(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、簡易に燃料電池システムの全運転モードで送出流体の流量を精度よく推定することを目的とする。【解決手段】流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力と、流体送出装置の駆動量と、該吐出圧力および該駆動量に応じて前記流体送出装置から吐出される流体の吐出流量との関係を表す流量推定マップＭを記憶部に記憶し、検出された駆動量および検出された吐出圧力に応じて流量推定マップＭから求められた流体の吐出流量に基いて流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１を求める推定送出量導出手段と、を備える。【選択図】 図４
2010019574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態に応じて流体の流路抵抗が変更される装置に接続された流体送出装置から該装置に供給される前記流体の流量を推定する流体供給量推定装置において、
前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、
前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力と、前記流体送出装置の駆動量と、該吐出圧力および該駆動量に応じて前記流体送出装置から吐出される流体の吐出流量との関係を表す流量推定マップを記憶部に記憶し、前記検出された駆動量および前記検出された吐出圧力に応じて前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量に基いて前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求める推定送出量導出手段と、
を備えたことを特徴とする流体供給量推定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記流体送出装置から吐出された流体の吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、
前記推定送出量導出手段は、前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量を、前記検出された吐出温度により補正して前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求めることを特徴とする流体供給量推定装置。
【請求項３】
運転状態に応じて流体の流路抵抗が変更される装置に接続された流体送出装置から該装置に供給される前記流体の流量を推定する流体供給量推定装置において、
前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、
運転状態に応じて変更される流体の流路抵抗による圧損値が限界値となる場合における前記流体送出装置から吐出される流体の限界吐出圧力と前記流体送出装置の駆動量との関係を表す限界圧損マップを前記記憶部に記憶し、前記検出された駆動量に対応する限界吐出圧力を前記限界圧損マップから求め、前記検出された吐出圧力が前記限界吐出圧力を超えると消耗品交換信号を送出することを特徴とする流体供給量推定装置。
【請求項４】
燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電する燃料電池と、
改質用燃料および改質水が供給され、その供給された改質用燃料を改質することにより水素を含む前記燃料ガスを生成する改質器と、を含む燃料電池システムであって、暖機運転および定常運転に応じて流体送出装置から供給される流体の流路抵抗が変更される燃料電池システムにおいて、
前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、
前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力と、前記流体送出装置の駆動量と、該吐出圧力および該駆動量に応じて前記流体送出装置から吐出される流体の吐出流量との関係を表す流量推定マップを記憶部に記憶し、前記検出された駆動量および前記検出された吐出圧力に応じて前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量に基いて前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求める推定送出量導出手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４において、前記流体送出装置から吐出された流体の吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、
前記推定送出量導出手段は、前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量を、前記検出された吐出温度により補正して前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求めることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５において、前記流量推定マップから求められた前記吐出流量と、前記吐出温度検出手段によって検出された前記吐出温度と、前記流量推定マップの作成時の環境温度Ａと、を変数として構成され、前記温度補正後の推定送出流量を算出する温度補正関数は下記（数１）式によってなることを特徴とする燃料電池システム。
（数１）
2010019574.tif 000007
【請求項７】
燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電する燃料電池と、
改質用燃料および改質水が供給され、その供給された改質用燃料を改質することにより水素を含む前記燃料ガスを生成する改質器と、を含む燃料電池システムであって、暖機運転および定常運転に応じて流体送出装置から供給される流体の流路抵抗が変更される燃料電池システムにおいて、
前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、
前記暖機運転状態および前記定常運転状態に応じて変更される流体の流路抵抗による圧損値が限界値となる場合における前記流体送出装置から吐出される流体の限界吐出圧力と前記流体送出装置の駆動量との関係を表す限界圧損マップを前記記憶部に記憶し、前記検出された駆動量に対応する限界吐出圧力を前記限界圧損マップから求め、前記検出された吐出圧力が前記限界吐出圧力を超えると消耗品交換信号を送出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、燃料電池システムの流量計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池システムとして特許文献１に示されているものが知られている。図３に示すように特許文献１の燃料電池システムは、流体送出のための制御装置に大型で高価な流量計を設けることなく、精度よく送出流体の流量計測が行なえるようになっている。流量計測のために流体周辺の温度を検知する温度検知手段（温度センサ）と、流体の圧力を検知する圧力検知手段（圧力センサ）と、流体を送出するためのポンプの駆動量を検知する駆動量検知手段（回転数センサ）が備えられ、検知された周辺温度と吐出圧力と駆動量が流量推定ロジック部３２に入力され、周辺温度と吐出圧力と駆動量を変数とする予め記憶される流量計算式により流量計算が行なわれて、精度よく流量値が推定できるようになっている。また、このとき流量推定ロジック部３２の流量計算式は、より精度よく流量値を得るため、通路抵抗の違いを考慮して暖機モード用と発電モード用の２種類が準備されており、２種類の流量計算式の切替えは燃料電池スタックおよび改質ガス流路にそれぞれ設けられた各温度検知手段（温度センサ）の計測値に基いて行なわれている。
