(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池に投入される燃料の流量を検出する燃料流量センサに誤差が発生しても、その誤差を自動的に校正し、燃料電池の適正な発電効率を維持するとともに安定した発電を維持する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料が投入され燃料を改質して改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質装置と、燃料を送出する燃料送出装置と、燃料送出装置から送出される燃料の流量を検出する燃料流量センサと、を備えている。燃料電池システムは、燃料電池システムの運転を制御する制御装置をさらに備え、制御装置は、改質ガスの温度と燃料の投入流量との関係を示す特性に基づいて燃料流量センサの出力値を補正する（ステップ３１６，３１８）。【選択図】  図９
2010267450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料が投入され前記燃料を改質して改質ガスを生成して前記燃料電池に供給する改質装置と、
前記燃料を送出する燃料送出装置と、
前記燃料送出装置から送出される前記燃料の流量を検出する燃料流量センサと、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムの運転を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記改質ガスの温度と前記燃料の投入流量との関係を示す特性に基づいて前記燃料流量センサの出力値を補正す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において、前記制御装置は、前記燃料電池を所定発電量にて発電させ、前記所定の発電量にて発電中に前記改質ガスの温度を検出し、前記所定の発電量に相当する燃料投入流量に対応する前記改質ガスの温度を前記特性に基づいて算出し、前記検出された改質ガスの温度と前記算出された改質ガスの温度との温度差を算出し、前記算出された温度差と前記特性に基づいて補正流量を算出し、前記算出された補正流量に基づいて前記燃料流量センサの出力値を補正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において、前記制御装置は、前記温度差の絶対値が所定値以上である場合に、前記算出された温度差と前記特性に基づいて補正流量を算出し、前記算出された補正流量に基づいて前記燃料流量センサの出力値を補正し、前記温度差の絶対値が所定値未満である場合に、前記補正流量の算出および前記燃料流量センサの出力値の補正を行わないことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記燃料電池の所定発電量は、前記燃料電池の定格発電量の１／３以下に設定されてい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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムにおいては、燃料電池１８と、燃料電池１８に投入された燃料ガスのオフガスを燃焼用空気（酸化剤ガス）で燃焼する燃焼部１２（バーナ）と、制御部２６と、原燃料流量の増減を行う原燃料供給手段１４と、原燃料流量の検知を行う原燃料流量検知手段３２と、燃焼空気流量の増減を行う燃焼空気供給手段２２とを備えている。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、一般的に、制御部２６は、燃料電池の発電量が所望の発電量となるように原燃料流量を設定し、原燃料流量検知手段３２で検知される原燃料流量がその設定された原燃料流量となるように原燃料供給手段１４を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７３２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、原燃料流量検知手段３２に誤差が生じるおそれがある。検知した値が実際の流量より少ない場合には、所望の発電量に対して投入された原燃料が増加するため発電効率が低下する。一方、検知した値が実際の流量より多い場合には、所望の発電量に対して投入された原燃料が減少するため燃料電池の水素利用率が上昇し安定した発電状態を維持できなくなる。これに対して、原燃料流量検知手段３２に誤差が発生した場合、その誤差を校正（補正）することが望まれている。
【０００６】
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、燃料電池に投入される燃料の流量を検出する燃料流量センサに誤差が発生しても、その誤差を自動的に校正し、燃料電池の適正な発電効率を維持するとともに安定した発電を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、燃料電池と、燃料が投入され燃料を改質して改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質装置と、燃料を送出する燃料送出装置と、燃料送出装置から送出される燃料の流量を検出する燃料流量センサと、を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転を制御する制御装置をさらに備え、制御装置は、改質ガスの温度と燃料の投入流量との関係を示す特性に基づいて燃料流量センサの出力値を補正することである。
【０００８】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、制御装置は、燃料電池を所定発電量にて発電させ、所定の発電量にて発電中に改質ガスの温度を検出し、所定の発電量に相当する燃料投入流量に対応する改質ガスの温度を特性に基づいて算出し、検出された改質ガスの温度と算出された改質ガスの温度との温度差を算出し、算出された温度差と特性に基づいて補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて燃料流量センサの出力値を補正することである。
【０００９】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、制御装置は、温度差の絶対値が所定値以上である場合に、算出された温度差と特性に基づいて補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて燃料流量センサの出力値を補正し、温度差の絶対値が所定値未満である場合に、補正流量の算出および燃料流量センサの出力値の補正を行わないことである。
【００１０】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項２または請求項３において、燃料電池の所定発電量は、燃料電池の定格発電量の１／３以下に設定されていることである。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、改質装置は、燃料が投入され燃料を改質して改質ガスを生成して燃料電池に供給する。燃料流量センサは、燃料を送出する燃料送出装置から送出される燃料の流量を検出する。燃料電池システムの運転を制御する制御装置は、改質装置の改質ガスの温度と燃料の投入流量との関係を示す特性に基づいて燃料流量センサの出力値を補正する。すなわち、本願発明者は、改質装置の改質ガスの温度は改質装置に投入される燃料の流量（単位時間あたりの単位面積を通過する流体の体積または質量）とリニアな相関関係があること見出した。このことを利用して、改質装置の改質ガスの温度と燃料の投入流量との関係を示す特性に基づいて燃料流量センサの出力値を補正することが可能となった。したがって、改質装置（燃料電池）に投入される燃料の流量を検出する燃料流量センサに誤差が発生しても、その誤差を自動的に校正し、燃料電池の適正な発電効率を維持するとともに安定した発電を維持することができる。
【００１２】
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、制御装置は、燃料電池を所定発電量にて発電させ、所定の発電量にて発電中に改質ガスの温度を検出し、所定の発電量に相当する燃料投入流量に対応する改質ガスの温度を特性に基づいて算出し、検出された改質ガスの温度と算出された改質ガスの温度との温度差を算出し、算出された温度差と特性に基づいて補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて燃料流量センサの出力値を補正する。これにより、燃料電池の発電出力を一定に維持し、改質ガスの温度を安定させることで、正確な補正流量を算出し、ひいては燃料流量センサの出力値を正確に補正することができる。
【００１３】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２において、制御装置は、温度差の絶対値が所定値以上である場合に、算出された温度差と特性に基づいて補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて燃料流量センサの出力値を補正し、温度差の絶対値が所定値未満である場合に、補正流量の算出および燃料流量センサの出力値の補正を行わない。これにより、校正するにあたって事前に行われた燃料流量センサの誤差検知がたとえ間違っていたとしても（すなわち誤差が発生していない）、不必要な校正（むだな校正）を抑制することができる。
【００１４】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項２または請求項３において、燃料電池の所定発電量は、燃料電池の定格発電量の１／３以下に設定されている。これにより、校正するために無駄な燃料の投入を抑制し、燃料流量センサの校正を省エネで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による燃料電池システムの第１の実施形態の概要を示す概要図である。
【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に示す制御装置で実行される制御プログラムの概要を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す制御装置で実行される燃焼制御システムのブロック線図である。
【図５】燃焼制御において、燃料ガス流量変化に対する燃焼用空気流量の特性を示す図である。
