JP5822920B2

JP5822920B2 - 燃料電池装置

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Publication number: JP5822920B2
Application number: JP2013515212A
Authority: JP
Inventors: 孝小野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: WO2012157735A1; JPWO2012157735A1

Description

本発明は、発電効率の向上した燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール（例えば、特許文献１参照。）や、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。

特開２００７−５９３７７号公報

ところで次世代エネルギーとして期待される燃料電池のうち、固体酸化物形燃料電池は特に高い発電効率を有することが知られているが、省エネルギーの観点から、更なる発電効率の向上が求められている。

それゆえ、本発明は、発電効率の向上した燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう固体酸化物形の燃料電池セルを含む第１の発電部と、該第１の発電部で生じる熱を利用して発電を行なう熱電変換モジュールを含む第２の発電部と、前記第１の発電部および前記第２の発電部により発電された電力が入力されて、負荷に出力する電力調整装置と、前記第１の発電部を作動させるための補機と、前記第１の発電部と、前記第２の発電部と、前記電力調整装置と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、前記燃料電池装置の運転停止時において、前記燃料電池装置と前記外部負荷とを解列した後、前記第１の発電部と前記補機との接続を解列し、続いて前記第２の発電部の電力が、前記補機を稼働させるための電力未満か否かを判定し、その判定結果に基づいて第２の発電部または系統電源と前記補機とを接続し、さらに前記燃料電池セルの温度が第１の所定温度未満となった場合に、前記第２の発電部または前記系統電源と前記補機の１つである原燃料供給手段とを解列する制御を行なうことを特徴とする。

本発明の燃料電池装置は、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

燃料電池装置の一例の一部を抜粋して示し、収納容器内に第１の発電部を収納してなる燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。図１に示す燃料電池モジュールの断面図である。本実施形態の燃料電池装置の一例の一部を抜粋して示し、収納容器の外面上に、第２の発電部が設けられていることを示す外観斜視図である。図３に示す燃料電池装置の断面図である。本実施形態の燃料電池装置における第２の発電部の一例を示し、（ａ）は一部の記載を省略した外観斜視図、（ｂ）は断面図である。本実施形態の燃料電池装置の他の一例の一部を抜粋して示し、収納容器の外面に設けられる断熱部材に、第２の発電部が設けられていることを示す外観斜視図である。本実施形態の燃料電池装置のさらに他の一例の一部を抜粋して示し、収納容器の外面に設けられる断熱部材の内面に、第２の発電部が設けられていることを示す外観斜視図である。本実施形態の燃料電池装置のさらに他の一例の一部を抜粋して示し、収納容器の外面に設けられる断熱部材に、第２の発電部の一部が埋設されていることを示す外観斜視図である。本実施形態の燃料電池装置のさらに他の例の一部を抜粋して示し、収納容器に、第２の発電部と熱交換器が順に接続されていること示す概念図である。本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。図１０に示す本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す側面図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の他の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成のさらに他の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成のさらに他の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成のさらに他の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置の制御の流れの一例を示すフローチャートである。本実施形態の燃料電池装置の制御の流れの他の一例を示すフローチャートである。図１８に示すＣ１以降の制御の流れを示すフローチャートである。図１８に示すＣ２以降の制御の流れを示すフローチャートである。本実施形態の燃料電池装置の制御の流れのさらに他の一例を示すフローチャートである。図２１に示すＣ３以降の制御の流れを示すフローチャートである。

図１は、燃料電池装置の一例の一部を抜粋して示し、第１の発電部を収納容器に収納してなる燃料電池モジュール１（以下、モジュールという場合がある。）を示す外観斜視図であり、図２は図１の断面図である。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および図２に示すモジュール１を用いて、本実施形態の燃料電池装置を構成するモジュール１の基本的構成を説明する。

本実施形態の燃料電池装置は、第１の発電部として燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう固体酸化物形の燃料電池セルを含んでなる。ここで、図１に示すモジュール１においては、収納容器２の内部に、内部を第１の反応ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の固体酸化物形の燃料電池セル３を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル３間が集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル３の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でガスタンク４に固定してなるセルスタック５を２つ備えるセルスタック装置１２を収納して構成されている。なお、セルスタック５の両端部には、セルスタック５（燃料電池セル３）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気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）。上述の各部材を備えることで、セルスタック装置１２が構成される。なお、図１においては、セルスタック装置１２が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を１つだけ備えていてもよい。なお、セルスタック装置１２を第１の発電部とすることもできる。

また、図１においては、燃料電池セル３として、内部を第１の反応ガス（燃料ガス）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、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。以降の説明の説明において、特に断りのない限り第１の反応ガスを燃料ガス（水素含有ガス）とし、燃料電池セル３の外側を流れる第２の反応ガスを酸素含有ガスとして説明する。

なお、以降の説明において、燃料電池セルは中空平板型に限られるものではなく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器２の形状も適宜変更することができる。

また、図１に示すモジュール１においては、燃料電池セル３の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管１０を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器６をセルスタック５の上方に配置している。なお、改質器６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７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８とを備えている。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管９を介してガスタンク４に供給され、ガスタンク４より燃料電池セル３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１２の構成は、燃料電池セル３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１２に改質器６を含むこともできる。

また図１においては、収納容器２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１２を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１に示したモジュール１においては、セルスタック装置１２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２の内部には、ガスタンク４に並置されたセルスタック５の間に配置され、第２の反応ガス（酸素含有ガス）が燃料電池セル３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材１１が配置されており、反応ガス導入部材１１の内部に、セルスタック５の温度を測定するための温度計測手段である熱電対１３が収納容器の上部より挿入して配置されている。

