(57)【要約】【課題】燃料電池システムの燃焼器に備わる触媒の劣化を抑制する。【課題を解決するための手段】  燃料電池システムＳは、燃料電池１と、燃料と酸化剤ガスとが供給され、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器４と、を備える。燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを検出し、燃焼器４に備わる触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔに応じた燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔをもとに設定し、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂを上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔ以下に制限するように、燃焼器４に供給される燃料の流量Ｑｆを制御する。【選択図】図１１
2020047427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料と酸化剤ガスとが供給され、前記燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器と、
を備え、
前記燃焼器が生じさせる前記燃料の燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱可能に構成された燃料電池システムにおいて、前記燃焼器における燃焼状態を制御する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出し、
前記燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度をもとに設定し、
前記燃焼ガスの温度を前記上限温度以下に制限するように、前記燃焼器に供給される燃料の流量を制御する、
燃料電池システムの運転方法。
【請求項２】
前記酸化剤ガスの温度と前記燃焼ガスの上限温度との関係を予め設定し、
前記関係に基づき、前記燃焼ガスの上限温度を設定する、
請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度が低いときほど低い温度として設定する、
請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記燃料電池の運転条件に応じた前記燃焼ガスの目標温度を算出し、
前記燃焼ガスの上限温度と目標温度とのうち、低い方の温度を最終的な前記燃焼ガスの目標温度に設定して、前記燃焼器に供給される燃料の流量を制御する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項５】
前記燃焼ガスの上限温度に応じた前記燃料の上限流量を設定し、
前記燃焼器に供給される燃料の流量を、前記上限流量以下に制限する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項６】
前記燃料電池の運転条件に応じた前記燃料の目標流量を算出し、
前記燃料の上限流量と目標流量とのうち、小さい方の流量を最終的な前記燃料の目標流量に設定する、
請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの流量を検出し、
前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度および流量をもとに設定する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
燃料電池と、
燃料と酸化剤ガスとが供給され、前記燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器と、
を備え、
前記燃焼器が生じさせる前記燃料の燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱可能に構成された燃料電池システムにおいて、前記燃焼器における燃焼状態を制御する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出し、
前記燃焼器に供給される燃料の流量を、前記酸化剤ガスの温度をもとに、前記酸化剤ガスの温度が低いときほど、同一の前記酸化剤ガスの流量のもとで、前記燃焼ガスの目標温度を一定とした際の流量に対して減少させるように、制御する、
燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記燃焼器の上流側に、前記燃焼器の触媒を加熱可能に配設された加熱器をさらに備え、
前記酸化剤ガスの温度、前記触媒の表面温度および前記燃焼ガスの温度に基づく熱収支の関係から、前記燃焼ガスの上限温度を算出し、
前記熱収支の入力として、前記加熱器の発熱量を考慮する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記燃料器が前記燃料電池のオフガス通路に介装された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法であって、
前記酸化剤ガスの温度として、前記燃料電池の出口温度を検出する、
燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
燃料電池と、
燃料と酸化剤ガスとが供給される燃焼器であって、前記燃料の燃焼を促進させる触媒を有し、前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱可能に配設された燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼状態を制御するコントローラと、
を含んで構成され、
前記コントローラは、
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出部と、
前記燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度をもとに設定する燃焼ガス上限温度設定部と、
前記燃焼ガスの温度を前記上限温度以下に制限するように、前記燃焼器に供給される燃料の流量を制御する燃料流量制御部と、
を備える、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、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器を備える燃料電池システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池システムへの適用を明示的に想定したものではないが、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器について、燃焼器に供給される燃料および空気の流量を、空気過剰率が燃焼安定性を保ち得る範囲に収まるように制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１４４８１号公報（段落００１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、燃焼器に供給される空気の流量に対し、燃焼の安定確保上適切な燃料の流量を設定することが可能となる。しかし、燃焼器に供給される燃料の流量を、単に空気の流量に応じて設定するだけでは、次のことが問題となる。
【０００５】
