WO2020105190A1 - 燃焼システムおよび燃焼システムの制御方法 - Google Patents

燃焼システムおよび燃焼システムの制御方法

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WO2020105190A1
WO2020105190A1 PCT/JP2018/043261 JP2018043261W WO2020105190A1 WO 2020105190 A1 WO2020105190 A1 WO 2020105190A1 JP 2018043261 W JP2018043261 W JP 2018043261W WO 2020105190 A1 WO2020105190 A1 WO 2020105190A1
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heater
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catalyst
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PCT/JP2018/043261
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野田　哲史
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a combustion system including a catalytic combustion type combustor and a control method thereof.
  • JP2013-253004A discloses the following technology relating to a reformer or a reforming system including an oxidation catalyst and an electric heater provided upstream thereof. After starting the reformer, the electric heater is operated and the temperature of the oxidation catalyst is raised by the air heated by the electric heater. Then, when the temperature of the oxidation catalyst reaches a predetermined temperature, the electric heater is stopped and the supply of fuel to the reformer is started (paragraphs 0032 to 0033).
  • the timing of stopping the electric heater is determined based on the temperature of the catalyst.
  • the catalyst may be cooled by the fuel supplied after the electric heater is stopped, and the good activation state of the catalyst may be impaired. This problem becomes more remarkable when a fuel having a large latent heat of vaporization is used as the fuel. If it becomes difficult to continue the reaction by the catalyst as a result of cooling the catalyst, it is feared that not only the utilization of the reaction heat is hindered but also the property of the exhaust gas from the combustor is deteriorated.
  • an object of the present invention is to provide a combustion system and a control method thereof that can stop a heater for supplying heat to a catalyst provided in the combustor at an appropriate time.
  • a combustion system including a combustor including a catalyst that promotes a fuel combustion reaction, and a first heater that is capable of supplying heat to the catalyst
  • combustion of the fuel in the combustor is performed.
  • a method of controlling a combustion system is provided for controlling a condition.
  • the fuel and the oxidant gas are supplied to the combustor, and when the predetermined time is reached, the first heater is stopped and supplied to the combustor.
  • the flow rate of the injected fuel is increased more than before the stop of the first heater.
  • the predetermined time is a time when the calorific value of the fuel before the stop of the first heater becomes equal to or more than the calorific value capable of raising the increased flow rate of the fuel to the light-off temperature of the catalyst.
  • a combustion system is provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system to which a combustion system according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the operation at the time of starting the fuel cell system.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram that schematically shows the operation of the fuel cell system of the same as above in a normal state.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the fuel cell system of the same as above during normal times (particularly when the output of the combustor increases).
  • FIG. 5 is a flowchart showing the overall flow of control when the fuel cell system is started up.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the processing executed by the section A of the control at the time of startup of the fuel cell system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system to which a combustion system according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the operation at the time
  • FIG. 7 is explanatory drawing which shows the principle which determines the stop time of the 1st heater (electric heater) by start control same as the above.
  • FIG. 8 is explanatory drawing which shows the content of the starting control same as the above by the change of a flow volume and temperature.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a fuel cell system S to which a combustion system according to an embodiment of the present invention is applied.
  • a fuel cell system (hereinafter, may be simply referred to as “system”) S includes a fuel cell stack 1, fuel processing units 21 to 23, an oxidant gas heating unit 3, a combustor 4, And a system controller 101.
  • a fuel cell stack (hereinafter, may be simply referred to as “stack”) 1 is configured by stacking a plurality of fuel cells or fuel cell unit cells, and each fuel cell that is a power generation source is, for example, a solid oxide type. It is a fuel cell (SOFC).
  • SOFC fuel cell
  • the fuel processing units 21 to 23 process the raw fuel that is the primary fuel and convert it into the fuel gas used for the power generation reaction in the fuel cell.
  • the fuel processing parts 21 to 23 are provided in the anode gas supply passage 11 and receive the supply of raw fuel.
  • the raw fuel is a mixture of oxygen-containing fuel and water, and is stored in the fuel tank 7 connected to the anode gas supply passage 11.
  • a mixture of ethanol and water that is, an ethanol aqueous solution
  • the fuel gas in that case is hydrogen obtained by reforming ethanol.
  • the oxidant gas heating unit 3 heats the oxidant gas before supplying it to the fuel cell stack 1.
  • the oxidant gas heating unit 3 is provided in the cathode gas supply passage 12 and receives the supply of the oxidant gas.
  • the oxidant gas is, for example, air, and by supplying air in the atmosphere to the cathode electrode of the fuel cell stack 1, it is possible to supply oxygen used for the power generation reaction to the cathode electrode.
  • reaction relating to power generation at the anode electrode and the cathode electrode of the solid oxide fuel cell can be expressed by the following equation.
  • the combustor 4 is a residual fuel (that is, a residual fuel) in the off-gas discharged from the fuel cell stack 1 during the normal system operation after the system has been warmed up (hereinafter, may be simply referred to as “normal time”). Hydrogen) is burned to produce combustion gas.
  • the combustor 4 is connected to the anode offgas passage 11exh and the cathode offgas passage 12exh, and receives the anode offgas and the cathode offgas supplied through these passages 11exh and 12exh. It is possible to supply the heat generated by combustion to the elements that need to be maintained at a predetermined operating temperature during the operation of the fuel cell system S.
  • the combustion gas generated in the combustor 4 is supplied to the oxidant gas heating unit 3 and the fuel processing unit (especially the evaporator 21 thereof) through the combustion gas passage 13, and the fuel processing unit is also provided.
  • the heat of the combustion gas is applied to the fuel heat exchanger 22 and the reformer 23 by conduction or radiation. That is, in the present embodiment, the combustion gas generated in the combustor 4 is used as a medium for heating the ethanol aqueous solution which is the raw fuel and the air which is the oxidant gas.
  • the anode system in the fuel cell stack 1, includes an anode gas supply passage 11 for supplying a fuel gas to the anode electrode of the fuel cell, and a power generation reaction exhausted from the anode electrode. And an anode off-gas passage 11exh for flowing the anode off-gas, and a cathode gas supply passage 12 for supplying an oxidant gas to the cathode electrode of the fuel cell in the cathode system, and a power generation reaction discharged from the cathode electrode. And a cathode offgas passage 12exh for flowing the cathode offgas afterward.
  • the evaporator 21, the fuel heat exchanger 22, and the reformer 23 are interposed in order from the upstream side in the flow direction. It is equipped. Further, a branched fuel passage 11sub is branched from the anode gas supply passage 11 on the upstream side of the evaporator 21, and the branched fuel passage 11sub is connected to the combustor 4.
  • a first fuel injector 51 is provided in the anode gas supply passage 11 between the branch point of the branch fuel passage 11sub and the evaporator 21, and a second fuel injector 52 is provided in the branch fuel passage 11sub. ..
  • the evaporator 21 receives an ethanol aqueous solution that is a raw fuel from the fuel tank 7, heats this and evaporates it, and produces ethanol gas and water vapor.
  • the fuel heat exchanger 22 further heats ethanol gas and steam.
  • the reformer 23 contains a reforming catalyst and produces hydrogen by steam reforming from ethanol in a gas state. Steam reforming can be represented by the following equation.
  • the oxidant gas heating unit 3 is composed of an air heat exchanger, and heats the oxidant gas flowing through the cathode gas supply passage 12 by heat exchange with the combustion gas.
  • the blower or the air compressor 6 is installed near the open end of the cathode gas supply passage 12, and air in the atmosphere, which is an oxidant gas, is sucked into the cathode gas supply passage 12 through the blower 6.
  • the intake air is heated from room temperature (for example, 25 ° C.) when passing through the oxidizing gas heating unit 3, and is supplied to the fuel cell stack 1.
  • the combustor 4 contains a combustion catalyst, receives the anode off gas and the cathode off gas from the fuel cell stack 1, and produces combustion gas by catalytic combustion of the residual fuel in the anode off gas.
  • the residual oxygen in the cathode offgas becomes a combustion improver, that is, an oxidant gas that contributes to combustion.
  • the combustor 4 can also be supplied with the ethanol aqueous solution that is the raw fuel through the branch fuel passage 11sub. In that case, when the combustion gas is generated, ethanol is also burned in addition to the residual fuel.
  • the anode off-gas may flow by bypassing the combustor 4.
  • the combustor 4 is provided with a heater (corresponding to the “first heater”) 41 adjacent to the upstream side of the flow of the anode offgas and the raw fuel.
  • the heater 41 has a built-in electric heater, and a combustion catalyst having the same or different composition as that of the combustor 4 is carried on the wall surface of the flow path inside the heater 41 which is heated by the electric heater. ing.
  • the heater 41 supplies the fuel supplied to the combustor 4, that is, the residual fuel in the cathode offgas supplied from the fuel cell stack 1 and the raw fuel supplied through the branch fuel passage 11sub to the combustor 4. Is heated by both an electric heater and a catalyst before the inflow of.
  • the heating by the heater 41 may be only by the electric heater. For example, when the catalyst is in an inactive state, the residual fuel and the raw fuel are heated by the electric heater and supplied to the combustor 4. It is possible.
  • the system controller 101 controls the supply of fuel to the evaporator 21 and the combustor 4 (the supply to the combustor 4 is via the heater 41), and the oxidizer
  • the supply of the oxidant gas to the gas heating unit 3 is controlled, and the operation of the heater 41 is also controlled.
  • the system controller 101 is configured as an electronic control unit.
  • the first fuel injector 51, the second fuel injector 52, the blower 6, and the heater 41 operate in response to a signal from the system controller 101, supply fuel to the evaporator 21 and the combustor 4, and heat the oxidant gas.
