JP7452449B2 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP7452449B2
JP7452449B2 JP2021010462A JP2021010462A JP7452449B2 JP 7452449 B2 JP7452449 B2 JP 7452449B2 JP 2021010462 A JP2021010462 A JP 2021010462A JP 2021010462 A JP2021010462 A JP 2021010462A JP 7452449 B2 JP7452449 B2 JP 7452449B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
warm
combustor
fuel
exhaust gas
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021010462A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021125464A (ja
Inventor
隆義 小島
優介 吉田
毅 植木
徹朗 ▲瀬▼耒
健司 大島
翔平 石田
卓史 小代
康弘 長田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of JP2021125464A publication Critical patent/JP2021125464A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7452449B2 publication Critical patent/JP7452449B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。
従来、燃料電池システムとして、暖機用燃焼器および燃料電池の排ガスであるオフ燃料およびオフ空気を燃焼させる排ガス燃焼器を含む燃焼器が失火しているか否かに基づいて暖機用燃焼器の起動または停止を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－３２８２３号公報
ところで、特許文献１に記載の燃料電池システムは、暖機用燃焼器を通過した通過ガスが排ガス燃焼器に流入するように暖機用燃焼器の下流に排ガス燃焼器が接続されている。このような構造では、暖機用燃焼器が起動すると、暖機用燃焼器での燃焼によって生じた不活性ガスが排ガス燃焼器に流入することで、排ガス燃焼器が着火し難くなってしまう。排ガス燃焼器が着火し難いと、燃料電池に供給する燃料ガスを生成する改質器の暖機に時間がかかることになり、燃料電池を早期に起動させることができなくなってしまう。このことは本発明者らの検討の末に見出された。
本開示は、排ガス燃焼器を早期に着火可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器（３３）と、
暖機用燃料および暖機用空気を燃焼させて燃料電池を暖機する暖機用燃焼器（８０）と、
暖機用燃焼器への暖機用燃料および暖機用空気のうち少なくとも一方の供給量を調整する暖機用調整部（８３、８４）と、
燃料電池から排出されるオフ燃料およびオフ空気を燃焼させて少なくとも改質器を暖機する排ガス燃焼器（７３）と、
暖機用調整部を制御する制御装置（１００）と、を備え、
排ガス燃焼器は、暖機用燃焼器を通過した通過ガスが流入するように暖機用燃焼器の下流に接続されており、
制御装置は、排ガス燃焼器での自着火を促進する着火促進処理の処理実行条件が成立すると、通過ガスに含まれる不活性ガスが減少するように暖機用調整部を制御する。
これによれば、着火促進処理の処理実行条件が成立すると暖機用燃焼器から排ガス燃焼器に流入する不活性ガスが減少するので、排ガス燃焼器の早期に着火させることが可能となる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 第１実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 排ガス燃焼器の内部温度と不活性ガスの割合との関係を説明するための説明図である。 第１実施形態の暖機処理時の排ガス燃焼器の温度変化、不活性ガスの割合の変化、暖機用燃料の供給量の変化等の一例を示すタイミングチャートである。 第２実施形態の暖機用燃焼器と排ガス燃焼器との配置形態を説明するための説明図である。 第２実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の暖機用燃焼器の起動からの経過時間と排ガス燃焼器の受熱量との関係を説明するための説明図である。 第３実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 暖機用燃焼器での燃焼が成立する際の空燃比を説明するための説明図である。 第４実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 第５実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 第５実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 第６実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 第６実施形態の暖機処理時の排ガス燃焼器の温度変化、不活性ガスの割合の変化、暖機用燃料の供給量の変化等の一例を示すタイミングチャートである。 第６実施形態の暖機処理時の排ガス燃焼器の内部温度と不活性ガスの割合との関係を説明するための説明図である。 第７実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 第７実施形態の暖機処理時の排ガス燃焼器の温度変化、不活性ガスの割合の変化、暖機用燃料の供給量の変化等の一例を示すタイミングチャートである。 第８実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する暖機処理の一例を示すフローチャートである。 第８実施形態の暖機処理時の排ガス燃焼器の温度変化、不活性ガスの割合の変化、暖機用燃料の供給量の変化等の一例を示すタイミングチャートである。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
（第１実施形態）
本実施形態について、図１～図５を参照して説明する。図１に示すように、燃料電池システム１は、作動温度が高温（例えば、５００℃～１０００℃）となる固体酸化物型の燃料電池（すなわち、ＳＯＦＣ）１０を備えている。
燃料電池１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガス（本例では空気）の電気化学反応により電気エネルギを出力する複数の発電セルを積層したスタック構造を有している。なお、発電セルの形状は、平板型および円筒型のいずれであってもよい。
図示しないが発電セルは、固体酸化物電解質、空気極（すなわち、カソード）、燃料極（すなわち、アノード）を含んで構成されている。本実施形態の発電セルは、炭化水素系の燃料である都市ガス（すなわち、メタンを主成分とするガス）を改質して生成される水素および一酸化炭素を燃料ガスとしている。なお、使用する燃料は、炭化水素系の燃料であれば、都市ガス以外のガスが採用されていてもよい。
燃料電池１０は、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により電気エネルギを出力する。
（燃料極）２Ｈ２＋２Ｏ２－→２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－ …（Ｆ１）
（空気極）Ｏ２＋４ｅ－→２Ｏ２－ …（Ｆ２）
また、燃料電池１０は、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素および酸素の電気化学反応により電気エネルギを出力する。
（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ２－→２ＣＯ２＋４ｅ－ …（Ｆ３）
（空気極）Ｏ２＋４ｅ－→２Ｏ２－ …（Ｆ４）
燃料電池１０は、後述する空気予熱器２２、改質器３３、排ガス燃焼器７３、暖機用燃焼器８０等とともに断熱性を有するハウジングの内側に配置されている。燃料電池１０、空気予熱器２２、改質器３３、排ガス燃焼器７３、暖機用燃焼器８０は、燃料電池システム１におけるホットモジュールＨＭを構成している。
燃料電池１０は、空気の入口側に、空気の流通経路である空気経路２０が接続されている。空気経路２０には、燃料電池１０に空気を圧送する圧送ブロワ２１、燃料電池１０に供給する空気を加熱する空気予熱器２２が設けられている。
圧送ブロワ２１は、大気中の空気を吸い込んで燃料電池１０に供給するブロワである。圧送ブロワ２１は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動式のブロワで構成されている。
空気予熱器２２は、圧送ブロワ２１から圧送された空気を後述する排ガス燃焼器７３で生成された燃焼ガスと熱交換させて加熱するものである。空気予熱器２２は、燃料電池１０に供給する空気と燃料ガスとの温度差を縮小して、燃料電池１０の発電効率の向上を図るために設けられている。
一方、燃料電池１０は、燃料の入口側に、燃料や燃料ガスの流通経路である燃料経路３０が接続されている。燃料経路３０には、上流側から順に、燃料ポンプ３２、改質器３３が設けられている。
燃料ポンプ３２は、燃料電池１０側に向けて燃料を供給するためのポンプである。燃料ポンプ３２は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。
改質器３３は、水蒸気を用いて燃料ポンプ３２から供給された燃料を改質して燃料ガスを生成するものである。改質器３３は、例えば、ニッケルを含む水蒸気改質触媒、反応器を含んで構成されている。
ここで、改質器３３としては、部分酸化改質反応により燃料ガスを生成する構成とすることが考えられるが、改質器３３の構成機器に温度耐久性等が要求され、非常に高価になってしまう。このため、本実施形態では、改質器３３として、部分酸化改質反応ではなく水蒸気改質反応により燃料ガスを生成するものを採用している。
具体的には、改質器３３は、燃料および水蒸気を混合した混合ガスを燃焼ガスと熱交換させて加熱するとともに、以下の反応式Ｆ５に示す改質反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）を生成する。また、改質器３３は、反応式Ｆ６に示すシフト反応により燃料ガス（水素）を生成する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２ …（Ｆ５）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ …（Ｆ６）
ここで、改質器３３における水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下にて改質率が向上する特性を有している。このため、改質器３３は、燃料電池１０の発電時に周囲に放出される熱（放射熱）を吸熱できるように、燃料電池１０の周囲に配設されていることが望ましい。
