(57)【要約】【課題】原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、燃料電池システムの出力低下や耐久性低下を抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、原燃料ガスを改質してアノードガスを生成する改質器と、それぞれ改質器に供給される原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計と、複数の流量計の検出値に基づいて原燃料ガスの流量を算出する演算処理部とを含み、複数の流量計は、それぞれ流量の真値に対する検出値のズレ量が原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に組成に対するズレ量の変化の特性が互いに異なっており、演算処理部は、複数の流量計の特性および検出値に基づいて少なくとも何れか１つの流量計のズレ量を算出し、算出したズレ量と少なくとも何れか１つの流量計の検出値とから原燃料ガスの流量を算出する。【選択図】図２
2020013720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、原燃料ガスを改質して前記アノードガスを生成する改質器とを含む燃料電池システムにおいて、
それぞれ前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計であって、それぞれ前記流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計と、
前記複数の流量計の前記特性および前記検出値に基づいて少なくとも何れか１つの前記流量計の前記ズレ量を算出すると共に、算出した前記ズレ量と前記少なくとも何れか１つの前記流量計の前記検出値とから前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を算出する演算処理部と、
を備え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、
前記複数の流量計の各々については、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと前記改質器に供給される前記原燃料ガスとの比熱差と、前記ズレ量との関係を示す関数が規定されており、
前記演算処理部は、前記複数の流量計の前記関数および前記検出値に基づいて前記比熱差を算出すると共に、算出した前記比熱差と前記少なくとも何れか１つの前記流量計の前記関数とから前記ズレ量を算出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、
前記演算処理部は、前記複数の流量計の前記検出値同士の差と、前記関数から得られる前記ズレ量同士の差とから前記比熱差を算出する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記演算処理部は、前記比熱差と前記標準ガスの比熱とに基づいて前記改質器に供給される前記原燃料ガスのガス種を特定する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料処理システムにおいて、
前記原燃料ガスを前記改質器に供給する原燃料ガスポンプと、
前記原燃料ガスポンプを制御するポンプ制御部とを更に備え、
前記ポンプ制御部は、前記燃料電池の目標電流値と前記原燃料ガスの前記ガス種とに応じた熱量から前記原燃料ガスの目標流量を設定すると共に、前記演算処理部により算出される前記原燃料ガスの流量が前記目標流量に一致するように前記原燃料ガスポンプを制御する燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池のアノードガスを生成する改質器に供給される原燃料ガスの流量を測定する原燃料ガスの流量測定方法であって、
それぞれ前記流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計により、前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出し、
前記複数の流量計の前記特性および前記検出値に基づいて少なくとも何れか１つの前記流量計の前記ズレ量を算出すると共に、算出したズレ量と前記少なくとも何れか１つの前記流量計の前記検出値とから前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を算出する、
原燃料ガスの流量測定方法。
【請求項７】
アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、原燃料ガスを改質して前記アノードガスを生成する改質器とを含む燃料電池システムにおいて、
それぞれ前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計であって、それぞれ前記流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計と、
前記複数の流量計の各々について規定された関数であって、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと前記改質器に供給される前記原燃料ガスとの比熱差と、前記ズレ量との関係を示す関数と、前記複数の流量計の前記検出値とに基づいて前記比熱差を算出すると共に、算出した前記比熱差と前記標準ガスの比熱とに基づいて前記改質器に供給される前記原燃料ガスのガス種を特定するガス種特定部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池のアノードガスを生成する改質器に供給される原燃料ガスのガス種を特定する原燃料ガスのガス種特定方法であって、
それぞれ流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計により、前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出し、
前記複数の流量計の各々について規定された関数であって、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと前記改質器に供給される前記原燃料ガスとの比熱差と、前記ズレ量との関係を示す関数と、前記複数の流量計の前記検出値とに基づいて前記比熱差を算出すると共に、算出した前記比熱差と前記標準ガスの比熱とに基づいて前記改質器に供給される前記原燃料ガスのガス種を特定する、
