JP5825830B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、固体酸化物型の燃料電池モジュールを搭載した燃料電池システムに関するものである。

従来、このような燃料電池システムに搭載された燃料電池モジュールとして、表面に燃料電池セルが形成された円筒状の燃料電池セル管を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池モジュールでは、燃料電池モジュールの起動時において、燃料電池セル管の内側に、燃料ガスを導入し、燃料電池セル管の外側に、酸化剤ガスと昇温用燃料ガスとを燃焼させた燃焼ガスを導入する。これにより、燃料電池モジュールは、燃料電池モジュールの起動時において、燃料電池セルを迅速に昇温することができる。

特開２００７−１０９５９８号公報

ところで、燃料電池モジュールは、運転するにあたり、様々な設計上の制約条件がある。このため、従来の燃料電池モジュールのように、燃料電池セル管の外側に燃焼ガスを流すだけでは、燃料電池セルの昇温時において、燃料電池モジュールを安全に運転することは困難である。

そこで、本発明は、燃料電池モジュールの運転を安全に行いつつ、燃料電池セルを迅速に昇温することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明の燃料電池システムは、電解質と、電解質の一方側に形成された空気極と、電解質の他方側に形成された燃料極とからなる燃料電池セルを有し、空気極側に酸化剤ガスを流通させ、燃料極側に燃料ガスを流通させることで発電可能な燃料電池モジュールと、酸化剤ガスを燃料電池モジュールへ向けて供給する酸化剤供給手段と、燃料ガスを燃料電池モジュールへ向けて供給する燃料供給手段と、酸化剤供給手段から燃料電池モジュールへ至る酸化剤供給流路に、燃焼用燃料ガスを供給する燃焼用燃料供給手段と、酸化剤供給流路に供給する燃焼用燃料ガスの供給流量を調整可能な流量調整手段と、燃料電池セルの温度を上昇させる昇温制御時において、流量調整手段を制御して、燃焼用燃料ガスの供給流量を調整可能な制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、制御手段は、昇温制御時において、流量調整手段を制御して、酸化剤供給流路に供給する燃焼用燃料ガスの供給流量を調整することができる。このため、制御手段は、燃料電池モジュールの安全性を考慮して、昇温制御を実行することが可能となる。これにより、制御手段は、燃料電池モジュールの運転を安全に行いつつ、燃料電池セルを迅速に昇温することができる。

この場合、制御手段は、供給流量が予め設定された制限流量以下となるように、流量調整手段を制御することが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量を制限流量以下にすることができるため、燃料電池モジュールの安全性を担保することができる。

この場合、制限流量は、燃焼用燃料ガスが爆発不能な流量である第１下限流量であることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量を第１下限流量以下にすることができるため、燃焼用燃料ガスを爆発させることなく、燃焼用燃料ガスを燃料電池セルの空気極へ向けて供給することができる。これにより、制御手段は、燃料電池モジュールの安全性をさらに高めることができる。

この場合、制限流量は、燃料電池モジュールから排出される酸化剤ガスに混入する未燃分の燃焼用燃料ガスが所定の許容量を超えないような流量である第２下限流量であることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量を第２下限流量以下にすることができるため、排出される酸化剤ガスに混入する未燃分の燃焼用燃料ガスが許容量を超えないように、燃焼用燃料ガスを燃料電池セルの空気極へ向けて供給することができる。これにより、制御手段は、燃料電池モジュールから排出される酸化剤ガスを利用する場合において、未燃分の燃焼用燃料ガスが混入することによって与える影響を抑制することができる。

この場合、制限流量は、燃料電池モジュールの燃料電池セル以外の構成部材における温度が所定の温度以下となるような流量である第３下限流量であることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量を第３下限流量以下にすることができるため、燃料電池モジュールの構成部材の温度が所定の温度以下となるように、燃焼用燃料ガスを触媒の空気極へ向けて供給することができる。これにより、制御手段は、熱影響による構成部材の劣化を抑制することができるため、燃料電池モジュールの安全性をさらに高めることができる。

この場合、制限流量は、空気極で消費される酸化剤ガス中の酸素が欠乏しない酸素濃度となるような流量である第４下限流量であることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量を第４下限流量以下にすることができるため、燃焼用燃料ガスが燃焼することによって酸素が消費され、燃料電池セルの空気極において酸素が欠乏することを抑制することができる。このため、酸素欠乏による空気極の損傷の虞を低減することができる。これにより、制御手段は、燃料電池モジュールの安全性をさらに高めることができる。

この場合、燃料電池モジュールは、燃料電池セルを所定の温度まで上昇させる起動運転を行った後、燃料電池セルを発電させる発電運転を行っており、制限流量は、燃焼用燃料ガスが爆発不能な流量である第１下限流量と、燃料電池モジュールから排出される酸化剤ガスに混入する未燃分の燃焼用燃料ガスが所定の許容量を超えないような流量である第２下限流量と、燃料電池モジュールの燃料電池セル以外の構成部材における温度が所定の温度以下となるような流量である第３下限流量と、空気極で消費される酸化剤ガス中の酸素が欠乏しない酸素濃度となるような流量である第４下限流量と、を有しており、制御手段は、燃料電池モジュールの起動運転時において、第１下限流量、第２下限流量および第３下限流量の中から最小の流量となるものを制限流量として設定し、燃料電池モジュールの発電運転時において、第４下限流量を制限流量として設定することが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量を第１下限流量、第２下限流量および第３下限流量以下とすることができるため、燃料電池モジュールの起動運転時における安全性をより向上させることができる。また、制御手段は、供給流量を第４下限流量以下とすることができるため、燃料電池モジュールの発電運転時における安全性をより向上させることができる。

この場合、制御手段は、供給流量が制限流量に比して少ない場合、供給流量を増大させることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、制限流量近くまで供給流量を増大させることができるため、燃料電池モジュールの安全性を確保しつつ、燃料電池セルの温度上昇をさらに迅速に行うことができる。

この場合、制御手段は、予め設定された供給条件を満足する場合、燃焼用燃料ガスの供給を開始することが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給条件を満足するまでは、燃焼用燃料ガスの供給を行わず、所定の供給条件を満足した場合に、燃焼用燃料ガスの供給を開始する。このため、供給条件を、燃焼用燃料ガスの供給に最適な条件とすることで、制御手段は、燃焼用燃料ガスの供給を適切な条件で開始することが可能となる。

