(57)【要約】【課題】流量検出手段および圧力検出手段を用いることなく、流体機器を駆動制御可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】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、燃料電池を収容するケーシングと、ケーシング内の雰囲気温度を検出する温度センサ（２９）と、発電に使用する流体を燃料電池に送出する流体機器（４４ａ）と、流体機器（４４ａ）を駆動制御する制御装置（６０）と、を備える。制御装置（６０）は、温度センサ（２９）によって検出されたケーシング内の雰囲気温度（ＴＨ）に基づいて、流体機器（４４ａ）を駆動制御する際の制御量（ＤＦ）を設定する流体機器制御部（６３）を備える。【選択図】図３
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【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、
前記燃料電池を収容するケーシングと、
前記ケーシング内の雰囲気温度を検出する温度センサと、
発電に使用する流体を前記燃料電池に送出する流体機器と、
前記流体機器を駆動制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記温度センサによって検出された前記ケーシング内の前記雰囲気温度に基づいて、前記流体機器を前記駆動制御する際の制御量を設定する流体機器制御部を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記流体機器を通過する前記流体の入力側圧力と出力側圧力とが同じ圧力のときの前記ケーシング内の状態を第一状態とし、前記燃料電池の発電に伴って前記ケーシング内の内圧が上昇して前記流体機器の前記入力側圧力と比べて前記出力側圧力が高くなっているときの前記ケーシング内の状態を第二状態とするとき、
前記流体機器制御部は、前記第一状態において前記流体機器を前記駆動制御する際に必要な前記制御量である基本制御量と、前記ケーシング内の前記雰囲気温度に応じて設定され前記基本制御量を補正する補正制御量とを加算して、前記第二状態において前記流体機器を前記駆動制御する際に必要な前記制御量を算出し設定する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記流体機器が送出する前記流体の目標送出量と前記基本制御量との間の相関関係である基本相関関係と、
前記流体機器が送出する前記流体の前記目標送出量に応じて設定され、前記ケーシング内の前記雰囲気温度と前記補正制御量との間の相関関係である補正相関関係と、
を規定する相関関係規定部を備え、
前記流体機器制御部は、前記基本相関関係に基づいて前記流体機器が送出する前記流体の前記目標送出量に対応する前記基本制御量を取得し、前記補正相関関係に基づいて前記流体の前記目標送出量および前記温度センサによって検出された前記ケーシング内の前記雰囲気温度の両方に対応する前記補正制御量を取得する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記基本相関関係および前記補正相関関係は、テーブルとして前記制御装置の記憶装置に記憶されている請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
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、
を前記ケーシング内に備え、
前記流体は、前記酸化剤ガスであり、
前記温度センサは、前記蒸発部と前記燃料電池との間および前記改質部と前記燃料電池との間に形成され前記燃料のオフガスと前記酸化剤ガスのオフガスとが燃焼する燃焼部の温度を検出する請求項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に記載の燃料改質システムは、改質器と、供給量調整手段と、圧力検出手段と、補正手段とを備えている。改質器は、改質水を用いた水蒸気改質反応によって改質燃料を改質して、水素を含む燃料ガスを生成する。供給量調整手段は、改質器へ供給する改質水の供給量を調整する。圧力検出手段は、改質器内のガス圧力を検出する。補正手段は、圧力検出手段によって検出されるガス圧力の変動量に基づいて、供給量調整手段による改質水の供給量を補正する。これらにより、特許文献１に記載の発明は、水蒸気流量を検出する流量計などの高価な検出器を用いることなく、改質水の供給量を最適化しようとしている。
【０００３】
一方、特許文献２に記載のガス流量制御装置は、燃料ガス供給装置と、制御部とを備えている。燃料ガス供給装置には、燃料電池の出口から入口に向かって帰還するループ状の循環流路が接続されている。循環流路には、燃料電池の入口に近い位置から、流量計、ループ内減圧弁、昇圧ポンプが順に配置して設けられている。制御部は、燃料電池の発電時に、流量計が計測した流量が予め設定される性能評価条件の目標設定流量に近づくように、ループ内減圧弁の開閉を制御する。これらにより、特許文献２に記載の発明は、燃料電池に供給するガスの流量制御を可能にしようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４４０６２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６５０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、補正手段は、圧力検出手段によって検出される改質器内のガス圧力の変動量に基づいて、供給量調整手段による改質水の供給量を補正する。そのため、特許文献１に記載の発明では、圧力検出手段が必要であり、燃料改質システムの大型化、製造コストの増大を招く可能性がある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の発明では、制御部は、流量計の流量計測値に基づいて、ループ内減圧弁を開閉制御する。そのため、特許文献２に記載の発明では、流量計およびループ内減圧弁が必要であり、燃料ガス供給装置の大型化、製造コストの増大を招く可能性がある。
【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、流量検出手段および圧力検出手段を用いることなく、流体機器を駆動制御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、前記燃料電池を収容するケーシングと、前記ケーシング内の雰囲気温度を検出する温度センサと、発電に使用する流体を前記燃料電池に送出する流体機器と、前記流体機器を駆動制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記温度センサによって検出された前記ケーシング内の前記雰囲気温度に基づいて、前記流体機器を前記駆動制御する際の制御量を設定する流体機器制御部を備える。
【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、流体機器制御部を備える。流体機器制御部は、温度センサによって検出されたケーシング内の雰囲気温度に基づいて、流体機器を駆動制御する際の制御量を設定する。これにより、制御装置は、流量検出手段および圧力検出手段を用いることなく、流体機器を駆動制御することができる。また、温度センサは、一般に、流量検出手段および圧力検出手段と比べて、小型化および低コスト化が容易である。そのため、本発明に係る燃料電池システムは、流量検出手段および圧力検出手段に起因する燃料電池システムの大型化および製造コストの増大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】制御装置６０の一例を示す構成図である。