【図６】図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（燃料ガスの流量計の誤差検知、その旨の警告、燃料ガスの流量計の校正を行うためのプログラム）の概要を示すフローチャートである。
【図７】図２に示す制御装置で実行される燃料ポンプの流量制御と燃料ガス流量計の誤差の校正制御のブロック線図である。
【図８】改質部の改質ガスの温度と燃料ガス流量（燃料ガス投入流量）との関係を示す特性を示す図である。
【図９】図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（燃料ガスの流量計の校正を行うためのプログラム）の概要を示すフローチャートである。
【図１０】図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（定期的に燃料ガスの流量計の校正を行うためのプログラム）の概要を示すフローチャートである。
【図１１】本発明による燃料電池システムの第２の実施形態の概要を示す概要図である。
【図１２】図１１に示す燃料電池（セルおよびセル接続体）の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１）第１の実施形態
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は高分子電解質型燃料電池を備えた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改質ガスを生成する改質装置２０を備えている。
【００１７】
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。電解質１３は高分子電解質であり、燃料電池１０は高分子電解質型燃料電池である。なお、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。
【００１８】
改質装置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および一酸化炭素浄化部（以下、ＣＯ浄化部という）２４、燃焼部２７、および蒸発部２８から構成されている。改質用燃料（燃料）としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００１９】
改質部２１は、改質用燃料に改質水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。
【００２０】
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）が充填されており、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）は冷却部（熱交換部）２２に導出されるようになっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００２１】
温度センサ２１ｃは、改質ガスの温度を検出する温度センサである。本実施形態では、温度センサ２１ｃは、改質部２１の改質ガスの温度を検出する温度センサであり、改質部２１から改質ガスが導出される改質ガス出口付近に設けられるのが望ましい。なお、温度センサ２１ｃの検出結果は、制御装置３０に送信されるようになっている。
【００２２】
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。
【００２３】
具体的には、冷却部２２には図示しない燃料供給源（例えば都市ガス管）に接続された改質用燃料供給管４１が接続されている。改質用燃料供給管４１には、上流から順番に脱硫器４６、燃料ポンプ４２、流量計４１ａおよび改質用燃料バルブ４３が設けられている。
【００２４】
脱硫器４６は燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を低減するものである。燃料ポンプ４２は改質用燃料を供給しその供給量を調整する改質用燃料供給手段である。流量計４１ａは、改質用燃料供給管４１を流通する改質用燃料（燃料ガス）の単位時間当りの体積または質量を測定するためのものであり、その検出結果は制御装置３０に送出されるようになっている。流量計４１ａは、燃料ガスの流量を検出する流量センサ（燃料ガス流量センサ）である。改質用燃料バルブ４３は改質用燃料供給管４１を開閉するものである。燃料供給源から供給される燃料ガスのうち改質部２１に供給されて改質されるものを改質用燃料といい、バーナ２５に供給されて燃焼されるものを燃焼用燃料という。
【００２５】
また、改質用燃料供給管４１の流量計４１ａと改質用燃料バルブ４３との間にはバーナ２５に接続された燃焼用空気供給管６４に接続された燃焼用燃料供給管４４が接続されている。燃焼用燃料供給管４４には燃焼用燃料バルブ４５が設けられている。燃焼用燃料バルブ４５は燃焼用燃料供給管４４を開閉するものである。燃料ポンプ４２が駆動され改質用燃料バルブ４３が閉じられ燃焼用燃料バルブ４５が開かれている場合、バーナ２５に燃焼用燃料が供給され、また、燃料ポンプ４２が駆動され改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられている場合、改質部２１に改質用燃料が供給される。
【００２６】
さらに、改質用燃料供給管４１の改質用燃料バルブ４３と冷却部２２との間には蒸発部２８に接続された水蒸気供給管５１が接続されている。蒸発部２８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。
【００２７】
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中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯシフト部２３は、内部に上下方向に沿って延在する折り返し流路２３ａを備えている。折り返し流路２３ａ内には触媒２３ｂ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）が充填されている。ＣＯシフト部２３においては、冷却部２２から導入された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気は、触媒２３ｂにより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。この一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００２８】
また、ＣＯシフト部２３内には、ＣＯシフト部２３内の温度を測定する温度センサ２３ｃが設けられている。温度センサ２３ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００２９】
なお、温度センサ２３ｃがＣＯシフト部２３の入口部に配置されＣＯシフト部の改質ガス入口温度を検出するものであれば、その温度センサ２３ｃは温度センサ２１ｃに代えて改質ガスの温度を検出可能である。冷却部２２の改質ガス入口温度と改質ガス出口温度に一定の相関関係（例えばリニアな比例関係）があれば、冷却部２２の改質ガス出口温度（すなわちＣＯシフト部２３の改質ガス入口温度）から冷却部２２の改質ガス入口温度（すなわち改質部２１の改質ガス出口温度）を推定することは可能であるからである。
【００３０】
ＣＯ浄化部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に供給するものでありすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯ浄化部２４は、円筒状に形成されて、蒸発部２８の外周壁を覆って当接して設けられている。ＣＯ浄化部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。
【００３１】
また、ＣＯ浄化部２４内には、ＣＯ浄化部２４内の温度を測定する温度センサ２４ｂが設けられている。温度センサ２４ｂの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００３２】
このＣＯ浄化部２４の側壁面下部には、ＣＯシフト部２３に接続された接続管８９が接続され、ＣＯ浄化部２４の側壁面上部には、燃料電池１０の燃料極１１に接続された改質ガス供給管７１が接続されている。接続管８９には、酸化用空気供給管６１が接続されている。これにより、ＣＯ浄化部２４には、ＣＯシフト部２３からの改質ガスと大気からの酸化用空気が導入されるようになっている。なお、酸化用空気供給管６１には、上流から順番に酸化用空気ポンプ６２および酸化用空気バルブ６３が設けられている。酸化用空気ポンプ６２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６３は酸化用空気供給管６１を開閉するものである。
【００３３】
したがって、ＣＯ浄化部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。この反応は発熱反応であり、触媒２４ａによって促進される。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。
【００３４】
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浄化部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を介してバーナ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。
【００３５】
起動運転中には、改質装置２０から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池１０に供給するのを回避するため、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を開き、定常運転（発電運転）中には、改質装置２０からの改質ガスを燃料電池１０に供給するため、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を閉じている。
【００３６】
