JP7439622B2

JP7439622B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP7439622B2
Application number: JP2020066716A
Authority: JP
Inventors: 正樹市川; 彰福島
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: JP2021163697A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料ガス（改質ガス）と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、原燃料ガス（原料）を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を改質器へ供給する蒸発器と、改質器に原燃料ガスを供給する原料供給器と、蒸発器に改質水を供給する水供給器と、燃料電池スタックに空気を供給する空気供給器と、燃料電池から排出されたオフガスを燃焼させて蒸発器や改質器，燃料電池スタックを加熱する燃焼部と、燃焼部においてオフガスに着火する着火器と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、システムの起動シーケンスにおいて、オフガスへの着火前に改質器に原燃料ガスを供給するよう制御すると共に燃料電池スタックに空気を供給するよう制御し、オフガスへの着火後に蒸発器に改質水の供給を開始し、改質水の供給量が段階的に増加すると共に空気の供給量が段階的に増加するよう制御する。

特開２０１９－１６９２５６号公報

例えば、燃焼部の温度を直接検出することができず、燃焼部の温度に相関する温度を検出する温度センサによって着火判定を行なう場合、着火判定に遅れが生じる。このように着火の確認を直ぐに実行できない燃料電池システムにおいては、システム起動に際して、燃焼部においてオフガスが着火され改質器において水蒸気改質行程へ移行するときに改質水に不足が生じることがないよう着火判定の前に改質水を供給する必要がある。そして、蒸発器の温度が改質水を蒸発できる温度まで達していないときに着火不良や失火が生じてシステム起動に失敗すると、蒸発器には、改質水が液水として残存する場合が多い。蒸発器に液水が残存していると、再度、原燃料ガス、エアおよび改質水を供給してシステム起動を試みようとしても、蒸発器において改質水が過多となり着火不良や失火が起こり易くなることで、システム起動の失敗が繰り返されるおそれがある。

本発明の燃料電池システムは、着火不良や失火によってシステム起動に失敗した場合において、システム起動の失敗が繰り返されるのを抑制することができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。

本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の燃料電池システムは、
燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
原燃料ガスを水蒸気改質して前記燃料ガスを生成する改質部と、
改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を前記改質部へ供給する蒸発部と、
前記改質部へ前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置と、
前記蒸発部へ前記改質水を供給する改質水供給装置と、
前記燃料電池へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させて燃焼熱により前記改質部と前記蒸発部とを加熱する燃焼部と、
前記燃焼部において前記オフガスを着火させる着火器と、
システム起動に際して、前記改質部へ前記原燃料ガスを供給すると共に前記燃料電池へ前記酸化剤ガスを供給して前記燃料電池からのオフガスを着火するよう前記原燃料ガス供給装置と前記酸化剤ガス供給装置と前記着火器とを制御した後、着火の成否を判定する着火判定を行なう制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、システム起動に際して、前記着火判定の前に前記蒸発部への前記改質水の供給が開始されるよう前記改質水供給装置を制御し、着火不良または失火によりシステム起動に失敗すると、次にシステム起動する際には前記蒸発部への改質水の供給量を減量する、
ことを要旨とする。

この本発明の燃料電池システムでは、システム起動に際して、着火判定の前に蒸発部への改質水の供給を開始し、着火不良または失火によりシステム起動に失敗すると、次にシステム起動する際には蒸発部への改質水の供給量を減量する。これにより、蒸発部の温度が改質水を蒸発できる温度に達していないときに着火不良や失火によりシステム起動に失敗して蒸発部に改質水（液水）が残存するものとしても、次にシステム起動する際に蒸発部に残存する液水により着火不良が失火が起こりやすくなるのを抑制することができる。この結果、着火不良や失火によってシステム起動に失敗した場合において、システム起動の失敗が繰り返されるのを抑制することができる燃料電池システムとすることができる。

こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記着火不良または前記失火によりシステム起動に失敗する度に、次にシステム起動する際の前記改質水の供給量を前回よりも減量するものとしてもよい。こうすれば、着火不良が失火が繰り返されるのをより確実に抑制することができる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記着火不良または前記失火によりシステム起動に失敗した後、次にシステム起動する際に前記蒸発部の温度が所定温度以上のときには、前記改質水の供給量を減量しないものとしてもよい。こうすれば、次にシステム起動する際に、蒸発部の温度が改質水を気化できる温度に達しているにも拘わらず、改質水の供給量を減量することで蒸発部において改質水に不足が生じるのを回避することができる。

さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃焼部の温度に相関する温度を検出する温度センサを備え、前記制御装置は、前記温度センサにより検出される温度に基づいて前記着火判定を行なうものとしてもよい。燃焼部の温度を直接検出することができない燃料電池システムにおいては、着火判定に遅れが生じるため、システム起動の際に改質水に不足が生じることのないように着火判定の前に改質水に供給する必要があり、着火不良や失火によりシステム起動に失敗すると、蒸発部に改質水が液水として残存する。このため、こうした燃料電池システムにおいて本発明を適用する意義が高い。

燃料電池システムの概略構成図である。起動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、燃料電池システムの概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、図１に示すように、アノードガス（燃料ガス）中の水素とカソードガス（酸化剤ガス）中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタック２１を含む発電モジュール２０と、発電モジュール２０にアノードガスの原料となる原燃料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）を供給する原燃料ガス供給装置３０と、発電モジュール２０に原燃料ガスからアノードガスへの水蒸気改質に必要な改質水を供給する改質水供給装置４０と、発電モジュール２０（燃料電池スタック２１）にカソードガスとしてのエアを供給するエア供給装置５０と、発電モジュール２０で発生した排熱を回収するための排熱回収装置６０と、燃料電池スタック２１の出力端子に接続されると共にリレーを介して電力系統２から負荷４への電力ライン３に接続されるパワーコンディショナ７０と、を備える。これらは、筐体１２に収容されている。筐体１２には、吸気口１２ａと排気口１２ｂとが形成されており、吸気口１２ａの近傍には、外気を取り込んで筐体１２の内部を換気するための換気ファン１４が設置されている。

発電モジュール２０は、燃料電池スタック２１や、気化器２２、２つの改質器２３を含み、これらは、本実施形態の燃料電池ケースとしてのモジュールケース２９に収容されている。本実施形態では、発電モジュール２０は、２つの燃料電池スタック２１を有し、２つの燃料電池スタック２１は、間隔をおいて互いに対向するようにモジュールケース２９内に配置されたマニホールド２４上に設置される。

各燃料電池スタック２１は、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とをそれぞれ有すると共に図１中、左右方向（水平方向）に配列された複数の固体酸化物形の単セルを有する。各単セルのアノード電極内には、図示しないアノードガス通路が単セルの配列方向と直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。また、各単セルのカソード電極の周囲には、カソードガスを流通させる図示しないカソードガス通路が単セルの配列方向に直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。各単セルのアノードガス通路は、マニホールド２４に接続され、各単セルのカソードガス通路は、モジュールケース２９内のエア通路に接続される。更に、２つの燃料電池スタック２１の間（近傍）には、両者との距離が同一となるように温度センサ９４が設置されている。温度センサ９４は、各燃料電池スタック２１の温度に相関する温度Ｔ４を検出する。

発電モジュール２０の気化器２２および改質器２３は、モジュールケース２９内の２つの燃料電池スタック２１の上方に両者と間隔をおいて配設される。本実施形態では、一方の燃料電池スタック２１の上方に気化器２２および一方の改質器２３が配置され、他方の燃料電池スタック２１の上方に他方の改質器２３が配置される。更に、一方の燃料電池スタック２１と気化器２２および一方の改質器２３との間、並びに他方の燃料電池スタック２１と他方の改質器２３との間には、燃料電池スタック２１の作動や、気化器２２および改質器２３での反応に必要な熱を発生させる燃焼部２５が画成されている。各燃焼部２５には、着火ヒータ２６が設置されている。

気化器２２は、燃焼部２５からの熱により原燃料ガス供給装置３０からの原燃料ガスと改質水供給装置４０からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器２２により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器２２から改質器２３に流入する。また、改質器２３には、当該改質器２３に流入する混合ガスの温度Ｔ１を検出する温度センサ９１が設置されている。

改質器２３は、その内部に充填された例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有し、燃焼部２５からの熱の存在下で、改質触媒による気化器２２からの混合ガスの反応（水蒸気改質反応）によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器２３は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応（一酸化炭素シフト反応）によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器２３によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器２３により生成されたアノードガスは、配管やマニホールド２４を介して各単セルのアノードガス通路へ流入し、アノード電極に供給される。

