JP2017016816A - 燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法及び電力生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転停止時に装置の酸化を抑制しつつ降温に要する時間を短縮する燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法及び電力生産方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１は、改質部１１と、原料供給部１６と、改質水供給部１３と、アノード２１とカソード２２とを有する燃料電池２０と、酸化剤ガス供給部２８と、アノード温度検知器２５と、制御部９０とを備える。制御部９０は、燃料電池２０の発電停止後、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を継続しつつ、発電時より少ない流量の原料Ｄが改質水Ｗと混合した減少混合流体Ｒを、改質部１１を介してアノード２１に供給し、その後、減少混合流体Ｒの供給停止以後のアノード温度検知器２５で検知した温度が第１の所定の温度になったときに酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡをアノード２１に供給するように、原料供給部１６、改質水供給部１３、酸化剤ガス供給部２８を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法及び電力生産方法に関し、特に、運転停止時に、装置の酸化を抑制降温に要する時間を短縮する燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法及び電力生産方法に関する。

水素含有ガスと酸素含有ガスとを導入して発電する燃料電池を設置する際、炭化水素系原料を改質して水素含有ガスとする改質器が併設されることが多い。炭化水素系原料を改質する方式の１つとして、炭化水素系原料に水蒸気を混合し加熱して改質する水蒸気改質がある。燃料電池及び改質器は、運転中に高温（一般に７００℃以上）になる。運転中に高温となっている燃料電池及び改質器の運転を停止する際、改質器内や燃料電池内に不活性ガスを流すことで、燃料電池内の電極や改質器内の触媒等の酸化を抑制しつつ、高温から室温付近まで降温させるのに要する時間を短縮することが行われている。さらに、不活性ガスの供給設備を不要とするために、燃料電池内への空気の供給を継続して行いながら、炭化水素ガスの供給量を低減させ、低減された量の炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスを改質器を通して燃料電池内に供給し、改質触媒の温度が該触媒の酸化発生温度±１５０℃の範囲に降温したときに、混合ガスの供給を停止し、該混合ガスの供給を停止した後に、空気又は炭化水素ガスをパージガスとして改質器を通して燃料電池に流してパージするものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９０６２４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている停止の手段では、パージガスとして空気を改質器に供給する際に、空気を供給する設備が別途必要になる。

本発明は上述の課題に鑑み、簡便な構成で、運転停止時に、装置の酸化を抑制するようにガスを供給しながら装置の降温に要する時間を短縮する燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法及び電力生産方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、炭化水素系の原料Ｄと改質水Ｗとを導入し、原料Ｄを、水素を含有する改質ガスＥに改質する改質部１１と；原料Ｄを改質部１１に供給する原料供給部１６と；改質水Ｗを改質部１１に供給する改質水供給部１３と；改質部１１で生成された改質ガスＥを導入するアノード２１と、酸素を含有する酸化剤ガスＡとを導入するカソード２２とを有し、発電する燃料電池２０と；カソード２２に酸化剤ガスＡを供給する酸化剤ガス供給部２８と；アノード２１の温度又はアノード２１の温度と相関を有する温度を直接又は間接的に検知するアノード温度検知器２５と；燃料電池２０の発電停止後、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を継続して行いつつ、燃料電池２０の発電時に改質部１１に供給されていた流量よりも少ない流量の原料Ｄが改質水Ｗと混合した減少混合流体Ｒを、改質部１１を介してアノード２１に供給して燃料電池２０及び改質部１１を冷却し、その後、改質部１１及びアノード２１への減少混合流体Ｒの供給停止以後のアノード温度検知器２５で検知した温度が第１の所定の温度になったときに酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡをアノード２１に供給するように、原料供給部１６、改質水供給部１３、酸化剤ガス供給部２８を制御する制御部９０とを備える。

このように構成すると、アノード温度検知器で検知した温度が第１の所定の温度になったときに、燃料電池の発電時に利用していた酸化剤ガス供給部を燃料電池停止後の冷却時にも用いて酸化剤ガスをアノードに供給するので、装置構成を簡略化しつつアノードの酸化を抑制することができる。

また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る燃料電池システム１において、制御部９０は、アノード温度検知器２５で検知した温度が第１の所定の温度になったときに、改質部１１及びアノード２１への減少混合流体Ｒの供給を停止すると共に酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡをアノード２１に供給する。

このように構成すると、酸化剤ガスをアノードに供給する直前まで減少混合流体を改質部及びアノードに供給することとなり、改質部及びアノードの冷却を促進させることができる。

また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る燃料電池システム１において、改質部１１の温度又は改質部１１の温度と相関を有する温度を直接又は間接的に検知する改質部温度検知器１５を備え；制御部９０は、改質部温度検知器１５で検知した温度が第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度まで低下した時点で改質部１１及びアノード２１への減少混合流体Ｒの供給を停止する。

このように構成すると、減少混合流体中の原料の改質が不十分な状態でアノードに導入されることを低減することができ、アノードが劣化するリスクを低減することができる。

また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、燃料電池２０の発電時の改質ガスＥの流れ方向におけるアノード２１の上流側に設けられ、酸化剤ガス供給部２８によってアノード２１に供給された酸化剤ガスＡを系外に排出する開閉弁７５ｖ及び／又は７６ｖを備え；制御部９０は、酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡがアノード２１に供給されているときに開閉弁７５ｖ又は７６ｖを開にするように、開閉弁７５ｖ又は７６ｖを制御する。

このように構成すると、簡便な構成でアノードに酸化剤ガスを流すことができ、アノードに残存する原料由来のガスをパージすることができる。

また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第４の態様に係る燃料電池システム１において、制御部９０は、酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡをアノード２１に供給するときに、燃料電池２０の発電時にカソード２２に供給されていた流量よりも多い流量の酸化剤ガスＡが酸化剤ガス供給部２８から供給されるように、酸化剤ガス供給部２８を制御する。

このように構成すると、比較的圧力損失が大きいアノードの系統に、より多い流量の酸化剤ガスをカソードから逆流させることができる。

また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第４の態様又は第５の態様に係る燃料電池システム１において、開閉弁７６ｖが、改質部１１とアノード２１との間に設けられている。

