(57)【要約】  ガス燃料の組成が変化しても、発熱量を管理値としてガス燃料を安定して供給する。  ガス燃料の供給路に熱式流量計３と直列に、ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計４を配置する。熱式流量計３の計測値と組成非依存流量計４の計測値とが一定以上乖離した場合、異常状態であると判断し、熱式流量計３の計測値に対する換算係数を設定する。この換算係数に基づいて、ガス燃料の組成を推定し、これに基づいてガス燃料の発熱量を推定する。このガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、燃料供給装置２によるガス燃料の供給量を調整する。
2013111777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給対象に炭化水素系のガス燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置により供給される前記ガス燃料の流量を計測する流量計と、前記流量計の信号が入力されていて前記燃料供給装置の供給量を制御する制御装置と、を含んで構成される、燃料供給システムであって、
前記流量計としては、熱式流量計と、前記ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計とを備え、
前記制御装置は、
前記熱式流量計の計測値と前記組成非依存流量計の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定部と、
前記異常状態であると判断された場合に、前記熱式流量計の計測値に対する換算係数を設定する換算係数設定部と、
前記換算係数に基づいて、前記ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定部と、
前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、前記ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定部と、
前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、前記燃料供給装置による前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給量調整部と、
を含んで構成される、燃料供給システム。
【請求項２】
前記換算係数設定部は、前記組成非依存流量計の計測値と前記熱式流量計の計測値との比に基づいて、換算係数を設定することを特徴とする、請求項１記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記燃料性状推定部は、前記換算係数設定部にて設定された換算係数と、前記ガス燃料の主成分について予め定めた換算係数との比較結果に応じて、予め定めた副成分候補の中から副成分を特定し、前記換算係数設定部にて設定された換算係数と、前記主成分及び前記特定した副成分について予め定めた換算係数とに基づいて、前記主成分及び前記特定した副成分のモル分率を求めることを特徴とする、請求項２記載の燃料供給システム。
【請求項４】
前記副成分候補は、前記ガス燃料の主成分とは発熱量の異なる可燃性成分と、不燃性成分とであることを特徴とする、請求項３記載の燃料供給システム。
【請求項５】
前記発熱量推定部は、前記主成分及び前記特定した副成分の各発熱量と各モル分率とから、前記ガス燃料の発熱量を算出することを特徴とする、請求項３記載の燃料供給システム。
【請求項６】
前記燃料供給量調整部は、単位時間当たりの目標供給発熱量を前記ガス燃料の発熱量で除算して、目標燃料供給量を算出することを特徴とする、請求項１記載の燃料供給システム。
【請求項７】
炭化水素系のガス燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質燃料を生成する燃料改質装置と、生成された改質燃料と空気との電気化学反応により発電する燃料電池スタックと、前記改質装置に前記ガス燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置から前記改質装置へ供給される前記ガス燃料の流量を計測する流量計と、前記流量計の信号が入力されていて前記燃料供給装置の供給量を制御する制御装置と、を含んで構成される、燃料電池システムであって、
前記流量計としては、熱式流量計と、前記ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計とを備え、
前記制御装置は、
前記熱式流量計の計測値と前記組成非依存流量計の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定部と、
前記異常状態であると判断された場合に、前記熱式流量計の計測値に対する換算係数を設定する換算係数設定部と、
前記換算係数に基づいて、前記ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定部と、
前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、前記ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定部と、
前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、前記燃料供給装置による前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給量調整部と、
を含んで構成される、燃料電池システム。
【請求項８】
前記換算係数設定部は、前記組成非依存流量計の計測値と前記熱式流量計の計測値との比に基づいて、換算係数を設定することを特徴とする、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料性状推定部は、前記換算係数設定部にて設定された換算係数と、前記ガス燃料の主成分について予め定めた換算係数との比較結果に応じて、予め定めた副成分候補の中から副成分を特定し、前記換算係数設定部にて設定された換算係数と、前記主成分及び前記特定した副成分について予め定めた換算係数とに基づいて、前記主成分及び前記特定した副成分のモル分率を求めることを特徴とする、請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記副成分候補は、前記ガス燃料の主成分とは発熱量の異なる可燃性成分と、不燃性成分とであることを特徴とする、請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記発熱量推定部は、前記主成分及び前記特定した副成分の各発熱量と各モル分率とから、前記ガス燃料の発熱量を算出することを特徴とする、請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料供給量調整部は、単位時間当たりの目標供給発熱量を前記ガス燃料の発熱量で除算して、目標燃料供給量を算出することを特徴とする、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料改質装置に前記水蒸気改質用の水を供給する改質水供給装置を更に含んで構成され、