原燃料ガスのガス種特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を含む燃料電池システム、アノードガスの原燃料ガスの流量測定方法およびガス種特定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素含有燃料（原燃料ガス）から水素含有ガス（アノードガス）を発生させる水素発生部と、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックと、水素発生部に対して供給される燃料の供給量を取得する燃料流量計と、水素発生部の上流側で燃料の中の酸素または窒素を検出するセンサと、当該センサの検出結果に基づいて、燃料流量計からの値が含む誤差を補正して空気を含んだ燃料の供給量を取得する補正部とを含む燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、空気が混合された状態で水素含有燃料が水素発生部に供給された場合であっても、空気の混合量に応じて水素含有燃料の供給量を適切に調整することができる。また、従来、炭化水素、アルコール類またはエーテル類を含む原燃料（原燃料ガス）と原料水またはスチームを水素リッチな燃料ガス（アノードガス）に変換する燃料電池の燃料処理システムとして、燃料ガスの露点温度測定手段と、露点温度に基づき原燃料流量を推定する演算手段と、演算結果に基づき原燃料流量を調節する流量調節手段とを含むものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この燃料処理システムによれば、意図しない理由により原燃料または原料水（スチーム）の流量が設定値からずれた場合であっても、燃料電池の安定な運転およびシステムの保護を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６９２１４号公報
【特許文献２】特許第４０３８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような燃料電池のアノードガスの原燃料ガスとしては、一般に、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の可燃成分を含む都市ガスやプロパンガス等が用いられるが、都市ガス等の組成（可燃成分の濃度比）は、ガス事業者や地域（ガスの原産地）等により異なり、地域によっては、原燃料ガスの組成（ガス種）が時間的に変化することもある。そして、燃料電池システムに供給される原燃料ガスの組成（ガス種）が変化した場合、組成変化に応じて燃料流量計の検出値の誤差が大きくなってしまい、原燃料ガス（熱量）の不足による燃料電池システムの出力低下や、原燃料ガスの過供給による温度上昇等に起因した耐久性低下を招いてしまうおそれがある。しかしながら、上記特許文献１および２に記載された技術では、原燃料ガスの組成変化が何ら考慮されていない。
【０００５】
そこで、本開示は、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、燃料電池システムの出力低下や耐久性低下を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、原燃料ガスを改質して前記アノードガスを生成する改質器とを含む燃料電池システムにおいて、それぞれ前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計であって、それぞれ前記流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計と、前記複数の流量計の前記特性および前記検出値に基づいて少なくとも何れか１つの前記流量計の前記ズレ量を算出すると共に、算出した前記ズレ量と前記少なくとも何れか１つの前記流量計の前記検出値とから前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を算出する演算処理部とを含むものである。
【０００７】
本開示の燃料電池システムは、それぞれ改質器に供給される原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計と、当該複数の流量計の検出値に基づいて改質器に供給される原燃料ガスの流量を算出する演算処理部とを含む。各流量計は、それぞれ流量の真値に対する検出値のズレ量が原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されたものであり、複数の流量計間では、原燃料ガスの組成に対する当該ズレ量の変化の特性が互いに異なっている。すなわち、複数の流量計は、ある組成の原燃料ガスの流量として基本的に互いに異なる値を出力し、複数の流量計の検出値同士の差は、各々の特性に応じて定まる複数の流量計の真値に対する検出値のズレ量同士の差に一致する。従って、複数の流量計の特性および検出値に基づいて少なくとも何れか１つの流量計の真値に対する検出値のズレ量を算出することが可能となり、算出されたズレ量と当該少なくとも何れか１つの流量計の検出値とから改質器に供給される原燃料ガスの流量を精度よく算出することができる。これにより、本開示の燃料電池システムでは、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、改質器に供給される原燃料ガスの流量を演算処理部により精度よく取得することが可能となるので、改質器から燃料電池に要求に応じたアノードガスを精度よく供給することができる。この結果、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、原燃料ガスの過不足による燃料電池システムの出力低下や耐久性低下を良好に抑制することが可能となる。なお、燃料電池システムは、２つの流量計を含むものであってもよく、３つ以上の流量計を含むものであってもよく、３つ以上の流量計を用いることで、演算処理部により算出される原燃料ガスの流量の精度をより向上させることができる。
【０００８】
また、前記複数の流量計の各々については、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと前記改質器に供給される前記原燃料ガスとの比熱差と、前記ズレ量との関係を示す関数が規定されてもよく、前記演算処理部は、前記複数の流量計の前記関数および前記検出値に基づいて前記比熱差を算出すると共に、算出した前記比熱差と前記少なくとも何れか１つの前記流量計の前記関数とから前記ズレ量を算出するものであってもよい。すなわち、原燃料ガスの比熱は、当該原燃料ガスの組成（可燃成分の濃度）と相関を有し、標準ガスと改質器に供給される原燃料ガスとの比熱差は、当該原燃料ガスと標準ガスとの組成の違いに応じて変化する。従って、複数の流量計の各々について上記比熱差とズレ量との関係を示す関数を規定することが可能であり、複数の流量計の関数および検出値に基づいて比熱差を算出することで、当該比熱差と少なくとも何れか１つの流量計の関数とから当該流量計の真値に対する検出値のズレ量を精度よく算出することができる。
【０００９】
更に、前記演算処理部は、前記複数の流量計の前記検出値同士の差と、前記関数から得られる前記ズレ量同士の差とから前記比熱差を算出するものであってもよい。これにより、標準ガスと改質器に供給される原燃料ガスとの比熱差を精度よく算出することが可能となる。
【００１０】
また、前記演算処理部は、前記比熱差と前記標準ガスの比熱とに基づいて前記改質器に供給される前記原燃料ガスのガス種を特定するものであってもよい。すなわち、原燃料ガスの比熱は、当該原燃料ガスの組成（可燃成分の濃度）と相関を有し、当該比熱差と標準ガスの比熱とから得ることが可能である。従って、上記比熱差を算出することで、当該比熱差と標準ガスの比熱とから原燃料ガスのガス種を精度よく特定することができる。そして、特定された原燃料ガスのガス種を燃料電池システムの制御に反映することで、燃料電池の性能や耐久性を良好に維持することが可能となる。
