(57)【要約】  触媒に供給される燃料を加熱可能な加熱器を有する触媒燃焼装置の制御方法は、酸化剤ガスを触媒燃焼装置に供給するステップと、触媒燃焼装置に燃料を噴射する噴射ステップと、を備える。そして噴射ステップは、加熱器に電力を供給する給電ステップと、加熱器の出力に応じて燃料が触媒燃焼装置に噴射される噴射量を設定する設定ステップと、を含む。
2019229994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒に供給される燃料を加熱可能な加熱器を有する触媒燃焼装置の制御方法であって、
酸化剤ガスを前記触媒燃焼装置に供給するステップと、
前記触媒燃焼装置に前記燃料を噴射する噴射ステップと、を備え、
前記噴射ステップは、
前記加熱器に電力を供給する給電ステップと、
前記加熱器の出力に応じて、前記燃料が前記触媒燃焼装置に噴射される噴射量を設定する設定ステップと、を含む、
触媒燃焼装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載された触媒燃焼装置の制御方法であって、
前記噴射ステップでは、前記燃料として、水を含む液体燃料を噴射する、
触媒燃焼装置の制御方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された触媒燃焼装置の制御方法であって、
前記設定ステップでは、前記触媒燃焼装置の温度が所定の閾値を上回る場合には、前記触媒燃焼装置に供給される前記燃料の気化潜熱が前記加熱器の出力以下となるよう前記噴射量を制限する、
触媒燃焼装置の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載された触媒燃焼装置の制御方法であって、
前記設定ステップでは、前記加熱器に電力が供給される場合において、前記燃料の噴射が開始された後に前記触媒燃焼装置の温度が上昇するときには、前記噴射量を増やす、
触媒燃焼装置の制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載された触媒燃焼装置の制御方法であって、
前記噴射ステップでは、前記燃料の燃焼エネルギーに対して前記噴射量の増量分における前記燃料の気化潜熱が下回るように前記噴射量を増やす、
触媒燃焼装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載された触媒燃焼装置の制御方法であって、
前記設定ステップでは、前記噴射量が増やされた場合において前記触媒の温度が低下したときに、当該噴射量を減らす、
触媒燃焼装置の制御方法。
【請求項７】
触媒に供給される燃料を加熱可能な加熱器を有する触媒燃焼装置と、
酸化剤ガスを前記触媒燃焼装置に供給するアクチュエータと、
前記触媒燃焼装置に前記燃料を噴射する噴射器と、
前記加熱器の出力に応じて、前記燃料が前記噴射器から前記触媒燃焼装置へ噴射される噴射量を制御するコントローラと、
を含む触媒燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱器を有する触媒燃焼装置の制御方法及び触媒燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ２０１３−２５３００４Ａには、改質器において、加熱器が通電されると、触媒の酸化領域及び改質領域の双方の温度がそれぞれ所定温度以上になると加熱器の通電が解除され、その後に水素系燃料が供給される技術が開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
上述のような技術は、触媒燃焼器にも適用することは可能であるものの、触媒の温度が十分に上昇した後に燃料を噴射するものであるため、装置を起動するのに要する時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、触媒燃焼装置を早期に起動する制御方法及び触媒燃焼システムを提供することにある。
【０００５】
