(57)【要約】  燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池に供給される燃料を改質する改質器と、燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、改質器を加熱する熱源装置と、燃料電池に供給される空気を加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、改質器の温度を取得する改質器温度取得部と、を備えた燃料電池システムが提供される。そして、この燃料電池システムは、改質器及び燃料電池の暖機運転において、改質器の温度及び燃料電池の温度に基づいて、熱源装置及び燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御してオフガスの加熱量及び加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラを備える。
2019035167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される燃料を改質する改質器と、
前記燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、前記改質器を加熱する熱源装置と、
前記燃料電池に供給される空気を前記加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、
前記燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、
前記改質器の温度を取得する改質器温度取得部と、
前記改質器の暖機及び前記燃料電池の暖機を実行する暖機運転において、前記改質器の温度及び前記燃料電池の温度に基づいて、前記熱源装置及び前記燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御して前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラと、
を備えた、
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であって、
前記燃料電池加熱装置は、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給通路に設けられて前記空気供給通路内の空気を前記加熱ガスと熱交換させる空気熱交換器と、前記空気熱交換器をバイパスするように前記空気供給通路に設けられたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、を有し、
前記コントローラは、前記バイパス弁の開度を制御して前記空気熱交換器に供給される空気流量を調節する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記熱源装置は、前記オフガスを燃焼させて前記加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する排気燃焼器と、前記排気燃焼器に供給する燃料の量を調節する燃料供給量調節部と、を有し、
前記コントローラは、前記燃料供給量調節部を制御して前記排気燃焼器への燃料供給量を調節する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
原燃料を貯留する原燃料タンクと、
前記原燃料タンクから前記排気燃焼器に燃料を供給する燃焼器燃料供給通路と、
前記排気燃焼器で生成される前記燃焼ガスを前記燃料電池加熱装置に供給する燃焼ガス供給通路と、
をさらに有し、
前記熱源装置は、前記燃焼器燃料供給通路に設けられたインジェクタを有し、
前記コントローラは、前記インジェクタを制御して前記排気燃焼器への燃料供給量を調節する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、
前記燃料電池の温度に基づく暖機度合が前記改質器の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記加熱ガスによる空気の加熱量を減少させる、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、
前記加熱ガスと熱交換する空気の量が所定の下限値に達すると、前記オフガスの加熱量の増加を制限する、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、
前記改質器の温度に基づく暖機度合が前記燃料電池の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記オフガスの加熱量を増加させる、
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の暖機度合は、該燃料電池の暖機目標温度に対する取得される前記燃料電池の温度の割合であり、
前記改質器の暖機度合は、該改質器の暖機目標温度に対する取得される前記改質器の温度の割合である、
燃料電池システム。
【請求項９】
燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、前記燃料電池に供給される燃料を改質する改質器を加熱し、
前記加熱ガスを用いて前記燃料電池を加熱する、
燃料電池システムの暖機方法であって、
前記燃料電池の温度及び前記改質器の温度に基づいて、前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節する、
燃料電池システムの暖機方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ２０１６−１５４０６７Ａには、起動用燃焼器及び改質器を備え、システムの起動に際し、起動用燃焼器と改質器との間で原燃料の供給先を切り換える燃料電池システムが開示されている。具体的には、改質器の温度が改質可能温度に満たないうちは、第１燃料供給流路を通じて起動用燃焼器に原燃料を供給する一方、改質器の温度が改質可能温度に達した後は、第２燃料供給流路を通じて改質器に原燃料を供給する。【０００３】
すなわち、ＪＰ２０１６−１５４０６７Ａの燃料電池システムでは、改質器が改質可能温度に到達するまで（改質器の暖機が終了するまで）は、改質器以外の部品を起動用燃焼器で加熱してそれらの暖機を促進し、改質器の暖機が完了したら、改質器に原燃料を供給して改質処理を行うようにしている。
【発明の概要】
【０００４】
ＪＰ２０１６−１５４０６７Ａでは、改質器の暖機前においても起動用燃焼器は作動しているので、燃料電池スタック等の他のシステム構成要素の暖機が進行する。しかしながら、改質器の暖機が完了していないにもかかわらず、燃料電池の暖機を進行させると、燃料電池のアノード極触媒の酸化劣化の発生や燃料電池の耐熱性への悪影響等が懸念される。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し得る燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のある態様によれば、燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池に供給される燃料を改質する改質器と、燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、改質器を加熱する熱源装置と、燃料電池に供給される空気を加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、改質器の温度を取得する改質器温度取得部と、を備えた燃料電池システムが提供される。そして、この燃料電池システムは、改質器及び燃料電池の暖機運転において、改質器の温度及び燃料電池の温度に基づいて、熱源装置及び燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御してオフガスの加熱量及び加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図２】図２は、第１実施形態による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態による燃料電池システムの暖機運転の一態様を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、第１変形例による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。
【図５】図５は、第２変形例による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。
【図６】図６は、第２実施形態による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。
【図７】図７は、第２実施形態によるフィードバック制御部における制御の詳細を説明するブロック図である。
【図８】図８は、第２実施形態による暖機運転の経時的な流れの一例を示すタイムチャートである。
【図９】図９は、第２実施形態によるフィードバック制御部の他の態様を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムＳの構成を示している。
【００１０】
図示のように、本実施形態に係る燃料電池システムＳは、車両等に搭載され、燃料電池スタック１０と、熱源装置を構成する排気燃焼器１２と、燃料電池加熱装置を構成する空気熱交換器１４、バイパス通路１５、及びバイパス弁１５ａと、改質器１６と、コントローラ８０と、を備える。
【００１１】
燃料電池スタック１０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、固体酸化物型燃料電池（SOFF：Solid Oxide Fuel Cell）である。
【００１２】
燃料電池スタック１０は、アノード系において、燃料電池スタック１０のアノード極に還元剤ガスとしての燃料（例えば水素）を供給するための主燃料供給通路２０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２２と、を備える。
【００１３】
また、燃料電池スタック１０は、カソード系において、燃料電池スタック１０のカソード極に酸化剤ガスとしての空気を供給するための主空気供給通路２４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２６と、を備える。すなわち、本実施形態の上記アノードオフガス及び上記カソードオフガスが、燃料電池スタック１０から排出されるオフガスに相当する。
【００１４】
主燃料供給通路２０には、上流から順に、原燃料タンク２８と、第１インジェクタ３０と、蒸発器３２と、改質器用熱交換器３４と、改質器１６と、改質燃料温度センサ１０１が設けられている。
【００１５】
また、主燃料供給通路２０には、原燃料タンク２８と第１インジェクタ３０の間で分岐するとともに排気燃焼器１２に接続する燃焼器燃料供給通路３６が設けられている。また、燃焼器燃料供給通路３６には、第２インジェクタ３７が設けられている。
【００１６】
原燃料タンク２８は、改質前の原燃料として、含酸素燃料（例えば、エタノール）と水との混合物から成る液体燃料を貯蔵する。原燃料タンク２８に貯蔵される液体燃料は、主燃料供給通路２０の第１インジェクタ３０及び燃焼器燃料供給通路３６の第２インジェクタ３７によりそれぞれ所定噴射量に調節されて、蒸発器３２及び排気燃焼器１２に供給される。
【００１７】
すなわち、本実施形態において、第１インジェクタ３０は、蒸発器３２による気化及び改質器１６による改質を経て燃料電池スタック１０に供給される燃料ガスの流量を調節するべく開度調節可能に構成されている。
【００１８】
また、第２インジェクタ３７は、排気燃焼器１２に供給される液体燃料の量を調節するべく開度調節可能に構成されている。したがって、本実施形態では、第２インジェクタ３７の開度を制御することで、後述する排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量に相当する排気燃焼器１２の燃料供給量（以下、「燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ」とも記載する）を調節することができる。
