JP2010153064A

JP2010153064A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2010153064A
Application number: JP2008326986A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Shiraishi; 晋平白石; Eiji Taniguchi; 英二谷口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP5253134B2

Abstract

【課題】排ガス処理装置の劣化を抑制できる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池装置は、燃料電池セル１と着火装置２３とを収納してなる燃料電池モジュール２５と、燃料電池モジュール２５より排出される排ガスを処理するための排ガス処理装置２２と、排ガス処理装置２２で処理された処理済み排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサ２４とを備え、処理済み排ガス温度センサ２４が測定する処理済み排ガスの温度が所定温度以上であることを検出した場合に着火装置２３を作動させる制御装置１４を備えることから、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制でき、排ガス処理装置２２が劣化することを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールを備える燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数並設し電気的に直列に接続してなる燃料電池セルスタックを、燃料電池セルに反応ガスを供給するマニホールドに固定した燃料電池セルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような燃料電池装置においては、燃料電池セルに燃料ガスと酸素含有ガスとを供給することにより燃料電池セルの発電を行うととともに、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることが知られており、これらの反応ガスを燃焼させるための着火ヒータ等を備えることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、燃料電池セルの発電や上述の燃焼反応に伴う排ガスには、一酸化炭素等の有害成分が含まれるため、この有害成分を無害化することを目的として、燃焼触媒を備える排ガス処理装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらには、上述の排ガスの排熱を効果的に回収するための熱交換器を備え、熱交換器内を流れる水道水と排ガスの排熱とで熱交換を行って温水を生成し、その温水を給湯に用いることも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００７−５９３７７号公報特開２００８−１３５２６８号公報特開２００６−３２２９１号公報特開２００８−２１０６３０号公報

ところで、上述したような燃料電池装置において、夜間等の発電量が少ない時間帯においては、燃料電池セルに供給される燃料ガスの供給量も低下し、それにより、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼反応も小さくなり、失火するおそれがある。

ここで、失火が生じると、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスが不完全燃焼となり、それに伴い定常運転時に比べて一酸化炭素等の有害成分の量が増大し、排ガス処理装置での排ガス処理反応が増大する。特に、排ガス処理装置として燃焼触媒を用いている場合には、燃焼反応が増加することに伴い、燃焼触媒の劣化が生じるおそれがあった。

それゆえ、本発明の目的は、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼が失火したことを効率よく判断することができるとともに、失火と判断される場合に着火を行なうことで、燃焼触媒の劣化を抑制することができる燃料電池装置を提供することにある。

本発明の燃料電池装置は、収納容器内に複数個の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記収納容器内に配置され、前記燃料電池セルで利用されなかった前記燃料ガスを燃焼させるための着火装置と、前記燃料電池セルの稼動に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置と、該排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサと、前記排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスと水とで熱交換を行なうための熱交換器と、前記着火装置の動作を制御する制御装置とを備える燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記処理済み排ガス温度センサが測定する処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合に、前記着火装置を作動させることを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合には、燃料電池セルで利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火したことにより、排ガス処理装置での排ガス処理が増大し、処理済み排ガスの温度が上昇したと判断することができる。

それゆえ、制御装置が、排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合に、燃料ガスを燃焼させるように着火装置を作動させることから、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることができ、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制することができる。

それに伴い、排ガス処理装置での排ガス処理反応が増大することを抑制できるとともに、処理済み排ガスの温度を低下させることができることから、排ガス処理装置の劣化を抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記着火装置を作動させた後、停止してから所定時間経過後に、前記処理済み排ガス温度センサにより測定される処理済み排ガスの温度が前記所定温度以上の場合に、前記着火装置を再度作動させることが好ましい。

このような燃料電池装置においては、制御装置が、着火装置を作動させた後、停止してから所定時間経過後に、処理済み排ガスの温度が所定温度以上の場合に、着火装置を再度作動させることにより、燃料電池セルで利用されなかった燃料ガスを有効に燃焼させることができ、排ガス処理装置の劣化を抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記着火装置を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後に、前記処理済み排ガス温度センサにより測定される処理済み排ガスの温度が前記所定の温度以上の場合に、前記燃料電池装置の運転を停止することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、着火装置を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後においても、処理済み排ガスの温度が所定温度以上の場合においては、着火装置等に故障が生じていると判断することができる。この場合において、制御装置が燃料電池装置の運転を停止することにより、燃料電池装置が故障したまま運転を継続することを抑制でき、安全性を向上することができる。