本発明のある態様によれば、触媒に供給される燃料を加熱可能な加熱器を有する触媒燃焼装置の制御方法は、酸化剤ガスを前記触媒燃焼装置に供給するステップと、前記触媒燃焼装置に前記燃料を噴射する噴射ステップと、を備える。そして前記噴射ステップは、前記加熱器に電力を供給する給電ステップと、前記加熱器の出力に応じて前記燃料が前記触媒燃焼装置に噴射される噴射量を設定する設定ステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、燃料電池システムに備えられる触媒燃焼装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は、触媒燃焼装置を構成する加熱器の出力に応じてインジェクタの噴射量を制限する領域を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態における触媒燃焼装置を駆動する触媒燃焼システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、触媒燃焼システムを適用した燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１００の構成の一例を示す構成図である。
【０００９】
燃料電池システム１００は、燃料電池１０に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することにより燃料電池１０を発電させる。燃料電池システム１００は、例えば、車両、飛行機又は船舶などの移動体に搭載される。本実施形態では、燃料電池システム１００がハイブリッド車又は電気自動車などの車両に搭載される。
【００１０】
燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、酸化剤供給装置２０と、燃料供給装置３０と、加熱装置４０と、コントローラ５０と、を含む。
【００１１】
燃料電池１０は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する。燃料電池１０は、例えば、固体酸化物形又は固体高分子形の燃料電池などにより実現される。本実施形態の燃料電池１０は、単一の固体酸化物形の燃料電池を複数積層した積層電池である。燃料電池１０は、例えば、自己の温度が６００℃から７００℃までの範囲に達した状態において燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電する。
【００１２】
酸化剤供給装置２０は、燃料電池１０の発電に必要となる酸化剤ガスを燃料電池１０に供給する。酸化剤供給装置２０は、酸化剤供給通路２１と、コンプレッサ２２と、酸化剤熱交換器２３と、を備える。
【００１３】
酸化剤供給通路２１は、燃料電池１０に酸化剤ガスを供給するための通路である。本実施形態では、酸化剤供給通路２１の一端が外気に連通され、他端が燃料電池１０の酸化剤入口孔に接続される。
【００１４】
コンプレッサ２２は、酸化剤供給通路２１に設けられるアクチュエータである。コンプレッサ２２は、酸化剤供給通路２１の一端から酸化剤ガスとして空気を吸引し、その空気を圧縮して酸化剤供給通路２１を通じて燃料電池１０に供給する。なお、本実施形態ではコンプレッサ２２がアクチュエータとして用いられているが、コンプレッサ２２の代りにブロアなどが用いられてもよい。
【００１５】
酸化剤熱交換器２３は、燃料電池１０を暖機するために、燃料電池１０に供給される酸化剤ガスを加熱する熱交換器である。本実施形態の酸化剤熱交換器２３では、加熱装置４０で生成される高温の排ガスとコンプレッサ２２からの空気との間で熱交換が行われる。酸化剤熱交換器２３は、熱交換によって加熱された空気を燃料電池１０に出力する。
【００１６】
燃料供給装置３０は、燃料電池１０の発電に必要となる燃料ガスを燃料電池１０に供給する。燃料供給装置３０は、燃料供給通路３１と、原燃料タンク３２と、燃料ポンプ３３と、インジェクタ３４と、蒸発器３５と、加熱器３６と、改質器３７と、を備える。
【００１７】
燃料供給通路３１は、燃料電池１０に燃料ガスを供給するための通路である。本実施形態では、燃料供給通路３１の一端が原燃料タンク３２に接続され、その他端が燃料電池１０の燃料入口孔に接続される。
【００１８】
原燃料タンク３２は、燃料ガスの生成に必要となる原燃料を蓄える。原燃料としては、含酸素燃料と水を含有する水溶液が用いられる。含酸素燃料とは、アルコール又はメチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）などの含酸素化合物を含有する原燃料のことである。本実施形態の原燃料としてはエタノール水溶液が用いられ、このエタノール水溶液は、例えばエタノール約４０％ｖｏｌである。
【００１９】
燃料ポンプ３３は、原燃料タンク３２に蓄えられた原燃料をインジェクタ３４に供給する。本実施形態では、燃料ポンプ３３が原燃料タンク３２の内部に備えられているが、原燃料タンク３２とインジェクタ３４との間に配置されてもよい。