【図３】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４】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５Ａ】掃引電流Ｉｄｃと燃料流量ＱＦとの間の相関関係の一例を示す図である。
【図５Ｂ】ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨとＳ／Ｃ比との間の相関関係の一例を示す図である。
【図５Ｃ】掃引電流Ｉｄｃと酸化剤ガス流量ＱＡとの間の相関関係の一例を示す図である。
【図６】温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨの温度検出値を格納する記憶領域の一例を示す模式図である。
【図７Ａ】酸化剤ガス流量ＱＡ（目標送出量）と基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係の一例を示す図である。
【図７Ｂ】ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間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、材質などは限定されない。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容されている。燃料電池モジュール２０は、少なくとも、ケーシング２１と、燃料電池２４とを備えており、ケーシング２１は、少なくとも、燃料電池２４を収容する。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とが配設されており、ケーシング２１は、蒸発部２２と、改質部２３と、燃料電池２４とを収容している。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と燃料電池２４との間および改質部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。改質用原料として、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、改質用原料として、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と、圧力センサ４１ｂとが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を送出する。圧力センサ４１ｂは、改質水ポンプ４１ａの出力側に設けられ、改質水ポンプ４１ａが送出する改質水の水圧を検出する。改質水ポンプ４１ａおよび圧力センサ４１ｂは、公知の改質水（イオン交換水）用のポンプおよび圧力センサを用いることができる。
【００１８】
改質水ポンプ４１ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、制御装置６０は、改質水の送出量（供給量）が目標送出量（目標供給量）になるように、改質水ポンプ４１ａを駆動制御する。改質水の送出量（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。このようにして、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。
【００１９】
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、原料ポンプ４２ａと、流量センサ４２ｂと、脱硫器４２ｃとが設けられている。原料ポンプ４２ａは、脱硫器４２ｃに改質用原料を送出する。原料ポンプ４２ａは、例えば、ダイヤフラムポンプなどの公知の改質用原料用のポンプを用いることができる。
【００２０】
原料ポンプ４２ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、制御装置６０は、改質用原料の送出量（供給量）が目標送出量（目標供給量）になるように、原料ポンプ４２ａを駆動制御する。改質用原料の送出量（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。このようにして、原料ポンプ４２ａは、改質用原料を吸入し、蒸発部２２に送出（圧送）する。
【００２１】
流量センサ４２ｂは、改質用原料の流量（単位時間あたりの流量）を検出する。流量センサ４２ｂは、例えば、熱式流量センサなどの公知の流量センサを用いることができる。熱式流量センサとして、例えば、キャピラリ式流量センサ、熱線式流量センサ、フローセンサ式流量センサなどが挙げられる。キャピラリ式流量センサは、改質用原料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。熱線式流量センサは、改質用原料の流路に直接、発熱部および一対の温度測定部を配設する。フローセンサ式流量センサは、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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燃料である改質ガスを生成する。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。
【００２４】
生成されたガス（いわゆる改質ガス）は、燃料電池２４の燃料極層に導出される。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。
【００２５】
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、燃料極層と、酸化剤ガス極層と、両極の間に形成される電解質層とを備える。燃料電池２４は、種々の燃料電池を用いることができる。燃料電池２４として、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、電解質層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の燃料極層には、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の各々の燃料極層側には、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の各々の酸化剤ガス極層側には、酸化剤ガスである空気（カソードエアともいう。）が流通する酸化剤ガス流路２４ｃが形成されている。
【００２６】
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。
【００２７】
カソードエア供給管４４の一端側は、酸化剤ガス流路２４ｃの一端（下端）側に接続されており、カソードエア供給管４４の他端側は、流体機器４４ａに接続されている。流体機器４４ａは、発電に使用する流体を燃料電池２４に送出する。本実施形態では、流体は、酸化剤ガスである空気（カソードエア）をいう。流体機器４４ａは、発電に使用する流体を燃料電池２４に送出することができれば良く、その構成は、限定されない。本実施形態では、流体機器４４ａとして、例えば、公知のブロワ（カソードエアブロワ）を用いることができる。流体機器４４ａによって送出された流体（酸化剤ガスである空気）は、カソードエア供給管４４を介して酸化剤ガス流路２４ｃに供給される。流体（酸化剤ガスである空気）は、酸化剤ガス流路２４ｃの一端（下端）側から導入され、酸化剤ガス流路２４ｃの他端（上端）側から導出される。
【００２８】
流体機器４４ａは、第二室Ｒ２内に配設されている。流体機器４４ａは、第二室Ｒ２内の流体（酸化剤ガスである空気）を吸入し、燃料電池２４の酸化剤ガス極層に送出する。流体機器４４ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、制御装置６０は、流体（酸化剤ガスである空気）の送出量（供給量）が目標送出量（目標供給量）になるように、流体機器４４ａを駆動制御する。流体（酸化剤ガスである空気）の送出量（供給量）は、例えば、流体（酸化剤ガスである空気）の流量で表すことができ、流体（酸化剤ガスである空気）の流量は、例えば、流体（酸化剤ガスである空気）の単位時間あたりの流量で示すことができる。