【００１１】
更に、前記燃料処理システムは、前記原燃料ガスを前記改質器に供給する原燃料ガスポンプと、前記原燃料ガスポンプを制御するポンプ制御部とを含むものであってもよく、前記ポンプ制御部は、前記燃料電池の目標電流値と前記原燃料ガスの前記ガス種とに応じた熱量から前記原燃料ガスの目標流量を設定すると共に、前記演算処理部により算出される前記原燃料ガスの流量が前記目標流量に一致するように前記原燃料ガスポンプを制御するものであってもよい。これにより、原燃料ガスの流量を精度よく算出すると共に、改質器に供給されている原燃料ガスのガス種（組成）に応じて当該原燃料ガスの目標流量をより適正に設定することができるので、改質器から燃料電池に要求に応じたアノードガスをより精度よく供給することが可能となる。
【００１２】
本開示の原燃料ガスの流量測定方法は、燃料電池のアノードガスを生成する改質器に供給される原燃料ガスの流量を測定する原燃料ガスの流量測定方法であって、それぞれ前記流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計により、前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出し、前記複数の流量計の前記特性および前記検出値に基づいて少なくとも何れか１つの前記流量計の前記ズレ量を算出すると共に、算出したズレ量と前記少なくとも何れか１つの前記流量計の前記検出値とから前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を算出するものである。
【００１３】
かかる方法によれば、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、改質器に供給される原燃料ガスの流量を精度よく取得することが可能となるので、改質器から燃料電池に要求に応じたアノードガスを精度よく供給することができる。この結果、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、原燃料ガスの過不足による燃料電池システムの出力低下や耐久性低下を良好に抑制することが可能となる。
【００１４】
本開示の他の燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、原燃料ガスを改質して前記アノードガスを生成する改質器とを含む燃料電池システムにおいて、それぞれ前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計であって、それぞれ前記流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計と、前記複数の流量計の各々について規定された関数であって、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと前記改質器に供給される前記原燃料ガスとの比熱差と、前記ズレ量との関係を示す関数と、前記複数の流量計の前記検出値とに基づいて前記比熱差を算出すると共に、算出した前記比熱差と前記標準ガスの比熱とに基づいて前記改質器に供給される前記原燃料ガスのガス種を特定するガス種特定部とを含むものである。
【００１５】
かかる燃料電池システムは、それぞれ改質器に供給される原燃料ガスの流量を検出する複数の流量計と、改質器に供給される原燃料ガスのガス種を特定するガス種特定部とを含む。各流量計は、それぞれ流量の真値に対する検出値のズレ量が原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されたものであり、複数の流量計間では、原燃料ガスの組成に対する当該ズレ量の変化の特性が互いに異なっている。更に、各流量計については、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと改質器に供給される原燃料ガスとの比熱差と、当該流量計における流量の真値に対する検出値のズレ量との関係を示す関数が規定されている。ここで、原燃料ガスの比熱は、当該原燃料ガスの組成（可燃成分の濃度）と相関を有し、標準ガスと改質器に供給される原燃料ガスとの比熱差は、当該原燃料ガスと標準ガスとの組成の違いに応じて変化する。従って、複数の流量計の関数および検出値に基づいて当該比熱差を算出することが可能となり、算出された比熱差と標準ガスの比熱とに基づいて改質器に供給される原燃料ガスのガス種を精度よく特定することができる。そして、特定された原燃料ガスのガス種を燃料電池システムの制御に反映することで、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、原燃料ガスの過不足による燃料電池システムの出力低下や耐久性低下を良好に抑制することが可能となる。
【００１６】
本開示の原燃料ガスのガス種特定方法は、燃料電池のアノードガスを生成する改質器に供給される原燃料ガスのガス種を特定する原燃料ガスのガス種特定方法であって、それぞれ流量の真値に対する検出値のズレ量が前記原燃料ガスの組成に応じて変化するように構成されると共に前記組成に対する前記ズレ量の変化の特性が互いに異なっている複数の流量計により、前記改質器に供給される前記原燃料ガスの流量を検出し、前記複数の流量計の各々について規定された関数であって、組成が判明している前記原燃料ガスである標準ガスと前記改質器に供給される前記原燃料ガスとの比熱差と、前記ズレ量との関係を示す関数と、前記複数の流量計の前記検出値とに基づいて前記比熱差を算出すると共に、算出した前記比熱差と前記標準ガスの比熱とに基づいて前記改質器に供給される前記原燃料ガスのガス種を特定するものである。
【００１７】
かかる方法によれば、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、原燃料ガスの過不足による燃料電池システムの出力低下や耐久性低下を良好に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】図１の燃料電池システムに含まれる複数の流量計の特性を示す図表である。
【図３】本開示の燃料電池システムにおいて実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】本開示の他の燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図５】図４の燃料電池システムに含まれる複数の流量計の特性を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。
【００２０】
図１は、本開示の燃料電池システム１０を示す概略構成図である。同図に示す燃料電池システム１０は、アノードガス（燃料ガス）中の水素とカソードガス（酸化剤ガス）中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタックＦＣＳを有する発電ユニット２０と、湯水を貯留する貯湯タンク１０１を有する給湯ユニット１００と、システム全体を制御する制御装置８０とを含む。また、発電ユニット２０は、燃料電池スタックＦＣＳや、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース３１、気化器（蒸発器）３３、２つの改質器３４等を含む発電モジュール３０と、発電モジュール３０の気化器３３に例えば都市ガス（天然ガス）やＬＰガスといった原燃料ガス（原燃料）を供給するための原燃料ガス供給系統４０と、発電モジュール３０の燃料電池スタックＦＣＳにカソードガスとしての空気を供給するためのカソードガス供給系統５０と、発電モジュール３０の気化器３３に改質水を供給するための改質水供給系統５５と、発電モジュール３０で発生した排熱を回収するための排熱回収系統６０と、燃料電池スタックＦＣＳの出力端子に接続されたパワーコンディショナ７１と、これらを収容する筐体２２とを含む。
