(57)【要約】【課題】  熱式の流量検出器の検出精度が所定水準より低下したときに、流体機器から送出する流体の目標流量を確保して燃料電池の発電効率の低下を抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池システムの制御装置（６０）は、流量制御部（６１）と、検出精度判定部（６２）と、流量検出値補正部（６３）とを備える。流量検出値補正部（６３）は、第一温度と第二温度との温度比に応じて、流量検出値を補正する補正量を変更する。また、流量制御部（６１）は、検出精度判定部（６２）によって、流量検出器（４２ｂ）の検出精度が所定水準より低下していることが認められたときに、流量検出器（４２ｂ）によって検出された流量検出値の代わりに、流量検出値補正部（６３）によって補正された流量検出値である補正後流量検出値を用いて、流体機器（４２ａ）を駆動制御する。【選択図】  図４
2018006142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
流体を前記燃料電池に送出する流体機器と、
前記流体の流路に設けられる発熱部と前記発熱部より上流側および下流側の前記流路に設けられる一対の温度測定部とを備え、前記発熱部が発熱しているときに前記一対の温度測定部によって測定される温度測定値の差分から前記流体の流量を検出する流量検出器と、
前記流量検出器によって検出された流量検出値が前記流体の目標流量値と一致するように前記流体機器を駆動制御する流量制御部を備える制御装置と、
を具備する燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記流量検出器の検出精度が所定水準より低下しているか否かを判定する検出精度判定部と、
前記検出精度判定部によって前記検出精度の前記低下が認められたときに、前記流量検出器によって検出された前記流量検出値を補正する流量検出値補正部と、
を備え、
前記流量検出値補正部は、前記流体の流量を所定流量で一定にし、且つ、前記流量検出器の前記発熱部を発熱させた状態で検出される前記流量検出器の雰囲気温度と前記発熱部の発熱温度とを加算した第一温度と、前記流体の流量を前記所定流量で一定にし、且つ、前記流量検出器の前記発熱部を発熱させない状態で検出される前記流体の流体温度である第二温度との温度比に応じて、前記流量検出値を補正する補正量を変更し、
前記流量制御部は、前記検出精度判定部によって前記検出精度の前記低下が認められたときに、前記流量検出器によって検出された前記流量検出値の代わりに、前記流量検出値補正部によって補正された前記流量検出値である補正後流量検出値を用いて、前記流体機器を駆動制御する燃料電池システム。
【請求項２】
前記温度比は、前記第一温度を前記第二温度で除して算出され、
前記流量検出値補正部は、前記温度比と前記流量検出値の前記補正量である補正係数との相関関係に基づいて、検出された前記温度比に対応する前記補正係数を出力し、前記流量検出器によって検出された前記流量検出値に前記出力された前記補正係数を乗じて、前記補正後流量検出値を導出する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記流量制御部は、前記流量検出器によって検出された前記流量検出値と、前記流量検出値補正部によって補正された前記補正後流量検出値とが入力され、前記検出精度判定部の判定結果に応じて前記流量検出値または前記補正後流量検出値を出力する選択器と、
前記流体の前記目標流量値と前記選択器の出力値との偏差から、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御を行う制御部とを備える請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記流量制御部は、前記流体機器をパルス幅変調制御によって駆動制御し、前記燃料電池が一定の所定電力で第一時間継続して発電したときの前記第一時間経過後の前記パルス幅変調制御のデューティ比を記憶しておき、
前記流量検出値補正部が前記第一温度および前記第二温度のうちの少なくとも前記第二温度を検出する際に、前記記憶しておいた前記デューティ比一定で前記流体機器を駆動制御する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記流体は、改質用原料であり、
前記燃料電池の燃焼ガスにより加熱され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前記改質用原料を予熱する蒸発部と、
前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用原料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、
を備え、
前記流量検出器の前記検出精度が前記所定水準を維持している場合において、前記燃料電池が一定の所定電力で第一時間継続して発電したときの前記第一時間経過後の前記燃料電池の燃焼部の温度範囲を適正温度範囲とするとき、
前記検出精度判定部は、前記燃料電池に対して前記所定電力で前記第一時間継続して発電させ、前記第一時間経過後の前記燃料電池の前記燃焼部の温度が前記適正温度範囲から外れた状態が第二時間継続したときに、前記流量検出器の前記検出精度が前記所定水準より低下していると判定する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【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】
上記発明の一例として、特許文献１および特許文献２に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の燃料電池システムは、温度計測器と、流量計測器と、制御装置とを備えている。温度計測器は、バーナ燃焼器における燃焼によって加熱された所定の部位の加熱温度を計測する。流量計測器は、空気供給装置によって供給された空気の供給流量を計測する。制御装置は、流量計測器の指示値に基づいて空気供給装置を制御する。また、制御装置は、所定の部位の加熱温度と空気の供給流量との対応関係に基づいて、温度計測器の指示値に対応する空気の供給流量値になるように流量計測器の指示値を補正する。これらにより、特許文献１に記載の発明は、空気供給装置によって供給される空気の供給流量を適切に調節しようとしている。
【０００３】
特許文献２に記載の燃料電池システムは、一酸化炭素センサと、制御装置とを備える。一酸化炭素センサは、燃料電池の燃焼部から排出される排気ガスの一酸化炭素濃度を検出する。制御装置は、燃料電池の発電を少なくとも制御する。また、制御装置は、燃料電池の発電中において、一酸化炭素センサの出力値の変化量が所定時間継続して所定値以上である場合に、一酸化炭素センサのゼロ点の校正を行う。これらにより、特許文献２に記載の発明は、燃料電池の劣化、システム効率の悪化を招くことなく、一酸化炭素センサのゼロ点を校正しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１８８８７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３８６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流体の流量を検出する流量検出器として、熱式の流量検出器が知られている。熱式の流量検出器は、流体の流路に設けられる発熱部と、発熱部より上流側および下流側の流路に設けられる一対の温度測定部とを備えている。熱式の流量検出器は、発熱部が発熱しているときに一対の温度測定部によって測定される温度測定値の差分から、流体の流量を検出する。
【０００６】
しかしながら、熱式の流量検出器は、一対の温度測定部によって測定される温度測定値の差分から流体の流量を検出する。そのため、例えば、外気温や燃料電池システムの運転状態によって燃料電池システムの筐体内に設置されている流量検出器の雰囲気温度が変動すると、流量検出器内部を流れる流体の流体温度と雰囲気温度との温度差が大きくなり、流量検出器内部の一対の温度測定部によって測定される温度測定値に影響が及び、流量検出器の検出精度が低下する可能性がある。その結果、流量検出器によって正確な流量計測ができなくなり、流体の実際の流量と、流量検出器によって計測された流体の流量との間に差が生じ、燃料電池の発電効率の低下および機器への悪影響が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、熱式の流量検出器の検出精度が所定水準より低下したときに、流体機器から送出する流体の目標流量を確保して燃料電池の発電効率の低下を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、流体を前記燃料電池に送出する流体機器と、前記流体の流路に設けられる発熱部と前記発熱部より上流側および下流側の前記流路に設けられる一対の温度測定部とを備え、前記発熱部が発熱しているときに前記一対の温度測定部によって測定される温度測定値の差分から前記流体の流量を検出する流量検出器と、前記流量検出器によって検出された流量検出値が前記流体の目標流量値と一致するように前記流体機器を駆動制御する流量制御部を備える制御装置と、を具備する燃料電池システムであって、前記制御装置は、前記流量検出器の検出精度が所定水準より低下しているか否かを判定する検出精度判定部と、前記検出精度判定部によって前記検出精度の前記低下が認められたときに、前記流量検出器によって検出された前記流量検出値を補正する流量検出値補正部と、を備え、前記流量検出値補正部は、前記流体の流量を所定流量で一定にし、且つ、前記流量検出器の前記発熱部を発熱させた状態で検出される前記流量検出器の雰囲気温度と前記発熱部の発熱温度とを加算した第一温度と、前記流体の流量を前記所定流量で一定にし、且つ、前記流量検出器の前記発熱部を発熱させない状態で検出される前記流体の流体温度である第二温度との温度比に応じて、前記流量検出値を補正する補正量を変更し、前記流量制御部は、前記検出精度判定部によって前記検出精度の前記低下が認められたときに、前記流量検出器によって検出された前記流量検出値の代わりに、前記流量検出値補正部によって補正された前記流量検出値である補正後流量検出値を用いて、前記流体機器を駆動制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムによれば、制御装置は、流量制御部と、検出精度判定部と、流量検出値補正部とを備える。