JP2002305012A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質触媒の失活を防止する燃料電池システム
を提供する。 【解決手段】 燃料と水とを原燃料とする原燃料蒸気か
ら水素を含む改質ガスを生成する改質触媒（３）と、起
動時に燃料と酸化剤との混合気を燃焼させた燃焼ガスを
改質触媒に導入する起動用燃焼器（１０）と、改質ガス
と空気とを用いて発電する燃料電池スタック（１）とを
備える燃料電池システムにおいて、前記起動用燃焼器停
止時における起動用燃焼器内の混合気の空燃比が、起動
用燃焼器運転時の空燃比と理論空燃比との差をさらに大
きくした空燃比となるように起動用燃焼器に対する燃料
と空気の供給を停止するコントロールユニット（５０）
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システ
ム、特に起動用燃焼器を備えた燃料電池システムの改良
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】起動用燃焼器を備えた燃料電池システム
として、例えば特開２０００−６３１０４号公報に記載
のものがある。これは、起動用燃焼機構がインジェクタ
４８とグロープラグ４９とを備え、改質器２６が起動し
て改質用燃料ガスが改質触媒層に供給された時点でイン
ジェクタ４８からの燃料噴射を停止することで始動用燃
焼機構の運転を中止するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃料電池システムにおいては、始動用燃焼機構を停
止するときにはインジェクタからの燃料噴射のみを停止
する構成となっており、起動用燃焼機構を燃料リッチの
空燃比で運転した場合には、完全に停止するまでの間に
空燃比がリッチ側からリーン側へと変化していき、その
途中で理論空燃比となる時期が発生し、このときに発生
する高温燃焼ガスによって改質器の改質触媒が失活する
可能性があるという問題がある。
【０００４】そこで本発明の目的は、上記問題点を解決
する燃料電池システムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料と水
とを原燃料とする原燃料蒸気から水素を含む改質ガスを
生成する改質触媒と、起動時に燃料と酸化剤との混合気
を燃焼させた燃焼ガスを改質触媒に導入する起動用燃焼
器と、改質ガスと空気とを用いて発電する燃料電池スタ
ックとを備える燃料電池システムにおいて、前記起動用
燃焼器停止時における起動用燃焼器内の混合気の空燃比
が、起動用燃焼器運転時の空燃比と理論空燃比との差を
さらに大きくした空燃比となるように起動用燃焼器に対
する燃料と空気の供給を停止するコントロールユニット
を備える。
【０００６】第２の発明は、第１の発明において、前記
コントロールユニットは、前記起動用燃焼器がリッチ空
燃比で運転されている場合、起動用燃焼器に供給される
空気、燃料の停止は空気、燃料の順に停止するように制
御する。
【０００７】第３の発明は、第２に記載の発明におい
て、前記コントロールユニットは、空気供給停止後に起
動用燃焼器停止時の空燃比が可燃限界空燃比よりリッチ
空燃比となる量の燃料を起動用燃焼器に供給した後に燃
料の供給を停止するように制御する。
【０００８】第４の発明は、第２の発明において、前記
コントロールユニットは、空気供給停止後に前記起動用
燃焼器内のガス温度が燃料の自着火温度以下となる燃料
量を起動用燃焼器に供給した後に燃料の供給を停止する
ように制御する。
【０００９】第５の発明は、第２から４のいずれか一つ
の発明において、前記起動用燃焼器の停止後に起動用燃
焼器内に残留した燃料を気化させるガスを導入する。
【００１０】第６の発明は、第５の発明において、前記
燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼する燃焼
触媒を備え、前記起動用燃焼器から排出される残留気化
