１００の起動処理：
図２は、燃料電池システム１００の起動処理の手順を示すフローチャートである。この起動処理では、まず、改質器１１０に改質反応を開始させ、次に、燃料電池１２０に発電を開始させる。すなわち、本明細書において「燃料改質システムの起動」とは、改質器に改質反応を開始させることを意味し、「燃料電池システムの起動」とは、燃料改質システムを起動させるとともに、燃料電池に発電を開始させることを意味する。
【００３９】
ステップＳ１００では、まず、制御部１９０は、循環量調整弁１７０を開状態にする。次に、燃焼器１３０に燃料を燃焼させる。具体的には、制御部１９０は、燃料ポンプＦＰを駆動させるとともに三方調整弁１１５を調整することによって、改質燃料を燃焼器１３０に供給する。さらに、燃焼エアポンプＢＡＰを駆動させ、酸素を含む酸化ガスとしての空気を燃焼器１３０に供給する。次に、制御部１９０は、燃焼器１３０に点火させ、改質燃料を火炎燃焼させる。この際、制御部１９０は、改質燃料の燃焼のために理論的に必要となる酸素量よりも多い量の酸素を燃焼器１３０に供給するように、燃焼エアポンプＢＡＰを駆動させる。その結果、燃焼によって生じる燃焼ガスには、水蒸気と酸素とが含まれることになる。
【００４０】
燃焼器１３０での燃焼が開始すると、次のステップＳ１１０では、燃焼によって昇温された燃焼ガスが接続路１３２を通じて改質器１１０に供給される。すると、改質器１１０は燃焼ガスによって昇温される。改質器１１０を昇温させる理由は、改質燃料の改質反応が常温よりも高い温度で進行するからである。例えば、改質燃料としてメタノールを用いる場合には、約３００℃で改質反応が進行する。また、改質燃料としてメタンを用いる場合には、約６５０℃で改質反応が進行する。第１実施例では、燃焼ガスによって改質器１１０が昇温される。その結果、改質反応に要求される温度を迅速に実現することが可能である。
【００４１】
また、燃焼ガスの一部は、燃焼ガス循環路１８０を通じて燃焼器１３０へ再循環される。この理由は以下の通りである。単純に燃料を燃焼させて得られる燃焼ガスの温度は、改質器１１０の昇温に要求される温度と比べて高い場合が多い。従って、単純に燃焼させて得られた燃焼ガスを、そのまま、改質器１１０に供給すると、改質器１１０の温度を過剰に高くしてしまい、改質触媒ＣＴの損傷などの改質器１１０の劣化を引き起こしてしまうおそれがある。そこで、第１実施例では、燃焼ガスの一部を燃焼ガス循環路１８０を介して燃焼器１３０に循環させている。循環するガス（以下「循環ガス」とも呼ぶ）は、接続路１３２と燃焼ガス循環路１８０と改質燃料分岐路１１８とを通過することによって、自然に冷却される。すると、燃焼器１３０では、燃焼によって昇温される物質の量が循環ガスの分だけ増加するので燃焼温度が低くなる。その結果、燃焼器１３０から得られる燃焼ガスの温度が過剰に高くなることを防止することができる。特に、本実施例では、循環ガスに、燃焼に用いられない物質（窒素や燃焼で生じた二酸化炭素等）が含まれているので、燃焼ガスの温度上昇を抑制する効果が顕著である。
【００４２】
改質器１１０が充分に昇温されたら、次のステップＳ１１１では、制御部１９０は、三方調整弁１１５を調整することによって、改質燃料を改質器１１０に供給する。この際、燃焼器１３０への改質燃料の供給は維持されている。改質器１１０では、改質燃料が燃焼ガスと混合されことによって昇温される。改質燃料が液体である場合には、改質燃料は昇温によって気化する。さらに、改質燃料と燃焼ガスとの混合ガスが改質反応器１１１に供給される。改質反応器１１１では、改質燃料と、燃焼ガスに含まれる酸素と水蒸気と、を利用した改質反応が進行して水素が生成される。その結果、改質器１１０からは、水素濃度が高められた改質ガスが排出される。
【００４３】
ところで、制御部１９０は、燃料電池システム１００が起動した後の通常運転時（発電運転とも呼ぶ）において、改質器１１０に供給する改質燃料の量を、燃料電池システム１００に要求される発電電力に応じて調整する。燃料電池１２０で消費される水素の量は、燃料電池システム１００に要求される発電電力に応じて理論的に算出することができる。また、改質器１１０で生成される水素の量は、改質器１１０に供給される改質燃料の量を調整することによって調整可能である。そこで、制御部１９０は、発電電力が大きいほど改質燃料供給量が多くなるように、燃料ポンプＦＰの駆動量（燃料ポンプＦＰが供給する改質燃料の量）と三方調整弁１１５の調整位置（改質燃料の配分量）とを制御する。その結果、燃料電池１２０が要求する水素量を充分に確保するとともに、改質燃料の過剰な消費を防止することができる。なお、改質器１１０に供給される改質燃料の供給量に対する生成される水素量は、予め実験的に求めておけばよい。
【００４４】
また、制御部１９０は、通常運転時において、改質器１１０に供給する酸化ガス（空気）の量と水分の量とを、改質器１１０に供給する改質燃料の量と、「Ｓ／Ｃ比」と、「Ｏ／Ｃ比」とに応じて調整する。ここで、「Ｓ／Ｃ比」とは、「改質器１１０に供給される改質燃料中に含まれる炭素原子のモル数」に対する「改質器１１０に供給される水蒸気を構成する水分子のモル数」の比の値である。本実施例では、改質器１１０における改質効率（供給された改質燃料の量に対する生成された水素の量）を充分に確保し、さらに、改質器１１０内でのカーボンの析出、すなわち、煤の形成を充分に抑制できるように、Ｓ／Ｃ比を所定の値に定めている。このようなＳ／Ｃ比としては、例えば、以下の条件ａを満たす値を採用することができる。
（条件ａ）Ｓ／Ｃ≧０．５
【００４５】
また、「Ｏ／Ｃ比」とは、「改質器１１０に供給される改質燃料中に含まれる炭素原子のモル数」に対する「改質器１１０に供給される酸素原子のモル数」の比の値である。このＯ／Ｃ比が大きいほど改質器１１０内でのカーボンの析出が抑制される。ただし、Ｏ／Ｃ比が大きいほど改質効率は低くなる。これは、酸素量が多いほど、水蒸気改質反応と比べて改質効率の低い部分酸化反応に利用される改質燃料の割合が増大するからである。本実施例では、改質器１１０における改質効率を充分に確保し、さらに、改質器１１０内でのカーボンの析出を充分に抑制できるように、Ｏ／Ｃ比を所定の値に定めている。このようなＯ／Ｃ比としては、例えば、以下の条件ｂを満たす値を採用することができる。
（条件ｂ）Ｏ／Ｃ＝０．３〜１．５
【００４６】