【００２９】
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の各々の燃料極層に供給された燃料と、酸化剤ガス極層に供給された流体（酸化剤ガスである空気）とにより発電が行われる。つまり、燃料極層では、下記化１および化２に示す反応が生じ、酸化剤ガス極層では、下記化３に示す反応が生じる。このように、酸化剤ガス極層で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質層を透過し、燃料極層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流体（酸化剤ガスである空気）は、酸化剤ガス流路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−
【００３０】
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、酸化剤ガス流路２４ｃから導出された発電に使用されなかった流体（酸化剤ガスである空気）とが燃焼する。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。図１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。燃焼排ガスは、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。
【００３１】
このように、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、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。また、ケーシング２１内には、温度センサ２９が設けられている。温度センサ２９は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨを検出する。本実施形態では、温度センサ２９は、燃焼部２６に設けられており、燃焼部２６の温度を検出する。温度センサ２９は、熱電対などの公知の温度センサを用いることができる。温度センサ２９によって検出された検出結果（温度検出値）は、制御装置６０に送信される。なお、温度センサ２９は、例えば、蒸発部２２に設けることもでき、改質部２３に設けることもできる。また、温度センサ２９は、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２の近傍に設けることもできる。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、自立ヒータ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１の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。
【００３５】
自立ヒータ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、自立ヒータ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。自立ヒータ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。自立ヒータ３２ｂは、例えば、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（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（いずれも図示略）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。
【００４４】
また、電力変換器５０は、公知のＡＣ／ＤＣコンバータ（図示略）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、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、原料ポンプ４２ａおよび流体機器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、既述の温度センサ２９、第一温度センサ３２ｃ、第二温度センサ３２ｄ、圧力センサ４１ｂおよび流量センサ４２ｂなどの各種センサなどが挙げられる。また、補機として、例えば、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、燃焼触媒ヒータ２８ａおよび自立ヒータ３２ｂなどの各種ヒータなどが挙げられる。なお、補機は、上述した補機に限定されるものではない。
【００４５】
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。
【００４６】
（制御装置６０）
図２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。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている流体機器４４ａ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、流体機器４４ａ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、流体機器４４ａに付与される。このようにして、流体機器４４ａは、制御装置６０によって駆動制御される。上述したことは、他の補機の制御についても同様に言え、電力変換器５０などの制御についても同様に言える。
【００４９】
＜制御装置６０による制御＞
図３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、目標流量設定部６１と、温度取得部６２と、流体機器制御部６３と、相関関係規定部６４と、制御統括部６５とを備えている。また、制御装置６０は、図４に示すフローチャートに従って、流体機器４４ａの駆動制御プログラムを実行する。目標流量設定部６１は、ステップＳ１１およびステップＳ１４に示す処理を行う。温度取得部６２は、ステップＳ１２に示す処理を行う。流体機器制御部６３は、相関関係規定部６４によって規定された基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒを参照しつつ、ステップＳ１５〜ステップＳ１７に示す処理を行う。制御統括部６５は、流体機器４４ａの駆動制御を統括し、ステップＳ１０およびステップＳ１９に示す処理、並びに、ステップＳ１３およびステップＳ１８に示す判断を行う。
【００５０】
制御統括部６５は、所定時間ＰＴ１を計時するタイマを設定し（図４のステップＳ１０）、所定時間ＰＴ１が経過するまで（図４のステップＳ１８でＹｅｓになるまで）、目標流量設定部６１、温度取得部６２、流体機器制御部６３および相関関係規定部６４による処理を実行させる。以下、各制御部および制御フローについて、図４〜図７Ｂを参照しつつ詳細に説明する。
【００５１】
（目標流量設定部６１）
目標流量設定部６１は、流体機器４４ａが送出する流体の目標送出量（目標供給量）を設定する。既述したように、本実施形態では、流体は、酸化剤ガスである空気なので、目標流量設定部６１は、酸化剤ガスである空気の目標送出量を設定する。また、既述したように、流体の送出量は、流量（単位時間あたりの流量）で示すことができる。よって、本実施形態では、目標流量設定部６１は、流体の目標送出量として、酸化剤ガス流量ＱＡ（酸化剤ガスである空気の単位時間あたりの流量）を設定する。
