JP2012156085A - 燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起動運転時に改質器を所定の温度に加熱して、改質水供給部から蒸発部への改質水供給を開始後、改質用燃料の供給を停止して、その後火炎の消火を検出するまでの時間で改質水の供給が異常の有無を判定して、改質器内の改質触媒の劣化を防止できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】改質用燃料供給部１７から供給された改質用燃料をバーナ９で燃焼させて改質器６および蒸発部７を加熱し、その後、改質器６の温度が、所定の温度に加熱されると、改質水供給部１８から改質水供給管１６を介して蒸発部７に改質水の供給を開始し、次に、改質用燃料供給部１７からの改質用燃料の供給を停止するよう制御して、改質用燃料の供給を停止してから燃焼状態検出部３５が火炎の消火を検出するまでの時間が、所定時間より短い時間であれば、蒸発部７への改質水の供給が異常であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼ガスを生成する燃焼部と、改質用燃料及び水蒸気を反応させて改質ガスを生成する改質器と、を備えた燃料処理器を用いた燃料電池システムに関するものである。

燃料電池システムは、都市ガスやＬＰＧなどの少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む改質用燃料と改質水を、内部に改質触媒層を有する改質器において水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成し、生成された水素含有ガス（以下、改質ガスと呼ぶ）を燃料電池に供給し発電するものである。

改質反応の際に改質触媒層に水が直接供給されると、改質触媒が水濡れして触媒に含まれる金属成分や溶出して劣化することがあり、さらに改質触媒層の内部やその下流に形成されたガス流路が、水により閉塞される可能性がある。したがって、改質触媒層には、水蒸気の状態で水が供給されることが好ましい。

そのために、例えば、従来の水素発生装置には、起動時の予熱動作の際に改質器の改質触媒の温度を検知し、検知温度が所定値に到達したら水供給部から改質器への水供給が開始されるものがある（例えば、特許文献１参照）。

ここで上記改質器への改質用燃料供給量に対する水の供給量はスチーム・カーボン比（以下、Ｓ／Ｃと呼ぶ）で表される。例えば、改質用燃料が、メタンを主成分とする都市ガスの場合、Ｓ／Ｃは、一般的に２．５程度必要であり、それよりも下回ると水蒸気改質反応を十分に進めることができずに生成する水素量が低下する。

水素量が低下すると、燃料電池で必要な水素を十分に供給することが出来なくなり、燃料電池での発電が出来なくなる。また、改質器に供給されるＳ／Ｃが低下すると、改質触媒が劣化したり、改質用燃料に含まれる炭素成分が析出し、改質触媒に炭素が付着し触媒性能が低下したり、炭素析出によりガス流路が詰まり、ガス流路の圧力損失が増大し、改質用燃料を所定量供給できなくなるなどの不具合を生じさせる。

また、水蒸気改質反応後の水素含有ガスには１０％程度の一酸化炭素が含まれており、この一酸化炭素は燃料電池の燃料極（アノード電極）の被毒物質であるため、一酸化炭素濃度を低減する為に、燃料電池システムには、水蒸気改質反応を行う改質器の後に、変成反応を行う変成器器が設けられている。変成反応は、水と一酸化炭素を変成反応により水素と二酸化炭素に変えるものであり、この反応により一酸化炭素を低減する。

また、燃料電池システムに供給されるＳ／Ｃが低下すると、変成反応に使用される水も減る為、変成反応により低減される一酸化炭素も減る事となる。そうなると、燃料電池に供給される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が上昇することとなり、燃料電池のアノード電極を一酸化炭素により被毒することとなる。

なお、固体高分子型燃料電池の場合、一酸化炭素濃度は１０ｐｐｍ以下に低減する必要があり、変成器を通った水素含有ガスを更に選択酸化器にて空気などの酸化ガスにより選択酸化反応を行う。この場合も、変成器で十分に一酸化炭素を低減しなければ選択酸化後の一酸化炭素濃度も１０ｐｐｍ以下に低減できなくなる。