第１に、燃焼器に供給される空気の温度が低い場合は、燃焼ガスの温度を確保するため、空気の温度が高い場合と比較して、同一の空気の流量のもとで設定される燃料の流量が増大される傾向にある。これにより、触媒上での燃焼に寄与する燃料の量が増大し、触媒の表面温度が過度に上昇して、触媒の劣化を進行させる懸念があることである。
【０００６】
第２に、燃焼器を高い出力で運転させる場合は、燃焼器に供給される燃料と空気とがいずれも増量されることで、燃焼ガスの温度自体にさしたる違いは生じないとしても、触媒上での燃焼に寄与する燃料の量が増大することから、はやり、触媒の劣化を進行させることが懸念される。
【０００７】
燃料電池システムへの燃焼器の適用を想定した場合は、燃焼器に供給される空気の流量が燃料電池の運転条件に応じて大きく変動するうえ、カソードガス系の構成によっては燃焼器に供給される空気の温度も変化することから、以上の問題がより顕著となる。
【０００８】
そこで、本発明は、燃焼器に備わる触媒の劣化をより適切に抑制可能な燃料電池システムおよびその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】
【０００９】
本発明の一形態では、燃料電池と、燃料と酸化剤ガスとが供給され、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器と、を備え、燃焼器が生じさせる燃料の燃焼ガスにより燃料電池を加熱可能に構成された燃料電池システムにおいて、燃焼器における燃焼状態を制御する燃料電池システムの運転方法が提供される。本形態では、燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出し、燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた燃焼ガスの上限温度を、酸化剤ガスの温度をもとに設定し、燃焼ガスの温度を上限温度以下に制限するように、燃焼器に供給される燃料の流量を制御する。
【００１０】
他の形態では、燃料電池システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた燃焼ガスの上限温度を設定し、燃焼ガスの温度を上限温度以下に制限するように、燃焼器に供給される燃料の流量を制御することで、触媒の表面温度がその上限温度を超えて上昇するのを回避することが可能となり、触媒の劣化を抑制することができる。さらに、燃焼ガスの上限温度を、酸化剤ガスの温度をもとに設定することで、燃焼ガスの上限温度を、触媒の表面温度の過度な上昇を回避するのに適したものとし、表面温度の上昇による触媒の劣化をより適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る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】図２は、同上実施形態に係る燃料電池システムの起動時における動作を示す説明図である。
【図３】図３は、同上実施形態に係る燃料電池システムの通常時における動作を示す説明図である。
【図４】図４は、同上実施形態に係る燃料電池システムの通常時（特に燃焼器に対する加熱要求時）における動作を示す説明図である。
【図５】図５は、同上実施形態に係る燃焼器における熱の授受を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は、同上実施形態に係る触媒表面温度の、燃焼器の出力に応じた変化を示す説明図である。
【図７】図７は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃焼制御部の構成を示す概略図である。
【図８】図８は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃料流量設定部の構成を示す概略図である。
【図９】図９は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃料上限流量設定部の構成を示す概略図である。
【図１０】図１０は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃料上限流量設定部の変形例に係る構成を示す概略図である。
【図１１】図１１は、同上実施形態に係る酸化剤ガス温度（スタック出口温度）と燃焼ガス上限温度との関係を示す説明図である。
【図１２】図１２は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、第１目標燃料流量設定部の構成を示す概略図である。
【図１３】図１３は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、第２目標燃料流量設定部の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（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料電池システムＳの構成を概略的に示している。
【００１５】
本実施形態に係る燃料電池システム（以下「燃料電池システム」といい、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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）
【００２０】
燃焼器４は、暖機後の通常システム運転時において、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。燃焼ガスは、図中太い点線でその概略を示す燃焼ガス通路１３を介して燃料処理部２１〜２３および酸化剤ガス加熱部３に供給され、燃焼ガスが有する熱量は、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の加熱に用いられる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）
【００２６】
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ないしエアコンプレッサ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。
【００２７】
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成する。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。残燃料とエタノール水溶液とのうち、残燃料のみの供給を受けることも可能であることは、勿論である。
【００２８】
本実施形態では、燃焼器４に対し、その上流側に隣接させて加熱器４１が付設されている。加熱器４１は、電気ヒータを備えるとともに、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を内蔵し、燃焼器４に供給される燃料、つまり、燃料電池スタック１のカソードオフガスを、基本的には、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、燃料ないしカソードオフガスを、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。
【００２９】
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に対する原燃料の供給（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する。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することが可能であり、第１燃料インジェクタ５１、第２燃料インジェクタ５２およびブロア６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に原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する。
