特開 2024-122798 燃料電池装置

(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】P2024122798

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04746 20160101AFI20240902BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20240902BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20240902BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20240902BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20240902BHJP

   H01M 8/04694 20160101ALI20240902BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240902BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04746

H01M8/0606

H01M8/04225

H01M8/04302

H01M8/04701

H01M8/04694

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030556

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100132045

【弁理士】

【氏名又は名称】坪内 伸

(72)【発明者】

【氏名】藏本 将也

(72)【発明者】

【氏名】山内 亨祐

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA07

5H127AC02

5H127AC04

5H127BA02

5H127BA05

5H127BA13

5H127BA34

5H127BA57

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB19

5H127BB37

5H127DA01

5H127DC02

5H127DC22

5H127DC82

5H127DC83

5H127DC84

(57)【要約】

【課題】起動時のＣＯの発生量を低減させる。
【解決手段】燃料電池装置１０は改質器１１と燃料電池セル１２と燃焼部１３と点火部１４と制御装置１５とを有する。燃焼部１３は燃料電池セル１２において未反応の燃料ガスを燃焼させた熱を用いて改質器１１を加熱可能である。点火部１４は燃焼部１３に供給される燃料ガスに点火する。制御装置１５は第１の工程と第２の工程とを含む起動処理を行う。第１の工程は点火部１４を作動させる。第２の工程は第１のサブ工程を含む。第１のサブ工程は第１の工程に連続する。制御装置１５は酸素含有ガスを第１の工程よりも第１のサブ工程において多くなるように燃料電池セル１２に供給させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原燃料及び水を水蒸気改質することにより燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池セルと、
前記燃料電池セルにおいて未反応の前記燃料ガスを燃焼させた熱を用いて前記改質器を加熱可能な燃焼部と、
前記燃焼部に供給される前記燃料ガスに点火する点火部と、
前記点火部を作動させる第１の工程と、前記第１の工程に連続する第１のサブ工程を含む第２の工程とを有する起動処理を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記酸素含有ガスを、前記第１の工程よりも前記第１のサブ工程において多くなるように前記燃料電池セルに供給させる
燃料電池装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記起動処理における前記第１の工程以前に、前記改質器に水を供給させる
請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記起動処理において、前記燃焼部の温度が複数回低下するように、前記点火部を制御する
請求項１又は２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記点火部の作動停止による前記燃焼部の温度低下が、複数回の前記燃焼部の温度低下の最後の温度低下となるように、前記点火部を制御する
請求項３に記載の燃料電池装置。

【請求項5】

前記第２の工程は、前記第１のサブ工程に連続する第２のサブ工程を含み、
前記制御装置は、前記酸素含有ガスを前記第２のサブ工程よりも前記第１のサブ工程において多くなるように前記燃料電池セルに供給させ、前記改質器及び前記燃料電池セルへの空燃比を前記第２のサブ工程より前記第１のサブ工程において大きくなるように前記原燃料及び前記酸素含有ガスを供給させる
請求項１又は２に記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記空燃比を、前記第１の工程より前記第２のサブ工程において大きくなるように前記原燃料及び前記酸素含有ガスを供給させる
請求項５に記載の燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固体酸化物形燃料電池では、水蒸気改質により原燃料から燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成している。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応に必要な熱は燃料電池セルから排出されるオフガス及びオフガスに含まれる未反応ガスの燃焼により供給される。このような固体酸化物形燃料電池において、起動方法についての多様な考案が検討されている（特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４７６１２５９号公報

【特許文献2】特許第５５００５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、起動中の一酸化炭素（ＣＯ）の発生量を低減することは検討されていなかった。

【0005】

かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、本発明の構成を用いない構成と比べ燃料電池装置の起動時のＣＯの発生量を低減するである

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による燃料電池装置は、
原燃料及び水を水蒸気改質することにより燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池セルと、
前記燃料電池セルにおいて未反応の前記燃料ガスを燃焼させた熱を用いて前記改質器を加熱可能な燃焼部と、
前記燃焼部に供給される前記燃料ガスに点火する点火部と、
前記点火部を作動させる第１の工程と、前記第１の工程に連続する第１のサブ工程を含む第２の工程とを有する起動処理を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記酸素含有ガスを、前記第１の工程よりも前記第１のサブ工程において多くなるように前記燃料電池セルに供給させる

