JP2015144092A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オフガス燃焼部での失火後の再点火時の着火遅れによる爆発的な着火を抑制する。【解決手段】燃料電池装置１は、水素含有燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器３と、改質ガスと酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セル６と、改質器３から燃料電池セル６へ改質ガスを供給するための改質ガス供給管４と、燃料電池セル６の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて改質器３を高温状態に維持するオフガス燃焼部７と、オフガス燃焼部７内に火炎を形成するためのパイロットバーナー８と、パイロットバーナー８に供給される改質ガスの流量を制御する流量制御部と、を備える。改質ガス供給管４は、その途中にバーナー接続用の接続ポート２０を有し、接続ポート２０にパイロットバーナー８が接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池装置に関し、特に、固体酸化物形の燃料電池装置に関する。

燃料電池装置は、燃料電池システムの中核を成すもので、例えば、水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、水素富化燃料と酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セルと、燃料電池セルの上端部（燃料電池セルの反応ガスの流れ方向における下流端部）から排出されるオフガス（余剰の水素富化燃料）を燃焼させて改質器を高温状態に維持するオフガス燃焼部と、上記燃焼を開始させるための点火ヒータとを含んで構成され得る。
上記のような燃料電池装置は、特許文献１，２に記載されている。

特許文献１には、燃料電池装置の起動時において、改質器に供給される空気及び水の少なくとも一方の改質器への供給量を変更する工程毎に、点火ヒータの起動停止を行うことが記載されている。
特許文献２には、燃料電池装置の起動工程中に継続して点火ヒータを作動させることが記載されている。

特開２００７−２４２６２６号公報 特開２００８−２４３５９２号公報

ところで、特許文献１，２に記載のような燃料電池装置では、運転中に負荷変動が発生すると、それに応じて、燃料電池セルでの燃料利用率が変化して、ひいては、オフガスのガス組成が変化しかねない。この変化により、オフガス燃焼部の火炎が不安定となりかねず、ひいては、オフガス燃焼部にて失火が発生するおそれがあった。

このようなオフガス燃焼部での失火を抑制するための対策としては、運転中において、オフガス燃焼部にて失火が発生した場合に、特許文献１，２に記載のような点火ヒータを起動することでオフガス燃焼部の再点火を行うことが考えられる。しかしながら、このような再点火の手法では、オフガス燃焼部での失火発生時に点火ヒータへの通電が開始され、点火ヒータが十分に加熱された後にオフガス燃焼部にて着火が生じる。それゆえ、オフガス燃焼部での失火発生から着火までに時間を要し、この時間内にオフガス燃焼部内にオフガスが充満するので、失火後の再点火時に、着火遅れによる爆発的な着火が生じるおそれがあった。

本発明は、このような実状に鑑み、オフガス燃焼部での失火後の再点火時の爆発的な着火を抑制することを目的とする。

そのため、本発明に係る燃料電池装置は、水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、水素富化燃料と酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セルと、燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて改質器を高温状態に維持するオフガス燃焼部と、燃料電池セルに供給される前の水素富化燃料の一部を前記オフガス燃焼部内にて燃焼させるバーナーと、を含んで構成される。

または、本発明に係る燃料電池装置は、水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、水素富化燃料と酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セルと、燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて改質器を高温状態に維持するオフガス燃焼部と、改質器に供給される前の水素含有燃料の一部を前記オフガス燃焼部内にて燃焼させるバーナーと、を含んで構成される。

本発明によれば、燃料電池装置は、燃料電池セルに供給される前の水素富化燃料の一部か、又は、改質器に供給される前の水素含有燃料の一部を前記オフガス燃焼部内にて燃焼させるバーナーを含んで構成される。これにより、バーナーが、オフガスに比べてガス組成が安定的な水素富化燃料又は水素含有燃料を燃焼させることができるので、安定的な火炎をオフガス燃焼部７内に保持することができる。それゆえ、当該火炎がオフガス燃焼部における安定的な種火として機能し得る。従って、例えば負荷変動時にオフガス燃焼部で失火が発生した後に、当該種火を着火源として迅速な再点火を行うことができるので、再点火時のオフガス燃焼部での着火遅れによる爆発的な着火を抑制することができる。