【００５２】
目標流量設定部６１は、酸化剤ガス流量ＱＡ以外にも、改質用原料の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。燃料流量ＱＦは、原料ポンプ４２ａが送出する改質用原料の目標送出量（目標供給量）であり、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。また、目標流量設定部６１は、改質水の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。改質水流量ＱＷは、改質水ポンプ４１ａが送出する改質水の目標送出量（目標供給量）であり、改質水の単位時間あたりの流量で示すことができる。
【００５３】
具体的には、目標流量設定部６１は、まず、燃料電池２４の発電（運転）状態を取得する（図４のステップＳ１１）。燃料電池２４の発電（運転）状態は、例えば、上位の制御装置から取得することができる。目標流量設定部６１は、例えば、燃料電池２４が発電する発電電力の掃引電流Ｉｄｃ（第一掃引電流Ｉｄｃ１）を取得する。また、目標流量設定部６１は、後述する温度取得部６２によって取得されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（第一雰囲気温度ＴＨ１）を取得する。
【００５４】
制御統括部６５は、燃料電池２４の発電（運転）状態が正常であるか否かを判断する（図４のステップＳ１３）。制御統括部６５は、例えば、発電電力に対して、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（第一雰囲気温度ＴＨ１）が適切な温度範囲にあるか否かによって、燃料電池２４の発電（運転）状態が正常であるか否かを判断することができる。燃料電池２４の発電（運転）状態が正常の場合（Ｙｅｓの場合）、目標流量設定部６１は、目標送出量（目標供給量）である目標流量（燃料流量ＱＦ、改質水流量ＱＷおよび酸化剤ガス流量ＱＡ）を設定する（ステップＳ１４）。
【００５５】
図５Ａの曲線Ｌ１１は、掃引電流Ｉｄｃと燃料流量ＱＦとの間の相関関係の一例を示している。同図の横軸は、掃引電流Ｉｄｃを示し、縦軸は、燃料流量ＱＦを示している。目標流量設定部６１は、曲線Ｌ１１に示す相関関係に基づいて、第一掃引電流Ｉｄｃ１に対応する燃料流量ＱＦである第一燃料流量ＱＦ１を取得する。目標流量設定部６１は、原料ポンプ４２ａが送出する改質用原料の目標送出量（目標供給量）として、第一燃料流量ＱＦ１を設定する。
【００５６】
図５Ｂの曲線Ｌ１２は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨとＳ／Ｃ比との間の相関関係の一例を示している。同図の横軸は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨを示し、縦軸は、Ｓ／Ｃ比を示している。Ｓ／Ｃ比は、水蒸気改質反応の際に供給する水蒸気と、改質用原料に含まれる炭素とのモル比をいう。目標流量設定部６１は、曲線Ｌ１２に示す相関関係に基づいて、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（第一雰囲気温度ＴＨ１）に対応するＳ／Ｃ比である第一値ＳＣ１を取得する。目標流量設定部６１は、上述した第一燃料流量ＱＦ１と第一値ＳＣ１とから、このときの改質水流量ＱＷである第一改質水流量ＱＷ１を導出することができる。目標流量設定部６１は、改質水ポンプ４１ａが送出する改質水の目標送出量（目標供給量）として、第一改質水流量ＱＷ１を設定する。
【００５７】
図５Ｃの曲線Ｌ１３は、掃引電流Ｉｄｃと酸化剤ガス流量ＱＡとの間の相関関係の一例を示している。同図の横軸は、掃引電流Ｉｄｃを示し、縦軸は、酸化剤ガス流量ＱＡを示している。目標流量設定部６１は、曲線Ｌ１３に示す相関関係に基づいて、第一掃引電流Ｉｄｃ１に対応する酸化剤ガス流量ＱＡである第一酸化剤ガス流量ＱＡ１を取得する。目標流量設定部６１は、流体機器４４ａが送出する酸化剤ガスである空気の目標送出量（目標供給量）として、第一酸化剤ガス流量ＱＡ１を設定する。
【００５８】
以上により、目標流量設定部６１は、燃料電池２４の発電電力に応じた改質用原料の目標送出量（目標供給量）を設定することができ、燃料電池２４の発電電力に応じた酸化剤ガスである空気の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。また、目標流量設定部６１は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨおよび燃料電池２４の発電電力に応じた改質水の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。
【００５９】
なお、図５Ａの曲線Ｌ１１、図５Ｂの曲線Ｌ１２および図５Ｃの曲線Ｌ１３で示す相関関係は、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き、テーブル、マップ、関係式などに変換して、図２の第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。目標流量設定部６１は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているこれらの相関関係を第一記憶装置６０ｂ１に読み出して参照することができる。また、上述した目標送出量（目標供給量）の設定方法は、一例であり、上述した方法に限定されるものではない。目標送出量（目標供給量）は、例えば、燃料電池モジュール２０の特性、安全性、各種動作条件、補機の動作状況などを考慮して、設定することができる。
【００６０】
（温度取得部６２）
温度取得部６２は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨを取得する（図４のステップＳ１２）。既述したように、本実施形態では、温度センサ２９は、燃焼部２６の温度を検出するので、温度取得部６２は、燃焼部２６の温度を取得する。
【００６１】
ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）は、燃料電池２４の発電（運転）状態が一定であっても、若干、変動している。そのため、温度取得部６２は、温度センサ２９に対して、所定時間間隔でケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を検出させて、温度センサ２９によって検出された複数の温度検出値から、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得すると好適である。
【００６２】
例えば、図６に示すように、温度取得部６２は、図２に示す第一記憶装置６０ｂ１において、温度センサ２９によって検出された複数の温度検出値を格納する複数（同図では、２０個）の連続する記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）を備えている。記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）は、例えば、先入れ先出し（ＦＩＦＯ：Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ  Ｏｕｔ）方式で構成されている。
【００６３】