この場合、供給条件は、燃料電池セルの温度が、燃焼用燃料ガスが発火可能な温度となる第１供給条件と、燃料電池モジュールへ向けて供給される酸化剤ガスの流量が予め設定された設定流量となる第２供給条件と、燃焼用燃料ガスの合流後の酸化剤供給流路における温度が、燃焼用燃料ガスが発火不能な温度となる第３供給条件と、を有し、制御手段は、全ての供給条件を満足する場合、燃焼用燃料ガスの供給を開始することが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、第１供給条件、第２供給条件および第３供給条件の全てを満足した状態で、燃焼用燃料ガスの供給を開始することができる。つまり、制御手段は、酸化剤供給流路において燃焼用燃料ガスを発火させること無く、燃料電池セルの空気極へ供給することができ、燃焼用燃料ガスと共に酸化剤ガスを供給することができ、燃焼用燃料ガスを燃料電池セルの空気極に流通させることで発火させることができる。このため、制御手段は、燃焼用燃料ガスを触媒作用により好適に発火させることができる。

この場合、制御手段は、燃焼用燃料ガスの供給開始後、予め設定された一定量の燃焼用燃料ガスを供給し、供給開始から所定の期間経過後、燃焼用燃料ガスの供給流量を調整することが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、所定の期間だけ一定量の燃焼用燃料ガスを供給した後、燃焼用燃料ガスの供給流量を調整することで、昇温制御時における燃料電池セルの温度の応答遅れを低減することができる。

この場合、制御手段は、予め設定された供給停止条件を満足する場合、燃焼用燃料ガスの供給を停止させることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給停止条件を満足すると、燃焼用燃料ガスの供給を停止する。このため、制御手段は、供給停止条件を、燃焼用燃料ガスの供給に適していない条件とすることで、燃焼用燃料ガスの供給を適切な条件で停止することが可能となる。

この場合、供給停止条件は、燃料電池モジュールの燃料電池セル以外の構成部材における温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である第１供給停止条件と、燃焼用燃料ガスの合流後の酸化剤供給流路において、燃焼用燃料ガスが発火する条件である第２供給停止条件と、燃料電池セルの温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である第３供給停止条件と、供給流量が、予め設定された制限流量よりも多くなる条件である第４供給停止条件と、燃料電池セルの温度と、昇温制御において設定される燃料電池セルの制御温度との温度差が、予め設定された設定温度差よりも大きくなる条件である第５供給停止条件と、昇温制御が実行されていない条件である第６供給停止条件と、を有し、制御手段は、少なくともいずれか１つの供給停止条件を満足する場合、燃焼用燃料ガスの供給を停止させることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、燃焼用燃料ガスの供給を適切な供給停止条件で停止させることができる。これにより、制御手段は、燃料電池モジュールの安全性をさらに向上させることができる。

この場合、制御手段は、昇温制御において目標となる燃料電池セルの制御温度を設定する制御温度設定手段と、燃料電池セルの温度と制御温度との温度差に基づいて、燃焼用燃料ガスの制御流量を設定する制御流量設定手段と、供給流量と制御流量との偏差に基づいて、流量調整手段を制御する流量制御手段と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、供給流量と制御流量との偏差に基づいて、流量制御手段により流量調整手段を制御することで、燃料電池セルの昇温制御を間接的に実行することができる。

この場合、制御手段は、昇温制御において目標となる燃料電池セルの制御温度を設定する制御温度設定手段と、燃料電池セルの温度と制御温度との温度差に基づいて、流量調整手段を制御する流量制御手段と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、燃料電池セルの温度と制御温度との温度差に基づいて、流量制御手段により流量調整手段を制御することで、燃料電池セルの昇温制御を直接的に実行することができる。

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池モジュールの運転を安全に行いつつ、燃料電池セルを迅速に昇温することができる。

図１は、実施例１の燃料電池システムを模式的に表した概略構成図である。 図２は、燃料電池モジュールを模式的に表した概略構成図である。 図３は、セルチューブを模式的に表した概略構成図である。 図４は、制御装置を表したブロック図である。 図５は、時間の経過に伴って変化する制御温度のグラフである。 図６は、燃料電池セルの実温度に応じて変化する第１下限流量のグラフである。 図７は、燃料電池モジュールの電流値に応じて変化する制御温度のグラフである。 図８は、変形例１に係る制御装置を表したブロック図である。 図９は、実施例２の燃料電池システムを模式的に表した概略構成図である。 図１０は、時間の経過に伴って変化する制御温度の一例のグラフである。 図１１は、時間の経過に伴って変化する制御温度の一例のグラフである。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

実施例１に係る燃料電池システムは、固体酸化物型の燃料電池モジュール、いわゆる、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）を備えており、燃料電池モジュールを制御しながら、運転を行っている。以下、図１を参照して、燃料電池システムについて説明する。

図１は、実施例１の燃料電池システムを模式的に表した概略構成図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池モジュール５と、空気（酸化剤ガス）を供給する空気供給装置（酸化剤供給手段）６と、燃料ガスを供給する燃料供給装置７と、燃焼用燃料ガスを供給する燃焼用燃料供給装置８と、制御装置９とを備えている。

図２は、実施例１に係る燃料電池モジュールを模式的に表した概略構成図である。図２に示すように、燃料電池モジュール５は、ケーシング２０１と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ２０２と、セルチューブ２０２の両端を支持する上管板２０３ａおよび下管板２０３ｂと、これら上下管板２０３ａ，２０３ｂの間に配置された上断熱体２０４ａおよび下断熱体２０４ｂとから構成されている。

ケーシング２０１は、胴ケース２０１ａと、胴ケース２０１ａの両端に設けられた上ケース２０１ｂおよび下ケース２０１ｃと、から構成され、その内部空間にセルチューブ２０２が収容されている。

