WO2016084372A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2016084372A1
WO2016084372A1 PCT/JP2015/005858 JP2015005858W WO2016084372A1 WO 2016084372 A1 WO2016084372 A1 WO 2016084372A1 JP 2015005858 W JP2015005858 W JP 2015005858W WO 2016084372 A1 WO2016084372 A1 WO 2016084372A1
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fuel cell
temperature
reformer
power generation
cell system
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尾沼　重徳
鵜飼　邦弘
大 白濱
斎藤　健
陽祐 赤木
泰一郎 坂本
大江　俊春
大塚　俊治
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パナソニック株式会社
Toto株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an operation stop process of a fuel cell system.
  • a solid oxide fuel cell system supplies a hydrogen-containing gas and air to a fuel cell, which is a main body of a power generation unit, and generates chemical energy generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air.
  • a fuel cell which is a main body of a power generation unit, and generates chemical energy generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air.
  • the solid oxide fuel cell operates at a high temperature of 500 ° C to 900 ° C.
  • the solid oxide fuel cell system includes a hydrogen generator to generate a hydrogen-containing gas (reformed gas).
  • the hydrogen generation apparatus uses a fossil raw material such as city gas mainly composed of natural gas or LPG as a raw material (power generation raw material) for generating a hydrogen-containing gas.
  • the hydrogen generator is provided with a reformer, and this reformer reacts the power generation raw material with water vapor (reforming reaction) at a high temperature of about 600 ° C. using, for example, a Ru catalyst or a Ni catalyst, A contained gas is generated.
  • the reformer is maintained at a high temperature of 400 ° C to 700 ° C during steady operation of the solid oxide fuel cell system, and is continuously supplied with power generation raw materials and water, and contains hydrogen by a reforming reaction by a catalyst. Generate gas.
  • the solid oxide fuel cell system also includes an evaporator that generates water vapor necessary for the reforming reaction in the reformer from water supplied from the outside.
  • the evaporator is maintained at a high temperature of 100 ° C. to 300 ° C. during steady state operation of the solid oxide fuel cell system.
  • the fuel cell, the reformer, the evaporator, etc. operating at a high temperature are cooled to a predetermined temperature, and the reformer It is necessary to purge the hydrogen-containing gas remaining inside, the fuel cell, and the flow path through which the hydrogen-containing gas flows. This is for the following reason. Since the remaining hydrogen-containing gas contains water vapor, water condenses when the temperature falls below the dew point during the cooling process. At that time, air enters from the outside due to a pressure drop. Therefore, the anode material is oxidized by the invading air.
  • an operation stop process is a process from the reception of the power generation stop instruction until the supply of the hydrogen-containing gas and the oxidant gas is stopped.
  • the supply stop of the hydrogen-containing gas and the oxidant gas is, for example, a solid oxide fuel
  • the configuration may be performed when the battery stack temperature or the reformer temperature reaches a predetermined temperature (for example, 100 degrees).
  • the present invention provides a fuel cell system that can safely stop operation while preventing a decrease in durability.
  • a fuel cell system supplies a solid oxide fuel cell and a hydrogen-containing gas generated by reforming a power generation raw material to the anode of the solid oxide fuel cell.
  • a reformer, a power generation raw material supply device that supplies the power generation raw material to the reformer, and at least one of reforming water and air used in a reforming reaction with respect to the reformer A reforming material supplier to be supplied, an oxidant gas supplier for supplying an oxidant gas to the cathode of the solid oxide fuel cell, and an igniter for igniting exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell
  • a fuel cell system comprising: a combustion section having a controller; and a controller, wherein in the operation stop process of the fuel cell system, the controller controls the oxidant gas supply device to supply the oxidant gas.
  • Solid oxide fuel Supply to the cathode of the battery control the power generation raw material supplier and the reforming material supply device, and intermittently supply the power generation raw material and at least one of the water and air to the reformer
  • the ignition unit included in the combustion unit is controlled to perform an ignition operation.
  • the fuel cell system supplies a solid oxide fuel cell and a hydrogen-containing gas generated by reforming a power generation raw material to the solid oxide fuel cell.
  • a combustible gas flow path that is a flow path from the power generation raw material supply device to the solid oxide fuel cell, through which the power generation raw material or the hydrogen-containing gas that is a combustible gas flows, and the oxidant The gas flows from the oxidant gas supply device to the solid.
  • a controller for controlling the operation of the solid oxide fuel cell wherein the controller controls the power generation material supply device and the reforming water supply device to generate the power generation material.
  • water are circulated through the combustible gas flow path, and the oxidant gas is circulated through the oxidant gas flow path by controlling the oxidant gas supply unit.
  • the fuel cell system according to the present invention is configured as described above, and has an effect that the operation can be safely stopped while preventing a decrease in durability. Furthermore, the configuration in which the power generation raw material and at least one of water and air are intermittently supplied to the reformer is faster than the configuration in which the power generation raw material is continuously supplied to the reformer. There is also an effect that the temperature of the solid oxide fuel cell and the reformer can be lowered.
  • FIG. 1 It is a flowchart which shows an example of the operation stop process of the fuel cell system which concerns on the modification 2 of Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows an example of the time-sequential change of each part when a fuel cell system operate
  • FIG. It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on the modification 3 of Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the time-sequential change of each part when a fuel cell system operate
  • FIG. It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on the modification 5 of Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart which shows an example of the operation stop process of the fuel cell system which concerns on the modification 5 of Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows an example of the time-sequential change of each part when a fuel cell system operate
  • FIG. 1 It is a flowchart which shows an example of the operation stop process of the fuel cell system which concerns on the modification 6 of Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows an example of the time-sequential change of each part when a fuel cell system operate
  • FIG. 2 It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • Embodiment 2 of this invention It is a flowchart which shows an example of the operation stop process of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • the present inventors have found that the combustible power generation material used for the purge can be burned before being discharged out of the system, so that the operation can be safely stopped. It has also been found that carbon deposition at the reformer or anode of a solid oxide fuel cell can be prevented by purging with a hydrogen-containing gas (reformed gas) obtained by reforming the power generation material instead of the power generation material.
  • the present invention has been reached.
  • the present invention specifically provides the following modes.
  • Patent Document 1 it is necessary to supply a purge gas (for example, a power generation raw material) to the anode even when the stack temperature of the fuel cell is a low temperature of about 150 ° C. to 300 ° C. in the operation stop process. I found out. This is because when the purge gas is not supplied to the anode, air flows from the outside to the downstream side of the anode, a local battery is formed between the upstream portion of the anode and the downstream portion of the anode, and the anode material is oxidized. Because there is a possibility of doing.
  • a purge gas for example, a power generation raw material
  • the purge gas for example, oxidant gas
  • the purge gas for example, power generation raw material
  • the purge gas supplied to the anode may flow in from the downstream side of the cathode. This is because the reformed water remaining in the system after the fuel cell stops evaporates due to excess heat, and the pressure of the anode of the fuel cell is higher than that of the cathode.
  • the purge gas supplied to the anode flows into the cathode, the cathode material may be reduced and the performance of the fuel cell may be deteriorated.
  • the present inventors are configured to supply a hydrogen-containing gas (reformed gas) to the anode and an oxidant gas to the cathode until the stack temperature of the fuel cell decreases to about 150 ° C. By doing so, it was found that oxidation of the anode and reduction of the cathode can be prevented. Further, in order to supply a hydrogen-containing gas (reformed gas) generated by reforming the raw material gas in a predetermined temperature range where the hydrocarbon raw material is decomposed and carbon deposition occurs, the power generation raw material is supplied to the anode. The inventors have found that the carbon deposition that occurs in can be prevented, and have reached the present invention.
  • the present invention specifically provides the following modes.
  • a fuel cell system includes a solid oxide fuel cell and a reformer that supplies a hydrogen-containing gas generated by reforming a power generation raw material to the anode of the solid oxide fuel cell.
  • a power generation raw material supplier that supplies the power generation raw material to the reformer; and a reformer that supplies at least one of reforming water and air used in a reforming reaction to the reformer Combustion section having a material supplier, an oxidant gas supplier for supplying an oxidant gas to the cathode of the solid oxide fuel cell, and an igniter for igniting the exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell
  • a controller wherein in the operation stop process of the fuel cell system, the controller controls the oxidant gas supply unit to convert the oxidant gas into the solid oxide.
  • the power generation raw material supply device and the reforming material supply device to supply the power generation raw material and at least one of the water and air to the reformer intermittently, and An ignition operation is performed by controlling the ignite
  • the controller controls the oxidant gas supply device to supply the oxidant gas to the cathode of the solid oxide fuel cell, the oxidant gas supplies the solid oxide fuel from the oxidant gas supply device. Purge along the path to the battery cathode can be performed. Further, the controller controls the power generation raw material supply device and the reforming material supply device to intermittently supply the power generation raw material and at least one of water and air to the reformer. That is, the hydrogen-containing gas generated by the reforming reaction in the reformer using the power generation raw material and at least one of water and air can be intermittently supplied to the anode of the solid oxide fuel cell. .
  • purging can be performed in the path from the reformer to the anode of the solid oxide fuel cell with the hydrogen-containing gas. Further, since the hydrogen-containing gas used for purging is not exposed to a high temperature like hydrocarbon raw materials such as power generation raw materials, carbon deposition does not occur, so that it is possible to prevent a decrease in durability of the fuel cell system due to carbon deposition.
  • the oxidant gas and hydrogen-containing gas supplied to the solid oxide fuel cell are exhausted from the solid oxide fuel cell as exhaust gas.
  • the exhaust gas can be ignited and combusted by an igniter in the combustion section. Therefore, it is possible to prevent the combustible gas from being discharged out of the fuel cell system as it is.
  • the fuel cell system according to the first aspect of the present invention has an effect that the operation can be safely stopped while preventing a decrease in durability. Furthermore, a configuration in which power generation raw materials and the like are continuously supplied to the reformer by a configuration in which power generation raw materials and at least one of water and air (hereinafter referred to as power generation raw materials) are intermittently supplied to the reformer. As compared with the above, there is an effect that the temperature of the solid oxide fuel cell and the reformer can be lowered more quickly. For example, in the operation of stopping the operation of the fuel cell system, in the case of a configuration in which the power generation raw material or the like is continuously supplied to the reformer, the supply device that supplies the power generation raw material or the like continuously operates.
  • the fuel cell system according to the first aspect of the present invention is configured to intermittently supply power generation raw materials and the like, the exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell is continuously burned. Can be prevented. Therefore, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention lowers the temperature of the solid oxide fuel cell, the reformer, etc. faster than the configuration in which the power generation raw material is continuously supplied. Can do.
  • the fuel cell system according to the second aspect of the present invention is the combustible gas included in the combustion exhaust gas provided in the downstream side of the combustion part and discharged from the combustion part in the first aspect described above.
  • a purifier temperature detector for detecting the temperature of the purifier as a temperature detector for detecting the temperature of the fuel cell system, and the detection by the purifier temperature detector
  • the controller may be configured to control the igniter to perform an ignition operation.
  • the predetermined temperature is, for example, a lower limit value of the temperature at which the purification catalyst included in the purifier is activated.
  • the igniter when the purifier temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the igniter is not operated and the combustible gas is purified by the purifier.
  • the controller when the temperature of the purifier is lower than the predetermined temperature, the controller has not reached the temperature at which the purifying catalyst is activated. Therefore, the controller operates the igniter to burn the combustible gas in the combustion section.
  • the purification of the remaining combustible gas can be achieved by combining a purifier capable of purifying the combustible gas at a temperature lower than that of the combustion portion and a combustion portion for burning and purifying the combustible gas. Can be achieved more reliably, and the amount of heat required in the combustion section can be suppressed. Therefore, the temperature of the fuel cell system can be more reliably and efficiently reduced as compared with the configuration in which the combustible gas is purified only by the combustion part. In addition, since the amount of heat required in the combustion section and the supply amount of raw materials can be suppressed, it is possible to reduce energy consumption and shorten the stop time in the stop operation of the fuel cell system.
  • the fuel cell system according to the third aspect of the present invention may include a desulfurizer for removing sulfur compounds contained in the power generation raw material in the first or second aspect described above. Good.
  • the fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the third aspect described above, wherein the exhaust gas burned in the combustion section is circulated, and the desulfurizer is turned on by the heat of the burned exhaust gas. You may be comprised so that the heating part to heat may be provided.
  • the desulfurizer can be heated by effectively utilizing the heat of the combusted exhaust gas.
  • the desulfurizer is a hydrodesulfurizer that removes sulfur compounds from the power generation raw material using hydrogen. It may be.
  • the fuel cell system according to a sixth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects described above, wherein the controller includes at least one of the power generation raw material, the water and air.
  • the intermittent supply to either one of the reformers may be performed by operating the power generation material supply device and the reforming material supply device at predetermined time intervals.
  • the controller can intermittently supply the power generation raw material and at least one of water and air to the reformer at predetermined time intervals. For this reason, purging in the path from the reformer to the anode of the solid oxide fuel cell can be performed with the hydrogen-containing gas while suppressing the consumption of the power generation raw material, compared to the configuration in which the power generation raw material is always supplied. .
  • the fuel cell system according to a seventh aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the third to fifth aspects described above, wherein the reformer, the solid oxide fuel cell, and the desulfurizer.
  • the temperature of the fuel cell system changes in conjunction with each other, and as a temperature detection unit for detecting the temperature of the fuel cell system, a reformer temperature detection unit for detecting the temperature of the reformer, and the solid oxide fuel cell At least one of a fuel cell temperature detection unit for detecting temperature and a desulfurizer temperature detection unit for detecting the temperature of the desulfurizer, and the controller includes the power generation raw material, the water and air At least one of the intermittent supply to the reformer was detected by at least one of the reformer temperature detector, the fuel cell temperature detector, and the desulfurizer temperature detector.
  • temperature Depending on whether the temperature range of the constant, may be configured to perform controls the power generation raw material supply unit and the reforming material feeder.
  • each temperature change in each part is stored in association with each other, so that The temperature change of another member can be grasped from the temperature change.
  • the controller intermittently supplies the power generation raw material and at least one of water and air to the reformer, at least the reformer temperature detection unit, the fuel cell temperature detection unit, and the desulfurization. This can be performed depending on whether the temperature detected by any one of the temperature detectors is within a predetermined temperature range.
  • the predetermined temperature range used for determining whether or not to intermittently supply the power generation raw material and at least one of water and air to the reformer is, for example, a reformer, a solid oxide form, or the like.
  • the fuel cell and the desulfurizer can be determined within a range where the temperature does not become excessive.
  • the fuel cell system according to the seventh aspect is characterized in that the reformer, the solid oxide fuel cell, and the desulfurizer are monitored from the reformer by the hydrogen-containing gas while monitoring so as not to overheat. Purging can be performed in the path leading to the anode of the fuel cell.
  • the controller is configured to supply the reformer with the power generation raw material and at least one of the water and air. Is intermittently supplied according to at least a rise value and a fall value of the temperature detected by any one of the reformer temperature detection unit, the fuel cell temperature detection unit, and the desulfurizer temperature detection unit,
  • the power generation raw material supply device and the reforming material supply device may be configured to be controlled.
  • a fuel cell system is the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects described above, from the power generation raw material supply device to the anode of the solid oxide fuel cell.
  • the controller includes the power generation raw material and at least one of the water and air.
  • the intermittent supply to the reformer may be performed by operating the power generation raw material supply device and the reforming material supply device at predetermined time intervals.
  • the controller when the pressure in the combustible gas flow path becomes negative, the controller intermittently supplies the power generation raw material and at least one of water and air to the reformer for a predetermined time. Do this at every interval. For this reason, the combustible gas flow path is monitored so that air does not flow in from the outside, and in the case of negative pressure, the power generation raw material and at least one of water and air are supplied. The pressure of the combustible gas channel can be increased.
  • purge is performed in a path from the reformer to the anode of the solid oxide fuel cell by the hydrogen-containing gas while preventing air from flowing into the combustible gas flow path from the outside. It can be performed.
  • the fuel cell system according to a tenth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a voltage detector that detects the voltage of the solid oxide fuel cell. Each time the voltage detected by the voltage detector falls below a predetermined voltage, the controller supplies the power generation raw material and at least one of the water and air to the reformer. The power generation raw material supplier and the reforming material supplier may be controlled.
  • the predetermined voltage is a voltage that can be detected in the solid oxide fuel cell when the pressure of the combustible gas passage becomes negative and air flows in from the outside.
  • the controller supplies the power generation raw material and at least one of water and air to the reformer each time the voltage of the solid oxide fuel cell detected by the voltage detector becomes a predetermined voltage or less.
  • the combustible gas flow path becomes negative pressure and air enters from the outside. I understand that. Therefore, when the voltage of the solid oxide fuel cell is equal to or lower than the predetermined voltage, the pressure of the combustible gas flow path is increased by supplying the power generation raw material and at least one of water and air, and from the outside. Intrusion of air can be suppressed.
  • a predetermined temperature for example, 120 ° C.
  • the purge in the path from the reformer to the anode of the solid oxide fuel cell is performed by the hydrogen-containing gas while preventing air from flowing into the combustible gas flow path from the outside. It can be performed.
  • the fuel cell system according to an eleventh aspect of the present invention is the reforming material used in the reforming reaction with respect to the reformer in the ninth aspect described above.
  • a reforming water supply device for supplying water, an evaporator for vaporizing water supplied from the reforming water supply device to the reformer, a heater for heating the evaporator, and the oxidizing agent
  • An oxidant gas flow path which is a flow path from the oxidant gas supply unit to the solid oxide fuel cell, through which gas flows, the evaporator, the reformer, and the solid oxide type
  • the temperature of the fuel cell changes in conjunction with each other.
  • an evaporator temperature detection unit for detecting the temperature of the evaporator, and a temperature of the reformer are detected.
  • Reformer temperature detector, and the temperature of the solid oxide fuel cell At least one of the fuel cell temperature detectors for detecting the fuel cell, and in the operation stop process of the fuel cell system, the controller controls the power generation material supplier and the reforming water supplier.
  • the power generation raw material and water are circulated through the combustible gas flow path, and the oxidant gas supply device is controlled to flow the oxidant gas through the oxidant gas flow path.
  • the controller controls the heater to heat the evaporator when it is determined that the operating temperature of the evaporator is lower than the lower limit. For this reason, in accordance with the temperature drop in the fuel cell shutdown process, the evaporator cannot sufficiently evaporate water, and it is possible to prevent a problem that the reforming reaction does not proceed sufficiently in the reformer. Can do. Therefore, it is possible to continuously generate the hydrogen-containing gas in the reformer even in the fuel cell shutdown process, and to purge the combustible gas channel with the hydrogen-containing gas.
  • a fuel cell system includes a fuel cell, a reformer that supplies a hydrogen-containing gas generated by reforming a power generation material to the fuel cell, and the power generation material as the reformer.
  • the power generation raw material supply device to be supplied to the reformer, the reforming water supply device to supply water to be used for the reforming reaction in the reformer to the reformer, and the reforming water supply device to be supplied to the reformer An evaporator that vaporizes water, a heater that heats the evaporator, an oxidant gas supplier that supplies an oxidant gas to the fuel cell, and the power generation raw material or the hydrogen-containing gas that is a combustible gas
  • a combustible gas flow path that is a flow path from the power generation raw material supply unit to the fuel cell, and an oxidation that is a flow path from the oxidant gas supply unit to the fuel cell through which the oxidant gas flows.
  • the heater is controlled to be heated by the heater.
  • the lower limit value of the operating temperature of the evaporator is the lower limit value of the temperature of the evaporator necessary for vaporizing water.
  • the controller causes the power generation raw material and the water to flow through the combustible gas flow path in the fuel cell shutdown process. For this reason, the power generation raw material and water become hydrogen-containing gas by the reforming reaction in the reformer, and the combustible gas flow path can be purged by the hydrogen-containing gas.
  • the combustible gas flow path can be purged with the hydrogen-containing gas, so that the combustible gas generated by the pressure drop accompanying the gas contraction in the combustible gas flow path and the water vapor condensing as the temperature decreases. Air can be prevented from flowing in from the outside in accordance with the pressure drop in the flow path. Therefore, in addition to oxidation by air on the downstream side of the anode at low temperatures, oxidation due to local battery generation on the upstream side of the anode due to intrusion of air from the downstream side of the anode can be suppressed.
  • the combustible gas flow path is purged with a hydrogen-containing gas, even when the operation is stopped in a high temperature state, it is decomposed, for example, as a power generation raw material, and the reforming catalyst of the fuel cell anode and reformer No carbon deposition occurs. For this reason, deterioration of the anode and the reforming catalyst can be prevented, and durability can be improved.
  • the controller causes the oxidant gas to flow through the oxidant gas flow path. For this reason, since the inside of the oxidant gas flow path can be purged by the oxidant gas, the hydrogen-containing gas is prevented from flowing into the oxidant gas flow path from the combustible gas flow path in the fuel cell shutdown process. be able to.
  • the controller controls the heater to heat the evaporator. For this reason, in accordance with the temperature drop in the fuel cell shutdown process, the evaporator cannot sufficiently evaporate water, and it is possible to prevent a problem that the reforming reaction does not proceed sufficiently in the reformer. Can do. Therefore, it is possible to continuously generate the hydrogen-containing gas in the reformer even in the fuel cell shutdown process, and to purge the combustible gas channel with the hydrogen-containing gas.
  • the fuel cell system according to the present invention has an effect that the operation can be stopped while improving the durability.
  • the fuel cell system is the purifier for purifying the exhaust gas containing the combustible gas and the oxidant gas discharged from the fuel cell in the twelfth aspect.
  • the temperature detector detects at least one of the temperatures of the evaporator, the reformer, and the fuel cell, and the temperature of the purifier that changes in conjunction therewith. It may be configured to.
  • a fuel cell system according to a fourteenth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the twelfth or thirteenth aspect, provided separately from the reformer, reforming a power generation raw material, A pre-reformer for supplying, and when the controller determines that the operating temperature of the evaporator has become a lower limit value or less based on the detection result of the temperature detector, the controller uses the heater together with the evaporator.
  • the configuration may be such that the pre-reformer is controlled to be heated.
  • the pre-reformer is provided, and the pre-reformer is heated together with the evaporator by the heater. For this reason, even if the reforming reaction does not proceed sufficiently in the reformer due to the temperature drop of the reformer after the fuel cell is stopped, it is heated by a heater instead of the reformer.
  • the reforming reaction can be advanced by the preliminary reformer.
  • the hydrogen-containing gas is continuously generated in the reformer even in the fuel cell shutdown process, and the combustible gas flow path is generated by the hydrogen-containing gas. Can be purged.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 will be described by taking as an example a configuration including a solid oxide fuel cell as the fuel cell 1, but is not limited thereto.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell 1, a reformer 2, a combustion unit 3 having an igniter 4, a power generation raw material supplier 5, an oxidant gas supplier 6,
  • a reforming material flow path 10 a combustible gas flow path 11, an oxidant gas flow path 12, and a combustion exhaust gas flow path 13 are provided as flow paths that connect the respective parts. .
  • the power generation raw material supply device 5 supplies power generation raw material to the reformer 2 and may be configured to be able to adjust the flow rate of the power generation raw material supplied to the reformer 2.
  • the power generation raw material supplier 5 may be configured to include a booster and a flow rate adjustment valve, or may be configured to include only one of these.
  • the booster for example, a constant displacement pump driven by a motor is used, but is not limited thereto.
  • the power generation raw material is supplied from a power generation raw material supply source. Examples of the power generation raw material supply source include a gas cylinder and a gas infrastructure.
  • the oxidant gas supply device 6 supplies an oxidant gas to the cathode 21 of the fuel cell 1 and may be configured to be capable of adjusting the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode 21 of the fuel cell 1.
  • the oxidant gas supply device 6 may be configured to include a booster and a flow rate adjustment valve, or may be configured to include only one of these.
  • the booster for example, a constant displacement pump driven by a motor is used, but is not limited thereto.
  • the oxidant gas include air in the atmosphere.
  • the reforming material supplier 7 supplies the reformer 2 with water (steam) or air used for the reforming reaction, and the flow rate of water (steam) or air supplied to the reformer 2 can be adjusted. It may be configured. That is, when the reformer 2 is configured to generate a hydrogen-containing gas (reformed gas) by a steam reforming reaction, the reforming material supply unit 7 supplies water (steam) to the reformer 2 and modifies it. When the mass device 2 is configured to generate a hydrogen-containing gas by a partial oxidation reforming reaction, the reforming material supply device 7 supplies air to the reformer 2. When the reformer 2 is configured to generate a hydrogen-containing gas by an autothermal reaction, the reforming material supplier 7 supplies at least one of water (steam) and air to the reformer 2.
  • the reforming material supply unit 7 may be configured to include a booster and a flow rate adjustment valve, or may be configured to include only one of these. As the booster, for example, a constant displacement pump driven by a motor is used, but is not limited thereto
  • the reforming material flow path 10 is a flow path from the reforming material supply device 7 to a merging portion (not shown) on the upstream side of the reformer 2 in the combustible gas flow path 11. At least one of water and air used in the reforming reaction carried out in 1 is circulated.
  • the combustible gas flow path 11 is a flow path from the power generation raw material supply device 5 to the anode 20 of the fuel cell 1 through the reformer 2, and a power generation raw material or hydrogen-containing gas which is a combustible gas flows therethrough.
  • the combustible gas passage 11 corresponds to a section from the power generation raw material supplier 5 to the downstream end of the anode 20 in the fuel cell 1. That is, the combustible gas flow path 11 includes a flow path for guiding the power generation raw material from the power generation raw material supply device 5 to the reformer 2, and a hydrogen-containing gas generated by reforming the power generation raw material in the reformer 2. It is a flow path obtained by adding a flow path for guiding to the fuel cell 1.
  • the oxidant gas flow path 12 is a flow path from the oxidant gas supply device 6 to the cathode 21 of the fuel cell 1, and the oxidant gas flows therethrough. As shown in FIG. 1, the oxidant gas flow path 12 corresponds to a section from the oxidant gas supply device 6 to the downstream end of the cathode 21 of the fuel cell 1.
  • the fuel cell 1 generates power using the hydrogen-containing gas (reformed gas) supplied from the reformer 2 through the combustible gas flow path 11 and the oxidant gas supplied through the oxidant gas flow path 12.
  • a solid oxide fuel cell that generates electricity by reaction can be exemplified.
  • the fuel cell 1 includes an anode 20 to which a hydrogen-containing gas is supplied and a cathode 21 to which an oxidant gas is supplied.
  • the fuel cell 1 is a unit of a fuel cell that generates power by performing a power generation reaction between the anode 20 and the cathode 21.
  • a plurality of cells are connected in series to form a cell stack.
  • the fuel cell 1 may have a configuration in which cell stacks connected in series are further connected in parallel.
  • a single cell of the fuel cell constituting the fuel cell for example, a single cell of a fuel cell made of zirconia doped with yttria (YSZ), zirconia doped with ytterbium or scandium, or a lanthanum gallate solid electrolyte is used. Can do.
  • the power generation reaction is performed in a temperature range of about 600 to 900 ° C., depending on the thickness.
  • the combustion unit 3 is an area for flame burning the hydrogen-containing gas and the oxidant gas that are not used for power generation in the fuel cell 1.
  • An igniter 4 is provided in the combustion unit 3, and the hydrogen-containing gas introduced into the combustion unit 3 is ignited by the igniter 4 and flame-combusted together with the oxidant gas.
  • the flame combustion generates heat necessary for the fuel cell 1, the reformer 2, and the like, and generates combustion exhaust gas.
  • the generated combustion exhaust gas is discharged out of the system through the combustion exhaust gas passage 13.
  • each of the fuel cell 1, the reformer 2, and the combustion unit 3 is housed in a so-called hot module covered with a heat insulating member. And may be housed together.
  • the combustion exhaust gas generated in the combustion unit 3 is released out of the system through the combustion exhaust gas passage 13, but in order to effectively use the thermal energy of the high-temperature combustion exhaust gas, for example, the combustion exhaust gas passage 13
  • a heat exchanger is provided, and the temperature of the oxidant gas is raised by heat exchange with the oxidant gas sent to the cathode 21, so that operation with a higher energy utilization rate becomes possible.
  • the combustible gas passage 11 is purged using the hydrogen-containing gas obtained by reforming the power generation material in the operation stop process, and the oxidizing gas is used using the oxidizing gas.
  • Each channel 12 is purged.
  • the hydrogen-containing gas is introduced into the combustion unit 3 from the anode side of the fuel cell 1.
  • the power generation raw material and the hydrogen-containing gas are collectively referred to as a combustible gas.
  • an oxidant gas is introduced from the cathode 21 side of the fuel cell 1.
  • the igniter 4 will ignite combustible gas and will carry out flame combustion with oxidizing agent gas.
  • the reformer 2 generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a power generation raw material and at least one of water for reforming and air.
  • Examples of the reforming reaction performed in the reformer 2 include a steam reforming reaction, an autothermal reaction, and a partial oxidation reaction as described above.
  • the fuel cell system 100 may appropriately include necessary equipment according to the reforming reaction performed in the reformer 2.
  • the fuel cell system 100 may include an evaporator that generates steam and a water supplier that supplies water to the evaporator.
  • the power generation raw material supplied to the fuel cell system 100 includes at least an organic compound having carbon and hydrogen as constituent elements.
  • Specific examples of the power generation raw material include city gas mainly composed of methane, natural gas, gas containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen such as LPG and LNG, hydrocarbon, and alcohol such as methanol. Illustrated.
  • the controller 8 controls various operations of each part of the fuel cell system 100. For example, when performing the purge in the operation stop process of the fuel cell system 100, the controller 8 depends on the elapsed time from the operation stop of the fuel cell 1, the temperature of the fuel cell 1, the temperature of the reformer 2, or the like. The power generation raw material supplier 5, the oxidant gas supplier 6, and the reforming material supplier 7 are controlled. The controller 8 adjusts the supply amount of the power generation raw material supplied to the reformer 2 and water (steam) or air, or adjusts the supply amount of the oxidant gas supplied to the fuel cell 1. .
  • the controller 8 may include a timer (not shown) and control the supply amounts of the power generation raw material and the oxidant gas as the predetermined time elapses.
  • the fuel cell 1 or the reformer 2 includes a temperature sensor (a fuel cell temperature detection unit T1, a reformer temperature detection unit T2) and the like, and the power generation raw material and the oxidant gas are detected according to the detection result by the temperature sensor. It is good also as a structure which controls each supply amount.
  • controller 8 only needs to have a control function, and includes an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) for storing a control program.
  • An MPU or CPU is exemplified as the arithmetic processing unit.