前記制御装置は、前記燃料供給量調整部にて調整された燃料供給量と前記燃料性状推定部にて推定された前記ガス燃料の燃料性状とに基づいて、前記改質水供給装置による前記水の供給量を調整する改質水供給量調整部を更に含んで構成されることを特徴とする、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
供給対象に炭化水素系のガス燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置により供給される前記ガス燃料の流量を計測する流量計と、を含んで構成される、燃料供給システムの運転方法であって、
前記流量計としては、熱式流量計と、前記ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計とを併用し、
前記燃料供給装置の供給量を制御するために、
前記熱式流量計の計測値と前記組成非依存流量計の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定ステップと、
前記異常状態であると判断された場合に、前記熱式流量計の計測値に対する換算係数を設定する換算係数設定ステップと、
前記換算係数に基づいて、前記ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定ステップと、
前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、前記ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定ステップと、
前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、前記燃料供給装置による前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給量ステップと、
を有する、燃料供給システムの運転方法。
【請求項１５】
炭化水素系のガス燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質燃料を生成する燃料改質装置と、生成された改質燃料と空気との電気化学反応により発電する燃料電池スタックと、前記改質装置に前記ガス燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置から前記改質装置へ供給される前記ガス燃料の流量を計測する流量計と、を含んで構成される、燃料電池システムの運転方法であって、
前記流量計としては、熱式流量計と、前記ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計とを併用し、
前記燃料供給装置の燃料供給量を制御するために、
前記熱式流量計の計測値と前記組成非依存流量計の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定ステップと、
前記異常状態であると判断された場合に、前記熱式流量計の計測値に対する換算係数を設定する換算係数設定ステップと、
前記換算係数に基づいて、前記ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定ステップと、
前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、前記ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定ステップと、
前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、前記燃料供給装置による前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給量調整ステップと、
を有する、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系のガス燃料を供給する燃料供給装置を含んで構成される燃料供給システム又は燃料電池システムに関し、特に発熱量を管理値としてガス燃料の供給量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料供給システムでは、ガス燃料の供給路にガス燃料の流量を計測する流量計を配置し、計測流量に基づいて、燃料の供給量をフィードバック制御したり、他の制御のパラメータとして用いたりしている。前記流量計としては、一般に、質量流量計である熱式流量計が使用される。熱式流量計は、小型化が容易であり、また小型ゆえ応答性が良い特徴を有しているためである。【０００３】
しかし、ガス燃料の性状（組成や熱量）が変化することにより、満足な制御が行えなくなる。特に天然ガス由来の都市ガスを用いる場合は、ガス会社により、またガス会社が同じであっても地域により、組成や熱量が異なり、更には供給元からの経路や距離により、途中での空気の混入などに起因して組成が異なることが多々有る。このように燃料の性状、特に組成が異なると、熱式流量計は、正しい値を示さなくなって、好適な制御が困難となる。【０００４】
また、特許文献１に記載の技術は、ガス燃料の組成の違いや変化に拘わりなく、発熱量を管理値としてガス燃料の供給量を制御し、例えば単位時間当たりの供給発熱量（熱量流量）を一定にしてガス燃料を安定に供給することを目的としている。このため、特許文献１に記載の技術は、ガス燃料の供給路に設けた熱式流量計の出力から、ガス燃料の熱量流量を検出し、熱量流量の制御目標値と検出値とを比較して流量調整弁の作動を制御している。これは、ＣＨ系の燃料ガスについては、その組成に拘わらず、熱式流量計の出力は、ガス燃料の単位体積当たりの発熱量とその流速（体積流量）との積として定義される熱量流量と１対１の関係にあることを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国公開特許公報：特開２００９−１６２４３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、熱式流量計の出力から熱量流量を求めることできることを前提としており、ガス燃料がＣＨ系のガスのみの場合には適用できたとしても、窒素ガスが混入しているような場合には適用できない。【０００７】