このように構成すると、酸化剤ガス供給部によってアノードに供給された酸化剤ガスを、改質部を通さずに系外に排出することができ、改質部の酸化発生リスクのある温度の下限が燃料電池の酸化発生リスクのある温度の下限より低い場合に、改質部の酸化発生リスクを低減することができる。

また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第４の態様又は第５の態様に係る燃料電池システム１において、開閉弁７５ｖが、燃料電池２０の発電時の原料Ｄの流れ方向における改質部１１の上流側に設けられている。

このように構成すると、酸化剤ガス供給部によってアノードに供給された酸化剤ガスで改質部をもパージすることができる。

また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第４の態様乃至第７の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、燃料電池２０の発電時にカソード２２に供給された酸化剤ガスＡのうちの燃料電池２０における発電に利用されなかったカソードオフガスＦａをカソード２２の外に排出するオフガスライン６４と；オフガスライン６４から系外に流体を排出する排出口６５ｅまでの間に設けられた絞り流路６４ｆとを備える。

このように構成すると、燃料電池の発電の停止後に酸化剤ガス供給部によって酸化剤ガスがカソードに供給されつつアノードへの減少混合流体の供給を停止したときに、カソードに供給された酸化剤ガスをアノードに導きやすくすることができる。

また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第４の態様乃至第７の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、燃料電池２０の発電時にカソード２２に供給された酸化剤ガスＡのうちの燃料電池２０における発電に利用されなかったカソードオフガスＦａをカソード２２の外に排出するオフガスライン６４と；オフガスライン６４から系外に流体を排出する排出口６５ｅまでの間に設けられ、開度を調節可能な開度調節装置とを備える。

このように構成すると、開度調節装置の開度を、燃料電池の発電時に大きくし、酸化剤ガス供給部によって酸化剤ガスがアノードに供給されるときに小さくすることが可能となり、燃料電池システムの適切な運転及び停止が可能になる。

また、本発明の第１０の態様に係る燃料電池システムは、例えば図６に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１Ａにおいて、酸化剤ガス供給部２８から吐出された酸化剤ガスＡをカソード２２に導く酸化剤ガスライン６２と；酸化剤ガスライン６２とアノード２１とを連絡するバイパスライン６８とを備え；バイパスライン６８は、流路を開閉可能なバイパス弁６８ｖを有し；制御部９０（例えば図１参照）は、酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡをアノード２１に供給するときに、酸化剤ガス供給部２８から吐出された酸化剤ガスＡがバイパスライン６８に流入するようにバイパス弁６８ｖを制御する。

このように構成すると、酸化剤ガス供給部によってアノードに供給する酸化剤ガスの流れ方向を、燃料電池の発電時と同じにすることができ、アノードへの酸化剤ガスの供給を安定させることができる。

また、本発明の第１１の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第１０の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、制御部９０は、アノード温度検知器２５で検知した温度が第１の所定の温度よりも低い第３の所定の温度になったときに酸化剤ガス供給部２８を停止する。

このように構成すると、燃料電池システムの停止過程において消費するエネルギーを抑制することができる。

上記目的を達成するために、本発明の第１２の態様に係る燃料電池システムの停止方法は、例えば図１並びに図２及び図４を参照して示すと、炭化水素系の原料Ｄに改質水Ｗを加えて改質部１１に導入し改質して水素を含有する改質ガスＥを生成し、改質ガスＥを燃料電池２０のアノード２１に供給すると共に酸素を含有する酸化剤ガスＡを酸化剤ガス供給部２８によって燃料電池２０のカソード２２に供給して発電する燃料電池システム１の運転を停止する方法であって；燃料電池２０の発電を停止する発電停止工程（Ｓ１）と；発電停止工程（Ｓ１）の後、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を継続して行う酸化剤ガス供給継続工程（Ｓ２）と；酸化剤ガス供給継続工程（Ｓ２）と並行して、燃料電池２０の発電時に改質部１１に供給されていた流量よりも少ない流量の原料Ｄが改質水Ｗと混合した減少混合流体Ｒを、改質部１１を介してアノード２１に供給して燃料電池２０及び改質部１１を冷却する減少混合流体供給工程（Ｓ３）と；減少混合流体供給工程（Ｓ３）を終了した後、アノード２１の温度又はアノード２１の温度と相関を有する温度が第１の所定の温度になったときに酸化剤ガス供給部２８によって酸化剤ガスＡをアノード２１に供給するアノードパージ工程（Ｓ６）とを備える。

このように構成すると、アノード又はこれと相関を有する温度が第１の所定の温度になったときに、燃料電池の発電時に利用していた酸化剤ガス供給部を燃料電池停止後の冷却時にも用いて酸化剤ガスをアノードに供給するので、簡便にアノードの酸化を抑制することができる。

また、本発明の第１３の態様に係る電力生産方法は、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第１１の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１を用いて電力を生産する方法であって；改質部１１に原料Ｄ及び改質水Ｗを供給して改質ガスＥを生成する工程と；改質ガスＥをアノード２１に供給すると共に酸化剤ガスＡをカソード２２に供給して燃料電池２０において発電する工程と；燃料電池２０で発電された電力を需要家に向けて放出する工程と；燃料電池２０の発電を停止する工程とを備える。

本発明によれば、装置構成を簡略化しつつアノードの酸化を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの燃料電池における発電を停止する際の制御を説明するフローチャートである。 図２に示す制御を行う際の燃料電池システムの要素の状態を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの燃料電池における発電を停止する際の別の制御を説明するフローチャートである。 図４に示す制御を行う際の燃料電池システムの要素の状態を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池システムの燃料電池まわりの模式的系統図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１を説明する。図１は、燃料電池システム１の模式的系統図である。燃料電池システム１は、炭化水素系の原料Ｄを改質する改質部としての改質器１１と、改質水供給部としての改質水ポンプ１３と、原料供給部としての原料ブロワ１６と、燃料電池２０と、アノード温度検知器としてのアノード温度計２５と、酸化剤ガス供給部としての酸化剤ガスブロワ２８と、制御部としての制御装置９０とを備えている。

