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特開2023-166294燃料電池システム、並びに、燃料電池システムの起動方法、停止方法及び極低負荷運転方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023166294
(43)【公開日】2023-11-21
(54)【発明の名称】燃料電池システム、並びに、燃料電池システムの起動方法、停止方法及び極低負荷運転方法
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20231114BHJP
H01M 8/04014 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04701 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04225 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04302 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04228 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04303 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20231114BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20231114BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04 J
H01M8/04014
H01M8/0432
H01M8/04701
H01M8/04225
H01M8/04302
H01M8/04228
H01M8/04303
H01M8/04537
H01M8/04746
H01M8/12 101
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022077264
(22)【出願日】2022-05-09
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】久留 長生
(72)【発明者】
【氏名】井戸 真介
(72)【発明者】
【氏名】加藤 芳樹
(72)【発明者】
【氏名】冨田 和男
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA04
5H127AA07
5H127BA05
5H127BA28
5H127BA37
5H127BA57
5H127BA59
5H127BB02
5H127BB12
5H127BB27
5H127BB37
5H127DA01
5H127DA11
5H127DB47
5H127DB69
5H127DB84
5H127DC02
5H127DC09
5H127DC50
5H127DC74
(57)【要約】
【課題】起動時に結露発生を抑制する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、排ガスラインに設けられた燃焼器と、排ガスラインに設けられた第１加熱器と、第１加熱器を通過した排ガスと酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、排ガスラインに設けられた燃焼器と、排ガスラインに設けられた第１加熱器と、第１加熱器を通過した排ガスと酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項2】
前記第１加熱器は、前記排ガスラインのうち前記燃焼器より上流側に設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項3】
前記燃焼器の入口温度を検出するための燃焼器入口温度検出部と、
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器を備える、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項5】
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項４に記載の燃料電池システム。
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項6】
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項7】
前記燃料電池から排出されるオフガスが流れるオフガスラインが、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ラインを更に備える、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項8】
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が前記基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項9】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
【請求項10】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
【請求項11】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な前記熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた前記第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な前記熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた前記第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池システム、並びに、燃料電池システムの起動方法、停止方法及び極低負荷運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させることにより発電する燃料電池は、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有している。このうち、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、水素、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、及び炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガス等のガスなどを燃料ガスとして供給して、およそ７００℃～１０００℃の高温雰囲気で反応させて発電を行っている。
【0003】
この種の燃料電池を備える燃料電池システムでは、起動時に、常温にある燃料電池を発電可能な高温状態に昇温するための起動用設備を備えるものがある。例えば特許文献１では、起動用設備として、燃料電池に酸化剤ガス（空気）を供給するためのライン上に設けられた加熱器（燃焼器等）を備える燃料電池システムが開示されている。この文献では、起動時に加熱器によって燃料電池に供給される酸化剤ガスを加熱することで、燃料電池が発電可能な高温状態になるように昇温を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許４９８１２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献１のように、燃料電池に酸化剤ガスを供給するためのラインに設けられた加熱器で酸化剤ガスを直接加熱すると、燃焼によって水蒸気が発生する。このような水蒸気が燃料電池に供給されると、燃料電池内で常温からの起動初期に結露を生じ、燃料電池の金属部分の腐食や集電部材の絶縁低下を招く要因となる。
【0006】
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、起動時に結露発生を抑制可能な燃料電池システム、並びに、燃料電池システムの起動方法、停止方法及び極低負荷運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃料電池システムは、上記課題を解決するために、
