(57)【要約】【課題】  燃料電池システムの運転状態に応じて常に適切な混合気濃度を作り出し、混合不良による異常燃焼の発生を防止することのできるガス燃焼装置の燃焼制御方法を提供する。【解決手段】  燃料電池システムのＦＣスタックから排出されたカソードオフガスを開閉弁を介してガス燃焼装置の燃焼器内に導入すると共に、該ＦＣスタックから排出されたアノードオフガスを燃焼器内に導入させ、これらカソードオフガスとアノードオフガスとを混合させてその混合気を燃焼させるガス燃焼装置の燃焼制御方法において、燃焼器内の圧力損失と混合気形成の何れかを優先させるかに応じて、前記開閉弁の弁角度を可変調整する。燃焼器内の圧力損失を混合気形成よりも優先させるときには、開閉弁をカソードオフガスの流れ方向に沿う方向に傾け、燃焼器内の混合気形成を圧力損失よりも優先させるときには、開閉弁をカソードオフガスの流れ方向に対して傾斜する方向に傾ける。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムの燃料電池スタックから排出された酸化剤を開閉弁を介してガス燃焼装置の燃焼器内に導入すると共に、該燃料電池スタックから排出された燃料を燃焼器内に導入させ、これら酸化剤と燃料とを混合させてその混合気を燃焼させるガス燃焼装置の燃焼制御方法において、
前記燃焼器内の圧力損失と混合気形成の何れかを優先させるかに応じて、前記開閉弁の弁角度を可変調整する
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃焼器内の圧力損失を混合気形成よりも優先させるときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に沿う方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃焼器内の混合気形成を圧力損失よりも優先させるときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に対して傾斜する方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料流量が所定量よりも低いときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に沿う方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料流量および前記酸化剤流量が何れも所定量よりも高く、且つ燃料濃度が所定濃度よりも低いときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に沿う方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項６】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料流量および前記酸化剤流量が何れも所定量よりも高く、且つ燃料濃度が所定濃度よりも高いときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に対して傾斜する方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項７】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料流量が所定量よりも高く、前記酸化剤流量が所定量よりも低く、且つ燃料濃度が所定濃度よりも高いときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に対してより傾斜させる
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項８】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料流量が所定量よりも高く、前記酸化剤流量が所定量よりも低く、且つ燃料濃度が所定濃度よりも低いときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に対して傾斜する方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項９】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料電池システムを起動させる起動時には、前記混合気形成を優先させて前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に対して傾斜する方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、
前記燃料が非連続的に排出される間欠パージ状態となった場合において、前記燃料がパージされないときには、前記開閉弁を前記酸化剤の流れ方向に沿う方向に傾ける