原料Ｄは、改質することで燃料電池２０における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス（水素リッチガス）にできるものであり、典型的には炭化水素系燃料が用いられる。具体例として、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、これらの炭化水素系燃料は、石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のもの等を適宜用いることができる。炭化水素類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ、都市ガス、タウンガス、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１１は、原料Ｄと改質水Ｗとを導入し、原料Ｄを水素に富む改質ガスＥに水蒸気改質する機器である。改質器１１は、原料Ｄの改質を促進させる改質触媒を内部に有している。本実施の形態では、水蒸気改質触媒が改質器１１に収容されている。水蒸気改質触媒は吸熱反応が優勢となる改質触媒である。改質器１１には、内部の温度を検知する改質部温度検知器としての改質器温度計１５が設けられている。改質器１１には、気化した改質水Ｗ（水蒸気）と原料Ｄとが混合した混合原料Ｍを導入する原料導入ラインとしての原料導入管５１と、生成された改質ガスＥを流出する改質ガスラインとしての改質ガス管６１とが接続されている。なお、「・・・ライン」とは、流体の流路であり、典型的には専ら流体を案内する管であるが、他の用途に用いられる物と物との間に形成された空間であってもよい。一端が改質器１１に接続された原料導入管５１の他端は、改質水ラインとしての改質水管５２及び原料ラインとしての原料管５６に接続されている。改質水管５２の他端は、水タンク１２の下部に接続されている。水タンク１２は、改質器１１における原料Ｄの水蒸気改質に用いられる改質水Ｗを貯留するタンクである。

改質水ポンプ１３は、水タンク１２に貯留されている改質水Ｗを改質器１１に向けて圧送する機器である。改質水ポンプ１３は、改質水管５２に配設されている。原料ブロワ１６は、原料Ｄを改質器１１に向けて圧送する機器である。原料ブロワ１６は、原料管５６に配設されている。原料導入管５１には、気化器１４が配設されている。気化器１４は、改質水Ｗ（原料Ｄが液体の場合は原料Ｄも）を気化させる機器である。燃料電池システム１では、改質水ポンプ１３を起動することで改質水Ｗが気化器１４に導入され、原料ブロワ１６を起動することで原料Ｄが気化器１４に導入され、原料Ｄ及び改質水Ｗが気化器１４で気化し混合して混合原料Ｍとなって改質器１１に導入されるように構成されている。

原料導入管５１には、混合原料Ｍの流れ方向で見て気化器１４よりも上流側に、流体を燃料電池システム１の外部へ排出する排出ラインとしての排出管７５が接続されている。排出管７５には、流路を開閉することができる開閉弁７５ｖが設けられている。改質ガス管６１には、流体を燃料電池システム１の外部へ排出する排出ラインとしての排出管７６が接続されている。排出管７６には、流路を開閉することができる開閉弁７６ｖが設けられている。

燃料電池２０は、アノード２１と、カソード２２と、電解質２３とを有している。アノード２１は、燃料ガス管６１を介して改質器１１と接続されている。アノード温度計２５は、アノード２１の温度を直接検知することができるように、アノード２１に設けられている。カソード２２には、酸素を含む酸化剤ガスＡを導入する酸化剤ガスラインとしての酸化剤ガス管６２が接続されている。酸化剤ガスＡは、典型的には空気である。酸化剤ガス管６２には、酸化剤ガスＡをカソード２２に向けて圧送する酸化剤ガスブロワ２８が配設されている。燃料電池２０は、改質ガスＥ及び酸化剤ガスＡを導入し、改質ガスＥ中の水素等と酸化剤ガスＡ中の酸素との電気化学的反応により直流の電力を発生するように構成されている。より詳細には、燃料電池２０は、カソード２２に導入された酸化剤ガスＡ中の酸素が電子を受け取って酸素イオン（酸化物イオン）となり、酸素イオンがカソード２２から電解質２３を通過してアノード２１へ移動し、アノード２１に導入された改質ガスＥ中の水素又は一酸化炭素と、電解質２３を通過した酸素イオンと、が反応する際に放出された電子により発電するように構成されている。燃料電池２０で発生した直流電力は、パワーコンディショナ（不図示）で昇圧され及び交流に変換され、家電機器等の外部負荷（不図示）に供給される。

燃料電池２０としては、本実施の形態では円筒型（平板円筒型を含む）の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられている。燃料電池２０における発電のために燃料電池２０に供給された改質ガスＥ及び酸化剤ガスＡは、そのすべてが発電に利用されるのではなく、燃料電池２０の発電電流に応じた分が利用される。燃料電池２０における発電のために燃料電池２０に供給された改質ガスＥのうち、発電に利用されなかった分は、アノードオフガスＦｅとして排出される。また、燃料電池２０における発電のために燃料電池２０に供給された酸化剤ガスＡのうち、発電に利用されなかった分は、カソードオフガスＦａとして排出される。

燃料電池２０には、アノードオフガスＦｅ及びカソードオフガスＦａを流すオフガスライン６４が接続されている。オフガスライン６４には、絞り流路としてのオリフィス６４ｆが設けられている。オフガスライン６４は、燃焼部３５に接続されている。燃焼部３５は、オフガスライン６４を介して導入したアノードオフガスＦｅを燃焼させるように構成されている。アノードオフガスＦｅの燃焼に必要な酸化剤は、オフガスライン６４を介して導入したカソードオフガスＦａが用いられる。燃焼部３５は、改質器１１内の改質触媒及び／又は燃料電池２０に熱を与えることができるように、改質器１１及び／又は燃料電池２０に隣接して配置されていてもよい。例えば、改質器１１及び燃料電池２０が収容された筐体（不図示）内において、アノードオフガスＦｅ及びカソードオフガスＦａが排出される部分の上部に改質器１１を配置し、改質器１１と燃料電池２０との間の空間でアノードオフガスＦｅを燃焼させる構造としてもよい。この場合、改質器１１と燃料電池２０との間の空間が燃焼部３５に相当し、オフガスライン６４と燃焼部３５とが極めて近接した構造となる。燃焼部３５は、アノードオフガスＦｅの燃焼で生じる排ガスＧを排出するように構成されている。燃焼部３５には、排ガスＧを流す排ガスラインとしての排ガス管６５が接続されている。