【００２０】
インジェクタ３４は、原燃料を噴射する噴射器であり、燃料ポンプ３３によって供給される原燃料を所定の周期で蒸発器２５に噴射する。
【００２１】
蒸発器３５は、インジェクタ３４によって噴射された原燃料を気化することで、水蒸気と含酸素燃料ガスとの混合ガスを生成する。蒸発器３５は、例えば加熱装置４０の排ガスを利用して加熱される。
【００２２】
加熱器３８は、蒸発器３５からの混合ガスの温度を、その混合ガスの改質に必要となる所定の温度まで上昇させる熱交換器である。本実施形態の加熱器２６は、加熱装置４０の排ガスを利用して蒸発器２５からの混合ガスを加熱する。
【００２３】
改質器３９は、加熱器３６からの混合ガスを改質して燃料ガスを生成し、生成した燃料ガスを燃料電池１０に出力する。
【００２４】
加熱装置４０は、燃料電池１０、酸化剤熱交換器２３、蒸発器３５、加熱器３８及び改質器３９を加熱する。これにより、燃料電池１０への酸化剤ガス及び燃料ガスが加熱されるとともに、インジェクタ３４から改質器３９へ噴射された原燃料が加熱される。
【００２５】
加熱装置４０は、原燃料通路４１と、インジェクタ４２と、燃料電池排気通路４３と、燃料電池排気通路４４と、触媒燃焼装置４５と、排気通路４６と、を含む。
【００２６】
原燃料通路４１は、触媒燃焼装置４５に原燃料を供給するための通路である。本実施形態では、原燃料通路４１の一端がインジェクタ３４よりも上流の燃料供給通路３１から分岐した通路に接続され、他端がインジェクタ４２に接続される。
【００２７】
インジェクタ４２は、インジェクタ３４と同一の構成であり、燃料ポンプ３３によって供給される原燃料を触媒燃焼装置４５に噴射する。
【００２８】
燃料電池排気通路４３及び４４は、それぞれ燃料電池１０から排出される酸化剤ガス及び燃料ガスを触媒燃焼装置４５に通す通路である。本実施形態では、燃料電池排気通路４３の一端が燃料電池１０の酸化剤排出孔に接続され、他端が触媒燃焼装置４５に接続される。そして燃料電池排気通路４４の一端が燃料電池１０の燃料排出孔に接続され、他端が燃焼器４５に接続される。
【００２９】
触媒燃焼装置４５は、燃料電池１０から排出される酸化剤ガスと燃料ガスとの混合ガスを燃焼させる排気燃焼器の機能を有する。さらに触媒燃焼装置４５は、燃料電池システム１００を起動するために、インジェクタ４２から噴射される原燃料を燃焼させる起動燃焼器の起動を有する。触媒燃焼装置４５は、燃料電池１０からの燃料ガスやインジェクタ４２からの原燃料を燃焼した燃焼ガスを排気通路４６に排ガスとして出力する。
【００３０】
排気通路４６は、触媒燃焼装置４５からの排ガスを燃料電池システム１００の外部に排出するための通路である。排気通路４６は、触媒燃焼装置４５から酸化剤熱交換器２３を経由して外部に連通する。なお、排気通路４６は、触媒燃焼装置４５から酸化剤熱交換器２３までの経路の途中から分岐して、改質器３７、加熱器３６、蒸発器３５の順番に経由して外部に連通するものであってもよい。
【００３１】
コントローラ５０は、燃料電池システム１００の動作を制御する制御装置であり、あらかじめプログラムされた処理を実行する。コントローラ５０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置を備える一又は複数のマイクロコンピュータで構成される。
【００３２】
コントローラ５０には、温度センサ５１乃至５３などの種々のセンサの検出値が入力される。例えば、温度センサ５１は、燃料電池排気通路４４に配置されて燃料電池１０のアノード極の温度を検出し、温度センサ５２は、排気通路４６に配置されて排ガスの温度を検出する。
【００３３】
そして温度センサ５３は、触媒燃焼装置４５の温度を検出する。なお、温度センサ５１及び５２の検出値は、触媒燃焼装置４５の温度と相関性を有するため、温度センサ５３の検出値に代えて温度センサ５１及び５２の少なくとも一つの検出値を触媒燃焼装置４５の温度として用いてもよい。
【００３４】
コントローラ５０は、所定の処理を実行するプログラムが格納されている。コントローラ０は、利用者による燃料電池システム１００の起動操作や、燃料電池１０の負荷からの電力要求などを受け付けると、燃料電池１０を発電可能な状態にするために、燃料電池システム１００の起動処理を実行する。
【００３５】