具体的には、温度センサ２９によって検出された温度検出値は、まず、記憶領域Ｍ１に格納される。次に、温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出されると、記憶領域Ｍ１に格納されていた温度検出値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく検出された温度検出値は、記憶領域Ｍ１に格納される。次に、温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出されると、記憶領域Ｍ２に格納されていた温度検出値は、記憶領域Ｍ３に移動され、記憶領域Ｍ１に格納されていた温度検出値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく検出された温度検出値は、記憶領域Ｍ１に格納される。これを温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出される度に繰り返す。
【００６４】
記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）の全ての記憶領域において、温度検出値が格納された後に、温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出されると、最も古い検出値である記憶領域Ｍ２０に格納されていた温度検出値が破棄されて、次に古い検出値である記憶領域Ｍ１９に格納されていた温度検出値が、記憶領域Ｍ２０に移動される。記憶領域Ｍ１８〜記憶領域Ｍ１に格納されていた温度検出値についても同様に、一つずつ移動される。そして、新しく検出された温度検出値は、記憶領域Ｍ１に格納される。これを温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出される度に繰り返す。
【００６５】
また、複数（例えば、１０個）の温度検出値を平均して平均値を算出してから、当該平均値を記憶領域Ｍ１に格納することもできる。次に、複数（１０個）の温度検出値の平均値が算出されると、記憶領域Ｍ１に格納されていた複数（１０個）の温度検出値の平均値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく算出された複数（１０個）の温度検出値の平均値は、記憶領域Ｍ１に格納される。以降、上述した方法と同様にして、複数（１０個）の温度検出値の平均値を、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）に格納することができる。
【００６６】
温度取得部６２は、例えば、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）に記憶されている複数（２０個）の温度検出値を平均して、複数（２０個）の温度検出値の平均値をケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）として取得することができる。なお、時系列データを平滑化することができれば良く、算出方法などは、限定されない。例えば、平均は、個々のデータに重み付けを行わない単純平均であっても良く、個々のデータに重み付けを行う加重平均であっても良い。
【００６７】
また、例えば、燃料電池２４の発電状態が大きく変化している状態では、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）の変化量も大きくなる。このときに、温度取得部６２がケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得すると、燃料電池２４の発電電力に応じたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得することが困難になる可能性がある。
【００６８】
そこで、温度取得部６２は、温度検出値の変化量が所定量以下のときに、上述した平均値を算出して、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）として取得すると好適である。温度検出値の変化量の算出方法は、限定されない。温度取得部６２は、例えば、第一移動平均値Ｆａｖｅ１から第二移動平均値Ｆａｖｅ２を減算して、温度検出値の変化量を算出することができる。
【００６９】
図６に示すように、第一移動平均値Ｆａｖｅ１は、基準時刻ｔ１０から第一時間Ｔ１経過した第一時刻ｔ１１までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の温度検出値の移動平均をいう。第二移動平均値Ｆａｖｅ２は、第一時刻ｔ１１から第一時間Ｔ１と同一時間経過した第二時刻ｔ１２までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の温度検出値の移動平均をいう。温度取得部６２は、記憶領域（Ｍ１１〜Ｍ２０）に格納されている複数（１０個）の温度検出値の移動平均を算出して、算出結果を第一移動平均値Ｆａｖｅ１とする。また、温度取得部６２は、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ１０）に格納されている複数（１０個）の温度検出値の移動平均を算出して、算出結果を第二移動平均値Ｆａｖｅ２とする。
【００７０】
このように、温度取得部６２は、種々の方法によって、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得することができる。本明細書において、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨは、温度センサ２９によって検出され、温度取得部６２によって取得されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（本実施形態では、燃焼部２６の温度）をいう。
【００７１】
（流体機器制御部６３および相関関係規定部６４）
流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを設定する。既述したように、本実施形態では、燃料電池２４は、ケーシング２１内に収容されている。そのため、燃料電池２４の発電電力の変動に伴って、ケーシング２１内の内圧が変動する。ケーシング２１内の内圧が変動したときに、目標流量設定部６１によって設定された流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を確保するためには、ケーシング２１内の内圧の変動に応じて、流体機器４４ａの出力を増減させる必要がある。
【００７２】
上述したことは、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）についても同様に言える。つまり、流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを設定することができる。具体的には、流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が上昇すると、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを増加させる。これにより、流体機器４４ａの出力が上がる。一方、流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が低下すると、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを減少させる。これにより、流体機器４４ａの出力が下がる。
【００７３】
流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦとして、例えば、流体機器４４ａをパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する際のデューティ比が挙げられる。例えば、制御量ＤＦを増加させる場合、デューティ比を増加させる。これにより、流体機器４４ａが備える電力変換器のスイッチング素子（いずれも図示略）の閉状態の時間を増加前と比べて長くすることができ、流体機器４４ａの出力が上がる。閉状態とは、スイッチング素子の入力端子（例えば、ドレイン端子）と出力端子（例えば、ソース端子）との間が電気的に導通されている状態をいう。上述したことは、流体機器４４ａを周波数制御する場合についても同様に言える。この場合、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦとして、周波数指令が挙げられる。なお、流体機器４４ａの制御は、これらの制御に限定されるものではなく、公知の種々の駆動制御を採用することができる。
