(57)【要約】【課題】  改質部を備えた燃料電池システムにおいて、改質部への水分供給の応答性を高める。【解決手段】  炭化水素系燃料と、改質用ガスの供給を受けて、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器１２と、アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池１４と、燃焼用燃料を燃焼させて、改質反応を生じさせるための熱を供給する改質反応熱供給手段と、燃焼用燃料の燃焼により排出された燃焼オフガスを、改質反応の原料として改質器１２へ供給する燃焼オフガス流路２０と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料と、改質用ガスの供給を受けて、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、
燃焼用燃料を燃焼させて、前記改質反応を生じさせるための熱を供給する改質反応熱供給手段と、
前記燃焼用燃料の燃焼により排出された燃焼オフガスを、前記改質反応の原料として前記改質部へ供給する燃焼オフガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記改質用ガスを前記改質部へ供給する改質用ガス供給手段と、
前記改質用ガス中の水蒸気量を取得する第１の水蒸気量取得手段と、
前記燃焼オフガス中の水蒸気量を取得する第２の水蒸気量取得手段と、
前記改質反応で必要とされる水蒸気量と、前記第１及び第２の水蒸気量取得手段で取得した水蒸気量とに基づいて、前記改質部への前記燃焼オフガスの供給量を制御する制御手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記改質反応で必要とされる水蒸気量に対する前記改質用ガス中の水蒸気量の不足分を、前記燃焼オフガス中の水蒸気で補うように、前記改質部への前記燃焼オフガスの供給量を制御することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記改質用ガス供給手段は、水蒸気を生成して前記改質部へ供給する蒸発器、又は前記カソードから排出されたカソードオフガスを前記改質部へ供給するカソードオフガス供給手段であることを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質部へ供給された改質原料のＳ／Ｃ（炭素（Ｃ）に対する水蒸気（Ｓ）のモル数の比率）を取得する手段を備え、
前記Ｓ／Ｃが所定値以下となった場合に、前記燃焼オフガスを前記改質部へ供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃焼用燃料として、前記アノードから排出されたアノードオフガスを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか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、燃料電池システムに関し、特に、改質反応を利用して炭化水素系燃料から水素を生成する改質部を備えた燃料電池システムに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を発電装置として用いる場合、燃料電池のアノードに水素を供給する必要がある。アノードに供給する水素を発生させるため、ガソリン、メタノール、天然ガスなどの炭化水素系燃料から改質反応により水素を取り出す方法が知られている。
【０００３】
改質反応としては、水蒸気改質反応、部分酸化反応など種々の反応がある。一例として、ガソリンの一成分であるイソオクタン（Ｃ８Ｈ１８）について、その改質反応を以下に示す。
【０００４】
Ｃ８Ｈ１８＋８Ｈ２Ｏ  →  ８ＣＯ＋１７Ｈ２                  ・・・（１）
Ｃ８Ｈ１８＋４Ｏ２  →  ８ＣＯ＋９Ｈ２                      ・・・（２）
【０００５】
上記（１）式で表される反応は水蒸気改質反応であり、上記（２）式で表される反応は部分酸化反応である。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化反応は発熱反応である。通常、これらの改質反応は改質器と呼ばれる反応器内で行われる。これらの改質反応は、いずれか１つを採用することもできるが、双方を同時に１つの改質器内で起こすことも可能である。
【０００６】
水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を起こすためには外部から熱を供給する必要がある。このため、燃焼用の燃料を改質器の燃焼バーナに供給し、発生した燃焼熱を与えて水蒸気改質反応を発生させる方法が知られている。