これにより、検出精度判定部によって流量検出器の検出精度の低下が認められたときに、流量検出値補正部が、温度比に応じて流量検出値を補正する補正量を変更し、流量制御部が、流量検出値補正部によって補正された流量検出値（補正後流量検出値）を用いて、流体機器を駆動制御することができる。よって、本発明に係る燃料電池システムは、熱式の流量検出器の検出精度が所定水準より低下したときに、流体機器から送出する流体の目標流量を確保することができ、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池システム１の一例を示す構成図である。
【図２】流量検出器４２ｂの一例を示す構成図である。
【図３】制御装置６０の一例を示す構成図である。
【図４】制御装置６０の制御ブロックの一例を示すブロック図である。
【図５】制御装置６０の制御フローの一例を示すフローチャートである。
【図６】流量制御部６１の一例を示す構成図である。
【図７】燃料電池２４の出力電力および燃焼部２６の温度ＴＨＭの経時変化の一例を示す図である。
【図８】流体機器４２ａの雰囲気温度ＴＡ、流体温度ＴＦに対する第一温度Ｔ１、第二温度Ｔ２、温度比ΔＴおよび補正係数ＫＴの関係の一例を示す図である。
【図９】温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
【００１２】
＜燃料電池システム１の構成＞
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、筐体１１と、燃料電池モジュール２０と、排熱回収システム３０と、電力変換器５０と、制御装置６０とを備えている。
【００１３】
（筐体１１）
筐体１１は、燃料電池モジュール２０と、排熱回収システム３０と、電力変換器５０と、制御装置６０とを収容している。筐体１１は、上述した機器を収容することができれば良く、その形状、材質等は限定されない。本実施形態では、筐体１１は、例えば、ステンレス鋼板などの金属材料で、箱状に形成されている。また、筐体１１は、仕切部材１２を備えている。仕切部材１２は、筐体１１内を区画して第一室Ｒ１および第二室Ｒ２を形成する。後述するように、第一室Ｒ１および第二室Ｒ２は、連通可能になっている。
【００１４】
（燃料電池モジュール２０）
燃料電池モジュール２０は、第一室Ｒ１内において、第一室Ｒ１の内壁面から離間して収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１と、燃料電池２４とを少なくとも含んでいる。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１と、蒸発部２２と、改質部２３と、燃料電池２４とを備えていると好適である。
【００１５】
ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、図示略の支持構造により、第一室Ｒ１内において、第一室Ｒ１の内壁面から離間して仕切部材１２に設置されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２と、改質部２３と、燃料電池２４とが配設されている。蒸発部２２および改質部２３は、燃料電池２４の上方に配設されており、蒸発部２２および改質部２３と、燃料電池２４との間には、燃焼部２６である燃焼空間Ｒ３が形成されている。
【００１６】
蒸発部２２は、燃料電池２４の燃焼ガスにより加熱される。これにより、蒸発部２２は、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、供給された改質用原料を予熱する。蒸発部２２は、生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部２３に供給する。改質用原料は、例えば、天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料を用いることができる。また、改質用原料は、例えば、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料を用いることもできる。
【００１７】
給水管４１の一端（下端）側は、水タンク１３に接続されており、給水管４１の他端側は、蒸発部２２に接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給するとともに、改質水の供給量を調整する。改質水の供給量は、例えば、改質水の流量で表すことができ、改質水の流量は、例えば、改質水の単位時間あたりの流量で示すことができる。改質水ポンプ４１ａは、水タンク１３に貯蔵されている凝縮水を改質水として蒸発部２２に供給する。
【００１８】
また、蒸発部２２には、改質用原料供給管４２を介して改質用原料が供給される。同図では、改質用原料の供給源（以下、単に、供給源という。）を供給源Ｇｓで示している。供給源Ｇｓとして、例えば、都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベなどが挙げられる。改質用原料供給管４２には、流体機器４２ａと、流量検出器４２ｂと、脱硫器４２ｃとが設けられている。流体機器４２ａは、流体を燃料電池２４に送出する。本実施形態では、流体は、改質用原料である。また、流体機器４２ａは、原料ポンプであり、例えば、ダイヤフラムポンプなどを用いることができる。
【００１９】
流体機器４２ａは、筐体１１内に収納されている。流体機器４２ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、流体機器４２ａは、制御装置６０から出力される指令にしたがって、供給源Ｇｓから供給する改質用原料の供給量を調整する。改質用原料の供給量は、例えば、改質用原料の流量で表すことができ、改質用原料の流量は、例えば、改質用原料の単位時間あたりの流量で示すことができる。流体機器４２ａは、改質用原料を吸入し、蒸発部２２に送出（圧送）する。
【００２０】
流量検出器４２ｂは、熱式の流量検出器であり、流体（本実施形態では、改質用原料）の流量を検出する。流量検出器４２ｂは、例えば、キャピラリ式、熱線式、フローセンサ式などの公知の流量検出器を用いることができる。キャピラリ式の流量検出器は、流体の流路にバイパス流路を設けて、バイパス流路に発熱部および一対の温度測定部を配設する。熱線式の流量検出器は、流体の流路に直接、発熱部および一対の温度測定部を配設する。フローセンサ式の流量検出器は、シリコン基板などの半導体基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜内に発熱部および一対の温度測定部を配設する。本実施形態では、流量検出器４２ｂは、フローセンサ式の流量検出器を用いる。
【００２１】
図２に示すように、流量検出器４２ｂは、発熱部４２ｂ１と、一対の温度測定部４２ｂ２と、雰囲気温度測定部４２ｂ５とを備えている。同図では、流体の流通方向を流通方向Ｆ１で示している。発熱部４２ｂ１は、例えば、ヒータなどの熱源であり、流体の流路に設けられる。一対の温度測定部４２ｂ２は、例えば、サーモパイルなどの感温素子であり、上流側温度測定部４２ｂ３と、下流側温度測定部４２ｂ４とを備えている。上流側温度測定部４２ｂ３は、発熱部４２ｂ１より上流側の流路に設けられる。下流側温度測定部４２ｂ４は、発熱部４２ｂ１より下流側の流路に設けられる。雰囲気温度測定部４２ｂ５は、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡを検出する。雰囲気温度測定部４２ｂ５として、例えば、流量検出器４２ｂの温度異常を検出する温度異常検出器（図示略）を用いることができる。また、雰囲気温度測定部４２ｂ５は、例えば、熱電対などの感温素子を別途設けても良い。
【００２２】
発熱部４２ｂ１が発熱することによって、発熱部４２ｂ１周辺の流体が加熱される。流体（改質用原料）が燃料電池２４に送出されていない状態では、上流側温度測定部４２ｂ３によって測定される温度測定値と、下流側温度測定部４２ｂ４によって測定される温度測定値とは、概ね同じになる。この場合、流体の温度分布は、発熱部４２ｂ１を中心とした等温分布になる。一方、流体（改質用原料）が燃料電池２４に送出されている状態では、流体の流れに伴って発熱部４２ｂ１の熱が下流側に移動し、下流側温度測定部４２ｂ４によって測定される温度測定値は、上流側温度測定部４２ｂ３によって測定される温度測定値と比べて、高くなる。また、流体の流量に応じて、下流側温度測定部４２ｂ４によって測定される温度測定値と、上流側温度測定部４２ｂ３によって測定される温度測定値との差分が変化する。よって、流量検出器４２ｂは、発熱部４２ｂ１が発熱しているときに一対の温度測定部４２ｂ２によって測定される温度測定値の差分から、流体の流量を検出することができる。
【００２３】