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、起動時のＣＯの発生量が低減する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る燃料電池装置の概略構成を示す構成図である。

【図2】図１の制御装置による燃焼部の温度を複数回低下させる制御による時間に対する温度の関係を示すグラフである。

【図3】図１の制御装置が実行する第１の起動処理を説明するためのフローチャートである。

【図4】図１の制御装置が実行する第２の起動処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の図面に示す構成要素において、同じ構成要素には同じ符号を付す。

【0010】

図１に示すように、本開示の一実施形態に係る燃料電池装置１０は、改質器１１、燃料電池セル１２、燃焼部１３、点火部１４、及び制御装置１５を含んで構成される。燃料電池装置１０は、更に、第１の温度センサ１６、第２の温度センサ２０、第１の調整機構１７、第２の調整機構１８、及び第３の調整機構１９を含んで構成されてよい。

【0011】

改質器１１は、原燃料及び水蒸気を用いて水蒸気改質することにより燃料ガスを生成する。原燃料は、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の軽質炭化水素である。水蒸気は、液状の改質水として改質器１１に供給され、改質器１１に設けられる気化部において水蒸気に気化されてよい。燃料ガスは、例えば、水素ガスを含む。

【0012】

燃料電池セル１２は、固体酸化物形燃料電池セルであってよい。燃料電池セル１２は複数であってよい。複数の燃料電池セル１２は、セルスタックを構成してよい。燃料電池セル１２は、改質器１１が生成した燃料ガス、及び空気等の酸素含有ガスを用いて、電気化学反応により発電する。

【0013】

燃焼部１３は、燃料電池セル１２における未反応燃料ガスを、未反応の酸素含有ガスを用いて燃焼させる。燃焼部１３は、当該未反応燃料ガスを燃焼させた熱を用いて改質器１１を加熱可能である。燃焼部１３は、例えば、燃料電池装置１０の設計上の設置姿勢において、改質器１１の鉛直下方に位置してよい。燃焼部１３は、改質器１１を加熱することにより、改質器１１における水蒸気改質反応を行わせるエネルギーを付与してよい。

【0014】

点火部１４は、燃焼部１３に供給される未反応燃料ガスに点火する。点火部１４は、燃焼部１３近傍を加熱可能であってよい。点火部１４は、例えば着火用のヒータである。

【0015】

第１の温度センサ１６は、燃焼部１３の温度を検出してよい。第２の温度センサ２０は、燃料電池セル１２の温度を検出してよい。第１の温度センサ１６及び第２の温度センサ２０は、例えば、熱電対である。

【0016】

第１の調整機構１７は、酸素含有ガスの燃料電池セル１２への供給量を調整してよい。第１の調整機構１７は、例えば、デューティー比を変更可能なブロワであってよい。

【0017】

第２の調整機構１８は、水の改質器１１への供給量を調整してよい。第２の調整機構１８は、例えば、デューティー比を変更可能なポンプであってよい。

【0018】

第３の調整機構１９は、原燃料の改質器１１への供給量を調整してよい。第３の調整機構１９は、例えば、デューティー比を変更可能なポンプであってよい。

【0019】

制御装置１５は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの専用回路又はこれらの組み合わせを含んで構成される。プロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の汎用プロセッサ又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等であってもよい。

【0020】

制御装置１５は、燃料電池装置１０の動作を制御してよい。例えば、制御装置１５は、燃料電池装置１０を停止状態から発電可能状態に遷移させる起動処理を行う。

【0021】

制御装置１５は、起動処理において、燃焼部１３の温度が複数回低下するように点火部１４を制御してよい。具体的には、制御装置１５は、起動処理中の改質器１１における水の蒸発気化の開始後に、点火部１４を作動させるように制御することにより、燃焼部１３の温度を複数回低下させてよい。より具体的には、制御装置１５は、点火部１４の作動停止による燃焼部１３の温度低下が、複数回の燃焼部１３の温度低下の最後の温度低下となるように、点火部１４を制御してよい。例えば、制御装置１５は、後述する第１のサブ工程中に、点火部１４の作動を維持してよい。

