WO2017104213A1 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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矢島　健太郎
柳澤　政成
晋 前嶋
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日産自動車株式会社
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system including a solid oxide fuel cell that generates electric power by receiving supply of anode gas and cathode gas, and a control method of the fuel cell system.
  • JP 2005-179081A includes an anode discharge passage for flowing an anode off-gas discharged from a solid oxide fuel cell, a cathode discharge passage for flowing a cathode off-gas discharged from a solid oxide fuel cell, and a merge for joining these passages.
  • a fuel cell system comprising a unit is disclosed. The anode off-gas and the cathode off-gas are burned by the burner at the junction, and then discharged to the outside of the fuel cell system.
  • system stop control is executed in response to a system stop request or the like.
  • the system stop control since the operating temperature of the fuel cell is as high as about 800 ° C., the system stop control supplies the anode gas while continuing the cathode gas supply before completely stopping the operation of the fuel cell system. Is stopped, the fuel cell cooling process is executed.
  • a cathode gas for example, air
  • the air that has passed through the fuel cell flows as a cathode off gas through the cathode discharge passage to the junction with the anode off gas.
  • the system stop control since the supply of the anode gas is stopped, a part of the air that has reached the junction flows into the anode discharge passage from the junction.
  • a gas containing oxygen such as air flows into the anode discharge passage, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the anode discharge passage and the anode flow passage of the fuel cell increases.
  • the oxygen concentration in the anode flow path is high and the fuel cell is not sufficiently cooled, the anode electrode of the fuel cell may be oxidized and deteriorated.
  • an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing the oxidative deterioration of the anode electrode of the fuel cell while the system is stopped.
  • a fuel cell system includes a solid oxide fuel cell that generates power by receiving supply of an anode gas and a cathode gas.
  • the fuel cell system includes an anode discharge passage for flowing an anode off-gas discharged from the fuel cell, a cathode discharge passage for flowing a cathode off-gas discharged from the fuel cell, a joining portion where the anode discharge passage and the cathode discharge passage merge, Is provided.
  • the fuel cell system includes a gas supply unit that supplies fuel gas using fuel stored in the fuel tank into the anode discharge passage while the system is stopped.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing system start-up control of the solid oxide fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing system stop control of the solid oxide fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the fuel gas supply amount and a change in the oxygen concentration in the anode discharge passage during the system stop control.
  • FIG. 5 is a flowchart showing system stop control of the solid oxide fuel cell system according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing system start-up control of the solid oxide fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 3
  • FIG. 7 is a flowchart showing system stop control of the solid oxide fuel cell system according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a change in the fuel gas supply amount and a change in the oxygen concentration in the anode discharge passage during the system stop control.
  • FIG. 9 is a flowchart showing system stop control of a solid oxide fuel cell system according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main configuration of a solid oxide fuel cell system 100 according to the first embodiment.
  • the fuel cell system 100 is a solid oxide fuel cell system including a solid oxide fuel cell stack 10 that generates power upon receiving supply of anode gas and cathode gas.
  • the fuel cell system 100 constitutes a part of a power supply system for an electric vehicle, for example.
  • the fuel cell stack 10 is a stacked battery in which a plurality of solid oxide fuel cells (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) are stacked.
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • an electrolyte layer formed of a solid oxide such as ceramic is sandwiched between an anode electrode supplied with an anode gas and a cathode electrode supplied with a cathode gas.
  • the anode gas is a gas containing hydrogen and hydrocarbons
  • the cathode gas is a gas containing oxygen and the like.
  • the fuel cell system 100 includes an anode gas supply system 20 that supplies anode gas to the fuel cell stack 10, a system activation system 30 that is used when the system is activated, and a cathode gas supply system 40 that supplies cathode gas to the fuel cell stack 10. And an exhaust system 50 that exhausts anode off-gas and cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 10, and a power system 60 that inputs and outputs power between the fuel cell stack 10. Furthermore, the fuel cell system 100 includes a control unit 80 that comprehensively controls the operation of the entire system.
  • the anode gas supply system 20 includes an anode supply passage 21, a fuel tank 22, a filter 23, a pump 24, an injector 25, an evaporator 26, a heat exchanger 27, a reformer 28, and the like. .
  • the anode supply passage 21 is a passage connecting the fuel tank 22 and the anode flow path formed in the fuel cell stack 10.
  • the fuel tank 22 is a container that stores liquid fuel for reforming in which, for example, ethanol and water are mixed.
  • the pump 24 is provided in the anode supply passage 21 on the downstream side of the fuel tank 22. The pump 24 sucks the reforming fuel stored in the fuel tank 22 and supplies the fuel to the injector 25 and the like with a constant pressure.
  • the filter 23 is disposed in the anode supply passage 21 between the fuel tank 22 and the pump 24.
  • the filter 23 removes foreign matters and the like contained in the reforming fuel before being sucked into the pump 24.
  • the injector 25 is disposed in the anode supply passage 21 between the pump 24 and the evaporator 26.
  • the injector 25 injects and supplies the fuel supplied from the pump 24 into the evaporator 26.
  • the evaporator 26 is provided in the anode supply passage 21 on the downstream side of the injector 25.
  • the evaporator 26 vaporizes the fuel supplied from the injector 25 and supplies it to the heat exchanger 27.
  • the evaporator 26 vaporizes the fuel by using the heat of the exhaust discharged from the exhaust combustor 53 described later.
  • the heat exchanger 27 is provided in the anode supply passage 21 on the downstream side of the evaporator 26 and is disposed adjacent to the exhaust combustor 53.
  • the heat exchanger 27 further heats the fuel vaporized in the evaporator 26 using the heat transmitted from the exhaust combustor 53.
  • the anode supply passage 21 between the evaporator 26 and the heat exchanger 27 is provided with a pressure regulating valve 29 that adjusts the pressure of the vaporized fuel supplied to the heat exchanger 27.
  • the opening degree of the pressure regulating valve 29 is controlled by the control unit 80.
  • the reformer 28 is provided in the anode supply passage 21 between the heat exchanger 27 and the fuel cell stack 10.
  • the reformer 28 reforms the fuel using a catalyst provided in the reformer 28.
  • the reforming fuel is reformed into an anode gas containing hydrogen, hydrocarbons, carbon monoxide and the like by a catalytic reaction in the reformer 28.
  • the reformed anode gas is supplied to the anode flow path of the fuel cell stack 10 in a high temperature state.
  • the anode supply passage 21 includes branch paths 71, 72, and 73 that branch from the anode supply passage 21.
  • the branch path 71 branches from the anode supply passage 21 between the pump 24 and the injector 25 and is connected to an injector 71 ⁇ / b> A that supplies fuel to the diffusion combustor 31.
  • the branch path 71 is provided with an on-off valve 71B that opens and closes the branch path 71.
  • the branch path 72 branches from the anode supply passage 21 between the pump 24 and the injector 25, and is connected to an injector 72 ⁇ / b> A that supplies fuel to the catalytic combustor 32.
  • the branch path 72 is provided with an on-off valve 72B that opens and closes the branch path 72.
  • the branch path 73 branches from the anode supply passage 21 between the pump 24 and the injector 25, and is connected to an injector 73 ⁇ / b> A that supplies fuel to the anode discharge path 51.
  • the branch path 73 is provided with an on-off valve 73B that opens and closes the branch path 73.
  • Electric heaters 71C and 73C are installed in the injectors 71A and 73A as heating devices for vaporizing the liquid fuel.
  • the opening degree of the on-off valves 71B, 72B, 73B described above is controlled by the control unit 80.
  • the on-off valves 71B and 72B are opened, for example, when the fuel cell system 100 is activated, and are closed after the activation is completed. Further, the on-off valve 73B is opened when the fuel cell system 100 is stopped, for example, and is closed during system startup, normal operation, or the like.
  • the cathode gas supply system 40 includes a cathode supply passage 41, a filter 42, a compressor 43, a heat exchanger 44, and the like.
  • the system activation system 30 includes a diffusion combustor 31, a catalytic combustor 32, and the like.
  • the cathode supply passage 41 is a passage connecting the compressor 43 and a cathode flow path formed in the fuel cell stack 10.
  • the compressor 43 is an air supply device that takes outside air (air) through the filter 42 and supplies the taken air as a cathode gas to the fuel cell stack 10 and the like.
  • the filter 42 removes foreign matters contained in the air before being taken into the compressor 43.
  • the heat exchanger 44 is provided in the cathode supply passage 41 on the downstream side of the compressor 43.
  • the heat exchanger 44 is a device that heats the cathode gas (air) using the heat of the exhaust discharged from the exhaust combustor 53.
  • the cathode gas heated by the heat exchanger 44 is supplied to the diffusion combustor 31 constituting a part of the system startup system 30.
  • the cathode supply passage 41 between the compressor 43 and the heat exchanger 44 is provided with a throttle 45 (flow rate adjusting unit), and the flow rate of the cathode gas is adjusted according to the opening degree of the throttle 45.
  • the opening degree of the throttle 45 is controlled by the control unit 80.
  • the cathode supply passage 41 includes a branch path 46 that branches from the cathode supply passage 41.
  • the branch path 46 branches from the cathode supply path 41 between the compressor 43 and the throttle 45 and is connected to a catalytic combustor 32 described later.
  • a throttle 46A is attached to the branch path 46, and the air flow rate is adjusted according to the opening of the throttle 46A.
  • the opening degree of the throttle 46A is controlled by the control unit 80.
  • the throttle 46A is opened so that a certain amount of air is supplied to the catalytic combustor 32 when the fuel cell system 100 is activated, and is closed after the activation is completed.
  • the diffusion combustor 31 and the catalytic combustor 32 constituting the system start system 30 are basically devices used during system start (starting).
  • the diffusion combustor 31 is disposed in the cathode supply passage 41 on the downstream side of the heat exchanger 44.
  • air from the compressor 43 and fuel injected from the injector 71A are supplied into the diffusion combustor 31.
  • the fuel injected from the injector 71A is heated by the electric heater 71C and supplied to the diffusion combustor 31 in a vaporized state.
  • the air-fuel mixture is ignited by an ignition device attached to the diffusion combustor 31, and a preheating burner for heating the catalyst combustor 32 is formed.
  • the supply of fuel and the operation of the ignition device are stopped, and the air supplied from the compressor 43 passes through the diffusion combustor 31 and is supplied to the catalytic combustor 32.
  • the catalytic combustor 32 is provided in the cathode supply passage 41 between the diffusion combustor 31 and the fuel cell stack 10.
  • the catalytic combustor 32 is a device that includes a catalyst therein and generates combustion gas using the catalyst.
  • air from the branch path 46 and fuel injected from the injector 72A are supplied into the catalyst combustor 32.
  • the catalyst of the catalytic combustor 32 is heated by a preheating burner, and air and fuel are burned on the heated catalyst to generate combustion gas.
  • the combustion gas is a high-temperature inert gas containing almost no oxygen, and is supplied to the fuel cell stack 10 to heat the fuel cell stack 10 and the like.
  • the supply of fuel and air from the branch paths 72 and 46 is stopped, and the air (anode gas) from the compressor 43 is supplied to the fuel cell stack 10 through the diffusion combustor 31 and the catalytic combustor 32.
  • the exhaust system 50 includes an anode discharge passage 51, a cathode discharge passage 52, an exhaust combustor 53, a merged exhaust passage 54, and the like.
  • the anode discharge passage 51 connects the anode flow path of the fuel cell stack 10 and the anode side inlet portion of the exhaust combustor 53.
  • the anode discharge passage 51 is a passage through which exhaust gas (anode off gas) containing anode gas discharged from the anode flow path of the fuel cell stack 10 flows.
  • the cathode discharge passage 52 connects the cathode channel of the fuel cell stack 10 and the cathode side inlet portion of the exhaust combustor 53.
  • the cathode discharge passage 52 is a passage through which an exhaust gas (cathode off gas) containing a cathode gas discharged from the cathode flow path of the fuel cell stack 10 flows.
  • the exhaust combustor 53 catalytically burns the anode off-gas and cathode off-gas supplied from the discharge passages 51 and 52 to generate exhaust gas mainly composed of carbon dioxide and water.
  • the catalyst temperature is preferably equal to or higher than the activation temperature. Therefore, for example, when the system is started, the catalyst of the exhaust combustor 53 is heated by the combustion gas generated by the catalytic combustor 32. It should be noted that at the time of starting the system, the temperature rise efficiency of the catalyst temperature may be increased by supplying fuel and air to the exhaust combustor 53 to promote catalytic combustion in the exhaust combustor 53.
