JP5418960B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質型燃料電池に係わり、特に、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池に関する。
固体電解質型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
このＳＯＦＣにおいては、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸素イオンと燃料との反応によって水蒸気又は二酸化炭素を生成し、電気エネルギー及び熱エネルギーが発生する。電気エネルギーは、ＳＯＦＣ外部に取り出されて、各種電気的用途に使用される。一方、熱エネルギーは、燃料、ＳＯＦＣ及び酸化剤等に伝達され、これらの温度上昇に使用される。
従来のＳＯＦＣにおいては、運転中に燃料ガスの供給系統のマイコンメータが異常を検知したり、地震等に伴う異常が発生した際、或いは補機類のメンテナンスなどを行う際には、運転を一時的に停止させる必要がある。そして、これらの異常などの一時的な要因が解消した後、或いは、メンテナンスが終了した後には、安定した発電に向けて、できるだけ短い時間での迅速な運転の再起動が要求される。
そこで、燃料電池システムにおける運転の再起動の迅速化を図るために、従来のＳＯＦＣにおいては、例えば、特許文献１に記載されているように、燃料電池システムの所定の制御処理中に再起動要求がなされた場合には、燃料電池システムの停止処理ルーチンをすべて実行した後に最初の起動処理ルーチンから起動処理を実行するのではなく、起動処理を再起動要求がなされた時点の制御処理と同条件の時点に移行して実行するようにしたものが提案されている。
一方、例えば、特許文献２に記載されている従来のＳＯＦＣでは、燃料電池セルスタックを収容している収容容器内に配置することによって熱効率を高めると共に、余剰ガスを収容容器内で燃焼させることによって従来よりも高温の燃焼ガスで加熱でき、低負荷運転時にも水蒸気改質に必要な熱量を得ることができるものが提案されている。この従来のＳＯＦＣにおいては、迅速な起動を行うために、起動時に燃料改質器の温度が部分酸化反応開始温度未満の場合には燃焼ガスによる燃焼熱によって燃料改質器を加熱する加熱運転を行い、燃料改質器の温度が部分酸化反応開始温度以上で水蒸気改質可能温度未満の温度帯域内の温度まで上昇すると、部分酸化反応の反応熱と燃焼ガスによる燃焼熱によって燃料改質器を加熱して部分酸化改質反応（以下「ＰＯＸ」と呼ぶ）を行うようになっている。さらに、燃料改質器の温度が水蒸気改質可能温度以上で定常温度未満の温度帯域まで上昇すると、部分酸化反応の反応熱と燃焼ガスによる燃焼熱と水蒸気改質反応の吸熱を制御して燃料改質器を加熱し、部分酸化改質と水蒸気改質とを併用したオートサーマル改質反応（以下「ＡＴＲ」と呼ぶ）を行い、燃料改質器の温度が定常状態になると、燃焼ガスによる燃焼熱により燃料改質器を加熱し、水蒸気改質反応（以下「ＳＲ」と呼ぶ）を行うようになっている。すなわち、このような従来のＳＯＦＣにおいては、起動時の燃料改質器の温度上昇に伴ってＰＯＸ、ＡＴＲ、ＳＲという順序を踏まえて燃料の改質を行いながら起動を実行するため、安定した迅速な起動ができるようになっている。
特開２００６−２６９１９６号公報 特開２００４−３１９４２０号公報
しかしながら、上述した特許文献１及び特許文献２のＳＯＦＣにおいては、運転の再起動時には、停止中の燃料電池セルやスタックに残存している余熱も考慮すると燃料電池セルやスタックの一部が高温状態になっていることが少なくない。
これに関し、本発明者らは、このような燃料電池セルやスタックが高温状態にあるときに、特にＰＯＸによって再起動を行うとセルに大きな負担を与えてしまうという重要な新たな課題を見出した。
より具体的には、制御上の改質器温度はＰＯＸ運転が可能な状態に見えても、停止運転制御中からの再起動では燃料電池セルやスタックの一部が高温状態となっていることがあるため、燃料改質器の温度が部分酸化反応開始温度以上で水蒸気改質可能温度未満の温度帯域内にあるとしてＰＯＸを行ってしまうと、ＰＯＸは空気を投入して部分酸化を伴う発熱反応であるため、セルに酸化影響を与えたり、異常な高温状態になることがあり、これがセル自身の耐久性や発電能力を除々に低下させてしまうという重要な課題を見出した。この課題を解決し、さらに再起動に要する時間をも大幅に短縮させることをも実現すべくなされたものである。
一方、上述した特許文献１及び特許文献２においては、再起動の更なる迅速化を図るために通常起動時であればＡＴＲの運転を行う温度帯域であるとしてもＡＴＲをスキップしてＳＲを実行するという思想について何ら開示も示唆もされておらず、上述した新たな課題を解決するものではない。
そこで、本発明は、上述した新たな課題を解決するためになされたものであり、高温からの温度低下を伴った停止時にあっては、通常起動時のＡＴＲをスキップさせる代わりに、ＳＲによる再起動を実行することにより、安定した温度回復ならびに起動時間の短縮を図ることができる固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型の燃料電池モジュール内に配置された固体電解質型の燃料電池セルと、上記燃料電池モジュール内に配置され、燃料ガスを改質して上記燃料電池セルに供給する改質器であって、所定の温度帯域に応じて燃料ガスと酸化剤ガスを化学反応させることにより燃料ガスを部分酸化改質する改質反応であるＰＯＸ、及び、燃料ガスと水蒸気を化学反応させることにより燃料ガスを水蒸気改質する改質反応であるＳＲ、及び、上記ＰＯＸと上記ＳＲとを併用させることにより燃料ガスをオートサーマル改質する改質反応であるＡＴＲのいずれかの改質反応によって燃料ガスを水素に改質する上記改質器と、上記改質器による改質状態を変更するためのモジュール内の温度を検出するための、上記改質器と上記燃料電池セルの温度を検出する改質状態温度検出手段と、上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記燃料電池モジュールの運転の起動を制御する起動制御手段と、上記燃料電池モジュールの運転の停止を制御する停止制御手段と、を備え、上記起動制御手段は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質状態温度検出手段が検出した上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸが開始するＰＯＸ開始温度よりも低い場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼熱のみによって上記改質器を昇温させる燃焼運転を実行し、上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸ開始温度以上であり且つ上記水蒸気改質が可能な温度未満のＰＯＸ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＰＯＸを実行し、上記モジュール内の温度が上記水蒸気改質が可能な温度以上であり且つ所定の定常温度未満のＡＴＲ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＡＴＲを実行し、上記モジュール内の温度が上記所定の定常温度以上である場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＳＲを実行し、上記起動制御手段は、更に、上記燃料電池モジュールが高温状態からの停止に伴って上記停止制御手段による停止処理が実行され、上記ＡＴＲ温度帯域内で運転の再起動が実行された場合には、上記モジュール内の温度が上記通常起動時のＡＴＲ温度帯域内の所定温度未満である場合にはＡＴＲによる再起動制御を実行し、上記ＡＴＲ温度帯域内の所定温度以上である場合には、通常起動時のＡＴＲをスキップして上記ＳＲによる再起動制御を実行することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、停止制御手段によって燃料電池モジュールの運転の停止が実行されている状態でＡＴＲ温度帯域内で運転の再起動が行われた際には、通常起動時のＳＲをスキップして燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用したＳＲの実行による再起動を行うように構成されている。この結果、通常起動時のＡＴＲを行わないことによって、見かけ上の温度が低くても大きな余熱を持つことに起因して発生する燃料電池セルに酸化の影響を与えることを防止でき、セルの耐久性を向上させることができる。また、燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用した再起動制御を実行するように工夫したことにより、起動時間を大幅に短縮することができる。また、燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用した再起動制御を実行するように工夫したことにより、起動時間を大幅に短縮することができる。さらに、起動からの失火に基づいて再起動を行った場合には、モジュール内の温度が通常起動時のＡＴＲ温度帯域内にあっても、セルや改質器の余熱を利用できる可能性が低いため、通常起動時のＡＴＲとは異なる再起動制御を禁止することにより燃料電池セルへのダメージを抑制することができる。また、ＡＴＲ温度帯域内の所定温度未満では比較的温度が低いためＡＴＲを実行することで、外気等が低い条件下では、多くの水の供給及び吸熱反応だけとなるＳＲを実行することで急激な温度低下を招いてしまうことが生じるがこれを確実に防止して最適な状態で安定した温度の回復を図ることができる。
また、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型の燃料電池モジュール内に配置された固体電解質型の燃料電池セルと、上記燃料電池モジュール内に配置され、燃料ガスを改質して上記燃料電池セルに供給する改質器であって、所定の温度帯域に応じて燃料ガスと酸化剤ガスを化学反応させることにより燃料ガスを部分酸化改質する改質反応であるＰＯＸ、及び、燃料ガスと水蒸気を化学反応させることにより燃料ガスを水蒸気改質する改質反応であるＳＲ、及び、上記ＰＯＸと上記ＳＲとを併用させることにより燃料ガスをオートサーマル改質する改質反応であるＡＴＲのいずれかの改質反応によって燃料ガスを水素に改質する上記改質器と、上記改質器による改質状態を変更するためのモジュール内の温度を検出するための、上記改質器と上記燃料電池セルの温度を検出する改質状態温度検出手段と、上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記燃料電池モジュールの運転の起動を制御する起動制御手段と、上記燃料電池モジュールの運転の停止を制御する停止制御手段と、を備え、上記起動制御手段は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質状態温度検出手段が検出した上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸが開始するＰＯＸ開始温度よりも低い場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼熱のみによって上記改質器を昇温させる燃焼運転を実行し、上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸ開始温度以上であり且つ上記水蒸気改質が可能な温度未満のＰＯＸ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＰＯＸを実行し、上記モジュール内の温度が上記水蒸気改質が可能な温度以上であり且つ所定の定常温度未満のＡＴＲ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＡＴＲを実行し、上記モジュール内の温度が上記所定の定常温度以上である場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＳＲを実行し、上記起動制御手段は、更に、上記燃料電池モジュールが高温状態からの停止に伴って上記停止制御手段による停止処理が実行され、上記ＡＴＲ温度帯域内で運転の再起動が実行された場合には、上記改質器の温度をＴｒとし、上記燃料電池セルの温度をＴｓとしたとき、２００℃≦Ｔｒ＜６００℃で、且つＴｓ＜５００℃である場合には、ＡＴＲによる再起動制御を実行し、６００℃≦Ｔｒ＜６５０℃で、且つ５００℃≦Ｔｓ＜６００℃である場合には、通常起動時のＡＴＲをスキップして上記ＳＲによる再起動制御を実行することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、停止制御手段によって燃料電池モジュールの運転の停止が実行されている状態でＡＴＲ温度帯域内で運転の再起動が行われた際には、通常起動時のＳＲをスキップして燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用したＳＲの実行による再起動を行うように構成されている。この結果、通常起動時のＡＴＲを行わないことによって、見かけ上の温度が低くても大きな余熱を持つことに起因して発生する燃料電池セルに酸化の影響を与えることを防止でき、セルの耐久性を向上させることができる。また、燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用した再起動制御を実行するように工夫したことにより、起動時間を大幅に短縮することができる。また、燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用した再起動制御を実行するように工夫したことにより、起動時間を大幅に短縮することができる。さらに、起動からの失火に基づいて再起動を行った場合には、モジュール内の温度が通常起動時のＡＴＲ温度帯域内にあっても、セルや改質器の余熱を利用できる可能性が低いため、通常起動時のＡＴＲとは異なる再起動制御を禁止することにより燃料電池セルへのダメージを抑制することができる。また、ＡＴＲ温度帯域内の所定温度未満では比較的温度が低いためＡＴＲを実行することで、外気等が低い条件下では、多くの水の供給及び吸熱反応だけとなるＳＲを実行することで急激な温度低下を招いてしまうことが生じるがこれを確実に防止して最適な状態で安定した温度の回復を図ることができる。
本発明において、好ましくは、上記再起動制御で行われるＳＲは、上記通常起動時のＳＲよりも燃料ガスの供給量を多くするように構成されている。
このように構成された本発明においては、通常起動時のＳＲよりも燃料ガスの供給量を多くしたＳＲによる再起動制御を実行することにより、燃焼温度を高く保ったＳＲの実行によって比較的低い温度帯域での吸熱反応だけのＳＲであっても改質器等の温度降下を抑制し、迅速な温度回復を図ることができる。