これらのことから、改質器に供給する改質水は、Ｓ／Ｃを好適に保つことができる所定量供給する必要がある。そこで、上記改質水を供給する水経路に流量調整手段を設けることで、改質水の供給量が安定してこの所定量となるよう調整するものがある。（例えば、特許文献２参照）

特開２００１−３０２２０７号公報 特開２００４−６０９３号公報

しかしながら、前記従来の燃料電池システムでは以下のような課題があった。
改質水の供給を開始した直後又は初期に、改質器へ制御量通り改質水が供給されないことがあり、そのために改質器内の改質触媒が高温になったり、改質器内に炭素が析出したりして劣化するという不具合が生じるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、簡便な構成で、改質水の供給開始の際に、改質水の供給が正常であるか異常であるかを短時間で判定して、改質水の供給が異常な場合に発生する、改質器内の改質触媒が高温になったり炭素が析出したりする不具合を防止することを抑制することを目的とする。また、改質水の供給が正常であるか異常であるかを短時間で判定できる燃料処理器を用いた燃料電池システム及びその起動方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、以下の課題があることを見出した。即ち、改質水の供給開始の際に、改質水を供給するポンプなどの改質水供給手段がエアー噛みした場合、改質水供給手段自体が故障したりした場合、又は、改質水供給手段や流量調整手段から改質器に至る水経路の接続パイプ内のエアー溜まりが起こった場合、改質器へ制御量通り改質水が供給されない恐れがあることを見出した。改質器へ改質水が十分供給されないと、改質器内の改質触媒が高温になったり、改質器内に炭素が析出したりして劣化する恐れがある。

具体的には、改質器へ改質水が十分に供給されず、十分な水蒸気が改質触媒層に供給されない場合には、改質用燃料の大部分が高温の改質触媒層や流路内を流れる。ここで、改質用燃料は炭素及び水素から構成される有機化合物が主成分であるため、このような状況下では改質用燃料が熱分解し、炭素状態となって改質触媒上や流路内に析出する。このため、触媒活性の低下や流路の閉塞が引き起こされ、水素発生装置の運転に支障をきたす恐れがある。

また、改質器へ改質水が十分に供給されず、十分な水蒸気が改質触媒層に供給されない場合には、改質触媒層が改質反応温度を超えた高温になる恐れがある。改質触媒層が高温になり過ぎると、触媒が凝集して触媒活性が低下する可能性がある。さらに、高温の改質触媒層が空気雰囲気下にあれば、改質触媒が酸化されて触媒活性が低下する可能性がある。

これらの課題を解消するために、上述の改質水供給手段や流量調整手段から改質器に至る水経路に、高精度の水流量計や圧力計を配して水の流通を検知したり、蒸発部の温度を測定して水の蒸発気化熱による温度変化を検知して水の流通を検知したりすることが考えられる。しかしながら、これらの解決方法では、燃料電池システムの構成と制御が複雑に
なり、これらの検知装置を配することはコストアップに繋がる。

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、改質水の供給が正常であるか異常であるかを判定し、上記の不具合をより確実に防止するという観点から、未だ改善の余地があることを見出した。

即ち、前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料処理器と前記燃料処理器を制御する制御部とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料処理器が、改質用燃料及び水蒸気を反応させて改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質器と、供給された改質水から水蒸気を生成すると共に、生成した水蒸気及び供給された改質用燃料を混合して前記改質器に供給する蒸発部と、前記蒸発部に改質用燃料を供給する改質用燃料供給部と、前記蒸発部に改質水を供給する改質水供給部と、前記改質器から導出される改質用燃料、前記改質器から導出される改質ガス、及び、前記燃料電池の燃料極から排出される燃料極オフガスのうち少なくとも何れかを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃焼部の火炎の着火又は消火の状態を検出するための燃焼状態検出部と、前記燃焼部で生成された燃焼ガスを流通し、前記改質器および前記蒸発部の順番に加熱するための燃焼ガス流路と、前記改質器の温度を検知する温度検知部と、を備え、
前記制御部が、少なくとも前記改質用燃料供給部、前記改質水供給部及び前記燃焼状態検出部を制御し、改質用燃料を前記燃焼部で燃焼して燃焼ガスを生成し、その後、前記燃焼ガスにより前記改質器が所定の温度に加熱されると、前記改質水供給部から前記蒸発部に改質水の供給を開始し、その後、前記改質用燃料供給部から前記改質用燃料の供給を停止するよう制御し、前記改質用燃料の供給を停止してから前記燃焼状態検出部が火炎の消火を検出するまでの時間が、所定時間より短い時間であれば、前記蒸発部への改質水の供給が異常であると判定するようにしたものである。