制御部１９０は、燃料電池システム１００の起動時においても、上述した条件ａ、条件ｂを満たすように、燃焼器１３０に供給する改質燃料の量と酸化ガスの量とを調整する。すなわち、燃焼器１３０に供給される改質燃料の量と酸化ガスの量とは、改質器１１０に供給される改質燃料の量に応じて決まる所定の範囲内に維持される。ここで、燃焼器１３０に供給する改質燃料の量を増大させれば、燃焼によって生じる水蒸気の量も増大するので、「Ｓ／Ｃ比」を大きくすることができる。また、燃焼器１３０に供給する酸化ガスの量を増大させれば、燃焼後に残る酸素の量も増大するので、「Ｏ／Ｃ比」を大きくすることができる。制御部１９０は、燃焼エアポンプＢＡＰの駆動量（燃焼エアポンプＢＡＰが供給する酸化ガスの量）を制御することによって、燃焼器１３０に供給される酸化ガスの量を調整することができる。
【００４７】
なお、上述の条件ｂのように、Ｏ／Ｃ比がゼロよりも大きいことは、燃焼器１３０で生じる燃焼ガス中に酸素が含まれていることを意味する。その結果、制御部１９０は、燃焼エアポンプＢＡＰに、改質燃料の燃焼のために理論的に必要となる量よりも多い量の酸化ガスを燃焼器１３０に供給させることになる。
【００４８】
改質器１１０による改質燃料の改質が開始されると、次のステップＳ１２０では、制御部１９０は、燃料電池１２０に発電を開始させる。制御部１９０は、カソードエアポンプ１４０を駆動させ、酸素を含む酸化ガスとしての空気を燃料電池１２０のカソードに供給する。燃料電池１２０は、カソードに供給された酸化ガスと、アノードに供給された改質ガスと、を用いた発電を開始する。ここで、発電に適した燃料電池１２０の温度が常温よりも高い場合には、燃料電池１２０の昇温を行ってもよい。燃料電池１２０を昇温させる方法としては、例えば、電気ヒータを用いる方法等を採用することができる。
【００４９】
なお、制御部１９０は、改質器１１０による改質の開始を種々の方法を用いて判断することができる。例えば、燃焼器１３０に燃焼を開始させてから所定の一定時間だけ経過したことを改質の開始と判断する方法を用いることができる。これは、後述する他の実施例でも同様である。
【００５０】
燃料電池１２０が要求された電力を発電し始めたら、次のステップＳ１３０では、制御部１９０は、燃焼器１３０での燃焼を停止させる。制御部１９０は、燃焼器１３０への改質燃料の配分量がゼロとなるように三方調整弁１１５を制御する。この際、燃料ポンプＦＰの駆動量を調整することによって、改質器１１０への改質燃料の供給量を維持する。さらに、制御部１９０は、燃焼エアポンプＢＡＰを停止させ、循環量調整弁１７０を閉状態にする。
【００５１】
なお、制御部１９０は、燃料電池１２０の発電電力を種々の方法を用いて取得することができる。例えば、燃料電池１２０が接続される回路に電流計と電圧計とを設け、電流計と電圧計との測定値に基づいて算出することができる。
【００５２】
次に、ステップＳ１４０では、制御部１９０は、発電運転モードに移行する。この発電運転モードでは、制御部１９０は、カソードオフガスに含まれる酸素の量が上述の条件ｂ（Ｏ／Ｃ＝０．３〜１．５）を満足するように、カソードエアポンプ１４０の駆動量（カソードエアポンプ１４０が供給する酸化ガスの量）を調整する。その結果、カソードエアポンプ１４０は、燃料電池１２０で消費される酸素量に加えて、改質器１１０で消費される酸素量を確保するのに充分な酸化ガス（空気）をカソードガス供給路１４２に供給することとなる。
【００５３】
また、燃料電池１２０のカソードには、電気化学反応によって水分（以下「生成水」と呼ぶ）が生じている。この生成水は、カソードオフガスによって燃料電池１２０から排出され、カソードオフガス流路１４４を介して改質器１１０に供給される。改質器１１０に供給された生成水は、改質燃料の改質反応に用いられる。なお、生成水の量は、改質器１１０での改質反応で用いられる水の量と比べて充分に多いので、この生成水を改質器１１０に供給すれば、上述の条件ａ（Ｓ／Ｃ≧０．５）を容易に満たすことができる。
【００５４】
以後、制御部１９０は、要求される発電電力に基づいて、燃料ポンプＦＰの駆動量と、カソードエアポンプ１４０の駆動量とを調整する。
【００５５】
このように、第１実施例では、改質器１１０が燃焼ガスを用いて昇温されるので、燃料電池システム１００を常温から起動する場合でも、改質器１１０を昇温させるための時間を短縮することができる。特に、第１実施例の燃焼器１３０は、燃料に点火することによって燃焼を開始させるので、短時間で燃焼ガスを生成することができる。その結果、改質器１１０を昇温させるための時間を大幅に短縮することができる。
【００５６】
さらに、第１実施例では、燃焼器１３０に供給される改質燃料と酸化ガスとの量が、燃焼ガスに酸素と水蒸気とが含まれるように調整されるので、条件ａと条件ｂとを満たす水蒸気と酸素とを、燃焼ガスのみを用いて確保することが可能となる。その結果、改質器１１０へ水蒸気を供給するための蒸発器やスプレー等の水蒸気供給装置を用いることなく、燃料電池システム１００を起動させることが可能となるので、燃料電池システム１００の構成を大幅に簡素化することができる。
【００５７】
ところで、上述の条件ａと条件ｂとを満たすように、燃焼に用いられる酸化ガスの量を設定すると、燃焼ガスの温度が改質燃料と改質器１１０の昇温に要求される温度と比べて高くなる傾向がある（例えば、１０００℃〜２０００℃に至る場合がある）。このような場合でも、第１実施例では、燃焼器１３０からの燃焼ガスの一部を再び燃焼器１３０へ循環させる燃焼ガス循環路１８０が設けられているので、改質器１１０を過剰に昇温させることを防止することができる。また、燃焼温度が過剰に高くなることが防止されるので、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることが可能となる。
【００５８】
Ｂ．第２実施例：
図３は、第２実施例における燃料電池システム１００ａの構成を示すブロック図である。図１に示す燃料電池システム１００との差異は、燃焼ガス循環路１８０ａが、燃焼器１３０と改質器１１０との間の接続路１３２から分岐する代わりに、アノードガス供給路１３４から分岐して燃焼器１３０へ至る点だけである。他の構成は、図１に示す第１実施例と同じである。
【００５９】
制御部１９０ａは、図２のステップＳ１００において、燃焼ガス循環路１８０ａの途中に設けられた循環量調整弁１７０ａを開状態にする。すると、アノードガス供給路１３４を流れるガスの一部が、燃焼ガス循環路１８０ａを通じて燃焼器１３０へ循環する。このとき、燃焼器１３０で生成された燃焼ガスは改質器１１０に供給されている。従って、燃焼ガスの一部は、接続路１３２とアノードガス供給路１３４と燃焼ガス循環路１８０ａとを介して、再び、燃焼器１３０に循環することになる。従って、燃焼器１３０では、燃焼ガス循環路１８０ａから供給されたガスの分だけガス量が増加するので、燃焼器１３０内での燃焼ガスの温度が過剰に高くなることが防止される。
【００６０】