  • storage part a non-volatile memory etc. are illustrated, for example.
  • the controller 8 may be composed of a single controller that performs centralized control on each part of the fuel cell system 100, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other. .
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the operation shown in the flowchart can be realized, for example, when the controller 8 reads and executes a control program stored in a storage unit (not shown).
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a time-series change of each part when the fuel cell system 100 operates according to the flowchart shown in FIG.
  • the temperature change of the reformer 2 and the fuel cell 1 the flow rate changes of the oxidant gas and the hydrogen-containing gas, and the ignition / extinguishing state change in the combustion unit 3 are shown in time series.
  • the flow rate of hydrogen-containing gas supplied per unit time is a constant flow rate (Q F ) for convenience of explanation.
  • the flow rate of the oxidant gas supplied per unit time is a constant flow rate (Q o ) for convenience of explanation.
  • the controller 8 starts an operation stop operation (step S9).
  • the above-mentioned predetermined condition for the controller 8 to determine that the operation is stopped is, for example, when the total operation time of the fuel cell system 100 reaches a predetermined time or when the total power generation amount in the fuel cell system 100 is a predetermined power generation amount. And so on.
  • the controller 8 starts the operation stop operation, the power generation in the fuel cell 1 is stopped. More specifically, the controller 8 controls the power generation material supply unit 5 and the reforming material supply unit 7 so as to stop the supply of the power generation material and the reforming material (at least one of water and air).
  • the oxidant gas supply device 6 is controlled so as to stop the supply of the oxidant gas. In this way, the power generation of the fuel cell 1 is stopped, and the temperature of the fuel cell 1 decreases as shown in FIG.
  • the controller 8 receives temperature information of the fuel cell 1 as a detection result from a fuel cell temperature detection unit T1 provided to detect the temperature of the fuel cell 1. Then, the controller 8 determines the magnitude relationship between the temperature of the fuel cell 1 and the predetermined temperature T s1 (step S10).
  • a predetermined temperature T s1 is set as a temperature within a temperature range in which water vapor contained in the hydrogen-containing gas does not condense and after a predetermined time has elapsed after the fuel cell 1 stops generating power.
  • the predetermined temperature T s1 can be set to 480 ° C., for example.
  • step S10 If the controller 8 determines that the temperature of the fuel cell 1 has decreased to T s1 or less (“YES” in step S10), the controller 8 controls the oxidant gas supply unit 6 to oxidant gas flow path 12. The oxidant gas is supplied to the fuel cell 1 through (step S11). Next, the controller 8 controls the power generation raw material supply device 5 and the reforming material supply device 7 to cause the reformer 2 to supply the power generation raw material and the reforming material (at least one of water and air). Thereby, hydrogen-containing gas is produced
  • the oxidant gas flow path 12 is purged with the oxidant gas.
  • the oxidant gas purged through the oxidant gas flow path 12 is guided to the combustion unit 3 as exhaust gas.
  • the combustible gas passage 11 is purged with the combustible gas.
  • the section from the reformer 2 to the downstream end of the anode 20 of the fuel cell 1 in the combustible gas passage 11 is purged with a hydrogen-containing gas.
  • the hydrogen-containing gas purged through the combustible gas passage 11 is guided to the combustion unit 3 as exhaust gas.
  • the purge is started when the temperature of the fuel cell 1 becomes equal to or lower than T s1 after power generation is stopped.
  • the processing in step S11 and the processing in step S12 are performed at different timings. However, the processing in step S11 and the processing in step S12 may be performed simultaneously.
  • the controller 8 operates the igniter 4 provided in the combustion unit 3 to ignite the exhaust gas discharged from the fuel cell 1 (step S13). That is, the controller 8 ignites the hydrogen-containing gas discharged from the anode 20 of the fuel cell 1 and flame-combusts it together with the oxidant gas discharged from the cathode 21.
  • the fuel cell 1 is heated by the heat generated by the flame combustion, and the temperature lowered to the vicinity of T s1 gradually increases as shown in FIG. Further, the temperature of the reformer 2 also changes in conjunction with the temperature change of the fuel cell 1 as shown in FIG. 3, and the lowered temperature gradually rises.
  • the hydrogen-containing gas was discharged from the anode 20 side of the fuel cell 1 to the combustion unit 3 and purged from the cathode 21 side to the combustion unit 3 by purging with the hydrogen-containing gas generated by reforming the power generation material in this way. Flame burning with oxidant gas. Thereby, it can prevent that combustible gas, such as hydrogen containing gas, is discharged
  • the combustible gas passage 11 is purged not by the power generation raw material itself but by the hydrogen-containing gas obtained by reforming the power generation raw material, the power generation raw material is distributed to the reformer 2 and the fuel cell 1 in a high temperature state. In the reformer 2 and the fuel cell 1, carbon deposition can be prevented.
  • the controller 8 determines the magnitude relationship between the total purge time (total purge time) by the hydrogen-containing gas measured by a timer (not shown) and the predetermined required purge time t all (step S14).
  • the required purge time t all can be a time required to fill at least the section of the combustible gas flow path 11 from the reformer 2 to the anode of the fuel cell 1 with the hydrogen-containing gas.
  • the total purge time is a time ( ⁇ t on ) obtained by adding the time during which the hydrogen-containing gas is supplied (purge time t on ) as shown in FIG.
  • the supply time of the power generation raw material by the power generation raw material supply device 5 can be regarded as the supply time of the hydrogen-containing gas.
  • the fuel cell system 100 continuously supplies the power generation raw material and the reforming material (at least one of water and air), generates a hydrogen-containing gas, and uses the hydrogen-containing gas to generate a predetermined value. Instead of performing a purge for a period of time, it is configured to intermittently supply the power generation raw material and the reforming material and purge with the hydrogen-containing gas. This prevents the fuel cell 1 from being overheated due to the combustion heat of the hydrogen-containing gas in the combustion section 3 or suppresses the consumption of the power generation material by making the supply of the power generation material intermittent. Because. For this reason, the total purge time is the total of the purge times for the hydrogen-containing gas supplied multiple times.
  • step S14 when the controller 8 determines that the total purge time is not less than the required purge time t all , that is, the required purge time has been reached (“NO” in step S14), the combustible gas channel 11 It is determined that the purging of has been completed. Therefore, in the case of “NO” in step S14, the controller 8 controls the power generation raw material supplier 5 so as to stop the supply of the power generation raw material to the combustible gas flow path 11, and the reforming material (water and water). The reforming material supplier 7 is controlled so as to stop the supply of at least one of the air. As a result, the supply of the hydrogen-containing gas to the combustible gas passage 11 is stopped (step S15). Next, the controller 8 controls the oxidant gas supply unit 6 to stop the supply of the oxidant gas to the oxidant gas flow path 12 (step S16). Then, the purge in the fuel cell system 100 is completed, and the operation stop process is ended.
  • the pressure on the anode 20 side becomes higher than that on the cathode 21 side, so the supply of hydrogen-containing gas is stopped as described above. Is performed before the supply of the oxidant gas is stopped, the backflow of the hydrogen-containing gas toward the cathode 21 can be prevented.
  • the controller 8 may be configured to determine whether or not the temperature of the fuel cell 1 has become equal to or lower than a predetermined temperature Ts2 before the above-described steps S15 and S16.
  • the predetermined temperature T s2 can be set to 150 ° C. That is, when the stack temperature of the fuel cell 1 is 150 ° C. or higher in the operation stop process, if the hydrogen-containing gas is not supplied to the anode side, the oxidant gas flows backward from the downstream portion and oxidizes on the anode side. Because there is. Accordingly, it may be determined whether or not the stack temperature of the fuel cell 1 is less than 150 ° C., and when the temperature is less than 150 ° C., the supply of the hydrogen-containing gas and the oxidant gas may be stopped.
  • step S17 the controller 8 performs a comparison determination between the purge time t on with the hydrogen-containing gas and a predetermined time (purge time t pre-on ).
  • the purge time t on is the supply time of the hydrogen-containing gas per time, in other words, the supply time of the power generation raw material and the reforming material (at least one of water and air) per time.
  • the controller 8 determines the magnitude relationship between the purge time t on with the hydrogen-containing gas and the preset purge time t pre-on based on the time measured by a timer (not shown).
  • the controller 8 determines that the purge time t on with the hydrogen-containing gas is equal to or longer than the preset purge time t pre-on (“YES” in step S17)
  • the power generation material and the reforming material The supply of the hydrogen-containing gas is stopped by stopping the supply of water and / or air (step S18).
  • the magnitude relationship between the purge time t on with the hydrogen-containing gas and the preset purge time t pre-on is determined for the following reason. That is, the fact that the purge time t on with the hydrogen-containing gas is equal to or longer than the purge time t pre-on set in advance means that the combustion time of the hydrogen-containing gas introduced to the combustion unit 3 is increased. Thus, if the combustion time in the combustion part 3 becomes long, the fuel cell 1 and the reformer 2 heated by the combustion heat in the combustion part 3 will overheat.
  • the purge time t on by the hydrogen-containing gas is monitored, and when the preset purge time t pre-on is reached, the controller 8 stops the supply of the hydrogen-containing gas.
  • the controller 8 After stopping the supply of the hydrogen-containing gas in step S18, the controller 8 performs a comparison determination between the supply stop time T off of the hydrogen-containing gas and a predetermined time (set supply stop time t pre-off ) (step S19). ). In other words, the controller 8 determines whether the supply stop time T off of the hydrogen-containing gas and the preset supply stop time (set supply stop time t pre-off ) are large or small based on the time measured by a timer (not shown). Determine the relationship. When the controller 8 determines that the supply stop time t off of the hydrogen-containing gas is equal to or longer than the set supply stop time t pre-off (“YES” in step S19), the supply of the hydrogen-containing gas is resumed. (Step S20).
  • the magnitude relationship between the supply stop time t off of the hydrogen-containing gas and the set supply stop time t pre-off is determined for the following reason. That is, the fuel cell system 100 is configured such that the combustion exhaust gas generated in the combustion unit 3 is released to the atmosphere through the combustion exhaust gas passage 13. For this reason, when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped for a long time, the gas in the combustible gas channel 11 contracts as the temperature of the fuel cell 1 and the reformer 2 decreases, so that the combustible gas channel 11 The air in the outside air flows in and oxidizes the reforming catalyst of the reformer 2 and the anode of the fuel cell 1. In particular, when the anode is oxidized, the durability of the fuel cell 1 is significantly reduced. Therefore, the controller 8 monitors the supply stop time t off of the hydrogen-containing gas in order to prevent the air in the outside air from flowing into the combustible gas passage 11.
  • the oxidation of the anode described above is not only an oxidation without an electrochemical reaction on the outlet side near the combustion part 3 of the combustible gas flow path 11 but also the outlet side of the anode in the high oxygen concentration state and the low oxygen concentration state. It is also caused by a local cell reaction involving an electrochemical reaction that occurs by exchange of oxide ions and electrons with the inlet side of the anode.
  • the fuel cell system 100 it is not always necessary to supply a certain amount of the reforming material during the same supply period with respect to the supply of the power generation raw material. For example, when the temperature of the fuel cell 1 and the reformer 2 is lowered to a temperature at which the power generation raw material is not decomposed and carbon is deposited, the steam / carbon ratio (S / The power generation raw material feeder 5 and the reforming material supply so as to change the ratio of the respective supply amounts of the power generation raw material to be supplied and the reformed water vaporized by an evaporator (not shown) so that C) is reduced.
  • the device 7 may be controlled. When trying to reduce S / C, the supply of reforming water is stopped below a predetermined value. For this reason, in the fuel cell system 100, the supply of the reforming water may be intermittently performed when the power generation material is supplied.
  • the supply stop time t off of the hydrogen-containing gas is monitored, and when the set supply stop time t pre-off or more is reached (“YES” in step S19), the controller 8 restarts the supply of the hydrogen-containing gas.
  • the power generation material supplier 5 is controlled (step S20).
  • the controller 8 includes the power generation raw material supply unit 5 and the reforming material supply unit so as to change the ratio between the supply amount of the power generation raw material and the supply amount of the reforming water to be steamed so that the steam / carbon ratio of the steam is reduced. 7 may be controlled.
  • step S20 when the supply of the hydrogen-containing gas is resumed in step S20, the process returns to step S13. Then, in the determination in step S14, the processing from step S13 to step S20 is repeated until the total purge time when the hydrogen-containing gas is supplied becomes equal to or longer than the necessary purge time t all .
  • the fuel cell system 100 may be configured as follows.
  • the controller 8 instructs the oxidant gas supply unit 6 to stop the supply of the oxidant gas. Further, after the supply of the hydrogen-containing gas is resumed in step S20, the controller 8 instructs the oxidant gas supply unit 6 to restart the supply of the oxidant gas that has been stopped. Note that the timing of stopping the supply of oxidant gas and restarting the supply of the oxidant gas may be performed after the stop of supply of the hydrogen-containing gas and the restart of supply as described above, or may be performed simultaneously.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of an operation stop process of the fuel cell system 100 according to Modification 1 of Embodiment 1 of the present invention. The operation shown in the flowchart can be realized, for example, when the controller 8 reads and executes a control program stored in a storage unit (not shown).
  • step S37 and step S39 are mainly demonstrated.
  • step S34 the controller 8 monitors the temperature change of the temperature of the reforming catalyst charged in the reformer 2 (reformer temperature) or the representative temperature of the fuel cell stack of the fuel cell 1 (fuel cell temperature). Then, it is determined whether or not the temperature change is within a predetermined temperature range. More specifically, the controller 8 determines whether or not the temperature (reformer rising temperature) that has risen from the temperature of the reformer 2 at the time when the exhaust gas is ignited in step S33 is equal to or higher than the rising temperature TR -up. . Alternatively, the controller 8 determines whether or not the temperature (fuel cell rising temperature) that has risen from the temperature of the fuel cell 1 at the time when the exhaust gas is ignited in step S33 is equal to or higher than the rising temperature T S-up .
  • the controller 8 determines whether or not the temperature (fuel cell rising temperature) that has risen from the temperature of the fuel cell 1 at the time when the exhaust gas is ignited in step S33 is equal to or higher than the rising temperature T S-up .
  • the controller 8 receives information about the temperature of the reforming catalyst (reformer temperature) from the reformer temperature detection unit T2 provided in the reformer 2, and records the history of temperature change of the reformer temperature. To do. Then, it is determined whether or not the reformer temperature at the time when the exhaust gas is ignited has risen above the preset rise temperature T R-up of the reformer 2. Alternatively, the controller 8 receives information related to the fuel cell temperature from the fuel cell temperature detection unit T1, and records a history of the temperature change of the fuel cell temperature. Then, it is determined whether or not the temperature of the fuel cell at the time when the exhaust gas is ignited has risen by a predetermined temperature T S-up or higher.
  • the fuel cell temperature changes in conjunction with the reformer temperature, and any temperature may be selected in the determination in step S37. Further, since the reformer 2 has higher responsiveness to temperature changes than the fuel cell 1, the rising temperature T R-up of the reformer 2 is higher than the rising temperature T S-up of the fuel cell 1. The width increases. For this reason, the temperature range of the rising temperature T R-up of the reformer 2 may be set to be larger than the rising temperature T S-up of the fuel cell 1.
  • step S37 When the controller 8 determines that the reformer rising temperature is higher than the rising temperature T R-up or when the fuel cell rising temperature is higher than the rising temperature T S-up (“YES” in step S37).
  • the supply of the hydrogen-containing gas is stopped by stopping the supply of the power generation raw material and the reforming material (at least one of water and air) (step S38).
  • the rising temperature T R-up or the rising temperature T S-up is set in order to prevent the reformer temperature or the fuel cell temperature from excessively rising due to heating by the combustion heat in the combustion section 3. It is.
  • the controller 8 determines the temperature of the reforming catalyst (reformer temperature) charged in the reformer 2 or the representative temperature of the fuel cell stack of the fuel cell 1.
  • the temperature change of (fuel cell temperature) is monitored to determine whether or not the temperature is within a predetermined temperature range. More specifically, the controller 8 determines whether the temperature lowered from the temperature of the reformer 2 at the time when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped in step S38 (reformer lowering temperature) is equal to or higher than the lowering temperature TR -down . Judge whether or not.
  • the controller 8 determines whether or not the temperature lowered from the temperature of the fuel cell 1 when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped in step S38 (fuel cell falling temperature) is equal to or higher than the falling temperature T S-up (step S38). S39).
  • the controller 8 receives information on the reformer temperature from the reformer temperature detection unit T2 provided in the reformer 2, and records the history of the temperature change of the reformer temperature. Then, it is determined whether or not the reformer temperature has dropped by a preset lowering temperature TR -down of the reformer 2 or not.
  • the controller 8 receives information on the representative temperature (fuel cell temperature) of the fuel cell stack from the fuel cell temperature detection unit T1 provided in the fuel cell stack, and records the history of the temperature change of the fuel cell temperature. Then, it is determined whether or not the fuel cell temperature has decreased by a predetermined temperature T S-down or lower.
  • the responsiveness to the temperature change is higher in the reformer 2 than in the fuel cell 1, so that the lowering temperature T R-down of the reformer 2 is lower than the lowering temperature T of the fuel cell 1.
  • Lowering range is larger than S-down .
  • the temperature range of the lowering temperature T R-down of the reformer 2 may be set to be larger than the lowering temperature T S-down of the fuel cell 1.
  • step S40 When the controller 8 determines that the reformer lowering temperature is equal to or higher than the lowering temperature T R-down or the fuel cell lowering temperature is equal to or higher than the lowering temperature T S-down (“YES” in step S39), the hydrogen-containing gas Is resumed (step S40).
  • the rising temperature T R-up of the reformer 2 or the rising temperature T S-up of the fuel cell 1 corresponds to the rising value of the present invention.
  • the descending temperature T R-down of the reformer 2 or the descending temperature T S-down of the fuel cell 1 corresponds to the descending value of the present invention.
  • the hydrogen-containing gas by configuring the hydrogen-containing gas to be intermittently supplied, it is possible to prevent the reformer 2 and the fuel cell 1 that are heated by the combustion heat in the combustion section 3 from being overheated. Moreover, it can also prevent that the temperature falls excessively and the water vapor
  • the controller 8 determines whether or not the magnitude of the temperature rise of the reformer 2 (reformer rise temperature) is equal to or higher than the rise temperature TR -up , or the temperature rise of the fuel cell 1 (fuel cell). In this configuration, it is determined whether or not the magnitude of the rise temperature is equal to or higher than the rise temperature T S-up and the stop of the hydrogen-containing gas is determined. Furthermore, the controller 8 determines whether the descending temperature of the reformer 2 (reformer descending temperature) is equal to or higher than the descending temperature TR -down , or the descending temperature of the fuel cell 1 (fuel cell descending temperature). ) Is equal to or lower than the descending temperature T S-up , and the restart of the hydrogen-containing gas is determined. That is, the supply and stop of the hydrogen-containing gas are controlled according to the temperature range of the rise or fall of the reformer temperature or the fuel cell temperature.
  • the trigger for controlling the supply and stop of the hydrogen-containing gas is not limited to the above-described temperature range of rise and fall of the reformer temperature or the fuel cell temperature.
  • the temperature profile of the reformer temperature or the fuel cell temperature may be recorded, and the supply and stop of the hydrogen-containing gas may be controlled using the magnitude of the temperature change gradient as a trigger.
  • the fuel cell system 100 may further include a desulfurizer 9 that monitors changes in the temperature of the desulfurization catalyst (desulfurizer temperature) charged in the desulfurizer 9 and controls the supply and stop of the hydrogen-containing gas.
  • a desulfurizer 9 that monitors changes in the temperature of the desulfurization catalyst (desulfurizer temperature) charged in the desulfurizer 9 and controls the supply and stop of the hydrogen-containing gas.
  • FIG. 5 for a configuration in which the desulfurizer temperature is monitored and the supply and stop of the hydrogen-containing gas are controlled in accordance with the temperature range of the rising temperature or the decreasing temperature of the desulfurizer temperature.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system 100 according to Modification 2 of Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 according to Modification 2 further includes a desulfurizer 9 and the temperature of the desulfurization catalyst charged in the desulfurizer 9 (desulfurizer temperature) in the configuration of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1.
  • a desulfurizer temperature detection unit T3 for detecting the desulfurizer and a heating unit 15 for heating the desulfurizer 9 are provided.
  • a recycle flow path 14 for supplying a part of the hydrogen-containing gas discharged from the fuel cell 1 to the desulfurizer 9 is also provided.
  • the configuration is the same as that of the fuel cell system 100 of the first embodiment shown in FIG.
  • the desulfurizer 9 removes sulfur compounds in the power generation raw material, and examples thereof include a hydrogenated desulfurizer and a room temperature desulfurizer.
  • the power generation raw material desulfurized by the desulfurizer 9 is supplied to the reformer 2. As shown in FIG. 5, the desulfurizer 9 is provided together with the heating unit 15 on the upstream side of the reformer 2 in the combustible gas flow path 11.
  • the container is filled with a hydrodesulfurizing agent.
  • a hydrodesulfurization agent for example, a CuZn-based catalyst having both a function of converting a sulfur compound into hydrogen sulfide and a function of adsorbing hydrogen sulfide is used.
  • the hydrodesulfurization agent is not limited to this example, and is a CoMo-based catalyst that converts a sulfur compound in the raw material gas into hydrogen sulfide, and a sulfur adsorbent that is provided downstream thereof to adsorb and remove hydrogen sulfide. You may comprise with a ZnO type catalyst or a CuZn type catalyst.
  • the hydrodesulfurization agent may contain nickel (Ni) as a catalyst metal.
  • Ni nickel
  • the catalyst may deteriorate.
  • the temperature of the hydrodesulfurization agent in the desulfurizer is detected using a temperature detector (not shown), and the hydrodesulfurization agent in the desulfurizer is at a predetermined temperature or higher.
  • the power generation raw material may be supplied to the hydrodesulfurizer only.
  • the desulfurizer has an operable range of about 150 ° C.
  • the desulfurizer is a room temperature desulfurizer
  • sulfur compounds in the power generation raw material can be removed at room temperature.
  • normal temperature means that the temperature is relatively close to the normal temperature range compared to the operating temperature of the hydrodesulfurizer (for example, around 300 ° C.). That is, the temperature range in which the normal temperature desulfurizer functions effectively includes the normal temperature range to the temperature range in which the desulfurizing agent functions effectively.
  • the room temperature desulfurizer include a desulfurizer filled with an adsorptive desulfurization agent using an Ag zeolite catalyst or the like.
  • the desulfurizer is branched from the position downstream of the fuel cell 1 and upstream of the combustion unit 3 in the combustible gas passage 11.
  • a recycling flow path 14 is provided so as to be connected to the upstream side of 9.
  • the hydrogen necessary for hydrodesulfurization is configured such that a part of the hydrogen-containing gas generated in the reformer 2 is supplied to the desulfurizer 9 through the recycle channel 14.
  • the recycle flow path 14 branches from a position on the downstream side of the reformer 2 and the upstream side of the fuel cell 1 in the combustible gas flow path 11, and the hydrogen-containing gas discharged from the reformer 2 A part of this may be supplied to the desulfurizer 9 through the recycling flow path 14.
  • the heating unit 15 is for heating the desulfurizer 9 to a temperature suitable for desulfurization with the heat of the flue gas flowing through the flue gas passage 13, and the passage through which the flue gas flows is inside. Is formed.
  • the combustion exhaust gas that has heated the desulfurizer 9 in the heating unit 15 is discharged out of the fuel cell system 100 through the combustion exhaust gas passage 13.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of an operation stop process of the fuel cell system 100 according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the operation shown in the flowchart can be realized, for example, when the controller 8 reads and executes a control program stored in a storage unit (not shown).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a time-series change of each part when the fuel cell system 100 operates according to the flowchart shown in FIG.
  • the temperature change of the reformer 2, the fuel cell 1, and the desulfurizer 9, the change in the flow rate of the oxidant gas and the hydrogen-containing gas, and the change in ignition / extinguishing state in the combustion unit 3 are shown in time series. ing.
  • the flow rate of hydrogen-containing gas supplied per unit time is a constant flow rate (Q F ) for convenience of explanation.
  • the fuel cell system 100 according to Embodiment 1 is configured to monitor the purge time t on and the supply stop time t off by the hydrogen-containing gas and control the supply and stop of the hydrogen-containing gas.
  • the change in the temperature of the desulfurization catalyst (desulfurizer temperature) charged in the desulfurizer 9 is monitored, and the supply and stop of the hydrogen-containing gas is performed. It is good also as a structure which controls.
  • step S57 and step S59 are mainly demonstrated.
  • step S54 when the controller 8 determines that the total purge time with the hydrogen-containing gas is less than the required purge time t all (“YES” in step S54), the process proceeds to step S57.
  • step S57 the controller 8 monitors the temperature change of the desulfurizer temperature, and determines whether or not the temperature change is within a predetermined temperature range. More specifically, the controller 8 determines whether or not the rising temperature of the desulfurizer 9 (desulfurizer rising temperature) is equal to or higher than the rising temperature TD -up .
  • the controller 8 receives information on the desulfurizer temperature detected by the desulfurizer temperature detection unit T3 provided in the desulfurizer 9, and records the history of the temperature change of the desulfurizer temperature. Then, it is determined whether or not the desulfurizer temperature has risen by a preset temperature rise TD -up of the desulfurizer 9 or not. As described above, the desulfurizer 9 is heated by the heat of the combustion exhaust gas through the heating unit 15. For this reason, the desulfurizer temperature changes in conjunction with the fuel cell temperature and the reformer temperature.
  • step S57 When the controller 8 determines that the desulfurizer rising temperature is equal to or higher than the rising temperature T D-up (“YES” in step S57), the power generation raw material and the reforming material (at least one of water and air) The supply of the hydrogen-containing gas is stopped by stopping the supply (step S58).
  • the rise temperature TD -up of the desulfurizer temperature is set in order to prevent the desulfurizer temperature from being excessively increased by heating the desulfurizer 9 by the heat of the combustion exhaust gas generated in the combustion section 3. It is.
  • the temperature change of the desulfurizer temperature, the temperature change of the fuel cell temperature, and the temperature change of the reformer temperature are interlocked with each other, it is possible to prevent the desulfurizer temperature from rising excessively. This means that the fuel cell 1 and the reformer 2 are prevented from rising excessively.
  • the controller 8 After stopping the supply of the hydrogen-containing gas in step S58, the controller 8 monitors the temperature change of the desulfurizer temperature and determines whether it is within the predetermined temperature range. More specifically, the controller 8 determines whether or not the descending temperature of the desulfurizer 9 (desulfurizer descending temperature) is equal to or higher than the descending temperature TD-down (step S59).
  • the controller 8 receives information related to the desulfurizer temperature from the desulfurizer temperature detection unit T3 provided in the desulfurizer 9, and records a history of temperature change of the desulfurizer temperature. Then, it is determined whether or not the desulfurizer temperature has dropped by a preset lowering temperature TR -down of the desulfurizer 9 or not. Then, when the controller 8 determines that the desulfurizer descending temperature is equal to or higher than the descending temperature TD-down (“YES” in step S59), the supply of the hydrogen-containing gas is resumed (step S60).
  • step S60 the reason for setting the descending temperature TD-down of the desulfurizer 9 is that the temperature of the desulfurizer 9, and further the reformer 2 and the fuel cell 1 while the supply of the hydrogen-containing gas is stopped.
  • the temperature of the hydrogen-containing gas containing water vapor remaining in the combustible gas flow path 11 becomes lower than the dew point, water is condensed, and the durability of the catalyst and electrodes of the desulfurizer 9, the reformer 2, and the fuel cell 1 is reduced. This is to prevent the performance from significantly deteriorating.
  • the rising temperature T D-up of the desulfurizer 9 and the falling temperature T D-down of the desulfurizer 9 correspond to the rising value and the falling value of the present invention.
  • the combustibility used for purging the combustible gas flow path 11 by executing the steps shown in the above-described flowchart when performing the operation stop process. Since the gas (hydrogen-containing gas) can be flame-combusted in the combustion unit 3, it is possible to prevent the combustible gas from being released into the atmosphere as it is. In addition, since the hydrogen-containing gas obtained by reforming the power generation raw material is used for purging the combustible gas flow path 11, for example, the fuel cell 1 and the reformer 2 are carbon precipitated due to high temperature. It can also prevent problems such as
  • the hydrogen-containing gas is intermittently supplied to prevent the desulfurizer 9, the reformer 2, and the fuel cell 1 that are heated by the heat of flame combustion in the combustion unit 3 from being overheated. can do. Moreover, it can also prevent that the temperature falls excessively and the water vapor
  • the controller 8 is configured to determine whether or not the magnitude of the rising temperature of the desulfurizer 9 (desulfurizer rising temperature) is equal to or higher than the rising temperature TD -up , and to stop the hydrogen-containing gas. It was. Furthermore, the controller 8 is configured to determine whether or not the descending temperature of the desulfurizer 9 (desulfurizer descending temperature) is equal to or higher than the descending temperature TD-down , and determine the resumption of the hydrogen-containing gas. That is, the supply and stop of the hydrogen-containing gas are controlled according to the temperature range of the rise or fall of the desulfurizer temperature.
  • the trigger for controlling the supply and stop of the hydrogen-containing gas is not limited to the above-described temperature range of increase and decrease of the desulfurizer temperature.
  • the temperature profile of the desulfurizer temperature may be recorded, and the supply and stop of the hydrogen-containing gas may be controlled by using the magnitude of the temperature change slope as a trigger.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 according to Modification 3 further includes a purifier 16 and a purifier temperature detection unit T4 that detects the temperature of the purifier 16 in the configuration of the fuel cell system 100 according to Modification 2 shown in FIG. It has a configuration with. In other respects, the configuration is the same as that of the fuel cell system 100 according to Modification 2 shown in FIG. 5, and thus the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the purifier 16 removes combustible gas contained in the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 3.
  • the purifier 16 purifies hydrocarbons such as carbon monoxide, nitrogen oxides and residual methane contained in the combustion exhaust gas into carbon dioxide, nitrogen dioxide and water vapor (water).
  • the purifier 16 is provided in the combustion exhaust gas passage 13 on the downstream side of the heating unit 15 that heats the desulfurizer 9.
  • a purification catalyst with which the purifier 16 is filled for example, a container is filled with a combustion catalyst and an exhaust gas purification catalyst.
  • a combustion catalyst and the exhaust gas purification catalyst for example, an alumina carrier impregnated with at least one of platinum, palladium, and rhodium, or a metal carrier can be used.
  • the combustion catalyst and the exhaust gas purification catalyst are not limited to these, and may be any catalyst that can advance the combustion reaction and the purification reaction when maintained in the optimum temperature range.