  • the exhaust combustor 53 Since the exhaust combustor 53 is arranged so as to be adjacent to the heat exchanger 27, the heat generated by catalytic combustion in the exhaust combustor 53 is transmitted to the heat exchanger 27. The heat transferred to the heat exchanger 27 in this way is used to heat the fuel.
  • a combined exhaust passage 54 is connected to the gas outlet (downstream end) of the exhaust combustor 53. Exhaust gas discharged from the exhaust combustor 53 is discharged outside the fuel cell system 100 through the merged exhaust passage 54.
  • the combined exhaust passage 54 is configured to pass through the evaporator 26 and the heat exchanger 44, and the evaporator 26 and the heat exchanger 44 are heated by the exhaust gas that passes through the combined exhaust passage 54.
  • the above-described exhaust combustor 53 and the merged exhaust passage 54 function as a merging unit that collectively flows the gas discharged from the fuel cell stack 10.
  • the power system 60 includes a DC-DC converter 61, a battery 62, a drive motor 63, and the like.
  • the DC-DC converter 61 is electrically connected to the fuel cell stack 10 and boosts the output voltage of the fuel cell stack 10 to supply power to the battery 62 or the drive motor 63.
  • the battery 62 is configured to charge the power supplied from the DC-DC converter 61 or supply power to the drive motor 63.
  • the drive motor 63 is a three-phase AC motor and functions as a power source for the vehicle.
  • the drive motor 63 is connected to the battery 62 and the DC-DC converter 61 via an inverter. At the time of braking, the drive motor 63 generates regenerative power, and this regenerative power is used for charging the battery 62, for example.
  • the control unit 80 is constituted by a microcomputer including a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • the controller 80 executes a process for controlling the fuel cell system 100 by executing a specific program.
  • the control unit 80 includes signals from various sensors such as a current sensor 81, a voltage sensor 82, and a temperature sensor 83, as well as signals from sensors that detect the vehicle state, such as an accelerator stroke sensor 84 that detects the amount of depression of the accelerator pedal. Is entered.
  • sensors such as a current sensor 81, a voltage sensor 82, and a temperature sensor 83, as well as signals from sensors that detect the vehicle state, such as an accelerator stroke sensor 84 that detects the amount of depression of the accelerator pedal. Is entered.
  • the current sensor 81 detects the output current taken out from the fuel cell stack 10.
  • the voltage sensor 82 detects the output voltage of the fuel cell stack 10, that is, the inter-terminal voltage between the anode electrode side terminal and the cathode electrode side terminal.
  • the temperature sensor 83 is provided in the fuel cell stack 10 and detects or estimates the temperature of the fuel cell stack 10.
  • system stop control is executed in response to a system stop request or the like based on a driver's key-off operation.
  • the cooling process of the fuel cell stack 10 is executed before the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped.
  • the fuel cell system 100 is configured to be able to charge the battery 62 with the electric power generated by the fuel cell stack 10, and the system stop control may be executed when the battery 62 is fully charged.
  • the system stop control is executed when the system is stopped.
  • the system stop control is ended when the temperature of the fuel cell stack 10 reaches a temperature at which oxidation deterioration of the anode electrode can be suppressed or prevented.
  • the system being stopped means a period from the start of the system stop control to the next system startup.
  • the cooling process is executed by stopping the supply of the anode gas while continuing the supply of the cathode gas, and the fuel cell stack 10 is cooled by the cathode gas.
  • cathode gas air
  • the air that has passed through the fuel cell stack 10 flows into the exhaust combustor 53 through the cathode discharge passage 52 as the cathode off gas.
  • the anode electrode is made of a metal such as nickel
  • the nickel (Ni) is oxidized by oxygen in the anode gas to become NiO.
  • volume expansion may occur, and cracks may occur in the anode electrode and the electrolyte.
  • the oxidative deterioration of the anode electrode is suppressed by suppressing an increase in the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 during the cooling of the fuel cell stack 10.
  • the cooling process of the fuel cell stack 10 is a process executed during the system stop control.
  • FIG. 2 is a flowchart showing system activation control executed by the control unit 80 of the fuel cell system 100.
  • the system activation control is repeatedly executed after an activation request to the fuel cell system 100 (an activation request such as a driver's key-on operation).
  • control unit 80 executes the process of step 101 (S101).
  • step 101 the control unit 80 acquires the temperature of the fuel cell stack 10 (fuel cell temperature Tfc) using the temperature sensor 83.
  • the control unit 80 determines whether or not the fuel cell temperature Tfc has reached a preset operating temperature Ts.
  • the operating temperature Ts is set as a temperature at which the fuel cell stack 10 can generate power at a predetermined power generation efficiency or higher.
  • the control unit 80 determines that the fuel cell stack 10 needs to be warmed up, and executes the processes of S103 and S104.
  • control unit 80 drives the compressor 43 to open the throttles 45 and 46A at a certain opening degree. As a result, air is supplied to the diffusion combustor 31 and the catalytic combustor 32.
  • the control unit 80 activates the ignition devices of the pump 24 and the diffusion combustor 31 and opens the on-off valves 71B and 72B in S104. Thereby, the liquid fuel stored in the fuel tank 22 is supplied to the diffusion combustor 31 and the catalytic combustor 32. Then, a preheating burner is formed in the diffusion combustor 31, and combustion gas is generated in the catalytic combustor 32 using this preheating burner. The combustion gas warms up the fuel cell stack 10 and devices disposed downstream of the fuel cell stack 10.
  • control unit 80 determines that the fuel cell stack 10 has been warmed up, and executes the start / stop process in S105. .
  • control unit 80 stops the ignition device of the diffusion combustor 31, closes the throttle 46A and the on-off valves 71B and 72B, and ends the system activation control.
  • normal power generation control is executed by the control unit 80.
  • the fuel supplied from the fuel tank 22 is vaporized by the evaporator 26 and the vaporized fuel is heated by the heat exchanger 27.
  • the fuel thus heated is reformed into anode gas in the reformer 28, and the anode gas is supplied to the fuel cell stack 10.
  • the air (cathode gas) supplied by the compressor 43 is heated by the heat exchanger 44 and supplied to the fuel cell stack 10 via the diffusion combustor 31 and the catalyst combustor 32.
  • the fuel cell stack 10 is supplied with anode gas and cathode gas to generate power, and the generated power of the fuel cell stack 10 is used by the battery 62, the drive motor 63, and the like.
  • the anode off gas and the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 10 are introduced into the exhaust combustor 53 through the anode discharge passage 51 and the cathode discharge passage 52.
  • anode off-gas and cathode off-gas are fueled to become exhaust, and the exhaust discharged from the exhaust combustor 53 heats the evaporator 26 and the heat exchanger 44.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the system stop control executed by the control unit 80.
  • the system stop control is executed after a stop request to the fuel cell system 100 (stop request by a driver's key-off operation or the like).
  • control unit 80 executes the process of S201.
  • S201 the control unit 80 stops the operation of the pump 24 and causes the pressure regulating valve 29 to be fully closed. Thereby, the supply of the anode gas to the fuel cell stack 10 is stopped.
  • the control unit 80 increases the rotational speed of the compressor 43 so that the supply amount of the cathode gas is higher than that during normal power generation, and increases the opening of the throttle 45, for example, when the fuel cell is cooled.
  • the rotation speed of the compressor 43 and the opening of the throttle 45 are set larger than those during normal power generation in which the fuel cell stack 10 generates power so as to generate a required output determined by the system operating state.
  • the fuel cell stack 10 is cooled from the inside by continuously supplying the cathode gas to the fuel cell stack 10 and using the cathode gas as a cooling gas.
  • the processes of S201 and S202 correspond to a cooling process for forcibly cooling the fuel cell stack 10.
  • control unit 80 acquires the fuel cell temperature Tfc using the temperature sensor 83, and then executes the process of S204.
  • the control unit 80 determines whether or not the fuel cell temperature Tfc has decreased to a preset reference temperature T1.
  • the reference temperature T1 is, for example, 300 ° C., and is set as a temperature at which the anode electrode of the fuel cell does not deteriorate due to oxidation even if oxygen exists in the anode discharge passage 51 or the like.
  • the reference temperature T1 is set to an arbitrary value according to, for example, the constituent material of the anode electrode.
  • the control unit 80 determines that the fuel cell stack 10 is sufficiently cooled and the anode electrode does not undergo oxidative deterioration, and executes the system stop process in S205. To do. In the system stop process, the control unit 80 stops the compressor 43 and fully closes the throttle 45. Thereby, supply of anode gas and cathode gas is stopped, and stop control of the fuel cell system 100 is completed.
  • the control unit 80 determines that the anode electrode may be oxidized and deteriorated, and executes the fuel gas supply process of S206.
  • the controller 80 opens the on-off valve 73B, drives the injector 73A, and supplies the fuel gas vaporized by the electric heater 73C to the anode discharge passage 51.
  • the injector 73A is configured as a gas supply unit different from the anode gas supply unit (the reformer 28 and the like) that supplies the anode gas to the fuel cell stack 10.
  • the fuel stored in the fuel tank 22 is supplied to the anode discharge passage 51 by the injector 73A, thereby increasing the oxygen concentration in the anode discharge passage 51. Suppress.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the fuel gas supply amount and a change in the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 during the system stop control.
  • the supply of the anode gas is stopped, and only the cathode gas is supplied to the fuel cell stack 10.
  • the fuel cell stack 10 is cooled by the cathode gas.
  • the cathode gas that has passed through the fuel cell stack 10 is introduced into the exhaust combustor 53 through the cathode discharge passage 52 as a cathode off gas. Part of the cathode off gas introduced in this way flows from the exhaust combustor 53 into the anode discharge passage 51. Therefore, as shown in FIG. 4, the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 increases at the time when the system stop control is started.
  • the fuel cell stack 10 is hardly cooled, and the fuel cell temperature Tfc is high (for example, 750 ° C.).
  • the fuel cell temperature Tfc is high (for example, 750 ° C.).
  • the fuel gas is supplied to the anode discharge passage 51 through the injector 73A.
  • the reference temperature for example, 300 ° C.
  • the fuel gas is supplied to the anode discharge passage 51 in this manner, the presence of the fuel gas in the anode discharge passage 51 makes it difficult for the cathode gas to flow from the exhaust combustor 53 to the anode discharge passage 51 side.
  • An increase in oxygen concentration is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 from exceeding the oxygen concentration threshold (reference concentration). Since the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 is proportional to the oxygen partial pressure in the anode discharge passage 51, the oxygen partial pressure may be used as an index for oxidative deterioration of the anode electrode instead of the oxygen concentration.
  • the inventors of the present application have found that the oxygen concentration at which oxidative degradation can occur varies according to the fuel cell temperature Tfc with respect to the oxidative degradation of the anode electrode of the fuel cell. That is, as shown in FIG. 4, the oxygen concentration threshold value (reference concentration), which is a threshold value for the presence or absence of the occurrence of oxidation deterioration, decreases as the fuel cell temperature Tfc decreases.
  • the reason why the oxygen concentration threshold value that causes oxidative degradation as the fuel cell temperature Tfc decreases is that the hydrogen in the anode electrode is more easily released as the fuel cell temperature Tfc decreases, and accordingly, This is because oxygen easily diffuses.
  • the fuel cell temperature Tfc is lowered to a certain level (for example, 300 ° C.), the anode electrode is not oxidized and deteriorated regardless of the oxygen concentration.
  • the fuel cell system 100 increases the amount of fuel gas supplied to the anode discharge passage 51 as the fuel cell temperature Tfc decreases.
  • the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 can be lowered in accordance with the drop in the fuel cell temperature Tfc, and the oxidative deterioration of the anode electrode can be suppressed regardless of the fuel cell temperature Tfc. It becomes possible.
  • the supply amount of the fuel gas introduced from the injector 73A into the anode discharge passage 51 is determined based on the fuel cell temperature Tfc. If the fuel cell temperature Tfc is known, the oxygen concentration threshold value can be determined. From the oxygen concentration threshold value, the anode discharge passage, the volume of the anode flow passage in the fuel cell stack 10 (known parameters), etc., the oxygen in the anode discharge passage 51 can be determined. It is possible to determine the supply amount of the fuel gas so that the concentration does not exceed the oxygen concentration threshold.
  • the controller 80 adjusts the fuel gas supply amount supplied from the injector 73A by controlling the injection period or the valve opening amount of the injector 73A.
  • the fuel cell temperature Tfc when the fuel cell temperature Tfc is lowered to a reference temperature (for example, 300 ° C.) by the cooling process during the system stop control, the anode gas is not oxidized and the fuel gas supply process is stopped.
  • a system stop process for completely stopping the fuel cell system 100 is executed.