本発明の燃料電池装置は、収納容器内に複数個の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記収納容器内に配置され、前記燃料電池セルで利用されなかった前記燃料ガスを燃焼させるための着火装置と、前記燃料電池セルの稼動に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置と、該排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサと、前記排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスと水とで熱交換を行なうための熱交換器と、前記着火装置の動作を制御する制御装置とを備える燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記処理済み排ガス温度センサが測定する処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合に、前記着火装置を作動させることから、燃料電池セルで利用されなかった燃料ガスを有効に燃焼させることができ、排ガス処理装置の劣化を抑制することができる。

図１は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。まず、図１を用いて本発明の燃料電池装置の構成について説明する。

本発明の燃料電池装置は、図１においては発電を行なう発電ユニットに相当し、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とあわせて、燃料電池システムが構成されている。なお、貯湯ユニットや循環配管も含めて本発明の燃料電池装置とすることもできる。

図１に示す燃料電池装置（システム）は、燃料電池セル１、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段２、酸素含有ガスを燃料電池セル１に供給するための酸素含有ガス供給手段３、被改質ガスと水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。なお、本発明の燃料電池モジュール（以下、モジュールと略す場合がある）は、燃料電池セル１と改質器４とを収納容器内に収納して構成される（後述する図２、図３、図４参照）。

また、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、燃料電池セル１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器１３、熱交換により生成された凝縮水を処理する凝縮水処理装置１９、熱交換器１３で生成された凝縮水を凝縮水処理装置１９に供給するための凝縮水供給管２１が設けられており、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水は、水タンク１０に貯水された後、水ポンプ１１により改質器４に供給される。なお、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段（例えば、イオン交換樹脂等。図示せず。）は、凝縮水処理装置１９のほか、凝縮水供給管２１等にも設けることができる。

一方、凝縮水処理装置１９に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器４に供給することもでき、図１においては外部から供給される水を純水に処理する手段として各水処理装置を具備している。

ここで、外部より供給される水を改質器４に供給するための各水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、逆浸透膜装置８および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置９（好ましくは全ての装置）を具備する。そして、イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は水タンク１０に貯水される。なお、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）おいては、水処理装置として、上記各装置全てを備えるとともに、外部より供給される水の量を調整するための給水弁６が設けられている。また、凝縮水処理装置１９と水タンク１０とがタンク連結管２０にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器４に供給する場合には、凝縮水処理装置１９と改質器４とを水ポンプ１１を介して接続することも可能である。

また、改質器４に水を供給するための各水処理装置および凝縮水処理装置をあわせて、水供給装置Ｘとして表し、図１においては一点鎖線により囲って示している（なお、改質器４と水ポンプ１１を接続する給水管５、タンク連結管２０、凝縮水供給管２１も水供給装置Ｘに含まれるものとする。）。

さらに図１に示す燃料電池装置は、燃料電池セル１にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５のほか、制御装置１４が設けられており、循環ポンプ１６とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置１４については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる（図示せず）。また図示していないが、被改質ガス供給手段２と改質器４との間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。

また、燃料電池セル１と熱交換器１３との間には、燃料電池セル１（モジュール）の稼働に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置２２が設けられている。なお、排ガス処理装置に収納される排ガス処理手段としては、一般的に公知の燃焼触媒を用いることができ、図１においては、収納容器内に燃焼触媒を収納してなる排ガス処理装置２２を例示している。また、排ガス処理装置２２には、排ガス処理装置２２で処理された後の処理済み排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサ２４が設けられている。なお、排ガス処理装置２２および処理済み排ガス温度センサ２４については、後に詳述する。

さらに、モジュール内（図１においては燃料電池セル１として示している）には、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させるための着火装置２３が設けられている。なお、着火装置２３としては、一般的に公知のものを使用でき、例えばヒータ、バーナー等を用いることができる。

