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(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】P2024158053
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04694 20160101AFI20241031BHJP
H01M 8/12 20160101ALI20241031BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20241031BHJP
H01M 8/0612 20160101ALI20241031BHJP
H01M 8/0438 20160101ALI20241031BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20241031BHJP
H01M 8/04791 20160101ALI20241031BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04694
H01M8/12 101
H01M8/04 N
H01M8/0612
H01M8/0438
H01M8/0432
H01M8/04791
H01M8/04746
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072893
(22)【出願日】2023-04-27
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100154380
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 隆一
(74)【代理人】
【識別番号】100081972
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 豊
(72)【発明者】
【氏名】山村 秀一
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA07
5H127AC15
5H127BA03
5H127BA05
5H127BA12
5H127DB77
5H127DB79
5H127DC82
5H127EE12
5H127EE16
5H127EE18
5H127EE24
5H127EE27
(57)【要約】
【課題】ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いて、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続する。
【解決手段】燃料電池システム１００は、固体酸化物形燃料電池１１と、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器１２と、改質器１２に接続される蒸発器１３と、蒸発器１３を介して改質器１２に水と燃料とを供給する供給部１５，１５ａ，１６，２１，２２，２４，２５，２７，２８とを備える。燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器１２に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部１５ａ，２４を有する。改質器１２は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】燃料電池システム１００は、固体酸化物形燃料電池１１と、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器１２と、改質器１２に接続される蒸発器１３と、蒸発器１３を介して改質器１２に水と燃料とを供給する供給部１５，１５ａ，１６，２１，２２，２４，２５，２７，２８とを備える。燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器１２に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部１５ａ，２４を有する。改質器１２は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器と、
前記改質器に接続される蒸発器と、
前記蒸発器を介して前記改質器に水と燃料とを供給する供給部と、を備え、
前記燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含み、
前記供給部は、前記改質器に供給する燃料を、前記ガス燃料と前記液体燃料との間で切り替える切替部を有し、
前記改質器は、前記供給部により前記ガス燃料が供給されると、供給された前記ガス燃料を水蒸気改質し、前記供給部により前記液体燃料が供給されると、供給された前記液体燃料をオートサーマル改質するように構成されることを特徴とする燃料電池システム。
前記固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器と、
前記改質器に接続される蒸発器と、
前記蒸発器を介して前記改質器に水と燃料とを供給する供給部と、を備え、
前記燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含み、
前記供給部は、前記改質器に供給する燃料を、前記ガス燃料と前記液体燃料との間で切り替える切替部を有し、
前記改質器は、前記供給部により前記ガス燃料が供給されると、供給された前記ガス燃料を水蒸気改質し、前記供給部により前記液体燃料が供給されると、供給された前記液体燃料をオートサーマル改質するように構成されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項2】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、液体流路とガス流路とをさらに有し、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記ガス燃料から前記液体燃料に切り替えるとき、前記液体燃料を前記液体流路に供給し、前記ガス流路を流れるガスの圧力が所定圧力以上になると、オートサーマル改質用の空気を前記ガス燃料とともに前記ガス流路に供給し、前記改質器の温度が所定温度以上になると、前記ガス燃料の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