本発明は、このような実状に鑑み、燃料性状を推定し、より精度良く発熱量を管理値としてガス燃料の供給量を制御することのできる燃料供給システムを提供することを課題とする。
本発明はまた、汎用の燃料供給システムのみならず、ガス燃料を改質して用いる燃料電池システムを提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料供給システムは、供給対象に炭化水素系のガス燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置により供給される前記ガス燃料の流量を計測する流量計と、前記流量計の信号が入力されていて前記燃料供給装置の供給量を制御する制御装置と、を含んで構成される。【０００９】
ここにおいて、前記流量計としては、熱式流量計と、前記ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計とを備える。
前記制御装置は、前記熱式流量計の計測値と前記組成非依存流量計の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定部と、前記異常状態であると判断された場合に、前記熱式流量計の計測値に対する換算係数を設定する換算係数設定部と、前記換算係数に基づいて、前記ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定部と、前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、前記ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定部と、前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、前記燃料供給装置による前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給量調整部と、を含んで構成される。【００１０】
前記換算係数設定部は、前記組成非依存流量計の計測値と前記熱式流量計の計測値との比に基づいて、換算係数を設定する構成とするとよい。【００１１】
前記燃料性状推定部は、前記換算係数設定部にて設定された換算係数と、前記ガス燃料の主成分について予め定めた換算係数との比較結果に応じて、予め定めた副成分候補の中から副成分を特定し、前記換算係数設定部にて設定された換算係数と、前記主成分及び前記特定した副成分について予め定めた換算係数とに基づいて、前記主成分及び前記特定した副成分のモル分率を求める構成とするとよい。尚、前記副成分候補は、前記ガス燃料の主成分とは発熱量の異なる可燃性成分と、不燃性成分とするとよい。【００１２】
前記発熱量推定部は、前記主成分及び前記特定した副成分の各発熱量と各モル分率とから、前記ガス燃料の発熱量を算出する構成とするとよい。【００１３】
前記燃料供給量調整部は、単位時間当たりの目標供給発熱量を前記ガス燃料の発熱量で除算して、目標燃料供給量を算出する構成とするとよい。【００１４】
尚、燃料供給システムの供給対象については特に限定されず、汎用の燃料供給システムとして利用できるが、本発明は、次のような燃料電池システムにも適用可能である。
すなわち、本発明は、炭化水素系のガス燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質燃料を生成する燃料改質装置と、生成された改質燃料と空気との電気化学反応により発電する燃料電池スタックと、前記改質装置に前記ガス燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置から前記改質装置へ供給される前記ガス燃料の流量を計測する流量計と、前記流量計の信号が入力されていて前記燃料供給装置の供給量を制御する制御装置と、を含んで構成される燃料電池システムにも適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガス燃料の性状が変化した場合であっても、燃料性状を推定し、発熱量を管理値としてガス燃料の供給量を精度良く制御できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態として示す燃料供給システムの概略構成図
【図２】第１実施形態での制御装置内の機能ブロック図
【図３】第１実施形態での計測流量異常判定のフローチャート
【図４】第１実施形態での計測流量異常時制御のフローチャート
【図５】本発明の第２実施形態として示す燃料電池システムの概略構成図
【図６】第２実施形態での制御装置内の機能ブロック図
【図７】第２実施形態での計測流量異常時制御のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
先ず本発明の第１実施形態として本発明を汎用の燃料供給システムに適用した実施形態について図１〜図４により説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施形態として示す燃料供給システムの概略構成図である。
本実施形態の燃料供給システムは、供給対象（各種ガス機器）１に炭化水素系のガス燃料を供給する燃料供給装置２を含んで構成される。本実施形態では特にガス燃料として天然ガス由来の都市ガスを供給するものとする。
【００１９】
燃料供給装置２は、ガス燃料供給源に接続された流量制御弁などにより構成され、制御装置７からの信号に基づいて供給量が制御される。
燃料供給装置２から供給対象１へのガス燃料の供給路には、熱式流量計（熱式質量流量計）３と、組成非依存流量計４と、燃料温度センサ５と、燃料圧力センサ６とが設けられる。
【００２０】
熱式流量計３は、ガスが持つ熱拡散作用を用いて流量測定するもので、ガスの圧縮度合により伝播する熱量が変化するため、質量流量を測定できる。熱式流量計３は小型化が容易であり、また小型ゆえ応答性が良い特徴を有しているため、主たる流量計として使用する。但し、測定対象のガスの組成によって出力が変化するため、測定対象のガスの組成を特定した上で調整して使用するのが一般的である。
【００２１】
組成非依存流量計４は、測定対象のガスの組成に依存することなく流量を測定できる流量計で、例えば、容積流量計、超音波流量計、コリオリ流量計、渦流量計などを用いることができる。組成非依存流量計４は補助的な流量計として使用する。尚、体積流量計、質量流量計のいずれであってもよいが、本実施形態では体積流量計であるとして説明する。
【００２２】
燃料温度センサ５は燃料温度Ｔｆを検出する。燃料圧力センサ６は燃料圧力Ｐｆを検出する。
これら熱式流量計３、組成非依存流量計４、燃料温度センサ５及び燃料圧力センサ６の検出信号は、制御装置７へ送られる。
【００２３】
制御装置７は、マイクロコンピュータを含んで構成され、制御プログラムに従って演算処理を行い、熱式流量計３、組成非依存流量計４、燃料温度センサ５及び燃料圧力センサ６を始めとする各種センサ信号を読込みつつ、燃料供給装置２の作動を制御する。尚、制御装置７は、燃料供給装置２の制御と同時に、他の各種機器の制御を行うものであってもよい。