これによって、改質水の供給開始時の改質水の供給が正常であるか異常であるかを簡便な構成で短時間で判定することができる。また、蒸発部への改質水の供給が異常である場合には、改質用燃料の供給を停止したままにして燃焼部での燃焼による改質器と蒸発部の加熱を停止する。そのため、改質水の供給が異常な場合に発生する改質器内の改質触媒が高温になったり炭素が析出したりして劣化するという不具合を防止でき、改質触媒の劣化を抑制できる。

また、本発明の燃料電池システムの起動方法は、燃料処理器を備えた燃料電池システムの起動方法であって、前記燃料処理器が、改質用燃料及び水蒸気を反応させて改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質器と、供給された改質水から水蒸気を生成すると共に、生成した水蒸気及び供給された改質用燃料を混合して前記改質器に供給する蒸発部と、前記蒸発部に改質用燃料を供給する改質用燃料供給部と、前記蒸発部に改質水を供給する改質水供給部と、前記改質器から導出される改質用燃料、前記改質器から導出される改質ガス、及び、前記燃料電池の燃料極から排出される燃料極オフガスのうち少なくとも何れかを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃焼部の火炎の着火又は消火を検出するための燃焼状態検出部と、前記燃焼部で生成された燃焼ガスを流通し、前記改質器および前記蒸発部の順番に加熱するための燃焼ガス流路と、前記改質器の温度を検知する温度検知器と、を備え、
改質用燃料を前記燃焼部で燃焼して燃焼ガスを生成する工程と、その後、前記燃焼ガスにより前記改質器が所定の温度に加熱されると、前記改質水供給部から前記蒸発部に改質水の供給を開始する工程と、その後、前記改質用燃料供給部から前記改質用燃料の供給を停止する工程と、前記改質用燃料の供給を停止してから前記燃焼状態検出部が火炎の消火を検出するまでの時間が、所定時間より短い時間であれば、前記蒸発部への改質水の供給が異常であると判定する工程と、を有するものである。

これによって、改質水の供給開始時の改質水の供給が正常であるか異常であるかを簡便な構成で短時間で判定することができる。また、蒸発部への改質水の供給が異常である場合には、改質用燃料の供給を停止したままにして燃焼部での燃焼による改質器と蒸発部の加熱を停止する。そのため、改質水の供給が異常な場合に発生する改質器内の改質触媒が高温になったり炭素が析出したりして劣化するという不具合を防止でき、改質触媒の劣化を抑制できる。

本発明の燃料電池システムは、改質水の供給開始時の改質水の供給が正常であるか異常であるかを簡便な構成で短時間で判定することができる。また、改質水の供給が異常な場合に発生する改質器内の改質触媒が高温になったり炭素が析出したりして劣化するという不具合を防止し、改質触媒の劣化を抑制できるようにできる。

また、改質水供給手段や流量調整手段から改質器に至る水経路に高精度の水流量計や圧力計を配して水の流通を検知したり、蒸発部の温度を測定して水の蒸発気化熱による温度変化を検知して水の流通を検知したりする必要がなくなり、燃料電池システムの構成と制御が簡素化できるようになり、コストダウンできる。

本発明の実施の形態１および実施の形態２における燃料電池システムの概略構成を示す要部断面模式図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概要を示す概要図である。