本発明において、好ましくは、上記再起動制御で行われるＳＲは、上記通常起動時のＳＲより水の供給量を少なくするように構成されている。
このように構成された本発明においては、通常起動時のＳＲよりも水の供給量を少なくしたＳＲによる再起動制御を実行することにより、改質器の急激な温度低下及び、急激な吸熱反応による更なる温度低下という悪いスパイラル状態に一気に落ち込むことを抑制することができ、迅速で安定した昇温を図ることができる。
本発明において、好ましくは、上記再起動制御で行われるＳＲは、上記モジュール内の温度が予め決定された所定温度以上上昇した時点で通常起動時のＳＲに変更される。
このように構成された本発明においては、再起動制御で行われるＳＲにおいて、モジュール内の温度の期待された温度上昇が図れた時点で通常起動時のＳＲに変更され、積極的なＳＲを実行するため、改質器温度の急低下を抑えつつ、安定した昇温を図ることができる。
本発明において、好ましくは、上記再起動制御は、予め決定された燃料ガスの供給量及び水の供給量を変更させることなく一定量を維持してＳＲによる再起動を実行する。
このように構成された本発明においては、予め決定された燃料ガスの量、及び、水の供給量を変更させることなく一定量を維持したＳＲによる再起動を実行することにより、ＳＲ運転には温度が低い不安定な温度帯域中であっても、改質状態を変化させる要因を防止するようにしたことで改質器等の温度回復を迅速で安定的に行うことができる。
本発明において、好ましくは、更に、純水を生成して上記改質器に供給する水供給手段を有し、この水供給手段は、上記改質器に水を導入する水配管と、この水配管を保温する保温手段と、を備えている。
このように構成された本発明においては、水供給手段の保温手段が水配管を保温することにより、再起動時に水供給手段の水配管から改質器に供給される水の温度を高く維持することができるため、再起動時のＳＲにおける水の供給に伴う改質器やセルの温度低下を抑制することができる。
本発明において、好ましくは、更に、複数の燃料電池セルを備えたセル集合体の下部を支持すると共に燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼によって生成された排気ガスが排出される排気ガス室を形成するセル集合体支持手段を有し、上記保温手段は、上記水配管を上記排気ガス室内に経由させるように配置することにより、改質器に供給される水の温度低下を抑制するように構成されている。
このように構成された本発明においては、セル集合体支持手段の排気ガス室内における排気ガスの熱を利用し、再起動時に水供給手段の水配管から改質器に供給される水の温度を高く維持することができるため、再起動時のＳＲにおける水の供給に伴う改質器やセルの温度低下を抑制することができ、比較的低い温度帯域でもＳＲによる再起動を確実に行うことが可能となる。
本発明において、好ましくは、更に、上記セル集合体を収容するハウジング部材を備え、このハウジング部材を形成する対向する一対の側面には上記排気ガス室に連通する排気ガス通路が配置され、他の側面には、上記水配管の通路が配置されている。
このように構成された本発明においては、水配管をハウジングに対して排気ガス通路と分離させたためハウジングからの熱交換を他の側面では水のみとできるため、再起動時に水供給手段の水配管から改質器に供給される水の温度を高く維持することができる。よって、再起動時のＳＲにおける水の供給に伴う改質器等の温度低下を抑制することができる。
本発明の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）によれば、高温状態からの停止時における再起動時にあっては、通常起動時のＡＴＲをスキップさせる代わりに、ＳＲによる再起動を実行することにより、再起動時に余熱を積極的に利用した運転の実行により再起動時の起動時間を大幅に短縮することができる。
本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。 図２のIII-III線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の通常起動時と再起動時の動作の各運転状態における燃料流量、改質用空気流量、発電用空気流量、水流量、及び、改質器及びスタックの移行温度条件を示すデータテーブルである。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の通常起動時と再起動時の動作の各運転状態における燃料流量、改質用空気流量、発電用空気流量、水流量、及び、改質器及びスタックの移行温度条件を示すデータテーブルである。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）において再起動を行うための再起動制御フローの第１例を示すフローチャートである。 図１０に示す本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第１例に基づいて再起動を実行した場合の動作を示すタイムチャートについて、通常起動時の動作を示すタイムチャートと比較した図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）において再起動を行うための再起動制御フローの第２例を示すフローチャートである。 図１２に示す本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第２例に基づいて再起動を実行した場合の動作を示すタイムチャートについて、通常起動時の動作を示すタイムチャートと比較した図である。 本発明の他の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。 図１４のＸＶ-ＸＶ線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールのセル集合体支持ユニットを斜め上方から見た斜視図である。
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材（図示せず但し断熱材は必須の構成ではなく、なくても良いものである。）を介して密封空間８が形成されている。なお、断熱材は設けないようにしても良い。この密閉空間８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤（空気）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、１０個の燃料電池セルスタック１４（図５参照）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６（図４参照）から構成されている。このように、燃料電池セル集合体１２は、１６０本の燃料電池セルユニット１６を有し、これらの燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
燃料電池モジュール２の密封空間８の上述した発電室１０の上方には、燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤（空気）とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器２０が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器２０の上方には、燃焼熱を受けて空気を加熱するための空気用熱交換器２２が配置されている。
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）と、改質器２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
次に、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿って断面図である。
図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２のハウジング６内の密閉空間８には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体１２、改質器２０、空気用熱交換器２２が配置されている。
改質器２０は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管６０と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管６２が取り付けられ、また、改質器２０の内部には、上流側から順に、蒸発部２０ａと改質部２０ｂを形成され、改質部２０ｂには改質触媒が充填されている。この改質器２０に導入された水蒸気（純水）が混合された燃料ガス及び空気は、改質器２０内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
この改質器２０の下流端側には、燃料ガス供給管６４が接続され、この燃料ガス供給管６４は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内で水平に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、改質された燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。
このマニホールド６６の上方には、上述した燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。
次に、改質器２０の上方には、空気用熱交換器２２が設けられている。この空気用熱交換器２２は、上流側に空気集約室７０、下流側に２つの空気分配室７２を備え、これらの空気集約室７０と空気分配室７２は、６個の空気流路管７４により接続されている。ここで、図３に示すように、３個の空気流路管７４が一組（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ）となっており、空気集約室７０内の空気が各組の空気流路管７４からそれぞれの空気分配室７２へ流入する。
空気用熱交換器２２の６個の空気流路管７４内を流れる空気は、燃焼室１８で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室７２のそれぞれには、空気導入管７６が接続され、この空気導入管７６は、下方に延び、その下端側が、発電室１０の下方空間に連通し、発電室１０に余熱された空気を導入する。
次に、マニホールド６６の下方には、排気ガス室７８が形成されている。また、図３に示すように、ハウジング６の長手方向に沿った面である前面６ａと後面６ｂの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路８０が形成され、この排気ガス通路８０の上端側は、空気用熱交換器２２が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室７８と連通している。また、排気ガス室７８の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管８２が接続され、この排気ガス排出管８２の下流端は、図１に示す上述した温水製造装置５０に接続されている。
図２に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
次に図４により燃料電池セルユニット１６について説明する。図４は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図４に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
燃料電池セル１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
次に図５により燃料電池セルスタック１４について説明する。図５は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図５に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板６８及び上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴６８ａ及び１００ａがそれぞれ形成されている。
さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとにより一体的に形成されている。空気極用接続部１０２ｂは、外側電極層９２の表面を上下方向に延びる鉛直部１０２ｃと、この鉛直部１０２ｃから外側電極層９２の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部１０２ｄとから形成されている。また、燃料極用接続部１０２ａは、空気極用接続部１０２ｂの鉛直部１０２ｃから燃料電池セルユニット１６の上下方向に位置する内側電極端子８６に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。
さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図５では左端の奥側及び手前側）に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４（図示せず）に接続され、上述したように、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
次に図６により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）に取り付けられたセンサ類等について説明する。図６は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。
図６に示すように、固体電解質型燃料電池１は、制御部１１０を備え、この制御部１１０には、使用者が操作するための「ＯＮ」や「ＯＦＦ」等の操作ボタンを備えた操作装置１１２、発電出力値（ワット数）等の種々のデータを表示するための表示装置１１４、及び、異常状態のとき等に警報（ワーニング）を発する報知装置１１６が接続されている。なお、この報知装置１１６は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
次に、制御部１１０には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ１２０は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４に取り付けられている。
ＣＯ検出センサ１２２は、本来排気ガス通路８０等を経て外部に排出される排気ガス中のＣＯが、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４を覆う外部ハウジング（図示せず）へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ１２４は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