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８２が接続されている。空気極１２に空気が供給され、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ポンプ６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。カソード用空気ポンプ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。
【００３７】
燃焼部２７は、改質ガスが少なくとも供給されその改質ガスを酸化剤ガスで燃焼するバーナ２５と、バーナ２５で発生した燃焼ガスが改質部２１および蒸発部２８を加熱しながら流通する燃焼ガス流路２６とを備えている。
【００３８】
バーナ２５は、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。バーナ２５は、第１および第２噴出器２５ａ，２５ｂを備えている。第１噴出器２５ａは、予混合燃焼方式に適した噴出器であり、熱量の大きい可燃ガス（本実施形態では、燃焼用燃料（天然ガス））の燃焼に適合したものである。第２噴出器２５ｂは、拡散燃焼方式に適した噴出器であり、予混合燃焼より熱量の小さい可燃ガス（本実施形態では、改質ガス、アノードオフガス）の燃焼に適したものである。
【００３９】
第１噴出器２５ａには、燃焼用空気供給管６４が接続されている。燃焼用空気供給管６４には、燃焼用空気ポンプ（酸化剤ガス送出装置）６５、流量計６４ａおよび燃焼用空気バルブ６６が設けられている。燃焼用空気ポンプ６５は大気から酸化剤ガスである燃焼用空気を吸い込みバーナ２５に吐出（送出）するものであり、制御装置３０の指令に応じてバーナ２５に供給する燃焼用空気供給量を調整するものである。流量計６４ａは、燃焼用空気供給管６４を流通する燃焼用空気の単位時間当りの体積または質量を測定するためのものであり、その検出結果は制御装置３０に送出されるようになっている。流量計６４ａは、燃焼用空気ポンプ６５の吐出側に設けられているので、燃焼用空気ポンプ６５から送出された燃焼用空気の送出量を検出する送出量検出装置である。燃焼用空気バルブ６６は、制御装置３０の指令に応じて燃焼用空気供給管６４を開閉するものである。
【００４０】
第１噴出器２５ａで燃焼用燃料が燃焼される場合には、その燃焼用燃料に予め燃焼用空気が混合されるようになっている。なお、燃焼用空気は大気から供給されるようになっている。
【００４１】
第２噴出器２５ｂには、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。第２噴出器２５ｂには、燃料電池１０からのアノードオフガス、または燃料電池１０を通らないで供給されるＣＯ浄化部２４からの改質ガスが供給されるようになっている。第２噴出器２５ｂで改質ガスまたはアノードオフガスが燃焼される場合には、第１噴出器２５ａから供給された燃焼用空気で燃焼されるようになっている。
【００４２】
燃料電池システム（改質装置２０）の起動運転開始から改質開始条件が成立するまでの間であって、バーナ２５で燃焼が行われる場合には、予混合燃焼が行われる。具体的には、改質用燃料バルブ４３が閉じられ燃焼用燃料バルブ４５が開かれ燃料ポンプ４２が駆動されて、燃焼用燃料がバーナ２５の第１噴出器２５ａに供給され燃焼される。改質開始条件は、水蒸気がＣＯシフト部２３まで到達し、かつ、改質部２１の温度が所定温度（本実施形態では３００℃）以上であることである。
【００４３】
改質開始条件が成立した以降で起動運転が終了するまでは、拡散燃焼が行われる。具体的には、改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２が駆動されるとともに、第２改質ガスバルブ７６が開かれ第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５が閉じられて、ＣＯ浄化部２４からの改質ガスがバーナ２５の第２噴出器２５ｂに供給され燃焼される。
【００４４】
燃料電池１０の定常運転時には、拡散燃焼が行われる。具体的には、改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２が駆動されるとともに、第２改質ガスバルブ７６が閉じられ第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５が開かれて、燃料電池１０から排出されるアノードオフガス（燃料極１１にて未使用な水素を含んだ改質ガス）がバーナ２５の第２噴出器２５ｂに供給されて燃焼される。
【００４５】
このように構成された燃焼部２７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。この燃焼ガスは、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とともに蒸発部２８を加熱して水蒸気を発生させるためのものである。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２６を流通し、排気管８１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２８をこの順番で加熱する。燃焼ガス流路２６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２９との間に当接して配設され、折り返されて断熱部２９と蒸発部２８の間に当接して配設された流路である。
【００４６】
なお、燃焼部２７には、燃焼部２７の温度Ｔ１を検出する温度センサ２５ｃが設けられている。温度センサ２５ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。具体的には、温度センサ２５ｃは、バーナ２５または燃焼ガス流路２６に設けられている。バーナ２５に設ける場合、火炎が直接当らない部位に設けるのが好ましい。燃焼ガス流路２６に設ける場合、バーナ２５にできる限り近い部位が好ましい。さらに、バーナ２５は、点火用電極（イグナイタ）２５ｄを備えている。点火用電極２５ｄは制御装置３０の指令によって火花が飛ぶように制御されている。バーナ２５は、制御装置３０の指令に応じて点火用電極２５ｄにより着火されるものである。
【００４７】
なお、改質部２１内の壁面付近（燃焼ガス流路２６に接する壁の面付近）であってバーナ２５からの燃焼ガスがあたる場所に設けられ改質部２１の壁面温度を検出する温度センサを設けるようにしてもよい。この温度センサが検出する温度は燃焼ガス（燃焼部）の温度をよく反映しているので、温度センサ２５ｃの代わりに使用するようにしてもよい。
【００４８】
蒸発部２８は、供給された改質水を蒸発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２８は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路２６（最外側の燃焼ガス流路）の外周壁を覆って当接して設けられている。
【００４９】
この蒸発部２８の下部（例えば側壁面下部、底面）には改質水タンク（図示省略）に接続された給水管５２が接続されている。蒸発部２８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。改質水タンクから導入された改質水は、蒸発部２８内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびＣＯ浄化部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２１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２８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。
【００５０】
また、蒸発部２８には、蒸発部２８内の温度を検出する温度センサ２８ａが設けられている。温度センサ２８ａは蒸発部２８内の下流部（出口側）に設けることが望ましい。温度センサ２８ａは蒸発部２８の液体の水が存在する部分よりも出口側に設ける必要がある。具体的には、温度センサ２８ａは蒸発部２８内の水面より上部の部分に設けられている。温度センサ２８ａは、蒸発部２８内の水面より上部に設けられた蒸発部出口や蒸発部出口に近い水蒸気供給管５１に設けるようにしてもよい。温度センサ２８ａの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００５１】
また、燃料電池システムは制御装置３０を備えており、この制御装置３０には、上述した温度センサ２１ｃ，２３ｃ，２４ｂ，２５ｃ，２８ａ、流量計４１ａ，６４ａ、各ポンプ４２，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４５，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および点火用電極２５ｄが接続されている（図２参照）。
【００５２】
次に、上述した燃料電池システムの作動の概要について一例を挙げて図３にて  説明する。制御装置３０は、図示しない主電源が投入されると、ステップ１００にてプログラムを起動しプログラムをステップ１０２に進める。制御装置３０は、ステップ１０２において、システムの運転を開始するか否かを判定する。制御装置３０は、図示しないスタートスイッチが押されて運転が開始される場合や、運転計画にしたがって運転が開始される場合には、システムの起動指示があったとして、ステップ１０２で「ＹＥＳ」と判定し、改質装置２０の暖機（起動シーケンス）を開始する（ステップ１０４）。そうでなければ、ステップ１０２で「ＮＯ」の判定を繰り返し実行する。
【００５３】
起動シーケンスは、燃料電池システム、改質装置２０の運転を開始させて起動運転（暖機運転）を行う起動制御である。起動運転（暖機運転）は、改質装置２０を暖機する運転、すなわち改質部２１、ＣＯシフト部２３およびＣＯ浄化部２４の各触媒２１ｂ，２３ｂ，２４ａを活性温度域まで暖機する運転であり、改質装置２０から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度以下まで低減してその改質ガスを燃料電池１０に供給可能（発電運転）になるまで行う運転である。
【００５４】
起動シーケンスは、バーナ２５の着火から改質装置２０の暖機完了までの処理が行われるようになっている。この起動シーケンスは、i）燃焼用燃料によってバーナ２５を着火・燃焼し、ii）燃焼部２７が所定温度（３００℃）に達したら改質水を投入し、iii）蒸発部２８で水蒸気が生成開始したら改質用燃料を投入して燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼を改質ガスによる燃焼に切り替え、iv）ＣＯシフト部２３以降を暖機する。