前記供給部は、液体流路とガス流路とをさらに有し、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記ガス燃料から前記液体燃料に切り替えるとき、前記液体燃料を前記液体流路に供給し、前記ガス流路を流れるガスの圧力が所定圧力以上になると、オートサーマル改質用の空気を前記ガス燃料とともに前記ガス流路に供給し、前記改質器の温度が所定温度以上になると、前記ガス燃料の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項3】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記ガス燃料から前記液体燃料に切り替えるとき、前記液体燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記水の物質量の比が１．５以上、かつ、２．５以下となるように前記液体燃料を供給し、前記液体燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記オートサーマル改質用の空気に含まれる酸素の物質量の比が０．３以上、かつ、０．５５以下となるように前記オートサーマル改質用の空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
前記供給部は、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記ガス燃料から前記液体燃料に切り替えるとき、前記液体燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記水の物質量の比が１．５以上、かつ、２．５以下となるように前記液体燃料を供給し、前記液体燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記オートサーマル改質用の空気に含まれる酸素の物質量の比が０．３以上、かつ、０．５５以下となるように前記オートサーマル改質用の空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項4】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、液体流路とガス流路とをさらに有し、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記液体燃料から前記ガス燃料に切り替えるとき、前記液体流路に供給する前記水を増量し、前記ガス流路を流れるガスの圧力が所定圧力以上になると、前記ガス燃料を前記ガス流路に供給し、前記改質器の温度が所定温度以上になると、前記液体燃料の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
前記供給部は、液体流路とガス流路とをさらに有し、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記液体燃料から前記ガス燃料に切り替えるとき、前記液体流路に供給する前記水を増量し、前記ガス流路を流れるガスの圧力が所定圧力以上になると、前記ガス燃料を前記ガス流路に供給し、前記改質器の温度が所定温度以上になると、前記液体燃料の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項5】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記液体燃料から前記ガス燃料に切り替えるとき、前記ガス燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記水の物質量の比が２．５以上、かつ、３．５以下となるように前記水を増量し、前記ガス燃料の物質量が前記液体燃料の物質量以下となるように前記ガス燃料を供給することを特徴とする燃料電池システム。
前記供給部は、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記液体燃料から前記ガス燃料に切り替えるとき、前記ガス燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記水の物質量の比が２．５以上、かつ、３．５以下となるように前記水を増量し、前記ガス燃料の物質量が前記液体燃料の物質量以下となるように前記ガス燃料を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固体酸化物形燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、固体酸化物形燃料電池にガス燃料を供給して発電を行うようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、炭化水素を主成分とする都市ガスを改質器で改質して燃料電池スタックに供給する一方、改質器の温度が改質可能温度未満のときは、改質器に代えて起動用燃焼器に都市ガスを供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１５４０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、固体酸化物形燃料電池には、都市ガス等のガス燃料以外にも、バイオアルコール等の液体燃料を用いることができる。したがって、エネルギーを効率利用するという観点から、ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いることができるように燃料電池システムを構成することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様である燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池と、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器と、改質器に接続される蒸発器と、蒸発器を介して改質器に水と燃料とを供給する供給部と、を備える。燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部を有する。改質器は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いることができ、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本発明の実施形態に係る燃料電池システムが有する燃料電池モジュールの構成の一例を示すブロック図。
【図1B】本発明の実施形態に係る燃料電池システムが有する燃料電池モジュールの構成の別の例を示すブロック図。
【図3A】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御構成の一例を示すブロック図。
【図3B】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御構成の別の例を示すブロック図。
【図4】本発明の実施形態に係る燃料電池システムにより実行される、ガス燃料から液体燃料への切替処理の一例を示すフローチャート。
【図5】ガス燃料から液体燃料への切替処理について説明するためのタイムチャート。