また、燃料電池スタック２１の各単セルのカソード電極には、モジュールケース２９内に形成されたエア通路を介してカソードガスとしてのエアが供給される。各単セルのカソード電極では、酸化物イオン（Ｏ₂ ^-）が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノード電極で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。各単セルにおいて電気化学反応（発電）に使用されなかったアノードガス（以下、「アノードオフガス」という）およびカソードガス（以下、「カソードオフガス」という）は、各単セルのアノードガス通路やカソードガス通路から上方の燃焼部２５へと流出する。

各単セルから燃焼部２５に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、各単セルから燃焼部２５に流入した酸素を含むカソードオフガスと混合される。以下、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを「オフガス」という。そして、着火ヒータ２６により点火させられて燃焼部２５でオフガス（アノードオフガス）が着火すると、当該オフガスの燃焼により、燃料電池スタック２１の作動や、気化器２２での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質器２３での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、燃焼部２５では、未燃燃料や水蒸気を含む燃焼排ガスが生成され、当該燃焼排ガスは、燃焼触媒２７を介して熱交換器６２へ供給される。燃焼触媒２７は、燃焼排ガス中の未燃燃料を再燃焼させるための酸化触媒である。更に、燃焼触媒２７が設けられたガス通路には、燃焼触媒２７を暖機するための触媒ヒータ２８や、燃焼排ガスの温度Ｔ８を検出する温度センサ９８が設置されている。

原燃料ガス供給装置３０は、原燃料ガスを供給する原燃料供給源１と気化器２２とを接続する原燃料ガス供給管３１と、当該原燃料ガス供給管３１に組み込まれた開閉弁（２連弁）３２，３３、オリフィス３４、ガスポンプ３５および脱硫器３６とを有する。原燃料ガスは、ガスポンプ３５を作動させることで、原燃料供給源１から脱硫器３６を介して気化器２２へと圧送（供給）される。脱硫器３６は、例えば常温脱硫式の脱硫器として構成される。また、原燃料ガス供給管３１の開閉弁３３とオリフィス３４との間には、原燃料ガス供給管３１内の圧力を検出する圧力センサ３７や、原燃料ガス供給管３１を流れる原燃料ガスの単位時間当りの流量（ガス流量Ｑｇ）を検出する流量センサ３８が設置されている。

改質水供給装置４０は、改質水を貯留する改質水タンク４２と、改質水タンク４２と気化器２２とを接続する改質水供給管４１と、改質水供給管４１に組み込まれた改質水ポンプ４３とを有する。改質水タンク４２内の改質水は、改質水ポンプ４３を作動させることで、当該改質水ポンプ４３により気化器２２へと圧送（供給）される。

エア供給装置５０は、モジュールケース２９内に形成されたエア通路に接続されるエア供給管５１と、エア供給管５１の入口に設けられたエアフィルタ５２と、エア供給管５１に組み込まれたエアポンプ５３とを有する。エアポンプ５３を作動させることで、カソードガスとしてのエアは、エアフィルタ５２を介してエア供給管５１に吸引され、モジュールケース２９内のエア通路を経て各燃料電池スタック２１へと圧送（供給）される。

排熱回収装置６０は、湯水を貯留する貯湯タンク６３と、発電モジュール２０の燃焼部２５で生成された燃焼排ガスと湯水とを熱交換する熱交換器６２と、貯湯タンク６３と熱交換器６２とを接続する循環配管６１と、循環配管６１に組み込まれた循環ポンプ６４とを有する。貯湯タンク６３内に貯留されている湯水は、循環ポンプ６４を作動させることで、熱交換器６２へと導入され、熱交換器６２で燃焼排ガスとの熱交換によって昇温させられた後、貯湯タンク６３へと返送される。熱交換器６２で湯水との熱交換によって燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮し、これにより凝縮水が得られる。

また、排熱回収装置６０の熱交換器６２は、配管６６を介して改質水タンク４２と接続されており、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮することにより得られた凝縮水は、当該配管６６を介して改質水タンク４２内へと導入される。更に、熱交換器６２の燃焼排ガスの通路は、燃焼排ガス排出管６７に接続されている。これにより、発電モジュール２０の燃焼部２５から排出されて熱交換器６２で水分が除去された排ガスは、燃焼排ガス排出管６７を介して大気中に排出される。