  • the combustion reaction and the purification reaction refer to a reaction for purifying unburned combustible gas such as hydrocarbon, hydrogen, carbon monoxide, and nitrogen oxide contained in the gas flowing through the combustion exhaust gas passage 13.
  • the purifier 16 removes the combustible gas in the combustion exhaust gas at a predetermined temperature (eg, 130 ° C.) or higher.
  • a predetermined temperature eg, 130 ° C.
  • the temperature is too high, the catalytic activity decreases due to aggregation of Pd or the like, so it is desirable to maintain a predetermined temperature (for example, 300 ° C.) or lower.
  • the purifier 16 is configured to heat the desulfurizer 9 by the heating unit 15 and to be heated by the combustion exhaust gas that has lost a part of the heat it holds.
  • the purifier 16 is provided at a position close to the desulfurizer 9 so that the heat of the combustion exhaust gas can be used more effectively. Also good.
  • the combustion exhaust gas that has passed through the purifier 16 is discharged out of the fuel cell system 100 in a state where the combustible gas is purified while heating the purifier 16 as described above.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 100 according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention.
  • the operation shown in the flowchart can be realized, for example, when the controller 8 reads and executes a control program stored in a storage unit (not shown).
  • step S11 the oxidant gas is supplied (step S11), and the hydrogen-containing gas is supplied (step S12).
  • the exhaust gas discharged is ignited (step S13).
  • the temperature of the purifier 16 determines whether the predetermined temperature T puri above, when less than the predetermined temperature T puri
  • the igniter 4 is configured to ignite the exhaust gas. That is, only step S73 in FIG. 9 is newly added, and other steps S70 to 72 and 74 to 81 are common to steps S10 to 20 in FIG. For this reason, below, step S73 is mainly demonstrated.
  • the controller 8 monitors the temperature change of the purifier 16. To do. Specifically, the controller 8 receives information on the temperature (purifier temperature) of the purification catalyst charged in the purifier 16 detected by the purifier temperature detection unit T4 provided in the purifier 16, and this purification. The magnitude relationship between the vessel temperature and the predetermined temperature T puri is determined (step S73).
  • the predetermined temperature T puri is the lower limit temperature of the temperature range in which the purification catalyst is activated. In the case of a Pd—Al 2 O 3 purification catalyst, the predetermined temperature T puri is about 130 ° C.
  • the purifier 16 can purify the combustible gas contained in the combustion exhaust gas. It is in.
  • the controller 8 determines that the purifier temperature is lower than the predetermined temperature T puri (“NO” in step S73)
  • the purifying catalyst is not activated and is included in the combustion exhaust gas in the purifier 16. It is in a state where the combustible gas to be removed cannot be removed.
  • the purifier 16 is configured to be heated by the heat of the combustion exhaust gas. For this reason, for example, before the state in which the hydrogen-containing gas is burned by the igniter 4 in the combustion unit 3, the purifier temperature is less than the predetermined temperature T puri .
  • the controller 8 controls the igniter 4 to ignite the exhaust gas (combustible gas) discharged from the fuel cell 1 (step S74).
  • the purifier 16 is heated by the heat of the combustion exhaust gas generated in the combustion unit 3 and the purifier temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature T puri , the operation of the igniter 4 is stopped, and the purifier 16 causes the combustible gas. To purify.
  • the controller 8 causes the ignition unit 4 to be connected to the combustion unit 3. A flammable gas is burned by controlling and igniting.
  • the purifier 16 is heated and the purifier temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature T puri , the purifier 16 is configured to purify the combustible gas. For this reason, in the fuel cell system 100 according to the modified example 3, the purifier 16 can purify the combustible gas at a temperature lower than that of the combustion unit 3.
  • the purifier 16 that can purify the combustible gas at a temperature lower than that of the combustion unit 3 and the combustion of the combustible gas by the combustion unit 3 are combined to make combustibility.
  • the amount of heat required for gas purification can be suppressed. Therefore, the temperature of the fuel cell system 100 can be more efficiently lowered as compared with the configuration in which the combustible gas is purified only by the combustion unit 3.
  • the fuel cell 1 is compared with the fuel cell system configured not to purge at all.
  • the time required for cooling to a predetermined temperature or lower in other words, the time required for the operation stop process becomes longer. Therefore, in the fuel cell system according to Modification 4 of Embodiment 1, the fuel cell system 100 having the configuration shown in FIG. 1 operates as shown below so that the time required for the operation stop process can be reduced as much as possible. A stop process is performed.
  • the fuel cell system 100 according to Modification Example 4 controls the supply and stop of the hydrogen-containing gas in accordance with the temperature range of the increase or decrease in the fuel cell temperature.
  • the fuel cell system 100 according to the modification 4 is an aspect of the fuel cell system 100 according to the modification 2.
  • the temperature rise range of the fuel cell 1 for determining the supply stop of the hydrogen-containing gas and the resumption of supply of the hydrogen-containing gas are determined so that the time required for the operation stop process can be reduced.
  • the relationship with the temperature drop of the fuel cell 1 is further considered.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 100 according to Modification 4 of Embodiment 1 of the present invention.
  • the operation shown in the flowchart can be realized, for example, when the controller 8 reads and executes a control program stored in a storage unit (not shown).
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a time-series change of each part when the fuel cell system 100 operates according to the flowchart shown in FIG.
  • the temperature change of the fuel cell 1, the state change of ignition / extinguishing in the combustion section 3, and the flow rates of the supplied oxidant gas and hydrogen-containing gas are shown in time series.
  • the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied per unit time is a constant flow rate (Q F ) for convenience of explanation.
  • the flow rate of the oxidant gas supplied per unit time is a constant flow rate (Q O ) for convenience of explanation.
  • the operation stop process flowchart shown in FIG. 10 differs from the operation stop process flowchart shown in FIG. 2 only in the processes of steps S94, S97, and S99, and other steps (steps S90 to S93, steps S95 to S96, S98, and S100). ) Is common to steps S10 to S13, steps S15 to S16, S18, and S20 shown in FIG. For this reason, below, step S94, S97, and S99 are mainly demonstrated.
  • step S93 When the exhaust gas is ignited by the igniter 4 in step S93, the combustion exhaust gas generated in the combustion unit 3 flows through the combustion exhaust gas passage 13, and the fuel cell 1 and the reformer 2 are heated by the heat accompanying combustion in the combustion unit 3. Etc. are also heated. For this reason, the temperature of the fuel cell 1 gradually rises as shown in FIG.
  • the controller 8 performs a comparison determination between the fuel cell temperature of the fuel cell 1 and a predetermined temperature (fuel cell temperature T S2 ). That is, the controller 8 receives information on the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T1 provided in the fuel cell stack, and the magnitude relationship between the fuel cell temperature and the preset fuel cell temperature T S2. Determine.
  • the fuel cell temperature T S2 is a temperature that serves as a standard for ending the operation stop process, and can be set to about 150 ° C., for example. That is, when the stack temperature of the fuel cell 1 is 150 ° C. or higher in the operation stop process, if the hydrogen-containing gas is not supplied to the anode side, the oxidant gas flows backward from the downstream portion and oxidizes on the anode side. Because there is.
  • the controller 8 records the fuel cell temperature detected at the time of the determination in the step S94 in a memory (not shown). Then, the controller 8 determines whether or not the temperature increased from the fuel cell temperature at the time of recording in the memory is equal to or higher than a predetermined increased temperature T S-up (step S97).
  • the predetermined rising temperature T S-up can be set to 1 ° C. as shown in FIG. 11, for example.
  • the fuel cell temperature at the time of recording in the memory can be the fuel cell temperature at the time when the exhaust gas is ignited by the igniter 4.
  • step S97 When the controller 8 determines in step S97 that the fuel cell rising temperature is equal to or higher than the rising temperature T S-up (“YES” in step S97), the supply of the hydrogen-containing gas to the combustible gas passage 11 is stopped ( Step S98). Thus, when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped, the flame combustion of the exhaust gas in the combustion unit 3 is also stopped, and the temperature of the fuel cell 1, the reformer 2, etc. in the fuel cell system 100 is also lowered. Further, the controller 8 records the fuel cell temperature at the time when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped in a memory (not shown). Then, the controller 8 monitors the change in the fuel cell temperature.
  • the controller 8 refers to the fuel cell temperature recorded in the memory, and the temperature lowered from the temperature of the fuel cell 1 at the time when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped is a predetermined lowered temperature T S-down. It is determined whether or not this is the case (step S99).
  • the controller 8 determines that the fuel cell lowering temperature is equal to or higher than the lowering temperature T S-down (“YES” in step S99)
  • the controller 8 restarts the supply of the hydrogen-containing gas, and records the fuel cell temperature at the time when the exhaust gas is ignited in a memory (not shown).
  • the speed of temperature decrease of the fuel cell 1, the reformer 2, etc. in the fuel cell system 100 is determined depending on how much the predetermined descending temperature T S-down is set. That is, if the temperature range of the descending temperature T S-down is made as large as possible, the time required for temperature reduction of the fuel cell 1, the reformer 2, etc. is reduced, but the period for stopping the supply of the hydrogen-containing gas is lengthened. In some cases, the oxidant gas flows backward from the downstream side on the anode side of the fuel cell 1 and the anode is oxidized. Therefore, the lowering temperature T S-down is set to be as high as possible within a range in which the anode of the fuel cell 1 is not oxidized. For example, in the fuel cell system 100 according to the modified example 4, as shown in FIG. 11, the descending temperature T S-down can be set to 10 ° C.
  • the fuel cell system 100 Above the fuel cell temperature is lowered the temperature T S-down above, each time decreases, increasing the temperature T S-Stay up-above, by the structure for implementing the purge with a hydrogen-containing gas to rise, the fuel cell system 100
  • the anode can be prevented from being oxidized by purging with the hydrogen-containing gas in the combustible gas passage 11 while cooling the gas efficiently.
  • the cooling rate of the fuel cell system 100 can be adjusted to a desired rate by appropriately setting the relationship between the temperature ranges of the descending temperature T S-down and the increasing temperature T S-up .
  • the fuel cell system 100 has decided to stop and restart the supply of the hydrogen-containing gas based on the temperature change of the fuel cell temperature, but the present invention is not limited to this.
  • the supply stop and restart of the hydrogen-containing gas may be determined based on the temperature change of the reformer temperature that changes in conjunction with the fuel cell temperature.
  • the controller 8 is configured as shown in FIG. Steps S94, S97, and S99 shown in FIG.
  • the combustion exhaust gas generated in the combustion section 3 flows through the combustion exhaust gas flow path 13, and the fuel cell 1, reforming is performed by the heat accompanying combustion in the combustion section 3.
  • the vessel 2 and the like are also heated. For this reason, the temperature of the reformer 2 gradually increases in conjunction with the temperature of the fuel cell 1.
  • step S94 the controller 8 performs a comparison determination between the reformer temperature and a predetermined temperature (reformer temperature T R2 ). That is, the controller 8 receives information on the reformer temperature detected by the reformer temperature detection unit T2 provided in the reformer 2, and the reformer temperature and the preset reformer temperature T are received. Determine the magnitude relationship with R2 .
  • the reformer 2 is configured to be heated by the heat of flame combustion in the combustion unit 3 as in the fuel cell 1. Therefore, since the reformer temperature and the fuel cell temperature are similar, the reformer temperature T R2 can be set to about 150 ° C., for example, similarly to the fuel cell temperature T S2 .
  • the controller 8 determines whether or not the temperature increased from the reformer temperature at the time of recording in the memory is equal to or higher than a predetermined increased temperature TR -up .
  • the predetermined rising temperature T R-up can be set to 1 ° C., for example, similarly to the rising temperature T S-up .
  • the temperature rise T R-up may be a temperature higher than 1 ° C. because the reformer 2 has higher responsiveness to temperature changes than the fuel cell 1.
  • the controller 8 determines that the reformer rising temperature is equal to or higher than the rising temperature T R-up , the supply of the hydrogen-containing gas to the combustible gas passage 11 is stopped.
  • the controller 8 records the reformer temperature at the time of stopping the supply of the hydrogen-containing gas in a memory (not shown), and monitors the change in the reformer temperature.
  • the controller 8 refers to the fuel cell temperature recorded in the memory, and the temperature lowered from the temperature of the reformer 2 at the time when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped is a predetermined lowered temperature T R ⁇ . Judge whether it is more than down .
  • the controller 8 determines that the reformer lowering temperature is equal to or higher than the lowering temperature TR -down , the supply of the hydrogen-containing gas to the combustible gas passage 11 is restarted. Further, the controller 8 restarts the supply of the hydrogen-containing gas, and records the reformer temperature at the time when the exhaust gas is ignited in a memory (not shown).
  • the lowering temperature T R-down of the reformer 2 is set to be as high as possible within a range in which the anode of the fuel cell 1 does not oxidize.
  • the lowering temperature T S of the fuel cell 1 It can be about 10 degreeC like -down .
  • the lowering temperature T R-down may be a temperature higher than 10 ° C. because the reformer 2 is more responsive to temperature changes than the fuel cell 1.
  • the purge with the hydrogen-containing gas is performed until the temperature rises by the rising temperature T R-up or more.
  • the anode can be prevented from being oxidized by purging with the hydrogen-containing gas in the combustible gas passage 11 while cooling the gas efficiently.
  • the temperature of the fuel cell 1 or the reformer 2 is taken into consideration, and the purge timing with the hydrogen-containing gas that is intermittently performed is determined. In consideration, the timing of the purge with the hydrogen-containing gas that is intermittently performed can also be determined.
  • a configuration in which purging with a hydrogen-containing gas is intermittently performed in consideration of a change in pressure in the combustible gas passage 11 will be referred to as a modified example 5, and hydrogen content is intermittently considered in consideration of a change in voltage in the fuel cell 1.
  • a configuration for purging with gas will be described as a sixth modification.
  • FIG. 12 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to Modification 5 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 100 according to Modification 5 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a time-series change of each part when the fuel cell system 100 operates according to the flowchart shown in FIG. In FIG.
  • the flow rate of hydrogen-containing gas supplied per unit time is a constant flow rate (Q F ) for convenience of explanation.
  • the pressure of the combustible gas passage 11 that changes in accordance with the supply of the hydrogen-containing gas is set to a constant pressure (N) for convenience of explanation.
  • the fuel cell system 100 according to the modified example 5 is configured to further include a pressure sensor P that detects the pressure of the combustible gas passage 11 in the configuration of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1. . Since other members are the same as those of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the pressure sensor P is provided on the upstream side of the reformer 2 in the combustible gas channel 11 and detects the pressure in the combustible gas channel 11.
  • the pressure sensor P detects a pressure change in the combustible gas flow path 11 accompanying the supply of the power generation raw material, and regards this pressure change as a pressure change in the combustible gas flow path 11.
  • the pressure change in the combustible gas passage 11 is proportional to the supply amount of the hydrogen-containing gas, in other words, the supply amount of the power generation raw material, as shown in FIG.
  • steps S117 and S119 are different from the operation stop process shown in FIG. 10 only in steps S117 and S119, and the other steps (steps S110 to S116, S118, and S120) are the steps shown in FIG. Common to S90 to S96, S98, and S100. For this reason, steps S117 and S119 will be mainly described below.
  • the controller 8 receives information on the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T1 provided in the fuel cell stack, and this fuel cell temperature and a preset fuel cell temperature T. Determine the magnitude relationship with S2 .
  • the fuel cell temperature T S2 is a temperature that serves as a standard for ending the operation stop process, and can be set to about 150 ° C., for example.
  • step S ⁇ b> 114 the controller 8 receives information related to the pressure of the combustible gas passage 11 from the pressure sensor P and determines the magnitude relationship with the predetermined pressure N.
  • the predetermined pressure N is the pressure of the combustible gas passage 11 or the pressure in the vicinity thereof when the hydrogen-containing gas having a flow rate Q (F) per unit time flows.
  • the controller 8 determines the magnitude relationship between the purge time t on with the hydrogen-containing gas and a preset purge time t pre-on based on the time measured by a timer (not shown).
  • Step S117 When the controller 8 determines that the pressure in the combustible gas passage 11 is equal to or higher than the predetermined pressure N and the purge time t on with the hydrogen-containing gas is equal to or longer than a preset purge time t pre-on ( In Step S117, “YES”), the supply of the hydrogen-containing gas is stopped by stopping the supply of the power generation raw material and the reforming material (at least one of water and air) (Step S118).
  • the controller 8 After stopping the supply of the hydrogen-containing gas in step S118, the controller 8 receives information related to the pressure of the combustible gas passage 11 from the pressure sensor P, and determines the magnitude relationship with the atmospheric pressure. Further, the controller 8 makes a comparison determination between the supply stop time T off of the hydrogen-containing gas and a predetermined time (set supply stop time t pre-off ) (step S119). When the controller 8 determines that the pressure in the combustible gas passage 11 is equal to or lower than the atmospheric pressure and the supply stop time t off of the hydrogen-containing gas is equal to or longer than the set supply stop time t pre-off (in step S119). “YES”), the supply of the hydrogen-containing gas is resumed (step S120).
  • the predetermined pressure slightly higher than atmospheric pressure and the pressure of the combustible gas flow path 11 are compared. It may be a configuration. That is, any configuration may be used as long as it can be monitored so that the inside of the combustible gas passage 11 does not become a negative pressure.
  • the determination of the magnitude relationship between the pressure of the combustible gas passage 11 and the predetermined pressure N and the judgment of the magnitude relationship between the pressure of the combustible gas passage 11 and the atmospheric pressure are performed for the following reasons. is there.
  • the power generation in the fuel cell 1 is stopped by starting the operation stop operation in step S109, and the temperatures of the fuel cell 1, the reformer 2, and the like are lowered.
  • the residual gas in the combustible gas flow path 11 contracts to reduce the pressure.
  • the pressure in the combustible gas channel 11 decreases.
  • the pressure of the combustible gas passage 11 becomes negative, air flows from the outside and the anode side is oxidized.
  • the hydrogen-containing gas is supplied to compensate for the reduced pressure when the inside of the combustible gas flow path 11 becomes the atmospheric pressure or lower,
  • the combustible gas flow path 11 is prevented from becoming a negative pressure.
  • the purge time t on is equal to or longer than the preset purge time t pre-on and the pressure in the combustible gas flow path 11 is equal to or higher than the predetermined pressure N, that is, not negative, the hydrogen-containing gas Can be stopped.
  • FIG. 15 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to Modification 6 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 100 according to Modification 6 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a time-series change of each part when the fuel cell system 100 operates according to the flowchart shown in FIG. In FIG.
  • the fuel cell system 100 according to the modified example 6 has a configuration further including a voltage detector V that detects the voltage of the fuel cell 1 in the configuration of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1. Since other members are the same as those of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the voltage detector V detects the voltage of the fuel cell 1. Specifically, the voltage detector V detects the average value of the voltage of a predetermined single cell in the cell stack of the fuel cell 1 as the voltage of the fuel cell 1.
  • the operation stop process when the operation stop operation in step S129 shown in FIG. 16 is started, the power generation in the fuel cell 1 is stopped. For this reason, after the operation stop operation is started, the voltage detector V does not detect a voltage change accompanying power generation.
  • the temperature of the fuel cell 1 and the reformer 2 is decreased after the operation is stopped, the pressure of the combustible gas flow path 11 is decreased as described above, and air may flow into the anode. In such a case, a voltage drop is caused in the single cell of the fuel cell 1. That is, the voltage change in the single cell of the fuel cell 1 can be used as a guideline for determining whether air flows into the anode.
  • steps S137 and S139 are the steps shown in FIG. Common to S90 to S96, S98, and S100. For this reason, steps S137 and S139 will be mainly described below.
  • the controller 8 receives information on the fuel cell temperature from the fuel cell temperature detector T1, and determines the magnitude relationship between the fuel cell temperature and a preset fuel cell temperature T S2 .
  • the fuel cell temperature T S2 is a temperature that serves as a standard for ending the operation stop process, and can be set to about 150 ° C., for example.
  • the controller 8 receives information about the voltage of the fuel cell 1 from the voltage detector V, it determines the size relationship between the predetermined voltage V 1.
  • the predetermined voltages V 1, the air from the outside is the voltage of the fuel cell 1 during state not flowing through the combustion gas passage 13 to the combustible gas channel 11, for example, be a 0.75V .
  • the controller 8 determines that the voltage of the fuel cell 1 is equal to or higher than the predetermined voltage V 1 (“YES” in step S134)
  • the power generation raw material and the reforming material at least one of water and air
  • the supply of hydrogen-containing gas is stopped by stopping the supply of (Step S138).
  • the controller 8 After stopping the supply of hydrogen-containing gas at step S138, the controller 8 receives information about the voltage of the fuel cell 1 from the voltage detector V, it determines the size relationship between the predetermined voltage V 2 (step S139). Then, the controller 8, ( "YES" in step S139) when the voltage of the fuel cell 1 is determined to be a predetermined voltage V 2 or less, resume the supply of hydrogen-containing gas (step S140).
  • the predetermined voltage V 2 is at a voltage of the fuel cell 1 at the time a state in which air from the outside through the flue gas passage 13 to the combustible gas channel 11 flows into, i.e. combustible gas channel 11 becomes a negative pressure For example, it can be 0.65V.
  • Modifications 4 to 6 each have a configuration in which the supply stop and the supply restart of the hydrogen-containing gas are determined in consideration of a change in the fuel cell temperature, a change in the pressure of the combustible gas passage 11, or a change in the voltage of the fuel cell 1. there were.
  • the present invention is not limited to these configurations, and after taking into account changes in the fuel cell temperature, changes in the pressure of the combustible gas passage 11, or changes in the voltage of the fuel cell 1, the fuel cell temperature and reformer temperature are further increased. Or it is good also as a structure which determines the magnitude relationship between desulfurizer temperature and predetermined temperature, and determines the supply stop and supply restart of hydrogen-containing gas.
  • FIG. 18 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the fuel cell system 200 will be described by taking as an example a configuration including a solid oxide fuel cell as the fuel cell 201, but is not limited thereto.
  • the fuel cell system 200 includes a fuel cell 201, a reformer 202, an evaporator 203, a heater 204, a power generation raw material supplier 205, an oxidant gas supplier 206, and a memory.
  • the apparatus 207 includes a device 207, a controller 208, a reforming water supplier 209 as a reforming material supplier, and a combustion unit 210.
  • a combustible gas channel 211, an oxidant gas channel 212, and a reforming water channel 213 are provided as channels that connect the respective parts.
  • the power generation material supply unit 205 supplies the power generation material to the reformer 202, and may be configured to be able to adjust the flow rate of the power generation material supplied to the reformer 202. Since the power generation material supply unit 205 has the same configuration as that of the power generation material supply unit 5 included in the fuel cell system 100 according to Embodiment 1, detailed description thereof is omitted.
  • the oxidant gas supply unit 206 supplies oxidant gas to the cathode 221 of the fuel cell 201, and may be configured to be able to adjust the flow rate of oxidant gas supplied to the cathode 221 of the fuel cell 201. Since the oxidant gas supply unit 206 has the same configuration as that of the oxidant gas supply unit 6 included in the fuel cell system 100 according to Embodiment 1, detailed description thereof is omitted.
  • the reforming water supply unit 209 supplies water (steam) used for the reforming reaction to the reformer 202, and is configured to be able to adjust the flow rate of water (steam) supplied to the reformer 202. It may be.
  • the reforming water supplier 209 may be configured to include a booster and a flow rate adjustment valve, or may be configured to include only one of these. As the booster, for example, a constant displacement pump driven by a motor is used, but is not limited thereto.
  • the reformed water supplied from the reformed water supply unit 209 is vaporized by the evaporator 203 and sent to the reformer 202 through the reformed water channel 213 and the combustible gas channel 211.
  • the combustible gas flow path 211 is a flow path from the power generation raw material supply device 205 to the anode 220 of the fuel cell 201 through the reformer 202, and a power generation raw material or hydrogen-containing gas that is a combustible gas flows therethrough.
  • the combustible gas channel 211 corresponds to a section from the power generation raw material supplier 205 to the downstream end of the anode 220 in the fuel cell 201. That is, the combustible gas channel 211 includes a channel for guiding the power generation material from the power generation material supply unit 205 to the reformer 202, and the hydrogen-containing gas generated by reforming the power generation material by the reformer 202. It is a flow path obtained by adding a flow path for guiding to the fuel cell 201.
  • the oxidant gas flow path 212 is a flow path from the oxidant gas supply unit 206 to the cathode 221 of the fuel cell 201, and the oxidant gas flows therethrough. As shown in FIG. 18, the oxidant gas flow path 212 corresponds to a section from the oxidant gas supply unit 206 to the downstream end of the cathode 221 of the fuel cell 201.
  • the reformed water flow path 213 is a flow path from the reformed water supply unit 209 to a merging section (not shown) on the upstream side of the reformer 202 in the flammable gas flow path 211.
  • the channel 211 is connected.
  • water (steam) used in the reforming reaction performed in the reformer 202 flows.
  • the fuel cell 201 uses the hydrogen-containing gas (reformed gas) supplied from the reformer 202 through the combustible gas channel 211 and the oxidant gas supplied through the oxidant gas channel 212 to generate power.
  • a solid oxide fuel cell that generates electricity by reaction can be exemplified.
  • the fuel cell 201 includes an anode 220 to which a hydrogen-containing gas is supplied and a cathode 221 to which an oxidant gas is supplied, and a fuel cell single cell that generates power by performing a power generation reaction between the anode 220 and the cathode 221. Are connected in series to form a cell stack.
  • the fuel cell 201 has the same configuration as the fuel cell 1 included in the fuel cell system 100 according to the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • a combustion unit 210 is provided at the rear stage of the fuel cell 201, and in this combustion unit 210, hydrogen-containing gas and oxidant gas that are unused for power generation of the fuel cell 201 are flame-combusted. It is configured.
  • the flame combustion generates heat necessary for the fuel cell 201, the reformer 202, and the like, and the generated combustion exhaust gas is discharged out of the system through a combustion exhaust gas channel (not shown). ing.
  • a heat exchanger is provided in the middle of the combustion exhaust gas channel 214, and the oxidant gas is raised by heat exchange with the oxidant gas sent to the cathode 221. It is good also as a structure heated. With this configuration, the fuel cell system 200 can be operated with a higher energy utilization rate.
  • the combustible gas passage 211 is purged using the hydrogen-containing gas obtained by reforming the power generation material in the operation stop process, and the oxidant gas is used using the oxidant gas.
  • Each channel 212 is purged. Therefore, when purging is performed in the operation stop process, the hydrogen-containing gas is introduced from the anode 220 side of the fuel cell 201 and the oxidant gas is introduced from the cathode 221 side of the fuel cell 201 to the combustion unit 210. And in this combustion part 210, it is good also as a structure which ignites hydrogen containing gas and carries out a flame combustion with oxidizing gas.
  • the reformer 202 generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a power generation raw material and reforming water (steam). Examples of the reforming reaction performed in the reformer 202 include a steam reforming reaction.
  • the fuel cell system 200 includes an evaporator 203 that generates steam and a heater 204 that heats the evaporator 203 to a predetermined temperature when the steam reforming reaction is performed as a reforming reaction.
  • the heater 204 heats the evaporator 203 until it reaches a predetermined temperature range when starting the fuel cell system 200. Further, the heater 204 heats the evaporator 203 when the temperature of the evaporator 203 becomes a predetermined temperature or lower in the operation stop process. As the heater 204, for example, an electric heater can be used.
  • the evaporator 203 is heated and maintained in a predetermined temperature range by the heater 204 not only at the start of startup and when the operation is stopped, but also during the steady operation of the fuel cell system 200. Also good. Alternatively, during the steady operation of the fuel cell system 200, the heater 203 may not be activated, and the evaporator 203 may be maintained in a predetermined temperature range by the heat of the combustion exhaust gas generated in the combustion unit 210.
  • Examples of the power generation raw material supplied to the fuel cell system 200 are the same as the power generation raw material supplied to the fuel cell system 100.
  • the controller 208 controls various operations of each part of the fuel cell system 200. For example, after the power generation of the fuel cell 201 is stopped in the operation stop process of the fuel cell system 200, the controller 208 controls the power generation raw material supply unit 205 to supply the power generation raw material to the combustible gas passage 211, and the power generation raw material. As the water is replenished, the reforming water supplier 209 and the evaporator 203 are controlled so that water vapor flows into the combustible gas flow path 211 and the reformer 202 generates a hydrogen-containing gas. On the other hand, the controller 208 controls the oxidant gas supply unit 206 to supply the oxidant gas to the oxidant gas channel 212.
  • the controller 208 supplies the oxidant gas so as to prevent the hydrogen-containing gas flowing through the combustible gas channel 211 from flowing into the oxidant gas channel 212 and reducing and degrading the cathode 221.
  • the period during which the power generation raw material is supplied and the period during which the oxidant gas is supplied need not necessarily coincide.
  • the controller 208 may be configured such that the elapsed time from when the power generation of the fuel cell 201 is stopped in the operation stop process or the elapsed time after receiving a signal indicating an operation instruction for operation stop, or the temperature of the fuel cell 201,
  • the activation of the heater 204 is controlled according to the temperature of the reformer 202 or the temperature of the evaporator 203.
  • the controller 208 raises the temperature of the evaporator 203 by starting the heater 204, and makes it become the temperature range which can vaporize water.
  • the controller 208 is provided with a timing unit (not shown), receives time information measured by the timing unit, and gives an elapsed time from when the fuel cell 201 stops power generation or an operation instruction to stop operation. It is possible to grasp the elapsed time after receiving the signal shown.
  • the fuel cell 201 has a fuel cell temperature detector T10 as a temperature detector
  • the reformer 202 has a reformer temperature detector T20 as a temperature detector
  • the evaporator 203 has an evaporator temperature as a temperature detector.
  • Detectors T30 are provided, and the controller 208 can recognize the temperatures of the fuel cell 201, the reformer 202, and the evaporator 203 by receiving temperature information from each of them.
  • the fuel cell temperature detector T10, the reformer temperature detector T20, and the evaporator temperature detector T30 can be configured with a thermocouple, a thermistor, or the like.
  • the controller 208 includes a fuel cell temperature detector T10, a reformer temperature detector T20, and an evaporator temperature detector T30 as temperature detectors. The controller 208 may be configured to receive temperature information.
  • the controller 208 only needs to have a control function, and can have the same configuration as the controller 8 according to the first embodiment.
  • the storage device 207 associates a control program (not shown) executed by the arithmetic processing unit with temperature changes of the temperatures of the fuel cell 201, the reformer 202, and the evaporator 203 that have been examined in advance through experiments or the like.