【図6】改質器の温度およびガス流路の圧力の適正範囲について説明するための図。
【図7】本発明の実施形態に係る燃料電池システムにより実行される、液体燃料からガス燃料への切替処理の一例を示すフローチャート。
【図8】液体燃料からガス燃料への切替処理について説明するためのタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図１Ａ～図８を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell））を用いて、電気化学反応により発電を行う。ＳＯＦＣの発電セルは、固体電解質膜と電極の接合体（ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly））とＭＥＡを挟持するセパレータとを有し、セパレータと電極との間の流路を介して供給された燃料のエネルギーを電気化学反応により直接電気エネルギーに変換する。より具体的には、酸素を含む酸化剤ガスが供給されるカソード電極では、外部回路からの電子を受け取って酸素分子がイオン化され、電解質膜を通ってアノード電極側へと移動する。水素を含む燃料ガスが供給されるアノード電極では、カソード電極からの酸化物イオンと水素が反応して水蒸気が生成され、電子が外部回路に放出される。
【0009】
酸化剤ガスとしては、酸素ガスや、酸素を含む空気等を用いることができる。燃料ガスとしては、水素ガスや、メタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料やバイオアルコール等の液体燃料を改質して得られる、水素を含有する混合ガス等を用いることができる。そこで、本実施形態では、ガス燃料と液体燃料の双方を改質して得た燃料ガスを発電に用いて、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続することができるよう、以下のように燃料電池システムを構成する。
【0010】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００が有する燃料電池モジュール１０の構成の一例を示すブロック図である。図１Ａに示すように、燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１１と、改質器１２と、蒸発器１３と、水ポンプ１４と、ガス燃料ポンプ１５と、空気ポンプ１６と、空気予熱器１７と、オフガス燃焼器１８と、起動用燃焼器１９と、排気触媒２０とを備える。
【0011】
燃料電池スタック１１は、ＳＯＦＣからなる複数の発電セルを積層して構成され、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されると、電気化学反応を介して発電を行い、反応後のオフガスを排出する。燃料電池スタック１１の発電出力や温度、圧力は、コントローラ３０（図３Ａ）に送信される。
【0012】
改質器１２は、燃料電池スタック１１のアノード流路の入口に接続され、触媒作用により、水蒸気存在下で燃料を改質する水蒸気改質反応と、酸素存在下で燃料を部分的に酸化する部分酸化改質反応とを促進する。改質器１２では、水蒸気が存在し、酸素が存在しない場合、水蒸気改質反応のみが進行し、水蒸気と酸素とが存在する場合、吸熱反応である水蒸気改質反応と発熱反応である部分酸化改質反応とが進行する（オートサーマル改質反応）。メタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料は、水蒸気改質反応により改質することができる。バイオアルコール等のアルコール系の液体燃料は、空気等のアシストガスによるガスアシスト効果を利用したオートサーマル改質反応により安定的に改質することができる。
【0013】
改質器１２での改質反応により生成された混合ガスは、主に水素と一酸化炭素とを含有し、燃料ガスとして燃料電池スタック１１のアノード流路に供給される。改質器１２には、改質器１２の温度Ｔを検出する温度センサ１２ａが設けられる。温度センサ１２ａの検出値は、コントローラ３０（図３Ａ）に送信される。
【0014】
蒸発器１３は、改質器１２に接続され、改質器１２に供給される水や液体燃料を蒸発させる。図２は、蒸発器１３の内部構成の一例を概略的に示す図である。図２に示すように、蒸発器１３の入口には、水や液体燃料が流れる液体流路２１と、液体流路２１を包囲するように設けられ、空気やガス燃料が流れるガス流路２２とが接続される。蒸発器１３内の入口側の拡散領域１３ａには、液体流路２１の先端から液体（水、液体燃料）が噴射されるとともに、ガス流路２２の先端からガス（ガス燃料、空気）が噴射される。拡散領域１３ａでは、液体流路２１から噴射された液体が、ガス流路２２から噴射されたガスで包み込まれて微粒化し、拡散する。
【0015】
蒸発器１３内の中央から出口側の蒸発領域１３ｂには、熱容量の大きいセラミック製の小径ボール等、比表面積の大きい伝熱部材１３ｃが充填される。蒸発領域１３ｂ（伝熱部材１３ｃ）は、改質器１２やオフガス燃焼器１８、起動用燃焼器１９からの伝熱により、蒸発温度以上の高温に保たれる。拡散領域１３ａで拡散された液体とガスとを含む微粒子は、蒸発領域１３ｂに到達し、高温の伝熱部材１３ｃに接触すると蒸発し、燃料と水蒸気とを含む混合ガスを形成する。蒸発領域１３ｂに適当な伝熱部材１３ｃを設け、伝熱面積を大きくし、温度分布を均一にすることで、急激な蒸発（突沸）を防ぐことができる。この場合、蒸発器１３から改質器１２および燃料電池スタック１１に供給される混合ガスの圧力変動を抑制し、これらの流路での炭素析出を防止することができる。蒸発領域１３ｂは、伝熱部材１３ｃを充填する構造に代えて、モノリス構造やプレートフィン構造としてもよい。
【0016】
水ポンプ１４は、液体流路２１を介して蒸発器１３と不図示の水源とに接続され、水源から蒸発器１３に水を供給する。水ポンプ１４は、水源のほか、流路２３ａを介して不図示の貯留タンクにも接続され、貯留タンクに貯留されたバイオアルコール等の液体燃料を蒸発器１３に供給する。アルコール系の液体燃料は、親水性であり、液体流路２１を流れる水と良好に混合される。流路２３ａには、電磁開閉弁２４と電磁比例弁２５とが設けられる。電磁比例弁２５は、開度に応じて貯留タンクからの供給流量を絞ることで、液体流路２１に供給される液体燃料の流量を調整する。水ポンプ１４を利用して水とともに液体燃料を供給するため、燃料電池モジュール１０の構成を簡易にすることができる。水ポンプ１４、電磁開閉弁２４および電磁比例弁２５は、コントローラ３０（図３Ａ）により制御される。
【0017】
ガス燃料ポンプ１５は、ガス流路２２を介して蒸発器１３に接続され、蒸発器１３にメタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料を供給する。ガス流路２２には、電磁開閉弁１５ａが設けられる。ガス流路２２には、分岐流路２６を介して、空気ポンプ１６から空気が供給される。分岐流路２６には、電磁開閉弁２７と電磁比例弁２８とが設けられる。電磁比例弁２８は、開度に応じて空気ポンプ１６からの供給流量を絞ることで、ガス流路２２に供給される空気の流量を調整する。ガス燃料ポンプ１５、電磁開閉弁１５ａ，２７および電磁比例弁２８は、コントローラ３０（図３Ａ）により制御される。