本発明の第１実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す縦断面図 図１のＩ−Ｉ断面図 パイロットバーナーの概略構成を示す部分断面図 燃料電池装置の起動時における点火装置の作動制御を示すフローチャート パイロットバーナーの変形例の概略構成を示す部分断面図 本発明の第２実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す縦断面図 本発明の第３実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す縦断面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す縦断面図である。図２は図１のＩ−Ｉ断面図である。図３は、パイロットバーナーの概略構成を示す部分断面図である。

燃料電池システム（図示せず）の中核を成す燃料電池装置１は、筐体２内に、改質器３と、改質ガス供給管４と、マニホールド５と、複数の燃料電池セル６と、オフガス燃焼部７と、パイロットバーナー８と、点火装置９と、火炎検知器１０とを収容して構成される。

筐体２は、耐熱性金属により直方体形状に形成されている。また、外部から筐体２内に、燃料及び燃料改質用水・空気の供給管１１と、カソード用空気の供給管１２とが設けられ、更に排気口１３を有している。尚、燃料及び燃料改質用水・空気の供給管１１には、原燃料及び燃料改質用水・空気の流量を各別に調節可能なように、流量制御弁（図示せず）が各々に対して設けられている。これら流量制御弁は、燃料電池システムの制御部４０からの制御信号に基づいてその開度が制御され、これにより流量制御が行われる。

制御部４０は、燃料電池システムの各種制御のための演算を行うが、ここでは特に、燃料電池装置１の起動時の点火装置９の作動制御を行う。この制御の詳細については、図４を用いて後述する。

改質器３は、筐体２内の上部（複数の燃料電池セル６の上方）に配置され、外部からの燃料及び燃料改質用水・空気の供給管１１が接続されている。外部からの原燃料は、燃料及び燃料改質用水・空気の供給管１１内を通って、改質器３に供給される。
本実施形態において原燃料は水素含有燃料である。本実施形態において、原燃料としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素など、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられ、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。

改質器３は、改質触媒を用いた改質反応により、原燃料（水素含有燃料）を改質して、水素リッチな改質ガス（水素富化燃料）を生成する。尚、改質器３では、水蒸気改質反応、部分酸化反応又は自己熱改質反応など、更にはこれらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成することが可能である。

改質器３の出口部３ａには、改質ガス供給管４の一端が接続され、改質ガス供給管４の他端は、複数の燃料電池セル６の下方に配置した中空のマニホールド５に接続されている。ここで、改質ガス供給管４が、本発明の「改質器から燃料電池セルへ水素富化燃料を供給するための配管」に対応する。
複数の燃料電池セル６は、筐体２内の下部（改質器３の下方）に配置され、マニホールド５上に保持されている。

燃料電池セル６は、上下方向に延びる扁平なセル支持体の表面に、アノード（燃料極）、固体酸化物からなる電解質、カソード（酸化剤極）を積層してなる。セル支持体は、その延在方向に沿って内部に燃料通路が形成されると共に、多孔質である。よって、アノードにはセル支持体内部から改質ガスが供給される。カソードには外部からカソード用空気の供給管１２を介して、酸化剤（空気）が供給される。
電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、空気中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。

従って、燃料電池セル６のカソードにて、下記（１）式の電極反応が生起され、アノードにて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード： Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２−（電解質） ・・・（１）
アノード： ２Ｏ^２−（電解質）＋２Ｈ_２→２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ ・・・（２）
このようにして、燃料電池セル６は改質ガスと酸化剤とを用いて発電を行う。

燃料電池装置１には上述のような燃料電池セル６が多数備えられ、これらは電気的に直列及び／又は並列に接続されて、燃料電池セル６の組み立て体であるセルスタック１６を構成している。燃料電池セル６の形状及び配列は任意に選択することができるため、図中のセルスタック１６については、それらを省略して概略的に示している。セルスタック１６は、マニホールド５上に配置されている。
燃料電池セル６（セルスタック１６）への改質ガスの供給は、マニホールド５側（セルスタック１６の下端部側）からなされ、マニホールド５は改質ガスの分配機能を有している。

