(57)【要約】【課題】触媒燃焼器を備えた燃料電池システムにおけるシステム効率の低下を抑制すること。【解決手段】酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、燃料電池を加熱するための触媒燃焼が実行される燃焼部、及び燃焼部を加熱する加熱装置を備えた触媒燃焼器と、燃料電池及び触媒燃焼器を収容する断熱容器と、を備えた燃料電池システムにおいて、断熱容器の容器内温度に基づいて、触媒燃焼器及び燃料電池の起動判断を含む起動制御を行う起動制御装置を備える。【選択図】図３
2019046696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、
前記燃料電池を加熱するための触媒燃焼が実行される燃焼部、前記燃焼部を加熱する加熱装置を備えた触媒燃焼器と、
前記燃料電池、及び前記触媒燃焼器を収容する断熱容器と、
前記断熱容器の容器内温度に基づいて、前記触媒燃焼器及び前記燃料電池の起動判断を含む起動制御を行う起動制御装置と、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、
前記触媒燃焼器へ燃料を供給する燃焼器燃料供給装置と、
前記触媒燃焼器へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、をさらに備え、
前記起動制御は、前記燃焼器燃料供給装置、前記酸化剤ガス供給装置、及び前記加熱装置の制御状態を定める複数の起動制御モードを含み、
前記起動制御装置は、前記起動判断として、前記容器内温度に応じて前記複数の起動制御モードの中から一つのモードを選択する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記複数の起動制御モードは、前記加熱装置を非作動状態、及び前記触媒燃焼器への燃料及び酸化剤ガスを非供給状態として前記燃料電池を起動する第１起動制御モードを含み、
前記起動制御装置は、前記容器内温度が第１閾値温度以上のときに、前記第１起動制御モードを選択する、
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、
前記複数の起動制御モードは、前記加熱装置を非作動状態、及び前記触媒燃焼器への燃料及び酸化剤ガスを供給状態とする第２起動制御モードをさらに含み、
前記起動制御装置は、前記容器内温度が前記第１閾値温度未満で且つ所定の第２閾値温度以上のときに、前記第２起動制御モードを選択する、
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、
前記複数の起動制御モードは、前記加熱装置を作動状態、前記触媒燃焼器への燃料及び酸化剤ガスを供給状態とするか、又は前記加熱装置を非作動状態、前記触媒燃焼器への燃料及び酸化剤ガスを供給状態とする第３起動制御モードをさらに含み、
前記起動制御装置は、前記容器内温度が前記第２閾値温度未満で且つ所定の第３閾値温度以上のときに、前記第３起動制御モードを選択する、
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、
前記第３起動制御モードは、
前記加熱装置を作動状態、前記触媒燃焼器への燃料及び酸化剤ガスを供給状態とする触媒部第１暖機モードと、
前記加熱装置を非作動状態、前記触媒燃焼器への燃料及び酸化剤ガスを供給状態とする触媒部第２暖機モードと、
を含み、
前記起動制御装置は、
前記容器内温度が前記第３閾値温度以上で且つ所定の第４閾値温度未満である場合に、前記触媒部第１暖機モードを選択し、
前記容器内温度が前記第４閾値温度以上で且つ前記第２閾値温度未満である場合に、前記触媒部第２暖機モードを選択する、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記複数の起動制御モードは、前記加熱装置を作動状態、前記触媒燃焼器への燃料を非供給状態、及び前記触媒燃焼器への酸化剤ガスを非供給状態とする第４起動制御モードをさらに含み、
前記起動制御装置は、前記容器内温度が前記第３閾値温度未満のときに、前記第４起動制御モードを選択する、
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記断熱容器の内部又は周辺外部領域には、前記容器内温度を検出する容器内温度検出装置が設けられる、
燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムであって、
前記触媒燃焼器及び前記燃料電池への共通の酸化剤ガス供給経路を構成する酸化剤ガス路をさらに有し、
前記酸化剤ガス供給経路は、前記燃料電池へ酸化剤ガスを供給する燃料電池酸化剤供給経路と、前記燃料電池酸化剤供給経路に連通して前記燃料電池からの排ガスを流すとともに前記触媒燃焼器に酸化剤ガスを供給する燃焼器酸化剤供給経路と、を含み、
前記容器内温度検出装置は、前記燃焼器酸化剤供給経路に設けられた、
燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池システムであって、
前記触媒燃焼器には、該触媒燃焼器で生成される燃焼ガスを排出するとともに、前記断熱容器の外部に伸長する燃焼ガス通路が接続され、
前記容器内温度検出装置は、前記燃焼ガス通路における前記断熱容器の外部領域に設けられる、
燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項８に記載の燃料電池システムであって、
前記容器内温度検出装置は、前記燃料電池又は前記触媒燃焼器に設置される、
燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記容器内温度を推定する容器内温度推定装置をさらに有する、
燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池システムであって、
前記容器内温度推定装置は、
燃料電池システム停止時における外気温度である停止時外気温度、及び前記燃料電池システム停止時における前記容器内温度である停止時容器内温度を取得し、
前記停止時外気温度、及び前記停止時容器内温度に基づいて、前記燃料電池システム停止時の以降の前記容器内温度の時間変化量を推定し、
次の燃料電池システム起動時において、前記燃料電池システム停止時から前記燃料電池システム起動時までの経過時間であるシステム停止時間を取得し、
前記停止時外気温度、前記停止時容器内温度、前記容器内温度の時間変化量、及び前記システム停止時間に基づいて、前記燃料電池システム起動時における前記容器内温度を推定する、
燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池システムであって、
前記容器内温度推定装置は、
前記停止時外気温度として、前記断熱容器の外部領域に配される燃料通路又は燃料貯留部に設けられる温度センサの検出値を取得する、
燃料電池システム。
【請求項１５】
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、前記燃料電池を加熱する触媒燃焼が実行される燃焼部、及び前記燃焼部を加熱する加熱装置を備えた触媒燃焼器と、前記燃料電池、前記触媒燃焼器、及び前記触媒燃焼器を収容する断熱容器と、を備えた燃料電池システムにおいて実行される起動制御方法であって、
前記断熱容器の容器内温度に基づいて、前記触媒燃焼器及び前記燃料電池の起動判断を行う、
起動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび起動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質装置及び触媒燃焼器等の起動時に適切な作動温度までの暖機を要する装置を備えた燃料電池システムにおいて、当該装置に暖機のための電気式ヒータ等の加熱装置が付属されたものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、水素系燃料を改質して燃料電池システムで用いる水素を生成する改質装置の一例が提案されている。特許文献１の改質装置には触媒部を加熱する電気加熱式ヒータが設けられている。そして、改質装置は、起動時に電気加熱式ヒータによって加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記電気加熱式ヒータは、改質装置を適切な暖機温度まで昇温させるために燃料電池システムの起動時に毎回作動させる。したがって、燃料電池システムを起動させる度に電気加熱式ヒータの作動による電力消費が発生する。結果として、燃料電池システムにおけるシステム効率が低下するという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明は、加熱装置付き装置、特に触媒燃焼器を備えた燃料電池システムにおけるシステム効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、燃料電池を加熱するための触媒燃焼が実行される燃焼部、及び燃焼部を加熱する加熱装置を備えた触媒燃焼器と、燃料電池及び触媒燃焼器を収容する断熱容器と、を備えた燃料電池システムが提供される。さらに、この燃料電池システムは、断熱容器の容器内温度に基づいて、触媒燃焼器及び燃料電池の起動判断を含む起動制御を行う起動制御装置を備える。
【０００８】
さらに、本発明の他の態様によれば、酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、燃料電池を加熱するための触媒燃焼が実行される燃焼部、及び燃焼部を加熱する加熱装置を備えた触媒燃焼器と、燃料電池及び触媒燃焼器を収容する断熱容器と、を備えた燃料電池システムにおいて、断熱容器の容器内温度に基づいて、触媒燃焼器及び燃料電池起動判断を含む起動制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、触媒燃焼器を備えた燃料電池システムにおいて、システム効率の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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の概要を示す図である。
【図２】図２は、ヒータ付き触媒燃焼器の構成を説明する図である。
【図３】図３は、第１実施形態による起動制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、第２実施形態による起動制御の流れを示すフローチャートである。
【図５Ａ】図５Ａは、第３実施形態による起動制御の流れを示すフローチャートである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第３実施形態の変形例による起動制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】図６は、第４実施形態による起動制御の流れを示すフローチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは、容器内温度に応じた各起動制御モードの一例をまとめた表である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、容器内温度に応じた各起動制御モードの他の例をまとめた表である。
【図８Ａ】図８Ａは、第５実施形態による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第５実施形態の変形例１による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、第５実施形態の変形例２による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、第５実施形態の変形例３による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、第５実施形態による燃料電池システムのさらなる変形例を説明する図である。