【００５５】
制御装置３０は、起動指示があると、ステップ１０４において、起動シーケンスを開始する。すなわち、制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開いて燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼用空気をバーナ２５に供給する。そして、制御装置３０は、バーナ２５の点火用電極２５ｄに通電する。さらに、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を開いて（改質用燃料バルブ４３を閉じ）燃料ポンプ４２を駆動して、燃焼用燃料をバーナ２５に供給する。これにより、バーナ２５が着火する。その後、制御装置３０は、上述した起動シーケンスのii）以降の処理を実行する。
【００５６】
制御装置３０は、バーナ２５が着火すると、ステップ１０６において、蒸発部２８で水蒸気の発生の有無を検知（判定）する。制御装置３０は、蒸発部２８の温度を検出しその温度（蒸発部温度Ｔ３）が所定温度Ｔ３−ａ（例えば１００℃）より大きければ水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ検知しない。水蒸気が生成前は、蒸発部温度Ｔ３は所定温度Ｔ３−ａ以下であるため、水蒸気は発生していないので、制御装置３０は、ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定し、起動シーケンスを継続する（ステップ１０８）。
【００５７】
制御装置３０は、ステップ１０８において、燃焼部２７の温度Ｔ４が所定温度（例えば３００℃）に達したら改質水の投入を開始する。このとき、制御装置３０は、改質水バルブ５４を開いて改質水ポンプ５３を駆動させる。さらに制御装置３０は、第２改質ガスバルブ７６も開いて改質装置２０（ＣＯ浄化部２４）をバーナ２５と連通させひいては大気に連通させる。これにより、蒸発部２８から改質部２１に水蒸気が供給され始めると、その水蒸気は、冷却部２２、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４を通って、バイパス管７３を経由してバーナ２５に供給され、燃焼ガス流路２６および排気管８１を通って外部に排出される。
【００５８】
制御装置３０は、改質水の投入開始後、蒸発部２８での水蒸気発生を検知するまで（ステップ１０６で「ＹＥＳ」の判定を繰り返し）、燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼を継続し（断続的に継続する場合もある。）、改質水の投入を継続して、起動シーケンスを継続する（ステップ１０８）。なお、改質水の投入開始はステップ１０８でなくステップ１０４で行うようにしてもよい。ステップ１０８においては、燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼、および改質水の投入を継続する。
【００５９】
バーナ２５が着火されると、その燃焼ガスは燃焼ガス流路２６を通過中に改質部２１、蒸発部２８およびＣＯ浄化部２４を加熱している。したがって、蒸発部温度Ｔ３も上昇する。起動シーケンス継続中において、蒸発部温度Ｔ３が所定温度Ｔ３−ａより大きくなれば、制御装置３０は、水蒸気が発生したことを検知し、プログラムをステップ１１０に進める。すなわち制御装置３０は、改質水の投入開始後、蒸発部２８での水蒸気発生を検知すると（ステップ１０６で「ＮＯ」と判定し）、プログラムをステップ１１０に進める。
【００６０】
制御装置３０は、ステップ１１０において、バーナ２５での燃焼を停止するとともに燃焼部２７を燃焼用空気でパージする（燃焼用空気パージモード）。具体的には、制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ４５を閉じてバーナ２５への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ６６を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ６５の駆動を継続してバーナ２５への燃焼用空気の供給を継続する。本実施形態の場合、燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量（供給量Ａ−０）より多い値（供給量はＡ−１である）に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部２７を効率的にパージするとともに改質部２１の熱を蒸発部２８に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量Ｗ−１に維持されている。また、改質部２１はバーナ２５を通って大気に連通している（開放されている）。
【００６１】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過するまで前述した燃焼用空気パージモードを継続する（ステップ１１２で「ＮＯ」の判定を繰り返す。）。所定時間ΔＴＭ−ａは、蒸発部２８で生成された水蒸気の最初（先端）の部分が、少なくともバーナ２５を通過するまでの時間に相当する値に設定されている。これによれば、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔＴＭ−ａだけ経過すれば、生成された水蒸気が、燃料電池システムの運転停止中に改質装置２０内に存在する気体（本実施形態においては、停止運転で封入されもしくはパージに使用された改質用燃料を主成分とする気体）、すなわち蒸発部２８内からバイパス管７３の第２改質ガスバルブ７６までに残存（残留）する改質用燃料を主成分とする気体を、バーナ２５から燃焼ガス流路２６に排出しひいては外部に排出する。
【００６２】
なお、制御装置３０は、ステップ１１２において、燃焼用空気パージモードが開始された時点すなわち蒸発部２８での水蒸気発生を検知した時点からの経過時間ΔＴＭが所定時間ΔＴＭ−ａ以上であるか否かを判定する。
【００６３】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過すると（ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定する。）、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ２５の再着火を開始する（ステップ１１４）。具体的には、制御装置３０は、改質水の供給（供給量Ｗ−１）を継続し燃焼用空気の供給量をＡ−１からＡ−０に減少させ、所定時間ΔＴＭ−ａが経過した時点から改質用燃料の投入を開始するとともに点火用電極２５ｄへの通電を開始する。
【００６４】
改質用燃料の改質部２１への投入が開始されると、改質部２１では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管７６経由でバーナ２５に供給される。なお、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間２５ｄに流入するまでには、改質用燃料が改質部２１に流入するのに必要な時間と、改質部２１で生成された改質ガスがバーナ２５の燃焼空間２５ｄに流入するのに必要な時間との合計時間が少なくともかかる。したがって、バーナ２５で再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点である。
【００６５】
このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ２５の再着火による燃焼とによって改質装置２０、すなわち改質部２１、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の暖機が行われる。
【００６６】
制御装置３０は、起動シーケンスの完了（暖機運転の完了）を、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）に基づいて判断する。制御装置３０は、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）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濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する。
【００６７】
制御装置３０は、起動シーケンスが完了したと判定すると（ステップ１１６で「ＹＥＳ」と判定する）、発電運転を開始する（ステップ１１８）。具体的には、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を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ浄化部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の導出口をバーナ２５に接続する。発電運転中には、制御装置３０は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている。発電量はユーザー負荷の電力と同じ電力である。
【００６８】
発電運転中の燃料電池システムにおいて、図示しないストップスイッチが押されて運転が停止される場合や、運転計画にしたがって運転が停止される場合には、システムの停止指示があったとして、制御装置３０は、ステップ１２０で「ＹＥＳ」と判定し、停止運転を行う（ステップ１２２）。制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動を停止し改質用燃料の供給を停止し、改質用燃料バルブ４３を閉じる。制御装置３０は、改質水ポンプ５３の駆動を停止し改質水の供給を停止し、改質水バルブ５４を閉じる。制御装置３０は、酸化用空気ポンプ６２の駆動を停止し酸化用空気の供給を停止し、酸化用空気バルブ６３を閉じる。制御装置３０は、燃焼用空気パージにて改質部２１等の温度を所定温度に冷却後に燃焼用空気ポンプ６５の駆動を停止し燃焼用空気の供給を停止し、燃焼用空気バルブ６６を閉じる。そして、制御装置３０は、第１改質ガスバルブ７４、オフガスバルブ７５、第２改質ガスバルブ７６を閉じる。これにより、燃料電池１０の発電が停止される。
【００６９】