【特許文献１】特開２００８−４４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、２種類の流量計算式を燃料電池システムの運転モードによって切替え、温度検知手段、圧力検知手段および駆動量検知手段によって検出された検出結果を選択された流量計算式に入力することによって流量を精度よく演算することができる。しかし、運転モードの判定に使用される燃料電池スタックおよび改質ガス流路にそれぞれ設けられた各温度検知手段のうちいずれかが故障した場合には、運転モードの判定ができず適切な流量計算式の選択が困難となるため流量を精度よく演算することができないおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、運転モード判定用の燃料電池スタックおよび改質ガス流路にそれぞれ設けられた各温度検知手段がなくても、簡易に燃料電池システムの全運転モードで送出流体の流量を精度よく推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、運転状態に応じて流体の流路抵抗が変更される装置に接続された流体送出装置から該装置に供給される前記流体の流量を推定する流体供給量推定装置において、前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力と、前記流体送出装置の駆動量と、該吐出圧力および該駆動量に応じて前記流体送出装置から吐出される流体の吐出流量との関係を表す流量推定マップを記憶部に記憶し、前記検出された駆動量および前記検出された吐出圧力に応じて前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量に基いて前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求める推定送出量導出手段と、を備えたことである。
【０００６】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記流体送出装置から吐出された流体の吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、前記推定送出量導出手段は、前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量を、前記検出された吐出温度により補正して前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求めることである。
【０００７】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、運転状態に応じて流体の流路抵抗が変更される装置に接続された流体送出装置から該装置に供給される前記流体の流量を推定する流体供給量推定装置において、前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、運転状態に応じて変更される流体の流路抵抗による圧損値が限界値となる場合における前記流体送出装置から吐出される流体の限界吐出圧力と前記流体送出装置の駆動量との関係を表す限界圧損マップを前記記憶部に記憶し、前記検出された駆動量に対応する限界吐出圧力を前記限界圧損マップから求め、前記検出された吐出圧力が前記限界吐出圧力を超えると消耗品交換信号を送出することである。
【０００８】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電する燃料電池と、改質用燃料および改質水が供給され、その供給された改質用燃料を改質することにより水素を含む前記燃料ガスを生成する改質器と、を含む燃料電池システムであって、暖機運転および定常運転に応じて流体送出装置から供給される流体の流路抵抗が変更される燃料電池システムにおいて、前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力と、前記流体送出装置の駆動量と、該吐出圧力および該駆動量に応じて前記流体送出装置から吐出される流体の吐出流量との関係を表す流量推定マップを記憶部に記憶し、前記検出された駆動量および前記検出された吐出圧力に応じて前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量に基いて前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求める推定送出量導出手段と、を備えたことである。
【０００９】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、前記流体送出装置から吐出された流体の吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、前記推定送出量導出手段は、前記流量推定マップから求められた前記流体の吐出流量を、前記検出された吐出温度により補正して前記流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求めることである。
【００１０】
請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において前記流量推定マップから求められた前記吐出流量と、前記吐出温度検出手段によって検出された前記吐出温度と、前記流量推定マップの作成時の環境温度Ａとを変数として構成され、前記温度補正後の推定送出流量を算出する温度補正関数は下記（数１）式によってなることである。
【００１１】
（数１）
2010019574.tif 000003
【００１２】
請求項７に係る発明の構成上の特徴は、燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電する燃料電池と、改質用燃料および改質水が供給され、その供給された改質用燃料を改質することにより水素を含む前記燃料ガスを生成する改質器と、を含む燃料電池システムであって、暖機運転および定常運転に応じて流体送出装置から供給される流体の流路抵抗が変更される燃料電池システムにおいて、前記流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、前記暖機運転状態および前記定常運転状態に応じて変更される流体の流路抵抗による圧損値が限界値となる場合における前記流体送出装置から吐出される流体の限界吐出圧力と前記流体送出装置の駆動量との関係を表す限界圧損マップを前記記憶部に記憶し、前記検出された駆動量に対応する限界吐出圧力を前記限界圧損マップから求め、前記検出された吐出圧力が前記限界吐出圧力を超えると消耗品交換信号を送出することである。      
【発明の効果】
【００１３】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流体送出装置で送出される吐出流量の推定は、流体送出装置の吐出圧力と、流体送出装置の駆動量と、予め測定され記憶部に記憶された、流体送出装置の吐出圧力と駆動量との関係を表す流量推定マップに基づき精度よく導出される。これにより、高価で大型な流量計を設ける必要がなくなり、コスト低減が図れるとともに、省スペースも図ることができる。
【００１４】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、流体送出装置から吐出された流体の吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、推定送出量導出手段は、流量推定マップから求められた流体の吐出流量を、検出された吐出温度により補正して流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求めるものである。これにより、請求項１における効果に加え推定流量はさらに精度よく導出される。
【００１５】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、運転状態に応じて変更される流体の流路抵抗による圧損値が限界値となる場合における流体送出装置から吐出される流体の限界吐出圧力と流体送出装置の駆動量との関係を表す限界圧損マップを記憶部に記憶し、検出された駆動量に対応する限界吐出圧力を限界圧損マップから求め、検出された吐出圧力が限界吐出圧力を超えると消耗品交換信号が送出される。これにより、運転者は劣化確認のため分解検査を実施する必要がないため、時間の節約ができる。また運転者は目視で劣化の確認ができるため経路が劣化したまま運転し続けるおそれが減り、信頼性が高く効率的な運転を行なうことができる。