具体的には、コントローラ５０は、触媒燃焼装置４５を起動（始動）するために、コンプレッサ２２及びインジェクタ４２を作動させる。これにより、コンプレッサ２２から燃料電池１０を介して触媒燃焼装置４５に酸化剤ガスが供給されるとともにインジェクタ４２から触媒燃焼装置４５に原燃料が噴射されるので、触媒燃焼装置４５において原燃料ガスが燃焼する。
【００３６】
原燃料ガスの燃焼によって触媒燃焼装置４５自体が発熱するため、加熱器３６及び改質器３７が加熱される。さらに触媒燃焼装置４５の排ガスによっても、酸化剤熱交換器２３や、蒸発器３５、加熱器３６、改質器３７などが加熱される。そして、燃料電池１０の温度が発電可能な温度まで上昇すると、燃料電池システム１００の起動処理が完了する。
【００３７】
燃料電池システム１００の起動処理が完了すると、コントローラ５０は、燃料電池１０への燃料ガス及び酸化剤ガスの双方の供給流量がそれぞれ所定の目標値となるよう、コンプレッサ２２及びインジェクタ３４の動作を制御する。所定の目標値は、例えば、燃料電池１０の負荷の大きさに応じて設定される。
【００３８】
図２は、本実施形態における触媒燃焼装置４５を始動させる触媒燃焼システム１０１の基本構成を示す図である。なお、触媒燃焼システム１０１は、燃料電池システム１００の一部である。
【００３９】
触媒燃焼装置４５は、原燃料を燃やすための触媒４５１と、触媒４５１に供給される原燃料を加熱する加熱器４５２と、を備える。
【００４０】
触媒４５１は、酸化剤ガスを用いて原燃料が気化した原燃料ガスを燃焼させる燃焼触媒である。触媒４５１の上流側端面と加熱器４５２の下流側端面とが接触するように並んで配置されている。触媒４５１は、担体としてのハニカム構造体の表面に触媒材料が担時された部材である。ハニカム構造体は金属製の円筒状部材として構成されており、ハニカム構造体に担持される触媒材料には白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などが用いられる。
【００４１】
加熱器４５２は、触媒４５１に噴射された原燃料を気化する電気ヒータであり、例えば、触媒４５１の温度が原燃料を燃焼可能な温度よりも低い状況で使用される。このため、触媒燃焼装置４５の本体温度が十分に高い自立運転状態では、加熱器４５２は使用されない。
【００４２】
加熱器４５２は、本体としてのハニカム構造体と、ハニカム構造体の外周に設けられる電極部とから構成されている。ハニカム構造体は、金属製の円筒状部材として構成されており、触媒燃焼装置４５内に固定されている。電極部４５２Ａは、触媒燃焼装置４５の内部から外側に露出するように設けられており、この電極部４５２Ａに通電することでハニカム構造体が加熱される。
【００４３】
コントローラ５０は、触媒燃焼装置４５を始動するときに、不図示のバッテリ等の電源から加熱器４５２に通電することで加熱器４５２に電力を供給する。
【００４４】
一般的に、加熱器４５２に電力が供給されている場合、すなわち加熱器４５２で触媒４５１を加熱している状態では、自立運転時での噴射量の原燃料を十分に燃焼できる運転温度に触媒４５１の温度が到達するまではインジェクタ４２の噴射を停止する。このような待ち時間を設けてしまうと、加熱器４５２の通電を開始してから触媒４５１で原燃料が燃焼するまでに要する時間、すなわち触媒燃焼装置４５の始動に要する時間が長くなってしまう。
【００４５】
一方、加熱器４５２で触媒４５１を加熱している状態で、インジェクタ３４から触媒燃焼装置４５に原燃料が噴射されると、その原燃料の気化潜熱により触媒４５１の温度が低下し、燃焼反応が起こらなくなってしまう。このような状況では、触媒燃焼装置４５内の底部に液体の原燃料が滞留し、滞留した原燃料が触媒４５１に接触すると、その部分については、原燃料の濃度が過剰に高くなるため、触媒４５１が劣化してしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態のコントローラ５０は、触媒燃焼装置４５を起動（始動）するために、加熱器４５２に電力が供給されている状態では、インジェクタ３４から触媒燃焼装置４５に原燃料が噴射される噴射量を加熱器４５２の出力に応じて制限する。
【００４７】
図３は、加熱器４５２の出力とインジェクタ３４の噴射量との関係を説明するための図である。
【００４８】
加熱器４５２の出力は、加熱器４５２から放射される熱量を電力［Ｗ］に換算した値であり、加熱器４５２に供給される電力とほぼ同等である。
【００４９】
