CN108370047A - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统，具备接受阳极气体及阴极气体的供给而进行发电的固体氧化物型燃料电池，其中，上述燃料电池系统具有：阴极气体供给部，其将阴极气体经由阴极气体供给路供给到燃料电池；第一燃烧器，其设置于阴极气体供给路；第二燃烧器，其使从燃料电池排出的阳极废气及阴极废气燃烧；第一分支路，其在阴极气体供给路中，从第一燃烧器的上游分支，并与第一燃烧器的下游合流；第二分支路，其从阴极气体供给路中的第一燃烧器的下游分支，并与将阴极废气从燃料电池排出到第二燃烧器的阴极废气排出路合流。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。
背景技术
已知有一种向一侧供给阳极气体，向另一侧供给阴极气体(空气等)，在较高温度下进行动作的固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)。使用这种燃料电池的燃料电池系统由于必须冷却该燃料电池，因此，至完全停止为止需要时间(JP2007－066876A)。例如，在定置用燃料电池系统中使其完全停止为止，有时需要一天到数天。
SOFC的阳极具有在高温下容易氧化的性质。另外，有发生阴极与阳极气体反应而劣化的可能性。因此，即使在停止处理中，也要进行向阳极供给阳极气体及向阴极供给阴极气体。
另外，在燃料电池系统的停止处理中，在SOFC内未完全反应的阳极气体可能会作为未燃气体被排出。通过对这种未燃气体进行使用排气燃烧器的氧化催化剂处理，能够抑制未燃气体向大气的排出。用于这种氧化催化剂处理的催化剂的动作温度较高。
但是，存在如下课题，即，因为在停止处理中SOFC整体的温度下降，所以排气燃烧器的催化剂未变为适当的动作温度，未燃气体的全部未进行氧化催化剂处理，其一部分可能排出到燃料电池系统外。
发明内容
本发明的目的在于，抑制燃料电池系统的停止处理中的未燃气体向大气的排出。
本发明的一方面提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具备接受阳极气体及阴极气体的供给而进行发电的固体氧化物型燃料电池，其中，所述燃料电池系统具有：阴极气体供给部，其将阴极气体经由阴极气体供给路供给到燃料电池；第一燃烧器，其设置于阴极气体供给路；第二燃烧器，其使从燃料电池排出的阳极废气及阴极废气燃烧；第一分支路，其在阴极气体供给路中，从第一燃烧器的上游分支，并与第一燃烧器的下游合流；第二分支路，其从阴极气体供给路中的第一燃烧器的下游分支，与将阴极废气从燃料电池排出到第二燃烧器的阴极废气排出路合流。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的燃料电池系统的构成图；
图2是表示燃料电池系统的停止控制处理的流程图；
图3A是表示燃料供给停止处理的流程图；
图3B是燃料供给停止处理中的燃料电池系统的构成图；
图4A是表示阳极废气排出路径的变更处理的流程图；
图4B是阳极废气排出路径的变更处理中的燃料电池系统的构成图；
图5A是表示阳极气体供给停止处理的流程图；
图5B是阳极气体供给停止处理中的燃料电池系统的构成图；
图6A是表示结束处理的流程图；
图6B是结束处理中的燃料电池系统的构成图；
图7是表示燃料电池系统的其它停止控制处理的流程图；
图8A是表示阴极废气排出路径的切换处理的流程图；
图8B是阴极废气排出路径的切换处理中的燃料电池系统的构成图；
图9是第二实施方式的燃料电池系统的构成图；
图10是表示燃料电池系统的停止控制的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是第一实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)系统的概略构成图。此外，将图1所示的SOFC系统设为通常运转中的结构。
SOFC即燃料电池堆1为将通过供给阳极气体(燃料气体)的阳极(燃料极)、和供给含有氧的空气作为阴极气体(氧化气体)的阴极(空气极)夹持由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层而构成的单元层叠而成的电池堆。在燃料电池堆1中，使阳极气体中包含的氢等燃料和阴极气体中的氧反应而进行发电，排出反应后的阳极气体(阳极废气)和反应后的阴极气体(阴极废气)。