【００１６】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、燃料電池システムにおいて、流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、流体送出装置の駆動量を検出する駆動量検出手段と、流体送出装置から吐出される流体の吐出圧力と、流体送出装置の駆動量と、該吐出圧力および該駆動量に応じて流体送出装置から吐出される流体の吐出流量との関係を表す流量推定マップを記憶部に記憶し、検出された駆動量および前記検出された吐出圧力に応じて流量推定マップから求められた流体の吐出流量に基いて流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求める推定送出量導出手段と、を備えている。これにより、高価で大型な流量計を設ける必要がなくなり、コスト低減が図れるとともに、省スペースも図ることができる。また、流量推定マップを使用することにより運転状態（運転モード）に関らず吐出流量の推定が精度よく行なえるために、従来技術において必要であった各運転状態毎に用意された流量計算式を選択する必要がない。したがって対応する流量計算式を選択するために利用されていたスタックおよび改質燃料に対する温度検知手段（センサ）が不要になり、信頼性が向上される。さらに運転モード判定用の各温度検知手段を使用しないためデータ保存のためのメモリ容量を減らすことができ、コストの低減が可能となる。
【００１７】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項４において、流体送出装置から吐出された流体の吐出温度を検出する吐出温度検出手段を備え、推定送出量導出手段は、流量推定マップから求められた流体の吐出流量を、検出された吐出温度により補正して流体送出装置から吐出される流体の推定送出流量を求める。よって運転状態（運転モード）に関らず吐出流量の推定がより一層精度よく行なえ、従来技術においては必要であった各運転状態毎に用意された流量計算式を選択する必要がない。したがってそれぞれの運転モードに対応する流量計算式を選択するために利用されていたスタックおよび改質燃料に対する各温度検知手段（センサ）が不要になり、信頼性が向上される。さらに運転モード判定用の各温度検知手段を使用しないためデータ保存のためのメモリ容量を減らすことができるためコストの低減が可能となる。
【００１８】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項５において、流量推定マップから求められた吐出流量と吐出温度検出手段によって検出された吐出温度と、流量推定マップ作成時の環境温度Ａとを変数として構成され、推定送出流量を算出する温度補正関数は下記（数１）式によってなる。（数１）式によって、精度よく温度補正の換算ができることが確認されており、これにより、短時間で精度よく温度補正が可能となるとともに、制御の負荷が低減できる。
【００１９】
（数１）
2010019574.tif 000004
【００２０】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、燃料電池システムにおいて、暖機運転状態および定常運転状態に応じて変更される流体の流路抵抗による圧損値が限界値となる場合における流体送出装置から吐出される流体の限界吐出圧力と流体送出装置の駆動量との関係を表す限界圧損マップを記憶部に記憶し、検出された駆動量に対応する限界吐出圧力を限界圧損マップから求め、検出された吐出圧力が限界吐出圧力を超えると消耗品交換信号を送出する。これにより運転者は劣化確認のため分解検査を実施する必要がないため、時間の節約ができる。また運転者は目視で劣化の確認ができるため経路が劣化したまま運転し続けるおそれが減り、信頼性が高く効率的な運転を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む燃料ガスである改質ガスを生成する改質器２０を備えている。
【００２２】
燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、酸化剤ガスは、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。
【００２３】
改質器２０は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、改質部２１、冷却部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３、一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４、燃焼部２５、および蒸発部２６から構成されている。改質用燃料としては天然ガス、ＬＰＧなどがあり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００２４】
改質部２１は、改質用燃料に水蒸気が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部２１は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路２１ａを備えている。
【００２５】
改質部２１の折り返し流路２１ａ内には、触媒２１ｂ（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されている。触媒２１ｂは折り返し流路２１ａの底部に設けられた消耗品である各網部材１５および１６によって押えられ、下方に落下しないようになっている。そして網部材１５を介して冷却部２２から導入された改質用燃料と水蒸気供給管５１から導入された水蒸気との混合ガスが触媒２１ｂによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は網部材１６を介して冷却部（熱交換部）２２に導出される。
【００２６】
冷却部２２は、改質部２１から導出された改質ガスと、改質用燃料と改質水（水蒸気）との混合ガスとの間で熱交換が行われる熱交換器（熱交換部）であって、高温である改質ガスを低温である混合ガスによって降温してＣＯシフト部２３に導出するとともに混合ガスを改質ガスによって昇温して改質部２１に導出するようになっている。
【００２７】
冷却部２２には燃料供給源Ｓｆ（例えば都市ガス管）に接続された燃料供給管４１が接続されている。燃料供給管４１には、上流から順番に第１燃料バルブ４２、改質用燃料ポンプ４３、および第２燃料バルブ４５が設けられている。第１および第２燃料バルブ４２，４５は制御装置３０の指令によって燃料供給管４１を開閉するものである。
【００２８】
改質用燃料ポンプ４３は、制御装置３０の指令に応じて改質部２１に改質用燃料を供給し、その供給量を調整するものである。改質用燃料ポンプ４３は、ポンプの回転数（駆動量）を検出する駆動量検出手段である回転数センサ４３ａを備えている。回転数センサ４３ａが検出した検出信号は制御装置３０に出力されるようになっている。改質用燃料ポンプ４３の吐出口には、吐出圧力検出手段である圧力センサ４３ｂおよび吐出温度検出手段である温度センサ４３ｃが設けられている。圧力センサ４３ｂは、改質用燃料ポンプ４３の出口側の流体の圧力を検出する吐出圧力検出手段であり、その検出信号を制御装置３０に出力するようになっている。温度センサ４３ｃ（例えば熱電対）は、改質用燃料ポンプ４３の出口側の流体の温度を検出する吐出温度検出手段であり、その検出信号を制御装置３０に出力するようになっている。それらセンサ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは改質用燃料ポンプ４３に一体的に設けられている。
【００２９】
なお、回転数センサ４３ａは、磁気式ロータリエンコーダを使用しており、回転数を電圧に変換して所定形状の波形として出力するものである。回転軸に直流発電機を付けその発電電圧から回転数を測定するＤＣタコゼネレータや、鉄心と２組のコイルから構成され２組のコイルを使って発生させる正弦波状の電圧から回転数を測定するレゾルバも使用可能である。
【００３０】
また、圧力センサ４３ｂは、ダイヤフラムで受圧しダイヤフラムの歪みを電圧に変換して出力するものである。材料は半導体（Ｓｉ）を用いており、歪みを検出するのに静電容量の変化から検出している。材料がＮｉやＣｕの合金を用いる抵抗線式も使用可能である。
【００３１】