【０００７】
燃焼バーナでの燃焼により改質反応を生じさせるシステムにおいて、特開平６−２９０３６号公報には、燃焼により排出された燃焼オフガス中の水分を燃料電池の冷却水系に供給し、燃料電池の発熱で蒸気化した冷却水系の水蒸気を改質器に供給する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２９０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特開平６−２９０３６号公報に開示された方法では、燃料電池の冷却水を介して燃焼オフガス中の水分を間接的に改質器へ供給しており、実際に改質器へ供給される水分は燃料電池の冷却水である。改質反応で必要とされる水分は水蒸気であるため、同公報に記載された方法では、燃料電池が発熱して冷却水が蒸気化されるまでの間は改質器に水蒸気を供給することができない。特にシステムの起動時においては、燃料電池が発熱するまで所定の時間を要するため、冷却水が水蒸気となって改質器へ供給されるまで長時間を要するという問題が生じる。
【００１０】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、改質部を備えた燃料電池システムにおいて、改質部への水分供給の応答性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、炭化水素系燃料と、改質用ガスの供給を受けて、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、アノードに前記改質ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、燃焼用燃料を燃焼させて、前記改質反応を生じさせるための熱を供給する改質反応熱供給手段と、前記燃焼用燃料の燃焼により排出された燃焼オフガスを、前記改質反応の原料として前記改質部へ供給する燃焼オフガス供給手段と、を備えたことを特徴とする。燃焼オフガスは、改質用ガスと同様に炭化水素系燃料と反応して改質ガスを生成する改質原料として利用されるが、改質用ガスの全量を燃焼オフガスで供給することとしても良い。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記改質用ガスを前記改質部へ供給する改質用ガス供給手段と、前記改質用ガス中の水蒸気量を取得する第１の水蒸気量取得手段と、前記燃焼オフガス中の水蒸気量を取得する第２の水蒸気量取得手段と、前記改質反応で必要とされる水蒸気量と、前記第１及び第２の水蒸気量取得手段で取得した水蒸気量とに基づいて、前記改質部への前記燃焼オフガスの供給量を制御する制御手段と、を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、前記制御手段は、前記改質反応で必要とされる水蒸気量に対する前記改質用ガス中の水蒸気量の不足分を、前記燃焼オフガス中の水蒸気で補うように、前記改質部への前記燃焼オフガスの供給量を制御することを特徴とする。
【００１４】
第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記改質用ガス供給手段は、水蒸気を生成して前記改質部へ供給する蒸発器、又は前記カソードから排出されたカソードオフガスを前記改質部へ供給するカソードオフガス供給手段であることを特徴とする。
【００１５】
第５の発明は、第１の発明において、前記改質部へ供給された改質原料のＳ／Ｃ（炭素（Ｃ）に対する水蒸気（Ｓ）のモル数の比率）を取得する手段を備え、前記Ｓ／Ｃが所定値以下となった場合に、前記燃焼オフガスを前記改質部へ供給することを特徴とする。
【００１６】
第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、前記燃焼用燃料として、前記アノードから排出されたアノードオフガスを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、燃焼オフガスを改質反応の原料として改質部へ供給するため、燃焼オフガスに含まれる水蒸気を直接改質部に供給することが可能となり、改質部への水分供給の応答性を高めることが可能となる。また、改質部へ供給する水蒸気を新たに生成する必要がなくなるため、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【００１８】
第２の発明によれば、改質反応で必要とされる水蒸気量と、第１及び第２の水蒸気量取得手段で取得した水蒸気量に基づいて、改質部への燃焼オフガスの供給量を最適に制御することが可能となる。