図２に示すように、モジュール１を構成する収納容器２は、内壁１４と外壁１５とを有する二重構造で、外壁１５により収納容器２の外枠が形成されるとともに、内壁１４によりセルスタック装置１２を収納する発電室１６が形成されている。さらに収納容器２においては、内壁１４と外壁１５との間を、燃料電池セル３に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路２１としている。

ここで、収納容器２内には、収納容器２の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部２４とを備え、下端部に燃料電池セル３の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口１７が設けられてなる反応ガス導入部材１１が、内壁１４を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部２４と内壁１４との間には断熱部材１８が配置されている。

なお、図２においては、反応ガス導入部材１１が、収納容器２の内部に並置された２つのセルスタック５間に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器２内にセルスタック５を１つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材１１を２つ設け、セルスタック５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１６内には、モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱部材１８が適宜設けられている。

断熱部材１８は、セルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材１８を配置することが好ましい。なお、セルスタック５の両側面側に断熱部材１８を配置することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、反応ガス導入部材１１より導入される酸素含有ガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材１８においては、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル３の積層方向における温度分布を低減するための開口部１９が設けられている。

また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁１４の内側には、排ガス用内壁２０が設けられており、内壁１４と排ガス用内壁２０との間が、発電室１６内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路２２とされている。なお、排ガス流路２２は、収納容器２の底部に設けられた排気孔２５と通じている。また、排ガス用内壁２０のセルスタック５側にも断熱部材１８が設けられている。

それにより、モジュール１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２２を流れた後、排気孔２５より排気される構成となっている。なお、排気孔２５は収納容器２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。

なお、反応ガス導入部材１１の内部には、セルスタック５近傍の温度を測定するための温度計測手段である熱電対１３が、その測温部２３が燃料電池セル３の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル３の配列方向における中央部に位置するように配置されている。

また、上述の構成のモジュール１においては、燃料電池セル３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３の上端部側と改質器６との間で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック５）の上方に配置された改質器６を温めることができ、改質器６で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル３の発電に伴い、モジュール１内の温度は５００〜８００℃程度となる。

すなわち、第１の発電部を含むモジュール１の温度が非常に高温となることから、第１の発電部で生じる熱を有効利用することで、燃料電池装置の総合効率を向上することができ、本実施形態の燃料電池装置では、収納容器と、第１の発電部と、第１の発電部で生じる熱を利用して発電を行なう熱電変換モジュールを有する第２の発電部と、第１の発電部および第２の発電部により発電された電力が入力されて、負荷に出力する電力調整装置とを備えることで、燃料電池装置の発電効率を向上することができる。

特にこの第２の発電部は、第１の発電部で生じる熱を有効利用することで発電を行なうことから、収納容器２、第１の発電部、第２の発電部および電力調整装置を収納するための外装ケースと、収納容器２との間に設けることが好ましく、特には、収納容器の外面上および後述する外装ケースと収納容器との間にある排ガスラインのうち少なくとも一方に設けられていることが好ましい。

図３は、本実施形態の燃料電池装置の一例を一部抜粋して示し、第１の発電部を構成する収納容器２の外面上に、第２の発電部２６が設けられていることを示す外観斜視図であり、図４は図３の断面図である。

第２の発電部２６として熱電変換モジュールを用いることで、特に燃料電池セルが固体酸化物形の燃料電池セルであることから、収納容器２側が特に高温となり、反対側が低温となって温度差が生じ、それにより電気を生じることができる。本実施形態の燃料電池装置では、第１の発電部で発電した電気と、第２の発電部２６で発電した電気とを組み合わせて外部負荷に供給することで、燃料電池装置の発電効率を向上することができる。また、第２の発電部２６はその大きさに応じて、適宜設けることができ、例えば収納容器２の１つの外面に複数個の第２の発電部２６を設けることもできる。

なお、本明細書において発電効率とは、燃料電池装置に供給した燃料ガス量に対して、第１の発電部および第２の発電部の合計の発電量の割合を意味し、総合効率とは、この発電効率と、燃料電池からの排熱回収効率とを合算したものを意味する。

図５は、第２の発電部２６を構成する熱電変換モジュール２８の一例を示し、（ａ）は一部の記載を省略して示す外観斜視図、（ｂ）は断面図である。

図５に示す熱電変換モジュール２８は、下部の支持基体２９ａ、上部の支持基体２９ｂの表面に、それぞれ第１、第２配線導体３１ａ、３１ｂが形成され、さらにｐ型熱電変換素子３０ａおよびｎ型熱電変換素子３０ｂ（以下、熱電変換素子３０または熱電変換素子３０ａ、３０ｂということがある）が、支持基体２９ａ、２９ｂ（以下、支持基体２９ということがある）の間に配置され、熱電変換素子３０が支持基体２９ａ、２９ｂで挟持されている。熱電変換素子３０ａ、３０ｂの両端面は、下部および上部の第１、第２配線導体３１ａ、３１ｂ（以下、配線導体３１ということがある）に半田３４で接合されている。

支持基体２９ａ、２９ｂは、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、ベリリアから選ばれる１種以上のセラミックスからなるもので、セラミック粒子と、このセラミック粒子の間の粒界とから構成されている。これにより、熱電変換モジュールとして必要な、モジュール強度と熱伝導を確保することができる。なお、支持基体２９として耐熱性が高いものであれば、セラミックス以外により構成することもできる。例えば、銅やアルミニウム等の金属を用いることもできる。なお、支持基体２９として金属を用いる場合には、以下に述べる配線導体３１との絶縁性を確保すべく、支持基体２９の表面に絶縁性のコーティングを施すことが好ましい。