在具备燃料电池堆1的固体氧化物型燃料电池系统(以下，称为燃料电池系统100)中设置有：燃料供给系统，其向燃料电池堆1供给阳极气体(燃料)；空气供给系统，其向燃料电池堆1供给阴极气体(空气)；排气系统，其将从燃料电池堆1排出的阳极废气及阴极废气向燃料电池系统100外排出(排气)。另外，与这些系统分开地设置有与燃料电池堆1直接连接的驱动系统。
燃料供给系统包括蒸发器2、原料加热器3及改性器4等。空气供给系统包括压缩机5、空气热交换器6及起动燃烧器7等。排气系统包括排气燃烧器8等。驱动系统由DC－DC转换器9A、蓄电池9B、驱动电机9C等构成。另外，燃料电池系统100具备控制系统整体的动作的控制部10。
控制部10通过控制燃料电池系统100的各构成或各系统中的阀等，控制燃料电池系统100整体。此外，控制部10由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。
下面，对各系统进行详细说明。首先，对燃料供给系统的详情进行说明。
在燃料供给系统中，蓄积于未图示的燃料箱的液体燃料经由蒸发器2、原料加热器3、改性器4而被供给到燃料电池堆1。作为燃料，使用混合了乙醇和水的含水乙醇等。
燃料供给系统中的燃料的路径具备从燃料箱朝向蒸发器2的路径101、从蒸发器2朝向原料加热器3的路径102、从原料加热器3朝向改性器4的路径103、以及从改性器4朝向燃料电池堆1的路径104。另外，设置有分支路径105，该分支路径105从路径103的中途分支，与将阳极废气从燃料电池堆1排出的路径121、122合流。
路径121和122经由阀11连接，分支路径105通过阀11合流。通过开闭该阀11，切换分支路径105的切断和导通。在通常运转中，成为通过阀11切断分支路径105，并且导通路径121、122的状态。此外，在路径102上设置有温度传感器T1，在路径104上设置有温度传感器T2、压力传感器P1。
蒸发器2利用从排气燃烧器8排出的废气的热量使燃料气化。原料加热器3使用来自排气燃烧器8的废气的热量，将气化后的燃料气体进一步加热至在改性器4中可改性的温度。具体而言，路径101中约30度的液体燃料成为路径102中约400度的燃料气体。在路径103中，燃料气体被进一步加热至约660度。而且，燃料气体通过改性器4被改性为阳极气体。
改性器4通过催化剂反应将燃料改性为阳极气体，将该阳极气体向燃料电池堆1的阳极供给。例如，燃料即含水乙醇被改性为含有甲烷、氢及一氧化碳等的阳极气体。因为在改性器4中发生催化剂反应导致的吸热，所以路径104中的阳极气体成为约520度。
接下来，对空气供给系统的详情进行说明。
在空气供给系统中，从外部取入的阴极气体经由压缩机5、空气热交换器6、起动燃烧器7而被供给到燃料电池堆1。此外，压缩机5为阴极气体供给部的一例，可以使用送风机等来代替。
空气供给系统中的空气的路径具备从压缩机5朝向空气热交换器6的路径111、从空气热交换器6朝向起动燃烧器7的路径112、以及从起动燃烧器7朝向燃料电池堆1的路径113、114。路径113和114经由阀13连接。另外，设置有分支路径115，其从阀13分支，与将阴极废气从燃料电池堆1排出的路径124合流。通过操作阀13，将来自起动燃烧器7的阳极气体的供给目的地切换为经由路径114的燃料电池堆1或经由分支路径115的排气燃烧器8。在通常运转时，通过阀13导通路径113、114，同时切断分支路径115。
进而，在路径111上设置有阀12，在燃料电池系统100的动作中通过打开该阀12，将阴极气体取入燃料电池系统100。另外，设置有从路径112的中途分支，与路径114合流的分支路径116。在该分支路径116上设置有阀15。通过开闭阀15，切换分支路径116的切断和导通。在通常运转时阀15被关闭，分支路径116被切断。此外，在路径113上设置有温度传感器T3、压力传感器P2。
空气热交换器6利用来自排气燃烧器8的废气的热量加热阴极气体。起动燃烧器7构成为将从外部供给的空气和燃料混合而可燃烧。起动燃烧器7在燃料电池系统100起动时等起动，向燃料电池堆1供给加热后的阴极气体。另外，在来自外部的空气向起动燃烧器7的供给路径上设置有阀14。通过使用阀14，能够控制起动燃烧器7的燃烧量。此外，阴极气体的温度在路径111上成为约60度，在路径112上成为约300度，在路径113上成为约700度。
接下来，对排气系统的详情进行说明。
阳极废气经由路径121、122从燃料电池堆1排出，阴极废气经由路径123、124从燃料电池堆1排出。阳极废气及阴极废气在排气燃烧器8燃烧而成为废气。废气经由原料加热器3、蒸发器2、空气热交换器6而被排出到外部。