【００２１】
本実施形態において、発電モジュール３０は、２つの燃料電池スタックＦＣＳを含み、２つの燃料電池スタックＦＣＳは、間隔をおいて互いに対向するようにモジュールケース３１内に配置されたマニホールド３２上に設置される。各燃料電池スタックＦＣＳは、例えば酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とをそれぞれ有すると共に図１中左右方向（水平方向）に配列された複数の固体酸化物形の単セルＳＣを含む。各単セルＳＣのアノード電極内には、図示しないアノードガス通路が単セルＳＣの配列方向と直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。また、各単セルＳＣのカソード電極の周囲には、カソードガスを流通させる図示しないカソードガス通路が単セルＳＣの配列方向と直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。各単セルＳＣのアノードガス通路は、マニホールド３２に形成されたアノードガス通路３２０に接続され、各単セルＳＣのカソードガス通路は、モジュールケース３１内のカソードガス通路３１０に接続される。
【００２２】
発電モジュール３０の気化器３３および改質器３４は、モジュールケース３１内の２つの燃料電池スタックＦＣＳの上方に両者と間隔をおいて配設される。本実施形態では、一方の燃料電池スタックＦＣＳの上方に気化器３３および一方の改質器３４が配置され、他方の燃料電池スタックＦＣＳの上方に他方の改質器３４が配置される。更に、一方の燃料電池スタックＦＣＳと気化器３３および一方の改質器３４との間、並びに他方の燃料電池スタックＦＣＳと他方の改質器３４との上下方向における間には、燃料電池スタックＦＣＳの作動や、気化器３３および改質器３４での反応に必要な熱を発生させる燃焼部３５が画成されている。各燃焼部３５には、点火ヒータ３６が設置され、少なくとも何れか一方の燃焼部３５には、燃料電池スタックＦＣＳに近接するように温度センサ３７が設置されている。
【００２３】
気化器３３は、燃焼部３５からの熱により原燃料ガス供給系統４０からの原燃料ガスと改質水供給系統５５からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器３３により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混ざり合い、予熱された原燃料ガスと水蒸気との混合ガスは、当該気化器３３から改質器３４に流入する。改質器３４は、その内部に充填された例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有し、燃焼部３５からの熱の存在下で、改質触媒による気化器３３からの混合ガスの反応（水蒸気改質反応）によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器３４は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応（一酸化炭素シフト反応）によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器３４によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器３４により生成されたアノードガスは、図示しない配管やマニホールド３２のアノードガス通路３２０を介して各単セルＳＣのアノード電極に供給される。
【００２４】
また、燃料電池スタックＦＣＳの各単セルＳＣのカソード電極には、モジュールケース３１内のカソードガス通路３１０を介して酸素を含むカソードガスとしての空気が供給される。各単セルＳＣのカソード電極では、酸化物イオン（Ｏ2-）が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノード電極で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。各単セルＳＣにおいて電気化学反応（発電）に使用されなかったアノードガス（以下、「アノードオフガス」という）およびカソードガス（以下、「カソードオフガス」という）は、各単セルＳＣのアノードガス通路やカソードガス通路から上方の燃焼部３５へと流出する。
【００２５】
各単セルＳＣから燃焼部３５に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、各単セルＳＣから燃焼部３５に流入した酸素を含むカソードオフガスと混ざり合う。以下、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを「オフガス」という。そして、点火ヒータ３６により点火させられて燃焼部３５でオフガス（アノードオフガス）が着火すると、当該オフガスの燃焼により、燃料電池スタックＦＣＳの作動や、気化器３３での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質器３４での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、オフガスの燃焼に伴い、燃焼部３５では、水蒸気を含む燃焼排ガスが生成される。
【００２６】
図１に示すように、原燃料ガス供給系統４０は、都市ガスやＬＰガスを供給する原燃料供給源１と気化器３３とを結ぶ原燃料ガス供給管４１と、当該原燃料ガス供給管４１に組み込まれた原燃料ガス供給弁（電磁開閉弁）４２および原燃料ガスポンプ４４と、気化器３３と原燃料ガスポンプ４４との間に位置するように原燃料ガス供給管４１に組み込まれた例えば常温脱硫式の脱硫器４５とを含む。更に、原燃料ガス供給管４１の原燃料ガス供給弁４２と原燃料ガスポンプ４４との間には、圧力センサ４６と第１および第２流量計４７，４８とが組み込まれている。圧力センサ４６は、原燃料ガスポンプ４４の吐出口近傍に位置するように原燃料ガス供給管４１に組み込まれ、当該原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの圧力を検出する。第１および第２流量計４７，４８は、図示しない温度センサおよびヒータを含む熱式流量計であり、当該ヒータから熱が与えられた原燃料ガスの温度変化に基づいて、原燃料供給源１から改質器３４（気化器３３）に向けて原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの単位時間あたりの流量をそれぞれ検出する。
【００２７】