  • the fuel cell system 100 includes a solid oxide fuel cell stack 10 that generates power upon receiving supply of anode gas and cathode gas, an anode discharge passage 51 through which anode off-gas discharged from the fuel cell stack 10 flows, and a fuel cell stack.
  • 10 includes a cathode discharge passage 52 through which the cathode off-gas discharged from 10 flows, and an exhaust combustor 53 as a joining portion where the anode discharge passage 51 and the cathode discharge passage 52 join together.
  • the fuel cell system 100 includes an injector 73A as a gas supply unit that supplies fuel gas using fuel stored in the fuel tank 22 into the anode discharge passage 51 while the system is stopped (during system stop control).
  • the injector 73A is configured as a gas supply unit different from the anode gas supply unit (the reformer 28 and the like) that supplies the anode gas to the fuel cell stack 10.
  • the fuel gas is supplied to the anode discharge passage 51 by the injector 73A using the fuel stored in the fuel tank 22 while the system is stopped, whereby the cathode gas is discharged into the exhaust combustor. 53 is less likely to flow into the anode discharge passage 51 side, and an increase in oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the anode discharge passage 51 is suppressed. Thereby, it becomes possible to suppress the oxidative deterioration of the anode electrode of the fuel cell.
  • the fuel cell system 100 includes a temperature sensor 83 as a temperature detection unit that detects or estimates the temperature of the fuel cell stack 10, and the injector 73A is stopped, and the fuel cell temperature Tfc is the reference temperature T1. If it is higher, the fuel gas is supplied to the anode discharge passage 51.
  • the fuel cell stack 10 is in a temperature state in which the anode electrode may be oxidized and deteriorated, the fuel gas is supplied to the anode discharge passage 51 to increase the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the anode discharge passage 51. Therefore, it is possible to suppress the oxidative deterioration of the anode electrode of the fuel cell without consuming fuel wastefully.
  • the injector 73A is configured to increase the fuel gas supply amount as the fuel cell temperature Tfc is lower.
  • the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the anode discharge passage 51 can be reduced according to the decrease in the fuel cell temperature Tfc, and the oxidative deterioration of the anode electrode can be achieved with the fuel gas supply amount corresponding to the fuel cell temperature Tfc. It becomes possible to suppress efficiently.
  • the injector 73A of the fuel cell stack 10 includes an electric heater 73C as a heater for vaporizing the fuel supplied from the fuel tank 22, and is configured to supply the vaporized fuel to the anode discharge passage 51 as a fuel gas.
  • the electric heater 73C the vaporized fuel gas can be reliably supplied to the anode discharge passage 51, and an increase in oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the anode discharge passage 51 is efficiently suppressed. It becomes possible.
  • the fuel cell system 100 includes an oxygen concentration sensor 85 as an oxygen concentration detection unit that detects or estimates the oxygen concentration in the anode discharge passage 51.
  • the oxygen concentration sensor 85 is provided in the anode discharge passage 51 on the upstream side from the installation position of the injector 73A.
  • the oxygen concentration sensor 85 may be provided in the anode discharge passage 51, and is preferably provided at a position closer to the fuel cell stack 10 than the injector 73A.
  • As the oxygen concentration sensor 58 for example, a zirconia oxygen concentration meter that detects or estimates the oxygen concentration using a solid electrolyte zirconia element is used.
  • the oxygen concentration sensor 85 is electrically connected to the control unit 80, and a detection signal of the oxygen concentration sensor 85 is provided to the control unit 80.
  • the control unit 80 can also calculate the oxygen partial pressure in the anode discharge passage 51 based on the oxygen concentration detected or estimated by the oxygen concentration sensor 85.
  • FIG. 5 is a flowchart showing system stop control executed by the control unit 80 of the fuel cell system 100 according to this modification.
  • control unit 80 executes the processing after S211.
  • control unit 80 calculates the threshold value D1 of the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 based on the fuel cell temperature Tfc detected or estimated by the temperature sensor 83.
  • a map (characteristic line) indicating the relationship between the fuel cell temperature Tfc and the oxygen concentration threshold value D1 is obtained by a prior experiment or the like, and this map is stored in the ROM or the like of the control unit 80.
  • the control unit 80 can uniquely calculate the oxygen concentration threshold value D1 corresponding to the fuel cell temperature Tfc based on the fuel cell temperature Tfc.
  • the controller 80 calculates (sets) the oxygen concentration threshold D1 as a smaller value as the fuel cell temperature Tfc is lower.
  • control unit 80 measures the oxygen concentration Dfc in the anode discharge passage 51 using the oxygen concentration sensor 85, and then executes the process of S213.
  • control unit 80 compares the oxygen concentration Dfc with the oxygen concentration threshold D1 (reference concentration) calculated in S211 and determines whether the oxygen concentration Dfc is equal to or lower than the oxygen concentration threshold D1.
  • the control unit 80 determines that the oxygen concentration Dfc is low and there is no possibility that the anode electrode is oxidized and deteriorated, and the process of S203 is performed again. Execute.
  • the control unit 80 determines that the anode electrode may be oxidized and deteriorated, and the fuel gas supply in S206A Execute the process.
  • the controller 80 opens the on-off valve 73B, drives the injector 73A, and supplies the fuel gas vaporized by the electric heater 73C to the anode discharge passage 51.
  • the fuel stored in the fuel tank 22 is supplied to the anode discharge passage 51 by the injector 73A, thereby increasing the oxygen concentration in the anode discharge passage 51.
  • the control part 80 performs the process after S203 again after the fuel gas supply process of S206A is complete
  • the injector 73A is disposed in the anode discharge passage 51 when the fuel cell temperature Tfc is higher than the reference temperature T1 and the oxygen concentration Dfc is higher than the oxygen concentration threshold D1 (reference concentration).
  • the fuel gas is supplied. That is, even if the fuel cell temperature Tfc is higher than the reference temperature T1, the fuel gas is not supplied if the oxygen concentration Dfc in the anode discharge passage 51 is a concentration that does not cause oxidative deterioration of the anode electrode.
  • control unit 80 controls the injector 73A to supply the fuel gas to the anode discharge passage 51 when the oxygen concentration Dfc exceeds the oxygen concentration threshold D1. According to such a fuel gas supply process, it is possible to suppress oxidative deterioration of the anode electrode of the fuel cell while suppressing fuel consumption as compared with the first embodiment.
  • the control unit 80 controls the injector 73A so that the fuel gas supply amount increases as the deviation between the oxygen concentration Dfc and the oxygen concentration threshold D1 increases. That is, the injector 73A is configured to adjust the supply amount of the fuel gas according to the oxygen concentration Dfc. More specifically, the injector 73A is configured to increase the amount of fuel gas supplied as the value obtained by subtracting the oxygen concentration threshold D1 from the oxygen concentration Dfc increases.
  • the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 can be reduced without wasting fuel. It can be reliably lowered. Therefore, it becomes possible to efficiently suppress the oxidative deterioration of the anode electrode with the fuel gas supply amount corresponding to the oxygen concentration Dfc in the anode discharge passage 51.
  • the control unit 80 has a lower fuel cell temperature Tfc.
  • the oxygen concentration threshold value D1 is set as a smaller value.
  • the fuel cell system 100 according to the second embodiment is substantially the same as the fuel cell system according to the first embodiment, but includes the temperature sensor 86 and the contents of the system stop control executed by the control unit 80. Is different. Note that the fuel cell system 100 according to the present embodiment may not include the oxygen concentration sensor 85.
  • the fuel cell system 100 includes a temperature sensor 86 in the anode supply passage 21 between the reformer 28 and the fuel cell stack 10.
  • the temperature sensor 86 detects or estimates the temperature of the anode gas passing through the anode supply passage 21.
  • the control unit 80 uses the anode gas temperature in the anode supply passage 21 detected or estimated by the temperature sensor 86 as the temperature of the reformer 28.
  • the temperature sensor 86 functions as a reformer temperature detector for detecting or estimating the temperature of the reformer 28.
  • the temperature sensor 86 may be provided in the reformer 28 to directly detect the reformer temperature.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the system stop control executed by the control unit 80.
  • the system stop control is executed after a stop request to the fuel cell system 100.
  • control unit 80 executes the processing after S221 in order to suppress the deterioration of the anode electrode.
  • the control unit 80 compares the reformer temperature Tre detected or estimated by the temperature sensor 86 with the reformer reference temperature T2, and whether the reformer temperature Tre is equal to or lower than the reformer reference temperature T2. Determine whether or not.
  • the reformer reference temperature T2 is a reformer activation temperature at which the reformer 28 can reform vaporized fuel into anode gas, and is set to 500 ° C., for example.
  • the control unit 80 executes the process of S222.
  • the controller 80 executes a high temperature fuel gas supply process for supplying the anode gas reformed by the reformer 28 to the anode discharge passage 51 as a fuel gas.
  • the control unit 80 drives the pump 24 and the injector 25 and further adjusts the pressure regulating valve 29 to control the amount of vaporized fuel introduced into the reformer 28.
  • the amount of anode gas supplied from the reformer 28 to the fuel cell stack 10 is adjusted by controlling the opening degree of the pressure regulating valve 29.
  • the reformer 28 and the pressure regulating valve 29 constitute an anode gas supply unit that supplies anode gas (fuel gas).
  • the anode gas thus reformed by the reformer 28 is supplied to the anode discharge passage 51 through the cooling fuel cell stack 10.
  • the anode gas discharged from the reformer 28 is used as the fuel gas.
  • the cathode gas supplied for cooling the fuel cell stack 10 is less likely to flow from the exhaust combustor 53 to the anode discharge passage 51, and the anode discharge passage An increase in the oxygen concentration in 51 is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 from exceeding the oxygen concentration threshold (reference concentration).
  • the oxygen partial pressure may be used as an index related to the oxidative deterioration of the anode electrode instead of the oxygen concentration.
  • the control unit 80 increases the supply amount of anode gas (fuel gas) supplied to the anode discharge passage 51 as the fuel cell temperature Tfc decreases, as shown in the middle part of FIG. .
  • the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 can be reduced in accordance with the decrease in the fuel cell temperature Tfc, and the oxidative deterioration of the anode electrode is suppressed regardless of the fuel cell temperature Tfc. can do.
  • the supply amount of the anode gas introduced from the reformer 28 into the anode discharge passage 51 is determined based on the fuel cell temperature Tfc. If the fuel cell temperature Tfc is known, the oxygen concentration threshold value can be determined. From the oxygen concentration threshold value, the anode discharge passage, the volume of the anode flow passage in the fuel cell stack 10 (known parameters), etc., the oxygen in the anode discharge passage 51 can be determined. The supply amount of the anode gas can be determined such that the concentration does not exceed the oxygen concentration threshold.
  • the process of S222 is continued until the reformer temperature Tre reaches the reference temperature T2 (for example, 500 ° C.) until the fuel cell temperature Tfc decreases to the reference temperature T1.
  • the control unit 80 determines that the reformer temperature Tre is lowered and a reforming failure occurs, and the low temperature in S206 is determined. Execute the fuel gas supply process. When vaporized fuel is supplied to the reformer 28 in a low temperature state, the vaporized fuel is not reformed in the reformer 28 and carbon is deposited. In order to avoid this, when the reformer temperature Tre becomes equal to or lower than the reformer reference temperature T2, the fuel gas supply source is switched from the reformer 28 to the injector 73A.
  • control unit 80 controls the pump 24, the injector 25, and the pressure regulating valve 29 to stop the supply of the anode gas, and opens the on-off valve 73B to drive the injector 73A, and the fuel vaporized by the electric heater 73C. Gas is supplied to the anode discharge passage 51.
  • the fuel stored in the fuel tank 22 is supplied to the anode discharge passage 51 by the injector 73A, thereby increasing the oxygen concentration in the anode discharge passage 51. Suppress.
  • the control unit 80 increases the supply amount of the fuel gas supplied to the anode discharge passage 51 as the fuel cell temperature Tfc decreases.
  • the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 can be lowered in accordance with the drop in the fuel cell temperature Tfc, and the oxidative deterioration of the anode electrode is suppressed regardless of the fuel cell temperature Tfc. be able to.
  • the fuel cell temperature Tfc when the fuel cell temperature Tfc is lowered to the reference temperature (for example, 300 ° C.) by the cooling process during the system stop control, the anode electrode is not oxidized and deteriorated.
  • a system stop process for completely stopping the system 100 is executed.
  • the fuel cell system 100 according to the present embodiment described above can achieve the following effects.
  • the fuel cell system 100 further includes a reformer 28 that reforms the fuel supplied from the fuel tank 22 into an anode gas and supplies the reformed anode gas to the fuel cell stack 10. While the system is stopped (during system stop control), the reformer 28 functions as an anode gas supply unit that supplies anode gas as fuel gas to the anode discharge passage 51.