  • the oxidant gas is supplied to the portion 3, and further, the fuel supplied to the combustor 4, that is, the fuel (remaining fuel) supplied via the fuel cell stack 1 and the fuel (original fuel supplied directly from the fuel tank 7 The fuel) is heated before entering the combustor 4.
  • the power generated by the fuel cell stack 1 can be used to charge a battery (not shown) or drive an external device such as an electric motor or a motor generator.
  • the fuel cell system S can be applied to a drive system that generates a propulsive force of a vehicle, charges a battery with electric power generated by the rated operation of the fuel cell stack 1, or sets a target drive force of the vehicle.
  • the corresponding electric power can be supplied from the battery and the fuel cell stack 1 to the traveling motor generator.
  • the system controller 101 is configured as an electronic control unit including a central processing unit (CPU), various storage units such as ROM and RAM, and a microcomputer including an input / output interface, the first fuel injector 51, and the first fuel injector 51. 2 Controls the operation of various devices or parts required for the operation of the fuel cell system S, such as the fuel injector 52, the blower 6, the heater 41, and the like.
  • the system controller 101 includes, as information related to the control of the fuel cell system S, a signal from the anode inlet temperature sensor 201 that detects the anode inlet temperature Tand_int, a signal from the cathode inlet temperature sensor 202 that detects the cathode inlet temperature Tcth_int, and a stack outlet.
  • a signal from the system start switch 210 and an accelerator sensor is input.
  • the anode inlet temperature Tand_int is the temperature of the anode gas supplied to the anode electrode of the fuel cell stack 1, and the output of the anode inlet temperature sensor 201 installed near the stack connection portion of the anode gas supply passage 11 is used as the anode inlet temperature Tand_int.
  • the cathode inlet temperature Tcth_int is the temperature of the cathode gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell stack 1, and the cathode inlet temperature Tcth_int is determined by the output of the cathode inlet temperature sensor 202 installed near the stack connecting portion of the cathode gas supply passage 12.
  • the stack outlet temperature Tstk_out is the temperature of the off-gas discharged from the fuel cell stack 1, and the output of the stack outlet temperature sensor 203 set near the cathode outlet of the fuel cell stack 1 is taken as the stack outlet temperature Tstk_out.
  • the stack outlet temperature Tstk_out is used as an index of the temperature of the oxidant gas supplied to the combustor 4.
  • the fuel flow rate Qf is the flow rate of the raw fuel supplied to the combustor 4, and the fuel flow rate Qf is defined as the output of the fuel flow rate sensor 204 installed near the connecting portion of the branch fuel passage 11sub to the heater 41.
  • the oxidant gas flow rate Qa is a flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell stack 1, and is an oxidant gas flow rate sensor installed in the cathode gas supply passage 12 on the upstream side of the oxidant gas heating unit 3.
  • the output of 205 is used as the oxidant gas flow rate Qa.
  • the oxidant gas flow rate Qa is used as an index of the flow rate of the oxidant gas supplied to the combustor 4.
  • the stack voltage Vstk is the power generation voltage of the fuel cell stack 1, and the stack voltage Vstk is defined as the output of the stack voltage sensor 206 installed so that the voltage applied between the terminals of the fuel cell stack 1 can be detected.
  • the stack current Istk is a power generation current of the fuel cell stack 1, and the output of a stack current sensor 207 installed to detect the current flowing between the terminals of the fuel cell stack 1 is used as the stack current Istk.
  • the heater voltage Vh is a voltage applied to the electric heater of the heating unit 41, and is detected by the heater voltage sensor 208.
  • the heater current Ih is a current flowing through the electric heater of the heating unit 41, and is detected by the heater current sensor 209.
  • the system start switch 210 is operated by the driver, and outputs a signal indicating a request for starting the fuel cell system S according to the operation of the driver.
  • the accelerator sensor detects, for example, the amount of operation of the accelerator pedal by the driver as an index of the driving force required for the vehicle (that is, the target driving force).
  • the system controller 101 executes preprogrammed activation control and warms up the fuel cell stack 1. Warming up the fuel cell stack 1 means raising the temperature of the fuel cell stack 1, which was at a low temperature (for example, room temperature) during the stop, to its operating temperature.
  • a low temperature for example, room temperature
  • the system controller 101 ends the start-up control and shifts to the power generation control at the normal time.
  • the fuel cell stack 1 is operated at its rated point, and the raw fuel of the flow rate required for the rated operation is supplied to the evaporator 21 via the first fuel injector 51.
  • the rated operation of the fuel cell stack 1 refers to operation at the maximum power generation output of the fuel cell stack 1.
  • FIG. 2 shows the operation at system startup
  • FIGS. 3 and 4 show the operation at normal time.
  • thick solid lines with arrows indicate passages in which gas or liquid flows
  • thin solid lines without arrows indicate passages without flow.
  • the first fuel injector 51 is stopped while the second fuel injector 52 is actuated, and the raw fuel stored in the fuel tank 7 is supplied to the combustor 4 via the second fuel injector 52.
  • the raw fuel is supplied to the combustor 4 via the heater 41.
  • the catalyst provided in the combustor 4 is in an inactive state, or a good combustion state of the raw fuel cannot be obtained.
  • the electric heater is operated, the raw fuel is heated by the electric heater, and heat is supplied to the catalyst.
  • air in the atmosphere is taken into the cathode gas supply passage 12 by the blower 6 and supplied to the fuel cell stack 1 via the oxidant gas heating unit 3.
  • the air that has passed through the fuel cell stack 1 flows through the cathode offgas passage 12exh and is supplied to the combustor 4 as an auxiliary combustion agent for the raw fuel.
  • Air is supplied to the combustor 4 via the heater 41 as well as the fuel, and in the heater 41, the air is heated together with the raw fuel by the electric heater.
  • the combustion gas generated in the combustor 4 is supplied to the oxidant gas heating unit 3 and the evaporator 21 of the fuel processing unit via the combustion gas passage 13, and the heat generated by the combustion is used as fuel heat exchange in the fuel processing unit. It is supplied to the reactor 22 and the reformer 23.
  • the fuel cell stack 1 is heated by the radiation of heat generated by the combustion of the raw fuel, and is further heated by using the air heated by the oxidant gas heating unit 3 as a medium. Warming up of 1 is promoted.
  • the first fuel injector 51 is operated to feed the raw fuel stored in the fuel tank 7 through the first fuel injector 51 to the combustion processing unit 21 including the evaporator 21. Supply to ⁇ 23.
  • the blower 6 is operated to supply air, which is an oxidant gas, to the fuel cell stack 1 via the oxidant gas heating unit 3.
  • the off gas (anode off gas, cathode off gas) discharged from the fuel cell stack 1 after the power generation reaction is introduced into the heater 41 via the anode off gas passage 11exh and the cathode off gas passage 12exh, and the combustor 4 via the heater 41. Is supplied to.
  • the residual fuel in the anode off-gas burns on the catalysts of the heater 41 and the combustor 4, and the combustion gas generated thereby is supplied to the oxidant gas heating unit 3 and the evaporator 21 via the combustion gas passage 13.
  • the heat of the combustion gas is supplied to the fuel heat exchanger 22 and the reformer 23.
  • the fuel processing parts 21 to 23 and the oxidant gas heating part 3 are heated, the evaporator 21 is maintained at a temperature at which the raw fuel (ethanol aqueous solution) can be evaporated, and the reformer 23 is supplied to the raw fuel (ethanol ) Is maintained at a temperature capable of reforming, and the oxidant gas heating unit 3 and the fuel cell stack 1 are maintained at temperatures required for their respective operations.
  • the supply flow rate of the raw fuel in the normal time (that is, the injection flow rate of the first fuel injector 51) is based on the output required of the fuel cell stack 1, in other words, the load of the fuel cell stack 1. Set. Then, in order to generate the amount of heat required to maintain the fuel cell stack 1 at its operating temperature by the combustor 4, if only the residual fuel in the anode off gas is insufficient, in addition to the first fuel injector 51, the second fuel injector 51 is used. The fuel injector 52 is also operated to supply the raw fuel at a flow rate corresponding to the shortage to the combustor 4 via the second fuel injector 52 (FIG. 4).
  • FIG. 5 shows an overall flow of control executed at the time of startup that requires warming up of the fuel cell stack 1
  • FIG. 6 shows the contents of the processing executed in part A of the flowchart shown in FIG. ..
  • the system controller 101 is programmed to execute the control shown in FIGS. 5 and 6 in response to the input of the activation request from the system activation switch 201.
  • the contents of the startup control will be described with reference to FIG. 8 showing the operation of the system S at the time of startup with a time chart.
  • S101 it is determined whether a request to start the fuel cell system S has been input from the system start switch 210. Only when the activation request is input, the process proceeds to S102, and the processes after S102 are executed.
  • the blower 6 is operated to start the supply of the oxidant gas, that is, air to the combustor 4 (time t0).
  • the oxidant gas that is, air to the combustor 4
  • time t0 time t0
  • only air is first supplied to the combustor 4.
  • the heater 41 is activated to start supplying heat to the catalyst of the combustor 4 by the electric heater (time t1).
  • the heater 41 is operated after waiting for the air supply to the combustor 4 to stabilize.
  • the change in the combustor 4 is estimated in consideration of the time delay required to move to the combustor 4, and from the estimated result, It is determined whether the air supply to the combustor 4 is stable.
  • the time required for the air supply to the combustor 4 to stabilize may be known in advance, and it may be determined that the air supply has stabilized when the time has elapsed.
  • the output of the heater 41 that is, the amount of heat generated by the electric heater per unit time is constant.