【００７４】
ここで、図１に示す流体機器４４ａを通過する流体（本実施形態では、酸化剤ガスである空気）の入力側圧力Ｐｉｎと出力側圧力Ｐｏｕｔとが同じ圧力のときのケーシング２１内の状態を第一状態とする。また、燃料電池２４の発電に伴ってケーシング２１内の内圧が上昇して流体機器４４ａの入力側圧力Ｐｉｎと比べて出力側圧力Ｐｏｕｔが高くなっているときのケーシング２１内の状態を第二状態とする。
【００７５】
図１に示すように、カソードエア供給管４４の一端側は、ケーシング２１内（酸化剤ガス流路２４ｃの一端（下端）側）に突出して設けられており、カソードエア供給管４４の他端側は、流体機器４４ａに接続されている。また、流体機器４４ａは、第二室Ｒ２内に配設されている。そのため、流体機器４４ａの入力側圧力Ｐｉｎは、第二室Ｒ２内の気圧（大気圧）と同じ圧力であり、流体機器４４ａの出力側圧力Ｐｏｕｔは、ケーシング２１内の内圧と同じ圧力である。
【００７６】
燃料電池２４が発電を開始する前（オフガスの着火前）は、入力側圧力Ｐｉｎと出力側圧力Ｐｏｕｔとが同じ圧力であり、ケーシング２１内の状態は、第一状態である。このとき、第二室Ｒ２内の雰囲気温度と、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）とは、略同じである。一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２によってオフガスが着火されると、燃焼部２６においてオフガスの燃焼が始まり、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が上昇し始め、ケーシング２１内の内圧が上昇し始める。ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が所定の温度になると、発電（掃引）を開始することができる。このとき、流体機器４４ａの入力側圧力Ｐｉｎと比べて出力側圧力Ｐｏｕｔが高くなっており、ケーシング２１内の状態は、第二状態である。
【００７７】
燃料電池２４の発電電力に応じて、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が変動し、ケーシング２１内の内圧が変動する。さらに、燃焼排ガスは、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ので、ケーシング２１内の内圧は、燃料電池モジュール２０の形状などの影響を受け易い。そのため、燃料電池２４の発電電力と、ケーシング２１内の内圧との間の関係式は、高次の多項式で表される。高次の多項式で表された関係式に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御しようとすると、流体機器４４ａの駆動制御が複雑化する可能性がある。上述したことは、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）についても同様に言える。
【００７８】
そこで、流体機器制御部６３は、基本制御量ＤＦｂと補正制御量ＤＦｈとを加算して、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定すると好適である。基本制御量ＤＦｂは、第一状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦをいう。補正制御量ＤＦｈは、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に応じて設定され、基本制御量ＤＦｂを補正する。これにより、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に依存しない制御量（基本制御量ＤＦｂ）と、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に依存する制御量（補正制御量ＤＦｈ）とに分離することができる。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、これらの制御量を分離しないで一緒に扱う場合と比べて、流体機器４４ａの駆動制御を簡素化し易い。
【００７９】
また、制御装置６０は、相関関係規定部６４を備えると好適である。相関関係規定部６４は、基本相関関係Ｂｃｒと補正相関関係Ｈｃｒとを規定する。基本相関関係Ｂｃｒは、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）と、基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係をいう。補正相関関係Ｈｃｒは、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）に応じて設定され、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）と補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係をいう。
【００８０】
図７Ａの直線Ｌ２１は、基本相関関係Ｂｃｒ（酸化剤ガス流量ＱＡと基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係）の一例を示している。同図の横軸は、目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を示し、縦軸は、基本制御量ＤＦｂを示している。流体機器制御部６３は、基本相関関係Ｂｃｒ（直線Ｌ２１に示す相関関係）に基づいて、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（第一酸化剤ガス流量ＱＡ１）に対応する基本制御量ＤＦｂを取得すると好適である。この場合、流体機器制御部６３は、基本制御量ＤＦｂとして第一基本制御量ＤＦｂ１を取得する（図４のステップＳ１５）。
【００８１】
図７Ｂの曲線Ｌ３１〜曲線Ｌ３３は、補正相関関係Ｈｃｒ（ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係）の一例を示している。曲線Ｌ３１は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。曲線Ｌ３２は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第二酸化剤ガス流量ＱＡ２のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。第二酸化剤ガス流量ＱＡ２は、第一酸化剤ガス流量ＱＡ１より大きい（目標送出量が多い）ものとする。曲線Ｌ３３は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第三酸化剤ガス流量ＱＡ３のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。第三酸化剤ガス流量ＱＡ３は、第二酸化剤ガス流量ＱＡ２より大きい（目標送出量が多い）ものとする。同図に示すように、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨがいずれの温度においても、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が増加する程、補正制御量ＤＦｈは、増加している。
【００８２】