  • the fuel cell system 100 is configured such that the supply source for supplying the fuel gas to the anode discharge passage 51 is switched while the system is stopped. That is, in the fuel cell system 100, when the fuel cell temperature Tfc is higher than the reference temperature Tref and the reformer temperature Tre is higher than the reformer reference temperature T2, the anode gas reformed by the reformer 28 Is supplied to the anode discharge passage 51 as fuel gas. On the other hand, when the fuel cell temperature Tfc is higher than the reference temperature Tref and the reformer temperature Tre becomes equal to or lower than the reformer reference temperature T2, the fuel gas from the injector 73A is supplied to the anode discharge passage 51. Is done. Also with such a configuration, it is possible to suppress an increase in oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the anode discharge passage 51, and to suppress oxidative deterioration of the anode electrode of the fuel cell.
  • oxygen concentration oxygen partial pressure
  • the operation of the injector 73A and the electric heater 73C can be stopped, and the fuel cell system 100 can be stopped. Power consumption can be suppressed.
  • the fuel cell system 100 includes an oxygen concentration sensor 85 that detects or estimates the oxygen concentration in the anode discharge passage 51.
  • FIG. 9 is a flowchart showing system stop control executed by the control unit 80 of the fuel cell system 100.
  • control unit 80 executes the processing from S221 onward in order to suppress the deterioration of the anode electrode.
  • control unit 80 compares the reformer temperature Tre detected or estimated by the temperature sensor 86 with the reformer reference temperature T2, and whether the reformer temperature Tre is equal to or lower than the reformer reference temperature T2. Determine whether or not.
  • the control unit 80 executes the process of S231.
  • control unit 80 calculates a threshold value D1 of the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 based on the fuel cell temperature Tfc detected or estimated by the temperature sensor 83.
  • a map (characteristic line) showing the relationship between the fuel cell temperature Tfc and the oxygen concentration threshold value D1 has been obtained by a prior experiment or the like. Is remembered. Therefore, the control unit 80 can uniquely calculate the oxygen concentration threshold value D1 corresponding to the fuel cell temperature Tfc based on the fuel cell temperature Tfc. The controller 80 calculates (sets) the oxygen concentration threshold D1 as a smaller value as the fuel cell temperature Tfc is lower.
  • control unit 80 measures the oxygen concentration Dfc in the anode discharge passage 51 using the oxygen concentration sensor 85, and then executes the process of S233.
  • control unit 80 compares the oxygen concentration Dfc with the oxygen concentration threshold D1 (reference concentration) calculated in S231, and determines whether or not the oxygen concentration Dfc is equal to or lower than the oxygen concentration threshold D1.
  • the control unit 80 determines that the oxygen concentration Dfc is low and there is no possibility that the anode electrode is oxidized and deteriorated, and the process of S203 is performed again. Execute. On the other hand, when the oxygen concentration Dfc in the anode discharge passage 51 is larger than the oxygen concentration threshold D1, the control unit 80 determines that the anode electrode may be oxidized and deteriorated, and the high temperature fuel in S222A. A gas supply process is executed.
  • the control unit 80 drives the pump 24 and the injector 25, and further adjusts the pressure regulating valve 29 to adjust the amount of anode gas supplied from the reformer 28 to the fuel cell stack 10.
  • the anode gas discharged from the reformer 28 is supplied as the fuel gas to the anode discharge passage 51, so that the oxygen concentration in the anode discharge passage 51 is reduced. Suppresses the rise.
  • the control part 80 performs the process after S203 again after the fuel gas supply process of S222A is complete
  • the control unit 80 is introduced into the reformer 28 so that the supply amount of the anode gas (fuel gas) increases as the deviation between the oxygen concentration Dfc and the oxygen concentration threshold D1 increases. Control the amount of vaporized fuel. That is, the reformer 28 is configured to adjust the supply amount of the fuel gas according to the oxygen concentration Dfc. More specifically, the reformer 28 is configured to increase the supply amount of the anode gas as the value obtained by subtracting the oxygen concentration threshold value D1 from the oxygen concentration Dfc increases.
  • the control unit 80 executes the process of S211.
  • the processes in S211 to S213 are the same as those described in the modification of the first embodiment.
  • the control unit 80 determines that the anode electrode may be oxidized and deteriorated, and the low temperature of S206A The fuel gas supply process is executed.
  • the control unit 80 controls the pump 24, the injector 25, and the pressure regulating valve 29 to stop the supply of the anode gas, and opens the on-off valve 73B to drive the injector 73A, and the fuel vaporized by the electric heater 73C. Gas is supplied to the anode discharge passage 51.
  • the control part 80 performs the process after S203 again after the fuel gas supply process of S206A is complete
  • the control unit 80 controls the injector 73A so that the fuel gas supply amount increases as the deviation between the oxygen concentration Dfc and the oxygen concentration threshold D1 increases. That is, the injector 73A is configured to increase the supply amount of the fuel gas as the value obtained by subtracting the oxygen concentration threshold value D1 from the oxygen concentration Dfc increases.
  • the fuel gas is supplied according to the amount of deviation between the oxygen concentration Dfc and the oxygen concentration threshold value D1 in the anode discharge passage 51, so that the anode discharge can be performed without consuming fuel wastefully.
  • the oxygen concentration in the passage 51 can be reliably reduced. Therefore, it becomes possible to efficiently suppress the oxidative deterioration of the anode electrode with the fuel gas supply amount corresponding to the oxygen concentration Dfc in the anode discharge passage 51.
  • the control unit 80 has a lower fuel cell temperature Tfc.
  • the oxygen concentration threshold value D1 is set as a smaller value.
  • the fuel cell stack 10 is forcibly cooled by stopping the supply of the anode gas while continuing the supply of the cathode gas, but a cooling process other than the forced cooling may be performed.
  • the fuel cell system 100 may be configured to naturally cool the fuel cell stack 10 by stopping the supply of the cathode gas and the anode gas, or to cool the fuel cell stack 10 using a refrigerant such as cooling water. It may be configured to. Even when such a cooling process is employed, the fuel gas using the fuel stored in the fuel tank 22 is supplied into the anode discharge passage 51 while the system is stopped (during system stop control), so that the anode It becomes possible to suppress the oxidative deterioration of the electrode.