  • the temperature of the catalyst provided in the combustor 4 (hereinafter, simply referred to as “catalyst temperature” means the temperature of the catalyst provided in the combustor 4) Tcat is increased to the light-off temperature Tloff of the catalyst. Or not. If the temperature has risen to the light-off temperature Tloff, the process proceeds to S105 (time t2). If the temperature has not yet risen, the determination of S104 is repeated until the light-off temperature Tloff is reached. The determination as to whether the catalyst temperature Tcat has risen to the light-off temperature Tloff can also be made by installing a temperature sensor in the bed of the catalyst and detecting the actual temperature of the catalyst.
  • the second fuel injector 52 is operated to start the supply of fuel to the combustor 4 (time t2).
  • time t2 the fuel burns on the catalysts provided in both the combustor 4 and the heater 41, and the catalyst temperature Tcat further rises.
  • a target flow rate of air supplied to the combustor 4 (hereinafter referred to as “target air flow rate”) Qa_trg is set.
  • the target air flow rate Qa_trg is set so that an increase in the amount of air supplied to the combustor 4 does not impair the good activation state of the catalyst.
  • the system controller 101 controls the rotation speed of the blower 6 based on the target air flow rate Qa_trg.
  • a target flow rate of fuel supplied to the combustor 4 (hereinafter referred to as "target fuel flow rate”) Qf_trg is set.
  • the target fuel flow rate Qf_trg is set based on the stack outlet temperature Tstk_out.
  • the target stack inlet temperature Tint_trg is calculated by adding the temperature difference ⁇ Tstk allowed between the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 1 to the stack outlet temperature Tstk_out, and taken in from the atmosphere.
  • the temperature of the combustion gas required to raise the normal temperature air to the target stack inlet temperature Tint_trg is calculated as the target combustion gas temperature Tcmb_trg.
  • the inlet side and the outlet side of the combustor 4 are determined.
  • the flow rate of the fuel that needs to be supplied to the combustor 4 to obtain the combustion gas having the target temperature Tcmb_trg is calculated from the energy balance during the period, and is set as the target fuel flow rate Qf_trg.
  • the system controller 101 controls the injection flow rate of the second fuel injector 52 based on the target fuel flow rate Qf_trg.
  • heater stop time it is determined whether or not it is time to end the supply of heat to the catalyst of the combustor 4 by the heater 41 (hereinafter referred to as "heater stop time"). The details of this determination will be described later. If it is in the heater stop time, the process proceeds to S205 (time t3), and if it is not in the heater stop time, the process proceeds to S207 in order to continue energizing the electric heater.
  • the target fuel flow rate Qf_trg is increased by a predetermined flow rate ⁇ Qf (corresponding to the “flow rate increase rate”), and the fuel supply flow rate to the combustor 4 is increased (time t3).
  • the predetermined flow rate ⁇ Qf is set as a flow rate according to the output of the heater 41 before the heater stop time, that is, the heat generation amount of the electric heater.
  • the electric heater before the heater stop time is set.
  • the amount of heat equivalent to the amount of heat generation can be illustrated. That is, in order to maintain the output of the combustor 4 itself, the decrease in the output of the heater 41 is compensated by increasing the amount of fuel.
  • the output of the heater 41 can be easily calculated based on the voltage Vh applied to the electric heater and the current Ih flowing in the electric heater.
  • the predetermined flow rate ⁇ Qf may be constant.
  • S207 it is determined whether or not the warm-up of the fuel cell system S is completed. Whether or not the warm-up is completed is determined by, for example, whether or not the stack outlet temperature Tstk_out has reached a predetermined temperature indicating the completion of the warm-up. When the stack outlet temperature Tstk_out has reached the predetermined temperature, it is determined that the warm-up is completed, and the process proceeds to S208. If it has not yet been reached, the process returns to S201 to continue the supply of fuel and air to the combustor 4, The combustor 4 continues to operate.
  • the combustor 4, the heater 41, the second fuel injector 52, the branch fuel passage 11sub, the blower 6, the cathode gas supply passage 12, the cathode offgas passage 12exh and the system controller 101 constitute a “combustion system”.
  • the combustor 4 is a “combustor”
  • the heater 41 is a “first heater”
  • the second fuel injector 52 and the branch fuel passage 11sub are “fuel supply parts”
  • the blower 6, the cathode gas supply passage. 12 and the cathode off-gas passage 12exh constitute an “oxidant gas supply unit”
  • the system controller 101 constitutes a “controller”.
  • the functions of the “controller” according to the present embodiment are realized by the processes of S103, 201, 202, and 204 to 206.
  • the determination as to whether or not the heater is stopped is performed by increasing the amount of heat generation Hf1 of the fuel at the present time, in other words, the supply flow rate Qf1 or the target fuel flow rate Qf_trg before the heater stop time, and the increase.
  • FIG. 7 schematically shows the method for determining whether or not the heater is in the stop time, with respect to the present embodiment.
  • FIG. 7A shows a case (Hv2 ⁇ Hf1) in which the fuel increased after the heater is stopped can be raised to the light-off temperature Tloff
  • FIG. 7B shows a case (Hf1) in which the temperature cannot be raised. ⁇ Hv2), respectively.
  • Hv2 ⁇ Hf1 Qf1 ⁇ LHV (3.1)
  • Qf2 ⁇ LHV Qf1 ⁇ LHV + P (3.2)
  • Qf1 is the fuel supply flow rate (before the heater stop time)
  • Qf2 is the increased fuel supply flow rate
  • Hv1 is the temperature at which the fuel of the flow rate Qf1 is raised to the light-off temperature Tloff
  • Hv2 is the amount of heat required to raise the fuel of the increased flow rate Qf2 to the light-off temperature Tloff
  • P is the heating value of the electric heater
  • LHV is the lower heating value of the fuel
  • the combustor 4 is supplied with fuel having a flow rate Qf1 equivalent to 1.0 kW of heat and the heat generation amount P of the electric heater is 0.5 kW. From such a state, the power supply to the electric heater is cut off, the heater 41 is stopped, the target fuel flow rate Qf_trg is increased, and a flow rate equivalent to 1.5 kW calorific value, which is the total amount of heat supplied before the heater stop time, is increased. It is assumed that the fuel of Qf2 is supplied.
  • the increased flow rate Qf2 of The original latent heat of vaporization Hv2 of the fuel is 0.3 kW.
  • the calorific value Hf1 of the fuel (flow rate Qf1) before the heater stop timing is compared with the vaporization latent heat Hv2 of the fuel under the increased flow rate Qf2, and before the heater stop timing. It is determined that it is possible to raise the fuel after the increase to the light-off temperature Tloff because the amount of heat enough to cover the latent heat of vaporization Hv2 of the fuel after the increase is obtained by burning the fuel with the flow rate Qf1 at To do.
  • the present invention is not limited to this, and the amount of heat required to raise the increased fuel from room temperature to the light-off temperature Tloff may be calculated. This is possible by considering the specific heats of the fuel in the liquid and gas states, in addition to the latent heat of vaporization.
  • the heater 41 with an electric heater and supplying the heat generated by the electric heater to the catalyst of the combustor 4, the operation and stop of the heater 41 can be easily switched, and the fuel cell system S It is possible to reduce the number of parts required for construction.
  • the catalyst is supported on the wall surface of the flow path that receives heat from the electric heater, so that the fuel cell stack 1 can be warmed up more quickly by further utilizing the catalytic reaction of fuel. Can be achieved.
  • the heat generation amount Hf1 of the fuel under the flow rate Qf1 before the heater stop timing and the fuel after the increase due to the heater stop are set to the light-off temperature of the catalyst.
  • the amount of heat Hv2 required to raise the temperature to Tloff was compared, but the determination is not limited to this, and the amount of heat radiation Hloss of the combustor 4 before the heater stop time can be considered. Is.
  • the heat radiation amount Hloss of the combustor 4 can be calculated based on the combustion gas or the temperature Tcmb of the combustor 4.
  • the combustion gas temperature Tcmb can be calculated as an adiabatic flame temperature based on the supply flow rates Qf and Qa of the fuel and the oxidant gas.
  • Hv2 ⁇ Hf1-Hloss (Qf1 ⁇ LHV) ⁇ Hloss (4.1)
  • Qf2 ⁇ LHV Qf1 ⁇ LHV + P (4.2)
  • Hloss A ⁇ h ⁇ (Tcmb ⁇ Ta) (4.3)
  • A is the surface area of the combustor 4
  • h is the thermal resistance or heat exchange coefficient of the combustor 4
  • Ta is the outside air temperature.
  • the amount of heat required to raise the fuel to the light-off temperature Tloff is added to the amount of heat required to raise the temperature of the oxidant gas, and the calculated amount of heat is calculated as the flow rate Qf1 before the heater stop time.
  • the calorific value Hf1 of the original fuel is compared. This makes it possible to more accurately determine the heater stop timing by grasping the amount of heat that can be used for increasing the temperature of the fuel. The judgment in this case is based on the following formula.
  • Cp indicates the specific heat of the oxidizing gas, that is, air.
  • the determination of the heater stop timing according to the present embodiment can also be applied to normal control. That is, when the temperature of the catalyst provided in the combustor 4 drops to such an extent that a good combustion reaction of the fuel cannot be maintained, the heater 41 is operated to promptly recover the activity of the combustor 41. When the catalyst is not deactivated due to an increase in the amount of fuel even after the stop, it is determined that it is the heater stop time, the electric power to the electric heater is cut off, and the heater 41 is stopped. ..
  • the output of the heater 41 may be variable as well as constant. In this case, for example, when the temperature of the catalyst is raised, the output of the heater 41, that is, the calorific value of the electric heater is decreased according to the rise of the catalyst temperature Tcat, regardless of whether or not the flow rate of the fuel is increased. Therefore, the condition related to the heater stop timing may be satisfied.