  • the table 230 is stored. This table 230 also records predetermined temperatures, which will be described later, set in the temperature fluctuation ranges of the fuel cell 201, the reformer 202, and the evaporator 203.
  • FIGS. 19 and 20 are flowcharts showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the operation shown in the flowchart can be realized by the controller 208 reading and executing a control program (not shown) stored in the storage device 207, for example.
  • an operation to stop operation is started (step S210).
  • the controller 208 controls the power generation raw material supply unit 205, the reforming water supply unit 209, and the fuel cell 201 to stop the supply of the power generation raw material and the reforming water by starting the operation of stopping the operation.
  • the power generation of the fuel cell 201 is stopped. That is, the controller 208 receives an operation stop operation instruction from an operator or the like via an input device (not shown) or the like, or determines that the operation is stopped based on a predetermined condition.
  • the supply to the combustible gas flow path 211 is stopped, and the reforming water supplier 209 is controlled to stop the supply of the reforming water to the evaporator 203.
  • the controller 208 continues supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow path 212 for a while (for example, 5 minutes) (step S211). Then, the controller 208 determines time for supplying the oxidizing gas, the operation stop operation start to a predetermined time t 1 or from elapsed whether determined (step S212), and a predetermined time has elapsed t 1 or more Then ("YES" in step S212), the oxidant gas supply unit 206 is controlled to stop the supply of oxidant gas (step S213).
  • step S210 thereby continuing the supply of the oxidizing gas from the shutdown operation is initiated at step S210 until a predetermined time t 1 has elapsed.
  • t 1 a predetermined time t 1 has elapsed.
  • the hydrogen-containing gas is generated in the reformer 202 and supplied to the fuel cell 201. That is, with the supply of the power generation raw material and the supply of reforming water (steam) immediately before the shutdown, hydrogen-containing gas is generated in the reformer 202 for a while after the shutdown instruction.
  • the combustible gas flow path 211 has a pressure higher than that of the oxidant gas flow path 212, so that the generated hydrogen-containing gas is a combustion section 210 provided at the rear stage of the fuel cell 201. May flow into the cathode 221 side of the fuel cell 201.
  • the fuel cell system 200 supplies the oxidant gas to the oxidant gas flow channel 212 until a predetermined time t 1 elapses after the operation stop operation is started. It is configured to make it.
  • the predetermined time t 1 is a time during which the hydrogen-containing gas does not flow into the cathode 221 side of the fuel cell 201 after the operation stop operation is started, that is, the hydrogen-containing gas in the reformer 202 after the operation stop operation. Can be defined as the time until no longer occurs.
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T10 and the predetermined temperature T s1 .
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20 and the predetermined temperature Tr1 .
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the evaporator temperature detected by the evaporator temperature detector T30 and the predetermined temperature T e1 (step S214). That is, the controller 208 determines the magnitude relationship between at least one of the fuel cell temperature, the reformer temperature, and the evaporator temperature and the predetermined temperature.
  • the fuel cell 201 and the reformer 202 are configured to be heated by heat generated by the combustion of the combustible gas in the combustion unit 210 provided at the subsequent stage of the fuel cell 201. For this reason, the temperature of both the fuel cell 201 and the reformer 202 changes in conjunction. Further, the evaporator 203 is heated by the heat of the combustion exhaust gas generated in the combustion unit 210 during the steady operation, and after the start of the operation for stopping the operation, the temperature is lowered similarly to the fuel cell 201 and the reformer 202 described above. It is supposed to be. That is, the temperature change of each of the fuel cell 201, the reformer 202, and the evaporator 203 is interlocked after the start of the shutdown operation.
  • the storage device 207 stores a table 230 in which the temperature changes of the fuel cell temperature, the reformer temperature, and the evaporator temperature are associated with each other. Then, the controller 208 refers to the table 230, and can grasp one of the fuel cell temperature, the reformer temperature, and the evaporator temperature, thereby grasping the remaining temperature.
  • the fuel cell temperature is the temperature of an arbitrary single cell constituting the fuel cell 201, but is not limited to this.
  • the temperature of the combustible gas or oxidant gas flowing through the fuel cell 201 may be used.
  • the predetermined temperature T s1 may be the temperature of the fuel cell 201 immediately after the start of the operation stop process of the fuel cell system 200, or the temperature of the fuel cell 201 after a predetermined time has elapsed from the start of the operation stop process.
  • the temperature may be 480 ° C.
  • the reformer temperature is the temperature of the reforming catalyst charged in the reformer 202, and the predetermined temperature T r1 can be set to 480 ° C., for example. That is, during the operation stop process, the temperature of the fuel cell 201 and the reformer 202 is substantially the same temperature.
  • the evaporator temperature is a temperature at a predetermined position in the evaporator 203, and the predetermined temperature T e1 can be set to 180 ° C., for example.
  • step S214 the controller 208 determines whether the fuel cell temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T s1 , whether the reformer temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T r1 , and the evaporator temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T e1 . If at least one of the determinations regarding whether or not there satisfies the determination condition (“YES” in step S214), the controller 208 controls the oxidant gas supply unit 206 to control the oxidant gas flow path of the oxidant gas. Supply to 212 is started (step S215).
  • the controller 208 controls the reforming water supply unit 209 to start the supply of the reforming water to the reforming water channel 213 (step S216) and also controls the power generation raw material supply unit 205 to control the combustible gas flow. Supply of the power generation raw material to the path 211 is started (step S217).
  • the oxidant gas flow path 212 is purged by supplying the oxidant gas, and the power generation raw material and the reforming water (steam) are supplied.
  • the combustible gas passage 211 is purged with the hydrogen-containing gas generated in the vessel 202.
  • each part of the fuel cell system 200 decreases with time
  • the reformer water may be vaporized in the evaporator 203. It becomes difficult.
  • the hydrogen concentration in the hydrogen-containing gas generated in the reformer 202 decreases, and the combustion of the hydrogen-containing gas in the combustion unit 210 becomes difficult. Go.
  • the controller 208 detects the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T10, the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20, and the evaporator detected by the evaporator temperature detector T30. Accept at least one of the temperatures and monitor the temperature change. Then, the controller 208 determines the magnitude relationship between the fuel cell temperature and the predetermined temperature T s2 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the reformer temperature and the predetermined temperature Tr2 . Alternatively the controller 208 determines the magnitude relation between the evaporator temperature and the predetermined temperature T e2 (step S218).
  • the controller 208 determines whether the fuel cell temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T s2 , whether the reformer temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T r2 , or whether the evaporator temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T e2. . If at least one of these satisfies the determination condition (“YES” in step S218), the heater 204 is operated to heat the evaporator 203 (step S219). Conversely, when the determination condition of step S218 is not satisfied, the supply of the oxidant gas, the reforming water, and the power generation raw material is continued. In addition, the case where the determination condition of step S218 is satisfied is a case where the temperature is equal to or lower than the lower limit value of the operating temperature of the evaporator 203 that can vaporize the reforming water.
  • the vaporization of the reforming water is continued by heating the evaporator 203, Water vapor can be supplied to the combustible gas channel 211. Therefore, it becomes difficult to evaporate the reforming water due to the temperature of the evaporator 203 being lowered, and the hydrogen concentration in the hydrogen-containing gas produced by the reformer 202 can be prevented from being lowered.
  • the predetermined temperature T s2 , the predetermined temperature T r2 , and the predetermined temperature T e2 are the fuel cell temperature, the reformer temperature, and the evaporator when the evaporator 203 becomes a temperature at which the reforming water cannot be sufficiently vaporized. Temperature.
  • the predetermined temperature T s2 of the fuel cell temperature can be about 300 ° C.
  • the predetermined temperature T r2 of the reformer temperature is about 300 ° C.
  • the predetermined temperature T e2 of the evaporator 203 is about 100 ° C. can do.
  • the controller 208 receives at least one of the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T10 and the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20, and monitors the temperature change. Then, the controller 208 determines the magnitude relationship between the detected fuel cell temperature and the predetermined temperature T s3 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the detected reformer temperature and the predetermined temperature Tr3 (step S220).
  • the controller 208 determines whether or not the detected fuel cell temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T s3 , and whether or not the reformer temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T r3 , and at least one of them is determined. If the condition satisfies the determination condition (“YES” in step S220), it is determined that the temperature has reached a point at which the anode 220 of the fuel cell 201 is not likely to be oxidized. Therefore, if “YES” in step S220, the controller 208 controls the power generation material supply unit 205 to stop the supply of power generation material (step S221) and also controls the reforming water supply unit 209 to perform reforming. Water supply is stopped (step S222). Furthermore, the controller 208 stops the operation of the heater 204 (step S223). It should be noted that the execution order of steps S221 to S223 is not limited to this order, and may be performed simultaneously, or the order may be changed.
  • the predetermined temperature T s3 and the predetermined temperature T r3 are the fuel cell temperature and the reformer temperature at which the anode 220 of the fuel cell 201 is not likely to be oxidized.
  • the predetermined temperature T s3 of the fuel cell temperature can be set to 150 ° C. to suppress oxidation due to local cell generation, and the predetermined temperature of the reformer temperature can also be set to 150 ° C.
  • the fuel cell system 200 can perform the operation stop process.
  • the hydrogen-containing gas generated in the reformer 202 until the temperature of the fuel cell 201, the reformer 202, etc. is lowered to a temperature at which the anode 220 of the fuel cell 201 is no longer oxidized. Purge with gas. For this reason, air flows from the outside in response to a pressure drop due to gas contraction in the combustible gas flow path as the temperature of the fuel cell 201 decreases and a pressure drop in the combustible gas flow path caused by condensation of water vapor. Can be prevented. Therefore, in addition to oxidation by air downstream of the anode 220 at low temperatures, oxidation due to local cell generation upstream of the anode 220 due to intrusion of air from the downstream side of the anode 220 can be suppressed.
  • the power generation raw material itself does not purge the combustible gas channel 211 using a hydrogen-containing gas, it prevents carbon from being deposited on the anode 220 and the reformer 202 of the fuel cell 201. Can do.
  • the combustible gas discharged from the fuel cell 201 is burned by operating an igniter (not shown) in the combustion unit 210 during a period in which the power generation raw material and reforming water are supplied.
  • it may be configured to exhaust to the outside of the system. When comprised in this way, it can prevent that combustible gas is discharged
  • the oxidant gas, the reforming water, and the power generation raw material that have been supplied in steps S215, 216, and 217 may be continuously supplied until the supply is stopped in steps S221, 222, and 225, respectively. , May be supplied intermittently.
  • the controller 208 receives time information from a timing unit (not shown) and supplies the oxidant gas, the reforming water, and the power generation raw material for a predetermined period.
  • the reforming water supply unit 209, the power generation material supply unit 205, and the oxidant gas supply unit 206 are controlled so that the operation of stopping the supply for a predetermined period is repeated a predetermined number of times.
  • the oxidant gas may be supplied intermittently as described above while continuously supplying the oxidant gas from the start in step S215 until the supply is stopped in step S225. Good.
  • the electric power generation raw material consumed when implementing an operation stop process in the fuel cell system 200 can be reduced.
  • the heater 204 whose operation is started in step S219 may be configured to continuously operate until the operation ends in step S223.
  • the heater 204 may be configured to be ON / OFF controlled by the controller 208 so that the evaporator temperature is within a predetermined temperature range, or may be configured to be PWM (Pulse Width Modulation) controlled. May be.
  • the temperature detector is configured to include the fuel cell temperature detector T10, the reformer temperature detector T20, and the evaporator temperature detector T30. It is not always necessary to provide these three, and it is sufficient to provide at least one of them.
  • the fuel cell system 200 may further include a desulfurizer (not shown in FIG. 18) for removing sulfur compounds contained in the power generation raw material in the combustible gas passage 211. Good.
  • the desulfurizer is provided between the power generation raw material supply unit 205 and the reformer 202 in the combustible gas flow path 211.
  • the desulfurizer may have the same configuration as the desulfurizer 9 provided in the fuel cell system 100 according to the second modification of the first embodiment.
  • the sulfur compound contained in the power generation raw material may be artificially added to the raw material as an odorous component, or may be a natural sulfur compound derived from the raw material itself. Specifically, tertiary-butylmercaptan (TBM), dimethyl sulfide (DMS), tetrahydrothiophene (THT), carbonyl sulfide (COS), hydrogen sulfide (hydrogen sulfide), etc. Illustrated.
  • FIG. 21 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 200 according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention.
  • the fuel cell system 200 according to Modification 1 of Embodiment 2 is different from the configuration of the fuel cell system 200 shown in FIG. 18 in that a purifier 231 is further provided in the combustion exhaust gas channel 214. . Further, the purifier 231 is different in that a purifier temperature detector T40 is provided. Since it becomes the same structure about other points, the same code
  • a combustion exhaust gas flow path 214 through which combustible gas is combusted in the combustion part 210 and the generated combustion exhaust gas flows is provided on the downstream side of the combustion part 210.
  • the combustion exhaust gas flow path 214 contains a combustible gas (hydrogen-containing gas) discharged from the fuel cell 201 and an oxidant gas. Exhaust gas circulates.
  • the purifier 231 is provided in the combustion exhaust gas passage 214 and purifies the exhaust gas discharged from the fuel cell 201 flowing through the combustion exhaust gas passage 214.
  • This exhaust gas is a highly flammable gas.
  • the configuration of the purifier 231 is the same as that of the purifier 16 included in the fuel cell system 100 according to the third modification of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the purifier 231 may be configured to be heated to a predetermined temperature range by the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 214 during the steady operation of the fuel cell system 200. In other words, during steady operation, the combustion exhaust gas that has passed through the purifier 231 is discharged out of the fuel cell system 200 in a state where the highly combustible gas is purified while heating the purifier 231 as described above.
  • the purifier 231 is provided with the purifier temperature detector T40 as described above, and information on the temperature (purifier temperature) detected by the purifier temperature detector T40 is output to the controller 208.
  • the purifier temperature detector T40 can be composed of, for example, a thermocouple or a thermistor.
  • FIGS. 22 and 23 are flowcharts showing an example of the operation stop process of the fuel cell system 200 according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention.
  • the operation shown in the flowchart can be realized by the controller 208 reading and executing a control program (not shown) stored in the storage device 207, for example.
  • step S230 to step S233 the processing from step S235 to step S237, the processing from step S239, and step S241 to step S245 are described in FIGS. Since the processing from step S210 to step S213 shown, the processing from step S215 to step S217, the processing from step S219, and from step S221 to step S225 are the same, description thereof will be omitted.
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T10 and the predetermined temperature T s1 .
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20 and the predetermined temperature Tr1 .
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the evaporator temperature detected by the evaporator temperature detector T30 and the predetermined temperature Te1 .
  • the controller 208 determines the magnitude relationship between the purifier temperature detected by the purifier temperature detector T40 and the predetermined temperature Tp1 . That is, the controller 208 determines a magnitude relationship between at least one of the fuel cell temperature, the reformer temperature, the evaporator temperature, and the purifier temperature and the predetermined temperature.
  • the fuel cell 201 and the reformer 202 are configured to be heated by heat generated by the combustion of the combustible gas in the combustion unit 210 provided at the subsequent stage of the fuel cell 201. For this reason, the temperature of both the fuel cell 201 and the reformer 202 changes in conjunction. Further, the evaporator 203 and the purifier 231 are heated by the heat of the combustion exhaust gas generated in the combustion section 210 during the steady operation, and after the start of the operation stop operation, the fuel cell 201 and the reformer 202 described above are heated. Similarly, the temperature decreases. That is, after the start of the shutdown operation, the temperature changes of the fuel cell 201, the reformer 202, the evaporator 203, and the purifier 231 are linked.
  • the table 230 stored in the storage device 207 of the fuel cell system 200 according to the first modification of the second embodiment of the present invention includes temperature fluctuations of the fuel cell 201, the reformer 202, and the evaporator 203. In addition to the predetermined temperature set in the range, the predetermined temperature set in the temperature fluctuation range of the purifier 231 is recorded.
  • the purifier temperature is the temperature of the purifying catalyst charged in the purifier 231, but is not limited to this.
  • the predetermined temperature T p1 of the purifier 231 may be the temperature of the purifier 231 immediately after the start of the operation stop process of the fuel cell system 200, or the purifier after a predetermined time has elapsed since the start of the operation stop process.
  • the temperature may be 231.
  • the predetermined temperature T s1 of the fuel cell 201 is about 480 ° C.
  • the predetermined temperature T p1 of the purifier 231 is, for example, about 270 ° C.
  • step S234 the controller 208 determines whether the fuel cell temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T s1 , whether the reformer temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T r1 , or the evaporator temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T e1.
  • the controller 208 changes the oxidant gas supply unit 206 to The supply of the oxidant gas to the oxidant gas channel 212 is started under control (step S235). Further, in steps S236 and S237, the supply of the reforming water and the power generation raw material is started, and the oxidant gas passage 212 and the combustible gas passage 211 are purged.
  • each part for example, the fuel cell 201, the reformer 202, the evaporator 203, and the purifier 231
  • the temperature of each part for example, the fuel cell 201, the reformer 202, the evaporator 203, and the purifier 231
  • the reformer water is supplied to the evaporator 203. It becomes difficult to vaporize.
  • the controller 208 detects the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T10, the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20, and the evaporator temperature detected by the evaporator temperature detector T30. At least one of the purifier temperatures detected by the purifier temperature detector T40 is received and the temperature change is monitored. Then, the controller 208 determines the magnitude relationship between the fuel cell temperature and the predetermined temperature T s2 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the reformer temperature and the predetermined temperature Tr2 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the evaporator temperature and the predetermined temperature Te2 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the purifier temperature and the predetermined temperature T p2 (step S238).
  • the controller 208 determines whether the fuel cell temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T s2 , whether the reformer temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T r2 , whether the evaporator temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T e2 , or purification. It is determined whether the vessel temperature is equal to or lower than a predetermined temperature Tp2 . If at least one of these satisfies the determination condition (“YES” in step S238), the heater 204 is operated to heat the evaporator 203 (step S239). On the contrary, when the condition of step S238 is not satisfied, the supply of the oxidizing gas, the reforming water, and the power generation raw material is continued.
  • the vaporization of the reforming water can be continued by heating the evaporator 203, and water vapor can be supplied to the combustible gas channel 211. Therefore, it becomes difficult to evaporate the reforming water due to the temperature of the evaporator 203 being lowered, and the hydrogen concentration in the hydrogen-containing gas produced by the reformer 202 can be prevented from being lowered.
  • the predetermined temperature T p2 is a purifier temperature corresponding to the evaporator temperature when the evaporator 203 reaches a temperature at which the reforming water cannot be sufficiently vaporized.
  • the predetermined temperature T p2 of the purifier 231 can be about 200 ° C.
  • the predetermined temperature T s2 of the fuel cell 201 corresponding to the temperature of the purifier 231 is about 300 ° C.
  • the controller 208 includes the fuel cell temperature detected by the fuel cell temperature detector T10, the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20, and the purifier temperature detected by the purifier temperature detector T40. Accept at least one of them and monitor the temperature change. Then, the controller 208 determines the magnitude relationship between the detected fuel cell temperature and the predetermined temperature T s3 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the detected reformer temperature and the predetermined temperature Tr3 . Alternatively, the controller 208 determines the magnitude relationship between the detected purifier temperature and the predetermined temperature T p3 (step S240).
  • the controller 208 determines whether the fuel cell temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T s3 , whether the reformer temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T r3 , and whether the purifier temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T p3 . If at least one of these satisfies the determination condition (“YES” in step S240), it is determined that the temperature has reached a temperature at which the anode 220 of the fuel cell 201 is not likely to be oxidized. Therefore, if “YES” in step S240, the controller 208 controls the power generation material supply unit 205 to stop the supply of power generation material (step S241) and also controls the reforming water supply unit 209 to perform reforming.
  • step S242 Water supply is stopped (step S242). Furthermore, the controller 208 stops the operation of the heater 204 (step S243). Note that the steps from step S241 to step S243 are not limited to this order, and may be performed at the same time, or the order may be changed.
  • the predetermined temperature T p3 is a purifier temperature corresponding to the fuel cell temperature or the reformer temperature at which the anode 220 of the fuel cell 201 is no longer likely to be oxidized.
  • the predetermined temperature T p3 of the purifier 231 can be set to about 120 ° C.
  • the predetermined temperature T s3 of the fuel cell 201 corresponding to the temperature of the purifier 231 is about 150 ° C.
  • the supply or stop of the oxidant gas, the reforming water, the power generation raw material, and the operation of the heater 204 are performed even with respect to the temperature change of the purifier temperature. It can be a start or end trigger.
  • the temperature of the evaporator 203 can be maintained by operating the heater 204 so that the evaporator 203 has a temperature sufficient to vaporize the reforming water.
  • a fuel cell system 200 having a configuration capable of generating a hydrogen-containing gas even when the temperature falls below the temperature range in which the reformer 202 can function will be described.
  • FIG. 24 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 200 according to Modification 2 of Embodiment 2 of the present invention.
  • the fuel cell system 200 according to Modification 2 of Embodiment 2 shown in FIG. 24 is arranged upstream of the reformer 202 in the combustible gas passage 211. This is different from the reformer 202 in that a pre-reformer 232 provided separately from the reformer 202 is further provided. Since it becomes the same structure about other points, the same code
  • the pre-reformer 232 reforms the power generation raw material and supplies it to the fuel cell 201, and is configured by being filled with a reforming catalyst.
  • the reforming catalyst the same catalyst as that of the reformer 202 may be used as long as the reforming reaction can proceed while maintaining the optimum temperature range.
  • the pre-reformer 232 is provided in the vicinity of or adjacent to the heater 204, and the temperature can be raised when the heater 204 is activated. Therefore, even when the reformer temperature detected by the reformer temperature detector T20 is, for example, 300 ° C. or less and the reforming reaction does not proceed well in the reformer 202, the heater 204
  • the preliminary reformer 232 is heated up to about 500 ° C. by which the reforming reaction proceeds satisfactorily. Thereby, the hydrogen-containing gas can be generated by the reforming reaction in the pre-reformer 232.
  • the controller 208 determines that the operating temperature of the evaporator 203 is equal to or lower than the lower limit value based on the detection result of the temperature detection unit, 204 can be controlled to heat the pre-reformer 232 together with the evaporator 203.
  • the fuel cell system 200 includes the pre-reformer 232 that is heated by the heater 204 as described above. For this reason, even if the reforming reaction does not proceed sufficiently in the reformer 202 due to a temperature drop, the pre-reformer 232 heated by the heater 204 instead of the reformer 202 The reforming reaction can proceed to generate a hydrogen-containing gas.
  • the fuel cell system 200 according to the modification 2 has a configuration in which a preliminary reformer 232 is provided on the upstream side of the reformer 202.
  • the arrangement of the pre-reformer 232 is not limited to this, and the pre-reformer 232 may be configured as in a fuel cell system 200 according to Modification 3 below.
  • the fuel cell system 200 according to Modification 3 has a configuration of the fuel cell system 200 according to Modification 2 in which the pre-reformer 232 includes the reformer 202 in the combustible gas channel 211.
  • the configuration is arranged not on the upstream side but on the downstream side.
  • FIG. 25 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system 200 according to Modification 3 of Embodiment 2 of the present invention.
  • a desulfurizer may be provided upstream of the reformer 202 in the combustible gas passage 211 to remove sulfur compounds contained in the power generation raw material. it can.
  • the configuration including the deflower as described above it is possible to prevent the reforming catalyst of the reformer 202 from being poisoned by the sulfur compound contained in the power generation raw material.
  • the pre-reformer is disposed in the vicinity of or adjacent to the heater 204 and downstream of the reformer 202 in the combustible gas channel 211. 232 is provided. As a result, it is possible to prevent the preliminary reformer 232 from being poisoned by the sulfur compound contained in the power generation raw material and causing deterioration in the reforming performance. Therefore, the fuel cell system 200 according to the modification 3 can improve the durability of the preliminary reformer 232 as compared with the fuel cell system 200 according to the modification 2.
  • the operation stop process is performed in the same manner as the control flow of the operation stop process shown in FIGS.
  • the fuel cell system 200 of the second and third modifications of the second embodiment may further include a purifier 231 and a purifier temperature detector T40, as in the fuel cell system 200 of the first modification of the second embodiment. Good.
  • the control flow of the operation stop process performed in the fuel cell system 200 of the second and third modifications of the second embodiment is shown in FIGS. It becomes the same as the control flow of the operation stop process shown.
  • the fuel cell system 200 according to the second and third modifications of the second embodiment further includes the pre-reformer 232 that is heated by the heater 204. For this reason, even if the reformer 202 falls below the temperature at which the reforming reaction can proceed satisfactorily due to the temperature drop after the fuel cell 201 is stopped, the preliminary reforming that has been heated by the heater 204 is performed. A reforming reaction can be performed by the mass device 232 to generate a hydrogen-containing gas.
  • the solid oxide fuel cell system of the present invention can improve safety and durability, and can be widely applied in solid oxide fuel cell systems.