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Abstract

燃料電池システムは、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池を備える。燃料電池システムは、燃料電池から排出されるアノードオフガスを流すアノード排出通路と、燃料電池から排出されるカソードオフガスを流すカソード排出通路と、アノード排出通路とカソード排出通路とが合流する合流部と、を備える。さらに、燃料電池システムは、システム停止中に、燃料タンクに蓄えられた燃料を用いた燃料ガスをアノード排出通路内に供給するガス供給部を備える。

Description

燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
　本発明は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型燃料電池を備える燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法に関する。
　近年、地球環境問題への関心の高まりから各種燃料電池の自動車への利用が検討されている。例えば、発電効率の高い固体酸化物型燃料電池の場合、水素や炭化水素等を含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとの電気化学的反応により発電が行われる。
　ＪＰ２００５－１７９０８１Ａには、固体酸化物型燃料電池から排出されるアノードオフガスを流すアノード排出通路と、固体酸化物型燃料電池から排出されるカソードオフガスを流すカソード排出通路と、これら通路を合流させる合流部とを備える燃料電池システムが開示されている。アノードオフガス及びカソードオフガスは、合流部のバーナにより燃焼され、その後燃料電池システムの外部に排出される。
　このような固体酸化物型燃料電池システムでは、システム停止要求等に応じてシステム停止制御が実行される。固体酸化物型燃料電池システムでは燃料電池の動作温度が約８００度と高いため、システム停止制御では、燃料電池システムの動作を完全停止する前に、カソードガスの供給を継続しつつアノードガスの供給を停止することで燃料電池の冷却処理が実行される。冷却処理中は酸素を含むカソードガス（例えば空気）が燃料電池のカソード側に供給され続け、燃料電池を通過した空気はカソードオフガスとしてカソード排出通路を通ってアノードオフガスとの合流部に流れ込む。
　システム停止制御ではアノードガスの供給が停止されているため、合流部に到達した空気の一部は当該合流部からアノード排出通路内に流入することとなる。空気等のような酸素を含むガスがアノード排出通路に流入すると、アノード排出通路及び燃料電池のアノード流路内の酸素濃度（酸素分圧）が増加する。アノード流路内の酸素濃度が高く、かつ燃料電池が十分に冷却されていない状態では、燃料電池のアノード電極が酸化劣化する可能性がある。
　したがって、本発明の目的は、システム停止中における燃料電池のアノード電極の酸化劣化を抑制することが可能な技術を提供することである。
　本発明の一態様による燃料電池システムは、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池を備える。燃料電池システムは、燃料電池から排出されるアノードオフガスを流すアノード排出通路と、燃料電池から排出されるカソードオフガスを流すカソード排出通路と、アノード排出通路とカソード排出通路とが合流する合流部と、を備える。さらに、燃料電池システムは、システム停止中に、燃料タンクに蓄えられた燃料を用いた燃料ガスをアノード排出通路内に供給するガス供給部を備える。
図１は、本発明の第１実施形態による固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、第１実施形態による固体酸化物型燃料電池システムのシステム起動制御を示すフローチャートである。 図３は、第１実施形態による固体酸化物型燃料電池システムのシステム停止制御を示すフローチャートである。 図４は、システム停止制御中における燃料ガス供給量の変化及びアノード排出通路内の酸素濃度の変化について説明する図である。 図５は、第１実施形態の一変形例による固体酸化物型燃料電池システムのシステム停止制御を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第２実施形態による固体酸化物型燃料電池システムの概略構成図である。 図７は、第２実施形態による固体酸化物型燃料電池システムのシステム停止制御を示すフローチャートである。 図８は、システム停止制御中における燃料ガス供給量の変化及びアノード排出通路内の酸素濃度の変化について説明する図である。 図９は、第２実施形態の一変形例による固体酸化物型燃料電池システムのシステム停止制御を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態による固体酸化物型燃料電池システム１００の主要構成を示す概略構成図である。
　図１に示すように、燃料電池システム１００は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池スタック１０を備える固体酸化物型燃料電池システムである。燃料電池システム１００は、例えば電動車両用の電源システムの一部を構成する。
　燃料電池スタック１０は、複数の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）を積層した積層電池である。一の固体酸化物型燃料電池（燃料電池セル）は、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、アノードガスが供給されるアノード電極と、カソードガスが供給されるカソード電極により挟み込むことにより構成されている。例えば、アノードガスは水素及び炭化水素等を含むガスであり、カソードガスは酸素等を含むガスである。
　燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するアノードガス供給系統２０と、システム起動時に利用されるシステム起動系統３０と、燃料電池スタック１０にカソードガスを供給するカソードガス供給系統４０と、燃料電池スタック１０から排出されたアノードオフガス及びカソードオフガスを排気する排気系統５０と、燃料電池スタック１０との間で電力の入出力を行う電力系統６０から構成される。さらに、燃料電池システム１００は、システム全体の動作を統括的に制御する制御部８０を備えている。
　アノードガス供給系統２０は、アノード供給通路２１と、燃料タンク２２と、フィルタ２３と、ポンプ２４と、インジェクタ２５と、蒸発器２６と、熱交換器２７と、改質器２８等を備えている。
　アノード供給通路２１は、燃料タンク２２と、燃料電池スタック１０内に形成されたアノード流路とを接続する通路である。
　燃料タンク２２は、例えばエタノールと水を混合させた改質用の液体燃料を蓄える容器である。ポンプ２４は、燃料タンク２２よりも下流側のアノード供給通路２１に設けられる。ポンプ２４は、燃料タンク２２内に蓄えられた改質用燃料を吸引し、当該燃料を一定の圧力でインジェクタ２５等に供給する。
　フィルタ２３は、燃料タンク２２とポンプ２４との間のアノード供給通路２１に配置される。フィルタ２３は、ポンプ２４に吸引される前の改質用燃料に含まれる異物等を除去する。
　インジェクタ２５は、ポンプ２４と蒸発器２６との間のアノード供給通路２１に配置される。インジェクタ２５は、ポンプ２４から供給された燃料を蒸発器２６内に噴射供給する。
　蒸発器２６は、インジェクタ２５よりも下流側のアノード供給通路２１に設けられる。蒸発器２６は、インジェクタ２５から供給された燃料を気化させ、熱交換器２７に供給する。蒸発器２６は、後述する排気燃焼器５３から排出される排気の熱を利用して燃料を気化させる。
　熱交換器２７は、蒸発器２６よりも下流側のアノード供給通路２１に設けられ、排気燃焼器５３に隣接するように配置される。熱交換器２７は、排気燃焼器５３から伝達してくる熱を利用し、蒸発器２６において気化した燃料をさらに加熱する。蒸発器２６と熱交換器２７との間のアノード供給通路２１には、熱交換器２７に供給される気化燃料の圧力を調整する調圧弁２９が設けられる。調圧弁２９の開度は制御部８０によって制御される。
　改質器２８は、熱交換器２７と燃料電池スタック１０との間のアノード供給通路２１に設けられる。改質器２８は、当該改質器２８内に設けられた触媒を用いて燃料を改質する。改質用燃料は、改質器２８での触媒反応により、水素や炭化水素、一酸化炭素等を含むアノードガスに改質される。このように改質されたアノードガスは、高温状態のまま燃料電池スタック１０のアノード流路に供給される。
　なお、アノード供給通路２１は、当該アノード供給通路２１から分岐する分岐路７１，７２，７３を備える。分岐路７１は、ポンプ２４とインジェクタ２５との間のアノード供給通路２１から分岐し、拡散燃焼器３１に燃料を供給するインジェクタ７１Ａに接続する。分岐路７１には、当該分岐路７１を開閉する開閉弁７１Ｂが設けられている。分岐路７２は、ポンプ２４とインジェクタ２５とのアノード供給通路２１から分岐し、触媒燃焼器３２に燃料を供給するインジェクタ７２Ａに接続する。分岐路７２には、当該分岐路７２を開閉する開閉弁７２Ｂが設けられている。分岐路７３は、ポンプ２４とインジェクタ２５とのアノード供給通路２１から分岐し、アノード排出通路５１に燃料を供給するインジェクタ７３Ａに接続する。分岐路７３には、当該分岐路７３を開閉する開閉弁７３Ｂが設けられている。インジェクタ７１Ａ，７３Ａのそれぞれには、液体燃料を気化させるための加熱装置として電気ヒータ７１Ｃ，７３Ｃが設置されている。
　上述した開閉弁７１Ｂ，７２Ｂ，７３Ｂの開度は制御部８０によって制御される。開閉弁７１Ｂ，７２Ｂは、例えば、燃料電池システム１００の起動時に開弁され起動終了後に閉弁される。また、開閉弁７３Ｂは、例えば、燃料電池システム１００の停止時に開弁されシステム起動中及び通常運転中等には閉弁される。
　次に、図１を参照して、カソードガス供給系統４０及びシステム起動系統３０について説明する。
　カソードガス供給系統４０は、カソード供給通路４１と、フィルタ４２と、コンプレッサ４３と、熱交換器４４等を備えている。システム起動系統３０は、拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２等を備えている。
　カソード供給通路４１は、コンプレッサ４３と、燃料電池スタック１０内に形成されたカソード流路とを接続する通路である。
　コンプレッサ４３は、フィルタ４２を通じて外気（空気）を取り入れ、取り入れた空気をカソードガスとして燃料電池スタック１０等に供給する空気供給装置である。フィルタ４２は、コンプレッサ４３に取り込まれる前の空気に含まれる異物を除去する。
　熱交換器４４は、コンプレッサ４３よりも下流側のカソード供給通路４１に設けられる。熱交換器４４は、排気燃焼器５３から排出された排気の熱を利用して、カソードガス（空気）を加熱する装置である。熱交換器４４で加熱されたカソードガスは、システム起動系統３０の一部を構成する拡散燃焼器３１に供給される。
　コンプレッサ４３と熱交換器４４との間のカソード供給通路４１にはスロットル４５（流量調整部）が設けられており、スロットル４５の開度に応じてカソードガスの流量が調整される。スロットル４５の開度は制御部８０によって制御される。
　なお、カソード供給通路４１は、当該カソード供給通路４１から分岐する分岐路４６を備える。分岐路４６は、コンプレッサ４３とスロットル４５との間のカソード供給通路４１から分岐し、後述する触媒燃焼器３２に接続する。分岐路４６にはスロットル４６Ａが取り付けられ、スロットル４６Ａの開度に応じて空気流量が調整される。スロットル４６Ａの開度は制御部８０によって制御される。スロットル４６Ａは、燃料電池システム１００の起動時に一定量の空気を触媒燃焼器３２に供給させるように開弁され、起動終了後は閉弁される。
　システム起動系統３０を構成する拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２は、基本的にシステム起動中（始動中）に使用される装置である。
　拡散燃焼器３１は、熱交換器４４よりも下流側のカソード供給通路４１に配置される。システム起動時（始動時）には、コンプレッサ４３からの空気と、インジェクタ７１Ａから噴射された燃料が拡散燃焼器３１内に供給される。インジェクタ７１Ａから噴射される燃料は電気ヒータ７１Ｃで加熱され、気化した状態で拡散燃焼器３１に供給される。そして、拡散燃焼器３１に付属する着火装置により混合気が着火され、触媒燃焼器３２を加熱するための予熱バーナが形成される。
　起動終了後には、燃料の供給及び着火装置の作動が停止され、コンプレッサ４３から供給された空気は拡散燃焼器３１を通過して触媒燃焼器３２に供給される。
　触媒燃焼器３２は、拡散燃焼器３１と燃料電池スタック１０との間のカソード供給通路４１に設けられる。触媒燃焼器３２は内部に触媒を備えており、当該触媒を用いて燃焼ガスを生成する装置である。システム起動時には、分岐路４６からの空気と、インジェクタ７２Ａから噴射された燃料が触媒燃焼器３２内に供給される。触媒燃焼器３２の触媒は予熱バーナにより加熱されており、加熱された触媒上で空気と燃料が燃焼して燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、酸素をほとんど含まない高温の不活性ガスであって、燃料電池スタック１０に供給され、当該燃料電池スタック１０等を加熱する。
　起動終了後は分岐路７２，４６から燃料及び空気の供給が停止され、コンプレッサ４３からの空気（アノードガス）は拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２を通じて燃料電池スタック１０に供給される。
　次に、排気系統５０について説明する。排気系統５０は、アノード排出通路５１と、カソード排出通路５２と、排気燃焼器５３と、合流排気通路５４等を備えている。
　アノード排出通路５１は、燃料電池スタック１０のアノード流路と排気燃焼器５３のアノード側入口部とを接続する。アノード排出通路５１は、燃料電池スタック１０のアノード流路から排出されるアノードガスを含む排出ガス（アノードオフガス）を流す通路である。
　カソード排出通路５２は、燃料電池スタック１０のカソード流路と排気燃焼器５３のカソード側入口部とを接続する。カソード排出通路５２は、燃料電池スタック１０のカソード流路から排出されるカソードガスを含む排出ガス（カソードオフガス）を流す通路である。
　排気燃焼器５３は、各排出通路５１，５２から供給されたアノードオフガスとカソードオフガスを触媒燃焼させ、二酸化炭素や水を主成分とする排気を生成する。排気燃焼器５３の触媒が機能するためには、触媒温度が活性温度以上となっている好ましい。したがって、例えばシステム起動時には、排気燃焼器５３の触媒は触媒燃焼器３２で生成された燃焼ガスにより加熱される。なお、システム起動時には、排気燃焼器５３に燃料及び空気を供給して排気燃焼器５３内での触媒燃焼を促進させることで、触媒温度の昇温効率を高めてもよい。
　排気燃焼器５３は熱交換器２７と隣接するように配置されているため、排気燃焼器５３の触媒燃焼による熱は熱交換器２７に伝達される。このように熱交換器２７に伝達された熱は、燃料を加熱するために使用される。
　排気燃焼器５３のガス出口部（下流端）には、合流排気通路５４が接続されている。排気燃焼器５３から排出された排気は、合流排気通路５４を通じて、燃料電池システム１００の外部に排出される。合流排気通路５４は蒸発器２６及び熱交換器４４を通過するように構成されており、蒸発器２６及び熱交換器４４は合流排気通路５４を通過する排気により加熱される。
　上述した排気燃焼器５３及び合流排気通路５４は、燃料電池スタック１０から排出されるガス等をまとめて流す合流部として機能する。