配線導体３１ａ、３１ｂは、熱電変換素子３０同士を電気的に直列に接続するためのものであり、例えば、Ｚｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄから選ばれる少なくとも１種の元素を含む金属であることが、電気抵抗が低く、また熱伝導率が高いために発熱を抑制し、さらに熱放散性に優れるために好ましい。配線導体３１ａ、３１ｂには、電気抵抗、熱伝導率、コストの観点から、特にＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄから選ばれる少なくとも１種の元素が好適に使用される。

配線導体３１ａ、３１ｂは、メッキ法、メタライズ法、ＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ−ｂｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒ）法、チップ接合法、焼付け法から選ばれる１種以上の方法を適宜採用することで、配線パターン精度、電流値およびコストに合わせ最適な配線導体３１を作製することができる。

熱電変換素子３０はｐ型熱電変換素子３０ａおよびｎ型熱電変換素子３０ｂの２種からなり、下部の支持基体２９ａの一方の主面上に縦横に配列されている。ｐ型熱電変換素子３０ａおよびｎ型熱電変換素子３０ｂは、ｐ型、ｎ型、ｐ型、ｎ型と交互に、かつ電気的に直列になるように第１、第２配線導体３１ａ、３１ｂで接続し、一つの電気回路を形成している。

熱電変換素子３０は、公知のものを使用することができ、特に高温で優れた熱電変換性能を有している材料から構成することが好ましい。

熱電変換素子３０ａ、３０ｂの配線導体３１ａ、３１ｂ側には、半田３４との濡れ性が良好なＮｉ等の電極３６、Ａｕ等の被覆層３５を有している。

一つの電気回路の両端には外部接続端子３２が接続され、熱電変換素子３０と電気的に接続されている。これらの外部接続端子３２には、半田３４によってリード線３５が接続されており、熱電変換素子で発電された電気を外部に引き出すことができる。

そして、図３および図４に示すモジュール１においては、収納容器２の互いに対向する２つの側面の外面上に、第２の発電部２６が設けられている。ここで、第２の発電部２６は一方側が、内部が５００〜８００℃程度と非常に高温の収納容器２に直接設けられていることから、他方側との温度差を生じやすくさせることができ、より効率よく電気を生じることができる。また、第１の発電部と第２の発電部２６を構成する熱電変換モジュール２８との両方の発電で生じた電気を組み合わせて外部負荷に供給することで、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

なお、第２の発電部２６を構成する熱電変換モジュール２８は、第１の発電部で生じる熱を利用することができる場所に配置すればよく、例えば図３および図４に示すように、収納容器２の外面上に設ける場合においては、収納容器２の構造にあわせて適宜設けることができる。例えば、図４においては、収納容器の２つの側面に設けた例を示しているが、収納容器２の少なくとも１つの面に設ければよく、例えば、収納容器２の全面に設けることもできる。

図６および図７は、図３および図４に示した収納容器２の外面（外周）に断熱部材を設けることを示す外観斜視図であり、図６においては、断熱部材３７の外面に熱電変換モジュール２８である第２の発電部２６が設けられており、図７においては、断熱部材３７の内面に熱電変換モジュール２８である第２の発電部２６が設けられていることを示している。

ここで、固体酸化物形燃料電池においては、効率よく発電するにあたり、モジュール１を高温に維持する必要がある。それゆえ、図６および図７においては、収納容器２の外面に断熱部材３７を設けている。それにより、モジュール１の温度が低下することを抑制することができ、モジュール１の発電効率を高く維持することができる。

ここで、図６に示すモジュール１においては、断熱部材３７の外面に第２の発電部２６が設けられている。それにより、断熱部材３７側が高温となり、断熱部材３７を通じてモジュール１の熱が伝熱されるとともに、反対側が低温となることで温度差が生じ、電気を生じることができる。それにより、モジュール１の温度を高温に維持しつつ、第１の発電部で発電した電気と、第２の発電部２６で発電した電気とを組み合わせて外部負荷に供給することで、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。なお、第２の発電部２６での発電量を大きくするにあたり、高温側の熱を大きくするとともに、モジュール１の温度を高温に維持することを目的として、断熱部材３７の外面側に凹部を設け、該凹部に第２の発電部２６を配置することもできる。

図７に示すモジュール１においては、断熱部材３７の内面側に凹部３８が設けられており、凹部３８内に第２の発電部２６が配置されている。それにより、収納容器２側が特に高温となり、反対側が低温となって温度差が生じ、電気を生じることができる。それにより、モジュール１の温度を高温に維持しつつ、第１の発電部で発電した電気と、第２の発電部２６で発電した電気とを組み合わせて外部負荷に供給することで、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

なお、収納容器２と反対側を低温とするにあたり、例えば凹部を貫通孔とすることや、凹部と第２の発電部２６との間に冷媒流路を設けることもできる。なお冷媒流路については後述する。

図８は、図３および図４に示した収納容器２の外面に断熱部材を設ける他の例を示す外観斜視図であり、断熱部材３７の外面に第２の発電部２６が設けられている例を示している。

ここで、図８においては、断熱部材３７の一部に貫通孔３９が設けられているとともに、第２の発電部２６の収納容器２側に、貫通孔３９に挿入される棒状の埋設部４０が設けられている。ここで、図８に示す構成においては、棒状の埋設部は収納容器２の外面と接するように配置されている。なお、埋設部４０は、熱電変換モジュール２８を構成する支持基体２９と同じ材料にて設けることができる。