流体機器制御部６３は、補正相関関係Ｈｃｒに基づいて、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）および温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）の両方に対応する補正制御量ＤＦｈを取得すると好適である。既述した例では、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）は、第一酸化剤ガス流量ＱＡ１である。よって、流体機器制御部６３は、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１のときの補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３１に示す相関関係）を用いる。また、既述した例では、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）は、第一雰囲気温度ＴＨ１である。よって、流体機器制御部６３は、補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３１に示す相関関係）に基づいて、第一雰囲気温度ＴＨ１に対応する補正制御量ＤＦｈを取得する。この場合、流体機器制御部６３は、補正制御量ＤＦｈとして第一補正制御量ＤＦｈ１を取得する（図４のステップＳ１６）。
【００８３】
流体機器制御部６３は、基本制御量ＤＦｂとして取得した第一基本制御量ＤＦｂ１と、補正制御量ＤＦｈとして取得した第一補正制御量ＤＦｈ１とを加算して、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定する（図４のステップＳ１７）。流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第二酸化剤ガス流量ＱＡ２、第三酸化剤ガス流量ＱＡ３のときも同様に補正制御量ＤＦｈ（順に、第二補正制御量ＤＦｈ２、第三補正制御量ＤＦｈ３）を取得して、同様に、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定することができる。また、例えば、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１より多く、第二酸化剤ガス流量ＱＡ２より少ない場合、例えば、線形補間などの補間を行うと良い。このときの流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を第四酸化剤ガス流量ＱＡ４とする。
【００８４】
図７Ｂの曲線Ｌ３４は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第四酸化剤ガス流量ＱＡ４のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。曲線Ｌ３４は、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１のときの補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３１に示す相関関係）と、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第二酸化剤ガス流量ＱＡ２のときの補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３２に示す相関関係）とから、線形補間された補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。この場合も同様に、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第四酸化剤ガス流量ＱＡ４のときの補正制御量ＤＦｈ（第四補正制御量ＤＦｈ４）を取得して、同様に、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定することができる。なお、上述したことは、他の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を補間する場合についても、同様に言える。また、補間は、線形補間に限定されるものではなく、種々の補間を行うことができる。
【００８５】
なお、図７Ｂに示すように、曲線Ｌ３１、曲線Ｌ３２、曲線Ｌ３３および曲線Ｌ３４は、いずれも、変化点雰囲気温度ＴＨ０において、補正相関関係Ｈｃｒ（ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係）が変化している。これは、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水の状態（液体または気体）によって、補正相関関係Ｈｃｒが変化することを示している。具体的には、変化点雰囲気温度ＴＨ０より低い温度では、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水は、液体であり、変化点雰囲気温度ＴＨ０より高い温度では、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水は、気体（水蒸気）である。燃料電池モジュール２０内に投入された改質水が液体の場合の補正相関関係Ｈｃｒの傾きは、改質水が気体（水蒸気）の場合と比べて、大きくなっている。つまり、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨの増加量が同じであり、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水が液体の場合、改質水が気体（水蒸気）の場合と比べて、補正制御量ＤＦｈの増加量は、大きくする必要がある。
【００８６】
また、図７Ａの直線Ｌ２１で示す基本相関関係Ｂｃｒ（酸化剤ガス流量ＱＡと基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係）は、流体機器４４ａの仕様によって定まるので、予め、テーブル、マップ、関係式などに変換して、図２の第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。図７Ｂの曲線Ｌ３１〜曲線Ｌ３３で示す補正相関関係Ｈｃｒ（ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係）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き、テーブル、マップ、関係式などに変換して、図２の第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。流体機器制御部６３は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているこれらの相関関係を第一記憶装置６０ｂ１に読み出して参照することができる。なお、基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒは、テーブルとして、制御装置６０の記憶装置６０ｂに記憶されていると好適である。この場合、流体機器制御部６３は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているテーブル化されたこれらの相関関係を第一記憶装置６０ｂ１に読み出して参照することができる。
【００８７】