【００３０】
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、車両用の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。
【００３１】
（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およびブロア６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。
【００３２】
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Ｑａｉｒを検出する酸化剤ガス流量センサ２０５からの信号、燃料温度Ｔｆを検出する燃料温度センサ２０６からの信号、酸化剤ガス温度Ｔａｉｒを検出する酸化剤ガス温度センサ２０７からの信号、燃焼ガス温度Ｔｃｍｂを検出する燃焼ガス温度センサ２０８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２０９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２１０からの信号を入力するほか、システム起動スイッチ２１１およびアクセルセンサ２１２からの信号を入力する。
【００３３】
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、スタック入口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。
【００３４】
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、スタック入口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。
【００３５】
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。
【００３６】
燃料流量Ｑｆは、燃料電池スタック１のアノード極に供給される燃料ガスの流量であり、蒸発器２１の上流側のアノードガス供給通路１１に燃料流量センサ２０４を設置し、これにより検出された流量を燃料ガスの流量に換算し、これを燃料流量Ｑｆとする。
【００３７】
酸化剤ガス流量Ｑａｉｒ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Ｑａｉｒとする。本実施形態では、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒ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。
【００３８】
燃料温度Ｔｆは、燃料電池スタック１のアノード極に供給される燃料ガスの温度であり、改質器２３の出口部付近に設置された燃料温度センサ２０６の出力をもって燃料温度Ｔｆとする。
【００３９】
酸化剤ガス温度Ｔａｉｒ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温度であり、酸化剤ガス加熱部３である空気熱交換器の出口部付近に設置された酸化剤ガス温度センサ２０７の出力をもって酸化剤ガス温度Ｔａｉｒとする。
【００４０】
燃焼ガス温度Ｔｃｍｂは、燃焼器４により生成される燃焼ガスの温度であり、燃焼器４の出口部付近に設置された燃焼ガス温度センサ２０８の出力をもって燃焼ガス温度Ｔｃｍｂとする。
【００４１】
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２０９の出力をもってスタック電圧Ｖｓｔｋとする。
【００４２】
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２１０の出力をもってスタック電流Ｉｓｔｋとする。
【００４３】
システム起動スイッチ２１１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。
【００４４】
アクセルセンサ２１２は、運転者によるアクセルペダルの操作量（以下「アクセル操作量」という）を検出するものであり、アクセル操作量は、車両の走行駆動力の指標であり、本実施形態では、これをもとに燃料電池スタック１の目標出力を設定する。
【００４５】
システムコントローラ１０１は、システム起動スイッチ２１１から燃料電池システムＳの起動要求を入力すると、燃料電池スタック１の暖機を行う起動制御を実行する。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。
【００４６】
そして、燃料電池スタック１の温度が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。
【００４７】
（燃料電池システムの基本動作）
図２および３は、燃料電池システムＳの動作を示す。図２は、起動時における動作を、図３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。
【００４８】
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を介してなされる。加熱器４１では、触媒が未活性の状態にあるか、原燃料の充分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、原燃料の酸化剤として燃焼器４に供給される。燃焼により生じた燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を介して改質器２３、燃料熱交換器２２、酸化剤ガス加熱部３である空気熱交換器および蒸発器２１に供給される。このように、起動時では、原燃料の燃焼により生じた輻射熱により燃料電池スタック１が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熱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。
【００４９】
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を介して燃料処理部２１〜２３および酸化剤ガス加熱部３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る。
【００５０】
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所定の温度差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の空気を目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇにまで上昇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。
【００５１】
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。燃料電池スタック１の温度維持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）。
【００５２】
システムコントローラ１０１は、燃料電池システムＳの運転時全体を通じ、換言すれば、燃料電池システムＳの起動時、通常時および停止時の全てに亘って燃焼器４における燃焼状態を制御する。そして、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂを、燃焼器４（本実施形態では、燃焼器４および加熱器４１）に備わる触媒の温度、特にその表面温度が上限温度を超えて上昇するのを回避することのできる温度に制限する。触媒の表面温度の上限は、例えば、９００℃である。