収納容器２の外面に断熱部材３７を設ける場合に、断熱部材３７の厚みによっては、モジュール１からの熱の伝熱量が少なくなり、第２の発電部２６における温度差が小さくなり、第２の発電部２６での発電量が少なくなる場合がある。

それゆえ、断熱部材３７の厚みや伝熱量に応じて、第２の発電部２６の少なくとも一部を、断熱部材３７に埋設することで、モジュール１側の熱を第２の発電部２６に効率よく伝えることができ、第２の発電部２６における高温側と低温側との温度差を確保することができる。それにより、モジュール１の温度を高温に維持しつつ、第１の発電部で発電した電気と、第２の発電部２６で発電した電気とを組み合わせて外部負荷に供給することで、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

なお、図８においては、断熱部材３７の一部に貫通孔３９を設けて、貫通孔３９に挿入した埋設部４０が収納容器２の外面に接するように配置されている例を示したが、例えば断熱部材３７の一部に、断熱部材３７を貫通しない窪み部を設け、該窪み部に棒状の埋設部４０を挿入配置してもよい。なお、この場合の窪み部の大きさは、モジュール１からの伝熱量等に応じて適宜設定することができる。

また、図８においては、第２の発電部２６に棒状の埋設部４０を１つ設けた例を示したが、断熱部材３７の厚みや伝熱量に応じて適宜変更することができ、例えば複数の棒状の埋設部４０を設けるほか、第２の発電部２６の収納容器２側全体を埋設部として断熱部材３７に埋設することもできる。

一方、第２の発電部２６は、第１の発電部で生じた熱を利用して発電することができればよく、上記に示したように収納容器２の外面に設けるほか、モジュール１より排出される排ガスの熱を利用して発電するように設けることもできる。すなわち、モジュール１より排出される排ガスを外装ケースの外部に排出する排ガスラインに設けることもできる。

図９は、モジュール１の排気孔２５に、第２の発電部２６と熱交換器４２が順に接続されていること示す概念図である。

上述したように、収納容器２内に固体酸化物形の燃料電池セル３を収納してなるモジュール１は、発電中においてモジュール１内の温度が５００〜８００℃程度と高温となり、あわせてモジュール１より排出される排ガスの温度も高温となる。

ここで、図９においては、モジュール１の底部に、モジュール１内に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給管４１が接続されているとともに、モジュール１内の排気ガスを排出するための排気孔２５に、第２の発電部２６と、モジュール１より排出される排ガスと水とで熱交換を行なってお湯を生成するための熱交換器４２とがこの順に接続されている。なお、熱交換器４２は、下方側に温度の低い水が供給される入口４４が設けられており、上方側に熱交換器４２内で生成された水を送水するための出口４３が設けられている。

言い換えれば、第２の発電部２６は、モジュール１より排出される排ガスを外装ケースの外部に排出する排ガスラインの一部を構成しており、排ガスラインは、第２の発電部２６と、熱交換器４１を備えている。

このような構成の燃料電池装置においては、モジュール１より排出された排ガスが、第２の発電部の内側を流れる構成となっていることから、第２の発電部での発電に関し、モジュール１内の温度に影響を与えることを抑制でき、第１の発電部の発電効率を高く維持することができる。

なお、第２の発電部２６は、モジュール１から排出される排ガスが外装ケースの外部に排出されるための排ガスラインの一部を構成していれば、モジュール１に直接接続されていなくてもよいが、より効率を高めるためには、モジュール１に直接接続されていることが好ましい。

ここで、第２の発電部２６をモジュール１の排気孔２５に接続する場合には、第２の発電部の内側を高温の排ガスが効率よく流れることができるよう、第２の発電部２６を排ガスラインの一部を構成する筒状体とすることが好ましい。

それにより、第２の発電部２６の高温側である内側を高温の排ガスが効率よく流れることから、第２の発電部２６を構成する熱電変換モジュール２８の両面における温度差を大きくすることができ、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。

なお、第２の発電部２６は、図９に示すように全体として筒状体とされ、内部をモジュール１より排出された排ガスが流れるように構成されていることが好ましい。なお、排ガスラインより排出された排ガスが、第２の発電部２６の内側を流れるように配置されていればよく、排ガスラインの一部を構成する筒状体の外面に設けられていてもよい。

それゆえ、例えば、第２の発電部２６を、上述の熱電変換モジュール２８の一部が、は筒状体を構成するように、例えば熱電変換モジュール２８を複数個組み合わせるまたは１つの熱電変換モジュール２８によって筒状体を構成することができるほか、例えば金属等で作製した筒状体の外面に上述の熱電変換モジュール２８を設けた構成とすることもできる。それにより、筒状体の内部を流れる高温の排ガスの熱が、熱電変換モジュール２８に効率よく伝わることで、第２の発電部２６における高温と低温との温度差が大きくなり、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。なお、図９においては、金属で作製した筒状体の外面に熱電変化モジュール２８を設けた例を示している。

図１０は、本実施形態の燃料電池装置４５の一例を概略的に示す分解斜視図であり、図１１は、燃料電池装置４５の外装ケースを一部取り外して概略的に示す側面図である。なお、図１０および図１１においては、一部構成を省略して示している。

図１０、図１１に示す燃料電池装置４５は、支柱４６と外装板４７から構成される外装ケース内を仕切板４８により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール１を収納するモジュール収納室４９とし、下方側を、モジュール１を動作させるための補機類を収納する補機収納室５０として構成されている。なお、補機類とはモジュール１を稼働するにあたり必要な機器（例えば、各種ポンプや各種センサ等）を総称したものである。

また、仕切板４８は、補機収納室５０の空気をモジュール収納室４９側に流すための空気流通口５１が設けられており、モジュール収納室４９を構成する外装板４７の一部に、モジュール収納室４９内の空気を排気するための排気口５２が設けられている。

