(57)【要約】【課題】燃料電池システムに関し、燃料電池の発電状態の安定性を向上させる。【解決手段】エンジン１の排気ガスに含まれる炭化水素を改質し水素ガスを生成する改質器２を、エンジン１の排気通路１４に介装させる。改質器２で生成された水素ガスを燃料として発電する燃料電池３を設ける。燃料電池３のオフガスをエンジン１の吸気系に再循環させるオフガス再循環通路５を設ける。オフガス再循環通路５を通るオフガス量を制御するオフガス制御弁４を設ける。改質器２の温度に応じてオフガス制御弁４の開度を調節する制御装置２９を設ける。【選択図】図２
2019008866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に介装され、排気ガスに含まれる炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された前記水素ガスを燃料として発電する燃料電池と、
前記燃料電池のオフガスを前記エンジンの吸気系に再循環させるオフガス再循環通路と、
前記オフガス再循環通路を通るオフガス量を制御するオフガス制御弁と、
前記改質器の温度に応じて前記オフガス制御弁の開度を調節する制御装置と
を備えたことを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記オフガス制御弁の開度を大きくする
ことを特徴とする、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記エンジンと前記改質器との間で前記排気通路から分岐し、排気触媒装置を通過して前記改質器の上流で前記排気通路に合流する形状に形成された触媒通路と、
前記触媒通路を通る排気ガス量を制御する排気制御弁とを備え、
前記制御装置が、前記改質器の温度に応じて前記排気制御弁の開度を調節する
ことを特徴とする、請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記排気制御弁の開度を小さくする
ことを特徴とする、請求項３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、エンジンの排気ガス及び燃料電池のオフガスを利用した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池のオフガスをエンジンの吸入空気に混合させることで、エンジンの排気ガス性能や燃焼安定性を改善する技術が知られている。例えば、固体酸化物型燃料電池（SOFC；Solid Oxide Fuel Cell）のアノードから排出される高温のオフガスには二酸化炭素（CO2）が多く含まれ、酸素（O2）がほとんど含まれていない。また、溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC；Molten Carbonate Fuel Cell）のオフガス成分も同様である。これらのオフガスをエンジンの吸気系に導入することで、エンジン筒内の燃焼温度を低下させることができ、ノッキングを発生しにくくすることができる（特許文献１，２参照）。
【０００３】
一方、エンジンの排気ガスを燃料電池に供給して発電させる技術も提案されている。エンジンの排気ガスには未燃炭化水素成分（HC）が含まれていることから、水蒸気改質や部分酸化改質などの処理を施すことで水素ガスを生成することができる。この水素ガスを燃料電池の燃料として利用することで、エンジンの排気ガスを浄化しつつ発電することができる（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-189880号公報
【特許文献２】特開2011-171217号公報
【特許文献３】特開2016-178054号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池のオフガスをエンジンの吸気系に導入する既存の再循環システムでは、エンジンの運転状態に応じてオフガスの導入量が制御されている。上記の特許文献１では、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて要求排気量を設定し、実排気量と要求排気量との比較によりオフガスの導入量を決定している。一方、エンジンから排出される排気ガスの温度は、オフガスの導入量に応じて変動しうる。したがって、この排気ガスを利用して燃料電池で発電した場合には、エンジンの運転状態によって燃料電池や改質器の温度が所望の動作温度範囲から逸脱しやすくなってしまう。このように、燃料電池のオフガスとエンジンの排気ガスとの相互利用が実施される発電システムにおいては、発電動作を安定させるうえで改善の余地がある。
