(57)【要約】【課題】発電効率を低下させることなく構造を簡略化し、安価な燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システムは、原料・水混合調整器１８を備える。原料・水混合調整器１８は、ノズル１８ｃを有して圧送された改質用原料を改質部３２に噴射する原料噴射管１８ａと、ノズル１８ｃの開口部１８ｃ１に対して原料ポンプ１１ａ１の側に隣接した位置にて改質水を流出する改質水流出管１８ｂと、改質水流出管１８ｂの内部に設けられ、改質水が貫通孔１８ｄ１を通過する流路の流路断面積を変更するニードル弁１８ｅと、ニードル弁１８ｅを軸線の方向に沿って移動させるニードル弁調整機構１８ｈと、を含んで構成される。原料・水混合調整器１８は、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃによって流速が大きくなった改質用原料と改質水流出管１８ｂから供給された改質水とを混合して改質部３２に供給する。【選択図】図２
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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、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に前記燃料を供給する改質部と、
前記燃料電池からの燃料オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部と、
前記改質用原料の供給源に接続された改質用原料供給管に設けられて前記供給源から前記改質部に前記改質用原料を圧送する改質用原料供給装置と、
前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、
前記改質部の上方且つ前記凝縮器の下方に配置され、前記凝縮器から供給された前記凝縮水を前記改質水として貯水する改質水タンクと、
前記改質水タンクに接続されて前記改質水タンク内の前記改質水を自重により落水させて前記改質部に供給する改質水供給管と、
前記燃料電池の発電を統括して制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記改質用原料供給管に接続されるとともに前記改質部に向けたノズルを有して、圧送された前記改質用原料を前記改質部に噴射する原料噴射管と、
前記改質水供給管に接続されるとともに前記原料噴射管の前記ノズルの開口である第一開口に対して前記改質用原料供給装置の側又は前記改質部の側に隣接した位置にて前記改質水を流出する改質水流出管と、
前記改質水流出管の内部にて前記改質水流出管の軸線の方向に沿って移動可能に設けられ、先端部が前記改質水流出管の開口である第二開口に対して進退して、前記先端部の外周面と前記第二開口の内周面とによって形成されて前記改質水が通過する流路の流路断面積を変更する軸状部材と、
前記軸状部材の基端部に連結されて、前記軸状部材を前記軸線の方向に沿って移動させる駆動部材と、を含んで構成された混合部を備え、
前記混合部が、前記原料噴射管の前記ノズルによって流速が大きくなった前記改質用原料と前記改質水流出管から供給された前記改質水とを混合して前記改質部に供給する、ように構成された、燃料電池システム。
【請求項２】
前記改質水流出管は、
前記原料噴射管の内径よりも小径の外径を有し、且つ、前記原料噴射管の内部に同軸状に配置される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記改質部の内部の状態を表す物理量を検出する物理量検出部を備え、
前記制御装置は、
前記改質水流出管から供給される前記改質水の目標供給量を前記物理量検出部によって検出された前記物理量を用いて補正し、
補正した前記目標供給量に基づいて前記駆動部材を作動制御し、前記軸状部材を前記軸線の方向に沿って移動させて前記流路断面積を変更する、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記物理量は、
前記改質部の前記内部における圧力、湿度及び温度のうちの少なくとも一つである、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記混合部は、
前記軸状部材の前記先端部が前記改質水流出管の前記第二開口を塞いで前記改質水の供給を停止する、請求項１乃至請求項４のうちの何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】
従来から、例えば、下記特許文献１に開示された燃料電池システムが知られている。この従来の燃料電池システムは、プランジャの往復運動によって改質水をポンプ室に吸引するとともに改質水を加圧してポンプ室より吐出することにより、改質水を蒸発部に供給する改質水ポンプを備えている。
【０００３】
又、従来から、例えば、下記特許文献２に開示された加湿器も知られている。この従来の加湿器は、電気的抵抗性及び熱伝導性材料の多孔質構造体を含む発熱体を有し、多孔質構造体を通過する液体を蒸発させるように構成されている。
【０００４】
更に、従来から、例えば、下記特許文献３に開示された噴霧器も知られている。この従来の噴霧器は、圧縮気体によって化粧料等の塗布組成物を噴霧するものであり、塗布組成物の噴出口であるノズルを有する噴霧器本体と、噴霧器本体に圧縮気体を供給する気体供給部と、塗布組成物を供給する組成物供給タンクと、を備えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−７２０５５号公報
【特許文献２】特表２０１４−５０６４８６号公報