排ガス管６５には、熱交換部３６が配設されている。熱交換部３６は、排ガスＧが保有する熱を回収する部位である。熱交換部３６は、排ガスＧと熱回収流体Ｃとを導入し、導入した排ガスＧと熱回収流体Ｃとの間で熱交換を行わせることで、熱回収流体Ｃのエンタルピを増加させ、排ガスＧのエンタルピを減少させるように構成されている。排ガスＧは、排ガス管６５の末端の排出口６５ｅから系外（燃料電池システム１の外）に排出されるように構成されている。また、熱交換部３６は、排ガスＧのエンタルピを減少させることにより、排ガスＧ中に含まれていた水分が凝縮した凝縮水Ｗｃが生じるように構成されている。熱交換部３６は、凝縮水Ｗｃを排出する凝縮水ラインとしての凝縮水管６６の一端が接続されている。凝縮水管６６の他端は、水タンク１２内で開口している。凝縮水管６６は、熱交換部３６で生じた凝縮水Ｗｃを水タンク１２に導くように配設されている。水タンク１２に導かれた凝縮水Ｗｃは、改質水Ｗとして利用される。

制御装置９０は、燃料電池システム１の運転を制御する部位である。制御装置９０は、改質水ポンプ１３及び原料ブロワ１６と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、改質水ポンプ１３及び原料ブロワ１６の吐出流量及び発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置９０は、酸化剤ガスブロワ２８と信号ケーブルで接続されており、酸化剤ガスブロワ２８の吐出流量及び発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置９０は、開閉弁７５ｖ及び開閉弁７６ｖとそれぞれ信号ケーブルで接続されており、開閉弁７５ｖ及び開閉弁７６ｖの開閉を個別に制御することができるように構成されている。また、制御装置９０は、改質器温度計１５及びアノード温度計２５と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、改質器温度計１５で検知された温度及びアノード温度計２５で検知された温度を、それぞれ信号として受信することができるように構成されている。

引き続き図１を参照して、燃料電池システム１の作用を説明する。制御装置９０は、燃料電池システム１を起動する指令を受けると、燃料電池２０における発電に必要な改質ガスＥの生成を開始するべく、原料ブロワ１６を起動して原料Ｄを改質器１１に供給すると共に改質水ポンプ１３を起動して改質水Ｗを改質器１１に供給する。原料ブロワ１６が起動すると、原料Ｄは、原料管５６及び原料導入管５１を流れて気化器１４に流入する。改質水ポンプ１３が起動すると、水タンク１２内に貯留されている改質水Ｗが改質水管５２及び原料導入管５１を流れて気化器１４に流入する。気化器１４に流入した原料Ｄ及び改質水Ｗは、気化された改質水Ｗ（水蒸気）と原料Ｄとが混合した混合原料Ｍとなり、改質器１１に流入する。混合原料Ｍが導入された改質器１１では、原料Ｄの水蒸気改質反応が行われ、改質ガスＥが生成される（改質ガス生成工程）。改質器１１は、改質ガスＥの生成中、概ね６００℃以上となっている。

改質器１１で生成された改質ガスＥは燃料電池２０のアノード２１に供給される。また、制御装置９０は、酸化剤ガスブロワ２８を起動させる。これにより、燃料電池２０のカソード２２に酸化剤ガスＡが供給される。改質ガスＥ及び酸化剤ガスＡが導入された燃料電池２０では、改質ガスＥ中の水素等と酸化剤ガスＡ中の酸素との電気化学的反応による発電が行われる（発電工程）。燃料電池２０は、発電中、概ね６００℃以上となっている。燃料電池２０では、パワーコンディショナ（不図示）で設定された電力が発生し、発生した電力は外部負荷（不図示）に適宜供給される（電力放出工程）。燃料電池２０では、発電のための反応に伴って、水が生成される。燃料電池２０に導入された改質ガスＥ及び酸化剤ガスＡは、発電に利用された後にアノードオフガスＦｅ及びカソードオフガスＦａとして排出され、燃焼部３５に至る。アノードオフガスＦｅは、カソードオフガスＦａを酸化剤として燃焼部３５で燃焼され、このとき生ずる燃焼熱は、改質器１１における水蒸気改質反応に利用されることとしてもよい。燃焼部３５におけるアノードオフガスＦｅ及びカソードオフガスＦａの燃焼によって生じた排ガスＧは、水分が含まれている。排ガスＧは、排ガス管６５を流れ、熱交換部３６で適宜熱回収が行われた後、燃料電池システム１の外へ排出される。

他方、熱交換部３６で冷却された排ガスＧから凝縮した凝縮水Ｗｃは、凝縮水管６６を流れて水タンク１２に流入する。このようにして、改質ガスＥの生成のために水タンク１２から改質水Ｗが減少しても、凝縮水Ｗｃとして水タンク１２に改質水Ｗが流入してくるので、燃料電池システム１の外部から直接水タンク１２に改質水Ｗを補給しなくても、水タンク１２内の改質水Ｗが枯渇することを回避することができる。燃料電池２０における発電に伴って水が生成されることとから、水タンク１２に流入する凝縮水Ｗｃは、典型的には、改質水ポンプ１３の稼働によって水タンク１２から出て行く改質水Ｗよりも多くなる。

上述のように概ね６００℃以上で改質器１１及び燃料電池２０が作動している状態から、燃料電池２０における発電を停止する際、改質器１１及び燃料電池２０の温度を室温等の周囲環境温度まで迅速に降温させる要請がある。改質器１１及び燃料電池２０の温度を迅速に降温させるため、燃料電池２０における発電の停止後に、改質器１１及び燃料電池２０に冷却流体を流すことが行われるのが一般的である。冷却流体として、改質器１１の触媒や燃料電池２０の電極等の酸化を抑制する観点から、不活性ガスが用いられることがあるが、不活性ガスを用いることとすると、不活性ガスを供給する設備が必要となる。また、冷却流体として不活性ガス以外の流体を用いる場合であっても、当該流体を供給する専用の設備を設ける場合が多い。このような不都合を解消するため、本実施の形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池２０における発電を停止する際に、燃料電池２０の発電に用いられていた機器を以下のように制御することにより、改質器１１及び燃料電池２０の酸化を抑制しつつ迅速な降温を可能にしている。