　次に、電力系統６０について説明する。電力系統６０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ６１と、バッテリ６２と、駆動モータ６３等を備えている。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ６１は、燃料電池スタック１０に電気的に接続され、燃料電池スタック１０の出力電圧を昇圧してバッテリ６２又は駆動モータ６３に電力を供給する。バッテリ６２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ６１から供給された電力を充電したり、駆動モータ６３に電力を供給したりするよう構成されている。
　駆動モータ６３は、三相交流モータであって、車両の動力源として機能する。駆動モータ６３は、インバータを介してバッテリ６２及びＤＣ－ＤＣコンバータ６１に接続されている。制動時には駆動モータ６３は回生電力を発生させ、この回生電力は例えばバッテリ６２の充電に利用される。
　制御部８０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。制御部８０は、特定のプログラムを実行することにより燃料電池システム１００を制御するための処理を実行する。
　制御部８０には、電流センサ８１や電圧センサ８２、温度センサ８３等の各種センサからの信号の他、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ８４等の車両状態を検出するセンサからの信号が入力される。
　電流センサ８１は、燃料電池スタック１０から取り出される出力電流を検出する。電圧センサ８２は、燃料電池スタック１０の出力電圧、つまりアノード電極側端子とカソード電極側端子の間の端子間電圧を検出する。温度センサ８３は、燃料電池スタック１０に設けられ、当該燃料電池スタック１０の温度を検出又は推定する。
　上述した固体酸化物型燃料電池システム１００では、運転者のキーオフ操作に基づくシステム停止要求等に応じてシステム停止制御が実行される。燃料電池システム１００では燃料電池スタック１０の動作温度が高いため、システム停止制御においては燃料電池システム１００の動作を完全停止する前に燃料電池スタック１０の冷却処理が実行される。なお、燃料電池システム１００は燃料電池スタック１０で発電した電力をバッテリ６２に充電可能に構成されており、システム停止制御はバッテリ６２が満充電となった場合に実行されてもよい。システム停止制御は、システム停止中に実行される制御であり、例えば燃料電池スタック１０の温度がアノード電極の酸化劣化を抑制若しくは防止できる温度に到達したら終了するものである。一方、システム停止中とは、システム停止制御の開始後から次回のシステム起動時までの期間を意味する。
　冷却処理はカソードガスの供給を継続しつつアノードガスの供給を停止することで実行され、燃料電池スタック１０はカソードガスによって冷却される。冷却処理中はカソードガス（空気）が燃料電池スタック１０に供給され続け、燃料電池スタック１０を通過した空気はカソードオフガスとしてカソード排出通路５２を通って排気燃焼器５３に流れ込む。
　燃料電池スタック１０の冷却中はアノードガスの供給が停止されているため、排気燃焼器５３（合流部）に到達したカソードガスの一部は当該排気燃焼器５３からアノード排出通路５１内に流入することとなる。酸素を含むガスがアノード排出通路５１に逆流すると、アノード排出通路５１及び燃料電池スタック１０のアノード流路内の酸素濃度が増加する。アノード流路内の酸素濃度が高く、かつ燃料電池スタック１０が十分に冷却されていない状態では、燃料電池スタック１０のアノード電極が酸化劣化する可能性がある。例えば固体酸化物型の燃料電池ではアノード電極がニッケル等の金属により構成されている場合には、このニッケル（Ｎｉ）がアノードガス中の酸素によって酸化してＮｉＯになる。この際に体積膨張して、アノード電極及び電解質等に亀裂を発生させるおそれがある。
　そこで、本実施形態による燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１０の冷却中におけるアノード排出通路５１内の酸素濃度の増加を抑制することで、アノード電極の酸化劣化を抑制する。
　以下では、まず図２を参照して燃料電池システム１００のシステム起動制御について説明し、その後図３を参照して燃料電池システム１００のシステム停止制御について説明する。燃料電池スタック１０の冷却処理はシステム停止制御中に実行される処理である。
　図２は、燃料電池システム１００の制御部８０が実行するシステム起動制御を示すフローチャートである。システム起動制御は、燃料電池システム１００に対する起動要求（運転者のキーオン操作等の起動要求）後に繰り返し実行される。
　図２に示すように、システム起動制御の開始後、制御部８０はステップ１０１（Ｓ１０１）の処理を実行する。Ｓ１０１では、制御部８０は、温度センサ８３を用いて燃料電池スタック１０の温度（燃料電池温度Ｔｆｃ）を取得する。
　Ｓ１０２では、制御部８０は、燃料電池温度Ｔｆｃが予め設定された作動温度Ｔｓに到達したか否かを判定する。作動温度Ｔｓは、燃料電池スタック１０において所定発電効率以上で発電が可能な温度として設定されている。
　燃料電池温度Ｔｆｃが作動温度Ｔｓよりも低い場合には、制御部８０は、燃料電池スタック１０を暖機する必要があると判断し、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理を実行する。
　Ｓ１０３では、制御部８０は、コンプレッサ４３を駆動し、スロットル４５，４６Ａをそれぞれ一定の開度で開放する。これにより、拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２に空気が供給される。
　Ｓ１０３の処理後、制御部８０は、Ｓ１０４においてポンプ２４及び拡散燃焼器３１の着火装置を起動するとともに開閉弁７１Ｂ，７２Ｂを開放する。これにより、燃料タンク２２に蓄えられた液体燃料が拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２に供給される。そして、拡散燃焼器３１において予熱バーナが形成され、この予熱バーナを利用して触媒燃焼器３２において燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスにより、燃料電池スタック１０及び当該燃料電池スタック１０よりも下流に配置された機器の暖機が行われる。
　一方、Ｓ１０２において燃料電池温度Ｔｆｃが作動温度Ｔｓに到達したと判定された場合には、制御部８０は、燃料電池スタック１０が暖機されていると判断し、Ｓ１０５の起動停止処理を実行する。
　Ｓ１０５では、制御部８０は、拡散燃焼器３１の着火装置を停止し、スロットル４６Ａ及び開閉弁７１Ｂ，７２Ｂを閉じて、システム起動制御を終了する。
　このようにシステム起動制御が終了した後は、制御部８０により通常発電制御が実行される。通常発電制御時には、燃料タンク２２から供給された燃料は蒸発器２６により気化し、気化燃料が熱交換器２７で加熱される。このように加熱された燃料が改質器２８においてアノードガスに改質され、アノードガスが燃料電池スタック１０に供給される。一方、コンプレッサ４３により供給された空気（カソードガス）は熱交換器４４により昇温され、拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２を介して燃料電池スタック１０に供給される。燃料電池スタック１０はアノードガスとカソードガスの供給を受けて発電し、燃料電池スタック１０の発電電力はバッテリ６２及び駆動モータ６３等で利用される。
　なお、燃料電池スタック１０から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスは、アノード排出通路５１及びカソード排出通路５２を通じて排気燃焼器５３に導入される。排気燃焼器５３ではアノードオフガス及びカソードオフガスが燃料されて排気となり、排気燃焼器５３から排出された排気は蒸発器２６及び熱交換器４４を加熱する。
　次に、図３を参照して、燃料電池システム１００のシステム停止制御について説明する。図３は、制御部８０が実行するシステム停止制御を示すフローチャートである。システム停止制御は、燃料電池システム１００に対する停止要求（運転者のキーオフ操作等による停止要求）後に実行される。
　図３に示すように、システム停止制御の開始後、制御部８０はＳ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１では、制御部８０は、ポンプ２４の作動を停止し、調圧弁２９を全閉状態とする。これにより、燃料電池スタック１０に対するアノードガスの供給が停止される。
　Ｓ２０２では、制御部８０は、カソードガスの供給量が通常発電時よりも高くなるように、コンプレッサ４３の回転速度を通常発電時よりも高め、スロットル４５の開度を例えば燃料電池冷却時開度となるように制御する。例えば、コンプレッサ４３の回転速度及びスロットル４５の開度は、燃料電池スタック１０がシステム運転状態により定まる要求出力を発生させるように発電している通常発電時よりも大きく設定される。このように、カソードガスを燃料電池スタック１０に対して継続的に供給し、カソードガスを冷却用ガスとして用いることで、燃料電池スタック１０を内部から冷却する。Ｓ２０１及びＳ２０２の処理は、燃料電池スタック１０を強制的に冷却する冷却処理に相当する。
　Ｓ２０３では、制御部８０は、温度センサ８３を用いて燃料電池温度Ｔｆｃを取得し、その後Ｓ２０４の処理を実行する。
　Ｓ２０４では、制御部８０は、燃料電池温度Ｔｆｃが予め設定された基準温度Ｔ１まで低下したか否かを判定する。基準温度Ｔ１は、例えば３００℃であり、アノード排出通路５１等に酸素が存在しても燃料電池のアノード電極が酸化劣化しない温度として設定されている。基準温度Ｔ１は、例えばアノード電極の構成材料等に応じて任意の値に設定される。
　燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１以下である場合には、制御部８０は、燃料電池スタック１０が十分に冷却されておりアノード電極の酸化劣化は生じないと判断し、Ｓ２０５のシステム停止処理を実行する。システム停止処理では、制御部８０は、コンプレッサ４３を停止し、スロットル４５を全閉状態とする。これにより、アノードガス及びカソードガスの供給が停止され、燃料電池システム１００の停止制御が終了する。
　一方、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１より大きい場合には、制御部８０は、アノード電極が酸化劣化する可能性があると判断し、Ｓ２０６の燃料ガス供給処理を実行する。
　Ｓ２０６において、制御部８０は、開閉弁７３Ｂを開き、インジェクタ７３Ａを駆動して、電気ヒータ７３Ｃにより気化させた燃料ガスをアノード排出通路５１に供給する。インジェクタ７３Ａは、燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するアノードガス供給部（改質器２８等）とは異なるガス供給部として構成されている。このようにシステム停止制御中（燃料電池スタックの冷却中）に、燃料タンク２２に蓄えられた燃料をインジェクタ７３Ａによりアノード排出通路５１に供給することで、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇を抑制する。
　この燃料ガス供給制御について、図４を参照して説明する。図４は、システム停止制御中における燃料ガス供給量の変化及びアノード排出通路５１内の酸素濃度の変化について説明する図である。
　システム停止制御が開始すると、アノードガスの供給が停止され、カソードガスのみが燃料電池スタック１０に供給される。燃料電池スタック１０はカソードガスにより冷却される。燃料電池スタック１０を通過したカソードガスは、カソードオフガスとして、カソード排出通路５２を通じて排気燃焼器５３に導入される。このように導入されたカソードオフガスの一部は排気燃焼器５３からアノード排出通路５１に流入する。したがって、図４に示すように、システム停止制御が開始された時点においてアノード排出通路５１内の酸素濃度が上昇することとなる。
　システム停止制御開始時点では、燃料電池スタック１０はほとんど冷却されておらず、燃料電池温度Ｔｆｃは高温（例えば７５０℃）となっている。このように燃料電池温度が高い状態において、アノード排出通路５１内の酸素濃度が酸素濃度閾値（基準濃度）よりも大きくなると、燃料電池のアノード電極が酸化劣化してしまう。
　しかしながら、燃料電池システム１００では、システム停止制御開始後の燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度（例えば３００℃）よりも高い場合、燃料ガスがインジェクタ７３Ａを介してアノード排出通路５１に供給される。このように燃料ガスをアノード排出通路５１に供給すると、アノード排出通路５１内の燃料ガスの存在によってカソードガスが排気燃焼器５３からアノード排出通路５１側に流入しにくくなり、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇が抑制される。したがって、アノード排出通路５１内の酸素濃度が、酸素濃度閾値（基準濃度）を超えてしまうことを抑制できる。なお、アノード排出通路５１内の酸素濃度はアノード排出通路５１内の酸素分圧と比例関係にあるので、酸素濃度の代わりに酸素分圧をアノード電極の酸化劣化に関する指標としてもよい。
　また、本願発明者らは、燃料電池のアノード電極の酸化劣化に関し、酸化劣化が起こり得る酸素濃度が燃料電池温度Ｔｆｃに応じて変化することを見出している。つまり、図４に示すように、酸化劣化の発生の有無の閾値となる酸素濃度閾値（基準濃度）は燃料電池温度Ｔｆｃが低くなるほど低下する。このように、燃料電池温度Ｔｆｃが低下するほど酸化劣化する酸素濃度閾値が低下する理由は、燃料電池温度Ｔｆｃが低下するほどアノード電極内の水素が放出されやすくなり、それに伴ってアノード電極内に酸素が拡散しやすくなるためである。但し、燃料電池温度Ｔｆｃがある程度（例えば３００℃）まで低下すると、アノード電極は酸素濃度によらず酸化劣化しなくなる。
　このような知見に基づき、燃料電池システム１００では、燃料電池温度Ｔｆｃが低くなるほど、アノード排出通路５１に供給する燃料ガスの供給量を増加させる。これにより、図４に示すように燃料電池温度Ｔｆｃの低下に応じてアノード排出通路５１内の酸素濃度を低下させることができ、燃料電池温度Ｔｆｃによらずアノード電極の酸化劣化を抑制することが可能となる。
　したがって、インジェクタ７３Ａからアノード排出通路５１に導入される燃料ガスの供給量は、燃料電池温度Ｔｆｃに基づいて決定される。燃料電池温度Ｔｆｃが分かれば酸素濃度閾値を定めることができ、この酸素濃度閾値とアノード排出通路及び燃料電池スタック１０内のアノード流路の体積（既知パラメータ）等から、アノード排出通路５１内の酸素濃度が酸素濃度閾値を超えないような燃料ガスの供給量を決定することができる。制御部８０は、インジェクタ７３Ａの噴射期間又は開弁量を制御することにより、インジェクタ７３Ａから供給される燃料ガス供給量を調整する。
　なお、燃料電池システム１００では、システム停止制御中の冷却処理により燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度（例えば３００℃）まで低下すると、アノード電極の酸化劣化が生じないため、燃料ガス供給処理が停止され、燃料電池システム１００を完全停止するためのシステム停止処理が実行されることとなる。
　上記した燃料電池システム１００によれば、以下の効果を奏することができる。
　燃料電池システム１００は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０から排出されるアノードオフガスを流すアノード排出通路５１と、燃料電池スタック１０から排出されるカソードオフガスを流すカソード排出通路５２と、アノード排出通路５１とカソード排出通路５２とが合流する合流部としての排気燃焼器５３とを備える。さらに、燃料電池システム１００は、システム停止中（システム停止制御中）に燃料タンク２２に蓄えられた燃料を用いた燃料ガスをアノード排出通路５１内に供給するガス供給部としてのインジェクタ７３Ａを備える。インジェクタ７３Ａは、燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するアノードガス供給部（改質器２８等）とは異なるガス供給部として構成されている。