【０００６】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、燃料電池の発電状態を安定させた燃料電池システムを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）開示の燃料電池システムは、エンジンの排気通路に介装され、排気ガスに含まれる炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された前記水素ガスを燃料として発電する燃料電池とを備える。また、前記燃料電池のオフガスを前記エンジンの吸気系に再循環させるオフガス再循環通路と、前記オフガス再循環通路を通るオフガス量を制御するオフガス制御弁と、前記改質器の温度に応じて前記オフガス制御弁の開度を調節する制御装置とを備える。
【０００８】
（２）前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記オフガス制御弁の開度を大きくすることが好ましい。言い換えれば、前記改質器の温度が高いほど、前記オフガス再循環通路を通る前記オフガスの導入量を増加させることが好ましい。
【０００９】
（３）前記エンジンと前記改質器との間で前記排気通路から分岐し、排気触媒装置を通過して前記改質器の上流で前記排気通路に合流する形状に形成された触媒通路と、前記触媒通路を通る排気ガス量を制御する排気制御弁とを備えることが好ましい。また、前記制御装置が、前記改質器の温度に応じて前記排気制御弁の開度を調節することが好ましい。
【００１０】
（４）前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記排気制御弁の開度を小さくすることが好ましい。言い換えれば、前記改質器の温度が高いほど、前記触媒通路を通る前記排気ガス量を減少させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
燃料電池のオフガスに含まれる二酸化炭素は、エンジンの燃焼抑制剤として機能し、エンジンの排気ガスの温度を低下させるように作用する。したがって、改質器温度に応じてオフガス制御弁の開度を制御することで、エンジンから排出される排気ガスの温度を制御することができ、改質器に導入される排気ガスの温度を制御することができる。したがって、改質器や燃料電池を所望の動作温度範囲に維持しやすくなり、燃料電池での発電状態を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池システムが適用された車両の側面図である。
【図２】燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は改質器の温度と弁開度との関係を示すグラフである。
【図４】燃料電池システムの制御手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施形態としての燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１４】
［１．構成］
図１に、本実施形態の燃料電池システムが適用された車両１０を示す。この車両１０は、駆動源としてのエンジン１と電動機２６（走行用モータジェネレーター）とを搭載したシリーズ・パラレル併用方式のハイブリッド自動車である。エンジン１は、例えばディーゼルエンジンやガソリン直噴エンジンなどの内燃機関であり、燃料（ガソリン，軽油など）を含む混合気をシリンダー内で燃焼させることで回転軸を駆動する。電動機２６は、モーターとしての機能（車両駆動機能）とジェネレーターとしての機能（回生発電機能）とを併せ持つ交流電動発電機である。これらのエンジン１及び電動機２６は、駆動輪に対して並列に接続され、各々が独立して駆動力を伝達可能に設けられる。
【００１５】