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Abstract

　燃料電池システムは、燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを燃料電池のアノードに供給する改質器と、改質器に発電原料を供給する発電原料供給器と、改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、制御器と、を備え、燃料電池システムの運転停止工程において、制御器は、酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを燃料電池のカソードに供給させ、発電原料供給器および改質用材料供給器を制御して、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器に間欠的に供給させるとともに、燃焼部が有する着火器を制御して着火動作させる。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムの運転停止工程に関する。
　一般に、固体酸化物形燃料電池システムは、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと空気とを供給して、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。固体酸化物形燃料電池システムの定常運転時には、固体酸化物形燃料電池は５００℃～９００℃の高温で動作する。
　固体酸化物形燃料電池システムは、水素含有ガス（改質ガス）を生成するため水素生成装置を備えている。水素生成装置は、水素含有ガスを生成するための原料（発電原料）として、天然ガスを主成分とする都市ガスやＬＰＧ等の化石原料を用いている。水素生成装置は、改質器を備えており、この改質器により発電原料を、例えば、Ｒｕ触媒やＮｉ触媒を用いて、６００℃前後の高温で水蒸気と反応（改質反応）させ、水素含有ガスを生成させる。改質器は、固体酸化物形燃料電池システムの定常運転中、４００℃～７００℃の高温に保持されており、発電原料および水等が連続的に供給され、触媒による改質反応により水素含有ガスを生成する。
　また、固体酸化物形燃料電池システムは、外部から供給された水から、改質器における改質反応に必要な水蒸気を生成させる蒸発器も備えている。蒸発器は、固体酸化物形燃料電池システムの定常運転中、１００℃～３００℃の高温に保持される。
　ところで、固体酸化物形燃料電池システムの運転を停止させる際に実行する運転停止工程において、高温で動作している燃料電池および改質器、蒸発器などを所定温度まで冷却させるとともに、改質器内部、燃料電池内部、および水素含有ガスを流通させる流路内に残留している水素含有ガスのパージを行う必要がある。これは下記の理由からである。残留した水素含有ガスは水蒸気を含むため、冷却過程において温度が露点以下になると水が凝縮してしまう。その際、圧力低下により外部から空気が侵入する。そのため、侵入した空気により、アノード材料が酸化する。それゆえ、起動と停止を繰り返すとアノード材料の酸化と還元とが繰り返されるため、耐久性を著しく低下させてしまう原因となる。そして、この凝縮水が、アノード以外にも改質器または脱硫器それぞれに充填された触媒の耐久性を著しく低下させてしまう原因となる。なお、固体酸化物形燃料電池システムの運転を停止させるにあたり行われる、例えば上記したパージなどを含む複数の処理ステップからなる工程を運転停止工程と称する。運転停止工程は、発電停止指示を受け付けてから、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給が停止されるまでの処理であり、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給停止は、例えば固体酸化物形燃料電池のスタック温度または改質器の温度が所定温度（例えば、１００度）に達したときに実施される構成であってもよい。
　この運転停止工程において、窒素などの不活性ガスを用いて還元雰囲気を作ることで、水素含有ガスのパージを行う構成を有した固体酸化物形燃料電池システムが従来から知られている。しかしながら、このように不活性ガスを用いてパージを行う構成の場合、パージ専用の流路を設置する必要があり、固体酸化物形燃料電池システムの大型化を招くという問題がある。そこで、原料ガスを用いて水素含有ガスのパージを行う燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０１３－１８６９４５号公報
　本発明は、耐久性の低下を防ぎつつ、安全に運転停止することができる燃料電池システムを提供する。
　本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、固体酸化物形燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、制御器と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる。
　また、本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、固体酸化物形燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池に供給する改質器と、前記発電原料を前記改質器に供給する発電原料供給器と、前記改質器における改質反応に利用する水を該改質器に供給する改質水供給器と、前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、前記蒸発器を加熱する加熱器と、前記固体酸化物形燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、可燃性ガスである前記発電原料または前記水素含有ガスが流通する、前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である可燃性ガス流路と、前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、連動して変化する前記蒸発器、前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池の温度うちの少なくともいずれか１つの温度を検知する温度検知部と、制御器と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池の運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。
　本発明に係る燃料電池システムは、以上に説明したように構成され、耐久性の低下を防ぎつつ、安全に運転停止することができるという効果を奏する。さらには、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器に間欠的に供給させる構成により、発電原料等を改質器に連続的に供給する構成と比較して、より早く固体酸化物形燃料電池および改質器等の温度を低下させることができるという効果も奏する。
本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 図２に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態１の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 図６に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１の変形例４に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 図１０に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 図１３に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 図１６に示すフローチャートに従って燃料電池システムが動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２の変形例３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
　（本発明の一形態を得るに至った経緯）
　本発明者らは「背景技術」にて記載した特許文献１に係る燃料電池システムに関して鋭意研究したところ、以下の知見を得た。
　すなわち、特許文献１のように原料ガス（発電原料）を用いてパージを行う燃料電池システムの場合、可燃性ガスである発電原料がそのまま系外に排出されてしまうことに気付いた。また、運転停止後の高温な状態の改質器や燃料電池のアノードに発電原料が供給されると、改質器またはアノードにて炭化水素原料が分解され炭素析出し、これにより改質器またはアノードが破損する可能性があることを見出した。
　以上の知見に基づいて、本発明者らは、系外に排気する前に、パージに用いた可燃性の発電原料を燃焼させることで、安全に運転停止させることができることを見出した。また、発電原料の代わりに該発電原料を改質した水素含有ガス（改質ガス）によりパージを行うことで改質器または固体酸化物形燃料電池のアノードにおける炭素析出を防ぐことができることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
　さらにまた、本発明者らは「背景技術」にて記載した特許文献１に係る燃料電池システムに関して鋭意研究したところ、以下の知見も得た。
　特許文献１では、運転停止工程において燃料電池のスタック温度が約１５０℃～３００℃程度の低温時の場合であっても、パージ用のガス（例えば、発電原料）をアノードに供給する必要があることを見出した。なぜならば、パージ用のガスをアノードに供給していない場合、アノードの下流部側に外部から空気が流入し、アノードの上流部とアノード下流部との間で局部電池ができ、アノード材料が酸化する可能性があるからである。
　また、燃料電池システムが、アノードオフガスとカソードオフガスとを燃料電池の下流側で混合させるように構成されている場合、運転停止工程において、カソードへのパージ用ガス（例えば、酸化剤ガス）の供給を停止し、アノードだけにパージ用ガス（例えば、発電原料）を供給させると、アノードに供給したパージ用ガスがカソードの下流側から流入してくる可能性がある。これは、燃料電池停止後において系内に残った改質水が余った熱で蒸発し、燃料電池のアノードの方がカソードよりも圧力が高くなっているからである。このように、アノードに供給したパージ用ガスがカソードに流入するとカソード材料が還元し燃料電池の性能が低下してしまう場合がある。
　以上の知見に基づいて、本発明者らは、燃料電池のスタック温度が約１５０℃に低下するまで、水素含有ガス（改質ガス）をアノードに、酸化剤ガスをカソードにそれぞれ供給する構成とすることで、アノードの酸化およびカソードの還元を防止することができることを見出した。さらに、炭化水素原料が分解され炭素析出が生じる所定の温度範囲では原料ガスを改質して生成した水素含有ガス（改質ガス）を供給する構成とするため、アノードに発電原料を供給することで生じる炭素析出を防ぐことができることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
　本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、制御器と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる。
　上記構成によると、制御器が酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させるため、この酸化剤ガスにより酸化剤ガス供給器から固体酸化物形燃料電池のカソードに至る経路におけるパージを行うことができる。さらに、制御器が発電原料供給器および改質用材料供給器を制御して発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器に間欠的に供給させる。つまり改質器における改質反応により発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを利用して生成された水素含有ガスを固体酸化物形燃料電池のアノードに間欠的に供給することができる。このため、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。また、パージに利用する水素含有ガスは発電原料などの炭化水素原料のように高温に曝されて炭素析出することがないため、炭素析出による燃料電池システムの耐久性の低下を防ぐことができる。
　また固体酸化物形燃料電池に供給された酸化剤ガスと水素含有ガスとが排ガスとして該固体酸化物形燃料電池から排出されるが、この排ガスを燃焼部の着火器により着火させ燃焼させることができるため、可燃性ガスをそのまま燃料電池システムの系外に排出することを防ぐことができる。
　したがって、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは耐久性の低下を防ぎつつ、安全に運転停止することができるという効果を奏する。さらにまた、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方（以下、発電原料等）とを改質器に間欠的に供給させる構成により、発電原料等を改質器に連続的に供給させる構成と比較して、より早く固体酸化物形燃料電池および改質器等の温度を低下させることができるという効果も奏する。例えば、燃料電池システムの運転停止工程において、発電原料等を改質器に連続的に供給させる構成の場合、発電原料等を供給させる供給器は継続して動作することとなる。すなわち、発電原料等の供給が不要な状態であっても供給器から最低流量以上の発電原料等が送り込まれ固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスが継続して燃焼させられることとなる。これに対して、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、発電原料等を間欠的に供給させる構成であるため、固体酸化物形燃料電池から排出される排ガスを継続して燃焼させることを防ぐことができる。それゆえ、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、発電原料等を連続的に供給させる構成と比較してより早く固体酸化物形燃料電池および改質器等の温度を低下させることができる。
　また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記燃焼部よりも下流側に設けられ、該燃焼部から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを浄化する浄化器と、前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記浄化器の温度を検知するための浄化器温度検知部と、をさらに備え、前記浄化器温度検知部による検知結果が所定温度未満となる場合、前記制御器は、前記着火器を制御して着火動作させる構成であってもよい。
　ここで所定温度とは、例えば、浄化器が有する浄化触媒が活性化する温度の下限値である。
　上記構成によると、浄化器温度が所定温度以上の場合は着火器を動作させず、可燃性ガスを浄化器で浄化させる。その一方で、浄化器の温度が所定温度未満の場合は、浄化触媒が活性する温度に達していないため、制御器は着火器を動作させて、燃焼部で可燃性ガスを燃焼させる。
　したがって、燃料電池システムでは、燃焼部よりも低温域で、可燃性ガスを浄化できる浄化器と、該可燃性ガスを燃焼させて浄化させる燃焼部とを組み合わせることで、残留する可燃性ガスの浄化をより確実に達成できるとともに、燃焼部において必要となる熱量を抑制することができる。それゆえ、燃焼部だけで可燃性ガスの浄化を行う構成と比較して、燃料電池システムの温度をより確実に、かつ効率的に低下させることができる。また燃焼部において必要となる熱量、および原料の供給量を抑制できるため、燃料電池システムの停止操作における消費エネルギーの低減、ならびに停止時間の短縮化を実現できる。
　また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１または第２の態様において、前記発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器を備える構成であってもよい。
　上記構成によると脱硫器を備えるため、発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去することができる。このため、発電原料中に含まれる硫黄化合物によって脱硫器よりも下流側にある改質器の改質触媒が被毒させられることを防ぐことができる。
　また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３の態様において、前記燃焼部において燃焼させた前記排ガスを流通させ、該燃焼させた排ガスの有する熱により前記脱硫器を加熱する加熱部を備えるように構成されていてもよい。
　上記構成によると、加熱部を備えるため燃焼された排ガスが有する熱を有効活用して脱硫器を加熱させることができる。
　また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３または第４の態様において、前記脱硫器は、水素を利用して前記発電原料から硫黄化合物を除去する水添脱硫器であってもよい。
　また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行うように構成されていてもよい。
　上記構成によると制御器は、所定の時間間隔ごとに発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを改質器へ間欠的に供給することができる。このため、常時、発電原料を供給する構成よりも、発電原料の消費量を抑制しつつ、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
　また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池、前記脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しており、前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部、および前記脱硫器の温度を検知する脱硫器温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも備え、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行うように構成されていてもよい。
　ここで、改質器、固体酸化物形燃料電池、脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しているため、各部の温度変化それぞれを互いに対応づけて記憶することで、各部のうちいずれかの温度変化から他の部材の温度変化を把握することができる。
　上記構成によると、制御器は、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方との改質器への間欠的な供給を、少なくとも改質器温度検知部、燃料電池温度検知部、および脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて行うことができる。ところで、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方との、改質器への間欠的な供給を行うか否か判定に用いる所定の温度範囲は、例えば、改質器、固体酸化物形燃料電池、脱硫器が過昇温とならない範囲内で定めることができる。
　このため、第７の態様に係る燃料電池システムは、改質器、固体酸化物形燃料電池、脱硫器が過昇温しないように監視しながら、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
　また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、上記した第７の態様において、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度の上昇値および下降値に応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行うように構成されていてもよい。
　また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードに至る流路であり、前記発電原料を含む可燃性ガスが流通する可燃性ガス流路と、前記可燃性ガス流路に設けられ、該可燃性ガス流路内の圧力を検知する圧力センサと、を備え、前記圧力センサの検知結果において、前記可燃性ガス流路内の圧力が負圧となった場合、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行うように構成されていてもよい。
　上記構成によると、制御器は、可燃性ガス流路の圧力が負圧となった場合、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方の改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに行う。このため、可燃性ガス流路が負圧になり外部から空気が流入してこないように監視し、負圧となる場合は発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを供給することにより、可燃性ガス流路の圧力を上げることができる。
　したがって、第９の態様に係る燃料電池システムは、可燃性ガス流路に外部から空気が流入しないようにしつつ、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
　また、本発明の第１０の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第５の態様のうちいずれか１つの態様において、前記固体酸化物形燃料電池の電圧を検知する電圧検知器を備え、前記電圧検知器により検知された電圧が所定電圧以下となるたびに、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器へ供給するように、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御する構成であってもよい。
　ここで所定電圧とは、可燃性ガス流路の圧力が負圧になり外部から空気が流入した場合に固体酸化物形燃料電池において検知できる電圧である。
　上記構成によると、制御器は、電圧検知器により検知された固体酸化物形燃料電池の電圧が所定電圧以下となるたびに、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方を改質器へ供給することができる。つまり、固体酸化物形燃料電池の電圧の低下から可燃性ガス流路が負圧となったか否か把握することができる。より具体的には、可燃性ガス流路が負圧となる場合は外部から空気が侵入し、アノードでの酸素分圧が高くなるため、カソードとアノードの電位差が小さくなり、固体酸化物形燃料電池の電圧が小さくなる。このため、固体酸化物形燃料電池の電圧がセンシング可能となる所定温度（例えば１２０℃）以上の状態において、所定電圧以下となると、可燃性ガス流路が負圧となり、外部から空気が侵入したことが分かる。そこで、固体酸化物形燃料電池の電圧が所定電圧以下となる場合、発電原料と、水および空気の少なくともいずれか一方とを供給することにより、可燃性ガス流路の圧力を上げ、外部からの空気の侵入を抑制することができる。
　したがって、第１０の態様に係る燃料電池システムは、可燃性ガス流路に外部から空気が流入しないようにしつつ、水素含有ガスにより改質器から固体酸化物形燃料電池のアノードに至る経路におけるパージを行うことができる。
　また、本発明の第１１の態様に係る燃料電池システムは、上記した第９の態様において、前記改質用材料供給器は、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水を供給する改質水供給器であって、前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、前記蒸発器を加熱する加熱器と、前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、を備え、前記蒸発器、前記改質器、および前記固体酸化物形燃料電池の温度はそれぞれ連動して変化しており、前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知部、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、および前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも有し、前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御するように構成されていてもよい。
　上記構成によると、制御器は、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。このため、燃料電池の運転停止工程における温度低下に伴い、蒸発器が水を十分に気化させることができなくなり、改質器において十分に改質反応が進行しないとった不具合が生じることを防ぐことができる。それゆえ、燃料電池の運転停止工程においても継続して水素含有ガスを改質器にて生成し、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路のパージを行うことができる。
　本発明の第１２の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池と、発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記燃料電池に供給する改質器と、前記発電原料を前記改質器に供給する発電原料供給器と、前記改質器における改質反応に利用する水を該改質器に供給する改質水供給器と、前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、前記蒸発器を加熱する加熱器と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、可燃性ガスである前記発電原料または前記水素含有ガスが流通する、前記発電原料供給器から前記燃料電池に至る流路である可燃性ガス流路と、前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、連動して変化する前記蒸発器、前記改質器、前記燃料電池の温度うちの少なくともいずれか１つの温度を検知する温度検知部と、制御器と、を備え、前記燃料電池の運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。
　ここで、蒸発器の動作温度の下限値とは、水を気化させるために必要となる蒸発器の温度の下限値である。
　上記構成によると、制御器は、燃料電池の運転停止工程において、可燃性ガス流路に発電原料と水とを流通させる。このため、発電原料と水とが改質器における改質反応で水素含有ガスとなり、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路内をパージすることができる。このように、水素含有ガスにより可燃性ガス流路内をパージすることができるため、温度低下に伴い可燃ガス流路内のガス収縮に伴う圧力低下、および水蒸気が凝縮することで生じる可燃性ガス流路の圧力低下に応じて外部から空気が流入してくることを防ぐことができる。それゆえ、低温時の、アノード下流側の空気による酸化に加えて、アノード下流側からの空気の侵入によるアノード上流側の局部電池生成による酸化も抑制できる。
　また、可燃性ガス流路を水素含有ガスによりパージするため、運転停止工程において高温な状態であっても、例えば、発電原料のように、分解され燃料電池のアノードおよび改質器の改質触媒に炭素析出してしまうようなことがない。このため、アノードおよび改質触媒が劣化してしまうことを防ぎ耐久性の向上を図ることができる。
　また、制御器は、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを流通させる。このため、酸化剤ガスにより酸化剤ガス流路内をパージすることができるため、燃料電池の運転停止工程において、酸化剤ガス流路に可燃性ガス流路から水素含有ガスが流入することを防ぐことができる。
　また、制御器は、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する。このため、燃料電池の運転停止工程における温度低下に伴い、蒸発器が水を十分に気化させることができなくなり、改質器において十分に改質反応が進行しないとった不具合が生じることを防ぐことができる。それゆえ、燃料電池の運転停止工程においても継続して水素含有ガスを改質器にて生成し、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路のパージを行うことができる。
　したがって、本発明に係る燃料電池システムは、耐久性の向上を図りながら運転停止することができるという効果を奏する。
　また、本発明の第１３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１２の態様において、前記燃料電池から排出された前記可燃性ガスと前記酸化剤ガスとを含む排気ガスを浄化する浄化器を備え、前記温度検知部は、前記蒸発器、前記改質器、および前記燃料電池の温度に加え、これらと連動して変化する前記浄化器の温度のうちの少なくともいずれか１つの温度を検知するように構成されていてもよい。
　また、本発明の第１４の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１２または第１３の態様において、前記改質器とは別体で設けられ、発電原料を改質し、前記燃料電池に供給する予備改質器をさらに備え、前記制御器は、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器とともに前記予備改質器を加熱させるように制御する構成であってもよい。
　上記構成によると、予備改質器を備え、該予備改質器は蒸発器とともに加熱器により加熱される。このため、燃料電池の停止後における改質器の温度低下により該改質器にて改質反応が十分に進行しないような場合であっても、該改質器の代わりに加熱器により加熱されている予備改質器によって改質反応を進行させることができる。
　それゆえ、本発明の第１４の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池の運転停止工程においても継続して水素含有ガスを改質器にて生成し、該水素含有ガスにより可燃性ガス流路のパージを行うことができる。
　以下、本発明の実施形態１について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
　［実施形態１]
　（燃料電池システムの構成）
　まず、図１を参照して本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。なお、燃料電池システム１００は燃料電池１として固体酸化物形燃料電池を備える構成を例に挙げて説明するがこれに限定されるものではない。
　図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、改質器２と、着火器４を有する燃焼部３と、発電原料供給器５と、酸化剤ガス供給器６と、改質用材料供給器７と、制御器８とを備えてなる構成である。燃料電池システム１００では、各部を連結する流路として、改質用材料流路１０と、可燃性ガス流路１１と、酸化剤ガス流路１２と、燃焼排ガス流路１３とが設けられている。
　発電原料供給器５は、改質器２に発電原料を供給するものであり、改質器２へ供給する発電原料の流量を調整可能に構成されていてもよい。例えば、発電原料供給器５は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。発電原料は、発電原料供給源より供給される。発電原料供給源は、例えば、ガスボンベ、ガスインフラなどが挙げられる。
　酸化剤ガス供給器６は、燃料電池１のカソード２１に酸化剤ガスを供給するものであり、燃料電池１のカソード２１へ供給する酸化剤ガスの流量を調整可能に構成されていてもよい。例えば、酸化剤ガス供給器６は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。なお、酸化剤ガスは、例えば大気中の空気などが挙げられる。
　改質用材料供給器７は、改質器２に改質反応に用いる水（水蒸気）または空気を供給するものであり、改質器２へ供給する水（水蒸気）または空気の流量を調整可能に構成されていてもよい。すなわち、改質器２が水蒸気改質反応により水素含有ガス（改質ガス）を生成する構成の場合、改質用材料供給器７は、改質器２に水（水蒸気）を供給し、改質器２が部分酸化改質反応により水素含有ガスを生成する構成の場合、改質用材料供給器７は、改質器２に空気を供給する。また、改質器２がオートサーマル反応により水素含有ガスを生成する構成の場合、改質用材料供給器７は改質器２に水（水蒸気）および空気の少なくとも一方を供給する。なお、改質用材料供給器７は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。
　改質用材料流路１０は、改質用材料供給器７から、可燃性ガス流路１１における改質器２の上流側の合流部（不図示）に至る流路であり、改質器２で実施する改質反応で利用する水および空気の少なくとも一方が流通する。
　可燃性ガス流路１１は、発電原料供給器５から改質器２を介して、燃料電池１のアノード２０に至る流路であり、可燃性ガスである発電原料または水素含有ガスが流通する。図１に示すように、可燃性ガス流路１１は、発電原料供給器５から、燃料電池１におけるアノード２０の下流端に至るまでの区間に相当する。すなわち、可燃性ガス流路１１は、発電原料を発電原料供給器５から改質器２に導くための流路と、改質器２で発電原料が改質され生成された水素含有ガスを、燃料電池１に導くための流路とを足し合わせた流路である。
　酸化剤ガス流路１２は、酸化剤ガス供給器６から、燃料電池１のカソード２１に至る流路であり、酸化剤ガスが流通する。酸化剤ガス流路１２は、図１に示すように、酸化剤ガス供給器６から、燃料電池１のカソード２１の下流端に至るまでの区間に相当する。
　燃料電池１は、可燃性ガス流路１１を通じて改質器２から供給された水素含有ガス（改質ガス）と、酸化剤ガス流路１２を通じて供給された酸化剤ガスとを利用して、発電反応により発電を行う、例えば、固体酸化物形燃料電池を例示することができる。燃料電池１では、水素含有ガスが供給されるアノード２０および酸化剤ガスが供給されるカソード２１を有し、該アノード２０と該カソード２１との間で発電反応を行って発電する燃料電池の単セルを複数枚、直列に接続してセルスタックを形成している。なお、燃料電池１は、直列接続したセルスタックを、さらに並列に接続させた構成としてもよい。
　燃料電池１を構成する燃料電池の単セルとしては、例えば、イットリアをドープしたジルコニア（ＹＳＺ）、イッテルビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質からなる燃料電池の単セルを用いることができる。例えば、燃料電池の単セルがＹＳＺの場合、厚みにもよるが、約６００～９００℃の温度範囲にて、発電反応が行われる。
　燃焼部３は、燃料電池１において発電に未利用の水素含有ガスと酸化剤ガスとを火炎燃焼させるための領域である。燃焼部３内には着火器４が設けられており、燃焼部３内に導かれた水素含有ガスが着火器４により着火され、酸化剤ガスとともに火炎燃焼する。そして、この火炎燃焼により、燃料電池１および改質器２等で必要となる熱を発生させるとともに燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１３を通じて系外に放出される。
　つまり、燃料電池１の発電時には、燃焼部３にて、アノード２０側から排出される水素含有ガスと、カソード２１側から排出される酸化剤ガスとを火炎燃焼させて大量の熱を発生させるとともに、高温の燃焼排ガスが生成される。火炎燃焼により発生する燃焼排ガスが有する熱は、燃料電池１を発電反応に適した温度に保持したり、改質器２を改質反応に適した温度に加熱したりするために使われる。なお、このように燃焼排ガスが有する熱を有効的に利用するために、燃料電池１、改質器２、および燃焼部３それぞれは、断熱部材によって覆われた、いわゆるホットモジュールと呼ばれる筐体内に、ともに収容されていてもよい。
　一方、燃焼部３で生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１３を通じて系外に放出されるが、高温の燃焼排ガスが持つ熱エネルギーを有効に利用するために、例えば、燃焼排ガス流路１３の途中に熱交換器を設けて、カソード２１に送られる酸化剤ガスとの熱交換により、該酸化剤ガスを昇温することで、よりエネルギー利用率の高い運転が可能になる。
　また、詳細は後述するが、燃料電池システム１００では、運転停止工程においてに発電原料を改質した水素含有ガスを用いて可燃性ガス流路１１をパージし、酸化剤ガスを用いて酸化剤ガス流路１２をそれぞれパージする構成となっている。このため、パージが行われている場合、燃焼部３には燃料電池１のアノード側から水素含有ガスが導かれる。なお、本明細書では発電原料および水素含有ガスを合わせて可燃性ガスと称する。一方、燃料電池１のカソード２１側からは酸化剤ガスが導かれる。そして、燃焼部３において、着火器４は可燃性ガスに着火させ、酸化剤ガスとともに火炎燃焼させることとなる。
　改質器２は、発電原料と改質用の水および空気の少なくとも一方とを用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器２で実施する改質反応としては、上述したように、水蒸気改質反応、オートサーマル反応、および部分酸化反応などが例示される。燃料電池システム１００では、改質器２で実施する改質反応に応じて、必要となる機器を適宜、備えていてもよい。例えば、改質反応として水蒸気改質反応を実行する場合、燃料電池システム１００は、水蒸気を生成する蒸発器と、蒸発器に水を供給する水供給器を備えてもよい。
　燃料電池システム１００に供給される発電原料は、少なくとも炭素および水素を構成元素とする有機化合物を含む。発電原料としては、具体的には、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガス、炭化水素、およびメタノールなどのアルコールが例示される。
　制御器８は、燃料電池システム１００の各部の各種動作を制御するものである。例えば、制御器８は、燃料電池システム１００の運転停止工程においてパージを実行する場合、燃料電池１の運転停止からの経過時間、あるいは燃料電池１の温度や改質器２の温度などに応じて、発電原料供給器５、酸化剤ガス供給器６、および改質用材料供給器７を制御する。そして、制御器８は、改質器２に供給する発電原料と、水（水蒸気）または空気の供給量をそれぞれ調整したり、燃料電池１に供給する酸化剤ガスの供給量を調整したりする。
　かかる制御を実現する構成として、例えば、制御器８が計時器（図示せず）を備え、所定時間の経過により発電原料および酸化剤ガスの供給量をそれぞれ制御する構成としてもよい。あるいは、例えば、燃料電池１または改質器２に温度センサ（燃料電池温度検知部Ｔ１、改質器温度検知部Ｔ２）等を備え、温度センサによる検知結果に応じて発電原料および酸化剤ガスの供給量をそれぞれ制御する構成としてもよい。
　また、上記した制御器８は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、またはＣＰＵが例示される。また、記憶部としては、例えば不揮発性メモリ等が例示される。
　制御器８は、燃料電池システム１００の各部に対して集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器から構成されていてもよい。
　（燃料電池システムの運転停止工程）
　次に、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の具体例について、図２および図３を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　図３は、図２に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図３では、改質器２、および燃料電池１の温度変化、酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガス流量の流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１のパージが開始され、ｔ＝ｔEで水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１のパージが終了することを示す。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。一方、単位時間あたりに供給される酸化剤ガス流量は説明の便宜上、一定流量（Ｑo）とする。