【００５３】
ここで、燃焼器４の制御に対する理解を促すため、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂと触媒の表面温度Ｔｃａｔとの関係について簡単に説明する。
【００５４】
図５は、燃焼器４に備わる触媒の表面およびその近傍を拡大して示したものであり、燃焼器４に供給される酸化剤ガスと触媒の表面との間における熱の授受の関係を模式的に示している。温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔで燃焼器４に供給された酸化剤ガスＧが、原燃料の燃焼による反応熱（発熱流Ｈｃ）を触媒の表面（温度Ｔｃａｔ）から受け、温度Ｔｃｍｂの燃焼ガスとして燃焼器４から流出する様子を示している。
【００５５】
触媒の表面温度Ｔｃａｔと燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂとの関係は、触媒上での燃焼により生じる発熱流Ｈｃに対し、次のような関係にある。
Ｔｃｍｂ＝Ｔｃａｔ−Ｈｃ／（Ａ×ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ））  …（１）
【００５６】
式（１）中、Ａは、反応部の表面積を示し、ｈｗ（Ｔ）は、温度Ｔにおける境膜伝熱係数を示す。Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔは、スタック出口温度であるが、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度、換言すれば、燃焼器４の入口温度の指標として採用する。
【００５７】
式（１）は、触媒の表面で燃焼による熱が発生し、その熱が触媒の表面から酸化剤ガスに伝達される際に形成される温度差（＝Ｔｃａｔ−Ｔｃｍｂ）の分だけ、触媒の表面温度Ｔｃａｔが燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂよりも高いことを示している。
【００５８】
さらに、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔと触媒の表面温度Ｔｃａｔとの関係を示すと、次のようである。
Ｈｃ＝ｃｐ×Ｑａｉｒ×（Ｔｃｍｂ−Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）  …（２）
Ｈｃ＝［ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ×ｃｐ×Ｑａｉｒ／｛ｃｐ×Ｑａｉｒ＋ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ｝×[Ｔｃａｔ−Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ]  …（３）
【００５９】
式（２）および（３）中、ｃｐは、酸化剤ガスの比熱を示し、Ｑａｉｒは、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの流量を示す。
【００６０】
ここで、式（１）と式（３）とを対比すると、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔ（例えば、９００℃）で一定であるとした場合に、式（３）によれば、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔの上昇に対し、発熱流Ｈｃが減少する。そして、発熱流Ｈｃが減少した場合は、式（１）から、触媒の表面温度Ｔｃａｔが上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔである場合の燃焼ガスの温度、つまり、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔが上昇する。よって、燃焼器４に供給される酸化剤ガスが高温であるときほど、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔにより近い温度にまで上昇させることが可能である。これに対し、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔが低下した場合は、発熱流Ｈｃが増大することから（式（３））、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを酸化剤ガスが高温であるときと同様に維持したとすれば、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔを超えて上昇することになる（式（１））。よって、燃焼器４に供給される酸化剤ガスが低温であるときほど、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを低下させることが必要となる。
【００６１】
図６は、燃焼器４の出力に応じた触媒表面温度Ｔｃａｔの変化を、燃焼器４内部の位置に対して示している。高出力時における触媒表面温度Ｔｃａｔ＿ｈを太い実線により、低出力時における触媒表面温度Ｔｃａｔ＿ｌを二点鎖線により、夫々示している。高出力時と低出力時とで、燃焼器４における空気過剰率λは、一定である。このように、触媒表面温度Ｔｃａｔは、空気過剰率λが一定であり、燃焼ガス自体の温度Ｔｃｍｂに変化が見られない場合であっても燃焼器４の出力に応じて変化し、出力の増大に対して上昇する傾向を有する。
【００６２】
酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒに対する関係についても同様であり、燃焼器４に供給される酸化剤ガスが低温である場合は、高温である場合と比較して同じ目標燃焼ガス温度を達成するのにより多くの原燃料を要するため、燃焼に寄与する原燃料の量が増大し、触媒表面温度Ｔｃａｔが上昇する。
【００６３】
式（１）および（３）を纏めると、次式を得る。
Ｔｃｍｂ＝｛ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ×Ｔｃａｔ＋ｃｐ×Ｑａｉｒ×Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ｝／｛ｃｐ×Ｑａｉｒ＋ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ｝  …（４）
【００６４】
そして、触媒の表面温度Ｔｃａｔが上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔを超えて上昇した場合は、触媒の焼結等により、触媒の劣化が進行することが懸念される。
【００６５】
（燃焼制御に係る具体的な説明）
システムコントローラ１０１のうち、燃焼器４の燃焼状態の制御に係る燃焼制御部１０１Ａの構成を、図７〜１０、１２および１３を参照して説明する。
【００６６】
図７は、燃焼制御部１０１Ａの全体的な構成を示している。
【００６７】
燃焼制御部１０１Ａは、大別すると、燃料流量設定部１１１、燃料上限流量設定部１１２、第１目標燃料流量設定部１１３および第２目標燃料流量設定部１１４から構成される。燃焼制御部１０１Ａが行う制御は、概して、次のようである。
【００６８】