図３は、セルチューブを模式的に表した概略構成図である。図３に示すように、セルチューブ２０２は、筒形状をなす基体管１０１と、基体管１０１の外周面に設けられた発電素子となる燃料電池セル２１０と、を有している。基体管１０１は、多孔質となるセラミックス製の円筒管であり、その内部を燃料ガスが流れる。そして、基体管１０１は、多孔質となっているため、内部に流れる燃料ガスを、基体管１０１の外周面側に導いている。燃料電池セル２１０は、燃料極１０３と、固体電解質１０４と、空気極１０５とを積層して構成され、固体電解質１０４の両側に燃料極１０３および空気極１０５が設けられている。この空気極１０５には、活性金属が含まれており、空気極１０５は、含有する活性金属により燃焼反応に寄与する機能（触媒作用による燃焼）を有している。また、燃料電池セル２１０は、燃料極１０３が基体管１０１の外周面に接しており、基体管１０１の軸方向に複数配置されている。複数の燃料電池セル２１０は、隣接する一方の燃料電池セル２１０の燃料極１０３と、隣接する他方の燃料電池セル２１０の空気極１０５とが、インターコネクタ１０６により接続されている。このように構成された燃料電池セル２１０は、燃料電池システム１の発電運転時において、例えば８００℃から９５０℃の高温化で発電を行う。

上管板２０３ａは、ケーシング２０１の軸方向の一方（上側）に配置された板状の部材であり、下管板２０３ｂは、ケーシング２０１の軸方向の他方（下側）に配置された板状の部材である。そして、ケーシング２０１の上ケース２０１ｂと上管板２０３ａとで区画された空間には、燃料供給室２０６が形成されており、ケーシング２０１の下ケース２０１ｃと下管板２０３ｂとで区画された空間には、燃料排出室２０７が形成されている。このため、燃料供給室２０６には、セルチューブ２０２の一方の開口端が接続され、燃料排出室２０７には、セルチューブ２０２の他方の開口端が接続され、これにより、セルチューブ２０２が、上管板２０３ａおよび下管板２０３ｂに支持される。

上断熱体２０４ａは、ケーシング２０１の軸方向の一方（上側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状に形成されている。下断熱体２０４ｂは、ケーシング２０１の軸方向の他方（下側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成されている。各断熱体２０４ａ，２０４ｂには、セルチューブ２０２が挿通される孔２１１ａ，２１１ｂがそれぞれ形成され、孔２１１ａ，２１１ｂの直径はセルチューブ２０２の直径よりも大きく形成されている。上断熱体２０４ａおよび下断熱体２０４ｂに挟まれた空間には、発電室２０５が形成されている。また、下管板２０３ｂと下断熱体２０４ｂとの間には、空気供給室２０８が形成されており、上管板２０３ａと上断熱体２０４ａとの間には、空気排出室２０９が形成されている。このとき、セルチューブ２０２の燃料電池セル２１０は、発電室２０５内にのみ位置するように配置されている。

ここで、上記構成からなる燃料電池モジュール５の動作について説明する。燃料電池モジュール５は、燃料電池セル２１０を所定の温度まで上昇させる起動運転を行った後、燃料電池セル２１０において発電を行う発電運転を行っている。燃料電池モジュール５が発電運転を行うと、燃料電池モジュール５の空気供給室２０８には空気が流入する。該空気は下断熱材２０４ｂの孔２１１ｂとセルチューブ２０２との隙間を通って、発電室２０５内に供給される。一方、燃料供給室２０６には燃料ガスが流入する。該燃料ガスはセルチューブ２０２の基体管１０１の内部を通って発電室２０５内に供給される。このとき、空気と燃料ガスとは、セルチューブ２０２の内周面および外周面において、互いに逆向きに流れている。

基体管１０１の内部を流れる燃料ガスは、基体管１０１の細孔を通過して燃料極１０３に達する。この燃料ガスは、燃料極１０３に含まれる活性金属により水蒸気改質される。水蒸気改質により生成された水素は、燃料極１０３の細孔を通過して固体電解質１０４まで到達する。一方、空気は、基体管１０１（空気極１０５）の外側を流れる。空気中の酸素は、空気極１０５の細孔を通過する途中または固体電解質１０４まで到達してイオン化する。イオン化した酸素は固体電解質１０４を通過し、燃料極１０３に到達する。固体電解質１０４を通過した酸素イオンは燃料ガスと反応する。このような電池反応により生じる電位差によって、燃料電池モジュール５は発電を行う。

そして、発電室２０５において、発電に利用され高温となった燃料ガスは、空気供給室２０８において、発電に利用される前の空気と熱交換される。また、発電室２０５において、発電に利用され高温となった空気は、空気排出室２０９において、発電に利用される前の燃料ガスと熱交換される。

この後、発電に利用された後の燃料ガスおよび空気が熱交換により冷却された後、燃料ガスは、燃料排出室２０７に流入して、燃料排出室２０７から燃料電池モジュール５の外部に排出され、空気は、空気排出室２０９から燃料電池モジュール５の外部に排出される。

再び図１を参照し、空気供給装置６は、空気供給室２０８へ向けて空気を供給するものである。空気供給装置６と空気供給室２０８との間は、空気供給流路Ｒ１で接続されており、空気供給流路Ｒ１には、流通する空気の流量を計測する空気流量計３０が設けられている。

燃料供給装置７は、燃料供給室２０６へ向けて燃料ガスを供給するものである。燃料供給装置７と燃料供給室２０６との間は、燃料供給流路Ｒ２で接続されている。

燃焼用燃料供給装置８は、空気供給流路Ｒ１へ向けて燃焼用燃料ガスを供給するものである。なお、燃焼用燃料ガスは、燃料ガスと同じものである。燃焼用燃料供給装置８と空気供給流路Ｒ１との間は、燃焼用燃料ガス供給流路Ｒ３で接続されている。燃焼用燃料ガス供給流路Ｒ３には、流通する空気の流量を計測する燃焼用燃料ガス流量計３１が設けられ、燃焼用燃料ガス流量計３１の上流側に流量調整弁３２が設けられている。流量調整弁３２は、制御装置９に接続され、制御装置９は、流量調整弁３２を制御することにより、供給する燃焼用燃料ガスの流量を調整する。

また、燃料電池システム１は、燃料電池モジュール５の電流値を計測する電流計４０と、空気供給流路Ｒ１に設けられた第１温度センサ４１および第２温度センサ２と、燃料電池モジュール５の発電室２０５に設けられた第３温度センサ４３と、燃料電池モジュール５の上ケース２０１ｂに設けられた第４温度センサ４４とを備えている。

電流計４０は、燃料電池モジュール５の発電によって得られた電流を計測している。第１温度センサ４１は、空気供給流路Ｒ１に接続される燃焼用燃料ガス供給流路Ｒ３の合流部分の上流側に設けられている。このため、第１温度センサ４１は、空気供給流路Ｒ１を流れる空気の温度を計測可能となっている。第２温度センサ４２は、空気供給流路Ｒ１に接続される燃焼用燃料ガス供給流路Ｒ３の合流部分の下流側に設けられている。このため、第２温度センサ４２は、空気供給流路Ｒ１の下流側において混合される空気および燃焼用燃料ガスの温度を計測可能となっている。