カソードガス供給系統５０は、モジュールケース３１内のカソードガス通路３１０に接続されるカソードガス供給管５１と、カソードガス供給管５１のガス入口に設置されたエアフィルタ５２と、カソードガス供給管５１に組み込まれたブロワ５３とを含む。ブロワ５３を作動させることで、エアフィルタ５２を介して吸入されたカソードガスとしての空気が当該ブロワ５３により上記カソードガス通路３１０を介して各燃料電池スタックＦＣＳへと圧送（供給）される。また、カソードガス供給管５１には、当該カソードガス供給管５１を流通するカソードガスの単位時間あたりの流量が所定値に達するとオンする流量スイッチ５４が設置されている。
【００２８】
改質水供給系統５５は、気化器３３に接続される改質水供給管５６と、改質水供給管５６に接続されると共に改質水を貯留する改質水タンク５７と、改質水供給管５６に組み込まれた改質水ポンプ５８とを含む。改質水ポンプ５８を作動させることで、改質水タンク５７内の改質水が当該改質水ポンプ５８により気化器３３へと圧送（供給）される。また、改質水タンク５７内には、貯留されている改質水を精製する図示しない水精製器が設置されている。
【００２９】
排熱回収系統６０は、給湯ユニット１００の貯湯タンク１０１に接続された循環配管６１と、循環配管６１を流通する湯水と発電モジュール３０の燃焼部３５からの燃焼排ガスとを熱交換させる熱交換器６２と、循環配管６１に組み込まれた循環ポンプ６３とを含む。循環ポンプ６３を作動させることで、当該循環ポンプ６３により貯湯タンク１０１に貯留されている湯水を熱交換器６２へと導入し、熱交換器６２で燃焼排ガスから熱を奪って昇温した湯水を貯湯タンク１０１へと返送することができる。
【００３０】
更に、排熱回収系統６０は、循環配管６１に組み込まれたラジエータ６４と、ラジエータ６４に空気を送り込むラジエータファン（電動ファン）６５と、発電モジュール３０からの電力を消費して循環配管６１内の湯水を加熱する電気ヒータ（例えば、セラミックヒータ）６６と、電気ヒータ６６により加熱された湯水の温度を検出するサーミスタ（温度センサ）６７とを含む。ラジエータ６４は、熱交換器６２と循環ポンプ６３との間に位置するように循環配管６１に組み込まれ、電気ヒータ６６は、循環ポンプ６３とラジエータ６４との間に位置するように循環配管６１に組み込まれる。更に、サーミスタ６７は、電気ヒータ６６に近接するように当該電気ヒータ６６の下流側に設置される。
【００３１】
電気ヒータ６６は、発電モジュール３０（燃料電池スタックＦＣＳ）に要求される出力が常用定格出力よりも低い場合、余剰電力を消費するように作動させられる。更に、この際、サーミスタ６７により検出される水温が所定温度になるように、循環ポンプ６３がデューティ制御されると共に、必要に応じてラジエータファン６５が作動させられる。これにより、発電モジュール３０に要求される出力が低い場合であっても、熱交換器６２により各燃料電池スタックＦＣＳの排熱を回収したり、電気ヒータ６６に発電モジュールの余剰電力を消費させたりしながら、発電モジュール３０の運転を継続させることが可能となる。また、ラジエータファン６５を適宜作動させてラジエータ６４に空気を送り込むことで、循環配管６１を流通する湯水を冷却し（放熱させ）、貯湯タンク１０１内の湯水の温度が必要以上に高まるのを抑制することができる。
【００３２】
また、排熱回収系統６０の熱交換器６２（燃焼排ガスの通路）は、配管を介して改質水タンク５７に接続されており、燃焼排ガス中の水蒸気が貯湯タンク１０１からの湯水との熱交換により凝縮することにより得られた凝縮水は、当該配管を介して改質水タンク５７内に導入される。更に、熱交換器６２の燃焼排ガスの通路は、排気管６８に接続されている。これにより、発電モジュール３０の燃焼部３５から排出されて熱交換器６２で水分が除去された排ガスは、排気管６８を介して大気中に排出される。
【００３３】
パワーコンディショナ７１は、各燃料電池スタックＦＣＳからの直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータ等を含む（何れも図示省略）。パワーコンディショナ７１（インバータ）の出力端子は、系統電源２に接続された電力ライン３に接続される。これにより、各燃料電池スタックＦＣＳからの直流電力を交流電力に変換して家電製品等の負荷４に供給することが可能となる。更に、燃料電池システム１０は、パワーコンディショナ７１に接続された電源基板７２を含む。電源基板７２は、各燃料電池スタックＦＣＳからの直流電力や系統電源２からの交流電源を低圧の直流電力に変換し、原燃料ガス供給弁４２や原燃料ガスポンプ４４、ブロワ５３、改質水ポンプ５８、循環ポンプ６３、ラジエータファン６５等の補機類、温度センサ３７等のセンサ類、更には制御装置８０等に当該直流電力を供給する。
【００３４】
また、パワーコンディショナ７１や電源基板７２等が配置される補機室内には、当該パワーコンディショナ７１や電源基板７２等を冷却するための冷却ファン（図示省略）と、換気ファン２４とが配置されている。図示しない冷却ファンは、パワーコンディショナ７１や電源基板７２の発熱部に空気を送り込み、当該発熱部を冷却して昇温した空気は、換気ファン２４により大気中に排出される。
【００３５】
制御装置８０は、ＣＰＵ８１や、各種プログラムを記憶するＲＯＭ８２、データを一時的に記憶するＲＡＭ８３、入力ポートおよび出力ポート等（何れも図示省略）を含むコンピュータである。制御装置８０は、温度センサ３７や圧力センサ４６、第１および第２流量計４７，４８、サーミスタ６７等の検出値、流量スイッチ５４からの信号等を入力ポートを介して入力する。また、制御装置８０は、換気ファン２４や、点火ヒータ３６、原燃料ガス供給弁４２のソレノイド、原燃料ガスポンプ４４、ブロワ５３、改質水ポンプ５８、循環ポンプ６３、ラジエータファン６５、電気ヒータ６６、パワーコンディショナ７１（ＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータ）、電源基板７２，図示しない表示部等への制御信号を出力ポートを介して出力し、これらの機器を制御する。更に、制御装置８０には、無線式または有線式の通信回線を介して図示しないリモコンが接続される。制御装置８０は、燃料電池システム１０のユーザーにより操作された当該リモコンからの信号に基づいて各種制御を実行する。
【００３６】
図２は、燃料電池システム１０に含まれる第１および第２流量計４７，４８の特性を示す図表である。同図に示すように、第１および第２流量計４７，４８は、流量の真値に対する検出値のズレ量ｄが、組成の判明している標準ガス（例えば、１３Ａの都市ガス）と原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスとの比熱差ΔＣに概ね比例して変化するように構成されたものである。また、第１流量計４７と第２流量計４８とでは、図示するように、比熱差ΔＣに対するズレ量ｄの変化の特性が互いに異なっている。
【００３７】
本実施形態において、第１流量計４７における比熱差ΔＣとズレ量ｄとの関係は、次式（１）に示す第１関数ｆ1（ΔＣ）により表され、第２流量計４８における比熱差ΔＣとズレ量ｄとの関係は、次式（２）に示す第２関数ｆ2（ΔＣ）により表される。ただし、式（１）における“ａ1”および“ｂ1”並びに式（２）における“ａ2”および“ｂ2”は、何れも予め定められた定数であり、定数ａ1，ａ2は、ａ1≠ａ2≠０を満たす。また、定数ｂ1，ｂ2は、ゼロであってもよく、ゼロ以外の実数であってもよく、本実施形態では、ｂ1≠ｂ2であるが、ｂ1＝ｂ2であってもよい。