燃料経路３０には、燃料ポンプ３２と改質器３３との間に水供給経路４０が接続されている。水供給経路４０には、水ポンプ４１、改質器３３へ供給する水蒸気を生成する水蒸発器４２が設けられている。
水ポンプ４１は、水蒸発器４２を介して改質器３３側に水蒸気を供給するポンプである。水ポンプ４１は、後述する制御装置１００からの制御信号によって水の供給能力が制御される電動ポンプで構成されている。
水蒸発器４２は、燃焼ガスによって昇温するように構成されている。具体的には、水蒸発器４２は、水ポンプ４１から供給される水を排ガス燃焼器７３で生ずる高温の燃焼ガスと熱交換させて蒸発させる熱交換器として構成されている。
また、燃料電池１０には、燃料電池１０から排出される排ガスが流れる排ガス経路７０が接続されている。具体的には、燃料電池１０には、空気の出口側に燃料電池１０から排出されるオフ空気が流れる空気排出経路７１が接続され、燃料ガスの出口側に燃料電池１０から排出されるオフ燃料が流れる燃料排出経路７２が接続されている。
排ガス経路７０には、排ガス燃焼器７３が接続されている。排ガス燃焼器７３は、オフ燃料を燃焼させることで改質器３３等を昇温させる燃焼ガスを生成するものである。排ガス燃焼器７３は、例えば、燃料電池１０の発電時に、オフ空気およびオフ燃料を混合した混合ガスを可燃ガスとして燃焼させることで、燃料電池システム１の各機器を昇温させるための燃焼ガスを生成する。
排ガス燃焼器７３は、バーナを用いることなく、燃料電池１０のオフ燃料およびオフ空気を高温環境下で自着火させて燃焼させるように構成されている。排ガス燃焼器７３には、高温の燃焼ガスを流通させる燃焼ガス経路７４が接続されている。燃焼ガス経路７４は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効活用すべく、上流側から順に、改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２、触媒燃焼器７５が接続されている。なお、燃焼ガスを各機器に流す順序は、各機器にて必要とされる熱量等に応じて変更してもよい。
ここで、排ガス燃焼器７３が失火すると、燃焼ガス経路７４にオフ燃料およびオフ空気が流れる。このため、燃焼ガス経路７４には、オフ燃料およびオフ空気を燃焼させる触媒燃焼器７５が設けられている。
触媒燃焼器７５は、排ガス燃焼器７３の下流側に設けられている。具体的には、触媒燃焼器７５は、燃焼ガス経路７４における水蒸発器４２の下流に接続されている。なお、触媒燃焼器７５は、これに限らず、燃焼ガス経路７４における他の位置に接続されていてもよい。
図示しないが、触媒燃焼器７５の内部には酸化触媒が配置されている。触媒燃焼器７５は、酸化触媒でのオフ燃料およびオフ空気の酸化反応よって燃焼熱を生じさせるものである。この触媒燃焼器７５は、例えば、自動車の排ガスを浄化する触媒コンバータのように、火炎を生じさせることなく排ガスを燃焼させるものとして構成されている。
燃料電池システム１には、排ガス燃焼器７３とは別に暖機用燃焼器８０が設けられている。暖機用燃焼器８０は、システム起動時に、燃料および空気との混合ガスを図示しない点火プラグで着火して燃焼させ、その際に生ずる燃焼ガスの熱によって燃料電池１０を加熱して暖機する。
暖機用燃焼器８０には、燃料経路３０から分岐した燃料バイパス経路８１および空気経路２０から分岐した空気バイパス経路８２が接続されている。これにより、暖機用燃焼器８０には、燃料経路３０を流れる燃料が暖機用燃料として流入するとともに、空気経路２０を流れる空気の一部が暖機用空気として流入する。
燃料バイパス経路８１には、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量を調整する燃料調整部８３が設けられている。燃料調整部８３は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電磁弁８３１および暖機用燃料ポンプ８３２で構成されている。燃料バイパス経路８１には、電磁弁８３１の上流に暖機用燃料ポンプ８３２が設けられている。暖機用燃料ポンプ８３２は、後述する制御装置１００からの制御信号によって暖機用燃料の供給能力が制御される電動ポンプで構成されている。
空気バイパス経路８２には、暖機用燃焼器８０への暖機用空気の供給量を調整する空気調整部８４が設けられている。空気調整部８４は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電磁弁８４１および暖機用空気ポンプ８４２で構成されている。空気バイパス経路８２には、電磁弁８４１の上流に暖機用空気ポンプ８４２が設けられている。暖機用空気ポンプ８４２は、後述する制御装置１００からの制御信号によって暖機用空気の供給能力が制御される電動ポンプで構成されている。
本実施形態の燃料電池システム１では、燃料調整部８３および空気調整部８４が暖機用燃焼器８０への暖機用燃料および暖機用空気の少なくとも一方の供給量を調整する暖機用調整部を構成している。
暖機用燃焼器８０は、暖機用燃焼器８０で生じた燃焼ガスが燃料電池１０に導入されるように燃料電池１０に接続されるとともに、燃料電池１０を通過した燃焼ガスが排ガス燃焼器７３に導入されるようになっている。すなわち、暖機用燃焼器８０を通過した通過ガスが排ガス燃焼器７３に流入するように、暖機用燃焼器８０の下流に排ガス燃焼器７３が接続されている。これにより、燃料電池システム１は、暖機用燃焼器８０で生じた燃焼ガスが、燃料電池１０を通過した後、排ガス燃焼器７３の内部に流入し、排ガス燃焼器７３の内部でオフ燃料およびオフ空気と混合される構造になっている。
排ガス燃焼器７３は、排ガス経路７０とは別の経路７６を介して暖機用燃焼器８０を通過した通過ガスが流入するようになっている。これにより、暖機用燃焼器８０が起動すると、燃料電池１０だけでなく、排ガス燃焼器７３も昇温する。なお、排ガス燃焼器７３は、排ガス経路７０を介して暖機用燃焼器８０を通過した通過ガスが流入するようになっていてもよい。
次に、燃料電池システム１における電子制御部を構成する制御装置１００について説明する。制御装置１００は、プロセッサ、メモリを含むマイクロコンピュータと、その周辺回路で構成されている。制御装置１００は、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する。
制御装置１００の入力側には、排ガス温度センサ１０１、暖機温度センサ１０２、改質温度センサ、気化温度センサを含む各種センサが接続されており、各種センサの検出結果が制御装置１００に入力されるようになっている。
排ガス温度センサ１０１は、排ガス燃焼器７３の内部温度を検出する温度センサである。排ガス温度センサ１０１は、排ガス燃焼器７３の内部温度を直接検出するものに限らず、排ガス燃焼器７３の出口温度を排ガス燃焼器７３の内部温度として間接的に検出するように構成されていてもよい。
暖機温度センサ１０２は、暖機用燃焼器８０の内部温度を検出する温度センサである。暖機温度センサ１０２は、暖機用燃焼器８０の内部温度を直接検出するものに限らず、暖機用燃焼器８０の出口温度を暖機用燃焼器８０の内部温度として間接的に検出するように構成されていてもよい。
また、制御装置１００には、図示しない操作パネルが接続されている。操作パネルには、燃料電池１０の発電をオンオフするためのスタートスイッチ、燃料電池１０の作動状態を表示するディスプレイ等が設けられている。
一方、制御装置１００の出力側には、制御機器として、圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３２、水ポンプ４１、暖機用燃焼器８０の点火プラグ、燃料調整部８３、空気調整部８４等が接続されている。これら制御機器は、制御装置１００から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。
次に、燃料電池システム１の全体的な作動について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２に示す制御処理は、スタートスイッチがオンされると制御装置１００によって実行される。
スタートスイッチがオンされると、制御装置１００は、図２に示すように、ステップＳ１０にて燃料電池１０を起動させる起動処理を実行する。この起動処理では、例えば、暖機処理、水蒸気生成処理、改質処理が実行される。暖機処理は、燃料電池１０を含む各種機器を燃料電池１０の発電等に適した温度まで昇温させる処理である。暖機処理の詳細は後述する。
水蒸気生成処理は、水蒸発器４２に対して水を供給して水蒸発器４２で水を蒸発させる処理であり、暖機処理によって水蒸発器４２の温度が所定の温度（例えば、１００℃）に達すると制御装置１００により実行される。制御装置１００は、水蒸気生成処理時に、水蒸発器４２に対して水が供給されるように水ポンプ４１を制御する。水蒸発器４２では、水が供給されると、水が蒸発して水蒸気が生成される。
改質処理は、改質器３３にて燃料ガスを生成する処理であり、暖機処理によって改質器３３の温度が所定の温度（例えば、３００℃）に達すると制御装置１００により実行される。制御装置１００は、改質処理時に、燃料が燃料経路３０を介して改質器３３に流れるように燃料ポンプ３２を制御する。これにより、燃料経路３０を介して燃料が改質器３３に供給される。
改質器３３では、燃料および水蒸気の混合ガスが供給されると、前述の反応式Ｆ５、Ｆ６に示す反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）が生成される。改質器３３で生成された燃料ガスは、燃料電池１０に供給される。
上述の起動処理によって、燃料電池１０、改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２等が燃料電池１０の発電に適した温度状態になると、制御装置１００は、ステップＳ２０に移行して発電処理を実行する。
具体的には、制御装置１００は、発電処理時に移行すると、暖機用燃焼器８０への燃料および空気の供給を停止して暖機用燃焼器８０を失火させる。そして、制御装置１００は、発電処理時に、燃料電池１０に対して発電に適した量の酸化剤ガスをおよび燃料ガスが供給されるように圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３２、水ポンプ４１を制御する。
これにより、改質器３３で生成された燃料ガスが燃料電池１０に供給される。燃料電池１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する。そして、燃料電池１０から排出されるオフガスは、可燃ガスとして排ガス燃焼器７３で燃焼される。排ガス燃焼器７３で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス経路７４を流れる際に改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２に放熱する。そして、水蒸発器４２を通過した燃焼ガスは、触媒燃焼器７５を通過した後、外部に排出される。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ３０にて、燃料電池１０の発電を停止するか否かを判定する。具体的には、制御装置１００は、スタートスイッチがオフされたか否かを判定する。