エンジン１には、発電機２７（発電用モータジェネレーター）が接続される。発電機２７は、エンジン１の駆動力を利用して発電するジェネレーターとしての機能と、エンジン１を始動させるスターターとしての機能とを兼ね備えた交流電動発電機である。電動機２６，発電機２７のそれぞれは、駆動用バッテリー２５に接続される。駆動用バッテリー２５は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池である。駆動用バッテリー２５は、電動機２６の回生電力や発電機２７の発電電力で充電可能であり、かつ、外部充電設備を利用した外部充電も可能である。
【００１６】
車両１０には、燃料電池３とその燃料ガスを生成するための改質器２とが搭載される。本実施形態の燃料電池システムでは、エンジン１の排気ガスと燃料電池３のオフガス（燃料電池３のアノード側から排出されるガス）との相互利用が実施される。すなわち、エンジン１の排気ガスが燃料電池３のアノードに導入され、燃料電池３のオフガスがエンジン１の吸気系に導入されるようになっている。燃料電池３で発電された電力は駆動用バッテリー２５に充電される。
【００１７】
図２は、本実施形態の燃料電池システムの構成例である。ここでは、エンジン１に設けられる複数のシリンダーの一つを例示する。各シリンダーには、燃料タンク２８に接続された筒内インジェクター２０が設けられる。また、エンジン１には、排気ガスを排気通路１４から吸気通路１２へと再循環させる排気再循環システム〔EGR（Exhaust Gas Recirculation）システム〕が搭載される。高圧排気再循環通路２２（高圧EGR通路）は、エンジン１の吸排気系に介装される過給機４０よりもシリンダーに近い位置で排気ガスを再循環させる経路であり、例えばエキゾーストマニホールド（エキマニ）とインテークマニホールド（インマニ）とを連通するように形成される。一方、低圧排気再循環通路４１は、過給機４０よりもシリンダーから遠い位置で排気ガスを再循環させる経路である。
【００１８】
高圧排気再循環通路２２の経路上には、高圧排気冷却装置２３（高圧EGRクーラー）と高圧排気再循環弁２４（高圧EGR弁）とが設けられる。高圧排気再循環通路２２と吸気通路１２との接続位置は、少なくとも過給機４０のコンプレッサーよりも下流側であって、好ましくは高圧スロットル弁１３よりも下流側に設定される。一方、低圧排気再循環通路４１の経路上には、低圧排気冷却装置４２（低圧EGRクーラー）と低圧排気再循環弁４３（低圧EGR弁）とが設けられる。低圧排気再循環通路４１と吸気通路１２との接続位置は、少なくとも過給機４０のコンプレッサーよりも上流側であって、好ましくは低圧スロットル弁４４よりも下流側に設定される。図中の黒矢印は排気ガスの流れを示し、白矢印は外気の流れを示す。
【００１９】
高圧排気再循環弁２４が開放されている場合、エンジン１から排出された排気ガスの一部は、高圧排気冷却装置２３で冷却された後に高圧排気再循環弁２４を通って吸気通路１２へと還流する。このように、高圧排気再循環通路２２を経由して排気通路１４から吸気通路１２へと再循環する排気ガスのことを高圧EGRガスと呼ぶ。同様に、低圧排気再循環弁４３が開放されている場合、排気ガスの一部が低圧排気冷却装置４２で冷却された後に低圧排気再循環弁４３を通って吸気通路１２へと還流する。このように、低圧排気再循環通路４１を経由して排気通路１４から吸気通路１２へと再循環する排気ガスのことを低圧EGRガスと呼ぶ。これらの高圧，低圧EGRガスの導入量は、高圧排気再循環弁２４，低圧排気再循環弁４３の開度や各々の圧力差（弁の上流側と下流側との圧力差，圧力比）に応じた大きさとなる。高圧排気再循環弁２４，低圧排気再循環弁４３の開度は、エンジン１の運転状態（エンジン回転数やエンジン負荷）に応じて、公知の手法に基づいて調節される。
【００２０】
排気通路１４に配置された過給機４０のタービンよりも下流側には、改質器２と燃料電池３とが介装される。改質器２は、排気ガス中の未燃炭化水素成分（HC）を水素（H2）に改質する触媒装置である。改質触媒としては、例えばニッケル（Ni）系やルテニウム（Ru）系の触媒金属が使用される。排気ガス中の未燃炭化水素成分が十分に多い運転状況では、その未燃炭化水素成分のみを改質して水素を生成する。一方、排気ガス中の未燃炭化水素成分が不十分な運転状況では、排気ガス中に燃料を噴射して未燃炭化水素成分を補充したうえで水素を生成してもよい。
【００２１】