【００３８】
ｄ＝ｆ1（ΔＣ）＝ａ1・ΔＣ＋ｂ1  …（１）
ｄ＝ｆ2（ΔＣ）＝ａ2・ΔＣ＋ｂ2  …（２）
【００３９】
ここで、都市ガスやＬＰガスといった原燃料ガスの比熱は、当該原燃料ガスの組成（メタン、エタン、プロパン、ブタンといった可燃成分の濃度）と相関を有し、標準ガスと原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスとの比熱差ΔＣは、当該原燃料ガスと標準ガスとの組成の違いに応じて変化する。従って、第１および第２流量計４７，４８は、流量の真値に対する検出値のズレ量ｄ１，ｄ２が原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの組成に応じて変化する特性を有する。そして、第１および第２流量計４７，４８は、ある組成の原燃料ガスの流量として基本的に（比熱差ΔＣが第１および第２関数の交点に対応した値である場合を除く）互いに異なる値を出力し、第１および第２流量計４７，４８の検出値同士の差ΔＦは、図２に示すように、第１関数ｆ1（ΔＣ）から定まる第１流量計４７のズレ量ｄ１と第２関数ｆ2（ΔＣ）から定まる第２流量計４８のズレ量ｄ２との差（＝ｄ２−ｄ１）に一致することになる。
【００４０】
次に、上述の燃料電池システム１０における原燃料ガスの流量の測定手順および原燃料ガスポンプ４４の制御手順について説明する。
【００４１】
図３は、燃料電池システム１０の起動時（例えば、混合ガスの空燃比ずれを抑制するために脱硫器４５に燃料成分を吸着させる燃料吸着処理の実行時等）や運転中に、原燃料ガスの流量を測定しながら原燃料ガスポンプ４４を制御するために制御装置８０により所定時間おきに繰り返し実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。図３のルーチンの開始に際して、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず第１流量計４７の検出値Ｆ１と、第２流量計４８の検出値Ｆ２とを取得し（ステップＳ１００）、検出値Ｆ１と検出値Ｆ２との差ΔＦ（＝Ｆ２−Ｆ１）を算出する（ステップＳ１１０）。
【００４２】
次いで、ＣＰＵ８１は、第１および第２流量計４７，４８について規定された第１および第２関数ｆ1（ΔＣ）、ｆ2（ΔＣ）と、検出値Ｆ１と検出値Ｆ２との差ΔＦとに基づいて、上記標準ガスと、その時点で改質器３４に向けて原燃料ガス供給管４１を流通している原燃料ガスとの比熱差ΔＣｘを算出する（ステップＳ１２０）。上述のように、第１および第２流量計４７，４８の検出値Ｆ１，Ｆ２同士の差ΔＦは、第１関数ｆ1（ΔＣ）から定まる第１流量計４７のズレ量ｄ１と第２関数ｆ2（ΔＣ）から定まる第２流量計４８のズレ量ｄ２との差（＝ｄ２−ｄ１）に一致することから、次式（３）が成立する。従って、ステップＳ１２０において、ＣＰＵ８１は、式（３）を変形して得られる次式（４）から比熱差ΔＣｘを算出する。
【００４３】
ΔＦ＝ａ2・ΔＣｘ＋ｂ2−（ａ1・ΔＣｘ＋ｂ1）  …（３）
ΔＣｘ＝（ΔＦ＋ｂ1−ｂ2）／（ａ2−ａ1）  …（４）
【００４４】
ステップＳ１２０にて比熱差ΔＣｘを算出した後、ＣＰＵ８１は、原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの流量の真値に対する第１流量計４７の検出値Ｆ１のズレ量ｄ１を上記第１関数ｆ1（ΔＣ）と比熱差ΔＣｘとに基づいて、ｄ１＝ａ1・ΔＣｘ＋ｂ1として算出する（ステップＳ１３０）。更に、ＣＰＵ８１は、ステップＳ１００にて取得した第１流量計４７の検出値Ｆ１からステップＳ１３０にて算出したズレ量ｄ１を減じて原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの流量の真値Ｆｔ（＝Ｆ１−ｄ１）を算出する（ステップＳ１４０）。
【００４５】
なお、図３のステップＳ１３０では、第１流量計４７のズレ量ｄ１の代わりに、第２流量計４８のズレ量ｄ２が上記第２関数ｆ2（ΔＣ）と比熱差ΔＣｘとに基づいて、ｄ２＝ａ2・ΔＣｘ＋ｂ2として算出されてもよく、この場合、ステップＳ１４０では、原燃料ガスの流量の真値ＦｔがＦｔ＝Ｆ２−ｄ２として算出されてもよい。また、図３のステップＳ１３０において、第１流量計４７のズレ量ｄ１と第２流量計４８のズレ量ｄ２との双方が算出されてもよく、この場合、ステップＳ１４０では、第１流量計４７の第１関数ｆ1（ΔＣ）およびズレ量ｄ１から算出される原燃料ガスの流量値と、第２流量計４８の第２関数ｆ2（ΔＣ）およびズレ量ｄ２から算出される原燃料ガスの流量値との平均値（＝（Ｆ１−ｄ１＋Ｆ２−ｄ２）／２）が流量の真値Ｆｔとして算出されてもよい。
【００４６】
続いて、ＣＰＵ８１は、予め求められている標準ガスの比熱Ｃ0にステップＳ１２０にて算出した比熱差ΔＣｘを加算して原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの比熱Ｃｘ（＝Ｃ0＋ΔＣｘ）を算出し（ステップＳ１５０）、算出した比熱比Ｃｘと予め作成されてＲＯＭ８２に格納されている図示しないガス種テーブルとに基づいて原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスのガス種を特定する（ステップＳ１６０）。ガス種テーブルは、原燃料ガスのガス種と比熱比とを対応付けしたものであり、ステップＳ１６０において、ＣＰＵ８１は、当該ガス種テーブルから比熱比ΔＣｘに対応したガス種を特定する。
【００４７】
更に、ＣＰＵ８１は、ステップＳ１６０にて特定したガス種と、その時点で設定されている制御用ガス種とを比較してガス種が変化したか否かを判定し（ステップＳ１７０）、ガス種が変化したと判断した場合（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、比熱比ΔＣｘに対応したガス種を制御用ガス種に設定する（ステップＳ１８０）。なお、ステップＳ１７０にて否定判断を行った場合、ＣＰＵ８１は、ステップＳ１８０の処理をスキップする。また、ガス種テーブルは、ガス種に加えて、ガス事業者や地域と比熱とを対応付けしたものであってもよい。
【００４８】
ステップＳ１７０またはＳ１８０の処理の後、ＣＰＵ８１は、原燃料ガス供給系統４０から改質器３４（気化器３３）に供給される原燃料ガスの目標流量を設定する（ステップＳ１９０）。ステップＳ１９０において、ＣＰＵ８１は、別途設定される燃料電池ＦＣＳの目標電流値と、制御用ガス種に対して予め定められている比熱（ガス種すなわち原燃料ガスの組成）とに応じた熱量を算出した上で、当該熱量に応じた原燃料ガスの目標流量を算出する。
【００４９】
更に、ＣＰＵ８１は、ステップＳ１４０にて算出した流量の真値Ｆｔと、ステップＳ１９０にて設定した目標流量と、フィードバック制御の関係式とから、第１および第２流量計４７，４８の検出値に基づいてステップＳ１４０にて算出される流量の真値ＦｔがステップＳ１９０にて設定した目標流量に一致するように原燃料ガスポンプ４４の目標デューティ比を設定する（ステップＳ２００）。そして、ＣＰＵ８１は、ステップＳ２００にて設定した目標デューティ比に基づいて原燃料ガスポンプ４４を制御（フィードバック制御）して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングが到来した段階で、図３のルーチンを再度実行する。