【００２４】
次に制御装置７による燃料供給量の制御について説明する。
通常制御では、主に、目標供給条件に従って目標燃料供給量を設定し、燃料供給装置２を介してガス燃料の供給量を制御するが、熱式流量計３の計測流量を参照しつつフィードバック制御を行う。また、熱式流量計３の計測流量は必要により他の制御のパラメータとして使用される。
【００２５】
一方、熱式流量計３の計測流量異常に対処するため、制御装置７内には、図２の機能ブロック図に示すように、熱式流量計３の計測値と組成非依存流量計４の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定部Ａと、前記異常状態であると判断された場合に、熱式流量計３の計測値に対する換算係数（コンバージョンファクタ）を設定する換算係数設定部Ｂと、前記換算係数に基づいて、ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定部Ｃと、前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、ガス燃料の発熱量（一定の単位の燃料が完全燃焼するときに発生する熱量）を推定する発熱量推定部Ｄと、前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量（熱量流量）が得られるように、燃料供給装置２によるガス燃料の供給量（流量）を調整する燃料供給量調整部Ｅとが備えられる。
【００２６】
計測流量異常判定部Ａは、熱式流量計３の計測値と組成非依存流量計４の計測値とが一定以上乖離することで、異常状態である（熱式流量計３の計測値が実際の流量と異なっている）と判断する。
換算係数設定部Ｂは、組成非依存流量計４の計測値と熱式流量計３の計測値との比に基づいて、換算係数を設定する。
燃料性状推定部Ｃは、具体的には、換算係数設定部Ｂにて設定された換算係数と、ガス燃料の主成分（例えばＣＨ４）について予め定めた換算係数との比較結果に応じて、予め定めた副成分候補（例えばＣ３Ｈ８とＮ２）の中から副成分を特定し、換算係数設定部Ｂにて設定された換算係数と、前記主成分及び前記特定した副成分について予め定めた換算係数とに基づいて、前記主成分及び前記特定した副成分のモル分率を求める。
発熱量推定部Ｄは、具体的には、前記主成分及び前記特定した副成分の各発熱量と各モル分率とから、ガス燃料の発熱量を算出する。
燃料供給量調整部Ｅは、具体的には、単位時間当たりの目標供給発熱量を発熱量推定部Ｄにて推定されたガス燃料の発熱量で除算して、目標燃料供給量を算出する。
【００２７】
ここで、計測流量異常判定部Ａの機能は図３のフローチャートにより実現され、換算係数設定部Ｂ、燃料性状推定部Ｃ、発熱量推定部Ｄ及び燃料供給量調整部Ｅの機能は図４のフローチャートにより実現される。
【００２８】
図３は計測流量異常判定のフローチャートである。
Ｓ１では、熱式流量計３の計測値（熱式流量計値）の積算を開始する。
Ｓ２では、組成非依存流量計４の計測値（組成非依存流量計値）の積算を開始する。
Ｓ３では、これらの積算を所定時間実行し、最終的な積算値として、熱式流量計積算値（質量流量）Ｑ１、及び、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２を得る。
【００２９】
Ｓ４では、熱式流量計積算値（質量流量）Ｑ１をノルマル流量（標準状態の体積流量）に変換する。具体的には、次式により、変換後熱式流量計積算値Ｑ１’を算出する。
Ｑ１’＝Ｑ１÷γ
すなわち、熱式流量計積算値Ｑ１を比重γ（設計上のガス組成での標準状態のときの比重）で割り、標準状態での体積流量（Ｑ１’）に変換する。
【００３０】
Ｓ５では、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２をノルマル変換する。具体的には、次式により、変換後組成非依存流量計積算値Ｑ２’を算出する。
Ｑ２’＝Ｑ２×（273.15÷（273.15＋Ｔｆ））×（（101.33＋Ｐｆ）÷101.33）
すなわち、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２を燃料温度Ｔｆ及び燃料圧力Ｐｆを用いて標準（ノルマル）状態での流量（Ｑ２’）に変換する。尚、燃料温度Ｔｆ及び燃料圧力Ｐｆは燃料温度センサ５及び燃料圧力センサ６の各検出値である。
【００３１】
Ｓ６では、変換後熱式流量計積算値Ｑ１’と変換後組成非依存流量計積算値Ｑ２’とが一定以上乖離しているか否かを判定する。
具体的には、「｜Ｑ１’−Ｑ２’｜／Ｑ２’＞所定値」又は「｜Ｑ２’−Ｑ１’｜／Ｑ１’＞所定値」か否かを判定する。尚、単純に「｜Ｑ１’−Ｑ２’｜＞所定値」か否かを判定してもよい。
尚、後述する図４のフローチャートのＳ１４と同様に換算係数CFを算出し、「換算係数CFが所定の上限値以上又は所定の下限値以下」か否かを判定するようにしてもよい。
【００３２】
この判定の結果、ＮＯの場合（乖離していない場合）は、Ｓ７へ進んで、通常制御を実施するようにする。これに対し、ＹＥＳの場合（乖離している場合）は、熱式流量計５の計測値が実際の流量と異なっていると判断して、Ｓ８へ進み、計測流量異常時制御（図４のフロー）へ移行する。
【００３３】
図４は計測流量異常時制御（異常判定時の燃料供給量の制御）のフローチャートである。
Ｓ１１では、熱式流量計３の計測値（熱式流量計値）の積算を開始する。
Ｓ１２では、組成非依存流量計４の計測値（組成非依存流量計値）の積算を開始する。
Ｓ１３では、これらの積算を所定時間実行し、最終的な積算値として、熱式流量計積算値（質量流量）Ｑ１、及び、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２を得る。
【００３４】
Ｓ１４では、次式により、換算係数CFを算出する。
換算係数CF＝〔Ｑ２×（273.15÷（273.15＋Ｔｆ））×（（101.33＋Ｐｆ）÷101.33）〕／〔Ｑ１÷γ〕
【００３５】
言い換えれば、図３のフローチャートのＳ４、Ｓ５と同様に、変換後熱式流量計積算値Ｑ１’、変換後組成非依存流量計積算値Ｑ２’を算出し、これらの比をとって、換算係数CF＝Ｑ２’／Ｑ１’を算出する。
【００３６】
すなわち、熱式流量計積算値（質量流量）Ｑ１をノルマル流量（標準状態の体積流量）に変換する。具体的には、次式により、変換後熱式流量計積算値Ｑ１’を算出する。
Ｑ１’＝Ｑ１÷γ
すなわち、熱式流量計積算値Ｑ１を比重γ（設計上のガス組成での標準状態のときの比重）で割り、標準状態での体積流量（Ｑ１’）に変換する。
【００３７】
また、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２をノルマル変換する。具体的には、次式により、変換後組成非依存流量計積算値Ｑ２’を算出する。