燃料は燃焼触媒に供給される。
【００１１】第７の発明は、第５の発明において、前記
ガスは改質ガスである。
【００１２】第８の発明では、第５の発明において、前
記ガスは空気である。
【００１３】第９の発明は、第５の発明において、前記
ガスはアノード排ガスまたはカソード排ガスの少なくと
も一方である。
【００１４】第１０の発明は、第１の発明において、前
記起動用燃焼器がリーン空燃比で運転されている場合、
起動用燃焼器に供給される燃料、空気の停止は燃料、空
気の順に停止される。
【００１５】第１１の発明は、第１０の発明において、
燃料供給停止後に前記起動用燃焼器内のガス温度が燃料
の自着火温度以下となる量の空気を供給した後に空気の
供給を停止する。
【００１６】
【発明の効果】第１の発明では、燃料電池システムにお
いて、起動用燃焼器停止時における起動用燃焼器内の混
合気の空燃比は、コントロールユニットが起動用燃焼器
運転時の空燃比と理論空燃比との差が大きくなるよう
に、つまり、運転時の空燃比がリッチ空燃比のときには
よりリッチ側に、リーン空燃比のときにはよりリーン側
になるように起動用燃焼器に供給される燃料と空気とを
制御するので、起動用燃焼器内の燃焼温度を運転時の燃
焼温度以上にすることなく停止することができ、下流に
位置する改質触媒に高温の燃焼ガスが導入されることが
なく、改質触媒の失活を防止できる。
【００１７】第２の発明では、起動用燃焼器がリッチ空
燃比で運転されている場合、起動用燃焼器に供給される
空気、燃料の停止は空気、燃料の順で停止されるので、
確実に燃料リッチな状態を維持したまま起動用燃焼器を
停止し、かつ起動用燃焼器内の温度を低下させて停止で
きる。
【００１８】第３の発明では、空気供給停止後に起動用
燃焼器停止時の空燃比が可燃限界空燃比よりリッチ空燃
比となる量の燃料を起動用燃焼器に供給した後に燃料の
供給を停止するので、確実に燃料リッチな状態を維持し
たまま起動用燃焼器を停止できる。
【００１９】第４の発明では、起動用燃焼器内のガス温
度が燃料の自着火温度以下となる燃料量を空気供給停止
後に起動用燃焼器に供給した後に燃料の供給を停止する
ので、確実に燃料リッチな状態を維持したまま起動用燃
焼器を停止できるとともに、起動用燃焼器内に空気等の
酸化ガスが流入する場合にも確実に着火を防止できる。
【００２０】第５の発明では、起動用燃焼器の停止後に
起動用燃焼器内に残留した燃料を気化させるガスを導入
するので、起動用燃焼器の温度を速やかに低下させるこ
とができるとともに起動用燃焼気内に燃料を残留させる
ことがなく、次回の起動時に残留燃料による着火性、運
転性の悪化を抑制できる。
【００２１】第６の発明では、燃料電池スタックから排
出される排ガスを燃焼する燃焼触媒を備え、起動用燃焼
器から排出される残留気化燃料は燃焼触媒に供給される
ので、燃料を有効利用でき、燃料電池システムの効率を
向上できる。
【００２２】第７の発明では、ガスは改質ガスであるの
で、酸素のほとんど含まない改質ガスも導入して燃料を
気化することにより燃料に着火することなく燃料を掃気
することができる。
【００２３】第８の発明では、ガスは空気であるので、
新たな配管等の追加を抑制でき、燃料電池システムのコ
スト上昇を抑制できる。
【００２４】第９の発明では、ガスはアノード排ガスま
たはカソード排ガスの少なくとも一方であるので、比較
的多量に燃料を追加供給する場合でも比較的長時間に渡
って起動用燃焼器内を掃気できるため起動用燃焼器内に
燃料が残留することがなく、次回の起動時に残留燃料に
よる着火性、運転性の悪化を抑制できる。
【００２５】第１０の発明では、起動用燃焼器がリーン
空燃比で運転されている場合、起動用燃焼器に供給され
る燃料、空気の停止は燃料、空気の順に停止されるの
で、確実に燃料リーンな状態を維持したまま起動用燃焼
器を停止し、かつ起動用燃焼器内の温度を低下させて停
止できる第１１の発明では、燃料供給停止後に前記起動
用燃焼器内のガス温度が燃料の自着火温度以下となる量