排气系统中的路径具备将阴极废气从燃料电池堆1排出的路径121、122、将阳极废气排出的路径123、124、从排气燃烧器8朝向原料加热器3的路径125、从原料加热器3朝向蒸发器2的路径126、从蒸发器2朝向空气热交换器6的路径127、从空气热交换器6朝向外部的路径128。
约750度的路径121、122的阴极废气及路径123、124的阳极废气在排气燃烧器8燃烧，作为约760度的废气排出到路径125。该废气的温度在路径126上成为约720度，在路径127上成为约550度，在路径128上成为约410度。
在路径123和124之间设置有阀16，设置有从阀16分支，可将阴极废气向外部排出的排气路径129。通过控制阀16，将来自燃料电池堆1的阴极废气的排出目的地切换为经由路径124的排气燃烧器8或经由排气路径129的燃料电池系统100外。在通常运转中，阀16被关闭，排气路径129被切断。
另外，在路径128上设置有阀17，通过在燃料电池系统100停止时关闭阀18，防止大气从路径128逆流到燃料电池堆1。
排气燃烧器8具备由矾土等陶瓷材料构成的催化剂，混合阳极废气和阴极废气，使该混合气体氧化，生成以二氧化碳或水为主要成分的废气。该氧化催化剂反应有适当进行反应的温度范围。在通常起动时，因为从燃料电池堆1排出的阳极废气及阴极废气的温度高，所以在排气燃烧器8中适当地进行氧化催化剂反应。
另外，因为氧化催化剂反应是发热反应，所以来自排气燃烧器8的排气的温度比阳极废气及阴极废气的温度高。排气燃烧器8构成为将从外部供给的空气和燃料混合而可燃烧。将燃料及空气供给到排气燃烧器8，以使阳极废气和阴极废气成为最适合催化剂燃烧反应的比率。使用设置于来自外部的空气的供给路的阀18控制排气燃烧器8中的催化剂燃烧反应。
此外，在路径121上设置有温度传感器T4，在路径123上设置有温度传感器T5，在路径125上设置有温度传感器T6。
接下来，对驱动系统进行说明。
DC－DC转换器9A与燃料电池堆1连接，使燃料电池堆1的输出电压升压而向蓄电池9B或驱动电机9C供给电力。蓄电池9B对从DC－DC转换器9A供给的电力进行充电，且向驱动电机9C供给电力。驱动电机9C经由逆变器(未图示)与蓄电池9B及DC－DC转换器9A连接，成为车辆的动力源。
接下来，对燃料电池系统100的停止控制处理进行说明。此外，该停止控制处理在搭载燃料电池系统100的车辆停车时、按下燃料电池系统100的停止按钮时或蓄积燃料电池堆1中发出的电力的二次电池充满电时开始。此外，停止控制处理进行至变成随着燃料电池系统100的冷却，燃料电池堆1的阳极发生氧化的可能性降低，燃料电池系统100仅进行自然冷却的状态为止。另外，燃料电池系统100的停止控制处理即系统停止控制为系统停止中执行的控制，系统停止中是指从系统停止控制开始到下次系统起动时为止的期间。
图2是表示停止控制处理的流程图。这些控制通过控制部10进行。
在步骤S21中，进行燃料供给停止处理。下面，使用图3A、3B对燃料供给停止处理的详情进行说明。
在步骤S22中，判定燃料电池堆1的温度Tc是否成为排出路径变更温度Tc1(例如，500度)以下。在燃料电池堆1的温度Tc比排出路径变更温度Tc1高的情况下(S22：否)，继续S22的处理。另一方面，在燃料电池堆1的温度Tc为排出路径变更温度Tc1以下的情况下(S22：是)，进入S23的处理。此外，燃料电池堆1的温度Tc可以通过设置于燃料电池堆1的未图示的温度传感器而取得，也可以根据温度传感器T4、T5等的测量温度进行推测。
此外，当燃料电池堆1的温度下降，将较低温的阴极废气从燃料电池堆1供给到排气燃烧器8时，变成排气燃烧器8的温度下降，不再进行氧化催化剂反应的状态。排出路径变更温度Tc1为有可能变成这种状态的燃料电池堆1的温度。
在步骤S23中，进行阴极废气排出路径的变更处理。下面，使用图4A、4B对阴极废气排出路径的变更处理的详情进行说明。
在步骤S24中，判定燃料电池堆1的温度Tc是否成为停止温度Tc2(例如，300度)以下。在燃料电池堆1的温度Tc比停止温度Tc2高的情况下(S24：否)，继续S24的处理。另一方面，在燃料电池堆1的温度Tc为停止温度Tc2以下的情况下(S24：是)，进入S25的处理。此外，停止温度Tc2为即使燃料电池堆1的阳极与氧接触，也不发生氧化的温度。
在步骤S25中，进行阳极气体供给停止处理。下面，使用图5A、5B对阳极气体供给停止处理的详情进行说明。