【００１９】
蒸発器３２は、第１インジェクタ３０を介して原燃料タンク２８から供給される液体燃料を加熱して、エタノールガス及び水蒸気からなる改質前燃料ガスを生成する。
【００２０】
改質器用熱交換器３４は、排気燃焼器１２からの燃焼ガスと改質前燃料ガスを熱交換することで、改質前燃料ガスを加熱する。
【００２１】
改質器１６は、改質前燃料ガスを燃料電池スタック１０に供給するために適切な状態とすべく改質する。例えば、改質器１６は、図示しない改質用触媒によって上記改質前燃料ガスを水蒸気改質し、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。
【００２２】
改質燃料温度センサ１０１は、改質器１６で改質されて燃料電池スタック１０に供給される前の燃料ガスの温度を検出する。なお、本実施形態では、改質器１６で改質されて燃料電池スタック１０に供給される前の燃料ガスの温度は、改質器１６の温度とみなす。すなわち、改質燃料温度センサ１０１は、燃料電池スタック１０に供給される前の燃料ガスの温度を「改質器温度Ｔｒ」として検出する改質器温度取得部として機能する。
【００２３】
次に、アノードオフガス通路２２は、燃料電池スタック１０のアノード極出口と排気燃焼器１２を接続する。これにより、上述のように、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がアノードオフガス通路２２を介して排気燃焼器１２に供給される。
【００２４】
一方、主空気供給通路２４の入口には、該主空気供給通路２４に空気を圧送するエアポンプ３８が設けられている。また、主空気供給通路２４には上流から順に、バイパス通路１５、空気熱交換器１４、及びスタック空気極入口温度センサ１０２が設けられ、他端が燃料電池スタック１０の空気極入口に接続されている。
【００２５】
バイパス通路１５が、主空気供給通路２４において空気熱交換器１４の上流位置と空気熱交換器１４の下流位置を連結するように接続される。したがって、このバイパス通路１５により、エアポンプ３８からの空気の一部を、空気熱交換器１４をバイパスさせて燃料電池スタック１０に供給することができる。
【００２６】
また、バイパス通路１５には、バイパス弁１５ａが設けられている。バイパス弁１５ａは、その開度（以下では、「バイパス弁開度Ｏｂｙ」とも記載する）が連続的又は段階的に調節可能に構成されている。したがって、バイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを適宜調節することで、バイパス通路１５に流す空気の流量、すなわち空気熱交換器１４をバイパスさせる空気流量（以下では、「バイパス空気流量ｑｂｙ」とも記載する）を調節することができる。結果として、空気熱交換器１４を通過させる空気流量（以下では、「熱交換器通過空気流量ｑｅｘ」とも記載する）を調節することができる。
【００２７】
空気熱交換器１４は、エアポンプ３８により供給される空気の少なくとも一部を、後述する排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスと熱交換させて加熱する装置である。このように空気熱交換器１４により加熱された空気は燃料電池スタック１０に供給される。なお、以下では、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量を「スタック供給空気流量ｑｓｔ」とも記載する。
【００２８】
スタック空気極入口温度センサ１０２は、主空気供給通路２４において燃料電池スタック１０のカソード極の入口付近に設けられ、燃料電池スタック１０のカソード極に供給される空気の温度を検出する。すなわち、スタック空気極入口温度センサ１０２で検出される空気の温度は、空気熱交換器１４で加熱された空気、及びバイパス通路１５を経由して供給される空気が混合されてなる燃料電池スタック１０のカソード極入口付近の空気の温度の検出値である。なお、本実施形態では、スタック空気極入口温度センサ１０２で検出される空気の温度を燃料電池の温度（以下、「スタック温度Ｔｓ」とも記載する）とみなす。
【００２９】
一方、カソードオフガス通路２６は、燃料電池スタック１０のカソード極出口と排気燃焼器１２を接続する。これにより、上述のように、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がカソードオフガス通路２６を介して排気燃焼器１２に供給される。
【００３０】
また、カソードオフガス通路２６には、燃料電池スタック１０のカソード極の入口付近にスタック空気極出口温度センサ１０３が設けられている。スタック空気極出口温度センサ１０３は、燃料電池スタック１０のカソード極から排出されるカソードオフガスの温度である「スタック空気極出口温度Ｔｓｃ_ｏ」を検出する。
【００３１】
そして、排気燃焼器１２は、燃焼器燃料供給通路３６の第２インジェクタ３７を介して原燃料タンク２８から液体燃料の供給を受けるとともに、アノードオフガス通路２２及びカソードオフガス通路２６を介して燃料電池スタック１０からアノードオフガス及び空気極オフガスの供給を受ける。
【００３２】
排気燃焼器１２は、これら液体燃料、アノードオフガス、及びカソードオフガスを混合させた混合物を図示しない燃焼用触媒によって触媒燃焼させることで、燃焼ガス（加熱ガス）を生成する。なお、排気燃焼器１２は、生成される燃焼ガスに対して要求される熱量が低い場合などには、原燃料タンク２８から液体燃料の供給を受けることなく、アノードオフガス及び空気極オフガスを混合させた混合物を触媒燃焼させて燃焼ガスを生成することも可能である。
【００３３】
さらに、排気燃焼器１２には、下流に、燃焼ガス通路４０が接続される。この燃焼ガス通路４０には、上流から順に上述の空気熱交換器１４及び蒸発器３２が設けられており、他端は外気へ連通している。本実施形態において、燃焼ガス通路４０は、排気燃焼器１２で生成された燃焼ガスを上述の空気熱交換器１４及び蒸発器３２に供給する。
【００３４】
なお、本実施形態では、改質器用熱交換器３４及び改質器１６が排気燃焼器１２と共用のケースに収容され（二点鎖線により示す）、燃焼ガスの熱量がこの共用ケースＬの内部で改質器用熱交換器３４及び改質器１６に伝わるように構成されている。すなわち、本実施形態では、排気燃焼器１２が、改質器１６を加熱する熱源装置として機能する。
【００３５】
以上の構成を有する燃料電池システムＳにおいて、バイパス通路１５におけるバイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを大きくしてバイパス空気流量ｑｂｙを増加させると、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少することとなる。したがって、空気熱交換器１４において燃焼ガスと熱交換される空気が相対的に減少する一方で、バイパス通路１５を通る加熱されない空気が相対的に増加する。これにより、これらが合流して燃料電池スタック１０に供給される空気の熱量は減少することとなる。すなわち、当該空気による燃料電池スタック１０の昇温速度は低下する。
【００３６】
なお、燃焼ガス通路４０内の燃焼ガスから見ると、空気熱交換器１４において空気との熱交換で奪われる熱量が減少することとなる。したがって、空気熱交換器１４の熱交換後に蒸発器３２に供給される燃焼ガスの熱量が相対的に大きくなるため、蒸発器３２の昇温速度は向上する。さらに、逆にバイパス通路１５におけるバイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを小さくしてバイパス空気流量ｑｂｙを減少させると、燃料電池スタック１０の昇温速度は向上する一方で、蒸発器３２の昇温速度は低下する。したがって、バイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを調節することで、燃料電池スタック１０の昇温速度及び蒸発器３２の昇温速度のバランスも調節することができる。
【００３７】
コントローラ８０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたコンピュータ、特にマイクロコンピュータで構成される。そして、コントローラ８０は、少なくとも、本実施形態、後述する各変形例１、２、又は第２実施形態に係る各処理を実行するために必要な処理を実行可能となるようにプログラムされている。
【００３８】
なお、コントローラ８０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態の各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていても良い。
【００３９】
そして、コントローラ８０は、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。特に、本実施形態のコントローラ８０は、少なくとも改質燃料温度センサ１０１及びスタック空気極入口温度センサ１０２における検出値の信号、好ましくはスタック空気極出口温度センサ１０３における検出値の信号を受信し、これら信号に基づいてバイパス弁１５ａ、及び第２インジェクタ３７等を制御する。
【００４０】
そして、本実施形態において、コントローラ８０は、例えば、所定のＳＯＦＣ起動スイッチの操作などによって生成される燃料電池システムＳの起動要求信号を受信すると、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機を並行して実行する暖機運転（暖機制御）を実行する。
【００４１】
ここで、燃料電池スタック１０の暖機とは、運転停止中等の低温状態（例えば、常温の状態）にあった燃料電池スタック１０を、燃料電池スタック１０の温度を例えば５００℃以上の暖機目標温度（以下では、「スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔ」とも記載する）まで上昇（加熱）させる処理を言う。特に、このスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔは、燃料電池スタック１０のアノード極触媒（主にニッケル）の酸化劣化が生じる温度である酸化劣化点（例えば４００℃〜５００℃の間の所定温度）の周辺の温度、好ましくは酸化劣化点を越える温度に設定される。
【００４２】
改質器１６の暖機とは、運転停止中等の低温状態の改質器１６を、上述した改質前燃料ガスの水蒸気改質が可能となる例えば６００℃〜７００℃程度の暖機目標温度（以下では、「改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔ」とも記載する）まで上昇（加熱）させる処理を言う。
【００４３】
そして、コントローラ８０は、上記暖機運転において、スタック温度Ｔｓ及び改質器温度Ｔｒに基づき、第２インジェクタ３７を制御して排気燃焼器１２への燃料供給量である燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する。
【００４４】
さらに、コントローラ８０は、上記暖機運転において、スタック温度Ｔｓ及び改質器温度Ｔｒに基づき、少なくともバイパス弁１５ａ（バイパス弁開度Ｏｂｙ）を制御してバイパス空気流量ｑｂｙ（熱交換器通過空気流量ｑｅｘ）を調節する。
【００４５】
図２は、本実施形態における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。なお、本ブロック図に示す各演算部の機能は、コントローラ８０を構成する上記各ハードウェア及びソフトウェア（プログラム）により実現される。
【００４６】
図示のように、本実施形態のコントローラ８０は、バイパス弁開度制御部Ｂ１００と、インジェクタ制御部Ｂ１１０と、を有する。
【００４７】
バイパス弁開度制御部Ｂ１００には、改質燃料温度センサ１０１で検出される改質器温度Ｔｒ、及びスタック空気極入口温度センサ１０２で検出されるスタック温度Ｔｓが入力される。