また、燃料供給管４１の第２燃料バルブ４５と冷却部２２との間には蒸発部２６に接続された水蒸気供給管５１が接続されている。蒸発部２６から供給された水蒸気が改質用燃料に混合され、その混合ガスが冷却部２２を通って改質部２１に供給されている。
【００３２】
ＣＯシフト部２３は、改質部２１から冷却部２２を通って供給された改質ガス（燃料ガス）中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減部である。供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素が、ＣＯシフト部２３内に充填された触媒２３ａ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）により水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されて導出される。
【００３３】
ＣＯ選択酸化部２４は、ＣＯシフト部２３から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池１０に供給する一酸化炭素低減部である。ＣＯ選択酸化部２４は、円筒状に形成されて、蒸発部２６の外周壁を覆って当接して設けられている。ＣＯ選択酸化部２４の内部には、触媒２４ａ（例えば、ＲｕまたはＰｔ系の触媒）が充填されている。
【００３４】
このＣＯ選択酸化部２４の側壁面下部および側壁面上部には、ＣＯシフト部２３に接続された接続管９３および燃料電池１０の燃料極１１に接続された改質ガス供給管７１がそれぞれ接続されている。接続管９３には、酸化用空気を供給する酸化用空気供給管６１が接続されている。これにより、ＣＯ選択酸化部２４には、ＣＯシフト部２３からの改質ガスと酸化用空気とが導入される。酸化用空気供給管６１には、上流から順番に酸化用空気ブロア６３および酸化用空気バルブ６４が設けられている。酸化用空気ブロア６３は酸化用空気を供給しその供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ６４は酸化用空気供給管６１を開閉するものである。したがって、ＣＯ選択酸化部２４内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用空気中の酸素と反応（酸化）して二酸化炭素になる。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出され、燃料電池１０の燃料極１１に供給されるようになっている。
【００３５】
また、ＣＯ選択酸化部２４内には触媒２４ａの温度を検出する温度センサ２４ｂが設けられている。温度センサ２４ｂの検出信号は制御装置３０に出力されるようになっている。
【００３６】
燃焼部２５は、燃焼用燃料、改質ガスやアノードオフガスなどの可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスにより燃焼し、その燃焼ガスによって改質部２１を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するためのものであり、改質部２１の内周壁内に下端部が挿入されて空間をおいて配置されている。
【００３７】
燃焼部２５には、改質用燃料ポンプ４３の上流にて燃料供給管４１から分岐した燃焼用燃料供給管４７が接続されるとともに、燃料極１１の導出口に一端が接続されているオフガス供給管７２の他端が接続されている。燃料電池１０の起動当初（暖機運転状態）、燃焼用燃料が燃焼部２５に供給され、燃料電池１０の暖機運転中（暖機運転状態）、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０を経由しないで燃焼部２５に供給され、燃料電池１０の発電運転中（定常運転状態）、燃料電池１０から排出されるアノードオフガス（燃料極１１にて未使用の水素を含んだ改質ガス）が燃焼部２５に供給されるようになっている。また、改質ガスやオフガスの不足分を燃焼用燃料で補っている。
【００３８】
また、燃焼部２５には、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管６５が接続されており、燃焼用燃料、アノードオフガス、改質ガスなどの可燃ガス、および可燃ガスを燃焼（酸化）させるための燃焼用空気などの酸化剤ガスが供給されるようになっている。
【００３９】
なお、燃焼用燃料供給管４７には燃焼用燃料ポンプ４８が設けられている。燃焼用燃料ポンプ４８は燃焼用燃料を供給しその供給量を調整するものである。また、燃焼用空気供給管６５には上流から順番に、空気中の埃が入らないようにするための、消耗品であるフィルタ１７と、燃焼用空気ブロア６６とが設けられている。
【００４０】
燃焼用空気ブロア６６は燃焼用空気を供給しその供給量を調整するものである。燃焼用空気ブロア６６は、ブロアの回転数（駆動量）を検出する駆動量検出手段である回転数センサ６６ａを備えている。回転数センサ６６ａが検出した検出信号は制御装置３０に出力される。燃焼用空気ブロア６６の吐出口には、圧力センサ６６ｂおよび温度センサ６６ｃが設けられている。圧力センサ６６ｂは、燃焼用空気ブロア６６の出口側の流体（空気）の圧力を検出する吐出圧力検出手段であり、その検出信号は制御装置３０に出力される。
【００４１】
温度センサ６６ｃは、燃焼用空気ブロア６６の出口側の流体（空気）の温度を検出する吐出温度検出手段であり、その検出信号は制御装置３０に出力される。
【００４２】
上述した燃焼部２５は着火されると、供給されている燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスが燃焼用空気によって燃焼されて高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２７を流通し、排気管９１を通って燃焼排ガスとして排気される。これにより、燃焼ガスは改質部２１および蒸発部２６を加熱する。燃焼ガス流路２７は、改質部２１の内周壁に沿って当接して配設され、折り返されて改質部２１の外周壁と断熱部２８との間に当接して配設され、折り返されて断熱部２８と蒸発部２６の間に当接して配設された流路である。
【００４３】
蒸発部２６は、改質水を加熱して沸騰させて水蒸気を生成して冷却部２２を介して改質部２１に供給するものである。蒸発部２６は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路２７の最も外側の流路の外周壁を覆って当接して設けられている。
【００４４】
この蒸発部２６の下部（例えば側壁面下部、底面）には改質水タンクＳｗに接続された給水管５２が接続されている。蒸発部２６の上部（例えば側壁面上部）には水蒸気供給管５１が接続されている。改質水タンクＳｗから導入された改質水は、蒸発部２６内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびＣＯ選択酸化部２４からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管５１および冷却部２２を介して改質部２２へ導出するようになっている。なお、給水管５２には、上流から順番に改質水ポンプ５３および改質水バルブ５４が設けられている。改質水ポンプ５３は、蒸発部２６に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ５４は給水管５２を開閉するものである。
【００４５】
燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管７１を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されるとともに、燃料極１１の導出口にはオフガス供給管７２を介して燃焼部２５が接続されている。バイパス管７３は燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管７１およびオフガス供給管７２を直結するものである。改質ガス供給管７１にはバイパス管７３との分岐点と燃料電池１０との間に第１改質ガスバルブ７４が設けられている。オフガス供給管７２にはバイパス管７３との合流点と燃料電池１０との間にオフガスバルブ７５が設けられている。バイパス管７３には第２改質ガスバルブ７６が設けられている。
【００４６】