在步骤S26中，判定表示排气燃烧器8的出口温度的温度传感器T6的温度T6是否为停止温度Tc3(例如，730度)以下。在排气燃烧器8的出口温度T6比停止温度Tc3高的情况下(S26：否)，继续S26的处理。另一方面，在排气燃烧器8的出口温度T6为停止温度Tc3以下的情况下(S26：是)，进入S27的处理。
在步骤S27中，进行结束处理。下面，使用图6A、6B对结束处理的详情进行说明。
接下来，使用图3A～6B对图2的燃料供给停止处理(S21)、阴极废气排出路径的变更处理(S23)、阳极气体供给停止处理(S25)及结束处理(S27)的详情进行说明。
首先，使用图3A、3B对燃料供给停止处理的详情进行说明。
图3A中示出了燃料供给停止处理的详情，图3B中示出了燃料供给停止处理中的燃料电池堆的构成图。
首先，在燃料供给系统中，切断路径101而停止燃料向燃料电池系统100的供给(S211)。而且，通过操作阀11，分支路径105导通(S212)。由此，将燃料供给系统的蒸发器2、路径102及残留在原料加热器3中的燃料经由分支路径105供给到排气燃烧器8。因此，由于停止了阳极气体向燃料电池堆1的供给，所以燃料电池堆1的发电量降低。
在空气供给系统中，通过操作阀15，分支路径116导通(S213)。而且，通过操作阀13，切断路径114，且分支路径115导通(S214)。此外，起动燃烧器7起动(S215)。因为压缩机5继续动作，所以将经由分支路径116供给到起动燃烧器7之前的阴极气体供给到燃料电池堆1。因此，通过较低温(约310度)的阴极气体逐渐冷却燃料电池堆1。另外，经由分支路径115将由起动燃烧器7加热的约700度的阴极气体供给到排气燃烧器8。因此，排气燃烧器8成为适合催化剂反应的温度，从而适当地进行催化剂燃烧反应。
在驱动系统中，进行EAP处理(S216)。具体而言，从蓄电池9B经由DC－DC转换器9A向燃料电池堆1施加反向偏置电压。由此，能够抑制燃料电池堆1的阳极的氧化。
接下来，使用图4A、4B对阴极废气排出路径的变更处理(S23)的详情进行说明。
图4A表示阴极废气排出路径的变更处理的详情，图4B表示阴极废气排出路径的变更处理中的燃料电池堆的构成图。
首先，对在图2所示的阴极废气排出路径的变更处理(S23)的前段进行的分支处理(S22)进行说明。随着燃料电池堆1的冷却，燃料电池堆1的温度Tc成为排出路径变更温度Tc1(约500度)以下(S22：是)。在该状态下，因为经由路径123、124从燃料电池堆1供给到排气燃烧器8的阴极废气的温度低，所以即使经由分支路径115从起动燃烧器7供给高温的阴极气体，排气燃烧器8也会下降至不进行氧化催化剂反应的温度。因此，进行阴极废气排出路径变更处理(S23)。另一方面，在燃料电池堆1的温度Tc比排出路径变更温度Tc1高的情况下(S22：否)，排气燃烧器8为进行氧化催化剂反应的适当的温度，因此，继续S22的处理。
在此，参照图4A、4B，在阴极废气排出路径的变更处理(S23)中，操作阀16，切断路径124，且导通排气路径129(S231)。由此，将从燃料电池堆1经过路径123而排出的阴极废气经由排气路径129向外部排出。因此，不再将温度下降的阴极废气供给到排气燃烧器8。
这样，因为仅将高温的阴极气体经由分支路径115从起动燃烧器7供给到排气燃烧器8，所以能够抑制排气燃烧器8的温度的下降，确保进行氧化催化剂反应的温度。通过在排气燃烧器8中适当地进行氧化催化剂反应，能够抑制阳极废气中包含的未燃气体向大气的排出。这样，能够一边冷却燃料电池堆1，一边将排气燃烧器8维持在进行氧化催化剂反应的温度。
接下来，使用图5A、5B对阳极气体供给停止处理(S25)的详情进行说明。
图5A中示出了阳极气体供给停止处理的详情，图5B中示出了阳极气体供给停止处理中的燃料电池堆的构成图。
首先，对在图2所示的阳极气体供给停止处理(S25)的前段进行的分支处理(S24)进行说明。随着燃料电池堆1的进一步冷却，当燃料电池堆1的温度Tc成为停止温度Tc2(约300度)以下时(S24：是)，判断为即使燃料电池堆1的阳极接触大气也不进行氧化，进行阳极气体供给停止处理(S25)。另一方面，在燃料电池堆1的温度Tc比停止温度Tc2高的情况下(S24：否)，当燃料电池堆1的阳极接触大气时发生氧化，因此，判断为需要进一步冷却燃料电池堆1，继续S24的处理。
在此，参照图5A、5B，在阳极气体供给停止处理(S25)中，通过操作阀11，切断分支路径105，停止燃料向排气燃烧器8的供给(S251)。而且，通过操作阀15，切断分支路径116，停止阴极气体向燃料电池堆1的供给(S252)。而且，停止EAP处理(S253)。这样，燃料电池堆1的冷却处理结束，之后，自然冷却燃料电池堆1。此外，将经过了压缩机5、空气热交换器6及起动燃烧器7的高温的阴极气体经由分支路径115供给到排气燃烧器8。因此，在排气燃烧器8中适当地进行氧化催化剂反应。