なお、図１１においては、補機収納室５０に、補機類として、モジュール１に原燃料を供給するための原燃料供給手段５４、モジュール１に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段５５、第１の発電部および第２の発電部２６により発電された電力が入力されて、負荷に出力する電力調整装置であるパワーコンディショナ５６、これらの動作を制御するための制御装置５７が収納されている例を示している。なお、モジュール１より排出された排ガスを外装ケースの外部に排出するための排ガスライン５３に熱交換器４２を備えている例を示している。

つづいて、上述した燃料電池装置を備える燃料電池システムについて説明する。

図１２〜図１６に示す燃料電池システムは、燃料電池装置からなる発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。まず、図１２〜図１６に示すシステムにおいて、共通する事項について説明する。

図１２〜図１６に示す燃料電池システムは、セルスタック５、天然ガス等の原燃料を供給する原燃料供給手段５４、セルスタック５を構成する燃料電池セル３に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段５５、原燃料と水蒸気により水蒸気改質する改質器６を具備している。なお、上述のように、モジュール１は、セルスタック５と改質器６を備えており、図１２〜図１６においては、二点鎖線により囲って示している。

なお、図１２、図１３に示す燃料電池システムは、図３および図４に示す構成の燃料電池モジュールを備える例を示しており、第２の発電部２６を、図面の都合上、セルスタック５に設けているように示しているが、モジュール１（収納容器）の外面に設けていることを意味していることは上述の通りである。

また、図１２〜図１６に示す発電ユニットにおいては、セルスタック５を構成する燃料電池セル３の発電により生じた排ガス（排熱）と循環配管６１を流れる水とで熱交換を行なう熱交換器４２、熱交換器４２で生成された凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理装置６５、凝縮水処理装置６５にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク５９とが設けられており、水タンク５９と熱交換器４２との間が凝縮水供給管６４により接続されている。なお、熱交換器４２での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置６５を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置６５が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク５９を設けない構成とすることもできる。

水タンク５９に貯水された水は、水タンク５９と改質器６とを接続する水供給管６６に備えられた水ポンプ５８により改質器６に供給される。

さらに図１２〜１６に示す発電ユニットは、第１の発電部にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための電力調整装置（パワーコンディショナ）５６、熱交換器４２の出口に設けられ熱交換器４２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６０のほか、制御装置５７が設けられており、循環配管６１内で水を循環させる循環ポンプ６２とあわせて発電ユニットが構成されている。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。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６２を具備して構成されている。

ここで、燃料電池システムの定格運転時の運転方法について説明する。燃料電池セル３の発電に用いられる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６で使用される水は、熱交換器４２においてセルスタック５の運転に伴って生じた排ガスと循環配管６１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４２にて生成された凝縮水は、凝縮水処理装置６５により純水とされて水タンク５９に供給される。水タンク５９に貯水された水は、水ポンプ５８により改質器６に供給され、原燃料供給手段５４より供給される原燃料とで水蒸気改質が行われ、生成された燃料ガスが燃料電池セルに供給される。燃料電池セルにおいては、燃料ガスと酸素含有ガス供給手段５５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。このように凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行なうことができる。

上述のような燃料電池装置においては、制御装置５７は、セルスタック５の発電量に対応して必要となる酸素含有ガスを供給するように酸素含有ガス供給手段５５の動作を制御し、あわせて、改質器６にて、セルスタック５の発電量に対応して必要となる燃料ガスを生成する（水蒸気改質する）ように、原燃料供給手段５４の動作を制御するとともに、水ポンプ５８の動作を制御する。

また、制御装置５７は、外部負荷の要求に応じて、第１の発電部（セルスタック５）で生じた電気と第２の発電部２６とで生じた電気を組み合わせて外部負荷に供給する。なお、セルスタック５および第２の発電部２６は、それぞれパワーコンディショナ５６に接続されている。それゆえ、制御装置５７は、モジュール１の温度がセルスタック５の発電開始可能となるまでの間は、第２の発電部２６で発電した電気を外部負荷や補機類に供給するように制御し、モジュール１の温度が上昇してセルスタック５が発電開始可能となった後は、セルスタック５で発電した電気と第２の発電部２６で発電した電気とを組み合わせて外部負荷や補機類に供給するように制御する。それにより、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

図１３に示す燃料電池システムは、循環ポンプ６３に接続された循環配管６１が、第２の発電部２６の低温側である外側を流れるように設けられている。それにより、貯湯タンク６２に貯水された温度の低い水が、循環ポンプ６３により第２の発電部２６の外側を流れることで、第２の発電部２６における高温と低温との温度差が大きくなるとともに、この温度差を維持することができる。それにより、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。なお、図１３に示す燃料電池システムにおいては、この循環配管６１の一部が冷媒流路として構成されている。第２の発電部２６の外側に位置する循環配管６１の内部を流れた水は、続いて熱交換器４２に供給され、モジュール１より排出される排ガスと熱交換器４２を流れる水とで熱交換される。

これにより、第２の発電部２６における発電量を大きくすることができるとともに、熱交換器４２にて凝縮水やお湯を生成することができることから、さらに総合効率の向上した燃料電池装置（燃料電池システム）とすることができる。

図１４〜図１６に示す燃料電池システムは、図１２に示す燃料電池システムと比較して、第２の発電部２６が、モジュール１より排出される排ガスを外装ケースの外部に排出するまでの排ガスラインの一部であるモジュール１と熱交換器４２の間に設けられている。