なお、図中の矢印は、被改質ガス、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。

ここで、図１に示した燃料電池装置の運転方法について説明する。燃料電池セル１の発電に用いられる改質ガス（燃料ガス）を生成するために水蒸気改質を行なうにあたり、改質器４で使用される水（純水）は、熱交換器１３において燃料電池セル１の発電により生じた排ガスと循環配管１７を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。熱交換器１３にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管２１を流れて凝縮水処理装置１９に供給される。凝縮水処理装置１９に備える凝縮水処理手段（イオン交換樹脂等）にて処理された凝縮水（純水）は、タンク連結管２０を介して水タンク１０に供給される。水タンク１０に貯水された水は、水ポンプ１１により改質器４に供給され、被改質ガス供給手段２より供給される被改質ガスとで水蒸気改質が行われ、生成された改質ガス（燃料ガス）が燃料電池セル１に供給される。燃料電池セル１においては、改質ガスと酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われる。以上の方法により、凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行うことができる。

一方で、凝縮水の生成量が少ない場合や、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を用いることもできる。

この場合においては、まず給水弁６（例えば、電磁弁やエア駆動バルブ等）が開放され、水道水等の外部から供給される水が、給水管５を通して活性炭フィルタ７に供給される。活性炭フィルタ７にて処理された水は、続いて逆浸透膜８に供給される。逆浸透膜８にて処理された水は、引き続きイオン交換樹脂装置９に供給され、イオン交換樹脂装置９で処理されることにより生成された純水が、水タンク１０に貯水される。水タンク１０に貯水された純水は、上述した方法により、燃料電池セル１の発電に利用される。

また、燃料電池装置（発電ユニット）において、燃料電池装置の稼働に伴い燃料電池セル１に改質器４を介して燃料ガスが供給されるとともに、酸素含有ガス供給手段３より酸素含有ガスが供給される。そして、制御装置１４が燃料電池セル１で使用されなかった燃料ガス（余剰の燃料ガス）と酸素含有ガスとを燃焼させるための着火装置２３を作動させることで、燃料電池セル１の温度を上昇させることができ、効率よく燃料電池セル１の発電を行なうことができる。

また、モジュール内（図１においては燃料電池セル１として示している）には、モジュール内の温度を計測するためのモジュール内温度センサが配置されており、モジュール内温度センサによって計測されるモジュール内の温度に基づき、被改質ガス供給手段２や酸素含有ガス供給手段３等の動作を制御装置１４が制御することにより、効率よく発電が行なわれる。

続いて、本発明の燃料電池装置を構成するモジュールについて説明する。図２は、本発明の燃料電池装置を構成するモジュール２５の一例を示す外観斜視図であり、図３は図２で示す燃料電池モジュール２５の断面図である。

図２に示すモジュール２５においては、収納容器２６の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル１を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル１間に集電部材（図１においては図示せず）を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル１の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド２７に固定してなるセルスタック２８（セルスタック装置３３）を収納して構成されている。なお、セルスタック２８の両端には、セルスタック２８（燃料電池セル１）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。

なお、図２においては、燃料電池セル１として、内部を燃料ガス（水素含有ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セル１を例示している。

さらに図２においては、燃料電池セル１の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管３２を介して供給される天然ガス等の原燃料（被改質ガス）を改質して燃料ガスを生成するための改質器４をセルスタック２８（燃料電池セル１）の上方に配置している。なお、改質器４は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部２９と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部３０とを備えている。そして、改質器４で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管３１を介してマニホールド２７に供給され、マニホールド２７より燃料電池セル１の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置３３の構成は、燃料電池セル１の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置３３に改質器４を含むこともできる。

また図２においては、収納容器２６の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置３３を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール２５においては、セルスタック装置３３を、収納容器２内にスライドして収納することが可能である。

なお、収納容器２６の内部には、マニホールド２７に並置されたセルスタック２８の間に配置され、酸素含有ガス（酸素含有ガス）が燃料電池セル１の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材３４が配置されている。