ところで、改質器１１０では、改質器１１０が起動する前、すなわち、改質反応が進行する前であっても、改質燃料の触媒燃焼が進行して熱が生じる場合がある。また、改質器１１０の起動後には、改質反応（例えば、部分酸化反応）によって熱が生じる。ただし、通常は、改質器１１０の温度は燃焼器１３０における燃焼温度ほどには上昇せず、また、燃焼器１３０へ循環されるガスは、燃焼器１３０へ至る流路を通る際に自然に冷却される。従って、アノードガス供給路１３４を通るガスの一部を燃焼器１３０に循環させることによって、燃焼器１３０における燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【００６１】
Ｃ．第３実施例：
図４は、第３実施例における燃料電池システム１００ｂの構成を示すブロック図である。図１に示す燃料電池システム１００との差異は、燃焼ガス循環路１８０ｂが、接続路１３２から分岐する代わりに、アノードオフガス流路１３６から分岐して燃焼器１３０へ至る点だけである。他の構成や動作は第１実施例と同じである。
【００６２】
制御部１９０ｂは、図２のステップＳ１００において、燃焼ガス循環路１８０ｂの途中に設けられた循環量調整弁１７０ｂを開状態にする。すると、アノードオフガス流路１３６を流れるガスの一部が、燃焼ガス循環路１８０ｂを通じて燃焼器１３０へ循環する。このとき、燃焼器１３０で生成された燃焼ガスは改質器１１０に供給されている。さらに、改質器１１０から排出されたガスは、燃料電池１２０のアノードに供給されている。従って、燃焼ガスの一部は、接続路１３２とアノードガス供給路１３４とアノードオフガス流路１３６と燃焼ガス循環路１８０ｂとを介して、再び、燃焼器１３０に循環することになる。従って、燃焼器１３０では、燃焼ガス循環路１８０ｂから供給されたガスの分だけガス量が増加するので、燃焼器１３０内での燃焼ガスの温度が過剰に高くなることが防止される。
【００６３】
このように、第３実施例においても、改質器１１０と燃料電池１２０とで冷却された燃焼ガスの一部を再び燃焼器１３０へ循環させる燃焼ガス循環路１８０ｂが設けられているので、燃焼ガスの温度が過剰に高くなることを防止し、さらに、改質器１１０を過剰に昇温させることを防止することができる。
【００６４】
ところで、燃料電池１２０では、発電が開始すると電気化学反応によって熱が生じる。ただし、通常は燃料電池１２０の温度は燃焼器１３０における燃焼温度ほどには上昇せず、また、燃焼器１３０へ循環されるガスは、燃焼器１３０へ至る流路を通る際に自然に冷却される。従って、アノードオフガス流路１３６を通るガスの一部を燃焼器１３０に循環させることによって、燃焼器１３０における燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【００６５】
なお、上述した第１〜第３実施例（図１、図３、図４）において、燃料ポンプＦＰと三方調整弁１１５とは「燃焼燃料供給部」に相当する。さらに、接続路１３２と、アノードガス供給路１３４と、アノードオフガス流路１３６とは、本発明における「燃焼ガス流路」に相当する。
【００６６】
Ｄ．第４実施例：
図５は、第４実施例における燃料電池システム１００ｃの構成を示すブロック図である。図１に示す燃料電池システム１００との差異は３つある。１つ目は、燃焼器１３０には、燃焼エアポンプＢＡＰの代わりにカソードオフガス流路１４４ｃが接続されている点である。２つ目は、燃料電池１２０ａに冷却ガス流路ＣＦが設けられている点である。３つ目は、改質器１１０ａに、加熱器１１２が併設されている点である。他の構成は、図１に示す第１実施例と同じである。また、第４実施例では、燃料電池システム１００ｃの起動処理の内容が、図２の例と異なっている。
【００６７】
燃焼器１３０には、カソードから排出されたガスが、カソードオフガス流路１４４ｃを介して供給される。また、燃料電池１２０ａのカソードには、カソードエアポンプ１４０によって、酸化ガスとしての空気が供給される。従って、燃焼器１３０には、カソードエアポンプ１４０によって酸化ガスとしての空気が供給されることになる。
【００６８】
また、燃料電池１２０ａの冷却ガス流路ＣＦは、アノード流路及びカソード流路とは独立した流路である。この冷却ガス流路ＣＦには、冷却ガス供給路１５２を介して冷却エアポンプ１５０が接続されている。冷却エアポンプ１５０は、冷却ガスとしての空気を燃料電池１２０ａの冷却ガス流路ＣＦに供給する。冷却ガス流路ＣＦからの排ガス（以下、「冷却排ガス」と呼ぶ）は、冷却ガス排出路１５４を通じて排出される。燃料電池１２０ａは、冷却ガス流路ＣＦを通る冷却ガスによって冷却される。
【００６９】
また、改質器１１０ａの加熱器１１２は、改質器１１０ａを昇温させるためのものである。加熱器１１２には、アノードオフガス流路１３６の途中から分岐したアノードオフガス供給路１３８が接続されている。また、このアノードオフガス供給路１３８の途中には、冷却ガス排出路１５４が接続されている。その結果、加熱器１１２には、アノードオフガスと冷却排ガスとが供給されることとなる。なお、アノードオフガス流路１３６の分岐位置には、三方調整弁１３５が設けられている。この三方調整弁１３５は、アノードオフガスのアノードオフガス供給路１３８への供給量と外部への排出量との配分を調整する。
【００７０】
加熱器１１２の内部には酸化触媒が充填されている。この加熱器１１２では、アノードオフガスに残存する水素や改質燃料等の燃料と、冷却ガスに含まれる酸素と、を利用した触媒燃焼が進行することによって熱が発生する。加熱器１１２は、触媒燃焼で生じた熱によって改質器１１０ａを昇温させる。なお、酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒を用いることができる。触媒燃焼によって生じた燃焼ガスは、排出路１３９を通じて外部に排出される。なお、加熱器１１２としては、触媒を用いて触媒燃焼させる代わりにバーナを用いて火炎燃焼させる燃焼装置を用いてもよい。
【００７１】
図６は、燃料電池システム１００ｃの起動処理の手順を示すフローチャートである。図２に示す第１実施例との差異は、燃料電池１２０ａの暖機処理を実行している点である（ステップＳ２００、Ｓ２１０）。
【００７２】
ステップＳ２００では、まず、制御部１９０ｃ（図５）は、改質器１１０ａに改質燃料を燃焼させる。具体的には、制御部１９０ｃは、燃料ポンプＦＰと三方調整弁１１５とを制御することによって、改質燃料を改質器１１０ａに供給する。さらに、カソードエアポンプ１４０を駆動させることによって、酸素を含む酸化ガスとしての空気を改質器１１０ａに供給する。この際、カソードエアポンプ１４０によって供給された空気は、燃料電池１２０ａと燃焼器１３０とを通って改質器１１０ａに至る。この結果、改質器１１０ａの改質反応器１１１では、改質燃料と、空気に含まれる酸素とを用いた触媒燃焼が進行する。
【００７３】