インジェクタ４２の噴射量は、インジェクタ４２の噴射周期［ｍｓｅｃ］により調節される。本実施形態では、インジェクタ４２における一回の噴射量が固定されており、噴射周期［ｍｓｅｃ］が短くなるほど、インジェクタ４２からの噴射量が増加する。
【００５０】
上限線４５３は、触媒４５１の温度が低下するのを回避するよう定められており、加熱器４５２の出力に対してインジェクタ４２から原燃料を噴射可能な噴射量の上限値を示す。上限線４５３は、加熱器４５２の出力である熱エネルギーが、インジェクタ４２から噴射される原燃料の気化潜熱（エネルギー）を上回るように設定されている。
【００５１】
本実施形態のコントローラ５０は、図３に示した関係に示すマップを保持する。そしてコントローラ５０は、加熱器４５２に電力が供給されると、上記マップを参照し、インジェクタ４２の噴射量が上限線４５３を超えない範囲において加熱器４５２の出力が大きくなるほど、インジェクタ４２の噴射量を増やす。
【００５２】
このように、コントローラ５０は、加熱器４５２に電力が供給されている場合には、触媒燃焼装置４５における原燃料の気化潜熱が加熱器４５２の出力以下となるよう原燃料の噴射量を制限する。
【００５３】
図４は、本実施形態における触媒燃焼装置４５の制御方法の処理手順例を示すフローチャートである。この制御方法の処理手順は、所定の周期、例えば数百ｍｓｅｃ（ミリセカンド）で繰り返し実行される。
【００５４】
ステップＳ１においてコントローラ５０は、酸化剤ガスを触媒燃焼装置４５に供給する。本実施形態では、コントローラ５０が、触媒燃焼装置４５を起動するために、コンプレッサ２２を駆動する。これにより、燃料電池１０を介して触媒燃焼装置４５に酸化剤ガスを含む空気が供給される。
【００５５】
ステップＳ２においてコントローラ５０は、触媒燃焼装置４５内の加熱器４５２に電力を供給する。本実施形態では、コントローラ５０が、触媒燃焼装置４５内の触媒４５１の温度として温度センサ５３の検出値が所定の燃焼閾値を下回るか否かを判断し、触媒４５１の温度が燃焼閾値を下回る場合には、不図示の電源から加熱器４５２に通電する。
【００５６】
上述の燃焼閾値は、触媒４５１において原燃料ガスが燃焼可能な温度に基づいて設定される。本実施形態の燃焼閾値は、触媒４５１の燃焼反応可能な温度の下限値に設定されている。
【００５７】
ステップＳ３においてコントローラ５０は、加熱器４５２の出力に応じて、インジェクタ３４から原燃料が噴射される噴射量を設定する。本実施形態では、コントローラ５０が、加熱器４５２への供給電力を検出するセンサの検出値に応じて、インジェクタ３４の噴射周期を変更する。
【００５８】
加熱器４５２の供給電力を検出するセンサとしては、加熱器４５２の供給電流を検出する電流センサと、加熱器４５２の供給電圧を検出する電圧センサとのうち少なくとも一つが用いられる。
【００５９】
例えば、コントローラ５０は、図３に示したように、加熱器４５２の供給電力が大きくなるほど、インジェクタ４２による原燃料の噴射量が上限線４５３を超えないようインジェクタ４２の噴射周期を短くする。これにより、加熱器４５２への供給電力が大きくなるほど、改質器３９での原燃料の気化潜熱によって触媒４５１の温度が低下しない範囲で、インジェクタ３４の噴射量を増やすことができる。
【００６０】
ステップＳ４においてコントローラ５０は、ステップＳ３で設定された噴射量に従って、触媒燃焼装置４５に原燃料を噴射する。本実施形態では、コントローラ５０が、加熱器４５２の供給電力に応じた噴射周期で、インジェクタ４２から触媒燃焼装置４５に原燃料を噴射する。
【００６１】
ステップＳ４の処理が終了すると、触媒燃焼装置４５の制御方法についての一連の処理手順が終了する。
【００６２】
本発明の第１実施形態によれば、図２に示したように、触媒燃焼装置４５は、原燃料を燃やすための触媒４５１と、触媒４５１に供給される原燃料を加熱可能な加熱器４５２と、を有する。この触媒燃焼装置４５を駆動する触媒燃焼システム１０１は、酸化剤ガスを触媒燃焼装置４５に供給するアクチュエータとしてのコンプレッサ２２と、触媒燃焼装置４５に原燃料を噴射する噴射器としてのインジェクタ４２と、を含む。さらに触媒燃焼システム１０１は、加熱器４５２の出力に応じて原燃料が触媒燃焼装置４５に噴射される噴射量を制御するコントローラ５０を備える。
【００６３】
そして、触媒燃焼装置４５の制御方法では、図４に示したように、コントローラ５０が、酸化剤ガスを触媒燃焼装置４５に供給するステップＳ１の処理を実行し、インジェクタ４２から触媒燃焼装置４５に原燃料を噴射する噴射ステップの処理を実行する。この噴射ステップにおいてコントローラ５０は、加熱器４５２に電力を供給するステップＳ２の処理を実行し、加熱器４５２の出力に応じてインジェクタ４２の噴射量を設定するステップＳ３の処理を実行する。