【0022】

温度を複数回低下させる制御について、以下に説明する。起動処理においては、図２に示すように、水蒸気改質反応が安定的に進み且つ燃料電池セル１２が安定的に発電可能となる安定化温度に燃焼部１３の温度が昇温するように制御される。起動処理の開始後、燃焼部１３の温度が上昇するものの、改質器１１において水の蒸発器化が開始すると温度は低下する。水蒸気改質反応の開始後から安定化温度に昇温するまでの間に、連続的又は断続的に、点火部１４が作動することにより、燃焼部１３の温度が複数回低下し得る。

【0023】

起動処理の詳細が、以下に説明される。起動処理は、第１の工程及び第２の工程を含む。

【0024】

第１の工程は、制御装置１５が点火部１４を作動させる工程である。言換えると、第１の工程中において、制御装置１５は、点火部１４の作動状態を維持してよい。したがって、第１の工程中、点火部１４は周囲に熱エネルギーの供給を維持する。

【0025】

又、制御装置１５は、第１の工程において、第１の調整機構１７が酸素含有ガスを燃料電池セル１２に供給するように制御してよい。又、制御装置１５は、第１の工程において、第３の調整機構１９が原燃料を改質器１１に供給するように制御してよい。制御装置１５は、第１の工程において、空燃比が任意の設定値に一致するように、第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。空燃比は、本願明細書においては、改質器１１への原燃料の供給量に対する燃料電池セル１２への酸素含有ガスの供給量の比である。

【0026】

又、制御装置１５は、第１の工程において、水の改質器１１への供給の停止を継続するように第２の調整機構１８を制御してよい。第１の工程における酸素含有ガスの供給量は一定であってよい。なお、後述のように、第１の工程前に水の改質器１１への供給が行われる構成においては、制御装置１５は、第１の工程において、当該供給を停止する。

【0027】

第２の工程は、水の供給が行われる工程であってよい。第２の工程は、少なくとも第１のサブ工程を含む。第２の工程は、第１のサブ工程に連続する第２のサブ工程を更に含んでよい。第２の工程は、第２のサブ工程に連続する第３のサブ工程を更に含んでよい。

【0028】

第１のサブ工程は、第１の工程に連続して実行される工程である。第１のサブ工程は、燃焼部１３の温度が第１の温度閾値に到達する場合に開始される工程であってよい。第１の温度閾値は、例えば６００～７００℃の範囲で設定され、ＣＯの自然発火を促進可能な任意の温度である。制御装置１５は、第１の工程において、第１の温度センサ１６が検出する燃焼部１３の温度が、第１の温度閾値に到達した場合、第１の工程を終了して、第１のサブ工程を開始してよい。

【0029】

制御装置１５は、第１のサブ工程における酸素含有ガスの燃料電池セル１２への供給量を、第１の工程における供給量より増加させる。具体的には、制御装置１５は、酸素含有ガスの供給量を増加させるように第１の調整機構１７を制御する。

【0030】

又、制御装置１５は、第１のサブ工程において、第２の調整機構１８が水を改質器１１に供給開始するように制御してよい。又、制御装置１５は、第１のサブ工程において、第３の調整機構１９が原燃料を改質器１１に供給するように制御してよい。又、制御装置１５は、第１のサブ工程において、改質器１１におけるＳ／Ｃが任意の設定値に一致するように、第２の調整機構１８及び第３の調整機構１９を制御してよい。Ｓ／Ｃは、改質器１１に供給する原燃料中の炭素のモル数に対する水のモル数の比である。

【0031】

又、制御装置１５は、第１のサブ工程における空燃比を第１の工程における空燃比より増加するように第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。

【0032】

又、制御装置１５は、第１のサブ工程において一定の供給量、言い換えると流量で原燃料を供給するように第３の調整機構１９を制御してよい。第１のサブ工程における原燃料の供給量は、第１の工程における原燃料の供給量と同じであってよく、低くてよく、高くてよい。例えば、原燃料の供給量を減少させる場合には、具体的には、制御装置１５は、原燃料の供給量を低減させるように第３の調整機構１９を制御する。