【００１９】
第３の発明によれば、過渡運転時などにおいて、改質反応で必要とされる水蒸気量に対する改質用ガス中の水蒸気量の不足分を、燃焼オフガス中の水蒸気で補うことができる。
【００２０】
第４の発明によれば、蒸発器又はカソードオフガス供給手段から改質用ガスを供給することで、蒸発器で生成した水蒸気、又はカソードオフガス中の水蒸気を改質反応の原料として利用することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、改質原料のＳ／Ｃが所定値以下となった場合に、燃焼オフガスを改質部へ供給することができるため、改質部へ常に十分な量の水蒸気を供給することが可能となり、改質部でのカーボンの生成を抑止することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、アノードから排出されたアノードオフガス燃焼用燃料として用いることで、アノードオフガス中の水素を燃焼させて水蒸気を含む燃焼オフガスを生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。燃料電池システム１０は、主として、炭化水素系燃料、水、空気を原料として、水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成する外部加熱可能な熱交換型の改質器１２と、改質ガスを燃料とし、空気を酸化ガスとして用いて、電力を発生する燃料電池１４とを有している。
【００２５】
燃料電池１４は、発電を行う際に水（水蒸気）を生成する種類のものであればよく、具体的には、固体高分子型（ＰＥＭ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、水素分離膜型等の燃料電池である。例えば固体高分子型を例に挙げると、燃料電池１４は、電解質膜、アノード、カソード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成される。アノード、カソードの間には、燃料ガス（改質ガス）および酸化ガスの流路が形成されている。電解質膜は、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノードおよびカソードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。
【００２６】
改質器１２は、その機能上から、上記（１）式、（２）式で表される改質反応を生じさせる改質側と、改質反応を行うための熱を供給する燃焼側とに分けることができる。改質側には、燃料としてイソオクタン（Ｃ８Ｈ１８）を一成分とするガソリンが供給される。また、改質側には、水蒸気、空気（酸素）が供給される。改質側には、改質側へ水蒸気を供給するための蒸発器１６が接続されており、蒸発器１６に熱を与えることにより改質側へ供給する水蒸気が生成される。
【００２７】
そして、改質側に供給されたこれらのガソリン、水蒸気、空気を原料として、上記（１）式、（２）式で表される改質反応が行われる。なお、改質側へ送る燃料としては、天然ガスなどの他の炭化水素燃料やアルコールなどの含酸素燃料など、種々の炭化水素系燃料を用いることもできる。また、その他、エーテル、アルデヒドなどを燃料として用いることもできる。
【００２８】
改質反応を促進するため、改質側には改質用触媒が備えられている。ガソリンや天然ガスを原料とする場合には、例えばニッケル触媒やロジウム貴金属を改質用触媒として用いることができ、メタノールを原料とする場合には、ＣｕＯ−ＺｎＯ系触媒、Ｃｕ−ＺｎＯ系触媒などが有効であることが知られている。
【００２９】
改質器１２の燃焼側には、燃焼用燃料と燃焼用空気が送られる。そして、燃焼用燃料を燃焼させることにより改質反応を行うための熱が生成される。そして、改質器１２の燃焼側から熱を供給することで、改質側に送られたガソリン、水蒸気、空気（酸素）が反応し、上記（１）式、（２）式で示した水蒸気改質反応と部分酸化反応が併せて起こり、改質用触媒がそれらの反応を促進して、水素リッチな改質ガスが生成される。
【００３０】
改質反応により生成された水素リッチな改質ガスは、改質ガス流路１８を通って燃料電池１４のアノードに供給される。一方、燃料電池１４のカソードには、酸化ガスとしての空気（カソードガス）が供給される。燃料電池１４のアノードでは、改質ガスが送り込まれると、この改質ガス中の水素から水素イオンを生成し（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）、カソードは、酸化ガスが送り込まれると、この酸化ガス中の酸素から酸素イオンを生成し、燃料電池１４内では電力が発生する。また、これと同時にカソードにおいて、上記の水素イオンと酸素イオンとから水が生成される（（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）。この水のほとんどは、燃料電池１４内で発生する熱を吸収して水蒸気として生成される。