  • the heater 41 may be provided with a diffusion combustor instead of or in addition to the electric heater.
  • the heat generated in the diffusion combustor is supplied to the catalyst of the combustor 4 to raise its temperature. This gives a wider choice of heaters 41.
  • a second heater for receiving the combustion gas generated by the combustor 4 may be provided.
  • the heat of the combustion gas is supplied to the catalyst of the combustor 4 via the second heater. This makes it possible to raise the temperature of the catalyst more quickly.
  • the combustion system according to the present embodiment is applied to the power generation system including the fuel cell stack 1, that is, the fuel cell system S, but the application target of the combustion system is not limited to this. It is also possible to provide it as a system for the purpose of producing combustion gas itself.

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Abstract

触媒を備える燃焼器と、触媒に熱を供給可能に配設された加熱器と、を備える燃焼システムにおいて、燃焼器における燃料の燃焼状態を制御する。触媒に対して加熱器により熱を供給しながら、燃焼器に燃料および酸化剤ガスを供給し、所定時期に至ると、加熱器を停止させるとともに、燃焼器に供給される燃料の流量を、加熱器の停止前よりも増大させる。ここで、所定時期は、加熱器の停止前における燃料の発熱量が、増大後の流量の燃料を、触媒のライトオフ温度にまで昇温可能な熱量以上となる時期とする。

Description

燃焼システムおよび燃焼システムの制御方法
　本発明は、触媒燃焼型の燃焼器を備える燃焼システムおよびその制御方法に関する。
　ＪＰ２０１３－２５３００４Ａには、酸化触媒を備え、その上流に電気ヒータが設けられた改質器ないし改質システムに関する次のような技術が開示されている。改質器の起動を開始した後、電気ヒータを作動させ、電気ヒータにより加熱された空気により酸化触媒の温度を上昇させる。そして、酸化触媒の温度が所定温度に達したことをもって電気ヒータを停止させ、改質器に対する燃料の供給を開始するものである（段落００３２～００３３）。
　ここで、電気ヒータ等の加熱器により燃焼器に備わる触媒の昇温を図る燃焼システムにおいて、ＪＰ２０１３－２５３００４Ａに記載のように、電気ヒータを停止させる時期を触媒の温度をもとに判断することには、次のような問題がある。つまり、電気ヒータの停止後に供給される燃料により触媒が冷やされ、触媒の良好な活性状態が損なわれる場合があることである。この問題は、燃料として気化潜熱の大きいものを採用した場合に、より顕著となる。そして、触媒が冷やされた結果、触媒による反応の継続が困難となれば、反応熱の利用に支障が生じるばかりでなく、燃焼器からの排気の性状を悪化させることが懸念される。
　本発明は、以上の問題を考慮し、燃焼器に備わる触媒に熱を供給するための加熱器を、適切な時期に停止可能とする燃焼システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様では、燃料の燃焼反応を促進させる触媒を備える燃焼器と、触媒に熱を供給可能に配設された第１加熱器と、を備える燃焼システムにおいて、燃焼器における燃料の燃焼状態を制御する、燃焼システムの制御方法が提供される。本態様では、触媒に対して第１加熱器により熱を供給しながら、燃焼器に燃料および酸化剤ガスを供給し、所定時期に至ると、第１加熱器を停止させるとともに、燃焼器に供給される燃料の流量を、第１加熱器の停止前よりも増大させる。ここで、所定時期は、第１加熱器の停止前における燃料の発熱量が、増大後の流量の燃料を、触媒のライトオフ温度にまで昇温可能な熱量以上となる時期である。
　他の形態では、燃焼システムが提供される。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼システムが適用された燃料電池システムの全体的な構成を示す概略図である。 図２は、同上燃料電池システムの起動時における動作を模式的に示す説明図である。 図３は、同上燃料電池システムの通常時における動作を模式的に示す説明図である。 図４は、同上燃料電池システムの通常時（特に燃焼器の出力増大時）における動作を模式的に示す説明図である。 図５は、同上燃料電池システムの起動時における制御の全体的な流れ示すフローチャートである。 図６は、同上燃料電池システムの起動時における制御の、Ａ部で実行される処理の内容を示すフローチャートである。 図７は、同上起動制御による第１加熱器（電気ヒータ）の停止時期を判定する原理を示す説明図である。 図８は、同上起動制御の内容を、流量および温度の変化により示す説明図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　（燃料電池システムの全体構成）
　図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼システムが適用された燃料電池システムＳの構成を概略的に示している。
　本実施形態において、燃料電池システム（以下、単に「システム」という場合がある）Ｓは、燃料電池スタック１と、燃料処理部２１～２３と、酸化剤ガス加熱部３と、燃焼器４と、システムコントローラ１０１と、を備える。
　燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という場合がある）１は、複数の燃料電池または燃料電池単位セルを積層して構成され、発電源である個々の燃料電池は、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
　燃料処理部２１～２３は、一次燃料である原燃料を処理し、燃料電池での発電反応に用いられる燃料ガスに変換する。燃料処理部２１～２３は、アノードガス供給通路１１に介装され、原燃料の供給を受ける。本実施形態において、原燃料は、含酸素燃料と水との混合物であり、アノードガス供給通路１１に接続された燃料タンク７に貯蔵されている。本実施形態に適用可能な原燃料として、エタノールと水との混合物（つまり、エタノール水溶液）を例示することができ、その場合の燃料ガスは、エタノールの改質により得られる水素である。
　酸化剤ガス加熱部３は、酸化剤ガスを燃料電池スタック１への供給前に加熱する。酸化剤ガス加熱部３は、カソードガス供給通路１２に介装され、酸化剤ガスの供給を受ける。酸化剤ガスは、例えば、空気であり、大気中の空気を燃料電池スタック１のカソード極に供給することで、発電反応に用いられる酸素をカソード極に供給することが可能である。
　ここで、固体酸化物形燃料電池のアノード極およびカソード極での発電に係る反応は、次式により表すことができる。
　アノード極：　２Ｈ2＋４Ｏ2-　→　２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-　…（１．１）
　カソード極：　Ｏ2＋４ｅ-　→　２Ｏ2-　…（１．２）
　燃焼器４は、システムの暖機が完了した後の通常システム運転時（以下、単に「通常時」という場合がある）において、燃料電池スタック１から排出されるオフガス中の残燃料（つまり、残水素）を燃焼させ、燃焼ガスを生成する。本実施形態において、燃焼器４は、アノードオフガス通路１１ｅｘｈおよびカソードオフガス通路１２ｅｘｈに接続され、これらの通路１１ｅｘｈ、１２ｅｘｈを通じてアノードオフガスおよびカソードオフガスの供給を受ける。燃料電池システムＳの運転に際して所定の動作温度に維持する必要のある要素に対し、燃焼により生じた熱を供給することが可能である。本実施形態では、酸化剤ガス加熱部３および燃料処理部（特にその蒸発器２１）に対し、燃焼器４で生成された燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を介して供給されるとともに、燃料処理部の燃料熱交換器２２および改質器２３に対し、燃焼ガスの熱が伝導または輻射により付与される。つまり、本実施形態では、燃焼器４で生成された燃焼ガスが、原燃料であるエタノール水溶液および酸化剤ガスである空気を加熱する媒体として用いられる。
　燃料電池システムＳの構成についてさらに説明すると、燃料電池スタック１は、アノード系において、燃料電池のアノード極に燃料ガスを供給するためのアノードガス供給通路１１と、アノード極から排出される発電反応後のアノードオフガスを流すためのアノードオフガス通路１１ｅｘｈと、を備える一方、カソード系において、燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給するためのカソードガス供給通路１２と、カソード極から排出される発電反応後のカソードオフガスを流すためのカソードオフガス通路１２ｅｘｈと、を備える。
　そして、燃料タンク７と燃料電池スタック１のアノード極とを接続するアノードガス供給通路１１には、流れの方向に関して上流側から順に、蒸発器２１、燃料熱交換器２２および改質器２３が介装されている。さらに、蒸発器２１の上流側でアノードガス供給通路１１から分岐燃料通路１１ｓｕｂが分岐し、分岐燃料通路１１ｓｕｂは、燃焼器４に接続されている。分岐燃料通路１１ｓｕｂの分岐点と蒸発器２１との間のアノードガス供給通路１１には、第１燃料インジェクタ５１が、分岐燃料通路１１ｓｕｂには、第２燃料インジェクタ５２が、夫々介装されている。
　蒸発器２１は、燃料タンク７から原燃料であるエタノール水溶液の供給を受け、これを加熱して蒸発させ、エタノールガスおよび水蒸気を生成する。
　燃料熱交換器２２は、エタノールガスおよび水蒸気をさらに加熱する。
　改質器２３は、改質用触媒を内蔵し、気体の状態にあるエタノールから、水蒸気改質により水素を生成する。水蒸気改質は、次式により表すことができる。
　Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋３Ｈ2Ｏ　→　６Ｈ2＋２ＣＯ2　…（２）
　酸化剤ガス加熱部３は、空気熱交換器により構成され、燃焼ガスとの熱交換により、カソードガス供給通路１２を流れる酸化剤ガスを加熱する。本実施形態では、カソードガス供給通路１２の開放端付近にブロアまたはエアコンプレッサ６が設置され、酸化剤ガスである大気中の空気が、ブロア６を介してカソードガス供給通路１２に吸入される。吸入された空気は、酸化剤ガス加熱部３を通過する際に常温（例えば、２５℃）から昇温され、燃料電池スタック１に供給される。
　燃焼器４は、燃焼用触媒を内蔵し、燃料電池スタック１からアノードオフガスおよびカソードオフガスの供給を受け、アノードオフガス中の残燃料の触媒燃焼により燃焼ガスを生じさせる。ここで、カソードオフガス中の残酸素が助燃剤、つまり、燃焼に資する酸化剤ガスとなる。燃焼器４は、アノードオフガスに加え、分岐燃料通路１１ｓｕｂを通じて原燃料であるエタノール水溶液の供給を受けることも可能であり、その場合は、燃焼ガスの生成に際し、残燃料に加えてエタノールをも燃焼させる。アノードオフガスとエタノール水溶液とのうち、アノードオフガスの供給のみを受けることも、エタノール水溶液の供給のみを受けることも可能であることは、勿論である。エタノール水溶液の供給のみを受ける場合は、アノードオフガスを、燃焼器４を迂回させて流せばよい。
　本実施形態では、燃焼器４に対し、アノードオフガスおよび原燃料の流れに関してその上流側に隣接させて加熱器（「第１加熱器」に相当する）４１が付設されている。加熱器４１は、電気ヒータを内蔵し、この電気ヒータにより加熱される加熱器４１内部の流路壁面上に、燃焼器４に備わるものと同一であるか、異なる組成の燃焼用触媒が担持されている。これにより、加熱器４１は、燃焼器４に供給される燃料、つまり、燃料電池スタック１から供給されるカソードオフガス中の残燃料および分岐燃料通路１１ｓｕｂを通じて供給される原燃料を、燃焼器４への流入前に、電気ヒータおよび触媒の双方により加熱する。加熱器４１による加熱は、電気ヒータのみによるものであってもよく、例えば、触媒が未活性の状態にある場合に、残燃料および原燃料を電気ヒータにより加熱して、燃焼器４に供給することが可能である。
　システムコントローラ１０１は、燃料電池システムＳの運転中、蒸発器２１および燃焼器４に対する燃料の供給（燃焼器４への供給は、加熱器４１を介したものとなる）を制御するとともに、酸化剤ガス加熱部３に対する酸化剤ガスの供給を制御し、さらに、加熱器４１の動作をも制御する。本実施形態において、システムコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして構成される。第１燃料インジェクタ５１、第２燃料インジェクタ５２、ブロア６および加熱器４１は、システムコントローラ１０１からの信号に応じて作動し、蒸発器２１および燃焼器４に燃料を供給するとともに、酸化剤ガス加熱部３に酸化剤ガスを供給し、さらに、燃焼器４に供給される燃料、つまり、燃料電池スタック１を介して供給される燃料（残燃料）および燃料タンク７から直接供給される燃料（原燃料）を、燃焼器４への流入前に加熱する。
　燃料電池スタック１の発電電力は、図示しないバッテリを充電したり、電動モータまたはモータジェネレータ等の外部装置を駆動したりするのに用いることが可能である。例えば、燃料電池システムＳは、車両の推進力を生じさせる駆動システムに適用することが可能であり、燃料電池スタック１の定格運転により生じた電力をバッテリに充電したり、車両の目標駆動力に応じた電力をバッテリおよび燃料電池スタック１から走行用のモータジェネレータに供給したりすることができる。
　（制御システムの構成およびその基本的な動作）
　本実施形態において、システムコントローラ１０１は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の各種記憶ユニット、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットとして構成され、第１燃料インジェクタ５１、第２燃料インジェクタ５２、ブロア６および加熱器４１等、燃料電池システムＳの運転に要する各種装置ないし部品の動作を制御する。
　システムコントローラ１０１は、燃料電池システムＳの制御に関わる情報として、アノード入口温度Ｔａｎｄ＿ｉｎｔを検出するアノード入口温度センサ２０１からの信号、カソード入口温度Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔを検出するカソード入口温度センサ２０２からの信号、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを検出するスタック出口温度センサ２０３からの信号、燃料流量Ｑｆを検出する燃料流量センサ２０４からの信号、酸化剤ガス流量Ｑａを検出する酸化剤ガス流量センサ２０５からの信号、スタック電圧Ｖｓｔｋを検出するスタック電圧センサ２０６からの信号、スタック電流Ｉｓｔｋを検出するスタック電流センサ２０７からの信号、ヒータ電圧Ｖｈを検出するヒータ電圧センサ２０８からの信号、ヒータ電流Ｉｈを検出するヒータ電流センサ２０９からの信号を入力するほか、システム起動スイッチ２１０および図示しないアクセルセンサからの信号を入力する。
　アノード入口温度Ｔａｎｄ＿ｉｎｔは、燃料電池スタック１のアノード極に供給されるアノードガスの温度であり、アノードガス供給通路１１のスタック接続部付近に設置されたアノード入口温度センサ２０１の出力をもってアノード入口温度Ｔａｎｄ＿ｉｎｔとする。
　カソード入口温度Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔは、燃料電池スタック１のカソード極に供給されるカソードガスの温度であり、カソードガス供給通路１２のスタック接続部付近に設置されたカソード入口温度センサ２０２の出力をもってカソード入口温度Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔとする。
　スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔは、燃料電池スタック１から排出されるオフガスの温度であり、燃料電池スタック１のカソード出口部付近に設定されたスタック出口温度センサ２０３の出力をもってスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔとする。本実施形態では、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度の指標とする。
　燃料流量Ｑｆは、燃焼器４に供給される原燃料の流量であり、分岐燃料通路１１ｓｕｂの加熱器４１に対する接続部付近に設置された燃料流量センサ２０４の出力をもって燃料流量Ｑｆとする。
　酸化剤ガス流量Ｑａは、燃料電池スタック１のカソード極に供給される酸化剤ガスの流量であり、酸化剤ガス加熱部３の上流側のカソードガス供給通路１２に設置された酸化剤ガス流量センサ２０５の出力をもって酸化剤ガス流量Ｑａとする。本実施形態では、酸化剤ガス流量Ｑａを、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの流量の指標とする。
　スタック電圧Ｖｓｔｋは、燃料電池スタック１の発電電圧であり、燃料電池スタック１の端子間にかかる電圧を検出可能に設置されたスタック電圧センサ２０６の出力をもってスタック電圧Ｖｓｔｋとする。
　スタック電流Ｉｓｔｋは、燃料電池スタック１の発電電流であり、燃料電池スタック１の端子間を流れる電流を検出可能に設置されたスタック電流センサ２０７の出力をもってスタック電流Ｉｓｔｋとする。
　ヒータ電圧Ｖｈは、加熱部４１の電気ヒータにかかる電圧であり、ヒータ電圧センサ２０８により検出される。
　ヒータ電流Ｉｈは、加熱部４１の電気ヒータに流れる電流であり、ヒータ電流センサ２０９により検出される。
　システム起動スイッチ２１０は、運転者により操作され、運転者の操作に応じて燃料電池システムＳの起動要求を示す信号を出力する。
　アクセルセンサは、車両に求められる走行駆動力（つまり、目標駆動力）の指標として、例えば、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出する。
　システムコントローラ１０１は、システム起動スイッチ２１０から燃料電池システムＳの起動要求を入力すると、予めプログラムされた起動制御を実行し、燃料電池スタック１の暖機を行う。燃料電池スタック１の暖機とは、停止中に低温（例えば、常温）にあった燃料電池スタック１をその動作温度にまで昇温させることをいう。
　そして、暖機により燃料電池スタック１の温度が上昇し、その動作温度に達すると、システムコントローラ１０１は、起動制御を終了し、通常時の発電制御に移行する。通常時では、基本的には、燃料電池スタック１をその定格点で運転させ、定格運転に要する流量の原燃料を、第１燃料インジェクタ５１を介して蒸発器２１に供給する。ここで、燃料電池スタック１の定格運転とは、燃料電池スタック１の最大発電出力での運転をいう。
　（燃料電池システムの基本動作）
　図２～４は、燃料電池システムＳの起動時および通常時における基本的な動作を示す。図２は、システムの起動時における動作を、図３および４は、通常時における動作を、夫々示している。図中矢印付きの太い実線は、ガスまたは液体の流れのある通路を示し、矢印のない細い実線は、流れのない通路を示す。
　起動時（図２）では、第１燃料インジェクタ５１を停止させる一方、第２燃料インジェクタ５２を作動させ、燃料タンク７に貯蔵されている原燃料を、第２燃料インジェクタ５２を介して燃焼器４に供給する。燃焼器４への原燃料の供給は、加熱器４１を介してなされ、加熱器４１では、燃焼器４に備わる触媒が未活性の状態にあるか、原燃料の良好な燃焼状態が得られない場合に、電気ヒータを作動させ、電気ヒータにより原燃料を加熱して、触媒に熱を供給する。他方で、大気中の空気をブロア６によりカソードガス供給通路１２に取り込み、酸化剤ガス加熱部３を介して燃料電池スタック１に供給する。燃料電池スタック１を通過した空気は、カソードオフガス通路１２ｅｘｈを流れ、原燃料の助燃剤として燃焼器４に供給される。燃焼器４への空気の供給も燃料と同様に加熱器４１を介してなされ、加熱器４１では、電気ヒータにより、空気が原燃料とともに加熱される。燃焼器４で生成された燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を介して酸化剤ガス加熱部３および燃料処理部の蒸発器２１に供給されるとともに、燃焼により生じた熱が燃料処理部の燃料熱交換器２２および改質器２３に供給される。このように、起動時では、燃料電池スタック１が原燃料の燃焼により生じた熱の輻射により加熱されるとともに、酸化剤ガス加熱部３で加熱された空気を媒体としてさらに加熱され、燃焼電池スタック１の暖機が促進される。