ことを特徴とするガス燃焼装置の燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス燃焼装置の燃焼制御方法に関し、詳細には、酸化剤流量、燃料流量、燃料濃度などをパラメータとする燃焼器の運転条件に応じて、酸化剤と燃料の混合気を効率良く燃焼させるための燃焼性能向上技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池スタックから排出される酸化剤（以下、カソードオフガスと言う）および燃料（以下、アノードオフガスと言う）をガス燃焼装置の燃焼器内に導入させ、これらを混合してなる混合気を燃焼させるガス燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開２００２−３７２２０８号公報（第４頁〜第６頁、第１図および第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に記載のガス燃焼装置において、燃焼器の入口から出口に至るまでの当該燃焼器内の圧力損失と、カソードオフガスとアノードオフガスを混合する混合気形成とは、トレードオフの関係にある。例えば、このガス燃焼装置を燃焼させるのに最も最適な濃度となるように混合気を形成できるように設計すると、圧力損失が高くなる。この一方、圧力損失を低減させようとすると、逆に充分な混合気を形成することが困難になる。何れにしても、特許文献１に記載のガス燃焼装置では、燃料電池システムの運転状態（例えば、高負荷運転や低負荷運転など）に応じて混合気を適切な濃度とすることが難しく、混合不良による異常燃焼が発生する恐れがある。
【０００４】
これらの不具合を解決するために、例えば、次のような解決策（(1)、(2)および(3)の解決策）が考えられる。
【０００５】
(1)低流量且つ高発熱量の運転状態に合わせて混合気形成を優先して混合気を形成する混合部（ミキサー部）を設計すると、高流量時には、圧力損失が高くなりすぎて燃料電池システムの運転に支障をきたす(高流量を流せなくなる)可能性がある。
【０００６】
(2)高流量の運転状態に合わせて圧力損失の低減を優先してミキサー部を設計すると、混合気形成が不十分となり、異常燃焼等により支障をきたす可能性がある。
【０００７】
(3)低圧損（低圧力損失）で且つ十分な混合気形成を得られるようにミキサー部を設計すると、ミキサー部が大きく(流路距離が長く)なるため、ガス燃焼装置が巨大化(重さ・コスト等が増えてしまう）する。
【０００８】
そこで、本発明は、燃料電池システムの運転状態に応じて常に適切な混合気濃度を作り出し、混合不良による異常燃焼の発生を防止することのできるガス燃焼装置の燃焼制御方法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】
【０００９】
本発明のガス燃焼装置の燃焼制御方法は、燃料電池スタックから排出された酸化剤を開閉弁を介してガス燃焼装置の燃焼器内に導入すると共に、該燃料電池スタックから排出された燃料を燃焼器内に導入させ、これら酸化剤と燃料とを混合させてその混合気を燃焼させるに際して、燃焼器内の圧力損失と混合気形成の何れかを優先させるかに応じて、前記開閉弁の弁角度を可変調整する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のガス燃焼装置の燃焼制御方法によれば、燃焼器内の圧力損失と混合気形成の何れかを優先させるかに応じて開閉弁の弁角度を可変調整しているため、開閉弁を酸化剤の流れ方向に対して傾けたことにより発生する渦により混合気の濃度調整を燃焼に最適な条件とすることができ、また、開閉弁を酸化剤の流れ方向に沿って傾けることで圧力損失を低減させることができる。
【００１１】
したがって、本発明によれば、燃料電池システムの高負荷運転時や低負荷運転時などの時々刻々と変化する運転状態に応じて、常に最適な燃焼状態を確保することができ、混合不良による異常燃焼を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
［燃料電池システム全体の構成］
先ず、燃料電池システム全体の構成について簡単に説明する。図１は燃料電池システムの概略構成図である。
【００１４】
この燃料電池システムでは、図１に示すように、例えば従来公知の空気供給システムであるコンプレッサー１によって外部空気が供給され、その供給された外部空気がやはり従来公知の空気加湿技術を用いた加湿器２にて加湿される。
【００１５】
加湿された空気（酸化剤）は、燃料電池スタック（ＦＣスタック）３のカソード側に供給され、発電に用いられた後にカソードオフガスとしてＦＣスタック３より排出される。排出されたカソードオフガスは、従来公知の除湿技術を用いた除湿器４にて除湿された後にガス燃焼装置５へと供給され、後述のアノードオフガスと燃焼後に排気配管よりシステム外に排出される。