【特許文献３】特開２０１５−１７７９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、燃料電池システムにおいては、改質用原料及び水蒸気を混合した混合ガスが供給される改質部が設けられ、改質部の内部にて生じる水蒸気改質反応により混合ガスが改質されて改質ガス（燃料）が生成される。そして、生成された改質ガス（燃料）が燃料電池に供給されることによって発電が行われる。
【０００７】
ところで、上記従来の燃料電池システムにおいては、改質水を蒸発させて混合ガスを生成するために蒸発部が設けられ、この蒸発部に改質用原料を供給するための原料ポンプと改質水を供給するために改質水ポンプとを必要とする。従って、上記従来の燃料電池システムでは、原料ポンプ及び改質水ポンプを設けるためのスペースが必要であり、又、混合ガスを生成するための蒸発部を設けるためのスペースも必要となるため、システムの大型化及び製造コストが高くなることが懸念される。
【０００８】
この点に関し、例えば、蒸発部に代えて上記従来の加湿器を設けて改質水から水蒸気を生成することが考えられる。しかしながら、上記従来の加湿器を用いた場合には、燃料電池システムの作動中に多孔質構造体に対して常に電力を供給する必要があるため、消費電力が大きくなって燃料電池システムとして発電効率が低下するという問題が生じる。
【０００９】
一般に、改質部は、水蒸気改質反応を促進させるために、燃料電池による発電において発生する燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼されて加熱されるようになっている。このため、改質水から水蒸気を生成する場合、例えば、上記従来の噴霧器を用いて霧状とした改質水を改質用原料とともに混合ガスとして改質部に供給し、改質部の内部にて水蒸気を生成することが考えられる。ところで、水蒸気改質反応によって混合ガスを改質ガス（燃料）に改質する際には、改質用原料の供給量（流量）と改質水の供給量（流量）とが精密に制御される必要がある。この点に関し、上記従来の噴霧器は、紛体や高粘性物等からなる塗布組成物を単に噴霧するものであり、塗布組成物の供給量（流量）を制御するようになっていない。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、本発明の目的は、発電効率を低下させることなく構造を簡略化し、安価な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムの発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に燃料を供給する改質部と、燃料電池からの燃料オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部と、改質用原料の供給源に接続された改質用原料供給管に設けられて供給源から改質部に改質用原料を圧送する改質用原料供給装置と、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、改質部の上方且つ凝縮器の下方に配置され、凝縮器から供給された凝縮水を改質水として貯水する改質水タンクと、改質水タンクに接続されて改質水タンク内の改質水を自重により落水させて改質部に供給する改質水供給管と、燃料電池の発電を統括して制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、改質用原料供給管に接続されるとともに改質部に向けたノズルを有して、圧送された改質用原料を改質部に噴射する原料噴射管と、改質水供給管に接続されるとともに原料噴射管のノズルの開口である第一開口に対して改質用原料供給装置の側又は改質部の側に隣接した位置にて改質水を流出する改質水流出管と、改質水流出管の内部にて改質水流出管の軸線の方向に沿って移動可能に設けられ、先端部が改質水流出管の開口である第二開口に対して進退して、先端部の外周面と第二開口の内周面とによって形成されて改質水が通過する流路の流路断面積を変更する軸状部材と、軸状部材の基端部に連結されて、軸状部材を軸線の方向に沿って移動させる駆動部材と、を含んで構成された混合部を備え、混合部が、原料噴射管のノズルによって流速が大きくなった改質用原料と改質水流出管から供給された改質水とを混合して改質部に供給する、ように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
これによれば、本発明の燃料電池システムでは、改質用原料供給装置によって圧送された改質用原料が原料噴射管のノズルを通過して流速が大きくなることにより、ノズルの第一開口の近傍、即ち、第二開口が位置する部分の圧力が下がり、改質水流出管の第二開口から改質水が吸い出される。これにより、本発明の燃料電池システムでは、改質水を加圧して供給する必要がなく、従来の燃料電池システムで設けられていた改質水ポンプを省略することができる。従って、本発明の燃料電池システムは、従来の燃料電池システムに比べて、製造コストを低減することができる。
【００１３】
又、混合部は、駆動部材によって進退する軸状部材が流路断面積、即ち、軸状部材の先端部における外周面と改質水流出管の第二開口の内周面とで形成される流路の流路断面積を変更することができるので、改質部に供給される改質水の供給量（流量）を調整することができる。従って、混合部は、改質部に対して、改質用原料と改質水とが調整された混合ガスを供給することができる。
【００１４】
又、本発明の燃料電池システムでは、混合部にて軸状部材を軸線の方向に移動させて改質水の供給量を変更する場合にのみ駆動部材を作動させるので、消費電力を極めて小さくすることができる。これにより、本発明の燃料電池システムは、発電効率が低下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による燃料電池システムの実施形態の概要を示す概略図である。