制御統括部６５は、所定時間ＰＴ１が経過したか否かを判断する（図４のステップＳ１８）。所定時間ＰＴ１が経過していない場合（Ｎｏの場合）、図４に示す駆動制御は、ステップＳ１１に戻り、所定時間ＰＴ１が経過するまで、既述した処理および判断が繰り返えされる。所定時間ＰＴ１が経過した場合（Ｙｅｓの場合）、図４に示す駆動制御は、一旦、終了する。また、燃料電池２４の発電（運転）状態が異常の場合（ステップＳ１３でＮｏの場合）、制御統括部６５は、燃料電池２４の異常時の処理を行う（ステップＳ１９）。燃料電池２４の異常時の処理として、例えば、燃料電池２４の発電（掃引）の中断、異常状態の記録などが挙げられる。そして、図４に示す駆動制御は、一旦、終了する。制御統括部６５は、タイマを再度、設定して、既述した処理および判断を繰り返し実行することができる。
【００８８】
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、流体機器制御部６３を備える。流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを設定する。これにより、制御装置６０は、流量検出手段および圧力検出手段を用いることなく、流体機器４４ａを駆動制御することができる。また、温度センサ２９は、一般に、流量検出手段および圧力検出手段と比べて、小型化および低コスト化が容易である。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、流量検出手段および圧力検出手段に起因する燃料電池システム１の大型化および製造コストの増大を抑制することができる。
【００８９】
また、本実施形態の燃料電池システム１によれば、流体機器制御部６３は、第一状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦである基本制御量ＤＦｂと、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに応じて設定され基本制御量ＤＦｂを補正する補正制御量ＤＦｈとを加算して、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定する。これにより、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに依存しない制御量（基本制御量ＤＦｂ）と、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに依存する制御量（補正制御量ＤＦｈ）とに分離することができる。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、これらの制御量を分離しないで一緒に扱う場合と比べて、流体機器４４ａの駆動制御を簡素化し易い。
【００９０】
さらに、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、相関関係規定部６４を備える。相関関係規定部６４は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）と基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係である基本相関関係Ｂｃｒと、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）に応じて設定され、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係である補正相関関係Ｈｃｒとを規定する。また、流体機器制御部６３は、基本相関関係Ｂｃｒに基づいて、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（第一酸化剤ガス流量ＱＡ１）に対応する基本制御量ＤＦｂ（第一基本制御量ＤＦｂ１）を取得し、補正相関関係Ｈｃｒに基づいて、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量および温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨの両方に対応する補正制御量ＤＦｈ（第一補正制御量ＤＦｈ１）を取得する。そのため、流体機器制御部６３は、基本相関関係Ｂｃｒを参照することにより、基本制御量ＤＦｂ（第一基本制御量ＤＦｂ１）を容易に取得することができ、基本相関関係Ｂｃｒを用いないで基本制御量ＤＦｂを算出する場合と比べて、演算負荷を軽減することができる。同様に、流体機器制御部６３は、補正相関関係Ｈｃｒを参照することにより、補正制御量ＤＦｈ（第一補正制御量ＤＦｈ１）を容易に取得することができ、補正相関関係Ｈｃｒを用いないで補正制御量ＤＦｈを算出する場合と比べて、演算負荷を軽減することができる。
【００９１】
また、本実施形態の燃料電池システム１によれば、基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒは、テーブルとして、制御装置６０の記憶装置６０ｂに記憶されている。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒを関係式などで表して演算する場合と比べて、演算負荷を軽減することができる。
【００９２】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１によれば、流体は、酸化剤ガスであり、温度センサ２９は、蒸発部２２と燃料電池２４との間および改質部２３と燃料電池２４との間に形成され燃料のオフガスと酸化剤ガスのオフガスとが燃焼する燃焼部２６の温度を検出する。そのため、温度センサ２９は、流体機器４４ａが送出する酸化剤ガスが直接関与する燃焼部２６の温度を検出することができ、流体機器制御部６３は、燃焼部２６の温度に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを設定することができる。よって、本実施形態の燃料電池システム１は、流体が酸化剤ガスの場合に、流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを適切に設定することができ、流体機器４４ａを適切に駆動制御することができる。
【００９３】
＜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、発電に使用する流体であれば良く、酸化剤ガスに限定されるものではない。流体は、例えば、改質用原料または改質水であっても良い。流体機器が改質用原料を送出する場合、温度センサ２９は、改質部２３に設けると良い。流体機器が改質水を送出する場合、温度センサ２９は、蒸発部２２に設けると良い。
【００９４】
また、燃料（改質用原料）および改質水の送出量（供給量）は、水蒸気改質反応を効率良く行わせる観点から、酸化剤ガスと比べて、より正確である必要がある。そのため、既述した実施形態では、改質水ポンプ４１ａには、圧力センサ４１ｂが設けられ、原料ポンプ４２ａには、流量センサ４２ｂが設けられている。例えば、圧力センサ４１ｂおよび流量センサ４２ｂのうちの少なくとも一方が故障したときには、実施形態と同様にして、故障により送出できなくなった流体（燃料および改質水のうちの少なくとも一方）を送出し続けて、燃料電池システム１の運転を継続させることもできる。この場合、制御装置６０は、故障を燃料電池システム１の使用者などに知らせる発報部を備えると好適である。これにより、燃料電池システム１の上述した故障に起因する停止時間を低減するとともに、早急な故障対応を促すことができる。
【符号の説明】
【００９５】
１：燃料電池システム、
２１：ケーシング、２２：蒸発部、２３：改質部、２４：燃料電池、２６：燃焼部、
２９：温度センサ、４４ａ：流体機器、
６０：制御装置、６０ｂ：記憶装置、
６３：流体機器制御部、６４：相関関係規定部、
Ｂｃｒ：基本相関関係、Ｈｃｒ：補正相関関係、
ＤＦ：制御量、ＤＦｂ：基本制御量、ＤＦｈ：補正制御量、
Ｐｉｎ：入力側圧力、Ｐｏｕｔ：出力側圧力、ＴＨ：雰囲気温度。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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