　このように構成された燃料電池システム１００では、システム停止中に、燃料タンク２２に蓄えられた燃料を用いてインジェクタ７３Ａにより燃料ガスをアノード排出通路５１に供給することで、カソードガスが排気燃焼器５３からアノード排出通路５１側に流入しにくくなり、アノード排出通路５１内の酸素濃度（酸素分圧）の上昇が抑制される。これにより、燃料電池のアノード電極の酸化劣化を抑制することが可能となる。
　また、燃料電池システム１００は燃料電池スタック１０の温度を検出又は推定する温度検知部としての温度センサ８３を備えており、インジェクタ７３Ａは、システム停止中であって、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１よりも高い場合にアノード排出通路５１に燃料ガスを供給する。燃料電池スタック１０がアノード電極が酸化劣化する可能性のある温度状態となっている場合に、燃料ガスをアノード排出通路５１に供給しアノード排出通路５１内の酸素濃度（酸素分圧）の上昇を抑制するため、燃料を無駄に消費することなく、燃料電池のアノード電極の酸化劣化を抑制することが可能となる。
　さらに、燃料電池スタック１０では、インジェクタ７３Ａは燃料電池温度Ｔｆｃが低いほど燃料ガス供給量を増加させるように構成されている。これにより、燃料電池温度Ｔｆｃの低下に応じてアノード排出通路５１内の酸素濃度（酸素分圧）を低下させることができ、燃料電池温度Ｔｆｃに応じた燃料ガス供給量でアノード電極の酸化劣化を効率的に抑制することが可能となる。
　燃料電池スタック１０のインジェクタ７３Ａは、燃料タンク２２から供給される燃料を気化させる加熱器としての電気ヒータ７３Ｃを備え、気化燃料を燃料ガスとしてアノード排出通路５１に供給するよう構成されている。このように電気ヒータ７３Ｃを用いることで、確実に気化した燃料ガスをアノード排出通路５１に供給することができ、アノード排出通路５１内の酸素濃度（酸素分圧）の上昇を効率的に抑制することが可能となる。
　次に、図１及び図５を参照して、第１実施形態の変形例による燃料電池システム１００について説明する。
　本変形例による燃料電池システム１００では、アノード排出通路５１内の酸素濃度を検知し、酸素濃度を用いて燃料ガス供給処理が実行される。したがって、図１に示すように、燃料電池システム１００は、アノード排出通路５１内の酸素濃度を検出又は推定する酸素濃度検知部としての酸素濃度センサ８５を備える。
　酸素濃度センサ８５は、インジェクタ７３Ａの設置位置よりも上流側のアノード排出通路５１に設けられる。酸素濃度センサ８５は、アノード排出通路５１に設けられていればよく、インジェクタ７３Ａよりも燃料電池スタック１０寄りの位置に設けられることが好ましい。酸素濃度センサ５８には、例えば、固体電解質ジルコニア素子を用いて酸素濃度を検出又は推定するジルコニア式酸素濃度計が用いられる。酸素濃度センサ８５は制御部８０と電気的に接続されており、酸素濃度センサ８５の検知信号は制御部８０に提供される。制御部８０は、酸素濃度センサ８５により検出又は推定された酸素濃度に基づいて、アノード排出通路５１内の酸素分圧を算出することもできる。
　次に、図５を参照して、本変形例による燃料電池システム１００の制御部８０が実行するシステム停止制御について説明する。図５は、本変形例による燃料電池システム１００の制御部８０が実行するシステム停止制御を示すフローチャートである。
　図５のＳ２０１～Ｓ２０５の処理は図３のＳ２０１～Ｓ２０５と同じ処理であるので、これら処理の説明は省略し、それ以外の処理Ｓ２１１～２１３及びＳ２０６Ａについて詳述する。
　図５に示すように、Ｓ２０４において燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１より大きいと判定された場合には、制御部８０はＳ２１１以降の処理を実行する。
　Ｓ２１１では、制御部８０は、温度センサ８３により検出又は推定された燃料電池温度Ｔｆｃに基づいてアノード排出通路５１内における酸素濃度の閾値Ｄ１を算出する。
　図４の破線に示すように、燃料電池温度Ｔｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との関係を示すマップ（特性線）は予めの実験等により得られており、このマップは制御部８０のＲＯＭ等に記憶されている。したがって、制御部８０は、燃料電池温度Ｔｆｃに基づいて、当該燃料電池温度Ｔｆｃに対応する酸素濃度閾値Ｄ１を一義的に算出することができる。なお、制御部８０は、燃料電池温度Ｔｆｃが低いほど、酸素濃度閾値Ｄ１を小さな値として算出（設定）する。
　Ｓ２１２では、制御部８０は、酸素濃度センサ８５を用いてアノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃを測定し、その後Ｓ２１３の処理を実行する。
　Ｓ２１３では、制御部８０は、酸素濃度ＤｆｃとＳ２１１で算出した酸素濃度閾値Ｄ１（基準濃度）とを比較し、酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１以下であるか否かを判定する。
　アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１以下である場合には、制御部８０は、酸素濃度Ｄｆｃが低くアノード電極が酸化劣化する可能性はないと判断し、Ｓ２０３の処理を再度実行する。これに対して、アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１よりも大きい場合には、制御部８０は、アノード電極が酸化劣化する可能性があると判断し、Ｓ２０６Ａの燃料ガス供給処理を実行する。
　Ｓ２０６Ａでは、制御部８０は、開閉弁７３Ｂを開き、インジェクタ７３Ａを駆動して、電気ヒータ７３Ｃにより気化させた燃料ガスをアノード排出通路５１に供給する。このようにシステム停止制御中（燃料電池スタックの冷却中）に、燃料タンク２２に蓄えられた燃料をインジェクタ７３Ａによりアノード排出通路５１に供給することで、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇を抑制する。なお、制御部８０は、Ｓ２０６Ａの燃料ガス供給処理が終了した後、Ｓ２０３以降の処理を再度実行する。
　本変形例による燃料電池システム１００では、インジェクタ７３Ａは、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１よりも高く、かつ酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１（基準濃度）よりも高い場合に、アノード排出通路５１に燃料ガスを供給するように構成されている。つまり、燃料電池温Ｔｆｃが基準温度Ｔ１よりも高い場合であってもアノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃがアノード電極の酸化劣化を引き起こさない濃度であれば、燃料ガスは供給されない。
　このように、制御部８０は、第１実施形態の場合とは異なり、酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１を超えている場合に燃料ガスをアノード排出通路５１に供給するようインジェクタ７３Ａを制御する。このような燃料ガス供給処理によれば、第１実施形態よりも燃料消費を抑えつつ、燃料電池のアノード電極の酸化劣化を抑制することが可能となる。
　また、本変形例による燃料電池システム１００では、制御部８０は、酸素濃度Ｄｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との偏差が大きいほど燃料ガス供給量が増加するようにインジェクタ７３Ａを制御する。つまり、インジェクタ７３Ａは、酸素濃度Ｄｆｃに応じて燃料ガスの供給量を調整するように構成されている。より具体的には、インジェクタ７３Ａは、酸素濃度Ｄｆｃから酸素濃度閾値Ｄ１を引いた値が大きくなるほど、燃料ガスの供給量を増加するように構成されている。
　このように、アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との乖離量に応じて燃料ガスを供給するため、燃料を無駄に消費することなく、アノード排出通路５１内の酸素濃度を確実に低下させることができる。したがって、アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃに応じた燃料ガス供給量でアノード電極の酸化劣化を効率的に抑制することが可能となる。
　なお、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１（例えば３００℃）より大きい場合には燃料電池温度Ｔｆｃが低くなるほどアノードの酸化劣化が生じやすくなる点を考慮し、制御部８０は燃料電池温度Ｔｆｃが低いほど酸素濃度閾値Ｄ１を小さな値として設定する。これにより、燃料電池温度と酸素濃度との関係を考慮して燃料ガス供給量を制御でき、必要最低限の燃料ガス供給量でアノード電極の酸化劣化を確実に抑制することが可能となる。
　＜第２実施形態＞
　図６～図８を参照して、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１００について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と共通の構成要素には同一の番号を付し、必要な場合を除いてその説明を省略する。
　第２実施形態による燃料電池システム１００は、第１実施形態の燃料電池システムとほぼ同じであるが、温度センサ８６を備える点、及び制御部８０が実行するシステム停止制御の内容において第１実施形態と相違している。なお、本実施形態による燃料電池システム１００は酸素濃度センサ８５を備えていなくてもよい。
　図６に示すように、第２実施形態による燃料電池システム１００は、改質器２８と燃料電池スタック１０との間のアノード供給通路２１に温度センサ８６を備えている。温度センサ８６は、アノード供給通路２１を通過するアノードガスの温度を検出又は推定する。制御部８０は、温度センサ８６により検出又は推定されたアノード供給通路２１内のアノードガス温度を改質器２８の温度として用いる。このように、温度センサ８６は、改質器２８の温度を検出又は推定するための改質器温度検知部として機能する。なお、温度センサ８６をアノード供給通路２１に設ける代わりに、当該温度センサ８６を改質器２８に設けて改質器温度を直接検出してもよい。
　次に、図７を参照して、第２実施形態による燃料電池システム１００のシステム停止制御について説明する。図７は、制御部８０が実行するシステム停止制御を示すフローチャートである。システム停止制御は、燃料電池システム１００に対する停止要求後に実行される。
　図７のＳ２０１～Ｓ２０６の処理は図３のＳ２０１～Ｓ２０６と同じ処理であるので、必要な場合を除いてこれら処理の説明は省略し、それ以外の処理Ｓ２２１～Ｓ２２２について詳述する。
　図７に示すように、Ｓ２０４において燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１より大きいと判定された場合には、制御部８０はアノード電極の劣化を抑制すべくＳ２２１以降の処理を実行する。
　Ｓ２２１では、制御部８０は、温度センサ８６により検出又は推定された改質器温度Ｔｒｅと改質器基準温度Ｔ２とを比較し、改質器温度Ｔｒｅが改質器基準温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。改質器基準温度Ｔ２は、改質器２８が気化燃料をアノードガスに改質できる改質器活性温度であって、例えば５００℃に設定されている。
　Ｓ２２１において改質器温度Ｔｒｅが基準温度Ｔ２よりも大きいと判定された場合には、制御部８０はＳ２２２の処理を実行する。
　Ｓ２２２では、制御部８０は、改質器２８で改質されたアノードガスを燃料ガスとしてアノード排出通路５１に供給する高温時燃料ガス供給処理を実行する。制御部８０は、ポンプ２４及びインジェクタ２５を駆動し、さらに調圧弁２９を調整して、改質器２８に導入される気化燃料量を制御する。燃料電池スタック１０では、調圧弁２９の開度を制御することにより、改質器２８から燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスの量が調整される。改質器２８及び調圧弁２９はアノードガス（燃料ガス）を供給するアノードガス供給部を構成する。
　このように改質器２８で改質されたアノードガスは、冷却中の燃料電池スタック１０を通じてアノード排出通路５１に供給される。第２実施形態では、改質器２８から排出されるアノードガスが燃料ガスとして利用される。このように、アノードガスをアノード排出通路５１に供給すると、燃料電池スタック１０を冷却するために供給されているカソードガスが排気燃焼器５３からアノード排出通路５１側に流入しにくくなり、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇が抑制される。したがって、アノード排出通路５１内の酸素濃度が、酸素濃度閾値（基準濃度）を超えてしまうことを抑制できる。なお、第２実施形態においても、酸素濃度の代わりに酸素分圧をアノード電極の酸化劣化に関する指標としてもよい。
　Ｓ２２２の高温時燃料ガス供給処理では、制御部８０は、図８の中段に示すように、燃料電池温度Ｔｆｃが低くなるほどアノード排出通路５１に供給するアノードガス（燃料ガス）の供給量を増加させる。これにより、図８の上段に示すように、燃料電池温度Ｔｆｃの低下に応じてアノード排出通路５１内の酸素濃度を低下させることができ、燃料電池温度Ｔｆｃによらずアノード電極の酸化劣化を抑制することができる。
　なお、改質器２８からアノード排出通路５１に導入されるアノードガスの供給量は、燃料電池温度Ｔｆｃに基づいて決定される。燃料電池温度Ｔｆｃが分かれば酸素濃度閾値を定めることができ、この酸素濃度閾値とアノード排出通路及び燃料電池スタック１０内のアノード流路の体積（既知パラメータ）等から、アノード排出通路５１内の酸素濃度が酸素濃度閾値を超えないようなアノードガスの供給量を決定することができる。
　Ｓ２２２の処理は、燃料電池温Ｔｆｃが基準温度Ｔ１まで低下するまでにおいて、改質器温度Ｔｒｅが基準温度Ｔ２（例えば５００℃）に到達するまで継続される。
　一方、Ｓ２２１において改質器温度Ｔｒｅが基準温度Ｔ２以下であると判定された場合には、制御部８０は、改質器温度Ｔｒｅが低下して改質不良が生じると判断し、Ｓ２０６の低温時燃料ガス供給処理を実行する。低温状態の改質器２８に気化燃料を供給すると、改質器２８内において気化燃料が改質されずカーボンが析出してしまう。これを回避するため、改質器温度Ｔｒｅが改質器基準温度Ｔ２以下となった場合には、燃料ガスの供給元が改質器２８からインジェクタ７３Ａに切り換えられる。
　図７のＳ２０６の処理は、図３のＳ２０６の処理と同様の処理である。Ｓ２０６において、制御部８０は、ポンプ２４、インジェクタ２５及び調圧弁２９を制御してアノードガスの供給を停止するとともに、開閉弁７３Ｂを開きインジェクタ７３Ａを駆動して、電気ヒータ７３Ｃにより気化させた燃料ガスをアノード排出通路５１に供給する。このようにシステム停止制御中（燃料電池スタックの冷却中）に、燃料タンク２２に蓄えられた燃料をインジェクタ７３Ａによりアノード排出通路５１に供給することで、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇を抑制する。
　Ｓ２０６において、制御部８０は、図８の下段に示すように、燃料電池温度Ｔｆｃが低くなるほどアノード排出通路５１に供給する燃料ガスの供給量を増加させる。これにより、図８の上段に示すように燃料電池温度Ｔｆｃの低下に応じてアノード排出通路５１内の酸素濃度を低下させることができ、燃料電池温度Ｔｆｃによらずアノード電極の酸化劣化を抑制することができる。
　燃料電池システム１００では、システム停止制御中の冷却処理により燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度（例えば３００℃）まで低下すると、アノード電極の酸化劣化が生じないため、燃料ガス供給処理が停止され、燃料電池システム１００を完全停止するためのシステム停止処理が実行される。