ここで、燃料電池セル１のガス流路より排出される余剰な燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル１の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１の温度を上昇させることができ、セルスタック装置３３の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル１（セルスタック２８）の上方に配置された改質器４を温めることができ、改質器４で効率よく改質反応を行なうことができる。

なお、本発明の燃料電池装置は、仕切板により上下に区画された外装ケースの上方の部屋にモジュール２５を収納し、下方の部屋にモジュール２５を動作させるための補機類を収納することにより構成される（図示せず）。

図３は、図２で示すモジュール２５の断面図である。モジュール２５を構成する収納容器２６は、内壁３５と外壁３６とを有する二重構造で、外壁３６により収納容器２６の外枠が形成されるとともに、内壁３５によりセルスタック２８（セルスタック装置３３）を収納する発電室３７が形成されている。さらにモジュール２５（収納容器２６）においては、内壁３５と外壁３６との間を、燃料電池セル１に導入する酸素含有ガス（酸素含有ガス）が流通する反応ガス流路としている。

ここで内壁３５には、内壁３５の上面よりセルスタック２８の側面側にまで延び、内壁３５と外壁３６とで形成される反応ガス流路に通じて、セルスタック２８に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス導入部材３４が備えられている。また、酸素含有ガス導入部材３４の下端側に、燃料電池セル１の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス導入口３８が設けられている。

図３においては、酸素含有ガス導入部材３４が、収納容器２６の内部に横並びに並置された２つのセルスタック２８間に位置するように配置されているが、セルスタック２８の数により、例えば酸素含有ガス導入部材３４をセルスタック２８の両側面側から挟み込むように配置してもよい。具体的には、セルスタック２８（セルスタック装置３３）を１つだけ収納する場合には、酸素含有ガス導入部材３４を２つ設け、セルスタック２８を両側面側から挟み込むように配置することができる。

また発電室３７内には、モジュール２５内の熱が極端に放散され、燃料電池セル１（セルスタック２８）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール２５内の温度を高温に維持するための断熱材３９が適宜設けられている。

断熱材３９は、セルスタック２８の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル１の配列方向に沿ってセルスタック２８の側面側に配置するとともに、セルスタック２８の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱材３９を配置することが好ましい。なお、好ましくは、断熱材３９はセルスタック２８の両側面側に配置することが好ましい。それにより、セルスタック２８の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材３４より導入される酸素含有ガス（酸素含有ガス）が、セルスタック２８の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック２８を構成する燃料電池セル１間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。

また、燃料電池セル１の配列方向に沿った内壁３５の内側には、排ガス用内壁４０が設けられており、内壁３５と排ガス用内壁４０との間が、発電室３７内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路とされている。なお、排ガス流路は、収納容器２６の底部に設けられた排気孔４１と通じている。

それにより、モジュール２５の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流路を流れた後、排気孔４１より排気される構成となっている。なお、排気孔４１は収納容器２６の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。

図４は、本発明の燃料電池装置のうち、モジュール２５、排ガス処理装置２２および熱交換器１３を抜粋して示した正面図であり、これらがこの順に接続されている。

ここで、モジュール２５の周囲には断熱材４２が設けられており、モジュール２５の底面（下面）に、上述した燃焼触媒を備える排ガス処理装置２２と熱交換器１３とが、排ガス処理装置２２で処理された後の処理済み排ガスが熱交換器１３の排ガス流通路を上から下に流通するように、熱交換器１３に設けられた排ガス流通路が上下方向を向くように順に接続されている。なお、排ガス処理装置２２の下面には排出部が備えられており、排出部と熱交換器１３とが接続されている。また、モジュール２５の底面（もしくは底面に設けられている断熱材１７）が仕切部材４３に固定されている。

なお、図４においては、熱交換器１３としてプレートフィン型熱交換器１３を示している。プレートフィン型熱交換器１３には、水導入部４４と熱交換後水供給部４５とが設けられており、下方には熱交換後の排ガスと凝縮水とを分離するための気液分離部材４６が設けられている。

そして、モジュール２５内より排出される排ガスは、燃焼触媒を備える排ガス処理装置２２にて処理された後、熱交換器１３に供給され、熱交換器１３内を流れる水とで熱交換される。