　まず、燃料電池システム１００において運転停止（発電停止）を指示する信号を受け付ける、あるいは所定条件に基づき運転停止と判断すると、制御器８は運転停止動作を開始する（ステップＳ９）。なお、制御器８が運転停止と判断する上記した所定条件とは、例えば、燃料電池システム１００の総稼働時間が所定時間に達した場合、あるいは燃料電池システム１００における総発電量が所定の発電量に達した場合等が挙げられる。制御器８は、運転停止動作を開始すると、燃料電池１における発電が停止させられる。より具体的には、制御器８は発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止するように、発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御するとともに、酸化剤ガスの供給を停止するように、酸化剤ガス供給器６を制御する。このようにして燃料電池１の発電が停止させられ、図３に示すように燃料電池１の温度は低下する。
　制御器８は、例えば、燃料電池１の温度を検知するために設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１から、その検知結果として燃料電池１の温度情報を受け付ける。そして、制御器８は、燃料電池１の温度と所定温度Ｔs1との大小関係を判定する（ステップＳ１０）。
　なお、燃料電池１において、水素含有ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度範囲でかつ、燃料電池１の発電停止後の所定時間経過後の温度として所定温度Ｔs1が設定されている。この所定温度Ｔs1は、例えば４８０℃とすることができる。
　そして、制御器８は、燃料電池１の温度が低下し、Ｔs1以下となったと判定した場合（ステップＳ１０において「ＹＥＳ」）、酸化剤ガス供給器６を制御して酸化剤ガス流路１２を通じて燃料電池１に酸化剤ガスを供給させる（ステップＳ１１）。次いで、制御器８は、発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御して改質器２に発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）を供給させる。これにより、改質器２において水素含有ガスが生成され、可燃性ガス流路１１を通じて燃料電池１のアノード２０に該水素含有ガスが供給される（ステップＳ１２）。
　すなわち、酸化剤ガスによって酸化剤ガス流路１２をパージする。そして、酸化剤ガス流路１２をパージした酸化剤ガスは排ガスとして燃焼部３に導かれる。一方、可燃性ガスによって可燃性ガス流路１１をパージする。特に可燃性ガス流路１１において改質器２から燃料電池１のアノード２０の下流端までの区間については水素含有ガスによってパージする。そして、可燃性ガス流路１１をパージした水素含有ガスは排ガスとして燃焼部３に導かれる。
　このように、燃料電池システム１００では、発電停止後に燃料電池１の温度がＴs1以下となることをトリガとして、パージが開始される。なお、上記ではステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理を異なるタイミングで実施する構成となっていたがステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理とを同時に行ってもよい。
　次に、制御器８は、燃焼部３に設けられた着火器４を動作させて、燃料電池１から排出された排ガスに着火させる（ステップＳ１３）。すなわち、制御器８は、燃料電池１のアノード２０から排出された水素含有ガスに着火させ、カソード２１から排出される酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる。この火炎燃焼による熱により燃料電池１は、加熱され、Ｔs1近傍まで低下した温度が、図３に示すように徐々に上がっていく。また、改質器２の温度も図３に示すように燃料電池１の温度変化に連動して変化し、低下した温度が徐々に上がっていく。
　このように発電原料を改質して生成した水素含有ガスを用いたパージにより燃料電池１のアノード２０側から燃焼部３に水素含有ガスを排出し、カソード２１側から燃焼部３に排出された酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる。これにより、水素含有ガス等の可燃性ガスがそのまま、燃焼排ガス流路１３を通して外部大気中に放出されることを防ぐことができる。また、発電原料そのものではなく発電原料を改質した水素含有ガスにより可燃性ガス流路１１のパージを行う構成であるため、高温な状態の改質器２および燃料電池１に発電原料が流通し、改質器２および燃料電池１において炭素析出することを防止することができる。
　次に、制御器８は、不図示の計時器で計測した水素含有ガスによるトータルのパージ時間（総パージ時間）と、所定の必要パージ時間ｔallとの大小関係を判定する（ステップＳ１４）。なお、必要パージ時間ｔallは、少なくとも改質器２から燃料電池１のアノードに至る可燃性ガス流路１１の区間を水素含有ガスで満たすために必要な時間とすることができる。また、総パージ時間は、図３に示すように水素含有ガスが供給されている時間（パージ時間ｔon）を足し合わせた時間（Σｔon）となる。なお、実施形態１に係る燃料電池システム１００では、発電原料供給器５による発電原料の供給時間を、水素含有ガスの供給時間とみなすことができる。
　つまり、実施形態１に係る燃料電池システム１００は、継続して発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）を供給し、水素含有ガスを生成させ、該水素含有ガスにより所定時間の間、パージを実行する構成ではなく、発電原料および改質用材料の供給を間欠的に行い、水素含有ガスによりパージを行う構成となっている。これは、発電原料の供給を間欠的とすることで、燃焼部３における水素含有ガスの燃焼熱により燃料電池１が過昇温となることを防いだり、発電原料の消費量を抑制したりするためである。このため、総パージ時間とは複数回にわたって供給された水素含有ガスによるパージ時間それぞれの合計となる。
　ステップＳ１４の判定の結果、総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満ではない、すなわち必要パージ時間に達したと制御器８が判定したとき（ステップＳ１４において「ＮＯ」）、可燃性ガス流路１１のパージが完了したと判断する。そこで、ステップＳ１４において「ＮＯ」の場合、制御器８は、可燃性ガス流路１１への発電原料の供給を停止するように発電原料供給器５を制御するとともに、改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止するように改質用材料供給器７を制御する。これにより可燃性ガス流路１１への水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１５）。次に、制御器８は、酸化剤ガス供給器６を制御して酸化剤ガス流路１２への酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ１６）。そして、燃料電池システム１００におけるパージが完了し、運転停止工程を終了する。
　なお、改質用材料供給器７に残留した水が運転停止工程において蒸発することで、アノード２０側の方がカソード２１側よりも圧力が高くなるため、上述したように水素含有ガスの供給停止を酸化剤ガスの供給停止よりも先に行うことで、水素含有ガスのカソード２１側への逆流を防ぐことができる。
　また、制御器８は、上記したステップＳ１５、Ｓ１６の前に燃料電池１の温度が所定温度Ｔs２以下となったか否か判定する構成としてもよい。そして、制御器８が燃料電池１の温度が所定温度Ｔs２以下となったと判定した場合、上記したステップＳ１５およびステップＳ１６を実施するように構成されていてもよい。なお、所定温度Ｔs２は１５０℃とすることができる。すなわち、運転停止工程において燃料電池１のスタック温度が１５０℃以上の場合、水素含有ガスをアノード側に供給していないと、アノード側において下流部から酸化剤ガスが逆流し、酸化してしまう場合があるからである。そこで、燃料電池１のスタック温度が１５０℃未満となるか否か判定し、１５０℃未満となった場合に、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止するように構成してもよい。
　一方、ステップＳ１４の判定の結果、制御器８が水素含有ガスによる総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満であると判定した場合（ステップＳ１４において「ＹＥＳ」）は、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、制御器８は、水素含有ガスによるパージ時間ｔonと所定時間（パージ時間ｔpre-on）との比較判定を行う。なお、パージ時間ｔonとは、１回あたりの水素含有ガスの供給時間、換言すると１回あたりの発電原料および改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給時間である。
　つまり、制御器８は、不図示の計時器で計測された時間に基づき、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onとの大小関係を判定する。そして、制御器８が、水素含有ガスによるパージ時間ｔonがあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-on以上となると判定した場合、（ステップＳ１７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１８）。
　ここで、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onとの大小関係を判定するのは、以下の理由による。すなわち、水素含有ガスによるパージ時間ｔonがあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-on以上となるということは、燃焼部３に導かれた水素含有ガスの燃焼時間が長くなるということである。このように燃焼部３での燃焼時間が長くなると、燃焼部３における燃焼熱により加熱される燃料電池１および改質器２が過昇温となってしまう。燃料電池１および改質器２が過昇温となり、改質触媒および燃料電池１のアノードの温度が過度に上昇すると、運転停止工程の動作時間が長時間化し、その分だけ余分に発電原料を消費してしまう。このため、燃料電池システム１００の起動から停止までのトータルでの発電・燃費効率が低下することとなる。
　そこで、この燃料電池１および改質器２の過昇温を防止するために、水素含有ガスによるパージ時間ｔonを監視し、あらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onに達した場合、制御器８は、水素含有ガスの供給を停止させる。
　ステップＳ１８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、水素含有ガスの供給停止時間Ｔoffと所定時間（設定供給停止時間ｔpre-off）との比較判定を行う（ステップＳ１９）。つまり、制御器８は、不図示の計時器で計測された時間に基づき、水素含有ガスの供給停止時間Ｔoffとあらかじめ設定された供給停止時間（設定供給停止時間ｔpre-off）との大小関係を判定する。そして、制御器８が、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffが設定された供給停止時間ｔpre-off以上となると判定した場合（ステップＳ１９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ２０）。
　ここで、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffと設定された供給停止時間ｔpre-offとの大小関係を判定するのは、下記の理由からである。つまり、燃料電池システム１００では、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を通じて大気解放されるように構成されている。このため、水素含有ガスの供給を長時間停止した場合、燃料電池１、および改質器２の温度低下に伴い可燃性ガス流路１１内のガスが収縮することにより、可燃性ガス流路１１に外気中の空気が流入し、改質器２の改質触媒および燃料電池１のアノードを酸化させてしまう。特にアノードが酸化されると燃料電池１の耐久性を著しく低下させてしまう。そこで、可燃性ガス流路１１に外気中の空気が流入してくることを防ぐために、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffを制御器８は監視する。
　なお、上述したアノードの酸化は、可燃性ガス流路１１の燃焼部３に近い出口側における電気化学反応を伴わない酸化だけではなく、高酸素濃度状態のアノードの出口側と低酸素濃度状態のアノードの入口側との間で酸化物イオンと電子のやりとりで起こる電気化学反応を伴う局部電池反応によっても起こる。
　また、燃料電池システム１００では、発電原料の供給に対して常に同じ供給期間に一定量の改質用材料を供給する必要はない。例えば、燃料電池１および改質器２の温度が、発電原料が分解され炭素析出されないような温度まで低下した場合は、改質器２で生成される水素含有ガスのスチーム／カーボン比（Ｓ／Ｃ）が小さくなるように、供給する発電原料と不図示の蒸発器で水蒸気化させる改質水とのそれぞれの供給量の比を変化させるように、発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御する構成としてもよい。Ｓ／Ｃを小さくしようとすると、所定値以下では改質水の供給は停止させられる。このため、燃料電池システム１００では、発電原料を供給している際に、改質水の供給が間欠的に行われる場合もある。
　水素含有ガスの供給停止時間ｔoffを監視し、設定供給停止時間ｔpre-off以上に達した場合（ステップＳ１９において「ＹＥＳ」）、制御器８は、水素含有ガスの供給を再開するように発電原料供給器５を制御する（ステップＳ２０）。もし、このとき、燃料電池１または改質器２の温度が、発電原料が分解され炭素析出されない温度でかつ、水蒸気を凝縮させない温度であれば、可燃性ガス流路１１に供給する水素含有ガスのスチーム／カーボン比が小さくなるように発電原料の供給量と水蒸気化させる改質水の供給量との比を変化させるように、制御器８は発電原料供給器５および改質用材料供給器７を制御する構成としてもよい。
　以上のように、ステップＳ２０で水素含有ガスの供給を再開すると、ステップＳ１３に戻る。そして、ステップＳ１４の判定で、水素含有ガスを供給した総パージ時間が、必要パージ時間ｔall以上になるまでステップＳ１３からステップＳ２０までの処理を繰り返す。
　なお、上記では水素含有ガスを間欠的に供給する構成について説明したが、酸化剤ガスもあわせて間欠的に供給する構成としてもよい。酸化剤ガスも間欠的に供給する構成の場合、例えば、燃料電池システム１００を、以下のように構成してもよい。
　すなわち、図２に示すステップＳ１８で水素含有ガスの供給が停止された後に、制御器８が酸化剤ガス供給器６に指示して、酸化剤ガスの供給を停止させる。さらに、ステップＳ２０で水素含有ガスの供給が再開された後に、制御器８が酸化剤ガス供給器６に指示して、供給を停止している酸化剤ガスの供給を再度、開始させる。なお、酸化剤ガスの供給停止および供給再開のタイミングは、上記したように水素含有ガスの供給停止および供給再開の後に行われてもよいし、同時に行われてもよい。
　［実施形態１の変形例１］
　（変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程）
　上記では、水素含有ガスによるパージ時間ｔonおよび供給停止時間ｔoffを監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であったがこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように燃料電池１または改質器２の温度変化を監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。図４は、本発明の実施形態１の変形例１に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　図４に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ３７およびステップＳ３９の処理のみ図２に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップは共通である。このため、以下では主としてステップＳ３７およびステップＳ３９について説明する。
　ステップＳ３４の判定の結果、制御器８が水素含有ガスによる総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満であると判定した場合（ステップＳ３４において「ＹＥＳ」）は、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、制御器８は、改質器２に充填された改質触媒の温度（改質器温度）または、燃料電池１の燃料電池スタックの代表温度（燃料電池温度）の温度変化を監視し、温度変化が所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、ステップＳ３３で排ガスに着火した時点における改質器２の温度から上昇した温度（改質器上昇温度）が上昇温度ＴR-up以上か否か判定する。または、制御器８は、ステップＳ３３で排ガスに着火した時点における燃料電池１の温度から上昇した温度（燃料電池上昇温度）が上昇温度ＴS-up以上か否か判定する。
　つまり、制御器８は、改質器２に設けられた改質器温度検知部Ｔ２から改質触媒の温度（改質器温度）に関する情報を受け付け、改質器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、排ガスに着火した時点の改質器温度が、予め設定された改質器２の上昇温度ＴR-up以上、上昇したか否か判定する。もしくは、制御器８は、燃料電池温度検知部Ｔ１から燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度の温度変化の履歴を記録する。そして、排ガスに着火した時点の燃料電池温度が、予め設定された燃料電池１の上昇温度ＴS-up以上、上昇したか否か判定する。
　なお、燃料電池温度は、改質器温度と連動して温度変化しており、ステップＳ３７の判定においていずれかの温度を選択すればよい。また、温度変化に対する応答性は、燃料電池１より改質器２の方が高いため、改質器２の上昇温度ＴR-upの方が燃料電池１の上昇温度ＴS-upよりも上昇幅が大きくなる。このため、改質器２の上昇温度ＴR-upの方が燃料電池１の上昇温度ＴS-upよりも温度幅が大きくなるように設定してもよい。
　そして、制御器８が、改質器上昇温度が上昇温度ＴR-up以上と判定した場合、または燃料電池上昇温度が上昇温度ＴS-up以上と判定した場合（ステップＳ３７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ３８）。
　ここで、上昇温度ＴR-upまたは上昇温度ＴS-upを設定するのは、燃焼部３における燃焼熱により加熱され、改質器温度または燃料電池温度が過度に上昇するのを防止するためである。
　ステップＳ３８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、改質器２に充填された改質触媒の温度（改質器温度）または、燃料電池１の燃料電池スタックの代表温度（燃料電池温度）の温度変化を監視し、所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、ステップＳ３８で水素含有ガスの供給を停止した時点における改質器２の温度から下降した温度（改質器下降温度）が下降温度ＴR-down以上か否か判定する。または、制御器８は、ステップＳ３８で水素含有ガスの供給を停止した時点における燃料電池１の温度から下降した温度（燃料電池下降温度）が下降温度ＴS-up以上か否か判定する（ステップＳ３９）。
　つまり、制御器８は、改質器２に設けられた改質器温度検知部Ｔ２から改質器温度に関する情報を受け付け、この改質器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、改質器温度が、予め設定された改質器２の下降温度ＴR-down以上、下降したか否か判定する。もしくは、制御器８は、燃料電池スタックに設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１から燃料電池スタックの代表温度（燃料電池温度）に関する情報を受け付け、この燃料電池温度の温度変化の履歴を記録する。そして、燃料電池温度が、予め設定された燃料電池１の下降温度ＴS-down以上、下降したか否か判定する。また、上記したように、温度変化に対する応答性は、燃料電池１より改質器２の方が高いため、改質器２の下降温度ＴR-downの方が、燃料電池１の下降温度ＴS-downよりも下降幅が大きくなる。このため、改質器２の下降温度ＴR-downの方が燃料電池１の下降温度ＴS-downよりも温度幅が大きくなるように設定してもよい。
　そして、制御器８が、改質器下降温度が下降温度ＴR-down以上、または燃料電池下降温度が下降温度ＴS-down以上と判定した場合（ステップＳ３９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ４０）。
　なお、変形例１に係る燃料電池システムにおいて、改質器２の上昇温度ＴR-upまたは燃料電池１の上昇温度ＴS-upは、本発明の上昇値に相当する。一方、改質器２の下降温度ＴR-downまたは燃料電池１の下降温度ＴS-downは、本発明の下降値に相当する。
　以上のように、実施形態１に係る燃料電池システム１００では、運転停止工程を実施する際に、上記したフローチャートに示すステップを実行することで、可燃性ガス流路１１のパージに利用した可燃性ガス（水素含有ガス）を燃焼部３において火炎燃焼させることができるため、可燃性ガスをそのまま大気中に放出することを防ぐことができる。また、可燃性ガス流路１１のパージには、発電原料を改質して得られた水素含有ガスを利用しているため、例えば、燃料電池１が高温のため炭素析出してしまうといった問題を防ぐこともできる。
　さらに、水素含有ガスを間欠的に供給するように構成することで、燃焼部３における燃焼熱により加熱される改質器２および燃料電池１が過昇温することを防止することができる。また、過度に温度低下して可燃性ガス流路１１中の水蒸気が凝縮したりすることを防ぐこともできる。さらにまた、水素含有ガスの供給を間欠的とすることで、パージに利用する原料の供給量を抑制できるため、燃料電池システムの停止操作における消費エネルギーの低減を実現できる。
　なお、上記では、制御器８は、改質器２の上昇温度（改質器上昇温度）の大きさが上昇温度ＴR-up以上か否か、または、燃料電池１の上昇温度（燃料電池上昇温度）の大きさが上昇温度ＴS-up以上か否か判定し、水素含有ガスの停止を決定する構成であった。さらにまた、制御器８は、改質器２の下降温度（改質器下降温度）の大きさが下降温度ＴR-down以上か否か、または、燃料電池１の下降温度（燃料電池下降温度）の大きさが下降温度ＴS-up以上か否か判定し、水素含有ガスの再開を決定する構成であった。すなわち、改質器温度または燃料電池温度の上昇または下降の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であった。
　しかしながら、水素含有ガスの供給および停止を制御するためのトリガは、上記した改質器温度または燃料電池温度の上昇および下降の温度幅に限定されるものではない。例えば、改質器温度または燃料電池温度の温度プロファイルを記録し、温度変化の傾きの大きさをトリガとして水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。
　［実施形態１の変形例２］
　（変形例２に係る燃料電池システムの構成）
　また、燃料電池システム１００はさらに、脱硫器９を備え、脱硫器９に充填された脱硫触媒の温度（脱硫器温度）の変化を監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。以下、実施形態１の変形例２として、脱硫器温度を監視し、該脱硫器温度の上昇温度または下降温度の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する構成について図５を参照して説明する。
　図５は、本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。
　図５に示すよう、変形例２に係る燃料電池システム１００は、図１に示す燃料電池システム１００の構成においてさらに脱硫器９と、脱硫器９に充填された脱硫触媒の温度（脱硫器温度）を検知する脱硫器温度検知部Ｔ３と、脱硫器９を加熱する加熱部１５とを備える点で異なる。さらに、脱硫器９に燃料電池１から排出された水素含有ガスの一部を供給するためのリサイクル流路１４も備えている点で異なる。それ以外の点では、図１に示す実施形態１の燃料電池システム１００の構成と同様であるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
　脱硫器９は、発電原料中の硫黄化合物を除去するものであり、例えば、水添脱硫器または常温脱硫器が例示できる。この脱硫器９によって脱硫された発電原料は、改質器２へと供給される。脱硫器９は、図５に示すように可燃性ガス流路１１において改質器２の上流側に加熱部１５とともに設けられている。
　脱硫器９が水添脱硫器の場合、脱硫器が水添脱硫器の場合、容器に水添脱硫剤が充填され構成される。水添脱硫剤は、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒が用いられる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成してもよい。
　水添脱硫剤に、触媒金属としてニッケル（Ｎｉ)を含む場合がある。この場合、水添脱硫器の暖機前の低温時（例えば、１５０℃未満）に、原料及びリサイクルガスを水添脱硫剤に供給すると、触媒が劣化する可能性がある。かかる可能性を低減するために、図示しない温度検知器等を用いて脱硫器内の水添脱硫剤の温度を検知し、脱硫器内の水添脱硫剤が所定の温度以上になっている場合にのみ発電原料を水添脱硫器に供給するように構成してもよい。また、水添脱硫剤が銅及び亜鉛を含む場合は、脱硫器は例えば、約１５０℃～３５０℃が運転可能範囲であり、好ましくは約２５０℃～３２０℃が適温の動作範囲となる。脱硫器が常温脱硫器の場合、発電原料中の硫黄化合物を常温で除去することができる。ここで常温とは、水添脱硫器の使用温度（例えば、３００℃前後）に比べ相対的に常温域に近いという意味である。つまり、常温脱硫器が有効に機能する温度域は、常温域から脱硫剤が有効に機能する温度範囲までを含む。なお、常温脱硫器としては、Ａｇゼオライト系触媒等が用いられた吸着脱硫剤が充填された脱硫器が挙げられる。
　なお、図５に示すように変形例２に係る燃料電池システム１００では、可燃性ガス流路１１において燃料電池１の下流側で、かつ燃焼部３の上流側となる位置から分岐し、脱硫器９の上流側に連結するようにリサイクル流路１４が設けられている。そして、水添脱硫に必要な水素は、改質器２で生成された水素含有ガスの一部が、このリサイクル流路１４を通じて脱硫器９に供給されるように構成されている。
　なお、変形例２に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１から排出された水素含有ガスの一部がリサイクル流路１４を通じて脱硫器９に供給される構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、リサイクル流路１４が、可燃性ガス流路１１における改質器２の下流側でかつ燃料電池１の上流側となる位置から分岐しており、改質器２から排出された水素含有ガスの一部がこのリサイクル流路１４を通じて脱硫器９に供給される構成としてもよい。
　加熱部１５は、燃焼排ガス流路１３を流通する燃焼排ガスの有する熱で、脱硫器９を脱硫に適した温度まで加熱するためのものであり、その内部には、燃焼排ガスが流通する経路が形成されている。加熱部１５において脱硫器９に熱を与えた燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１３を通して燃料電池システム１００の系外に排出される。
　（変形例２に係る燃料電池システムの運転停止工程）
　次に、変形例２に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について、図６、７を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　図７は、図６に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図７では、改質器２、燃料電池１、および脱硫器９の温度変化、酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガス流量の流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１のパージが開始され、ｔ＝ｔEで水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが終了することを示す。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。
　実施形態１に係る燃料電池システム１００では、水素含有ガスによるパージ時間ｔonおよび供給停止時間ｔoffを監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であった。これに対して、変形例２に係る燃料電池システムでは、図６に示すように脱硫器９に充填された脱硫触媒の温度（脱硫器温度）の変化を監視し、水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。
　図６に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ５７およびステップＳ５９の処理のみ図２に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップは共通である。このため、以下では主としてステップＳ５７およびステップＳ５９について説明する。
　ステップＳ５４の判定の結果、制御器８が水素含有ガスによる総パージ時間が必要パージ時間ｔall未満であると判定した場合（ステップＳ５４において「ＹＥＳ」）は、ステップＳ５７に進む。ステップＳ５７では、制御器８は、脱硫器温度の温度変化を監視し、温度変化が所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、脱硫器９の上昇温度（脱硫器上昇温度）が上昇温度ＴD-up以上か否か判定する。
　つまり、制御器８は、脱硫器９に設けられた脱硫器温度検知部Ｔ３によって検知された脱硫器温度に関する情報を受け付け、脱硫器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、脱硫器温度が、予め設定された脱硫器９の上昇温度ＴD-up以上、上昇したか否か判定する。なお、上記したように脱硫器９は、加熱部１５を通じて燃焼排ガスが有する熱により加熱される構成である。このため、脱硫器温度は、燃料電池温度および改質器温度と連動して温度変化する。
　そして、制御器８が、脱硫器上昇温度が上昇温度ＴD-up以上と判定した場合（ステップＳ５７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ５８）。
　ここで、脱硫器温度の上昇温度ＴD-upを設定するのは、燃焼部３で発生した燃焼排ガスの熱により脱硫器９が加熱され、脱硫器温度が過度に上昇することを防止するためである。また、脱硫器温度の温度変化と燃料電池温度の温度変化と改質器温度の温度変化とはそれぞれ連動しているため、脱硫器温度が過度に上昇することを防止するということは、換言すると燃料電池１および改質器２が過度に上昇することを防止するということになる。
　ステップＳ５８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、脱硫器温度の温度変化を監視し、所定温度範囲内にあるか否か判定する。より具体的には、制御器８は、脱硫器９の下降温度(脱硫器下降温度)が下降温度ＴD-down以上か否か判定する（ステップＳ５９）。
　つまり、制御器８は、脱硫器９に設けられた脱硫器温度検知部Ｔ３から脱硫器温度に関する情報を受け付け、この脱硫器温度の温度変化の履歴を記録する。そして、脱硫器温度が、予め設定された脱硫器９の下降温度ＴR-down以上、下降したか否かを判定する。そして、制御器８が、脱硫器下降温度が下降温度ＴD-down以上と判定した場合（ステップＳ５９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ６０）。
　なお、ステップＳ６０において、脱硫器９の下降温度ＴD-downを設定する理由は、水素含有ガスを供給停止している間に、脱硫器９、さらには改質器２、燃料電池１の温度が低下し、可燃性ガス流路１１に残留した水蒸気を含む水素含有ガスの温度が露点以下になって水が凝縮し、脱硫器９、改質器２、燃料電池１の触媒や電極の耐久性を著しく低下させてしまうのを防ぐためである。
　なお、変形例２に係る燃料電池システムにおいて、脱硫器９の上昇温度ＴD-upおよび脱硫器９の下降温度ＴD-downは、本発明の上昇値および下降値に相当する。
　以上のように、変形例２に係る燃料電池システム１００では、運転停止工程を実施する際に、上記したフローチャートに示すステップを実行することで、可燃性ガス流路１１のパージに利用した可燃性ガス（水素含有ガス）を燃焼部３において火炎燃焼させることができるため、可燃性ガスをそのまま大気中に放出することを防ぐことができる。また、可燃性ガス流路１１のパージには、発電原料を改質して得られた水素含有ガスを利用しているため、例えば、燃料電池１および改質器２が高温のため炭素析出してしまうといった問題を防ぐこともできる。
　さらに、水素含有ガスを間欠的に供給するように構成することで、燃焼部３における火炎燃焼の熱により加熱される脱硫器９、改質器２および燃料電池１が過昇温することを防止することができる。また、過度に温度低下して可燃性ガス流路１１中の水蒸気が凝縮したりすることを防ぐこともできる。さらにまた、水素含有ガスの供給を間欠的とすることで、パージに利用する原料の供給量を抑制できるため、燃料電池システム１００の運転停止工程における消費エネルギーの低減を実現できる。
　なお、上記では、制御器８は、脱硫器９の上昇温度（脱硫器上昇温度）の大きさが上昇温度ＴD-up以上か否か判定し、水素含有ガスの停止を決定する構成であった。さらにまた、制御器８は、脱硫器９の下降温度（脱硫器下降温度）の大きさが下降温度ＴD-down以上か否か判定し、水素含有ガスの再開を決定する構成であった。すなわち、脱硫器温度の上昇または下降の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する構成であった。
　しかしながら、水素含有ガスの供給および停止を制御するためのトリガは、上記した脱硫器温度の上昇および下降の温度幅に限定されるものではない。例えば、脱硫器温度の温度プロファイルを記録し、温度変化の傾きの大きさをトリガとして水素含有ガスの供給および停止を制御する構成としてもよい。
　［実施形態１の変形例３］
　（変形例３に係る燃料電池システムの構成）
　次に、本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００の構成について図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。
　変形例３に係る燃料電池システム１００は、図５に示す変形例２に係る燃料電池システム１００の構成において、浄化器１６と、浄化器１６の温度を検知する浄化器温度検知部Ｔ４とをさらに備えた構成となっている。それ以外の点では、図５に示す変形例２に係る燃料電池システム１００の構成と同様であるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
　浄化器１６は、燃焼部３から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを除去する。例えば、浄化器１６は、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素や窒素酸化物および残留メタン等の炭化水素を二酸化炭素や二酸化窒素および水蒸気(水)にして浄化する。浄化器１６は、図８に示すように、燃焼排ガス流路１３において、脱硫器９を加熱する加熱部１５の下流側に設けられている。
　浄化器１６に充填する浄化触媒としては、例えば、容器に燃焼触媒および排ガス浄化触媒が充填されて構成される。燃焼触媒および排ガス浄化触媒は、例えば、白金、パラジウム、およびロジウムのうち少なくとも１つを含浸したアルミナ担体、またはメタル担体を用いることができる。なお、燃焼触媒および排ガス浄化触媒はこれらに限定されるものではなく、最適な温度範囲に維持したとき、燃焼反応および浄化反応を進行させ得る触媒であればよい。なお、燃焼反応および浄化反応とは、燃焼排ガス流路１３を流通するガスに含まれる炭化水素、水素、一酸化炭素、および窒素酸化物などの未燃の可燃ガスを浄化する反応を言う。Ｐｄ－Ａｌ２Ｏ３系浄化触媒の場合、浄化器１６は所定温度、（例えば１３０℃）以上で燃焼排ガス中の可燃性ガスを除去する。ただし温度が高すぎるとＰｄの凝集などにより触媒活性が低下するため、所定の温度(例えば、３００℃)以下を維持することが望ましい。
　浄化器１６は、加熱部１５で脱硫器９を加熱し、保有する熱の一部を失った燃焼排ガスにより加熱されるように構成されている。このように浄化器１６が燃焼排ガスの熱により加熱される構成の場合、この燃焼排ガスの熱をより有効に活用できるように、浄化器１６を、脱硫器９と近接する位置に設けた構成としてもよい。なお、浄化器１６を通過した燃焼排ガスは、上述のように浄化器１６を加熱しつつ、可燃性ガスが浄化された状態で燃料電池システム１００の系外に排出される。
　（変形例３に係る燃料電池システムの運転停止工程）
　次に、以下において変形例３に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　実施形態１に係る燃料電池システム１００では、図２に示すように、酸化剤ガスが供給され（ステップＳ１１）、水素含有ガスが供給された（ステップＳ１２）後、着火器４により燃料電池１から排出された排ガスに着火する（ステップＳ１３）ように構成されていた。これに対して、変形例３に係る燃料電池システム１００では、水素含有ガスが供給された後、浄化器１６の温度が所定温度Ｔpuri以上か否か判定し、所定温度Ｔpuri未満の場合にのみ着火器４が排ガスに着火するように構成されている点で異なる。すなわち、図９におけるステップＳ７３のみ新たに追加されており、それ以外のステップＳ７０～７２、７４～８１は、図２におけるステップＳ１０～２０と共通である。このため、以下では主としてステップＳ７３について説明する。
　ステップＳ７１において、酸化剤ガス流路１２に酸化剤ガスが供給され、ステップＳ７２において可燃性ガス流路１１に水素含有ガスが供給されると、制御器８は、浄化器１６の温度変化を監視する。具体的には、制御器８は、浄化器１６に設けられた浄化器温度検知部Ｔ４によって検知された浄化器１６に充填された浄化触媒の温度（浄化器温度）に関する情報を受け付け、この浄化器温度と所定温度Ｔpuriとの大小関係を判定する（ステップＳ７３）。ここで、所定温度Ｔpuriとは、浄化触媒が活性する温度範囲の下限温度であり、Ｐｄ－Ａｌ２Ｏ３系浄化触媒の場合、所定温度Ｔpuriは、約１３０℃となる。このため、制御器８が、浄化器温度が所定温度Ｔpuri以上であると判定した場合（ステップＳ７３において「ＹＥＳ」）は、浄化器１６により燃焼排ガス中に含まれる可燃性ガスを浄化できる状態にある。逆に、制御器８が、浄化器温度が所定温度Ｔpuri未満であると判定した場合（ステップＳ７３において「ＮＯ」）は、浄化触媒が活性しておらず浄化器１６では燃焼排ガス中に含まれる可燃性ガスを除去することができない状態にある。
　ところで、上記したように浄化器１６は燃焼排ガスの熱により加熱される構成である。このため、例えば燃焼部３において着火器４により水素含有ガスが燃焼させられる状態以前では、浄化器温度は、所定温度Ｔpuri未満となっている。
　このように浄化器温度が所定温度Ｔpuri未満の場合、制御器８は着火器４を制御して燃料電池１から排出された排ガス（可燃性ガス）に着火させる（ステップＳ７４）。逆に、燃焼部３において発生させられた燃焼排ガスの熱により浄化器１６が加熱され浄化器温度が所定温度Ｔpuri以上となると、着火器４の動作を停止させ、浄化器１６により可燃性ガスを浄化させる。
　以上のように、変形例３に係る燃料電池システム１００では、浄化器温度が所定温度Ｔpuri未満で、浄化触媒が活性していない間は、制御器８は、燃焼部３において着火器４を制御して着火動作させて、可燃性ガスを燃焼させる。一方、浄化器１６が加熱され、浄化器温度が所定温度Ｔpuri以上となると、この浄化器１６により可燃性ガスを浄化させるように構成されている。このため、変形例３に係る燃料電池システム１００では、浄化器１６によって、燃焼部３よりも低温域で可燃性ガスの浄化を行うことができる。
　したがって、変形例３に係る燃料電池システム１００では、燃焼部３よりも低温域で可燃性ガスを浄化できる浄化器１６と、燃焼部３による該可燃性ガスの燃焼とを組み合わせることで、可燃性ガスの浄化に必要な熱量を抑制することができる。それゆえ、燃焼部３だけで可燃性ガスの浄化を行う構成と比較して、燃料電池システム１００の温度をより効率的に低下させることができる。
　［実施形態１の変形例４］