【００１６】
一方、燃料を水素とした場合、水素は、図示を省略する水素供給源よりＦＣスタック３のアノードイン側に供給される。この他、炭化水素を燃料とした場合、改質器等水素リッチな改質ガスを供給するシステムより、同様にこの改質ガスがＦＣスタック３のアノードイン側に供給される。
【００１７】
そして、ＦＣスタック３より発電に使用されなかったガスは、水素循環システムに供給され、再度アノードインガスとしてＦＣスタック３へ供給される。または、このＦＣスタック３で発電に使用されなかったガスは、アノードオフガスとしてガス燃焼装置５に供給され、燃焼処理後システムより排出される。
【００１８】
［ガス燃焼装置の構成］
次に、本実施の形態のガス燃焼装置５について図面を参照しながら詳細に説明する。ガス燃焼装置５は、図１および図２に示すように、円筒形状をなす燃焼器８に、酸化剤（酸素）を内部に流入させる酸化剤流入部９と、燃料（水素）を内部に噴出させる燃料噴出部１０と、流入された酸化剤と噴出された燃料とを混合させる混合部１１と、混合部１１で混合された酸化剤及び燃料を燃焼させる燃焼部１２とを形成してなる。
【００１９】
燃焼器８は、燃焼温度・圧力に耐えられる材質、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）などから形成され、所定の大きさとされた円筒形状として形成されている。また、この燃焼器８は、燃焼システムとして要求されるガス流量・発熱量などの要求を満足できる設計になれば、その他の形状、材質などとしてもよい。
【００２０】
酸化剤流入部９は、円錐の先端側の一部を切断してなる円筒形として形成されている。この酸化剤流入部９は、開閉弁１３と接続される開口端から後端側に亘ってその開口径を次第に大きくする円筒体とされている。具体的には、酸化剤流入部９は、酸化剤流入部９の開口部９ａにおける開口径を直径５ｃｍとし、後端部９ｂにおける開口径を直径７ｃｍとしたときに、それら直径５ｃｍの円と直径７ｃｍの円を直線で繋いだ形状としている。
【００２１】
なお、酸化剤流入部９を除いた部分の燃焼器８の形状は、酸化剤流入部９の後端部９ｂでの開口径と同じ直径とされた円筒形状とされている。この燃焼器８は、酸化剤流入部９の後端部９ｂから排気管と接続される燃焼器後端部８ａまでの間は、同一の直径とされた円筒体とされている。
【００２２】
燃料噴出部１０は、アノードオフガスを燃焼器８内に噴出する部分であり、アノードオフガス配管に接続された燃料噴出パイプ１４などから構成されている。そして、この燃料噴出部１０は、その燃料噴出パイプ１４の先端側部を燃焼器８内に突出させ、その先端側部に形成した燃料噴出孔からアノードオフガスを噴出させる。この燃料噴出部１０は、例えば先端に穴の空いている１／４インチのステンレスパイプからなる配管とされ、そのパイプ周面にアノードオフガスを噴出する燃料噴出孔を有している。この燃料噴出孔は、パイプ周面の中心に一箇所でもよく、または、円周方向に複数箇所設けてもよい。
【００２３】
アノードオフガスを燃焼器８内に噴出させる燃料供給経路としては、ガス燃焼装置５の上流から導入したり、燃料供給部の流れに対して直角に導入したり、燃料供給部の下流側から導入しても良い。ただし、下流側から導入する場合、導入管による混合気形成への影響および燃焼部１２から発生する熱による導入管および燃料への影響を考慮した設計を行なう必要がある。
【００２４】
混合部１１は、アノードオフガスとカソードオフガスを混合させて混合気を形成する部分であり、燃料噴出部１０の排気方向下流側に位置して設けられている。この混合部１１には、例えばスワラー、複数枚の多孔板（複数の孔が形成された円板）などの従来公知のガス混合技術を用いて作製することが可能である。多孔板を使用した場合は、断熱面積が大きいため、異常燃焼時などに熱的バッファーとなるような設計が可能となる。
【００２５】
燃焼部１２は、混合部１１で混合されたアノードオフガスとカソードオフガスによる混合気を燃焼させる部分であり、排気方向最下流である混合部１１の後方に位置して設けられている。燃焼部１２は、例えばグロープラグ、スパークプラグなどの従来公知の着火源と、フレームホルダー、フレームスタビライザーなどの従来公知の炎安定化技術を有する気層燃焼の場を設計することが可能である。また、この燃焼部１２には、触媒を用いて触媒燃焼を行なうことも可能である。触媒には、メタルハニカムやセラミックハニカム等の担体に白金等の貴金属を丹治した、従来公知の触媒技術を用いることができる。
【００２６】
燃焼部１２に触媒を設ければ、安全・安定に混合気を燃焼させることができ、低燃料濃度および高ガス流速下においても気層燃焼よりも安定して燃焼させることが可能となる。また、高流速時においてもフレームホルダー、フレームスタビライザーなどを設置する必要が無く、気層燃焼に対して単純且つ低圧力損失な燃焼部を形成することができる。また、燃焼は、触媒が設けられた部分でしか起きないため、温度管理も容易になる。