以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。

図１において、燃料電池システムは、燃料電池１と、この燃料電池１に必要な水素ガスを含む改質ガスを生成する燃料処理器２を備えている。

燃料電池１は、典型的には固体高分子型燃料電池であり、燃料極（図示せず）と、酸化剤極である空気極（図示せず）と、両極の間に配置された電解質（図示せず）と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部（図示せず）と、を含むセルを複数積層して構成されている。燃料電池１は、燃料極に供給される改質ガスおよび空気極に供給される酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて、電気化学反応により発電する。セルは、燃料極に改質ガスを供給するための燃料ガス流路３と、空気極に空気を供給するための酸化剤ガス流路４とを有している。セルを複数積層した積層体５は、各セルの燃料ガス流路の入口側及び出口側にそれぞれ連通する燃料ガス入口マニホールド及び燃料ガス出口マニホールドと、各セルの酸化剤ガス流路の入口側及び出口側にそれぞれ連通する酸化剤ガス入口マニホールド及び酸化剤ガス出口マニホールドと、を有している（図示せず）。

燃料処理器２は、水蒸気改質反応により改質ガスを生成する改質器６と供給された改質水から水蒸気を生成すると共に、生成した水蒸気及び供給された改質用燃料を混合して改質器６に供給する蒸発部７とを一体化した構成をなしている。

また、改質器６の中心軸上には燃焼部８が配置され、燃焼部８の中央部付近に下向きに
火炎を形成するバーナ９が備えられている。

具体的には、燃料処理器２は複数の同心円状の２重管形状を有し、内側から順に、燃焼筒１０、内内筒１１、内筒１２、外筒１３から構成されている。

燃焼筒１０内にはバーナ９から燃焼ガスが放出されるように配設されている。また、燃焼筒１０内には燃焼空気供給部３９から燃焼空気供給管３８を通って燃焼用空気が供給されるように配設されている。

そして、燃焼筒１０と内内筒１１との環状空間により燃焼ガス流路１４が形成される。

次に、内内筒１１と内筒１２との環状空間の蒸発部７が形成され、蒸発部７の上流側の内筒１２の外周面には改質用燃料を供給する改質用燃料供給管１５と改質水を供給する改質水供給管１６が設けられ、それぞれ蒸発部に改質用燃料を供給する改質用燃料供給部１７と、蒸発部に改質水を供給する改質水供給部１８に接続している。

改質用燃料供給部１７はブースターポンプやガス制御弁、改質水供給部１８は水ポンプである。

さらに、内内筒１１と内筒１２との環状空間の蒸発部７の下流側以降が改質器６となり蒸発部７の下流側に改質触媒層１９が設けられており、続いて内筒１２と外筒１３との環状空間には、変成触媒層２０と選択酸化触媒層２１の触媒層が設けられている。

そして、外筒１３の外周面には、改質ガスの一酸化炭素選択酸化反応に必要な空気を供給する選択酸化空気供給管２２と改質器６から改質ガスを導出する改質ガス管２３、第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃが設けられている。

ここで、第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃは、例えば熱電対やサーミスタを用いることができる。第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃは、それぞれ改質触媒層１９、変成触媒層２０、選択酸化触媒層２１の温度を検出する。なお、第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃは、各触媒層に接触するようにその先端を配置し、各触媒層の温度を直接検出してもよく、各触媒層の近傍にその先端を配置し、各触媒層の温度を間接的に検出してもよい。

改質ガス管２３は、燃料ガス入口マニホールドと接続されている。これにより、燃料電池１の燃料極と燃料処理器２とは、改質ガス管２３を介して連通している。改質ガス管２３には、改質ガス開閉弁２５が設けられおり、改質ガス開閉弁２５の開閉で燃料電池１の燃料極への改質ガス供給を制御することができる。

また、燃料極オフガス管２６は、燃料ガス出口マニホールドと接続されている。これにより、燃料極と燃焼部８とは、燃料極オフガス管２６を介して連通している。燃料極オフガス管２６には、燃料極オフガス開閉弁２７が配設されている。

また、改質ガス開閉弁２５の上流側の改質ガス管２３と、燃料極オフガス開閉弁２７よりも下流の燃料極オフガス管２６とが、改質ガスバイパス管２８を用いて接続されている。改質ガスバイパス管２８には、バイパス開閉弁２９が設けられている。