その後、改質装置２０が降温して内部が負圧になったところで、改質用燃料バルブ４３を開いて燃料ポンプ４２を駆動して、改質用燃料を改質装置２０に供給する。これにより、改質装置２０内は改質用燃料で封入される。また、この封入の代わりに改質装置２０を改質用燃料でパージするようにしてもよい。何れの場合も燃料電池システムの停止中において改質装置２０内は改質用燃料で満たされるので触媒などを酸化雰囲気状態から保護することができる。
【００７０】
さらに、発電中におけるバーナ２５における燃焼制御について図４を参照して説明する。図４は、その燃焼制御システムを示すブロック線図である。バーナ２５における燃焼制御は、制御装置３０が実行する制御である。制御装置３０は、燃料ガス流量目標値演算部３１、燃焼エア流量基準値演算部３２、燃焼空間温度目標値演算部３３、フィードバック制御部３４を備えている。
【００７１】
燃料ガス流量目標値演算部３１は、燃料電池１０の発電量に対する燃料ガス流量目標値（天然ガス流量目標値）を演算するものである。燃料ガス流量目標値演算部３１は、発電量と燃料ガス流量との関係を示すマップを記憶している。このマップは、発電量が大きくなるにしたがって燃料ガス流量（目標値）が大きくなるようになっている。燃料ガス流量目標値演算部３１は、発電量を入力し、その発電量とマップとからその発電量に対する（相当する）燃料ガス流量目標値を演算する。
【００７２】
燃焼エア流量基準値演算部３２は、燃料ガス流量目標値に対する燃焼エア流量基準値を演算するものである。燃焼エアは燃焼用空気のことである。燃焼エア流量基準値演算部３２は、燃料ガス流量と燃焼エアとの関係を示すマップを記憶している。このマップは、燃料ガス流量が大きくなるにしたがって燃焼エア（基準値）が大きくなるようになっている。燃焼エア流量基準値演算部３２は、燃料ガス流量目標値演算部３１から燃料ガス流量目標値を入力し、その燃料ガス流量目標値とマップとからその燃料ガス流量目標値に対する燃焼エア流量基準値を演算する。
【００７３】
燃焼空間温度目標値演算部３３は、燃料ガス流量目標値に対する燃焼空間温度目標値を演算するものである。燃焼空間温度はバーナ２５の燃焼温度Ｔ１のことである。燃焼空間温度目標値演算部３３は、燃料ガス流量と燃焼空間温度との関係を示すマップを記憶している。このマップは、燃料ガス流量が大きくなるにしたがって燃焼空間温度が小さくなるようになっている。燃焼空間温度目標値演算部３３は、燃料ガス流量目標値演算部３１から燃料ガス流量目標値を入力し、その燃料ガス流量目標値とマップとからその燃料ガス流量目標値に対する燃焼空間温度目標値（Ｔ１目標値）を演算する。なお、燃焼空間温度目標値演算部３３のマップは、バーナ２５の形式や温度センサ２５ｃなどによって変わるものである。右肩下がりの線になっているのは、実施形態のバーナと温度センサ位置によって決まっているからである。
【００７４】
フィードバック制御部３４は、燃料電池システムのバーナ２５の燃焼温度Ｔ１の計測値と燃焼温度Ｔ１の目標値とに基づいて燃焼用空気ポンプ６５のフィードバック制御を行うものである。フィードバック制御部３４は、減算器３４ａ、ＰＩ演算器３４ｂ、加算器３４ｃを備えている。
【００７５】
減算器３４ａは、燃焼温度Ｔ１の目標値を燃焼空間温度目標値演算部３３から入力するとともに、燃焼温度Ｔ１の計測値を温度センサ２５ｃから入力し、燃焼温度Ｔ１の目標値から計測値（測定値）を減算してそれら入力した両温度の偏差ｅｔ（＝Ｔ１目標値−Ｔ１計測値）を算出する。
【００７６】
ＰＩ演算器３４ｂは、フィードバック制御を行う制御器である。ＰＩ演算器３４ｂは、減算器３４ａで算出した偏差ｅｔを入力し、その偏差ｅｔに基づいて燃焼用空気ポンプ６５の回転数（ポンプの吐出量（流量））すなわちフィードバック量（操作量）を算出する。この場合、燃焼用空気ポンプ６５がＰＷＭ制御されていれば、操作量はＰＷＭ制御のデューティ比（Ｄｕｔｙ）で算出される。
【００７７】
本実施の形態では、ＰＩ演算器３４ｂは、偏差ｅｔに基づいて比例および積分演算を行うＰＩ演算器である。ＰＩ演算器３４ｂは、出力値を燃焼用空気ポンプ６５のフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａとして算出する。
【００７８】
なお、ＰＩ演算器３４ｂでは、ＰＩ制御（比例動作器および積分動作器の機能のみ作用する。）を行うようにしたが、ＰＩＤ制御（比例動作器、積分動作器、微分動作器の機能が作用する。）を行うような演算部に代えてもよく、またＰ制御（比例動作器の機能のみ作用する。）を行うような演算部に代えてもよい。いずれもフィードバック操作量を算出するものである。
【００７９】
加算器３４ｃは、ＰＩ演算器３４ｂから入力したフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａと、燃焼エア流量基準値演算部３２から入力した燃焼エア流量基準値Ｄｕｔｙ＿Ｂとを加算するものである。この加算値（＝Ｄｕｔｙ＿Ａ＋Ｄｕｔｙ＿Ｂ）が燃焼用空気ポンプ６５の操作量（総操作量）Ｄｕｔｙである。この総操作量Ｄｕｔｙが燃焼エア流量の目標値である。
【００８０】
この燃焼エア流量目標値が、加算器３４ｃから燃焼用空気ポンプ６５のドライバ（図示省略）に送信されて、燃焼用空気ポンプ６５の流量（吐出量）が燃焼エア流量目標値となるように制御される。なお、燃料電池システムは、いわゆるプラントであり、アクチュエータ（燃焼用空気ポンプ６５、燃料ポンプ４２）と制御対象（バーナ）とを含んでなる。
【００８１】
この燃焼制御によれば、燃焼エア流量目標値は、燃焼エア流量基準値と燃焼エアフィードバック量の和で決定される。燃焼温度Ｔ１が燃焼温度目標値となるように制御される。したがって、外乱（例えば、燃焼ガスの流量計４１ａの誤差、環境温度変化、改質水蒸発量の変化など）によって燃焼温度Ｔ１が上昇した場合、燃焼用空気を増大させ燃焼温度Ｔ１を低下させ、燃焼温度Ｔ１が低下した場合は燃焼用空気を減少させ燃焼温度Ｔ１を上昇させる。
【００８２】
前述した燃焼制御において、燃料ガス流量変化に対する燃焼用空気流量の特性を図５参照して説明する。すなわち、上述の燃焼制御（フィードバック制御）を行っている場合、燃焼ガス流量（天然ガス流量：ＮＬ／ｍｉｎ（ノーマルリットル／分））の変動に対して燃焼エア流量が変化する。ＮＬ／ｍｉｎは標準状態での流量（リットル／分）を示す。
【００８３】
例えば、図５に示したとおり燃焼ガス流量が、ＡＮＬ／ｍｉｎから０．１ＮＬ／ｍｉｎ増加した場合、投入熱量増加による燃焼温度Ｔ１の上昇を抑制するため、燃焼エアのフィードバック制御により燃焼エア流量がＢＮＬ／ｍｉｎから４ＮＬ／ｍｉｎ増加する。同様に燃焼ガス流量がＡＮＬ／ｍｉｎから０．１ＮＬ／ｍｉｎ減少した場合は、燃焼エア流量がＢＮＬ／ｍｉｎから４ＮＬ／ｍｉｎ減少する。燃焼ガス流量ＡＮＬ／ｍｉｎに対して設定される燃焼エア流量はＢＮＬ／ｍｉｎである。
【００８４】
燃焼ガス流量が増加した場合、すなわち図５にて燃料ガス流量がＡ＋０．１ＮＬ／ｍｉｎ以上となった場合、発電出力が同じで投入燃料のみが増加するため発電効率が低下する。燃焼ガス流量が減少した場合、すなわち図５にて燃料ガス流量がＡ−０．１ＮＬ／ｍｉｎ以下となった場合、発電出力が同じで投入燃料のみが減少するため発電効率が上昇するが、水素を生成するための燃料が減少するため燃料電池１０の水素利用率が上昇し、最悪燃料電池１０が発電継続できなくなる。また、水素利用率が上昇するためオフガスの熱量が低下し燃焼温度Ｔ１を目標値に保持できなくなるため、燃焼エア流量を大きく減少させ空燃比が低下し理論空燃比１に近づき排ガスエミッションが悪化する。なお、燃料ガス流量がＡ−０．１ＮＬ／ｍｉｎからＡ＋０．１ＮＬ／ｍｉｎまでの範囲である場合には、発電効率は良好であり、排ガスエミッションも良好である。
【００８５】
次に、前述した燃料ガス流量変化に対する燃焼用空気流量の特性を利用する流量計４１ａの誤差検知について説明する。この特性によれば、発電量が一定である場合において、燃料ガスの実際の流量が増大すると、燃焼用空気流量が増大し、燃料ガスの実際の流量が減少すると、燃焼用空気流量が減少する。この特性はリニアな関係にある。すなわち、流量計４１ａに誤差が発生した場合であって、実流量より指示値（測定値）が低い（小さい）場合には、燃焼用空気流量が増大し、逆に、実流量より指示値（測定値）が高い（大きい）場合には、燃焼用空気流量が減少する。
【００８６】
発電量がわかれば、その発電量に相当する燃料ガス流量目標値が決まり、その燃料ガス流量目標値に相当する燃焼用空気流量基準値が決まるので、発電量に対する燃焼用空気流量基準値は一義的に決定される。したがって、燃焼用空気流量の測定値（流量計６４ａの測定値）が所定範囲内であれば、燃料ガスの流量計４１ａは正常であり、所定範囲外であれば、流量計４１ａは異常である。本実施の形態では、燃焼用空気流量の測定値（流量計６４ａの測定値）がＢ−４からＢ＋４までの範囲内であれば、燃料ガスの流量計４１ａは正常であり、Ｂ−４からＢ＋４までの範囲外であれば、流量計４１ａは異常である。
なお、所定範囲の上限は、燃料電池１０の発電効率に基づいて設定され、所定範囲の下限は、排ガスエミッションに基づいて設定されている。
【００８７】
具体的には、制御装置３０は、図６に示すフローチャートに沿ってプログラムを実行することで燃料ガスの流量計４１ａの異常（誤差）を検知する。制御装置３０は、図示しない主電源が投入されると、図６に示すステップ２００にてプログラムを起動し、ステップ２０２の処理を実行する。制御装置３０は、ステップ２０２において、燃料電池１０が発電を開始したか否かを判定する。なお、燃料電池１０が発電中であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００８８】
制御装置３０は、発電中において、燃焼エア流量の偏差を判定する。すなわち、燃焼エアフィードバック量が所定値（閾値）γを超えたか否かを判定する（ステップ２０４）。制御装置３０は、燃焼エアフィードバック量が所定値（閾値）γ以下であれば、ステップ２０４の判定処理を繰り返し実行する。制御装置３０は、燃焼エアフィードバック量が所定値（閾値）γを越えると、ステップ２０４で「ＹＥＳ」と判定し、燃料ガスの流量計４１ａに誤差（校正要）が発生したと検知する（校正要検知手段）。なお、所定値γは、燃焼エア流量基準値に対する偏差であるので、本実施形態では図５に示すように、４ＮＬ／ｍｉｎである。
【００８９】
本実施の形態では、燃焼エアフィードバック量が所定値（閾値）γを越えるとすぐに誤差が発生したと検知するのではなく、その越えた状態が第１所定時間（タイマＴＭ１のアップ時間に相当する）継続した時に限り、誤差が発生したと検知するようにしている。チャタリングなどによる誤検知を抑制するためである。タイマＴＭ１は、例えば３０分に設定されている。