スタートスイッチがオンに維持されている場合、制御装置１００は、発電処理を継続する。また、スタートスイッチがオフされた場合、制御装置１００は、ステップＳ４０に移行して、燃料電池１０の発電を停止する停止処理を実行する。この停止処理では、排ガス燃焼器７３の消火、空気の供給量を増加させて燃料電池１０の温度を低下させる降温処理、水蒸発器４２の内部の水分を除去するためのパージ処理等が制御装置１００によって実行される。
次に、暖機処理の詳細について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。図３に示す処理は、スタートスイッチがオンされたことを契機として制御装置１００によって実行される。
図３に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ１００で燃料電池１０および暖機用燃焼器８０を起動する。制御装置１００は、燃料電池１０を起動させるために、圧送ブロワ２１および燃料ポンプ３２の作動を開始して、燃料電池１０への燃料および空気の供給を開始する。加えて、制御装置１００は、燃料調整部８３の電磁弁８３１および空気調整部８４の電磁弁８４１を開弁させ、暖機用燃料ポンプ８３２および暖機用空気ポンプ８４２の作動を開始して、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料および暖機用空気の供給を開始する。この状態で、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０の点火プラグを作動させて暖機用燃焼器８０を起動させる。これにより、暖機用燃焼器８０が起動すると、暖機用燃焼器８０からの燃焼ガスによって燃料電池１０および排ガス燃焼器７３が昇温する。排ガス燃焼器７３は、通常、排ガス燃焼器７３の内部温度が自着火する温度として想定される自着火温度範囲に達すると自着火する。
しかしながら、暖機処理時は、暖機用燃焼器８０からの燃焼ガスが不活性ガスとして排ガス燃焼器７３に流入することで、排ガス燃焼器７３における不活性ガスの割合が増加し、排ガス燃焼器７３での自着火が生じ難くなる。すなわち、暖機処理時は、排ガス燃焼器７３に不活性ガスが流入しない状態に比べて、自着火温度範囲の下限温度（すなわち、可燃限界温度）が高温側にシフトしてしまうことで、排ガス燃焼器７３での自着火に長時間を要する。
ここで、「不活性ガスの割合」とは、排ガス燃焼器７３の内部に存在する全ガス量に対する不活性ガスが占める割合（＝不活性ガスの量／全ガス量）である。排ガス燃焼器７３の内部では、オフ燃料、オフ空気、暖機用燃焼器８０で生じた燃焼ガスが混合される。このため、全ガス量は、「オフ燃料（ＣＨ４＋ＣＯ＋Ｈ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）」＋「オフ空気（Ｏ２＋Ｎ２）」＋「暖機用燃焼器８０で生じた燃焼ガス（Ｏ２＋Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）」である。また、不活性ガスは、「ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋Ｎ２」である。したがって、不活性ガスの割合は、以下の関係式Ｆ７で示すものとなる。
不活性ガスの割合＝（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋Ｎ２）／｛（ＣＨ４＋ＣＯ＋Ｈ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）＋（Ｏ２＋Ｎ２）＋（Ｏ２＋Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）｝・・・（Ｆ７）
これに対して、本実施形の制御装置１００は、暖機処理時に排ガス燃焼器７３での自着火を促進する着火促進処理を実行する。制御装置１００は、所定の処理実行条件が成立すると、着火促進処理を実行する。
処理実行条件は、燃料電池１０の起動処理において排ガス燃焼器７３の内部温度が、自着火が想定される温度の下限として予め設定された着火基準温度（例えば、６００℃）以上になると成立する条件になっている。
具体的には、制御装置１００は、ステップＳ１１０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達したか否かを判定する。この第１基準時間ｔｔｈ１は、例えば、排ガス燃焼器７３に不活性ガスが流入しない状態において排ガス燃焼器７３の内部温度が自着火温度範囲の下限温度に達すると想定される時間に設定されている。なお、本実施形態の処理実行条件は、ステップＳ１１０の判定が肯定的な結果であった場合に成立する条件になっている。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ１２０に移行して、着火促進処理を実行する。本実施形態の制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が減少するように燃料調整部８３を制御する。具体的には、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給が停止されるように燃料調整部８３を制御する。なお、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用空気の供給量が維持されるように空気調整部８４を制御する。
これにより、暖機用燃焼器８０は、燃料濃度が低下して失火（すなわち、リーン失火）する。暖機用燃焼器８０が失火すると、排ガス燃焼器７３に流入する不活性ガスが減少する。特に、本実施形態では、暖機用燃焼器８０への暖機用空気の供給量が維持されているので、暖機用燃焼器８０を通過した暖機用空気が燃料電池１０を介して排ガス燃焼器７３に流入する。これらにより、排ガス燃焼器７３は、図４に示すように、失火領域の状態Ａから自着火領域の状態Ｂに遷移し、自着火する。
ここで、暖機用燃焼器８０が失火した後も排ガス燃焼器７３の内部温度は暫く上昇する。この理由は次の通りである。燃焼ガスの流れに対して、燃料電池１０は排ガス燃焼器７３の上流に位置するので、暖機用燃焼器８０で生じた高温の燃焼ガスは、熱容量の大きい燃料電池１０に放熱した後に排ガス燃焼器７３の内部に流れ込む。この際、燃料電池１０の温度が排ガス燃焼器７３の内部温度よりも高くなる。このため、暖機用燃焼器８０が失火すると、暖機用燃焼器８０から燃料電池１０までの区間の温度が低下するものの、高温の燃料電池１０の熱がオフガスおよび暖機用空気を通じて排ガス燃焼器７３に伝わることで、排ガス燃焼器７３の内部温度が暫く上昇する。
続いて、制御装置１００は、所定の処理停止条件が成立すると、着火促進処理を終了する。処理停止条件は、排ガス燃焼器７３の内部温度が、着火状態が安定する温度として予め設定された安定基準温度（例えば、６５０℃）以上になると成立する条件になっている。
具体的には、制御装置１００は、ステップＳ１３０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１よりも長い第２基準時間ｔｔｈ２に達したか否かを判定する。この第２基準時間ｔｔｈ２は、例えば、排ガス燃焼器７３に不活性ガスが流入しない状態において排ガス燃焼器７３の内部温度が着火状態の安定温度に達すると想定される時間に設定されている。なお、本実施形態の処理停止条件は、ステップＳ１３０の判定が肯定的な結果であった場合に成立する条件になっている。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ１４０に移行して、後処理を実行する。本実施形態の制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が着火促進処理の実行前の状態まで増加するように燃料調整部８３を制御する。この状態で、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０の点火プラグを作動させて暖機用燃焼器８０を再起動させる。これにより、暖機用燃焼器８０および排ガス燃焼器７３それぞれを起動させて、燃料電池１０、改質器３３等の暖機対象を早期に昇温させることができる。
ここで、図５は、暖機処理時の排ガス燃焼器７３の温度変化、不活性ガスの割合の変化等を示すタイミングチャートである。図５では、一段目が排ガス燃焼器７３の温度の時間変化を示し、二段目が排ガス燃焼器７３の内部の不活性ガスの割合の時間変化を示している。また、図５では、三段目が暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量の時間変化を示し、四段目が暖機用燃焼器８０への暖機用空気の供給量の時間変化を示している。さらに、図５では、五段目が改質器３３への燃料の供給量の時間変化を示し、六段目が改質器３３への水の供給量の時間変化を示し、七段目が燃料電池１０への空気の供給量の時間変化を示している。
暖機処理では、暖機用燃焼器８０を起動してから第１基準時間ｔｔｈ１が経過すると、図５の三段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が減少される。これにより、暖機用燃焼器８０が失火することで、図５の二段目に示すように、不活性ガスの割合が低下する。この状態が暫く継続されると、排ガス燃焼器７３は、失火領域の状態Ａから自着火領域の状態Ｂに遷移して自着火することで、図５の一段目に示すように、排ガス燃焼器７３の温度が急上昇する。そして、暖機用燃焼器８０を起動してから第２基準時間ｔｔｈ２が経過すると、図５の三段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が増加される。
以上説明した燃料電池システム１によれば、着火促進処理の処理実行条件が成立すると、制御装置１００が、暖機用燃焼器８０を通過した通過ガスに含まれる不活性ガスが減少するように燃料調整部８３および空気調整部８４を制御する。これによれば、着火促進処理の処理実行条件が成立すると暖機用燃焼器８０から排ガス燃焼器７３に流入する不活性ガスが減少するので、排ガス燃焼器７３の早期に着火させることが可能となる。
具体的には、制御装置１００は、処理実行条件が成立すると、暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量が減少するように燃料調整部８３を制御する。このように、暖機用燃焼器８０での燃焼を制限すれば、排ガス燃焼器７３に流入する不活性ガスを減少させることができる。
本実施形態の処理実行条件は、燃料電池１０の起動処理において排ガス燃焼器７３の内部温度が、自着火が想定される温度の下限として予め設定された着火基準温度以上になると成立する条件を含んでいる。排ガス燃焼器７３の内部での不活性ガスの割合が高いと、排ガス燃焼器７３の内部温度が、自着火が想定される着火基準温度以上になっても排ガス燃焼器７３が失火している可能性が高い。このため、処理実行条件を排ガス燃焼器７３の内部温度が着火基準温度以上で成立する条件とすることで、排ガス燃焼器７３の着火促進処理を適切なタイミングで実行することができる。