脱硫器４２ｃは、改質用原料に含まれる付臭剤（硫黄化合物などの硫黄成分）を脱硫剤によって除去する。脱硫剤は、公知の脱硫剤を用いることができ、脱硫剤と触媒とを併せて使用することもできる。これにより、付臭剤が吸着（脱硫）された改質用原料が、蒸発部２２に供給される。
【００２４】
改質部２３は、改質用原料および改質水から燃料を生成して、燃料電池２４に導出する。具体的には、改質部２３は、燃料電池２４の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。これにより、改質部２３は、蒸発部２２から供給された水蒸気と改質用原料の混合ガスとから改質ガスを生成して導出する。改質部２３内には、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る（いわゆる水蒸気改質反応）。触媒は、例えば、ルテニウム系またはニッケル系の触媒などを用いることができる。
【００２５】
生成されたガス（いわゆる改質ガス）は、燃料電池２４の燃料極に導出される。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（例えば、メタンガスなど）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部２３は、改質用原料（原燃料）と改質水とから燃料である改質ガスを生成して燃料電池２４に供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応である。
【００２６】
燃料電池２４は、複数のセル２４ａが積層されている。複数のセル２４ａの各々は、燃料極と、空気極（酸化剤極）と、両極の間に形成されている電解質とを備える。燃料電池２４は、種々の燃料電池を用いることができ、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）などを用いることができる。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用する。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。複数のセル２４ａの各々の燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。複数のセル２４ａの各々の空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエアともいう。）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。
【００２７】
燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質ガス供給管４３の一端側が接続されており、改質ガス供給管４３の他端側は、改質部２３と接続されている。これにより、改質部２３から導出された改質ガスは、改質ガス供給管４３を介してマニホールド２５に供給される。燃料流路２４ｂの一端（下端）側は、マニホールド２５の燃料導出口に接続されている。燃料導出口から導出された改質ガスは、燃料流路２４ｂの一端（下端）側から導入され、燃料流路２４ｂの他端（上端）側から導出される。
【００２８】
カソードエア供給管４４の一端側は、空気流路２４ｃの一端側（下端）に接続されており、カソードエア供給管４４の他端側は、カソードエアブロワ４４ａに接続されている。カソードエアブロワ４４ａによって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管４４を介して空気流路２４ｃに供給される。カソードエアは、空気流路２４ｃの一端（下端）側から導入され、空気流路２４ｃの他端（上端）側から導出される。
【００２９】
カソードエアブロワ４４ａは、第二室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第二室Ｒ２内の空気を吸入し、燃料電池２４の空気極に吐出する。カソードエアブロワ４４ａから吐出される空気の吐出量は、制御装置６０によって調整制御される。制御装置６０は、例えば、燃料電池２４の発電電力に応じて、空気の吐出量を制御することができる。なお、空気の吐出量（供給量）は、例えば、空気の流量で表すことができ、空気の流量は、例えば、空気の単位時間あたりの流量で示すことができる。
【００３０】
燃料電池２４は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する。具体的には、複数のセル２４ａの各々の燃料極に供給された燃料と、空気極に供給された空気（酸化剤ガス）とにより発電が行われる。つまり、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じる。このように、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより、電気エネルギーが発生する。なお、発電に使用されなかった改質ガスは、燃料流路２４ｂから導出し、発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気）は、空気流路２４ｃから導出する。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００３１】
燃焼部２６は、燃料のオフガスである燃料オフガスと、酸化剤ガスのオフガスである酸化剤オフガスとが燃焼して、蒸発部２２および改質部２３を加熱する。具体的には、燃焼部２６では、燃料流路２４ｂから導出された発電に使用されなかった改質ガス（燃料オフガス）と、空気流路２４ｃから導出された発電に使用されなかった酸化剤ガス（酸化剤オフガス）とが燃焼する。図１に示すように、燃焼部２６は、蒸発部２２および改質部２３と、燃料電池２４との間の燃焼空間Ｒ３である。燃焼部２６の燃焼ガスによって、蒸発部２２および改質部２３が加熱される。同図では、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する様子を複数の火炎２７によって模式的に示している。また、燃焼部２６は、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱する。その後、燃焼ガスは、導出口２１ａから燃料電池モジュール２０の外部に排気される。
【００３２】
燃焼部２６には、燃焼部温度センサ２９が設けられている。燃焼部温度センサ２９は、燃焼部２６の温度ＴＨＭ（雰囲気温度）を検出し、検出結果を制御装置６０に送信する。このように、燃焼部２６は、燃料電池２４から導出された燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼して、蒸発部２２および改質部２３を加熱する。つまり、燃焼部２６は、燃料電池２４から未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し、可燃性ガスと酸化剤ガスとが燃焼して燃焼ガスを導出する。なお、燃焼部２６には、燃料オフガスを着火させる一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。
【００３３】
（排熱回収システム３０）
排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換を行う。これにより、排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱を貯湯水に回収して蓄える。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０の排熱を用いて貯湯水を加熱する熱交換器３３とを備えている。熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から導出された燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換を行う。
【００３４】
貯湯槽３１は、柱状容器を備えており、内部に貯湯水が層状に貯留されている。つまり、貯湯槽３１に貯留されている貯湯水は、上部の温度が最も高温であり、下部にいくにしたがって低温となり、下部の温度が最も低温である。貯湯槽３１の柱状容器の下部には、水供給源Ｗｓ（例えば、水道管などの水道設備）が接続されており、水供給源Ｗｓから水（低温の水。例えば、水道水）が補給可能になっている。また、貯湯槽３１の柱状容器の上部には、給湯器Ｈｗｓが接続されており、給湯器Ｈｗｓは、貯湯槽３１に貯留された貯湯水（高温の水。温水）を利用可能になっている。給湯器Ｈｗｓは、例えば、排熱（潜熱）回収型の給湯器であり、貯湯槽３１から供給された貯湯水を必要に応じて加熱することができる。
【００３５】
貯湯水循環ライン３２の一端側は、貯湯槽３１の下部に接続され、貯湯水循環ライン３２の他端側は、貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２には、一端側から他端側に向かって順に、貯湯水循環ポンプ３２ａ、負荷３２ｂ、第一温度センサ３２ｃ、熱交換器３３および第二温度センサ３２ｄが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸引し、貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出する。貯湯水循環ライン３２を流通する貯湯水の流量（送出量）は、制御装置６０によって制御される。貯湯水循環ポンプ３２ａは、例えば、第二温度センサ３２ｄの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御される。
【００３６】