セルスタック１６の上端部側はオフガス（未反応の改質ガス）の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック１６の上端部近傍がオフガス燃焼部７となる。それゆえ、オフガス燃焼部７は、セルスタック１６（複数の燃料電池セル６）の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて改質器３を高温状態に維持することができる。

改質ガス供給管４の途中の部分であって、かつ、オフガス燃焼部７に隣接する部分には、パイロットバーナー８を接続するための接続ポート２０が設けられている。
パイロットバーナー８は、本発明の「バーナー」に対応するものである。また、パイロットバーナー８は、オフガス燃焼部７内に火炎を形成し得る。パイロットバーナー８は、基端部が接続ポート２０に接続される円管状のバーナー本体部２１と、バーナー本体部２１の先端部に基端部が連結する先細のノズル部２２とにより構成される。ノズル部２２の先端部は、オフガス燃焼部７に臨んでいる。

パイロットバーナー８のノズル部２２の先端部の近傍には、パイロットバーナー８の点火を行う点火装置９が設けられている。尚、本実施形態では、点火装置９として、セラミックヒータなどから成る点火ヒータを用いているが、点火装置９の構成はこれに限らない。例えば、点火装置９として、点火プラグを用いてもよい。
点火装置９は、制御部４０からの制御信号に基づいてその作動（詳しくは、点火装置９への通電）が制御される。

パイロットバーナー８の火炎を検知する火炎検知器１０は、金属棒であるフレームロッド２４を含んで構成される。フレームロッド２４は、その一端部２４ａが、パイロットバーナー８のノズル部２２の先端部の近傍であって、かつ、オフガス燃焼部７内に位置している。火炎検知器１０では、フレームロッド２４の他端部２４ｂに交流電圧を印加するとフレームロッド２４を通って電流（フレーム電流）が一方向に流れる現象を利用して、火炎の検知を行うことができる。火炎検知器１０からの火炎検知信号は、図示しない信号線を介して、制御部４０に伝達される。
尚、本実施形態では、火炎検知器１０がフレームロッド２４を含んで構成されているが、火炎検知器１０の構成はこれに限らない。例えば、火炎検知器１０が、パイロットバーナー８のノズル部２２の近傍の温度を測定する温度センサを含んで構成されてもよい。

改質器３の出口部３ａ内から改質ガス供給管４内に流入した改質ガスは、その大部分がマニホールド５を経て各燃料電池セル６のアノードに供給される。一方、改質ガスの小部分（すなわち、セルスタック１６に供給される前の改質ガスの一部）は、改質ガス供給管４に設けられた接続ポート２０を介して、パイロットバーナー８内に流入する。そして、パイロットバーナー８内に流入した改質ガスが、ノズル部２２の先端部からオフガス燃焼部７内に吐出される。

ここで、パイロットバーナー８のノズル部２２が、本発明の「流量制御部」として機能して、パイロットバーナー８に供給される改質ガスの流量の制御を行う。本実施形態では、改質ガス供給管４内からパイロットバーナー８内に流入する改質ガスの流量が、改質器３の出口部３ａ内から改質ガス供給管４内に流入する改質ガスの流量の１％以下となるように、ノズル部２２の寸法、形状などが適宜設定される。

次に、本実施形態における燃料電池装置１の起動時における点火装置９の作動制御について、図１〜図３に加えて図４を用いて説明する。
図４は、燃料電池装置１の起動時における点火装置９の作動制御を示すフローチャートである。

この点火装置９の作動制御は、制御部４０によって実現される。
まず、燃料電池装置１の起動工程開始に先立って、点火装置９の作動を開始する（ステップＳ１）。本実施形態では、具体的には、ステップＳ１にて、点火装置９への通電を開始する。