Ｑ２’＝Ｑ２×（273.15÷（273.15＋Ｔｆ））×（（101.33＋Ｐｆ）÷101.33）
すなわち、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２を燃料温度Ｔｆ及び燃料圧力Ｐｆを用いて標準（ノルマル）状態での流量（Ｑ２’）に変換する。尚、燃料温度Ｔｆ及び燃料圧力Ｐｆは燃料温度センサ５及び燃料圧力センサ６の各検出値である。
【００３８】
そして、これらの変換後、変換後熱式流量計積算値Ｑ１’と変換後組成非依存流量計積算値Ｑ２’との比をとり、換算係数CFを算出する（次式参照）。
換算係数CF＝Ｑ２’／Ｑ１’
【００３９】
Ｓ１５では、換算係数CFがメタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) ＝0.74より小さいか否かを判定する。判定結果によって、組成を近似するためである。
【００４０】
換算係数CFがメタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) より小さい場合（CF＜CF(CH4) の場合）は、Ｓ１６〜Ｓ１８へ進む。この場合は、メタンＣＨ４とプロパンＣ３Ｈ８との２成分からなると推定し、これらのモル分率を計算する。
【００４１】
Ｓ１６では、Ｓ１４で求めた換算係数CFと、メタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) ＝0.74と、プロパンＣ３Ｈ８の換算係数CF(C3H8)＝0.34とから、次式により、メタンＣＨ４のモル分率を算出する。
ＣＨ４のモル分率＝〔CF(CH4)×CF(C3H8)／CF−CF(CH4)〕／〔CF(C3H8)−CF(CH4)〕
【００４２】
尚、この式は、次のようにして求められる。
換算係数＝１／Σ（成分ｉの体積分率／成分ｉの換算係数）
であり、
ＣＨ４とＣ３Ｈ８との２成分とし、圧縮係数は無視して体積分率＝モル分率とし、ＣＨ４のモル分率をＸと置くと、Ｃ３Ｈ８のモル分率は１−Ｘとなるので、
CF＝１／〔Ｘ／CF(CH4)＋（１−Ｘ）／CF(C3H8)〕
となり、これをＸについて解くことで、上記の式が得られる。
【００４３】
Ｓ１７では、Ｓ１６で求めたメタンＣＨ４のモル分率から、プロパンＣ３Ｈ８のモル分率を次式により算出する。
Ｃ３Ｈ８のモル分率＝１−ＣＨ４のモル分率
【００４４】
Ｓ１８では、前記推定の下、窒素Ｎ２のモル分率を次式の通り０とする。
Ｎ２のモル分率＝０
【００４５】
換算係数CFがメタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) より大きい場合（CF＞CF(CH4) の場合）は、Ｓ１９〜Ｓ２１へ進む。この場合は、メタンＣＨ４と窒素Ｎ２との２成分からなると推定し、これらのモル分率を計算する。
【００４６】
Ｓ１９では、Ｓ１４で求めた換算係数CFと、メタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) ＝0.74と、窒素Ｎ２の換算係数CF(N2)＝1.00とから、次式により、メタンＣＨ４のモル分率を算出する。
ＣＨ４のモル分率＝〔CF(CH4)×CF(N2)／CF−CF(CH4)〕／〔CF(N2)−CF(CH4)〕
尚、この式も、前述と同様に求められる。
【００４７】
Ｓ２０では、Ｓ１９で求めたメタンＣＨ４のモル分率から、窒素Ｎ２のモル分率を次式により算出する。
Ｎ２のモル分率＝１−ＣＨ４のモル分率
【００４８】
Ｓ２１では、前記推定の下、プロパンＣ３Ｈ８のモル分率を次式の通り０とする。
Ｃ３Ｈ８のモル分率＝０
【００４９】
Ｓ１６〜Ｓ１８、又はＳ１９〜Ｓ２１でのモル分率の計算後は、Ｓ２２へ進む。
Ｓ２２では、ガス燃料の発熱量（一定の単位の燃料が完全燃焼するときに発生する熱量）を算出する。具体的には、予め用意した既知のＣＨ４、Ｃ３Ｈ８の各発熱量と、Ｓ１６〜Ｓ２１で求めたＣＨ４、Ｃ３Ｈ８の各モル分率とから、次式により、ガス燃料の発熱量を算出する。
ガス燃料の発熱量
＝ＣＨ４のモル分率×ＣＨ４の発熱量＋Ｃ３Ｈ８のモル分率×Ｃ３Ｈ８の発熱量
【００５０】
Ｓ２３では、Ｓ２２で求めたガス燃料の発熱量に基づき、単位時間当たりの目標供給発熱量を得るように、燃料供給量を算出する。具体的には、単位時間当たりの目標供給発熱量をガス燃料の発熱量で除算して、燃料供給量を算出する。
燃料供給量＝（単位時間当たりの目標供給発熱量）／（発熱量）
【００５１】
このようにして算出された燃料供給量は、制御上の目標値に設定され、燃料供給装置２を介して、燃料供給量の制御がなされる。
【００５２】
尚、燃料供給量の制御と同時に、この燃料を完全燃焼させるべく、空気供給量の制御を行う場合は、次のように制御する。
空気供給量（目標値）を、Ｓ２３で求めた燃料供給量と、ガス燃料の組成（メタンＣＨ４のモル分率とプロパンＣ３Ｈ８のモル分率）とから、次式により算出する。
空気供給量＝燃料供給量×（ＣＨ４のモル分率×２＋Ｃ３Ｈ８のモル分率×５）／（空気中酸素濃度）×Ａ／Ｆ
式中の「２」はメタンＣＨ４の完全燃焼（ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ）に必要な酸素分子数、「５」はプロパンＣ３Ｈ８の完全燃焼（Ｃ３Ｈ８＋５Ｏ２→３ＣＯ２＋４Ｈ２Ｏ）に必要な酸素分子数、Ａ／Ｆは目標空燃比である。
このようにして算出された空気供給量は、制御上の目標値に設定され、燃焼用空気供給装置（図示せず）を用いて、空気供給量の制御がなされる。
【００５３】
このように燃焼用空気供給装置を備える場合は、前記燃料供給量調整部Ｅにて調整された燃料供給量と前記燃料性状推定部Ｃにて推定されたガス燃料の燃料性状とに基づいて、燃焼用空気供給装置による空気の供給量を調整する燃焼用空気供給量調整部を備えるとよい。
【００５４】
本実施形態によれば、熱式流量計５の計測値と組成非依存流量計６の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定部Ａと、前記異常状態であると判断された場合に、熱式流量計５の計測値に対する換算係数CFを設定する換算係数設定部Ｂと、前記換算係数CFに基づいて、ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定部Ｃと、推定された燃料性状に基づいて、ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定部Ｄと、推定された発熱量に基づいて、目標供給発熱量が得られるように、燃料供給装置２によるガス燃料の供給量を調整する燃料供給量調整部Ｅと、を備えることにより、ガス燃料の組成が変化しても、ガス燃料の燃料性状の推定に基づく適正な制御が可能で、単位時間当たりの供給発熱量を一定に制御することが可能となる。
【００５５】