負荷３２ｂは、自立運転時に、燃料電池２４の余剰電力を消費する。また、負荷３２ｂは、自立運転時以外にも、燃料電池２４の余剰電力を消費することができる。負荷３２ｂは、例えば、貯湯水循環ライン３２を加熱して、貯湯水循環ライン３２の凍結を抑制することができる。このように、負荷３２ｂは、例えば、ヒータであり、公知の可変抵抗器を用いることができる。可変抵抗器の抵抗値は、例えば、燃料電池２４の発電電力と、後述する外部負荷５３の消費電力との電力差分の余剰電力を消費可能に、制御装置６０によって設定される。
【００３７】
第一温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって、熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第一温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の入口温度（すなわち、貯湯槽３１の出口温度）を検出し、検出結果を制御装置６０に送信する。第二温度センサ３２ｄは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第二温度センサ３２ｄは、熱交換器３３の出口温度（すなわち、貯湯槽３１の入口温度）を検出し、検出結果を制御装置６０に送信する。
【００３８】
熱交換器３３は、燃料電池２４の排熱を含む燃焼部２６から排出される燃焼排ガスと、貯湯槽３１の貯湯水との間で熱交換を行う。具体的には、熱交換器３３には、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに、貯湯槽３１から貯湯水が供給される。そして、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する。熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は、仕切部材１２を貫通して第二室Ｒ２に突出している。
【００３９】
熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部は、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ、燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通している。ケーシング３３ａの下部には、排気管４５の一端側が接続されている。排気管４５の他端側は、排気口１１ａに接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続される凝縮水供給管４６が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続される熱交換部３３ｂが配設されている。
【００４０】
燃料電池モジュール２０から排出された燃焼排ガスは、導出口２１ａを通ってケーシング３３ａ内に導入される。燃焼排ガスは、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通過する際に、貯湯水との間で熱交換が行われて、凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは、排気管４５を通って排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４６を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
【００４１】
熱交換器３３の燃焼排ガス導入部であるケーシング２１の導出口２１ａには、第二燃焼部２８が設けられている。第二燃焼部２８は、燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガス（例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など）を導入し、燃焼して導出する。第二燃焼部２８は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒を備えている。燃焼触媒は、例えば、白金、パラジウムなどの貴金属をセラミックの単体などに担持させて生成することができる。燃焼触媒は、ペレット状のものを充填しても良く、セラミック・メタルのハニカムや発泡金属上に担持させることもできる。第二燃焼部２８には、燃焼触媒ヒータ２８ａが設けられている。燃焼触媒ヒータ２８ａは、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃性ガスを燃焼させる。燃焼触媒ヒータ２８ａは、制御装置６０から出力される指令にしたがって、加熱される。
【００４２】
燃料電池システム１は、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は、第二室Ｒ２内に配設されている。純水器１４は、例えば、粒状のイオン交換樹脂を内蔵している。純水器１４は、熱交換器３３から排出された凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化する。なお、熱交換器３３から供給される凝縮水の状態によっては、中空糸フィルタなどを設置しても良い。純水器１４は、配管４７を介して水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は、配管４７を介して水タンク１３に導出される。このようにして、純水器１４は、熱交換器３３から排出された凝縮水を純水化して水タンク１３に供給する。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯蔵する。
【００４３】
また、燃料電池システム１は、空気導入口１１ｂと、空気導出口１１ｃと、換気用空気ブロワ１５とを備えている。空気導入口１１ｂは、第二室Ｒ２を形成する筐体１１に形成されている。空気導出口１１ｃは、第一室Ｒ１を形成する筐体１１に形成されている。換気用空気ブロワ１５は、空気導入口１１ｂに設けられており、筐体１１内を換気する。換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が空気導入口１１ｂを介して換気用空気ブロワ１５に吸入され、第二室Ｒ２に送出される。さらに、第二室Ｒ２内の気体（主として空気）は、仕切部材１２を通って第一室Ｒ１に流れ、第一室Ｒ１内の気体は、空気導出口１１ｃを介して外部に排出される。
【００４４】
（電力変換器５０）
燃料電池２４は、電力変換器５０を介して電源ライン５２と接続されている。電力変換器５０は、公知の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータを備えている。電力変換器５０には、燃料電池２４から出力された直流電力が入力される。昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力された直流電力を昇圧する。インバータは、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換して、電源ライン５２に出力する。電源ライン５２には、系統電源５１および外部負荷５３が接続されている。電力変換器５０は、電源ライン５２を介して外部負荷５３に電力を供給する。
【００４５】
また、電力変換器５０は、公知のＡＣ／ＤＣコンバータを備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータは、系統電源５１から供給された交流電力を直流電力に変換して、補機や制御装置６０に出力する。補機として、例えば、既述の改質水ポンプ４１ａ、流体機器４２ａである原料ポンプおよびカソードエアブロワ４４ａなどが挙げられる。また、補機として、例えば、既述の貯湯水循環ポンプ３２ａおよび換気用空気ブロワ１５などが挙げられる。さらに、補機として、例えば、既述の燃焼部温度センサ２９、第一温度センサ３２ｃ、第二温度センサ３２ｄおよび流量検出器４２ｂなどの各種センサ、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、燃焼触媒ヒータ２８ａおよび負荷３２ｂなどの各種ヒータなどが挙げられる。なお、補機は、上述の補機に限定されるものではない。
【００４６】
系統電源５１は、例えば、電気事業者（例えば、電力会社など）が保有する商用の配電線網から供給される交流電源をいう。系統電源５１は、単相であっても、多相（例えば、三相）であっても良い。系統電源５１は、外部負荷５３に電力を供給する。外部負荷５３は、電力を駆動源とする負荷であり、例えば、家庭用電気機器（電化製品など）、産業用電気機器（ロボットなど）が挙げられる。外部負荷５３は、一つであっても複数であっても良い。
【００４７】
（制御装置６０）
制御装置６０には、既述した補機が電気的に接続されている。図３に示すように、制御装置６０は、公知の中央演算装置６０ａ、記憶装置６０ｂおよび入出力インターフェース６０ｃを備えており、これらは、バス６０ｄを介して電気的に接続されている。制御装置６０は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、補機を含む外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。
【００４８】
中央演算装置６０ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置６０ｂは、第一記憶装置６０ｂ１および第二記憶装置６０ｂ２を備えている。第一記憶装置６０ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置６０ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。入出力インターフェース６０ｃは、補機を含む外部機器との間で、入出力信号を送受信する。