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える。
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える。
【0008】
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃料電池システムの起動方法は、上記課題を解決するために、
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える。
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える。
【0009】
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃料電池システムの停止方法は、上記課題を解決するために、
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える。
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える。
【0010】
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃料電池システムの極低負荷運転方法は、上記課題を解決するために、
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷以上であると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える。
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷以上であると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える。
【発明の効果】
【0011】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、起動時に結露発生を抑制可能な燃料電池システム、並びに、燃料電池システムの起動方法、停止方法及び極低負荷運転方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図3】一実施形態に係る燃料電池システムの起動方法を示すフローチャートである。
【図4】一実施形態に係る燃料電池システムの起動時における燃料電池の発電室温度の推移を示すタイミングチャートである。
【図6】一実施形態に係る燃料電池システムの停止方法を示すフローチャートである。
【図7】一実施形態に係る燃料電池システムの停止時における燃料電池の発電室温度の推移を示すタイミングチャートである。
【図9】一実施形態に係る燃料電池システムの極低負荷運転方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0014】
図１は一実施形態に係る燃料電池システム１の全体構成図である。燃料電池システム１は、燃料電池２を備える。燃料電池２は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であり、燃料ガスＧｆ及び酸化剤ガスＧｏを用いて発電可能な発電室４を有する。
【0015】
尚、以下の実施形態では、燃料電池システム１が備える燃料電池２として固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ， ＳＯＦＣ）を採用した場合について説明するが、他の実施形態では、燃料電池２として、ＳＯＦＣ以外のタイプの燃料電池（例えば溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ－ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ， ＭＣＦＣ）等）を採用してもよい。
【0016】
尚、燃料電池２に供給される酸化剤ガスＧｏは例えば空気であり、加圧されていてもよいし、常圧であってもよい。
【0017】
燃料電池システム１は、燃料電池２に燃料ガスＧｆを供給するための燃料ガス供給ライン１０を備える。燃料ガス供給ライン１０の一端は、燃料ガス供給源１２に接続される。燃料ガス供給源１２には、燃料ガスＧｆとして例えば都市ガス等が貯留される。燃料ガス供給ライン１０には燃料ガス供給量調整弁Ｖ１が設けられており、その開度を調整することにより、燃料ガス供給源１２からの燃料ガスＧｆの供給量を制御できるようになっている。
【0018】
燃料電池２で発電反応を終えたオフガスＧｏｆｆ（排燃料ガス）は、燃料電池２に接続されたオフガスライン１４を介して排出される。オフガスライン１４には、再循環ライン１６の一端が接続される。再循環ライン１６の他端は燃料ガス供給ライン１０のうち燃料ガス供給量調整弁Ｖ１より下流側に接続されることにより、オフガスライン１４を流れるオフガスＧｏｆｆの一部が燃料電池２に循環するように構成される。この循環経路（本実施形態では、循環経路を構成する再循環ライン１６）には、再循環ガスの循環量を調整するための再循環ブロア１８が配置されている。
【0019】
また再循環ライン１６には、純水Ｗを供給するための純水供給ライン２０が接続される。純水供給ライン２０には純水供給量調整弁Ｖ２が設けられる。起動時や発電を行わない待機運転時に燃料ガスの供給により燃料電池でのカーボン析出を防止するために、純水供給量調整弁Ｖ２の開度を調整することにより、純水供給源２２から再循環ライン１６に対する純水Ｗの供給量が制御できるようになっている。
【0020】
オフガスライン１４の他端は排ガスライン２４に接続される。オフガスライン１４にはオフガス排出量調整弁Ｖ３が設けられており、その開度を調整することにより、オフガスライン１４から排出されるオフガスＧｏｆｆの排ガスライン２４と酸化剤ガス供給ライン２６への供給割合を運転状態に応じて制御できるようになっている。
【0021】
燃料電池システム１は、燃料電池２に酸化剤ガスＧｏを供給するための酸化剤ガス供給ライン２６を備える。酸化剤ガス供給ライン２６の一端は、周囲（例えば外部雰囲気）から酸化剤ガスを導入するためのブロア２８に接続される。ブロア２８によって酸化剤ガス供給ライン２６に導入された酸化剤ガスＧｏは、酸化剤ガス供給ライン２６に設けられた後述の空気予熱器３０及び第２加熱器３２を介して、燃料電池２の空気極側に供給される。
【0022】
また、酸化剤ガス供給ライン２６には、空気予熱器３０をバイパスするバイパスライン３４が設けられている。ブロア２８から空気予熱器３０への酸化剤ガスＧｏの導入量と空気予熱器３０をバイパスする酸化剤ガスＧｏの流量配分を調整するために空気予熱器の入口には酸化剤ガス供給量調整弁Ｖ８、バイパスライン３４には酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４が設けられる。
【0023】
燃料電池２で発電反応を終えた排酸化剤ガスは、前述のオフガスライン１４からのオフガスＧｏｆｆとともに排ガスＧｅｘとして、排ガスライン２４を介して排出される。排ガスライン２４には、第１加熱器３６、燃焼器３８、及び、空気予熱器３０が配置される。
【0024】
第１加熱器３６は、排ガスライン２４を流れる排ガスＧｅｘを加熱可能な装置であり、例えば燃料ガスを燃焼するバーナであるが電気加熱ヒータでもよい。第１加熱器３６で燃焼される燃料ガスは、燃料電池２に供給される燃料ガスＧｆと共通であってもよい。本実施形態では、燃料ガス供給ライン１０から分岐する加熱器燃料ガス供給ライン４０を介して、第１加熱器３６に燃料ガスＧｆの一部が供給可能になっている。加熱器燃料ガス供給ライン４０には、第１加熱器３６に対する燃料ガスの供給量をそれぞれ調整するための第１加熱器燃料調整弁Ｖ５が設けられている。燃焼用の酸化剤ガスは本実施形態に示すように燃料電池からの排酸化剤ガスを用いてもよいし、別途ブロワ２８から供給するライン（不図示）を設けてもよい。
【0025】
燃焼器３８は、燃焼器動作温度以上において排ガスＧｅｘに含まれる未燃分を燃焼可能な装置であり、例えば、所定の燃焼可能温度下限値を有する触媒燃焼器である。本実施形態では、燃焼器動作温度は約４００度である。燃焼器３８の入口部には、燃焼器３８の温度Ｔｂを検出するための温度センサ３９が設けられる。
【0026】