【0033】

第２のサブ工程は、第１のサブ工程に連続して実行される工程である。第２のサブ工程は、燃焼部１３の温度が第２の温度閾値に到達する場合に開始される工程であってよい。第２の温度閾値は、第１の温度閾値より高い値であり、例えば７００～８００℃の範囲で設定される、水の気化が安定化する任意の温度である。制御装置１５は、第１のサブ工程において、第１の温度センサ１６が検出する燃焼部１３の温度が、第２の温度閾値に到達した場合、第１のサブ工程を終了して、第２のサブ工程を開始してよい。

【0034】

制御装置１５は、第２のサブ工程における酸素含有ガスの燃料電池セル１２への供給量を、第１のサブ工程における酸素含有ガスの供給量より低減させてよい。具体的には、制御装置１５は、酸素含有ガスの供給量を低減させるように第１の調整機構１７を制御する。又は、第２のサブ工程における酸素含有ガスの燃料電池セル１２への供給量は、第１のサブ工程における酸素含有ガスの供給量と同じであってよく、高くてよい。

【0035】

又、制御装置１５は、第２のサブ工程において第１のサブ工程と同様に、空燃比が任意の設定値に一致するように、第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。第１のサブ工程及び第２のサブ工程において、原燃料の供給量は同一であってよい。前述のように、第２のサブ工程において第１のサブ工程より酸素含有ガスの供給量を低下させる場合に、制御装置１５は、第２のサブ工程における空燃比を第１のサブ工程における空燃比より低下するように第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。

【0036】

又、制御装置１５は、第２のサブ工程における空燃比を第１の工程における空燃比より増加するように第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。

【0037】

又、制御装置１５は、第２のサブ工程におけるＳ／Ｃを第１のサブ工程におけるＳ／Ｃより増加するように第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。

【0038】

又、制御装置１５は、第２のサブ工程において一定の供給量、言い換えると流量で原燃料を供給するように第３の調整機構１９を制御してよい。第２のサブ工程における原燃料の供給量は、第１のサブ工程における原燃料の供給量と同じであってよい。

【0039】

又、制御装置１５は、第２のサブ工程を開始する時に、点火部１４の作動を停止させてよい。

【0040】

第３のサブ工程は、第２のサブ工程に連続して実行される工程である。第３のサブ工程は、燃焼部１３の温度が第４の温度閾値に到達する場合に開始される工程であってよい。第４の温度閾値は、第２の温度閾値より高い値であり、例えば８００～９００℃の範囲で設定される、改質器１１に内包される改質触媒の耐久性を考慮した任意の温度である。制御装置１５は、第２のサブ工程において、第１の温度センサ１６が検出する燃焼部１３の温度が、第４の温度閾値に到達した場合、第２のサブ工程を終了して、第３のサブ工程を開始してよい。

【0041】

第３のサブ工程における酸素含有ガスの燃料電池セル１２への供給量は、第２のサブ工程における酸素含有ガスの供給量と同じであってよく、低くてよく、高くてよい。例えば、酸素含有ガスの供給量と同じとする場合には、具体的には、制御装置１５は、酸素含有ガスの供給量を同じとなるように第１の調整機構１７を制御する。

【0042】

又、制御装置１５は、第３のサブ工程において第２のサブ工程と同様に、空燃比が任意の設定値に一致するように、第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。第１のサブ工程、第２のサブ工程及び第３のサブ工程において、原燃料の供給量は同一であってよい。

【0043】

又、制御装置１５は、第３のサブ工程におけるＳ／Ｃを第２のサブ工程におけるＳ／Ｃより増加するように第１の調整機構１７及び第３の調整機構１９を制御してよい。

【0044】

又、制御装置１５は、第３のサブ工程において一定の供給量、言い換えると流量で原燃料を供給するように第３の調整機構１９を制御してよい。第３のサブ工程における原燃料の供給量は、第２のサブ工程における原燃料の供給量と同じであってよい。