【００９０】
具体的には、制御装置３０は、ステップ２０６でタイマＴＭ１のカウントアップをスタートさせる。制御装置３０は、タイマＴＭ１のカウントアップ中に燃焼エアフィードバック量が閾値γ以下になった場合は、ステップ２０８で「ＹＥＳ」と判定し、タイマＴＭ１をキャンセルし（ステップ２１０）、プログラムをステップ２０４に戻す。
【００９１】
制御装置３０は、タイマＴＭ１がアップした場合は、ステップ２１２で「ＹＥＳ」と判定し、流量計４１ａに誤差が発生していると判断し、その旨を警告する（ステップ２１４）。これにより、流量計４１ａの交換、校正を使用者に促すことができる。警告は、音声メッセージ、画面メッセージ、ランプの点滅、点灯で行えばよい。そして、制御装置３０は、ステップ２１４の警告とともに、後述するように、流量計４１ａを自動的に校正する（ステップ２１６）。なお、警告（警報）は、通常の発電モードではなく校正モードを実行していることをユーザに知らせるためのものである。警告はステップ３０４に移ったら出すようにしてもよい。
【００９２】
次に、流量計４１ａの誤差を校正（補正）する制御について図７から図９を参照して説明する。図７は燃料ガス流量をフィードバック制御する制御システムのブロック線図であり、図８は燃料ガス流量−改質ガス温度特性を示す図であり、図９は流量計４１ａの誤差を校正するためのプログラムを示すフローチャートである。
【００９３】
燃料ガス流量のフィードバック制御は、制御装置３０が実行する制御である。制御装置３０は、校正部（補正部）３５、フィードバック制御部３６を備えている。
【００９４】
校正部３５は、流量計４１ａの検出誤差を校正するものである。校正部３５は、補正流量演算部３５ａと加算器３５ｂを備えている。補正流量演算部３５ａは、流量計４１ａの誤差を校正するために使用する補正値である補正流量を演算するものである。補正流量演算部３５ａは、燃料ガス流量と改質ガス温度Ｔ２との特性を示すマップ（図８に示す）を記憶している。補正流量演算部３５ａは、改質ガス温度Ｔ２を温度センサ２１ｃから入力するとともに、燃料ガス流量目標値を燃料ガス流量目標値演算部３１から入力し、それら入力した改質ガス温度Ｔ２、燃料ガス流量目標値および燃料ガス流量と改質ガス温度Ｔ２との特性から補正流量を演算する。
【００９５】
図８に示すように、燃料ガス流量と改質ガス温度Ｔ２との特性ｆは、燃料ガス流量が大きくなるにしたがって改質ガス温度Ｔ２が大きくなるような関係にあり、さらにリニアな関係にある。例えば、特性ｆの傾きは２１［℃］／０．０１［ＮＬ／ｍｉｎ］である。また、特性ｆは実験で得ることができる。燃料ガスの流量を変化させ（燃料電池１０の発電量を変化させ）、燃料ガス流量毎に燃焼空間温度Ｔ１が一定になるのを待って改質ガス温度Ｔ２の定常値を測定する。この実験で得たデータ（燃料ガス流量とその燃料ガス流量に対する改質ガス温度Ｔ２）の一例を図８に三角マークで示す。このデータに基づいて例えば最小二乗法を使用して特性ｆを得ることができる。
【００９６】
補正流量演算部３５ａで行われる演算を具体的に説明する。図８に示すように、燃料ガス流量目標値がＡ［ＮＬ／ｍｉｎ］であり、計測した改質ガス温度Ｔ２が４８０℃である場合には、燃料ガス流量Ａ［ＮＬ／ｍｉｎ］に対する改質ガス温度Ｔ２の基準値Ｔ２ｒｅｆを演算し、計測した改質ガス温度Ｔ２から基準値Ｔ２ｒｅｆを減算して温度差ΔＴを算出する。補正流量は温度差ΔＴを特性ｆの傾きで除して（＝温度差ΔＴ／特性ｆの傾き）演算する。なお、燃料ガス流量Ａ［ＮＬ／ｍｉｎ］は燃料ガス流量目標値であり、校正モードの所定発電量に相当する流量である。本実施形態では、校正モードの所定発電量は３００［Ｗ］である。校正モードでは所定発電量で発電して行う。
【００９７】
図８に示すように、計測した改質ガス温度が基準値Ｔ２ｒｅｆより大きい場合、計測した改質ガス温度と特性ｆから導出される燃料ガス流量は基準流量（校正モードの所定発電量に応じた流量）より大きいので、流量計４１ａの計測値は実流量より少なく計測していることとなる。したがって、補正流量を計測した改質ガス温度に加算すれば、本来の流量に校正することができる。
【００９８】
加算器３５ｂは、燃料ガス流量の計測値を燃料ガス流量計４１ａから入力するとともに、補正流量を補正流量演算部３５ａから入力し、燃料ガス流量の計測値に補正流量を加算する（または減算する）。
【００９９】
フィードバック制御部３６は、燃料ガス流量計４１ａによって計測された燃料ガス流量と燃料ガス流量の目標値とに基づいて燃料ポンプ４２のフィードバック制御を行うものである。フィードバック制御部３６は、減算器３６ａおよびＰＩ演算器３６ｂを備えている。
【０１００】
減算器３６ａは、燃料ガス流量の目標値を燃料ガス流量目標値演算部３１から入力するとともに、燃料ガス流量の計測値を燃料ガス流量計４１ａから入力し、燃料ガス流量の目標値から燃料ガス流量の計測値を減算してそれら入力した両流量の偏差ｅｆ（＝燃料ガス流量目標値−燃料ガス流量計測値）を算出する。このとき、燃料ガス流量計４１ａから出力された燃料ガス流量の計測値は、校正部３５によって校正されており、その校正後の燃料ガス流量が加算器３５ｂから減算器３６ａに入力されるようになっている。したがって、校正後の燃料ガス流量の計測値と燃料ガス流量の目標値とに基づいて燃料ポンプ４２のフィードバック制御が行われる。
【０１０１】
ＰＩ演算器３６ｂは、フィードバック制御を行う制御器である。ＰＩ演算器３６ｂは、減算器３６ａで算出した偏差ｅｆを入力し、その偏差ｅｆに基づいて燃料ポンプ４２の回転数（ポンプの吐出量（流量））すなわちフィードバック量（操作量）を算出する。この場合、燃料ポンプ４２がＰＷＭ制御されていれば、操作量はＰＷＭ制御のデューティ比（Ｄｕｔｙ）で算出される。
【０１０２】
本実施の形態では、ＰＩ演算器３６ｂは、偏差ｅｆに基づいて比例および積分演算を行うＰＩ演算器である。ＰＩ演算器３６ｂは、出力値を燃料ポンプ４２のフィードバック操作量Ｄｕｔｙとして算出する。
【０１０３】
なお、ＰＩ演算器３６ｂでは、ＰＩ制御（比例動作器および積分動作器の機能が作用する。）を行うようにしたが、ＰＩＤ制御（比例動作器、積分動作器、微分動作器の機能が作用する。）を行うような演算部に代えてもよく、またＰ制御（比例動作器の機能のみ作用する。）を行うようにしたが、ＰＩＤ制御を行うような演算部に代えてもよい。いずれもフィードバック操作量を算出するものである。
【０１０４】
このフィードバック操作量が、ＰＩ演算器３６ｂから燃料ポンプ４２のドライバ４２ａに送信されて、燃料ポンプ４２の流量（吐出量）が燃料ガス流量目標値となるように制御される。
【０１０５】
具体的には、制御装置３０は、上述したように流量計４１ａの校正要否を判断し、校正要と判断された場合、図９に示すフローチャートに沿ってプログラムを実行することで燃料ガスの流量計４１ａの誤差を校正する。制御装置３０は、図９に示すステップ３００にてプログラムを起動し、ステップ３０４において、流量計４１ａを校正する校正モードを実行する。具体的には、燃料電池１０が３００Ｗで発電するように指示をする。その後、燃料電池１０が３００Ｗで発電を開始すると（ステップ３０６にて「ＹＥＳ」と判定すると）、発電量を３００Ｗに一定に維持してその発電を第３所定時間（タイマＴＭ３に相当する）だけ継続する。なお、例えば、第３所定時間は１時間程度に設定されており、本実施形態では５０分に設定されている。燃焼空間温度Ｔ１が安定するのを待つためである。
【０１０６】
なお、校正モードにおいて設定される燃料電池１０の発電量（所定発電量）は、燃料電池１０の定格発電量の１／３以下に設定されるのが望ましい。本実施形態では、燃料電池１０の定格発電量は１０００Ｗであり、校正モードの発電量はその１／３以下である３００Ｗに設定されている。また、校正モードの発電量の下限は例えば５０Ｗであり、燃料電池１０、燃料電池システムが安定的に制御可能な下限状態で規定されている。
【０１０７】
制御装置３０は、第３所定時間が経過すると（ステップ３０８で「ＹＥＳ」と判定すると）、第４所定時間の間、改質ガス温度を計測しその移動平均値を計算する（ステップ３１０）。誤測定を抑制するためである。なお、例えば第４所定時間は１０分に設定されている。また、本実施形態では、算出された改質ガス温度の移動平均値は４８０℃であるとする。
【０１０８】
制御装置３０は、第４所定時間が経過すると（ステップ３１２で「ＹＥＳ」と判定すると）、第４所定時間経過後の改質ガス温度Ｔ２の移動平均値と、改質ガス温度Ｔ２の基準値Ｔ２ｒｅｆとを比較し、その差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ２ｒｅｆ）の絶対値が閾値αより大きければ（ステップ３１４で「ＹＥＳ」と判定し）校正を行い、閾値α以下であるならば（ステップ３１４で「ＮＯ」と判定し）校正を行わない。なお、改質ガス温度Ｔ２の基準値Ｔ２ｒｅｆは、校正モードの発電量に相当する燃料ガス流量（例えば上述したＡ［ＮＬ／ｍｉｎ］）に対する特性ｆ上の改質ガス温度である。
【０１０９】
ステップ３１４の判定処理により、改質ガス温度の移動平均値と、改質ガス温度Ｔ２の基準値Ｔ２ｒｅｆとの差ΔＴの絶対値が閾値α以下であるならば校正を行わないこととしたので、仮に流量計４１ａの誤差発生が誤検知であったとしても不要な校正を行うことを抑制することができる。
【０１１０】
制御装置３０は、ステップ３１６において、計算された改質ガス温度の移動平均値（計測した改質ガス温度Ｔ２）から基準値Ｔ２ｒｅｆを減算して温度差ΔＴを算出する。そして、制御装置３０は、図８に示す特性ｆと温度差ΔＴから補正流量を演算する。すなわち、制御装置３０は、温度差ΔＴを特性ｆの傾きで除して（＝温度差ΔＴ／特性ｆの傾き）補正流量を演算する。
【０１１１】
そして、制御装置３０は、ステップ３１８において、加算器３５ｂと同様に、燃料ガス流量計４１ａから入力した燃料ガス流量の計測値に、先にステップ３１６で演算した補正流量を加算する。これにより、流量計４１ａの出力値を補正流量に基づいて補正することができる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、流量計４１ａの出力値を補正流量に基づいて補正するようにしたが、燃料ガス流量の目標値を補正流量に基づいて補正するようにしてもよい。この場合、校正部３５の加算器３５ｂを燃料ガス流量目標値演算部３１から減算器３６ａと補正流量演算部３５ａとに分岐する点と減算器３６ａとの間に設けるようにすればよい。これによっても、流量計４１ａに生じた誤差を校正することができる。