尚、第１加熱器３６は、排ガスライン２４において燃焼器３８より上流側又は下流側に設けられればよいが、本実施形態では特に、第１加熱器３６は、排ガスライン２４において燃焼器３８より上流側に設けられる。これにより、例えば後述するように、第１加熱器３６によって排ガスラインを流れる排ガスＧｅｘを加熱することで、発電室からの排酸化剤ガス温度に関わらず燃焼器３８が燃焼可能な燃焼器動作温度以上に昇温することで、排ガスＧｅｘに含まれる未燃分を除害燃焼し、有害な未燃分が含まれる排ガスＧｅｘが外部に排出されることを防止できる。
【0027】
空気予熱器３０は、排ガスＧｅｘと酸化剤ガスＧｏとを熱交換することにより、排ガスＧｅｘが有する排熱によって、酸化剤ガスＧｏを予熱するための装置である。空気予熱器３０によって予熱される酸化剤ガスＧｏの量は、酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４と、酸化剤ガス供給ラインのうち空気予熱器３０の上流側に設けられた酸化剤ガス供給量調整弁Ｖ８との開度比率を調整することによって制御可能である。
【0028】
また燃料電池システム１は、燃料電池２からのオフガスＧｏｆｆが流れるオフガスライン１４と、酸化剤ガス供給ライン２６とを接続するオフガス供給ライン４２を有する。オフガス供給ライン４２には、オフガス供給量調整弁Ｖ７が設けられており、オフガス供給量調整弁Ｖ７とオフガス排出量調整弁Ｖ３の開度に応じて、オフガスＧｏｆｆの一部又は全部を酸化剤ガス供給ライン２６に導入可能になっている。このように酸化剤ガス供給ライン２６に導入されたオフガスの一部は、燃料電池２が所定温度（例えば５００度）以上になっている場合、燃料電池２内で酸化剤ガスとともに燃焼されることで、燃料電池２の昇温に寄与することができる。
【0029】
燃料電池システム１は、上記各構成要素を制御するための制御装置１００を有する。制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【0030】
図２は図１の制御装置１００のブロック構成図である。制御装置１００は、燃焼器入口温度検出部１０２と、発電室温度検出部１０４と、第１加熱器制御部１０６と、第２加熱器制御部１０８と、燃焼器制御部１１０と、オフガス切替制御部１１２とを備える。
【0031】
燃焼器入口温度検出部１０２は、燃焼器入口温度Ｔｂを取得するための構成である。前述したように、燃焼器３８の入口部には温度センサ３９が設けられており、燃焼器入口温度検出部１０２は、当該温度センサ３９の検出値を、燃焼器入口温度Ｔｂとして取得する。
【0032】
発電室温度検出部１０４は、燃料電池２の発電室４の温度を検出するための構成である。本実施形態では、発電室温度検出部１０４は、発電室４に設けられた温度センサ４１の検出値を、発電室温度Ｔｇとして取得する。
【0033】
第１加熱器制御部１０６は、第１加熱器３６の動作状態を制御するための構成である。具体的には、第１加熱器制御部１０６は、第１加熱器３６のオンオフを切り替えるとともに、第１加熱器燃料調整弁Ｖ５の開度を調整することで、加熱器燃料ガス供給ライン４０からの第１加熱器３６に対する燃料ガスの供給量を調整し、第１加熱器３６の加熱量を制御する。
【0034】
第２加熱器制御部１０８は、第２加熱器３２の動作状態を制御するための構成である。具体的には、第２加熱器制御部１０８は、第２加熱器３２のオンオフを切り替えるとともに、第２加熱器燃料調整弁Ｖ６の開度を調整することで、加熱器燃料ガス供給ライン４０からの第２加熱器３２に対する燃料ガスの供給量を調整し、第２加熱器３２の加熱量を制御する。
【0035】
燃焼器制御部１１０は、排ガスライン２４に設けられた燃焼器３８の動作状態を制御するための構成である。燃焼器３８は、前述したように、排ガスＧｅｘを燃焼して排ガスＧｅｘに含まれる未燃分を除去するためには燃焼器動作温度以上に維持される必要がある。燃焼器３８の温度は、温度センサ３９によって検出される燃焼器入口温度Ｔｂとして取得されるため、燃焼器制御部１１０は、当該燃焼器入口温度Ｔｂに基づいて燃焼器３８の動作状態を制御する。
【0036】
オフガス切替制御部１１２は、オフガスＧｏｆｆの供給経路の切替制御を行うための構成である。具体的には、オフガス切替制御部１１２は、オフガス排出量調整弁Ｖ３及びオフガス供給量調整弁Ｖ７の開度比を調整することにより、オフガス供給ライン４２を介した、酸化剤ガス供給ライン２６に対するオフガスＧｏｆｆの供給量を制御する。
【0037】
続いて上記構成を有する燃料電池システム１の起動方法について説明する。図３は一実施形態に係る燃料電池システム１の起動方法を示すフローチャートであり、図４は一実施形態に係る燃料電池システム１の起動時における燃料電池２の発電室温度Ｔｇの推移を示すタイミングチャートであり、図５Ａ～図５Ｅは図３に対応する燃料電池システム１の状態を示す図である。
【0038】
尚、本実施形態では、初期状態として、燃料電池システム１において、燃料電池２は常温で停止状態にあり、このとき燃料電池システム１が備える各弁のうち、酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４、酸化剤ガス供給量調整弁Ｖ８は全開状態であり、燃料ガス供給量調整弁Ｖ１、純水供給量調整弁Ｖ２、オフガス排出量調整弁Ｖ３、第１加熱器燃料調整弁Ｖ５、第２加熱器燃料調整弁Ｖ６、オフガス供給量調整弁Ｖ７は全閉状態である。
【0039】
まず制御装置１００は、ブロア２８を起動することにより、燃料電池２に対して酸化剤ガスＧｏの供給を開始する（ステップＳ１００）。このとき燃料電池２の発電室温度Ｔｇは常温Ｔ０である。ステップＳ１００では具体的には、再循環ブロワ１８を起動し、再循環ライン１６による燃料系統の再循環運転を開始する。
【0040】
続いて第１加熱器制御部１０６は第１加熱器３６を動作させる（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１では、第１加熱器３６を動作させることで、排ガスライン２４を流れる排ガスＧｅｘが加熱される。加熱された排ガスＧｅｘは、空気予熱器３０を介して、酸化剤ガス供給ライン２６を流れる酸化剤ガスＧоを加熱する。このように加熱された酸化剤ガスＧｏは燃料電池２に供給されることで、燃料電池２が昇温される。これにより、図４の期間１に示すように、発電室温度Ｔｇは常温Ｔ０から次第に高くなる。
【0041】
ステップＳ１０１における第１加熱器３６の動作は、発電室温度Ｔｇが所定のプロファイルで増加するように、第１加熱器制御部１０６によって制御される。具体的には、第１加熱器制御部１０６は、図５Ａに示すように、第１加熱器燃料調整弁Ｖ５を開き、その開度を制御することで、第１加熱器３６に対する燃料ガスの供給量を調整することにより、第１加熱器３６の動作制御を行う。
【0042】
またステップＳ１０１では、このように排ガスＧｅｘにより酸化剤ガスＧｏが空気予熱器で加熱されながら、酸化剤ガスＧｏの供給を行うことで、燃料電池２内の断熱材を乾燥させ、残留している余分な水分が除去される。
【0043】
このようにステップＳ１０１では、第２加熱器３２を停止したまま、第１加熱器３６によって空気予熱器３０を介して酸化剤ガスＧｏを加熱して昇温させている。仮に、第２加熱器３２によって酸化剤ガスＧｏを直接燃焼器で加熱すると、第２加熱器３２の燃焼で生じた水分を含む酸化剤ガスＧｏが、低温（常温）の発電室４に供給されることで起動初期の低温時に発電室４内で結露を生じてしまうおそれがある。それに対して本実施形態では、第１加熱器３６によって空気予熱器３０を介して間接的に酸化剤ガスＧｏを加熱することで、このような結露発生を効果的に防止できる。
【0044】
続いて制御装置１００は、ステップＳ１０１の第１加熱器３６の動作によって発電室温度Ｔｇが第１基準値Ｔｒｅｆ１に達したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２で判定される発電室温度Ｔｇは、発電室温度検出部１０４で検出される。第１基準値Ｔｒｅｆ１は、常温Ｔ０より高く、且つ、起動時における第２加熱器３２の動作開始を判定するための閾値として設定される。また、発電室の上昇に伴い燃料電池の燃料極や集電部材の酸化を防止するため燃料ガス供給ライン１０より徐々に燃料供給を開始する。
【0045】