上述のような燃料電池システムにおいては、モジュール１より排出された排ガスが、第２の発電部２６の内側を流れる構成となっていることから、第２の発電部２６での発電に関し、モジュール１内の温度に影響を与えることを抑制でき、第１の発電部の発電効率を高く維持することができる。なお、基本的な運転は、図１２に示す燃料電池システムと同じである。

図１５に示す燃料電池システムにおいては、循環ポンプ６３に接続された循環配管６１が、第２の発電部２６の低温側である外側を流れるように設けられている。それにより、貯湯タンク６２に貯水された温度の低い水が、循環ポンプ６３により第２の発電部２６の外側に供給されることで、第２の発電部２６における高温と低温との温度差が大きくなり、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。なお、図１５に示す燃料電池システムにおいては、この循環配管６１の一部が冷媒流路として構成されている。第２の発電部２６の外側に位置する循環配管６１を流れた水は、続いて熱交換器４２に供給され、モジュール１より排出される排ガスと熱交換器４２を流れる水とで熱交換される。これにより、第２の発電部２６における発電量を大きくすることができることから、さらに総合効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

図１６に示す燃料電池システムにおいては、モジュール１と第２の発電部２６との間に、モジュール１より排出された排ガスを浄化するための燃焼触媒を備えた浄化装置６７が設けられている。

モジュール１より排出される排ガスには、燃料電池セル３の発電に利用されなかった燃料ガスや、燃料ガスを燃焼させる構成のモジュール１の場合には、未燃焼の燃料ガス（以下まとめて未燃焼の燃料ガスという）が含まれる場合がある。それゆえ、燃焼触媒を備える浄化装置６７を設けることにより、これらの未燃焼の燃料ガスを浄化することができる。

ここで、未燃焼の燃料ガスを燃焼触媒にて浄化するにあたり、浄化の過程で発熱を生じることから、モジュール１より排出される排ガスの温度がさらに高くなることとなる。それゆえ、モジュール１と第２の発電部２６との間に浄化装置を設けることで、第２の発電部２６における高温と低温との温度差が大きくなり、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。

なお、浄化装置６７としては、粒状の燃焼触媒を備える浄化装置のほか、ハニカム状の浄化装置とすることもでき、また、モジュール１の排気孔２５に配置することもできる。

さらには、第２の発電部２６（熱電変換モジュール２８）を浄化装置６７の外面に設けることもできる。この場合には、浄化装置６７で未燃焼の燃料ガスを燃焼させることでモジュール１より排出される温度がさらに高くなることで、第２の発電部２６の高温側の温度を高くすることができることから、第２の発電部２６における高温と低温との温度差が大きくなり、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。さらには、浄化装置６７と第２の発電部２６とを一体化することで、燃料電池装置を構成する部品数を低減することができる。

ところで、上述の燃料電池装置において、制御装置５７は、第１の発電部であるモジュール１により生じた電力と、第２の発電部２６により生じた電力と、系統電源より供給される電力とを組み合わせて、補機類に供給する電力を制御することが好ましい。

燃料電池システムの起動時において、燃料電池セル３の発電開始前において、原燃料供給手段５４や酸素含有ガス供給手段５５等を稼働させて、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることで、燃料電池セル３の温度を効率よく上昇させることができる。

逆に、燃料電池システムの停止時において、燃料電池セル３の酸化による劣化を抑制することや、効率よく燃料電池セル３の温度を低下することを目的として、燃料電池セル３の発電停止後にも、原燃料供給手段５４や酸素含有ガス供給手段５５等を稼働させて、燃料ガスや酸素含有ガスを供給することが好ましい。なお、発電停止後とは、モジュール１から外部負荷への電力の供給を停止した後のことをいう。

この場合において、燃料電池セル３の発電が停止していることから、原燃料供給手段５４や酸素含有ガス供給手段５５等の補機を稼働させるために、系統電源から電力を供給する必要があるため、運転効率が悪くなるおそれがある。

そこで、本実施形態の燃料電池装置においては、系統電源と、燃料電池セル３を備える第１の発電部と、第２の発電部２６とを組み合わせて、原燃料供給手段５４や酸素含有ガス供給手段５５等の補機類に電力を供給するよう構成することが好ましい。

図１７は、本実施形態の燃料電池装置の起動時における制御の流れの一例を示すフローチャートである。以下に、図１７に示すフローチャートを用いて、本実施形態の燃料電池装置の起動時における制御の一例について説明する。

燃料電池装置の起動時にける制御において、まず系統電源と補機とを接続する（ステップＳ１）。それにより補機の稼働が開始される。

続いて、第２の発電部２６により生じた電力が補機を稼働させるための電力に達しているかどうかを検出する（ステップＳ２）。ここで、第２の発電部２６により生じた電力が、補機を稼働させるための電力に達していない場合には、引き続き系統電源より補機に電力を供給する。

一方、第２の発電部２６により生じた電力が、補機を稼働させるための電力に達した場合には、第２の発電部２６と補機とを接続し（ステップＳ３）、第２の発電部２６より補機に電力を供給すると同時に、系統電源と補機とを解列する（ステップＳ４）。以降においては、系統電源からの電力を必要としないため、燃料電池装置の運転効率が向上することとなる。

続いて、第１の発電部により生じた電力が補機を稼働させるための電力に達しているかどうかを検出する（ステップＳ５）。ここで、第１の発電部により生じた電力が、補機を稼働させるための電力に達していない場合には、引き続き第２の発電部２６より補機に電力を供給する。