の空気を供給した後に空気の供給を停止するので、燃料
リーンな状態を保ちつつ燃焼温度の上昇を伴わずに確実
に燃焼を停止できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料電池システム
の構成を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】図１は本発明の第１実施形態の構成を説明
する図である。本燃料電池システムは、カソード極１ａ
とアノード極１ｂを備えた燃料電池スタック１と、カソ
ード極１ａに酸化剤としての空気を供給するコンプレッ
サ２と、アノード極１ｂに供給される改質ガスの生成お
よび改質ガスの一酸化炭素（以下、ＣＯと示す。）を除
去する改質触媒部３およびＣＯ除去部４と、改質触媒部
３に気化原燃料を供給する蒸発器５と、蒸発器５に原燃
料としてのメタノールと水を供給するメタノールタンク
６と水タンク７と、原燃料を気化するための燃焼ガスを
生成して、蒸発器５に導入する燃焼触媒部９と、燃焼触
媒部９にアノード排ガス、カソード排ガス、あるいは改
質ガスと空気を供給する混合器８を備える。さらにメタ
ノールと空気をメタノールリッチ状態で燃焼させる起動
用燃焼器１０と、この燃焼ガスを改質触媒部３での改質
反応に必要な成分に調整する予混合器１１とを備える。
【００２８】コンプレッサ２から供給される空気はカソ
ード極１ａに供給されるとともにその一部が混合器８、
起動用燃焼器１０および予混合器１１に供給されるよう
に構成されており、それぞれの供給経路には流量制御弁
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設置される。
【００２９】またメタノールタンク６から供給されるメ
タノールはポンプ１３によって蒸発器５に流量制御弁１
４を介して供給されるとともに、その一部は起動用燃焼
器１０に備えられた燃料用インジェクタ１５および予混
合器１１に備えられた燃料用インジェクタ１６に供給さ
れる。
【００３０】水タンク７の水はポンプ１７によって蒸発
器５に供給され、その供給経路の途中に流量制御弁１８
を備える。
【００３１】燃料電池スタック１から排出されるカソー
ド排ガスとアノード排ガスは混合器８に導入されて、燃
焼触媒部９で燃焼される。これら排ガスが混合器８に導
入される経路の途中にはそれぞれ流量制御弁１９、２０
が設置される。
【００３２】さらには起動用燃焼器１０から排出される
燃焼ガスの温度を検出する温度センサ２１、予混合器１
１から排出される気化原燃料の温度を検出する温度セン
サ２２、蒸発器５内の温度を検出する温度センサ２３お
よび蒸発器５から排出される気化原燃料の温度と圧力を
検出する温度センサ２４と圧力センサ２５が備えられ
る。さらに改質触媒部３から排出された改質ガスの濃度
を検出する濃度センサ２６が設けられて、その下流には
改質ガスの流れを制御する制御弁２７が設置されて、改
質ガスのガス組成（例えば、ＣＯ濃度）に基づき燃料電
池スタック１または混合器８へ改質ガスを供給する。
【００３３】なおこれら各種センサ、制御弁、インジェ
クタ、ポンプ類はコントロールユニット５０によって制
御される。
【００３４】燃料電池システム起動時においては、流量
制御弁１２ｃが開き、コンプレッサ２からの空気が起動
用燃焼器１０に供給される。またメタノールタンク６か
らのメタノールがインジェクタ１５から起動用燃焼器１
０内に噴射され、コンプレッサ２からの空気と燃料リッ
チ状態で混合し、グロープラグ２８によって着火され、
燃焼ガスを生成する。
【００３５】この燃焼ガスは起動用燃焼器１０の下流に
位置する予混合器１１に導入され、コンプレッサ２から
供給された空気とメタノールタンク６から供給されたメ
タノールとが燃焼ガスと混合し、この混合によって燃焼
ガスの温度が改質触媒部３の耐熱温度以下になるように
調整され、同時に改質触媒部３での改質ガス生成に用い
られるガス組成に調整されて改質触媒部３に導入され