また、ガス燃料の供給路に熱式流量計３と直列に配置され、ガス燃料の組成に依存せずに流量を計測可能な組成非依存流量計４を備え、前記計測流量異常判定部Ａは、熱式流量計３の計測値と組成非依存流量計４の計測値とが一定以上乖離することで、異常状態であると判断することにより、異常判定を的確に行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、前記換算係数設定部Ｂは、組成非依存流量計４の計測値と熱式流量計３の計測値との比に基づいて、換算係数CFを設定することにより、この換算係数CFを用いての流量補正が可能となる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、前記燃料性状推定部Ｃは、前記換算係数設定部Ｂにて設定された換算係数CFと、ガス燃料の主成分（ＣＨ４）について予め定めた換算係数CF(CH4) との比較結果に応じて、予め定めた副成分候補（Ｃ３Ｈ８、Ｎ２）の中から副成分を特定し、前記換算係数設定部Ｂにて設定された換算係数CFと、前記主成分及び前記特定した副成分について予め定めた換算係数CF(C3H8)又はCF(N2) とに基づいて、前記主成分及び前記特定した副成分のモル分率を求めることにより、実用上十分な推定精度を得ることができる。
【００５８】
前記副成分候補は、ガス燃料の主成分（メタンＣＨ４）とは発熱量の異なる可燃性成分（プロパンＣ３Ｈ８あるいはブタンＣ４Ｈ１０）と、不燃性成分（窒素Ｎ２）とするのが望ましい。
【００５９】
また、本実施形態によれば、前記発熱量推定部Ｄは、前記主成分及び前記特定した副成分の各発熱量と各モル分率とから、ガス燃料の発熱量を算出することにより、ガス燃料の発熱量を的確にとらえることができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、前記燃料供給量調整部Ｅは、単位時間当たりの目標供給発熱量を推定により得たガス燃料の発熱量で除算して、目標燃料供給量を算出することにより、単位時間当たりの供給発熱量を一定に制御することが可能となる。
【００６１】
また、上記実施形態では、燃料供給システムの供給対象（ガス機器）についての説明は省略したが、供給対象については特に限定されず、汎用の燃料供給システムとして利用できる。あえて用途について言及すれば、空燃比管理が必要な燃焼用途と、原料組成把握が必要な化学反応用途とを挙げることができる。燃焼用途の個別例としては、ボイラーやガスエンジンを挙げることができる。ガスエンジンは、家庭用コージェネレーションシステム（都市ガスやＬＰＧを燃料とするガスエンジンで発電を行い、その際に発生する熱を給湯などに利用するシステム；通称「エコウィル」）、ＧＨＰシステム（ガスエンジンで圧縮機を駆動し、ヒートポンプ運転によって冷暖房を行う空調システム）、及び、産業用自家発電システムなどに用いられる。化学反応用途の個別例としては、合成ガス製造装置を挙げることができる。合成ガス製造装置は、天然ガス、ＬＰＧなどを原料とし、各種改質法を用いて、Ｈ２及びＣＯを主成分とする合成ガスを製造する。製造された合成ガスは、アンモニア合成、メタノール合成などに原料ガスとして用いられる。最近では、更にＧＴＬ、ＤＭＥ、或いはＳＮＧ等の新規エネルギー製造関連での合成ガスの需要が注目されている。
【００６２】
次に本発明の第２実施形態として本発明を燃料電池システムに適用した実施形態について図５〜図７により説明する。
図５は本発明の第２実施形態として示す燃料電池システムの概略構成図である。
【００６３】
本実施形態の燃料電池システムは、炭化水素系のガス燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質燃料を生成する燃料改質装置１１と、この燃料改質装置１１からの改質燃料（水素）と空気（酸素）との電気化学反応により発電する燃料電池スタック（燃料電池セルの組立体）１２とを含んで構成される。
【００６４】
燃料改質装置１１に供給するガス燃料としては、本実施形態では、天然ガス由来の都市ガスが用いられ、燃料供給装置１３により供給される。
【００６５】
燃料供給装置１３は、ガス燃料供給源に接続された流量制御弁などにより構成され、制御装置２１からの信号に基づいて供給量が制御される。
燃料供給装置１３から燃料改質装置１１へのガス燃料の供給路には、脱硫器１４と、熱式流量計（熱式質量流量計）１５と、組成非依存流量計１６と、燃料温度センサ１７と、燃料圧力センサ１８とが設けられる。
脱硫器１４は、ガス燃料に含まれる硫黄化合物を脱硫除去する。
【００６６】
熱式流量計１５、組成非依存流量計１６、燃料温度センサ１７及び燃料圧力センサ１８については、第１実施形態（図１）の熱式流量計３、組成非依存流量計４、燃料温度センサ５及び燃料圧力センサ６と同じであり、説明を省略する。
これら熱式流量計１５、組成非依存流量計１６、燃料温度センサ１７及び燃料圧力センサ１８の検出信号は、制御装置２１へ送られる。
【００６７】
燃料改質装置１１での水蒸気改質のための改質水は、改質水供給装置１９により供給される。改質水供給装置１９は、水供給源に接続されたポンプ及び／又は流量制御弁などにより構成され、制御装置２１からの信号に基づいて供給量が制御される。
【００６８】
燃料電池スタック１２にはアノード極（Ａ）に燃料改質装置１１からの改質燃料が供給され、カソード極（Ｃ）に空気が供給されるが、カソード空気は、カソード空気供給装置２０により供給される。カソード空気供給装置２０は、空気供給源に接続されたポンプ（ブロワ）及び／又は流量制御弁などにより構成され、制御装置２１からの信号に基づいて供給量が制御される。
【００６９】
制御装置２１は、マイクロコンピュータを含んで構成され、制御プログラムに従って演算処理を行い、熱式流量計１５、組成非依存流量計１６、燃料温度センサ１７及び燃料圧力センサ１８を始めとする各種センサ信号を読込みつつ、燃料供給装置１３、改質水供給装置１９及びカソード空気供給装置２０を始めとする各種機器の作動を制御する。
【００７０】
尚、燃料改質装置１１では、メタンＣＨ４の場合は、下記（１）式の水蒸気改質反応がなされ、プロパンＣ３Ｈ８の場合は、下記（２）式の水蒸気改質反応がなされる。
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２      ・・・（１）
Ｃ３Ｈ８＋６Ｈ２Ｏ→３ＣＯ２＋１０Ｈ２      ・・・（２）
【００７１】
また、燃料電池スタック１２では、各セルのカソード極にて、下記（３）式の電極反応が生起され、アノード極にて、下記（４）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード極：  １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）    ・・・（３）
アノード極：  Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−    ・・・（４）