【００３１】
図１に示すように、燃料電池１４のアノードは、アノードオフガス流路１６によって改質器１２の燃焼側と接続されている。改質ガスに含まれる水素のうち、アノードで反応しなかった水素はアノードオフガス中に残存している。本実施形態では、アノードオフガス流路１６からアノードオフガスを燃焼側へ送り、アノードオフガスを上述した燃焼用燃料として用いる。燃焼側には白金（Ｐｔ）等の触媒が備えられており、アノードオフガス中に残存する水素と、燃焼用の空気中の酸素とが反応して発熱反応が行われる。これにより、燃焼側において、水蒸気改質反応を行うための熱が発生される。
【００３２】
なお、改質器１２の燃焼側は、改質器１２とは別に設けた燃焼器を含む構成としても良い。図２は、改質器１２と燃焼器１３を別体に構成した例を示す模式図である。この場合、燃焼用燃料と燃焼用空気を燃焼器１３で燃焼させ、燃焼器１３から排出された高温の燃焼ガスを改質器１２に送り、改質反応を行うための熱を供給する。
【００３３】
図１、図２に示すように、燃焼側から排出された排気ガス（燃焼オフガス）を改質側へ送るため、燃焼オフガス流路２０が設けられている。アノードガスを燃焼用燃料として用いると、アノードオフガス中の水素が燃焼して水（水蒸気）が発生するため、アノードオフガス中には水蒸気が含まれている。従って、燃焼オフガス流路２０から燃焼オフガスを改質側に供給することで、改質側で必要とされる水蒸気を供給することが可能となる。また、燃焼側では、窒素酸化物の発生を抑えるために通常リーン燃焼が行われるため、燃焼オフガスには酸素が含まれている。従って、燃焼オフガス中の酸素を改質側へ供給することも可能である。
【００３４】
このように、燃焼オフガス流路２０から改質側へ水蒸気を供給することで、蒸発器１６から改質器へ供給する水蒸気量を減少させることができる。更に、燃焼オフガス中の水蒸気量が改質側で必要とされる水蒸気量以上の場合は、改質側で必要とされる水蒸気の全てを燃焼オフガスから供給することができ、蒸発器１６による水蒸気の供給を停止することも可能となる。従って、燃焼オフガスを改質側に供給することで、蒸発器１６で水蒸気を生成するために必要となる熱量を大幅に減少させることができ、燃料電池システム１０の全体的な効率を高めることができる。
【００３５】
特に、過渡運転時など燃料電池１４に要求される電力量が過渡的に増加する場合は、蒸発器１６から供給される水蒸気量が一時的に不足し、電力供給のレスポンスが低下する場合がある。本実施形態では、燃焼オフガス中の水蒸気を改質反応に利用できるため、過渡運転時においても、改質反応に必要となる十分な水蒸気を供給することができる。従って、燃料電池１４の要求に応じた十分な量の改質ガスを生成することができ、燃料電池１４による電力供給の応答性を大幅に向上させることが可能となる。
【００３６】
燃焼オフガス流路２０には三方弁２２が設けられている。三方弁２２は、改質側へ供給する燃焼オフガスを分配し、適量を排気する機能を有している。従って、三方弁２２により燃焼オフガスの分配量を可変することで、改質側に供給する燃焼オフガスの量を制御することができる。
【００３７】
例えば、過渡運転時等において蒸発器１６から改質側へ供給される水蒸気量が不足した場合は、三方弁２２の開度を制御して、水蒸気の不足分を補うように燃焼オフガス供給量を増加する。以下、図３のフローチャートに基づいて、過渡運転時に、燃焼オフガスを改質側へ供給する制御を具体的に説明する。
【００３８】
図３では、過渡運転時において、改質器１２への改質ガスの要求量が条件Ａから条件Ｂに増加した場合を想定する。この場合、改質反応を促進してより多くの改質ガスを発生させる必要があるが、蒸発器１６による水蒸気の供給量が条件Ａから条件Ｂへの改質ガス要求量の増加に追随できない場合、水蒸気の供給遅れが生じ、一時的に改質側で水蒸気が不足してしまう。図３の処理は、蒸発器１６による水蒸気の供給に遅れが生じた場合に、燃焼オフガスを供給して供給遅れ分を補償するものである。
【００３９】
先ずステップＳ１では、現在の運転状態が過渡運転時であるか否かを判定する。過渡運転時の場合はステップＳ２へ進み、過渡運転でない場合、すなわち定常運転の場合はステップ１０へ進む。
【００４０】
次のステップＳ２では、蒸発器１６への熱供給量を増加して、蒸発器１６における水蒸気発生量を増加させる。次のステップＳ３では、条件Ｂにおいて改質側で必要とされる燃料、空気、水蒸気の量をそれぞれ算出する。