図２は、燃料電池２０における発電を停止する際の燃料電池システム１の制御を説明するフローチャートである。図３は、図２に示す制御を行う際の燃料電池システム１の要素の状態を示すタイムチャートである。図３中、上下に並んだ５つのグラフにおいて、横軸は各グラフ共通で時間を示し、縦軸は、上のグラフから順に、アノード温度計２５で検知された温度、酸化剤ガスＡの流量、原料Ｄの流量、改質水Ｗの流量、開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖの開閉状態を示している。以下の説明において、燃料電池システム１の構成に言及しているときは、図１を参照することとする。燃料電池２０の発電中、制御装置９０は、要求される燃料電池２０の発電電力（典型的にはパワーコンディショナ（不図示）で設定される）を出力するのに必要な流量の改質ガスＥをアノード２１に供給するため、当該流量の改質ガスＥを生成するのに必要な原料Ｄ及び改質水Ｗを改質器１１に供給すると共に、必要な流量の酸化剤ガスＡをカソード２２に供給している（図３中の時刻ｔ１まで）。このとき、開閉弁７６ｖは閉じており、燃料電池２０の温度は概ね６００℃以上となっている。

制御装置９０は、図３中の時刻ｔ１において、燃料電池２０における発電を停止する旨の指令を受けたとき、燃料電池２０の発電を停止する（発電停止工程：Ｓ１）。燃料電池２０の発電の停止は、典型的にはパワーコンディショナ（不図示）の設定において燃料電池２０の出力を０にすることにより行われる。制御装置９０は、燃料電池２０の発電を停止しても、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を継続して行う（酸化剤ガス供給継続工程：Ｓ２）。カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を継続することにより、カソード２２の冷却が促進される。その一方で、制御装置９０は、改質器１１に供給していた原料Ｄを、燃料電池２０の発電時に供給していた流量よりも減少させ、これを改質水Ｗと混合させ（以下、流量を減少させた原料Ｄと改質水Ｗとが混合した流体を「減少混合流体Ｒ」という。）、減少混合流体Ｒを改質器１１へ導入した後にアノード２１に供給する（減少混合流体供給工程：Ｓ３）。減少混合流体Ｒを、改質器１１を介してアノード２１に供給することにより、改質器１１及びアノード２１の冷却が促進される。また、減少混合流体Ｒをアノード２１に供給することにより、カソード２２に供給されている酸化剤ガスＡがアノード２１に流入してくることに伴うアノード２１の酸化を抑制している。

次に制御装置９０は、アノード温度計２５で検知した温度が第１の所定の温度Ｔ１に低下したか否かを判断する（Ｓ４）。第１の所定の温度Ｔ１は、アノード２１が酸化雰囲気に晒されることで酸化が発生するリスクが低い任意の温度である。酸化雰囲気に起因した酸化は、温度が高いほど発生しやすく、温度が低くなると発生しにくくなる。本実施の形態では、第１の所定の温度Ｔ１を３００℃としている。アノード温度計２５で検知した温度が第１の所定の温度Ｔ１に低下したか否かを判断する工程（Ｓ４）において、第１の所定の温度Ｔ１に低下していない場合は、再び工程（Ｓ４）に戻る。他方、第１の所定の温度Ｔ１に低下した場合（図３中の時刻ｔ３）、制御装置９０は、原料ブロワ１６及び改質水ポンプ１３を停止して、改質器１１への減少混合流体Ｒの供給を停止する（Ｓ５）。また、制御装置９０は、開閉弁７５ｖ及び開閉弁７６ｖの一方を開にする（Ｓ６）。

改質器１１への減少混合流体Ｒの供給を停止して開閉弁７５ｖ及び開閉弁７６ｖのうちのいずれか一方を開にすると、酸化剤ガスブロワ２８によってカソード２２に供給されていた酸化剤ガスＡがアノード２１に逆流する。アノード２１に逆流した酸化剤ガスＡは、原料導入管５１の方に向かって改質ガス管６１等を流れ、排出管７５及び排出管７６のうち開にした開閉弁（７５ｖ又は７６ｖ）が配設されている排出ラインを流れて系外に排出される。これにより、アノード２１に残留していた減少混合流体Ｒが、酸化剤ガスＡによりパージされることとなる。このように、開閉弁（７５ｖ又は７６ｖ）を開にする工程（Ｓ６）は、アノードパージ工程に相当する。本実施の形態では、燃料電池２０における発電を行う際に酸化剤ガスＡをカソード２２に供給する酸化剤ガスブロワ２８を用いてアノード２１のパージを行っており、このために特別な設備を設けていない。工程（Ｓ６）において、開閉弁７５ｖを開にした場合は、酸化剤ガスブロワ２８の稼働でアノード２１に供給された酸化剤ガスＡによって、改質器１１及び気化器１４をもパージすることができる。他方、開閉弁７６ｖを開にした場合は、改質器１１の酸化発生リスクのある温度の下限が燃料電池２０の酸化発生リスクのある温度の下限より低い場合に、改質器１１の酸化発生リスクを低減することができる。

なお、酸化剤ガスＡでアノード２１をパージするのは、アノード２１において電気化学反応による酸化が発生するのを抑制するためである。ここでいう電気化学反応による酸化とは、アノード２１において、酸素が存在しても酸化雰囲気に起因した酸化が発生しにくいような低い温度で、触媒活性が低い場合において、局所的に電位差が生じることにより、アノード２１に存在する酸素イオンがアノード２１に残存している改質ガスＥ中の水素と反応できずに、アノード２１に含まれているＮｉ等の金属に反応して酸化することである。アノード２１に電位差が生じる一因として、改質ガスＥや酸化剤ガスＡがアノード２１に流入してくることにより、アノード２１の近傍の雰囲気に濃度差が生じることが挙げられる。改質器１１への減少混合流体Ｒの供給を停止する工程（Ｓ５）において減少混合流体Ｒ（改質ガスＥ）の供給を停止した状態では、アノード２１の上流側（原料ブロワ１６側）は閉止状態であるため、燃料電池２０の発電停止時の温度低下に伴う熱収縮により、アノード２１は、下流側から酸化剤ガスＡを吸い込みやすい状況となる。端的に表現すると、アノード２１は、上流側が改質ガスＥの雰囲気、下流側が酸化剤ガスＡの雰囲気の状態になる。アノード２１を、酸化雰囲気に起因した酸化が発生するリスクが低い環境下で、酸化剤ガスＡによってパージすることで、濃度差のない均一な雰囲気に置換することができ、起電力が生じない状況にすることができる。酸化剤ガスブロワ２８でカソード２２に供給した酸化剤ガスＡをアノード２１に逆流させるに際し、オフガスライン６４にオリフィス６４ｆが設けられているので、改質器１１を介したアノード２１への減少混合流体Ｒの供給を停止したときに、カソード２２に供給された酸化剤ガスＡをアノード２１に導きやすくすることができる。なお、カソード２２に供給する酸化剤ガスＡの流量を、燃料電池２０の発電時に供給していた流量よりも増加させることで、酸化剤ガスＡをアノード２１に逆流しやすくするようにしてもよい。