燃焼制御部１０１Ａは、燃料電池スタック１の温度維持に要する熱量の観点から第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１を設定するとともに、燃料電池スタック１に要求される出力Ｐｓｔｋの観点から第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２を設定する。他方で、燃焼制御部１０１Ａは、触媒の温度上昇を抑制する際の判定に用いる燃料流量、具体的には、触媒の表面温度Ｔｃａｔをその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｉｍ以下に制限するための燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍを設定する。そして、燃料流量設定部１１１において、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２および燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍに基づき、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量Ｑｆ１および第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２を設定する。本実施形態では、基本的には、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２を、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量Ｑｆ１とし、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１に対する第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２の不足分の流量ΔＱｆを、第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２とする。
【００６９】
図８は、燃料流量設定部１１１の構成を示している。
【００７０】
燃料流量設定部１１１は、大まかには、３つの比較器１１１ａ〜１１１ｃから構成される。
【００７１】
第１比較器１１１ａは、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１と燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍとを入力し、これら２つの入力値のうち、小さい方の値を第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１として出力する。第２比較器１１１ｂは、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２と燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍとを入力し、これら２つの入力値のうち、小さい方の値を第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２として出力する。つまり、第１および第２比較器１１１ａ、１１１ｂは、その出力値である第１および第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１、Ｑｆ＿ｔｒｇ２を、燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍ以下に制限するものである。
【００７２】
そして、既に述べたように、制限後の第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２を、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量Ｑｆ１に設定する一方、制限後の第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１と第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２との差分ΔＱｆ（＝Ｑｆ＿ｔｒｇ１−Ｑｆ＿ｔｒｇ２）を算出し、これを第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２に設定する。第３比較器１１１ｃは、差分ΔＱｆと０とを入力し、これら２つの入力値のうち、大きい方の値を第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２として出力する。
【００７３】
図９は、燃料上限流量設定部１１２の構成を示している。
【００７４】
燃料上限流量設定部１１２は、大まかには、燃焼ガス上限温度演算部１１２ａと、燃料上限流量演算部１１２ｂと、から構成される。
【００７５】
本実施形態において、燃焼ガス上限温度演算部１１２ａは、触媒上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを入力し、上式（１）に基づき、酸化剤ガス温度（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）に応じた燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを算出する。
【００７６】
燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、酸化剤ガスに関してその温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに基づくばかりでなく、温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔおよび流量Ｑａｉｒの双方をもとに算出することも可能である。その場合の演算は、上式（４）による。ここで、上式（４）において、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒを一定とし、例えば、ブロア６の性能上想定される最大流量とすることで、演算の簡略化を図ることが可能である。
【００７７】
図１１は、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔと燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとの関係を示している。
【００７８】
燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、上式（１）等に基づく計算によるばかりでなく、同図に示す傾向のテーブルデータをシステムコントローラ１０１に予め記憶させておき、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに基づくこのテーブルデータからの検索により求めるようにしてもよい。燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔの上昇に対して増加する傾向を有する。スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに応じた燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔであるときの燃焼ガス温度か、それよりも低い温度として、実験により予め把握することが可能である。そして、燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔのテーブルデータを酸化剤ガスの流量Ｑａｉｒ毎に作成し、マップ化することができる。
【００７９】