　これに対し、通常時（図３）では、第１燃料インジェクタ５１を作動させ、燃料タンク７に貯蔵されている原燃料を、第１燃料インジェクタ５１を介して蒸発器２１を含む燃焼処理部２１～２３に供給する。これに併せ、ブロア６を作動させ、酸化剤ガスである空気を、酸化剤ガス加熱部３を介して燃料電池スタック１に供給する。燃料電池スタック１から排出される発電反応後のオフガス（アノードオフガス、カソードオフガス）は、アノードオフガス通路１１ｅｘｈおよびカソードオフガス通路１２ｅｘｈを介して加熱器４１に導入され、加熱器４１を介して燃焼器４に供給される。アノードオフガス中の残燃料が加熱器４１および燃焼器４の触媒上で燃焼し、これにより生じた燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を介して酸化剤ガス加熱部３および蒸発器２１に供給されるとともに、燃焼ガスの熱が燃料熱交換器２２および改質器２３に供給される。これにより、燃料処理部２１～２３および酸化剤ガス加熱部３が加熱され、蒸発器２１が原燃料（エタノール水溶液）を蒸発可能な温度に維持されるとともに、改質器２３が原燃料（エタノール）を改質可能な温度に維持され、さらに、酸化剤ガス加熱部３および燃料電池スタック１がそれぞれの動作に必要な温度に維持される。
　ここで、起動時における原燃料の供給流量（つまり、第２燃料インジェクタ５２の噴射流量）は、基本的には、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔをもとに設定する。具体的には、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに、燃料電池スタック１の入口側と出口側との間で許容される温度差ΔＴｓｔｋを加算したものを、目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇ（＝Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ＋ΔＴｓｔｋ）として設定する。そして、酸化剤ガス、つまり、大気中から取り込んだ常温（例えば、２５℃）の空気を目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇにまで昇温させるうえで酸化剤ガス加熱部３に供給されるべき熱量に応じた原燃料の流量を算出し、これを起動時における原燃料の供給流量に設定する。
　これに対し、通常時における原燃料の供給流量（つまり、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量）は、燃料電池スタック１に要求される出力、換言すれば、燃料電池スタック１の負荷をもとに設定する。そして、燃料電池スタック１をその動作温度に維持するのに要する熱量を燃焼器４により生じさせるのに、アノードオフガス中の残燃料だけでは不足する場合は、第１燃料インジェクタ５１に加えて第２燃料インジェクタ５２をも作動させ、燃焼器４に対し、不足分に相当する流量の原燃料を、第２燃料インジェクタ５２を介して供給する（図４）。
　（フローチャートによる説明）
　図５は、燃料電池スタック１の暖機を要する起動時に実行される制御の全体的な流れを示し、図６は、図５に示すフローチャートのＡ部で実行される処理の内容を示している。システムコントローラ１０１は、図５および６に示す制御を、システム起動スイッチ２０１からの起動要求の入力を契機として実行するようにプログラムされている。起動時におけるシステムＳの動作をタイムチャートにより示す図８を参照しつつ、起動制御の内容を説明する。
　Ｓ１０１では、システム起動スイッチ２１０から、燃料電池システムＳの起動要求を入力したか否かを判定する。起動要求を入力した場合にのみ、Ｓ１０２へ進み、Ｓ１０２以降に示す処理を実行する。
　Ｓ１０２では、ブロア６を作動させ、燃焼器４に対する酸化剤ガス、つまり、空気の供給を開始する（時刻ｔ０）。本実施形態では、燃料電池システムＳの起動を開始した後、初めに、燃焼器４に対して空気のみを供給する。
　Ｓ１０３では、加熱器４１を作動させ、燃焼器４の触媒に対し、電気ヒータによる熱の供給を開始する（時刻ｔ１）。本実施形態では、ブロア６の始動後、燃焼器４に対する空気の供給が安定するのを待って、加熱器４１を作動させる。例えば、酸化剤ガス流量センサ２０５により検出される空気流量Ｑａの変化に対し、燃焼器４までの移動に要する時間的な遅れを考慮して燃焼器４での変化を推定し、その推定結果から燃焼器４に対する空気の供給が安定したか否かを判定する。ブロア６の始動後、燃焼器４に対する空気の供給が安定するのに要する時間を予め把握しておき、その時間が経過したことをもって空気の供給が安定したと判定してもよい。本実施形態において、加熱器４１の出力、つまり、電気ヒータが単位時間当たりに生じさせる熱量は、一定である。
　Ｓ１０４では、燃焼器４に備わる触媒の温度（以下、単に「触媒温度」というときは、燃焼器４に備わる触媒の温度をいうものとする）Ｔｃａｔが、触媒のライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで上昇したか否かを判定する。ライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで上昇した場合は、Ｓ１０５へ進み（時刻ｔ２）、未だ上昇していない場合は、ライトオフ温度Ｔｌｏｆｆに到達するまで、Ｓ１０４の判定を繰り返す。触媒温度Ｔｃａｔがライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで上昇したか否かの判定は、触媒のベッド部に温度センサを設置して、触媒の実際の温度を検出することによっても可能であるが、燃焼器４に対する空気の供給流量と、加熱器４１の出力（つまり、電気ヒータの発熱量）と、に対する触媒温度Ｔｃａｔの変化率ΔＴを、空気の温度ごとに予め把握しておき、加熱器４１を作動させた時点での触媒の初期温度Ｔｃａｔ０とこの変化率ΔＴとから、触媒温度Ｔｃａｔを推定することによっても可能である（Ｔｃａｔ＝Ｔｃａｔ０＋ΣΔＴ）。簡易的には、加熱器４１を作動させた時点から所定時間が経過したことをもって、ライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで上昇したと判定してもよい。
　Ｓ１０５では、第２燃料インジェクタ５２を作動させ、燃焼器４に対する燃料の供給を開始する（時刻ｔ２）。これにより、燃焼器４および加熱器４１の双方に備わる触媒上で燃料が燃焼し、触媒温度Ｔｃａｔがさらに上昇する。
　図６のフローチャートに移り、Ｓ２０１では、燃焼器４に供給される空気の目標流量（以下「目標空気流量」という）Ｑａ＿ｔｒｇを設定する。目標空気流量のＱａ＿ｔｒｇの設定は、燃焼器４に供給される空気の増量により、触媒の良好な活性状態が損なわれることのないように行う。本実施形態では、目標空気流量Ｑａ＿ｔｒｇを、触媒温度Ｔｃａｔの上昇に応じて、具体的には、触媒温度Ｔｃａｔ毎に予め定められた変化率ΔＱａで増大させる（Ｑａ＿ｔｒｇ＝Ｑａ＿ｔｒｇ＋ΔＱａ）。システムコントローラ１０１は、目標空気流量Ｑａ＿ｔｒｇに基づき、ブロア６の回転速度を制御する。
　Ｓ２０２では、燃焼器４に供給される燃料の目標流量（以下「目標燃料流量」という）Ｑｆ＿ｔｒｇを設定する。先に述べたように、目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇの設定は、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔをもとに行う。具体的には、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに、燃料電池スタック１の入口側と出口側との間で許容される温度差ΔＴｓｔｋを加算して、目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇを算出し、大気中から取り込んだ常温の空気を目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇにまで昇温させるうえで必要な燃焼ガスの温度を、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇとして算出する。そして、燃焼器４に供給される空気の流量および温度、燃焼器４に供給される燃料の温度、さらに、加熱器４１の出力等をもとに、燃焼器４の入口側と出口側との間におけるエネルギー収支から、目標温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇの燃焼ガスを得るのに燃焼器４に供給する必要がある燃料の流量を算出し、これを目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇに設定する。システムコントローラ１０１は、目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇに基づき、第２燃料インジェクタ５２の噴射流量を制御する。
　Ｓ２０３では、加熱器４１が作動中であるか否かを判定する。加熱器４１が作動中である場合、つまり、電気ヒータに通電している最中である場合は、Ｓ２０４へ進み、作動中でない場合は、Ｓ２０７へ進む。
　Ｓ２０４では、加熱器４１による燃焼器４の触媒への熱の供給を終了すべき時期（以下「ヒータ停止時期」という）にあるか否かを判定する。この判定の詳細は、後に述べるところによる。ヒータ停止時期にある場合は、Ｓ２０５へ進み（時刻ｔ３）、ヒータ停止時期にない場合は、電気ヒータへの通電を継続させるべく、Ｓ２０７へ進む。
　Ｓ２０５では、電気ヒータへの通電を遮断し、加熱器４１を停止させる（時刻ｔ３）。
　Ｓ２０６では、目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇを所定流量ΔＱｆ（「流量増加率」に相当する。）だけ増大させ、燃焼器４に対する燃料の供給流量を増大させる（時刻ｔ３）。本実施形態において、所定流量ΔＱｆは、ヒータ停止時期前における加熱器４１の出力、つまり、電気ヒータの発熱量に応じた流量として設定され、そのような流量として、ヒータ停止時期前における電気ヒータの発熱量に等しい熱量を例示することができる。つまり、燃焼器４自体の出力を維持するため、加熱器４１の出力の減少分を、燃料の増量により補填するのである。加熱器４１の出力は、電気ヒータにかかる電圧Ｖｈおよび電気ヒータに流れる電流Ｉｈをもとに、容易に算出することが可能である。本実施形態では、電気ヒータの発熱量が一定であることから、所定流量ΔＱｆは、一定であってもよい。