る。
【００３６】改質触媒部３では燃焼ガスが改質触媒によ
って部分酸化反応を生じ、改質ガスを生成する一方、こ
の反応熱によって改質触媒部３が昇温する。
【００３７】改質ガスはＣＯ除去部４に供給されて、所
定のＣＯ濃度までＣＯが除去される。しかしながら起動
時等ＣＯ濃度の低減が十分でないときには、改質ガスは
燃料電池スタック１に供給されず、混合器８に導入され
る。
【００３８】混合器８では改質ガスとコンプレッサ２か
らの空気とが混合して、この混合ガスが燃焼触媒部９に
供給されて燃焼し、この燃焼熱がメタノールタンク６と
水タンク７から供給されたメタノールと水を気化する。
なおこのメタノールと水の蒸発器５への供給は温度セン
サ２３によって検出される蒸発器５の温度が所定温度以
上に達したときに開始される。
【００３９】蒸発器５で気化した原燃料は改質触媒部３
に供給されて改質触媒によって改質反応を生じて改質ガ
スを生成する。
【００４０】蒸発器５から改質触媒部３に供給される気
化原燃料の温度と圧力を温度センサ２４と圧力センサ２
５によって検出し、この温度あるいは圧力が所定の基準
値以上となった時点で、蒸発器５の暖機が終了したと判
断し、起動用燃焼器１０への空気とメタノールの供給を
停止するとともに、予混合器１１へのメタノールの供給
を停止し、ＣＯ除去部４から排出される改質ガスのＣＯ
濃度が所定濃度よりも低いことが確認された時点で通常
運転に移行する。
【００４１】燃料電池システムの通常運転時は、ＣＯ除
去部４から排出される改質ガスのＣＯ濃度が所定濃度よ
り低く、改質ガスは燃料電池スタック１のアノード極１
ｂに供給される。一方、流量制御弁１２ａが開きコンプ
レッサ２から空気がカソード極に供給され燃料電池スタ
ック１は発電する。
【００４２】燃料電池スタック１から排出される排ガス
（アノード排ガスとカソード排ガス）は混合器８に導入
され、燃焼器触媒部９で燃焼し、この燃焼ガスの熱によ
って蒸発器５で原燃料を気化し、気化原燃料が改質触媒
部３に供給され、改質ガスを生成し、ＣＯ除去部４がＣ
Ｏ低濃度の改質ガスに調整することで燃料電池システム
の通常運転が行われる。
【００４３】ところで、蒸発器５の暖機が終了したとき
には、起動用燃焼器１０への燃料と空気の供給を停止す
るが、このとき、停止過程において、空燃比が理論空燃
比となって、燃焼ガスの温度が基準値以上となることの
ないようにコントロールユニット５０では以下のような
制御が行われる。
【００４４】燃料電池システム起動時の起動燃焼器１０
へのメタノールと空気の供給を停止する際のコントロー
ルユニット５０の制御内容について図２を参照して説明
する。まず起動時燃焼器１０への空気供給停止直前の空
気供給量と燃料供給量から空燃比を求め、時間ｔ１で空
気の供給停止と同時にメタノールの供給量を増加させ
る。メタノールの増加量は空燃比が燃焼限界空燃比より
もリッチな空燃比となるまでメタノール量を増量する。
時間ｔ２で空燃比が燃焼限界空燃比よりリッチに達した
ときにメタノールの供給を停止する。可燃限界を超えた
ことで燃焼に必要な空気が不足した状態となり燃焼は停
止していき、しかも空気の供給を先に停止しているの
で、空燃比はリーン側に変化することがない。
【００４５】このような制御とすることで、起動用燃焼
器１０内の燃焼温度を運転時の燃焼温度、すなわちリッ
チ空燃比での燃焼温度以上になることなく停止すること
ができ、空燃比が理論空燃比となって燃焼ガスの温度が
上昇して下流の改質触媒部３の失活を防止することがで
きる。
【００４６】なお本発明は起動時に限定されるものでは
なく、例えば、通常運転時に改質触媒部３が急激な負荷
の変化を伴う場合に起動用燃焼器１０にメタノールを供
給して燃焼し、改質触媒部３に供給して負荷の変化に対
応させるために起動用燃焼器１０を運転し、その停止の
際の制御に採用することができる。
【００４７】図３に示すものは起動用燃焼器１０の停止
時のコントロールユニット５０の制御の異なった実施形