【図２】図１の燃料・水混合調整器の構成を示す断面図である。
【図３】図２の燃料・水混合調整器において改質水の停止を説明する断面図である。
【図４】目標供給量を説明するためのグラフである。
【図５】第一変形例に係る燃料・水混合調整器を説明する断面図である。
【図６】第二変形例に係る燃料・水混合調整器を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態及び各変形例の相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一の符号を付してある。又、説明に用いる各図は、概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。
【００１７】
燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０及び貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水精製器１４、改質水タンク１５、制御装置１６及び混合部としての原料・水混合調整器１８を備えている。燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水精製器１４、改質水タンク１５、制御装置１６、原料・水混合調整器１８及び貯湯槽２１は、筐体１０ａ内に収容されている。尚、貯湯槽２１は、発電ユニット１０と別体、即ち、筐体１０ａの外に設けるようにしても良い。
【００１８】
燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３３を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水及びカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が、後述する原料・水混合調整器１８を介して接続されている。改質用原料供給管１１ａは、改質用原料を改質部３２に供給する原料ポンプ１１ａ１（改質用原料供給装置）が設けられている。又、燃料電池モジュール１１は、一端が改質水タンク１５に接続されて改質水が供給される改質水供給管１１ｂの他端が原料・水混合調整器１８を介して接続されている。改質水供給管１１ｂは、原料・水混合調整器１８を介して、改質水タンク１５と改質部３２とを接続し、改質水タンク１５内の改質水を自重により落水させて原料・水混合調整器１８に供給する。
【００１９】
更に、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。カソードエアブロワ１１ｃ１は、酸化剤ガス（例えば、空気、酸素）を燃料電池３３に供給する酸化剤ガス供給装置である。
【００２０】
熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１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２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガス（燃料電池３３及び改質部３２の各排熱を含んでいる）と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器である。又、熱交換器１２は、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われ、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器である。貯湯水は、燃焼排ガスの排熱を回収する熱媒体（排熱回収水）である。
【００２１】
熱交換器１２は、ケーシング１２ｂを備えている。ケーシング１２ｂの上部には、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続されている。ケーシング１２ｂの下部には、外気（大気）に接続されている排水管１１ｅが接続されている。ケーシング１２ｂの底部には、水精製器１４ひいては改質水タンク１５に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。ケーシング１２ｂ内には、燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス流路が形成されている。この燃焼排ガス流路に、貯湯水循環ライン２２に接続されている熱交換部（凝縮部）１２ｃが配設されている。熱交換部１２ｃ内には、貯湯水が流れ、熱交換部１２ｃの外側には、燃焼排ガスが流れている。尚、貯湯水と燃焼排ガスとは互いに反対向きに流れるように構成されるのが好ましい。
【００２２】
このように構成された熱交換器１２においては、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通ってケーシング１２ｂ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部１２ｃを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。その後、燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って外部に排出される。又、凝縮された凝縮水は、自重で落水し、凝縮水供給管１２ａを通って水精製器１４ひいては改質水タンク１５に供給される。一方、熱交換部１２ｃに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