【図９】図９は、第６実施形態による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。
【図１０】図１０は、容器内温度の推定処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。
【００１３】
燃料電池システム１００は、例えば車両に搭載されるシステムである。図示のように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１の発電に用いられる液体燃料を蓄える燃料タンク８と、を備えている。
【００１４】
燃料電池スタック１は燃料ガスと酸化剤ガスである空気の供給を受けて発電する。燃料電池スタック１は、複数の燃料電池又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（ＳＯＦＣ）である。燃料電池スタック１は、燃料電池のアノード極に燃料ガス（燃料ガス）を供給する燃料通路１１と、アノード極から排出される発電反応後の燃料オフガスを流す燃料オフガス通路１２（図２参照）と、を備える。
【００１５】
さらに、燃料電池のカソード極に酸化剤ガス（空気）を供給するスタック空気供給通路１３ａと、カソード極から排出される空気を含む排ガスを流すカソード排ガス通路１３ｂと、を備える。スタック空気供給通路１３ａ及びカソード排ガス通路１３ｂは、燃料電池スタック１内部の図示しないカソード極通路を介して連通する。
【００１６】
すなわち、本実施形態では、スタック空気供給通路１３ａ及びカソード排ガス通路１３ｂが一体となって、燃料電池スタック１及び後述のヒータ付き触媒燃焼器４０に酸化剤ガスとしての空気を供給する共通の空気供給経路としての空気通路１３を構成する。
【００１７】
燃料タンク８は、原燃料である液体燃料を貯蔵する。液体燃料は、例えば、水とエタノールからなる燃料である。なお、液体燃料は、含水エタノールに限られず、ガソリン又はメタノール等を含む液体燃料であってもよい。
【００１８】
燃料タンク８と燃料電池スタック１とは、燃料通路１１を通じて接続されている。燃料通路１１には、流れの方向に関して上流側から順に、蒸発器２１、燃料熱交換器２２、及び改質器２３が設けられている。また、燃料通路１１には、燃料電池スタック１に供給する燃料ガスを生成するべく、燃料タンク８から蒸発器２１への液体燃料の供給量を調節する第１燃料噴射装置７１が設けられている。
【００１９】
蒸発器２１は、第１燃料噴射装置７１から供給された液体燃料（含水エタノール）を加熱し、燃料ガスを生成する。蒸発器２１は、ヒータ付き触媒燃焼器４０から燃焼ガス通路１７を通じて供給されるガスとの熱交換により、液体燃料を加熱する。
【００２０】
燃料熱交換器２２は、ヒータ付き触媒燃焼器４０での燃焼により生じた燃焼ガスの熱を受け、蒸発器２１からの燃料ガスをさらに加熱する。改質器２３は、改質用触媒を内蔵しており、燃料熱交換器２２で加熱された燃料ガスを改質する。改質器２３で改質された燃料ガスは、燃料電池スタック１に供給される。
【００２１】
また、燃料通路１１には、蒸発器２１の上流側において当該燃料通路１１から分岐した燃焼器燃料供給路１５が接続されている。そして、燃焼器燃料供給路１５は、燃料通路１１とヒータ付き触媒燃焼器４０とを接続する。
【００２２】
さらに、燃焼器燃料供給路１５には第２燃料噴射装置７２が設けられている。第２燃料噴射装置７２は、コントローラ５１からの指令信号に応じて開閉し、ヒータ付き触媒燃焼器４０に対する液体燃料の供給量を制御する。
【００２３】
一方、空気通路１３のスタック空気供給通路１３ａには、空気熱交換器３１が設けられている。空気熱交換器３１は、ヒータ付き触媒燃焼器４０から燃焼ガス通路１７を通じて供給される燃焼ガスとの熱交換により、スタック空気供給通路１３ａを流れる空気を加熱する。
【００２４】
また、スタック空気供給通路１３ａにおける燃料電池スタック１に対して反対側の開放端付近にエアブロア６１が設置されている。エアブロア６１は、コントローラ５１からの指令に応じて定められる目標出力に応じて、外気（空気）を空気通路１３に吸入する。そして、吸入空気は、スタック空気供給通路１３ａを介して燃料電池スタック１に供給されるとともに、スタック空気供給通路１３ａに連通するカソード排ガス通路１３ｂを介してヒータ付き触媒燃焼器４０に供給される。
【００２５】
さらに、燃料電池スタック１のアノード極出口及びカソード極出口に一端が接続されている燃料オフガス通路１２及びカソード排ガス通路１３ｂは、それぞれの他端がヒータ付き触媒燃焼器４０に接続されている。
【００２６】
ヒータ付き触媒燃焼器４０は、主として、燃焼器燃料供給路１５及びカソード排ガス通路１３ｂを介してそれぞれ供給される液体燃料及び空気を触媒燃焼させることにより燃焼ガスを生成する。なお、必要に応じて、燃料オフガス通路１２を介して供給される燃料オフガス中の燃料成分も上記触媒燃焼に用いることができる。ヒータ付き触媒燃焼器４０の構成についてより詳細に説明する。
【００２７】
図２は、ヒータ付き触媒燃焼器４０の構成を説明する図である。
【００２８】
ヒータ付き触媒燃焼器４０は例えば筒状体として構成されており、燃焼用触媒を担体に支持させてなる触媒部４１と、触媒部４１の上流側に配置されるとともに触媒部４１を加熱する加熱装置としての電気式ヒータ部４２を有している。
【００２９】
ヒータ付き触媒燃焼器４０の上流側には、燃焼器燃料供給路１５と、燃料オフガス通路１２と、カソード排ガス通路１３ｂと、が接続されている。ヒータ付き触媒燃焼器４０の上流側の燃焼器燃料供給路１５には、電気式ヒータ部４２に向けて液体燃料を噴射供給する第２燃料噴射装置７２が配置されている。また、ヒータ付き触媒燃焼器４０の下流側には燃焼ガス通路１７が接続されている。
【００３０】
したがって、ヒータ付き触媒燃焼器４０は、第２燃料噴射装置７２から噴射された燃料、カソード排ガス通路１３ｂを介して燃料電池スタック１から送られてくる空気、及び必要に応じて燃料オフガス通路１２を介して燃料電池スタック１から送られてくる燃料オフガスを受け入れる燃料噴射室として機能する。
【００３１】
なお、第２燃料噴射装置７２は、ヒータ付き触媒燃焼器４０の端部中央に設けられているが、電気式ヒータ部４２に向けて液体燃料を噴射することができる位置に設けられていればよい。
【００３２】
触媒部４１はヒータ付き触媒燃焼器４０内に収容されており、触媒部４１の上流側端面と電気式ヒータ部４２の下流側端面とが接触するように並んで配置されている。触媒部４１は、担体としてのハニカム構造体４１Ａの表面に触媒材料が担時された部材である。ハニカム構造体４１Ａは金属製の円筒状部材として構成されており、ハニカム構造体４１Ａに担持される触媒材料には白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）等が用いられる。
【００３３】
電気式ヒータ部４２は、本体部としてのハニカム構造体４２Ａと、ハニカム構造体４２Ａの外周に設けられる電極部４２Ｂとから構成されている。ハニカム構造体４２Ａは、金属製の円筒状部材として構成されており、ヒータ付き触媒燃焼器４０内に固定されている。電極部４２Ｂはヒータ付き触媒燃焼器４０の内部から外側に露出するように設けられており、この電極部４２Ｂに通電することでハニカム構造体４２Ａが加熱される。さらに、電気式ヒータ部４２のハニカム構造体４２Ａにも、触媒部４１のハニカム構造体４１Ａと同様に、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）等の触媒材料が担持される。
【００３４】
また、本実施形態において、電極部４２Ｂへの通電のオン・オフ、すなわち電気式ヒータ部４２の作動状態と非作動状態の切り替えは、コントローラ５１により制御される。
【００３５】
なお、本実施形態では、電気式ヒータ部４２と触媒部４１を別体として構成されているが、電気式ヒータ部４２と触媒部４１とが一体形成されてもよい。
【００３６】
上記構成を有するヒータ付き触媒燃焼器４０は、第２燃料噴射装置７２から噴射される液体燃料、カソード排ガス通路１３ｂを介して供給される空気、及び必要に応じて燃料オフガス通路１２から燃料オフガスを混合して触媒燃焼させることで、燃焼ガスを生成する。そして、燃焼ガスは、燃焼ガス通路１７を介して蒸発器２１及び空気熱交換器３１に送られて、蒸発器２１及びスタック空気供給通路１３ａを流れる空気を加熱する。
【００３７】
すなわち、ヒータ付き触媒燃焼器４０における触媒燃焼による生成熱によって、燃料電池スタック１及び蒸発器２１を暖機する。なお、空気熱交換器３１を通過した後の燃焼ガスは、必要に応じて他の補機類の暖機又は任意の冷却処理などを経て外気に放出される。
【００３８】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１、蒸発器２１、燃料熱交換器２２、改質器２３、及びヒータ付き触媒燃焼器４０が断熱材料で構成された断熱容器Ｌに収容されている。
【００３９】
したがって、触媒燃焼で生成される熱の外部への放出が抑制されるので、当該生成熱に起因する断熱容器Ｌ内の空間を伝熱によっても、空気熱交換器３１、蒸発器２１、及び改質器２３等の断熱容器Ｌの内部の構成部品を加熱することが可能である。
【００４０】
また、燃料電池システム１００は、起動制御装置としてのコントローラ５１を有する。コントローラ５１は、（ＣＰＵ）等の各種演算・制御装置、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の各種記憶装置、並びに入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットとして構成されている。
【００４１】
そして、コントローラ５１は、断熱容器Ｌ内又はその周辺に設けられる図示しない温度センサ又は温度推定装置等から取得した断熱容器Ｌの容器内温度Ｔｖに基づいて、燃料電池システム１００の起動時（以下、単に「システム起動時」とも記載する）等におけるヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１の起動判断を含む起動制御を実行するようにプログラムされている。
【００４２】
ここで、本実施形態における断熱容器Ｌ内に囲まれた空間は、外部との熱の流出入が遮断された略閉塞された空間である。したがって、断熱容器Ｌ内は比較的短時間で熱平衡状態となりやすいため、温度分布の偏りが少ない。これにより、断熱容器Ｌ内又は断熱容器Ｌ内の周辺の任意の場所の温度として検出又は推定される容器内温度Ｔｖは、実質的に断熱容器Ｌ内における燃料電池スタック１の実温度及びヒータ付き触媒燃焼器４０の実温度に近い値となる。したがって、本実施形態のコントローラ５１は、この容器内温度Ｔｖを燃料電池スタック１の実温度及びヒータ付き触媒燃焼器４０の実温度に相当するパラメータとみなして起動制御を実行する。
【００４３】
特に、コントローラ５１は、燃料電池システム１００の停止指令信号の受信などをトリガとして開始されるシステム起動時のシーケンス（起動制御）において、容器内温度Ｔｖに基づいて、電気式ヒータ部４２の作動状態、エアブロア６１によるヒータ付き触媒燃焼器４０への空気供給状態、及びヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料の供給状態を適宜制御する。以下では、コントローラ５１による起動制御の詳細について説明する。
【００４４】
図３は、本実施形態による起動制御の流れを示すフローチャートである。
【００４５】
図示のように、ステップＳ１００において、コントローラ５１は、上述のように図示しない温度センサ等から容器内温度Ｔｖを取得する。
【００４６】
ステップＳ２００において、コントローラ５１は、取得した容器内温度Ｔｖが予めメモリ等に記憶された所定の第１閾値温度Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。ここで、第１閾値温度Ｔｈ１は、燃料電池スタック１が、当該燃料電池スタック１の暖機を実行することなく通常起動させることができる温度であると判断する観点から定められる基準温度である。