改質器２には、燃料を改質触媒に噴射する改質器インジェクター２１と改質器温度センサー７とが設けられる。改質器インジェクター２１は、筒内インジェクター２０から独立した配管経路で燃料タンク２８に接続され、任意の噴射量で燃料を噴射可能に設けられる。また、改質器温度センサー７は、改質器２の温度を検出する温度センサーであり、例えば改質触媒の温度やケーシング内の温度（雰囲気温度）などを検出する。ここで検出された温度情報は、後述する制御装置２９に伝達される。
【００２２】
石油系液体燃料を原料とした水素の製造手法としては、おもに水蒸気改質，部分酸化改質，自己熱改質の三手法が挙げられる。水蒸気改質反応が吸熱反応であるのに対し、部分酸化改質反応は発熱反応である。したがって、部分酸化改質では外部から熱を加える必要がないが、水素の生成量でいえば水蒸気改質反応に軍配が上がる。また、自己熱改質反応は、酸素量に応じて吸発熱のバランスを制御可能である。これらの改質手法における反応式を以下に例示する。本実施形態の改質器２はこれらの手法を併用することで、水素だけでなく一酸化炭素（CO）も併せて生成し、燃料電池３のアノード側に供給する。
【００２３】
【化１】
2019008866.tif 000003
【００２４】
燃料電池３は、水素の酸化反応に伴う自由エネルギーの変化を電気エネルギーに変換する気体電池である。燃料電池３の具体例としては、固体酸化物型燃料電池（SOFC），溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC），固体高分子型燃料電池（PEFC；Polymer Electrolyte Fuel Cell），リン酸型燃料電池（PAFC；Phosphoric Acid Fuel Cell），アルカリ電解質型燃料電池（AFC；Alkaline Fuel Cell）などが挙げられる。本実施形態の燃料電池３は固体酸化物型燃料電池（SOFC）であり、水素や一酸化炭素の酸化反応を利用して発電を実施する。燃料電池３の電極反応式を以下に例示する。
【００２５】
【化２】
2019008866.tif 000004
【００２６】
燃料電池３のアノード側と改質器２との間は燃料ガス通路８で接続され、改質器２から供給された改質ガスがアノード側に導入される。この改質ガスには水素や一酸化炭素が含まれている。一方、燃料電池３のカソード側には酸素ガス通路９が接続され、酸素（O2）を含む空気（すなわち通常の外気）がカソード側に導入される。燃料電池３で発電された電力は、駆動用バッテリー２５に充電される。本実施形態の燃料電池３で発電が実施されるのは、エンジン１の作動時（すなわち、排気ガスが流れているとき）のみとする。ただし、エンジン１の非作動時であっても、燃料ガスをポンプで燃料電池３に送給することで発電を実施することが可能である。
【００２７】
排気通路１４における過給機４０のタービンから改質器２までの区間には、触媒通路１７への分岐点が設けられる。触媒通路１７は、エンジン１と改質器２との間の排気通路１４から分岐するとともに、燃料電池３の下流側で再び排気通路１４に合流する形状に形成された迂回形状の通路である。触媒通路１７の経路上には、排気触媒装置１８が介装される。排気触媒装置１８は、排気ガス成分を浄化するための触媒や粒子状物質を捕集するためのフィルターを含む浄化装置である。排気触媒装置１８の内部には、触媒温度を素早く活性化温度まで昇温させるための電気ヒーター１９が内蔵される。
【００２８】
過給機４０の下流側における排気ガスの経路は、改質器２に流入する経路と、改質器２を迂回して排気触媒装置１８に流入する経路との二通りとなる。二つ経路のそれぞれには、排気流量を制御するための制御弁１５，１６が介装される。以下、触媒通路１７側の一方を排気制御弁１５と呼び、他方を第二排気制御弁１６と呼ぶ。排気制御弁１５，第二排気制御弁１６の開度は、制御装置２９で互いに連動するように調節される。
【００２９】
燃料電池３のアノード側の下流は、オフガス再循環通路５とマフラー側通路６との二手に分岐している。オフガス再循環通路５は、燃料電池３のオフガス〔主成分は二酸化炭素（CO2）〕をエンジン１の吸気通路１２へと再循環させるための通路である。燃料電池３のオフガスの一部は、オフガス再循環通路５からエンジン１の吸気系へと導入される。また、その他のオフガスは、マフラー側通路６を通って触媒通路１７と合流した後、マフラー５０を通過して車両１０の外部へ排出される。なお、低圧排気再循環通路４１は、マフラー側通路６と触媒通路１７との合流位置よりも下流側から分岐するように形成される。また、オフガス再循環通路５と吸気通路１２との合流位置は、低圧スロットル弁４４よりも下流側であって、過給機４０のコンプレッサーよりも上流側に設定される。