開閉弁（７５ｖ又は７６ｖ）を開にしたら（Ｓ６）、制御装置９０は、アノード温度計２５で検知した温度が第３の所定の温度Ｔ３に低下したか否かを判断する（Ｓ７）。第３の所定の温度Ｔ３は、アノード２１の酸化雰囲気に起因した酸化及び電気化学反応による酸化が発生するリスクが低い任意の温度である。本実施の形態では、第３の所定の温度Ｔ３を９０℃としている。アノード温度計２５で検知した温度が第３の所定の温度Ｔ３に低下したか否かを判断する工程（Ｓ７）において、第３の所定の温度Ｔ３に低下していない場合は、再び工程（Ｓ７）に戻る。他方、第３の所定の温度Ｔ３に低下した場合（図３中の時刻ｔ５）、制御装置９０は、工程（Ｓ６）で開にした開閉弁（７５ｖ又は７６ｖ）を閉にする（Ｓ８）。また、制御装置９０は、酸化剤ガスブロワ２８を停止して、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を停止する（Ｓ９）。このように、アノード温度計２５で検知した温度が第３の所定の温度Ｔ３に低下した時点で酸化剤ガスブロワ２８を停止することで、酸化剤ガスブロワ２８の動力を削減することができる。

以上で説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム１によれば、燃料電池２０における発電の際に用いられる酸化剤ガスブロワ２８から供給される酸化剤ガスＡによってアノード２１に残存する減少混合流体Ｒをパージするので、特別な設備（典型的には流体機械）を設けることなく、改質器１１及び燃料電池２０の酸化を抑制しつつ迅速な降温を行うことができる。また、開閉弁（７５ｖ又は７６ｖ）を開にする（Ｓ６）直前まで改質器１１への減少混合流体Ｒの供給を継続するので、改質器１１及び燃料電池２０の冷却を促進させることができ、改質器１１及び燃料電池２０の降温に要する時間を短縮することができる。

次に、図４及び図５を参照して、燃料電池２０における発電を停止する際の燃料電池システム１の別の制御を説明する。図４は、燃料電池２０における発電を停止する際の燃料電池システム１の別の制御を説明するフローチャートである。図５は、図４に示す制御を行う際の燃料電池システム１の要素の状態を示すタイムチャートである。図５中、上下に並んだ６つのグラフにおいて、横軸は各グラフ共通で時間を示し、縦軸は、上のグラフから順に、アノード温度計２５で検知された温度、改質器温度計１５で検知された温度、酸化剤ガスＡの流量、原料Ｄの流量、改質水Ｗの流量、開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖの開閉状態を示している。図４及び図５に示す別の制御は、図１に示す燃料電池システム１で行うことができる。以下の説明において燃料電池システム１の構成に言及しているときは、図１を参照することとする。

図４に示す別の制御では、制御装置９０が図５中の時刻ｔ１において、燃料電池２０における発電を停止する旨の指令を受けたとき、燃料電池２０の発電を停止し（発電停止工程：Ｓ１）、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を継続し（酸化剤ガス供給継続工程：Ｓ２）、減少混合流体Ｒを改質器１１へ導入した後にアノード２１に供給する（減少混合流体供給工程：Ｓ３）までは、図２に示す制御と同様である。図４に示す別の制御では、減少混合流体供給工程（Ｓ３）の後、改質器温度計１５で検知した温度が第２の所定の温度Ｔ２に低下したか否かを判断する（Ｓ４Ａ）。第２の所定の温度Ｔ２は、改質器１１における原料Ｄの水蒸気改質に適した温度帯の下限付近（典型的には下限値）の温度であり、第１の所定の温度Ｔ１よりも高い温度である。本実施の形態では、第２の所定の温度Ｔ２を４００℃としている。改質器温度計１５で検知した温度が第２の所定の温度Ｔ２に低下したか否かを判断する工程（Ｓ４Ａ）において、第２の所定の温度Ｔ２に低下していない場合は、再び工程（Ｓ４Ａ）に戻る。他方、第２の所定の温度Ｔ２に低下した場合（図５中の時刻ｔ２）、制御装置９０は、原料ブロワ１６及び改質水ポンプ１３を停止して、改質器１１への減少混合流体Ｒの供給を停止する（Ｓ５）。

図４に示す別の制御では、改質器１１への減少混合流体Ｒの供給を停止したら（Ｓ５）、制御装置９０は、アノード温度計２５で検知した温度が第１の所定の温度Ｔ１に低下したか否かを判断する（Ｓ５Ａ）。この工程は、図２に示す制御における工程（Ｓ４）と同様である。アノード温度計２５で検知した温度が第１の所定の温度Ｔ１に低下したか否かを判断する工程（Ｓ５Ａ）において、第１の所定の温度Ｔ１に低下していない場合は、再び工程（Ｓ５Ａ）に戻る。他方、第１の所定の温度Ｔ１に低下した場合（図５中の時刻ｔ３）、制御装置９０は、開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖを開にして（Ｓ６）、酸化剤ガスブロワ２８によってカソード２２に供給されていた酸化剤ガスＡをアノード２１に逆流させ、アノード２１に残留していた減少混合流体Ｒを酸化剤ガスＡによりパージする。開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖを開にする工程（Ｓ６）以降の、アノード温度計２５で検知した温度が第３の所定の温度Ｔ３に低下したか否かを判断する工程（Ｓ７）、第３の所定の温度Ｔ３に低下したときに（図５中の時刻ｔ５）開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖを閉にする工程（Ｓ８）、カソード２２への酸化剤ガスＡの供給を停止する工程（Ｓ９）は、図２に示す制御における対応する工程と同様である。