【０１１３】
また、本実施の形態では、校正モードの両流量の偏差が流量補正の限界以上になった場合、流量計４１ａの交換を促す警報を発するようにしてもよい。
【０１１４】
また、上述した実施形態では、燃焼エア流量偏差判定によって校正要否を判断して校正するようにしたが、これに代えて定期的に校正するようにしてもよいし、両方を並行に行うようにしてもよい。いずれの場合でも、制御装置３０は、図１０に示すフローチャートの制御を行って校正時期を判断し、校正時期となったと判断したら図９のフローチャートの処理を行う。
【０１１５】
すなわち制御装置３０は、燃料電池システムが最初の運転を開始されたら、図１０に示すステップ４００にてプログラムを起動し、第２所定時間（タイマＴＭ２に相当する）毎に校正モードを実行する。具体的には、制御装置３０は、ステップ４０２において、タイマＴＭ２がカウントアップするまでカウントを続け、カウントアップするとプログラムをステップ４０４に進める。なお、第２所定時間は、例えば、数週間〜数ヶ月に設定されている。また、第２所定時間は暦の時間でも積算運転時間でもよい。そして、制御装置３０は、ステップ４０４において、上述したステップ２１６と同様な処理すなわち図９に示すフローチャートの処理を行う。
【０１１６】
なお、上記校正時の判断を両方並行して行う場合において、校正要否判断で校正した場合には、その校正時を起算時として定期的校正時期を算出するようにしてもよい。また、校正時期となったと判断したら行う処理を、図９のフローチャートの処理からステップ３１４の処理を削除して行うようにしてもよい（すなわち、図９のフローチャートの処理のうちステップ３０４〜３１２、３１６，３１８の処理を行うようにすればよい）。
【０１１７】
上述した実施形態から明らかなように、改質装置２０は、燃料ガスが投入され燃料ガスを改質して改質ガスを生成して燃料電池１０に供給する。燃料ガス流量センサ４１ａは、燃料ガスを送出する燃料ガスポンプ４２（燃料ガス送出装置）から送出される燃料ガスの流量を検出する。燃料電池システムの運転を制御する制御装置３０は、改質装置２０の改質ガスの温度と燃料ガスの投入流量との関係を示す特性ｆ（図８参照）に基づいて燃料ガス流量センサ４１ａの出力値を補正する。すなわち、本願発明者は、改質装置２０の改質ガスの温度は改質装置２０に投入される燃料ガスの流量（単位時間あたりの単位面積を通過する流体の体積または質量）とリニアな相関関係があること見出した。このことを利用して、改質装置２０の改質ガスの温度と燃料ガスの投入流量との関係を示す特性ｆに基づいて燃料ガス流量センサ４１ａの出力値を補正することが可能となった。したがって、改質装置２０（燃料電池１０）に投入される燃料ガスの流量を検出する燃料ガス流量センサ４１ａに誤差が発生しても、その誤差を自動的に校正し、燃料電池１０の適正な発電効率を維持するとともに安定した発電を維持することができる。
【０１１８】
また、制御装置３０は、燃料電池１０を所定発電量（本実施形態では３００Ｗ）にて発電させ、所定の発電量にて発電中に改質ガスの温度を検出し、所定の発電量に相当する燃料ガス投入流量に対応する改質ガスの温度Ｔ２ｒｅｆを特性ｆに基づいて算出し、検出された改質ガスの温度Ｔ２と算出された改質ガスの温度Ｔ２ｒｅｆとの温度差ΔＴを算出し、算出された温度差ΔＴと特性ｆに基づいて補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて燃料ガス流量センサの出力値を補正する。これにより、燃料電池１０の発電出力を一定に維持し、改質ガスの温度を安定させることで、正確な補正流量を算出し、ひいては燃料ガス流量センサ４１ａの出力値を正確に補正することができる。
【０１１９】
また、制御装置３０は、温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ２ｒｅｆ）の絶対値が所定値α以上である場合に、算出された温度差ΔＴと特性ｆに基づいて補正流量を算出し、算出された補正流量に基づいて燃料ガス流量センサ４１ａの出力値を補正し、温度差の絶対値が所定値α未満である場合に、補正流量の算出および燃料ガス流量センサ４１ａの出力値の補正を行わない。これにより、校正するにあたって事前に行われた燃料ガス流量センサ４１ａの誤差検知がたとえ間違っていたとしても（すなわち誤差が発生していない）、不必要な校正（むだな校正）を抑制することができる。
【０１２０】
また、燃料電池１０の所定発電量は、燃料電池１０の定格発電量の１／３以下に設定されている。これにより、校正するために無駄な燃料ガスの投入を抑制し、燃料ガス流量センサ４１ａの校正を省エネで行うことができる。
【０１２１】
また、校正要検知手段（３０、ステップ２０４）が、燃料電池１０に投入された燃料ガス（改質用燃料）のオフガス（アノードオフガス）を酸化剤ガス（燃焼用空気）で燃焼するバーナ２５に供給される酸化剤ガスの流量の変動値に基づいて燃料ガスの流量を導出する流量センサ（流量計４１ａ）が校正要（校正が必要であること）であると検知する。これによれば、酸化剤ガスの流量値を利用することで、流量センサの校正要を的確に検知することができ、ひいては燃料電池の適正な発電効率を維持するとともに安定した発電を維持することができる。
【０１２２】
また、校正要検知手段（３０、ステップ２０４）は、バーナ２５に供給される酸化剤ガス流量（燃焼用空気流量）のフィードバック量が所定値γより大きい場合には、流量センサ（流量計４１ａ）が校正要であると検知する。これにより、酸化剤ガス流量がフィードバック制御されている場合、酸化剤ガス流量のフィードバック量に基づいて流量センサの校正要検知を容易かつ的確に行うことができる。
【０１２３】
また、酸化剤ガス流量（燃焼用空気流量）のフィードバック量は、バーナ２５の燃焼温度Ｔ１と燃焼温度Ｔ１の目標温度との温度偏差ｅに基づいて導出される。これにより、バーナ燃焼温度Ｔ１を目標温度となるように酸化剤ガス流量がフィードバック制御されている場合、酸化剤ガス流量のフィードバック量に基づいて流量センサ（流量計４１ａ）の異常検知を容易かつ的確に行うことができる。
【０１２４】
また、燃焼温度Ｔ１の目標温度は、燃料電池１０に投入された燃料ガス流量の目標値に応じて設定されている。これにより、燃料電池１０に投入されるべき燃料ガス流量（発電量に相当する）に応じて流量センサ（流量計４１ａ）の異常検知を的確に行うことができる。
【０１２５】
また、校正要検知手段（３０、ステップ２０４）は、酸化剤ガス流量（燃焼用空気流量）のフィードバック量が所定値（γ）より大きい状態が所定時間（タイマＴＭ１）継続した場合に、流量センサ（流量計４１ａ）が校正要であると検知する。これにより、流量センサの校正要を精度よく検知することができる。
【０１２６】
また、制御装置３０は、校正要検知手段（３０、ステップ２０４）が流量センサ（流量計４１ａ）が校正要であると検知した場合には、その旨を警告する警告手段（ステップ２１４）をさらに有する。これにより、使用者に流量センサの校正要を確実に警告することができる。
【０１２７】
２）第２の実施形態
次に、本発明による燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。図１１は固体酸化物型燃料電池を備えた燃料電池システムの概要を示す概要図である。なお、上述した第１の実施形態と同様な構成部材については同一符号を付してその説明を省略する。
【０１２８】
この燃料電池システムは、燃料電池モジュール１００を備えている。燃料電池モジュール１００は、ケーシング１０１、蒸発部１２８、改質部１２１および燃料電池１１０を備えている。
【０１２９】
ケーシング１０１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング１０１内には、蒸発部１２８、改質部１２１および燃料電池１１０が配設されている。このとき、蒸発部１２８、改質部１２１が燃料電池１１０の上方に位置するように配設されている。
【０１３０】
蒸発部１２８は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用燃料を予熱するものである。蒸発部１２８は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用燃料を混合して改質部１２１に供給するものである。改質用燃料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【０１３１】
この蒸発部１２８には、一端（下端）が水タンク（図示省略）に接続された給水管５２の他端が接続されている。給水管５２には、改質水ポンプ５３が設けられている。改質水ポンプ５３は、蒸発部１２８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。
【０１３２】
また、蒸発部１２８には、燃料供給源（図示省略）からの改質用燃料（燃料ガス）が改質用燃料供給管４１を介して供給されている。改質用燃料供給管４１には、上流から順番に一対の原料バルブ（図示省略）、脱硫器４６、燃料ポンプ４２および流量計４１ａが設けられている。原料バルブは改質用燃料供給管４１を開閉する電磁開閉弁である。脱硫器４６は改質用燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。燃料ポンプ４２は、燃料供給源からの燃料供給量を調整するものである。流量計４１ａは、燃料ガスの流量を検出するものである。
【０１３３】
改質部１２１は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部１２８から供給された混合ガス（改質用燃料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部１２１内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒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）は燃料電池１１０の燃料極１１１に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【０１３４】
図１２に示すように、燃料電池１１０は、燃料極１１１、空気極１１２（酸化剤極）、および両極１１１，１１２の間に介装された電解質１１３からなり断面楕円の柱状に形成された複数のセル１１０ａが並設されて構成されている。
【０１３５】