また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、カソード用空気を供給するカソード用空気供給管６７が接続されるとともに、空気極１２の導出口には、排気管９２が接続され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用空気供給管６７には上流から順にカソード用空気ブロア６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。
【００４７】
カソード用空気ブロア６８はカソード用空気を供給しその供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９はカソード用空気供給管６７を開閉するものである。
【００４８】
上述した改質用燃料ポンプ４３、燃焼用燃料ポンプ４８、酸化用空気ブロア６３、燃焼用空気ブロア６６は改質器２０に燃料および空気である流体を送出する流体送出装置である。また改質水ポンプ５３は、蒸発部２６に水である流体を送出する流体送出装置である。さらにカソード用空気ブロア６８は、燃料電池１０に、空気である流体を送出する流体送出装置である。
【００４９】
燃料電池システムは制御装置３０を備えており、制御装置３０は図示しないマイクロコンピュータを有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、各温度センサ２４ｂ，４３ｃ、６６ｃ、各回転数センサ４３ａ、６６ａ、各圧力センサ４３ｂ、６６ｂ、からの入力信号に基づいて、各ポンプ４３，４８，５３、各ブロア６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６、および燃焼部２５を制御している。これにより、燃料電池システムの暖機運転（暖機モード）および発電運転（発電モード）を実施するとともに、所望の出力電流（負荷装置で消費される電流・電力）となるように改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用空気、改質水およびカソード用空気の各供給量を制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものである。ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００５０】
制御装置３０は、流体送出装置である例えば改質用燃料ポンプ４３の流体の流量（送出量）を制御したり、改質用燃料ポンプ４３から送出される流量（送出量）を推定するものであり、図３に示すように、制御ロジック部３１と流体供給量推定装置である流量推定ロジック部３２とを備えている。
【００５１】
制御ロジック部３１は、設定流量ｒｆｌｕｘに基づき改質用燃料ポンプ４３のモータ４３ｄのデューティ比ｄｕｔｙを演算する操作量導出手段と、その演算結果をモータ４３ｄのドライバ回路４３ｅへ出力しモータ４３ｄの駆動量（回転数）を制御する制御手段とを備える。
【００５２】
また制御ロジック部３１は、流量推定ロジック部３２で推定された推定流量である推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２と、目標流量である設定流量ｒｆｌｕｘとの差に基づき操作量導出手段によって操作量を導出する。そして導出された操作量であるデューティ比ｄｕｔｙを入力された制御手段によって、改質用燃料ポンプ４３のモータ４３ｄの駆動量（回転数）がフィードバック制御される。モータ４３ｄは演算結果に基づいたデューティ比ｄｕｔｙで、ＰＷＭ制御される（パルスの大きさは一定で，パルス幅をデューティ比に応じて変化させて制御する）。設定流量ｒｆｌｕｘは、燃料電池システムの電力供給先に設置された負荷装置で消費される電流・電力と、予め記憶されている燃料供給マップとに基づいて導出されるものである。燃料供給マップは、負荷装置で消費される電流・電力と改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用空気、改質水およびカソード用空気の各供給量（供給指示値）との相関関係を示すものである。
【００５３】
流量推定ロジック部３２は、図４に示すように２つの推定送出量導出手段を備えている。第１の推定送出量導出手段は回転数センサ４３ａによって検出された改質用燃料ポンプ４３の回転数ｒｐｍと、吐出圧力センサ４３ｂによって検出された改質用燃料ポンプ４３の吐出圧力ｐｒｅｓｓとを、ＲＯＭに記憶された流量推定マップＭにあてはめ推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１を導出するものである。
【００５４】
流量推定マップＭは、改質用燃料ポンプ４３の駆動量検出手段である回転数センサ４３ａによって検出された回転数ｒｐｍと、改質用燃料ポンプ４３の吐出圧力検出手段である圧力センサ４３ｂによって検出された吐出圧力ｐｒｅｓｓと、実験のために備えられた流量計により計測された流量値との相関関係を表すものであり、予め実測され記憶部３０ａに記憶されている。
【００５５】
また流量推定マップＭは、燃料電池システムの全運転モード域において所定の間隔毎にそれぞれのデータ同士が対応して測定され、測定されない部分については測定されたデータを基に２次関数以上の所定の多項式によってデータ補間されている。
【００５６】
第２の推定送出量導出手段は第１の推定送出量導出手段によって導出された吐出流量である推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１と、吐出温度検出手段である温度センサ４３ｃによって検出された改質用燃料ポンプ４３の流体の吐出温度ｔｅｍｐと、流量推定マップＭが作成されたときの環境温度Ａと、を変数として構成される下記（数１）式に示す温度補正関数から推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２が導出され、導出された推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２を制御ロジック部３１に出力するものである。なお、流量推定マップＭが作成されたときの環境温度Ａは流量推定マップＭを温度補正するためのものであり、本実施形態においては２０℃である。発明者が、検証した結果、（数１）式は、温度補正して精度よく推定送出流量を導出できることが確認されている。
【００５７】
（数１）
2010019574.tif 000005
【００５８】
次に上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置３０は、時刻ｔ０にて図示しない起動スイッチがオンされると、燃料電池システムの暖機運転を開始する。すなわち燃料電池システムは暖機運転状態に入る。制御装置３０は、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開いてＣＯ選択酸化部２４を燃焼部２５に接続し、第１燃料バルブ４２を開き第２燃料バルブ４５を閉じて燃焼用燃料ポンプ４８および燃焼用空気ブロア６６を駆動して燃焼用燃料および燃焼用空気を燃焼部２５に供給して燃焼部２５を着火する。これにより、燃焼用燃料が燃焼され、燃焼ガスにより改質部２１および蒸発部２６が加熱される。
【００５９】
制御装置３０は、蒸発部２６が水蒸気を生成するのに十分な温度に達すると、水バルブ５４を開き、改質水ポンプ５３を駆動させ水タンクＳｗの水を所定流量（所定供給量）だけ蒸発部２６を介して改質部２１に供給を開始する。その後、制御装置３０は、第２燃料バルブ４５を開いて改質用燃料ポンプ４３を駆動させ燃料供給源Ｓf の燃料を所定流量（所定供給量）だけ改質部２１に供給するとともに、酸化用空気バルブ６４を開いて酸化用空気ブロア６３を駆動させ酸化用空気を所定流量（所定供給量）だけＣＯ選択酸化部２４に供給する。これにより、改質部２１に改質用燃料と水蒸気の混合ガスが供給され、改質部２１では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２１から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ選択酸化部２４から導出され、燃焼部２５に供給され燃焼される。
【００６０】