【００７２】
次に制御装置２１による燃料、改質水及びカソード空気の制御について説明する。
通常制御では、主に、目標発電条件に従って燃料供給量（目標値）を設定し、燃料供給装置１３を介してガス燃料の供給量を制御するが、熱式流量計１５の計測流量を参照しつつフィードバック制御を行う。また、熱式流量計１５の計測流量を参照するなどして改質水供給量（目標値）を設定し、改質水供給装置１９を介して改質水の供給量を制御する。また、目標発電条件に従って又は熱式流量計１５の計測流量を参照するなどしてカソード空気供給量（目標値）を設定し、カソード空気供給装置２０を介してカソード空気の供給量を制御する。
【００７３】
一方、熱式流量計１５の計測流量異常に対処するため、制御装置２１内には、図６の機能ブロック図に示すように、熱式流量計１５の計測値と組成非依存流量計１６の計測値との乖離度合に基づいて異常状態であるか否かを判断する計測流量異常判定部Ａと、前記異常状態であると判断された場合に、熱式流量計１５の計測値に対する換算係数（コンバージョンファクタ）を設定する換算係数設定部Ｂと、前記換算係数に基づいて、ガス燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定部Ｃと、前記ガス燃料の燃料性状に基づいて、ガス燃料の発熱量を推定する発熱量推定部Ｄと、前記ガス燃料の発熱量に基づいて、単位時間当たりの目標供給発熱量が得られるように、燃料供給装置１３によるガス燃料の供給量を調整する燃料供給量調整部Ｅと、が備えられる。
【００７４】
前記制御装置２１内には、更に、改質水供給装置１９による改質水の供給量を調整する改質水供給量調整部Ｆが備えられる。
【００７５】
計測流量異常判定部Ａは、熱式流量計１５の計測値と組成非依存流量計１６の計測値とが一定以上乖離することで、異常状態である（熱式流量計５の計測値が実際の流量と異なっている）と判断する。
換算係数設定部Ｂは、組成非依存流量計１６の計測値と熱式流量計１５の計測値との比に基づいて、換算係数を設定する。
燃料性状推定部Ｃは、具体的には、換算係数設定部Ｂにて設定された換算係数と、ガス燃料の主成分（例えばＣＨ４）について予め定めた換算係数との比較結果に応じて、予め定めた副成分候補（例えばＣ３Ｈ８とＮ２）の中から副成分を特定し、換算係数設定部Ｂにて設定された換算係数と、前記主成分及び前記特定した副成分について予め定めた換算係数とに基づいて、前記主成分及び前記特定した副成分のモル分率を求める。
発熱量推定部Ｄは、具体的には、前記主成分及び前記特定した副成分の各発熱量と各モル分率とから、ガス燃料の発熱量を算出する。
燃料供給量調整部Ｅは、具体的には、単位時間当たりの目標供給発熱量を発熱量推定部Ｄにて推定されたガス燃料の発熱量で除算して、目標燃料供給量を算出する。
【００７６】
改質水供給量調整部Ｆは、燃料供給量調整部Ｅにて算出された目標燃料供給量と、燃料性状推定部Ｃにて推定された燃料性状（各成分のモル分率）とに基づいて、目標とする改質水供給量を算出する。
【００７７】
ここで、計測流量異常判定部Ａの機能を実現するフローチャートは、図３と基本的に同一であり、説明を省略する。換算係数設定部Ｂ、燃料性状推定部Ｃ、発熱量推定部Ｄ、燃料供給量調整部Ｅ及び改質水供給量調整部Ｆの機能は図７のフローチャートにより実現される。
【００７８】
図７は計測流量異常時制御（異常判定時の燃料、改質水及びカソード空気の供給量の制御）のフローチャートである。尚、図７のＳ１１〜Ｓ２２は図４のＳ１１〜Ｓ２２と基本的に同一であり、同一のステップ符号を付している。
Ｓ１１では、熱式流量計１５の計測値（熱式流量計値）の積算を開始する。
Ｓ１２では、組成非依存流量計１６の計測値（組成非依存流量計値）の積算を開始する。
Ｓ１３では、これらの積算を所定時間実行し、最終的な積算値として、熱式流量計積算値（質量流量）Ｑ１、及び、組成非依存流量計積算値（体積流量）Ｑ２を得る。
【００７９】
Ｓ１４では、次式により、換算係数CFを算出する。
換算係数CF＝〔Ｑ２×（273.15÷（273.15＋Ｔｆ））×（（101.33＋Ｐｆ）÷101.33）〕／〔Ｑ１÷γ〕
【００８０】
Ｓ１５では、換算係数CFがメタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) ＝0.74より小さいか否かを判定する。判定結果によって、組成を近似するためである。
【００８１】
換算係数CFがメタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) より小さい場合（CF＜CF(CH4) の場合）は、Ｓ１６〜Ｓ１８へ進む。この場合は、メタンＣＨ４とプロパンＣ３Ｈ８との２成分からなると推定し、これらのモル分率を計算する。
【００８２】
Ｓ１６では、Ｓ１４で求めた換算係数CFと、メタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) ＝0.74と、プロパンＣ３Ｈ８の換算係数CF(C3H8)＝0.34とから、次式により、メタンＣＨ４のモル分率を算出する。
ＣＨ４のモル分率＝〔CF(CH4)×CF(C3H8)／CF−CF(CH4)〕／〔CF(C3H8)−CF(CH4)〕
【００８３】
Ｓ１７では、Ｓ１６で求めたメタンＣＨ４のモル分率から、プロパンＣ３Ｈ８のモル分率を次式により算出する。
Ｃ３Ｈ８のモル分率＝１−ＣＨ４のモル分率
【００８４】
Ｓ１８では、前記推定の下、窒素Ｎ２のモル分率を次式の通り０とする。
Ｎ２のモル分率＝０
換算係数CFがメタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) より大きい場合（CF＞CF(CH4) の場合）は、Ｓ１９〜Ｓ２１へ進む。この場合は、メタンＣＨ４と窒素Ｎ２との２成分からなると推定し、これらのモル分率を計算する。
【００８５】
Ｓ１９では、Ｓ１４で求めた換算係数CFと、メタンＣＨ４の換算係数CF(CH4) ＝0.74と、窒素Ｎ２の換算係数CF(N2)＝1.00とから、次式により、メタンＣＨ４のモル分率を算出する。
ＣＨ４のモル分率＝〔CF(CH4)×CF(N2)／CF−CF(CH4)〕／〔CF(N2)−CF(CH4)〕
【００８６】
Ｓ２０では、Ｓ１９で求めたメタンＣＨ４のモル分率から、窒素Ｎ２のモル分率を次式により算出する。
Ｎ２のモル分率＝１−ＣＨ４のモル分率
【００８７】
Ｓ２１では、前記推定の下、プロパンＣ３Ｈ８のモル分率を次式の通り０とする。
Ｃ３Ｈ８のモル分率＝０
【００８８】
Ｓ１６〜Ｓ１８、又はＳ１９〜Ｓ２１でのモル分率の計算後は、Ｓ２２へ進む。
Ｓ２２では、ガス燃料の発熱量（一定の単位の燃料が完全燃焼するときに発生する熱量）を算出する。具体的には、予め用意した既知のＣＨ４、Ｃ３Ｈ８の各発熱量と、Ｓ１６〜Ｓ２１で求めたＣＨ４、Ｃ３Ｈ８の各モル分率とから、次式により、ガス燃料の発熱量を算出する。