点火装置９の作動を開始すると、次に、燃料電池装置１の起動工程を開始する。ここで、燃料電池装置１の起動工程とは、燃料電池装置１を運転停止状態から運転状態に変化させる工程である。
燃料電池装置１の起動工程では、原燃料、必要に応じて水、燃料改質用空気を改質器３に供給して、改質器３での改質ガスの生成を開始する。この改質ガスの生成開始時には、パイロットバーナー８に供給されるガス状の燃料が原燃料及び／又は改質ガスである。このガス状の燃料が、点火装置９により着火して、パイロットバーナー８の火炎がオフガス燃焼部７内にて保持される。この火炎が種火となって、オフガス燃焼部７でのオフガスの燃焼が開始される。
また、燃料電池装置１の起動工程では、各燃料電池セル６のカソードに酸化剤が供給される。燃料電池装置１の起動工程では、所定の発電条件が成立した後に、セルスタック１６での発電が開始される。

ステップＳ２では、点火装置９の作動停止条件が成立しているか否かを判定する。ここで、点火装置９の作動停止条件とは、点火装置９の作動を停止しても、パイロットバーナー８の火炎がオフガス燃焼部７内にて保持され得るための条件である。本実施形態では、点火装置９の作動停止条件として、以下の条件Ａ〜Ｄのうち少なくとも１つが設定され得る。

条件Ａ：火炎検知器１０にて火炎を検知している。
条件Ｂ：セルスタック１６にて発電が開始されている。
条件Ｃ：セルスタック１６の温度が所定値以上である。
条件Ｄ：改質ガス中の水素濃度が所定値以上である。

ここで、条件Ｂについては、セルスタック１６にて発電が開始されると、それに対応する信号が図示しない信号線を介して制御部４０に伝達され得る。
また、条件Ｃについては、セルスタック１６に予め設けられた温度センサ（図示せず）にてセルスタック１６の温度の測定を行い、この測定値に対応する信号が、図示しない信号線を介して制御部４０に伝達され得る。尚、条件Ｃにおいて、所定値とは、セルスタック１６が運転時に要求される温度に達したか否かを判定するための閾値であり、予め設定されている。

また、条件Ｄについては、改質器３の出口部３ａ、改質ガス供給管４、又はマニホールド５に予め設けられた水素濃度センサ（図示せず）にて改質ガス中の水素濃度の測定を行い、その測定値に対応する信号が、図示しない信号線を介して制御部４０に伝達され得る。尚、条件Ｄにおいて、所定値とは、改質ガス中の水素濃度が運転時に要求される水素濃度に達したか否かを判定するための閾値であり、予め設定されている。

ステップＳ２では、点火装置９の作動停止条件が成立するまで上述の判定を繰り返し、点火装置９の作動停止条件が成立すると、ステップＳ３に進み、点火装置９の作動を停止する。本実施形態では、具体的には、ステップＳ３にて、点火装置９への通電を停止する。
ステップＳ３にて点火装置９の作動が停止された後であっても、改質器３からパイロットバーナー８へ、比較的安定したガス組成の改質ガスが供給されるので、パイロットバーナー８は、オフガス燃焼部７内に安定した火炎を形成し続ける。従って、パイロットバーナー８は、燃料電池セル６に供給される前の改質ガスの一部をオフガス燃焼部７内にて継続的に燃焼させることができる。
また、パイロットバーナー８は、点火装置９の作動停止後の燃料電池装置１の運転時、特に、セルスタック１６の発電継続時においても、オフガス燃焼部７内での燃焼を継続することで、オフガス燃焼部７内に安定した火炎を形成し続けることができる。

尚、本実施形態では、燃料電池装置１の起動工程が完了したか否かに関係なく、点火装置９の作動を停止させているが、点火装置９の作動停止手法はこれに限らない。例えば、燃料電池装置１の起動工程の完了後に、点火装置９の作動を停止させてもよい。
また、本実施形態では、燃料電池装置１の起動工程中にセルスタック１６が発電を開始しているが、この他、燃料電池装置１の起動工程完了後にセルスタック１６が発電を開始してもよい。