【0018】
分岐流路２６を介して供給される空気は、改質器１２で水蒸気改質反応と部分酸化改質反応とを組合せたオートサーマル改質反応を行うときの酸化剤として用いられる。以下では、分岐流路２６を介して供給される空気を「改質用空気」と称する。空気ポンプ１６から供給される空気の一部を改質用空気として用いるため、燃料電池モジュール１０の構成を簡易にすることができる。ガス流路２２には、ガス流路２２を流れるガス（改質用空気、ガス燃料）の圧力Ｐを検出する圧力センサ２２ａが設けられる。圧力センサ２２ａの検出値は、コントローラ３０（図３Ａ）に送信される。
【0019】
空気ポンプ１６は、空気予熱器１７を介して燃料電池スタック１１のカソード側の流路入口に接続されるとともに、分岐流路２６を介してガス流路２２に接続される。空気ポンプ１６は、空気を、酸化剤ガスとして燃料電池スタック１１に供給するとともに、改質用空気としてガス流路２２に供給する。空気ポンプ１６は、コントローラ３０（図３Ａ）により制御される。
【0020】
オフガス燃焼器１８は、燃料電池スタック１１のアノード流路およびカソード流路の出口に接続され、燃料電池スタック１１での電気化学反応により消費されなかった未反応の燃料ガスおよび酸化剤ガスを含むオフガスがオフガス燃焼器１８に供給される。オフガス燃焼器１８には、グロープラグ１８ａが設けられる。燃料電池モジュール１０の起動時、燃料電池スタック１１の温度が発電可能温度に達していないときは、グロープラグ１８ａがオンにされ、燃料電池スタック１１を通過してオフガス燃焼器１８に供給されたオフガスが点火されることで強制的に燃焼される。そして、オフガス燃焼器１８での燃焼熱により改質器１２、蒸発器１３、空気予熱器１７が昇温され、これにより間接的に燃料電池スタック１１が昇温される。燃料電池スタック１１の温度が発電可能温度に達すると、グロープラグ１８ａはオフにされる。燃料電池スタック１１が発電可能温度以上の高温の場合は、オフガス燃焼器１８に供給された高温のオフガスがグロープラグ１８ａの点火によらずに燃焼し、オフガス燃焼器１８での燃焼が安定的に継続される。オフガス燃焼器１８での失火が検知された場合にグロープラグ１８ａをオンにしてもよい。グロープラグ１８ａは、コントローラ３０（図３Ａ）により制御される。
【0021】
オフガス燃焼器１８の下流側には、改質器１２が接続される。改質器１２は、熱交換器として構成され、オフガス燃焼器１８で燃焼された後の高温の排気により、蒸発器１３からの燃料と水蒸気とを含む混合ガスを昇温する。
【0022】
起動用燃焼器１９は、改質器１２を介してオフガス燃焼器１８に接続される。起動用燃焼器１９には、グロープラグ１９ａが設けられる。燃料電池モジュール１０の起動時、蒸発器１３の温度が安定的に蒸発可能な蒸発可能温度に達していないときは、グロープラグ１８ａがオンにされ、燃料電池スタック１１、オフガス燃焼器１８、改質器１２を通過して供給されたオフガスを点火し、燃焼させる。起動用燃焼器１９での燃焼熱により蒸発器１３が昇温され、蒸発器１３の温度が蒸発可能温度に達すると、グロープラグ１９ａはオフにされ、オフガス燃焼器１８のグロープラグ１８ａがオンにされる。グロープラグ１９ａは、コントローラ３０（図３Ａ）により制御される。
【0023】
起動用燃焼器１９の下流側には、空気予熱器１７が接続される。空気予熱器１７は、熱交換器として構成され、オフガス燃焼器１８または起動用燃焼器１９で燃焼された後の高温の排気により、空気ポンプ１６から供給された空気（酸化剤ガス）を昇温する。燃料電池モジュール１０の起動時、蒸発器１３の温度が蒸発可能温度に達していないときは、起動用燃焼器１９で燃焼された後の高温の排気により、空気ポンプ１６からの空気が昇温され、燃料電池スタック１１のカソード流路に供給される。これにより、燃料電池スタック１１が昇温される。
【0024】
オフガス燃焼器１８または起動用燃焼器１９で燃焼された後の排気は、空気予熱器１７を昇温した後、排気触媒２０を介して外部に放出される。排気触媒２０には、ヒータ２０ａが設けられ、必要に応じて排気触媒２０を活性温度まで昇温する。ヒータ２０ａは、コントローラ３０（図３Ａ）により制御される。
【0025】
図１Ｂに示すように、燃料電池モジュール１０は、空気予熱器１７を介して燃料電池スタック１１のカソード側の流路入口に接続される空気ポンプ１６ａと、分岐流路２６を介してガス流路２２に接続される空気ポンプ１６ｂとを個別に備えてもよい。空気ポンプ１６ａは、空気を酸化剤ガスとして燃料電池スタック１１に供給する。空気ポンプ１６ｂは、空気を改質用空気としてガス流路２２に供給する。この場合、分岐流路２６には電磁開閉弁２７のみが設けられる。空気ポンプ１６ｂを用いて改質用空気を供給する場合、より精度よく流量を調整し、より確実に発電出力を維持することができる。空気ポンプ１６ａ，１６ｂは、コントローラ３０（図３Ｂ）により制御される。
【0026】
また、燃料電池モジュール１０は、分岐流路２３ｂを介して液体流路２１に液体燃料を供給する液体燃料ポンプ２９を備えてもよい。この場合、分岐流路２３ｂには電磁開閉弁２４のみが設けられる。液体燃料ポンプ２９を用いて液体燃料を供給する場合、より精度よく流量を調整し、より確実に発電出力を維持することができる。液体燃料ポンプ２９は、コントローラ３０（図３Ｂ）により制御される。
【0027】
図３Ａおよび図３Ｂは、燃料電池システム１００の制御構成の一例を示すブロック図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール１０を制御するコントローラ３０を主に備える。コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース、その他の周辺回路を有するコンピュータを含んで構成される。
【0028】
コントローラ３０には、燃料電池モジュール１０の燃料電池スタック１１、温度センサ１２ａ、圧力センサ２２ａ、ポンプ（ガス燃料ポンプ１５、空気ポンプ１６，１６ａ，１６ｂ、液体燃料ポンプ２９）、グロープラグ１８ａ，１９ａ、および電磁弁（電磁開閉弁１５ａ、電磁開閉弁２４，２７、電磁比例弁２５，２８）が接続される。コントローラ３０は、予め記憶されたプログラムに従い、燃料電池スタック１１、温度センサ１２ａおよび圧力センサ２２ａからの信号に基づいて、ポンプ１５，１６，１６ａ，１６ｂ，２９、グロープラグ１８ａ，１９ａ、および電磁弁１５ａ，２４，２５，２７，２８を制御する。
【0029】