【００４８】
バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、バイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを調節する。
【００４９】
具体的に、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓがそれぞれ所望の値となるように、バイパス弁１５ａの目標開度である目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算し、バイパス弁開度Ｏｂｙが目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔに近づくようにバイパス弁１５ａを操作する。
【００５０】
特に、本実施形態では、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、燃料電池スタック１０の暖機度合及び改質器１６の暖機度合に基づいて目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。
【００５１】
ここで、燃料電池スタック１０の暖機度合は、燃料電池スタック１０の暖機が当該暖機の完了に対してどの程度まで進行しているかを表す指標（パラメータ）である。したがって、燃料電池スタック１０の暖機度合は、燃料電池スタック１０の暖機を終了すべき温度（スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔ）に対して、現在のスタック温度Ｔｓがどの程度近づいているかという観点から演算することができる。
【００５２】
例えば、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、燃料電池スタック１０の暖機度合を、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対するスタック温度Ｔｓの割合を演算する。スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対するスタック温度Ｔｓの割合は、例えば、これらの偏差やこれらの商（＝Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）として演算可能である。なお、以下では、燃料電池スタック１０の暖機度合を「スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ」とも記載する。
【００５３】
また、改質器１６の暖機度合も同様に、改質器１６の暖機が当該暖機の完了に対してどの程度まで進行しているかを表すパラメータとして定義される。したがって、改質器１６の暖機度合も、改質器１６の暖機を終了すべき温度（改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔ）に対して、現在の改質器温度Ｔｒがどの程度近づいているかという観点から演算することができる。
【００５４】
例えば、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、改質器１６の暖機度合を、改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔに対する改質器温度Ｔｒの割合を演算する。改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔに対する改質器温度Ｔｒの割合は、例えば、これらの偏差やこれらの商（＝Ｔｒ／Ｔｒ_ｔ）として演算可能である。なお、以下では、改質器１６の暖機度合を「改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ」とも記載する。
【００５５】
そして、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）、及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、バイパス空気流量ｑｂｙの目標値である目標バイパス空気流量ｑｂｙ_ｔを演算する。そして、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、バイパス弁開度Ｏｂｙが、目標バイパス空気流量ｑｂｙ_ｔに相当する目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔに近づくように、バイパス弁１５ａを操作する。
【００５６】
例えば、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが大きくなるほど、バイパス空気流量ｑｂｙを増加させるべく（熱交換器通過空気流量ｑｅｘを減少させるべく）目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを高く演算する。すなわち、この場合、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅの増加に応じてバイパス弁開度Ｏｂｙを増加させる。
【００５７】
次に、インジェクタ制御部Ｂ１１０には、改質燃料温度センサ１０１で検出される改質器温度Ｔｒ、スタック空気極入口温度センサ１０２で検出されるスタック温度Ｔｓ、及びバイパス弁開度制御部Ｂ１００で演算された目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔが入力される。
【００５８】
インジェクタ制御部Ｂ１１０は、改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）、及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）に基づいて目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを参照しつつ、第２インジェクタ３７の開度を制御して排気燃焼器１２への燃料の噴射量である燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する。
【００５９】
具体的に、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）、及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）が所望の値をとるように、目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを参照しつつ、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの目標値である目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを演算する。そして、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに近づくように第２インジェクタ３７を操作してその開度を調節する。
【００６０】
例えば、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅが大きくなるほど燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させるべく、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを低く演算する。また、例えば、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが大きくなるほど燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させるべく、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを低く演算する。
【００６１】
次に、上述したバイパス弁開度制御部Ｂ１００及びインジェクタ制御部Ｂ１１０によるバイパス弁開度Ｏｂｙ及び燃料噴射量Ｆｃｏｍｂのさらなる具体的な制御態様の例について説明する。
【００６２】
図３は、本実施形態のスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び改質器暖機度合Ｗｒ_ｅに基づくバイパス弁開度Ｏｂｙ及び燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの制御の一態様を説明するフローチャートである。
【００６３】
図示のように、ステップＳ１１０において、コントローラ８０は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅと改質器暖機度合Ｗｒ_ｅの大小を判定する。そして、コントローラ６０は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが改質器暖機度合Ｗｒ_ｅより大きいと判断すると、ステップＳ１２０の処理を実行する。
【００６４】
ここで、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが改質器暖機度合Ｗｒ_ｅよりも大きい場合とは、燃料電池スタック１０の暖機の進行状況に対して改質器１６の暖機の進行状況が遅い場合を意味する。
【００６５】
このような場合、例えば、改質器１６における燃料の改質処理を適切に実行することができないにもかかわらず、燃料電池スタック１０はスタック温度Ｔｓが一定以上に上昇にすることがある。その結果、燃料電池スタック１０のアノード極内には燃料ガスが十分に供給されないにもかかわらず、スタック温度Ｔｓが高くなることで酸化反応が進行しやすい酸化雰囲気になる。アノード極内が酸化雰囲気となると、通常の発電に係る酸化反応以外のアノード極を構成する触媒等の材料と酸素が反応する望ましくない酸化反応が生じやすくなる。
【００６６】
特に、スタック温度Ｔｓが上述の酸化劣化点を越える程度に燃料電池スタック１０の暖機が進行している状態で、アノード極内が酸化雰囲気となると、アノード極触媒を構成するニッケルと酸素が不可逆的に反応してアノード極触媒を劣化させる恐れがある。
【００６７】
また、この場合において、燃料電池スタック１０の暖機がある程度進行しているにもかかわらず、改質器１６の暖機にともない燃料電池スタック１０に対する暖機を抑制することなく継続すると、燃料電池スタック１０の耐熱性の観点から好ましくない。これに対して、本実施形態では、ステップＳ１２０の処理によりこのような事態の発生を抑制する。
【００６８】
すなわち、ステップＳ１２０において、コントローラ８０は、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させる。これにより、主空気供給通路２４において空気熱交換器１４をバイパスする空気の割合が増加することとなる（図１参照）。したがって、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少し、燃料電池スタック１０に供給される空気に対する空気熱交換器１４による実質的な加熱量が減少することとなる。結果として、燃料電池スタック１０に対する加熱量が低下して、当該燃料電池スタック１０の昇温が抑制されることとなる。
【００６９】
したがって、上記ステップＳ１２０の処理を実行することによって、燃料電池スタック１０の暖機速度を抑制することができるので、燃料電池スタック１０のアノード極内における酸化反応の発生を抑制して、アノード極内が酸化雰囲気に陥ることを抑制することができる。また、燃料電池スタック１０の昇温が抑制されることで、燃料電池スタック１０の構成部品を耐熱性の観点からもより確実に保護することができる。
【００７０】
一方、上記ステップＳ１１０において、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが改質器暖機度合Ｗｒ_ｅより大きくないと判断される場合、すなわち、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きいと判断されると、コントローラ８０はステップＳ１３０の処理を実行する。