ところで、上述したような燃料電池装置において、夜間等の発電量が少ない時間帯においては、燃料電池セル１に供給される燃料ガスの供給量も低下し、それにより、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼反応も小さくなり、失火するおそれがある。

ここで、失火が生じると、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスが不完全燃焼となり、それに伴い定常運転時に比べて一酸化炭素等の有害成分の量が増大し、排ガス処理装置２２での排ガス処理反応が増大する。特に、排ガス処理装置として燃焼触媒を用いている場合には、燃焼反応が増加することに伴い、燃焼触媒の劣化が生じるおそれがあった。

それゆえ、本発明においては、制御装置１４は、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼が失火したことを効率よく判断することができるとともに、失火と判断される場合に着火を行ない燃焼触媒の劣化を抑制する。以下に、本発明における制御装置１４の制御について順に説明する。

上述したように失火が生じると、排ガス処理装置２２での排ガス処理反応が増大する、すなわち排ガス処理装置２２が備える燃焼触媒での燃焼反応が増加し、それに伴い排ガス処理装置２２で処理された処理済排ガスの温度が上昇（急上昇）する。それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、処理済排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサ２４を備え、制御装置１４は、処理済排ガス温度センサ２４が測定する処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合には、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火したと判断する。

そして、制御装置１４は、処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合には、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスを燃焼させるように着火装置２３を作動させる。

それにより、制御装置１４が着火装置２３を作動させることで、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることができ、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制できる。それゆえ、排ガス処理装置２２（燃焼触媒）の劣化を抑制することができる。

なお、この場合において制御装置１４が着火装置２３を作動させる温度（すなわち、処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合におけるその所定の温度）とは、排ガス処理装置２２が備える燃焼触媒の種類や量、さらにはモジュール２５の大きさ等に基づき適宜設定することができる。

しかしながら、処理済み排ガスの温度が特に高くなった場合には、排ガス処理装置２２が備える燃焼触媒の劣化が早まるおそれがあり、さらには高温の処理済み排ガスが熱交換器１３に供給されることで、熱交換器１３にも影響を及ぼすおそれがある。

それゆえ、処理済み排ガスの所定温度は３００℃〜４００℃の間で適宜設定することが好ましい。それにより、処理済み排ガスの温度が３００℃〜４００℃の間で設定された所定の温度以上となった場合に、制御装置１４が着火装置２３を作動させることで、より効率よく排ガス処理装置２２の劣化を抑制することができる。

なお、本発明の燃料電池装置において、排ガス処理装置（燃焼触媒）の劣化を抑制することを目的とすることから、処理済み排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサ２４は、処理済み排ガスの温度を直接計測することができる場所に設置することが好ましい。

それゆえ、図４に示したような構成の燃料電池装置においては、処理済み排ガス温度センサ２４は、排ガス処理装置２２の出口側や、排ガス処理装置２２と熱交換器１３との連結部、さらには熱交換器１３の処理済み排ガス流入部等に配置することができる。なお、図４においては、処理済み排ガス温度センサ２４を、排ガス処理装置２２の出口側に配置する例を示している。

以上のようにして、制御装置１４が着火装置２３を作動させることで、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることができ、排ガス処理装置２２の劣化を抑制することができるが、場合によって、制御装置１４が着火装置２３を作動させた場合においても、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスが燃焼しないこと、すなわち着火ができていないことが想定される。

それゆえ、このような場合において、制御装置１４は、着火装置２３を作動させて停止してから所定時間経過後に、処理済み排ガス温度センサ２４により測定される処理済み排ガスの温度が所定温度以上の場合には、燃料ガスが着火していないと判断することができる。

それゆえ、このような場合において、制御装置１４が着火装置２３を再度作動させることにより、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスを有効に燃焼させることができる。それゆえ、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制でき、排ガス処理装置２２（燃焼触媒）の劣化を抑制することができる。

ここで、着火装置２３を作動させた後、停止してから所定時間経過後とは、モジュール２５の大きさや燃料電池セル１の数等により適宜設定することができるが、例えば１０分〜２０分後とすることができる。