【００４１】
次のステップＳ４では、ステップＳ３で算出された水蒸気量が蒸発器１６による水蒸気供給量より大きいか否かを判定する。すなわち、ここでは、（条件Ｂで必要な水蒸気量）＞（蒸発器による水蒸気供給量）であるか否かを判定する。蒸発器１６による水蒸気供給量は、蒸気流量計から検出しても良いし、蒸発器１６への供給水量から取得しても良い。
【００４２】
ステップＳ４で（条件Ｂで必要な水蒸気量）＞（蒸発器による水蒸気供給量）の場合は、蒸発器１６による水蒸気供給のみでは、改質側への水蒸気の供給について供給遅れが生じることが予想できる。従って、この場合はステップＳ５へ進み、改質側で必要とされる水蒸気量のうち、供給に遅れが予想される分については、燃焼オフガスを改質側へ供給して遅れ分を補償する制御を実施することを決定する。一方、ステップＳ４で（条件Ｂで必要な水蒸気量）≦（蒸発器による水蒸気供給量）の場合は、ステップＳ１０へ進み、蒸発器１６で発生させた水蒸気のみを改質側へ送る通常の制御を実施する。
【００４３】
次のステップＳ６では、燃焼オフガスを改質側へ供給する際の三方弁２２の開度を算出する。この場合の三方弁２２の開度は、下式から算出することができる。
三方弁開度（％）＝（改質側不足水分量／燃焼オフガス含有水分量）×１００
ここで、三方弁開度が０％の場合は燃焼オフガスの全量が排気され、三方弁開度が１００％の場合は燃焼オフガスの全量が改質側へ供給されるものとする。上式において、改質側不足水分量は、供給に遅れが予想される水蒸気量である。改質側不足水分量は、条件Ｂで必要な水蒸気量から蒸発器１６による水蒸気供給量を減算することで求まる。また、燃焼オフガス含有水分量は燃焼オフガス中の水蒸気量であって、燃焼側に供給したアノードオフガス中の水素量から、又は蒸気流量計を用いて求めることができる。このように、燃焼オフガス中の水分量（燃焼オフガス含有水分量）に対する改質側不足水分量の割合から、三方弁２２の開度を求めることができる。
【００４４】
次のステップＳ７では、条件Ｂで必要とされる改質原料（燃料、空気、水蒸気）を改質側へ供給し、上式から求めた開度に三方弁２２の状態を設定する。これにより、三方弁２２の開度に応じた量の燃焼オフガスが改質側へ流れる。
【００４５】
次のステップＳ８では、改質側への改質原料の供給を継続した状態で、予め設定した所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合はステップＳ９へ進み、所定時間が経過していない場合はステップＳ８で待機する。
【００４６】
次のステップＳ９では、蒸発器１６により改質側へ供給される水蒸気量が、条件Ｂで必要とされる水蒸気量以上であるか否かを判定する。すなわち、ここでは、（蒸発器による水蒸気供給量）≧（条件Ｂで必要な水蒸気量）であるか否かを判定する。
【００４７】
ステップＳ９で（蒸発器による水蒸気供給量）≧（条件Ｂで必要な水蒸気量）の場合は、ステップＳ２で蒸発器１６への熱供給量を増加したことにより、蒸発器１６のみで条件Ｂに必要とされる水蒸気を供給できる状態になったため、ステップＳ１０へ進み、三方弁２２の開度を０％として燃焼オフガスの全量を排気し、蒸発器１６のみから改質側へ水蒸気を供給する通常の制御に戻る。
【００４８】
一方、ステップＳ９で（蒸発器による水蒸気供給量）＜（条件Ｂで必要な水蒸気量）の場合は、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、現時点で蒸発器１６から改質側に供給されている水分量を測定または推定し、ステップＳ６と同様にして三方弁２２の開度を再設定する。ステップＳ１１で三方弁２２の開度を再設定した後は、ステップＳ８へ戻り、ステップ８以降の処理を再度行う。
【００４９】
図３の処理において、改質側へ供給された炭素（Ｃ）に対する水蒸気（Ｈ２Ｏ；Steam）のモル数の比をＳ／Ｃとすると、ステップＳ７，Ｓ１１では、条件Ｂで改質側へ供給される改質原料（炭素、水蒸気）のＳ／Ｃが、条件Ａと同等となるように三方弁２２の開度を設定することが好適である。すなわち、条件Ａから条件Ｂへ移行する過程において、Ｓ／Ｃに大きな変動を与えないように制御を行うことが望ましい。
【００５０】
また、水蒸気改質反応では、（１）式で示されるように、８モルの炭素（Ｃ）と８モルの水蒸気（Ｈ２Ｏ）が反応するため、理論上はＳ／Ｃ＝１で反応が行われる。しかし、理論値よりも水蒸気量が不足するとカーボンが発生し易くなるため、最低でもＳ／Ｃ≧１．５を満足するように三方弁２２の開度を設定し、改質側へ多めに水蒸気を供給することが望ましい。これにより、カーボンの排出を抑止することができる。
【００５１】