【００２３】
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１及び貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
【００２４】
貯湯槽２１は、密封式且つ耐圧式の容器である。貯湯槽２１内の温度分布は、基本的には、温度の異なる二層に分かれている。上層は比較的温度が高い層（例えば、５０度以上）であり、下層は比較的温度が低い層（例えば、２０度以下（水道水の温度））である。上下各層は、それぞれほぼ同一温度である。貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。
【００２５】
貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａ、熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂ、熱交換器１２、及び、熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃが配設されている。
【００２６】
熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂは、貯湯水循環ライン２２であって貯湯槽２１の貯湯水導出口と熱交換器１２の貯湯水導入口との間に設けられている。熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂは、熱交換器１２の貯湯水導入口付近に設けられるのが望ましい。熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂは、熱交換器１２に導入される貯湯水の温度（以下、貯湯水温度ともいう。）を検出して、制御装置１６に送信している。
【００２７】
熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃは、貯湯水循環ライン２２であって熱交換器１２の貯湯水導出口と貯湯槽２１の貯湯水導入口との間に設けられている。熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃは、熱交換器１２の貯湯水導出口付近に設けられるのが望ましい。熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃは、熱交換器１２から導出される貯湯水の温度を検出して、制御装置１６に送信している。
【００２８】
インバータ装置１３は、燃料電池３３から出力される直流電力（電圧）を入力し所定の交流電力（電圧）に変換して、交流の系統電源１７ａ及び外部電力負荷１７ｃ（例えば、電化製品）に接続されている電源ライン１７ｂに出力する。インバータ装置１３は、燃料電池３３から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。外部電力負荷１７ｃは、系統電源１７ａからの電力及びインバータ装置１３からの電力が供給される負荷装置である。又、インバータ装置１３は、系統電源１７ａからの交流電力（電圧）を、電源ライン１７ｂを介して入力し所定の直流電力（電圧）に変換して補機（各ポンプ、ブロワ等）や制御装置１６に出力する。
【００２９】
水精製器１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。水精製器１４は、改質水タンク１５と連通しており、純水化された凝縮水が改質水タンク１５に供給されるようになっている。
【００３０】
改質水タンク１５は、熱交換器１２ひいては水精製器１４から供給される凝縮水を改質水として貯水し、改質部３２に改質水を供給するものである。改質水タンク１５は、改質部３２の上方且つ熱交換器１２（凝縮器）の下方に配置されている。換言すると、改質水タンク１５は、熱交換器１２よりも下方に、且つ、改質部３２より上方に配置されている。改質水タンク１５内には、改質水タンク１５内の水量（水位：以下、タンク水量ともいう。）を検出する水量センサ１５ａが配設されている。水量センサ１５ａの検出結果は、制御装置１６に出力されるようになっている。水量センサ１５ａは、例えば、フロート式のセンサであり、フロートの上下量を可変抵抗（ポテンショメータ）により抵抗値に変換し、抵抗値の上下動によって水量（残水量）を表示する方式のセンサである。
【００３１】
制御装置１６は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を統括して制御する。制御装置１６は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有している。マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ（何れも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システム１の統括運転を実施している。ＲＡＭは制御プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは制御プログラムを記憶するものである。
【００３２】