　Ｓ２０７では、燃料電池システムＳの暖機が完了したか否かを判定する。暖機が完了したか否かの判定は、例えば、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔが暖機の完了を示す所定温度に到達したか否かを判定することによる。スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔが所定温度に到達した場合は、暖機が完了したとして、Ｓ２０８へ進み、未だと到達していない場合は、Ｓ２０１へ戻り、燃焼器４に対する燃料および空気の供給を継続し、燃焼器４を引き続き作動させる。
　Ｓ２０８では、暖機運転を終了し、通常時の運転に移行する。
　本実施形態では、燃焼器４、加熱器４１、第２燃料インジェクタ５２、分岐燃料通路１１ｓｕｂ、ブロア６、カソードガス供給通路１２、カソードオフガス通路１２ｅｘｈおよびシステムコントローラ１０１により「燃焼システム」が構成され、燃焼器４は、「燃焼器」を、加熱器４１は、「第１加熱器」を、第２燃料インジェクタ５２および分岐燃料通路１１ｓｕｂは、「燃料供給部」を、ブロア６、カソードガス供給通路１２およびカソードオフガス通路１２ｅｘｈは、「酸化剤ガス供給部」を、システムコントローラ１０１は、「コントローラ」を、夫々構成する。ここで、図５および６のフローチャートに示す処理のうち、Ｓ１０３、２０１、２０２、２０４～２０６の処理により、本実施形態に係る「コントローラ」の機能が実現される。
　ここで、ヒータ停止時期にあるか否かの判定（図６のＳ２０４）についてさらに説明する。
　本実施形態において、ヒータ停止時期にあるか否かの判定は、現在の、換言すれば、ヒータ停止時期前の供給流量Ｑｆ１または目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇのもとでの燃料の発熱量Ｈｆ１と、増大後の供給流量Ｑｆ２または目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ（＝Ｑｆ＿ｔｒｇ＋ΔＱｆ）の燃料を触媒のライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量Ｈｖ２と、を比較した場合に、前者の熱量Ｈｆ１が後者の熱量Ｈｖ２以上であるか否か、つまり、ヒータ停止時期前における流量の燃料の燃焼により生じる熱量が、増大後の流量の燃料を触媒のライトオフ温度にまで昇温させるのに足りるだけの熱量であるか否かを判定することによる。
　図７は、ヒータ停止時期にあるか否かを判定する方法を、本実施形態に関して模式的に示している。図７（ａ）は、ヒータ停止に伴う増量後の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温可能である場合を（Ｈｖ２≦Ｈｆ１）、同図（ｂ）は、昇温可能でない場合を（Ｈｆ１＜Ｈｖ２）、夫々示している。
　図７を参照しつつ、ヒータ停止時期にある場合の関係を数式により示すと、次のようである。
　Ｈｖ２≦Ｈｆ１＝Ｑｆ１×ＬＨＶ　…（３．１）
　Ｑｆ２×ＬＨＶ＝Ｑｆ１×ＬＨＶ＋Ｐ　…（３．２）
　ここで、Ｑｆ１は、（ヒータ停止時期前の）燃料の供給流量を、Ｑｆ２は、増大後の燃料の供給流量を、Ｈｖ１は、流量Ｑｆ１の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量を、Ｈｖ２は、増大後の流量Ｑｆ２の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量を、Ｐは、電気ヒータの発熱量を、ＬＨＶは、燃料の低位発熱量を、夫々示す。
　具体例をもって説明すると、ヒータ停止時期前に、燃焼器４に対し、１．０ｋＷ熱量相当の流量Ｑｆ１の燃料が供給され、電気ヒータの発熱量Ｐが０．５ｋＷであるとする。このような状態から、電気ヒータへの通電を遮断して、加熱器４１を停止させるとともに、目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇを増大させ、ヒータ停止時期前における供給熱量の総量である１．５ｋＷ熱量相当の流量Ｑｆ２の燃料を供給する場合を想定する。この場合に、ヒータ停止時期前の流量Ｑｆ１のもとでの燃料の気化潜熱Ｈｖ１が０．２ｋＷであるとすると、燃料の増量前後の発熱量Ｈｆ１、Ｈｆ２の比から、増大後の流量Ｑｆ２のもとでの燃料の気化潜熱Ｈｖ２は、０．３ｋＷとなる。本実施形態では、ヒータ停止時期前における流量Ｑｆ１の燃料の燃焼により得られる熱量Ｈｆ１（＝１．０ｋＷ）と、増大後の流量Ｑｆ２のもとでの燃料の気化潜熱Ｈｖ２（＝０．３ｋＷ）と、を比較し、前者の熱量Ｈｆ１（＝１．０ｋＷ）が後者の熱量Ｈｖ２（＝０．３ｋＷ）以上である場合に、ヒータ停止に伴う増量後の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温可能であると判定する。
　このように、本実施形態では、ヒータ停止時期前における燃料（流量Ｑｆ１）の発熱量Ｈｆ１と、増大後の流量Ｑｆ２のもとでの燃料の気化潜熱Ｈｖ２と、を比較し、ヒータ停止時期前における流量Ｑｆ１の燃料の燃焼により、増量後の燃料の気化潜熱Ｈｖ２を賄うに足りるだけの熱量が得られていることをもって、増量後の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温可能であると判定する。しかし、これに限定されるものではなく、増量後の燃料を、常温からライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量を計算するようにしてもよい。これは、気化潜熱に加え、液体および気体夫々の状態にある燃料の比熱を考慮することにより可能である。
　（作用効果の説明）
　本実施形態に係る燃料電池システムＳは、以上のように構成され、本実施形態により得られる作用および効果について、以下に説明する。
　第１に、燃焼器４に備わる触媒に対し、加熱器４１により熱を供給することで、触媒の活性を促し、触媒上での燃料の燃焼反応を早い時期から良好に生じさせることが可能となる。ここで、触媒の昇温に際し、所定時期に、加熱器４１を停止させるとともに、燃焼器４に供給される燃料の流量Ｑｆを増大させることとし、加熱器４１を停止させる時期（ヒータ停止時期）を、ヒータ停止時期前における燃料の発熱量Ｈｆ１が、増大後の流量Ｑｆ２の燃料を触媒のライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温可能な熱量Ｈｖ２以上となる時期とすることで、燃焼により生じた熱の大半が増量後の燃料の気化に費やされ、触媒の温度が過度に、具体的には、ライトオフ温度Ｔｌｏｆｆを下回るまでに低下するのを回避し、加熱器４１の停止後も触媒の良好な活性状態を維持することが可能となる。
　第２に、ヒータ停止時期に、加熱器４１の出力に応じた流量ΔＱｆだけ、燃料の流量Ｑｆを増大させることで、燃焼器４自体の出力を維持することが可能となり、燃料電池スタック１の暖機を促すことができる。
　第３に、加熱器４１に電気ヒータを備え、電気ヒータが生じさせる熱を燃焼器４の触媒に供給することで、加熱器４１の作動および停止を容易に切換可能とし、燃料電池システムＳの構築に要する部品点数を削減することが可能となる。
　第４に、加熱器４１において、電気ヒータからの熱を受ける流路壁面上に触媒を担持させたことで、燃料の触媒反応のより一層の活用を通じて、燃料電池スタック１の暖機の迅速化を図ることが可能となる。
　第５に、電気ヒータにかかる電圧Ｖｈおよび電気ヒータに流れる電流Ｉｈをもとに、加熱器４１の出力を容易に算出することが可能である。
　（他の実施形態の説明）
　以上の説明では、ヒータ停止時期にあるか否かの判定において、ヒータ停止時期前の流量Ｑｆ１のもとでの燃料の発熱量Ｈｆ１と、ヒータ停止に伴う増量後の燃料を触媒のライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量Ｈｖ２と、を比較したが、判定は、これに限定されるものではなく、ヒータ停止時期前における燃焼器４の放熱量Ｈｌｏｓｓを考慮して行うことも可能である。
　具体的には、流量Ｑｆ１の燃料の燃焼により得られる熱量Ｈｆ１から、ヒータ停止時期までの燃焼器４の放熱量Ｈｌｏｓｓを減じた熱量（＝Ｈｆ１－Ｈｌｏｓｓ）が、増量後の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量Ｈｖ２以上であるか否かを判定することによる。これにより、ヒータ停止後の触媒の活性維持に資する実質的な熱量の把握を通じて、ヒータ停止時期をより正確に判定することが可能となる。そして、この場合の判定を数式により示すと、下式のようである。燃焼器４の放熱量Ｈｌｏｓｓは、燃焼ガスまたは燃焼器４の温度Ｔｃｍｂをもとに算出することが可能である。燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂは、燃料および酸化剤ガスの供給流量Ｑｆ、Ｑａに基づく断熱火炎温度として算出することができる。
　Ｈｖ２≦Ｈｆ１－Ｈｌｏｓｓ＝（Ｑｆ１×ＬＨＶ）－Ｈｌｏｓｓ　…（４．１）
　Ｑｆ２×ＬＨＶ＝Ｑｆ１×ＬＨＶ＋Ｐ　…（４．２）
　Ｈｌｏｓｓ＝Ａ×ｈ×（Ｔｃｍｂ－Ｔａ）　…（４．３）
　ここで、Ａは、燃焼器４の表面積を、ｈは、燃焼器４の熱抵抗または熱交換係数を、Ｔａは、外気温を、夫々示す。
　さらに、増量後の燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量Ｈｖ２の算出において、燃料ばかりでなく、酸化剤ガスをライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量をも考慮することが可能である。
　具体的には、燃料をライトオフ温度Ｔｌｏｆｆにまで昇温させるのに要する熱量に、酸化剤ガスの昇温に要する熱量を加えた熱量を算出し、これを、ヒータ停止時期前の流量Ｑｆ１のもとでの燃料の発熱量Ｈｆ１と比較するのである。これにより、燃料の昇温に振り向けることのできる熱量の把握を通じて、ヒータ停止時期をより正確に判定することが可能となる。この場合の判定は、下式による。
　Ｈｖ２＋Ｑａ×Ｃｐ（Ｔｌｏｆｆ－Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）≦Ｈｆ１＝Ｑｆ１×ＬＨＶ　…（５．１）
　Ｑｆ２×ＬＨＶ＝Ｑｆ１×ＬＨＶ＋Ｐ　…（５．２）
　ここで、Ｃｐは、酸化剤ガス、つまり、空気の比熱を示す。
　以上の説明では、加熱器４１により燃料または空気を加熱することで、燃焼器４の触媒に対し、これらの媒体を介して間接的に熱を供給することとしたが、加熱器４１により、燃焼器４を直接加熱することで、触媒に対してより直接的に熱を供給することも可能である。