　上記した実施形態１に係る燃料電池システム１００では、図２に示すように水素含有ガスによる可燃性ガス流路１１に対するパージ時間に基づき、水素含有ガスの供給および停止を行ったり、運転停止工程の終了を決定したりする構成であった。また、水素含有ガスを供給する際には、燃焼部３において燃料電池１から排出された水素含有ガスを、酸化剤ガス流路１２に供給されている酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる構成であった。
　このように水素含有ガスの供給を間欠的に行い可燃性ガス流路１１に対するパージを行う構成の燃料電池システム１００の場合、まったくパージを行わない構成の燃料電池システムと比較して燃料電池１が所定温度以下まで冷却されるのに必要な時間、換言すると運転停止工程に必要な時間が長くなる。そこで、実施形態１の変形例４に係る燃料電池システムでは、できるだけ運転停止工程に必要な時間を低減できるように、図１に示す構成を有した燃料電池システム１００が、以下に示すように運転停止工程を実施する。
　なお、変形例４に係る燃料電池システム１００は、変形例２に係る燃料電池システム１００と同様に、燃料電池温度の上昇または下降の温度幅に応じて水素含有ガスの供給および停止を制御する。このため、変形例４に係る燃料電池システム１００は、変形例２に係る燃料電池システム１００の一態様ともいえる。変形例４に係る燃料電池システム１００では、運転停止工程に必要な時間を低減できるように、水素含有ガスの供給停止を決定する燃料電池１の温度上昇幅と、水素含有ガスの供給再開を決定する燃料電池１の温度下降幅との関係をさらに考慮した構成となっている。
　（変形例４に係る燃料電池システムの運転停止工程）
　以下、図１０、図１１を参照して変形例４に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について説明する。図１０は、本発明の実施形態１の変形例４に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶された制御プログラムを制御器８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　また、図１１は、図１０に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図１１では、燃料電池１の温度変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化、供給される酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガスの流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが開始される。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガスの流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。一方、単位時間あたりに供給される酸化剤ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱO）とする。
　図１０に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ９４、Ｓ９７、Ｓ９９の処理のみ図２に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップ（ステップＳ９０～Ｓ９３、ステップＳ９５～Ｓ９６、Ｓ９８、Ｓ１００）は図２に示すステップＳ１０～Ｓ１３、ステップＳ１５～Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０と共通である。このため、以下では主としてステップＳ９４、Ｓ９７、Ｓ９９について説明する。
　ステップＳ９３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。このため、燃料電池１の温度が図１１に示すように徐々に上昇する。
　次のステップＳ９４では、制御器８は、燃料電池１の燃料電池温度と所定温度（燃料電池温度ＴS2）との比較判定を行う。つまり、制御器８は、燃料電池スタックに設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１によって検知された燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度と予め設定された燃料電池温度ＴS2との大小関係を判定する。なお、燃料電池温度ＴS2は、運転停止工程の実施を終了させる目安となる温度であり例えば、約１５０℃とすることができる。すなわち、運転停止工程において燃料電池１のスタック温度が１５０℃以上の場合、水素含有ガスをアノード側に供給していないと、アノード側において下流部から酸化剤ガスが逆流し、酸化してしまう場合があるからである。
　そこで、制御器８は、燃料電池温度が予め設定された燃料電池温度ＴS2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し（ステップＳ９４）、１５０℃未満の場合は（ステップＳ９４において「ＮＯ」）、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ９５、Ｓ９６）。
　一方、ステップＳ９４において「ＹＥＳ」の場合、制御器８は、ステップＳ９４の判定時に検知した燃料電池温度を不図示のメモリに記録する。そして、制御器８は、メモリに記録した時点における燃料電池温度から上昇した温度が、所定の上昇温度ＴS-up以上か否か判定する（ステップＳ９７）。ここで、所定の上昇温度ＴS-upは、例えば、図１１に示すように１℃とすることができる。また、メモリに記録した時点における燃料電池温度とは、着火器４により排ガスに着火された時点における燃料電池温度とすることができる。
　ステップＳ９７において制御器８が、燃料電池上昇温度が上昇温度ＴS-up以上と判定した場合（ステップＳ９７において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を停止させる（ステップＳ９８）。このように、水素含有ガスの供給を停止すると燃焼部３における排ガスの火炎燃焼も停止することとなり、燃料電池システム１００における燃料電池１、改質器２等の温度も低下する。また、制御器８は、水素含有ガスの供給を停止させた時点における燃料電池温度を不図示のメモリに記録する。そして、制御器８は燃料電池温度の変化を監視する。
　次に、制御器８は、メモリに記録した燃料電池温度を参照して、水素含有ガスの供給を停止させた時点における燃料電池１の温度から下降した温度が、所定の下降温度ＴS-down以上か否か判定する(ステップＳ９９)。ここで、制御器８が、燃料電池下降温度が下降温度ＴS-down以上と判定した場合（ステップＳ９９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を再開させる。さらに、制御器８は、水素含有ガスの供給を再開し、排ガスに着火した時点における燃料電池温度を不図示のメモリに記録する。
　ここで、所定の下降温度ＴS-downをどのくらいの温度に設定するかによって燃料電池システム１００における燃料電池１、改質器２等の温度低下の速度が決まってくる。つまり、下降温度ＴS-downの温度幅をできるだけ大きな値とすると、燃料電池１、改質器２等の温度低下にかかる時間は小さくなるが、水素含有ガスの供給を停止する期間が長くなり燃料電池１のアノード側において下流部から酸化剤ガスが逆流し、アノードが酸化してしまう場合がある。そこで、下降温度ＴS-downは、燃料電池１のアノードの酸化が生じない範囲で、できるだけ大きな温度とするように設定される。例えば、変形例４に係る燃料電池システム１００では、図１１に示すように、下降温度ＴS-downを１０℃とすることができる。
　以上のように燃料電池温度が下降温度ＴS-down以上、低下するごとに、上昇温度ＴS-up以上、上昇するまで水素含有ガスによるパージを実施する構成とすることで、燃料電池システム１００を効率よく冷却させつつ、可燃性ガス流路１１における水素含有ガスによるパージによってアノードの酸化を防止することができる。特に、下降温度ＴS-downと上昇温度ＴS-upとのそれぞれの温度幅の関係を適切に設定させることで、燃料電池システム１００の冷却速度を所望の速度に調整することができる。
　なお、図１０に示す運転停止工程では、燃料電池システム１００は、燃料電池温度の温度変化に基づき水素含有ガスの供給停止および再開を決定していたがこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池温度と連動して温度変化する改質器温度の温度変化に基づき水素含有ガスの供給停止および再開を決定してもよい。このように変形例４に係る燃料電池システム１００を、改質器温度の温度変化に基づき水素が有ガスの供給停止および再開を決定する構成とする場合、制御器８は以下のように図１０に示すステップＳ９４、Ｓ９７、Ｓ９９を実施する。
　すなわち、ステップＳ９３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。このため、燃料電池１の温度と連動して改質器２の温度も徐々に上昇する。
　次にステップＳ９４では、制御器８は、改質器温度と所定温度（改質器温度ＴR2）との比較判定を行う。つまり、制御器８は、改質器２に設けられた改質器温度検知部Ｔ２によって検知された改質器温度に関する情報を受け付け、この改質器温度と予め設定された改質器温度ＴR2との大小関係を判定する。
　なお、燃料電池システム１００では改質器２は燃料電池１と同様に燃焼部３における火炎燃焼の熱により加熱される構成である。そのため、改質器温度と燃料電池温度とは同様な温度となるため、改質器温度ＴR2は、燃料電池温度ＴS2と同様に、例えば、約１５０℃とすることができる。
　そして、制御器８は、改質器温度が予め設定された改質器温度ＴR2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し、１５０℃未満の場合は、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ９５、Ｓ９６）。
　一方、制御器８が、改質器温度が改質器温度ＴR2（約１５０℃）以上であると判定した場合、この判定時に検知した改質器温度を不図示のメモリに記録する。そして、制御器８は、メモリに記録した時点における改質器温度から上昇した温度が、所定の上昇温度ＴR-up以上か否か判定する。ここで、所定の上昇温度ＴR-upは、上昇温度ＴS-upと同様に例えば１℃とすることができる。あるいは、上昇温度ＴR-upは、改質器２の方が燃料電池１よりも温度変化に対する応答性が高いため、１℃よりも大きい温度としてもよい。
　そして、制御器８が、改質器上昇温度が上昇温度ＴR-up以上と判定すると、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を停止させる。このように水素含有ガスの供給を停止すると、燃焼部３における排ガスの火炎燃焼も停止することとなり、燃料電池システム１００における燃料電池１、改質器２等の温度も低下する。そこで、制御器８は、水素含有ガスの供給を停止させた時点における改質器温度を不図示のメモリに記録し、改質器温度の変化を監視する。
　次に、制御器８は、メモリに記録した燃料電池温度を参照して、水素含有ガスの供給を停止させた時点における改質器２の温度から下降した温度が、所定の下降温度ＴR-down以上か否か判定する。ここで、制御器８が、改質器下降温度が下降温度ＴR-down以上と判定した場合、水素含有ガスの可燃性ガス流路１１への供給を再開させる。さらに、制御器８は、水素含有ガスの供給を再開し、排ガスに着火した時点における改質器温度を不図示のメモリに記録する。なお、改質器２の下降温度ＴR-downは、燃料電池１のアノードの酸化が生じない範囲で、できるだけ大きな温度とするように設定されており、例えば、燃料電池１の下降温度ＴS-downと同様に約１０℃とすることができる。あるいは、下降温度ＴR-downは、改質器２の方が燃料電池１よりも温度変化に対する応答性が高いため、１０℃よりも大きい温度としてもよい。
　以上のように改質器温度が下降温度ＴR-down以上、低下するごとに、上昇温度ＴR-up以上上昇するまで水素含有ガスによるパージを実施する構成とすることで、燃料電池システム１００を効率よく冷却させつつ、可燃性ガス流路１１における水素含有ガスによるパージによってアノードの酸化を防止することができる。
　変形例４に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１または改質器２の温度低下を考慮し、間欠的に行う水素含有ガスによるパージのタイミングを決定する構成であったが、別の要素を考慮し、間欠的に行う水素含有ガスによるパージのタイミングを決定することもできる。以下において、可燃性ガス流路１１における圧力の変化を考慮して間欠的に水素含有ガスによるパージを行う構成を変形例５とし、燃料電池１における電圧の変化を考慮して間欠的に水素含有ガスによるパージを行う構成を変形例６として説明する。
　［実施形態１の変形例５］
　図１２～１４を参照して本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システム１００について説明する。図１２は、本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。図１３は、本発明の実施形態１の変形例５に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。図１４は、図１３に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図１４では、可燃性ガス流路１１における圧力変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化、供給される水素含有ガス流量を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガス流量の流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが開始される。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガス流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。また、この水素含有ガスの供給に応じて変化する可燃性ガス流路１１の圧力を説明の便宜上、一定の圧力（Ｎ）とする。
　（変形例５に係る燃料電池システムの構成）
　図１２に示すように変形例５に係る燃料電池システム１００は図１に示す燃料電池システム１００の構成においてさらに可燃性ガス流路１１の圧力を検知する圧力センサＰを備えた構成となっている。それ以外の部材は図１に示す燃料電池システム１００の構成と同様となるため、同一部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
　圧力センサＰは可燃性ガス流路１１における改質器２の上流側に設けられ、可燃性ガス流路１１内の圧力を検知する。圧力センサＰは、発電原料の供給に伴う可燃性ガス流路１１の圧力変化を検知しており、この圧力変化を可燃性ガス流路１１の圧力変化とみなしている。可燃性ガス流路１１における圧力変化は、図１４に示すように水素含有ガスの供給量、換言すると発電原料の供給量に比例する。
　（変形例５に係る燃料電池システムにおける運転停止工程）
　上記した構成を有する変形例５に係る燃料電池システムの運転停止工程について図１３を参照して説明する。
　図１３に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ１１７、Ｓ１１９の処理のみ図１０に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップ（ステップＳ１１０～Ｓ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１２０）は図１０に示すステップＳ９０～Ｓ９６、Ｓ９８、Ｓ１００と共通である。このため、以下では主としてステップＳ１１７、Ｓ１１９について説明する。
　ステップＳ１１３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。そして、次のステップＳ１１４において制御器８は、燃料電池スタックに設けられた燃料電池温度検知部Ｔ１によって検知された燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度と予め設定された燃料電池温度ＴS2との大小関係を判定する。なお、燃料電池温度ＴS2は、運転停止工程の実施を終了させる目安となる温度であり例えば、約１５０℃とすることができる。制御器８は、燃料電池温度が予め設定された燃料電池温度ＴS2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し、１５０℃未満の場合は（ステップＳ１１４において「ＮＯ」）、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ１１５、Ｓ１１６）。
　一方、ステップＳ１１４において「ＹＥＳ」の場合、制御器８は、圧力センサＰから可燃性ガス流路１１の圧力に関する情報を受け付け、所定圧力Ｎとの大小関係を判定する。なお、所定圧力Ｎは、単位時間あたり流量Ｑ（Ｆ）の水素含有ガスが流通するときにおける可燃性ガス流路１１の圧力もしくはその近傍の圧力である。さらに、制御器８は、不図示の計時器で計測された時間に基づき、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-onとの大小関係を判定する。
　そして、制御器８が、可燃性ガス流路１１における圧力が所定圧力Ｎ以上でかつ、水素含有ガスによるパージ時間ｔonがあらかじめ設定されたパージ時間ｔpre-on以上となると判定した場合、（ステップＳ１１７において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１１８）。
　ステップＳ１１８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、圧力センサＰから可燃性ガス流路１１の圧力に関する情報を受け付け、大気圧との大小関係を判定する。さらに制御器８は、水素含有ガスの供給停止時間Ｔoffと所定時間（設定供給停止時間ｔpre-off）との比較判定を行う（ステップＳ１１９）。そして、制御器８が、可燃性ガス流路１１における圧力が大気圧以下でかつ、水素含有ガスの供給停止時間ｔoffが設定供給停止時間ｔpre-off以上となると判定した場合（ステップＳ１１９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ１２０）。なお、ステップＳ１１９では可燃性ガス流路１１の圧力と大気圧との大小関係を判定する構成であるが、大気圧よりもやや高い所定の圧力と可燃性ガス流路１１の圧力とを比較する構成であってもよい。すなわち、可燃性ガス流路１１内が負圧にならないように監視できる構成であればよい。
　ここで、水素含有ガスによるパージ時間ｔonとパージ時間ｔpre-onとの大小関係の判定、ならびに水素含有ガスの供給停止時間ｔoffと設定供給停止時間ｔpre-offとの大小関係の判定に加えて、可燃性ガス流路１１の圧力と所定圧力Ｎとの大小関係の判定、ならびに可燃性ガス流路１１の圧力と大気圧との大小関係の判定を行うのは下記の理由からである。
　燃料電池システム１００の運転停止工程において、まず、ステップＳ１０９の運転停止動作を開始することで燃料電池１における発電が停止させられ、燃料電池１および改質器２等の温度が低下する。この温度低下に伴い可燃性ガス流路１１中の残留ガスが収縮することで圧力低下する。さらには、可燃性ガス流路１１中の残留ガス中に含まれる水蒸気が露点に達し凝縮することで可燃性ガス流路１１内の圧力が低下してしまう。これにより可燃性ガス流路１１の圧力が負圧になると外部から空気が流入しアノード側が酸化してしまう。そこで、変形例５に係る燃料電池システム１００では、アノードの酸化を防止するために、可燃性ガス流路１１内が大気圧以下になると減った圧力を補うために水素含有ガスの供給を行い、可燃性ガス流路１１が負圧にならないようにする。逆に、パージ時間ｔonが予め設定されたパージ時間ｔpre-on以上でかつ、可燃性ガス流路１１における圧力が所定圧力Ｎ以上、すなわち、負圧となっていない場合は、水素含有ガスの供給を停止させることができる。
　［実施形態１の変形例６］
　図１５～１７を参照して本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システム１００について説明する。図１５は、本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。図１６は、本発明の実施形態１の変形例６に係る燃料電池システム１００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。図１７は、図１６に示すフローチャートに従って燃料電池システム１００が動作した場合における各部の時系列変化の一例を示す図である。図１７では、燃料電池１の単セル平均電圧の変化、燃焼部３における着火／消火の状態変化、供給される酸化剤ガスおよび水素含有ガスの流量を時系列に対応づけて示している。また、水素含有ガスの流量変化を示すグラフにおいて、ｔ=０で水素含有ガスを利用した可燃性ガス流路１１におけるパージが開始される。また、単位時間あたりに供給される水素含有ガスの流量は説明の便宜上、一定流量（ＱF）とする。
　（変形例６に係る燃料電池システムの構成）
　図１５に示すように変形例６に係る燃料電池システム１００は図１に示す燃料電池システム１００の構成においてさらに燃料電池１の電圧を検知する電圧検知器Ｖを備えた構成となっている。それ以外の部材は図１に示す燃料電池システム１００の構成と同様となるため、同一部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
　電圧検知器Ｖは燃料電池１の電圧を検知する。具体的には、電圧検知器Ｖは、燃料電池１の電圧として、燃料電池１のセルスタックにおける所定の単セルの電圧の平均値を検知する。
　ところで、運転停止工程において、図１６に示すステップＳ１２９の運転停止動作が開始されると、燃料電池１における発電は停止させられる。このため、運転停止動作が開始された後は、発電に伴う電圧変化を電圧検知器Ｖは検知することはない。しかしながら、運転停止後に燃料電池１および改質器２等の温度が低下すると、上記したように可燃性ガス流路１１の圧力が低下し空気がアノードに流入する場合がある。このような場合、燃料電池１の単セルにおいて電圧低下を引き起こす。つまり、燃料電池１の単セルにおける電圧変化を、アノードへの空気の流入の有無を判定する指針とすることができる。
　そこで、変形例６に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１の電圧が低下すると水素含有ガスを供給させることでアノード側における空気の流入を防ぐことができる。
　（変形例６に係る燃料電池システムにおける運転停止工程）
　上記した構成を有する変形例６に係る燃料電池システム１００の運転停止工程について図１６を参照して説明する。
　図１６に示す運転停止工程のフローチャートは、ステップＳ１３７、Ｓ１３９の処理のみ図１０に示す運転停止工程のフローチャートと異なり、それ以外のステップ（ステップＳ１３０～Ｓ１３６、Ｓ１３８、Ｓ１４０）は図１０に示すステップＳ９０～Ｓ９６、Ｓ９８、Ｓ１００と共通である。このため、以下では主としてステップＳ１３７、Ｓ１３９について説明する。
　ステップＳ１３３において着火器４により排ガスが着火されると、燃焼部３で発生した燃焼排ガスが燃焼排ガス流路１３を流通するとともに、燃焼部３における火炎燃焼に伴う熱により燃料電池１、改質器２等も加熱される。そして、次のステップＳ１３４において制御器８は、燃料電池温度検知部Ｔ１から燃料電池温度に関する情報を受け付け、この燃料電池温度と予め設定された燃料電池温度ＴS2との大小関係を判定する。なお、燃料電池温度ＴS2は、運転停止工程の実施を終了させる目安となる温度であり例えば、約１５０℃とすることができる。制御器８は、燃料電池温度が予め設定された燃料電池温度ＴS2（＝１５０℃）以上であるか否か判定し、１５０℃未満の場合は（ステップＳ１３４において「ＮＯ」）、水素含有ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ１３５、Ｓ１３６）。
　一方、ステップＳ１３４において「ＹＥＳ」の場合、制御器８は、電圧検知器Ｖから燃料電池１の電圧に関する情報を受け付け、所定電圧Ｖ１との大小関係を判定する。なお、所定電圧Ｖ１は、可燃性ガス流路１１に燃焼排ガス流路１３を通じて外部から空気が流入していない状態時の燃料電池１の電圧であり、例えば、０．７５Ｖとすることができる。
　そして、制御器８が、燃料電池１の電圧が所定電圧Ｖ１以上となると判定した場合、（ステップＳ１３４において「ＹＥＳ」）、発電原料と改質用材料（水および空気の少なくともいずれか一方）の供給を停止させることで、水素含有ガスの供給を停止させる（ステップＳ１３８）。
　ステップＳ１３８で水素含有ガスの供給を停止させた後、制御器８は、電圧検知器Ｖから燃料電池１の電圧に関する情報を受け付け、所定電圧Ｖ２との大小関係を判定する（ステップＳ１３９）。そして、制御器８が、燃料電池１の電圧が所定電圧Ｖ２以下となると判定した場合（ステップＳ１３９において「ＹＥＳ」）、水素含有ガスの供給を再開する（ステップＳ１４０）。なお、所定電圧Ｖ２は可燃性ガス流路１１に燃焼排ガス流路１３を通じて外部から空気が流入した状態、すなわち可燃性ガス流路１１が負圧になった時における燃料電池１の電圧であり、例えば、０．６５Ｖとすることができる。
　なお、変形例４～６はそれぞれ燃料電池温度の変化、可燃性ガス流路１１の圧力変化、あるいは燃料電池１の電圧変化を考慮し、水素含有ガスの供給停止および供給再開を判定する構成であった。しかしながら、これらの構成に限定されるものではなく、燃料電池温度の変化、可燃性ガス流路１１の圧力変化、あるいは燃料電池１の電圧変化を考慮した後、さらに燃料電池温度、改質器温度、または脱硫器温度と所定温度との大小関係を判定し、水素含有ガスの供給停止および供給再開を判定する構成としてもよい。
　［実施形態２］
　（燃料電池システムの構成）
　まず、図１８を参照して本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の構成について説明する。図１８は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。なお、燃料電池システム２００は燃料電池２０１として固体酸化物形燃料電池を備える構成を例に挙げて説明するがこれに限定されるものではない。
　図１８に示すように、燃料電池システム２００は、燃料電池２０１と、改質器２０２と、蒸発器２０３と、加熱器２０４と、発電原料供給器２０５と、酸化剤ガス供給器２０６と、記憶装置２０７と、制御器２０８と、改質用材料供給器として改質水供給器２０９と、燃焼部２１０と、を備えてなる構成である。燃料電池システム２００では、各部を連結する流路として、可燃性ガス流路２１１と、酸化剤ガス流路２１２と、改質水流路２１３とが設けられている。
　発電原料供給器２０５は、改質器２０２に発電原料を供給するものであり、改質器２０２へ供給する発電原料の流量を調整可能に構成されていてもよい。発電原料供給器２０５は、実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える発電原料供給器５と同様な構成のため、詳細な説明は省略する。
　酸化剤ガス供給器２０６は、燃料電池２０１のカソード２２１に酸化剤ガスを供給するものであり、燃料電池２０１のカソード２２１へ供給する酸化剤ガスの流量を調整可能に構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器２０６は、実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える酸化剤ガス供給器６と同様な構成のため、詳細な説明は省略する。
　改質水供給器２０９は、改質器２０２に対して改質反応に用いる水（水蒸気）を供給するものであり、改質器２０２へ供給する水（水蒸気）の流量を調整可能に構成されていてもよい。なお、改質水供給器２０９は、昇圧器と流量調整弁とを備えてなる構成としてもよいし、これらのいずれか一方だけを備えた構成としてもよい。昇圧器は、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。改質水供給器２０９により供給された改質水は、蒸発器２０３により気化され、改質水流路２１３および可燃性ガス流路２１１を通じて改質器２０２に送出される。
　可燃性ガス流路２１１は、発電原料供給器２０５から改質器２０２を介して、燃料電池２０１のアノード２２０に至る流路であり、可燃性ガスである発電原料または水素含有ガスが流通する。図１８に示すように、可燃性ガス流路２１１は、発電原料供給器２０５から、燃料電池２０１におけるアノード２２０の下流端に至るまでの区間に相当する。すなわち、可燃性ガス流路２１１は、発電原料を発電原料供給器２０５から改質器２０２に導くための流路と、改質器２０２で発電原料が改質され生成された水素含有ガスを、燃料電池２０１に導くための流路とを足し合わせた流路である。
　酸化剤ガス流路２１２は、酸化剤ガス供給器２０６から、燃料電池２０１のカソード２２１に至る流路であり、酸化剤ガスが流通する。酸化剤ガス流路２１２は、図１８に示すように、酸化剤ガス供給器２０６から、燃料電池２０１のカソード２２１の下流端に至るまでの区間に相当する。
　改質水流路２１３は、改質水供給器２０９から、可燃性ガス流路２１１における改質器２０２の上流側の合流部（不図示）に至る流路であり、この合流部で可燃性ガス流路２１１と接続されている。改質水流路２１３では、改質器２０２で実施する改質反応で利用する水（水蒸気）が流通する。
　燃料電池２０１は、可燃性ガス流路２１１を通じて改質器２０２から供給された水素含有ガス（改質ガス）と、酸化剤ガス流路２１２を通じて供給された酸化剤ガスとを利用して、発電反応により発電を行う、例えば、固体酸化物形燃料電池を例示することができる。燃料電池２０１では、水素含有ガスが供給されるアノード２２０および酸化剤ガスが供給されるカソード２２１を有し、該アノード２２０と該カソード２２１との間で発電反応を行って発電する燃料電池単セルを複数枚、直列に接続してセルスタックを形成している。なお、燃料電池２０１は、実施形態１に係る燃料電池システム１００が備える燃料電池１と同様な構成であるため詳細な説明は省略する。
　図１８で示すように、燃料電池２０１の後段に燃焼部２１０が設けられ、この燃焼部２１０において、燃料電池２０１の発電に未利用の水素含有ガスと酸化剤ガスとが火炎燃焼されるように構成されている。そして、この火炎燃焼により、燃料電池２０１および改質器２０２等で必要となる熱を発生させるとともに、生成された燃焼排ガスが不図示の燃焼排ガス流路を通じて系外に放出されるように構成されている。この燃焼排ガスは系外に放出される前に、例えば、燃焼排ガス流路２１４の途中に熱交換器を設けて、カソード２２１に送られる酸化剤ガスとの熱交換により、該酸化剤ガスを昇温する構成としてもよい。このように構成することで、燃料電池システム２００は、よりエネルギー利用率の高い運転が可能になる。
　また、詳細は後述するが、燃料電池システム２００では、運転停止工程においてに発電原料を改質した水素含有ガスを用いて可燃性ガス流路２１１をパージし、酸化剤ガスを用いて酸化剤ガス流路２１２をそれぞれパージする構成となっている。そのため、運転停止工程においてパージを行っている場合、燃料電池２０１のアノード２２０側から水素含有ガスが、燃料電池２０１のカソード２２１側からは酸化剤ガスがそれぞれ燃焼部２１０に導かれることとなる。そして、この燃焼部２１０において、水素含有ガスに着火し、酸化剤ガスとともに火炎燃焼させる構成としてもよい。
　改質器２０２は、発電原料と改質用の水（水蒸気）を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器２０２で実施する改質反応としては、水蒸気改質反応などが例示される。
　また、燃料電池システム２００では、改質反応として水蒸気改質反応を実行するにあたり、水蒸気を生成する蒸発器２０３と、蒸発器２０３を所定温度に加温するための加熱器２０４とを備える。
　加熱器２０４は、燃料電池システム２００の起動開始時においては蒸発器２０３を所定温度範囲となるまで加熱する。また、加熱器２０４は、運転停止工程においては蒸発器２０３の温度が所定温度以下となった場合、蒸発器２０３を加熱する。加熱器２０４は、例えば電熱ヒータを利用することができる。
　なお、蒸発器２０３は、上述した起動開始時および運転停止工程実施時のみならず、燃料電池システム２００の定常運転中においても、加熱器２０４により加熱され所定温度範囲に保たれる構成であってもよい。あるいは、燃料電池システム２００の定常運転中では、加熱器２０４を起動させず、燃焼部２１０にて生成された燃焼排ガスの有する熱により蒸発器２０３が所定温度範囲に保たれる構成としてもよい。
　燃料電池システム２００に供給される発電原料は、燃料電池システム１００に供給される発電原料と同様なものが例示できる。
　制御器２０８は、燃料電池システム２００の各部の各種動作を制御するものである。例えば、制御器２０８は、燃料電池システム２００の運転停止工程において燃料電池２０１の発電停止後に、発電原料供給器２０５を制御して発電原料を可燃性ガス流路２１１に補給し、かつ該発電原料の補給に伴い、改質水供給器２０９および蒸発器２０３を制御して水蒸気を可燃性ガス流路２１１に流入させ、改質器２０２において水素含有ガスを生成させる。その一方で、制御器２０８は、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガス流路２１２に酸化剤ガスを供給させる。なお、燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０において可燃性ガス流路２１１と酸化剤ガス流路２１２とが合流する構成となっている。このため、制御器２０８は、可燃性ガス流路２１１を流通した水素含有ガスが酸化剤ガス流路２１２内に流入し、カソード２２１が還元劣化することを防ぐように酸化剤ガスの供給を行えばよく、発電原料が供給される期間と酸化剤ガスが供給される期間とが必ずしも一致する必要がない。
　さらにまた、制御器２０８は、運転停止工程において燃料電池２０１の発電を停止させた時からの経過時間または運転停止の操作指示を示す信号を受け付けてからの経過時間、あるいは燃料電池２０１の温度、改質器２０２の温度または蒸発器２０３の温度等に応じて、加熱器２０４の起動を制御する。そして、制御器２０８は、加熱器２０４を起動させることで蒸発器２０３の温度を昇温させ、水を気化させることができる温度範囲となるようにする。
　すなわち、制御器２０８は不図示の計時部を備えており、該計時部により計測された時間情報を受け付け、燃料電池２０１の発電を停止させた時からの経過時間、または運転停止の操作指示を示す信号を受け付けてからの経過時間を把握することができる。また、燃料電池２０１には温度検知部として燃料電池温度検知器Ｔ１０が、改質器２０２には温度検知部として改質器温度検知器Ｔ２０が、蒸発器２０３には温度検知部として蒸発器温度検知器Ｔ３０がそれぞれ設けられており、これらから温度情報をそれぞれ受け付けることで、制御器２０８は、燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３の温度をそれぞれ把握することができる。なお、燃料電池温度検知器Ｔ１０、改質器温度検知器Ｔ２０、および蒸発器温度検知器Ｔ３０は、熱電対またはサーミスタ等で構成することができる。また、本発明の実施形態２では制御器２０８は、温度検知部として、燃料電池温度検知器Ｔ１０、改質器温度検知器Ｔ２０、および蒸発器温度検知器Ｔ３０をそれぞれ備える構成であるが、これらのうち少なくとも１つを備え、制御器２０８が温度情報を受け付ける構成であってもよい。
　制御器２０８は、制御機能を有するものであればよく、実施形態１に係る制御器８と同様な構成とすることができる。
　記憶装置２０７は、演算処理部により実行する制御プログラム（図示せず）と、予め実験等により調べてある燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３の温度それぞれの温度変化を対応づけたテーブル２３０とを記憶する。このテーブル２３０には、燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３それぞれの温度の変動範囲において設定されている後述する所定温度も記録されている。
　（燃料電池システムの運転停止工程）
　次に、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の運転停止工程の具体例について、図１９、２０を参照して説明する。図１９、２０は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、記憶装置２０７に記憶された不図示の制御プログラムを制御器２０８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　まず、運転停止工程では運転停止操作が開始される（ステップＳ２１０）。運転停止操作の開始により、燃料電池システム２００では、制御器２０８が発電原料供給器２０５、改質水供給器２０９、および燃料電池２０１を制御し、発電原料および改質水の供給を停止させるとともに、燃料電池２０１の発電を停止させる。すなわち、制御器２０８は運転停止操作の指示を不図示の入力装置等を介して操作者等から受け付けるあるいは、所定条件に基づき運転停止と判断すると、発電原料供給器２０５を制御して発電原料の可燃性ガス流路２１１への供給を停止させ、改質水供給器２０９を制御して改質水の蒸発器２０３への供給を停止させる。しかしながら制御器２０８は、酸化剤ガスの酸化剤ガス流路２１２への供給をしばらくの間（例えば５分間）継続させる（ステップＳ２１１）。そして、制御器２０８は、酸化剤ガスの供給時間が、運転停止操作を開始してから所定時間ｔ１以上、経過したか否か判定し（ステップＳ２１２）、所定時間ｔ１以上経過したと判定すると（ステップＳ２１２において「ＹＥＳ」）、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ２１３）。
　このように、燃料電池システム２００では、ステップＳ２１０で運転停止操作が開始されてから所定時間ｔ１経過するまで酸化剤ガスの供給を継続させている。これは、以下の理由による。すなわち、ステップＳ２１０の運転停止操作の開始直後では、すでに供給されている改質水（水蒸気）が改質水流路に残留している。このため、運転停止操作ステップの開始直後では改質器２０２において水素含有ガスが生成され燃料電池２０１に供給されてしまう。つまり、運転停止直前の発電原料の供給と改質水（水蒸気）の供給に伴い、運転停止指示後しばらくの間は改質器２０２にて水素含有ガスが生成されてしまう。ここで、運転停止工程は可燃性ガス流路２１１の方が酸化剤ガス流路２１２よりも圧力が大きくなるため、この生成された水素含有ガスが燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０を経由して燃料電池２０１のカソード２２１側に流れ込む場合がある。この水素含有ガスのカソード２２１側への流入を防ぐため、燃料電池システム２００では、運転停止操作を開始してから所定時間ｔ１経過するまでは、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路２１２に供給させるように構成している。なお、この所定時間ｔ１は、運転停止操作が開始されてから水素含有ガスが燃料電池２０１のカソード２２１側に流入することがなくなる時間、つまり、運転停止操作後に改質器２０２において水素含有ガスが生成されなくなるまでの時間として定めることができる。
　次に制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０によって検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度検知器Ｔ２０によって検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、蒸発器温度検知器Ｔ３０によって検知された蒸発器温度と所定温度Ｔｅ１との大小関係を判定する（ステップＳ２１４）。すなわち、制御器２０８は、燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度のうちの少なくとも１つと所定温度との大小関係を判定する。
　ここで、燃料電池２０１および改質器２０２は、燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０における可燃性ガスの燃焼により生じた熱により加熱される構成となっている。このため、燃料電池２０１と改質器２０２との両者の温度は連動して変化する。また、蒸発器２０３は、定常運転中には燃焼部２１０で生成された燃焼排ガスの有する熱により加熱され、運転停止操作の開始後は上述した燃料電池２０１および改質器２０２と同様に温度低下するようになっている。すなわち、運転停止操作の開始後において燃料電池２０１、改質器２０２、及び蒸発器２０３それぞれの温度変化は連動したものとなっている。
　そこで、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００では、記憶装置２０７に、燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度それぞれの温度変化を対応づけたテーブル２３０が記憶されている。そして、制御器２０８はこのテーブル２３０を参照することで、燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度のうちの１つを把握することで、残りの温度も把握することができる。