【0045】

制御装置１５は、起動処理における第１の工程以前に、改質器１１に水を供給するように第２の調整機構１８を制御してよい。

【0046】

制御装置１５は、起動処理の実行中に、燃料電池セル１２の温度が第３の温度閾値に到達する場合、起動処理を完了してよい。燃料電池セル１２の温度は、燃料電池セル１２を収納容器内に収納してモジュール化している構成では、モジュールの中心温度であってよい。第３の温度閾値は、例えば５００～６００℃の範囲で設定される、燃料電池セル１２における発電可能な温度である。起動処理が完了すると、燃料電池装置１０は発電可能な状態に遷移する。

【0047】

次に、本実施形態において制御装置１５が実行する第１の起動処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。第１の起動処理は、第２の工程が第１のサブ工程及び第２のサブ工程を含み、第３のサブ工程を含まない構成における起動処理である。第１の起動処理は、例えば、燃料電池装置１０を起動する操作入力を燃料電池装置１０の入力部が検知する場合に開始する。

【0048】

ステップＳ１００において、制御装置１５は、水の改質器１１への供給を開始させる。供給開始後、プロセスはステップＳ１０１に進む。

【0049】

ステップＳ１０１において、制御装置１５は、第１の工程を開始する。具体的には、制御装置１５は、点火部１４の作動を開始させる。又、制御装置１５は、水の供給を停止させる。又、制御装置１５は、酸素含有ガスの燃料電池セル１２への供給を開始させる。又、制御装置１５は、原燃料の改質器１１への供給を開始させる。第１の工程の開始後、プロセスはステップＳ１０２に進む。

【0050】

ステップＳ１０２において、制御装置１５は、第１の温度センサ１６が検出する燃焼部１３の温度が第１の温度閾値に到達しているか否かを判別する。第１の温度閾値に到達していない場合、プロセスはステップＳ１０２に戻る。第１の温度閾値に到達している場合、プロセスはステップＳ１０３に進む。

【0051】

ステップＳ１０３において、制御装置１５は、第１の工程を完了して、第１のサブ工程を開始する。具体的には、制御装置１５は、点火部１４の作動を維持させる。又、制御装置１５は、水の改質器１１への供給を開始させる。又、制御装置１５は、酸素含有ガスの供給量を増加させる。又、制御装置１５は、原燃料の改質器１１への供給を減少させる。第１のサブ工程の開始後、プロセスはステップＳ１０４に進む。

【0052】

ステップＳ１０４において、制御装置１５は、第１の温度センサ１６が検出する燃焼部１３の温度が第２の温度閾値に到達しているか否かを判別する。第２の温度閾値に到達していない場合、プロセスはステップＳ１０４に戻る。第２の温度閾値に到達している場合、プロセスはステップＳ１０５に進む。

【0053】

ステップＳ１０５において、制御装置１５は、第１のサブ工程を完了して、第２のサブ工程を開始する。具体的には、制御装置１５は、点火部１４の作動を停止させる。又、制御装置１５は、水の改質器１１への供給量を増加させる。又、制御装置１５は、酸素含有ガスの供給量を低減させる。又、制御装置１５は、原燃料の改質器１１への供給を維持させる。第２のサブ工程の開始後、プロセスはステップＳ１０６に進む。

【0054】

ステップＳ１０６において、制御装置１５は、第２の温度センサ２０が検出する燃料電池セル１２の温度が第３の温度閾値に到達しているか否かを判別する。第３の温度閾値に到達していない場合、プロセスはステップＳ１０６に戻る。第３の温度閾値に到達している場合、第１の起動処理は終了する。

【0055】

次に、本実施形態において制御装置１５が実行する第２の起動処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。第２の起動処理は、第２の工程が第１のサブ工程、第２のサブ工程、及び第３の工程を含む構成における起動処理である。第２の起動処理は、第１の起動処理と同様に、例えば、燃料電池装置１０を起動する操作入力を燃料電池装置１０の入力部が検知する場合に開始する。