（第１実施形態の変形例）
上述の第１実施形態では、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達した際に着火促進処理を実行するものを例示したが、処理実行条件はこれに限定されない。処理実行条件は、例えば、排ガス温度センサ１０１の検出値が着火基準温度以上になると成立する条件になっていてもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。
上述の第１実施形態では、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第２基準時間ｔｔｈ２に達した際に着火促進処理を終了するものを例示したが、処理停止条件はこれに限定されない。処理停止条件は、例えば、排ガス温度センサ１０１の検出値が安定基準温度以上になると成立する条件になっていてもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図６～図８を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
本実施形態の排ガス燃焼器７３は、図６に示すように、暖機用燃焼器８０の熱が伝わるように暖機用燃焼器８０に対して熱的に接触している。すなわち、排ガス燃焼器７３は、暖機用燃焼器８０から輻射熱を受けるように暖機用燃焼器８０に近接した位置に配置されている。なお、排ガス燃焼器７３および暖機用燃焼器８０は、少なくとも一部が接触した状態で配置されていたり、所定の間隔をあけた状態で配置されていたりしてもよい。
また、本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第１実施形態と異なっている。図７に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ３００で燃料電池１０および暖機用燃焼器８０を起動させる。暖機用燃焼器８０が起動すると、暖機用燃焼器８０の輻射熱が排ガス燃焼器７３に伝わることで、図８に示すように、排ガス燃焼器７３の内部温度が上昇する。なお、ステップＳ３００の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１００の処理と同様である。
制御装置１００は、ステップＳ３０５に移行して、暖機温度センサ１０２の検出値Ｔｓが暖機用燃焼器８０の耐熱基準温度Ｔｓｔｈ未満であるか否かを判定する。暖機温度センサ１０２の検出値Ｔｓが耐熱基準温度Ｔｓｔｈ以上である場合、制御装置１００は、ステップＳ３１０に移行して、暖機用燃焼器８０の温度を抑える温度抑制処理を実行する。制御装置１００は、温度抑制処理として、暖機用空気の供給量増加を実施する。すなわち、制御装置１００は、暖機用空気が増量するように空気調整部８４を制御する。これによると、暖機用燃焼器８０を熱的に保護することができる。なお、暖機温度センサ１０２の検出値Ｔｓが耐熱基準温度Ｔｓｔｈ以上である場合、制御装置１００は、暖機用燃料が減量するように燃料調整部８３を制御するようになっていてもよい。
一方、暖機温度センサ１０２の検出値Ｔｓが耐熱基準温度Ｔｓｔｈ未満である場合、制御装置１００は、ステップＳ３１５に移行して、暖機用空気の供給量が減少するように空気調整部８４を制御する。これによると、暖機用燃焼器８０が昇温するので、排ガス燃焼器７３を早期に昇温させることが可能になる。なお、ステップＳ３１５の処理は、着火促進処理の前の段階で実施される処理である。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ３２０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達したか否かを判定する。このステップＳ３２０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１１０の判定処理と同様である。本実施形態の処理実行条件は、ステップＳ３２０が肯定的な結果であった場合に成立する条件になっている。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達していない場合、制御装置１００は、ステップＳ３０５に戻る。暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達している場合、ステップＳ３３０に移行して、着火促進処理を実行する。ステップＳ３３０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１２０の処理と同様である。この処理により、暖機用燃焼器８０が失火して、排ガス燃焼器７３に流入する不活性ガスが減少する。この結果、排ガス燃焼器７３で自着火が生ずる。
続いて、制御装置１００は、所定の処理停止条件が成立すると、着火促進処理を終了するための後処理を実行する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ３４０にて、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する。この結果、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ以上である場合、制御装置１００は、ステップＳ３５０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達したか否かを判定する。このステップＳ３５０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１３０の判定処理と同様である。なお、本実施形態の処理停止条件は、ステップＳ３４０およびステップＳ３５０それぞれが肯定的な結果であった場合に成立する条件になっている。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ３６０に移行して、後処理を実行する。このステップＳ３６０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１４０の処理と同様である。
以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。本実施形態の制御装置１００は、処理実行条件が成立すると、暖機用燃焼器８０での燃焼を制限しているので、排ガス燃焼器７３に流入する不活性ガスを減少させることができる。特に、本実施形態では、着火促進処理を実行する前の段階で暖機用空気の暖機用燃焼器８０への供給量を減少させ、暖機用燃焼器８０を昇温させている。これによると、暖機用燃焼器８０から排ガス燃焼器７３へ移動する輻射熱量を増加させて排ガス燃焼器７３の温度を早期に自着火温度に近づけることができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図９、図１０を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第１実施形態と異なっている。図９に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ４００で燃料電池１０および暖機用燃焼器８０を起動させる。ステップＳ４００の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１００の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、所定の処理実行条件が成立すると、着火促進処理を実行する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ４１０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達したか否かを判定する。このステップＳ４１０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１１０の判定処理と同様である。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ４２０に移行して、着火促進処理を実行する。制御装置１００は、暖機用燃焼器８０における燃料濃度が燃焼下限濃度を下回るように燃料調整部８３を制御する。本実施形態の制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料が減少するように燃料調整部８３を制御する。
具体的には、制御装置１００は、暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量が、暖機用燃焼器８０で燃焼を維持するのに必要な暖機用燃料の必要量よりも一時的に少なくなるように燃料調整部８３を制御する。例えば、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給が停止されるように燃料調整部８３を制御する。
ここで、暖機用燃焼器８０での燃焼は、図１０に示すように、暖機用燃焼器８０に対して燃焼に適した量の暖機用燃料および暖機用空気が供給されることで成立する。暖機用燃焼器８０は、リーン失火が生じる限界空燃比を超えたり、リッチ失火が生じる限界空燃比を下回ったりすると失火する。
暖機用燃焼器８０は、リッチ失火によって失火させることも可能であるが、この場合、暖機用燃焼器８０から排ガス燃焼器７３へ至る経路での酸化剤ガスの増加によって意図しない着火が発生する虞がある。
このため、本実施形態の制御装置１００は、暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量を必要量よりも少なくする期間、暖機用燃焼器８０での空燃比が、リーン失火が生じる限界空燃比を超えるように燃料調整部８３を制御する。なお、燃料調整部８３だけの制御では空燃比を所望の状態に調整することが困難である場合、制御装置１００は、例えば、暖機用空気の暖機用燃焼器８０への供給量が増加するように空気調整部８４を制御する。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ４３０に移行して、着火促進処理を開始してからの経過時間ｔｓｔが着火基準時間ｔｔｈ３に達しているか否かを判定する。着火基準時間ｔｔｈ３は、着火促進処理によって排ガス燃焼器７３を着火させるのに必要な時間であり、シミュレーションや実験等に基づいて設定される。
着火促進処理を開始してからの経過時間ｔｓｔが着火基準時間ｔｔｈ３に達すると、制御装置１００は、ステップＳ４４０に移行して、暖機用燃焼器８０を再起動させる。