このような改質ガスの生成中において、制御装置３０は、温度センサ２４ｂによりＣＯ選択酸化部２４の触媒２４ａの温度を検出し、この検出した温度が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の低濃度以下となったとして、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ選択酸化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口を燃焼部２５に接続する。これにより、燃料電池システムを暖機する暖機運転状態が終了して続いて流路が変更され定常運転状態が開始される。すなわち燃料電池システムは発電モードに入る。
【００６１】
制御装置３０は、発電モードにおいては、所望の出力電流（負荷装置で消費される電流・電力）となるように改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用空気、酸化用空気、カソード用空気および改質水を供給するようになっている。制御装置３０は、所望の出力電流となるように改質用燃料の供給量を演算し設定流量として出力し、その供給量となるように改質用燃料ポンプ４３を駆動させ、演算した改質用燃料設定流量およびＳ／Ｃ（スチームカーボン比）に基づいて改質水の供給量を演算し設定流量として出力し、その供給量となるように改質水ポンプ５３を駆動させている。
【００６２】
また、制御装置３０は、アノードオフガスの燃焼熱だけでは燃焼部２５にて必要な熱エネルギーが不足する場合、起動運転時である場合などに、燃焼部２５に供給する燃焼用燃料の供給量を演算し設定流量として出力し、その供給量となるように燃焼用燃料ポンプ４８を駆動させ、改質用燃料供給量などに基づいて燃焼用空気の供給量を演算し設定流量として出力し、その供給量となるように燃焼用空気ブロア６６を駆動させている。
【００６３】
また、制御装置３０は、一酸化炭素を所定量以下とするように酸化用空気の供給量を演算し設定流量として出力し、その供給量となるように酸化用空気ブロア６３を駆動させている。そして、制御装置３０は、改質器２０から供給された改質ガスと反応するに十分なカソード用空気の供給量を演算し設定流量として出力し、その供給量となるようにカソード用空気ブロア６８を駆動させている。そして、停止スイッチが押されると、燃料電池システムは停止運転を実施して停止する。
【００６４】
次に、改質用燃料ポンプ４３の推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２の算出および算出した推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２による改質用燃料ポンプ４３のフィードバック制御について図６に示したフローチャート１を参照しながら説明する。なおフローチャート１は流体送出装置によって送出される流体の流路抵抗が異なる運転状態、即ち暖機運転状態および発電運転状態のどちらにも適用されるものである。
【００６５】
制御装置３０は、図示しないスタートスイッチがオンされ暖機運転が開始されると、改質用燃料ポンプ４３が駆動され燃料供給源Ｓf の燃料が所定流量（所定供給量）だけ改質部２１に供給されて図６のフローチャート１に対応したプログラムの実行を開始する（ステップＳ１０）。
【００６６】
その後、制御装置３０は、改質用燃料ポンプ４３の回転数センサ４３ａが検出した回転数ｒｐｍと、改質用燃料ポンプ４３の圧力センサ４３ｂが検出した吐出圧力ｐｒｅｓｓと、温度センサ４３ｃが検出した改質用燃料ポンプ４３の吐出温度ｔｅｍｐとを受信する（ステップＳ１１）。
【００６７】
制御装置３０は、それら受信した回転数ｒｐｍと、吐出圧力ｐｒｅｓｓと、予めＲＯＭに記憶された流量推定マップＭとから推定送出量導出手段Ｍ（ｒｐｍ、ｐｒｅｓｓ）によって推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１を読み取って導出する（ステップＳ１２）。
【００６８】
次に制御装置３０は、導出された推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１と受信した吐出温度ｔｅｍｐと、流量推定マップＭが作成されたときの環境温度Ａ（本実施形態においては２０℃）と、を推定送出量導出手段である温度補正関数（数１）に入力し、推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２を導出する（ステップＳ１３）。
【００６９】
そして念のためにステップＳ１４にて、ステップＳ１３までのデータが改質用燃料ポンプ４３が作動していたかどうかを改質用燃料ポンプ４３の回転数の大きさによって確認する。回転数ｒｐｍが０より大きいか否かを確認し、０以下であれば改質用燃料ポンプ４３は作動していなかったとして推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２を０とし、回転数ｒｐｍが０より大きければ改質用燃料ポンプ４３は正常に作動していたとしてステップＳ１３によって導出された値を推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２とする。
【００７０】
次に制御装置３０は、フィードバック制御を行なうために改質用燃料ポンプ４３の設定流量ｒｆｌｕｘを受信し（ステップＳ１５）、該設定流量ｒｆｌｕｘと、ステップＳ１３にて導出された推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２との差を算出する。そして制御装置３０は、算出された設定流量ｒｆｌｕｘと推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２との差から、操作量導出手段によって、設定流量ｒｆｌｕｘに追従する操作量であるモータ４３ｄのデューティ比ｄｕｔｙを算出する（ステップＳ１６）。
【００７１】
そして、制御装置３０は、制御手段によってステップＳ１６で算出された改質用燃料ポンプ４３のモータ４３ｄのデューティ比ｄｕｔｙをモータ４３ｄのドライバ回路４３ｅへ出力して、改質用燃料ポンプ４３を駆動し（ステップＳ１７）、その後プログラムを終了する（ステップＳ１８）。なお本プログラムは発電運転状態においても同様の内容で作動される。
【００７２】
このようにして推定された改質用燃料ポンプ４３の流量について検証する。図５は本実施の形態に係る改質用燃料ポンプ４３の暖機運転状態および発電運転状態において、検証用に設けた質量流量計を使用して測定した実流量と、改質用燃料ポンプ４３の回転数センサ４３ａ、圧力センサ４３ｂおよび温度センサ４３ｃの検出値を用い流量推定ロジック３２にて推定した推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２との比較を示したものである。
【００７３】
図５に示すように、質量流量計を使用して所定時間、測定した実流量を点で表す。また実流量測定と同時に、かつ同じだけの所定時間、検出された各センサ４３ａ，４３ｂおよび４３ｃの検出値をもとに、第１の推定送出量導出手段および第２の推定送出量導出手段の２段階で導出した推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２を実線Ｌａ１で表す。
【００７４】
図５から明らかなように、暖機運転状態および発電運転状態のどちらの状態においても、第２の推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２は実流量とよく一致していることを確認することができる。
【００７５】
上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、流体送出装置（例えば改質用燃料ポンプ４３）に備えられた吐出圧力検出手段、駆動量検出手段および吐出温度検出手段の各検出手段によって検出された、吐出圧力ｐｒｅｓｓ、回転数ｒｐｍ、および吐出温度ｔｅｍｐのみを用い、精度よく流体の送出量を推定することができる。よって大型で高価な流量計を備える必要がなくコストの低減を図ることができる。
【００７６】