電力状態検出センサ１２６は、インバータ５４及び分電盤（図示せず）の電流及び電圧等を検知するためのものである。
発電用空気流量検出センサ１２８は、発電室１０に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ１３０は、改質器２０に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ１３２は、改質器２０に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
水流量センサ１３４は、改質器２０に供給される純水（水蒸気）の流量を検出するためのものである。
水位センサ１３６は、純水タンク２６の水位を検出するためのものである。
圧力センサ１３８は、改質器２０の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ１４０は、温水製造装置５０に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
発電室温度センサ１４２は、図３に示すように、燃料電池セル集合体１２の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック１４の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック１４（即ち燃料電池セル８４自体）の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ１４４は、燃焼室１８の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ１４６は、排気ガス室７８の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ１４８は、改質器２０の温度を検出するためのものであり、改質器２０の入口温度と出口温度から改質器２０の温度を算出する。
外気温度センサ１５０は、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
これらのセンサ類からの信号は、制御部１１０に送られ、制御部１１０は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８、改質用空気流量調整ユニット４４、発電用空気流量調整ユニット４５に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
また、制御ユニット１１０は、インバータ５４に、制御信号を送り、電力供給量を制御するようになっている。
次に図７により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）による起動時の動作を説明する。図７は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。
最初は、燃料電池モジュール２を温めるために、無負荷状態で、即ち、燃料電池モジュール２を含む回路を開いた状態で、運転を開始する。このとき、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュール２は発電を行わない。
先ず、改質用空気流量調整ユニット４４から改質用空気を第１ヒータ４６を経由して燃料電池モジュール２の改質器２０へ供給する。また、同時に、発電用空気流量調整ユニット４５から発電用空気を第２ヒータ４８を経由して燃料電池モジュール２の空気用熱交換器２２へ供給し、この発電用空気が、発電室１０及び燃焼室１８に到達する。
この直ぐ後、燃料流量調整ユニット３８からも燃料ガスが供給され、改質用空気が混合された燃料ガスが、改質器２０及び燃料電池セルスタック１４、燃料電池セルユニット１６を通過して、燃焼室１８に到達する。
次に、点火装置８３により着火して、燃焼室１８にある燃料ガスと空気（改質用空気及び発電用空気）とを燃焼させる。この燃料ガスと空気との燃焼により排気ガスが生じ、この排気ガスにより、発電室１０が暖められ、また、排気ガスが燃料電池モジュール２の密封空間８内を上昇する際、改質器２０内の改質用空気を含む燃料ガスを暖めると共に、空気熱交換器２２内の発電用空気も暖める。
このとき、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、改質用空気が混合された燃料ガスが改質器２０に供給されているので、改質器２０において、式（１）に示す部分酸化改質反応ＰＯＸが進行する。この部分酸化改質反応ＰＯＸは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。また、この昇温した燃料ガスが燃料ガス供給管６４により燃料電池セルスタック１４の下方に供給され、これにより、燃料電池セルスタック１４が下方から加熱され、また、燃焼室１８も燃料ガスと空気が燃焼して昇温されているので、燃料電池セルスタック１４は、上方からも加熱され、この結果、燃料電池セルスタック１４は、上下方向において、ほぼ均等に昇温可能となっている。この部分酸化改質反応ＰＯＸが進行しても、燃焼室１８では継続して燃料ガスと空気との燃焼反応が持続される。
ＣmＨn＋ｘＯ2 → aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2 （１）
部分酸化改質反応ＰＯＸの開始後、改質器温度センサ１４８により改質器２０が所定温度（例えば、６００℃）になったことを検知したとき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、燃料ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器２０に供給する。このとき、改質器２０においては、上述した部分酸化改質反応ＰＯＸと後述する水蒸気改質反応ＳＲとが併用されたオートサーマル改質反応ＡＴＲが進行する。このオートサーマル改質反応ＡＴＲは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器２０内では熱的に自立した状態で反応が進行する。即ち、酸素（空気）が多い場合には部分酸化改質反応ＰＯＸによる発熱が支配的となり、水蒸気が多い場合には水蒸気改質反応ＳＲによる吸熱反応が支配的となる。この段階では、既に起動の初期段階は過ぎており、発電室１０内がある程度の温度まで昇温されているので、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を引き起こすことはない。また、オートサーマル改質反応ＡＴＲが進行中も、燃焼室１８では燃焼反応が継続して行われている。
式（２）に示すオートサーマル改質反応ＡＴＲの開始後、改質器温度センサ１４６により改質器２０が所定温度（例えば、７００℃）になったことを検知したとき、改質用空気流量調整ユニット４４による改質用空気の供給を停止すると共に、水流量調整ユニット２８による水蒸気の供給を増加させる。これにより、改質器２０には、空気を含まず燃料ガスと水蒸気のみを含むガスが供給され、改質器２０において、式（３）の水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
ＣmＨn＋ｘＯ2＋ｙＨ2Ｏ → aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2 （２）
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ → aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2 （３）
この水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるので、燃焼室１８からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、燃料電池モジュール２の起動の最終段階であるため、発電室１０内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応が進行しても、発電室１０が大幅な温度低下を招くこともない。また、水蒸気改質反応ＳＲが進行しても、燃焼室１８では継続して燃焼反応が進行する。
このようにして、燃料電池モジュール２は、点火装置８３により点火した後、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲが、順次進行することにより、発電室１０内の温度が徐々に上昇する。次に、発電室１０内及び燃料電池セル８４の温度が燃料電池モジュール２を安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュール２を含む回路を閉じ、燃料電池モジュール２による発電を開始し、それにより、回路に電流が流れる。燃料電池モジュール２の発電により、燃料電池セル８４自体も発熱し、燃料電池セル８４の温度も上昇する。この結果、燃料電池モジュール２を作動させる定格定格温度、例えば、６００℃〜８００℃になる。
この後、定格温度を維持するために、燃料電池セル８４で消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室１８での燃焼を継続させる。なお、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応ＳＲで発電が進行する。
次に、図８により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を説明する。図８は、本実施形態により固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
図８に示すように、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、先ず、燃料流量調整ユニット３８及び水流量調整ユニット２８を操作して、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させる。
また、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させると同時に、改質用空気流量調整ユニット４４による発電用空気の燃料電池モジュール２内への供給量を増大させて、燃料電池セル集合体１２及び改質器２０を空気により冷却し、これらの温度を低下させる。その後、発電室の温度が所定温度、例えば、４００℃まで低下したとき、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給を停止し、改質器２０の水蒸気改質反応ＳＲを終了する。この発電用空気の供給は、改質器２０の温度が所定温度、例えば、２００℃まで低下するまで、継続し、この所定温度となったとき、発電用空気流量調整ユニット４５からの発電用空気の供給を停止する。
このように、本実施形態においては、燃料電池モジュール２の運転停止を行うとき、改質器２０による水蒸気改質反応ＳＲと発電用空気による冷却とを併用しているので、比較的短時間に、燃料電池モジュールの運転を停止させることができる。
次に、図９〜図１３を参照して、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）による再起動時の動作を説明する。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の通常起動時と再起動時の動作の各運転状態における燃料流量、改質用空気流量、発電用空気流量、水流量、及び、改質器及びスタックの移行温度条件を示すデータテーブルである。
まず、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、上述した図７に示す本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作と同一の動作を運転の通常起動時の動作として実行する制御モード（以下「通常起動モード１」）と（図９（Ａ）参照）、この通常起動モード１とは異なる通常起動モードに基づいて運転の通常起動を実行する変形例「通常起動モード２」（図９（Ｂ）参照）を開示している。
また、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、図８に示す本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の停止動作が実行されている状態で運転の起動（いわゆる「再起動」）が要求された場合にこの運転の再起動を実行する例として２つの実施形態からなる再起動制御モード（以下「再起動モード１」及び「再起動モード２」）を開示し、これらの「再起動モード１」及び「再起動モード２」のそれぞれは、対応する再起動制御フローの第１例及び第２例（詳細は後述する）のそれぞれに基づいて実行されるようになっている。
なお、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）における各通常起動モード及び各再起動モードの詳細については後述する。
つぎに、図１０により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第１例を具体的に説明する。図１０は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）において再起動を行うための再起動制御フローの第１例（再起動制御フロー１）を示すフローチャートである。図１０において、Ｓは各ステップを示している。
まず、Ｓ１において、燃料電池モジュール２が停止運転中か否かを判定し、停止運転中である場合には、Ｓ２に進み、再起動を要求するか否かを判定する。
Ｓ２において、再起動を要求すると判定した場合には、Ｓ３に進み、改質器２０による改質状態を変更するための改質状態温度を検出する改質状態温度検出手段の一部である改質器温度センサ１４８により改質器２０の温度（以下「改質器温度Ｔｒ」）を測定した後、Ｓ４に進み、改質器２０による改質状態を変更するための改質状態温度を検出する改質状態温度検出手段の一部である発電室温度センサ１４２により、燃料電池セルスタック１４（即ち燃料電池セル８４自体）の近傍の温度、或いは発電室１０の温度であるスタック温度Ｔｓを測定する。
つぎに、Ｓ５に進み、改質器温度Ｔｒが６００℃以上であるか否かを判定する。
Ｓ５において、改質器温度Ｔｒが６００℃以上でないと判定した場合には、Ｓ６に進み、改質器温度Ｔｒが２００℃未満であるか否かを判定する。
Ｓ６において、改質器温度Ｔｒが２００℃未満でない、すなわち、改質器温度Ｔｒが２００℃以上６００℃未満であると判定した場合には、Ｓ７に進み、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「再起動モード１」による「通常起動ＡＴＲ」を実行する。