接下来，使用图6A、6B对停止处理(S27)的详情进行说明。
图6A表示阳极气体供给停止处理的详细情况，图6B表示阳极气体供给停止处理中的燃料电池堆1的构成图。
首先，对在图2所示的结束处理(S27)的前段进行的分支处理(S26)进行说明。经由分支路径115从起动燃烧器7向排气燃烧器8供给约700度的阴极气体。在燃料供给系统中残留有未燃气体期间，在排气燃烧器8进行催化剂燃烧反应。因此，从排气燃烧器8向路径125的排气的温度成为约760度。但是，当燃料供给系统不包含未燃气体时，在排气燃烧器8不发生催化剂燃烧反应，因此，从排气燃烧器8向路径125的排气的温度变低。
于是，当路径125的温度传感器T6示出的排气燃烧器8的出口温度T6成为停止温度Tc3以下时(S26：是)，判断为燃料供给系统中没有残留未燃气体，进行停止处理(S27)。另一方面，在出口温度T6为停止温度Tc3以上的情况下(S26：否)，判断为燃料供给系统中残留有未燃气体，继续S26的处理。
在此，参照图6A、6B，在停止处理(S27)中，停止起动燃烧器7(S271)，且停止压缩机5。而且，操作阀12切断路径111(S272)。此外，通过操作阀17切断路径128(S273)，能够防止大气向燃料电池系统100的逆流。通过变成这种状态，燃料电池系统100内成为密闭的状态。在这种状态下，燃料电池堆1自然冷却至与外气温度相等为止。
在此，图7表示停止控制处理的其它一例。
参照图7，开始阴极废气排出路径的变更处理(S23)后，进行阴极废气排出路径的切换处理(S71)。而且，在燃料电池堆1的温度Tc比停止温度Tc2高的情况下(S24：否)，判断为需要继续冷却燃料电池堆1，返回S71的处理。
在阴极废气排出路径的切换处理中，操作阀16，以使排气燃烧器8的温度处于进行氧化催化剂反应的适当的温度范围内。通过进行阀16的操作，将阴极废气的排出目的地切换为路径124或129。因此，因为能够控制较低温的阴极废气向排气燃烧器8的流入，所以排气燃烧器8成为适当的温度，适当地进行催化剂燃烧反应。
使用图8A、8B，对阴极废气排出路径的切换处理进行说明。
图8A表示阴极废气排出路径的切换处理的流程图，图8B表示阴极废气排出路径的切换处理中的燃料电池堆1的构成图。
在排气燃烧器8中将进行氧化催化剂反应的适当的温度范围的上限温度设为以K1(燃烧上限温度)表示，将下限温度设为以K2(燃烧下限温度)表示。另外，如图8B所示，在本切换处理中，将来自燃料电池堆1的阴极废气的排出目的地切换为路径124或排气路径129。
在步骤S711中，判定排气燃烧器8的出口温度T6是否为燃烧下限温度K2以下。在排气燃烧器8的出口温度T6为燃烧下限温度K2以下的情况下(S711：是)，判断为需要抑制排气燃烧器8的温度的下降，进入S712。另一方面，在排气燃烧器8的出口温度T6比燃烧下限温度K2大的情况下(S711：否)，进入S713。
在步骤S712中，操作阀16，将从燃料电池堆1向路径123排出的阴极废气不经过路径124而从排气路径129向燃料电池系统100外排出。由此，因为仅将高温的阴极气体从起动燃烧器7经由分支路径115供给到排气燃烧器8，所以能够抑制排气燃烧器8的温度的下降，排气燃烧器8的温度处于进行氧化催化剂反应的温度范围内。当S712的处理结束时，阴极废气排出路径的切换处理(S71)结束。
在步骤S713中，判定排气燃烧器8的出口温度T6是否为燃烧上限温度K1以上。在排气燃烧器8的出口温度T6为燃烧上限温度K1以上的情况下，判断为需要抑制排气燃烧器8的温度的上升，进入S714。另一方面，在排气燃烧器8的出口温度T6比燃烧下限温度K2大的情况下，判断为排气燃烧器8处于进行氧化催化剂反应的适当的温度范围，阴极废气排出路径的切换处理(S71)的处理结束。
在步骤S714中，操作阀16，将从燃料电池堆1向路径123排出的阴极废气不经过排气路径129而经由路径124供给到排气燃烧器8。由此，因为不仅将高温的阴极气体经由分支路径115从起动燃烧器7供给到排气燃烧器8，而且将低温的阴极废气经由路径123、124从燃料电池堆1供给到排气燃烧器8，所以能够抑制排气燃烧器8的温度的上升，排气燃烧器8的温度处于进行氧化催化剂反应的温度范围内。当S714的处理结束时，阴极废气排出路径(S71)的切换处理结束。