改質器１１０ａでの燃焼が開始すると、次のステップＳ２１０では、燃焼によって昇温された燃焼ガスが、アノードガス供給路１３４を通じて燃料電池１２０ａに供給される。燃料電池１２０ａは、燃焼ガスによって昇温される。
【００７４】
燃料電池１２０ａの昇温が完了したら、次のステップＳ２２０で、制御部１９０ｃは、改質器１１０ａへの改質燃料の配分量がゼロとなるように三方調整弁１１５を制御する。その結果、改質器１１０ａにおける触媒燃焼が停止する。なお、改質器１１０ａへの改質燃料の配分量はゼロよりも大きな値に維持してもよい。さらに、制御部１９０ｃは、循環量調整弁１７０を開状態にするとともに、燃焼器１３０に燃料を燃焼させる。この処理は、図２のステップＳ１００と同じ処理である。制御部１９０ｃは、燃焼器１３０からの燃焼ガスに含まれる水蒸気と酸素とが、上述した条件ａと条件ｂとを満足するように、燃焼器１３０へ供給する改質燃料の量と酸化ガスの量とを調整する。
【００７５】
なお、制御部１９０ｃは、燃料電池１２０ａの昇温の完了を種々の方法を用いて判断することができる。例えば、燃料電池１２０ａに燃料電池１２０ａの温度を測定する温度センサを設け、温度センサが測定した温度が所定の温度に達したら昇温が完了したと判断する方法を用いることができる。これは、後述する他の実施例でも同様である。
【００７６】
燃焼器１３０での燃焼が開始すると、制御部１９０ｃは、燃焼ガスを改質器１１０ａに供給することによって改質器１１０ａを昇温させ（ステップＳ２３０）、昇温が完了したら、改質器１１０ａでの改質を開始させる（ステップＳ２３１）。これらの処理（ステップＳ２３０、Ｓ２３１）は、図２のステップＳ１１０、Ｓ１１１と、それぞれ、同じである。この際、燃焼ガスの一部は、燃焼ガス循環路１８０を通じて燃焼器１３０へ循環される。その結果、燃焼ガスの温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【００７７】
改質器１１０ａによる改質燃料の改質が開始されると、燃料電池１２０ａのアノードに水素を含む改質ガスが供給される。燃料電池１２０ａでは、アノードに供給された水素と、カソードに供給されている燃焼ガスに含まれる酸素と、を用いた発電が開始される（ステップＳ２４０）。
【００７８】
次のステップＳ２５０では、制御部１９０ｃは、カソードに供給される酸化ガス（空気）の量を調整し直す。この理由は、燃料電池１２０ａによる発電が開始されると、酸化ガスに含まれる酸素が燃料電池１２０ａで消費されて、燃焼器１３０に供給される酸素の量が減少し、改質器１１０ａに供給される酸素の量が不足するからである。そこで、制御部１９０ｃは、改質器１１０ａに供給される燃焼ガスに含まれる酸素の量が上述の条件ｂを満たすように、カソードエアポンプ１４０の駆動量を増加させる。燃料電池１２０ａで消費される酸素量は、燃料電池１２０ａの発電電力から理論的に算出することができる。そこで、制御部１９０ｃは、発電電力に応じてカソードエアポンプ１４０の駆動量を決定することができる。
【００７９】
燃料電池１２０ａが、要求された電力を発電し始めたら、次のステップＳ２６０では、制御部１９０ｃは、燃焼器１３０への改質燃料の配分量がゼロとなるように三方調整弁１１５を制御する。その結果、燃焼器１３０における燃焼が停止する。この際、制御部１９０ｃは、燃料ポンプＦＰの駆動量を調整することによって、改質器１１０への改質燃料の供給量を維持する。さらに、制御部１９０ｃは、循環量調整弁１７０を閉状態にする。
【００８０】
次のステップＳ２７０では、制御部１９０ｃは、発電運転モードに移行する。この発電運転モードでは、制御部１９０は、カソードオフガスに含まれる酸素の量が上述の条件ｂ（Ｏ／Ｃ＝０．３〜１．５）を満足するように、カソードエアポンプ１４０の駆動量を調整する。その結果、生成水と酸素とを含むカソードオフガスが、燃焼器１３０を経由して改質器１１０ａに供給される。
【００８１】
また、制御部１９０ｃは、冷却エアポンプ１５０を駆動させることによって、冷却ガス（空気）を燃料電池１２０ａに供給する。その結果、燃料電池１２０ａの温度が、発電で生じる熱によって過剰に高くなることを防止することができる。この際、制御部１９０ｃは、燃料電池１２０ａの温度に応じて冷却エアポンプ１５０の駆動量を調整すればよい。なお、燃料電池１２０ａを冷却した後の冷却排ガスは、冷却ガス排出路１５４とアノードオフガス供給路１３８とを介して加熱器１１２に供給される。
【００８２】
さらに、制御部１９０ｃは、アノードオフガス用の三方調整弁１３５の調整位置（アノードオフガスの配分量）を調整することによって、アノードオフガスを加熱器１１２に供給する。すると、加熱器１１２では、アノードオフガスに残存する水素や改質燃料等の燃料と、冷却ガスに含まれる酸素と、を利用した触媒燃焼が進行することによって熱が発生する。改質器１１０ａは、この熱によって昇温される。その結果、改質器１１０ａを加熱するための手段を別途設けることなく、改質器１１０ａの温度を改質反応に要求される温度に維持することが可能となる。
【００８３】
以上、説明したように、第４実施例では、燃焼器１３０と燃料電池１２０ａとが、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置（カソードエアポンプ１４０）を共用しているので、燃料電池システム１００ｃの構成を簡素化することができる。
【００８４】
さらに、第４実施例の起動処理（図６）では、燃料電池システム１００ｃの起動時には、燃焼器１３０の燃焼ガスに含まれる水分を改質反応に用い、さらに、起動後（発電開始後）には、燃料電池１２０ａのカソードに生じた水分を改質反応に用いている。従って、改質器１１０へ水蒸気を供給するための蒸発器等の水蒸気供給装置を用いることなく、燃料電池システム１００ｃを運転することが可能となるので、燃料電池システム１００ｃの構成を簡素化することができる。
【００８５】
また、図５に示す第４実施例では、カソードエアポンプ１４０から改質器１１０ａへ至るガスの流路の間に、燃料電池１２０ａのカソードと燃焼器１３０とがこの順番に直列に設けられている。従って、燃料電池システム１００ｃを起動させてから発電運転へ移行する処理を、ガスの流路を大幅に切り替えることなく、容易に行うことができる。
【００８６】
さらに、第４実施例では、改質反応器１１１で改質燃料を触媒燃焼させて得られる燃焼ガスを用いて燃料電池１２０ａを昇温させている。従って、燃料電池システム１００ｃを起動させるための時間を大幅に短縮することができる。また、燃料電池１２０ａを昇温させるヒータ等の加熱装置を用いることなく、燃料電池１２０ａを昇温させることが可能となるので、燃料電池システム１００ｃの構成を簡素化することができる。
【００８７】