制御装置１００は、暖機用燃焼器８０における燃料濃度が燃焼下限濃度を上回るように燃料調整部８３を制御することで、暖機用燃焼器８０を再起動させる。具体的には、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が暖機用燃焼器８０で燃焼を維持するのに必要な暖機用燃料の必要量以上となるように燃料調整部８３を制御する。この際、暖機用燃焼器８０がリッチ失火しないように、制御装置１００では、暖機用燃焼器８０における燃料濃度が理論空燃比濃度を下回る範囲で燃料調整部８３を制御することが望ましい。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ４５０に移行して、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する。この結果、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ未満である場合、制御装置１００は、ステップＳ４２０に移行して、再び着火促進処理を実行する。
なお、ステップＳ４５０の判定処理を実行する時点では、少なくとも一度は着火促進処理が実施されていることになるので、ステップＳ４２０に移行せず、排ガス燃焼器７３が着火するまで待機するようになっていてもよい。
一方、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ以上である場合、制御装置１００は、ステップＳ４６０に移行して、後処理を実行する。このステップＳ４６０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１４０の処理と同様である。
以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
特に、本実施形態の制御装置１００は、処理実行条件が成立すると、暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量が暖機用燃焼器８０で燃焼を維持するのに必要な暖機用燃料の必要量よりも一時的に少なくなるように燃料調整部８３を制御する。
このように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量を必要量よりも減少させることで、暖機用燃焼器８０を一時的に失火させて、排ガス燃焼器７３に流入する不活性ガスを減少させることができる。加えて、暖機用燃焼器８０の失火によって排ガス燃焼器７３に燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入することで排ガス燃焼器７３の燃料ガスの濃度および酸化剤ガスの濃度それぞれが上昇するので、排ガス燃焼器７３の自着火温度を低下させることができる。
加えて、制御装置１００は、暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量を必要量よりも少なくする期間、暖機用燃焼器８０での空燃比が、リーン失火が生じる限界空燃比を超えるように燃料調整部８３を制御する。このように、リーン失火により暖機用燃焼器８０を失火させれば、暖機用燃焼器８０から排ガス燃焼器７３へ至る経路での意図しない着火を防止することができる。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１１を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第１実施形態と異なっている。図１１に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ５００で燃料電池１０および暖機用燃焼器８０を起動させる。ステップＳ５００の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１００の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、所定の処理実行条件が成立すると、着火促進処理を実行する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ５１０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達したか否かを判定する。このステップＳ５１０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１１０の判定処理と同様である。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ５２０に移行して、着火促進処理を実行する。このステップＳ５２０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１２０の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ５３０にて、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する。この結果、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ未満である場合、制御装置１００は、着火促進処理を維持する。
一方、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが安定基準温度Ｔｒｅｆ以上である場合、制御装置１００は、ステップＳ５４０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達したか否かを判定する。このステップＳ５４０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１３０の判定処理と同様である。なお、本実施形態の処理停止条件は、ステップＳ５３０およびステップＳ５４０それぞれが肯定的な結果であった場合に成立する条件になっている。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ５５０に移行して、後処理を実行する。このステップＳ５５０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１４０の処理と同様である。
以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
特に、本実施形態の制御装置１００は、着火促進処理を排ガス温度センサ１０１の検出値が安定基準温度Ｔｒｅｆ以上になるまで継続するので、排ガス燃焼器７３の早期に着火させることができる。
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１２、図１３を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
図１２に示すように、本実施形態の燃焼ガス経路７４には、触媒燃焼器７５の前後に入口温度センサ１０３および出口温度センサ１０４が設けられている。入口温度センサ１０３は、触媒燃焼器７５に流入する燃焼ガスの温度を検出するセンサである。出口温度センサ１０４は、触媒燃焼器７５を通過した燃焼ガスの温度を検出するセンサである。
ここで、排ガス燃焼器７３が失火している場合、触媒燃焼器７５は燃料が酸化されて発熱するので、触媒燃焼器７５の入口よりも出口の方が高温となる。逆に、排ガス燃焼器７３が着火している場合、触媒燃焼器７５の出口よりも入口の方が高温となる。このため、触媒燃焼器７５の入口と出口との温度関係に基づいて、排ガス燃焼器７３の状態が失火状態なのか着火状態なのかを判断することできる。
また、本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第１実施形態と異なっている。図１３に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ６００で燃料電池１０および暖機用燃焼器８０を起動させる。ステップＳ６００の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１００の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、所定の処理実行条件が成立すると、着火促進処理を実行する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ６１０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達したか否かを判定する。このステップＳ６１０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１１０の判定処理と同様である。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ６２０に移行して、着火促進処理を実行する。このステップＳ６２０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１２０の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ６３０にて、触媒燃焼器７５の出口よりも入口の方が高温であるか否かを判定する。具体的には、制御装置１００は、入口温度センサ１０３の検出値Ｔｉｎが出口温度センサ１０４の検出値Ｔｏｕｔよりも大きいか否かを判定する。なお、本実施形態の処理停止条件は、ステップＳ６３０が肯定的な結果であった場合に成立する条件になっている。
入口温度センサ１０３の検出値Ｔｉｎが出口温度センサ１０４の検出値Ｔｏｕｔよりも大きい場合、排ガス燃焼器７３が着火していると考えられる。このため、入口温度センサ１０３の検出値Ｔｉｎが出口温度センサ１０４の検出値Ｔｏｕｔよりも大きい場合、制御装置１００は、ステップＳ６４０に移行して、後処理を実行する。このステップＳ６４０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１４０の処理と同様である。
一方、入口温度センサ１０３の検出値Ｔｉｎが出口温度センサ１０４の検出値Ｔｏｕｔ以下の場合、排ガス燃焼器７３が失火していると考えられる。このため、入口温度センサ１０３の検出値Ｔｉｎが出口温度センサ１０４の検出値Ｔｏｕｔ以下となる場合、制御装置１００は、ステップＳ６２０の着火促進処理を継続する。
以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
特に、本実施形態の制御装置１００は、着火促進処理の処理停止条件を触媒燃焼器７５の出口よりも入口の方が高温になると成立する条件としているので、排ガス燃焼器７３の着火促進処理を適切なタイミングで停止させることができる。