次に、混合部としての原料・水混合調整器１８を説明する。図１及び図２に示すように、原料・水混合調整器１８は、改質用原料供給管１１ａに接続されるとともに改質水供給管１１ｂに接続される。そして、原料・水混合調整器１８は、原料ポンプ１１ａ１により供給源Ｇｓから改質用原料供給管１１ａ内を圧送された改質用原料と、改質水タンク１５の底（或いは、側面下部）に接続された改質用原料供給管１１ａ内を自重により改質水タンク１５から落水した改質水と、を所定の割合に調整して混合するものである。ここで、改質用原料としては、天然ガス（メタンガスを主成分とする）、ＬＰガス等の改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノール等の改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。又、供給源Ｇｓは、例えば、都市ガスのガス供給管やＬＰガスのガスボンベである。
【００３３】
原料・水混合調整器１８は、図２に示すように、改質用原料供給管１１ａに接続された原料噴射管１８ａ及び改質水供給管１１ｂに接続された改質水流出管１８ｂを備えている。本実施形態においては、図２に示すように、改質水流出管１８ｂは、原料噴射管１８ａの内径よりも小径の外径を有し、且つ、原料噴射管１８ａの内部に同軸状に配置される。即ち、本実施形態の原料・水混合調整器１８においては、原料噴射管１８ａ及び改質水流出管１８ｂが二重管構造を形成するようになっている。尚、原料噴射管１８ａの内径及び外径は、改質用原料供給管１１ａの内径及び外径よりも大きくなるように設定されている。
【００３４】
原料噴射管１８ａは、改質部３２に向けて開口した第一開口としての開口部１８ｃ１を有するノズル１８ｃを有している。ノズル１８ｃは、後述するように混合された改質用原料と霧状の改質水（以下、混合された改質用原料と霧状の改質水とを「混合ガス」と称呼する）とを、改質部３２に供給する混合ガス供給管１１ｆに接続されている。
【００３５】
改質水流出管１８ｂは、図２に示すように、略中央部分にて改質水供給管１１ｂに接続されている。改質水流出管１８ｂは、先端側にて、尖頭状に形成された尖頭部１８ｄを有しており、その先端部分に第二開口としての貫通孔１８ｄ１が形成されている。そして、改質水流出管１８ｂにおいては、貫通孔１８ｄ１が原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口部１８ｃ１に対して、原料ポンプ１１ａ１の側に隣接して配置される。
【００３６】
又、改質水流出管１８ｂの内部には、図２に示すように、軸状部材としてのニードル弁１８ｅ、Ｏリング１８ｆ及びニードルパッキン１８ｇが収容されている。又、改質水流出管１８ｂの基端側には、駆動部材としてのニードル弁調整機構１８ｈが組み付けられている。尚、ニードル弁調整機構１８ｈの外形寸法は、原料噴射管１８ａの内径よりも小さくなるように設定されている。
【００３７】
ニードル弁１８ｅは、改質水流出管１８ｂの軸線の方向に沿って移動可能に設けられている。ニードル弁１８ｅの先端部１８ｅ１は尖頭状に形成され、基端部１８ｅ２はニードル弁調整機構１８ｈに連結されるようになっている。これにより、ニードル弁１８ｅは、ニードル弁調整機構１８ｈにより、改質水流出管１８ｂの軸線の方向に沿って改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１に接近するように前進するとともに貫通孔１８ｄ１から離間するように後進するようになっている。ニードル弁１８ｅは、貫通孔１８ｄ１に対して前進又は後進（進退）し、先端部１８ｅ１の外周面と貫通孔１８ｄ１の内周面とによって形成されて改質水が流れる流路の流路断面積の大きさ（開度）を変更する。これにより、ニードル弁１８ｅは、貫通孔１８ｄ１から流出する改質水の供給量を調整するようになっている。
【００３８】
又、ニードル弁１８ｅは、図３に示すように、貫通孔１８ｄ１に向けて前進して先端部１８ｅ１の外周面と貫通孔１８ｄ１の内周面とが密着することにより、貫通孔１８ｄ１から改質水が流出するのを禁止する（停止させる）。尚、ニードル弁１８ｅは、後述するように、ニードル弁調整機構１８ｈにより前進量又は後進量がリニアに制御されるようになっている。これにより、ニードル弁１８ｅは、リニア弁であり、先端部１８ｅ１の外周面と貫通孔１８ｄ１の内周面とによって形成されて改質水が通過する流路断面積（開度）をリニアに変更することができ、改質水の供給量をリニアに調整することができるようになっている。
【００３９】
再び図２に戻り、Ｏリング１８ｆ及びニードルパッキン１８ｇは、改質水流出管１８ｂ内の改質水が改質水流出管１８ｂの基端側（ニードル弁調整機構１８ｈ）から漏水するのを防止する。このため、Ｏリング１８ｆ及びニードルパッキン１８ｇは、図２に示すように、改質水流出管１８ｂと改質水供給管１１ｂとの接続位置（改質水流出管１８ｂの略中央部分）よりも基端側にて並設されている。
【００４０】
ニードル弁調整機構１８ｈは、ニードル弁１８ｅを軸線の方向に沿って移動させるものである。ニードル弁調整機構１８ｈは、制御装置１６に電気的に接続されており（図１を参照）、制御装置１６からの指令に基づいて作動され、ニードル弁１８ｅの前進量又は後進量を調整することにより、改質水の供給量を調整する。ニードル弁調整機構１８ｈは、例えば、ソレノイドであり、所望の流路断面積（開度）に対応するように予め設定された指示電流値（例えば、目標供給量に応じた電流値）が制御装置１６から供給されて作動し、ニードル弁１８ｅを前進又は後進させる。
【００４１】
上述した原料・水混合調整器１８の作動について説明する。燃料電池モジュール１１が起動すると、原料ポンプ１１ａ１（改質用原料供給装置）が作動し、原料ポンプ１１ａ１によって供給源Ｇｓから改質用原料が改質用原料供給管１１ａ内に圧送される。改質用原料供給管１１ａ内に圧送された改質用原料は、原料・水混合調整器１８の原料噴射管１８ａ内を流れ、ノズル１８ｃによって流れが絞られることによりその流速を上げて開口部１８ｃ１から混合ガス供給管１１ｆ内に噴射される。
【００４２】