発電室温度Ｔｇが第１基準値Ｔｒｅｆ１に達した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、第２加熱器制御部１０８は第２加熱器３２を動作させる（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３では、第２加熱器３２を動作させることで、酸化剤ガス供給ライン２６を流れる酸化剤ガスＧｏと第２加熱器の燃焼ガスが混合されることで加熱される。具体的には第２加熱器制御部１０８は、図５Ｂに示すように、第２加熱器燃料調整弁Ｖ６を開き、その開度を制御することで、第２加熱器３２に対する燃料ガスＧｆの供給量を調整することにより、第２加熱器３２の動作制御を行う。第２加熱器３２によって加熱された酸化剤ガスＧｏは、燃料電池２に供給されることで、発電室４が昇温される。これにより、図４の期間２では、第１加熱器３６及び第２加熱器３２の両方によって発電室４が加熱されることで、発電室温度Ｔｇが更に昇温される。また、第２加熱器は通常の燃焼用バーナでもよいし触媒燃焼器を用いてもよい。
【0046】
また第１加熱器制御部１０６は、燃焼器入口温度Ｔｂが燃焼器動作温度以上を維持するように第１加熱器３６を制御することにより燃焼器３８を動作する（ステップＳ１０４）。これにより、以降、オフガスＧｏｆｆはオフガス排出ライン４２から排ガスライン２４に排出され、排ガスＧｅｘに含まれる未燃分を燃焼器３８によって確実に燃焼させることが可能となる。
【0047】
尚、ステップＳ１０３では、第２加熱器３２によって酸化剤ガスＧｏを直接加熱しているが、燃焼によって生じた水分を含む酸化剤ガスＧｏが発電室４に供給されたとしても、期間１に比べて発電室温度Ｔｇが酸化剤ガスＧｏの飽和蒸気温度以上に高くなっているため、結露が生じることはない。
【0048】
続いて制御装置１００は、ステップＳ１０２の第１加熱器３６及び第２加熱器３２の動作によって発電室温度Ｔｇが第２基準値Ｔｒｅｆ２に達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。第２基準値Ｔｒｅｆ２は、第１基準値Ｔｒｅｆ１より高く設定される。
【0049】
発電室温度Ｔｇが第２基準温度Ｔｒｅｆ２に達すると発電室のセル空気極での燃焼が可能となるため、オフガス切替制御部１１２はオフガスＧｏｆｆの一部を酸化剤ガス供給ライン２６に導くように、オフガス排出量調整弁Ｖ３及びオフガス供給量調整弁Ｖ７の開度を制御する（ステップＳ１０６）。このときオフガス切替制御部１１２は、図５Ｃに示すように、オフガス排出量調整弁Ｖ３を閉じるとともに、オフガス供給量調整弁Ｖ７を開くように制御することで、オフガスＧｏｆｆを酸化剤ガス供給ライン２６に導く。酸化剤ガス供給ライン２６に導かれたオフガスＧｏｆｆは、酸化剤ガスＧｏと混合して発電室４に供給される。発電室４は、第２基準値Ｔｒｅｆ２以上の温度に達しているため、オフガスＧｏｆｆを含む酸化剤ガスＧｏは発電室４にて燃焼され、発電室温度Ｔｇが上昇する。このとき第２加熱器３２は引き続き動作されることで、図４の期間３に示すように、発電室４は更に昇温される。
【0050】
続いて制御装置１００は、発電室温度Ｔｇが第３基準値Ｔｒｅｆ３に達したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。第３基準値Ｔｒｅｆ３は、第２基準値Ｔｒｅｆ２より更に高い閾値として設定される。
【0051】
発電室温度Ｔｇが第３基準値Ｔｒｅｆ３に達した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、第１加熱器制御部１０６及び第２加熱器制御部１０８はそれぞれ第１加熱器３６及び第２加熱器３２を徐々に停止させるとともに、燃料ガスＧｆの供給量を増加することで、発電室４の昇温を促進する（ステップＳ１０８）。このとき第１加熱器制御部１０６及び第２加熱器制御部１０８は、図５Ｄに示すように、第１加熱器燃料調整弁Ｖ５及び第２加熱器燃料調整弁Ｖ６を徐々に閉じるとともに、制御装置１００は、燃料ガス供給量調整弁Ｖ１の開度を増やすことで、燃料電池２に供給される燃料ガスＧｆの供給量を増加させ、供給量に応じて発電（通電）を行う。発電室４での燃焼に加え、発電によるセル全体からの発熱を利用することで図４の期間４に示すように、発電室４が更に昇温される。
また、燃料ガスＧｆの供給に伴い発電室でのカーボン析出を防止するため、純水供給ライン２０より純水Ｗを供給する。
また、燃料ガスＧｆの供給に伴い発電室でのカーボン析出を防止するため、純水供給ライン２０より純水Ｗを供給する。
【0052】
続いて制御装置１００は、発電室温度Ｔｇが第４基準値Ｔｒｅｆ４に達したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。第４基準値Ｔｒｅｆ４は、第４基準値Ｔｒｅｆ４より高く、且つ、燃料電池２の運転温度に対応するように設定される。
【0053】
発電室温度Ｔｇが第４基準値Ｔｒｅｆ４に達した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、制御装置１００は、一連の起動制御を完了し、通常運転（発電状態）に移行する。通常運転時には、図５Ｅに示すように、純水供給量調整弁Ｖ２は閉じられ、要求発電量に応じた燃料ガスＧｆ及び酸化剤ガスＧｏの流量制御が行われる。酸化剤ガスＧｏの流量はブロワの回転数を変化させることで調整可能である。このとき酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４は、発電室温度Ｔｇが上限値を超えないように開閉制御される。また、第１加熱器制御部１０６は、燃焼器入口温度Ｔｂが燃焼器動作温度以上を維持するように第１加熱器３６を制御する。
【0054】
このように燃料電池システム１の起動時には、第１加熱器３６及び第２加熱器３２を制御することにより、発電室４に結露を生じさせることなく、発電室温度Ｔｇを迅速に上昇させることができる。そのため、燃料電池システム１は起動時に発電室温度Ｔｇを昇温させるための専用デバイスとして、コストや設置スペースの点で不利になる大型設備を備える必要なく、通常運転に使用する使用する機器と比較的コンパクトな設備である第１加熱器３６及び第２加熱器３２の制御によって起動時間の短縮を図ることができる。
【0055】
次に上記構成を有する燃料電池システム１の停止方法について説明する。図６は一実施形態に係る燃料電池システム１の停止方法を示すフローチャートであり、図７は一実施形態に係る燃料電池システム１の停止時における燃料電池２の発電室温度Ｔｇの推移を示すタイミングチャートであり、図８Ａ～図８Ｃは図６に対応する燃料電池システム１の状態を示す図である。
尚、以下に述べる停止方法では、初期状態として図５Ｅに示す通常運転状態を想定する。
尚、以下に述べる停止方法では、初期状態として図５Ｅに示す通常運転状態を想定する。
【0056】
停止方法では、まず通常運転状態にある燃料電池２の出力電流を最低負荷まで減少させる（ステップＳ２００）。このとき燃料電池２で発電された出力電力は、各種補機の駆動用として供給してもよい。
【0057】
続いて制御装置１００は、図８Ａに示すように、酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４の開度を次第に増加させることで、燃料電池２に供給される酸化剤ガスＧｏの温度を低下させる（ステップＳ２０１）。その結果、図７の期間６に示すように、発電室温度Ｔｇが次第に低下する。
【0058】
続いて制御装置１００は、発電室温度Ｔｇが第３基準値Ｔｒｅｆ３以下になったか否かを判定する（ステップＳ２０２）。発電室温度Ｔｇが第３基準値Ｔｒｅｆ３以下になった場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、制御装置１００は、燃料電池２の出力電流を遮断するとともに、燃料電池２に対する燃料ガスＧｆの供給を停止し、オフガス排出量調整弁Ｖ３を閉とし再循環ブロワ１８を用いて燃料ガスＧｆを系内で再循環させる（ステップＳ２０３）。そして、図８Ｂに示すように、制御装置１００は、燃料ガス供給量調整弁Ｖ１を閉じることにより、燃料電池２への燃料ガスＧｆの供給を停止する（ステップＳ２０４）。但し、内部リークなどによる燃料の消費分については適宜追加供給を行ってもよい。
【0059】
尚、ステップＳ２０３においても、酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４の開度を次第に増加し、酸化剤ガス供給量調整弁Ｖ８の開度を次第に閉とするように制御されることで、燃料電池２の冷却が促進される。その結果、図７の期間７に示すように、発電室温度Ｔｇは更に低下する。