また前述したとおり、起動直後の暖機運転状態と、発電を行なう定常運転状態においては、各流体送出装置（例えば改質用燃料ポンプ４３）の送出する各流体が移動する経路が大きく異なる。これは各運転状態によって流路抵抗が異なることを、即ち流量特性が異なっていることを示している。しかし、本実施形態においては、予め実験によって求められた暖機運転状態と定常運転状態に係る流量推定マップＭが予めＲＯＭに記憶され、該流量推定マップＭに基づいて第１の推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１が導出され、導出された第１の推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１に基づいて第２の推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ２が導出される。これにより暖機運転状態と、定常運転状態の流量推定は一つのプログラムで行なうことができ、従来のように、暖機運転状態と、定常運転状態の各モード毎に備えられた流量計算式を切替えるための動作が不要となる。よって、従来技術において流量計算式を切替えるために利用されていたスタック用温度計および改質ガス用温度計に依存する必要がないため、万一スタック用温度計および改質ガス用温度計が故障しても流体送出量の推定を精度よく行なうことができ、信頼性が向上される。さらに、流体送出流量の推定のためにスタック用温度計および改質ガス用温度計のデータを保存する必要がないため、メモリ容量を減らすことができ、コスト低減も図ることができる。
【００７７】
さらに、本実施形態においては、流量推定ロジック３２において吐出流量である導出された推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１を温度補正するための推定送出量導出手段として、推定送出流量ｅｓｔｆｌｕｘ１と、改質用燃料ポンプ４３の流体の吐出温度ｔｅｍｐと、流量推定マップＭが作成されたときの環境温度Ａ（本実施形態においてはＡは２０℃）と、を変数として構成される温度補正関数である下記（数１）式が備えられている。（数１）式は、発明者によって、精度よく温度補正できることが確認されている。これにより、短時間で精度よく温度補正が可能となるとともに、制御の負荷が低減できる。
【００７８】
（数１）
2010019574.tif 000006
【００７９】
次に第２の実施形態について説明する（図１０、図１１）。以下変更点のみ説明し、その他の構成については、第１の実施形態と同じであるので、同一部品については同一の符号を付し、同一の構成、同一の作用についてその説明は省略する。
【００８０】
第２の実施形態は、図１０に示すように、第１の実施形態に対し流体送出装置（改質用燃料ポンプ４３、燃焼用空気ブロア６６等）によって送出される流体の経路の詰り、すなわち劣化を検知し、外部に表示する機能をもつ圧損変動算出ロジック３３を備える点が異なる。なお、第２の実施形態においては燃焼用空気ブロア６６について説明する。
【００８１】
圧損変動算出ロジック３３は制御装置３０に備えられる。圧損変動算出ロジック３３は図１１に示すように限界圧損マップＭｍｐｒｅと、経路の劣化を判定する劣化判定手段と、劣化判定手段により劣化していると判定された場合に、消耗品交換信号が送出され、外部に対し劣化した消耗品の交換を知らせる部品交換表示手段とを備えている。
【００８２】
ここで対象となる消耗品とは、詰ることにより流体送出装置の吐出圧力を変化させる部品のことをいう。例えば図１に示すように燃焼用空気ブロア６６の上流に設けられ、空気中の埃の進入を防止する機能を持つフィルタ１７等がある。また対象となる別の消耗品としては改質用燃料ポンプ４３によって送出される混合ガスおよび改質ガスの通路に設けられる網部材１５および１６である。網部材１５および１６は前述のとおり改質部２１の底部で、混合ガスの入口および改質ガス出口に設けられ、冷却部２２との間に介在されて改質部２１の触媒２１ｂを押え、触媒２１ｂが下方に落ちるのを防ぐ機能を持つものである。なお、網部材１５および１６は別体としたが一体で構成してもよい。
【００８３】
限界圧損マップＭｍｐｒｅは、流体の流路抵抗による圧損値が燃料電池システムを運用する上で限界値となる燃焼用空気ブロア６６から吐出される流体の限界吐出圧ｍｐｒｅｓｓと、そのときの燃焼用空気ブロア６６の駆動量である回転数ｒｐｍとの相関関係を表すものである。
【００８４】
限界圧損マップＭｍｐｒｅは、予め実機によって流体の流路に限界状態の詰まり、即ち限界状態の劣化が発生した状態の流路が人工的に再現され、再現された流路にて暖機運転状態および定常運転状態に応じて変更される流路ごとに燃焼用空気ブロア６６の回転数ｒｐｍと、吐出圧力ｐｒｅｓｓと、実験用に備えられた流量計によって計測された実測流量値との相関関係が導出され記憶部３０ａに記憶されている。
【００８５】
次に図７乃至図９に基いて検証を行なう。図７は流体の経路に劣化がない初期状態での燃焼用空気ブロア６６の回転数ｒｐｍと経過時間および吐出圧力ｐｒｅｓｓと経過時間との関係を同じ時間スケールで取得したグラフである。図８は流体の流路にシステムの運用上限界の圧損値が発生する限界状態の詰まり、即ち限界状態の劣化が発生した状態を再現させ、図７と同じ条件でデータを取得したグラフである。図７および図８は横軸（Ｘ軸）を所定の経過時間（例えば１分〜１０時間、好ましくは３〜２０分）とし、縦軸（Ｙ軸）を回転数ｒｐｍまたは吐出圧力ｐｒｅｓｓとして、燃焼用空気ブロア６６の回転数センサ６６ａが検出した回転数ｒｐｍ（破線）および燃焼用空気ブロア６６の圧力センサ６６ｂが検出した吐出圧力ｐｒｅｓｓ（点）とを同一時間ごとに対応させ関係付けて取得したものである。なお、図７および図８にはそれぞれ測定された点に対して実測された流量データが記されていないが、実際には全ての測定点に対し対応する実測流量データが計測され、それぞれの測定された点に対応して存在している。なお、上述の測定に要した所定の経過時間は取得したデータを回帰させ直線を得ることができる長さであればよい。ただしデータの取得時間は長いほど回帰直線の信頼性は向上し、劣化の判断の信頼性は向上する。
【００８６】
図９は図７および図８のデータに対し時間軸を排除し横軸を吐出圧ｐｒｅｓｓ、縦軸を回転数ｒｐｍとして同一のスケールでまとめたグラフであり、丸点で示されたデータ群が限界圧損マップＭｍｐｒｅとして記憶部３０ａに記憶される。また、図９にもそれぞれ測定された点に対して実測された流量データが記されていないが、実際には全ての測定点に対し対応する実測流量データがそれぞれ存在しており、流量データもあわせて限界圧損マップＭｍｐｒｅを構成しているものである。
【００８７】
なお、丸点で示された劣化限界のデータ群のみではなく菱形で示された初期データ群および初期データと劣化限界のデータ群の中間を埋めるデータも同様に予め取得し合わせて限界圧損マップＭｍｐｒｅとしてもよい。こうすることにより、劣化の状態の推移を把握できるという効果が得られる。
【００８８】
図９からわかるように経路の劣化が限界状態の劣化限界データ（丸の点）は、初期のデータ（菱形の点）と略同一の傾きを保ったまま平行に吐出圧が大きくなる方向（右方向）に移動しているのが確認できる。つまり劣化後は同一の回転数ｒｐｍに対して吐出圧力ｐｒｅｓｓが大きくなっていることがわかる。これは流体の送出経路が劣化、即ち詰まりをおこして圧損が増大していることを示しており、同一の回転数ｒｐｍ時に対応するそれぞれの吐出圧ｐｒｅｓｓの大きさが劣化の判断の指標となることがわかる。
【００８９】
劣化判定手段は劣化検知を実行したときに、燃焼用空気ブロア６６の駆動量検出手段である回転数センサ６６ａによって検出された回転数ｒｐｍに対応する限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓを限界圧損マップＭｍｐｒｅから求め、燃焼用空気ブロア６６の吐出圧力検出手段である圧力センサ６６ｂによって検出された吐出圧力ｐｒｅｓｓが限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓを超えると流体経路は劣化していると判定する。例えば図９においては回転数ｒｐｍがＰｒｐｍ時の限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓはＱｋＰａとなっており、劣化検知を実行したときに、回転数センサ６６ａによって検出された回転数ｒｐｍがＰｒｐｍ時に圧力センサ６６ｂによって検出された吐出圧力ｐｒｅｓｓがＱｋＰａを超えたときに流体経路は劣化していると判定する。
【００９０】
消耗品交換信号は劣化判定手段によって流体経路は劣化していると判定されたとき送出され外部に対し劣化した消耗品の交換を知らせる部品交換表示がなされる。
【００９１】