【００２７】
開閉弁１３は、除湿器４よりガス燃焼装置５内へと流入させるカソードオフガスの流量を制御すると共に、燃焼器８に流入したカソードオフガスとアノードオフガスの混合状態を制御するために使用される。この開閉弁１３は、その弁角度が任意の角度となるように回動自在に制御され、その弁角度を適宜調整することで、カソードオフガスの流量制御と混合気の混合状態（混合濃度）とを制御する。なお、この開閉弁１３には、例えばバタフライバルブ、ボールバルブなどのバルブの角度を制御可能な従来公知の技術が採用される。
【００２８】
［開閉弁の開閉制御動作およびその制御による効果］
次に、本実施の形態のガス燃焼装置５の燃焼制御方法について図面およびフローチャートを参照して説明する。図３は、図１に示した燃料電池システムの定常運転時における開閉弁１３の制御動作を示すフローチャートである。
【００２９】
このフローチャートは、図示を省略する制御部の中央演算処理装置が制御し、燃料電池システムを起動して運転している間（システム運転中）、以下の運転条件を確認する（ステップＳ１）。初めに、燃焼器８内の圧力損失（入口から出口までの燃焼器内圧力の損失）と、カソードオフガスとアノードオフガスの混合気を形成する混合気形成の何れかを優先させるかを判断する（ステップＳ２）。ここでの判断は、カソードオフガスの流量（酸化剤流量）、アノードオフガスの流量（燃料流量）、アノードオフガスの濃度（燃料濃度）をパラメータとして両者の優先順位を判断するものとする。その詳細は、後述するものとする。
【００３０】
ステップＳ２の処理において、圧力損失よりも混合気形成を優先させると判断した場合には、ステップＳ３の処理で開閉弁１３を運転条件に応じた角度に傾ける。すなわち、図４（ａ）に示すように、開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａに対して傾斜する方向に傾ける。ここでは、開閉弁１３とカソードオフガスの流れ方向Ａとのなす角度θ（以下、弁角度θと言う）を大きくする方向に傾ける。なお、開閉弁１３は、図示しないコントローラと通信して算出された運転条件に合う弁角度θとなるように指示を受けて回動制御される。
【００３１】
開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａに対して傾斜させて傾けると、この開閉弁１３によって乱流渦が発生し、その乱流渦の作用によってカソードオフガスとアノードオフガスとが混合される。これにより、カソードオフガスとアノードオフガスとからなる混合気が形成される。
【００３２】
ステップＳ２の処理において、混合気形成よりも圧力損失を優先させると判断した場合には、このフローチャートをステップＳ４の処理に進める。ステップＳ４の処理では、圧力損失を最低限に下げる必要があるか否かを判断する。圧力損失を最低限に下げる必要が無い、つまり圧力損失に余裕がある場合は、ステップＳ５の処理で、開閉弁１３を運転条件に応じた角度に傾ける。すなわち、図４（ｂ）に示すように、開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａに対して傾斜する方向に傾ける。ここでは、開閉弁１３の弁角度θを緩やかにする方向に傾ける。
【００３３】
開閉弁１３の弁角度θを緩やかにすると、開閉弁１３によって生じた乱流渦の影響が弱まり、その乱流渦の作用によるカソードオフガスとアノードオフガスとの混合状態が先程の場合に比べて緩やかになる。
【００３４】
なお、このステップＳ５の処理では、開閉弁１３は、図示しないコントローラと通信して算出された運転条件に合う角度θとなるように指示を受けて回動制御される。
【００３５】
ステップＳ４の処理において、圧力損失を最低限にしたいと判断した場合には、このフローチャートをステップＳ６の処理に進める。ステップＳ６の処理では、開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａに沿う方向に傾ける。すなわち、図４（ｃ）に示すように、開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａとほぼ平行にする。
【００３６】
なお、図３のフローチャートは、燃料電池システムが起動して運転されている状態、つまり定常運転中、無限ループを繰り返す。
【００３７】
次に、圧力損失と混合気形成の何れを優先させるかの判断を行うアルゴリズムの一例を図５のフローチャートに示す。このフローチャートの各判断基準の一例を挙げると、酸化剤流量が低い場合とは１０００Ｌ／ｍｉｎ以下、酸化剤流量が高い場合とは２５００Ｌ／ｍｉｎ以上、燃料流量が低い場合とは１０Ｌ／ｍｉｎ以下、燃料流量が高い場合とは７０Ｌ／ｍｉｎ以上、燃料濃度が低い場合とは１％以下、燃料濃度が高い場合とは４％以上である。