液体流路２１とガス流路２２と、ポンプ１５，１６，１６ａ，１６ｂ，２９と、電磁弁１５ａ，２４，２７，２５，２８と、コントローラ３０とは、蒸発器１３を介して改質器１２に水と燃料と改質用空気とを供給する供給部として機能する。このうち、電磁開閉弁１５ａ，２４とコントローラ３０とは、改質器１２に供給する燃料をガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部として機能する。
【0030】
図４は、コントローラ３０により実行される、ガス燃料から液体燃料への切替処理の一例を示すフローチャートであり、図５は、ガス燃料から液体燃料への切替処理について説明するためのタイムチャートである。図４の切替処理は、燃料電池モジュール１０の起動後、所定周期で繰り返し実行される。ガス燃料から液体燃料への切替処理を行う前は、改質器１２には、燃料と水蒸気のみが供給され、改質器１２では、燃料が水蒸気存在下で水蒸気改質反応により改質される。
【0031】
図４に示すように、先ずステップＳ１で、ガス燃料から液体燃料への切り替えを行うか否かを判定する。ステップＳ１の判定は、ガス燃料の流量の不足、ガス流路２２の圧力Ｐの不足、あるいは燃料電池スタック１１の出力低下の有無に基づいて行ってもよく、外部からの燃料切替要求の有無に基づいて行ってもよい。燃料切替要求は、例えば、ガス燃料を供給できなくなった場合に行われてもよく、ユーザが液体燃料の利用を希望する場合に行われてもよい。ステップＳ１で肯定されるとステップＳ２に進み、ステップＳ１で否定されると処理を終了する。
【0032】
ステップＳ２では、電磁開閉弁２４と電磁比例弁２５（図１Ａ）または液体燃料ポンプ２９（図１Ｂ）とを制御し、流路２３ａまたは分岐流路２３ｂを介して液体流路２１に液体燃料を供給する。このとき、液体流路２１を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される液体燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する水（Ｓ（Steam））の物質量の比（Ｓ／Ｃ）が、１．５以上、かつ、２．５以下となるように、電磁比例弁２５（図１Ａ）または液体燃料ポンプ２９（図１Ｂ）を制御する。Ｓ／Ｃを１．５以上とすることで、水蒸気不足に起因する炭素析出（コーキング）や改質温度過剰による改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。また、Ｓ／Ｃを２．５以下とすることで、水蒸気過剰に起因して改質温度が不足することによる発電出力低下やオフガス燃焼器１８での失火を抑制することができる。
【0033】
図５に示すように、時刻ｔ１で液体燃料の供給が開始されると、改質器１２に供給される燃料（ガス燃料および液体燃料）が増加することで、改質器１２の温度Ｔが上昇し、ガス流路２２の圧力Ｐが上昇する。
【0034】
次いでステップＳ３で、ガス流路２２の圧力Ｐが所定圧力Ｐ１に達したか否かを判定する。ガス流路２２の圧力Ｐには、圧力センサ２２ａによる検出値の移動平均値を用いることができる。ステップＳ３は、肯定されるまで繰り返される。ステップＳ３で所定時間経過しても肯定されない場合は、処理を終了し、燃料電池モジュール１０の運転を停止、あるいはガス燃料のみの供給に戻して運転を継続する。図５では、ガス流路２２の圧力Ｐが安定して上昇し、時刻ｔ２で所定圧力Ｐ１に達する。
【0035】
ステップＳ３で肯定されるとステップＳ４に進み、電磁開閉弁２７と電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）とを制御し、分岐流路２６を介してガス流路２２に改質用空気を供給する。このとき、液体流路２１を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される液体燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する、ガス流路２２を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される改質用空気に含まれる酸素（Ｏ２）の物質量の比（Ｏ２／Ｃ）が、０．３以上、かつ、０．５５以下となるように、電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）を制御する。Ｏ２／Ｃを０．３以上とすることで、ガス量不足に起因する蒸発の不安定化による炭素析出や、酸素不足に起因して部分酸化改質反応の発熱量が不足し、水蒸気改質反応が進行し難くなることによる発電出力低下を抑制することができる。また、Ｏ２／Ｃを０．５５以下とすることで、酸素過剰に起因して改質温度が過剰になることによる改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。
【0036】
図５に示すように、時刻ｔ２で改質用空気の供給が開始されると、改質器１２に燃料（ガス燃料および液体燃料）と水蒸気と酸素（改質用空気）とが供給されることで、部分酸化改質反応が開始し、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐがさらに上昇する。このとき、改質用空気の供給量に応じて一部の燃料が部分酸化改質反応により改質され、残りの燃料が水蒸気改質反応により改質される。
【0037】
次いでステップＳ５で、改質器１２の温度Ｔが所定温度Ｔ２に達したか否かを判定する。改質器１２の温度Ｔには、温度センサ１２ａによる検出値（瞬時値）をそのまま用いることができる。ステップＳ５は、肯定されるまで繰り返される。ステップＳ５で所定時間経過しても肯定されない場合は、処理を終了し、燃料電池モジュール１０の運転を停止、あるいはガス燃料のみの供給に戻して運転を継続する。図５では、改質器１２の温度Ｔが上昇し、時刻ｔ３で所定温度Ｔ２に達する。時刻ｔ３での改質器１２の温度Ｔを初期温度Ｔ２、ガス流路２２の圧力Ｐを初期圧力Ｐ２とする。
【0038】
ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ガス燃料の流量を徐々に減少させるようにガス燃料ポンプ１５を制御するとともに、ガス燃料の流量に応じて改質用空気の流量を徐々に減少させるように電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）を制御する。このとき、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが、初期温度Ｔ２および初期圧力Ｐ２を基準とする適正範囲内となるように、ガス燃料ポンプ１５と電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）とを制御する。
【0039】