　さらに、システム起動時に燃料電池スタック１の暖機を行う場合を例に説明したが、本実施形態に係るヒータ停止時期の判定は、通常時の制御に適用することも可能である。つまり、燃焼器４に備わる触媒の温度が燃料の良好な燃焼反応を維持することができない程度にまで低下した場合に、加熱器４１を作動させてその速やかな活性回復を図り、燃焼器４１の停止後も燃料の増量により触媒の失活を招くことのない状態となったときに、ヒータ停止時期にあると判定し、電気ヒータへの通電を遮断して、加熱器４１を停止させるのである。
　さらに、加熱器４１の出力は、一定であるばかりでなく、可変であってもよい。この場合に、例えば、触媒の昇温に際し、燃料の流量を増大させるか否かを問わず、加熱器４１の出力、つまり、電気ヒータの発熱量を触媒温度Ｔｃａｔの上昇に応じて減少させることで、ヒータ停止時期に係る条件を満たすことがあり得るからである。
　さらに、加熱器４１は、電気ヒータに代えるかまたはこれとともに、拡散燃焼器を備えるものであってもよい。拡散燃焼器で生じさせた熱を燃焼器４の触媒に供給し、これを昇温させるのである。これにより、加熱器４１に関し、より広い選択肢が得られる。
　さらに、燃焼器（第１燃焼器）４１に加え、燃焼器４で生成された燃焼ガスの供給を受ける第２加熱器を設けてもよい。燃焼ガスが有する熱を、第２加熱器を介して燃焼器４の触媒に供給するのである。これにより、触媒をより速やかに昇温させることが可能となる。
　以上の説明では、本実施形態に係る燃焼システムを、燃料電池スタック１を備える発電システム、つまり、燃料電池システムＳに適用したが、燃焼システムの適用対象は、これに限定されるものではない。燃焼ガスの生成自体を目的とするシステムとして提供することも可能である。
　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。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。

Claims (16)

  1. 　燃料の燃焼反応を促進させる触媒を備える燃焼器と、
    　前記触媒に熱を供給可能に配設された第１加熱器と、
    を備える燃焼システムにおいて、前記燃焼器における前記燃料の燃焼状態を制御する、燃焼システムの制御方法であって、
    　前記触媒に対して前記第１加熱器により熱を供給しながら、前記燃焼器に前記燃料および酸化剤ガスを供給し、
    　所定時期に、前記第１加熱器を停止させるとともに、前燃焼器に供給される前記燃料の流量を、前記第１加熱器の停止前よりも増大させ、
    　前記所定時期は、前記第１加熱器の停止前における前記燃料の発熱量が、前記増大後の流量の前記燃料を、前記触媒のライトオフ温度にまで昇温可能な熱量以上となる時期である、
    燃焼システムの制御方法。
  2. 　請求項１に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記所定時期に、前記停止前における前記第１加熱器の出力に応じた流量だけ、前記燃料の流量を増大させる、
    燃焼システムの制御方法。
  3. 　請求項１または２に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記第１加熱器の停止前における前記燃料の流量および前記第１加熱器の出力をもとに前記所定時期にあるか否かを判定し、
    　前記所定時期にあると判定した場合に、前記第１加熱器を停止させるとともに、前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を増大させる、
    燃焼システムの制御方法。
  4. 　請求項３に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記所定時期にあるか否かの判定に際し、前記第１加熱器の停止前における前記燃料の発熱量を、当該停止前における前記燃料の流量に応じた発熱量から、前記燃焼器の放熱量を減じた熱量として算出する、
    燃焼システムの制御方法。
  5. 　請求項４に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記燃焼器の放熱量を、前記燃料の燃焼ガスの温度をもとに算出し、
    　前記燃焼ガスの温度を、前記燃料および酸化剤ガスの流量に基づく断熱火炎温度として算出する、
    燃焼システムの制御方法。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記増大後の流量の前記燃料を前記触媒のライトオフ温度にまで昇温可能な熱量を、当該燃料を前記触媒のライトオフ温度にまで昇温させるのに要する熱量に、前記酸化剤ガスを前記触媒のライトオフ温度にまで昇温させるのに要する熱量を加えた熱量として算出する、
    燃焼システムの制御方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記第１加熱器が、前記燃焼器に供給される前記燃料の流れに関して前記燃焼器の上流に配設される、
    燃焼システムの制御方法。
  8. 　請求項７に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記第１加熱器が、電気ヒータを備え、前記電気ヒータが生じさせる熱を前記触媒に供給する、
    燃焼システムの制御方法。
  9. 　請求項８に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記第１加熱器が、前記電気ヒータからの熱を受ける流路壁面を有し、前記流路壁面上に、前記燃料の燃焼反応を促進させる触媒を備える、
    燃焼システムの制御方法。
  10. 　請求項８または９に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記所定時期に、前記停止前における前記第１加熱器の出力に応じた流量だけ、前記燃料の流量を増大させる場合に、前記第１加熱器の出力を、前記電気ヒータにかかる電圧および前記電気ヒータに流れる電流のうち、少なくとも一方をもとに算出する、
    燃焼システムの制御方法。
  11. 　請求項７に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記第１加熱器が、拡散燃焼器を備え、前記拡散燃焼器が生じさせる熱を前記触媒に供給する、
    燃焼システムの制御方法。
  12. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記燃焼器で生成された燃焼ガスの供給を受け、この燃焼ガスが有する熱を前記燃焼器の触媒に供給可能に配設された第２加熱器をさらに備える、
    燃焼システムの制御方法。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の燃焼システムの制御方法であって、
    　前記燃焼システムが、燃料電池を備える発電システムに設けられ、
    　前記燃焼器が、当該燃焼器で生成された燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱または暖機可能に構成された、
    燃焼システムの制御方法。
  14. 　燃料の燃焼反応を促進させる触媒を備える燃焼器と、
    　前記触媒に熱を供給可能に配設された第１加熱器と、
    を備える燃焼システムにおいて、前記燃焼器における前記燃料の燃焼状態を制御する、燃焼システムの制御方法であって、
    　前記燃焼器に対して酸化剤ガスを供給し、
    　前記燃焼器に対する前記燃料の供給を開始した後、前記触媒に対して前記第１加熱器により熱を供給しながら、前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を増大させ、
    　前記燃焼器における前記燃料の燃焼が開始した後の所定時期に、前記第１加熱器を停止させるとともに、前記燃料の流量を、当該停止前における前記第１加熱器の出力に応じた流量だけ増大させ、
    　前記所定時期は、前記第１加熱器の停止前における前記燃料の流量に応じた発熱量が、前記増大後の流量の前記燃料の気化潜熱よりも大きくなる時期である、
    燃焼システムの制御方法。
  15. 　燃料の燃焼反応を促進させる触媒を備える燃焼器と、
    　前記触媒に熱を供給可能に配設された第１加熱器と、
    を備える燃焼システムにおいて、前記燃焼器における前記燃料の燃焼状態を制御する、燃焼システムの制御方法であって、
    　前記触媒に対して前記第１加熱器により熱を供給しながら、前記燃焼器に前記燃料および酸化剤ガスを供給し、
    　前記燃焼器に対する前記燃料の供給を開始した後の所定時期に、前記第１加熱器を停止させるとともに、前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を、前記第１加熱器の停止前よりも増大させ、
    　前記燃料の流量を増大させる際に、前記第１加熱器の停止後も前記触媒をそのライトオフ温度以上の温度に維持することが可能な流量増加率で増大させる、
    燃焼システムの制御方法。
  16. 　燃料の燃焼反応を促進させる触媒を備える燃焼器と、
    　前記燃焼器に対し、前記触媒に熱を供給可能に接続された第１加熱器と、
    　前記燃焼器に前記燃料を供給可能に構成された燃料供給部と、
    　前記燃焼器に酸化剤ガスを供給可能に構成された酸化剤ガス供給部と、
    　前記第１加熱器、前記燃料供給部および前記酸化剤ガス供給部の動作を制御するコントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　前記燃焼器の運転時に、
    　　前記第１加熱器を作動させて、前記触媒に対して前記第１加熱器により熱を供給する第１フェーズと、前記第１加熱器を停止させる第２フェーズと、の双方において、前記燃焼器に前記燃料および前記酸化剤ガスを供給し、
    　　前記第１フェーズでは、前記触媒の温度の上昇に対し、前記燃料の発熱量の、前記第１加熱器の出力に対する比率を増大させ、
    　　前記第２フェーズでは、前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を、前記第１フェーズにおけるよりも増大させ、
    　前記コントローラは、
    　前記第１フェーズ中、前記燃料の発熱量が、前記増大後の流量の前記燃料を前記触媒のライトオフ温度にまで昇温可能な熱量以上となる所定時期にあるか否かを判定し、
    　前記所定時期にあると判定した場合に、前記第２フェーズに移行する、
    燃焼システム。
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