　上記した本実施形態による燃料電池システム１００によれば、以下の効果を奏することができる。
　燃料電池システム１００は、燃料タンク２２から供給される燃料をアノードガスに改質し、改質されたアノードガスを燃料電池スタック１０に供給する改質器２８をさらに備えている。システム停止中（システム停止制御中）において、改質器２８は、アノードガスを燃料ガスとしてアノード排出通路５１に供給するアノードガス供給部として機能する。
　特に、燃料電池システム１００は、システム停止中に、アノード排出通路５１に燃料ガスを供給する供給元が切り換えられる構成となっている。つまり、燃料電池システム１００では、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔｒｅｆよりも高く、改質器温度Ｔｒｅが改質器基準温度Ｔ２よりも高い場合には、改質器２８で改質されたアノードガスが燃料ガスとしてアノード排出通路５１に供給される。これに対して、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔｒｅｆよりも高く、改質器温度Ｔｒｅが改質器基準温度Ｔ２以下となった場合には、インジェクタ７３Ａからの燃料ガスがアノード排出通路５１に供給される。このような構成とすることによっても、アノード排出通路５１内の酸素濃度（酸素分圧）の上昇を抑制でき、燃料電池のアノード電極の酸化劣化を抑制することが可能となる。
　また、比較的高温状態にある改質器２８を用いてアノードガス（燃料ガス）をアノード排出通路５１に供給する場合には、インジェクタ７３Ａ及び電気ヒータ７３Ｃの動作を停止でき、燃料電池システム１００内での電力消費を抑制することができる。
　次に、図６及び図９を参照して、第２実施形態の変形例による燃料電池システム１００について説明する。
　本変形例による燃料電池システム１００では、アノード排出通路５１内の酸素濃度を検知し、酸素濃度を用いて燃料ガス供給処理が実行される。したがって、図６に示すように、燃料電池システム１００は、アノード排出通路５１内の酸素濃度を検出又は推定する酸素濃度センサ８５を備える。
　次に、図９を参照して、本変形例による燃料電池システム１００の制御部８０が実行するシステム停止制御について説明する。図９は、燃料電池システム１００の制御部８０が実行するシステム停止制御を示すフローチャートである。
　図９のＳ２０１～Ｓ２０５、Ｓ２０６Ａ、Ｓ２１１～Ｓ２１３の処理は図５のＳ２０１～Ｓ２０５、Ｓ２０６Ａ、Ｓ２１１～Ｓ２１３と同じ処理であるので、必要な場合を除いてこれら処理の説明は省略し、それ以外の処理Ｓ２２１、Ｓ２３１～２３３及びＳ２２２Ａについて詳述する。
　図９に示すように、Ｓ２０４において燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１より大きいと判定された場合には、制御部８０はアノード電極の劣化を抑制すべくＳ２２１以降の処理を実行する。
　Ｓ２２１では、制御部８０は、温度センサ８６により検出又は推定された改質器温度Ｔｒｅと改質器基準温度Ｔ２とを比較し、改質器温度Ｔｒｅが改質器基準温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。
　Ｓ２２１において改質器温度Ｔｒｅが基準温度Ｔ２よりも大きいと判定された場合には、制御部８０はＳ２３１の処理を実行する。
　Ｓ２３１では、制御部８０は、温度センサ８３により検出又は推定された燃料電池温度Ｔｆｃに基づいてアノード排出通路５１内における酸素濃度の閾値Ｄ１を算出する。
　図８の上段の破線に示すように、燃料電池温度Ｔｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との関係を示すマップ（特性線）は予めの実験等により得られており、このマップは制御部８０のＲＯＭ等に記憶されている。したがって、制御部８０は、燃料電池温度Ｔｆｃに基づいて、当該燃料電池温度Ｔｆｃに対応する酸素濃度閾値Ｄ１を一義的に算出することができる。なお、制御部８０は、燃料電池温度Ｔｆｃが低いほど、酸素濃度閾値Ｄ１を小さな値として算出（設定）する。
　Ｓ２３２では、制御部８０は、酸素濃度センサ８５を用いてアノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃを測定し、その後Ｓ２３３の処理を実行する。
　Ｓ２３３では、制御部８０は、酸素濃度ＤｆｃとＳ２３１で算出した酸素濃度閾値Ｄ１（基準濃度）とを比較し、酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１以下であるか否かを判定する。
　アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１以下である場合には、制御部８０は、酸素濃度Ｄｆｃが低くアノード電極が酸化劣化する可能性はないと判断し、Ｓ２０３の処理を再度実行する。これに対して、アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１よりも大きい場合には、制御部８０は、アノード電極が酸化劣化する可能性があると判断し、Ｓ２２２Ａの高温時燃料ガス供給処理を実行する。
　Ｓ２２２Ａでは、制御部８０は、ポンプ２４及びインジェクタ２５を駆動し、さらに調圧弁２９を調整して、改質器２８から燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスの量を調整する。このようにシステム停止制御中（燃料電池スタックの冷却中）に、改質器２８から排出されるアノードガスを燃料ガスとしてアノード排出通路５１に供給することで、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇を抑制する。なお、制御部８０は、Ｓ２２２Ａの燃料ガス供給処理が終了した後、Ｓ２０３以降の処理を再度実行する。
　本変形例による燃料電池システム１００では、制御部８０は、酸素濃度Ｄｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との偏差が大きいほどアノードガス（燃料ガス）の供給量が増加するように改質器２８に導入される気化燃料量を制御する。つまり、改質器２８は、酸素濃度Ｄｆｃに応じて燃料ガスの供給量を調整するように構成されている。より具体的には、改質器２８は、酸素濃度Ｄｆｃから酸素濃度閾値Ｄ１を引いた値が大きくなるほど、アノードガスの供給量を増加するように構成されている。
　一方、Ｓ２２１において改質器温度Ｔｒｅが基準温度Ｔ２以下であると判定された場合には、制御部８０はＳ２１１の処理を実行する。Ｓ２１１～Ｓ２１３の処理は第１実施形態の変形例で説明した処理を同じである。
　Ｓ２１３においてアノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃが酸素濃度閾値Ｄ１よりも大きいと判定された場合には、制御部８０は、アノード電極が酸化劣化する可能性があると判断し、Ｓ２０６Ａの低温時燃料ガス供給処理を実行する。
　Ｓ２０６Ａでは、制御部８０は、ポンプ２４、インジェクタ２５及び調圧弁２９を制御してアノードガスの供給を停止するとともに、開閉弁７３Ｂを開きインジェクタ７３Ａを駆動して、電気ヒータ７３Ｃにより気化させた燃料ガスをアノード排出通路５１に供給する。このようにシステム停止制御中（燃料電池スタックの冷却中）に、燃料タンク２２に蓄えられた燃料をインジェクタ７３Ａによりアノード排出通路５１に供給することで、アノード排出通路５１内の酸素濃度の上昇を抑制する。なお、制御部８０は、Ｓ２０６Ａの燃料ガス供給処理が終了した後、Ｓ２０３以降の処理を再度実行する。
　Ｓ２０６Ａでは、制御部８０は、酸素濃度Ｄｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との偏差が大きいほど燃料ガス供給量が増加するようにインジェクタ７３Ａを制御する。つまり、インジェクタ７３Ａは、酸素濃度Ｄｆｃから酸素濃度閾値Ｄ１を引いた値が大きくなるほど、燃料ガスの供給量を増加するように構成されている。
　上記の通り、Ｓ２２２Ａ及びＳ２０６Ａの処理では、アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃと酸素濃度閾値Ｄ１との乖離量に応じて燃料ガスを供給するため、燃料を無駄に消費することなく、アノード排出通路５１内の酸素濃度を確実に低下させることができる。したがって、アノード排出通路５１内の酸素濃度Ｄｆｃに応じた燃料ガス供給量でアノード電極の酸化劣化を効率的に抑制することが可能となる。
　なお、燃料電池温度Ｔｆｃが基準温度Ｔ１（例えば３００℃）より大きい場合には燃料電池温度Ｔｆｃが低くなるほどアノードの酸化劣化が生じやすくなる点を考慮し、制御部８０は燃料電池温度Ｔｆｃが低いほど酸素濃度閾値Ｄ１を小さな値として設定する。これにより、燃料電池温度と酸素濃度との関係を考慮して燃料ガス供給量を制御でき、必要最低限の燃料ガス供給量でアノード電極の酸化劣化を確実に抑制することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　燃料電池システム１００では、カソードガスの供給を継続しつつアノードガスの供給を停止することで燃料電池スタック１０の強制冷却が実行されるが、強制冷却以外の冷却処理が実行されてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、カソードガス及びアノードガスの供給を停止して燃料電池スタック１０を自然冷却するように構成されてもよいし、冷却水等の冷媒を用いて燃料電池スタック１０を冷却するように構成されてもよい。このような冷却処理を採用する場合であっても、システム停止中（システム停止制御中）に燃料タンク２２に蓄えられた燃料を用いた燃料ガスをアノード排出通路５１内に供給することで、アノード電極の酸化劣化を抑制することが可能となる。
　本願は２０１５年１２月１５日に日本国特許庁に出願された特許出願２０１５－２４４４７２に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (14)

  1. 　アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池を備える燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池から排出されるアノードオフガスを流すアノード排出通路と、
    　前記燃料電池から排出されるカソードオフガスを流すカソード排出通路と、
    　前記アノード排出通路と前記カソード排出通路とが合流する合流部と、
    　システム停止中に、燃料タンクに蓄えられた燃料を用いた燃料ガスを前記アノード排出通路内に供給するガス供給部と、
    　を備える燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の温度を検出又は推定する温度検知部をさらに備え、
    　前記ガス供給部は、システム停止中であって、前記燃料電池の温度が前記燃料電池のアノード電極が酸化劣化しない基準温度よりも高い場合に、前記アノード排出通路に燃料ガスを供給する、
    　燃料電池システム。
  3. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記ガス供給部は、前記燃料電池の温度が低いほど燃料ガス供給量を増加させる、
    　燃料電池システム。
  4. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記アノード排出通路内の酸素濃度を検出又は推定する酸素濃度検知部をさらに備え、
    　前記ガス供給部は、前記酸素濃度に応じて燃料ガス供給量を調整する、
    　燃料電池システム。
  5. 　請求項４に記載の燃料電池システムであって、
    　前記ガス供給部は、前記酸素濃度と前記燃料電池のアノード電極が酸化劣化しない基準濃度との偏差が大きいほど燃料ガス供給量を増加させる、
    　燃料電池システム。
  6. 　請求項５に記載の燃料電池システムであって、
    　前記基準濃度は、前記燃料電池の温度が低いほど小さく設定される、
    　燃料電池システム。
  7. 　請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
    　前記合流部は、アノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼させる排気燃焼器である、
    　燃料電池システム。
  8. 　請求項２から７のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
    　前記ガス供給部は、前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部とは異なる供給部として構成されており、前記アノード排出通路に設けられるインジェクタを備え、
    　前記インジェクタは、前記燃料タンクから供給される燃料を気化させる加熱器を含み、気化燃料を燃料ガスとして前記アノード排出通路に供給するよう構成される、
    　燃料電池システム。
  9. 　請求項８に記載の燃料電池システムであって、
    　前記アノードガス供給部を構成し、前記燃料タンクから供給される燃料をアノードガスに改質して当該アノードガスを前記燃料電池に供給する改質器と、
    　前記改質器の温度を検出又は推定する改質器温度検知部と、をさらに備え、
    　前記燃料電池の温度が前記基準温度よりも高く、前記改質器の温度が改質器基準温度よりも高い場合には、前記改質器で改質されたアノードガスが燃料ガスとして前記アノード排出通路に供給され、
    　前記燃料電池の温度が前記基準温度よりも高く、前記改質器の温度が前記改質器基準温度以下の場合には、前記インジェクタからの気化燃料が前記アノード排出通路に供給される、
    　燃料電池システム。
  10. 　アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池と、
    　前記燃料電池から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスをそれぞれ流すアノード排出通路及びカソード排出通路と、
    　前記アノード排出通路と前記カソード排出通路とが合流する合流部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
    　システム停止中に、燃料タンクに蓄えられた燃料を用いた燃料ガスを前記アノード排出通路内に供給する、
    　燃料電池システムの制御方法。
  11. 　請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
    　前記燃料電池の温度を検出又は推定し、
    　システム停止中であって、前記燃料電池の温度が前記燃料電池のアノード電極が酸化劣化しない基準温度よりも高い場合に、前記アノード排出通路に前記燃料ガスを供給する、
    　燃料電池システムの制御方法。
  12. 　請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
    　前記燃料電池の温度が低いほど、前記燃料ガスの供給量を増加させる、
    　燃料電池システムの制御方法。
  13. 　請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
    　前記アノード排出通路内の酸素濃度を検出又は推定し、
    　前記酸素濃度に応じて、前記燃料ガスの供給量を調整する、
    　燃料電池システムの制御方法。
  14. 　請求項１３に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
    　前記酸素濃度と前記燃料電池のアノード電極が酸化劣化しない基準濃度との偏差が大きいほど、前記燃料ガスの供給量を増加させる、
    　燃料電池システムの制御方法。
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