【００５０】
上述のような図３のルーチンが実行される結果、燃料電池システム１０では、原燃料供給源１から改質器３４（気化器３３）に向けて原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの流量が精度よく算出されることになる。すなわち、燃料電池システム１０の第１および第２流量計４７，４８は、流量の真値に対する検出値のズレ量ｄが原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスの組成と相関を有する比熱差ΔＣに応じて変化する特性を有し、第１および第２流量計４７，４８については、それぞれ標準ガスと改質器３４に供給される原燃料ガスとの比熱差ΔＣとズレ量ｄとの関係を示す第１または第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ）が規定されている。また、第１および第２流量計４７，４８は、ある組成の原燃料ガスの流量として基本的に互いに異なる値を出力する。更に、第１および第２流量計４７，４８の検出値同士の差ΔＦは、第１関数ｆ1（ΔＣ）から定まる第１流量計４７のズレ量ｄ１と第２関数ｆ2（ΔＣ）から定まる第２流量計４８のズレ量ｄ２との差に一致する。
【００５１】
従って、第１および第２流量計４７，４８の検出値Ｆ１，Ｆ２（両者の差ΔＦ）と、第１流量計４７の特性を示す第１関数ｆ1（ΔＣ）と、第２流量計４８の特性を示す第２関数ｆ2（ΔＣ）とから、第１および第２流量計４７，４８の検出値Ｆ１，Ｆ２のズレ量ｄ１，ｄ２の少なくとも何れか一方を算出することが可能となる（ステップＳ１１０−Ｓ１３０）。より詳細には、第１および第２流量計４７，４８の検出値Ｆ１，Ｆ２同士の差ΔＦと、第１および第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ）から得られるズレ量ｄ１，ｄ２同士の差とから比熱差ΔＣｘを算出することで、当該比熱差ΔＣｘと第１および第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ）の少なくとも何れか一方とからズレ量ｄ１，ｄ２の少なくとも何れか一方を精度よく算出することができる。そして、第１流量計４７の検出値Ｆ１およびズレ量ｄ１と、第２流量計４８の検出値Ｆ２およびズレ量ｄ２との少なくとも何れか一組から、改質器３４に供給される原燃料ガスの流量を精度よく算出することが可能となる（ステップＳ１４０）。
【００５２】
これにより、燃料電池システム１０では、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、改質器３４に供給される原燃料ガスの流量を演算処理部としての制御装置８０により精度よく取得することが可能となるので、改質器３４から各燃料電池スタックＦＣＳに要求に応じたアノードガスを精度よく供給することができる。この結果、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、原燃料ガスの過不足による燃料電池システム１０の出力低下や耐久性低下を良好に抑制することが可能となる。
【００５３】
また、ガス種特定部としての制御装置８０は、算出した比熱差ΔＣｘと標準ガスの比熱Ｃ0とに基づいて改質器３４に供給される原燃料ガスのガス種を特定する（ステップＳ１６０）。すなわち、原燃料ガスの比熱は、当該原燃料ガスの組成（可燃成分の濃度）と相関を有し、比熱差ΔＣｘと標準ガスの比熱Ｃ0とから得ることが可能である。従って、上記比熱差ΔＣｘを算出することで、比熱差ΔＣｘと標準ガスの比熱Ｃ0とから原燃料ガスのガス種を精度よく特定することができる。そして、特定された原燃料ガスのガス種を上記制御用ガス種に設定して燃料電池システムの制御に反映することで（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、各燃料電池スタックＦＣＳの性能や耐久性を良好に維持すると共に、燃料電池システム１０やリモコンの表示部に表示させる熱量やＣＯ2削減量といった情報の精度をより向上させることが可能となる。
【００５４】
更に、ポンプ制御部としての制御装置８０は、燃料電池スタックＦＣＳの目標電流値および原燃料ガスのガス種（比熱すなわち組成）に応じた熱量から原燃料ガスの目標流量を設定すると共に、第１および第２流量計４７，４８の検出値に基づいて算出される原燃料ガスの流量が当該目標流量に一致するように原燃料ガスポンプ４４を制御する（ステップＳ１９０−Ｓ２１０）。これにより、原燃料ガスの流量を精度よく算出すると共に、改質器３４に供給されている原燃料ガスのガス種（組成）に応じて当該原燃料ガスの目標流量をより適正に設定することができるので、改質器３４から各燃料電池ＦＣＳに要求に応じたアノードガスをより精度よく供給することが可能となる。
【００５５】
また、上記実施形態において、第１および第２流量計４７，４８の第１および第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ），何れも一次関数であるが、これに限られるものではない。すなわち、第１および第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ）の少なくとも何れか一方は、標準ガスと改質器３４に供給される原燃料ガスとの比熱差ΔＣ（組成）とズレ量ｄとの関係を示すものであれば、一次関数以外の例えば２次以上の関数といった任意の関数であってもよい。
【００５６】
図４は、本開示の他の燃料電池システム１０Ｂを示す概略構成図である。なお、燃料電池システム１０Ｂの構成要素のうち、上述の燃料電池システム１０と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５７】
図４に示す燃料電池システム１０Ｂは、上述の燃料電池システム１０の原燃料ガス供給管４１に対して、第１および第２流量計４７，４８に加えて、第３流量計４９を組み込んだものに相当する。第３流量計４９も、流量の真値に対する検出値のズレ量ｄが、組成が判明している標準ガスと原燃料ガス供給管４１を流通する原燃料ガスとの比熱差ΔＣに概ね比例して変化するように構成されたものである。また、燃料電池システム１０Ｂの第１、第２および第３流量計４７，４８，４９の間では、図５に示すように、比熱差ΔＣに対するズレ量ｄの変化の特性が互いに異なっている。更に、第３流量計４９における比熱差ΔＣとズレ量ｄとの関係は、次式（５）に示す第３関数ｆ3（ΔＣ）により表される。ただし、式（５）における“ａ3”および“ｂ3”は、は、何れも予め定められた定数であり、定数ａ3は、ａ3≠ａ1≠ａ2≠０を満たす。また、定数ｂ3は、ゼロであってもよく、ゼロ以外の実数であってもよい。更に、図５に示す例では、ｂ1≠ｂ2≠ｂ3であるが、定数ｂ1，ｂ2およびｂ3の何れか２つまたはすべてが同一であってもよい。
【００５８】
ｄ＝ｆ3（ΔＣ）＝ａ3・ΔＣ＋ｂ3  …（５）
【００５９】