【００４９】
例えば、中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている補機の駆動制御プログラムを第一記憶装置６０ｂ１に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置６０ａは、当該駆動制御プログラムに基づいて、補機の駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、入出力インターフェース６０ｃおよびドライバ回路（図示略）などの駆動回路を介して、補機に付与される。このようにして、補機は、制御装置６０によって駆動制御される。以上のことは、電力変換器５０などの制御についても同様に言える。
【００５０】
＜制御装置６０による制御＞
図４に示すように、制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、流量制御部６１と、検出精度判定部６２と、流量検出値補正部６３とを備えている。また、制御装置６０は、図５に示すフローチャートに従って、制御プログラムを実行する。流量制御部６１は、ステップＳ１１、ステップＳ１４およびステップＳ１９に示す処理を行う。検出精度判定部６２は、ステップＳ１１に示す処理、並びに、ステップＳ１２およびステップＳ１３に示す判断を行う。流量検出値補正部６３は、ステップＳ１５〜ステップＳ１８に示す処理を行う。以下、各制御部および制御フローについて、図５〜図９を参照しつつ詳細に説明する。
【００５１】
（流量制御部６１）
流量制御部６１は、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄが流体（本実施形態では、改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと一致するように、流体機器４２ａを駆動制御する。また、流量制御部６１は、後述する検出精度判定部６２によって、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していることが認められたときに、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄの代わりに、流量検出値補正部６３によって補正された流量検出値Ｆｒｄである補正後流量検出値Ｆｒｈを用いて、流体機器４２ａを駆動制御する。流量制御部６１は、上述したように流体機器４２ａを駆動制御することができれば良く、限定されない。流量制御部６１は、公知の種々のフィードバック制御、フィードフォワード制御などによって、流体機器４２ａを駆動制御することができる。本実施形態では、流量制御部６１は、フィードバック制御によって、流体機器４２ａを駆動制御する。
【００５２】
図６に示すように、流量制御部６１は、目標流量値設定部６１ａと、減算器６１ｂと、選択器６１ｃと、制御部６１ｄと、ＰＷＭ信号生成部６１ｅと、デューティ比記憶部６１ｆとを備えている。目標流量値設定部６１ａは、燃料電池２４の発電電力（例えば、燃料電池２４の掃引電流）に応じて、流体機器４２ａが送出する流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆを設定する。燃料電池２４の発電電力と、流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆとの関係は、予めシミュレーション、実機による検証などによって取得しておくと良い。
【００５３】
減算器６１ｂには、目標流量値設定部６１ａによって設定された流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと、選択器６１ｃの出力値とが入力される。減算器６１ｂは、流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆから選択器６１ｃの出力値を減じて、偏差ΔＦｒを算出する。選択器６１ｃには、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄと、流量検出値補正部６３によって補正された流量検出値Ｆｒｄである補正後流量検出値Ｆｒｈとが入力される。選択器６１ｃは、検出精度判定部６２の判定結果に応じて、流量検出値Ｆｒｄまたは補正後流量検出値Ｆｒｈを出力する。
【００５４】
減算器６１ｂによって算出された偏差ΔＦｒは、制御部６１ｄに入力される。制御部６１ｄは、選択器６１ｃの出力値（流量検出値Ｆｒｄまたは補正後流量検出値Ｆｒｈ）が、流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御、積分制御および微分制御を行う。制御部６１ｄは、公知の比例演算器６１ｄ１と、積分演算器６１ｄ２と、微分演算器６１ｄ３と、加算器６１ｄ４とを備えている。
【００５５】
比例演算器６１ｄ１は、偏差ΔＦｒに比例ゲインＫｐを乗じた演算結果を出力する。積分演算器６１ｄ２は、偏差ΔＦｒを積分した積分値に積分ゲインＫｉを乗じた演算結果を出力する。微分演算器６１ｄ３は、偏差ΔＦｒを微分した微分値に微分ゲインＫｄを乗じた演算結果を出力する。加算器６１ｄ４は、比例演算器６１ｄ１の演算結果と、積分演算器６１ｄ２の演算結果と、微分演算器６１ｄ３の演算結果とを加算する。そして、制御部６１ｄは、加算器６１ｄ４の演算結果を、電圧指令値Ｖ＿ｒｅｆとしてＰＷＭ信号生成部６１ｅに出力する。なお、制御部６１ｄは、比例制御および積分制御のみを行う（微分制御を行わない）こともできる。この場合、加算器６１ｄ４は、比例演算器６１ｄ１の演算結果と、積分演算器６１ｄ２の演算結果とを加算する。
【００５６】
このように、制御部６１ｄは、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御を行うことができる。なお、伝達関数Ｇ（ｓ）は、下記数１で表すことができる。但し、ｓは、ラプラス演算子を示している。また、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉおよび微分ゲインＫｄは、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている。これらの制御ゲインは、燃料電池システム１の起動時に、第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。
（数１）
Ｇ（ｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｉ×１／ｓ＋Ｋｄ×ｓ
【００５７】
比例ゲインＫｐを大きくすると、偏差ΔＦｒを短時間に低減することができる。また、積分ゲインＫｉを大きくすると、偏差ΔＦｒによるオフセット（定常偏差）を短時間に解消することができる。さらに、微分ゲインＫｄを大きくすると、偏差ΔＦｒの振動を短時間に収束することができ、外乱に対して強くなる。これらの制御ゲインは、例えば、シミュレーション、実機による検証などによって予め取得しておくと良い。
【００５８】
流量制御部６１は、流体機器４２ａをパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって駆動制御すると好適である。本実施形態では、流量制御部６１は、ＰＷＭ信号生成部６１ｅを備えている。ＰＷＭ信号生成部６１ｅは、流体機器４２ａの電動機４２ａ１を駆動制御する電力変換器の複数のスイッチング素子（いずれも図示略）の駆動信号を生成する。
【００５９】
具体的には、ＰＷＭ信号生成部６１ｅには、制御部６１ｄから出力された電圧指令値Ｖ＿ｒｅｆと、上述した電力変換器に入力される直流電圧検出値と、ＰＷＭキャリア信号（三角波）とが入力される。ＰＷＭ信号生成部６１ｅは、電圧指令値Ｖ＿ｒｅｆを直流電圧検出値で除して変調率を算出する。ＰＷＭ信号生成部６１ｅは、算出された変調率と、ＰＷＭキャリア信号（三角波）とに基づいて、パルス信号（開閉信号）を生成する。生成されたパルス信号（開閉信号）は、ドライバ回路を介して、上述した電力変換器の各スイッチング素子の制御端子に付与される。なお、デューティ比は、パルス信号（開閉信号）の一周期におけるハイレベル（所定電圧値を超えている状態）の割合である。
【００６０】
このようにして、流量制御部６１は、燃料電池２４の発電電力に応じて、流体機器４２ａが送出する流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆを設定して、流量検出値Ｆｒｄまたは補正後流量検出値Ｆｒｈが流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと一致するように、流体機器４２ａを駆動制御することができる。なお、デューティ比記憶部６１ｆについては、後述する。
【００６１】
（検出精度判定部６２）
検出精度判定部６２は、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下しているか否かを判定する。検出精度判定部６２は、燃料電池２４に対して所定電力Ｐ０で第一時間ＰＴ１継続して発電させると好適である。そして、検出精度判定部６２は、第一時間ＰＴ１経過後の燃料電池２４の燃焼部２６の温度ＴＨＭが適正温度範囲ＴＲ０から外れた状態が第二時間ＰＴ２継続したときに、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していると判定すると好適である。
【００６２】
図７は、燃料電池２４の出力電力および燃焼部２６の温度ＴＨＭの経時変化の一例を示す図である。曲線Ｌ１１は、燃料電池２４の出力電力の経時変化の一例を示している。曲線Ｌ１２は、燃焼部２６の温度ＴＨＭの経時変化の一例を示している。縦軸は、曲線Ｌ１１において電力を示し、曲線Ｌ１２において温度を示している。横軸は、時刻を示している。