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について、図１４～図１６を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第１実施形態と異なっている。図１４に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ７００で燃料電池１０および暖機用燃焼器８０を起動させる。ステップＳ７００の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１００の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、所定の処理実行条件が成立すると、着火促進処理を実行する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ７１０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが、第１基準時間ｔｔｈ１に達したか否かを判定する。このステップＳ７１０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１１０の判定処理と同様である。暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第１基準時間ｔｔｈ１に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ７２０に移行して、第１着火促進処理を実行する。このステップＳ７２０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１２０の処理と同様である。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ７３０にて、排ガス燃焼器７３が自着火しているか否かを判定する。この判定処理では、例えば、排ガス温度センサ１０１の検出値Ｔｏが排ガス燃焼器７３の自着火が想定される温度以上であるか否かを判定する。なお、ステップＳ７３０の判定処理は、例えば、第５実施形態で説明したステップＳ６３０の処理と同様に、触媒燃焼器７５の出口よりも入口の方が高温であるか否かを判定する処理であってもよい。
上記の判定処理にて、排ガス燃焼器７３が自着火していると判定された場合、制御装置１００は、ステップＳ７４０に移行して、後処理を実行する。このステップＳ７４０の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１４０の処理と同様である。
一方、排ガス燃焼器７３が自着火していないと判定された場合、制御装置１００は、ステップＳ７５０に移行し、第１着火促進処理を開始してから所定時間（例えば、１分）が経過したか否かを判定する。この結果、第１着火促進処理を開始してから所定時間が経過していないと判定された場合、排ガス燃焼器７３の内部における不活性ガスの濃度変動が安定するまで待機する。具体的には、第１着火促進処理を開始してから所定時間が経過していないと判定された場合、制御装置１００は、ステップＳ７３０の処理を繰り返す。
ステップＳ７５０の判定処理にて第１着火促進処理を開始してから所定時間が経過していると判定された場合、排ガス燃焼器７３の内部における不活性ガスの濃度変動が安定しているにも関わらず、排ガス燃焼器７３が自着火していないことになる。このことは、排ガス燃焼器７３の不活性ガスの割合が自着火条件を満たしていないことを意味する。このため、制御装置１００は、第１着火促進処理を開始してから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火しない場合、ステップＳ７６０に移行し、第２着火促進処理を実行する。
具体的には、制御装置１００は、ステップＳ７６０にて、水蒸発器４２を介して改質器３３へ供給する水の供給量が減少するように、水ポンプ４１を制御する。制御装置１００は、例えば、水ポンプ４１の回転数を通常時よりも低い回転数に変更する。
ここで、改質器３３への水の供給量を減少させると、オフ燃料に含まれる水蒸気（Ｈ２Ｏ）が減少することで、第１実施形態で説明した関係式Ｆ７の分子および分母の双方で同量のＨ２Ｏが減少する。この際、関係式Ｆ７の分子の方が分母よりも減少度合が大きくなる。したがって、改質器３３への水の供給量を減少させると、排ガス燃焼器７３における不活性ガスの割合が小さくなる。これにより、例えば、図１５に示すように、第１着火促進処理を実行した際に失火領域の状態Ａから失火領域の状態Ｂに遷移する場合でも、第２着火促進処理を実行することで、自着火領域の状態Ｃに遷移させて排ガス燃焼器７３を自着火させることができる。
続いて、制御装置１００は、ステップＳ７７０にて、暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達したか否かを判定する。このステップＳ７７０の判定処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１３０の判定処理と同様である。
暖機用燃焼器８０を起動してからの経過時間ｔｓｔが第２基準時間ｔｔｈ２に達している場合、制御装置１００は、ステップＳ７４０の後処理に移行する。本実施形態の制御装置１００は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が第１着火促進処理の実行前の状態まで増加するように燃料調整部８３を制御する。また、制御装置１００は、改質器３３への水の供給量が第２着火促進処理の実行前の状態まで増加するように水ポンプ４１を制御する。さらに、制御装置１００は、暖機用燃焼器８０の点火プラグを作動させて暖機用燃焼器８０を再起動させる。これにより、暖機用燃焼器８０および排ガス燃焼器７３それぞれを起動させて、燃料電池１０、改質器３３等の暖機対象を早期に昇温させることができる。
ここで、図１６は、図５に対応するものであって、暖機処理時の排ガス燃焼器７３の温度変化、不活性ガスの割合の変化等を示すタイミングチャートである。本実施形態の暖機処理では、暖機用燃焼器８０を起動してから第１基準時間ｔｔｈ１が経過すると、図１６の三段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が減少される。これにより、暖機用燃焼器８０が失火することで、図１６の二段目に示すように、不活性ガスの割合が低下する。そして、暖機用燃料の供給量を減少させてから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火していない場合は、図１６の六段目に示すように、改質器３３への水の供給量が減少される。これにより、図１６の二段目に示すように、不活性ガスの割合がさらに低下する。この状態が暫く継続されると、排ガス燃焼器７３は、失火領域の状態Ａから自着火領域の状態Ｃに遷移して自着火することで、図１６の一段目に示すように、排ガス燃焼器７３の温度が急上昇する。そして、暖機用燃焼器８０を起動してから第２基準時間ｔｔｈ２が経過すると、図１６の三段目および六段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量および改質器３３への水の供給量が増加される。
以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。特に、本実施形態の制御装置１００は、暖機処理時に暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量を減少させてから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火していない場合に、改質器３３への水の供給量を減少させる。これによると、不活性ガスの割合を小さくして、排ガス燃焼器７３の自着火を充分に促進させることができる。
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について、図１７、図１８を参照して説明する。本実施形態では、第６実施形態と異なる部分について主に説明する。
本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第６実施形態と異なっている。図１７に示すように、制御装置１００は、暖機処理として、ステップＳ８００～Ｓ８７０の処理を実行する。なお、ステップＳ８６０以外の処理は、第６実施形態で説明した処理（ステップＳ７６０以外の処理）と同様であるため、その説明を省略する。
図１７に示すように、ステップＳ８５０の判定処理にて第１着火促進処理を開始してから所定時間が経過していると判定された場合、制御装置１００は、ステップＳ８６０に移行し、第２着火促進処理を実行する。
具体的には、制御装置１００は、ステップＳ８６０にて、改質器３３へ供給する燃料の供給量が増加するように、燃料ポンプ３２を制御する。制御装置１００は、例えば、燃料ポンプ３２の回転数を通常時よりも高い回転数に変更する。
ここで、改質器３３への燃料の供給量を増加させると、オフ燃料に含まれるメタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）等が増加することで、第１実施形態で説明した関係式Ｆ７の分母が大きくなる。したがって、改質器３３への燃料の供給量を増加させると、排ガス燃焼器７３における不活性ガスの割合が小さくなる。これにより、第１着火促進処理を実行した際に失火領域の状態Ａから失火領域の状態Ｂに遷移する場合でも、第２着火促進処理を実行することで、自着火領域の状態Ｃに遷移させて排ガス燃焼器７３を自着火させることができる。
図１８は、図５に対応するものであって、暖機処理時の排ガス燃焼器７３の温度変化、不活性ガスの割合の変化等を示すタイミングチャートである。本実施形態の暖機処理では、暖機用燃焼器８０を起動してから第１基準時間ｔｔｈ１が経過すると、図１８の三段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が減少される。これにより、暖機用燃焼器８０が失火することで、図１８の二段目に示すように、不活性ガスの割合が低下する。そして、暖機用燃料の供給量を減少させてから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火していない場合は、図１８の五段目に示すように、改質器３３への燃料の供給量が増加される。これにより、図１８の二段目に示すように、不活性ガスの割合がさらに低下する。この状態が暫く継続されると、排ガス燃焼器７３は、失火領域の状態Ａから自着火領域の状態Ｃに遷移して自着火することで、図１８の一段目に示すように、排ガス燃焼器７３の温度が急上昇する。そして、暖機用燃焼器８０を起動してから第２基準時間ｔｔｈ２が経過すると、図１８の三段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が増加される。また、図１８の五段目に示すように、改質器３３への燃料の供給量が減少される。
その他は、第６実施形態で説明したものと同様である。本実施形態の燃料電池システム１は、第６実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第６実施形態と同様に得ることができる。特に、本実施形態の制御装置１００は、暖機処理時に暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量を減少させてから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火していない場合に、改質器３３への燃料の供給量を増加させる。これによると、不活性ガスの割合を小さくして、排ガス燃焼器７３の自着火を充分に促進させることができる。
（第８実施形態）
次に、第８実施形態について、図１９、図２０を参照して説明する。本実施形態では、第６実施形態と異なる部分について主に説明する。
本実施形態は、制御装置１００によって実行される暖機処理の一部が第６実施形態と異なっている。図１９に示すように、制御装置１００は、暖機処理として、ステップＳ９００～Ｓ９７０の処理を実行する。なお、ステップＳ９６０以外の処理は、第６実施形態で説明した処理（ステップＳ７６０以外の処理）と同様であるため、その説明を省略する。