根据第一实施方式，能够得到如下效果。
根据第一实施方式的使燃料电池堆1发电的燃料电池系统100，具有：压缩机5，其将阴极气体经由路径111、112、113、114(阴极气体供给路)供给到燃料电池堆1；起动燃烧器7(第一燃烧器)，其设置于阴极气体供给路；排气燃烧器8(第二燃烧器)，其使从燃料电池堆1排出的阳极废气及阴极废气燃烧；分支路径116(第一分支路)，其在阴极气体供给路中，从起动燃烧器7的上游分支，在起动燃烧器7的下游合流；分支路径115(第二分支路)，其从阴极气体供给路中的起动燃烧器7的下游分支，与将从燃料电池堆1排出的阴极废气向朝向排气燃烧器8的路径123、124(阴极废气排出路)合流。
另外，燃料电池系统100具备：阀15(第一阀)，其切换分支路径116(第一分支路)的切断和导通；阀13(第二阀)，其将来自起动燃烧器7(第一燃烧器)的阴极气体的排出目的地切换为燃料电池堆1或经过了分支路径115(第二分支路)的路径124(阴极废气排出路)中的任一个。
当开始燃料电池系统100的停止处理时，因为燃料电池堆1的温度下降，所以排气燃烧器8的温度会下降，可能在排气燃烧器8不能适当地进行催化剂燃烧反应。于是，在燃料供给停止处理(S21)中，通过操作阀15使分支路径116导通，将从压缩机5供给的阴极气体经由分支路径116供给到燃料电池堆1(第一分支路控制步骤：S213)。而且，操作阀13，使分支路径115导通，且将从起动燃烧器7向燃料电池堆1供给阴极气体的阴极气体向排气燃烧器8供给(第二分支路控制步骤：S214)。而且，起动排气燃烧器8(第一燃烧器起动步骤：S215)。
由此，将低温的阴极气体经由分支路径116供给到燃料电池堆1。因此，因为并没有将来自起动燃烧器7的高温的阴极气体供给到燃料电池堆1，所以能够高效地冷却燃料电池堆1。
进而，即使燃料电池堆1已经冷却，因为将经过了起动燃烧器7的高温的阴极气体供给到排气燃烧器8，所以能够抑制排气燃烧器8的温度的下降。因此，适当地进行排气燃烧器8的催化剂燃烧反应，能够抑制阳极废气中包含的未燃气体泄漏到燃料电池系统100外。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，还具有从路径123、124(阴极废气通路)中的分支路径115(第二分支路)的合流点的上游分支，可将阴极废气排出的排气路径129(排气路)。
另外，燃料电池系统100具备将来自燃料电池堆1的阴极废气的排出目的地切换为排气燃烧器8(第二燃烧器)或经过了排气路径129(排气路)的燃料电池系统100の外部中的任一个的阀16(排气阀)。
当燃料电池系统100的温度Tc的冷却进行时，阴极废气的温度下降。因此，即使经由分支路径115供给来自起动燃烧器7的高温的排气，因为从冷却中的燃料电池堆1供给低温的阴极废气，所以排气燃烧器8也会变成不进行氧化催化剂反应的温度。于是，在燃料电池低于规定温度(排出路径变更温度Tc1)的情况下，控制阀16使排气路径129导通。由此，将从燃料电池堆1向路径123排出的低温的阴极废气并不是经过路径124供给到排气燃烧器8，而是从排气路径129向燃料电池堆1外排出(排气路变更步骤：S23、S231)。因此，因为排气燃烧器8处于能够抑制温度的下降而适当的进行氧化催化剂反应的温度范围，所以适当地进行催化剂燃烧反应。由此，能够抑制阳极废气中包含的未燃气体泄漏到燃料电池系统100外的情况。
此外，作为变形例，也可以通过根据排气燃烧器8的温度操作阀16，进一步进行将阴极废气从排气路径129向燃料电池系统100外排出，或者经由路径124向排气燃烧器8供给的切换控制(排气路切换步骤：S71)。例如，在排气燃烧器8的温度变低，且低于可进行催化剂反应的下限温度(燃烧下限温度)的情况下(S711：是)，通过控制阀16使排气路径129导通，将阴极废气从排气路径129向燃料电池系统100外排出(S712)。因此，能够抑制低温的阴极废气向排气燃烧器8的流入，因为排气燃烧器8的温度高于可进行催化剂反应的下限温度，所以适当地进行氧化催化剂反应。另一方面，在排气燃烧器8的温度变高，且高于进行催化剂反应的上限温度(燃烧上限温度)的情况下(S713：是)，通过控制阀16使排气路径129导通，仅将高温的阴极气体从起动燃烧器7经过分支路径115供给到排气燃烧器8(S714)。因此，排气燃烧器8的温度低于可适当地进行氧化催化剂反应的上限温度，适当地进行催化剂反应。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，在路径112(阴极气体供给路)中的分支路径116(第二分支路)的分支点的上游侧，还具有利用来自排气燃烧器8(第二燃烧器)的排气的空气热交换器6。