本実施形態によれば、燃料電池装置１は、原燃料（水素含有燃料）を改質して水素リッチな改質ガス（水素富化燃料）を生成する改質器３と、改質ガスと酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セル６と、燃料電池セル６の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて改質器３を高温状態に維持するオフガス燃焼部７と、燃料電池セル６に供給される前の改質ガスの一部をオフガス燃焼部７内にて燃焼させるパイロットバーナー８（バーナー）と、を含んで構成される。これにより、パイロットバーナー８が、オフガスに比べてガス組成が安定的な改質ガスを燃焼させることができるので、安定的な火炎をオフガス燃焼部７内に保持することができる。それゆえ、当該火炎がオフガス燃焼部７における安定的な種火して機能し得る。従って、燃料電池装置１の運転中に負荷変動が発生して、オフガス燃焼部７で失火が発生した場合であっても、当該種火を着火源として迅速な再点火を行うことができるので、再点火時のオフガス燃焼部７での着火遅れによる爆発的な着火を抑制することができる。

また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、改質器３から燃料電池セル６へ改質ガス（水素富化燃料）を供給するための改質ガス供給管４（配管）を更に含んで構成され、改質ガス供給管４は、その途中にバーナー接続用の接続ポート２０を有し、接続ポート２０にパイロットバーナー８（バーナー）が接続される。これにより、比較的簡素な構成で、パイロットバーナー８に改質ガスを供給することができる。

また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、パイロットバーナー８（バーナー）に供給される改質ガス（水素富化燃料）の流量を制御するノズル部２２（流量制御部）を更に含んで構成される。これにより、パイロットバーナー８から吐出される改質ガスの吐出量を必要最小限に抑えることができる。

また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、パイロットバーナー８（バーナー）の点火を行う点火装置９を更に含んで構成される。これにより、パイロットバーナー８から吐出される改質ガスを迅速に燃焼させて火炎を発生させることができる。

また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、パイロットバーナー８（バーナー）の火炎を検知する火炎検知器１０を更に含んで構成される。これにより、パイロットバーナー８によってオフガス燃焼部７内に火炎が形成されているか否かを把握することができる。

また本実施形態によれば、パイロットバーナー８（バーナー）は、セルスタック１６の発電時に、オフガス燃焼部７内での燃焼を継続する。これにより、セルスタック１６の発電時に負荷変動が発生して、オフガス燃焼部７で失火が発生した場合であっても、当該火炎が着火源として迅速な再点火を行うことができるので、再点火時のオフガス燃焼部７での着火遅れによる爆発的な着火を抑制することができる。

尚、本実施形態では、パイロットバーナー８がバーナー本体部２１とノズル部２２とにより構成されているが、パイロットバーナー８の構成はこれに限らない。
図５は、パイロットバーナー８の変形例を示す。
本変形例において、パイロットバーナー８は、基端部が接続ポート２０に接続されて先端部がオフガス燃焼部７に臨む円管状のバーナー本体部２１’と、バーナー本体部２１’内に設けられたオリフィス２３とにより構成される。パイロットバーナー８のバーナー本体部２１’の先端部の近傍には点火装置９が設けられ得る。また、火炎検知器１０を構成するフレームロッド２４は、その一端部２４ａが、パイロットバーナー８のバーナー本体部２１’の先端部の近傍であって、かつ、オフガス燃焼部７内に位置し得る。

ここで、パイロットバーナー８のオリフィス２３が、本発明の「流量制御部」として機能して、パイロットバーナー８に供給される改質ガスの流量の制御を行う。本変形例においても、改質ガス供給管４内からパイロットバーナー８内に流入する改質ガスの流量が、改質器３の出口部３ａ内から改質ガス供給管４内に流入する改質ガスの流量の１％以下となるように、オリフィス２３の寸法、形状などが適宜設定される。

尚、図５に示すパイロットバーナー８の変形例では、本発明の「流量制御部」として、オリフィス２３を用いているが、これに加えて、又はこれに代えて、バーナー本体部２１’の先端部にキャピラリー（図示せず）の基端部を接続し、キャピラリーの先端部から改質ガスをオフガス燃焼部７内に吐出するようにしてもよい。本発明の「流量制御部」として、オリフィス２３及びキャピラリーが用いられる場合には、改質ガス供給管４内からパイロットバーナー８内に流入する改質ガスの流量が、改質器３の出口部３ａ内から改質ガス供給管４内に流入する改質ガスの流量の１％以下となるように、オリフィス２３及びキャピラリーの寸法、形状などが適宜設定される。また、本発明の「流量制御部」として、オリフィス２３の代わりにキャピラリーが用いられる場合には、改質ガス供給管４内からパイロットバーナー８内に流入する改質ガスの流量が、改質器３の出口部３ａ内から改質ガス供給管４内に流入する改質ガスの流量の１％以下となるように、キャピラリーの寸法、形状などが適宜設定される。