【0060】
続いて制御装置１００は、発電室温度Ｔｇが第２基準値Ｔｒｅｆ２以下になったか否かを判定する（ステップＳ２０５）。発電室温度Ｔｇが第２基準値Ｔｒｅｆ２以下になった場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、オフガスライン１４に残存する燃料ガスＧｆを燃焼器３８によって燃焼して外部に排出する（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６においても、図８Ｃに示すように、燃焼器３８が動作可能な温度範囲（燃焼器動作温度以上）を維持するために、第１加熱器制御部１０６は、必要に応じて第１加熱器燃料調整弁Ｖ５の開度を制御する。これにより、発電室温度Ｔｇが低下中においても、燃焼器３８が動作可能な温度範囲を維持することで、排ガスＧｅｘに残存する未燃分が外部に排出されることを抑制できる。その結果、図７の期間８に示すように、発電室温度Ｔｇが第２基準値Ｔｒｅｆ２以下に低下しても安全に排ガスＧｅｘを大気へ放出できる。
【0061】
続いて制御装置１００は、発電室温度Ｔｇが第１基準値Ｔｒｅｆ１以下になったか否かを判定する（ステップＳ２０７）。発電室温度Ｔｇが第１基準値Ｔｒｅｆ１以下になった場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、制御装置１００は酸化剤ガスバイパス量調整弁Ｖ４、酸化剤ガス供給量調整弁Ｖ８を全開とし、燃料ガス供給量調整弁Ｖ１、純水供給量調整弁Ｖ２、オフガス排出量調整弁Ｖ３、第１加熱器燃料調整弁Ｖ５、第２加熱器燃料調整弁Ｖ６、オフガス供給調整弁Ｖ７は全閉として一連の停止制御を完了する。
【0062】
このような停止方法によれば、燃料電池２を停止状態にする際に、燃料ガスＧｆの供給を停止して発電室温度Ｔｇが低下することで第２基準値Ｔｒｅｆ２以下になった際においても、燃焼器３８の温度が燃焼器動作温度以上になるように、第１加熱器３６が制御される。これにより、発電室温度Ｔｇが第２基準値Ｔｒｅｆ２以下になった場合でも、燃焼器３８が燃焼器動作温度以上になることで、燃焼器３８による排ガスに含まれる未燃分の燃焼が可能となり、早いタイミングでオフガスの酸化剤ガスへの供給を停止し発電室の降温が促進される。また、空気予熱器をバイパスする酸化剤ガス量を増加させ発電室を冷却する酸化剤ガス量を維持しつつ酸化剤ガスの供給温度を下げることで、より短時間での降温が可能となり、燃料ガスＧｆの消費を抑えながらも、外部に未燃分を含む排ガスが排出されることを防止できる。
【0063】
続いて上記構成を有する燃料電池システム１の極低負荷（ホットスタンバイ）運転方法について説明する。図９は一実施形態に係る燃料電池システム１の極低負荷方法を示すフローチャートである。
【0064】
前述の起動方法によって起動された燃料電池システム１では、その運転状態として、例えば電力供給先である電力系統（不図示）からの要求負荷に基づいて通常運転状態と極低負荷運転状態とを切替可能である。まず制御装置１００は、燃料電池システム１に対する要求負荷が最低負荷以上であるか否かを判定する（ステップＳ３００）。要求負荷が最低負荷未満である場合（ステップＳ３００：ＮＯ）、燃料電池システム１は、燃料電池２の運転状態を極低負荷運転状態にする（ステップＳ３０２）。極低負荷運転状態は、全く発電を行わないいわゆるホットスタンバイ運転状態も含み、通常運転状態の発電室温度Ｔｇを維持しつつ、通常運転状態に比べて燃料電池２に対する燃料ガスＧｆの供給量を減らすことで、余分な燃料ガスＧｆの消費が抑えられる。
【0065】
極低負荷運転状態では、発電室が発電に必要な温度以上に維持されているかが監視されており、発電室温度Ｔｇが通常発電に必要な温度Ｔｒｅｆ３以上であるか否かが判定される（ステップＳ３０３）。発電室温度ＴｇがＴｒｅｆ３未満である場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、制御装置１００は、第２加熱器３２に第２加熱器燃料調整弁Ｖ６より燃料を供給することで第２加熱器３２を動作させることで、供給空気を昇温する（ステップＳ３０４）。一方、発電室温度ＴｇがＴｒｅｆ３以上である場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、第２加熱器３２は停止したままである（ステップＳ３０５）。
【0066】
次に極低負荷運転においても緊急時に未燃ガスを安全に放出できるように、燃焼器入口温度Ｔｂが燃焼器３８の燃焼動作温度Ｔｂ０を維持しているか否かが判定される（ステップＳ３０６）。燃焼器動作温度Ｔｂ０は、排ガスライン２４を流れる排ガスＧｅｘに含まれる未燃分を燃焼器３８で燃焼するために必要な温度であり、燃焼器３８に固有な温度閾値である。燃焼器温度Ｔｂが燃焼器動作温度Ｔｂ０未満である場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）、制御装置１００は第１加熱器３６を動作することで、排ガスライン２４を流れる排ガスＧｅｘを加熱し、燃焼器温度Ｔｂが燃焼器動作温度Ｔｂ０以上になるように燃焼器３８を昇温する（ステップＳ３０７）。一方で、極低負荷運転状態において燃焼器温度Ｔｂが燃焼器動作温度Ｔｂ０以上である場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、第１加熱器３６が動作されず、停止される（ステップＳ３０８）。これにより、第１加熱器３６における余分なエネルギ消費が抑えられる。
【0067】
そして電力系統からの燃料電池システム１に対する要求負荷が増加することで最低負荷以上となった場合（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、燃料電池システム１は極低負荷運転状態から通常運転状態に切り替えられる（ステップＳ３０１）。このとき燃料電池システム１では、極低負荷運転状態では発電室温度Ｔｇが高温に維持されているため、ステップＳ３０１では、燃料ガスＧｆの供給量を増加させることで通常運転状態に迅速に切り替えることができる。
尚、通常運転状態では、要求負荷に応じて燃料ガスＧｆの供給量が制御されることにより、要求負荷に対応する発電量が出力される。
尚、通常運転状態では、要求負荷に応じて燃料ガスＧｆの供給量が制御されることにより、要求負荷に対応する発電量が出力される。
【0068】
近年、再生可能エネルギを用いた発電の普及が進んでいる。再生可能エネルギを用いた発電量は例えば気象等の環境条件に依存して変動する。そのため、前述の燃料電池システム１が再生可能エネルギによる給電設備と共通の電力系統に接続される場合、燃料電池システム１には、その変動を吸収するための極低負荷運転やホットスタンバイ（待機）運転が求められる。上記極低負荷運転方法では、再生可能エネルギによる発電量が十分にあることで要求負荷が無い場合には、極低負荷（ホットスタンバイ）運転状態に切り替えられることにより、発電可能な状態で待機する。極低負荷運転状態では、燃料ガスＧｆの供給量が抑えられることで、待機中の燃料ガスＧｆの消費が抑えられる。そして、再生可能エネルギによる発電量が不足して電力系統の需給バランスから燃料電池システム１に対する要求負荷が増加した場合には、速やかに通常運転状態に切り替えられることで、要求負荷に応じた発電量の出力が可能となる。
【0069】
上記説明したように上記実施形態によれば、設備規模を抑えつつ、迅速な起動停止が可能な燃料電池システム１、及び、燃料電池システム１の運転方法を提供できる。
【0070】
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【0071】
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
【0072】
（１）一態様に係る燃料電池システム（１）は、
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器（３６）と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器（３０）と、
を備える。
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器（３６）と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器（３０）と、