本実施形態では、図１１に示すテーブルデータからの検索の結果として、燃料の目標流量Ｑｆ＿ｔｒｇは、酸化剤ガスの流量Ｑａｉｒが一定である場合に、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇを一定とした際の流量に対し、酸化剤ガスの温度（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）が低いときほど、減少する傾向を示す。これは、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔが低い場合は、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇが燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔによる実質的な制限を受けるためである。
【００８０】
燃料上限流量演算部１１２ｂは、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂがその上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとなる燃料流量を、燃焼器４に供給される燃料の上限流量Ｑｆ＿ｌｍｔとして算出する。燃料上限流量演算部１１２ｂは、燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔのほか、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒ、ヒータ発熱流Ｈｅ、スタック電流Ｉｓｔｋ、燃料温度Ｔｆおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを入力し、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、入力側のエネルギー量を示す燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｍｔを算出する。ここで、スタック電流Ｉｓｔｋが考慮されるのは、燃料電池スタック１による発電に消費される分の流量を反映させるためである。
【００８１】
図１０は、燃料上限流量設定部１１２の変形例に係る構成を示している。
【００８２】
変形例において、燃焼ガス上限温度演算部１１２ａは、触媒上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔのほか、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒおよびヒータ発熱流Ｈｅを入力し、次式（５）に基づき、酸化剤ガス温度（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）に応じた燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを算出する。ここで、次式（５）は、上式（４）に対し、加熱部４１の電気ヒータによる加熱の影響をヒータ発熱流Ｈｅとして考慮したものである。Ａｅは、電気ヒータの表面積であり、Ａｃａｔは、燃焼器４の触媒と加熱器４１の触媒との合計の表面積である。
【００８３】
Ｔｃｍｂ＝｛ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａｃａｔ×Ｔｃａｔ＋ｃｐ×Ｑａｉｒ×Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ｝／｛ｃｐ×Ｑａｉｒ＋ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａｃａｔ｝−Ｈｅ／（ｈｗ×Ａｅ）  …（５）
【００８４】
燃料上限流量演算部１１２ｂの構成および動作は、図９に示す先の例におけると同様である。
【００８５】
図１２は、第１目標燃料流量設定部１１３の構成を示している。
【００８６】
第１目標燃料流量設定部１１３は、燃料電池スタック１をその動作温度に維持するための熱量を燃焼器４が生じさせるのに要する原燃料の流量を、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１として算出する。
【００８７】
具体的には、第１目標燃料流量設定部１１３は、第１目標燃焼ガス温度演算部１１３ａと、第２目標燃焼ガス温度演算部１１３ｂと、比較器１１３ｃと、第１目標燃料流量演算部１１３ｄと、を備える。
【００８８】
第１目標燃焼ガス温度演算部１１３ａは、燃料電池スタック１のアノード入口温度の目標値Ｔａｎｄ＿ｔｒｇと実際値Ｔａｎｄ＿ｉｎｔとを入力し、両者の差分（＝Ｔａｎｄ＿ｔｒｇ−Ｔａｎｄ＿ｉｎｔ）から、アノード入口温度Ｔａｎｄをその目標値Ｔａｎｄ＿ｔｒｇに近付けるのに燃焼ガスが有するべき温度を、第１目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ１として算出する。
【００８９】
第２目標燃焼ガス温度演算部１１３ｂは、燃料電池スタック１のカソード入口温度の目標値Ｔｃｔｈ＿ｔｒｇと実際値Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔとを入力し、両者の差分（＝Ｔｃｔｈ＿ｔｒｇ−Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔ）から、カソード入口温度Ｔｃｔｈをその目標値Ｔｃｔｈ＿ｔｒｇに近付けるのに燃焼ガスが有するべき温度を、第２目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ２として算出する。
【００９０】
比較器１１３ｃは、第１目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ１と第２目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ２とのうち、高い方の温度を目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇとして出力する。
【００９１】
第１目標燃料流量演算部１１３ｄは、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇのほか、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒ、ヒータ発熱流Ｈｅ、スタック電流Ｉｓｔｋ、燃料温度Ｔｆおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを入力し、燃焼ガスの温度が目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇとなる燃料流量を、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、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１として算出する。
【００９２】
図１３は、第２目標燃料流量設定部１１４の構成を示している。
【００９３】
第２目標燃料流量設定部１１４は、燃料電池スタック１に要求される出力を生じさせるのに要する原燃料の供給流量を、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２として算出する。
【００９４】
具体的には、第２目標燃料流量設定部１１４は、目標スタック電流演算部１１４ａと、第２目標燃料流量演算部１１４ｂと、を備える。
【００９５】