【００３０】
オフガスに含まれる二酸化炭素は、エンジン１の燃焼抑制剤として機能し、エンジン１の排気ガスの温度を低下させるように作用する。オフガス再循環通路５には、オフガスを冷却するためのオフガスクーラー１１が介装される。機能的には、オフガスクーラー１１は高圧排気冷却装置２３や低圧排気冷却装置４２と類似するものであることから、これらを一体化してもよい。また、オフガス再循環通路５には、オフガス制御弁４が介装される。オフガス制御弁４は、吸気通路１２へのオフガスの導入量を制御するための弁である。オフガス制御弁４の開度は、制御装置２９で制御される。
【００３１】
制御装置２９は、上記のオフガス制御弁４，排気制御弁１５，第二排気制御弁１６の開度を制御する電子制御装置〔ECU（Electronic Control Unit）〕である。制御装置２９の内部には、内部バスを介して互いに接続されたプロセッサ，メモリ，インタフェイス装置などが内蔵される。プロセッサは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを含む。制御装置２９で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されている。プログラムの内容は、プログラムの実行時にメモリ空間内に展開され、プロセッサで実行される。
【００３２】
制御装置２９には、改質器温度センサー７，エンジン回転数センサー３０，インマニ圧センサー３１，エアフローセンサー３２，アクセル開度センサー３３，車速センサー３４，シフトポジションセンサー３５などが接続され、これらの各種センサーで検出された情報が入力される。制御装置２９は、これらの情報に基づいてエンジン１の作動状態を把握し、燃料電池３での発電状態を制御するとともに、オフガス制御弁４，排気制御弁１５，第二排気制御弁１６の開度を制御する。
【００３３】
制御装置２９は、燃料電池３の発電条件が成立しているか否かを判断し、その条件が成立している場合に燃料電池３による発電を実施する。発電条件は、例えばエンジン１が作動中であって、燃料タンク２８の燃料残量が所定量以上であることとする。エンジン１の作動状態は、エンジン回転数，インマニ圧，吸気流量，アクセル開度，車速，シフトポジション（セレクター操作位置）などに基づいて把握される。また、燃料電池３の発電中には、改質器温度センサー７で検出された改質器２の温度に基づいて、オフガス制御弁４，排気制御弁１５，第二排気制御弁１６のそれぞれの開度が制御される。
【００３４】
オフガス制御弁４の開度は、改質器２の温度が高いほど大きくなるように制御される。例えば図３（Ａ）に示すように、改質器２の温度が第一温度T1未満のときにはオフガス制御弁４の開度が0％（全閉）に制御され、第二温度T2以上のときには100％（全開）に制御される。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器２の温度が上昇するにつれて吸気通路１２へのオフガスの導入量が増加するように開度が制御される。なお、第一温度T1及び第二温度T2は、改質器２で水素ガスを生成するのに適した温度範囲（作動温度範囲）の下限値及び上限値に相当する温度として予め設定される。本実施形態では、第一温度T1を600〜650℃程度とし、第二温度T2を700〜900℃程度とする。
【００３５】
排気制御弁１５の開度は、改質器２の温度が高いほど小さくなるように制御される。例えば図３（Ｂ）に示すように、改質器２の温度が第一温度T1未満のときには排気制御弁１５の開度が100％（全開）に制御され、第二温度T2以上のときには0％（全閉）に制御される。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器２の温度が上昇するにつれて排気触媒装置１８を通過する排気ガスが減少するように開度が制御される。
【００３６】