【００４７】
既に説明したように、本実施形態では、容器内温度Ｔｖがほぼ燃料電池スタック１の実温度に相当するとみなすことができるので、例えば第１閾値温度Ｔｈ１を燃料電池スタック１の通常起動が可能となる温度（例えば５００℃程度）に設定することで、容器内温度Ｔｖと第１閾値温度Ｔｈ１の大小関係に基づいて燃料電池スタック１の通常運転が可能であるかどうかを適切に判断することができる。
【００４８】
そして、コントローラ５１は、ステップＳ２００において、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１以上であると判定すると、ステップＳ３００の処理を実行し、そうではない場合、すなわち容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１未満であると判定するとステップＳ４００の処理を実行する。
【００４９】
具体的に、ステップＳ３００において、コントローラ５１は、燃料電池スタック１の通常起動モードを実行する。ここで、通常起動モードとは、燃料電池スタック１の通常運転時用に定められた所定のプロセスにしたがい、燃料電池スタック１に対して要求発電電力に応じた燃料ガス及び空気の供給を開始するモードである。
【００５０】
通常起動モードにおいて、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を非作動状態（電極部４２Ｂへの通電オフ）、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料の供給を停止状態（第２燃料噴射装置７２を全閉）、及びエアブロア６１の出力を通常運転時の制御ロジックに従って調節する。なお、このエアブロア６１の出力調節は、燃料電池スタック１に対して発電のための空気供給を行う観点から行われるものであり、ヒータ付き触媒燃焼器４０への空気供給を想定したものではない。
【００５１】
一方で、本実施形態の燃料電池システム１００の構成においては、燃料電池スタック１とヒータ付き触媒燃焼器４０が空気通路１３を共通の空気供給系統としているため、燃料電池スタック１に発電のために供給した空気の一部が、発電で消費されず燃料電池スタック１内のカソード極通路及びカソード排ガス通路１３ｂを通過してヒータ付き触媒燃焼器４０に供給されることが想定される。しかしながら、本実施形態において、このように結果としてヒータ付き触媒燃焼器４０に供給される空気は、ヒータ付き触媒燃焼器４０の電気式ヒータ部４２又は触媒部４１における使用が想定されるものではない。
【００５２】
したがって、本実施形態の起動制御において、発電等のヒータ付き触媒燃焼器４０の電気式ヒータ部４２又は触媒部４１における使用以外の目的で結果としてヒータ付き触媒燃焼器４０に空気が供給される状態は、ヒータ付き触媒燃焼器４０への空気は非供給状態であるものとする。
【００５３】
上述のように、通常起動モードに移行する場合には、燃料電池スタック１の暖機を要しないので、システム起動時において電気式ヒータ部４２を作動させることなく、さらにはヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料供給及び空気供給を実行することなく、燃料電池スタック１を起動させることができる。
【００５４】
なお、この燃料電池スタック１の暖機を要しない通常起動モードへの移行は、例えば、前回の燃料電池システム１００の停止時から比較的短い時間しか経過していない状態で燃料電池システム１００を起動させる場合、すなわち燃料電池スタック１が比較的高い温度に維持された状態で燃料電池システム１００を起動させるシーンで実行されることが想定される。
【００５５】
一方、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１未満と判定された場合におけるステップＳ４００では、コントローラ５１は、燃料電池スタック１を暖機する暖機モードを実行する。暖機モードは、第２燃料噴射装置７２及びエアブロアを適宜制御してヒータ付き触媒燃焼器４０へ液体燃料及び空気の供給することによって触媒部４１触媒燃焼反応を生じさせ、得られた生成熱で燃料電池スタック１を加熱するモードである。
【００５６】
そして、コントローラ５１は、この暖機モードを経て、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１以上となったと判断すると、ステップＳ３００における通常起動モードに移行する。すなわち、本実施形態の暖機モードでは、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１に到達するまで燃料電池スタック１を加熱する。
【００５７】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００５８】
本実施形態の燃料電池システム１００は、酸化剤ガスとしての空気と燃料ガスで発電する燃料電池としての燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１を加熱するための触媒燃焼が実行される燃焼部としての触媒部４１と、触媒部４１を加熱する加熱装置としての電気式ヒータ部４２と、を備えた触媒燃焼器としてのヒータ付き触媒燃焼器４０と、燃料電池スタック１、及びヒータ付き触媒燃焼器４０を収容する断熱容器Ｌと、断熱容器Ｌの容器内温度Ｔｖに基づいて、ヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１の起動判断（ステップＳ２００）を含む起動制御（図３ステップＳ１００〜ステップＳ４００）を実行する起動制御装置としてのコントローラ５１と、を備える。
【００５９】
これにより、実質的に断熱容器Ｌ内における燃料電池スタック１の実温度及びヒータ付き触媒燃焼器４０の実温度とみなすことのできる容器内温度Ｔｖに基づいて、ヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１の起動判断、特にヒータ付き触媒燃焼器４０を起動させるか否か、及び燃料電池スタック１を起動させるか否かの判断を好適に実行することができる。
【００６０】
例えば、システム起動時において、容器内温度Ｔｖが一定以上の大きさであれば、ヒータ付き触媒燃焼器４０の電気式ヒータ部４２を非作動状態且つヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料を非供給状態としたまま、燃料電池スタック１を通常起動させることができる。したがって、システム起動時における消費電力及び消費燃料を抑制することができ、結果としてシステム効率の向上に資することとなる。
【００６１】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１００は、ヒータ付き触媒燃焼器４０へ燃料を供給する燃焼器燃料供給装置としての第２燃料噴射装置７２と、ヒータ付き触媒燃焼器４０へ空気を供給する酸化剤ガス供給装置としてのエアブロア６１と、をさらに備える。
【００６２】
そして、上記起動制御は、コントローラ５１は、第２燃料噴射装置７２、エアブロア６１、及び電気式ヒータ部４２の制御状態を定める複数の起動制御モード（ステップＳ３００とステップＳ４００）を含む。さらに、コントローラ５１は、上記起動判断として、容器内温度Ｔｖに応じて複数の起動制御モードの中から一つのモードを選択する（ステップＳ２００〜ステップＳ４００）。
【００６３】
これにより、起動制御において、容器内温度Ｔｖに応じて電気式ヒータ部４２を作動させるか否か、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料及び空気の供給を実行するか否かを判断するための具体的な制御態様が提供されることとなる。
【００６４】
特に、本実施形態の燃料電池システム１００では、上記複数の起動制御モードは、電気式ヒータ部４２を非作動状態、及びヒータ付き触媒燃焼器４０への燃料及び空気を非供給状態として燃料電池スタック１を起動する第１起動制御モードとしての通常起動モード（ステップＳ３００）を含む。特に、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１以上のときに、この通常起動モードを選択する（ステップＳ２００及びステップＳ３００）。
【００６５】
すなわち、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１以上のときには、ヒータ付き触媒燃焼器４０を用いた燃料電池スタック１の暖機を実行することなく、燃料電池スタック１を起動させることとなる。これにより、通常起動モードが選択される場合には、電気式ヒータ部４２への電力供給及びヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料の供給のいずれも実行することなく、燃料電池スタック１を起動することができる。
【００６６】
したがって、システム起動時における不要な電力消費及び燃料消費をより確実に抑制して、燃料電池システム１００のエネルギー効率をより高めることができる。
【００６７】
特に、前回の燃料電池システム１００の停止時から比較的短い時間しか経過していない状態で燃料電池システム１００を起動させる場合などにおいては、断熱容器Ｌ内の燃料電池スタック１が比較的高い温度に維持された状態のままであることが想定される。本実施形態では、このようなシーンにおいて、第１起動制御モードが選択されて消費電力及び燃料消費の抑制が実現されることとなる。
【００６８】
さらに、本実施形態では、燃料電池システム１００における上述の起動制御方法が提供される。
【００６９】
より詳細には、酸化剤ガスとしての空気と燃料ガスで発電する燃料電池としての燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１を加熱するための触媒燃焼が実行される燃焼部としての触媒部４１と、触媒部４１を加熱する加熱装置としての電気式ヒータ部４２と、を備えた触媒燃焼器としてのヒータ付き触媒燃焼器４０と、燃料電池スタック１、及びヒータ付き触媒燃焼器４０を収容する断熱容器Ｌと、を備えた燃料電池システム１００において実行される起動制御方法が提供される。
【００７０】
そして、この起動制御方法では、断熱容器Ｌ内の容器内温度Ｔｖに基づいて、ヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１起動判断（ステップＳ２００）を含む起動制御（図３ステップＳ１００〜ステップＳ４００）を実行する。
【００７１】
これにより、実質的に断熱容器Ｌ内における燃料電池スタック１の実温度及びヒータ付き触媒燃焼器４０の実温度とみなすことのできる容器内温度Ｔｖに基づいて、ヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１の起動判断、特にヒータ付き触媒燃焼器４０を起動させるか否か、及び燃料電池スタック１を起動させるか否かの判断を適切に実行することができる。
【００７２】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。特に、本実施形態の燃料電池システム１００におけるハードウェア構成は、図１で説明した第１実施形態における構成と同様である。
【００７３】
本実施形態では、図３のステップＳ４００における暖機モードのより詳細な処理が提供される。すなわち、本実施形態における起動制御では、図３のステップＳ１００〜ステップＳ３００の処理について第１実施形態と共通する一方で、ステップＳ４００においてさらなる処理を含む。
【００７４】
したがって、以下では、ステップＳ４００を中心に説明する。
【００７５】
図４は、本実施形態による暖機モードの流れを示すフローチャートである。なお、図４に示す処理は、図３のステップＳ４００で説明した暖機モードにおいて実行されるので、
容器内温度Ｔｖが、燃料電池スタック１の暖機の要否判断に用いた第１閾値温度Ｔｈ１を下回っていることが前提となる。