【００７１】
ここで、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きい場合とは、改質器１６の暖機の進行に対して燃料電池スタック１０の暖機の進行状況が遅い場合を意味する。
【００７２】
この場合は、スタック温度Ｔｓがアノード極触媒の酸化劣化が生じる得る温度に到達する前に、改質器温度Ｔｒが改質器１６の作動温度（原燃料の改質が可能となる温度）に到達し易い状況である。したがって、暖機運転を速やかに完了する観点から、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを増加させる。
【００７３】
したがって、ステップＳ１３０において、コントローラ８０は、暖機運転を速やかに完了する観点から、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを増加させる。これにより、燃料電池スタック１０及び改質器１６の双方の昇温（暖機）が促進される。
【００７４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、以下の作用効果を奏する。
【００７５】
本実施形態の燃料電池システムＳは、燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池としての燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に供給される燃料を改質する改質器１６と、燃料電池スタック１０から排出されるオフガス（カソードオフガス及びアノードオフガス）を加熱して加熱ガス（燃焼ガス）を生成するとともに、改質器１６を加熱する熱源装置（１２，３７）と、燃料電池スタック１０に供給される空気を燃焼ガスとの熱交換により加熱する燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）と、燃料電池スタック１０の温度を取得する燃料電池温度取得部としてのスタック空気極入口温度センサ１０２と、改質器１６の温度を取得する改質器温度取得部としての改質燃料温度センサ１０１と、を備える。
【００７６】
そして、燃料電池システムＳは、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機を実行する暖機運転において、改質器１６の温度である改質器温度Ｔｒ及び燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度Ｔｓに基づいて、熱源装置（１２，３７）及び燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）を制御してオフガスの加熱量（燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ）及び加熱ガスによる空気の加熱量（熱交換器通過空気流量ｑｅｘ）を調節するコントローラ８０を有する（図２の「バイパス弁開度制御部Ｂ１００」及び「インジェクタ制御部Ｂ１１０」）。
【００７７】
これにより、スタック温度Ｔｓ及び改質器温度Ｔｒに基づく燃料電池スタック１０及び改質器１６のそれぞれの暖機の進行状況に応じて、各暖機の進行バランスを好適に制御することができる。したがって、燃料電池スタック１０の暖機と改質器１６の暖機の進行度合のバランスが崩れることに起因した不具合、例えば燃料電池スタック１０及び改質器１６の耐熱性が損なわれること及びアノード極内の酸化劣化反応の発生等の不具合を抑制することができる。
【００７８】
特に、本実施形態では、燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）は、燃料電池スタック１０に空気を供給する空気供給通路である主空気供給通路２４に設けられて主空気供給通路２４内の空気を上記加熱ガスと熱交換させる空気熱交換器１４と、空気熱交換器１４をバイパスするように主空気供給通路２４に設けられたバイパス通路１５と、バイパス通路１５に設けられたバイパス弁１５ａと、を有する。そして、コントローラ８０は、前記バイパス弁１５ａの開度であるバイパス弁開度Ｏｂｙを制御して空気熱交換器１４に供給される空気流量である熱交換器通過空気流量ｑｅｘを調節する（図２のバイパス弁開度制御部Ｂ１００）。
【００７９】
この構成により、バイパス弁１５ａを操作してバイパス弁開度Ｏｂｙを調節するという簡易な方法で、熱交換器通過空気流量ｑｅｘを調節することができる。結果として、バイパス弁開度Ｏｂｙの調節によって燃料電池スタック１０に供給される空気の熱量、すなわち燃料電池スタック１０の加熱量を調節することができ、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅを好適に制御することができる。
【００８０】
例えば、バイパス弁開度Ｏｂｙを大きくしてバイパス空気流量ｑｂｙを増加させると、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少することとなる。したがって、空気熱交換器１４において燃焼ガスと熱交換される空気が相対的に減少する。これにより、熱交換後に燃料電池スタック１０に供給される空気の熱量は減少することとなる。すなわち、当該空気による燃料電池スタック１０の昇温速度は低下して、当該燃料電池スタック１０の暖機速度を抑制することができる。逆に、バイパス空気流量ｑｂｙを減少させると、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが増加して、燃料電池スタック１０の暖機速度が速めることができる。
【００８１】
また、本実施形態の燃料電池システムＳでは、熱源装置（１２，３７）は、オフガスを燃焼させて加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する排気燃焼器１２と、排気燃焼器１２に供給する燃料の量である燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する燃料供給量調節部（３７）と、を有する。そして、コントローラ８０は、燃料供給量調節部（３７）を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する。
【００８２】
これにより、熱源装置（１２，３７）を燃料電池スタック１０のオフガスを加熱する機能を既存の排気燃焼器１２により実現することができることができる。すなわち、改質器１６を加熱する機能、及び燃料電池スタック１０の加熱に用いる加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する機能を、燃料電池システムＳの構成の煩雑化を招くことなく実現できる。
【００８３】
さらに、本実施形態の燃料電池システムＳは、原燃料である液体燃料を貯留する原燃料タンク２８と、原燃料タンク２８から排気燃焼器１２に燃料を供給する燃焼器燃料供給通路３６と、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスを空気熱交換器１４に供給する燃焼ガス供給通路としての燃焼ガス通路４０と、をさらに有する。また、熱源装置（１２，３７）は、第２インジェクタ３７を有する。そして、コントローラ８０は、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する（インジェクタ制御部Ｂ１１０）。
【００８４】
これにより、本実施形態に係る燃料電池システムＳにおける暖機運転を実行するための具体的なシステム構成が提供されることとなる。
【００８５】
さらに、本実施形態の暖機運転では、コントローラ８０は、スタック温度Ｔｓに基づくスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが改質器温度Ｔｒに基づく改質器暖機度合Ｗｒ_ｅよりも大きい場合に、燃焼ガスと熱交換される空気の量を減少させる。より具体的には、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが改質器暖機度合Ｗｒ_ｅよりも大きい場合には、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させて熱交換器通過空気流量ｑｅｘを減少させる（図３のステップＳ１１０及びステップＳ１２０）。
【００８６】
これにより、燃料電池スタック１０の暖機の進行が改質器１６の暖機の進行に対して進んでいる場合に、燃料電池スタック１０に対する加熱量を減少させてその暖機速度を抑制することができる。したがって、例えば、改質器１６の暖機に対して燃料電池スタック１０の暖機が進行し、スタック温度Ｔｓがアノード極内における望ましくない酸化反応の発生が懸念される温度になり得る状況において、燃料電池スタック１０の暖機の進行を遅らせることができる。したがって、改質器１６の暖機がある程度進行して燃料の改質が可能となって、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給が可能となるまで、燃料電池スタック１０の加熱（昇温）を抑制することができる。すなわち、暖機運転中においてアノード極内における望ましくない酸化反応の発生を抑制することができる。また、このように燃料電池スタック１０の加熱が抑制されることで、燃料電池スタック１０の構成部品の耐熱性の観点からの保護もより好適なものとすることもできる。
【００８７】
また、本実施形態の暖機運転では、コントローラ８０は、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きい場合に、オフガスの加熱量（燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ）を増加させる。
【００８８】
改質器暖機度合Ｗｒ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅより大きい場合は、スタック温度Ｔｓがアノード極触媒の酸化劣化が生じる得る温度に到達する前に、改質器温度Ｔｒがその作動温度（燃料改質が可能となる温度）に到達し易い状況である。したがって、この場合に、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを増加させることで暖機運転を速やかに完了させることができる。
【００８９】
なお、本実施形態において、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅは、燃料電池スタック１０の暖機目標温度であるスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対する取得されるスタック温度Ｔｓの割合であり、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅは、改質器１６の暖機目標温度である改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔに対する取得される改質器温度Ｔｒの割合であることが好ましい。
【００９０】
このようなパラメータでスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び改質器暖機度合Ｗｒ_ｅを定義することによって、暖機運転中における燃料電池スタック１０の暖機の進行状況及び改質器１６の暖機の進行状況を好適に把握することができる。
【００９１】
さらに、本実施形態では、上述した燃料電池システムＳにより実行される暖機方法の一態様が提供される。
【００９２】
具体的に、本実施形態では、燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池としての燃料電池スタック１０から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、燃料電池スタック１０に供給される燃料を改質する改質器１６を加熱し（排気燃焼器１２）、上記加熱ガスを用いて、燃料電池スタック１０を加熱する燃料電池システムＳの暖機方法が提供される。