【００６３】
検出精度判定部６２は、まず、燃料電池２４に対して所定電力Ｐ０で第一時間ＰＴ１継続して発電させる（図５に示すステップＳ１１）。所定電力Ｐ０は、一定電力であれば良く、例えば、定格発電時の電力に設定することができる。また、第一時間ＰＴ１は、図７の曲線Ｌ１１に示すように、燃料電池２４の出力電力が所定電力Ｐ０で安定するまでに要する時間（時刻０から時刻ｔ１までの時間）である。第一時間ＰＴ１は、例えば、燃料電池２４が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の場合、一定発電状態で燃料電池モジュール２０の内部温度が安定する概ね一時間程度に設定すると良い。
【００６４】
また、流量制御部６１の目標流量値設定部６１ａは、所定電力Ｐ０に合わせて、流体機器４２ａが送出する流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ１１）。流量制御部６１は、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄが流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと一致するように、流体機器４２ａを駆動制御する。制御装置６０は、カソードエアブロワ４４ａが吐出する空気についても同様に制御し、改質水ポンプ４１ａが供給する改質水についても同様に制御する。
【００６５】
検出精度判定部６２は、所定電力Ｐ０で発電を開始してから、第一時間ＰＴ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。第一時間ＰＴ１が経過した場合（Ｙｅｓの場合）、検出精度判定部６２は、燃焼部２６の温度ＴＨＭが適正温度範囲ＴＲ０から外れた状態が第二時間ＰＴ２継続しているか否かを判断する（ステップＳ１３）。一方、第一時間ＰＴ１が経過していない場合（ステップＳ１２でＮｏの場合）、制御は、ステップＳ１１に戻り、第一時間ＰＴ１が経過するまで、ステップＳ１１の処理およびステップＳ１２の判断を繰り返す。
【００６６】
燃焼部２６の温度ＴＨＭは、図１に示す燃焼部温度センサ２９によって検出される。また、第二時間ＰＴ２は、図７の曲線Ｌ１２に示すように、燃焼部２６の温度ＴＨＭの変動を把握するのに要する時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）である。第二時間ＰＴ２が短くなる程、燃焼部２６の温度ＴＨＭの変動を把握することが困難になり、検出精度判定部６２は、瞬時温度に近い温度変動から、流量検出器４２ｂの検出精度の低下を判定することになる。一方、第二時間ＰＴ２が長くなる程、検出精度判定部６２の判定に要する所要時間が長くなる。第二時間ＰＴ２は、例えば、数分程度に設定することができる。さらに、適正温度範囲ＴＲ０は、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準を維持している場合において、燃料電池２４が一定の所定電力Ｐ０で第一時間ＰＴ１継続して発電したときの第一時間ＰＴ１経過後の燃料電池２４の燃焼部２６の温度範囲をいう。
【００６７】
既述したように、流量検出器４２ｂは、熱式の流量検出器であり、一対の温度測定部４２ｂ２によって測定される温度測定値の差分から流体（改質用原料）の流量を検出する。そのため、例えば、外気温や燃料電池システム１の運転状態（特に、高温になる燃料電池モジュール２０の運転状態）によって、燃料電池システム１の筐体１１内に設置されている流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡが変動すると、流量検出器４２ｂ内部を流れる流体（改質用原料）の流体温度ＴＦと雰囲気温度ＴＡとの温度差が大きくなり、流量検出器４２ｂ内部の一対の温度測定部４２ｂ２によって測定される温度測定値に影響が及び、流量検出器４２ｂの検出精度が低下する可能性がある。その結果、流量検出器４２ｂによって正確な流量計測ができなくなり、流体（改質用原料）の実際の流量と、流量検出器４２ｂによって計測された流体（改質用原料）の流量との間に差が生じ、燃料電池２４の発電効率の低下および機器への悪影響が生じる可能性がある。
【００６８】
燃焼部２６の温度ＴＨＭが適正温度範囲ＴＲ０から外れた状態が第二時間ＰＴ２継続している場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、流体機器４２ａから適切な流量で流体（改質用原料）が送出されていないものと考えられる。この場合、検出精度判定部６２は、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していると判断する。そして、流量検出値補正部６３は、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄを補正する。一方、燃焼部２６の温度ＴＨＭが適正温度範囲ＴＲ０から外れた状態が第二時間ＰＴ２継続していない場合（ステップＳ１３でＮｏの場合）、流体機器４２ａから適切な流量で流体（改質用原料）が送出されているものと考えられる。この場合、検出精度判定部６２は、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準を維持していると判断する。そして、制御は、一旦、終了する。
【００６９】
なお、図６に示す流量制御部６１の選択器６１ｃは、検出精度判定部６２によって、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していることが認められなかった（流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準を維持している）ときに、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄを選択して、選択器６１ｃの出力とする。一方、選択器６１ｃは、検出精度判定部６２によって、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していることが認められたときに、流量検出値補正部６３の出力である補正後流量検出値Ｆｒｈを選択して、選択器６１ｃの出力とする。
【００７０】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、検出精度判定部６２は、燃料電池２４に対して所定電力Ｐ０で第一時間ＰＴ１継続して発電させ、第一時間ＰＴ１経過後の燃料電池２４の燃焼部２６の温度ＴＨＭが適正温度範囲ＴＲ０から外れた状態が第二時間ＰＴ２継続したときに、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していると判定する。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池２４を含む燃料電池モジュール２０における熱サイクルを考慮して、流量検出器４２ｂの検出精度の低下を判定することができる。
【００７１】
また、本実施形態の燃料電池システム１によれば、流量制御部６１は、選択器６１ｃと、制御部６１ｄとを備える。選択器６１ｃは、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄと、流量検出値補正部６３によって補正された補正後流量検出値Ｆｒｈとが入力され、検出精度判定部６２の判定結果に応じて、流量検出値Ｆｒｄまたは補正後流量検出値Ｆｒｈを出力する。制御部６１ｄは、流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと選択器６１ｃの出力値との偏差ΔＦｒから、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御を行う。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、検出精度判定部６２の判定結果に応じて、流量検出値Ｆｒｄまたは補正後流量検出値Ｆｒｈを選択することが可能であり、選択器６１ｃの出力値を流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆと一致させることが容易である。
【００７２】
（流量検出値補正部６３）
流量検出値補正部６３は、検出精度判定部６２によって流量検出器４２ｂの検出精度の低下が認められたときに、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄを補正する。また、流量検出値補正部６３は、第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２との温度比ΔＴに応じて、流量検出値Ｆｒｄを補正する補正量を変更する。第一温度Ｔ１は、流体（本実施形態では、改質用原料）の流量を所定流量で一定にし、且つ、流量検出器４２ｂの発熱部４２ｂ１を発熱させた状態で検出される流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、発熱部４２ｂ１の発熱温度ＴＨとを加算した温度をいう。流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡは、雰囲気温度測定部４２ｂ５によって検出される。発熱部４２ｂ１の発熱温度ＴＨは、発熱部４２ｂ１が発熱しているときの発熱部４２ｂ１の温度であり、発熱部４２ｂ１の仕様によって規定される固定値である。このように、第一温度Ｔ１には、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、熱源である発熱部４２ｂ１による温度上昇分とが加味されている。