【００６４】
このように、加熱器４５２に電力が供給される場合、例えば触媒燃焼装置４５を起動する場面では、加熱器４５２の出力に応じてインジェクタ３４の噴射量を制限することが可能となる。これにより、触媒燃焼装置４５の温度が低下するのを抑制することができる。したがって、触媒燃焼装置４５の温度が触媒４５１での燃焼反応に適した運転温度に達するまで原燃料の噴射を待機する必要がないため、触媒燃焼装置４５を早期に起動することができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、コントローラ５０は、原燃料として水を含む液体燃料をインジェクタ３４から噴射する。このように原燃料として液体燃料が用いられる場合は、触媒燃焼装置４５の温度が原燃料の気化潜熱により低下すると、原燃料が気化することなく触媒燃焼装置４５内の底部に滞留する。そして滞留した原燃料が触媒４５１に浸ると、その部分は濃度が過剰に高くなるので劣化してしまう。
【００６６】
これに対して本実施形態のコントローラ５０は、加熱器４５２の出力に応じてインジェクタ３４の噴射量を制限するので、触媒燃焼装置４５の温度低下を抑制することができる。したがって、触媒燃焼装置４５内の底部に原燃料が滞留しにくくなるので、触媒４５１が劣化するのを抑制しつつ、触媒燃焼装置４５を起動する際に触媒４５１で燃料ガスを早期に生成することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態として燃料電池システム１００に適用した触媒燃焼装置４５の動作について説明する。
【００６８】
図５は、本実施形態における燃料電池システム１００の起動方法の処理手順例を示すフローチャートである。この制御方法の処理手順は、所定の周期、例えば数百ｍｓｅｃ（ミリセカンド）で繰り返し実行される。
【００６９】
ステップＳ１１においてコントローラ５０は、燃料電池システム１００の起動指令を受ける。例えば、利用者のボタン操作や、燃料電池１０の負荷からの要求電力などにより燃料電池システム１００の起動指令が発行される。
【００７０】
ステップＳ１２においてコントローラ５０は、コンプレッサ２２を駆動することにより、燃料電池１０を介して触媒燃焼装置４５に空気を供給する。
【００７１】
ステップＳ１３においてコントローラ５０は、触媒燃焼装置４５内の加熱器４５２に通電する。本実施形態では、コントローラ５０は、触媒燃焼装置４５を起動するために、加熱器４５２の出力を上限値に設定する。
【００７２】
ステップＳ１４においてコントローラ５０は、温度センサ５１を用いて触媒燃焼装置４５内の触媒４５１の温度（触媒温度）を検出する。なお、温度センサ５１に代えて温度センサ５２又は温度センサ５３が用いられてもよい。
【００７３】
ステップＳ１５においてコントローラ５０は、触媒４５１の温度が燃焼閾値Ｔｈ以上であるか否かを判断する。燃焼閾値Ｔｈは、本実施形態では、触媒４５１において原燃料を燃焼可能な温度の下限値に設定されている。そして触媒４５１の温度が燃焼閾値Ｔｈを下回る場合には、コントローラ５０は、触媒４５１の温度が燃焼閾値Ｔｈに到達するまで待機する。
【００７４】
ステップＳ１６においてコントローラ５０は、触媒４５１の温度が燃焼閾値Ｔｈまで上昇した場合には、インジェクタ４２の噴射量を所定の値に設定し、設定した値に従ってインジェクタ４２から触媒燃焼装置４５に原燃料を噴射する。
【００７５】
上述の所定の値は、触媒燃焼装置４５に噴射される原燃料の気化潜熱が加熱器４５２の出力以下となる原燃料の噴射量である。本実施形態では、コントローラ５０は、図３に示した上限線４５３に従って、加熱器４５２の出力の上限値に対応する噴射量の上限値をインジェクタ４２の噴射量として設定する。
【００７６】
ステップＳ１７においてコントローラ５０は、加熱器４５２に電力が供給されている状態において触媒４５１の温度が上昇したか否かを判断する。例えば、コントローラ５０は、触媒４５１の温度又はその移動平均値について、今回値が前回値を上回った場合に、触媒４５１の温度が上昇したと判断する。あるいは、コントローラ５０は、インジェクタ４２が噴射を開始した時点における触媒４５１の温度と現在の触媒４５１の温度との温度差が所定の閾値を上回ったときに、触媒４５１の温度が上昇したと判断するようにしてもよい。触媒４５１の温度が上昇していないと判断した場合には、コントローラ５０は、ステップＳ１５の処理に戻る。