を備える。
【0073】
上記（１）の態様によれば、例えば起動時のように燃料電池が常温状態にある場合に、排ガスラインに設けられた第１加熱器によって排ガスを昇温することにより、熱交換器を介して、酸化剤ガス供給ラインを流れる酸化剤ガスを昇温できる。このような第１加熱器による排ガスの昇温では、排ガスに含まれる未燃分が燃焼されることで水蒸気が発生したとしても、この水蒸気は酸化剤ガス供給ラインに導かれることはない。そのため、燃料電池に供給される酸化剤ガスは、燃焼による水蒸気の増加を伴わずに昇温される。その結果、燃料電池では起動初期に結露が生じることなく、迅速な昇温が可能となる。また排ガスの温度が燃焼器動作温度未満であることにより、燃焼器による排ガスの未燃分の燃焼が不能な場合においても、第１加熱器によって未燃分の燃焼が可能となる。これにより、起動初期における排ガスに含まれる未燃分の外部排出を効果的に抑制できる。
【0074】
（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記第１加熱器は、前記排ガスラインのうち前記燃焼器より上流側に設けられる。
前記第１加熱器は、前記排ガスラインのうち前記燃焼器より上流側に設けられる。
【0075】
上記（２）の態様によれば、排ガスラインにおいて燃焼器の上流側に第１加熱器が設けられる。これにより、第１加熱器によって排ガスを昇温させることで、第１加熱器より下流側に位置する燃焼器を動作可能な温度（燃焼器動作温度）まで迅速に昇温できる。
【0076】
（３）他の態様では、上記（２）の態様において、
前記燃焼器の入口温度を検出するための燃焼器入口温度検出部（１０２）と、
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部（１０６）と、
を備える。
前記燃焼器の入口温度を検出するための燃焼器入口温度検出部（１０２）と、
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部（１０６）と、
を備える。
【0077】
上記（３）の態様によれば、排ガスラインにおいて第１加熱器より下流側に設けられた燃焼器の入口温度が燃焼器動作温度以上になるように、第１加熱器の動作が制御される。これにより、燃焼器の入口温度が燃焼器動作温度以上に確保され、排ガスに含まれる未燃分を燃焼器で好適に燃焼して除去できる。
【0078】
（４）他の態様では、上記（１）から（３）のいずれか一態様において、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器（３２）を備える。
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器（３２）を備える。
【0079】
上記（４）の態様によれば、酸化剤ガス供給ラインに設けられた第２加熱器によって、熱交換器によって排ガスラインを流れる排ガスと熱交換することにより昇温された酸化剤ガスを更に昇温できる。これにより、例えば起動時のように燃料電池の発電室での燃焼が可能な温度域への迅速な昇温が可能となる。
【0080】
（５）他の態様では、上記（４）の態様において、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部（１０８）と、
を備える。
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部（１０８）と、
を備える。
【0081】
上記（５）の態様によれば、酸化剤ガス供給ラインに設けられた第２加熱器は、発電室の温度が基準温度以上になるように制御される。このように第２加熱器を制御することにより、熱交換器によって排ガスラインを流れる排ガスと熱交換することにより昇温された酸化剤ガスを更に昇温して、燃料電池の発電室での燃焼可能温度域までの昇温時間を短縮し、より短時間での起動が可能となる。
【0082】
（６）他の態様では、上記（１）から（５）のいずれか一態様において、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器（３２）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部（１０８）と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる。
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器（３２）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部（１０８）と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる。
【0083】
上記（６）の態様によれば、発電室の温度が第１温度になるまで第１加熱器によって燃料電池が昇温された後、発電室の温度が第１温度以上になった場合には、第２加熱器により更なる昇温が行われることで、迅速な燃料電池の起動が可能となる。
【0084】
（７）他の態様では、上記（１）から（６）のいずれか一態様において、
前記燃料電池から排出されるオフガス（Ｇｏｆｆ）が流れるオフガスライン（１４）が、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ライン（４２）を更に備える。
前記燃料電池から排出されるオフガス（Ｇｏｆｆ）が流れるオフガスライン（１４）が、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ライン（４２）を更に備える。
【0085】
上記（７）の態様によれば、燃料ガスを含むオフガスが、オフガス供給ラインを介して酸化剤ガス供給ラインに供給可能である。例えば燃料電池が基準温度以上に昇温されると、燃料ガスを含むオフガスをオフガス供給ラインを介して酸化剤ガス供給ラインに供給することで、燃料電池でオフガスを燃焼させて発電室の加熱用燃料として使用できる。
【0086】
（８）他の態様では、上記（７）の態様において、
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記オフガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が前記基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる。
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記オフガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が前記基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる。
【0087】
上記（８）の態様によれば、燃料電池が基準温度以上に昇温された場合に、オフガスラインの接続先を排ガスラインからオフガス供給ラインに切り替えられる。これにより、オフガスラインを介してオフガス供給ラインに供給されたオフガスを燃料電池で燃焼させることで、燃料電池の加熱用燃料として使用できる。
【0088】
（９）一態様に係る燃料電池システムの起動方法は、
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器（３６）と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器（３０）と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器（３２）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える。
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器（３６）と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器（３０）と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器（３２）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える。
【0089】
上記（９）の態様によれば、発電室の温度が第１温度になるまで第１加熱器によって燃料電池が昇温された後、発電室の温度が第１温度以上になった場合には、第２加熱器により更なる昇温が行われることで、迅速な燃料電池の起動が可能となる。