　なお、燃料電池温度とは、燃料電池２０１を構成する任意の単セルの温度であるがこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池２０１を流通する可燃性ガスまたは酸化剤ガスの温度としてもよい。また、所定温度Ｔｓ１とは、燃料電池システム２００の運転停止工程スタート後、すぐの燃料電池２０１の温度であってもよいし、運転停止工程スタートから所定時間経過後の燃料電池２０１の温度であってもよく、例えば、４８０℃とすることができる。
　改質器温度とは、改質器２０２に充填された改質触媒の温度であり、所定温度Ｔｒ１は、例えば４８０℃とすることができる。つまり、運転停止工程中では、燃料電池２０１と改質器２０２との温度はほぼ同じ温度となる。また、蒸発器温度とは、蒸発器２０３における所定位置の温度であり、所定温度Ｔｅ１は、例えば１８０℃とすることができる。
　ここで、運転停止操作開始後、上記したように燃料電池温度、改質器温度、および蒸発器温度は、それぞれ連動して変化する。このため、ステップＳ２１４では、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ１以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ１以下であるのか、ならびに蒸発器温度が所定温度Ｔｅ１以下であるのかに関する判定のうち、少なくとも１つがこの判定条件を満たす場合（ステップＳ２１４において、「ＹＥＳ」）、制御器２０８は、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの酸化剤ガス流路２１２への供給を開始する（ステップＳ２１５）。次いで、制御器２０８は、改質水供給器２０９を制御して改質水の改質水流路２１３への供給を開始する（ステップＳ２１６）とともに発電原料供給器２０５を制御して可燃性ガス流路２１１への発電原料の供給を開始する（ステップＳ２１７）。
　このように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、酸化剤ガスの供給により酸化剤ガス流路２１２をパージし、発電原料および改質水（水蒸気）が供給されることで、改質器２０２で生成された水素含有ガスにより可燃性ガス流路２１１のパージを行う。
　その後、時間経過とともに、燃料電池システム２００の各部（例えば、燃料電池２０１、改質器２０２、蒸発器２０３等）の温度が低下していくと、蒸発器２０３において改質水を気化させることが困難となってくる。蒸発器２０３で改質水の気化が困難になってくると、改質器２０２で生成された水素含有ガス中の水素濃度が低下し、燃焼部２１０における水素含有ガスの燃焼が困難となっていく。
　そこで、制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度、ならびに蒸発器温度検知器Ｔ３０で検知された蒸発器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、燃料電池温度と所定温度Ｔｓ２との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度と所定温度Ｔｒ２との大小関係を判定する。あるいは制御器２０８は、蒸発器温度と所定温度Ｔｅ２との大小関係を判定する（ステップＳ２１８）。ここで、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ２以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ２以下であるのか、もしくは蒸発器温度が所定温度Ｔｅ２以下であるのか判定する。そして、これらのうちの少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２１８において「ＹＥＳ」）、加熱器２０４を動作させて蒸発器２０３を加熱させる（ステップＳ２１９）。逆に、ステップＳ２１８の判定条件を満たさない場合は、酸化剤ガス、改質水、発電原料の供給を継続する。なお、ステップＳ２１８の判定条件を満たす場合とは、改質水を気化させることを可能とする蒸発器２０３の動作温度の下限値以下となった場合である。
　このように、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、蒸発器２０３の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、蒸発器２０３を加熱することで改質水の気化を継続させ、水蒸気を可燃性ガス流路２１１に供給することができる。それゆえ、蒸発器２０３の温度が低下することで改質水を気化させることが困難となり、改質器２０２で生成される水素含有ガス中の水素濃度が低下することを防ぐことができる。
　なお、所定温度Ｔｓ２、所定温度Ｔｒ２、および所定温度Ｔｅ２は、蒸発器２０３が改質水を十分に気化できなくなる温度となったときの燃料電池温度、改質器温度、ならびに蒸発器温度である。例えば、燃料電池温度の所定温度Ｔｓ２は、約３００℃とすることができ、改質器温度の所定温度Ｔｒ２は、約３００℃、蒸発器２０３の所定温度Ｔｅ２は、約１００℃とすることができる。
　さらに制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、ならびに改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ３との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ３との大小関係を判定する（ステップＳ２２０）。
　ここで、制御器２０８は、検知された燃料電池温度が所定温度Ｔｓ３以下であるのか否か、改質器温度が所定温度Ｔｒ３以下であるのか否か判定し、これらのうちの少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２２０において「ＹＥＳ」）、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度に達したと判定する。そこで、制御器２０８は、ステップＳ２２０において「ＹＥＳ」の場合、発電原料供給器２０５を制御して発電原料の供給を停止させるとともに（ステップＳ２２１）、改質水供給器２０９を制御して改質水の供給を停止させる（ステップＳ２２２）。さらに、制御器２０８は、加熱器２０４の動作を停止させる（ステップＳ２２３）。なお、ステップＳ２２１～ステップＳ２２３の実行順はそれぞれこの順番に限定されるものではなく、同時に実施してもよいし、それぞれの順番が入れ替えられてもよい。
　なお、所定温度Ｔｓ３、および所定温度Ｔｒ３は、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度となったときの燃料電池温度、および改質器温度である。例えば、燃料電池温度の所定温度Ｔｓ３は、局部電池生成による酸化抑制のため１５０℃とすることができ、改質器温度の所定温度も同様に１５０℃とすることができる。
　このようにして、発電原料、改質水（水蒸気）の供給が停止されると、改質器２０２における水素含有ガスの生成が停止する。ただし、制御器２０８による発電原料の供給停止、および改質水の供給停止指示後すぐに水素含有ガスの生成が停止されるわけではない。制御器２０８の停止指示直前に、改質器２０２に向かって流通している発電原料および改質水があり、停止指示後に遅れて水素含有ガスが発生する。そこで、この停止指示後に遅れて生成された水素含有ガスが燃料電池２０１のカソード２２１側に流入しカソード２２１が還元することを防ぐため、加熱器２０４の動作停止後から所定時間ｔ２経過するまで酸化剤ガスの供給を継続させる。すなわち、制御器２０８は、加熱器２０４の動作停止後から酸化剤ガスの供給が所定時間ｔ２以上、継続したか否か判定し、所定時間ｔ２以上、継続したと判定した場合、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの供給を停止させる（ステップＳ２２５）。
　以上のようにして本実施の形態に係る燃料電池システム２００は運転停止工程を実施することができる。上記したように、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化することがなくなる温度まで燃料電池２０１、改質器２０２等の温度が低下するまで、可燃性ガス流路を改質器２０２で生成した水素含有ガスによりパージすることができる。このため、燃料電池２０１の温度低下に伴い可燃ガス流路内のガス収縮に伴う圧力低下、および水蒸気が凝縮することで生じる可燃性ガス流路の圧力低下に応じて外部から空気が流入してくることを防ぐことができる。それゆえ、低温時の、アノード２２０の下流側の空気による酸化に加えて、アノード２２０の下流側からの空気の侵入によるアノード２２０の上流側の局部電池生成による酸化も抑制できる。
　また、発電原料そのもので可燃性ガス流路２１１をパージするのではなく水素含有ガスを利用してパージするため、燃料電池２０１のアノード２２０および改質器２０２等に炭素が析出することを防ぐことができる。
　なお、この運転停止工程を実施するにあたり、発電原料、改質水が供給されている期間では燃焼部２１０において不図示の着火器を動作させて燃料電池２０１から排出された可燃性ガスを燃焼させた上で、系外に排気するように構成されていてもよい。このように構成されている場合、可燃性ガスがそのまま系外に排出されることを防ぐことができる。
　また、ステップＳ２１５、２１６、２１７それぞれで供給が開始された酸化剤ガス、改質水、および発電原料は、ステップＳ２２１、２２２、２２５それぞれで供給停止されるまで継続して供給されてもよいし、間欠的に供給されてもよい。酸化剤ガス、改質水、および発電原料を間欠的に供給させる場合、制御器２０８は不図示の計時部から時間情報を受け付け、所定期間、酸化剤ガス、改質水、および発電原料を供給し、また所定期間、これらの供給を停止させるといった動作を所定回数繰り返すように改質水供給器２０９、発電原料供給器２０５、酸化剤ガス供給器２０６をそれぞれ制御する。あるいは、酸化剤ガスについてはステップＳ２１５で供給を開始してからステップＳ２２５において供給を停止させるまで継続して供給しつつ、改質水および発電原料については上記したように間欠的に供給してもよい。間欠的に発電原料および改質水を供給する構成とした場合、燃料電池システム２００にて運転停止工程を実施するにあたり消費する発電原料を軽減させることができる。
　また、ステップＳ２１９において動作開始させられる加熱器２０４は、ステップＳ２２３で動作が終了するまで継続して動作する構成であってもよい。あるいは、加熱器２０４は、蒸発器温度が所定温度範囲内となるように、制御器２０８によりＯＮ－ＯＦＦ制御される構成であってもよいし、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御される構成であってもよい。
　また、本実施の形態に係る燃料電池システム２００では、温度検知部として、燃料電池温度検知器Ｔ１０、改質器温度検知器Ｔ２０、および蒸発器温度検知器Ｔ３０を備えた構成であったが、必ずしもこれら３つを備える必要はなく、これらのうち少なくとも１つを備えればよい。
　また、本実施の形態に係る燃料電池システム２００は、さらに、可燃性ガス流路２１１において発電原料に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器（図１８において不図示）を備えた構成としてもよい。このように構成する場合、脱硫器は、可燃性ガス流路２１１において発電原料供給器２０５と改質器２０２との間に設けられる。なお、この脱硫器のは、上述した実施形態１の変形例２に係る燃料電池システム１００が備える脱硫器９と同様の構成としてもよい。
　発電原料に含まれる硫黄化合物は、付臭成分として人為的に原料へ添加されるものであってもよいし、原料自体に由来する天然の硫黄化合物であってもよい。具体的には、ターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ：tertiary-butylmercaptan）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ：dimethylsulfide）、テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ：Tetrahydrothiophene）、硫化カルボニル（ＣＯＳ：carbonyl sulfide）、硫化水素（hydrogen sulfide）等が例示される。
　（実施形態２の変形例１）
　（実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの構成）
　次に、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の構成について図２１を参照して説明する。図２１は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。
　図２１に示すように実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００は、図１８に示す燃料電池システム２００の構成において、燃焼排ガス流路２１４中に浄化器２３１をさらに設けた点で異なる。また、この浄化器２３１に浄化器温度検知器Ｔ４０が設けられている点で異なる。それ以外の点については同様な構成となるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
　図２１に示すように燃焼部２１０の下流側には、該燃焼部２１０で可燃性ガスが燃焼され、生成された燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路２１４が設けられている。燃料電池２０１の停止後、燃焼部２１０にて燃焼が行われない場合は、この燃焼排ガス流路２１４には燃料電池２０１から排出された可燃性ガス（水素含有ガス）と酸化剤ガスとを含む排気ガスが流通する。
　浄化器２３１は、この燃焼排ガス流路２１４中に設けられており、燃焼排ガス流路２１４中を流通する、燃料電池２０１から排出された排ガスを浄化する。なお、この排ガスは、可燃性の高いガスである。浄化器２３１の構成は、実施形態１の変形例３に係る燃料電池システム１００が備える浄化器１６と同様な構成であるため、詳細な説明は省略する。
　浄化器２３１は、燃料電池システム２００の定常運転中において、燃焼排ガス流路２１４を流通する燃焼排ガスにより所定の温度範囲となるように加熱される構成であってもよい。つまり、定常運転中において、浄化器２３１を通過した燃焼排ガスは、上述のように浄化器２３１を加熱しつつ、可燃性の高いガスが浄化された状態で燃料電池システム２００の系外に排出される。
　浄化器２３１には上記したように浄化器温度検知器Ｔ４０が設けられており、該浄化器温度検知器Ｔ４０によって検知された温度（浄化器温度）に関する情報は、制御器２０８に出力される。浄化器温度検知器Ｔ４０は、例えば熱電対またはサーミスタ等により構成することができる。
　（実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの運転停止工程）
　次に、上記した構成を有する実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の運転停止工程について図２２、２３を参照して説明する。図２２、２３は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、記憶装置２０７に記憶された不図示の制御プログラムを制御器２０８が読み出し、実行することにより実現されうる。
　なお、図２２、２３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２３０からステップＳ２３３までの処理、ステップＳ２３５からステップＳ２３７までの処理、ステップＳ２３９、ステップＳ２４１からステップＳ２４５までの処理については、上述した図１９、２０に示すステップＳ２１０からステップＳ２１３までの処理、ステップＳ２１５からステップＳ２１７までの処理、ステップＳ２１９、ステップＳ２２１からステップＳ２２５までの処理と同様となるため説明は省略する。
　ステップＳ２３３で酸化剤ガスの供給が停止された後、続くステップＳ２３４において、制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０によって検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度検知器Ｔ２０によって検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、蒸発器温度検知器Ｔ３０によって検知された蒸発器温度と所定温度Ｔｅ１との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、浄化器温度検知器Ｔ４０によって検知された浄化器温度と所定温度Ｔｐ１との大小関係を判定する。すなわち、制御器２０８は、燃料電池温度、改質器温度、蒸発器温度および浄化器温度のうちの少なくとも１つと所定温度との大小関係を判定する。
　ここで、燃料電池２０１および改質器２０２は、燃料電池２０１の後段に設けられた燃焼部２１０における可燃性ガスの燃焼により生じた熱により加熱される構成となっている。このため、燃料電池２０１と改質器２０２との両者の温度は連動して変化する。また、蒸発器２０３および浄化器２３１は、定常運転中には燃焼部２１０で生成された燃焼排ガスの有する熱により加熱され、運転停止操作の開始後は上述した燃料電池２０１および改質器２０２と同様に温度低下するようになっている。すなわち、運転停止操作の開始後において燃料電池２０１、改質器２０２、蒸発器２０３、及び浄化器２３１それぞれの温度変化は連動したものとなっている。
　なお、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００の記憶装置２０７に記憶されているテーブル２３０には、燃料電池２０１、改質器２０２、および蒸発器２０３それぞれの温度の変動範囲において設定されている所定温度に加えて、浄化器２３１の温度の変動範囲において設定されている所定温度が記録されている。
　なお、浄化器温度とは、浄化器２３１に充填された浄化触媒の温度であるがこれに限定されるものではない。また、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ１とは、燃料電池システム２００の運転停止工程スタート後、すぐの浄化器２３１の温度であってもよいし、運転停止工程スタートから所定時間経過後の浄化器２３１の温度であってもよい。運転停止工程のステップＳ２３４において、燃料電池２０１の所定温度Ｔｓ１を約４８０℃とするとき、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ１は、例えば約２７０℃となる。
　ここで、運転停止操作開始後、上記したように燃料電池温度、改質器温度、蒸発器温度および浄化器温度は、それぞれ連動して変化する。このため、ステップＳ２３４では、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ１以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ１以下であるのか、蒸発器温度が所定温度Ｔｅ１以下であるのか、浄化器温度が所定温度Ｔｐ１以下であるのかについての判定のうち、少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２３４において、「ＹＥＳ」）、制御器２０８は、酸化剤ガス供給器２０６を制御して酸化剤ガスの酸化剤ガス流路２１２への供給を開始する（ステップＳ２３５）。さらにステップＳ２３６、ステップＳ２３７で、改質水、発電原料それぞれの供給が開始され、酸化剤ガス流路２１２および可燃性ガス流路２１１におけるパージが行われる。
　その後、時間経過とともに、燃料電池システム２００の各部（例えば、燃料電池２０１、改質器２０２、蒸発器２０３、浄化器２３１）の温度が低下していくと、まず蒸発器２０３において改質水を気化させることが困難となってくる。
　そこで、制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度、蒸発器温度検知器Ｔ３０で検知された蒸発器温度、浄化器温度検知器Ｔ４０で検知された浄化器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、燃料電池温度と所定温度Ｔｓ２との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、改質器温度と所定温度Ｔｒ２との大小関係を判定する。または制御器２０８は、蒸発器温度と所定温度Ｔｅ２との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、浄化器温度と所定温度Ｔｐ２との大小関係を判定する（ステップＳ２３８）。
　ここで、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ２以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ２以下であるのか、蒸発器温度が所定温度Ｔｅ２以下であるのか、もしくは浄化器温度が所定温度Ｔｐ２以下であるのか判定する。そして、これらのうちの少なくとも１つが判定条件を満たす場合（ステップＳ２３８において「ＹＥＳ」）、加熱器２０４を動作させて蒸発器２０３を加熱させる（ステップＳ２３９）。逆に、ステップＳ２３８の条件を満たさない場合は、酸化剤ガス、改質水、発電原料の供給を継続する。
　このように、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム２００では、蒸発器２０３を加熱することで改質水の気化を継続させ、水蒸気を可燃性ガス流路２１１に供給することができる。それゆえ、蒸発器２０３の温度が低下することで改質水を気化させることが困難となり、改質器２０２で生成される水素含有ガス中の水素濃度が低下することを防ぐことができる。
　なお、所定温度Ｔｐ２は、蒸発器２０３が改質水を十分に気化できなくなる温度となったときの蒸発器温度に対応する浄化器温度である。運転停止工程のステップＳ２３８において、例えば、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ２は約２００℃とすることができる。なお、このとき、浄化器２３１の温度と対応する燃料電池２０１の所定温度Ｔｓ２は約３００℃となる。
　さらに制御器２０８は、燃料電池温度検知器Ｔ１０で検知された燃料電池温度、改質器温度検知器Ｔ２０で検知された改質器温度、浄化器温度検知器Ｔ４０で検知された浄化器温度のうち少なくとも１つを受け付け、温度変化を監視する。そして、制御器２０８は、検知された燃料電池温度と所定温度Ｔｓ３との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、検知された改質器温度と所定温度Ｔｒ３との大小関係を判定する。または、制御器２０８は、検知された浄化器温度と所定温度Ｔｐ３との大小関係を判定する（ステップＳ２４０）。
　ここで、制御器２０８は、燃料電池温度が所定温度Ｔｓ３以下であるのか、改質器温度が所定温度Ｔｒ３以下であるのか、ならびに浄化器温度が所定温度Ｔｐ３以下であるのか否か判定し、これらのうちの少なくとも１つが、判定条件を満たす場合（ステップＳ２４０において「ＹＥＳ」）、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度に達したと判定する。そこで、制御器２０８は、ステップＳ２４０において「ＹＥＳ」の場合、発電原料供給器２０５を制御して発電原料の供給を停止させるとともに（ステップＳ２４１）、改質水供給器２０９を制御して改質水の供給を停止させる（ステップＳ２４２）。さらに、制御器２０８は、加熱器２０４の動作を停止させる（ステップＳ２４３）。なお、ステップＳ２４１～ステップＳ２４３のステップはそれぞれこの順番に限定されるものではなく、同時に実施してもよいし、それぞれの順番が入れ替えられてもよい。
　なお、所定温度Ｔｐ３は、燃料電池２０１のアノード２２０が酸化する可能性がなくなる温度となったときの燃料電池温度または改質器温度に対応する浄化器温度である。運転停止工程のステップＳ２４０において、例えば、浄化器２３１の所定温度Ｔｐ３を約１２０℃とすることができる。なお、このとき、浄化器２３１の温度と対応する燃料電池２０１の所定温度Ｔｓ３は、約１５０℃となる。
　以上のように、実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム２００では、浄化器温度の温度変化についても、酸化剤ガス、改質水、発電原料の供給または停止、ならびに加熱器２０４の動作開始または終了のトリガとすることができる。
　（実施形態２の変形例２）
　上記では加熱器２０４を動作させることで、蒸発器２０３が改質水を気化させるために十分な温度となるように、蒸発器２０３の温度を維持することができる構成であった。しかしながら、このように蒸発器２０３の温度を所定の温度範囲に維持することができたとしても、燃料電池２０１の運転停止工程における温度低下により改質器２０２で改質反応が良好に進行できる温度範囲よりも低下し、水素含有ガスを生成することができなくなる場合がある。
　そこで、変形例２として、改質器２０２が機能できる温度範囲よりも低下するような場合であっても、水素含有ガスを生成できる構成を有する燃料電池システム２００について説明する。
　（実施形態２の変形例２に係る燃料電池システムの構成）
　図２４を参照して本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００の構成について説明する。図２４は、本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。
　図２４に示す実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００は、図１８に示す燃料電池システム２００の構成と比較して、可燃性ガス流路２１１において改質器２０２の上流側に、該改質器２０２とは別体で設けられた予備改質器２３２をさらに備えている点で異なる。それ以外の点については同様な構成となるため同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
　予備改質器２３２は、改質器２０２と同様に、発電原料を改質し、燃料電池２０１に供給するものであり、改質触媒が充填されて構成されている。改質触媒は改質器２０２と同じ触媒を用いてもよく、最適な温度範囲に維持して改質反応を進行させることができるものであればよい。予備改質器２３２は、図２４に示すように加熱器２０４の近傍または隣接して設けられており、加熱器２０４が起動することで、昇温することができるようになっている。このため、改質器温度検知器Ｔ２０により検知された改質器温度が、例えば、３００℃以下となり改質器２０２において改質反応が良好に進行しないような場合であっても、加熱器２０４の加熱により予備改質器２３２を、改質反応が良好に進む５００℃程度まで昇温させる。これにより、予備改質器２３２において改質反応により水素含有ガスを生成することができる。
　つまり、実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００では、制御器２０８は、温度検知部の検知結果に基づき、蒸発器２０３の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、加熱器２０４により蒸発器２０３とともに予備改質器２３２を加熱させるように制御することができる。
　したがって、実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム２００は、上記したように加熱器２０４によって昇温される予備改質器２３２を備える。このため、温度低下により改質器２０２にて改質反応が十分に進行しないような場合であっても、該改質器２０２の代わりに加熱器２０４により加熱されている予備改質器２３２によって改質反応を進行させ、水素含有ガスを生成させることができる。
　（実施形態２の変形例３）
　なお、変形例２に係る燃料電池システム２００は、改質器２０２の上流側に予備改質器２３２を備えた構成であった。しかしながら、予備改質器２３２の配置はこれに限定されるものではなく以下の変形例３に係る燃料電池システム２００のように構成してもよい。
　（実施形態２の変形例３に係る燃料電池システムの構成）
　変形例３に係る燃料電池システム２００は、図２５に示すように、変形例２に係る燃料電池システム２００の構成において、予備改質器２３２が、可燃性ガス流路２１１における改質器２０２の上流側ではなく下流側に配置した構成とする。図２５は、本発明の実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム２００の概略構成の一例を示すブロック図である。
　ところで、図２５では特に図示していないが、可燃性ガス流路２１１において改質器２０２の上流には発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するために脱硫器を備えた構成とすることができる。このように脱流器を備えた構成とすることで、発電原料中に含まれる硫黄化合物により改質器２０２の改質触媒が被毒されることを防止することができる。
　しかしながら、このように脱硫器を備える構成としても、除去しきれなかった硫黄化合物が改質器２０２に流入する場合がある。この場合、硫黄化合物によって特に上流側に配置された改質触媒を被毒させる可能性がある。
　そこで、実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム２００では、加熱器２０４の近傍または隣接する位置に配置され、かつ可燃性ガス流路２１１において改質器２０２の下流側に予備改質器２３２を備えた構成とする。これにより、予備改質器２３２が発電原料中に含まれる硫黄化合物により被毒され、改質性能の低下を引き起こすことを防止することができる。したがって、変形例３に係る燃料電池システム２００は、変形例２に係る燃料電池システム２００と比較して、予備改質器２３２の耐久性を向上させることができる。
　なお、実施形態２の変形例２、３の燃料電池システム２００では、図１９、２０に示す運転停止工程の制御フローと同様にして運転停止工程を実施するため、ここでの説明は省略する。また、実施形態２の変形例２、３の燃料電池システム２００は、実施形態２の変形例１の燃料電池システム２００と同様に、浄化器２３１と浄化器温度検知器Ｔ４０をさらに備えていてもよい。このようにさらに浄化器２３１と浄化器温度検知器Ｔ４０を備える構成の場合、実施形態２の変形例２、３の燃料電池システム２００で実施する運転停止工程の制御フローは、図２２、２３に示す運転停止工程の制御フローと同様となる。
　以上のように、実施形態２の変形例２、３に係る燃料電池システム２００は、加熱器２０４により加熱される予備改質器２３２をさらに備える。このため、燃料電池２０１の停止後における温度低下によって改質器２０２が改質反応を良好に進行させることができる温度以下となった場合であっても、加熱器２０４により昇温された予備改質器２３２により改質反応を実施し、水素含有ガスを生成させることができる。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、安全性ならびに耐久性を向上させることができ、固体酸化物形燃料電池システムにおいて幅広く適用できる。
　１　　　燃料電池
　２　　　改質器
　３　　　燃焼部
　４　　　着火器
　５　　　発電原料供給器
　６　　　酸化剤ガス供給器
　７　　　改質用材料供給器
　８　　　制御器
　９　　　脱硫器
　１０　　改質用材料流路
　１１　　可燃性ガス流路
　１２　　酸化剤ガス流路
　１３　　燃焼排ガス流路
　１４　　リサイクル流路
　１５　　加熱部
　１６　　浄化器
　２０　　アノード
　２１　　カソード
　１００　燃料電池システム
　２００　燃料電池システム
　２０１　燃料電池
　２０２　改質器
　２０３　蒸発器
　２０４　加熱器
　２０５　発電原料供給器
　２０６　酸化剤ガス供給器
　２０７　記憶装置
　２０８　制御器
　２０９　改質水供給器
　２１０　燃焼部
　２１１　可燃性ガス流路
　２１２　酸化剤ガス流路
　２１３　改質水流路
　２１４　燃焼排ガス流路
　２２０　アノード
　２２１　カソード
　２３０　テーブル
　２３１　浄化器
　２３２　予備改質器
　Ｐ　　　圧力センサ
　Ｔ１　　燃料電池温度検知部
　Ｔ２　　改質器温度検知部
　Ｔ３　　脱硫器温度検知部
　Ｔ４　　浄化器温度検知部
　Ｔ１０　燃料電池温度検知器
　Ｔ２０　改質器温度検知器
　Ｔ３０　蒸発器温度検知器
　Ｔ４０　浄化器温度検知器

Claims (14)

  1. 　固体酸化物形燃料電池と、
    　発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する改質器と、
    　前記改質器に前記発電原料を供給する発電原料供給器と、
    　前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水および空気の少なくともいずれか一方を供給する改質用材料供給器と、
    　前記固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
    　前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスに着火する着火器を有する燃焼部と、
    　制御器と、を備えた燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池のカソードに供給させ、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器に間欠的に供給させるとともに、前記燃焼部が有する前記着火器を制御して着火動作させる燃料電池システム。
  2. 　前記燃焼部よりも下流側に設けられ、該燃焼部から排出された燃焼排ガスに含まれる可燃性ガスを浄化する浄化器と、
    　前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記浄化器の温度を検知するための浄化器温度検知部と、をさらに備え、
    　前記浄化器温度検知部による検知結果が所定温度未満となる場合、前記制御器は、前記着火器を制御して着火動作させる請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記発電原料中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器を備える請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記燃焼部において燃焼させた前記排ガスを流通させ、該燃焼させた排ガスの有する熱により前記脱硫器を加熱する加熱部を備える請求項３に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記脱硫器は、水素を利用して前記発電原料から硫黄化合物を除去する水添脱硫器である請求項３または４に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行う、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記改質器、前記固体酸化物形燃料電池、前記脱硫器の温度はそれぞれ連動して変化しており、
    　前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部、および前記脱硫器の温度を検知する脱硫器温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも備え、
    　前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度が所定の温度範囲内か否かに応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行う請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を、少なくとも前記改質器温度検知部、前記燃料電池温度検知部、および前記脱硫器温度検知部のいずれか１つによって検知された温度の上昇値および下降値に応じて、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御して行う請求項７に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードに至る流路であり、前記発電原料を含む可燃性ガスが流通する可燃性ガス流路と、
    　前記可燃性ガス流路に設けられ、該可燃性ガス流路内の圧力を検知する圧力センサと、を備え、
    　前記圧力センサの検知結果において、前記可燃性ガス流路内の圧力が負圧となった場合、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方との前記改質器への間欠的な供給を所定の時間間隔ごとに前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を動作させて行う請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記固体酸化物形燃料電池の電圧を検知する電圧検知器を備え、
    　前記電圧検知器により検知された電圧が所定電圧以下となるたびに、前記制御器は、前記発電原料と、前記水および空気の少なくともいずれか一方とを前記改質器へ供給するように、前記発電原料供給器および前記改質用材料供給器を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記改質用材料供給器は、前記改質器に対して、改質反応で利用する改質用の水を供給する改質水供給器であって、
    　前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、
    　前記蒸発器を加熱する加熱器と、
    　前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記固体酸化物形燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、を備え、
    　前記蒸発器、前記改質器、および前記固体酸化物形燃料電池の温度はそれぞれ連動して変化しており、
    　前記燃料電池システムの温度を検知する温度検知部として、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知部、前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部、および前記固体酸化物形燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検知部のうちのいずれか１つを少なくとも有し、
    　前記燃料電池システムの運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する請求項９に記載の燃料電池システム。
  12. 　燃料電池と、
    　発電原料を改質して生成した水素含有ガスを前記燃料電池に供給する改質器と、
    　前記発電原料を前記改質器に供給する発電原料供給器と、
    　前記改質器における改質反応に利用する水を該改質器に供給する改質水供給器と、
    　前記改質水供給器から前記改質器に供給される水を気化させる蒸発器と、
    　前記蒸発器を加熱する加熱器と、
    　前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
    　可燃性ガスである前記発電原料または前記水素含有ガスが流通する、前記発電原料供給器から前記燃料電池に至る流路である可燃性ガス流路と、
    　前記酸化剤ガスが流通する、前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池に至る流路である酸化剤ガス流路と、
    　連動して変化する前記蒸発器、前記改質器、前記燃料電池の温度うちの少なくともいずれか１つの温度を検知する温度検知部と、
    　制御器と、を備え、
    　前記燃料電池の運転停止工程において、前記制御器は、前記発電原料供給器と前記改質水供給器とを制御して前記発電原料と水とを、前記可燃性ガス流路に流通させるとともに、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路に流通させており、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器を加熱させるように制御する燃料電池システム。
  13. 　前記燃料電池から排出された前記可燃性ガスと前記酸化剤ガスとを含む排気ガスを浄化する浄化器を備え、
    　前記温度検知部は、前記蒸発器、前記改質器、および前記燃料電池の温度に加え、これらと連動して変化する前記浄化器の温度のうちの少なくともいずれか１つの温度を検知する請求項１２に記載の燃料電池システム。
  14. 　前記改質器とは別体で設けられ、前記発電原料を改質し、前記燃料電池に供給する予備改質器をさらに備え、
    　前記制御器は、前記温度検知部の検知結果に基づき、前記蒸発器の動作温度が下限値以下となったと判定した場合、前記加熱器により前記蒸発器とともに前記予備改質器を加熱させるように制御する請求項１２または１３に記載の燃料電池システム。
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