態を示すもので、具体的には停止時の目標値を空燃比か
らガス温度にしたものである。
【００４８】まず起動時燃焼器１０への空気供給停止直
前の起動時燃焼器１０内のガス温度を求め、時間ｔ１で
空気の供給を停止するとともに、メタノールの供給量を
増加する。空燃比のリッチ化により燃焼温度が低下して
いき、時間ｔ２でガス温度が自着火温度以下になるとメ
タノールの供給が停止される。
【００４９】このように起動用燃焼器１０の停止時にガ
ス温度を自着火温度以下に制御することで必要最小限の
メタノール供給量で確実に起動用燃焼器１０を停止し、
改質触媒部３の損傷を防止するとともに、起動用燃焼器
１０内に空気等の酸化ガスが流入した場合にも確実に着
火を抑制することができる。
【００５０】図４に示した燃料電池システムは、本発明
の第３実施形態を示すもので、起動用燃焼器１０へのメ
タノール供給を停止した後に起動用燃焼器１０内に残留
するメタノールを、改質ガスの一部を起動用燃焼器１０
内に導入することで、気化・掃気し、このガスを燃焼触
媒部９に供給するようにしたものである。
【００５１】本実施形態の構成を説明すると、ＣＯ除去
部４とその下流の制御弁２７との間に改質ガスを起動用
燃焼器１０に導入する経路３０が設けられ、その経路の
途中に流量制御弁２９が設置される。さらに起動用燃焼
器１０と予混合器１１とを連通する経路から分岐して混
合器８と連通する経路３１を設け、その分岐点に制御弁
３２が設置される。ここで説明した以外の構成について
は図１に示した構成と同様である。なお、図示しないが
制御弁２９と３２はコントロールユニット５０によって
制御されるものである。
【００５２】作用について説明すると、起動用燃焼器１
０運転時には改質ガスは燃料電池スタック１に供給され
ず、燃焼触媒部９に供給されている。前述のように蒸発
器５から排出される気化原燃料の温度もしくは圧力から
蒸発器５の暖機が終了したと判断でき、起動用燃焼器１
０を停止する際には、例えば図２に示したような制御に
よって、メタノールリッチの空燃比の状態で停止する。
停止後に流量制御弁２９を開くと、ＣＯ除去部４から排
出された改質ガスの一部は経路３０から起動用燃焼器１
０に導入する。この改質ガスの導入により起動用燃焼器
１０内に残留したメタノールが気化・掃気されて燃焼触
媒部９に送られて燃焼される。
【００５３】したがって、起動用燃焼器１０の温度を速
やかに低下させるとともに、起動用燃焼器１０内に残留
メタノールが存在せず、次回の起動用燃焼器１０の起動
時に残留メタノールが存在することによる着火性、運転
性の悪化を防止することができる。また、酸素をほとん
ど含まない改質ガスを用いて長時間に渡り残留メタノー
ルを気化・掃気するので、残留メタノールが着火するこ
となく、気化・掃気し、燃焼触媒部９に導入されて燃焼
し、その熱は原燃料の気化に用いられ、システムの効率
向上を図ることができる。
【００５４】図５に示した燃料電池システムは、第４の
実施形態を示しており、その構成は第３の実施形態に対
して起動用燃焼器１０に供給する改質ガスを空気に変更
したものである。
【００５５】つまり、起動用燃焼器１０に対する空気と
メタノールの供給を停止し、完全に燃焼が停止した後に
流量制御弁１２ｃを開いてコンプレッサ２からの常温の
空気を起動用燃焼器１０に導入するものである。
【００５６】したがって、起動用燃焼器１０の温度を速
やかに低下させるとともに、残留メタノールが空気によ
って気化・掃気され、起動用燃焼器１０内に残留メタノ
ールが存在せず、次回の起動用燃焼器１０の起動時に残
留メタノールが存在することによる着火性、運転性の悪
化を防止することができる。また燃料電池システムの構
成は図１に示した構成に起動用燃焼器１０と予混合器１
１との途中と混合器８を連通する経路３１と制御弁３２
を起動用燃焼器１０から排出される燃焼ガスの流れを切
り換えるために追加するのみで構成されるので、第３の
実施形態に対して簡素な構成で起動用燃焼器１０内の残