セル１１０ａは、図１２に示すように、断面が扁平状で全体的に見て楕円柱状の導電性支持基板１１４を備えている。導電性支持基板１１４の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路１１４ａが軸長方向に貫通して形成されている。導電性支持基板１１４は、燃料ガス通路１１４ａを流れる燃料ガスを燃料極１１１まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ１１５を介しての集電を行うために導電性であることが要求される。この要求を満たすために、導電性支持基板１１４は、金属（例えば鉄族金属成分）と希土類酸化物とからなる複合体で形成されている。
【０１３６】
導電性支持基板１１４は、互いに対向する２つの平坦部と、両平坦部の両端の弧状部とからなっている。一方の平坦部と両側の弧状部を覆うように燃料極１１１が層状に形成されている。さらに、この燃料極１１１を覆うように、電解質１１３が積層されており、この電解質１１３の上には、燃料極１１１と対向するように、空気極１１２が積層されている。また、燃料極１１１及び電解質１１３が積層されていない他方の平坦部には、インターコネクタ１１５が形成されている。燃料極１１１及び電解質１１３は、インターコネクタ１１５の両サイドにまで延びており、導電性支持基板１１４の表面が外部に露出しないように構成されている。
【０１３７】
燃料極１１１は、多孔質の導電性セラミックス（例えば、ニッケル含有安定化ジルコニア）で形成されている。空気極１１２は、多孔質の導電性セラミックス（例えば、ＡＢＯ３型ペロブスカイト酸化物）で形成されている。電解質１１３は、ガス不透過性と絶縁性を有するセラミックス（例えば、希土類元素を固溶したジルコニア）で形成されている。インターコネクタ１１５は、ガス透過性と導電性を有するセラミックス（例えば、ペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物））で形成されている。
【０１３８】
隣り合う２つのセル１１０ａは、空間を隔てて設けられ、セル接続体１１０ｂにより構造的に接続されるとともに電気的に接続されている。この空間は上下に貫通しており、カソード用空気（酸化剤ガス）流路１１０ｃをとして使用されている。セル接続体１１０ｂは、金属材で形成されている。セル接続体１１０ｂは、セル１１０ａの空気極１１２とセル１１０ａのインターコネクタ１１５とを接続するものである。
【０１３９】
燃料電池１１０は、アノードマニホールド１１７上に設けられている。アノードマニホールド１１７には、改質部１２１からの改質ガスが改質ガス供給管７１を介して供給されるようになっている。セル１１０ａの各燃料ガス通路１１４ａは、その下端（一端）がアノードマニホールド１１７の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出された改質ガスが下端から導入され上端から導出（噴出）されるようになっている。
【０１４０】
また、燃料電池１１０の側部には、カソード用空気導入部１１６が設けられている。カソード用空気導入部１１６には、カソード用空気供給管６７が接続されており、カソード用空気が供給されるようになっている。カソード用空気導入部１１６に供給されたカソード用空気はカソード用空気流路１１０ｃの下端から導入され上端から導出（噴出）されるようになっている。
【０１４１】
なお、燃料電池１１０と蒸発部１２８（または改質部１２１）との間（燃焼空間）には、セル１１０ａから噴出されるアノードオフガスをカソード用空気流路１１０ｃから噴出されるカソードオフガスで着火させるための着火手段１２５ｄ（着火用ヒータ）が配設されている。この着火手段１２５ｄは点火用電極２５ｄと同様に制御装置３０の指示によってオン・オフされる。
【０１４２】
これにより、セル１１０ａから噴出されるアノードオフガスをカソード用空気流路１１０ｃから噴出されるカソードオフガスで燃焼させることができる。すなわち、燃料電池１１０をバーナ１２５として機能させることができる。
【０１４３】
また、燃焼空間には、その空間の燃焼温度を検出する温度センサ１２５ｃが設けられている。温度センサ１２５ｃは、温度センサ２５ｃと同様に燃焼空間の温度を検出するものであり、検出結果は制御装置３０に送出されるようになっている。
【０１４４】
また、カソード用空気供給管６７には、上述した流量計６４ａと同様な流量計６７ａが設けられている。流量計６７ａは、カソード用空気供給管６７を流通する燃焼用空気の単位時間当りの体積または質量を測定するためのものであり、その検出結果は制御装置３０に送出されるようになっている。流量計６７ａは、カソード用空気ポンプ６８の吐出側に設けられているので、カソード用空気ポンプ６８から送出されたカソード用空気の送出量を検出する送出量検出装置である。
【０１４５】
燃料電池１１０においては、燃料極１１１に供給された燃料と空気極１１２に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極１１１では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極１１２では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極１１２で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質１１３を透過し、燃料極１１１で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料ガス通路１１４ａおよびカソード用空気流路１１０ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気：カソードオフガス）が導出する。
【０１４６】
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【０１４７】
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
【０１４８】
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【０１４９】
そして、燃料ガス通路１１４ａから導出した、発電に使用されなかった改質ガスは、カソード用空気流路１１０ｃから導出した、発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気）で、燃料電池１１０と蒸発部１２８（改質部１２１）の間の燃焼空間にて燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部１２８および改質部１２１が加熱される。さらには、燃料電池モジュール１００内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは、燃料電池１１０とケーシング１０１の間の空間（この空間が燃焼ガス流路１２６である。）を通り、排気管８１を通って燃料電池モジュール１００の外に排気される。
【０１５０】
このように構成した固体酸化物型燃料電池を備えた燃料電池システムのバーナ１２５の燃焼作動においても、上述した高分子電解質型燃料電池を備えた燃料電池システムのバーナ２５の燃焼と同様な制御が行われるので、同様な作用・効果を得ることができる。なお、燃焼エアは、燃焼用空気に代えてカソード用空気になる。さらに、上述した高分子電解質型燃料電池を備えた燃料電池システムの燃料ガス流量計４１ａの校正制御と同様な制御が行われるので、同様な作用・効果を得ることができる。
【０１５１】
また、バーナ１２５は、燃料電池１１０の燃料極１１１から直接導出されるアノードオフガスを、燃料電池１１１の酸化剤極１１２から直接導出されるカソードオフガス（燃焼用酸化剤ガスとして利用）で燃焼するように構成される。これにより、いわゆる固体酸化物型燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、そのシステムに適合し、流量計４１ａの誤差（異常）を適切に検知することができる。
【０１５２】
なお、上述した各実施形態では、改質装置に投入する燃料として気体状燃料である天然ガスを使用したため、燃料を燃料ガスと記載し、流量計４１ａを燃料ガス流量計と記載し、燃料ポンプ４２を燃料ガス送出装置と記載したが、燃料が液体状燃料である場合にも本発明は適用できる。この場合、流量計４１ａは液体の流量を測定する燃料流量計であり、燃料ポンプ４２は液体を送出する燃料送出装置である。
【符号の説明】
【０１５３】
１０，１１０…燃料電池、１１，１１１…燃料極、１２，１１２…空気極、２０…改質装置、２１，１２１…改質部、２２…冷却部（熱交換部）、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２４…一酸化炭素浄化部（ＣＯ浄化部）、２５，１２５…バーナ、２５ａ…第１噴出器、２５ｂ…第２噴出器、２５ｃ，１２５ｃ…温度センサ、２５ｄ，１２５ｄ…点火用電極、２６，１２６…燃焼ガス流路、２７…燃焼部、２８，１２８…蒸発部、２９…断熱部、３０…制御装置、４１…燃料供給管、４１ａ…流量計（燃料流量センサ）、４２…燃料ポンプ（燃料送出装置）、４３…改質用燃料バルブ、４４…燃焼用燃料供給管、４５…燃焼用燃料バルブ、４６…脱硫器、５１…水蒸気供給管、５２…給水管、５３…改質水ポンプ、５４…改質水バルブ、６１…酸化用空気供給管、６２…酸化用空気ポンプ、６３…酸化用空気バルブ、６４…燃焼用空気供給管、６４ａ…流量計、６５…燃焼用空気ポンプ、６６…燃焼用空気バルブ、６７…カソード用空気供給管、６８…カソード用空気ポンプ、６９…カソード用空気バルブ、７１…改質ガス供給管、７２…オフガス供給管、７３…バイパス管、７４…第１改質ガスバルブ、７５…オフガスバルブ、７６…第２改質ガスバルブ、８１，８２…排気管、８９…接続管。１００…燃料電池モジュール、１０１…ケーシング、１１０ａ…セル、１１０ｂ…セル接続体、１１４…導電性支持基板、１１４ａ…燃料ガス通路、１１５…インターコネクタ、１１６…カソード用空気導入部、１１７…アノードマニホールド。
【図１】
2010267450.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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【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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