次に、圧損変動算出ロジック３３の制御について図１２に示したフローチャート２を参照しながら説明する。フローチャート２は流体の経路の劣化判定時に作動させ、予め記憶部３０ａに記憶された限界圧損マップＭｍｐｒｅから読み取った限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓと、劣化判定時に検出された吐出圧力ｐｒｅｓｓとを比較し劣化判定を行なうものである。
【００９２】
制御装置３０は、燃料電池システムが運転中に図示しない劣化判定スイッチがオンされると、フローチャート２に対応したプログラムの実行を開始する（ステップＳ２０）。
【００９３】
その後、制御装置３０は、燃焼用空気ブロア６６の回転数センサ６６ａが検出した回転数ｒｐｍおよび燃焼用空気ブロア６６の圧力センサ６６ｂが検出した吐出圧力ｐｒｅｓｓと、を同一時間ごとに対応させ関係付けて受信し所定時間（例えば１分〜１０時間、好ましくは３〜２０分）に亘ってデータを受信する（ステップＳ２１）。
【００９４】
次に制御装置３０は、記憶部３０ａに記憶された限界圧損マップＭｍｐｒｅから読み取った任意の回転数ｒｐｍ時における限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓを導出する（ステップＳ２２）。
【００９５】
次に制御装置３０は、導出された限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓに対応する回転数ｒｐｍと同一の回転数ｒｐｍに対応するステップＳ２１で受信した吐出圧力ｐｒｅｓｓと、限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓと、を比較し吐出圧力ｐｒｅｓｓが限界吐出圧力ｍｐｒｅｓｓを超えたときに劣化判定手段によって劣化している、という判定を行ない消耗品交換シグナルｃｈａｎｇｅ_ｆｌａｇを０から１に変更する（ステップＳ２３）。
【００９６】
そしてｃｈａｎｇｅ_ｆｌａｇが０か１かを確認し（ステップＳ２４）、０であれば正常と判定し（ステップＳ２５）、終了する（ステップＳ２６）。またｃｈａｎｇｅ_ｆｌａｇが１であれば劣化により消耗品の交換が必要であると判断し、部品交換表示手段によって図示しないＬＥＤ等の発光物等を点灯させる等のため、消耗品交換表示信号を送出し（ステップＳ２７）、終了する（ステップＳ２８）。
【００９７】
なお、ステップＳ２１において受信した回転数ｒｐｍに対応するそれぞれの吐出圧ｐｒｅｓｓの値と、限界圧損マップＭｍｐｒｅを作成するときに回転数ｒｐｍに対応するそれぞれの限界吐出圧ｐｒｅｓｓの値とを精度よく求めるにはそれぞれ取得したデータ群に基づき、吐出圧ｐｒｅｓｓを変数として構成される１次関数として回帰させた回転数ｒｐｍを求める回帰直線Ｌａ２、Ｌａ３を算出し、該回帰直線Ｌａ２、Ｌａ３に基づき、同一の回転数ｒｐｍに対するそれぞれの吐出圧ｐｒｅｓｓを算出すればよい（図９）。このときデータ取得のための時間が長いほど回帰直線Ｌａ２、Ｌａ３の信頼性が向上し、劣化に対する判定の信頼性も向上するのは前述した通りである。
【００９８】
上述した説明から明らかなように、第２の実施形態においては、流体送出装置（例えば燃焼用空気ブロア６６）に備えられた回転数センサ６６ａおよび圧力センサ６６ｂによって検出された、回転数ｒｐｍおよび吐出圧力ｐｒｅｓｓを利用し、簡易に流体経路の劣化を検知し、劣化していると判定されたときに結果を表示することができる。これにより、適宜、劣化の確認を目視で行なうことができ、経路が劣化したまま運転し続けるおそれが減るため信頼性が高く効率的な運転を行なうことができる。また劣化確認のため分解検査を実施する必要がないため、時間の節約を図ることができる。
【００９９】
なお、上述した第１および第２の実施形態において、流量推定ロジック３２と圧損算出ロジック３３をそれぞれ別個に説明したが、もちろん同時に備えられていてもよい。
【０１００】
また、上述した第１の実施形態において、流体の送出流量を推定する流体送出装置として改質用燃料ポンプ４３について説明したが、これに限らず他の流体送出装置でもよい。図１に示す燃料電池システムでは、カソード用空気ブロア６８、燃焼用空気ブロア６６、酸化用空気ブロア６３、燃焼用燃料ポンプ４８などの気体流体送出装置、改質水ポンプ５３などの液体流体送出装置にも適用できる。異なる燃料電池システムでは、上記以外に設けられた流体送出装置があれば、それにも適用できる。また燃料電池システム以外のシステムの流体送出装置でも適用できる。いずれも吐出圧力検出手段、駆動量検出手段および温度検出手段を改質用燃料ポンプ４３と同様に備え、同様の制御を行なうことによって適用可能である。
【０１０１】
また、上述した第２の実施形態において、流体の経路の劣化を検出するものとして燃焼用空気ブロア６６の経路について説明したが、これに限らず他の流体送出装置の経路でもよく、いずれも吐出圧力検出手段および駆動量検出手段を燃焼用空気ブロア６６と同様に備え、かつ予め各流体の各流路ごとにそれぞれ限界圧損マップＭｍｐｒｅを作成し備えれば、同様の制御を行なうことで適用可能である。
【０１０２】
また、上述した第１および第２の実施形態において、空気を送出する流体送出装置（例えば酸化用空気、燃焼用空気をそれぞれ送出する装置６３、６６）としてブロアを採用したが、これに限らず、流体を送出する装置であればよく、例えばポンプを採用するようにしてもよい。この場合にも、ブロアと同様に制御を行えばよい。
【０１０３】
また、上述した第１および第２実施形態において、燃料を送出する流体送出装置（例えば改質用燃料、燃焼用燃料をそれぞれ送出する装置４３、４８）としてポンプを採用したが、これに限らず、流体を送出する装置であればよく、例えばブロアを採用するようにしてもよい。この場合にも、ポンプと同様に制御を行えばよい。
【０１０４】
また、上述した第１および第２の実施形態において、流体送出装置の回転数はポンプ（またはブロア）の回転数でもそれを駆動させる駆動源（例えばモータ）の回転数でもどちらでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の概要図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】図２に示した制御装置の第１の実施例に係るブロック線図である。
【図４】図３に示した流量推定ロジック部のブロック線図である。
【図５】第１の実施形態に係る実機で測定した改質用燃料ポンプの実流量と推定流量との比較を示したグラフである。
【図６】図２に示す制御装置にて実行される第１の実施形態に係る制御プログラムのフローチャートである。
【図７】第２の実施形態に係る実機にて測定した燃焼用空気ブロアの初期の吐出圧力および回転数の時系列データを示すグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る実機にて測定した燃焼用空気ブロアの劣化後の吐出圧力および回転数の時系列データを示すグラフである。
【図９】第２の実施形態に係る限界圧損マップを示すグラフである。
【図１０】図２に示した制御装置の第２の実施形態に係るブロック線図である。
【図１１】図１０に示した圧損変動算出ロジック部のブロック線図である。
【図１２】図２に示す制御装置の第２の実施形態に係る制御プログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、１５…網部材、１６…網部材、１７…フィルタ、２０…改質器、２１…改質部、２２…冷却部、２３…ＣＯシフト部、２４…ＣＯ選択酸化部、２５…燃焼部、３０…制御装置、３０ａ…記憶部（記憶手段）、３１…制御ロジック部（操作量導出手段、制御手段）、３２…流量推定ロジック部（推定送出量導出手段）、３３…圧損変動算出ロジック部（圧損係数導出手段、劣化判定手段、部品交換表示手段）、４３…改質用燃料ポンプ（流体送出装置）、４３ａ…回転数センサ（駆動量検出手段）、４３ｂ…圧力センサ（吐出圧力検出手段）、４３ｃ…温度センサ（吐出温度検出手段）、６６…燃焼用空気ブロア（流体送出装置）、６６ａ…回転数センサ（駆動量検出手段）、６６ｂ…圧力センサ（吐出圧力検出手段）、６６ｃ…温度センサ（吐出温度検出手段）、Ｍ…流量推定マップ、Ｍｍｐｒｅ…限界圧損マップ。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１２】
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