上述したように、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１は、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口部１８ｃ１に対して、原料ポンプ１１ａ１の側、即ち、原料噴射管１８ａの内部にてノズル１８ｃよりも内側にて隣接している。この場合、改質用原料が流速を上げて改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１の周囲を通過して開口部１８ｃ１から噴射されると、開口部１８ｃ１に隣接する貫通孔１８ｄ１の周囲における圧力が低下する。このため、改質水流出管１８ｂ内に存在する改質水は、圧力の低下に伴って貫通孔１８ｄ１から外部に向けて吸い出される。即ち、改質水流出管１８ｂ内に存在する改質水は、加圧を必要とすることなく、改質用原料がノズル１８ｃを通過して噴射されることにより、継続的に吸い出される。
【００４３】
ところで、改質水流出管１８ｂの内部には、軸状部材であるニードル弁１８ｅが改質水流出管１８ｂの軸線の方向に沿って移動可能に設けられている。又、ニードル弁１８ｅは、制御装置１６が作動制御するニードル弁調整機構１８ｈによって、貫通孔１８ｄ１における改質水の流路断面積（開度）を変更するように前進又は後進する。これにより、ニードル弁１８ｅ及びニードル弁調整機構１８ｈは、改質水流出管１８ｂから供給される改質水の供給量（供給流量）を適切に調整することができる。ここで、供給量（供給流量）は、供給される改質水の流量であり、単位時間あたりの流量である。
【００４４】
具体的に、制御装置１６は、例えば、外部電力負荷１７ｃの消費電力の大きさを取得し、図４に示すマップ（又は数式）を参照することにより、取得した消費電力の大きさに対応する改質水の供給量を目標供給量として決定する。上述したように、ニードル弁１８ｅは、前進又は後進することにより、貫通孔１８ｄ１における流路断面積、即ち、改質水の供給量をリニアに変更することができる。このため、制御装置１６は、予め流路断面積、即ち、ニードル弁１８ｅの前進量（又は後進量）とこの前進量（又は後進量）を実現するように対応付けられてニードル弁調整機構１８ｈのソレノイドに供給する電流との関係に基づいて、指令電流の大きさを決定する。そして、制御装置１６は、目標供給量に対応する流路断面積を実現するためのニードル弁１８ｅの前進量又は後進量に対応する指令電流をニードル弁調整機構１８ｈに供給する。
【００４５】
ここで、制御装置１６は、例えば、原料ポンプ１１ａ１が圧送している改質用原料の流量と、後述する改質部３２に設けられた物理量検出部としての圧力センサ３２ａから改質部３２の内部の状態を表す物理量としての圧力と、を取得し、これら流量及び圧力に基づいて、目標供給量を補正することができる。尚、圧力センサ３２ａは、検出した圧力を制御装置１６に送信するようになっている。
【００４６】
この場合、改質用原料の流量は、ノズル１８ｃを改質用原料が流れることによって発生する圧力低下に関連し、流量が低下する程、発生する圧力低下が小さくなる。即ち、この場合には、改質水流出管１８ｂから流出する改質水の供給量が低下するので、制御装置１６は補正量が大きくなるように流路断面積を補正する。逆に流量が増大する程、圧力低下が大きくなって改質水流出管１８ｂから流出する改質水の供給量が増大するので、制御装置１６は補正量が小さくなるように流路断面積を補正する。
【００４７】
又、改質部３２の内部の圧力は、原料・水混合調整器１８から供給される混合ガスの量、及び、供給される混合ガスに含まれる改質水が気化することにより発生する水蒸気の量に関連し、圧力が高くなる程、供給される混合ガスの量及び発生する水蒸気の量が少なくなる。特に、発生する水蒸気の量が少なくなると、後述するように改質部３２の内部に配置される触媒等に炭素析出（コーキング）が発生する場合がある。このため、制御装置１６は、改質部３２の内部の圧力が基準圧力よりも高い場合には、例えば、補正量が大きくなるように目標供給量（即ち、流路断面積）を補正する。逆に、改質部３２の内部の圧力が基準圧力よりも低い場合には、制御装置１６は、例えば、補正量が小さくなるように目標供給量（即ち、流路断面積）を補正する。
【００４８】
ニードル弁調整機構１８ｈにおいては、供給された指令電流に応じて、目標供給量を実現する流路断面積となるようにニードル弁１８ｅを前進又は後進させる。これにより、調整された流路断面積（開度）に対応する改質水が吸い出され、改質用原料と改質水とが混合された混合ガスとなる。ここで、吸い出された改質水は、大きな流速の改質用原料とともに原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口部１８ｃ１から混合ガス供給管１１ｆ内に噴射される。このとき、粒状の改質水は圧送されている改質用原料の噴射力により粉砕され、混合ガス供給管１１ｆ内にて改質用原料とともに霧状となり、混合ガスとして改質部３２に供給される。
【００４９】
尚、改質部３２に供給される混合ガスにおいては、流量比として、改質用原料と改質水とが等しくなるように調整されることが好ましい。又、燃料電池システム１において、改質水流出管１８ｂから改質水を停止する場合は、図３に示すように、ニードル弁１８ｅの外周面と改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１の内周面とを密着させて貫通孔１８ｄ１を塞ぐことにより実現される。
【００５０】
再び、図１に戻り、燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、改質部３２及び燃料電池３３を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング３１内には、改質部３２及び燃料電池３３が収容されている。