【００９３】
そして、この暖機方法では、燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度Ｔｓ及び改質器１６の温度である改質器温度Ｔｒに基づいて、オフガスの加熱量（燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ）及び加熱ガスによる空気の加熱量（熱交換器通過空気流量ｑｅｘ）を調節する。
【００９４】
これにより、スタック温度Ｔｓ及び改質器温度Ｔｒに基づく燃料電池スタック１０及び改質器１６のそれぞれの暖機の進行状況に応じて、各暖機の進行バランスを好適に制御することができる。したがって、燃料電池スタック１０の暖機と改質器１６の暖機の進行度合のバランスが崩れることに起因して、燃料電池スタック１０及び改質器１６の耐熱性が損なわれること及びアノード極内の酸化劣化反応の発生等の不具合を抑制することができる。
【００９５】
（第１変形例）
次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９６】
図４は、第１変形例における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。
【００９７】
図示のように、本変形例が上記実施形態に対して異なる点は、コントローラ８０のインジェクタ制御部Ｂ１１０が、スタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）及び改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）に基づいて第２インジェクタ３７の制御を行っていることである。すなわち、インジェクタ制御部Ｂ１１０の制御において目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔが参照されない。
【００９８】
本変形例の場合にも、第１実施形態と同様に、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び改質器暖機度合Ｗｒ_ｅに基づいて、バイパス弁１５ａを操作する。
【００９９】
一方、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを演算し、これに基づいて第２インジェクタ３７の開度を操作する。
【０１００】
したがって、本変形例の構成であっても、第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機の相互の進行バランスを考慮しつつ好適に暖機運転を実行することができる。
【０１０１】
（第２変形例）
次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０２】
図５は、第２変形例における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。
【０１０３】
図示のように、本変形例では、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを演算し、これに基づいて第２インジェクタ３７の開度を操作する。
【０１０４】
一方、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、改質器温度Ｔｒ（改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ）及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、インジェクタ制御部Ｂ１１０で演算された目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを参照しつつ、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅに対してスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが大きく乖離しないような目標バイパス空気流量ｑｂｙ_ｔを演算し、これに基づいてバイパス弁１５ａを操作する。
【０１０５】
したがって、本変形例の構成であっても、第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機の相互の進行バランスを考慮しつつ好適に暖機運転を実行することができる。
【０１０６】
なお、上記実施形態、第１変形例、及び第２変形例については本発明の態様の例に過ぎず、本発明の範囲で種々の変更が可能である。
【０１０７】
例えば、図１に示した燃料電池システムＳの各構成は一例であり、本発明の構成をこれに限定する趣旨ではない。具体的に、上記熱源装置の構成（排気燃焼器１２、燃焼器燃料供給通路３６、及び第２インジェクタ３７）は、出力調節が可能なヒータや燃料の供給量を調節し得る他の燃焼器等、生成する熱量を調節できる任意の装置によって適宜、代替可能である。
【０１０８】
また、上記燃料電池加熱装置の構成（空気熱交換器１４、バイパス通路１５、及びバイパス弁１５ａ）は、熱源装置からの加熱ガスによって燃料電池スタック１０に供給される空気を加熱しつつ、当該加熱量を調節できる任意の装置によって適宜、代替可能である。例えば、上記バイパス通路１５及びバイパス弁１５ａを設ける構成に代えて、図１のエアポンプ３８の出力を適宜変更することで空気熱交換器１４に供給される空気流量（燃料電池スタック１０の加熱量）を調節しても良い。さらに、空気熱交換器１４へ空気を供給する別途のポンプ等の空気供給装置を設け、この空気供給装置の出力を制御して空気熱交換器１４に供給される空気流量を調節するようにしても良い。
【０１０９】
さらに、上述のように、燃料電池スタック１０の空気極入口温度を「スタック温度Ｔｓ」とすることに代えて、燃料電池スタック１０の空気極出口温度であるスタック空気極出口温度Ｔｓｃ_ｏ又は空気極入口温度と空気極出口温度の平均値を「スタック温度Ｔｓ」としても良い。特に、燃料電池スタック１０の暖機がある程度進行して、燃料電池スタック１０における空気の熱損失が低くなるシーンなどにおいて、空気極入口温度に加えて空気極出口温度を考慮して「スタック温度Ｔｓ」とすることで、当該「スタック温度Ｔｓ」を用いた暖機運転における制御の精度の向上が図られる。
【０１１０】
また、「スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ」及び「改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ」を表すパラメータについても、上述の実施形態及び各変形例のパラメータに必ずしも限定されるものではなく、燃料電池スタック１０の暖機の進行度合及び改質器１６の暖機の進行度合を表すことができる他の任意のパラメータを採用することができる。
【０１１１】
（第２実施形態）
図６は、本実施形態における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。なお、本ブロック図に示す各演算部の機能は、コントローラ８０を構成する上記各ハードウェア及びソフトウェア（プログラム）により実現される。
【０１１２】
図示のように、本実施形態のコントローラ８０は、スタック温度偏差演算部Ｂ２００と、改質器温度偏差演算部Ｂ２１０と、フィードバック制御部Ｂ２２０と、を有している。
【０１１３】
スタック温度偏差演算部Ｂ２００は、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔからスタック温度Ｔｓを減算してスタック温度偏差ｅ_ｓを演算する。すなわち、ｅ_ｓ＝Ｔｓ_ｔ−Ｔｓとなる。なお、このスタック温度偏差ｅ_ｓは、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対するスタック温度Ｔｓの割合を表すパラメータの一態様であるので、本実施形態における「スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ」となる。
【０１１４】
また、本実施形態では、コントローラ８０は、暖機運転中においてスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを、燃料電池システムＳの状態に応じて変化させる。特に、本実施形態において、コントローラ８０は、取得される改質器温度Ｔｒの大きさに応じてスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを変化させる。
【０１１５】
具体的に、コントローラ８０は、上記スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを変化させる構成として、改質器温度判定部Ｂ２０１と、目標温度切替部Ｂ２０２と、を有している。
【０１１６】
改質器温度判定部Ｂ２０１は、取得される改質器温度Ｔｒが、所定の切替温度Ｔｓｗより大きいか否かを判定する。ここで、切替温度Ｔｓｗとは、改質器１６の暖機が一定程度進行していることを表す温度（例えば、５００℃）である。すなわち、切替温度Ｔｓｗは、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅに対してスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅは、一定以上低いか否かという観点から定められる。
【０１１７】
特に、本実施形態において切替温度Ｔｓｗは、改質器１６において燃料の改質が可能となる温度、すなわち図１の第１インジェクタ３０による燃料電池スタック１０への燃料供給が開始できる温度に設定される。
【０１１８】
そして、改質器温度判定部Ｂ２０１は、改質器温度Ｔｒが切替温度Ｔｓｗより大きいか否かの判定結果に係る信号を目標温度切替部Ｂ２０２に出力する。
【０１１９】
目標温度切替部Ｂ２０２は、改質器温度判定部Ｂ２０１から上記判定結果に係る信号を受信する。
【０１２０】
そして、改質器温度Ｔｒが切替温度Ｔｓｗより小さい場合（又は以下の場合）には、目標温度切替部Ｂ２０２は、燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆを、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔとしてスタック温度偏差演算部Ｂ２００に出力する。
【０１２１】
一方、改質器温度Ｔｒが切替温度Ｔｓｗより大きい場合（又は以上の場合）には、目標温度切替部Ｂ２０２は、燃料供給後スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ａｆｔを、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔとしてスタック温度偏差演算部Ｂ２００に出力する。
【０１２２】
なお、燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆは、燃料電池スタック１０（改質器１６）への燃料供給が開始されていないことを前提に定められる目標値である。燃料電池スタック１０に燃料供給が開始される前においては、燃料電池スタック１０の耐熱保護の観点から、燃料電池スタック１０の空気極入口温度（本実施形態ではスタック温度Ｔｓ）と空気極出口温度（スタック空気極出口温度Ｔｓｃ_ｏ）の差を所定値以内（例えば３００℃以内）に制限することが好ましい。したがって、燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆは、燃料電池スタック１０の耐熱保護の観点などから適切に設定される。
【０１２３】