パワーコンディショナ７０は、燃料電池スタック２１から出力された直流電圧を所定電圧（例えば、ＤＣ２５０Ｖ～３００Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータや、変換された直流電圧を電力系統２と連系可能な交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換するインバータを有する。燃料電池スタック２１の出力端子には、当該燃料電池スタック２１から出力される電流Ｉを検出する図示しない電流センサが設けられ、燃料電池スタック２１の出力端子間には、燃料電池スタック２１の端子間電圧を検出する図示しない電圧センサが設けられている。パワーコンディショナ７０は、システムに要求される要求発電電力に応じた電流が燃料電池スタック２１から出力されるようＤＣ／ＤＣコンバータやインバータが備えるスイッチング素子をスイッチング制御する。

パワーコンディショナ７０から分岐した電力ラインには電源基板７２が接続されている。電源基板７２は、燃料電池スタック２１からの直流電圧や電力系統２からの交流電圧を補機類の作動に適した直流電圧に変換して当該補機類に供給するものである。実施形態では、補機類としては、換気ファン１４や開閉弁３２，３３、ガスポンプ３５、改質水ポンプ４３、エアポンプ５３、循環ポンプ６４などを挙げることができる。

制御装置８０は、ＣＰＵ８１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ８１の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ８２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ８３と、計時を行なうタイマ８４と、図示しない不揮発性メモリと、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置８０には、圧力センサ３７や流量センサ３８、温度センサ９１，９４，９８などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置８０からは、換気ファン１４のファンモータや開閉弁３２，３３のソレノイド、ガスポンプ３５のポンプモータ、改質水ポンプ４３のポンプモータ、エアポンプ５３のポンプモータ、循環ポンプ６４のポンプモータ、パワーコンディショナ７０のＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ、電源基板７２、着火ヒータ２６、触媒ヒータ２８などへの各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された本実施形態の燃料電池システム１０の動作、特にシステム起動する際の動作について説明する。図２は、制御装置８０のＣＰＵ８１により実行される起動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システム起動が指示されたときに実行される。

起動制御ルーチンでは、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず、燃料成分の吸着が飽和状態に達するまで脱硫器３６に原燃料ガスを供給する燃料吸着処理（ステップＳ１００）、燃焼部２５内をエアの供給によってパージするパージ処理（ステップＳ１１０）を順次実行した後、燃焼部２５に燃料（原燃料ガス）とエアとを供給して燃焼部２５においてその混合ガスに着火するステップＳ１２０～Ｓ２４０の着火処理へ移行する。

着火処理では、まず、予め定められた所定量Ｑｇｓｅｔを目標ガス流量Ｑｇｔａｇに設定してガスポンプ３５を制御すると共に予め定められた所定量Ｑａｓｅｔを目標エア流量Ｑａｔａｇに設定してエアポンプ５３を制御することにより原燃料ガスとエアの供給を開始し（ステップＳ１２０）、燃焼部２５に供給された混合ガスに着火するよう着火ヒータ２６を制御する（ステップＳ１３０）。次に、フラグＦが値０であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、フラグＦは、前回のシステム起動において着火不良や失火によりそのシステム起動に失敗したか否かを示すフラグであり、値０はシステム起動に失敗していないことを示し、値１はシステム起動に失敗したことを示す。

フラグＦが値０であると判定すると、予め定められた所定量Ｑｗｓｅｔを目標改質水流量Ｑｗ＊に設定した改質水ポンプ４３を制御することにより改質水の供給を開始する（ステップＳ１５０）。そして、予め定められた規定時間Ｔｓｅｔ１が経過するまでに温度センサ９４により検出される温度Ｔ４が着火判定閾値α１以上になったか否かを判定することにより着火の成否を判定する着火判定を行なう（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）。ここで、本実施形態では、燃焼部２５に温度センサが設置されておらず、燃焼部２５の温度を直接検出することができないため、着火判定は、燃焼部２５の温度に相関する温度を検出する温度センサ、すなわち２つの燃料電池スタック２１の間（燃料電池スタック２１の近傍）に設置された温度センサ９４からの温度Ｔ４に基づいて行なわれる。なお、後述する失火判定についても同様である。