【００７６】
図示のように、コントローラ５１は、暖機モードを開始すると、ステップＳ４１０において、図示しない温度センサ等により検出される容器内温度Ｔｖを取得する。
【００７７】
ステップＳ４２０において、コントローラ５１は、取得した容器内温度Ｔｖが予めメモリ等に記憶された所定の第２閾値温度Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。ここで、第２閾値温度Ｔｈ２は、ヒータ付き触媒燃焼器４０における触媒部４１の温度が、当該触媒部４１において触媒燃焼反応を発生し得ると判断できる程度に容器内温度Ｔｖが達しているかという観点から定められる。
【００７８】
そして、本実施形態の起動制御では、容器内温度Ｔｖは、ヒータ付き触媒燃焼器４０における触媒部４１の温度にほぼ相当するとみなす。したがって、例えば第２閾値温度Ｔｈ２を触媒部４１における触媒燃焼が可能となる温度（例えば２００℃程度）に設定すれば、容器内温度Ｔｖと第２閾値温度Ｔｈ２の大小関係に基づいて触媒部４１における触媒燃焼が可能であるかどうかを適切に判定することができる。
【００７９】
そして、コントローラ５１は、ステップＳ４２０において、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２以上であると判定すると、ステップＳ４３０の処理を実行し、そうではない場合、すなわち容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２未満であると判定するとステップＳ４４０の処理を実行する。
【００８０】
具体的に、ステップＳ４３０において、コントローラ５１は、基本暖機モードを実行する。ここで、基本暖機モードとは、燃料電池スタック１を暖機すべくヒータ付き触媒燃焼器４０の触媒部４１で触媒燃焼反応を発生させるように、ヒータ付き触媒燃焼器４０に液体燃料及び空気を供給するモードである。
【００８１】
すなわち、この基本暖機モードにおいて、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を非作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料を供給状態、及びエアブロア６１の出力をヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料供給量に合わせて触媒燃焼に好適な流量に制御する（すなわち、ヒータ付き触媒燃焼器４０への空気を供給状態とする）。これにより、ヒータ付き触媒燃焼器４０による触媒燃焼が行われ、当該触媒燃焼による生成熱によって燃料電池スタック１が加熱されて昇温する。
【００８２】
なお、コントローラ５１は、ステップＳ４３０の処理の後、図３で説明したステップＳ２００以降の処理を実行する。すなわち、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが、燃料電池スタック１の通常起動が可能と判断する第１閾値温度Ｔｈ１に到達するまで基本暖機モードを継続する。
【００８３】
一方、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２未満と判定された場合におけるステップＳ４４０では、コントローラ５１は、ヒータ付き触媒燃焼器４０を暖機する燃焼器準備モードを実行する。ここで、燃焼器準備モードでは、適宜、電気式ヒータ部４２を作動状態としつつ、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２に到達するまでヒータ付き触媒燃焼器４０を加熱する。
【００８４】
そして、コントローラ５１は、この燃焼器準備モードを経て、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２以上となったと判断すると、ステップＳ４３０における基本暖機モードに移行する。
【００８５】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００８６】
本実施形態の燃料電池システム１００において、複数の起動制御モードは、電気式ヒータ部４２を非作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料及び空気を供給状態とする第２起動制御モードとしての基本暖機モードをさらに含む。特に、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１未満で且つ第２閾値温度Ｔｈ２以上のときに、この基本暖機モードを選択する（ステップＳ４２０及びステップＳ４３０）。
【００８７】
すなわち、容器内温度Ｔｖが第１閾値温度Ｔｈ１未満で第２閾値温度Ｔｈ２以上のときには、電気式ヒータ部４２を作動させることなくヒータ付き触媒燃焼器４０に液体燃料及び空気を供給して触媒燃焼を実行することができる。これにより、基本暖機モードが実行される場合には、電気式ヒータ部４２への電力供給を実行することなく、ヒータ付き触媒燃焼器４０による燃料電池スタック１の暖機を実行し、燃料電池スタック１を起動することができる。
【００８８】
したがって、燃料電池システム１００の起動時において、容器内温度Ｔｖに基づいて燃料電池スタック１の暖機は必要であるものの、電気式ヒータ部４２によるヒータ付き触媒燃焼器４０の加熱を要しないと判断できる場合には、電気式ヒータ部４２における消費電力を抑制することができる。結果として、燃料電池システム１００のエネルギー効率をより高めることができる。
【００８９】
特に、前回の燃料電池システム１００の停止時からやや時間は経過した後に燃料電池システム１００を起動させる場合などにおいては、燃料電池スタック１が好適な動作温度は下回っていて暖機は必要ではあるものの、ヒータ付き触媒燃焼器４０の触媒部４１において触媒反応が可能な程度には断熱容器Ｌ内の温度が維持されている場合が想定される。本実施形態では、このようなシーンにおいて、第２起動制御モードが選択されることとなり、電気式ヒータ部４２の消費電力を抑制することができる。
【００９０】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。特に、本実施形態の燃料電池システム１００におけるハードウェア構成は、図１で説明した第１実施形態における構成と同様である。
【００９１】
本実施形態では、図４のステップＳ４４０における燃焼器準備モードのより詳細な処理が提供される。すなわち、本実施形態における起動制御は、図３のステップＳ１００〜ステップＳ４００の処理について第１実施形態と共通し、図４のステップＳ４１０〜ステップＳ４４０の処理について第２実施形態と共通する一方で、ステップＳ４４０においてさらなる処理を含む。
【００９２】
したがって、以下では、ステップＳ４４０の処理を中心に説明する。
【００９３】
図５Ａは、本実施形態による燃焼器準備モードの流れを示すフローチャートである。なお、図５Ａに示す処理は、図４のステップＳ４４０で説明した燃焼器準備モードにおいて実行されるので、容器内温度Ｔｖが、触媒部４１における触媒燃焼が可能と判断する基準である第２閾値温度Ｔｈ２を下回っていることが前提となる。
【００９４】
図示のように、ステップＳ４５０において、コントローラ５１は、図示しない温度センサ等により検出される容器内温度Ｔｖを取得する。
【００９５】
ステップＳ４６０において、コントローラ５１は、取得した容器内温度Ｔｖが予めメモリ等に記憶された所定の第３閾値温度Ｔｈ３以上であるか否かを判定する。ここで、第３閾値温度Ｔｈ３は、ヒータ付き触媒燃焼器４０における電気式ヒータ部４２の温度が、当該電気式ヒータ部４２において液体燃料を気化させる観点から適切な温度であると判断できる程度に容器内温度Ｔｖが達しているかという観点から定められる。
【００９６】
例えば液体燃料が含水エタノールの場合、実質的に気化可能温度は５０℃以上であり、特に１５０℃以上の温度でより効率的に気化が進行する。一方で、２００℃を越える温度の場合、特に電気式ヒータ部４２における液体燃料の接触面の温度が２００℃を越える場合には、いわゆるライデンフロスト効果の影響で液体燃料の気化効率が低下し、気化時間が長くなる。
【００９７】
したがって、液体燃料の効率的な気化が可能であるかどうかを適切に判断する観点から、第３閾値温度Ｔｈ３は、電気式ヒータ部４２における気化効率が高くなり始める１５０℃から、液体燃料のライデンフロスト温度より小さい２００℃の間に設定する。これにより、容器内温度Ｔｖと第３閾値温度Ｔｈ３の大小関係に基づいて電気式ヒータ部４２において液体燃料を効率的に気化可能であるかどうかを適切に判定することができる。
【００９８】
そして、コントローラ５１は、ステップＳ４６０において、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３以上であると判定すると、ステップＳ４７０の処理を実行し、そうではない場合、すなわち容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３未満であると判定するとステップＳ４８０の処理を実行する。
【００９９】
具体的に、ステップＳ４７０において、コントローラ５１は、触媒部暖機モードを実行する。ここで、触媒部暖機モードとは、ヒータ付き触媒燃焼器４０内の触媒部４１を暖機すべく、電気式ヒータ部４２を作動させるとともに、エアブロア６１を制御してヒータ付き触媒燃焼器４０への空気供給を行う。
【０１００】
この触媒部暖機モードでは電気的熱源となる電気式ヒータ部４２は、触媒部４１よりも温度が高くなる。したがって、触媒部４１自体は触媒燃焼が可能となる温度に達していなくとも、電気式ヒータ部４２は触媒燃焼が可能となる温度に達しているケースが想定される。したがって、この場合を想定して電気式ヒータ部４２において触媒燃焼反応を生じさせるべく、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料の供給を実行する。
【０１０１】
すなわち、この触媒部暖機モードにおいて、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料を供給状態、及びエアブロア６１の出力を電気式ヒータ部４２の出力及び液体燃料の供給量に合わせて好適な流量に制御する（ヒータ付き触媒燃焼器４０への空気を供給状態とする）。
【０１０２】
これにより、ヒータ付き触媒燃焼器４０内に供給された空気は、上流側の電気式ヒータ部４２によって電気的に生成される熱、及び電気式ヒータ部４２で生じる触媒燃焼反応による生成熱により加熱されて下流側の触媒部４１（図２参照）を暖機することとなる。
【０１０３】
特に、触媒部暖機モードでは、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３以上であるため電気式ヒータ部４２が液体燃料の気化に好適な温度状態であるところ、供給された液体燃料は電気式ヒータ部４２において気化される。そして、気化された燃料は供給された空気と混合され、当該電気式ヒータ部４２のハニカム構造体４２Ａに担持された触媒材料の作用で触媒燃焼反応が生じる。したがって、電気式ヒータ部４２の電気的な加熱と触媒燃焼反応が、ヒータ付き触媒燃焼器４０の効率的な昇温を促進する観点から相補的に作用することとなる。
【０１０４】
なお、コントローラ５１は、ステップＳ４７０の処理の後、図４で説明したステップＳ４２０以降の処理を実行する。すなわち、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが、触媒部４１における触媒燃焼が可能となる第２閾値温度Ｔｈ２に到達するまで触媒部暖機モードを継続する。
【０１０５】
一方、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３未満と判定された場合におけるステップＳ４４０では、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を暖機するヒータ暖機モードを実行する。ここで、ヒータ暖機モードでは、電気式ヒータ部４２を作動状態としつつ、ヒータ付き触媒燃焼器４０を加熱する。