【0090】
（１０）一態様に係る燃料電池システムの停止方法は、
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度（Ｔｂ０）以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器（３６）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システム（１）の停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える。
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度（Ｔｂ０）以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器（３６）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システム（１）の停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える。
【0091】
上記（１０）の態様によれば、燃料電池を停止状態にする際に、燃料ガスＧｆの供給を停止して発電室温度Ｔｇが低下することで第２基準値Ｔｒｅｆ２以下になった際においても、燃焼器３８の温度が燃焼器動作温度以上になるように、第１加熱器３６が制御される。これにより、発電室温度Ｔｇが第２基準値Ｔｒｅｆ２以下になった場合でも、燃焼器３８が燃焼器動作温度以上になることで、燃焼器３８による排ガスに含まれる未燃分の燃焼が可能となり、早いタイミングでオフガスの酸化剤ガスへの供給を停止し発電室の降温が促進される。また、空気予熱器をバイパスする酸化剤ガス量を増加させ発電室を冷却する酸化剤ガス量を維持しつつ酸化剤ガスの供給温度を下げることで、より短時間での降温が可能となり、燃料ガスＧｆの消費を抑えながらも、外部に未燃分を含む排ガスが排出されることを防止できる。
【0092】
（１１）一態様に係る燃料電池システムの極低負荷運転方法は、
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度（Ｔｂ０）以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた前記第１加熱器（３６）と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な前記熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器（３０）より下流側に設けられた前記第２加熱器（３２）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システム（１）の極低負荷運転御方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える。
燃料ガス（Ｇｆ）及び酸化剤ガス（Ｇｏ）を用いて発電可能な発電室（４）を有する燃料電池（２）と、
前記燃料電池からの排ガス（Ｇｅｘ）が流れる排ガスライン（２４）と、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度（Ｔｂ０）以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器（３８）と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた前記第１加熱器（３６）と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な前記熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器（３０）より下流側に設けられた前記第２加熱器（３２）と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部（１０４）と、
を備える、燃料電池システム（１）の極低負荷運転御方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える。
【0093】
上記（１１）の態様によれば、燃料電池に対する要求負荷が無い場合には、燃料電池の運転状態が通常運転状態から極低負荷運転状態にされる。極低負荷運転状態では、燃料電池に対する燃料ガスの供給量が通常運転状態より減少されることで待機時における燃料ガスの消費を抑えることができる。このとき燃焼器の温度が燃焼器動作温度以上になるように第１加熱器が制御されることにより、極低負荷運転状態においても燃焼器による排ガスに含まれる未燃分の燃焼が可能となり、外部に未燃分を含む排ガスが排出されることを防止できる。
【符号の説明】
【0094】
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池
４ 発電室
１０ 燃料ガス供給ライン
１２ 燃料ガス供給源
１４ オフガスライン
１６ 再循環ライン
１８ 再循環ブロア
２０ 純水供給ライン
２２ 純水供給源
２４ 排ガスライン
２６ 酸化剤ガス供給ライン
２８ ブロア
３０ 空気予熱器
３２ 第２加熱器
３４ バイパスライン
３６ 第１加熱器
３８ 燃焼器
３９ 温度センサ
４０ 加熱器燃料ガス供給ライン
４１ 温度センサ
４２ オフガス供給ライン
１００ 制御装置
１０２ 燃焼器入口温度検出部
１０４ 発電室温度検出部
１０６ 第１加熱器制御部
１０８ 第２加熱器制御部
１１０ 燃焼器制御部
１１２ オフガス切替制御部
Ｇｆ 燃料ガス
Ｇｏ 酸化剤ガス
Ｇｅｘ 排ガス
Ｇｏｆｆ オフガス
Ｖ１ 燃料ガス供給量調整弁
Ｖ２ 純水供給量調整弁
Ｖ３ オフガス排出量調整弁
Ｖ４ 酸化剤ガスバイパス量調整弁
Ｖ５ 第１加熱器燃料調整弁
Ｖ６ 第２加熱器燃料調整弁
Ｖ７ オフガス供給量調整弁
Ｖ８ 酸化剤ガス供給量調整弁
２ 燃料電池
４ 発電室
１０ 燃料ガス供給ライン
１２ 燃料ガス供給源
１４ オフガスライン
１６ 再循環ライン
１８ 再循環ブロア
２０ 純水供給ライン
２２ 純水供給源
２４ 排ガスライン
２６ 酸化剤ガス供給ライン
２８ ブロア
３０ 空気予熱器
３２ 第２加熱器
３４ バイパスライン
３６ 第１加熱器
３８ 燃焼器
３９ 温度センサ
４０ 加熱器燃料ガス供給ライン
４１ 温度センサ
４２ オフガス供給ライン
１００ 制御装置
１０２ 燃焼器入口温度検出部
１０４ 発電室温度検出部
１０６ 第１加熱器制御部
１０８ 第２加熱器制御部
１１０ 燃焼器制御部
１１２ オフガス切替制御部
Ｇｆ 燃料ガス
Ｇｏ 酸化剤ガス
Ｇｅｘ 排ガス
Ｇｏｆｆ オフガス
Ｖ１ 燃料ガス供給量調整弁
Ｖ２ 純水供給量調整弁
Ｖ３ オフガス排出量調整弁
Ｖ４ 酸化剤ガスバイパス量調整弁
Ｖ５ 第１加熱器燃料調整弁
Ｖ６ 第２加熱器燃料調整弁
Ｖ７ オフガス供給量調整弁
Ｖ８ 酸化剤ガス供給量調整弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2022-10-25
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項2】
前記第１加熱器は、前記排ガスラインのうち前記燃焼器より上流側に設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項3】
前記燃焼器の入口温度を検出するための燃焼器入口温度検出部と、
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器を備える、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項5】
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項４に記載の燃料電池システム。
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項6】
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項7】
前記燃料電池から排出されるオフガスが流れるオフガスラインが、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ラインを更に備える、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項8】