【００５１】
改質部３２は、後述する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とで、原料・水混合調整器１８から供給された混合ガス（改質用原料及び水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部３２内には、触媒（例えば、Ｒｕ又はＮｉ系の触媒）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等を含んだガスが生成されている（所謂、水蒸気改質反応）。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（メタンガス）、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３２は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３３に改質ガスを供給する。尚、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
【００５２】
燃料電池３３は、燃料極、空気極（酸化剤極）及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３３ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、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している。燃料電池３３の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガス等が供給される。動作温度は、４００〜１０００℃程度である。
【００５３】
セル３３ａ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３３ｂが形成されている。セル３３ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３３ｃが形成されている。
【００５４】
燃料電池３３は、マニホールド３４上に設けられている。マニホールド３４には、改質部３２からの改質ガス（アノードガス）が改質ガス供給管３７を介して供給される。燃料流路３３ｂは、その下端（一端）がマニホールド３４の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１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１１ｃを介して供給され、空気流路３３ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００５５】
燃料電池３３においては、燃料極に供給された改質ガス（アノードガス）と空気極に供給された酸化剤ガス（カソードガス）によって発電が行われる。即ち、燃料極では、下記化１及び化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。具体的には、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を発生させている。そして、燃料流路３３ｂ及び空気流路３３ｃからは、発電に使用されなかった改質ガス及び酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００５６】
そして、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料流路３３ｂから燃焼部３５（燃料電池３３と改質部３２との間に形成された空間）に導出される。発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気：カソードオフガス）は、空気流路３３ｃから燃焼部３５に導出される。燃焼部３５にてアノードオフガスはカソードオフガスによって燃焼され、その燃焼ガスによって改質部３２が加熱される。更には、燃焼ガスにより、燃料電池モジュール１１内は動作温度に加熱される。その後、燃焼ガスは、ケーシング１２ｂの下部に設けられた排気管１１ｄから燃料電池モジュール１１の外に燃焼排ガスとして排気される。このように、燃焼部３５は、燃料電池３３からの未使用の燃料（改質ガス）である燃料オフガス（アノードオフガス）を導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼排ガス（水蒸気を含む）を導出する燃焼部である。即ち、燃焼部３５は、燃料電池３３からの燃焼オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部である。
【００５７】
燃焼部３５では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３６（燃焼排ガス）が発生している。燃焼部３５には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３５ａ１，３５ａ２が設けられている。
【００５８】