なお、第４実施例では、改質反応器１１１において触媒燃焼させることとしたが、この代わりに、改質器１１０ａにバーナを設けて火炎燃焼させることとしてもよい。いずれの場合も、改質器１１０ａで生じさせる燃焼ガスによって、改質反応用の水蒸気と酸素とを確保する必要はない。従って、制御部１９０ａは、ステップＳ２００においては、改質器１１０ａの温度が過剰に高くならないように、改質器１１０ａに供給する改質燃料の量と空気の量とを調整することができる。例えば、改質反応用の水蒸気と酸素とを確保するための改質用の燃焼と比べて少量の改質燃料と酸素とを改質器１１０ａに供給すればよい。
【００８８】
なお、第４実施例では、燃焼器１３０から改質器１１０ａを経由して排出路１３９へ至るガスの流路、すなわち、接続路１３２と、アノードガス供給路１３４と、アノードオフガス流路１３６と、アノードオフガス供給路１３８と、排出路１３９とが本発明における「燃焼ガス流路」に相当する。また、燃焼ガス循環路１８０は、接続路１３２から分岐していなくてもよく、「燃焼ガス流路」上の任意の位置で分岐させることができる。
【００８９】
また、本実施例におけるカソードエアポンプ１４０は、本発明における「酸化ガス供給部」に相当する。また、カソードガス供給路１４２とカソードオフガス流路１４４ｃとが、「酸化ガス流路」に相当する。
【００９０】
Ｅ．第５実施例：
図７は、第５実施例における燃料電池システム１００ｄの構成を示すブロック図である。図５に示す第４実施例の燃料電池システム１００ｃとの差異は、冷却エアポンプ１５０と燃料電池１２０ａのアノード流路とが、冷却ガス分配路１５８によって接続されている点だけである。他の構成は、図５に示す第４実施例と同じである。また、第５実施例では、燃料電池システム１００ｄの起動処理の内容が、図６の例と異なっている。
【００９１】
冷却エアポンプ１５０に接続された冷却ガス供給路１５２は、その途中で、冷却ガス分配路１５８に分岐している。この冷却ガス分配路１５８は、燃料電池１２０ａのアノード流路に接続されている。冷却ガス供給路１５２の分岐位置には、三方調整弁１５６が設けられている。この三方調整弁１５６は、冷却ガス流路ＣＦとアノード流路とへの冷却ガス（空気）の配分量を調整する。
【００９２】
図８は、燃料電池システム１００ｄの起動処理の手順を示すフローチャートである。図６に示す第４実施例との差異は、燃焼器１３０での燃焼が開始する前のステップＳ２００、Ｓ２１０の代わりに、改質器１１０ａでの改質が開始した後のステップＳ３３２〜Ｓ３３６を実行している点である。これらのステップＳ３３２〜Ｓ３３６は、図６のステップＳ２００、Ｓ２１０と同様に燃料電池１２０ａの暖機のための処理である。
【００９３】
ステップＳ３２０では、まず、制御部１９０ｄ（図７）は、循環量調整弁１７０を開状態にし、さらに、燃焼器１３０に燃料を燃焼させる。この処理は、図６のステップＳ２２０や図２のステップＳ１００と同じ処理である。
【００９４】
燃焼器１３０での燃焼が開始すると、制御部１９０ｄは、燃焼ガスを改質器１１０ａに供給することによって改質器１１０ａを昇温させ（ステップＳ３３０）、昇温が完了したら、改質器１１０ａでの改質を開始させる（ステップＳ３３１）。これらの処理（ステップＳ３３０、Ｓ３３１）は、図６のステップＳ２３０、Ｓ２３１や図２のステップＳ１１０、Ｓ１１１と同じ処理である。改質器１１０ａで生成された水素を含む改質ガスは、アノードガス供給路１３４を介して燃料電池１２０ａのアノードに供給される。
【００９５】
改質器１１０ａによる改質が開始されると、次のステップＳ３３２では、制御部１９０ｄは、冷却ガス（空気）を燃料電池１２０ａのアノードに供給する。具体的には、制御部１９０ｄは、冷却エアポンプ１５０を駆動させるとともに冷却エア用の三方調整弁１５６を調整することによって、冷却ガス（空気）を燃料電池１２０ａのアノードに供給する。この冷却ガス（空気）は、酸素を含んでいる。従って、燃料電池１２０ａのアノードには、改質ガスに含まれる水素に加えて酸素が供給されることとなる。すなわち、アノードに供給される冷却ガスは「酸素を含む酸化ガス」に相当するということもできる。
【００９６】
ところで、本実施例では、燃料電池１２０ａのアノードに、電気化学反応を促進させるための触媒（例えば、白金やパラジウム）が設けられている（図示省略）。従って、アノードでは、改質ガスに含まれる水素と、冷却ガスに含まれる酸素と、を用いた触媒燃焼が進行する。さらに、燃料電池１２０ａは、触媒燃焼によって生じた熱によって昇温される（ステップＳ３３４）。
【００９７】
燃料電池１２０ａの昇温が完了したら、次のステップＳ３３６で、制御部１９０ｄは、アノードへの冷却ガスの供給を停止させる。具体的には、制御部１９０ｄは、アノードへの冷却ガスの配分量がゼロとなるように三方調整弁１５６を制御する。その結果、燃料電池１２０ａのアノードへの酸素の供給が停止するので、アノードにおける触媒燃焼が停止する。
【００９８】
アノードにおける触媒燃焼が停止すると、燃料電池１２０ａでは、アノードに供給された改質ガスに含まれる水素と、カソードに供給された酸化ガスに含まれる酸素と、を用いた発電が開始する（ステップＳ３４０）。
【００９９】
発電が開始されたら、制御部１９０ｄは、ステップＳ３５０〜Ｓ３７０の処理を実行して、発電運転モードに移行する。これらのステップＳ３５０〜Ｓ３７０は、図６のステップＳ２５０〜Ｓ２７０と、それぞれ、同じである。
【０１００】
以上、説明したように、第５実施例では、第４実施例と同様の効果に加え、さらに、より高速に燃料電池１２０ａの昇温を行うことが可能となる。すなわち、第５実施例では、冷却エアポンプ１５０が、冷却ガス供給路１５２と冷却ガス分配路１５８とを介して、燃料電池１２０ａのアノードに酸化ガス（空気）を供給する。その結果、燃料電池１２０ａを、アノードにおける触媒燃焼で生じる熱によって昇温させることが可能となる。従って、燃料電池システム１００ｄを起動させるための時間を大幅に短縮することができる。
【０１０１】
Ｆ．第６実施例：
図９は、第６実施例における燃料電池システム１００ｅの構成を示すブロック図である。図５に示す第４実施例の燃料電池システム１００ｃとの差異は、カソードエアポンプ１４０から改質器１１０ａへ至るガスの流路の間に、燃焼器１３０とカソード流路とが、図５の例とは逆の順番に直列に設けられている点だけである。他の構成は、図５に示す第４実施例と同じである。また、第６実施例では、燃料電池システム１００ｅの起動処理の内容が、図６の例と異なっている。
【０１０２】
燃焼器１３０には、カソードエアポンプ１４０が供給する酸化ガス（空気）が、カソードガス供給路１４２ｅを介して供給される。また、燃焼器１３０には、改質燃料流路１１９の途中で分岐した改質燃料分岐路１１８ｅが接続されている。改質燃料流路１１９の分岐位置には、三方調整弁１１５が設けられている。
【０１０３】