一方、燃料供給後スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ａｆｔは、燃料電池スタック１０（改質器１６）への燃料供給が開始されたことを前提に定められる目標値である。燃料電池スタック１０に燃料供給が開始された後は、上述のように改質器１６の暖機がある程度進行しているため、暖機運転をできるだけ速やかに完了させる観点から、燃料電池スタック１０の暖機速度を速めることが好ましい。また、この状況では改質器１６における燃料の改質が可能となって燃料電池スタック１０のアノード極内に燃料ガスが供給されるため、アノード極内が還元雰囲気に保たれる。したがって、燃料電池スタック１０の温度を上昇させたとしても、アノード極内における望ましくない酸化反応（ニッケル触媒の酸化反応等）の発生が抑制される。このような状況を踏まえて、燃料供給後スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ａｆｔは、燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆよりも高い値、特に燃料電池スタック１０の暖機を完了すべき温度に設定される。
【０１２４】
一方、改質器温度偏差演算部Ｂ２１０は、改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔから改質器温度Ｔｒを減算して改質器温度偏差ｅ_ｒを演算する。すなわち、ｅ_ｒ＝Ｔｒ_ｔ−Ｔｒとなる。なお、本実施形態の改質器温度偏差ｅ_ｒは、改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔに対する取得される改質器温度Ｔｒの割合を表すパラメータの一態様であるので、本実施形態における「改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ」となる。
【０１２５】
そして、フィードバック制御部Ｂ２２０は、スタック温度偏差演算部Ｂ２００からスタック温度偏差ｅ_ｓ、改質器温度偏差演算部Ｂ２１０から改質器温度偏差ｅ_ｒをそれぞれ受信する。フィードバック制御部Ｂ２２０は、スタック温度偏差ｅ_ｓ及び改質器温度偏差ｅ_ｒに基づいて、バイパス弁１５ａ及び第２インジェクタ３７を制御する。
【０１２６】
図７は、フィードバック制御部Ｂ２２０の制御の詳細を説明するブロック図である。
【０１２７】
図示のように、フィードバック制御部Ｂ２２０は、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１と、基本制御パラメータ演算部Ｂ２２２と、バイパス弁操作部Ｂ２２３と、マックスセレクト部Ｂ２２４と、ミニマムセレクト部Ｂ２２５と、を有している。
【０１２８】
第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、上述の改質器温度偏差演算部Ｂ２１０で演算された改質器温度偏差ｅ_ｒを受信する。第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、改質器温度偏差ｅ_ｒに基づいて、改質器１６の暖機の観点から燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ（第２インジェクタ３７の開度に相当）の予備的な目標値である第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを演算する。
【０１２９】
具体的に、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、改質器温度偏差ｅ_ｒがゼロに近づくほど燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが小さく方向に制御されるように、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを演算する。そして、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、演算した第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔをマックスセレクト部Ｂ２２４に出力する。
【０１３０】
一方、基本制御パラメータ演算部Ｂ２２２は、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１と、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２と、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３と、を有する。
【０１３１】
バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、上述のスタック温度偏差演算部Ｂ２００で演算されたスタック温度偏差ｅ_ｓを受信する。バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいてバイパス弁１５ａの目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。
【０１３２】
具体的に、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、図に示すグラフに基づき、スタック温度偏差ｅ_ｓから目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。ここで、図のグラフにおいて、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、スタック温度偏差ｅ_ｓ≧０（Ｔｓ_ｔ−Ｔｓ≧０）となる場合は、燃料電池スタック１０の暖機が目標に達していないので、図１に示す主空気供給通路２４内の空気をバイパスさせずに全て空気熱交換器１４を通すようにする。すなわち、バイパス弁１５ａの開度を０（全閉）として、できるだけ燃料電池スタック１０に供給される空気を空気熱交換器１４で加熱して燃料電池スタック１０の暖機を促進する。
【０１３３】
また、図のグラフにおいて、スタック温度偏差ｅ_ｓ＜０（Ｔｓ_ｔ−Ｔｓ＜０）となる場合は、燃料電池スタック１０の暖機が目標に達している状態である。したがって、この場合には、燃料電池スタック１０に対する加熱量を抑制すべく、スタック温度偏差ｅ_ｓが低くなるほど、空気熱交換器１４をバイパスさせる空気流量を増加させる（熱交換器通過空気流量ｑｅｘを減少させる）。すなわち、スタック温度偏差ｅ_ｓが低くなるほど、バイパス弁１５ａの開度を大きくするように目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。
【０１３４】
なお、図のグラフにおいて、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下の領域になると、バイパス弁１５ａの開度が全開となる。すなわち、これ以上、バイパス弁１５ａの開度を増加させることはできないため、この状態で、燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制する場合には、適宜、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させる制御を行う必要がある。これについては後述する。
【０１３５】
さらに、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、演算した目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔをバイパス弁操作部Ｂ２２３に出力する。
【０１３６】
次に、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、上述のスタック温度偏差演算部Ｂ２００で演算されたスタック温度偏差ｅ_ｓを受信する。第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいて、燃料電池スタック１０に対する加熱量をスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅに応じて一定以上に維持する観点から燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの予備的な目標値である第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。
【０１３７】
具体的に、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、図に示すグラフに基づき、スタック温度偏差ｅ_ｓから第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。ここで、図のグラフにおいて、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、燃料電池スタック１０の暖機が目標に達していないスタック温度偏差ｅ_ｓ≧０の場合には、スタック温度偏差ｅ_ｓが小さくなるほど、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させるように第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。これにより、スタック温度Ｔｓの上昇に応じて、燃料電池スタック１０の暖機速度を一定以上とするように、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量を調節することができる。
【０１３８】
また、図のグラフにおいて、スタック温度Ｔｓが目標に達しているスタック温度偏差ｅ_ｓ＜０（Ｔｓ_ｔ−Ｔｓ＜０）となる場合は、第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを０とする。
【０１３９】
さらに、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、演算した第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔをマックスセレクト部Ｂ２２４に出力する。
【０１４０】
次に、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、上述のスタック温度偏差演算部Ｂ２００で演算されたスタック温度偏差ｅ_ｓを受信する。第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいて、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機を速やかに完了させる観点から、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの予備的な目標値である第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。
【０１４１】
具体的に、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、図に示すグラフに基づき、スタック温度偏差ｅ_ｓから第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。ここで、図のグラフにおいて、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、バイパス弁１５ａの開度が全開となるスタック温度偏差ｅ_ｓ＝αとなるまで、すなわち、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔよりも所定値α以上大きくなるまで、第２インジェクタ３７の開度を調節して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを所望の値とするように第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。
【０１４２】
したがって、第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔとしては、図のグラフのように、基本的には、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機を適切な速度で実行させる観点から定まる第２インジェクタ３７の適切な開度に対応する燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが設定される。