【0056】

ステップＳ２００～ステップＳ２０５では、制御装置１５は、第１の起動処理のステップＳ１００～ステップＳ１０５と同じ制御を行う。ステップＳ２０５において、第２のサブ工程の開始後、プロセスはステップＳ２０６に進む。

【0057】

ステップＳ２０６において、制御装置１５は、第１の温度センサ１６が検出する燃焼部１３の温度が第４の温度閾値に到達しているか否かを判別する。第４の温度閾値に到達していない場合、プロセスはステップＳ２０６に戻る。第４の温度閾値に到達している場合、プロセスはステップＳ２０７に進む。

【0058】

ステップＳ２０７において、制御装置１５は、第２のサブ工程を完了して、第３のサブ工程を開始する。具体的には、制御装置１５は、水の改質器１１への供給量を増加させる。又、制御装置１５は、点火部１４の作動停止を維持させる。又、制御装置１５は、酸素含有ガスの供給量を維持させる。又、制御装置１５は、原燃料の改質器１１への供給を維持させる。第３のサブ工程の開始後、プロセスはステップＳ２０８に進む。

【0059】

ステップＳ２０８において、制御装置１５は、第２の温度センサ２０が検出する燃料電池セル１２の温度が第３の温度閾値に到達しているか否かを判別する。第３の温度閾値に到達していない場合、プロセスはステップＳ２０８に戻る。第３の温度閾値に到達している場合、第２の起動処理は終了する。

【0060】

以上のような構成の本実施形態の燃料電池装置１０は、原燃料及び水を水蒸気改質することにより燃料ガスを生成する改質器１１と、燃料ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池セル１２と、燃料電池セル１２において未反応の燃料ガスを燃焼させた熱を用いて改質器１１を加熱可能な燃焼部１３と、燃焼部１３に供給される燃料ガスに点火する点火部１４と、点火部１４を作動させる第１の工程と第１の工程に連続する第１のサブ工程を含む第２の工程とを有する起動処理を行う制御装置１５とを備え、制御装置１５は酸素含有ガスを第１の工程よりも第１のサブ工程において多くなるように燃料電池セル１２に供給させる。このような構成により、燃料電池装置１０は、第１の工程では点火の確実性を向上させながら、第１のサブ工程において酸素含有ガスの供給量を増加することにより、燃焼部１３における酸素不足を抑制し得る。したがって、燃料電池装置１０は、第１のサブ工程において一酸化炭素（ＣＯ）の発生量を低減させ得る。

【0061】

又、燃料電池装置１０は、起動処理における第１の工程以前に、改質器１１に水を供給させる。このような構成により、燃料電池装置１０は、改質器１１において炭素が析出する可能性を低減し得る。

【0062】

又、燃料電池装置１０は、起動処理において、燃焼部１３の温度が複数回低下するように、点火部１４を制御する。前述のように、燃料電池装置１０の起動処理において、蒸発気化が始まると、燃焼部１３の温度が低下する。このような事象に対して、上述の構成を有する燃料電池装置１０は、温度低下が複数回に亘るように点火部１４を制御することにより、蒸発気化による温度低下が低減する。したがって、燃料電池装置１０は、燃焼部１３の温度が第３の温度閾値に到達するまでにかかる時間、言い換えると起動処理の時間を短縮し得る。

【0063】

又、燃料電池装置１０は、点火部１４の作動停止による燃焼部１３の温度低下が複数回の燃焼部１３の温度低下の最後の温度低下となるように点火部１４を制御する。このような構成により、燃料電池装置１０は、改質器１１における蒸発器化の安定後に点火部１４の作動を停止させ得るので、燃焼部１３の温度低下を低減し得る。したがって、燃料電池装置１０は、失火耐性を向上する。

【0064】

又、燃料電池装置１０は、酸素含有ガスを第２のサブ工程よりも第１のサブ工程において多くなるように燃料電池セル１２に供給させ、改質器１１及び燃料電池セル１２への空燃比を第２のサブ工程より第１のサブ工程において大きくなるように原燃料及び酸素含有ガスを供給させる。このような構成により、燃料電池装置１０は、第１のサブ工程におけるＣＯの発生量を低減させながら、酸素含有ガスによる改質器１１及び燃料電池セル１２の冷却を抑制し得、起動処理の時間を短縮し得る。