また、所定時間経過後における処理済み排ガス温度センサ２４により測定される処理済み排ガスの温度が所定温度とは、着火装置２３を再度作動させることにより低下する温度を想定して適宜設定することや、着火装置２３を作動させたときの温度とすることもできる。例えば、上述において、着火装置２３を作動させる温度を３００℃とした場合に、再度作動させる温度も３００℃とすることもできる。

さらに、制御装置１４は、着火装置２３を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後における処理済み排ガス温度センサ２４により測定される処理済み排ガスの温度が所定温度以上であることを検出した場合には、着火装置２３等に故障が生じていると判断することができる。

この場合に、制御装置１４は、燃料電池装置の運転を停止することにより、燃料電池装置が故障したまま運転を継続することを抑制でき、安全性を向上することができる。

ここで、着火装置２３を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後とは、モジュール２５の大きさや燃料電池セル１の数等により適宜設定することができるが、例えば１０分〜２０分後とすることができる。

また、所定時間経過後における処理済み排ガス温度センサ２４により測定される処理済み排ガスの温度が所定温度とは、着火装置２３を再度作動させることにより低下する温度を想定して適宜設定することや、着火装置２３を作動させたときの温度とすることもできる。なお、上述において、着火装置２３を再度作動させる温度を３００℃とした場合に、燃料電池装置の稼動を停止させる温度も３００℃とすることもできる。

ところで、着火装置２３を作動させても着火しなかった場合に、処理済み排ガスの温度が急上昇するおそれもある。それゆえ、燃料電池装置の稼働を停止させるにあたり、所定時間経過後における処理済み排ガス温度センサ２４により測定される処理済み排ガスの温度の所定温度として、複数の温度を設定することもできる。

具体的には、上述したような着火装置２３を再度作動させることにより低下する温度を想定して第１の設定温度を設定するとともに、処理済み排ガスの温度が急上昇することを想定して第２の設定温度を設定することもできる。なお、第２の設定温度としては例えば４００℃以上の温度で適宜設定することができる（この場合において第１の設定温度＜第２の設定温度である）。

なお、言い換えれば、制御装置１４は、着火装置２３を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後に、前記処理済み排ガス温度センサにより測定される処理済み排ガスの温度が、第１の設定温度から第２の設定温度の範囲外となった場合に、燃料電池装置を停止することもできる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態の例に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、種々の変更、改良等が可能である。

たとえば、燃料電池セル１を、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型とすることもできる。この場合においても上述したような制御を行なうことにより、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制でき、排ガス処理装置２２（燃焼触媒）が劣化することを抑制することができる。

本発明の燃料電池装置の構成の一例を示す構成図である。本発明の燃料電池装置における燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。図２に示した燃料電池モジュールの断面図である。燃料電池モジュールと排ガス処理装置と熱交換器との接続を示す、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋した正面図である。

符号の説明

１：燃料電池セル
１３：熱交換器
１４：制御装置
２２：排ガス処理装置
２３：着火装置
２４：処理済み排ガス温度センサ
２５：燃料電池モジュール

Claims

収納容器内に複数個の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記収納容器内に配置され、前記燃料電池セルで利用されなかった前記燃料ガスを燃焼させるための着火装置と、前記燃料電池セルの稼動に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置と、該排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスの温度を測定するための処理済み排ガス温度センサと、前記排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスと水とで熱交換を行なうための熱交換器と、前記着火装置の動作を制御する制御装置とを備える燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記処理済み排ガス温度センサが測定する処理済み排ガスの温度が所定温度以上となった場合に、前記着火装置を作動させることを特徴とする燃料電池装置。
前記制御装置は、前記着火装置を作動させた後、停止してから所定時間経過後に、前記処理済み排ガス温度センサにより測定される処理済み排ガスの温度が前記所定温度以上の場合に、前記着火装置を再度作動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記制御装置は、前記着火装置を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後に、前記処理済み排ガス温度センサにより測定される処理済み排ガスの温度が前記所定の温度以上の場合に、前記燃料電池装置の運転を停止することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。