以上で説明したように、図４に示す別の制御においても、燃料電池２０における発電の際に用いられる酸化剤ガスブロワ２８によってアノード２１に残存する減少混合流体Ｒをパージするので、特別な設備（典型的には流体機械）を設けることなく、改質器１１及び燃料電池２０の酸化を抑制しつつ迅速な降温を行うことができる。また、図４に示す別の制御では、改質器温度計１５で検知された温度が第２の所定の温度Ｔ２まで低下したときに減少混合流体Ｒの供給を停止するので、減少混合流体Ｒ中の原料Ｄの改質が不十分なままアノード２１に流入することを抑制することができ、ひいてはアノード２１において原料Ｄが熱分解して炭素が析出することを抑制することができる。

以上の説明では、原料供給部が原料ブロワ１６であるとしたが、元圧のある外部から原料Ｄが供給される配管に設けられた弁等であってもよい。また、酸化剤ガス供給部が酸化剤ガスブロワ２８であるとしたが、原料供給部と同様に、元圧のある外部から酸化剤ガスＡが供給される配管に設けられた弁等であってもよい。

以上の説明では、アノード温度検知器が、アノード２１の温度を直接検知するアノード温度計２５であるとしたが、アノード２１に導入される流体の温度を検知するアノード入口温度計を設ける等のアノード２１の温度を間接的に検知することとしてもよく、あるいは、アノード２１の周囲の雰囲気を検知する等のアノード２１の温度と相関を有する温度を検知することとしてもよい。

以上の説明では、改質部温度検知器が、改質器１１の内部の温度を直接検知する改質器温度計１５であるとしたが、改質器１１に導入される流体の温度を検知する改質器入口温度計を設ける等の改質器１１の温度を間接的に検知することとしてもよく、あるいは、改質器１１の周囲の雰囲気を検知する等の改質器１１の温度と相関を有する温度を検知することとしてもよい。なお、改質部温度検知器は、上述の図２に示す制御等、改質器１１の温度を燃料電池２０における発電の停止時の制御に用いない場合は設置せずに省略するとよい。また、改質器１１が燃料電池２０と同じ筐体に収容されていて燃料電池２０における発電の停止時は筐体内全体が概ね同じ温度となるような、改質器１１の温度がアノード２１の温度と同じ又はアノード２１の温度から推測できる状況のときは、アノード温度検知器が改質部温度検知器を兼ねることとして、改質部温度検知器を別途設けずに省略してもよい。

以上の説明では、オフガスライン６４にオリフィス６４ｆ等の絞り流路が設けられていることとしたが、絞り流路に代えて、開度を調節可能な開度調節装置（典型的には流量調整弁）を設けることとしてもよい。開度調節装置を設けた場合、燃料電池２０の発電を行っているときはオフガスライン６４の抵抗を軽減するために開度を大きくし、燃料電池２０の発電を停止した後にアノード２１を酸化剤ガスＡでパージするときは酸化剤ガスＡをオフガスライン６４よりもアノード２１に流入させるために開度を小さくすることで、燃料電池システム１の適切な運転及び停止が可能になる。なお、オリフィス６４ｆ等の絞り流路あるいは開度調節装置は、オフガスライン６４よりも下流側の排出口６５ｅまでの間（排ガス管６５）に設けられていてもよい。特に、開度調節装置を設ける場合は、極力下流側（熱交換部３６の近傍）に設けることとすると、耐熱性能が比較的低いものも設置することが可能になるため好ましい。

以上の説明では、開閉弁７５ｖが配設された排出管７５が、混合原料Ｍの流れ方向で気化器１４の上流側の原料導入管５１に接続されているとしたが、改質器１１と気化器１４の間の原料導入管５１に接続されていてもよい。また、開閉弁７５ｖが配設された排出管７５と、開閉弁７６ｖが配設された排出管７６とが設けられていることとしたが、流体を系外に排出する排出管が一方に決まっている場合は、開にしない開閉弁が配設されている排出管を設けなくてもよい。あるいは、開閉弁７５ｖが配設された排出管７５及び／又は開閉弁７６ｖが配設された排出管７６を設けることに代えて、酸化剤ガスブロワ２８から吐出された酸化剤ガスＡを、カソード２２を経由せずにアノード２１に導くバイパス管を設けることとしてもよい。

図６は、本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池システム１Ａの燃料電池２０まわりの部分系統図である。燃料電池システム１Ａでは、燃料電池システム１（図１参照）で設けられていた排出管７６に代えて、バイパスライン６８が設けられている。バイパスライン６８は、酸化剤ガスブロワ２８とカソード２２との間の酸化剤ガス管６２に一端が接続され、他端が改質ガス管６１に接続されている。なお、バイパスライン６８の他端は、アノード２１に直接接続されていてもよい。バイパスライン６８には、流路を開閉するバイパス弁６８ｖが配設されている。バイパス弁６８ｖは、制御装置９０（図１参照）と信号ケーブルで接続されており、制御装置９０（図１参照）からの指令により開閉が制御されるように構成されている。燃料電池システム１Ａでは、オリフィス６４ｆ（図１参照）等の絞り流路は設けなくてもよい。燃料電池システム１Ａの上記以外の構成は、燃料電池システム１（図１参照）と同様である。

本変形例に係る燃料電池システム１Ａでは、燃料電池２０における発電を停止する際に図２又は図４に示す制御を行うにあたり、工程（Ｓ６）において開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖを開にする代わりにバイパス弁６８ｖを開にし、工程（Ｓ８）において開閉弁７５ｖ又は開閉弁７６ｖを閉にする代わりにバイパス弁６８ｖを閉にする。上記以外の工程は、図２又は図４に示す通りである。燃料電池システム１Ａでは、工程（Ｓ６）においてバイパス弁６８ｖを開にすると、酸化剤ガス管６２を流れる酸化剤ガスＡの一部がバイパスライン６８に流入し、酸化剤ガスＡが、燃料電池２０の発電時における流体の流れ方向で、アノード２１及びカソード２２の双方に流れることとなる。このようにすることで、アノード２１への酸化剤ガスＡの供給を安定させることができる。なお、バイパス弁６８ｖを開けた際、酸化剤ガスＡがアノード２１に適切に供給されるように、酸化剤ガスブロワ２８から吐出される酸化剤ガスＡの流量を増加させることとしてもよい。