【００３８】
先ず、ステップＳ７の処理において、燃料電池システムが定常運転中であると判断した場合、このフローチャートをステップＳ８の処理に進める。ステップＳ８の処理において燃料流量が所定値よりも低いと判断した場合、ステップＳ９の処理で開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａに沿う方向に傾ける。つまり、図４（ｃ）に示すように、開閉弁１３の弁角度θを零（０度）にする。開閉弁１３の弁角度θを零度にすると、燃焼器８内の圧力損失は低下し、カソードオフガスおよびアノードオフガスの流れが良くなる。
【００３９】
一方、ステップＳ８の処理において、燃料流量が所定値よりも高い場合は、このフローチャートをステップＳ１０の処理に進める。ステップＳ１０の処理では、酸化剤流量（カソードオフガス流量）が所定値よりも高いか否かを判断する。酸化剤流量が所定値よりも高い場合は、このフローチャートをステップＳ１１の処理に進め、低い場合は、このフローチャートをステップＳ１２の処理に進める。
【００４０】
ステップＳ１１の処理において、燃料濃度は所定値よりも低い場合は、前記したステップＳ９の処理を実行し、開閉弁１３の弁角度θを零度にする。一方、ステップＳ１１の処理において、燃料濃度が所定値よりも高い場合は、このフローチャートをステップＳ１３の処理に進める。
【００４１】
ステップＳ１３の処理では、先程の燃料濃度の所定値に対して異なる濃度とした所定値よりも低い場合は、ステップＳ１４の処理において開閉弁１３の弁角度θを１０度とする。開閉弁１３の弁角度θを１０度とすることで、この開閉弁１３によって発生した乱流渦の影響により、カソードオフガスとアノードオフガスとが混合されることになる。一方、ステップＳ１３の処理において、先程の燃料濃度の所定値に対して異なる濃度とした所定値よりも高い場合は、ステップＳ１５の処理において開閉弁１３の弁角度θを３０度とする。開閉弁１３の弁角度θをステップＳ１４のときよりも大きくすれば、カソードオフガスとアノードオフガスをより一層混合させることができる。
【００４２】
また、ステップＳ１２の処理では、燃料濃度が所定値よりも高いか否かを判断する。この判断において、高いと判断した場合は、ステップＳ１６の処理において開閉弁１３の弁角度θを７５度にする。ここでは、燃料濃度が高いため、開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向Ａに対してより傾斜させることにより、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合をより一層促進させる。一方、ステップＳ１２の判断において、低いと判断した場合は、ステップＳ１７の処理において開閉弁１３の弁角度θを４５度にする。ステップＳ１７の処理では、ステップＳ１６の場合に比べてそれ程、燃料濃度が高くないので、ステップＳ１６のときよりは角度を傾ける必要はない。
【００４３】
なお、この図５に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動して運転されている状態、つまり定常運転中、無限ループを繰り返す。
【００４４】
以上のように、圧力損失と混合気形成の何れかを優先させるかの判断を行うアルゴリズムに基づいて前記した図３のフローチャートで示す処理を実行すれば、燃料電池システムの運転状態に応じて圧力損失と混合気形成との関係を適切に制御することができ、不必要な圧力損失を低減することができる。その結果、空気供給システム負荷を低減でき、上位システムを含めた効率化が可能となる。
【００４５】
次に、燃料電池システムの起動時における開閉弁１３の制御動作を説明する。図６は、燃料電池システム起動時の開閉弁制御動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、燃料電池システムが起動することによってスタートする（ステップＳ１８）。ステップＳ１９の処理では、起動燃焼は必要か否かを判断する。起動燃焼が不要であれば、このフローチャートをステップＳ２０の処理に進め、必要であればステップＳ２１の処理に進める。
【００４６】
ステップＳ２０の処理では、このフローチャートを、前記した図３の定常運転時の開閉弁制御へ移行させる。ステップＳ２１では、起動燃焼は終了して良いか否かを判断する。このステップＳ２１の処理において、起動燃焼を終了する場合は、ステップＳ２２において定常運転時の開閉弁制御へ移行させる。起動燃焼を終了しない場合は、このフローチャートをステップＳ２３の処理に進め、ステップＳ２３において開閉弁１３の弁角度θを起動燃焼用の角度（例えば２０度）にする。なお、このステップＳ２３の処理を行った後は、このフローチャートをステップＳ２１の処理に進める。
【００４７】