第３温度センサ４３は、燃料電池モジュール５の発電室２０５の温度を計測可能となっている。第４温度センサ４４は、燃料電池モジュール５の上ケース（構成部材）２０１ｂの温度を計測可能となっている。なお、第４温度センサ４４は、燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０以外の構成部材であればよいため、上ケース２０１ｂに限らず、他の構成部材でもよい。そして、制御装置９には、上記した空気流量計３０、燃焼用燃料ガス流量計３１、電流計４０、温度センサ４１，４２，４３，４４が接続されている。

制御装置９は、燃料電池モジュール５の起動運転時における制御を行ったり、燃料電池モジュール５の発電運転時における制御を行ったりしている。ここで、制御装置９は、燃料電池モジュール５の起動運転時における制御として、例えば、燃料電池モジュール５の昇温制御を実行している。昇温制御は、燃料電池モジュール５の発電効率を高めるために、燃料電池セル２１０の温度を上昇させる制御である。以下、図４を参照し、制御装置９について説明する。

図４は、制御装置を表したブロック図である。制御装置９は、昇温制御を実行する場合、流量調整弁３２を制御することにより、空気供給流路Ｒ１へ供給される燃焼用燃料ガスの流量を調整している。図４に示すように、制御装置９は、制御温度設定部５１と、制御流量設定部５２と、流量制限部５３と、流量制御部５４とを有している。

図５は、時間の経過に伴って変化する制御温度のグラフである。図５のグラフは、その縦軸が制御温度となっており、その横軸が時間となっている。図５に示すように、制御温度設定部５１は、単位時間当たりの温度の変化を表す温度変化率に基づいて、燃料電池セル２１０の制御温度を設定している。この温度変化率は、実験等に基づいて予め設定されている。制御温度は、燃料電池セル２１０の実温度を制御するための制御値であり、制御装置９は、設定された制御温度を目標として、燃料電池セル２１０の温度を昇温させる。制御温度設定部５１は、燃料電池モジュール５の起動運転の開始時において、制御温度を燃料電池セル２１０の実温度と同温度に設定しており、この後、予め設定された温度変化率に基づいて、制御温度を上昇させていく。

制御流量設定部５２は、燃料電池セル２１０の実温度と制御温度との温度差に基づいて、燃焼用燃料ガスの制御流量を設定している。制御流量は、燃焼用燃料ガスの供給流量を制御するための制御値であり、制御装置９は、設定された制御流量を目標として、燃焼用燃料ガスの供給流量を調整する。なお、制御流量設定部５２は、第３温度センサ４３から得られる検出温度を、燃料電池セル２１０の実温度として取得している。

流量制限部５３は、燃焼用燃料ガスの供給流量を制限流量以下に設定しており、制限流量としては、第１下限流量、第２下限流量および第３下限流量がある。ここで、図６は、燃料電池セルの実温度に応じて変化する第１下限流量のグラフである。第１下限流量は、燃焼用燃料ガスが爆発不能な流量である。第１下限流量は、「空気供給装置６から供給される空気の流量×燃焼用燃料ガスの爆発下限界×安全率」で表される算出式によって算出される流量である。図６に示すように、第１下限流量は、第３温度センサ４３から得られる検出温度が高くなるにつれて少なくなる。なお、図６の点線が、安全率を考慮しない（乗算しない）ときの第１下限温度であり、実線が、安全率を考慮した（乗算した）ときの第１下限温度である。

第２下限流量は、燃料電池モジュール５の空気排出室２０９から排出される空気に混入する未燃分の燃焼用燃料ガスが所定の許容量を超えないような流量である。ここで、燃料電池モジュール５の空気排出室２０９の下流側には、排出される空気により作動するガスタービン等の機器が接続される場合がある。この場合、第２下限流量は、「機器が受け入れられる未燃分の燃焼用燃料ガスの流量／（１−燃焼率）」で表される算出式によって算出される流量である。なお、燃焼率は、「燃焼用燃料ガスの燃焼量／燃焼用燃料ガスの投入量」で表される。

第３下限流量は、第４温度センサ４４によって検出される燃料電池モジュール５の上ケース２０１ｂ（構成部材）の温度が、所定の温度以下となるような流量である。

そして、流量制限部５３は、制御流量設定部５２により設定された制御流量が制限流量以下であると、制御流量として設定する一方で、制御流量設定部５２により設定された制御流量が制限流量を上回っていると、制限流量を制御流量として設定する。

流量制御部５４は、燃焼用燃料ガスの供給流量と制御流量との偏差に基づいて、流量調整弁３２を制御することにより、燃焼用燃料ガスの流量を調整している。

続いて、燃料電池システム１の起動運転時において、制御装置９により昇温制御を実行する一連の制御動作について説明する。制御装置９は、燃料電池システム１の起動運転を開始すると、燃焼用燃料ガスが予め設定された供給条件を満たしているか否かを判別する。ここで、供給条件としては、第１供給条件、第２供給条件および第３供給条件があり、これら全ての供給条件を満足することで、燃焼用燃料ガスの供給を開始する。

第１供給条件は、燃料電池セル２１０の温度が、燃焼用燃料ガスが発火可能な温度となる条件である。つまり、制御装置９は、第３温度センサ４３の検出温度が、燃料電池セル２１０の触媒作用によって、燃焼用燃料ガスの燃焼が可能な温度となったら、第１供給条件を満たしたと判断する。

第２供給条件は、燃料電池モジュール５へ向けて供給される空気の流量が予め設定された設定流量となる条件である。なお、設定流量は、空気供給流路Ｒ１に空気が流れる流量であり、０より大きければよい。このため、制御装置９は、空気流量計３０の検出流量が、０より大きければ、第２供給条件を満たしたと判断する。

第３供給条件は、燃焼用燃料ガスの合流後の空気供給流路Ｒ１における温度が、燃焼用燃料ガスが発火不能な温度となる条件である。つまり、制御装置９は、第２温度センサ４２によって検出される温度が、燃焼用燃料ガスが発火しない温度となったら、第３供給条件を満たしたと判断する。