通过设置这种空气热交换器6，在燃料电池系统100停止时，将在空气热交换器6加热的阴极气体供给到燃料电池堆1。因此，因为妨碍燃料电池堆1的急剧冷却，所以能够防止燃料电池堆1中的阳极等的开裂。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，还具有从路径103(阳极气体供给路)分支，与从燃料电池堆1至排气燃烧器8(第二燃烧器)之间的路径121、122(阳极废气排出路)合流的分支路径105(第三分支路)。
另外，燃料电池系统100具备将阴极气体的供给目的地切换为燃料电池堆1或经过了分支路径105(第三分支路)的路径124(阳极废气排出路)中的任一个的阀11(第三阀)。
在燃料电池系统100停止时，当操作阀11使分支路径105导通时，能够在燃料的供给停止后将残留在燃料供给系统内的燃料不供给到燃料电池堆1而供给到排气燃烧器8(第三分支路导通步骤：S251)。因此，在燃料的供给停止后，完全不再向燃料电池堆1供给燃料，能够较早停止燃料电池堆1的发电，因此，能够缩短燃料电池系统100的停止时间。而且，能够通过排气燃烧器8使用残留在燃料供给系统中的燃料，因此，能够抑制燃料的使用量。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，对积极冷却燃料电池堆1的例子进行说明。
图9是表示第二实施方式的燃料电池系统100的通常运转时的构成的图。该图所示的构成，在路径114从空气热交换器6的上游分支这一点上与图1所示的第一实施方式的燃料电池系统100的构成不同。
图10是表示本实施方式的燃料电池系统100中的停止处理的图。该图的处理与图7所示的第一实施方式的其它的停止控制处理相比，消除了步骤S23的处理。此外，在燃料供给停止处理(S21)、阴极废气排出路径的切换处理(S71)、阳极气体供给停止处理(S25)以及结束处理(S27)中，进行与第一实施方式相同的处理。
这样，在燃料供给停止处理(S21)后，即燃料电池堆的温度Tc成为停止温度Tc2(S24：是)，至开始阳极气体供给停止处理(S25)的期间，进行S71的切换处理。因此，因为排气燃烧器8总是为适当地进行氧化催化剂反应的温度，所以阳极废气中包含的未燃气体向大气的排出被抑制。
根据第二实施方式，能够得到如下效果。
根据第二实施方式的燃料电池系统100，在上述阴极气体供给路中的第一分支路的分支点和起动燃烧器7(第一燃烧器)之间，还具有利用来自排气燃烧器8(第二燃烧器)的排气的空气热交换器6。
通过设为这种构成，将常温的阴极气体不经空气热交换器6供给到燃料电池堆1。因此，因为能够急速冷却燃料电池堆1，所以能够缩短燃料电池系统100的停止时间。
另外，图10所示的停止控制处理与图7所示的第一实施方式的停止控制处理相比，消除了阴极废气排出路径的变更处理(S23)。由此，能够减轻控制部10的处理负荷。
如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过示出本发明的应用例的一部分，其主旨并不是将本发明的技术范围限定在上述实施方式的具体构成。另外，上述实施方式可以进行适当组合。
本国际申请基于2015年12月15日向日本专利厅提出申请的特愿2015－244487主张优先权，该申请的全部内容通过参照而编入到本说明书中。

Claims (12)

1.一种燃料电池系统，具备接受阳极气体及阴极气体的供给而进行发电的固体氧化物型燃料电池，其中，
所述燃料电池系统具有：
阴极气体供给部，其将所述阴极气体经由阴极气体供给路供给到所述燃料电池；
第一燃烧器，其设置于所述阴极气体供给路；
第二燃烧器，其使从所述燃料电池排出的阳极废气及阴极废气燃烧；
第一分支路，其在所述阴极气体供给路中，从所述第一燃烧器的上游分支，并与所述第一燃烧器的下游合流；
第二分支路，其从所述阴极气体供给路中的所述第一燃烧器的下游分支，并与将所述阴极废气从所述燃料电池排出到所述第二燃烧器的阴极废气排出路合流。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，还具有：
第一阀，其切换所述第一分支路的切断和导通；
第二阀，其将来自所述第一燃烧器的所述阴极气体的排出目的地切换为所述燃料电池或经过了所述第二分支路的所述阴极废气排出路中的任一个。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