一方、第二排気制御弁１６は、排気制御弁１５とは反対の開度特性が設定され、改質器２の温度が高いほど開度が大きくなるように制御される。例えば図３（Ｃ）に示すように、改質器２の温度が第一温度T1未満のときには第二排気制御弁１６の開度が所定開度R0に制御され、第二温度T2以上のときには100％（全開）に制御される。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器２の温度が上昇するにつれて改質器２に流入する排気ガスが増加するように開度が制御される。
【００３７】
［２．作用］
燃料電池３での発電に伴う開度制御の流れを図４に例示する。各種センサーで検出された情報が制御装置２９に読み込まれ（ステップＡ１）、燃料電池３の発電条件が成立するか否かが判定される（ステップＡ２）。発電条件の不成立時にはオフガス制御弁４と第二排気制御弁１６とが閉鎖され、排気制御弁１５が開放される（ステップＡ５）。一方、発電条件が成立すると、改質器２の温度に応じてオフガス制御弁４，排気制御弁１５，第二排気制御弁１６の開度が制御され（ステップＡ３）、燃料電池３での発電が実施される（ステップＡ４）。
【００３８】
オフガス制御弁４の動作に関して、改質器２の温度が第二温度T2以上であれば、オフガス再循環通路５が大きく開放され、燃料電池３のオフガスがエンジン１の吸気系に導入される。燃料電池３のオフガスはエンジン１の燃焼抑制剤として機能し、排気ガスの温度を低下させるように作用する。したがって、改質器２に流入する排気ガスの温度がやや低下し、改質器２の温度が作動温度範囲に維持されやすくなる。
【００３９】
一方、改質器２の温度が第一温度T1未満ならば、オフガス再循環通路５が閉鎖される。これにより、排気ガスの温度がオフガスの影響を受けて低下することなくなり、改質器２の温度が作動温度範囲に維持されやすくなる。また、改質器２の温度が第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の状態では、改質器２の温度が上昇するにつれて吸気通路１２へのオフガスの導入量が増加する。つまり、改質器２の状態に応じて、オフガスによる昇温抑制効果の大きさが自動的に調節されることになる。したがって、改質器２の温度の急変が防止され、燃料電池３の発電状態が安定化するとともに、エンジン１の燃焼安定性も向上する。
【００４０】
排気制御弁１５，第二排気制御弁１６の動作に関して、改質器２の温度が第二温度T2以上であれば排気制御弁１５が閉鎖され、第二排気制御弁１６が開放される。エンジン１の排気ガスは、排気触媒装置１８を通過することなく直接的に改質器２へと流入する。これにより、排気ガス中に残存する未燃炭化水素成分が水素へと改質され、燃料電池３の燃料ガスとして利用される。つまり、排気ガス中に残存していたエネルギーが電力として回収され、車両１０の燃費，電費が改善される。また、排気ガス中に未燃炭化水素成分が浄化されることになるため、車両１０の排気環境性能が向上する。
【００４１】
一方、改質器２の温度が第一温度T1未満ならば、排気制御弁１５が大きく開放され、第二排気制御弁１６の開度が絞られる。これにより、多くの排気ガスが排気触媒装置１８で浄化されることになり、車両１０の排気環境性能が維持される。また、比較的高温の排気ガスによって改質器２と燃料電池３とが迅速に暖められることから、燃料電池３の発電状態が安定化する。また、改質器２の温度が第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の状態では、改質器２の温度が上昇するにつれて改質器２へと直接的に流入する排気ガス量が増加する。つまり、改質器２の状態に応じて、改質器２に流入する排気ガスの流量が自動的に調節されることになる。したがって、改質器２の温度の急変が防止されるとともに、改質器２の浄化能力に応じた流量の排気ガスを改質器２側に供給することができ、車両１０の排気環境性能がさらに向上する。なお、改質器２の温度が第二温度T2に近づくにつれてオフガス制御弁４の開度が増大し、エンジン１から排出される排気ガスの温度が低下する。したがって、改質器２の過昇温が抑制され、改質器２，燃料電池３の安定動作が維持される。
【００４２】
［３．効果］
（１）上述の通り、燃料電池３のオフガスに含まれる二酸化炭素はエンジン１の燃焼抑制剤として機能し、エンジン１の排気ガスの温度を低下させるように作用する。改質器２の温度に応じてオフガス制御弁４の開度を制御することで、エンジン１から排出される排気ガスの温度を制御することができ、改質器２に流入する排気ガスの温度を制御することができる。したがって、改質器２や燃料電池３を所望の動作温度範囲に維持しやすくなり、燃料電池３での発電状態を安定化することができる。