そして、制御装置９は、全ての供給条件を満たすと、流量調整弁３２を開弁制御して、燃焼用燃料ガスの供給を行うと共に、昇温制御の実行を開始する。一方で、制御装置９は、供給条件の全てを満たさなければ、流量調整弁３２を閉弁制御して、燃焼用燃料ガスの供給を行わない。

流量調整弁３２を開弁制御して、昇温制御が実行されると、制御装置９は、制御温度設定部５１において、温度変化率に基づいて、図５に示すような制御温度を設定する。そして、制御装置９は、制御流量設定部５２において、設定された制御温度と第３温度センサ４３の検出温度（燃料電池セル２１０の実温度）との温度差に基づいて制御流量を設定する。制御装置９は、流量制限部５３において、設定された制御流量および予め設定された制限流量のうち、最小となる流量を制御流量として設定する。そして、制御装置９は、流量制御部５４において、設定された制御流量と、燃焼用燃料ガス流量計３１の検出流量（燃焼用燃料ガスの供給流量）との偏差に基づいて、流量調整弁３２を調整する。

なお、制御温度設定部５１による制御温度の設定に際し、制御流量設定部５２において設定される制御流量が、流量制限部５３において設定される制限流量に比して少ない場合、制御流量が制限流量を超えない範囲で、温度変化率を昇温側に変化させてもよい（図５の点線）。

そして、第３温度センサ４３の検出温度が、燃料電池セル２１０が発電可能な温度に達すると、燃料電池システム１は、燃料電池モジュール５の起動運転から発電運転に移行し、制御装置９は、発電運転時における制御を実行する。ここで、制御装置９は、発電運転時においても昇温制御を実行している。続いて、燃料電池モジュール５の発電運転時における昇温制御について説明する。

制御温度設定部５１は、燃料電池モジュール５の起動運転時においては、温度変化率に基づいて、図５に示すような制御温度を設定したが、燃料電池モジュール５の発電運転時においては、図７に示すグラフに基づいて制御温度を設定している。ここで、図７は、燃料電池モジュールの電流値に応じて変化する制御温度のグラフである。図７のグラフは、その縦軸が、制御温度であり、その横軸が、燃料電池モジュールの発電時に得られる電流値である。このグラフに示すように、制御装置９は、燃料電池モジュール５の電流値、すなわち電流計４０によって検出される電流値に基づいて、制御温度が設定される。

制御流量設定部５２では、第３温度センサ４３の検出温度と、制御温度設定部５１により設定された制御温度との温度差に基づいて、燃焼用燃料ガスの制御流量を設定している。

流量制限部５３は、燃料電池モジュール５の発電運転時においても、制御流量を制限流量以下に設定している。制限流量としては、第４下限流量がある。第４下限流量は、空気極で消費される空気中の酸素が欠乏しない酸素濃度となる流量である。つまり、発電運転時において、電池反応によって消費される空気中の酸素量は、燃料電池モジュール５の電流値によって決定される。このため、電流計４０によって電流値が計測されると、電池反応によって消費される空気中の酸素量を差し引いた残りの酸素量が、燃焼用燃料ガスに使用可能な酸素量となる。これにより、燃焼用燃料ガスに使用可能な酸素量に基づいて、燃焼用燃料ガスの第４下限流量を設定できる。

続いて、燃料電池システム１の発電運転時において、制御装置９により昇温制御を実行する一連の制御動作について説明する。制御装置９は、燃料電池システム１の発電運転に移行すると、制御温度設定部５１において、燃料電池モジュール５に設けた電流計の電流値から、図７に示すグラフに基づいて制御温度を設定する。そして、制御装置９は、制御流量設定部５２において、設定された制御温度と第３温度センサ４３の検出温度との温度差に基づいて制御流量を設定する。制御装置９は、流量制限部５３において、設定された制御流量および第４下限流量からなる制限流量のうち、最小となる流量を制御流量として設定する。そして、制御装置９は、流量制御部５４において、設定された制御流量と、燃焼用燃料ガス流量計３１の検出流量との偏差に基づいて、流量調整弁３２を調整する。

また、燃料電池モジュール５の起動運転中または発電運転中において、制御装置９は、予め設定された燃焼用燃料ガスの供給停止条件を満たしているか否かを判別する。ここで、供給停止条件としては、第１供給停止条件、第２供給停止条件、第３供給停止条件、第４供給停止条件、第５供給停止条件および第６供給停止条件があり、少なくともいずれか１つの供給停止条件を満足することで、燃焼用燃料ガスの供給を停止する。

ここで、第１供給停止条件は、燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０以外の構成部材である上ケース２０１ｂの温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である。具体的に、第１供給停止条件は、第４温度センサ４４の検出温度が、上ケース２０１ｂの上限温度よりも高くなる条件である。第２供給停止条件は、燃焼用燃料ガスの合流後の空気供給流路Ｒ１において、燃焼用燃料ガスが発火する条件である。具体的に、第２供給停止条件は、第１温度センサ４１の検出温度に対する第２温度センサ４２の検出温度の温度差が、燃焼用燃料ガスが発火したとみなされる所定の温度差となる条件である。なお、第２供給停止条件は、上記した温度差に代えて、第２温度センサ４２の検出温度の単位時間当たりにおける変化率が、燃焼用燃料ガスが発火したとみなされる所定の変化率となる条件にしてもよい。

第３供給停止条件は、燃料電池セル２１０の温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である。具体的に、第３供給停止条件は、第３温度センサ４３の検出温度が、燃料電池セル２１０の上限温度よりも高くなる条件である。第４供給停止条件は、燃焼用燃料ガスの供給流量が、予め設定された制限流量よりも多くなる条件である。具体的に、第４供給停止条件は、燃焼用燃料ガスの供給流量が、第１下限流量、第２下限流量、第３下限流量および第４下限流量よりも多くなる条件である。

第５供給停止条件は、燃料電池セル２１０の温度と、燃料電池セル２１０の温度よりも低い制御温度との温度差が、予め設定された設定温度差よりも大きくなる条件である。具体的に、第５供給停止条件は、第３温度センサ４３の検出温度と、制御温度設定部５１によって設定された制御温度との温度差が、温度制御不能とされる設定温度差よりも大きくなる条件である。第６供給停止条件は、昇温制御が実行されていない条件である。具体的に、第６供給停止条件は、制御装置９が昇温制御を終了した条件、あるいは、制御装置９が昇温制御を実行していない条件である。