燃焼器１３０と燃料電池１２０ａのカソードとは、接続路１３２ｅによって接続されている。燃焼器１３０から排出されたガスは、この接続路１３２ｅを介してカソードに供給される。この接続路１３２ｅは、その途中で、燃焼ガス循環路１８０ｅに分岐している。この燃焼ガス循環路１８０ｅは、改質燃料分岐路１１８ｅの途中に接続されている。燃料電池システム１００ｅの起動時には、接続路１３２ｅを流れる燃焼ガスの一部が、この燃焼ガス循環路１８０ｅと改質燃料分岐路１１８ｅとを介して、再び、燃焼器１３０へ循環する。
【０１０４】
また、燃料電池１２０ａのカソードからのカソードオフガスは、カソードオフガス流路１４４ｅを通じて改質器１１０ａに供給される。
【０１０５】
図１０は、燃料電池システム１００ｅの起動処理の手順を示すフローチャートである。図６に示す第４実施例との差異は、燃料電池１２０ａを暖機するために燃焼器１３０に燃料を燃焼させる工程（ステップＳ４００）が追加されている点である。
【０１０６】
ステップＳ４００では、制御部１９０ｅ（図９）は、燃焼器１３０に改質燃料を燃焼させる。具体的には、制御部１９０ｅは、燃料ポンプＦＰと三方調整弁１１５とを制御することによって、改質燃料を燃焼器１３０に供給する。さらに、カソードエアポンプ１４０を駆動させ、酸化ガス（空気）を燃焼器１３０に供給する。次に、制御部１９０ｅは、燃焼器１３０に点火させ、改質燃料を火炎燃焼させる。この際、制御部１９０ｅは、改質燃料の燃焼のために理論的に必要となる酸素量よりも多い量の酸素を燃焼器１３０に供給するように、カソードエアポンプ１４０を駆動させる。その結果、燃焼によって生じる燃焼ガスには、酸素が含まれることになる。
【０１０７】
燃焼器１３０での燃焼が開始すると、燃焼によって昇温された燃焼ガスが接続路１３２ｅを通じて燃料電池１２０ａのカソードに供給される。また、カソードから排出されたガスは、カソードオフガス流路１４４ｅを介して改質器１１０ａに供給される。
【０１０８】
次のステップＳ４０５では、制御部１９０ｅは、改質器１１０ａに改質燃料を燃焼させる。具体的には、制御部１９０ｅは、燃料ポンプＦＰと三方調整弁１１５とを制御することによって、改質燃料を改質器１１０ａに供給する。すると、改質器１１０ａの改質反応器１１１では、改質燃料と、カソードオフガス流路１４４ｅを介して供給された燃焼ガスに含まれる酸素と、を用いた触媒燃焼が進行する。
【０１０９】
改質器１１０ａでの燃焼が開始すると、燃焼によって昇温された燃焼ガスが、アノードガス供給路１３４を通じて燃料電池１２０ａのアノードに供給される。その結果、燃料電池１２０ａは、アノードに供給された燃焼ガスと、カソードに供給された燃焼ガスと、によって昇温される（ステップＳ４１０）。
【０１１０】
なお、これらのステップＳ４００、Ｓ４０５では、燃焼によって得られる燃焼ガスによって改質反応用の水蒸気を確保する必要はない。従って、制御部１９０ｅは、燃焼ガスの温度が過剰に高くならないように、燃焼器１３０と改質器１１０ａとに供給する改質燃料の量と空気の量とを調整することができる。また、燃焼器１３０での燃焼温度が過剰に高くなる場合には、循環量調整弁１７０ｅを開状態とすれば、燃焼温度を下げることができる。
【０１１１】
燃料電池１２０ａの昇温が完了したら、次のステップＳ４２０で、制御部１９０ｅは、改質器１１０ａへの改質燃料の配分量をゼロに調整する。その結果、改質器１１０ａにおける触媒燃焼が停止する。なお、改質器１１０ａへの改質燃料の配分量はゼロよりも大きな値に維持してもよい。さらに、制御部１９０ｅは、循環量調整弁１７０ｅを開状態にする。次に、制御部１９０ｅは、燃焼器１３０からの燃焼ガスに含まれる水蒸気と酸素とが、上述した条件ａと条件ｂとを満足するように、燃焼器１３０へ供給する改質燃料の量と酸化ガスの量とを調整する。この際、燃焼器１３０とカソードとの間の接続路１３２ｅを通る燃焼ガスの一部は、燃焼ガス循環路１８０ｅを通じて燃焼器１３０へ循環される。その結果、燃焼ガスの温度が過剰に高くなることが防止される。
【０１１２】
次に、制御部１９０ｅは、燃焼器１３０で生成された燃焼ガスを改質器１１０ａに供給することによって改質器１１０ａを昇温させ（ステップＳ４３０）、昇温が完了したら、改質器１１０ａでの改質を開始させる（ステップＳ４３１）。これらの処理（ステップＳ４３０、Ｓ４３１）は、図６のステップＳ２３０、Ｓ２３１や図２のステップＳ１１０、Ｓ１１１と同じ処理である。
【０１１３】
改質器１１０ａによる改質が開始されると、燃料電池１２０ａのアノードに水素を含む改質ガスが供給される。燃料電池１２０ａでは、アノードに供給された水素と、カソードに供給されている燃焼ガスに含まれる酸素と、を用いた発電が開始される（ステップＳ４４０）。
【０１１４】
以後、制御部１９０ｅは、ステップＳ４５０〜Ｓ４７０の処理を実行して発電運転モードに移行する。これらのステップＳ４５０〜Ｓ４７０は、図６のステップＳ２５０〜Ｓ２７０と、それぞれ、同じである。
【０１１５】
以上、説明したように、第６実施例では、燃焼器１３０で生じた燃焼ガスを燃料電池１２０ａのカソードに供給しているので、燃料電池１２０ａを昇温させるための時間を短縮することができる。さらに、改質器１１０ａで生じた燃焼ガスをアノードに供給しているので、燃料電池１２０ａを昇温させるための時間を大幅に短縮することができる。
【０１１６】
なお、第６実施例では、燃焼器１３０からカソードと改質器１１０ａとを経由して排出路１３９へ至るガスの流路、すなわち、接続路１３２ｅと、カソードオフガス流路１４４ｅと、アノードガス供給路１３４と、アノードオフガス流路１３６と、アノードオフガス供給路１３８と、排出路１３９とが、本発明における「燃焼ガス流路」に相当する。また、燃焼ガス循環路１８０ｅは、接続路１３２ｅから分岐していなくてもよく、「燃焼ガス流路」上の任意の位置で分岐させることができる。
【０１１７】
Ｇ．第７実施例：
図１１は、第７実施例における燃料電池システム１００ｆの構成を示すブロック図である。図７に示す第５実施例の燃料電池システム１００ｄとの差異は、カソードエアポンプ１４０から改質器１１０ａへ至るガスの流路の間に、燃焼器１３０とカソード流路とが、図７の例とは逆の順番に直列に設けられている点だけである。他の構成は、図７に示す第５実施例と同じである。また、第７実施例では、燃料電池システム１００ｆの起動処理の内容が、図８の例と異なっている。なお、燃焼器１３０に接続されるガスの流路と、カソード流路に接続されるガスの流路との構成は、図９に示す第６実施例と同じであるので、その説明を省略する。
【０１１８】
図１２は、燃料電池システム１００ｆの起動処理の手順を示すフローチャートである。図８に示す第５実施例との差異は、燃焼器１３０で生成される燃焼ガスを用いて燃料電池１２０ａを昇温させている点だけである（ステップＳ５２５）。