規定時間Ｔｓｅｔ１が経過するまで温度Ｔ４が着火判定閾値α１以上になったと判定すると、着火が成功したと判断し、続いて、温度センサ９４により検出される温度Ｔ４が失火判定閾値α２未満であるか否かの判定、すなわち失火が生じたか否かの失火判定（ステップＳ１８０）と、温度Ｔ４が発電許可温度α３以上であるか否かの判定、すなわち発電が許可されるか否かの発電許可判定（ステップＳ１９０）とをそれぞれ行なう。温度Ｔ４が失火判定閾値α２未満となることなく、温度Ｔ４が発電許可温度α３以上になったと判定すると、水蒸気改質行程が正常に行なわれて発電の準備が整ったと判断し、フラグＦに値０を設定すると共に（ステップＳ２３０）、発電処理を開始して（ステップＳ２４０）、起動制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１６０，Ｓ１７０（着火判定）において温度Ｔ４が着火判定閾値α１以上にならないまま規定時間Ｔｓｅｔ１が経過したと判定すると、着火不良が生じたと判定し、ステップＳ１８０（失火判定）において温度Ｔ４が失火判定閾値α２未満になったと判定すると、失火が発生したと判定して、それぞれフラグＦに値１を設定して（ステップＳ２００）、ステップＳ１１０のパージ処理に戻り、パージ処理からシステム起動を再実行する。システム起動を再実行すると、着火処理のステップＳ１４０においてフラグＦが値１であると判定されるため、次に、温度センサ９１により検出される温度Ｔ１（気化器２２の温度）が気化可能温度β未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。ここで、気化可能温度βは、気化器２２の温度が改質水を十分に気化させることができる温度にあるか否かを判定するための閾値である。温度Ｔ１が気化可能温度β未満であると判定すると、前回に設定した目標改質水流量よりも減量した流量を新たな目標改質水流量Ｑｗｔａｇに設定して改質水ポンプ４３を制御し（ステップＳ２２０）、ステップＳ１６０，Ｓ１７０の着火判定へ進む。目標改質水流量Ｑｗｔａｇの減量は、例えば前回に設定した目標改質水流量の５０％程度の流量を新たな目標改質水流量Ｑｗｔａｇに設定することにより行なう。すなわち、着火不良や失火によりシステム起動に失敗する度に、次にシステム起動するときには、気化器２２への改質水の供給量を段階的に減らしていくのである。一方、温度Ｔ１が気化可能温度β未満でないと判定したときには、気化器２２の温度は改質水を気化することができる温度に達しており、気化器２２には改質水が液水として残存していないと判断し、所定量Ｑｗｓｅｔを目標改質水流量Ｑｗｔａｇに設定して改質水ポンプ４３を制御し（ステップＳ１５０）、ステップＳ１６０，Ｓ１７０の着火判定へ進む。そして、着火判定において着火が成功したと判定され、続く、失火判定において失火が発生したと判定されることなく、発電許可判定において発電許可がなされると、フラグＦを値０に設定すると共に発電処理を開始して（ステップＳ２３０，Ｓ２４０）、起動制御ルーチンを終了する。

上述したように、本実施形態では、燃焼部２５の温度を直接検出することはできず、着火判定は、燃焼部２５の温度に相関する温度、すなわち温度センサ９４により検出されるＴ４に基づいて行なわれる。このため、着火の成否の検出には遅れが生じる。そこで、本実施形態では、燃焼部２５においてオフガスが着火された後、改質器２３における水蒸気改質行程への移行の際に改質水に不足が生じることがないように、気化器２２への改質水の供給を、着火判定の前に開始することとしている。このため、着火不良や失火によりシステム起動が失敗すると、気化器２２の温度は改質水を気化できる温度に達しておらず、気化器２２には、改質水が液水として残存していることが多い。この場合、次にシステム起動を再実行するときに改質水の供給量を通常通りの所定量Ｑｗｓｅｔに設定すると、気化器２２において改質水の水量が過多となり、改質水の気化に必要なエネルギ消費が増加する結果、着火不良や失火が起こり易くなり、システム起動の失敗が繰り返されるおそれが生じる。本実施形態では、着火不良が失火によりシステム起動に失敗すると、次にシステム起動を再実行するときには、改質水の供給量を前回よりも減量するから、気化器２２における改質水の水量を適正な水量とすることができ、着火不良や失火が繰り返されるのを抑制することができる。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、システム起動に際して、着火判定の前に蒸発部への改質水の供給を開始し、着火不良または失火によりシステム起動に失敗すると、次にシステム起動する際には蒸発部への改質水の供給量を減量する。これにより、蒸発部の温度が改質水を蒸発できる温度に達していないときに着火不良や失火によりシステム起動に失敗して蒸発部に改質水（液水）が残存するものとしても、次にシステム起動する際に蒸発部に残存する液水により着火不良が失火が起こりやすくなるのを抑制することができる。この結果、着火不良や失火によってシステム起動に失敗した場合において、システム起動の失敗が繰り返されるのを抑制することができる燃料電池システムとすることができる。