図６は、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐの適正範囲について説明するための図である。図６に示すように、改質器１２の温度Ｔが不足すると、改質率を維持できなくなり、燃料電池スタック１１に供給される燃料ガスが不足することで、発電出力を維持できなくなる。一方、改質器１２の温度Ｔが過剰になると、改質器１２が酸化により劣化する。また、ガス流路２２の圧力Ｐが不足する、あるいは過剰になり、制御開始時からの変動が想定よりも大きくなると、蒸発が不安定となる。この場合、ポンプ１５，１６ｂや電磁比例弁２８の制御によりガス流路２２を流れるガス（改質用空気、ガス燃料）の流量を調整できなくなり、改質量を制御することが困難な状態となる。
【0040】
改質器１２の温度Ｔの適正範囲は、初期温度Ｔ２を基準とする所定温度ΔＴ以内（Ｔ２－ΔＴ≦Ｔ≦Ｔ２＋ΔＴ）であり、ガス流路２２の圧力Ｐの適正範囲は、初期圧力Ｐ２を基準とする所定圧力ΔＰ以内（Ｐ２－ΔＰ≦Ｐ≦Ｐ２＋ΔＰ）である。ガス燃料および改質用空気を減少させると、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが低下する。改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが維持範囲を下回った場合は、ガス燃料の流量および改質用空気を増加させ、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐを上昇させる。改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが維持範囲を上回った場合は、ガス燃料の流量および改質用空気を減少させ、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐを低下させる。改質器１２の温度Ｔを適正範囲内に維持することで、改質率を維持し、発電出力を維持することができる。また、ガス流路２２の圧力Ｐを適正範囲内に維持することで、蒸発器１３内の圧力変動を抑制し、突沸や炭素析出を抑制することができる。
【0041】
図４のステップＳ７では、発電出力および改質用空気の流量が、改質器１２でオートサーマル改質反応を行い、燃料電池スタック１１で発電（オートサーマル改質発電）を行うときの目標範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ７は、肯定されるまで繰り返される。ステップＳ７で所定時間経過しても肯定されない場合は、処理を終了し、燃料電池モジュール１０の運転を停止、あるいはガス燃料のみの供給に戻して運転を継続する。図５では、時刻ｔ４で発電出力および改質用空気の流量がオートサーマル改質発電を行うときの目標範囲内となる。
【0042】
ステップＳ７で肯定されるとステップＳ８に進み、電磁開閉弁１５ａおよびガス燃料ポンプ１５を制御し、ガス流路２２へのガス燃料の供給を停止する。このとき、改質器１２では、燃料の全量がオートサーマル改質反応により改質される。そして、燃料電池スタック１１では、オートサーマル改質反応により得られた燃料ガスを用いたオートサーマル改質発電が行われる。
【0043】
図７は、コントローラ３０により実行される、液体燃料からガス燃料への切替処理の一例を示すフローチャートであり、図８は、液体燃料からガス燃料への切替処理について説明するためのタイムチャートである。図７の切替処理は、燃料電池モジュール１０の起動後、所定周期で繰り返し実行される。液体燃料からガス燃料への切替処理を行う前は、改質器１２には、燃料と水蒸気と改質用空気とが供給され、改質器１２では、燃料が水蒸気および酸素の存在下でオートサーマル改質反応により改質される。
【0044】
図７に示すように、先ずステップＳ１０で、液体燃料からガス燃料への切り替えを行うか否かを判定する。ステップＳ１０の判定は、液体燃料の流量の不足、改質器１２の温度Ｔやガス流路２２の圧力Ｐの過剰や不足、あるいは燃料電池スタック１１の出力低下の有無に基づいて行ってもよく、外部からの燃料切替要求の有無に基づいて行ってもよい。燃料切替要求は、例えば、液体燃料を供給できなくなった場合に行われてもよく、ユーザがガス燃料の利用を希望する場合に行われてもよい。ステップＳ１０で肯定されるとステップＳ１１に進み、ステップＳ１０で否定されると処理を終了する。
【0045】
ステップＳ１１では、液体流路２１に供給される水の流量を増加させるように水ポンプ１４を制御する。このとき、ガス流路２２を介して蒸発器１３および改質器１２に供給されるガス燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する、液体流路２１を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される水（Ｓ（Steam））の物質量の比（Ｓ／Ｃ）が、２．５以上、かつ、３．５以下となるように、水ポンプ１４を制御する。Ｓ／Ｃを２．５以上とすることで、水蒸気不足に起因する炭素析出や改質温度過剰による改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。また、Ｓ／Ｃを３．５以下とすることで、水蒸気過剰に起因して改質温度が不足することによる発電出力低下やオフガス燃焼器１８での失火を抑制することができる。
【0046】
図８に示すように、時刻ｔ１０で水の流量が増加し、蒸発器１３で生成されて改質器１２に供給される水蒸気が増加すると、改質器１２の温度Ｔが低下し、ガス流路２２の圧力Ｐが上昇する。
【0047】
次いでステップＳ１２で、ガス流路２２の圧力Ｐが所定圧力Ｐ３に達したか否かを判定する。ステップＳ１２は、肯定されるまで繰り返される。ステップＳ１２で所定時間経過しても肯定されない場合は、処理を終了し、燃料電池モジュール１０の運転を停止、あるいは液体燃料のみの供給に戻して運転を継続する。図８では、ガス流路２２の圧力Ｐが安定して上昇し、時刻ｔ１１で所定圧力Ｐ３に達する。
【0048】
ステップＳ１２で肯定されるとステップＳ１３に進み、電磁開閉弁１５ａおよびガス燃料ポンプ１５を制御し、ガス流路２２にガス燃料を供給する。このとき、ガス流路２２を介して蒸発器１３および改質器１２に供給されるガス燃料の物質量が、液体流路２１を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される液体燃料の物質量以下となるように、ガス燃料ポンプ１５を制御する。
【0049】
また、ガス流路２２を介して蒸発器１３および改質器１２に供給されるガス燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する、ガス流路２２を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される改質用空気に含まれる酸素（Ｏ２）の物質量の比（Ｏ２／Ｃ）が、０．５５以下となるように、ガス燃料ポンプ１５を制御する。Ｏ２／Ｃを０．５５以下とすることで、酸素過剰に起因して改質温度が過剰になることによる改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。
【0050】