【００７３】
第二温度Ｔ２は、流体（改質用原料）の流量を所定流量で一定にし、且つ、流量検出器４２ｂの発熱部４２ｂ１を発熱させない状態で検出される流体（改質用原料）の流体温度ＴＦをいう。第二温度Ｔ２は、発熱部４２ｂ１を発熱させない状態で検出されるので、このときの一対の温度測定部４２ｂ２（上流側温度測定部４２ｂ３および下流側温度測定部４２ｂ４）の温度測定値は、同じになる。よって、第二温度Ｔ２は、一対の温度測定部４２ｂ２のうちの一方（上流側温度測定部４２ｂ３または下流側温度測定部４２ｂ４）によって検出することができる。なお、第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２を検出する際には、燃料電池２４の発電電力を一定（本実施形態では、所定電力Ｐ０で一定）にする。これにより、流体（改質用原料）の流量を所定流量で一定にすることができる。
【００７４】
第二温度Ｔ２は、流体（改質用原料）の流体温度ＴＦである。そのため、筐体１１内の雰囲気温度が変動しても、流体（改質用原料）が燃料電池２４に送出されている状態では、その影響は、極めて少ない。一方、第一温度Ｔ１は、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、発熱部４２ｂ１の発熱温度ＴＨとを加算した温度である。既述したように、発熱部４２ｂ１の発熱温度ＴＨは、固定値であるので、第一温度Ｔ１は、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡの変動に応じて増減する。
【００７５】
第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２との温度比ΔＴが小さい場合、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、流体（改質用原料）の流体温度ＴＦとの温度差も小さくなる。そのため、既述した流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡの変動に起因する流量検出器４２ｂの検出精度の低下は、少ない。一方、第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２との温度比ΔＴが大きくなる程、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、流体（改質用原料）の流体温度ＴＦとの温度差が大きくなる。そのため、既述した流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡの変動に起因する流量検出器４２ｂの検出精度の低下が顕著になる。
【００７６】
そこで、流量検出値補正部６３は、検出精度判定部６２によって、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していることが認められたときに、第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２との温度比ΔＴに応じて、流量検出値Ｆｒｄを補正する補正量を変更する。そして、流量制御部６１は、検出精度判定部６２によって、流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下していることが認められたときに、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄの代わりに、流量検出値補正部６３によって補正された流量検出値Ｆｒｄである補正後流量検出値Ｆｒｈを用いて、流体機器４２ａを駆動制御する。
【００７７】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御装置６０は、流量制御部６１と、検出精度判定部６２と、流量検出値補正部６３とを備える。これにより、検出精度判定部６２によって流量検出器４２ｂの検出精度の低下が認められたときに、流量検出値補正部６３が、温度比ΔＴに応じて流量検出値Ｆｒｄを補正する補正量を変更し、流量制御部６１が、流量検出値補正部６３によって補正された流量検出値Ｆｒｄ（補正後流量検出値Ｆｒｈ）を用いて、流体機器４２ａを駆動制御することができる。よって、本実施形態の燃料電池システム１は、熱式の流量検出器４２ｂの検出精度が所定水準より低下したときに、流体機器４２ａから送出する流体（改質用原料）の目標流量（目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆ）を確保することができ、燃料電池２４の発電効率の低下を抑制することができる。
【００７８】
また、流量検出値補正部６３は、発熱部４２ｂ１を発熱させない状態で流体（改質用原料）の流体温度ＴＦである第二温度Ｔ２を検出する。つまり、本実施形態の燃料電池システム１によれば、流量検出器４２ｂによって、流体（改質用原料）の流体温度ＴＦを検出することができる。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、流体（改質用原料）の流体温度ＴＦを検出するために、別途、温度検出器を設ける必要がなく、燃料電池システム１の小型化および製造コストの抑制を図ることができる。
【００７９】
逆に、流量検出値補正部６３が少なくとも第二温度Ｔ２を検出する際には、流量検出器４２ｂは、流体（改質用原料）の流量を検出することができなくなる。その結果、流量制御部６１は、流量検出値補正部６３が少なくとも第二温度Ｔ２を検出する際には、流体機器４２ａを駆動制御することができなくなる。なお、燃料電池２４を発電する際の電力（本実施形態では、所定電力Ｐ０）が一定であれば、流体（改質用原料）の目標流量値Ｆｒ＿ｒｅｆが一義的に決まり、流体機器４２ａの電動機４２ａ１をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する際のデューティ比も一義的に決定することができ、いわゆるオープン制御が可能であるとも思われる。しかしながら、流体機器４２ａおよび電動機４２ａ１の個体差、経年変化、流体（改質用原料）の流路における圧損などによって、適正なデューティ比が変動する可能性がある。特に、本実施形態の流体機器４２ａは、ダイヤフラムポンプであり、経年変化の影響を受け易い。
【００８０】
そこで、流量制御部６１は、燃料電池２４が一定の所定電力Ｐ０で第一時間ＰＴ１継続して発電したときの第一時間ＰＴ１経過後のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御のデューティ比を記憶しておくと好適である。そして、流量制御部６１は、流量検出値補正部６３が第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２のうちの少なくとも第二温度Ｔ２を検出する際に、記憶しておいたデューティ比一定で流体機器４２ａを駆動制御すると好適である。
【００８１】
具体的には、図５に示すステップＳ１３でＹｅｓの場合、流量制御部６１は、負荷３２ｂを使用可能にして、オープン制御を行う（ステップＳ１４）。既述したように、流体（改質用原料）の流量を所定流量で一定にするため、第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２を検出する際には、燃料電池２４の発電電力を一定（所定電力Ｐ０で一定）にする。そのため、燃料電池２４の発電電力と、外部負荷５３の消費電力との間で不均衡が生じ、余剰電力が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、図１に示す負荷３２ｂにおいて、燃料電池２４の余剰電力を消費可能にする。既述したように、負荷３２ｂは、自立運転時および自立運転時以外のいずれにおいても、燃料電池２４の余剰電力を消費することができる。また、負荷３２ｂは、例えば、貯湯水循環ライン３２を加熱して、貯湯水循環ライン３２の凍結を抑制することができる。なお、余剰電力は、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、燃焼触媒ヒータ２８ａなどで消費させても良い。
【００８２】
また、第一時間ＰＴ１経過後のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御のデューティ比は、ステップＳ１２でＹｅｓの場合に、図３に示す第一記憶装置６０ｂ１（図６に示すデューティ比記憶部６１ｆ）に記憶しておくことができる。本実施形態では、流量制御部６１は、流量検出値補正部６３が第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２を検出する際に、第一記憶装置６０ｂ１（デューティ比記憶部６１ｆ）に記憶しておいたデューティ比一定で、流体機器４２ａを駆動制御する。具体的には、図６に示すＰＷＭ信号生成部６１ｅは、流量検出値補正部６３が第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２を検出する際に、第一記憶装置６０ｂ１（デューティ比記憶部６１ｆ）に記憶しておいたデューティ比一定で、パルス信号（開閉信号）を生成する。