【０１０６】
そして、コントローラ５１は、このヒータ暖機モードを経て、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３以上となったと判断すると、ステップＳ４７０における触媒部暖機モードに移行する。
【０１０７】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１０８】
本実施形態の燃料電池システム１００において、複数の起動制御モードは、電気式ヒータ部４２を作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料及び空気を供給状態とする第３起動制御モードとしての触媒部暖機モードをさらに含む。そして、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２未満で第３閾値温度Ｔｈ３以上のときに、この触媒部暖機モードを選択する（ステップＳ４６０及びステップＳ４７０）。
【０１０９】
すなわち、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２未満で第３閾値温度Ｔｈ３以上のときに触媒部暖機モードが選択されることで、電気式ヒータ部４２の作動により電気的に生成される熱と、液体燃料として供給されて電気式ヒータ部４２で気化される燃料及び空気の触媒燃焼反応による生成熱によって、ヒータ付き触媒燃焼器４０を暖機することができる。
【０１１０】
したがって、システム起動時において、容器内温度Ｔｖに基づいてヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機は必要であるものの、電気式ヒータ部４２における液体燃料の効率的な気化が可能と判断できる場合には、電気式ヒータ部４２の作動により電気的に生成される熱と当該電気式ヒータ部４２における触媒燃焼反応による生成熱の双方を利用して、ヒータ付き触媒燃焼器４０（触媒部４１）の暖機を効率的に実行することができる。結果として、電気式ヒータ部４２の高出力の作動又は長時間の作動を抑制することができるので、消費電力のさらなる低減を図ることができる。
【０１１１】
特に、本実施形態では、電気式ヒータ部４２において液体燃料が好適に気化されつつ、当該電気式ヒータ部４２自体に担持されている触媒材料の作用で気化燃料と空気の触媒燃焼反応が生じる。すなわち、電気式ヒータ部４２の電気的な加熱と触媒燃焼反応が、ヒータ付き触媒燃焼器４０の効率的な昇温を促進する観点から相補的に作用することとなる。したがって、単に、電気式ヒータ部４２を作動させることで生じる熱のみでヒータ付き触媒燃焼器４０を加熱する場合と比較してより効率的にヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機を実行することができる。結果として、電気式ヒータ部４２の消費電力の抑制及びヒータ付き触媒燃焼器４０における燃料消費量の抑制の双方を実現し、システム効率を向上させることができる。
【０１１２】
なお、本実施形態に係る起動制御モードが適用されるシーンとしては、例えば、前回の燃料電池システム１００の停止時からある程度の時間が経過した場合であって、電気式ヒータ部４２が液体燃料を気化させるために好適な温度程度に維持されている場合が想定される。本実施形態では、このようなシーンにおいて、触媒部暖機モードが選択されることとなるので、電気式ヒータ部４２の消費電力のより一層の低減に寄与することができる。
【０１１３】
（変形例）
以下、第３実施形態の変形例について説明する。なお、既に説明した第３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。本変形例に係る燃料電池システム１００では、第３実施形態の燃焼器準備モードの他の態様、特にステップＳ４７０の処理が変更された態様が提供される。
【０１１４】
図５Ｂは、本実施形態による燃焼器準備モードの流れを示すフローチャートである。なお、図５Ｂに示すステップＳ４５０、ステップＳ４６０、及びステップＳ４８０の処理は、図５Ａで説明したステップＳ４５０、ステップＳ４６０、及びステップＳ４８０の処理と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１５】
本実施形態では、特に、触媒部暖機モードとして、図５ＢのステップＳ４７０に代えて、ステップＳ４７１、ステップＳ４７２、及びステップＳ４７３の処理が実行される。
【０１１６】
具体的に、コントローラ５１は、ステップＳ４６０の判断において容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３以上であると判定すると、ステップＳ４７１の判断を実行する。
【０１１７】
ステップＳ４７１において、容器内温度Ｔｖが予めメモリ等に記憶された所定の第４閾値温度Ｔｈ４以上であるか否かを判定する。ここで、第４閾値温度Ｔｈ４は、ヒータ付き触媒燃焼器４０における電気式ヒータ部４２の温度が、当該電気式ヒータ部４２において触媒燃焼が発生する温度に到達していると判断できる程度に容器内温度Ｔｖが達しているかという観点から定められる。
【０１１８】
したがって、第４閾値温度Ｔｈ４は、電気式ヒータ部４２において液体燃料を気化させる観点から定められる第３閾値温度Ｔｈ３よりも大きな値である一方で、触媒部４１における触媒燃焼が可能と判断する基準である第２閾値温度Ｔｈ２よりは小さい値に設定される。
【０１１９】
すなわち、本変形例において、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４未満であれば、電気式ヒータ部４２における液体燃料の気化を適切に実行することはできる一方で、電気式ヒータ部４２において触媒燃焼反応が好適に生じるまではヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機が進行していないと判断できる。
【０１２０】
また、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４以上であれば、電気式ヒータ部４２における液体燃料の気化を適切に実行可能で且つ電気式ヒータ部４２において触媒燃焼反応が好適に生じる程度にヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機が進行している判断できる。
【０１２１】
したがって、コントローラ５１は、ステップＳ４７１において、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４以上であると判定すると、ステップＳ４７２の触媒部第２暖機モードを実行する。ステップＳ４７２の触媒部第２暖機モードにおいて、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を非作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料を供給状態、及びエアブロア６１の出力を液体燃料の供給量に合わせて好適な流量に制御する（ヒータ付き触媒燃焼器４０への空気を供給状態とする）。
【０１２２】
この触媒部第２暖機モードを実行するシーンにおいては、上述のように電気式ヒータ部４２における液体燃料の気化及び触媒燃焼反応が好適に実行され得る温度環境にあるので、電気式ヒータ部４２を作動させることなくヒータ付き触媒燃焼器４０に液体燃料及び空気を供給すれば、ヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機を進行させることができる。
【０１２３】
なお、コントローラ５１は、ステップＳ４７２の処理の後、図４で説明したステップＳ４２０以降の処理を実行する。すなわち、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが、触媒部４１における触媒燃焼が可能となる第２閾値温度Ｔｈ２に到達するまで触媒部第２暖機モードを継続する。
【０１２４】
一方、コントローラ５１は、ステップＳ４７１において、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４未満であると判定すると、ステップＳ４７３の触媒部第１暖機モードを実行する。
【０１２５】
ステップＳ４７３において、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料を供給状態、及びエアブロア６１の出力を電気式ヒータ部４２の出力及び液体燃料の供給量に合わせて好適な流量に制御するヒータ付き触媒燃焼器４０への空気を供給状態とする）。
【０１２６】
これにより、第２実施形態で説明した触媒部暖機モードの場合と同様に、ヒータ付き触媒燃焼器４０内に供給された空気は、上流側の電気式ヒータ部４２で電気的に生成する熱、及び電気式ヒータ部４２で生じる触媒燃焼反応による生成熱により加熱されて下流側の触媒部４１が昇温することとなる
【０１２７】
そして、コントローラ５１は、この触媒部第１暖機モードを経て、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４以上となったと判断すると、ステップＳ４７２における触媒部第２暖機モードに移行する。
【０１２８】
以上説明した本変形例の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１２９】
本変形例の燃料電池システム１００において、触媒部暖機モード（ステップＳ４７１〜ステップＳ４７３）は、電気式ヒータ部４２を作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０へ液体燃料及び空気を供給状態とする触媒部第１暖機モード（ステップＳ４７３）と、電気式ヒータ部４２を非作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０へ液体燃料及び空気を供給状態とする触媒部第２暖機モード（ステップＳ４７２）と、を含む。
【０１３０】
そして、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３以上で且つ第４閾値温度Ｔｈ４未満である場合に、触媒部第１暖機モードを選択し（ステップＳ４６０のＹｅｓ且つステップＳ４７１のＮｏ）、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４以上で且つ第２閾値温度Ｔｈ２ある場合には、触媒部第２暖機モードを選択する（ステップＳ４６０のＹｅｓ且つステップＳ４７１のＹｅｓ）。
【０１３１】
すなわち、容器内温度Ｔｖが第２閾値温度Ｔｈ２未満で第３閾値温度Ｔｈ３以上のときの触媒部暖機モードにおいて、容器内温度Ｔｖと第４閾値温度Ｔｈ４の大小関係に応じて、電気式ヒータ部４２の作動を要するか否かをより好適に判断し、電気式ヒータ部４２を作動させなくとも良いシーンにおいては、電気式ヒータ部４２を非作動状態とするので、燃料電池システム１００における消費電力のより一層の低減に寄与することができる。
【０１３２】
より詳細には、本変形例の第４閾値温度Ｔｈ４は、電気式ヒータ部４２における液体燃料の気化は適切に実行できるが電気式ヒータ部４２において触媒燃焼反応が適切に実行できない場合と、電気式ヒータ部４２における液体燃料の気化及び触媒燃焼反応がともに適切に実行できる場合と、の判断を行うための指標として用いられる。
【０１３３】
したがって、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４未満であれば、電気式ヒータ部４２を作動させて少なくとも電気式ヒータ部４２における触媒燃焼反応が適切に実行できる程度まで速やかに暖機を行うとともに、容器内温度Ｔｖが第４閾値温度Ｔｈ４以上であれば、電気式ヒータ部４２を非作動状態としても当該電気式ヒータ部４２における触媒燃焼による生成熱でヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機を進行させることができる。