【００７７】
ステップＳ１８においてコントローラ５０は、触媒４５１の温度が上昇したと判断した場合には、触媒燃焼装置４５において原燃料の燃焼によって生じる燃焼エネルギーに応じて、インジェクタ４２の噴射量を増加させる。具体的には、コントローラ５０は、増量分における原燃料の気化潜熱が増量前の原燃料の燃焼エネルギー以下となるようにインジェクタ４２の噴射量を増やす。
【００７８】
ステップＳ１９においてコントローラ５０は、触媒４５１の温度が低下したか否かを判断する。例えば、コントローラ５０は、触媒４５１の温度又はその移動平均値について、今回値が前回値を下回った場合に、触媒４５１の温度が低下したと判断する。あるいは、コントローラ５０は、増量後の触媒４５１の温度が増量前の触媒４５１の温度を下回った場合には、触媒４５１の温度が低下したと判断するようにしてもよい。
【００７９】
ステップＳ２０においてコントローラ５０は、触媒４５１の温度が低下したと判断した場合には、触媒４５１の温度が上昇するようインジェクタ４２の噴射量を減少させる。例えば、コントローラ５０は、インジェクタ４２の噴射量をステップＳ１６で設定した値に戻す。そしてコントローラ５０は、ステップＳ１７の処理に戻る。
【００８０】
ステップＳ１９で触媒４５１の温度が低下していないと判断した場合には、コントローラ５０は、燃料電池１０の温度を発電可能な温度まで上昇させる暖機処理を実行し、その暖機処理が完了すると、燃料電池システム１００の起動方法を終了する。
【００８１】
本発明の第２実施形態によれば、コントローラ５０は、触媒燃焼装置４５の温度が所定の閾値を上回る場合には、触媒燃焼装置４５での原燃料の気化潜熱が加熱器４５２の出力以下となるようインジェクタ４２の噴射量を制限するステップＳ１６の処理を実行する。
【００８２】
これにより、触媒４５１の温度が、触媒４５１で原燃料ガスが燃焼可能な温度まで上昇する前に、触媒燃焼装置４５に原燃料が噴射されることを回避することができる。したがって、触媒燃焼装置４５内の底部に原燃料が滞留するのを抑制することができ、触媒４５１の劣化を抑制することができる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、コントローラ５０は、加熱器４５２に電力が供給される場合において、原燃料の噴射が開始された後に触媒燃焼装置４５の温度が上昇するときに、インジェクタ４２の噴射量を増やすステップＳ１８の処理を実行する。これにより、触媒燃焼装置４５の温度低下を抑制しつつ、インジェクタ４２の噴射量を増加させることができる。
【００８４】
また、本実施形態によれば、コントローラ５０は、増量前における原燃料の燃焼エネルギーに対して噴射量の増量分における原燃料の気化潜熱が下回るようにインジェクタ４２の噴射量を増やす。これにより、インジェクタ４２の噴射量を増やしつつ、触媒燃焼装置４５の温度が低下するのを回避することができる。
【００８５】
また、本実施形態によれば、コントローラ５０は、インジェクタ４２の噴射量が増やされた場合において、触媒４５１の温度が低下したときに、インジェクタ４２の噴射量を減らすステップＳ２０の処理を実行する。これにより、迅速に触媒燃焼装置４５の温度低下を抑制することができ、触媒４５１の劣化を回避することができる。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上述の実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８７】
例えば、上記実施形態では、燃料電池システム１００に蒸発器３５が備えられているが、蒸発器３５を省略して加熱器３６により代用してもよい。
【００８８】
なお、上述の実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【図１】
2019229994.tif 000003
【図２】
2019229994.tif 000004
【図３】
2019229994.tif 000005
【図４】
2019229994.tif 000006
【図５】
2019229994.tif 000007
【国際調査報告】
2019229994.tif 000008
2019229994.tif 000009
2019229994.tif 000010
2019229994.tif 000011