一方、Ｓ５において、改質器温度Ｔｒが６００℃以上であると判定した場合には、Ｓ８に進み、改質器温度Ｔｒが６５０℃以上であるか否かを判定する。
Ｓ８において、改質器温度Ｔｒが６５０℃以上でない、すなわち、改質器温度Ｔｒが６００℃以上６５０℃未満であると判定した場合には、Ｓ９に進み、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「再起動モード１」による「再起動ＳＲ」を実行する。
一方、Ｓ８において、改質器温度Ｔｒが６５０℃以上であると判定した場合には、Ｓ１０に進み、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが６００℃以上であるか否かを判定する。
Ｓ１０において、スタック温度Ｔｓが６００℃以上であると判定した場合には、Ｓ１１に進み、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「再起動モード１」による「通常起動ＳＲ」を実行する。一方、Ｓ１０において、スタック温度Ｔｓが６００℃以上でない、すなわち、改質器温度Ｔｒが６００℃以上であるにもかかわらず、スタック温度Ｔｓが６００℃未満であると判定した場合には、Ｓ９に進み、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「再起動モード１」による「再起動ＳＲ」を実行する。
つぎに、Ｓ１において、燃料電池モジュール２が停止運転中か否かを判定し、停止運転中でない場合には、Ｓ１２に進み、起動中における失火に基づく再起動要求があるか否かを判定する。
Ｓ１２において、起動中における失火に基づく再起動であると判定した場合、及び、Ｓ６において、改質器温度Ｔｒが２００℃未満であると判定した場合には、温度センサーの値は見かけ上高くても燃料電池モジュール全てが長時間高温状態になっているわけではないので満遍なく蓄熱されている状況にないことから余熱に基く再起動制御が実行できる状況にはないのでＳ１３に進み、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「通常起動モード１」に基いて再起動を実行する。
つぎに、図９〜図１１を参照しながら、図１０に示す本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第１例に基づいて再起動を実行した場合の動作をより具体的に説明する。
図１１は、図１０に示す本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第１例に基づいて再起動を実行した場合の動作を示すタイムチャートについて、通常起動時の動作を示すタイムチャートと比較した図である。
なお、図１１の上段のタイムチャートは、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「通常起動モード１」を実行した場合における固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の通常起動の動作を示すタイムチャートであり、図１１の下段のタイムチャートは、図９（Ａ）に示すデータテーブル中の「再起動モード１」を実行した場合における固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動の動作を示すタイムチャートである。
また、以下の本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第１例（再起動フロー１）に基づく再起動の動作の説明については、図９（Ａ）に示す「通常起動モード１」と「再起動モード１」に関するデータテーブルのみを参照すると共に、図１１に示す本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の「再起動モード１」による再起動時の動作について、「通常起動モード１」による通常起動時の動作と比較しながら説明する。
まず、図９（Ａ）に示す「通常起動モード１」のデータテーブルの見方について説明する。
図９（Ａ）に示す「通常起動モード１」の「状態」という欄は、上段から下段に向かって時系列順に通常起動時の各運転状態をそれぞれ表したものであり、各運転状態について、「着火時」、「燃焼運転」、「通常起動ＰＯＸ」、「通常起動ＡＴＲ」、「通常起動ＳＲ」と略記して区別している。
ちなみに、図１１における「通常起動モード１」のタイムチャートの横軸である時間ｔについては、「着火時」の時間をｔ１とし、順次「通常起動ＰＯＸ」、「通常起動ＡＴＲ」、及び、「通常起動ＳＲ」へと移行するときの時間をそれぞれｔ２、ｔ３、及び、ｔ４とし、時間ｔにおいて改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度をＴｒ（ｔ）とし、時間ｔにおいて発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度をＴｓ（ｔ）とする。
図９（Ａ）に示す「通常起動モード１」の「着火時」という運転状態は、点火装置８３を点火し、燃料ガスが着火して燃焼を開始した状態であり、この着火時（ｔ＝ｔ１）に改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度を「着火時温度Ｔｒ（ｔ１）」とすると、この着火時温度Ｔｒ（ｔ１）は、ＰＯＸが開始するとき（ｔ＝ｔ２）の改質器２０の温度（以下「ＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ２）」）（＝３００℃）よりも低くなっている。
つぎに、「通常起動モード１」の「燃焼運転」という運転状態は、燃料ガスの着火後に燃焼を開始してから、この燃料ガスの燃焼熱によって改質器２０を加熱して燃焼運転を実行する制御帯域（以下「燃焼運転制御帯域Ｂ１」）で起動を制御しており、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度が着火時温度Ｔｒ（ｔ１）からＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ２）（＝３００℃）未満までの温度帯域Ｗ１で実行されるものである。
つぎに、「通常起動モード１」の「通常起動ＰＯＸ」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）がＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ２）（＝３００℃）以上であり且つＳＲが可能なＳＲ可能温度（以下「ＳＲ可能温度Ｔｒ（ｔ３）」）（＝６００℃）未満までの温度帯域（以下「通常起動ＰＯＸ温度帯域Ｗ２」）内にあるとき（３００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃）、ＰＯＸによる反応熱と燃料ガスの燃焼熱によって改質器２０を加熱してＰＯＸを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ２」）で起動を制御している。
つぎに、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器温度ＴｒがＳＲ可能温度Ｔｒ（ｔ３）（＝６００℃）以上であり且つ所定の定常温度Ｔｒ（ｔ４）（＝６５０℃）未満までの温度帯域（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃）にあり、且つ、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが２５０℃以上６００℃未満までの温度帯域（２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）にある温度帯域（以下「通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３」）において、ＰＯＸによる反応熱と燃料ガスの燃焼熱とＳＲによる吸熱を制御して改質器２０を加熱し、ＡＴＲを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３」）で起動を制御している。
つぎに、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）が６５０℃以上の所定の定常温度Ｔｒ（ｔ４）であり、且つ、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが６００℃以上にあるときにＳＲを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＳＲ制御帯域Ｂ４」）で起動を制御している。
なお、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す「燃料流量」という欄は、補機ユニット４の燃料ガス供給手段である燃料流量調整ユニット３８から改質器２０に供給される燃料ガスの流量［Ｌ／ｍｉｎ］を示している。
また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す「改質用空気流量」という欄は、各運転状態において、補機ユニット４の酸化剤ガス供給手段である改質用空気流量調整ユニット４４から、酸化剤ガス加熱手段である第１ヒータ４６を経て改質器２０に供給される酸化剤ガス（改質用空気）の流量［Ｌ／ｍｉｎ］を示している。
さらに、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す「発電用空気流量」という欄は、各運転状態において、補機ユニット４の発電用空気流量調整ユニット４５から第２ヒータ４８を経て発電室１０に供給される発電用空気の流量［Ｌ／ｍｉｎ］を示している。
また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す「水流量」という欄は、各運転状態において、補機ユニット４の純水を生成して改質器２０に供給する水供給手段である水流量調整ユニット２８から改質器２０に供給される純水の流量［ｃｃ／ｍｉｎ］を示している。
さらに、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す「移行温度条件」の「改質器温度」及び「スタック温度」という欄については、運転状態が次の運転状態に移行する際の改質器２０の温度Ｔｒ及び燃料電池セルスタック１４の温度Ｔｓを示している。
より具体的に説明すると、例えば、「通常起動モード１」の「燃焼運転」の状態欄における「移行温度条件」の「改質器温度」は「３００℃以上」と示されているが、このことは、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）が３００℃以上になると、「燃焼運転」の運転状態が「通常起動ＰＯＸ」の運転状態へ移行されることを意味している。
同様に、「通常起動モード１」の「通常起動ＰＯＸ」の状態欄における「移行温度条件」の「改質器温度」は「６００℃以上」と示されており、「スタック温度」は「２５０℃以上」と示されているが、このことは、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）が６００℃以上になり、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが２５０℃以上になると、「通常起動ＰＯＸ」の運転状態から「通常起動ＡＴＲ」の運転状態へ移行されることを意味している。
つぎに、図９（Ａ）に示す「再起動モード１」のデータテーブルの見方について説明するが、上述した「通常起動モード１」のデータテーブルの見方と基本的には同様であるため、「通常起動モード１」のデータテーブルとの相違点や特徴的な点に着目して説明する。
まず、図９（Ａ）に示す「再起動モード１」の「状態」という欄は、上段から下段に向かって時系列順に再起動時の各運転状態をそれぞれ表したものであり、各運転状態について、「着火時」、「通常起動ＡＴＲ」、「再起動ＳＲ」、「通常起動ＳＲ」と略記している。
ちなみに、図１１における「再起動モード１」のタイムチャートの横軸である時間ｔについては、「着火時」の時間をｔ１１とし、順次「通常起動ＡＴＲ」、「再起動ＳＲ」、及び、「通常起動ＳＲ」へと移行するときの時間をそれぞれｔ１３、ｔ１４ａ、及び、ｔ１４ｂとする。
つぎに、図９（Ａ）に示す「再起動モード１」の「着火時」という運転状態は、燃料電池モジュール２の停止運転中に再起動が要求された場合に、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）が、上述した「通常起動モード１」の通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ２のＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ２）（＝３００℃）よりも低い所定温度Ｔｒ（ｔ１１）（＝２００℃）未満である場合には、「通常起動モード１」に基づく通常起動が「通常起動モード１」の着火後の「燃焼運転」から実行されるようになっている（図１０のＳ６及びＳ１３参照）。
一方、改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ１１）が所定温度（＝２００℃）以上である場合には、点火装置８３を点火し、燃料ガスの着火後、直ちに「再起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」の運転状態に移行される（図１０のＳ６及びＳ７参照）。
つぎに、図９（Ａ）及び図１０のＳ７に示す「再起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ１１）が所定温度（＝２００℃）以上である場合に、点火装置８３を点火し、燃料ガスの着火後、直ちに移行してＡＴＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１３」）で再起動を制御している。
この「再起動モード１」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１３で実行される「通常起動ＡＴＲ」の運転状態は、「通常起動モード１」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３で実行される「通常起動ＡＴＲ」の運転状態とは、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域のみが異なり、「燃料流量」、「改質用空気流量」、「発電用空気流量」、及び、「水流量」が同一となっている。