そして、制御装置９は、供給停止条件の少なくともいずれか１つを満たすと、流量調整弁３２を閉弁制御して、燃焼用燃料ガスの供給を停止する。一方で、制御装置９は、供給停止条件を満たさなければ、流量調整弁３２を開弁制御して、燃焼用燃料ガスの供給を行う。

以上のように、実施例１の構成によれば、制御装置９は、昇温制御時において、流量調整弁３２を制御して、空気供給流路Ｒ１に供給する燃焼用燃料ガスの供給流量を調整することができる。このため、制御装置９は、燃料電池モジュール５の安全性を考慮して、昇温制御を実行することが可能となる。これにより、制御装置９は、燃料電池モジュール５の運転を安全に行いつつ、燃料電池セル２１０の温度を迅速に昇温することができる。

また、実施例１の構成によれば、制御装置９は、流量制限部５３により、燃焼用燃料ガスの供給流量を、予め設定された制限流量以下にすることができる。具体的に、制御装置９は、燃料電池モジュール５の起動運転時において、燃焼用燃料ガスの供給流量を、第１下限流量、第２下限流量および第３下限流量以下にすることができるため、燃料電池モジュール５の安全性を向上させることができる。また、制御装置９は、燃料電池モジュール５の発電運転時において、燃焼用燃料ガスの供給流量を、第４下限流量以下にすることができるため、燃料電池モジュール５の安全性を向上させることができる。

また、実施例１の構成によれば、制御装置９は、供給流量が制限流量に比して少ない場合、制御流量が制限流量を超えない範囲で、温度変化率を昇温側に変化させることにより、供給流量を増大させることができる。これにより、制御装置９は、燃料電池システム１において、燃料電池モジュール５の安全性を確保しつつ、燃料電池セル２１０の温度上昇をさらに迅速に行うことができる。

また、実施例１の構成によれば、制御装置９は、供給条件を満足するまでは、燃焼用燃料ガスの供給を行わず、所定の供給条件を満足した場合に、燃焼用燃料ガスの供給を開始することができる。具体的に、制御装置９は、第１供給条件、第２供給条件および第３供給条件の全てを満足した状態で、燃焼用燃料ガスの供給を開始することで、燃料電池モジュール５の安全性を確保しつつ、適切な条件で燃焼用燃料ガスの供給を開始することができる。

また、実施例１の構成によれば、制御装置９は、供給停止条件を満足する場合、燃焼用燃料ガスの供給を停止させることができる。具体的に、制御装置９は、第１供給停止条件ないし第６供給停止条件の少なくともいずれか１つの供給停止条件を満足する場合、燃焼用燃料ガスの供給を停止させることで、燃料電池モジュール５の安全性を確保することができる。

なお、実施例１において、制御装置９は、燃焼用燃料ガスの供給を開始した後、燃焼用燃料ガスの供給流量を調整したが、この構成に限らず、燃焼用燃料ガスの供給開始後、予め設定された一定量の燃焼用燃料ガスを供給し、供給開始から所定の期間経過後、燃焼用燃料ガスの供給流量を調整してもよい。この構成によれば、制御装置９は、昇温制御時における燃料電池セル２１０の温度の応答遅れを低減することができる。

また、実施例１において、制御装置９は、図４に示す構成としたが、これに限らず、図８に示す変形例としてもよい。図８は、変形例１に係る制御装置を表したブロック図である。具体的に、変形例１の制御装置９は、制御流量設定部５２を廃した構成となっており、制御温度設定部５１によって設定された制御温度と第３温度センサ４３の検出温度との温度差に基づいて、流量制御部５４が流量調整弁３２を制御している。この構成によれば、制御装置９は、燃料電池セル２１０の温度と制御温度との温度差に基づいて、流量制御部５４により流量調整弁３２を制御することで、燃料電池セル２１０の昇温制御を直接的に実行することができる。

次に、図９ないし図１１を参照して、実施例２に係る燃料電池システム７０について説明する。図９は、実施例２の燃料電池システムを模式的に表した概略構成図であり、図１０および図１１は、時間の経過に伴って変化する制御温度の一例のグラフである。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、異なる部分について説明する。実施例２に係る燃料電池システム７０は、実施例１と同様の燃料電池モジュール５が複数設けられており、制御装置９は、複数の燃料電池モジュール５における昇温制御を実行している。以下、実施例２に係る燃料電池システム７０について説明する。

図９に示すように、燃料電池システム７０は、複数の燃料電池モジュール５と、実施例１と同様の空気供給装置６と、実施例１と同様の燃料供給装置７と、実施例１と同様となる複数の燃焼用燃料供給装置８と、制御装置９とを備えている。

空気供給装置６は、各燃料電池モジュール５の各空気供給室２０８へ向けて空気を供給しており、空気供給装置６と複数の空気供給室２０８との間には、空気供給流路Ｒ１が設けられている。空気供給流路Ｒ１は、その下流側が複数に分岐しており、空気供給流路Ｒ１の上流側が空気供給装置６に接続され、複数に分岐した空気供給流路Ｒ１の下流側が複数の空気供給室２０８にそれぞれ接続されている。空気供給流路Ｒ１の上流側には、流通する空気の流量を計測する空気流量計３０が設けられている。

燃料供給装置７は、各燃料電池モジュール５の各燃料供給室２０６へ向けて燃料ガスを供給しており、燃料供給装置７と複数の燃料供給室２０６との間には、燃料供給流路Ｒ２が設けられている。燃料供給流路Ｒ２は、その下流側が複数に分岐しており、燃料供給流路Ｒ２の上流側が燃料供給装置７に接続され、複数に分岐した燃料供給流路Ｒ２の下流側が複数の燃料供給室２０６にそれぞれ接続されている。

燃焼用燃料供給装置８は、複数に分岐した下流側の空気供給流路Ｒ１へ向けて燃焼用燃料ガスをそれぞれ供給可能なように複数設けられている。複数の燃焼用燃料供給装置８と、複数に分岐した下流側の空気供給流路Ｒ１との間には、それぞれ燃焼用燃料ガス供給流路Ｒ３が設けられている。各燃焼用燃料ガス供給流路Ｒ３には、流通する空気の流量を計測する燃焼用燃料ガス流量計３１がそれぞれ設けられ、各燃焼用燃料ガス流量計３１の上流側に流量調整弁３２がそれぞれ設けられている。各流量調整弁３２は、制御装置９にそれぞれ接続され、制御装置９は、各流量調整弁３２を制御することにより、供給する燃焼用燃料ガスの流量を調整する。