ガス燃料の発熱量
＝ＣＨ４のモル分率×ＣＨ４の発熱量＋Ｃ３Ｈ８のモル分率×Ｃ３Ｈ８の発熱量
【００８９】
Ｓ２３では、Ｓ２２で求めたガス燃料の発熱量に基づき、単位時間当たりの目標供給発熱量を得るように、燃料供給量を算出する。具体的には、単位時間当たりの目標供給発熱量をガス燃料の発熱量で除算して、燃料供給量を算出する。
燃料供給量＝（単位時間当たりの目標供給発熱量）／（ガス燃料の発熱量）
【００９０】
Ｓ２４では、改質水供給量（目標値）を、Ｓ２３で求めた燃料供給量と、ガス燃料の組成（メタンＣＨ４のモル分率とプロパンＣ３Ｈ８のモル分率）とから、次式により算出する。
改質水供給量＝燃料供給量×（ＣＨ４のモル分率×１＋Ｃ３Ｈ８のモル分率×３）／22.414×Ｓ／Ｃ×18.02
式中の「１」はメタンＣＨ４の炭素の数、「３」はプロパンＣ３Ｈ８の炭素の数、22.414はモル容積（Ｌ/mol）、Ｓ／Ｃはスチーム・カーボン比（目標値で、例えば２．５）、18.02 は水蒸気の分子量である。
【００９１】
Ｓ２５では、カソード空気供給量（目標値）を、次式により算出する。
空気供給量＝〔セル直列枚数×電流量×６０〕／〔Ｕａ×Ｆｄ×（空気中のＯ２のモル分率×４）〕×22.414
ここで、Ｕａは予め定めた空気利用率（目標値で、例えば０．３０）、Ｆｄはファラデー定数（96485.3399）、22.414はモル容積（Ｌ/mol）である。また、「４」は電極反応によるＯ２からの電子の生成数である（前述の電極反応式参照）。
尚、ここではカソード空気供給量を目標発電条件から算出したが、燃料供給量と空燃比とに基づいて算出するようにしてもよい。
【００９２】
このようにして算出された燃料供給量、改質水供給量及びカソード空気供給量は、それぞれ制御上の目標値に設定され、燃料供給装置１３、改質水供給装置１９及びカソード空気供給装置２０を介して、これらの制御がなされる。
【００９３】
本実施形態によれば、燃料電池システムにおいて、ガス燃料の性状が変化した場合であっても、燃料性状を推定し、発熱量を管理値としてガス燃料の供給量を精度良く制御することができる。特に燃料電池システムの起動準備（昇温処理）時や、停止処理（降温処理）時において、発熱量を管理値としてガス燃料の供給量を制御することは好ましいことであり、ガス燃料の性状変化にかかわらず所望の発熱量を得ることができる。
【００９４】
また、本実施形態によれば、燃料供給量調整部Ｅにて調整された燃料供給量と燃料性状推定部Ｃにて推定されたガス燃料の燃料性状とに基づいて、改質水供給装置１９による改質水の供給量を調整する改質水供給量調整部Ｆを更に含んで構成されるため、燃料供給量の制御に対応して、改質水の供給量を的確に制御することができる。
【００９５】
尚、上記の実施形態では、ガス燃料を都市ガスとして、ガス燃料の主成分をＣＨ４、副成分候補をプロパンＣ３Ｈ８（あるいはブタンＣ４Ｈ１０）と窒素Ｎ２としたが、これらに限定されるものではない。例えば、ガス燃料は都市ガスの他、ＬＰＧなどであってもよく、ガス燃料の主成分はメタンＣＨ４の他、エタンＣ２Ｈ６、プロパンＣ３Ｈ８などであってもよい。
また、ガス燃料が例えば都市ガスからＬＰＧ、あるいはＬＰＧから都市ガスへ変更されるような場合も、ガス燃料の変更を自動検出して、制御装置に通知し、制御装置にてガス燃料の変更に対応して制御プログラムを変更するようにしてもよい。
また、都市ガスについては、バイオガス由来もしくはシェールガス由来の炭化水素ガスが混入されているガス、又は、石油化学工場で副生するオフガス（天然ガス由来ではない炭化水素ガス）が混入されているガスであっても、本発明を適用可能である。
しかし、いずれにしても、燃料ガスの主成分と、これとは熱量の異なる可燃成分と、不燃成分の３成分についての換算係数を用いるのが望ましい。
【００９６】
また、上記実施形態では、熱式流量計３を主たる流量計として使用し、組成非依存流量計４を補助的な流量計として使用すると説明したが、組成非依存流量計４を主たる流量計として使用し、熱式流量計３を補助的な流量計として使用するようにしてもよい。
【００９７】
また、上記実施形態では、換算係数CFに基づき燃料性状としてガス成分のモル分率を算出し、これをパラメータとして燃料供給量に対する補正値（補正係数）を算出するようにしたが、燃料性状を表す他のパラメータを用いてもよいし、換算係数CF自体をパラメータとして燃料供給量に対する補正値を算出するようにしてもよい。
【００９８】
また、燃料電池システムの実施形態において、改質反応として部分酸化反応を併用するために、改質用空気の供給装置を備える場合は、改質用空気の供給量を調整する改質空気供給量調整部を備えるようにしてもよい。
この場合、改質用空気供給量は、例えば、次式により算出する。
改質用空気供給量＝燃料供給量×（ＣＨ４のモル分率×１＋Ｃ３Ｈ８のモル分率×３）／（空気中酸素濃度）×Ｏ／Ｃ
式中のＯ／Ｃは酸素・カーボン比である。
【００９９】
また、燃料電池システムの実施形態において、発熱量を管理値として燃料供給量を制御することが有効なシステムの起動準備時は、改質反応や電極反応が起きる温度になっておらず、ガス燃料をバーナーにて燃焼させて温度上昇させる。
この場合、燃焼用空気の供給量は、例えば、次式により算出する。
燃焼用空気供給量＝燃料供給量×（ＣＨ４のモル分率×２＋Ｃ３Ｈ８のモル分率×５）／（空気中酸素濃度）×Ａ／Ｆ
式中の「２」はメタンＣＨ４の完全燃焼（ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ）に必要な酸素分子数、「５」はプロパンＣ３Ｈ８の完全燃焼（Ｃ３Ｈ８＋５Ｏ２→３ＣＯ２＋４Ｈ２Ｏ）に必要な酸素分子数、Ａ／Ｆは目標空燃比である。
【０１００】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０１】
１  供給対象
２  燃料供給装置
３  熱式流量計
４  組成非依存流量計
５  燃料温度センサ
６  燃料圧力センサ
７  制御装置
１１  燃料改質装置
１２  燃料電池スタック
１３  燃料供給装置
１４  脱硫器
１５  熱式流量計
１６  組成非依存流量計
１７  燃料温度センサ
１８  燃料圧力センサ
１９  改質水供給装置
２０  カソード空気供給装置
２１  制御装置
【図１】
2013111777.tif 000003
【図２】
2013111777.tif 000004
【図３】
2013111777.tif 000005
【図４】
2013111777.tif 000006
【図５】
2013111777.tif 000007
【図６】
2013111777.tif 000008
【図７】
2013111777.tif 000009
【国際調査報告】
2013111777.tif 000010
2013111777.tif 000011
2013111777.tif 000012
2013111777.tif 000013