【０１３４】
すなわち、触媒部暖機モードにおいて、容器内温度Ｔｖに応じてより適切に電気式ヒータ部４２の作動及び液体燃料の供給が制御されることとなるので、電気式ヒータ部４２の消費電力及びヒータ付き触媒燃焼器４０における燃料消費量のさらなる低減を図ることができ、よりシステム効率を向上させることができる。
【０１３５】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について説明する。なお、上記各実施形態又は変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。特に、本実施形態の燃料電池システム１００におけるハードウェア構成は、図１で説明した第１実施形態における構成と同様である。
【０１３６】
本実施形態では、図５ＡのステップＳ４８０におけるヒータ暖機モードのより詳細な処理が提供される。すなわち、本実施形態における起動制御は、図３のステップＳ１００〜ステップＳ４００の処理について第１実施形態と共通し、図４のステップＳ４１０〜ステップＳ４４０の処理について第２実施形態と共通し、図５ＡのステップＳ４５０〜ステップＳ４７０の処理について第３実施形態と共通する。
【０１３７】
したがって、以下では、ステップＳ４８０の処理を中心に説明する。
【０１３８】
図５Ｂは、本実施形態によるヒータ暖機モードの流れを示すフローチャートである。なお、図５Ｂに示す処理は、図５ＡのステップＳ４８０で説明したヒータ暖機モードにおいて実行されるので、容器内温度Ｔｖが、電気式ヒータ部４２において液体燃料の気化が適切に行われると判断する基準である第３閾値温度Ｔｈ３を下回っていることが前提である。
【０１３９】
図示のように、ステップＳ４８１において、コントローラ５１は、エアブロア６１を制御してヒータ付き触媒燃焼器４０への空気供給を行う。なお、この時のヒータ付き触媒燃焼器４０に供給する空気流量は、例えば、後述の電気式ヒータ部４２の作動により生成する熱を触媒部４１に適切に伝達する観点、及び電気式ヒータ部４２の過剰な温度上昇を抑制する観点から適宜設定される。
【０１４０】
ステップＳ４８２において、コントローラ５１は、電気式ヒータ部４２を作動させる。なお、電気式ヒータ部４２の出力は、ヒータ付き触媒燃焼器４０に供給される空気の保有熱量を考慮しつつ、電気式ヒータ部４２の過剰な温度上昇を抑制しつつ触媒部４１への適切な伝熱を実現する観点から適宜設定することができる。
【０１４１】
すなわち、本実施形態では、ヒータ付き触媒燃焼器４０における液体燃料の気化を適切に実行することができない程度に容器内温度Ｔｖが低い場合には、電気式ヒータ部４２を作動させてヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機を実行することとなる。したがって、コントローラ５１は、ヒータ暖機モードにおいてはヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料を非供給状態とする。
【０１４２】
図７Ａは、本実施形態において、容器内温度Ｔｖに応じて実行される各起動制御モードをまとめて表である。すなわち、図７Ａは、容器内温度Ｔｖに応じて電気式ヒータ部４２の作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料の供給状態、及びヒータ付き触媒燃焼器４０への空気の供給状態の対応を示している。
【０１４３】
図７Ａから理解されるように、本実施形態の燃料電池システム１００の起動制御は、電力消費量の増大要因となり得る電気式ヒータ部４２の作動を可能な限り抑制しつつも、ヒータ付き触媒燃焼器４０内における効率的な触媒燃焼を実現して燃料電池スタック１等の効率的な暖機を実現する観点から実行される。
【０１４４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１４５】
本実施形態の燃料電池システム１００において、複数の起動制御モードは、電気式ヒータ部４２を作動状態、ヒータ付き触媒燃焼器４０への燃料を非供給状態、及びヒータ付き触媒燃焼器４０への空気を供給状態とする第４起動制御モードとしてのヒータ暖機モード（ステップＳ４８０）をさらに含む。特に、コントローラ５１は、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３未満のときに、このヒータ暖機モードを選択する（図５ＡのステップＳ４６０のＮｏ及びステップＳ４８０）。
【０１４６】
すなわち、本実施形態の燃料電池システム１００では、容器内温度Ｔｖが第３閾値温度Ｔｈ３のとき、より詳細にはヒータ付き触媒燃焼器４０における液体燃料の気化を適切に実行することができない程度に容器内温度Ｔｖが低いときにヒータ暖機モードを選択する。
【０１４７】
これにより、電気式ヒータ部４２を作動させてヒータ付き触媒燃焼器４０を暖機するべきシーンを適切に判断して、ヒータ暖機モードを実行することができる。したがって、電気式ヒータ部４２の作動が要求されるシーンにおいてはこれを適切に判断して電気式ヒータ部４２を作動させ、ヒータ付き触媒燃焼器４０の速やかな暖機に寄与することができる。また、このヒータ暖機モードでは、ヒータ付き触媒燃焼器４０への液体燃料の供給を行わないので、電気式ヒータ部４２の温度が液体燃料の気化を適切に実行できない程度に低い場合に液体燃料が供給されることによる燃料消費を抑制することができる。結果として、ヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機を含む燃料電池システム１００の暖機を効率的に実行することができるので、消費電力及び燃料消費量のさらなる低減を図ることができる。
【０１４８】
また、本実施形態に係る起動制御モードが適用されるシーンとしては、例えば、前回の燃料電池システム１００の停止時からかなり時間が経過した場合であって、電気式ヒータ部４２の温度が液体燃料の気化を適切に実行できない程度に低下した場合が想定される。本実施形態では、このようなシーンにおいて、ヒータ暖機モードが選択されることとなるので、ヒータ付き触媒燃焼器４０の速やか且つ無駄な燃料消費を要しない暖機が可能となる。
【０１４９】
なお、上記ステップＳ４８１とステップＳ４８２の処理を実行する順番は、本実施形態で説明した順番に限られない。すなわち、ステップＳ４８２の処理を実行した後にステップＳ４８１の処理を実行しても良い。また、ステップＳ４８１とステップＳ４８２の処理を略同時に実行しても良い。
【０１５０】
また、本実施形態において図５Ａで説明したステップＳ４５０〜ステップＳ４７０の処理に代えて、図５Ｂで説明したステップＳ４５０、ステップＳ４６０、ステップＳ４７１、ステップＳ４７２、及びステップＳ４７３の処理を適用するようにしても良い。この場合において容器内温度Ｔｖに応じて実行される各起動制御モードをまとめて表を図７Ｂに示す。
【０１５１】
（第５実施形態）
以下、第５実施形態について説明する。なお、上記各実施形態又は変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。特に、本実施形態では、容器内温度Ｔｖを取得するために、燃料電池システム１００に温度センサ１１０を設ける例を説明する。
【０１５２】
図８Ａは、第５実施形態による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。図示のように、本実施形態では、図１で説明した燃料電池システム１００の構成に加えて、断熱容器Ｌ内における空気通路１３のカソード排ガス通路１３ｂに温度センサ１１０が設けられている。温度センサ１１０は、空気通路１３を流れる空気の温度を検出し、コントローラ５１に送信する。すなわち、温度センサ１１０は、ヒータ付き触媒燃焼器４０に空気を供給する経路としても機能するカソード排ガス通路１３ｂに設けられる。
【０１５３】
そして、コントローラ５１は、温度センサ１１０から受信した温度検出値を、容器内温度Ｔｖとみなして、第１実施形態〜第４実施形態で説明した各起動制御、及び第３実施形態の変形例として説明した起動制御の内の何れかを実行する。
【０１５４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１５５】
本実施形態の燃料電池システム１００において、断熱容器Ｌの内部に、容器内温度Ｔｖを取得する容器内温度検出装置としての温度センサ１１０が設けられる。
【０１５６】
これにより、断熱容器Ｌの内部の温度を直接的に計測して得られる容器内温度Ｔｖを、コントローラ５１による起動制御に用いることができるので、当該起動制御の精度をより向上させることができる。
【０１５７】
また、本実施形態の燃料電池システム１００では、ヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１への共通の空気の供給経路を構成する酸化剤ガス路としての空気通路１３を有する。空気通路１３は、燃料電池スタック１へ空気を供給する燃料電池酸化剤供給経路としてのスタック空気供給通路１３ａと、スタック空気供給通路１３ａに連通して燃料電池スタック１からの排ガス（カソード排ガス）を流すとともにヒータ付き触媒燃焼器４０に空気を供給する燃焼器酸化剤供給経路としてのカソード排ガス通路１３ｂと、を含む。そして、温度センサ１１０は、空気通路１３に設けられる。
【０１５８】
これにより、本実施形態に係る起動制御において、ヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１からの排ガスを流しつつヒータ付き触媒燃焼器４０への空気供給経路としても機能するカソード排ガス通路１３ｂ内のガス温度を温度センサ１１０で検出することができる。
【０１５９】
したがって、上記構成によれば、断熱容器Ｌ内において少なくとも燃料電池スタック１からヒータ付き触媒燃焼器４０までに亘る一定範囲を流れて局所的な熱分布の偏りの影響を好適に排除されたガス温度検出値が、容器内温度Ｔｖとして取得されるので、上記起動制御をより高精度に実行することができる。また、カソード排ガス通路１３ｂ内のガス温度検出値である容器内温度Ｔｖには、制御対象であるヒータ付き触媒燃焼器４０及び燃料電池スタック１の双方の温度の影響がより強く反映されるので、上記起動制御をより好適に実行することができる。
【０１６０】
なお、本実施形態の構成を有する燃料電池システム１００において、図３で説明した起動制御にしたがい、暖機モードが選択されずに通常起動モードが選択された場合（ステップＳ２００のＹｅｓ及びステップＳ３００参照）においても、燃料電池スタック１における発電のために供給される空気が空気通路１３を流れる。
【０１６１】
したがって、温度センサ１１０によってこの空気の温度を検出することができる。すなわち、本実施形態に係る起動制御における容器内温度Ｔｖを取得するべく用いる温度センサ１１０は、燃料電池スタック１の通常運転時の制御に用いるパラメータとしての温度の検出にも用いることができる。これにより、本実施形態の構成であれば、複数の温度センサを設置することなく低コストに、燃料電池スタック１の通常運転時の制御及び本実施形態の起動制御の双方に必要な温度情報を与えることができる。
【０１６２】
また、本実施形態では、温度センサ１１０は、燃料電池スタック１の下流に設けられている。これにより、温度センサ１１０に検出される温度は、燃料電池スタック１を通過したガスの温度となるので、制御対象である燃料電池スタック１の実際の温度がより強く反映されることとなる。したがって、本実施形態の燃料電池システム１００では、この温度センサ１１０の温度検出値を容器内温度Ｔｖとして燃料電池スタック１に対する暖機が必要か否かの判断（図３のステップＳ２００）が実行されることとなるので、当該判断の精度をより向上させることができる。
【０１６３】
なお、温度センサ１１０の温度検出値に燃料電池スタック１の実際の温度がより強く反映される観点から、カソード排ガス通路１３ｂにおいて燃料電池スタック１に比較的近い位置に温度センサ１１０を設けることが好ましい。
【０１６４】
（変形例１）