また、本実施形態の燃料電池システム１０では、着火不良または失火によりシステム起動に失敗した後、次にシステム起動する際に気化器２２の温度Ｔ１が気化可能温度β以上のときには、改質水の供給量を減量しない。これにより、次にシステム起動する際に、気化器２２の温度が改質水を気化できる温度に達しているにも拘わらず、改質水の供給量を減量することで気化器２２において改質水に不足が生じるのを回避することができる。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック２１が「燃料電池」に相当し、改質器２３が「改質部」に相当し、気化器２２が「蒸発部」に相当し、原燃料ガス供給装置３０が「原燃料ガス供給装置」に相当し、改質水供給装置４０が「改質水供給装置」に相当し、エア供給装置５０が「酸化剤ガス供給装置」に相当し、燃焼部２５が「燃焼部」に相当し、着火ヒータ２６が「着火器」に相当し、制御装置８０が「制御装置」に相当する。また、温度センサ９４が「温度センサ」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。

１原燃料供給源、２電力系統、３電力ライン、４負荷、１０燃料電池システム、１２筐体、１２ａ吸気口、１２ｂ排気口、１４換気ファン、２０発電モジュール、２１燃料電池スタック、２２気化器、２３改質器、２４マニホールド、２５燃焼部、２６着火ヒータ、２７燃焼触媒、２８触媒ヒータ、２９モジュールケース、３０原燃料ガス供給装置、３１原燃料ガス供給管、３２，３３開閉弁、３４オリフィス、３５ガスポンプ、３６脱硫器、３７圧力センサ、３８流量センサ、４０改質水供給装置、４１改質水供給管、４２改質水タンク、４３改質水ポンプ、５０エア供給装置、５１エア供給管、５２エアフィルタ、５３エアポンプ、６０排熱回収装置、６１循環配管、６２熱交換器、６３貯湯タンク、６４循環ポンプ、６６配管、６７燃焼排ガス排出管、７０パワーコンディショナ、７２電源基板、８０制御装置、８１ＣＰＵ、８２ＲＯＭ、８３ＲＡＭ、８４タイマ、９１，９４，９８温度センサ。

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
原燃料ガスを水蒸気改質して前記燃料ガスを生成する改質部と、
改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を前記改質部へ供給する蒸発部と、
前記改質部へ前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置と、
前記蒸発部へ前記改質水を供給する改質水供給装置と、
前記燃料電池へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させて燃焼熱により前記改質部と前記蒸発部とを加熱する燃焼部と、
前記燃焼部において前記オフガスを着火させる着火器と、
システム起動に際して、前記改質部へ前記原燃料ガスを供給すると共に前記燃料電池へ前記酸化剤ガスを供給して前記燃料電池からのオフガスを着火するよう前記原燃料ガス供給装置と前記酸化剤ガス供給装置と前記着火器とを制御した後、着火の成否を判定する着火判定を行なう制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、システム起動に際して、前記着火判定の前に前記蒸発部への前記改質水の供給が開始されるよう前記改質水供給装置を制御し、着火不良または失火によりシステム起動に失敗すると、次にシステム起動する際には前記蒸発部への改質水の供給量を減量する、
燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記着火不良または前記失火によりシステム起動に失敗する度に、次にシステム起動する際の前記改質水の供給量を前回よりも減量する、
燃料電池システム。
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記着火不良または前記失火によりシステム起動に失敗した後、次にシステム起動する際に前記蒸発部の温度が所定温度以上のときには、前記改質水の供給量を減量しない、
燃料電池システム。
請求項１ないし３いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃焼部の温度に相関する温度を検出する温度センサを備え、
前記制御装置は、前記温度センサにより検出される温度に基づいて前記着火判定を行なう、
燃料電池システム。