一方、第１の発電部により生じた電力が、補機を稼働させるための電力に達した場合には、第１の発電部と補機とを接続し（ステップＳ６）、第１の発電部より補機に電力を供給すると同時に、第２の発電部２６と補機とを解列する（ステップＳ７）。これにより、第２の発電部より発電効率の高い、第１の発電部であるモジュール１の電力を補機に供給することで、燃料電池装置の運転効率がさらに向上することとなる。

図１８、図１９および図２０は、本実施形態の燃料電池装置の停止動作時における制御の流れの一例を示すフローチャートである。なお、このフローチャートにおいて補機とは、原燃料供給手段５４および酸素含有ガス供給手段５５を意味しており、他の補機については、適宜設定することができる。

燃料電池装置の停止動作における制御において、図示していないが、まず、燃料電池セル３からの掃引を停止する（外部負荷との接続を解列する）。それにより、燃料電池セル３の発電が停止することとなる。次に、第１の発電部と補機とを解列する（ステップＳ８）。続いて、第２の発電部２６の電力が補機を稼働させるための電力未満かどうかを検出する（ステップＳ９）。ここで、第２の発電部２６の電力が補機を稼働させるための電力に満たない場合には、後述するＣ１に進むこととなる。

一方、第２の発電部２６の電力が補機を稼働させるための電力未満でない場合には、第２の発電部２６と補機とを接続する（ステップＳ１０）。この場合、直ちに系統電源と補機とを接続する必要がないことから、燃料電池装置の運転効率が向上することとなる。

続いて、温度計測手段である熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満であるかどうかを判断する（ステップＳ１１）。なお、第１の所定温度とは、燃料電池セル３の酸化を抑制できる温度とすればよく、例えば３００〜４００℃の範囲で適宜設定することができる。熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度以上である場合には、ステップＳ９に戻って、再び第２の発電部２６の電力が補機を稼働させるための電力未満か否かを検出する。

一方、熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満である場合には、燃料電池セル３の酸化を抑制することができることから、第２の発電部２６と原燃料供給手段５４とを解列する（ステップＳ１２）。なお、この場合において、第２の発電部２６と酸素含有ガス供給手段５５との接続を継続し（ステップＳ１３）、モジュール１内の温度を低下させる。

続いて、第２の発電部２６による電力が、酸素含有ガス供給手段５５を稼働させるための電力未満かどうかを検出する（ステップＳ１４）。第２の発電部２６による電力が、酸素含有ガス供給手段５５を稼働させるための電力未満の場合には、第２の発電部２６と酸素含有ガス供給手段５５とを解列（ステップＳ１５）して、後述するＣ２に進むこととなる。

一方、第２の発電部２６による電力が、酸素含有ガス供給手段５５を稼働させるための電力以上の場合には、続いて温度計測手段である熱電対１３により燃料電池セル３の温度を測定し、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度未満であるかどうかを判断する（ステップＳ１６）。なお、第２の所定温度とは、燃料電池装置を分解する際に安全性が確保できる温度とすればよく、例えば０〜４００℃の範囲で適宜設定することができる。なお、言うまでもないが第１の所定温度＞第２の所定温度の関係を満足するように適宜設定することができる。

ここで、ステップＳ１６において、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度以上である場合には、ステップＳ１４に戻って、第２の発電部２６の電力が、酸素含有ガス供給手段５５を稼働させるための電力未満か否かを検出する。

一方、ステップＳ１６において、燃料電池セル３の温度が第２の所定温度未満である場合には、第２の発電部２６と酸素含有ガス供給手段５５とを解列し（ステップＳ１７）、燃料電池装置の動作を終了する。

上記のような制御により、系統電源の使用時間を大幅に減少することができることから、運転効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

一方、ステップＳ９において、第２の発電部２６の電力が補機を稼働させるための電力未満である場合には、続いて系統電源と補機とを接続する（ステップＳ１８）。

続いて、温度計測手段である熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満であるかどうかを判断する（ステップＳ１９）。なお、第１の所定温度とは、上述と同様、例えば３００〜４００℃の範囲で適宜設定することができる。熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度以上である場合には、例えば所定時間経過後等に、燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満であるかどうかを再度判断する（ステップＳ１９）。

一方、熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満である場合には、燃料電池セル３の酸化を抑制することができることから、系統電源と原燃料供給手段５４とを解列する（ステップＳ２０）。なお、この場合において、系統電源と酸素含有ガス供給手段５５との接続を継続し（ステップＳ２１）、モジュール１内の温度を低下させる。

続いて、温度計測手段である熱電対１３により燃料電池セル３の温度を測定し、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度未満であるかどうかを判断する（ステップＳ２２）。なお、第２の所定温度とは、上述と同様、例えば０〜４００℃の範囲で適宜設定することができる。

ここで、ステップＳ２２において、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度以上である場合には、例えば所定時間経過後等に、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度未満であるかどうかを再度判断する（ステップＳ２２）。

一方、ステップＳ２２において、燃料電池セル３の温度が第２の所定温度未満である場合には、系統電源と酸素含有ガス供給手段５５とを解列し（ステップＳ２３）、燃料電池装置の動作を終了する。

また、ステップＳ１４において、第２の発電部２６による電力が、酸素含有ガス供給手段５５を稼働させるための電力未満の場合には、第２の発電部２６と酸素含有ガス供給手段５５とを解列（ステップＳ１５）して、系統電源と酸素含有ガス供給手段５５とを接続する（ステップＳ２４）。

続いて、温度計測手段である熱電対１３により燃料電池セル３の温度を測定し、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度未満であるかどうかを判断する（ステップＳ２５）。なお、第２の所定温度とは、上述と同様、例えば０〜４００℃の範囲で適宜設定することができる。