以上のように図３の処理によれば、過渡運転時において、条件Ｂで必要とされる水蒸気が蒸発器１６で生成されるようになるまでの間は、燃焼オフガスの適量を改質側に供給することで、改質側への水蒸気供給の遅れを補償することができる。従って、過渡運転時であっても電力要求量に応じた改質ガスを生成することができ、燃料電池１４の応答性を大幅に高めることが可能となる。
【００５２】
なお、定常運転時においても、供給原料等から推定される改質器１２の温度よりも実際の温度が高くなった場合は、センサによる検出誤差等の要因から改質原料のＳ／Ｃが低下する場合がある。このような場合においても、燃焼オフガスを改質側へ供給することで、水蒸気の不足分を燃焼オフガスで補償することができる。この場合、条件Ａで必要な水蒸気量に対して、不足が見込まれる水蒸気量を加算した値を、条件Ｂで必要な水蒸気量とし、図３の処理を行うことで、三方弁２２の開度を適切に制御することができる。
【００５３】
また、図３の処理では、過渡運転時に燃焼オフガスを改質器１２へ供給するように制御を行ったが、改質部へ投入される改質原料のＳ／Ｃをモニタし、Ｓ／Ｃが所定値以下となった場合に、燃焼オフガスを改質部へ供給するようにしても良い。これにより、改質側でのカーボンの生成を抑止することができる。
【００５４】
また、通常の制御において、燃焼オフガスの全量を改質側へ供給し、水蒸気供給量が不足した場合のみ、蒸発器１６から水蒸気を供給するように制御しても良い。
【００５５】
図４は、本実施形態の他の例を示す模式図である。図４のシステムでは、蒸発器１６を設けずに、カソードオフガス流路２４から改質側へカソードオフガスを送り、改質反応で必要となる酸素、水蒸気をカソードオフガスから供給する。アノードに供給された改質ガス中の水素と完全に反応させるため、カソードには十分な量の酸素を含むカソードガスが供給される。従って、カソードから排出されたカソードオフガスには、カソードで生成された水蒸気の他、酸素も多く含まれている。このため、カソードオフガスを改質器１２の改質側へ供給することで、カソードオフガス中の水蒸気、酸素を改質反応の原料として用いることができる。カソードオフガス中の水蒸気量は蒸気流量計から求めることができるが、燃料電池１４の動作温度が１００℃以下の場合は、カソードオフガスの温度から求めた飽和蒸気圧から算出できる。また、動作温度が１００℃より高い場合は、燃料電池１４から発生した放電量に基づいて求めることができる。従って、図４のシステムにおいても、カソードオフガス中の水蒸気量と燃焼オフガス中の水蒸気量とに基づいて、図３と同様の制御が可能である。
【００５６】
以上説明したように本実施形態によれば、燃焼オフガスを改質器１２の改質側へ供給するようにしたため、改質側で必要とされる水蒸気を燃焼オフガスによって供給することが可能となる。これにより、蒸発器１６で水蒸気を生成するための熱供給を最小限に抑えることができ、燃料電池システム１０の全体的な効率を高めることができる。また、燃焼オフガス中の水蒸気、酸素を改質反応に利用することで、過渡運転時に改質原料としての水蒸気が不足してしまうことを抑止でき、過渡運転時の電力供給の応答性を大幅に向上させることが可能となる。また、カソードオフガスを改質原料として改質側に供給した場合においても、カソードオフガス中の水蒸気の不足分を燃焼オフガスで補うことが可能となる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、改質器１２の燃焼側での燃焼用燃料としてアノードオフガスを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。燃焼により水が生成される燃料（ハイドロカーボン系燃料）であれば燃焼用燃料として用いることができ、燃焼オフガス中の水分を改質反応の原料として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】燃焼器から改質器へ燃焼ガスを供給する場合のシステム構成を示す模式図である。
【図３】過渡運転時に、燃焼オフガスを改質側へ供給する処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  燃料電池システム
１２  改質器
１４  燃料電池
１６  蒸発器
２０  燃焼オフガス流路
２２  三方弁
２４  カソードオフガス流路
【図１】
2005203328.tif 000003
【図２】
2005203328.tif 000004
【図３】
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【図４】
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