【００８３】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、流量制御部６１は、流体機器４２ａをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって駆動制御する。また、流量制御部６１は、燃料電池２４が一定の所定電力Ｐ０で第一時間ＰＴ１継続して発電したときの第一時間ＰＴ１経過後のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御のデューティ比を記憶しておき、流量検出値補正部６３が第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２のうちの少なくとも第二温度Ｔ２を検出する際に、記憶しておいたデューティ比一定で流体機器４２ａを駆動制御する。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、流量検出値補正部６３による制御によって流体（改質用原料）の流量を検出することができない場合に、いわゆるオープン制御で流体機器４２ａを駆動制御することができる。
【００８４】
また、温度比ΔＴは、第一温度Ｔ１を第二温度Ｔ２で除して算出されると好適である。そして、流量検出値補正部６３は、温度比ΔＴと、流量検出値Ｆｒｄの補正量である補正係数ＫＴとの相関関係に基づいて、検出された温度比ΔＴに対応する補正係数ＫＴを出力し、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄに出力された補正係数ＫＴを乗じて、補正後流量検出値Ｆｒｈを導出すると好適である。
【００８５】
図８は、流体機器４２ａの雰囲気温度ＴＡ、流体温度ＴＦに対する第一温度Ｔ１、第二温度Ｔ２、温度比ΔＴおよび補正係数ＫＴの関係の一例を示す図である。まず、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡが雰囲気温度ＴＡ１の場合を考える。流体（改質用原料）の流体温度ＴＦは、流体温度ＴＦ１とする。このとき、第一温度Ｔ１は、雰囲気温度ＴＡ１と、発熱部４２ｂ１の発熱温度ＴＨ（固定値）とを加算した温度になり、第二温度Ｔ２は、流体温度ＴＦ１になる。このときの温度比ΔＴ１は、第一温度Ｔ１を第二温度Ｔ２で除した値になり、下記数２で示される。雰囲気温度ＴＡ１と流体温度ＴＦ１とは一致しているものとする。この場合、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡ１に起因する流量検出器４２ｂの検出精度の低下は、生じない。よって、このときの補正係数ＫＴ１は、１とする。
（数２）
ΔＴ１＝（ＴＡ１＋ＴＨ）／ＴＦ１
【００８６】
次に、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡが雰囲気温度ＴＡ２の場合を考える。流体（改質用原料）の流体温度ＴＦは、流体温度ＴＦ１で変化しないものとする。このとき、第一温度Ｔ１は、雰囲気温度ＴＡ２と、発熱部４２ｂ１の発熱温度ＴＨ（固定値）とを加算した温度になり、第二温度Ｔ２は、流体温度ＴＦ１になる。このときの温度比ΔＴ２は、下記数３で示される。雰囲気温度ＴＡ２は、流体温度ＴＦ１と比べて高くなっている。この場合、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡ２に起因する流量検出器４２ｂの検出精度の低下がみられ、このときの補正係数ＫＴを補正係数ＫＴ２とする。補正係数ＫＴ２は、１より大きいものとする。
（数３）
ΔＴ２＝（ＴＡ２＋ＴＨ）／ＴＦ１
【００８７】
流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡが雰囲気温度ＴＡ３の場合も同様である。但し、このときの温度比ΔＴ３は、雰囲気温度ＴＡ２の場合の温度比ΔＴ２と比べて大きいものとする。この場合、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡ３に起因する流量検出器４２ｂの検出精度の低下がさらに顕著になる。そのため、このときの補正係数ＫＴ３は、補正係数ＫＴ２と比べて大きくする。なお、補正係数ＫＴ２および補正係数ＫＴ３は、予め、シミュレーション、実機による検証などによって取得しておくと良い。例えば、別途、検証用の流量検出器を流体（改質用原料）の流路に設けて、比較検証を行うことができる。この場合、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄと、検証用の流量検出器によって検出された流量検出値（真値）との偏差から、検出精度の低下率を算出することができる。そして、検出精度の低下率の逆数を、補正係数ＫＴとすることができる。
【００８８】
図９は、温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係の一例を示す図である。曲線Ｌ２１は、温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係を示している。縦軸は、補正係数ＫＴを示し、横軸は、温度比ΔＴを示している。曲線Ｌ２１は、上述した図８に示す温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの関係を線形補間して生成することができる。温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係（曲線Ｌ２１）は、例えば、マップ、関係式などに変換され、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくことができる。温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係は、燃料電池システム１の起動時に、第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。なお、曲線Ｌ２１は、上述した図８に示す温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの関係を二次以上の多項式で補間して生成することもできる。
【００８９】
図５に示すステップＳ１４の後に、流量検出値補正部６３は、第一温度Ｔ１を検出する（ステップＳ１５）。また、流量検出値補正部６３は、第二温度Ｔ２を検出する（ステップＳ１６）。そして、流量検出値補正部６３は、第一温度Ｔ１を第二温度Ｔ２で除して温度比ΔＴを算出する。また、流量検出値補正部６３は、図９に示す温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係に基づいて、温度比ΔＴに対応する補正係数ＫＴを出力する（ステップＳ１７）。流量検出値補正部６３は、例えば、温度比ΔＴ２のときに補正係数ＫＴ２を出力する。流量検出値補正部６３は、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄに、出力された補正係数ＫＴを乗じて、補正後流量検出値Ｆｒｈを導出する（ステップＳ１８）。
【００９０】
次に、流量制御部６１は、発熱部４２ｂ１を発熱させ、負荷３２ｂを使用不可にして、オープン制御から負荷追従制御に移行させる（ステップＳ１９）。そして、制御は、一旦、終了する。第二温度Ｔ２は、発熱部４２ｂ１を発熱させない状態で検出される。そのため、上述した制御が終了した場合、流体（改質用原料）の流量を検出するために、発熱部４２ｂ１を発熱させる必要がある。また、上述した制御では、流体（改質用原料）の流量を一定にするため、燃料電池２４は、一定の所定電力Ｐ０で発電している。そのため、上述した制御が終了した場合、負荷３２ｂを使用不可にして、オープン制御から負荷追従制御に移行させる。負荷追従制御は、外部負荷５３の消費電力に追従して、燃料電池２４の発電電力を設定する制御である。
【００９１】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、温度比ΔＴは、第一温度Ｔ１を第二温度Ｔ２で除して算出される。そして、流量検出値補正部６３は、温度比ΔＴと流量検出値Ｆｒｄの補正量である補正係数ＫＴとの相関関係に基づいて、検出された温度比ΔＴに対応する補正係数ＫＴを出力し、流量検出器４２ｂによって検出された流量検出値Ｆｒｄに出力された補正係数ＫＴを乗じて、補正後流量検出値Ｆｒｈを導出する。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、温度比ΔＴと補正係数ＫＴとの相関関係に基づいて、容易に補正後流量検出値Ｆｒｈを導出することができる。
【００９２】
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、流体は、燃料電池２４に送出されるものであれば良く、改質用原料に限定されるものではない。流体は、例えば、酸化剤ガスである空気であっても良い。但し、空気は、改質用原料と比べて、熱量が少ない。また、本実施形態では、筐体１１内の空気は、カソードエアブロワ４４ａによって直接、燃料電池２４に送出される。そのため、流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、流体温度ＴＦとの間に温度差が生じにくい。流量検出器４２ｂの雰囲気温度ＴＡと、流体温度ＴＦとの間に温度差が生じる形態において、実施形態で既述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１：燃料電池システム、
２２：蒸発部、２３：改質部、２４：燃料電池、２６：燃焼部、
４２ａ：流体機器、４２ｂ：流量検出器、
４２ｂ１：発熱部、４２ｂ２：一対の温度測定部、
６０：制御装置、
６１：流量制御部、６１ｃ：選択器、６１ｄ：制御部、
６２：検出精度判定部、６３：流量検出値補正部。
【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】
2018006142.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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