この燃料電池システムにおいては、特に氷点下などの低温時には、当該燃料電池システムになるべく多くの熱を供給して高発熱量で燃焼させる必要があるため、燃焼器８内の圧力損失よりも混合気形成を優先させるようにする。このようにすることで、傾けた開閉弁１３にて発生した渦を混合気形成に有効利用させることができ、混合部１１の短縮により燃料電池システム全体としての小型化および軽量化を図ることができる。一方、燃料電池システム起動時以外のときは、圧力損失と混合気形成を最適化することにより、システム効率を向上させることができる。特に、低圧力損失化によりカソードオフガス供給システムの負荷を低減しつつオフガス流量を増やせるため、燃料電池システム全体としてのガス流量を増やせることから、燃料電池の最高出力／発電能力を増やすことができ、効率化も可能となる。
【００４８】
次に、アノードオフガスが非連続的にＦＣスタック３から排出される間欠パージ状態となったときの開閉弁１３の制御動作を説明する。図７は、間欠パージ状態時における開閉弁制御動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、ステップＳ２４の処理においてシステム運転中に運転条件の確認をすることによってスタートとなる。そして、次のステップＳ２５の処理において、アノードオフガス（俳水素）がパージ中であればこのフローチャートをステップＳ２６の処理に進め、パージ中でなければこのフローチャートをステップＳ２７の処理に進める。
【００４９】
ステップＳ２６の処理では、ステップＳ２４と同様、システム運転中に運転条件の確認をする。次に、ステップＳ２８の処理において、圧力損失と混合気形成のどちらを優先させるかの判断をする。このステップＳ２８の処理において、混合気形成を優先させる場合は、ステップＳ２９の処理において、開閉弁１３の弁角度を運転条件に応じた角度にする。ここでは、例えば図４（ａ）に示すように、開閉弁１３の弁角度θが大きくなるように傾ける。一方、ステップＳ２８の処理において、圧力損失を優先させる場合は、このフローチャートをステップＳ３０の処理に進める。ステップＳ３０の処理では、圧力損失を最低限に下げる必要があるか否かを判断する。
【００５０】
ステップＳ３０の処理において、圧力損失に余裕がある場合は、ステップＳ３１の処理で開閉弁１３の弁角度を運転条件に応じた角度にする。ここでは、例えば図４（ｂ）に示すように、開閉弁１３の弁角度θが小さくなるように傾ける。一方、ステップＳ３０の処理において、圧力損失を最低限にしたい場合は、このフローチャートをステップＳ２７の処理に進める。ステップＳ２７の処理では、開閉弁１３の弁角度θをカソードオフガスの流れに沿う角度にする。例えば、図４（ｃ）に示すように、開閉弁１３をカソードオフガスの流れ方向に沿う方向に傾け、当該開閉弁１３を水平にする。
【００５１】
なお、図７のフローチャートは、燃料電池システムが起動して運転されている状態、つまり定常運転中、無限ループを繰り返す。
【００５２】
図７のフローチャートの処理によれば、ＦＣスタック３からアノードオフガスを排出しないときには、燃焼器８に燃料は供給されないため、混合気は形成されない。この混合気形成を無視して圧力損失を優先させれば、燃料電池システム全体の圧力損失を低減することができる。また、このフローチャートの処理を行うことで、カソードオフガス供給源の運転圧力を低減でき、ガス配管を薄肉および軽量化することが可能となる。また、カソードオフガス供給源に必要なエネルギーを低減することができるため、燃料電池システムの効率をアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】ガス燃焼装置の構成図である。
【図３】図１に示した燃料電池システムの定常運転時における開閉弁の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】開閉弁を運転条件に応じて開閉させたときの開閉弁の傾き状態をそれぞれ示す図である。
【図５】圧力損失と混合気形成の何れを優先させるかの判断を行うアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【図６】燃料電池システム起動時の開閉弁制御動作を示すフローチャートである。
【図７】間欠パージ状態時における開閉弁制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
３…ＦＣスタック（燃料電池スタック）
５…ガス燃焼装置
８…燃焼器
９…酸化剤流入部
１０…燃料噴出部
１１…混合部
１２…燃焼部
１３…開閉弁
【図１】
2005155993.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005155993.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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