目標スタック電流演算部１１４ａは、燃料電池スタック１の目標出力である目標スタック出力Ｐｓｔｋ＿ｔｒｇと、スタック電流Ｉｓｔｋと、スタック電圧Ｖｓｔｋと、を入力し、燃料電池スタック１を目標スタック出力Ｐｓｔｋ＿ｔｒｇで運転させるのに必要なスタック電流を、目標スタック電流Ｉｓｔｋ＿ｔｒｇとして算出する。ここで、目標スタック出力Ｐｓｔｋ＿ｔｒｇは、燃料電池システムＳのシステム出力に応じたものであり、例えば、燃料電池システムＳが車両の駆動源を構成する場合は、運転者によるアクセルペダルの操作量に応じたものとなる。
【００９６】
第２目標燃料流量演算部１１４ｂは、目標スタック電流Ｉｓｔｋ＿ｔｒｇに応じた燃料流量を、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２として算出する。
【００９７】
本実施形態では、燃料電池スタック１により「燃料電池」が構成され、燃焼器４により「燃焼器」が構成され、システムコントローラ１０１およびスタック出口温度センサ２０３により「コントローラ」が構成される。さらに、スタック出口温度センサ２０３により「酸化剤ガス温度検出部」が、燃焼ガス上限温度設定部１１２ａにより「燃焼ガス上限温度設定部」が、第１比較器１１１ａおよび燃料上限流量演算部１１２ｂにより「燃料流量制御部」が、夫々構成される。
【００９８】
（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。
【００９９】
第１に、燃焼器４に備わる触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔに応じた燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを設定し、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂを上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔ以下に制限するように、燃焼器４に供給される燃料の流量Ｑｆ２を制御することで、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔを超えて上昇するのを回避することが可能となり、触媒の劣化を抑制することができる。
【０１００】
さらに、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒ（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）をもとに設定することで、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、触媒の表面温度の過度な上昇を回避するのに適したものとし、表面温度の上昇による触媒の劣化をより適切に抑制することができる。
【０１０１】
第２に、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒ（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）と燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとの関係を予め設定し、実際の制御に際し、この関係をもとに、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒから燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを設定することで、演算負荷の軽減を図り、制御の応答性を確保することができる。
【０１０２】
ここで、上記関係において、酸化剤ガスが低温であるときほど燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを低い温度として設定することで、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔの適切な設定を通じて触媒の劣化をより確実に抑制することが可能となる。
【０１０３】
第３に、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒばかりでなく、流量Ｑａｉｒにも応じて設定することで、燃焼器４の出力の変動に対して適切な上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔの設定を可能とし、燃料電池システムＳのより広範な運転条件に亘って触媒の劣化を抑制することができる。
【０１０４】
第４に、燃焼器４の上流側に、電気ヒータを有する加熱器４１が備わる場合に、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔの設定に際してこの加熱器４１の発熱量の影響を考慮することで、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔのより適切な設定が可能となり、触媒の活性前における熱量の供給と、触媒の劣化の抑制と、の両立を図ることができる。
【０１０５】
第５に、酸化剤ガスの温度としてスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを採用することで、燃料電池システムＳに一般的に備わる既存のセンサを活用し、部品点数および費用の削減を促進することができる。
【０１０６】
本実施形態では、燃焼器４に供給される燃料の流量に関し、燃料電池スタック１の運転条件に応じた目標流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１、Ｑｆ＿ｔｒｇ２と、触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔに応じた上限流量Ｑｆ＿ｌｍｔと、を算出し、これらのうち小さい方の流量を最終的な目標流量に設定した（図８）。しかし、これに限らず、燃焼ガスの目標温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇと上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとを比較し、低い方の温度を最終的な燃焼ガスの目標温度に設定するとともに、燃焼ガスの目標温度に基づき燃料の目標流量Ｑｆ＿ｔｒｇ（＝Ｑｆ＿ｔｒｇ１）を算出するようにしてもよい。
【０１０７】
以上の説明では、燃焼器４を燃料電池スタック１に対してそのガス排出側に設置したが、燃焼器４は、これに限らず、燃料電池スタック１のガス供給側に設置することも可能である。この場合は、酸化剤ガスである空気をブロワ６によりカソードガス供給通路１２に取り込んだ後、燃料電池スタック１を介さずに直接、燃焼器４に供給する。
【０１０８】
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。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｓ…燃料電池システム
１…燃料電池スタック
２１…蒸発器
２２…燃料熱交換器
２３…改質器
３…酸化剤ガス加熱部（空気熱交換器）
４…燃焼器
４１…加熱器
５１…第１燃料インジェクタ
５２…第２燃料インジェクタ
６…ブロア
７…燃料タンク
１１…アノードガス供給通路
１２…カソードガス供給通路
１１ｅｘｈ…アノードオフガス通路
１２ｅｘｈ…カソードオフガス通路
１０１…システムコントローラ
【図１】
2020047427.tif 000003
【図２】
2020047427.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020047427.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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