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項9】
前記燃焼器は触媒燃焼器である、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項10】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、燃料電池システム。
【請求項11】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
【請求項12】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
【請求項13】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法。
【手続補正書】
【提出日】2023-03-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な触媒燃焼器である燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な触媒燃焼器である燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項2】
前記燃焼器の入口温度を検出するための燃焼器入口温度検出部と、
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記燃焼器入口温度検出部によって検出された前記入口温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項3】
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器を備える、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度が、基準温度以上になるように、前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備える、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項5】
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項6】
前記燃料電池から排出されるオフガスが流れるオフガスラインが、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ラインを更に備える、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項7】
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項8】
前記燃焼器は触媒燃焼器である、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項9】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、燃料電池システム。
【請求項10】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの起動方法であって、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温するステップと、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温するステップと、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
【請求項11】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な触媒燃焼器である燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な触媒燃焼器である燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側に設けられた第１加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池を停止状態にするために前記発電室の温度を低下させる際に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記発電室の温度が発電室燃焼が可能な第２温度以下に低下しても、前記燃焼器が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
【請求項12】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法。
前記燃料電池からの排ガスが流れる排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法であって、
前記燃料電池の要求負荷が通常運転の最低負荷より低いと判定された場合に、通常運転状態に比べて前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池を極低負荷運転状態にするステップと、
前記極低負荷運転状態において前記発電室温度が発電可能な温度以上になるように前記第２加熱器を用いて温度維持するステップと、
前記燃焼器の温度が前記燃焼器動作温度以上になるように、前記第１加熱器を用いて前記排ガスラインを流れる前記排ガスを加熱するステップと、
前記燃料電池の要求負荷が有ると判定された場合に、前記燃料電池を前記通常運転状態にするステップと、
を備える、燃料電池システムの極低負荷運転方法。
【請求項13】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器より下流側に設けられた第２加熱器と、
前記発電室の温度を検出するための発電室温度検出部と、
前記発電室温度検出部によって検出された前記発電室の温度に基づいて、前記第１加熱器及び前記第２加熱器を制御する加熱器制御部と、
を備え、
前記加熱器制御部は、
前記発電室の温度が第１温度になるまで前記第１加熱器を用いて前記燃料電池を昇温させ、
前記発電室の温度が前記第１温度以上になった場合、前記第２加熱器を用いて前記燃料電池を更に昇温させる、燃料電池システム。
【請求項14】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電可能な発電室を有する燃料電池と、
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記燃料電池から排出されるオフガスが流れるオフガスラインが、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ラインと、
を備え、
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる、燃料電池システム。
前記燃料電池からの排出される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを含む排ガスを外部に排出するための排ガスラインと、
前記排ガスラインに設けられ、燃焼器動作温度以上において前記排ガスに含まれる未燃分を燃焼可能な燃焼器と、
前記排ガスラインのうち前記燃焼器の上流側又は下流側に設けられた第１加熱器と、
前記第１加熱器を通過した前記排ガスと、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス供給ラインを流れる前記酸化剤ガスとを熱交換可能な熱交換器と、
前記燃料電池から排出されるオフガスが流れるオフガスラインが、前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に接続されるオフガス供給ラインと、
を備え、
前記オフガスラインは、前記排ガスライン又は前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に選択的に接続可能であり、前記発電室の温度が基準温度以上になった場合に、前記オフガスラインの接続先が、前記排ガスラインから前記酸化剤ガス供給ラインのうち前記熱交換器の下流側に切り替えられる、燃料電池システム。