【０１４３】
一方で、上述のバイパス弁開度演算部Ｂ２２２１による制御のように、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下になると、バイパス弁１５ａの開度を増加させることができず、空気熱交換器１４をバイパスさせる空気流量を増やすことができない。
【０１４４】
したがって、本実施形態では、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下の領域において、スタック温度偏差ｅ_ｓが小さくなるほど、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを低下させるように第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。すなわち、燃料電池スタック１０の昇温速度をバイパス弁１５ａの開度の変更で調節できないシーンにおいては、スタック温度Ｔｓの上昇に応じて燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの方を制限するように第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。
【０１４５】
さらに、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、演算した第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔをミニマムセレクト部Ｂ２２５に出力する。
【０１４６】
次に、バイパス弁操作部Ｂ２２３は、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１で演算された目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを受信する。そして、バイパス弁操作部Ｂ２２３は目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔに基づいて、図に示すマップからバイパス弁１５ａの図示しないステップモータの目標回転角を演算し、ステップモータの回転角が当該目標回転角に近づくように、バイパス弁１５ａを操作する。
【０１４７】
次に、マックスセレクト部Ｂ２２４は、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１から第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを受信するとともに、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２から第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを受信する。
【０１４８】
マックスセレクト部Ｂ２２４は、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔと第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの大きい方であるＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）をミニマムセレクト部Ｂ２２５に出力する。
【０１４９】
すなわち、マックスセレクト部Ｂ２２４は、改質器１６の暖機速度を一定以上にする観点から定まる第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔと、燃料電池スタック１０の暖機速度を一定以上に維持する観点から定まる第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの内の大きい方の値を残す。したがって、このＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）が目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに設定された場合には、燃料電池スタック１０及び改質器１６の双方の暖機速度を一定以上に維持することができる。
【０１５０】
次に、ミニマムセレクト部Ｂ２２５は、マックスセレクト部Ｂ２２４からＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）、及び第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３から第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔをそれぞれ受信する。
【０１５１】
ミニマムセレクト部Ｂ２２５は、Ｍａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）及び第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔの内の小さい方を、最終的な目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔとして選択する。
【０１５２】
すなわち、ミニマムセレクト部Ｂ２２５は、燃料電池スタック１０及び改質器１６の双方の暖機速度を一定以上に維持する観点のＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）と、バイパス弁１５ａの開度が全開となる時（スタック温度偏差ｅ_ｓ＝α）以降の燃料電池スタック１０の昇温速度の調節の観点から定まる第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔの内の小さい方の値を最終的な目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔとする。
【０１５３】
したがって、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂは、バイパス弁１５ａが全開となるまでにおいては、燃料電池スタック１０及び改質器１６の双方の暖機速度を維持する観点から制御される。一方で、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを超えてバイパス弁１５ａが全開となった以降（スタック温度偏差ｅ_ｓ≦αの領域）は、スタック温度Ｔｓの上昇が抑制されるように燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが制限されることとなる。
【０１５４】
以下では、図６及び図７で説明した燃料電池システムＳの暖機運転における経時的な流れの一態様を説明する。
【０１５５】
図８は、本実施形態の暖機運転の経時的な流れの一例を示すタイムチャートである。なお、図８（ａ）は、暖機運転中における排気燃焼器１２の温度（排気燃焼器温度Ｔｃｏｍｂ）、改質器温度Ｔｒ、スタック温度Ｔｓ、及びスタック空気極出口温度Ｔｓｃ_ｏの経時変化を示している。ここで、図８（ａ）中の「Ｔｃｏｍｂ_ｔ」は、排気燃焼器１２の排気燃焼器温度Ｔｃｏｍｂの目標値である。なお、この目標排気燃焼器温度Ｔｃｏｍｂ_ｔは、例えば、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔ、及び改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔ等に基づいて、適宜定められる。
【０１５６】
また、排気燃焼器温度Ｔｃｏｍｂは、例えば、燃焼ガス通路４０の蒸発器３２の下流等に設けられる図示しない温度センサの検出値、又は当該検出値を適宜補正した値が用いられる。
【０１５７】
さらに、図８（ｂ）は、暖機運転中における燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの経時変化を示している。図８（ｃ）は、暖機運転中におけるバイパス弁開度Ｏｂｙの経時変化を示している。図８（ｄ）は、暖機運転中におけるスタック供給空気流量ｑｓｔの経時変化を示している。
【０１５８】
図示のように、時刻ｔ０において、コントローラ８０は、所定のＳＯＦＣ起動スイッチの操作などを受けて、暖機運転を開始する。
【０１５９】
具体的に、コントローラ８０は、図６の改質器温度判定部Ｂ２０１及び目標温度切替部Ｂ２０２の制御ロジックにしたがい、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆに設定する。そして、この燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆに基づくスタック温度偏差ｅ_ｓ（Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆ−Ｔｓ）が図７で示す制御ロジックに適用されて各制御が実行される。
【０１６０】
時刻ｔ１において、スタック温度Ｔｓが燃料供給前の目標値である燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆに到達すると（図８（ａ）参照）、コントローラ８０は、図７のバイパス弁開度演算部Ｂ２２２１の制御ロジックに従い、バイパス弁１５ａの制御を開始する（図８（ｃ）参照）。すなわち、コントローラ８０は、暖機が進行してスタック温度偏差ｅ_ｓが小さくなるほど、バイパス弁開度Ｏｂｙを大きくする。これにより、燃料電池スタック１０の昇温が抑制される。
【０１６１】
時刻ｔ２において、バイパス弁１５ａが全開となると（図８（ｃ）参照）、コントローラ８０は、図７の第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３及びミニマムセレクト部Ｂ２２５の制御ロジックに従い、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの目標値を第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔに制限する。すなわち、これ以上バイパス弁開度Ｏｂｙを高くして燃料電池スタック１０の加熱を抑制することができないので、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを制限して燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制する。
【０１６２】
時刻ｔ３において、改質器温度Ｔｒが上記切替温度Ｔｓｗに到達すると、コントローラ８０は、図６の目標温度切替部Ｂ２０２の制御ロジックに従い、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを、燃料供給前スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ｂｅｆから燃料供給後スタック目標温度Ｔｓ_ｌｉｍ_ａｆｔに切り替える（図８（ａ）参照）。
【０１６３】
これにより、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１及び第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２の制御ロジックに従い、スタック温度Ｔｓの上昇速度が向上する（図８（ａ）参照）。さらに、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２の制御ロジックに従い燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが増加されるとともに（図８（ｂ）参照）、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１の制御ロジックに従いバイパス弁開度Ｏｂｙが減少する（図８（ｃ）参照）。
【０１６４】