【００４３】
（２）上記の燃料電池システムでは、図３（Ａ）に示すように、改質器２の温度が高温であるほど、オフガス制御弁４の開度が大きく設定，制御される。このように、改質器２の温度が高いほどオフガス再循環通路５を通過するオフガス導入量を増加させるようにオフガス制御弁４の開度を制御することで、エンジン１から排出される排気ガスの温度を低下させることができ、改質器２の温度を所定の作動温度範囲に維持しやすくすることができる。
【００４４】
（３）上記の燃料電池システムでは、エンジン１から排出された排気ガスの経路として二通りの経路が設けられ、排気触媒装置１８が設けられる一方の経路上に排気制御弁１５が介装される。この排気制御弁１５の開度を改質器２の温度に応じて制御することで、改質器２の暖機中であっても排気ガスに含まれる各種成分を浄化することができる。一方、改質器２が十分に暖まっている場合には、排気触媒装置１８の代わりに改質器２へと排気ガスが導入されるように経路を変更することで、排気ガス中の未燃炭化水素成分や一酸化炭素を燃料電池３の燃料ガスとして再利用することができ、車両１０の燃費，電費を改善することができる。
【００４５】
（４）上記の燃料電池システムでは、図３（Ｂ）に示すように、改質器２の温度が高温であるほど、排気制御弁１５の開度が小さく設定，制御される。このように、改質器２の温度が高いほど触媒通路１７側の排気ガス流量を減少させるように排気制御弁１５の開度を制御することで、改質器２による排ガス浄化性能に応じて排気触媒装置１８の浄化能力を拝借することができ、車両１０の排気環境性能を向上させることができる。一方、図３（Ｃ）に示すように、改質器２の温度が低温であっても第二排気制御弁１６の開度が少なくとも所定開度R0以上となるように制御すれば、排気ガスの熱を利用して改質器２の暖機を促進することができる。これにより、できる限り改質器２を利用した排気ガスの浄化を実施して、排気触媒装置１８の触媒劣化を防止することができる。
【００４６】
［４．変形例］
上述の実施形態では、本実施形態の燃料電池システムが適用された車両１０を例示したが、燃料電池システムの適用対象はこれに限定されない。例えば、家庭用電気製品，鉄道，船舶，航空機，工場，非常用電源設備などにも適用してもよい。少なくとも燃料電池のオフガスとエンジンの排気ガスとの相互利用が実施可能な装置であれば、上述の実施形態と同様の構成を適用することで、上述の実施形態と同様の作用効果を奏するものとなる。
【００４７】
上述の実施形態では、排気再循環システムが搭載されたエンジン１を例示したが、燃料電池のオフガスとエンジンの排気ガスとの相互利用を実現するうえで、排気再循環システムは必須の要素ではない。したがって、既存のEGRシステムを有するエンジン１のEGR構造を利用してオフガス再循環通路５を形成し、EGRガスの代わりにオフガスのみを再循環させるシステムとしてもよい。
【００４８】
上述の実施形態では、図３（Ａ）に示すように、改質器２の作動温度範囲の下限値，上限値に相当する温度でオフガス制御弁４が全閉，全開となる開度特性を例示したが、オフガス制御弁４の開度と改質器２の温度との関係はこれに限定されない。例えば、オフガスによるエンジン１の燃焼抑制効果を促進したい場合には、改質器２の温度が第一温度T1未満であってもオフガス制御弁４を僅かに開放させておけばよい。一方、オフガスの再循環量をセーブしたい場合には、改質器２の温度が第二温度T2以上であっても全開とせず、僅かに絞られた状態とすればよい。改質器２の温度特性に応じてオフガス制御弁４の開度を設定することで、上述の実施形態と同様の作用，効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【００４９】
１  エンジン
２  改質器
３  燃料電池
４  オフガス制御弁
５  オフガス再循環通路
７  改質器温度センサー
１０  車両
１５  排気制御弁
１６  第二排気制御弁
１７  触媒通路
１８  排気触媒装置
２９  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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