次に、第５実施形態の変形例１について説明する。なお、既に説明した第５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。
【０１６５】
図８Ｂは、本変形例１による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。図示のように、本変形例１の燃料電池システム１００には、図８Ａで説明した温度センサ１１０に代えて、燃焼ガス通路１７における断熱容器Ｌの周辺の外部領域に温度センサ１２０が設けられている。
【０１６６】
そして、コントローラ５１は、温度センサ１２０から受信した温度検出値を、容器内温度Ｔｖとみなして、第１実施形態〜第４実施形態で説明した各起動制御、及び第３実施形態の変形例として説明した起動制御の内の何れかを実行する。
【０１６７】
以上説明した本変形例１の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１６８】
本実施形態の燃料電池システム１００において、断熱容器Ｌの周辺外部領域に、容器内温度Ｔｖを取得する容器内温度検出装置としての温度センサ１２０が設けられる。
【０１６９】
これにより、断熱容器Ｌの内部にセンサを設けることなく、容器内温度Ｔｖを取得することができる。すなわち、容器内温度Ｔｖを取得するための温度センサ１２０の後付けが容易になる。さらに、温度センサ１２０は、断熱容器Ｌの周辺（近傍）に設けられるため、断熱容器Ｌの実際の内部の温度に対する誤差も最小限に抑えることができる。
【０１７０】
また、本実施形態の燃料電池システム１００では、ヒータ付き触媒燃焼器４０には、該ヒータ付き触媒燃焼器４０で生成される燃焼ガスを排出するとともに、断熱容器Ｌの外部に伸長する燃焼ガス通路１７が接続されている。そして、温度センサ１２０は、燃焼ガス通路１７における断熱容器Ｌの外部領域に設けられる。
【０１７１】
これにより、温度センサ１２０が、ヒータ付き触媒燃焼器４０で生成される燃焼ガスの保有熱量の影響が比較的強く反映される燃焼ガス通路１７に配置されることとなる。したがって、温度センサ１２０が断熱容器Ｌの外部にあっても、コントローラ５１による起動制御における容器内温度Ｔｖに応じたヒータ付き触媒燃焼器４０の各起動モードの判断（図４のステップＳ４２０及び図５ＡのステップＳ４６０等）を好適な精度で実行することができる。
【０１７２】
（変形例２）
次に、第５実施形態の変形例２について説明する。なお、既に説明した第５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。
【０１７３】
図８Ｃは、本変形例２による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。図示のように、本変形例２の燃料電池システム１００には、図８Ａで説明した温度センサ１１０に代えて、燃料電池スタック１に温度センサ１３０が設置されている。
【０１７４】
そして、コントローラ５１は、温度センサ１３０から受信した温度検出値を、容器内温度Ｔｖとみなして、第１実施形態〜第４実施形態で説明した各起動制御、及び第３実施形態の変形例として説明した起動制御の内の何れかを実行する。
【０１７５】
以上説明した本変形例２の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１７６】
本実施形態の燃料電池システム１００において、容器内温度検出装置としての温度センサ１３０は、燃料電池スタック１に設置される。
【０１７７】
これにより、燃料電池スタック１の温度を直接的に計測して得られる容器内温度Ｔｖを、コントローラ５１による起動制御に用いることができるので、当該起動制御における燃料電池スタック１の暖機処理の精度をより向上させることができる。
【０１７８】
より具体的には、燃料電池スタック１に設置された温度センサ１３０の温度検出値は、燃料電池システム１００の起動時における暖機対象としての燃料電池スタック１の温度がよりダイレクトに反映されることとなる。したがって、本実施形態の燃料電池システム１００では、この温度センサ１３０の温度検出値を容器内温度Ｔｖとして燃料電池スタック１に対する暖機が必要か否かの判断（図３のステップＳ２００）が実行されることとなるので、当該判断の精度をより向上させることができる。
【０１７９】
（変形例３）
次に、第５実施形態の変形例２について説明する。なお、既に説明した第５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。
【０１８０】
図８Ｄは、本変形例３による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。図示のように、本変形例２の燃料電池システム１００には、図８Ｄで説明した温度センサ１１０に代えて、ヒータ付き触媒燃焼器４０に温度センサ１４０が設置されている。
【０１８１】
そして、コントローラ５１は、温度センサ１４０から受信した温度検出値を、容器内温度Ｔｖとみなして、第１実施形態〜第４実施形態で説明した各起動制御、及び第３実施形態の変形例として説明した起動制御の内の何れかを実行する。
【０１８２】
以上説明した本変形例３の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０１８３】
本実施形態の燃料電池システム１００において、容器内温度検出装置としての温度センサ１４０は、ヒータ付き触媒燃焼器４０に設置される。
【０１８４】
これにより、ヒータ付き触媒燃焼器４０の温度を直接的に計測して得られる容器内温度Ｔｖを、コントローラ５１による起動制御に用いることができるので、当該起動制御におけるヒータ付き触媒燃焼器４０の暖機処理の精度をより向上させることができる。
【０１８５】
より具体的には、ヒータ付き触媒燃焼器４０に設置された温度センサ１４０の温度検出値は、燃料電池システム１００の起動時においてヒータ付き触媒燃焼器４０の温度がよりダイレクトに反映されることとなる。したがって、本実施形態の燃料電池システム１００では、この温度センサ１４０の温度検出値を容器内温度Ｔｖとすることで、ヒータ付き触媒燃焼器４０の各起動モードの判断（図４のステップＳ４２０及び図５ＡのステップＳ４６０等）をより高精度に実行することができる。
【０１８６】
なお、上記第５実施形態及び各変形例１〜３で説明した各温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０の設置位置は、一例に過ぎず、断熱容器Ｌの内部又は周辺の外部領域であれば、他の場所に配置しても良い。特に、断熱容器Ｌの内部は、外部との熱の流出入が遮断された略閉塞された空間であるため、当該空間内は比較的熱平衡状態となりやすい。このため、空間内の温度分布の偏りが少ない。
【０１８７】
したがって、断熱容器Ｌの内部又は周辺の外部領域に温度センサを設けて温度を検出することで、上記起動制御の制御対象である燃料電池スタック１及びヒータ付き触媒燃焼器４０の実際の温度の影響が好適に反映された容器内温度Ｔｖを取得することができる。
【０１８８】
具体的に、上記第５実施形態及び各変形例１〜３で説明した各温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０以外にも、図８Ｅに示すように、燃料電池スタック１の上流のスタック空気供給通路１３ａに温度センサ１５０を設けるようにしても良い。
【０１８９】
さらに、図８Ａ〜図８Ｅにおいて、それぞれ、一つの温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０を設ける例を説明したが、これら各温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０を任意の組み合わせで２つ以上配置するようにしても良い。その場合、例えば、２つ以上のセンサの温度検出値の平均値、中央値、最小値、又は最大値等の統計量を容器内温度Ｔｖとみなすことができる。
【０１９０】
一方で、図８Ａ〜図８Ｅに示した燃料電池システム１００では、上述のように、断熱容器Ｌの内部又は周辺の外部領域における温度分布の偏りが少ないため、図８Ａ〜図８Ｅに示すような各温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の何れか一つだけ設けることがより好ましい。
【０１９１】
すなわち、燃料電池システム１００において温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の内の複数のセンサを設けた場合でも、上述温度分布の偏りが少ないことに起因して当該複数のセンサで検出される温度検出値のバラツキも比較的少なくなる。したがって、燃料電池システム１００に温度センサ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０のいずれか一つのセンサを設けて当該センサによる温度検出値を容器内温度Ｔｖとすることで、コントローラ５１による起動制御の精度を十分に維持しつつも、センサ設置数を少なくすることによる低コスト化にも寄与することができる。
【０１９２】
（第６実施形態）
以下、第６実施形態について説明する。なお、上記各実施形態又は変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１９３】
本実施形態では、コントローラ５１は、燃料電池システム１００の停止時（以下、単に「システム停止時」とも記載する）から次のシステム起動時において、断熱容器Ｌから外部への放熱に起因する容器内温度Ｔｖの変化を推定し、当該変化が加味された容器内温度Ｔｖをシステム起動時に開始される起動制御に用いる。
【０１９４】
図９は、第６実施形態による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。図示のように、本実施形態では、図８Ａで説明した燃料電池システム１００の構成に加えて、燃料通路１１における断熱容器Ｌの外部領域に温度センサ２００が設けられている。
【０１９５】
より詳細には、本実施形態の燃料電池システム１００の温度センサ２００は、燃料通路１１における燃料タンク８の下流であり、蒸発器２１の上流位置に設けられている。温度センサ２００は、燃料タンク８からの液体燃料の温度を検出してコントローラ５１に送信する。
【０１９６】
ここで、燃料タンク８は、当該燃料タンク８内において液体燃料が気化してしまうことを抑制する観点などから、断熱容器Ｌの外部、特に外気に近い温度に維持される低温領域に配置される。したがって、燃料タンク８の下流で蒸発器２１の上流位置に設置される温度センサ２００が検出する液体燃料の温度は、ほぼ外気温度に相当する値となる。
【０１９７】
したがって、コントローラ５１は、温度センサ２００から受信した温度検出値を、外気温度Ｔｏｕｔとみなして取得する。
【０１９８】
また、コントローラ５１は、該コントローラ５１の内部又は外部に構成され、燃料電池システム１００の停止中であっても経過時間をカウントし得る所定のタイマ３００により経過時間情報を取得する。特に、本実施形態のコントローラ５１は、タイマ３００によりシステム停止時から次のシステム起動時までの経過時間であるシステム停止時間Δｔを取得する。
【０１９９】
そして、コントローラ５１は、システム停止時における温度センサ２００で検出される温度検出値（以下では、「停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）」とも称する）、温度センサ１１０で検出される温度検出値（すなわち、容器内温度Ｔｖ）、及びシステム停止時間Δｔに基づいて、次のシステム起動時の容器内温度Ｔｖを推定する。以下では、この容器内温度Ｔｖの推定の詳細を説明する。
【０２００】
図１０は、容器内温度Ｔｖの推定の流れを説明するフローチャートである。なお、以下では、説明の明確化のため、システム停止時における容器内温度Ｔｖを「停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）」と称し、次のシステム起動時における容器内温度Ｔｖを「起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）」と称する。