また、燃料電池システムは、実施例１と同様の電流計４０、第１温度センサ４１、第２温度センサ２、第３温度センサ４３および第４温度センサ４４を備えている。なお、電流計４０、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３および第４温度センサ４４は、実施例１と同様の位置に、複数の燃料電池モジュール５に対応させて、複数設けられている。

制御装置９は、実施例１と同様に、制御温度設定部５１と、制御流量設定部５２と、流量制限部５３と、流量制御部５４とを有している。このため、制御装置９は、昇温制御を実行する場合、実施例１と同様の制御を行う。

ところで、図１０に示すように、複数の燃料電池モジュール５の昇温制御の開始時において、一方の燃料電池モジュール５における燃料電池セル２１０の温度と、他方の燃料電池モジュール５における燃料電池セル２１０の温度とが異なる場合がある。換言すれば、一方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度が高く、他方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度が低い場合がある。この場合、制御装置９は、検出温度の低い他方の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度が、検出温度の高い一方の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度に達するまで、検出温度の低い他方の燃料電池モジュール５の昇温制御を行う一方で、検出温度の高い一方の燃料電池モジュール５の昇温制御を行わない。

すなわち、制御装置９は、検出温度の高い一方の燃料電池モジュール５の昇温制御を実行する場合、制御温度設定部５１において、温度変化率をゼロとすることにより、設定される制御温度を一定にする。一方で、制御装置９は、検出温度の低い他方の燃料電池モジュール５の昇温制御を実行する場合、制御温度設定部５１において、所定の温度変化率に基づいて、制御温度を設定することで、制御温度を上昇させる。そして、一方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度と、他方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度とが同じ温度となったら、制御装置９は、制御温度設定部５１において、両方の燃料電池モジュール５の昇温制御における温度変化率と同じ値とし、同じ値となる温度変化率に基づいて、制御温度を設定する。

また、図１１に示すように、複数の燃料電池モジュール５の昇温制御時において、制御温度設定部５１によって設定される制御温度が同じであっても、一方の燃料電池モジュール５における燃料電池セル２１０の温度と、他方の燃料電池モジュール５における燃料電池セル２１０の温度との温度差が拡大する場合がある。換言すれば、一方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度が、他方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度よりも高くなっていく場合がある。なお、図１１の実線は、制御温度であり、点線は、燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の実温度である。この場合、制御装置９は、検出温度の低い他方の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度が、検出温度の高い一方の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度に達するまで、両方の燃料電池モジュール５の昇温制御における温度変化率をゼロとすることにより、制御温度を一定にする。

そして、一方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度と、他方の燃料電池モジュール５に設けられた第３温度センサ４３の検出温度とが同じ温度となったら、制御装置９は、制御温度設定部５１において、両方の燃料電池モジュール５の昇温制御における温度変化率を、ゼロから所定の値に戻し、所定の温度変化率に基づいて、制御温度を設定する。

以上のように、実施例２に係る燃料電池システム７０の昇温制御時において、複数の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度がそれぞれ異なっても、一方の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度と、他方の燃料電池モジュール５の燃料電池セル２１０の温度とを、同じ温度とすることができる。

１ 燃料電池システム
５ 燃料電池モジュール
６ 空気供給装置
７ 燃料供給装置
８ 燃焼用燃料供給装置
９ 制御装置
３０ 空気流量計
３１ 燃焼用燃料ガス流量計
３２ 流量調整弁
４０ 電流計
４１ 第１温度センサ
４２ 第２温度センサ
４３ 第３温度センサ
４４ 第４温度センサ
５１ 制御温度設定部
５２ 制御流量設定部
５３ 流量制限部
５４ 流量制御部
７０ 燃料電池システム
１０１ 基体管
１０３ 燃料極
１０４ 固体電解質
１０５ 空気極
１０６ インターコネクタ
２０１ ケーシング
２０２ セルチューブ
２０５ 発電室
２０６ 燃料供給室
２０７ 燃料排出室
２０８ 空気供給室
２０９ 空気排出室
２１０ 燃料電池セル
Ｒ１ 空気供給流路
Ｒ２ 燃料供給流路
Ｒ３ 燃焼用燃料ガス供給流路

Claims (11)