図１９に示すように、ステップＳ９５０の判定処理にて第１着火促進処理を開始してから所定時間が経過していると判定された場合、制御装置１００は、ステップＳ９６０に移行し、第２着火促進処理を実行する。
具体的には、制御装置１００は、ステップＳ９６０にて、改質器３３へ供給する水の供給量が減少するように水ポンプ４１を制御するとともに、改質器３３へ供給する燃料の供給量が増加するように燃料ポンプ３２を制御する。制御装置１００は、例えば、水ポンプ４１の回転数を通常時よりも低い回転数に変更し、燃料ポンプ３２の回転数を通常時よりも高い回転数に変更する。これにより、排ガス燃焼器７３における不活性ガスの割合が充分に小さくなり、排ガス燃焼器７３の自着火が促進される。
図２０は、図５に対応するものであって、暖機処理時の排ガス燃焼器７３の温度変化、不活性ガスの割合の変化等を示すタイミングチャートである。本実施形態の暖機処理では、暖機用燃焼器８０を起動してから第１基準時間ｔｔｈ１が経過すると、図２０の三段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量が減少される。これにより、暖機用燃焼器８０が失火することで、図２０の二段目に示すように、不活性ガスの割合が低下する。そして、暖機用燃料の供給量を減少させてから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火していない場合は、図２０の六段目に示すように、改質器３３への水の供給量が減少される。また、図２０の五段目に示すように、改質器３３への燃料の供給量が増加される。これにより、図２０の二段目に示すように、不活性ガスの割合がさらに低下する。この状態が暫く継続されると、排ガス燃焼器７３は、失火領域の状態Ａから自着火領域の状態Ｃに遷移して自着火することで、図２０の一段目に示すように、排ガス燃焼器７３の温度が急上昇する。そして、暖機用燃焼器８０を起動してから第２基準時間ｔｔｈ２が経過すると、図２０の三段目および六段目に示すように、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給量および改質器３３への水の供給量が増加される。また、図２０の五段目に示すように、改質器３３への燃料の供給量が減少される。
その他は、第６実施形態で説明したものと同様である。本実施形態の燃料電池システム１は、第６実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される作用効果を第６実施形態と同様に得ることができる。特に、本実施形態の制御装置１００は、暖機処理時に暖機用燃料の暖機用燃焼器８０への供給量を減少させてから所定時間が経過しても排ガス燃焼器７３が自着火していない場合に、改質器３３への水の供給量を減少させるとともに燃料の供給量を増加させる。これによると、不活性ガスの割合を小さくして、排ガス燃焼器７３の自着火を充分に促進させることができる。
（第８実施形態の変形例）
第８実施形態では、第２着火促進処理として、改質器３３への水の供給量の減少および燃料の供給量の増加を同じタイミングで実施しているものを例示したが、第２着火促進処理は、これに限定されない。第２着火促進処理は、例えば、改質器３３への水の供給量の減少および燃料の供給量の増加の開始タイミングをずらすことで、改質器３３への水の供給量の減少および燃料の供給量の増加が異なるタイミングで実施されるようになっていてもよい。
（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
上述の実施形態では、処理実行条件として、排ガス燃焼器７３の内部温度が、自着火が想定される温度の下限として予め設定された着火基準温度以上になると成立する条件が用いられているものを例示したが、処理実行条件は、これに限定されない。処理実行条件は、排ガス燃焼器７３が失火している際に成立する条件が含まれていてもよい。例えば、処理実行条件は、排ガス燃焼器７３の内部の火炎を検出する火炎検出器からの出力に基づいて行われるようになっていてもよい。なお、火炎検出器としては、火炎の光源を感知する火炎センサ、火炎から放射される赤外線を検知するＩＲセンサ等を採用することができる。このことは、処理停止条件においても同様である。
また、第６実施形態で説明したように、排ガス燃焼器７３が失火している場合、触媒燃焼器７５の入口よりも出口の方が高温となる。このため、処理実行条件は、例えば、触媒燃焼器７５の入口よりも出口の方が高温となる際に成立する条件が含まれていてもよい。
上述の実施形態では、着火促進処理として、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給を停止させるものを例示したが、着火促進処理は、これに限定されない。着火促進処理は、暖機用燃焼器８０への暖機用燃料の供給を継続するものの、暖機用燃料の供給量を減少させる処理であってもよい。
上述の実施形態では、固体酸化物型の燃料電池１０を例示したが、これに限らず、燃料電池１０は、例えば、固体高分子型燃料電池（すなわち、ＰＥＦＣ）が採用されていてもよい。この場合、改質器３３で生成される水素が燃料ガスとなる。なお、改質器３３は、部分酸化改質反応により燃料ガスを生成可能に構成されていてもよい。
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御部及びその手法は、１以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御部及びその手法は、１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された１以上の専用コンピュータで実現されてもよい。
（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、改質器と、暖機用燃焼器と、暖機用燃料および暖機用空気の供給量を調整する暖機用調整部と、排ガス燃焼器と、制御装置と、を備える。排ガス燃焼器は、暖機用燃焼器を通過した通過ガスが流入するように暖機用燃焼器の下流に接続されている。制御装置は、排ガス燃焼器での自着火を促進する着火促進処理の処理実行条件が成立すると、通過ガスに含まれる不活性ガスが減少するように暖機用調整部を制御する。
第２の観点によれば、制御装置は、処理実行条件が成立すると、暖機用燃料および暖機用空気それぞれの暖機用燃焼器への供給量が減少するように暖機用調整部を制御する。このように、暖機用燃焼器での燃焼を制限すれば、排ガス燃焼器に流入する不活性ガスを減少させることができる。特に、暖機用燃料および暖機用空気それぞれの供給量を減少させることで、暖機用燃料および暖機用空気それぞれの供給量のバラツキに起因して排ガス燃焼器での燃焼が不安定となることを抑制することができる。
第３の観点によれば、排ガス燃焼器は、暖機用燃焼器の熱が伝わるように暖機用燃焼器に対して熱的に接触している。制御装置は、着火促進処理を実行する前の段階で暖機用空気の暖機用燃焼器への供給量が減少するように暖機用調整部を制御する。
このように、着火促進処理を実行する前の段階で暖機用空気の暖機用燃焼器への供給量が減少させることで暖機用燃焼器を昇温させることができる。これによると、暖機用燃焼器から排ガス燃焼器へ移動する熱量を増加させて排ガス燃焼器の温度を自着火温度に近づけることができる。
第４の観点によれば、制御装置は、処理実行条件が成立すると、暖機用燃料の暖機用燃焼器への供給量が、暖機用燃焼器で燃焼を維持するのに必要な暖機用燃料の必要量よりも一時的に少なくなるように暖機用調整部を制御する。
このように、暖機用燃焼器への暖機用燃料の供給量を必要量よりも減少させることで、暖機用燃焼器を一時的に失火させて、排ガス燃焼器に流入する不活性ガスを減少させることができる。加えて、暖機用燃焼器の失火によって排ガス燃焼器に燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入することで排ガス燃焼器の燃料ガスの濃度および酸化剤ガスの濃度それぞれが上昇するので、排ガス燃焼器の自着火温度を低下させることができる。
第５の観点によれば、制御装置は、暖機用燃料の暖機用燃焼器への供給量を必要量よりも少なくする期間、暖機用燃焼器での空燃比が、リーン失火が生じる限界空燃比を超えるように、暖機用調整部を制御する。
暖機用燃焼器はリッチ失火によって失火させることも可能であるが、この場合、暖機用燃焼器から排ガス燃焼器へ至る経路での酸化剤ガスの増加によって意図しない着火が発生する虞がある。これに対して、リーン失火により暖機用燃焼器を失火させれば、暖機用燃焼器から排ガス燃焼器へ至る経路での意図しない着火を防止することができる。なお、「空燃比」とは、暖機用燃料に対する酸化剤ガスの比である。また、「リーン失火」とは、燃料ガスの希薄となることで生ずる失火である。
第６の観点によれば、処理実行条件は、燃料電池の起動処理において排ガス燃焼器の内部温度が、自着火が想定される温度の下限として予め設定された着火基準温度以上になると成立する条件を含んでいる。
排ガス燃焼器の内部での不活性ガスの割合が高いと、排ガス燃焼器の内部温度が、自着火が想定される着火基準温度以上になっても排ガス燃焼器が失火している可能性が高い。このため、処理実行条件を排ガス燃焼器の内部温度が着火基準温度以上で成立する条件とすることで、排ガス燃焼器の着火促進処理を適切なタイミングで実行することができる。
第７の観点によれば、燃料電池システムは、酸化触媒を含む触媒燃焼器を備える。触媒燃焼器は、排ガス燃焼器の下流側に設けられている。着火促進処理の処理停止条件は、燃料電池の起動処理において触媒燃焼器の出口よりも入口の方が高温になると成立する条件を含んでいる。
排ガス燃焼器が着火している場合、触媒燃焼器は出口よりも入口の方が高温になる。このため、処理停止条件を触媒燃焼器の出口よりも入口の方が高温になると成立する条件とすることで、排ガス燃焼器の着火促進処理を適切なタイミングで停止させることができる。
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
３３ 改質器
７３ 排ガス燃焼器
８０ 暖機用燃焼器
８３ 燃料調整部
８４ 空気調整部
１００ 制御装置

Claims (10)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
    燃料を改質して前記燃料ガスを生成する改質器（３３）と、
    暖機用燃料および暖機用空気を燃焼させて前記燃料電池を暖機する暖機用燃焼器（８０）と、
    前記暖機用燃焼器への前記暖機用燃料および前記暖機用空気のうち少なくとも一方の供給量を調整する暖機用調整部（８３、８４）と、
    前記燃料電池から排出されるオフ燃料およびオフ空気を燃焼させて少なくとも前記改質器を暖機する排ガス燃焼器（７３）と、
    前記暖機用調整部を制御する制御装置（１００）と、を備え、
    前記排ガス燃焼器は、前記暖機用燃焼器を通過した通過ガスが流入するように前記暖機用燃焼器の下流に接続されており、