オートサーマル改質反応から水蒸気改質反応へと切り替える場合、Ｓ／Ｃを高め、改質器１２に供給される燃料に対する水蒸気の割合を増加させる必要がある。ガス燃料の流量を最小限に制御し、Ｓ／Ｃを最大限にすることで、ガス燃料の急増による炭素析出を抑制しつつ、蒸発器１３における蒸発の安定性を確保することができる。
【0051】
図８に示すように、時刻ｔ１１でガス燃料の供給が開始され、ガス流路２２に供給されるガス（改質用空気およびガス燃料）の流量が増加すると、ガス流路２２の圧力Ｐが上昇する。また、改質器１２に供給される燃料（液体燃料およびガス燃料）が増加することで、改質器１２の温度Ｔが上昇し、ガス流路２２の圧力Ｐがさらに上昇する。
【0052】
次いでステップＳ１４で、改質器１２の温度Ｔが所定温度Ｔ４に達したか否かを判定する。ステップＳ１４は、肯定されるまで繰り返される。ステップＳ１４で所定時間経過しても肯定されない場合は、処理を終了し、燃料電池モジュール１０の運転を停止、あるいは液体燃料のみの供給に戻して運転を継続する。図８では、改質器１２の温度Ｔが上昇し、時刻ｔ１２で所定温度Ｔ４に達する。
【0053】
ステップＳ１４で肯定されるとステップＳ１５に進み、電磁開閉弁２４と電磁比例弁２５（図１Ａ）または液体燃料ポンプ２９（図１Ｂ）とを制御し、液体流路２１への液体燃料の供給を停止する。図８に示すように、時刻ｔ１２で液体燃料の供給が停止されると、改質器１２に供給される燃料が減少することで、改質器１２の温度Ｔが低下し、ガス流路２２の圧力Ｐが低下する。時刻ｔ１２から所定時間経過後の時刻ｔ１３での改質器１２の温度Ｔを初期温度Ｔ５、ガス流路２２の圧力Ｐを初期圧力Ｐ５とする。
【0054】
次いでステップＳ１６で、ガス燃料の流量を徐々に増加させるようにガス燃料ポンプ１５を制御するとともに、ガス燃料の流量に応じて改質用空気の流量を徐々に減少させるように電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）を制御する。このとき、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが、初期温度Ｔ５および初期圧力Ｐ５を基準とする適正範囲内（Ｔ５－ΔＴ≦Ｔ≦Ｔ５＋ΔＴ，Ｐ５－ΔＰ≦Ｐ≦Ｐ５＋ΔＰ）となるように、ガス燃料ポンプ１５と電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）とを制御する。
【0055】
ガス燃料を増加させると、改質される燃料が増加することで、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが上昇する。一方、改質用空気を減少させると、発熱反応である部分酸化改質反応を伴うオートサーマル改質反応の割合が減少することで、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐが低下する。ガス燃料を増加させるとともに改質用空気を減少させることで、改質器１２の温度Ｔおよびガス流路２２の圧力Ｐを適正範囲内に維持することができる。改質器１２の温度Ｔを適正範囲内に維持することで、改質率を維持し、発電出力を維持することができる。また、ガス流路２２の圧力Ｐを適正範囲内に維持することで、蒸発器１３内の圧力変動を抑制し、突沸や炭素析出を抑制することができる。
【0056】
ステップＳ１６では、さらに、ガス燃料の流量に応じて液体流路２１に供給される水の流量を増加させるように水ポンプ１４を制御する。このとき、ガス流路２２を介して蒸発器１３および改質器１２に供給されるガス燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する、液体流路２１を介して蒸発器１３および改質器１２に供給される水（Ｓ（Steam））の物質量の比（Ｓ／Ｃ）が、２．５以上、かつ、３以下となるように、水ポンプ１４を制御する。Ｓ／Ｃを２．５以上とすることで、水蒸気不足に起因する炭素析出や改質温度過剰による改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。また、Ｓ／Ｃを３以下とすることで、水蒸気過剰に起因して改質温度が不足することによる発電出力低下やオフガス燃焼器１８での失火を抑制することができる。
【0057】
ステップＳ１７では、発電出力およびガス燃料の流量が、改質器１２で水蒸気改質反応を行い、燃料電池スタック１１で発電（水蒸気改質発電）を行うときの目標範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ１７は、肯定されるまで繰り返される。ステップＳ１７で所定時間経過しても肯定されない場合は、処理を終了し、燃料電池モジュール１０の運転を停止、あるいは液体燃料のみの供給に戻して運転を継続する。図８では、時刻ｔ１４で発電出力およびガス燃料の流量が水蒸気改質発電を行うときの目標範囲内となる。
【0058】
ステップＳ１７で肯定されるとステップＳ１８に進み、電磁開閉弁２７と電磁比例弁２８（図１Ａ）または空気ポンプ１６ｂ（図１Ｂ）とを制御し、ガス流路２２への改質用空気の供給を停止する。このとき、改質器１２では、燃料の全量が水蒸気改質反応により改質される。そして、燃料電池スタック１１では、水蒸気改質反応により得られた燃料ガスを用いた水蒸気改質発電が行われる。
【0059】
このように、ＳＯＦＣからなる燃料電池スタック１１に供給される燃料ガスを、都市ガス等のガス燃料を水蒸気改質した燃料ガスと、バイオアルコール等の液体燃料をオートサーマル改質した燃料ガスとで切り替えることで、エネルギーを効率利用することができる。このとき、図４および図７の手順に従い、燃料の種類に応じて改質器１２に供給される燃料と水蒸気と酸素（改質用空気）との適正なバランスを維持することで、燃料を切り替えるときでも改質率を維持し、発電出力を維持することができる。また、改質温度および圧力を適正範囲内に維持し、改質器１２の酸化劣化やオフガス燃焼器１８での失火を抑制することができる。また、蒸発器１３に供給される水や液体燃料の流量に応じ、図２のように蒸発を助けるアシストガスとしてのガス燃料や改質用空気の流量を適正範囲内に維持することで、蒸発の安定性を確保して圧力変動を抑制し、突沸や炭素析出を抑制することができる。
【0060】
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）燃料電池システム１００は、ＳＯＦＣからなる燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器１２と、改質器１２に接続される蒸発器１３と、蒸発器１３を介して改質器１２に水と燃料とを供給する供給部（液体流路２１、ガス流路２２、ポンプ１５，１６，１６ａ，１６ｂ，２９、電磁弁１５ａ，２４，２７，２５，２８、コントローラ３０）とを備える（図１Ａ、図１Ｂ）。燃料は、炭化水素からなるガス燃料（例えばメタンを主成分とする都市ガス）とアルコール（例えばバイオアルコール）からなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器１２に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部（電磁開閉弁１５ａ，２４、コントローラ３０）を有する（図１Ａ、図１Ｂ）。改質器１２は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。これにより、ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いることができ、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続することができる。