【０２０１】
先ず、コントローラ５１は、燃料電池システム１００の停止指令を検出すると、ステップＳ５００及びステップＳ５１０の処理を実行する。
【０２０２】
ステップＳ５００において、コントローラ５１は、温度センサ２００及び温度センサ１１０からそれぞれ、停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）を取得する。
【０２０３】
ステップＳ５１０において、コントローラ５１は、取得した停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）に基づいて、システム停止時以降の容器内温度Ｔｖの時間変化量である推定単位時間温度減少量δＴｖを演算する。
【０２０４】
具体的に、コントローラ５１は、先ず、停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）と停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）の差に基づいて、断熱容器Ｌの内部と外部の間の温度勾配を演算する。そして、コントローラ５１は、予め定められた断熱容器Ｌの断熱性能（断熱係数）、及び演算した温度勾配に基づいて、所定のマップから容器内温度Ｔｖの単位時間あたりの減少量である推定単位時間温度減少量δＴｖを演算する。
【０２０５】
すなわち、システム停止時以降は、基本的に、断熱容器Ｌの内部における燃料電池スタック１及びヒータ付き触媒燃焼器４０等の作動が停止しているため、これらの作動に伴う発熱は生じない。したがって、本実施形態のように、停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）を把握した上で、システム停止時の断熱容器Ｌの内外の温度勾配、及び断熱容器Ｌの断熱性能を考慮することで、推定単位時間温度減少量δＴｖを評価することができる。
【０２０６】
次に、コントローラ５１は、システム停止時以降に、燃料電池システム１００の起動指令を検出すると、ステップＳ５２０及びステップＳ５３０の処理を実行する。
【０２０７】
ステップＳ５２０において、コントローラ５１は、タイマ３００からシステム停止時間Δｔを取得する。
【０２０８】
そして、ステップＳ５３０において、コントローラ５１は、取得したシステム停止時間Δｔ、停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）、及びステップＳ５１０で演算した推定単位時間温度減少量δＴｖに基づいて、起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）を演算する。
【０２０９】
具体的にコントローラ５１は、停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）から、推定単位時間温度減少量δＴｖにシステム停止時間Δｔを乗じた値を減じることで起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）を演算する。すなわち、コントローラ５１は、Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）＝Ｔｖ（ｔ）−δＴｖ×Δｔの式で表される演算を行う。
【０２１０】
そして、コントローラ５１は、演算した起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）を、容器内温度Ｔｖとみなして、第１実施形態〜第４実施形態で説明した各起動制御、及び第３実施形態の変形例として説明した起動制御の内の何れかを実行する。
【０２１１】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【０２１２】
本実施形態の燃料電池システム１００におけるコントローラ５１は、さらに、容器内温度Ｔｖを推定する容器内温度推定装置として機能する。
【０２１３】
これにより、必要に応じて、温度センサ１１０による検出値及びコントローラ５１による推定値の少なくとも何れか一方を容器内温度Ｔｖとして採用することができるので、当該容器内温度Ｔｖをパラメータとする起動制御の安定性がより向上する。
【０２１４】
特に、コントローラ５１は、燃料電池システム停止時（システム停止時）における外気温度Ｔｏｕｔである停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）、及びシステム停止時における容器内温度Ｔｖである停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）を取得する（ステップＳ５００）。そして、コントローラ５１は、停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）、及び停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）に基づいて、システム停止時以降の容器内温度Ｔｖの時間変化量である推定単位時間温度減少量δＴｖを推定する（ステップＳ５１０）。さらに、コントローラ５１は、次の燃料電池システム起動時（システム起動時）において、システム停止時からシステム起動時までの経過時間であるシステム停止時間Δｔを取得する（ステップＳ５２０）。そして、コントローラ５１は、停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）、停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）、推定単位時間温度減少量δＴｖ、及びシステム停止時間Δｔに基づいて、システム起動時における容器内温度としての起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）を推定する（ステップＳ５３０）。
【０２１５】
これにより、この推定した起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）を、第１実施形態等で説明した起動制御において容器内温度Ｔｖとして用いることができる。特に、起動時容器内温度Ｔｖ（ｔ＋Δｔ）の演算に用いる停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）、停止時容器内温度Ｔｖ（ｔ）、推定単位時間温度減少量δＴｖ、及びシステム停止時間Δｔは、システム起動時において起動制御を実行するシーンで温度検出等を行うことなく演算できるパラメータである。したがって、システム起動時における起動制御の開始時に温度検出等を行うことによる制御の応答遅れが抑制される。結果として、システム起動時における速やかな起動制御の実行に寄与することとなる。
【０２１６】
また、本実施形態では、コントローラ５１は、停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）として、断熱容器Ｌの外部領域に配される燃料通路１１に設けられる温度センサ２００の検出値を取得する。
【０２１７】
すなわち、略外気温度と同等の温度に維持される断熱容器Ｌの外部領域の燃料通路１１内の燃料温度を外気温度とみなすことと、高精度な停止時外気温度Ｔｏｕｔ（ｔ）を取得することができる。特に、断熱容器Ｌの外部の燃料通路１１には、液体燃料を適切な温度に調節する観点から、既存のシステムにおいても燃料温度検出センサが配されている場合がある。したがって、このような場合においては、この既存の燃料温度検出センサを上述の温度センサ２００として機能させることで、新たなセンサを追加することにコストアップを抑制しつつ、本実施形態に係る構成を実現することができる。
【０２１８】
なお、燃料通路１１における燃料タンク８と蒸発器２１の間に温度センサ２００を設け、温度センサ２００による検出値を外気温度Ｔｏｕｔとみなして容器内温度Ｔｖの推定を実行している。しかしながら、これに限られず、燃料貯留部としての燃料タンク８に設けた温度センサ２００の検出値、燃料電池システム１００の外部に任意に設置される外気温センサの検出値、及び所定の外気温度推定装置による外気温度の推定値等を、本実施形態における容器内温度Ｔｖの推定に用いても良い。
【０２１９】
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。
【０２２０】
例えば、上記各実施形態及び各変形例で説明した燃料電池システム１００では、ヒータ付き触媒燃焼器４０が、燃料電池スタック１の下流の燃料オフガス通路１２及びカソード排ガス通路１３ｂに接続された構成をとっている。しかしながら、これに限られず、ヒータ付き触媒燃焼器４０を、空気通路１３における燃料電池スタック１の上流、又は燃料通路１１における燃料電池スタック１の上流などに設けても良い。すなわち、ヒータ付き触媒燃焼器４０は、当該ヒータ付き触媒燃焼器４０による触媒燃焼で生成される熱を、断熱容器Ｌ内の管路を流れる空気、燃料ガス、又は断熱容器Ｌ内の空間内気体を媒体として燃料電池スタック１に供給することができるならば、適宜、任意の場所に設置することができる。さらに、燃料電池システム１００内に複数個のヒータ付き触媒燃焼器４０を設けるようにしても良い。
【０２２１】
さらに、上記各実施形態及び各変形例では、一つの断熱容器Ｌ内に燃料電池スタック１及びヒータ付き触媒燃焼器４０を収容した構成の燃料電池システム１００について説明した。しかしながら、例えば、一つの断熱容器Ｌに代えて、燃料電池スタック１を収容する断熱容器Ｌ１とヒータ付き触媒燃焼器４０を収容する断熱容器Ｌ２を構成しても良い。特に、この場合、上記各実施形態及び各変形例で説明した燃料電池システム１００の起動制御で用いられる容器内温度Ｔｖとしては、断熱容器Ｌ１内の温度検出値、断熱容器Ｌ２内の温度検出値、又はこれら両温度検出値の平均値若しくは中央値としても良い。
【０２２２】
さらに、この場合、図３のステップＳ２００における燃料電池スタック１を暖機させるかどうかの判断のように、特に燃料電池スタック１の実際の温度が反映されることが好ましい判断処理においては断熱容器Ｌ１内の温度検出値を容器内温度Ｔｖとする一方で、図４のステップＳ４２０におけるヒータ付き触媒燃焼器４０の触媒部４１の暖機を実行するかどうかの判断のように、特にヒータ付き触媒燃焼器４０の実際の温度が反映されることが好ましい判断処理においては断熱容器Ｌ２内の温度検出値を容器内温度Ｔｖとするようにしても良い。すなわち、コントローラ５１が、上記各実施形態及び各変形例による起動制御における判断処理に応じて、断熱容器Ｌ１内の温度検出値及び断熱容器Ｌ２内の温度検出値のより適切な方を容器内温度Ｔｖに設定するようにしても良い。
【０２２３】
また、上記各実施形態及び各変形例は、当業者が想定し得る範囲で適宜、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【０２２４】
１    燃料電池スタック
８    燃料タンク
１３    空気通路
１５    燃焼器燃料供給路
１７    燃焼ガス通路
２１    蒸発器
２２    燃料熱交換器
２３    改質器
３１    空気熱交換器
４０    ヒータ付き触媒燃焼器
４１    触媒部
４２    電気式ヒータ部
５１    コントローラ
６１    エアブロア
７２    第２燃料噴射装置
１００    燃料電池システム
１１０    温度センサ
１２０    温度センサ
１３０    温度センサ
１４０    温度センサ
１５０    温度センサ
２００    温度センサ
３００    タイマ
Ｌ        断熱容器
【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６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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