1. 電解質と、前記電解質の一方側に形成された空気極と、前記電解質の他方側に形成された燃料極とからなる燃料電池セルを有し、前記空気極側に酸化剤ガスを流通させ、前記燃料極側に燃料ガスを流通させることで発電可能な燃料電池モジュールと、
   前記酸化剤ガスを前記燃料電池モジュールへ向けて供給する酸化剤供給手段と、
   前記燃料ガスを前記燃料電池モジュールへ向けて供給する燃料供給手段と、
   前記酸化剤供給手段から前記燃料電池モジュールへ至る酸化剤供給流路に、燃焼用燃料ガスを供給する燃焼用燃料供給手段と、
   前記酸化剤供給流路に供給する前記燃焼用燃料ガスの供給流量を調整可能な流量調整手段と、
   前記燃料電池セルの温度を上昇させる昇温制御時において、前記流量調整手段を制御して、前記燃焼用燃料ガスの前記供給流量を調整可能な制御手段と、を備え、
   前記空気極は、前記燃焼用燃料ガスが前記酸化剤供給流路を流通することで、触媒作用による燃焼反応を行い、
   前記制御手段は、前記供給流量が予め設定された制限流量以下となるように、前記流量調整手段を制御し、
   前記燃料電池モジュールは、
   前記燃料電池セルを所定の温度まで上昇させる起動運転を行った後、前記燃料電池セルを発電させる発電運転を行っており、
   前記制限流量は、
   前記燃焼用燃料ガスが爆発不能な流量である第１下限流量と、
   前記燃料電池モジュールから排出される前記酸化剤ガスに混入する未燃分の前記燃焼用燃料ガスが所定の許容量を超えないような流量である第２下限流量と、
   前記燃料電池モジュールの前記燃料電池セル以外の構成部材における温度が所定の温度以下となるような流量である第３下限流量と、
   前記空気極で消費される前記酸化剤ガス中の酸素が欠乏しない酸素濃度となるような流量である第４下限流量との全てを含み、
   前記制御手段は、
   前記燃料電池モジュールの起動運転時において、前記第１下限流量、前記第２下限流量および前記第３下限流量の中から最小の流量となるものを前記制限流量として設定し、前記燃料電池モジュールの発電運転時において、前記第４下限流量を前記制限流量として設定することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御手段は、前記供給流量が前記制限流量に比して少ない場合、前記供給流量を増大させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、予め設定された供給条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記供給条件は、
   前記燃料電池セルの温度が、前記燃焼用燃料ガスが発火可能な温度となる第１供給条件と、
   前記燃料電池モジュールへ向けて供給される前記酸化剤ガスの流量が予め設定された設定流量となる第２供給条件と、
   前記燃焼用燃料ガスの合流後の前記酸化剤供給流路における温度が、前記燃焼用燃料ガスが発火不能な温度となる第３供給条件と、を有し、
   前記制御手段は、全ての前記供給条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を開始することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御手段は、前記燃焼用燃料ガスの供給開始後、予め設定された一定量の前記燃焼用燃料ガスを供給し、供給開始から所定の期間経過後、前記燃焼用燃料ガスの前記供給流量を調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、予め設定された供給停止条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記供給停止条件は、
   前記燃料電池モジュールの前記燃料電池セル以外の構成部材における温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である第１供給停止条件と、
   前記燃焼用燃料ガスの合流後の前記酸化剤供給流路において、前記燃焼用燃料ガスが発火する条件である第２供給停止条件と、
   前記燃料電池セルの温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である第３供給停止条件と、
   前記供給流量が、予め設定された前記制限流量よりも多くなる条件である第４供給停止条件と、
   前記燃料電池セルの温度と、前記昇温制御において設定される前記燃料電池セルの制御温度との温度差が、予め設定された設定温度差よりも大きくなる条件である第５供給停止条件と、
   前記流量調整手段による前記燃焼用燃料ガスの供給流量の調整を実行しない条件である第６供給停止条件と、のうち、いずれかを含み、
   前記制御手段は、少なくともいずれか１つの前記供給停止条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 電解質と、前記電解質の一方側に形成された空気極と、前記電解質の他方側に形成された燃料極とからなる燃料電池セルを有し、前記空気極側に酸化剤ガスを流通させ、前記燃料極側に燃料ガスを流通させることで発電可能な燃料電池モジュールと、
   前記酸化剤ガスを前記燃料電池モジュールへ向けて供給する酸化剤供給手段と、
   前記燃料ガスを前記燃料電池モジュールへ向けて供給する燃料供給手段と、
   前記酸化剤供給手段から前記燃料電池モジュールへ至る酸化剤供給流路に、燃焼用燃料ガスを供給する燃焼用燃料供給手段と、
   前記酸化剤供給流路に供給する前記燃焼用燃料ガスの供給流量を調整可能な流量調整手段と、
   前記燃料電池セルの温度を上昇させる昇温制御時において、前記流量調整手段を制御して、前記燃焼用燃料ガスの前記供給流量を調整可能な制御手段と、を備え、
   前記空気極は、前記燃焼用燃料ガスが前記酸化剤供給流路を流通することで、触媒作用による燃焼反応を行い、
   前記制御手段は、予め設定された供給条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を開始し、
   前記供給条件は、
   前記燃料電池セルの温度が、前記燃焼用燃料ガスが発火可能な温度となる第１供給条件と、
   前記燃料電池モジュールへ向けて供給される前記酸化剤ガスの流量が予め設定された設定流量となる第２供給条件と、
   前記燃焼用燃料ガスの合流後の前記酸化剤供給流路における温度が、前記燃焼用燃料ガスが発火不能な温度となる第３供給条件と、を有し、
   前記制御手段は、全ての前記供給条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を開始することを特徴とする燃料電池システム。
9. 電解質と、前記電解質の一方側に形成された空気極と、前記電解質の他方側に形成された燃料極とからなる燃料電池セルを有し、前記空気極側に酸化剤ガスを流通させ、前記燃料極側に燃料ガスを流通させることで発電可能な燃料電池モジュールと、
   前記酸化剤ガスを前記燃料電池モジュールへ向けて供給する酸化剤供給手段と、
   前記燃料ガスを前記燃料電池モジュールへ向けて供給する燃料供給手段と、
   前記酸化剤供給手段から前記燃料電池モジュールへ至る酸化剤供給流路に、燃焼用燃料ガスを供給する燃焼用燃料供給手段と、
   前記酸化剤供給流路に供給する前記燃焼用燃料ガスの供給流量を調整可能な流量調整手段と、
   前記燃料電池セルの温度を上昇させる昇温制御時において、前記流量調整手段を制御して、前記燃焼用燃料ガスの前記供給流量を調整可能な制御手段と、を備え、
   前記空気極は、前記燃焼用燃料ガスが前記酸化剤供給流路を流通することで、触媒作用による燃焼反応を行い、
   前記制御手段は、予め設定された供給停止条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を停止させ、
   前記供給停止条件は、
   前記燃料電池モジュールの前記燃料電池セル以外の構成部材における温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である第１供給停止条件と、
   前記燃焼用燃料ガスの合流後の前記酸化剤供給流路において、前記燃焼用燃料ガスが発火する条件である第２供給停止条件と、
   前記燃料電池セルの温度が、予め設定された上限温度よりも高くなる条件である第３供給停止条件と、
   前記供給流量が、予め設定された前記制限流量よりも多くなる条件である第４供給停止条件と、
   前記燃料電池セルの温度と、前記昇温制御において設定される前記燃料電池セルの制御温度との温度差が、予め設定された設定温度差よりも大きくなる条件である第５供給停止条件と、
   前記流量調整手段による前記燃焼用燃料ガスの供給流量の調整を実行しない条件である第６供給停止条件と、のうち、いずれかを含み、
   前記制御手段は、少なくともいずれか１つの前記供給停止条件を満足する場合、前記燃焼用燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
10. 前記制御手段は、
    前記昇温制御において目標となる前記燃料電池セルの制御温度を設定する制御温度設定手段と、
    前記燃料電池セルの温度と前記制御温度との温度差に基づいて、前記燃焼用燃料ガスの前記制御流量を設定する制御流量設定手段と、
    前記供給流量と前記制御流量との偏差に基づいて、前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を有していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
11. 前記制御手段は、
    前記昇温制御において目標となる前記燃料電池セルの制御温度を設定する制御温度設定手段と、
    前記燃料電池セルの温度と前記制御温度との温度差に基づいて、前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を有していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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