これらの配管の開閉弁を開閉制御することにより改質器６から導出された改質ガスを燃料電池１へ導入して発電した後に燃料電池１での電気化学的反応に利用されなかった水素
を含む燃料極オフガスを燃焼部８に導入することができるようになっていると共に、改質器６を流通した改質用燃料及び改質ガスを燃料電池１に導入することなく燃焼部８に導入することができるようになっている。

ここで、燃焼部８に備えられたバーナ９は、複数の燃料噴出孔３０を有する燃料セパレータ３１と、複数の空気噴出孔３２を有する空気噴出部材３３とからなる。

バーナ９の外側には点火用電極３４とバーナ９の火炎の着火又は消火を検出するための燃焼状態検出部３５が配設されている。

燃焼状態検出部３５としては、例えば、火炎内のイオン電流を検知して火炎の有無を判定するフレームロッド又は火炎温度を検知して火炎の有無を判定する熱電対を用いることができる。

バーナ９は、燃料極オフガス管２６から供給される燃料電池１から排出される燃料極オフガスあるいは改質ガスバイパス管２８から供給される改質器６を流通した改質用燃料及び改質ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを燃焼筒１０に排出して燃焼ガス流路１４を流通させて、改質器６および蒸発部７を加熱する。

制御装置３６は燃料電池１及び燃料処理器２を制御するもので、少なくとも改質用燃料供給部１７、改質水供給部１８、第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃ、改質ガス開閉弁２５、燃料極オフガス開閉弁２７、バイパス開閉弁２９、点火用電極３４及び燃焼状態検出部３５を制御する制御装置である。

続いて、本発明による燃料電池システムの作用について説明する。

燃料電池システムの起動運転動作は、制御装置３６により制御され、まず、改質ガス開閉弁２５、燃料極オフガス開閉弁２７、を閉にして、バイパス開閉弁２９を開にする。

改質ガス開閉弁２５、燃料極オフガス開閉弁２７及びバイパス開閉弁２９の状態が整ったら、改質用燃料供給部１７から改質用燃料供給管１５に改質用燃料を供給すると共に点火用電極３４を作動させる。

供給された改質用燃料は、蒸発部７、改質器６を流通した後、改質ガス管２３を通り改質ガスバイパス管２８とバイパス開閉弁２９と燃料極オフガス管２６を経由して燃焼部８に導出してきて燃料セパレータ３１の燃料噴出孔３０から噴出して、空気噴出部材３３の空気噴出孔３２から噴出した空気と混合してバーナ９で点火して燃焼を開始する。

燃焼部８の火炎の着火を燃焼状態検出部３５で検出すると点火用電極３４の動作を停止する。その後、第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃでそれぞれ改質触媒層１９、変成触媒層２０、選択酸化触媒層２１の温度を検知しながら燃焼を継続し、高温の燃焼ガスを燃焼筒１０内に排出して燃焼ガス流路１４を流通させることで改質器６および蒸発部７を加熱する。

その後、燃焼ガスにより改質器６の第１温度検知器２４ａ、第２温度検知器２４ｂ、第３温度検知器２４ｃのそれぞれの温度が、それぞれ任意に設定される所定の温度以上に加熱されると、改質水供給部１８から改質水供給管１６を介して蒸発部７に改質水の供給を開始する。

ここで、所定の温度とは、結露抑制用の所定の温度であり、水が蒸発する温度以上で所
定量の改質水を供給したときに結露が発生しない温度である。この結露抑制用の所定の温度は、温度検知器の配置によって異なる場合があるため、実験に基づき上述の範囲内で任意に設定することができる。

蒸発部７に改質水が正常に供給されると改質水が高温化して蒸発するために、改質器６、改質ガス管２３、改質ガスバイパス管２８、バイパス開閉弁２９、燃料極オフガス管２６を経由して燃焼部８に導出して燃料セパレータ３１に至る改質ガス経路内の圧力が上昇する。

その状態で、改質用燃料供給部１７からの改質用燃料の供給を停止するよう制御する。

蒸発部７に正常に改質水が供給されていると蒸発により改質ガス経路内圧力が高いため改質用燃料の供給を停止しても改質器６内の圧力が低下するまでの間、改質用燃料が上記の経路を経由して燃料セパレータ３１の燃料噴出孔３０から引き続き一定時間噴出するのでバーナ９は一定時間の燃焼を継続する。