より具体的に説明すると、「再起動モード１」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１３で「通常起動ＡＴＲ」が実行される改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（以下「通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１３」）は、「通常起動モード１」の通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ２で「通常起動ＰＯＸ」が実行される通常起動ＰＯＸ温度帯域Ｗ２（３００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、Ｔｓ＜２５０℃）と改質器温度Ｔｒの温度帯域が一部重複する温度帯域（２００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、Ｔｓ＜５００℃）となっているが、「通常起動モード１」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３で「通常起動ＡＴＲ」が実行される通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）とはスタック温度Ｔｓのみが一部重複している。
つぎに、図９（Ａ）及び図１０のＳ９に示す「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」という運転状態は、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」とは異なるＳＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ１４ａ」）で再起動を制御している。
より具体的に説明すると、「再起動モード１」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ１４ａで「再起動ＳＲ」が実行される改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（以下「再起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ａ」）は、「通常起動モード１」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３で「通常起動ＡＴＲ」が実行される通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）と一部重複する温度帯域（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）となっている。
また、「再起動モード１」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ１４ａにおいては、特に、「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」が実行される再起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１４ａ（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）について「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」が実行される通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）と一部重複している部分があるにもかかわらず、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」は実行されない。
さらに、図９（Ａ）に示すように、「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」の運転状態における「燃料流量」は３．５［Ｌ／ｍｉｎ］であり、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」の運転状態における「燃料流量」（４．０［Ｌ／ｍｉｎ］）よりは少なく、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」の運転状態における「燃料流量」（３．０［Ｌ／ｍｉｎ］）よりは多くなっている。
また、図９（Ａ）に示すように、「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」の運転状態における「水流量」は６．０［ｃｃ／ｍｉｎ］であり、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」の運転状態における「水流量」（３．０［ｃｃ／ｍｉｎ］）よりは多く、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」の運転状態における「水流量」（８．０［ｃｃ／ｍｉｎ］）よりは少なくなっている。
つぎに、図９（Ａ）及び図１０のＳ１１に示す「再起動モード１」の「通常起動ＳＲ」という運転状態は、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（以下「通常起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ｂ」）が「通常起動モード１」の通常起動ＳＲ温度帯域Ｗ４（６５０℃≦Ｔｒ（ｔ）、６００℃≦Ｔｓ）と同一となっており、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」と同一のＳＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１４ｂ」）で再起動を制御している。
つぎに、特に、上述した「再起動モード１」による「通常起動ＡＴＲ」から「再起動ＳＲ」を経て「通常起動ＳＲ」を実行する制御帯域（以下「「再起動モード１」の再起動モード制御帯域」）に着目し、この再起動モード制御帯域による再起動を「通常起動モード１」による通常起動と比較する。
「再起動モード１」の再起動モード制御帯域においては、燃料電池モジュール２の運転の停止により、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓが「通常起動モード１」の通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）に相当する温度帯域の高温側から低下してこの通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３内にあるときには、燃料電池セルスタック１４や改質器２０に残存している余熱を積極的に利用することにより、たとえ改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓが通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）内にあっても、「通常起動モード１」による通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３の「通常起動ＡＴＲ」の実行をスキップする。
そして、このスキップした「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」の代わりに、「再起動モード１」の再起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ａ（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）において、「燃料流量」が「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」よりも少なく且つ「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」よりも多く、且つ、「水流量」が「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」よりは多く且つ「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」よりは少ない「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」を実行する。
しかしながら、「再起動モード１」の一連の再起動モード制御帯域においては、ＡＴＲを完全に禁止するわけではなく、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓが「通常起動モード１」の再起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ａ（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）よりも低温側の「再起動モード１」の通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１３（２００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、Ｔｓ＜５００℃）内にあるときには、「再起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」を実行する。
一方、「再起動モード１」の一連の再起動モード制御帯域においては、例えば、起動時の失火に基づいて再起動を行った場合に、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓが「再起動モード１」の再起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１４ａの低温側から上昇してこの再起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１４ａ又はＷ１４ｂ内にあったとしても、燃料電池セルスタック１４や改質器２０に残存している余熱を利用できる可能性が低いため、「再起動モード１」の再起動モード制御帯域における「再起動ＳＲ」及び「通常起動ＳＲ」を禁止して、「通常起動モード１」の着火後の「燃焼運転」から実行する（図１０のＳ１２及びＳ１３参照）。
また、図１１に示すように、「再起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」から「再起動ＳＲ」に移行するときの時間ｔ１４ａは、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」から「通常起動ＳＲ」に移行するときの時間ｔ４よりも少ない時間となっており、再起動による起動時間が通常起動による起動時間に比べて短くなっている。
上述した本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第１例による再起動制御によれば、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓが「通常起動モード１」の通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）と重複する「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」の再起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ａ（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）の高温側から低下してこの再起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ａ内にあるときには、燃料電池セルスタック１４や改質器２０に残存している余熱を積極的に利用することにより、たとえ改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓが通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）内にあっても、「通常起動モード１」による通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２の「通常起動ＡＴＲ」の実行をスキップすることができる。
そして、このスキップした「通常起動モード１」の「通常ＡＴＲ」の代わりに、「再起動モード１」の再起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１４ａにおいて、「燃料流量」が「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」よりも少なく且つ「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」よりも多く、且つ、「水流量」が「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」よりは多く且つ「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」よりは少ない「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」を実行することができる。
この結果、再起動時に「通常起動モード１」による通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３の通常起動ＡＴＲの実行をスキップすることなくそのまま通常起動ＡＴＲを実行した場合に比べて、燃料電池セル８４の酸化や異常高温による燃料電池セル８４への負担を軽減することができ、燃料電池セル８４の耐久性を向上させることができる。
また、燃料電池セルスタック１４や改質器２０に残存している余熱を積極的に利用することにより、「通常起動モード１」の「燃焼運転」、「通常起動ＰＯＸ」、「通常起動ＡＴＲ」をスキップし、「再起動モード１」の「着火時」から「通常起動ＡＴＲ」、「再起動ＳＲ」、及び、「通常起動ＳＲ」を順次実行することにより、着火時からＡＴＲ、ＳＲへの移行を早めることができる。この結果、再起動時に仮に「通常起動モード１」の通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ３に相当する温度領域内で「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」を実行した場合に比べて、再起動に要する起動時間を大幅に短縮させることができる。
一方、例えば、起動時の失火に基づいて再起動を行った場合には、「再起動モード１」の再起動モード制御帯域における「再起動ＡＴＲ」及び「通常起動ＳＲ」を禁止することができるため、燃料電池セルユニット１６のダメージを抑制することができる。