以降は、図８（ａ）に示すように、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓがそれぞれの目標値である改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔ及びスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに近づいていく。
【０１６５】
以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、第１実施形態で説明した作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
【０１６６】
本実施形態の燃料電池システムＳは、コントローラ８０は、加熱ガスである燃焼ガスと熱交換する空気の量が所定の下限値に達すると、加熱ガスの熱量の増加を制限する。すなわち、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下となると、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを制限する（図７の第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３参照）。
【０１６７】
これによれば、バイパス弁１５ａの開度が全開となるスタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下の領域、すなわちバイパス弁１５ａの制御ではこれ以上、燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制することができないシーンにおいては、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを制限することで燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制することができる。
【０１６８】
したがって、例えば、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅが低く、改質器１６における燃料の改質準備が整っておらず、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給を十分に行うことができない状況において燃料電池スタック１０の暖機速度を抑制することができる。すなわち、このような状況においては、燃料電池スタック１０の昇温を抑制して、上述したアノード極内の酸化劣化反応を抑制することができる。
【０１６９】
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及び修正が可能である。
【０１７０】
例えば、上記各実施形態及び変形例では、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機を行う暖機運転において、改質器温度Ｔｒ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、改質器暖機度合Ｗｒ_ｅ及びスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅのバランスを調節している。
【０１７１】
しかしながら、燃料電池スタック１０の暖機及び改質器１６の暖機に加えて蒸発器３２の暖機も行う暖機運転において、スタック温度Ｔｓ、改質器温度Ｔｒ、及び蒸発器３２の温度（以下では、「蒸発器温度Ｔｖ」と記載する。）に基づいて、これらの相互の暖機のバランスを制御するようにしても良い。
【０１７２】
例えば、第２実施形態で説明した図７のブロック図に基づく制御ロジックに変えて、図９で示すブロック図に基づく制御ロジックを採用しても良い。具体的に、図９では、図７のブロック図の構成に加えて、暖機運転における蒸発器温度Ｔｖに基づいて、暖機運転において蒸発器３２の暖機度合に応じて定まる燃料噴射量である蒸発器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｖがマックスセレクト部Ｂ２２４に入力される。
【０１７３】
これにより、マックスセレクト部Ｂ２２４は、上述した改質器１６の暖機の観点から定まる第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ、燃料電池スタック１０の暖機の観点から定まる第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔ、及び蒸発器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｖの内の最大の値がミニマムセレクト部Ｂ２２５以降の処理を介した燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの調節に用いられることとなる。すなわち、燃料電池スタック１０の暖機度合、改質器１６の暖機度合、及び蒸発器３２の暖機度合に基づいて、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節できる。
【図１】
2019035167.tif 000003
【図２】
2019035167.tif 000004
【図３】
2019035167.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019035167.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年12月5日(2018.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される燃料を改質する改質器と、
前記燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、前記改質器を加熱する熱源装置と、
前記燃料電池に供給される空気を前記加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、
前記燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、
前記改質器の温度を取得する改質器温度取得部と、
前記改質器の暖機及び前記燃料電池の暖機を実行する暖機運転において、前記改質器の温度及び前記燃料電池の温度に基づいて、前記熱源装置及び前記燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御して前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記燃料電池の温度に基づく暖機度合が前記改質器の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記加熱ガスによる空気の加熱量を減少させる、
燃料電池システム。
【請求項２】
燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される燃料を改質する改質器と、
前記燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、前記改質器を加熱する熱源装置と、
前記燃料電池に供給される空気を前記加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、
前記燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、
前記改質器の温度を取得する改質器温度取得部と、
前記改質器の暖機及び前記燃料電池の暖機を実行する暖機運転において、前記改質器の温度及び前記燃料電池の温度に基づいて、前記熱源装置及び前記燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御して前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記改質器の温度に基づく暖機度合が前記燃料電池の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記オフガスの加熱量を増加させる、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池加熱装置は、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給通路に設けられて前記空気供給通路内の空気を前記加熱ガスと熱交換させる空気熱交換器と、前記空気熱交換器をバイパスするように前記空気供給通路に設けられたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、を有し、
前記コントローラは、前記バイパス弁の開度を制御して前記空気熱交換器に供給される空気流量を調節する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記熱源装置は、前記オフガスを燃焼させて前記加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する排気燃焼器と、前記排気燃焼器に供給する燃料の量を調節する燃料供給量調節部と、を有し、
前記コントローラは、前記燃料供給量調節部を制御して前記排気燃焼器への燃料供給量を調節する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
原燃料を貯留する原燃料タンクと、
前記原燃料タンクから前記排気燃焼器に燃料を供給する燃焼器燃料供給通路と、
前記排気燃焼器で生成される前記燃焼ガスを前記燃料電池加熱装置に供給する燃焼ガス供給通路と、
をさらに有し、
前記熱源装置は、前記燃焼器燃料供給通路に設けられたインジェクタを有し、
前記コントローラは、前記インジェクタを制御して前記排気燃焼器への燃料供給量を調節する、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、
前記加熱ガスと熱交換する空気の量が所定の下限値に達すると、前記オフガスの加熱量の増加を制限する、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の暖機度合は、該燃料電池の暖機目標温度に対する取得される前記燃料電池の温度の割合であり、
前記改質器の暖機度合は、該改質器の暖機目標温度に対する取得される前記改質器の温度の割合である、
燃料電池システム。
【請求項８】
燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、前記燃料電池に供給される燃料を改質する改質器を加熱し、
前記加熱ガスを用いで前記燃料電池を加熱する、
燃料電池システムの暖機方法であって、
前記燃料電池の温度及び前記改質器の温度に基づいて、前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節し、
前記燃料電池の温度に基づく暖機度合が前記改質器の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記加熱ガスによる空気の加熱量を減少させる、
燃料電池システムの暖機方法。
【請求項９】
燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、前記燃料電池に供給される燃料を改質する改質器を加熱し、
前記加熱ガスを用いて前記燃料電池を加熱する、
燃料電池システムの暖機方法であって、
前記燃料電池の温度及び前記改質器の温度に基づいて、前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節し、
前記改質器の温度に基づく暖機度合が前記燃料電池の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記オフガスの加熱量を増加させる、
燃料電池システムの暖機方法。
【国際調査報告】
2019035167.tif 000012
2019035167.tif 000013
2019035167.tif 000014
2019035167.tif 000015