【0065】

又、燃料電池装置１０は、空燃比を第１の工程より第２のサブ工程において大きくなるように原燃料を改質器１１に供給させる。このような構成により、燃料電池装置１０は、第１の工程における燃焼部１３の着火を確実化し得る。

【0066】

一実施形態において、（１）燃料電池装置は、
原燃料及び水を水蒸気改質することにより燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池セルと、
前記燃料電池セルにおいて未反応の前記燃料ガスを燃焼させた熱を用いて前記改質器を加熱可能な燃焼部と、
前記燃焼部に供給される前記燃料ガスに点火する点火部と、
前記点火部を作動させる第１の工程と、前記第１の工程に連続する第１のサブ工程を含む第２の工程とを有する起動処理を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記酸素含有ガスを、前記第１の工程よりも前記第１のサブ工程において多くなるように前記燃料電池セルに供給させる。

【0067】

（２）上記（１）の燃料電池装置では、
前記制御装置は、前記起動処理における前記第１の工程以前に、前記改質器に水を供給させる。

【0068】

（３）上記（１）又は（２）の燃料電池装置では、
前記制御装置は、前記起動処理において、前記燃焼部の温度が複数回低下するように、前記点火部を制御する。

【0069】

（４）上記（３）の燃料電池装置では、
前記制御装置は、前記点火部の作動停止による前記燃焼部の温度低下が、複数回の前記燃焼部の温度低下の最後の温度低下となるように、前記点火部を制御する。

【0070】

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかの燃料電池装置では、
前記第２の工程は、前記第１のサブ工程に連続する第２のサブ工程を含み、
前記制御装置は、前記酸素含有ガスを前記第２のサブ工程よりも前記第１のサブ工程において多くなるように前記燃料電池セルに供給させ、前記改質器及び前記燃料電池セルへの空燃比を前記第２のサブ工程より前記第１のサブ工程において大きくなるように前記原燃料及び前記酸素含有ガスを供給させる。

【0071】

（６）上記（５）の燃料電池装置では、
前記制御装置は、前記空燃比を、前記第１の工程より前記第２のサブ工程において大きくなるように前記原燃料を前記改質器に供給させる。

【0072】

以上、燃料電池装置１０の実施形態を説明してきたが、本開示の実施形態としては、装置を実施するための方法又はプログラムの他、プログラムが記録された記憶媒体（一例として、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、磁気テープ、ハードディスク、又はメモリカード等）としての実施態様をとることも可能である。

【0073】

又、プログラムの実装形態としては、コンパイラによってコンパイルされるオブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード等のアプリケーションプログラムに限定されることはなく、オペレーティングシステムに組み込まれるプログラムモジュール等の形態であってもよい。さらに、プログラムは、制御基板上のＣＰＵにおいてのみ全ての処理が実施されるように構成されてもされなくてもよい。プログラムは、必要に応じて基板に付加された拡張ボード又は拡張ユニットに実装された別の処理ユニットによってその一部又は全部が実施されるように構成されてもよい。

【0074】

本開示に係る実施形態について説明する図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。

【0075】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【0076】

本開示に記載された構成要件の全て、及び／又は、開示された全ての方法、又は、処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。又、本開示に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、又は類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一、又は、均等となる特徴の一例にすぎない。

【0077】

さらに、本開示に係る実施形態は、上述した実施形態のいずれの具体的構成にも制限されるものではない。本開示に係る実施形態は、本開示に記載された全ての新規な特徴、又は、それらの組合せ、あるいは記載された全ての新規な方法、又は、処理のステップ、又は、それらの組合せに拡張することができる。

【0078】

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１の調整機構は、第２の調整機構と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

【符号の説明】

【0079】

１０ 燃料電池装置
１１ 改質器
１２ 燃料電池セル
１３ 燃焼部
１４ 点火部
１５ 制御装置
１６ 温度センサ
１７ 第１の調整機構
１８ 第２の調整機構
１９ 第３の調整機構
２０ 第２の温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】