このような３つの流量計４７，４８，４９を含む燃料電池システム１０Ｂでは、図５に示すように、第１および第２流量計４７，４８の検出値Ｆ１，Ｆ２同士の差ΔＦ12が、第１流量計４７の第１関数ｆ1（ΔＣ）から定まる当該第１流量計４７のズレ量ｄ１と第２流量計４８の第２関数ｆ2（ΔＣ＾）から定まる当該第２流量計４８のズレ量ｄ２との差に一致する。また、第１および第３流量計４７，４９の検出値Ｆ１，Ｆ３同士の差ΔＦ13が、第１流量計４７の第１関数ｆ1（ΔＣ）から定まる当該第１流量計４７のズレ量ｄ１と第３流量計４９の第３関数ｆ3（ΔＣ）から定まる当該第３流量計４９のズレ量ｄ３との差に一致する。更に、第２および第３流量計４８，４９の検出値Ｆ２，Ｆ３同士の差ΔＦ23が、第２流量計４８の第２関数ｆ2（ΔＣ）から定まる当該第２流量計４８のズレ量ｄ２と第３流量計４９の第３関数ｆ3（ΔＣ）から定まる当該第３流量計４９のズレ量ｄ３との差に一致する。
【００６０】
従って、燃料電池システム１０Ｂでは、ΔＦ12＝Ｆ２−Ｆ１＝ｄ２−ｄ１、ΔＦ13＝Ｆ１−Ｆ３＝ｄ１−ｄ３、およびΔＦ23＝Ｆ２−Ｆ３＝ｄ２−ｄ３という関係から、標準ガスと改質器３４へと供給される原燃料ガスとの比熱差ΔＣｘとして３つの値を得た上で、当該３つの値の平均値を比熱差ΔＣｘの値とすることで、第１、第２および第３流量計４７，４８，４９の検出誤差の影響を小さくしながら比熱差ΔＣｘをより精度よく算出することが可能となる。また、燃料電池システム１０Ｂでは、検出値Ｆ１，Ｆ２同士の差ΔＦ12と、検出値Ｆ１，Ｆ３同士の差ΔＦ13と、検出値Ｆ２，Ｆ３同士の差ΔＦ23とのうちの最大値に基づいて比熱差ΔＣｘが算出されてもよく、このように比熱差ΔＣｘを算出しても、第１、第２および第３流量計４７，４８，４９の検出誤差の影響を小さくすることができる。
【００６１】
これにより、精度よく算出された比熱差ΔＣｘと、第１、第２および第３関数ｆ1（ΔＣ）、ｆ2（ΔＣ）、ｆ3（ΔＣ）の少なくとも何れか１つと、検出値Ｆ１，Ｆ２およびＦ２の何れか１つとから、改質器３４に供給される原燃料ガスの流量の真値Ｆｔをより精度よく算出することが可能となる。また、燃料電池システム１０Ｂでは、当該比熱差ΔＣｘと第１、第２および第３関数ｆ1（ΔＣ）、ｆ2（ΔＣ）、ｆ3（ΔＣ）とから、第１、第２および第３流量計４７，４８，４９のズレ量ｄ１，ｄ２，ｄ３のすべてを算出すると共に、第１流量計４７の第１関数ｆ1（ΔＣ）およびズレ量ｄ１から算出される原燃料ガスの流量値と、第２流量計４８の第２関数ｆ2（ΔＣ）およびズレ量ｄ２から算出される原燃料ガスの流量値と、第３流量計４９の第３関数ｆ3（ΔＣ）およびズレ量ｄ３から算出される原燃料ガスの流量値との平均値を流量の真値Ｆｔとして算出することもできる。
【００６２】
この結果、燃料電池システム１０Ｂでは、第１、第２および第３流量計４７，４８，４９の検出誤差の影響を小さくしながら制御装置８０による原燃料ガスの流量の算出精度をより向上させることが可能となる。また、比熱差ΔＣｘの算出精度が向上することで、制御装置８０によるガス種の特定精度を向上させることもできる。これらの点から、原燃料ガス供給管４１には、４つ以上の流量計が組み込まれてもよいことが理解されよう。更に、燃料電池システム１０Ｂにおいても、第１、第２および第３流量計４７，４８，４９の第１、第２および第３関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ），は、ｆ3（ΔＣ），何れも一次関数であるが、これに限られるものではない。すなわち、第１、第２および第３関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ），ｆ3（ΔＣ）の少なくとも何れか１つは、は、標準ガスと改質器３４に供給される原燃料ガスとの比熱差ΔＣ（組成）とズレ量ｄとの関係を示すものであれば、一次関数以外の例えば２次以上の関数といった任意の関数であってもよい。
【００６３】
以上説明したように、本開示の燃料電池システム１０は、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する複数の単セルＳＣを含む燃料電池スタックＦＣＳと、原燃料ガスを改質してアノードガスを生成する改質器３４と、それぞれ改質器３４に供給される原燃料ガスの流量を検出する第１および第２流量計４７，４８と、演算処理部およびガス種特定部としての制御装置８０とを含む。また、第１および第２流量計４７，４８は、それぞれ流量の真値に対する検出値Ｆ１，Ｆ２のズレ量ｄ１，ｄ２が原燃料ガスの組成すなわち比熱差ΔＣに応じて変化するように構成され、原燃料ガスの組成に対する第１および第２流量計４７，４８のズレ量ｄ１，ｄ２の変化の特性が互いに異なっている。更に、演算処理部としての制御装置８０は、第１および第２流量計４７，４８の特性を示す第１および第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ）並びに検出値Ｆ１，Ｆ２に基づいて、第１および第２流量計４７，４８の検出値Ｆ１，Ｆ２のズレ量ｄ１，ｄ２の少なくとも何れか一方を算出し（ステップＳ１１０−Ｓ１３０）、第１流量計４７の検出値Ｆ１およびズレ量ｄ１と、第２流量計４８の検出値Ｆ２およびズレ量ｄ２との少なくとも何れか一組から、改質器３４に供給される原燃料ガスの流量を算出する（ステップＳ１４０）。また、ガス種特定部としての制御装置８０は、第１および第２関数ｆ1（ΔＣ），ｆ2（ΔＣ）並びに検出値Ｆ１，Ｆ２に基づいて算出した比熱差ΔＣｘと標準ガスの比熱Ｃ0とに基づいて改質器３４に供給される原燃料ガスのガス種を特定する（ステップＳ１６０−Ｓ１８０）。これにより、原燃料ガスの組成が変化した場合であっても、原燃料ガスの過不足による燃料電池システム１０の出力低下や耐久性低下を良好に抑制することが可能となる。
【００６４】
なお、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示の発明は、燃料電池システムの製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  原燃料供給源、２  系統電源、３  電力ライン、４  負荷、１０，１０Ｂ  燃料電池システム、２０  発電ユニット、２２  筐体、２４  換気ファン、３０  発電モジュール、３１  モジュールケース、３２  マニホールド、３３  気化器、３４  改質器、３５  燃焼部、３６  点火ヒータ、３７  温度センサ、４０  原燃料ガス供給系統、４１  原燃料ガス供給管、４２  原燃料ガス供給弁、４４  原燃料ガスポンプ、４５  脱硫器、４６  圧力センサ、４７  第１流量計、４８  第２流量計、４９  第３流量計、５０  カソードガス供給系統、５１  カソードガス供給管、５２  エアフィルタ、５３  ブロワ、５４  流量スイッチ、５５  改質水供給系統、５６  改質水供給管、５７  改質水タンク、５８  改質水ポンプ、６０  排熱回収系統、６１  循環配管、６２  熱交換器、６３  循環ポンプ、６４  ラジエータ、６５  ラジエータファン、６６  電気ヒータ、６７  サーミスタ、６８  排気管、７１  パワーコンディショナ、７２  電源基板、８０  制御装置、８１  ＣＰＵ、８２  ＲＯＭ、８３  ＲＡＭ、３１０  カソードガス通路、３２０  アノードガス通路、ＦＣＳ  燃料電池スタック、ＳＣ  単セル。
【図１】
2020013720.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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