ここで、ステップＳ２５において、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度以上である場合には、例えば所定時間経過後等に、燃料電池セル３の温度が、第２の所定温度未満であるかどうかを再度判断する（ステップＳ２５）。

一方、ステップＳ２５において、燃料電池セル３の温度が第２の所定温度未満である場合には、系統電源と酸素含有ガス供給手段５５とを解列し（ステップＳ２６）、燃料電池装置の動作を終了する。

図２１、２２は、本実施形態の燃料電池装置の停止動作時における制御の流れの他の一例を示すフローチャートであり、ステップＳ１１までは図１８で示したフローチャートと同一である。

燃料電池装置の停止動作において、燃料電池装置の分解等の処理を行なう必要がない場合がある。この場合に、酸素含有ガス供給手段５５の動作を直ちに停止させ、あえて燃料電池セル３の温度を低下させない方が、燃料電池装置の再起動時の効率が向上することとなる。

それゆえ、図２１に示すフローチャートにおいては、温度計測手段である熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満である場合には、第２の発電部２６と補機とを解列し（ステップＳ２７）、燃料電池装置の動作を終了する。

一方で、ステップＳ９において、第２の発電部２６の電力が補機を稼働させるための電力未満である場合には、系統電源と補機とを接続する（ステップＳ２８）。

続いて、温度計測手段である熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満であるかどうかを判断する（ステップＳ２９）。熱電対１３により測定された燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度以上である場合には、例えば所定時間経過後等に、燃料電池セル３の温度が、第１の所定温度未満であるかどうかを再度判断する（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において、燃料電池セル３の温度が第１の所定温度未満である場合には、系統電源と補機とを解列し（ステップＳ３０）、燃料電池装置の動作を終了する。

それにより、燃料電池セル３の温度が低下しないうちに燃料電池装置の動作を停止することで、燃料電池装置の再起動時の効率が向上することとなる。

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。

上述の説明において、第２の発電部２６は収納容器２の外面と、排ガスラインとのそれぞれ別個に設けた例を説明したが、収納容器２の外面と排ガスラインとの両方に設けることもできる。

また、例えば、図１３、１５に示す燃料電池システムにおいては、冷媒流路として循環配管６１の一部を用いる例を示したが、第２の発電部２６に冷媒流路として水を流す配管を独立して設け、該配管を循環配管６１の熱交換器４２の入り口側に接続することもできる。

また、熱交換器４２の出口側に接続されている循環配管６１を、第２の発電部２６の低温側である外側を流れるように配置して、貯湯タンク６２に接続するように構成することもできる。この場合であっても、第２の発電部における高温と低温との温度差が十分に確保することができ、第２の発電部２６の発電量を大きくすることができる。

さらに、貯湯タンク６２を備えていない燃料電池装置においては、冷媒を流す配管を別途設けるほか、冷媒が内部に充填された袋を第２の発電部２６の低温側に設けてもよい。この場合、冷媒は水に限られるものではなく、例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコール等の適宜公知の冷媒を用いることができる。

また、燃料電池装置の運転時において、例えば、図１で示す改質器６において、水蒸気改質を行なう場合においては、燃料電池装置の起動や停止動作において、改質器６に水を供給するための水ポンプ５８の動作も制御することが好ましい。

この場合において、水ポンプ５８の動作の制御は、原燃料供給手段と同時に行なえばよい。それゆえ、例えば図１８〜図２２に示すフローチャートにおいては、原燃料供給手段を、原燃料供給手段および水ポンプと読み替えることで、運転効率の向上した燃料電池装置とすることができる。

１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
１３：熱電対
１８、３７：断熱部材
２６：第２の発電部
４２：熱交換器
５３：排ガスライン
５６：パワーコンディショナ
５７：制御装置
６１：循環配管

Claims

燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう固体酸化物形の燃料電池セルを含む第１の発電部と、
該第１の発電部で生じる熱を利用して発電を行なう熱電変換モジュールを含む第２の発電部と、
前記第１の発電部および前記第２の発電部により発電された電力が入力されて、負荷に出力する電力調整装置と、
前記第１の発電部を作動させるための補機と、
前記第１の発電部と、前記第２の発電部と、前記電力調整装置と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、
前記燃料電池装置の運転停止時において、
前記燃料電池装置と前記外部負荷とを解列した後、前記第１の発電部と前記補機との接続を解列し、続いて前記第２の発電部の電力が、前記補機を稼働させるための電力未満か否かを判定し、その判定結果に基づいて第２の発電部または系統電源と前記補機とを接続し、さらに前記燃料電池セルの温度が第１の所定温度未満となった場合に、前記第２の発電部または前記系統電源と前記補機の１つである原燃料供給手段とを解列する制御を行なうことを特徴とする燃料電池装置。
前記制御装置は、前記燃料電池セルの温度が第１の所定温度未満の場合に、前記第２の発電部または前記系統電源と前記補機の１つである酸素含有ガス供給手段との接続を継続するとともに、さらに前記燃料電池セルの温度が、第２の所定温度未満となった場合に、前記第２の発電部または前記系統電源と前記酸素含有ガス供給手段とを解列する制御を行なう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、前記酸素含有ガス供給手段との接続を継続した後、前記第２の発電部の電力が、前記補機を稼働させるための電力未満となった場合に、前記第２の発電部と前記酸素含有ガス供給手段とを解列して、系統電源と前記酸素含有ガス供給手段とを接続する制御を行なうことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
前記制御装置は、前記燃料電池装置の運転停止時において、前記燃料電池セルの温度が第１の所定温度未満となった場合に、前記第２の発電部または前記系統電源と前記補機のすべてとを解列する制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。