反面、蒸発部７に正常に改質水が供給されていないと、蒸発による圧力上昇がないため改質用燃料の供給を停止すると直ぐに燃料セパレータ３１の燃料噴出孔３０から改質用燃料が噴出しなくなるのでバーナ９は消火する。

この特性を用いて、改質用燃料の供給を停止してから燃焼状態検出部３５が火炎の消火を検出するまでの時間が、所定時間より短い時間であれば、蒸発部７への改質水の供給が異常であると判定する。

ここで、所定時間とは、異常判定用の所定時間であり、改質水が正常に供給されていれば、火炎の着火が持続し、消火が起こらない時間である。この異常判定用の所定時間は、実験に基づき、本発明の効果を奏する範囲で任意に設定することができる。

そして、所定時間より短い時間で燃焼状態検出部３５が火炎の消火を検出して改質水の供給開始時の改質水の供給が異常である場合には、改質用燃料の供給を停止したままとして燃焼部での燃焼による改質器６と蒸発部７の加熱を停止することで改質水の供給が異常な場合に発生する改質器内の改質触媒が高温になったり炭素が析出したりして劣化するという不具合を防止できる。

また、改質用燃料の供給を再開して再度バーナ９を燃焼させて、もう一度改質器６が所定の温度に加熱されると、改質水供給部１８から蒸発部７に改質水の供給を開始し、その後、改質用燃料供給部１７から改質用燃料の供給を停止する制御を繰り返してから燃料電池システムの異常判定を行ってもよい。

他方、改質水の供給開始時の改質水の供給が正常の場合は、改質用燃料供給部１７からの改質用燃料の供給を再開してバーナ９での燃焼を継続させて、発電量に応じて改質反応に適した各触媒層の温度に昇温して改質器への改質用燃料に対する水の供給量を最適にして運転する。

改質用燃料供給部１７からの改質用燃料の供給を再開した時、バーナ９が消火する恐れがある場合は、この間点火用電極３４を作動させてもよい。

運転が継続すると改質触媒層１９での水蒸気改質反応により改質ガス（水素含有ガス）を生成し、つぎに、生成した改質ガスを、さらに変成触媒層２０と選択酸化触媒層２１を通過させることにより、水性変成反応と選択酸化反応により、改質反応で発生した一酸化
炭素を二酸化炭素に変化させる。

これにより、一酸化炭素を１０ｐｐｍ程度まで低減させた改質ガス生成される。

そして、改質ガス開閉弁２５、燃料極オフガス開閉弁２７、を開にして、バイパス開閉弁２９を閉にして改質ガス管２３から改質ガスを燃料電池１の燃料極に供給して空気極に供給される酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電を行う。

さらに燃料極オフガス管２６から燃料電池１での電気化学的反応に利用されなかった水素を含む燃料極オフガスを燃焼部８に導出してバーナ９で燃焼させて燃料処理器２の温度を適正値に維持して温度燃料電池システムの運転を行い発電を継続する。

上述したように、本実施の形態によれば、以上のような構成と起動運転方法により、改質水の供給開始時の改質水の供給が正常であるか異常であるかを短時間で判定して、改質水の供給が異常な場合に発生する改質器内の改質触媒が高温になったり炭素が析出したりして劣化するという不具合を防止し、改質触媒の劣化を抑制できる。

以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、燃焼状態検出部３５が火炎の消火を検出するまでの時間で、燃焼ガス内の水供給の異常を短時間で判定するので、水蒸気を含有する燃焼装置等の用途にも適用できる。