さらに、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第１例による再起動制御によれば、再起動時には「再起動モード１」の「着火時」から改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの上昇に伴って「通常起動ＡＴＲ」、「再起動ＳＲ」、及び、「通常起動ＳＲ」を順次実行することにより、燃料電池セルユニット１６の温度降下を招くことなく最適な状態で安定した温度の回復を図ることができる。
さらに、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第１例による再起動制御によれば、「再起動モード１」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１３の通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１３（２００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、Ｔｓ＜５００℃）において「再起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」を実行し、「再起動モード１」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ１４ａの再起動ＳＲ温度帯域Ｗ１４ａ（６５０℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）において、「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」を実行するため、多くの水の供給及び吸熱反応だけとなるＳＲを実行することによる燃料電池セルスタック１４の急激な温度降下を招くことなく最適な状態で安定した温度の回復を図ることができる。
また、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第１例による再起動制御によれば、再起動時に燃料電池セルスタック１４や改質器２０に残存している余熱を積極的に利用することにより、「通常起動モード１」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ３の「通常起動ＡＴＲ」の少なくとも一部をスキップする代わりに、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」と異なる「再起動モード１」による「再起動ＳＲ」を実行するため、多くの水供給に伴って改質器２０の温度降下を招くことを抑制でき、温度回復を一層適切に行うことができる。
さらに、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第１例による再起動制御によれば、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」をスキップする代わりに、「再起動モード１」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ１４ａにおいて、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」よりも「燃料流量」が多い「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」を実行することにより、燃焼温度を高く保ったＳＲの実行によって比較的低い温度帯域での吸熱反応だけのＳＲであっても改質器２０及び燃料電池セルスタック１４の温度降下を抑制し、迅速な温度回復を図ることができる。
さらに、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第１例による再起動制御によれば、「通常起動モード１」の「通常起動ＡＴＲ」をスキップする代わりに、「通常起動モード１」の「通常起動ＳＲ」よりも「水流量」が少ない「再起動モード１」の「再起動ＳＲ」を実行することにより、改質器２０の急激な温度低下及び、急激な吸熱反応による更なる温度低下という悪いスパイラル状態に一気に落ち込むことを抑制することができ、迅速で安定した昇温を図ることができる。
つぎに、図１２により、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第２例を具体的に説明する。図１２は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）において再起動を行うための再起動制御フローの第２例（再起動制御フロー２）を示すフローチャートである。図１２において、Ｓは各ステップを示している。
まず、Ｓ１０１において、燃料電池モジュール２が停止運転中か否かを判定し、停止運転中である場合には、Ｓ１０２に進み、再起動を要求するか否かを判定する。
Ｓ１０２において、再起動を要求すると判定した場合には、Ｓ１０３に進み、改質器温度センサ１４８により改質器２０の温度Ｔｒを測定した後、Ｓ１０４に進み、発電室温度センサ１４２により燃料電池セルスタック１４（即ち燃料電池セル８４自体）の近傍の温度であるスタック温度Ｔｓを測定する。
つぎに、Ｓ１０５に進み、改質器温度Ｔｒが４００℃以上であるか否かを判定する。
Ｓ１０５において、改質器温度Ｔｒが４００℃以上でないと判定した場合には、Ｓ１０６に進み、改質器温度Ｔｒが２００℃未満であるか否かを判定する。
Ｓ１０６において、改質器温度Ｔｒが２００℃未満でない、すなわち、改質器温度Ｔｒが２００℃以上４００℃未満であると判定した場合には、Ｓ１０７に進み、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「再起動モード２」による「通常起動ＡＴＲ１」を実行する。
また、Ｓ１０５において、改質器温度Ｔｒが４００℃以上であると判定した場合には、Ｓ１０８に進み、改質器温度Ｔｒが６００℃以上であるか否かを判定する。
Ｓ１０８において、改質器温度Ｔｒが６００℃以上でない、すなわち、改質器温度Ｔｒが４００℃以上６００℃未満であると判定した場合には、Ｓ１０９に進み、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「再起動モード２」による「通常起動ＡＴＲ２」を実行する。
一方、Ｓ１０８において、改質器温度Ｔｒが６００℃以上であると判定した場合には、Ｓ１１０に進み、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが６００℃以上であるか否かを判定する。
Ｓ１１０において、スタック温度Ｔｓが６００℃以上であると判定した場合には、Ｓ１１１に進み、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「再起動モード２」による「通常起動ＳＲ」を実行する。
一方、Ｓ１１０において、スタック温度Ｔｓが６００℃以上でない、すなわち、改質器温度Ｔｒが６００℃以上であるにもかかわらず、スタック温度Ｔｓが６００℃未満であると判定した場合には、Ｓ１１２に進み、スタック温度Ｔｓが５００℃以上６００℃未満の範囲内で５０℃昇温したか否かを判定する。
また、Ｓ１１２において、スタック温度Ｔｓが５００℃以上６００℃未満の範囲内で５０℃昇温したと判定した場合には、Ｓ１１１に進み、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「再起動モード２」による「通常起動ＳＲ」を実行する。
一方、Ｓ１１２において、スタック温度Ｔｓが５００℃以上６００℃未満の範囲内で５０℃昇温していないと判定した場合には、Ｓ１１３に進み、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「再起動モード２」による「再起動ＳＲ」を実行する。
つぎに、Ｓ１０１において、燃料電池モジュール２が停止運転中か否かを判定し、停止運転中でない場合には、Ｓ１１４に進み、起動時における失火に基づく再起動の要求があるか否かを判定する。
Ｓ１１４において、失火に基づく再起動の要求があと判定した場合、及び、Ｓ１０６において、改質器温度Ｔｒが２００℃未満であると判定した場合には、Ｓ１１５に進み、図９（Ｂ）に示す通常起動データテーブル中の「通常起動モード２」に従って再起動を実行する。
つぎに、図９（Ｂ）、図１２及び図１３を参照しながら、図１２に示す本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第２例に基づいて再起動を実行した場合の動作をより具体的に説明する。
図１３は、図１４に示す本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第３例に基づいて再起動を実行した場合の動作を示すタイムチャートについて、通常起動時の動作を示すタイムチャートと比較した図である。
なお、図１３の上段のタイムチャートは、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「通常起動モード２」を実行した場合における固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の通常起動の動作を示すタイムチャートであり、図１３の下段のタイムチャートは、図９（Ｂ）に示すデータテーブル中の「再起動モード２」を実行した場合における固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動の動作を示すタイムチャートである。
また、以下の本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の再起動制御フローの第２例（再起動フロー２）に基づく再起動の動作の説明については、図９（Ｂ）に示す「通常起動モード２」と「再起動モード２」に関するデータテーブルのみを参照すると共に、図１３に示す本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の「再起動モード２」による再起動時の動作について、「通常起動モード２」による通常起動時の動作と比較しながら説明する。
まず、図９（Ｂ）に示すように、「通常起動モード２」による通常起動制御は、「着火時」から「燃焼運転」、「通常起動ＰＯＸ」、「通常起動ＡＴＲ１」、「通常起動ＡＴＲ２」、及び、「通常起動ＳＲ」を順次実行するものである。ここで、図１３における「通常起動モード２」のタイムチャートの横軸である時間ｔについては、「着火時」の時間をｔ１０１とし、順次「燃焼運転」、「通常起動ＰＯＸ」、「通常起動ＡＴＲ１」、「通常起動ＡＴＲ２」、及び、「通常起動ＳＲ」へと移行するときの時間をそれぞれｔ１０２、ｔ１０３、ｔ１０４、及び、ｔ１０５とする。
図９（Ｂ）に示す「通常起動モード２」の「着火時」という運転状態は、点火装置８３を点火し、燃料ガスが着火して燃焼を開始した状態であり、この着火時（ｔ＝ｔ１０１）に改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度を「着火時温度Ｔｒ（ｔ１）」とすると、この着火時温度Ｔｒ（ｔ１０１）は、ＰＯＸが開始するとき（ｔ＝ｔ１０２）の改質器２０の温度（以下「ＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ１０２）」）（＝３００℃）よりも低くなっている。
つぎに、「通常起動モード２」の「燃焼運転」という運転状態は、燃料ガスの着火後に燃焼を開始してから、この燃料ガスの燃焼熱によって改質器２０を加熱して燃焼運転を実行する制御帯域（以下「燃焼運転制御帯域Ｂ１０１」）で起動を制御しており、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度が着火時温度Ｔｒ（ｔ１０１）からＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ１０２）（＝３００℃）未満までの温度帯域Ｗ１０１で実行されるものである。
つぎに、「通常起動モード２」の「通常起動ＰＯＸ」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）がＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ１０２）（＝３００℃）以上であり且つＳＲが可能なＳＲ可能温度（以下「ＳＲ可能温度Ｔｒ（ｔ１０３）」）（＝６００℃）未満までの温度帯域（以下「通常起動ＰＯＸ温度帯域Ｗ１０２」）内にあるとき（３００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃）、ＰＯＸによる反応熱と燃料ガスの燃焼熱によって改質器２０を加熱してＰＯＸを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ１０２」）で起動を制御している。
つぎに、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）がＳＲ可能温度Ｔｒ（ｔ１０３）（＝６００℃）以上であり、且つ、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが２５０℃以上４００℃未満までの温度帯域（２５０℃≦Ｔｓ＜４００℃）（以下「通常起動ＡＴＲ１温度帯域Ｗ１０３」）にあるとき、ＰＯＸによる反応熱と燃料ガスの燃焼熱とＳＲによる吸熱を制御して改質器２０を加熱し、ＡＴＲを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＡＴＲ１制御帯域Ｂ１０３」）で起動を制御している。
つぎに、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）がＳＲ可能温度Ｔｒ（ｔ１０３）（＝６００℃）以上であり、且つ、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが４００℃以上６００℃未満までの温度帯域（４００℃≦Ｔｓ＜６００℃）にあるとき、ＰＯＸによる反応熱と燃料ガスの燃焼熱とＳＲによる吸熱を制御して改質器２０を加熱し、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」とは異なるＡＴＲを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＡＴＲ２制御帯域Ｂ１０４」）で起動を制御している。
ここで、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」と「通常起動ＡＴＲ２」の相違点については、上述したようにスタック温度Ｔｓの移行温度条件が互いに異なり、通常起動ＡＴＲ１温度帯域Ｗ１０３が通常起動ＡＴＲ２温度帯域Ｗ１０４よりも低温側にある点以外にも、「通常起動ＡＴＲ１」の「燃料流量」及び「改質用空気流量」が「通常起動ＡＴＲ２」の「燃料流量」及び「改質用空気流量」よりも多く設定されているのに対し、「通常起動ＡＴＲ１」の「水流量」は「通常起動ＡＴＲ２」の「水流量」よりも少なく設定されている点が特徴的な相違点である。