また、図５に示すパイロットバーナー８の変形例では、オリフィス２３をバーナー本体部２１’内に設けているが、この他、図３に示したバーナー本体部２１内に設けてもよい。この場合には、改質ガス供給管４内からパイロットバーナー８内に流入する改質ガスの流量が、改質器３の出口部３ａ内から改質ガス供給管４内に流入する改質ガスの流量の１％以下となるように、ノズル部２２及びオリフィス２３の寸法、形状などが適宜設定される。

図６は本発明の第２実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す縦断面図である。
上述の第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、前述の接続ポート２０の代わりとして、改質器３の出口部３ａであって、かつ、オフガス燃焼部７に隣接する部分に、接続ポート２０’が設けられている。この接続ポート２０’にはパイロットバーナー８が接続される。

特に本実施形態によれば、改質器３は、その出口部３ａにバーナー接続用の接続ポート２０’を有し、接続ポート２０’にパイロットバーナー８（バーナー）が接続される。これにより、比較的簡素な構成で、パイロットバーナー８に改質ガスを供給することができる。

図７は本発明の第３実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す縦断面図である。
上述の第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態では、第１実施形態における燃料及び燃料改質用水・空気の供給管１１の代わりとして、改質器３に原燃料を供給するための燃料の供給管３１が改質器３に接続されている。また、燃料の供給管３１の途中の部分であって、後述する接続ポート２０’’と改質器３との間の部分には、改質器３に燃料改質用空気・水を供給するための燃料改質用水・空気の供給管３２が接続している。

本実施形態では、前述の接続ポート２０の代わりとして、燃料の供給管３１の途中の部分であって、かつ、筐体２内の部分に、接続ポート２０’’が設けられている。この接続ポート２０’’にはパイロットバーナー８が接続される。

燃料の供給管３１内を流れる原燃料は、その大部分が改質器３に供給される。一方、原燃料の小部分（すなわち、改質器３に供給される前の原燃料の一部）は、燃料の供給管３１に設けられた接続ポート２０’’を介して、パイロットバーナー８内に流入する。そして、パイロットバーナー８内に流入した原燃料が、ノズル部２２の先端部からオフガス燃焼部７内に吐出される。尚、パイロットバーナー８から吐出される原燃料はガス状であることが好ましい。

ここで、パイロットバーナー８のノズル部２２が、本発明の「流量制御部」として機能して、パイロットバーナー８に供給される原燃料（水素含有燃料）の流量の制御を行う。本実施形態では、燃料の供給管３１内からパイロットバーナー８内に流入する原燃料の流量が、改質器３内に流入する原燃料の流量の１％以下となるように、ノズル部２２の寸法、形状などが適宜設定される。
尚、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、本発明の「流量制御部」として、ノズル部２２、オリフィス２３、及び図示しないキャピラリーのうち少なくとも１つを用いることが可能であることは言うまでもない。

本実施形態では、燃料電池装置１の起動工程時、及び、その後の運転時において、ガス状の原燃料がパイロットバーナー８に供給される。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、点火装置９の作動制御を行う（図４参照）。
燃料電池装置１の起動時に点火装置９の作動及びその停止が行われた後であっても（すなわちステップＳ３の後であっても）、パイロットバーナー８へ、比較的安定したガス組成の原燃料が供給されるので、パイロットバーナー８は、オフガス燃焼部７内に安定した火炎を形成し続ける。従って、パイロットバーナー８は、改質器３に供給される前の原燃料（水素含有燃料）の一部をオフガス燃焼部７内にて継続的に燃焼させることができる。
また、パイロットバーナー８は、点火装置９の作動停止後の燃料電池装置１の運転時、特に、セルスタック１６の発電継続時においても、オフガス燃焼部７内に安定した火炎を形成し続けることができる。