还具有排气路，所述排气路从所述阴极废气排出路中的所述第二分支路的合流点的上游分支，将所述阴极废气向所述燃料电池系统的外部排出。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
还具有排气阀，其将来自所述燃料电池的所述阴极废气的排出目的地切换为所述第二燃烧器或经过了所述排气路的所述燃料电池系统的外部中的任一个。
5.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，
还具有热交换器，该热交换器设置于所述阴极气体供给路中的所述第一分支路的分支点的上游，并加热所述阴极气体。
6.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，
还具有热交换器，该热交换器在所述阴极气体供给路中的所述第一分支路的分支点和所述第一燃烧器之间对所述阴极气体加热。
7.如权利要求1～6中任一项所述的燃料电池系统，其中，
还具有第三分支路，该第三分支路从向所述燃料电池供给所述阳极气体的阳极气体供给路分支，与将所述阳极废气从所述燃料电池排出到所述第二燃烧器的阳极废气排出路合流。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其中，
还具有第三阀，该第三阀将所述阴极气体的供给目的地切换为所述燃料电池或经过了所述第三分支路的所述阳极废气排出路中的任一个。
9.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具有：
固体氧化物型燃料电池，其接受阳极气体及阴极气体的供给而进行发电；
阴极气体供给部，其将所述阴极气体经由阴极气体供给路供给到所述燃料电池；
第一燃烧器，其设置于所述阴极气体供给路；
第二燃烧器，其使从所述燃料电池排出的阳极废气及阴极废气燃烧；
第一分支路，其在所述阴极气体供给路中，从所述第一燃烧器的上游分支，与所述第一燃烧器的下游合流；
第二分支路，其从所述阴极气体供给路中的所述第一燃烧器的下游分支，与将所述阴极废气从所述燃料电池排出到所述第二燃烧器的阴极废气排出路合流，其中，所述控制方法在所述燃料电池系统停止中执行如下步骤：
第一分支路控制步骤，通过使所述第一分支路导通，将从所述阴极气体供给部供给的所述阴极气体经由所述第一分支路供给到所述燃料电池；
第二分支路控制步骤，使所述第二分支路导通，并且将所述阴极气体供给路中的从所述第一燃烧器至所述燃料电池之间切断，由此，将所述阴极气体从所述阴极气体供给部经由所述第一燃烧器供给到所述第二燃烧器；
第一燃烧器起动步骤，起动所述第一燃烧器。
10.如权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统还具有排气路，所述排气路从所述阴极废气排出路中的所述第二分支路的合流点的上游分支，将所述阴极废气向所述燃料电池系统外排出，
在所述燃料电池系统停止中，还执行如下的排气路变更步骤，即，在所述燃料电池低于规定温度的情况下，使所述排气路导通，由此，使所述阴极废气从所述燃料电池经由所述排气路向所述燃料电池系统外排出。
11.如权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统还具有排气路，所述排气路从所述阴极废气排出路中的所述第二分支路的合流点的上游分支，将所述阴极废气向所述燃料电池系统外排出，
在所述燃料电池系统停止中，还执行如下的排气路切换步骤，即，在所述第二燃烧器高于燃烧上限温度的情况下，切断所述排气路，由此，将所述阴极废气从所述燃料电池排出到所述第二燃烧器，在所述第二燃烧器低于燃烧下限温度的情况下，使所述排气路导通，由此，使所述阴极废气从所述燃料电池经由所述排气路向所述燃料电池系统外排出。
12.如权利要求9～11中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统还具有第三分支路，所述第三分支路从将所述阳极气体向所述燃料电池供给的阳极气体供给路分支，与将阳极废气从所述燃料电池排出到所述第二燃烧器的阳极废气排出路合流，
在所述燃料电池系统停止中，还执行如下的第三分支路导通步骤，即，通过使第三分支路导通，停止所述阳极气体向所述燃料电池的供给，并且，向所述第二燃烧器供给所述阳极气体。
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