つぎに、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」という運転状態は、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）が所定の定常温度Ｔｒ（ｔ１０５）であり、且つ、発電室温度センサ１４２により測定されたスタック温度Ｔｓが６００℃以上にある場合にＳＲを実行する制御帯域（以下「通常起動モードＳＲ制御帯域Ｂ１０５」）で起動を制御している。
つぎに、図９（Ｂ）に示すように、「再起動モード２」による再起動制御は、「着火時」から「通常起動ＡＴＲ１」、「通常起動ＡＴＲ２」、「再起動ＳＲ」、及び、「通常起動ＳＲ」を順次実行するものである。ここで、図１５における「再起動モード３」のタイムチャートの横軸である時間ｔについては、「着火時」の時間をｔ２０１とし、順次「通常起動ＡＴＲ１」、「通常起動ＡＴＲ２」、「再起動ＳＲ」、及び、「通常起動ＳＲ」へと移行するときの時間をそれぞれｔ２０３、ｔ２０４、ｔ２０５ａ、及び、ｔ２０５ｂとする。
図９（Ｂ）に示す「再起動モード２」の「着火時」という運転状態は、燃料電池モジュール２の停止運転中に再起動が要求された場合に、改質器温度センサ１４８が検出した改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ）が、上述した「通常起動モード２」の通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ１０２のＰＯＸ開始温度Ｔｒ（ｔ１０２）（＝３００℃）よりも低い所定温度Ｔｒ（ｔ２０１）（＝２００℃）未満である場合には、「通常起動モード２」に基づく通常起動が「通常起動モード２」の着火後の「燃焼運転」から実行されるようになっている（図１２のＳ１０６及びＳ１１５参照）。
一方、改質器２０の温度Ｔｒ（ｔ２０１）が所定温度（＝２００℃）以上である場合には、点火装置８３を点火し、燃料ガスの着火後、直ちに「再起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」の運転状態に移行される（図１２のＳ１０７参照）。
この「再起動モード２」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２０３で実行される「通常起動ＡＴＲ１」の運転状態は、「通常起動モード２」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１０３で実行される「通常起動ＡＴＲ１」の運転状態とは、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域のみが異なり、「燃料流量」、「改質用空気流量」、「発電用空気流量」、及び、「水流量」が同一となっている。
より具体的に説明すると、「再起動モード２」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２０３で「通常起動ＡＴＲ１」が実行される改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（２００℃≦Ｔｒ＜４００℃、Ｔｓ＜４００℃）（以下「通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ２０３」）は、「通常起動モード１」の通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ１０２で「通常起動ＰＯＸ」が実行される通常起動ＰＯＸ温度帯域Ｗ２（３００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、Ｔｓ＜２５０℃）と一部重複する温度帯域となっているが、「通常起動モード２」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１０３で「通常起動ＡＴＲ１」が実行される通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１０３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）とはスタック温度Ｔｓのみが一部重複している。
つぎに、図９（Ｂ）及び図１２のＳ１０７に示す「再起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」という運転状態は、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」とは異なるＡＴＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２０３」）で再起動を制御している。
より具体的に説明すると、「再起動モード２」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２０３で「通常起動ＡＴＲ１」が実行される改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（以下「通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ２０３」）は、「通常起動モード２」の通常起動モードＰＯＸ制御帯域Ｂ１０２で「通常起動ＰＯＸ」が実行される通常起動ＰＯＸ温度帯域Ｗ１０２（３００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、Ｔｓ＜２５０℃）と一部重複する温度帯域（２００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜４００℃、Ｔｓ＜４００℃）となっているが、「通常起動モード２」の通常起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ１０３で「通常起動ＡＴＲ１」が実行される通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１０３（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜４００℃）とはスタック温度Ｔｓのみが重複した温度帯域となっている。
つぎに、図９（Ｂ）及び図１２のＳ１０９に示す「再起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」という運転状態は、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」及び「再起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ１」とは異なるＡＴＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２０４」）で再起動を制御している。
より具体的に説明すると、「再起動モード２」の再起動モードＡＴＲ制御帯域Ｂ２０４で「通常起動ＡＴＲ２」が実行される改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（４００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６００℃、４００℃≦Ｔｓ＜５００℃）（以下「通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ２０４」）は、「通常起動モード２」の通常起動モードＡＴＲ２制御帯域Ｂ１０４で「通常起動ＡＴＲ２」が実行される通常起動ＡＴＲ２温度帯域Ｗ１０４（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、４００℃≦Ｔｓ＜６００℃）とスタック温度Ｔｓのみが一部重複する温度帯域となっている。
つぎに、図９（Ｂ）及び図１２のＳ１１３に示す「再起動モード２」の「再起動ＳＲ」という運転状態は、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」とは異なるＳＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ａ」）で再起動を制御している。
より具体的に説明すると、「再起動モード２」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ａで「再起動ＳＲ」が実行される改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）（以下「再起動ＳＲ温度帯域Ｗ２０５ａ」）は、「通常起動モード２」の通常起動モードＡＴＲ２制御帯域Ｂ１０４で「通常起動ＡＴＲ２」が実行される通常起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ１０４（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、４００℃≦Ｔｓ＜６００℃）と一部重複する温度帯域となっている。
しかしながら、「再起動モード２」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ａにおいては、特に、「再起動モード２」の「再起動ＳＲ」が実行される再起動ＡＴＲ温度帯域Ｗ２０５ａ（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、５００℃≦Ｔｓ＜６００℃）について「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」が実行される通常起動ＡＴＲ２温度帯域Ｗ１０４（６００℃≦Ｔｒ（ｔ）＜６５０℃、２５０℃≦Ｔｓ＜６００℃）と一部重複している部分があるにもかかわらず、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」は実行されない。
また、「再起動モード２」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ａにおいては、スタック温度Ｔｓが５００℃以上６００℃未満の範囲内で５０℃昇温した時点で、「再起動モード２」による「通常起動ＳＲ」の実行に移行されるようになっている（図１２のＳ１１２及びＳ１１１参照）。
さらに、図９（Ｂ）に示すように、「再起動モード２」の「再起動ＳＲ」の運転状態における「燃料流量」は３．５［Ｌ／ｍｉｎ］であり、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」の運転状態における「燃料流量」（４．０［Ｌ／ｍｉｎ］）よりは少なく、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」の運転状態における「燃料流量」（３．０［Ｌ／ｍｉｎ］）よりは多くなっている。
また、図９（Ｂ）に示すように、「再起動モード２」の「再起動ＳＲ」の運転状態における「水流量」は６．０［ｃｃ／ｍｉｎ］であり、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」の運転状態における「水流量」（３．０［ｃｃ／ｍｉｎ］）よりは多く、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」の運転状態における「水流量」（８．０［ｃｃ／ｍｉｎ］）よりは少なくなっている。
つぎに、図９（Ｂ）及び図１２のＳ１１１に示す「再起動モード２」の「通常起動ＳＲ」という運転状態は、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓの温度帯域（以下「通常起動ＳＲ温度帯域Ｗ２０５ｂ」）が「通常起動モード２」の通常起動ＳＲ温度帯域Ｗ１０５（６５０℃≦Ｔｒ（ｔ）、６００℃≦Ｔｓ）と同一となっており、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」と同一のＳＲを実行する制御帯域（以下「再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ｂ」）で再起動を制御している。
ちなみに、「再起動モード２」の「再起動ＳＲ」が実行される再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ａにおいて、スタック温度Ｔｓが５００℃以上６００℃未満の範囲内で５０℃昇温した後に「通常起動ＳＲ」に移行されてから「再起動モード２」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ｂにおいて「通常起動ＳＲ」が実行されるまでの昇温後の「再起動ＳＲ」について着目すると、「再起動モード２」の昇温後の「再起動ＳＲ」から「通常起動ＳＲ」までの実行については、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」が実行される通常起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５において予め定められた「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」の「燃料流量」及び「水流量」を一定量に維持して「通常起動ＳＲ」を実行しているものといえる。
さらに、「再起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」から「再起動ＳＲ」に移行するときの時間ｔ２０５ａについても、「通常起動モード２」の「通常起動ＡＴＲ２」から「通常起動ＳＲ」に移行するときの時間ｔ１０５よりも少ない時間となっており、再起動による起動時間が通常起動による起動時間に比べて短くなっている。
上述した本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第２例による再起動制御によれば、「再起動モード２」の再起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５ａにおいて、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」よりは「燃料流量」が多く且つ「水流量」が少ない「再起動モード２」の「再起動ＳＲ」が実行され、スタック温度Ｔｓが５００℃以上６００℃未満の範囲内で５０℃昇温した時点で「通常起動ＳＲ」に移行され、積極的なＳＲが実行されるため、改質器２０の温度の急低下を抑えつつ、安定した昇温を図ることができる。