【０１１９】
ステップＳ５２０では、まず、制御部１９０ｆ（図１１）は、循環量調整弁１７０を開状態にし、さらに、燃焼器１３０に燃料を燃焼させる。この処理は、図８のステップＳ３２０や図６のステップＳ２２０と同じ処理である。
【０１２０】
燃焼器１３０での燃焼が開始すると、燃焼によって昇温された燃焼ガスが燃料電池１２０ａのカソードに供給される。その結果、燃料電池１２０ａが燃焼ガスによって昇温される（ステップＳ５２５）。また、カソードから排出されたガスは、改質器１１０ａに供給される。その結果、改質器１１０ａも燃焼ガスによって昇温される（ステップＳ５３０）。
【０１２１】
改質器１１０ａの昇温が完了したら、次のステップＳ５３１では、制御部１９０ｆは、改質燃料を改質器１１０ａに供給することによって、改質器１１０ａでの改質を開始させる。この処理は、図８のステップＳ３３１と同じ処理である。改質器１１０ａで生成された水素を含む改質ガスは燃料電池１２０ａのアノードに供給される。なお、制御部１９０ｆは、燃料電池１２０ａの昇温が完了する前であっても、このステップＳ５３１に移行する。
【０１２２】
改質器１１０ａによる改質が開始されたら、制御部１９０ｆは、ステップＳ５３２〜Ｓ５７０の処理を実行して、発電運転モードに移行する。これらのステップＳ５３２〜Ｓ５７０は、図８のステップＳ３３２〜Ｓ３７０と、それぞれ、同じである。
【０１２３】
以上、説明したように、第７実施例では、第５実施例と同様の効果に加え、さらに、より高速に燃料電池１２０ａの昇温を行うことが可能となる。すなわち、第７実施例では、燃焼器１３０で生成された燃焼ガスを燃料電池１２０ａのカソード流路に供給することによって、燃料電池１２０ａを昇温させることが可能である。従って、燃料電池システム１００ｆを起動させるための時間を大幅に短縮することができる。
【０１２４】
Ｈ．第８実施例：
図９や図１１に示す実施例において、燃焼器１３０から延びる接続路１３２ｅを２つに分岐させ、一方をカソード流路に接続し、他方を改質器１１０ａに接続することとしてもよい。換言すれば、燃焼器１３０に対して、カソード流路と改質器１１０ａとを並列に接続してもよい。この場合には、カソードオフガスは改質器１１０ａには供給されずに排出される。
【０１２５】
Ｉ．第９実施例：
図１３は、第９実施例における燃料電池システム１００ｇの構成を示すブロック図である。図１３では、図９の実施例と共通する部分の一部が省略されている。図９に示す燃料電池システム１００ｅとの差異は２つある。１つ目は、カソード流路と改質器１１０ａとが、燃焼器１３０やカソードエアポンプ１４０に対して並列に接続されている点である。２つ目は、燃焼器１３０とカソードエアポンプ１４０とが、カソード流路や改質器１１０ａに対して並列に接続されている点である。
【０１２６】
燃料電池１２０ａのカソード流路には、カソードガス供給路１４２ｇを介してカソードエアポンプ１４０が接続されている。このカソードガス供給路１４２ｇは、その途中（分岐位置１４６）で、酸化ガス分岐路１４８に分岐している。この酸化ガス分岐路１４８は、改質器１１０ａに接続されている。
【０１２７】
一方、燃焼器１３０には燃焼エアポンプＢＡＰが接続されている。また、燃焼器１３０は、改質燃料分岐路１１８ｅを介して供給される改質燃料を空気を用いて燃焼させることが可能である。また、燃焼器１３０には、燃焼ガス供給路１３３が接続されている。この燃焼ガス供給路１３３は、カソードガス供給路１４２の分岐位置１４６とカソードエアポンプ１４０との間に接続されている。燃焼器１３０で生じた燃焼ガスは、カソードガス供給路１４２ｇに供給される。また、燃焼ガス供給路１３３は、その途中で、燃焼ガス循環路１８０ｇに分岐している。この燃焼ガス循環路１８０ｇは、改質燃料分岐路１１８ｅの途中に接続されている。
【０１２８】
燃料電池システム１００ｇの起動時には、燃焼器１３０が、燃焼ガスを、燃料電池１２０ａと改質器１１０ａとに供給する。その結果、燃料電池１２０ａと改質器１１０ａとを昇温させるための時間を短縮することができる。この際、燃焼ガス供給路１３３を通る燃焼ガスの一部は、改質燃料分岐路１１８ｅを通じて、再び、燃焼器１３０に循環する。その結果、燃焼ガスの温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【０１２９】
また、燃料電池１２０ａが発電を開始した後は、カソードエアポンプ１４０が、酸化ガス（空気）を、燃料電池１２０ａと改質器１１０ａとに供給する。この際、改質器１１０ａに水分を供給する水蒸気供給装置を設けることが好ましい。これは、上述の第８実施例についても同様である。
【０１３０】
Ｊ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１３１】
変形例１：
燃料電池システムの構成としては、上述の各実施例の構成に限らず、他の構成を採用してもよい。例えば、図５、図７、図９、図１１の各実施例において、冷却ガス排出路１５４の途中に三方調整弁を設け、冷却ガスの一部を外部に排出することとしてもよい。この代わりに、冷却ガス流路ＣＦを有さない燃料電池を用いることとしてもよい。また、加熱器１１２を省略することとしてもよい。また、起動処理としては、上述の各実施例の手順に限らず、他の手順に従う起動処理を採用してもよい。いずれの場合も、燃焼器に水蒸気を含む燃焼ガスを生成させ、得られた燃焼ガスを改質器に供給する構成とすれば、改質器の昇温のための時間を短縮するとともに、改質器へ水蒸気を供給するための蒸発器等の水蒸気供給装置を用いることなく、燃料電池システムを起動させることが可能となる。この際、燃焼器に供給する燃焼燃料の量と酸化ガスの量とを、改質器に供給する改質燃料の量に応じて調整することが好ましい。さらに、燃焼ガスの一部を燃焼器に循環させる燃焼ガス循環路を設けることによって、燃焼ガスの温度が過剰に高くなることを防止することができる。
【０１３２】
また、上述した第４〜第７実施例（図５、７、９、１１）のように、酸化ガス供給装置（カソードエアポンプ１４０）から改質器へ至る酸化ガスの流路の途中に、燃料電池のカソードと燃焼器とを直列に配置することが好ましい。こうすれば、燃料電池システムを起動させてから発電運転へ移行する処理を、ガスの流路を大幅に切り替えることなく、容易に実行することができる。
【０１３３】
変形例２：
上述の各実施例において、循環量調整弁の開度を、改質器の温度に応じて調整することとしてもよい。この際、改質器の温度が所定の適正温度よりも高い場合には、循環量調整弁の開度をより大きくすればよく、逆に、適正温度よりも低い場合には、開度をより小さくすればよい。また、改質器に至る燃焼ガスが通る流路の温度を測定する温度センサを設け、この温度センサが測定した温度に応じて循環量調整弁の開度を調整してもよい。