留メタノールを掃気できる。さらに残留メタノールは掃
気後、燃焼触媒部９に導入されて燃焼し、その熱は原燃
料の気化に用いられ、システムの効率低下を防止するこ
とができる。
【００５７】図６に示す第５の実施形態は、第４の実施
形態において起動用燃焼器１０に供給された空気に代え
て、燃料電池スタック１のアノード極１ｂから排出され
るアノード排ガスの一部を起動用燃焼器１０に導入する
ようにしたものである。
【００５８】その構成について説明すると、アノード極
１ｂと、その下流に設置された流量制御弁２０とを連通
する経路３３から分岐する経路３４は起動用燃焼器１０
に接続される。経路３４にはコントロールユニット５０
に制御される流量制御弁３５が設置されて、アノード排
ガスを起動用燃焼器１０に導入するときに開弁する。
【００５９】したがってアノード排ガスによって長時間
に渡って起動用燃焼器１０内の残留メタノールを掃気で
きるので、起動用燃焼器１０内に残留メタノールが存在
せず、次回の起動用燃焼器１０の起動時に残留メタノー
ルが存在することによる着火性、運転性の悪化を防止す
ることができる。さらに残留メタノールは掃気後、燃焼
触媒部９に導入されて燃焼し、その熱は原燃料の気化に
用いられ、システムの効率低下を防止することができ
る。
【００６０】図７に示す第６の実施形態は、第５の実施
形態において起動用燃焼器１０に供給されたアノード排
ガスに代えて、燃料電池スタック１のカソード極１ａか
ら排出されるカソード排ガスの一部を起動用燃焼器１０
に導入するようにしたものである。
【００６１】その構成について説明すると、カソード極
１ａと、その下流に設置された流量制御弁１９とを連通
する経路３６をから分岐する経路３７は起動用燃焼器１
０に接続される。経路３７にはコントロールユニット５
０に制御される流量制御弁３８が設置されて、カソード
排ガスを起動用燃焼器１０に導入するときに開弁する。
【００６２】したがってカソード排ガスによって長時間
に渡って起動用燃焼器１０内の残留メタノールを掃気で
きるので、起動用燃焼器１０内に残留メタノールが存在
せず、次回の起動用燃焼器１０の起動時に残留メタノー
ルが存在することによる着火性、運転性の悪化を防止す
ることができる。さらに残留メタノールは掃気後、燃焼
触媒部９に導入されて燃焼し、その熱は原燃料の気化に
用いられ、システムの効率低下を防止することができ
る。
【００６３】図８は第７の実施形態を示す起動用燃焼器
の停止時の制御内容を示すものである。これまでの説明
では起動用燃焼器１０はメタノールリッチの混合気を燃
焼させることを前提としてきたが、この実施形態では空
燃比がリーンの混合気で起動用燃焼器１０を運転してい
たときの停止について説明するものである。その考え方
は第１実施形態と同様で、起動用燃焼器１０を停止する
ときに理論空燃比の状態を避けて、運転時のリーン混合
気の状態を維持したまま停止するものである。
【００６４】まず起動時燃焼器１０への空気供給停止直
前の空気供給量と燃料供給量から空燃比を求め、時間ｔ
１でメタノールの供給を停止する（空気の供給量は変化
しない）。これにより混合気はさらにリーン化してい
き、時間ｔ２でガス温度が自着火温度以下になると空気
は供給を停止される。このように起動用燃焼器１０の停
止時にリーン化を進め、ガス温度を自着火温度以下に制
御することで、燃焼温度の上昇を伴わず起動用燃焼器１
０の温度を低下させ、確実に燃焼を停止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する燃料電池シス
テム概要図である。
【図２】同じく起動用燃焼器停止時の制御内容を説明す
るタイミングチャート図である。
【図３】第２実施形態の起動用燃焼器停止時の制御内容
を説明するタイミングチャート図である。
【図４】第３実施形態を説明する燃料電池システム概要
図である。
【図５】第４実施形態を説明する燃料電池システム概要
図である。
【図６】第５実施形態を説明する燃料電池システム概要
図である。