    前記制御装置は、前記排ガス燃焼器での自着火を促進する着火促進処理の処理実行条件が成立すると、前記通過ガスに含まれる不活性ガスが減少するように前記暖機用調整部を制御する燃料電池システム。
  2. 前記制御装置は、前記処理実行条件が成立すると、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量が減少するように前記暖機用調整部を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記排ガス燃焼器は、前記暖機用燃焼器の熱が伝わるように前記暖機用燃焼器に対して熱的に接触しており、
    前記制御装置は、前記着火促進処理を実行する前の段階で前記暖機用空気の前記暖機用燃焼器への供給量が減少するように前記暖機用調整部を制御する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御装置は、前記処理実行条件が成立すると、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量が、前記暖機用燃焼器で燃焼を維持するのに必要な前記暖機用燃料の必要量よりも一時的に少なくなるように前記暖機用調整部を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記制御装置は、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量を前記必要量よりも少なくする期間、前記暖機用燃焼器での空燃比が、リーン失火が生じる限界空燃比を超えるように、前記暖機用調整部を制御する請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記処理実行条件は、前記燃料電池の起動処理において前記排ガス燃焼器の内部温度が、前記排ガス燃焼器での自着火が想定される温度の下限として予め設定された着火基準温度以上になると成立する条件を含んでいる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  7. 酸化触媒を含む触媒燃焼器（７５）を備え、
    前記触媒燃焼器は、前記排ガス燃焼器の下流側に設けられており、
    前記着火促進処理の処理停止条件は、前記触媒燃焼器の出口よりも入口の方が高温になると成立する条件を含んでいる請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  8. 前記制御装置は、前記処理実行条件が成立すると、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量が減少するように前記暖機用調整部を制御し、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量を減少させてから所定時間が経過しても前記排ガス燃焼器が自着火していない場合に、前記改質器への水の供給量を減少させる、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  9. 前記制御装置は、前記処理実行条件が成立すると、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量が減少するように前記暖機用調整部を制御し、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量を減少させてから所定時間が経過しても前記排ガス燃焼器が自着火していない場合に、前記改質器への燃料の供給量を増加させる、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  10. 前記制御装置は、前記処理実行条件が成立すると、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量が減少するように前記暖機用調整部を制御し、前記暖機用燃料の前記暖機用燃焼器への供給量を減少させてから所定時間が経過しても前記排ガス燃焼器が自着火していない場合に、前記改質器への水の供給量を減少させるとともに前記改質器への燃料の供給量を増加させる、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
JP2021010462A 2020-01-31 2021-01-26 燃料電池システム Active JP7452449B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020014984 2020-01-31
JP2020014984 2020-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021125464A JP2021125464A (ja) 2021-08-30
JP7452449B2 true JP7452449B2 (ja) 2024-03-19

Family

ID=77459468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021010462A Active JP7452449B2 (ja) 2020-01-31 2021-01-26 燃料電池システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7452449B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7439622B2 (ja) 2020-04-02 2024-02-28 株式会社アイシン 燃料電池システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006318714A (ja) 2005-05-11 2006-11-24 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2013157212A (ja) 2012-01-30 2013-08-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池モジュール
JP2014032823A (ja) 2012-08-02 2014-02-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
WO2015141707A1 (ja) 2014-03-19 2015-09-24 住友精密工業株式会社 燃焼器及び燃料電池システム
JP2016012519A (ja) 2014-06-30 2016-01-21 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP2019046696A (ja) 2017-09-05 2019-03-22 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび起動制御方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006318714A (ja) 2005-05-11 2006-11-24 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2013157212A (ja) 2012-01-30 2013-08-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池モジュール
JP2014032823A (ja) 2012-08-02 2014-02-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
WO2015141707A1 (ja) 2014-03-19 2015-09-24 住友精密工業株式会社 燃焼器及び燃料電池システム
JP2016012519A (ja) 2014-06-30 2016-01-21 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP2019046696A (ja) 2017-09-05 2019-03-22 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび起動制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021125464A (ja) 2021-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5416347B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池発電システムおよびその起動方法
EP1581334B1 (en) Fuel vaporizing device
JP2010238624A5 (ja)
US6991663B2 (en) Hydrogen-rich gas supply device for fuel cell
JP2010238623A5 (ja)
KR100502865B1 (ko) 촉매 연소기용 제어 장치 및 촉매 연소기의 동작 제어 방법
JP2008108546A (ja) 燃料電池システム
JP7452449B2 (ja) 燃料電池システム
KR20110127710A (ko) 연료 전지 시스템
KR20110120354A (ko) 연료 전지 시스템
JP7162170B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP7103108B2 (ja) 燃料電池システム
JP5309799B2 (ja) 改質装置および燃料電池システム
JP2020113404A (ja) 燃料電池システム
JP6458252B2 (ja) 水素生成装置と、それを備えた燃料電池システム、および、それらの運転方法
JP7298495B2 (ja) 燃料電池システム
JP7367736B2 (ja) 燃料電池モジュール
US7547333B2 (en) Fuel reforming system
JP2019169256A (ja) 高温動作型燃料電池システム
WO2024033614A1 (en) Fuel cell system and method of operating the same
JPWO2019026156A1 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2010150134A (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
TW202414872A (zh) 燃料電池系統及操作其之方法
JP2020170684A (ja) 燃料電池システム
JP2019164988A (ja) 固体酸化物形燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230515

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7452449

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150