（１）燃料電池システム１００は、ＳＯＦＣからなる燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器１２と、改質器１２に接続される蒸発器１３と、蒸発器１３を介して改質器１２に水と燃料とを供給する供給部（液体流路２１、ガス流路２２、ポンプ１５，１６，１６ａ，１６ｂ，２９、電磁弁１５ａ，２４，２７，２５，２８、コントローラ３０）とを備える（図１Ａ、図１Ｂ）。燃料は、炭化水素からなるガス燃料（例えばメタンを主成分とする都市ガス）とアルコール（例えばバイオアルコール）からなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器１２に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部（電磁開閉弁１５ａ，２４、コントローラ３０）を有する（図１Ａ、図１Ｂ）。改質器１２は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。これにより、ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いることができ、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続することができる。
【0061】
（２）供給部は、液体流路２１とガス流路２２とを有する（図１Ａ、図１Ｂ）。供給部は、切替部により改質器１２に供給する燃料をガス燃料から液体燃料に切り替えるとき（図４のステップＳ１）、液体燃料を液体流路２１に供給し（ステップＳ２）、ガス流路２２を流れるガスの圧力Ｐが所定圧力Ｐ１以上になると（ステップＳ３）、オートサーマル改質用の空気（改質用空気）をガス燃料とともにガス流路２２に供給し（ステップＳ４）、改質器１２の温度Ｔが所定温度Ｔ２以上になると（ステップＳ５）、ガス燃料の供給を停止する（ステップＳ６～Ｓ８）。このように、水蒸気改質される燃料の増加により改質温度および圧力が上昇してから、改質用空気を供給し、発熱反応である部分酸化改質反応を開始させることで、改質温度および圧力の上昇を緩やかにすることができる（図５の時刻ｔ１～ｔ３）。
【0062】
（３）供給部は、切替部により改質器１２に供給する燃料をガス燃料から液体燃料に切り替えるとき（図４のステップＳ１）、液体燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する水（Ｓ（Steam））の物質量の比（Ｓ／Ｃ）が１．５以上、かつ、２．５以下となるように液体燃料を供給し（ステップＳ２）、液体燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する改質用空気に含まれる酸素（Ｏ２）の物質量の比（Ｏ２／Ｃ）が０．３以上、かつ、０．５５以下となるように改質用空気を供給する（ステップＳ４）。
【0063】
Ｓ／Ｃを１．５以上とすることで、水蒸気不足に起因する炭素析出や改質温度過剰による改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。Ｓ／Ｃを２．５以下とすることで、水蒸気過剰に起因して改質温度が不足することによる発電出力低下やオフガス燃焼器１８での失火を抑制することができる。Ｏ２／Ｃを０．３以上とすることで、ガス量不足に起因する蒸発の不安定化による炭素析出や、酸素不足に起因して部分酸化改質反応の発熱量が不足し、水蒸気改質反応が進行し難くなることによる発電出力低下を抑制することができる。Ｏ２／Ｃを０．５５以下とすることで、酸素過剰に起因して改質温度が過剰になることによる改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。
【0064】
（４）供給部は、液体流路２１とガス流路２２とを有する（図１Ａ、図１Ｂ）。切替部により改質器１２に供給する燃料を液体燃料からガス燃料に切り替えるとき（図７のステップＳ１０）、液体流路２１に供給する水を増量し（ステップＳ１１）、ガス流路２２を流れるガスの圧力Ｐが所定圧力Ｐ３以上になると（ステップＳ１２）、ガス燃料をガス流路２２に供給し（ステップＳ１３）、改質器１２の温度Ｔが所定温度Ｔ４以上になると（ステップＳ１４）、液体燃料の供給を停止する（ステップＳ１５）。このように、水蒸気の増加により改質温度が低下してから、ガス燃料を供給し、改質される燃料を増加させることで、改質温度および圧力の上昇を緩やかにすることができる（図８の時刻ｔ１０～ｔ１２）。
【0065】
（５）供給部は、切替部により改質器１２に供給する燃料を液体燃料からガス燃料に切り替えるとき（図７のステップＳ１０）、ガス燃料に含まれる炭素（Ｃ）の物質量に対する水（Ｓ（Steam））の物質量の比（Ｓ／Ｃ）が２．５以上、かつ、３．５以下となるように水を増量し（ステップＳ１１）、ガス燃料の物質量が液体燃料の物質量以下となるようにガス燃料を供給する（ステップＳ１３）。Ｓ／Ｃを２．５以上とすることで、水蒸気不足に起因する炭素析出や改質温度過剰による改質器１２の酸化劣化を抑制することができる。Ｓ／Ｃを３．５以下とすることで、水蒸気過剰に起因して改質温度が不足することによる発電出力低下やオフガス燃焼器１８での失火を抑制することができる。
【0066】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0067】
１０ 燃料電池モジュール、１１ 燃料電池スタック、１２ 改質器、１２ａ 温度センサ、１３ 蒸発器、１３ａ 拡散領域、１３ｂ 蒸発領域、１３ｃ 伝熱部材、１４ 水ポンプ、１５ ガス燃料ポンプ、１５ａ 電磁開閉弁、１６，１６ａ，１６ｂ 空気ポンプ、１７ 空気予熱器、１８ オフガス燃焼器、１８ａ グロープラグ、１９ 起動用燃焼器、１９ａ グロープラグ、２０ 排気触媒、２０ａ ヒータ、２１ 液体流路、２２ ガス流路、２２ａ 圧力センサ、２３ａ 流路、２３ｂ 分岐流路、２４ 電磁開閉弁、２５ 電磁比例弁、２６ 分岐流路、２７ 電磁開閉弁、２８ 電磁比例弁、２９ 液体燃料ポンプ、３０ コントローラ、１００ 燃料電池システム
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】