【図７】第６実施形態を説明する燃料電池システム概要
図である。
【図８】第７実施形態の起動用燃焼器停止時の制御内容
を説明するタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池スタック ２ コンプレッサ ３ 改質触媒部 ４ ＣＯ除去部 ５ 蒸発器 ８ 混合器 ９ 燃焼触媒部 １０ 起動用燃焼器 １１ 予混合器 ５０ コントロールユニット

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料と水とを原燃料とする原燃料蒸気から
    水素を含む改質ガスを生成する改質触媒と、起動時に燃
    料と酸化剤との混合気を燃焼させた燃焼ガスを改質触媒
    に導入する起動用燃焼器と、改質ガスと空気とを用いて
    発電する燃料電池スタックとを備える燃料電池システム
    において、 前記起動用燃焼器停止時における起動用燃焼器内の混合
    気の空燃比が、起動用燃焼器運転時の空燃比と理論空燃
    比との差をさらに大きくした空燃比となるように起動用
    燃焼器に対する燃料と空気の供給を停止するコントロー
    ルユニットを備えたことを特徴とする燃料電池システ
    ム。
  2. 【請求項２】前記コントロールユニットは、前記起動用
    燃焼器がリッチ空燃比で運転されている場合、起動用燃
    焼器に供給される空気、燃料の停止は空気、燃料の順に
    停止されるように制御することを特徴とする請求項１に
    記載の燃料電池システム。
  3. 【請求項３】前記コントロールユニットは、空気供給停
    止後に起動用燃焼器停止時の空燃比が可燃限界空燃比よ
    りリッチ空燃比となる量の燃料を起動用燃焼器に供給し
    た後に燃料の供給を停止するように制御することを特徴
    とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 【請求項４】前記コントロールユニットは、空気供給停
    止後に前記起動用燃焼器内のガス温度が燃料の自着火温
    度以下となる燃料量を起動用燃焼器に供給した後に燃料
    の供給を停止するように制御することを特徴とする請求
    項２に記載の燃料電池システム。
  5. 【請求項５】前記起動用燃焼器の停止後に起動用燃焼器
    内に残留した燃料を気化させるガスを導入することを特
    徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の燃料電
    池システム。
  6. 【請求項６】前記燃料電池スタックから排出される排ガ
    スを燃焼する燃焼触媒を備え、 前記起動用燃焼器から排出される残留気化燃料は燃焼触
    媒に供給されることを特徴とする請求項５に記載の燃料
    電池システム。
  7. 【請求項７】前記ガスは改質ガスであることを特徴とす
    る請求項５に記載の燃料電池システム。
  8. 【請求項８】前記ガスは空気であることを特徴とする請
    求項５に記載の燃料電池システム。
  9. 【請求項９】前記ガスはアノード排ガスまたはカソード
    排ガスの少なくとも一方であることを特徴とする請求項
    ５に記載の燃料電池システム。
  10. 【請求項１０】前記起動用燃焼器がリーン空燃比で運転
    されている場合、起動用燃焼器に供給される燃料、空気
    の停止は燃料、空気の順に停止されることを特徴とする
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  11. 【請求項１１】燃料供給停止後に前記起動用燃焼器内の
    ガス温度が燃料の自着火温度以下となる量の空気を供給
    した後に空気の供給を停止することを特徴とする請求項
    １０に記載の燃料電池システム。
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