【０１３４】
変形例３：
上述の各実施例では、燃焼器１３０は燃料を火炎燃焼させることとしているが、この代わりに、触媒燃焼させることとしてもよい。但し、燃料に点火して火炎燃焼させる燃焼器を用いれば、より高速に高温の燃焼ガスを得ることが可能となる。
【０１３５】
変形例４：
上述の各実施例において、燃焼器１３０に用いる燃焼燃料としては、燃焼によって水分が生成される燃料であればよく、ガソリンなどの炭化水素や、メタノールなどのアルコールやアルデヒド類、あるいは天然ガスなどを用いることができる。また、改質燃料とは異なる燃料を燃焼燃料として用いてもよい。ただし、燃焼燃料を改質燃料と同じとすれば、複数種類の燃料を準備せずに燃料電池システムの運転を行うことができるので、運転コストを低く抑えることができる。
【０１３６】
変形例５：
上述の各実施例において、燃料電池としては種々のタイプのものを用いることができる。例えば、ペロブスカイト型の固体酸化物（例えば、ＢａＣｅＯ３系や、ＳｒＣｅＯ３系のセラミックス）を用いた電解質を有する燃料電池を用いてもよい。また、この他にも、固体高分子電解質型や、アルカリ水溶液電解質型、溶融炭酸塩型、リン酸電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いてもよい。ただし、ペロブスカイト型の固体酸化物電解質を有する燃料電池を用いれば、改質反応に適した温度に比較的近い温度（例えば、３００℃〜６００℃）で燃料電池を動作させることができるので、改質器で生成された改質ガスを、その温度を調整せずに直接燃料電池に供給することができる。
【０１３７】
また、上述の各実施例において、水素分離膜を備えない燃料電池を用いても良い。ただし、改質器から得られる改質ガスには、発電用の燃料（水素）以外の物質（例えば、改質反応で生じた二酸化炭素）が含まれている。そこで、水素分離膜型燃料電池を用いれば、アノードに供給された改質ガスに含まれる水素が水素分離膜を透過して電解質層に供給されるので、発電の効率を高めることができる。ここで、水素分離膜型燃料電池としては、例えば、水素分離層と所定の電極部材との間に電解質層を設けたものを用いることができる。この場合には、水素分離層をアノード電極として用いることができる。また、所定の電極部材をカソード電極として用いることができる。なお、電極部材の材料としては、カーボンや金属などの導電性を有する種々の材料を採用することができる。さらに、電極部材に、電気化学反応を促進させる触媒（例えば、白金やパラジウム）を担持させてもよい。また、水素分離膜を備えない燃料電池を用いる場合には、改質ガスから水素を分離する水素分離装置を設け、水素濃度を高めたガスを燃料電池に供給することが好ましい。こうすれば、燃料電池における発電効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図。
【図２】燃料電池システム１００の起動処理の手順を示すフローチャート。
【図３】第２実施例における燃料電池システム１００ａの構成を示すブロック図。
【図４】第３実施例における燃料電池システム１００ｂの構成を示すブロック図。
【図５】第４実施例における燃料電池システム１００ｃの構成を示すブロック図。
【図６】燃料電池システム１００ｃの起動処理の手順を示すフローチャート。
【図７】第５実施例における燃料電池システム１００ｄの構成を示すブロック図。
【図８】燃料電池システム１００ｄの起動処理の手順を示すフローチャート。
【図９】第６実施例における燃料電池システム１００ｅの構成を示すブロック図。
【図１０】燃料電池システム１００ｅの起動処理の手順を示すフローチャート。
【図１１】第７実施例における燃料電池システム１００ｆの構成を示すブロック図。
【図１２】燃料電池システム１００ｆの起動処理の手順を示すフローチャート。
【図１３】第９実施例における燃料電池システム１００ｇの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１３９】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ...燃料電池システム
１１０、１１０ａ...改質器
１１１...改質反応器
１１２...加熱器
１１５...三方調整弁
１１８、１１８ｅ...改質燃料分岐路
１１９...改質燃料流路
１２０、１２０ａ...燃料電池
１２１...水素分離層
１２２...電解質層
１２３...電解質膜
１３０...燃焼器
１３２、１３２ｅ...接続路
１３３...燃焼ガス供給路
１３４...アノードガス供給路
１３５...三方調整弁
１３６...アノードオフガス流路
１３８...アノードオフガス供給路
１３９...排出路
１４０...カソードエアポンプ
１４２、１４２ｅ、１４２ｇ...カソードガス供給路
１４４、１４４ｃ、１４４ｅ...カソードオフガス流路
１４６...分岐位置
１４８...酸化ガス分岐路
１５０...冷却エアポンプ
１５２...冷却ガス供給路
１５４...冷却ガス排出路
１５６...三方調整弁
１５８...冷却ガス分配路
１７０、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｅ...循環量調整弁
１８０、１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｅ、１８０ｇ...燃焼ガス循環路
１９０、１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄ、１９０ｅ、１９０ｆ...制御部
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆ、２００ｇ...燃料改質システム
ＢＡＰ...燃焼エアポンプ
ＣＦ...冷却ガス流路
ＣＴ...改質触媒
ＦＰ...燃料ポンプ
ＦＴ...燃料タンク
【図１】
2005310530.tif 000003
【図２】
2005310530.tif 000004
【図３】
2005310530.tif 000005
【図４】
2005310530.tif 000006
【図５】
2005310530.tif 000007
【図６】
2005310530.tif 000008
【図７】
2005310530.tif 000009
【図８】
2005310530.tif 000010
【図９】
2005310530.tif 000011
【図１０】
2005310530.tif 000012
【図１１】
2005310530.tif 000013
【図１２】
2005310530.tif 000014
【図１３】
2005310530.tif 000015