１ 燃料電池
２ 燃料処理器
３ 燃料ガス流路
４ 酸化剤ガス流路
５ 積層体
６ 改質器
７ 蒸発部
８ 燃焼部
９ バーナ
１０ 燃焼筒
１１ 内内筒
１２ 内筒
１３ 外筒
１４ 燃焼ガス流路
１５ 改質用燃料供給管
１６ 改質水供給管
１７ 改質用燃料供給部
１８ 改質水供給部
１９ 改質触媒層
２０ 変成触媒層
２１ 選択酸化触媒層
２２ 選択酸化空気供給管
２３ 改質ガス管
２４ａ 第１温度検知器
２４ｂ 第２温度検知器
２４ｃ 第３温度検知器
２５ 改質ガス開閉弁
２６ 燃料極オフガス管
２７ 燃料極オフガス開閉弁
２８ 改質ガスバイパス管
２９ バイパス開閉弁
３０ 燃料噴出孔
３１ 燃料セパレータ
３２ 空気噴出孔
３３ 空気噴出部材
３４ 点火用電極
３５ 燃焼状態検出部
３６ 制御装置
３８ 燃焼空気供給管
３９ 燃焼空気供給部

Claims (2)

1. 燃料処理器と前記燃料処理器を制御する制御部とを備えた燃料電池システムであって、
   前記燃料処理器は、
   改質用燃料及び水蒸気を反応させて改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質器と、
   供給された改質水から水蒸気を生成すると共に、生成した水蒸気及び供給された改質用燃料を混合して前記改質器に供給する蒸発部と、
   前記蒸発部に改質用燃料を供給する改質用燃料供給部と、
   前記蒸発部に改質水を供給する改質水供給部と、
   前記改質器から導出される改質用燃料、前記改質器から導出される改質ガス、及び、前記燃料電池の燃料極から排出される燃料極オフガスのうち少なくとも何れかを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼部と、
   前記燃焼部の火炎の着火又は消火の状態を検出するための燃焼状態検出部と、
   前記燃焼部で生成された燃焼ガスを流通し、前記改質器および前記蒸発部の順番に加熱するための燃焼ガス流路と、
   前記改質器の温度を検知する温度検知部と、
   を備え、
   前記制御部は、少なくとも前記改質用燃料供給部、前記改質水供給部及び前記燃焼状態検出部を制御し、
   改質用燃料を前記燃焼部で燃焼して燃焼ガスを生成し、
   その後、前記燃焼ガスにより前記改質器が所定の温度に加熱されると、前記改質水供給部から前記蒸発部に改質水の供給を開始し、
   その後、前記改質用燃料供給部から前記改質用燃料の供給を停止するよう制御し、
   前記改質用燃料の供給を停止してから前記燃焼状態検出部が火炎の消火を検出するまでの時間が、所定時間より短い時間であれば、前記蒸発部への改質水の供給が異常であると判定する、燃料電池システム。
2. 燃料処理器を備えた燃料電池システムの起動方法であって、
   前記燃料処理器は、
   改質用燃料及び水蒸気を反応させて改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質器と、
   供給された改質水から水蒸気を生成すると共に、生成した水蒸気及び供給された改質用燃料を混合して前記改質器に供給する蒸発部と、
   前記蒸発部に改質用燃料を供給する改質用燃料供給部と、
   前記蒸発部に改質水を供給する改質水供給部と、
   前記改質器から導出される改質用燃料、前記改質器から導出される改質ガス、及び、前記燃料電池の燃料極から排出される燃料極オフガスのうち少なくとも何れかを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼部と、
   前記燃焼部の火炎の着火又は消火を検出するための燃焼状態検出部と、
   前記燃焼部で生成された燃焼ガスを流通し、前記改質器および前記蒸発部の順番に加熱するための燃焼ガス流路と、
   前記改質器の温度を検知する温度検知器と、
   を備え、
   改質用燃料を前記燃焼部で燃焼して燃焼ガスを生成する工程と、
   その後、前記燃焼ガスにより前記改質器が所定の温度に加熱されると、前記改質水供給部から前記蒸発部に改質水の供給を開始する工程と、
   その後、前記改質用燃料供給部から前記改質用燃料の供給を停止する工程と、
   前記改質用燃料の供給を停止してから前記燃焼状態検出部が火炎の消火を検出するまでの時間が、所定時間より短い時間であれば、前記蒸発部への改質水の供給が異常であると判定する工程と、
   を有する、燃料電池システムの起動方法。

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