特に本実施形態によれば、燃料電池装置１は、原燃料（水素含有燃料）を改質して水素リッチな改質ガス（水素富化燃料）を生成する改質器３と、改質ガスと酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セル６と、燃料電池セル６の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて改質器３を高温状態に維持するオフガス燃焼部７と、改質器３に供給される前の原燃料の一部をオフガス燃焼部内にて燃焼させるパイロットバーナー８（バーナー）と、を含んで構成される。これにより、パイロットバーナー８が、オフガスに比べてガス組成が安定的な原燃料を燃焼させることができるので、安定的な火炎をオフガス燃焼部７内に保持することができる。それゆえ、当該火炎がオフガス燃焼部７における安定的な種火して機能し得る。従って、燃料電池装置１の運転中に負荷変動が発生して、オフガス燃焼部７で失火が発生した場合であっても、当該種火を着火源として迅速な再点火を行うことができるので、再点火時のオフガス燃焼部７での着火遅れによる爆発的な着火を抑制することができる。

また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、パイロットバーナー８（バーナー）に供給される原燃料（水素含有燃料）の流量を制御する流量制御部（ノズル部２２、オリフィス２３、キャピラリー）を更に含んで構成される。これにより、パイロットバーナー８から吐出される原燃料の吐出量を必要最小限に抑えることができる。

尚、本実施形態では、燃料の供給管３１の途中の部分であって、かつ、筐体２内の部分に接続ポート２０’’が設けられているが、これに代えて、改質器３の入口部３ｂであって、かつ、オフガス燃焼部７に隣接する部分に、接続ポート２０’’が設けられてもよい。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 燃料電池装置
２ 筐体
３ 改質器
３ａ 出口部
３ｂ 入口部
４ 改質ガス供給管
５ マニホールド
６ 燃料電池セル
７ オフガス燃焼部
８ パイロットバーナー
９ 点火装置
１０ 火炎検知器
１１ 燃料及び燃料改質用水・空気の供給管
１２ カソード用空気の供給管
１３ 排気口
１６ セルスタック
２０，２０’，２０’’ 接続ポート
２１，２１’ バーナー本体部
２２ ノズル部
２３ オリフィス
２４ フレームロッド
２４ａ 一端部
２４ｂ 他端部
３１ 燃料の供給管
３２ 燃料改質用水・空気の供給管
４０ 制御部

Claims (9)

1. 水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、
   前記水素富化燃料と酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セルと、
   該燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記改質器を高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
   前記燃料電池セルに供給される前の前記水素富化燃料の一部を前記オフガス燃焼部内にて燃焼させるバーナーと、
   を含んで構成される、燃料電池装置。
2. 前記改質器から前記燃料電池セルへ前記水素富化燃料を供給するための配管を更に含んで構成され、該配管は、その途中にバーナー接続用の接続ポートを有し、該接続ポートに前記バーナーが接続される、請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記改質器は、その出口部にバーナー接続用の接続ポートを有し、該接続ポートに前記バーナーが接続される、請求項１に記載の燃料電池装置。
4. 前記バーナーに供給される前記水素富化燃料の流量を制御する流量制御部を更に含んで構成される、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
5. 水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、
   前記水素富化燃料と酸化剤とを用いて発電を行う複数の燃料電池セルと、
   該燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記改質器を高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
   前記改質器に供給される前の前記水素含有燃料の一部を前記オフガス燃焼部内にて燃焼させるバーナーと、
   を含んで構成される、燃料電池装置。
6. 前記バーナーに供給される前記水素含有燃料の流量を制御する流量制御部を更に含んで構成される、請求項５に記載の燃料電池装置。
7. 前記バーナーの点火を行う点火装置を更に含んで構成される、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
8. 前記バーナーの火炎を検知する火炎検知器を更に含んで構成される、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
9. 前記バーナーは、前記発電時に、前記オフガス燃焼部内での燃焼を継続する、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の燃料電池装置。