１ 燃料電池システム
１１ 改質器
１３ 改質水ポンプ
１６ 原料ブロワ
２０ 燃料電池
２１ アノード
２２ カソード
２５ アノード温度計
２８ 酸化剤ガスブロワ
６２ 酸化剤ガス管
６４ オフガスライン
６４ｆ オリフィス
６８ バイパスライン
６８ｖ バイパス弁
７６ｖ 開閉弁
９０ 制御装置
Ａ 酸化剤ガス
Ｄ 原料
Ｅ 改質ガス
Ｆａ カソードオフガス
Ｒ 減少混合流体
Ｗ 改質水

Claims (13)

1. 炭化水素系の原料と改質水とを導入し、前記原料を、水素を含有する改質ガスに改質する改質部と；
   前記原料を前記改質部に供給する原料供給部と；
   前記改質水を前記改質部に供給する改質水供給部と；
   前記改質部で生成された前記改質ガスを導入するアノードと、酸素を含有する酸化剤ガスを導入するカソードとを有し、発電する燃料電池と；
   前記カソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と；
   前記アノードの温度又は前記アノードの温度と相関を有する温度を直接又は間接的に検知するアノード温度検知器と；
   前記燃料電池の発電停止後、前記カソードへの前記酸化剤ガスの供給を継続して行いつつ、前記燃料電池の発電時に前記改質部に供給されていた流量よりも少ない流量の前記原料が前記改質水と混合した減少混合流体を、前記改質部を介して前記アノードに供給して前記燃料電池及び前記改質部を冷却し、その後、前記改質部及び前記アノードへの前記減少混合流体の供給停止以後の前記アノード温度検知器で検知した温度が第１の所定の温度になったときに前記酸化剤ガス供給部によって前記酸化剤ガスを前記アノードに供給するように、前記原料供給部、前記改質水供給部、前記酸化剤ガス供給部を制御する制御部とを備える；
   燃料電池システム。
2. 前記制御部は、前記アノード温度検知器で検知した温度が前記第１の所定の温度になったときに、前記改質部及び前記アノードへの前記減少混合流体の供給を停止すると共に前記酸化剤ガス供給部によって前記酸化剤ガスを前記アノードに供給する；
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記改質部の温度又は前記改質部の温度と相関を有する温度を直接又は間接的に検知する改質部温度検知器を備え；
   前記制御部は、前記改質部温度検知器で検知した温度が前記第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度まで低下した時点で前記改質部及び前記アノードへの前記減少混合流体の供給を停止する；
   請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池の発電時の前記改質ガスの流れ方向における前記アノードの上流側に設けられ、前記酸化剤ガス供給部によって前記アノードに供給された前記酸化剤ガスを系外に排出する開閉弁を備え；
   前記制御部は、酸化剤ガス供給部によって前記酸化剤ガスが前記アノードに供給されているときに前記開閉弁を開にするように、前記開閉弁を制御する；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御部は、前記酸化剤ガス供給部によって前記酸化剤ガスを前記アノードに供給するときに、前記燃料電池の発電時に前記カソードに供給されていた流量よりも多い流量の前記酸化剤ガスが前記酸化剤ガス供給部から供給されるように、前記酸化剤ガス供給部を制御する；
   請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記開閉弁が、前記改質部と前記アノードとの間に設けられた；
   請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記開閉弁が、前記燃料電池の発電時の前記原料の流れ方向における前記改質部の上流側に設けられた；
   請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池の発電時に前記カソードに供給された前記酸化剤ガスのうちの前記燃料電池における発電に利用されなかったカソードオフガスを前記カソードの外に排出するオフガスラインと；
   前記オフガスラインから系外に流体を排出する排出口までの間に設けられた絞り流路とを備える；
   請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
9. 前記燃料電池の発電時に前記カソードに供給された前記酸化剤ガスのうちの前記燃料電池における発電に利用されなかったカソードオフガスを前記カソードの外に排出するオフガスラインと；
   前記オフガスラインから系外に流体を排出する排出口までの間に設けられ、開度を調節可能な開度調節装置とを備える；
   請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
10. 前記酸化剤ガス供給部から吐出された前記酸化剤ガスを前記カソードに導く酸化剤ガスラインと；
    前記酸化剤ガスラインと前記アノードとを連絡するバイパスラインとを備え；
    前記バイパスラインは、流路を開閉可能なバイパス弁を有し；
    前記制御部は、前記酸化剤ガス供給部によって前記酸化剤ガスを前記アノードに供給するときに、前記酸化剤ガス供給部から吐出された前記酸化剤ガスが前記バイパスラインに流入するように前記バイパス弁を制御する；
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
11. 前記制御部は、前記アノード温度検知器で検知した温度が前記第１の所定の温度よりも低い第３の所定の温度になったときに前記酸化剤ガス供給部を停止する；
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
12. 炭化水素系の原料に改質水を加えて改質部に導入し改質して水素を含有する改質ガスを生成し、前記改質ガスを燃料電池のアノードに供給すると共に酸素を含有する酸化剤ガスを酸化剤ガス供給部によって前記燃料電池のカソードに供給して発電する燃料電池システムの運転を停止する方法であって；
    前記燃料電池の発電を停止する発電停止工程と；
    前記発電停止工程の後、前記カソードへの前記酸化剤ガスの供給を継続して行う酸化剤ガス供給継続工程と；
    前記酸化剤ガス供給継続工程と並行して、前記燃料電池の発電時に前記改質部に供給されていた流量よりも少ない流量の前記原料が前記改質水と混合した減少混合流体を、前記改質部を介して前記アノードに供給して前記燃料電池及び前記改質部を冷却する減少混合流体供給工程と；
    前記減少混合流体供給工程を終了した後、前記アノードの温度又は前記アノードの温度と相関を有する温度が第１の所定の温度になったときに前記酸化剤ガス供給部によって前記酸化剤ガスを前記アノードに供給するアノードパージ工程とを備える；
    燃料電池システムの停止方法。
13. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムを用いて電力を生産する方法であって；
    前記改質部に前記原料及び前記改質水を供給して前記改質ガスを生成する工程と；
    前記改質ガスを前記アノードに供給すると共に前記酸化剤ガスを前記カソードに供給して前記燃料電池において発電する工程と；
    前記燃料電池で発電された電力を需要家に向けて放出する工程と；
    前記燃料電池の発電を停止する工程とを備える；
    電力生産方法。

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