また、本実施形態の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）における再起動制御フローの第２例による再起動制御によれば、「再起動モード２」の昇温後の「再起動ＳＲ」から「通常起動ＳＲ」までの実行については、「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」が実行される通常起動モードＳＲ制御帯域Ｂ２０５において予め定められた「通常起動モード２」の「通常起動ＳＲ」の「燃料流量」及び「水流量」を一定量に維持して「通常起動ＳＲ」が実行されるため、ＳＲ運転には温度が低い不安定な温度帯域中であっても、改質状態を変化させる要因を防止するようにしたことで「再起動モード２」の昇温後の「再起動ＳＲ」から「通常起動ＳＲ」までの移行が安定し、改質器２０及び燃料電池セルスタック１４の温度回復を迅速で安定的に行うことができる。
つぎに、本発明の他の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を説明する。
図２０は本発明の他の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す正面断面図であり、図２１は図２０のＸＸＩ-ＸＸＩ線に沿った断面図であり、図２２は本発明の他の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールにおけるマニホールド部分を斜め上方から見た斜視図である。
ここで、図２０〜図２２において、上述した本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の部分と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
図２０〜図２２に示すように、燃料電池モジュール２００のハウジング２０２内には、改質器２０の下方に配置された燃料電池セル集合体１２の下部を支持するセル集合体支持ユニット２０４が設けられている。
このセル集合体支持ユニット２０４は、支持部材２０４ａと仕切り板２０４ｂを備えている。
支持部材２０４ａは、燃料電池モジュール２００の基部であるベース部材２０６に固定され、仕切り板２０４ｂの長手方向の両側端部（図２０の仕切り板２０４ｂの左側端部及び右側端部）をベース部材２０６から上方に所定間隔を置いて支持している。
また、セル集合体支持ユニット２０４は、ベース部材２０６との間に排気ガス室２０４ｃを形成している。
さらに、図２１に示すように、ハウジング２０２の長手方向に沿った面である前面２０２ａと後面２０２ｂの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路２０８が形成され、この排気ガス通路２０８の下端側は、排気ガス室２０４ｃと連通している。
また、排気ガス室２０４ｃの下面には、排気ガス排出管２１０が接続され、この排気ガス排出管２１０の下流端は、図１に示す上述した温水製造装置５０に接続されている。
さらに、排気ガス室２０４ｃ内には、改質器２０に純水を導入するための純水導入管２１２と、改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管２１４と、発電室１０に余熱された空気を導入する空気導入管２１６と、これら純水導入管２１２と被改質ガス導入管２１４のそれぞれの下流端側が接続される混合室２１８が配置されている。
この混合室２１８内においては、純水導入管２１２から供給された水蒸気（純水）と被改質ガス導入管２１４から供給された改質される燃料ガスと改質用空気が混合されるようになっている。
また、これら純水導入管２１２と被改質ガス導入管２１４については、燃料電池モジュール２００のベース部材２０６の下方側から排気ガス室２０４ｃ内まで上方に延びた後、排気ガス室２０４ｃ内で水平方向に延びて混合室２１８に接続されており、純水導入管２１２と被改質ガス導入管２１４を排気ガス室２０４ｃ内に経由させることにより、排気ガス室２０４ｃ内の排気ガスの熱を利用して改質器２０に供給される前の水蒸気（純水）や改質用空気が保温され、温度低下を抑制することができるようになっている。
また、混合室２１８と改質器２０の上流端側との間には、配管２２０が上下方向に延びるように接続されており、混合室２１８内で水蒸気（純水）が混合された燃料ガス及び空気は、配管２２０を経て改質器２０内へ送られ、改質器２０内に充填された改質触媒により改質されるようになっている。
さらに、配管２２０は、排気ガス通路２０８を形成するハウジング２０２の対向する一対の前面２０２ａ及び後面２０２ｂとは異なる側面２０２ｃ（図２０のハウジング２０２の左側側面）に隣接して配置されており、配管２２０内の水蒸気（純水）が保温されることにより、改質器２０に供給される前の水蒸気（純水）や改質用空気の温度低下を抑制することができるようになっている。
また、改質器２０の下流端側には、燃料ガス供給管６４が接続され、この燃料ガス供給管６４は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内で水平に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、改質された燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。
上述した本発明の他の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）によれば、再起動時に純水導入管２１２から配管２２０を経て改質器２０に供給される水蒸気（純水）の温度について、排気ガス室２０４ｃ内の排気ガスの熱を利用して高く維持することができるため、再起動時のＡＴＲにおける水蒸気（純水）の供給に伴う燃料電池セル８４や改質器２０の温度低下を抑制することができる。
また、本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）によれば、配管２２０をハウジング２０２に対して排気ガス通路２０８と分離させたためハウジング２０２からの熱交換を他の側面２０２ｃでは水のみとできるため、再起動時に配管２２０から改質器２０に供給される水の温度を高く維持することができる。
１ 固体電解質型燃料電池
２ 燃料電池モジュール
４ 補機ユニット
８ 密封空間
１０ 発電室
１２ 燃料電池セル集合体
１４ 燃料電池セルスタック
１６ 燃料電池セルユニット
１８ 燃焼室
２０ 改質器
２２ 空気用熱交換器
２４ 水供給源
２６ 純水タンク
２８ 水流量調整ユニット
３０ 燃料供給源
３８ 燃料流量調整ユニット
４０ 空気供給源
４４ 改質用空気流量調整ユニット
４５ 発電用空気流量調整ユニット
４６ 第１ヒータ
４８ 第２ヒータ
５０ 温水製造装置
５２ 制御ボックス
５４ インバータ
８３ 点火装置
８４ 燃料電池セル
１１０ 制御部
１１２ 操作装置
１１４ 表示装置
１１６ 警報装置
１２６ 電力状態検出センサ
１４２ 発電室温度センサ
１５０ 外気温度センサ

Claims (9)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池であって、
    固体電解質型の燃料電池モジュール内に配置された固体電解質型の燃料電池セルと、
    上記燃料電池モジュール内に配置され、燃料ガスを改質して上記燃料電池セルに供給する改質器であって、所定の温度帯域に応じて燃料ガスと酸化剤ガスを化学反応させることにより燃料ガスを部分酸化改質する改質反応であるＰＯＸ、及び、燃料ガスと水蒸気を化学反応させることにより燃料ガスを水蒸気改質する改質反応であるＳＲ、及び、上記ＰＯＸと上記ＳＲとを併用させることにより燃料ガスをオートサーマル改質する改質反応であるＡＴＲのいずれかの改質反応によって燃料ガスを水素に改質する上記改質器と、
    上記改質器による改質状態を変更するためのモジュール内の温度を検出するための、上記改質器と上記燃料電池セルの温度を検出する改質状態温度検出手段と、
    上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御手段と、を有し、
    上記制御手段は、上記燃料電池モジュールの運転の起動を制御する起動制御手段と、上記燃料電池モジュールの運転の停止を制御する停止制御手段と、を備え、
    上記起動制御手段は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質状態温度検出手段が検出した上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸが開始するＰＯＸ開始温度よりも低い場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼熱のみによって上記改質器を昇温させる燃焼運転を実行し、
    上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸ開始温度以上であり且つ上記水蒸気改質が可能な温度未満のＰＯＸ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＰＯＸを実行し、
    上記モジュール内の温度が上記水蒸気改質が可能な温度以上であり且つ所定の定常温度未満のＡＴＲ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＡＴＲを実行し、
    上記モジュール内の温度が上記所定の定常温度以上である場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＳＲを実行し、
    上記起動制御手段は、更に、上記燃料電池モジュールが高温状態からの停止に伴って上記停止制御手段による停止処理が実行され、上記ＡＴＲ温度帯域内で運転の再起動が実行された場合には、上記モジュール内の温度が上記通常起動時のＡＴＲ温度帯域内の所定温度未満である場合にはＡＴＲによる再起動制御を実行し、上記ＡＴＲ温度帯域内の所定温度以上である場合には、通常起動時のＡＴＲをスキップして上記ＳＲによる再起動制御を実行することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  2. 燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池であって、
    固体電解質型の燃料電池モジュール内に配置された固体電解質型の燃料電池セルと、
    上記燃料電池モジュール内に配置され、燃料ガスを改質して上記燃料電池セルに供給する改質器であって、所定の温度帯域に応じて燃料ガスと酸化剤ガスを化学反応させることにより燃料ガスを部分酸化改質する改質反応であるＰＯＸ、及び、燃料ガスと水蒸気を化学反応させることにより燃料ガスを水蒸気改質する改質反応であるＳＲ、及び、上記ＰＯＸと上記ＳＲとを併用させることにより燃料ガスをオートサーマル改質する改質反応であるＡＴＲのいずれかの改質反応によって燃料ガスを水素に改質する上記改質器と、
    上記改質器による改質状態を変更するためのモジュール内の温度を検出するための、上記改質器と上記燃料電池セルの温度を検出する改質状態温度検出手段と、
    上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御手段と、を有し、
    上記制御手段は、上記燃料電池モジュールの運転の起動を制御する起動制御手段と、上記燃料電池モジュールの運転の停止を制御する停止制御手段と、を備え、
    上記起動制御手段は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質状態温度検出手段が検出した上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸが開始するＰＯＸ開始温度よりも低い場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼熱のみによって上記改質器を昇温させる燃焼運転を実行し、
    上記モジュール内の温度が上記ＰＯＸ開始温度以上であり且つ上記水蒸気改質が可能な温度未満のＰＯＸ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＰＯＸを実行し、
    上記モジュール内の温度が上記水蒸気改質が可能な温度以上であり且つ所定の定常温度未満のＡＴＲ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＡＴＲを実行し、
    上記モジュール内の温度が上記所定の定常温度以上である場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＳＲを実行し、
    上記起動制御手段は、更に、上記燃料電池モジュールが高温状態からの停止に伴って上記停止制御手段による停止処理が実行され、上記ＡＴＲ温度帯域内で運転の再起動が実行された場合には、上記改質器の温度をＴｒとし、上記燃料電池セルの温度をＴｓとしたとき、２００℃≦Ｔｒ＜６００℃で、且つＴｓ＜５００℃である場合には、ＡＴＲによる再起動制御を実行し、６００℃≦Ｔｒ＜６５０℃で、且つ５００℃≦Ｔｓ＜６００℃である場合には、通常起動時のＡＴＲをスキップして上記ＳＲによる再起動制御を実行することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  3. 上記再起動制御で行われるＳＲは、上記通常起動時のＳＲよりも燃料ガスの供給量を多くするように構成されている請求項１又は２に記載の固体電解質型燃料電池。
  4. 上記再起動制御で行われるＳＲは、上記通常起動時のＳＲより水の供給量を少なくするように構成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
  5. 上記再起動制御で行われるＳＲは、上記モジュール内の温度が予め決定された所定温度以上上昇した時点で通常起動時のＳＲに変更される請求項１又は２に記載の固体電解質型燃料電池。
  6. 上記再起動制御は、予め決定された燃料ガスの供給量及び水の供給量を変更させることなく一定量を維持してＳＲによる再起動を実行する請求項１又は２に記載の固体電解質型燃料電池。
  7. 更に、純水を生成して上記改質器に供給する水供給手段を有し、この水供給手段は、上記改質器に水を導入する水配管と、この水配管を保温する保温手段と、を備えている請求項１乃至６の何れか１項に記載の固体電解質型燃料電池。
  8. 更に、複数の燃料電池セルを備えたセル集合体の下部を支持すると共に燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼によって生成された排気ガスが排出される排気ガス室を形成するセル集合体支持手段を有し、上記保温手段は、上記水配管を上記排気ガス室内に経由させるように配置することにより、改質器に供給される水の温度低下を抑制するように構成されている請求項７記載の固体電解質型燃料電池。
  9. 更に、上記セル集合体を収容するハウジング部材を備え、このハウジング部材を形成する対向する一対の側面には上記排気ガス室に連通する排気ガス通路が配置され、他の側面には、上記水配管の通路が配置されている請求項７記載の固体電解質型燃料電池。
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