以上の説明からも理解できるように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３３と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池３３に燃料を供給する改質部３２と、燃料電池３３からの燃料オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部３５と、改質用原料の供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａに設けられて供給源Ｇｓから改質部３２に改質用原料を圧送する改質用原料供給装置としての原料ポンプ１１ａ１と、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器としての熱交換器１２と、改質部３２の上方且つ熱交換器１２の下方に配置され、熱交換器１２から供給された凝縮水を改質水として貯水する改質水タンク１５と、改質水タンク１５に接続されて改質水タンク１５内の改質水を自重により落水させて改質部３２に供給する改質水供給管１１ｂと、燃料電池３３の発電を統括して制御する制御装置１６と、を備えた燃料電池システムであって、改質用原料供給管１１ａに接続されるとともに改質部３２に向けたノズル１８ｃを有して、圧送された改質用原料を改質部３２に噴射する原料噴射管１８ａと、改質水供給管１１ｂに接続されるとともに原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口である第一開口としての開口部１８ｃ１に対して原料ポンプ１１ａ１の側に隣接した位置にて改質水を流出する改質水流出管１８ｂと、改質水流出管１８ｂの内部にて改質水流出管１８ｂの軸線の方向に沿って移動可能に設けられ、先端部１８ｅ１が改質水流出管１８ｂの開口である第二開口としての貫通孔１８ｄ１に対して進退して、先端部１８ｅ１の外周面と貫通孔１８ｄ１の内周面とによって形成されて改質水が通過する流路の流路断面積を変更する軸状部材としてのニードル弁１８ｅと、ニードル弁１８ｅの基端部１８ｅ２に連結されて、ニードル弁１８ｅを軸線の方向に沿って移動させる駆動部材としてのニードル弁調整機構１８ｈと、を含んで構成された混合部としての原料・水混合調整器１８を備え、原料・水混合調整器１８が、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃによって流速が大きくなった改質用原料と改質水流出管１８ｂから供給された改質水とを混合して改質部３２に供給する、ように構成される。
【００５９】
これによれば、燃料電池システム１では、原料ポンプ１１ａ１によって圧送された改質用原料が原料噴射管１８ａのノズル１８ｃを通過して流速が大きくなることにより、ノズル１８ｃの開口部１８ｃ１の近傍、即ち、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１が位置する部分の圧力が下がり、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１から改質水が吸い出される。これにより、燃料電池システム１では、改質水を加圧して供給する必要がなく、従来の燃料電池システムで設けられていた改質水ポンプを省略することができる。従って、燃料電池システム１は、従来の燃料電池システムに比べて、製造コストを低減することができる。
【００６０】
又、原料・水混合調整器１８は、ニードル弁１８ｅが流路断面積、即ち、ニードル弁１８ｅの先端部１８ｅ１における外周面と改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１の内周面とで形成される改質水の流路の流路断面積を変更することができるので、改質部３２に供給される改質水の供給量（流量）を調整することができる。従って、原料・水混合調整器１８は、改質部３２に対して、改質用原料と改質水とが調整された混合ガスを供給することができる。
【００６１】
又、燃料電池システム１では、原料・水混合調整器１８にてニードル弁１８ｅを軸線の方向に移動させて改質水の供給量（流量）を変更する場合にのみニードル弁調整機構１８ｈを作動させるので、消費電力を極めて小さくすることができる。これにより、燃料電池システム１は、発電効率が低下することを防止することができる。
【００６２】
又、燃料電池システム１では、改質部３２に対して、改質用原料と改質水とが正確に調整された混合ガスを供給することができるので、改質部３２に必要十分な改質水を供給することができる。これにより、改質部３２における水蒸気不足（改質水不足）が生じることを防止することができ、改質部３２にて炭素析出（コーキング）が発生することを抑制することができる。
【００６３】
更に、燃料電池システム１においては、従来の燃料電池システムで設けられていた蒸発部を省略することができる。これにより、燃料電池システム１は、従来の燃料電池システムに比べて、製造コストを低減することができるとともに、小型化を実現することができる。
【００６４】
この場合、改質水流出管１８ｂは、原料噴射管１８ａの内径よりも小径の外径を有し、且つ、原料噴射管１８ａの内部に同軸状に配置される、即ち、原料・水混合調整器１８を二重管で構成することができる。
【００６５】
これによれば、原料噴射管１８ａの内部に改質水流出管１８ｂを配置して、原料・水混合調整器１８を二重管構造とすることができるので、省スペース化を実現することができる。その結果、燃料電池システム１の小型化を実現することができる。
【００６６】
又、これらの場合、改質部３２の内部の状態を表す物理量として、改質部３２の内部における圧力、湿度及び温度のうちの少なくとも一つである圧力を検出する物理量検出部としての圧力センサ３２ａを備え、制御装置１６は、改質水流出管１８ｂから供給される改質水の目標供給量を圧力センサ３２ａによって検出された圧力を用いて補正し、補正した目標供給量に基づいてニードル弁調整機構１８ｈを作動制御し、ニードル弁１８ｅを軸線の方向に沿って移動させて流路断面積を変更することができる。
【００６７】
これによれば、制御装置１６は、改質水流出管１８ｂから供給される改質水の供給量が目標供給量となるようにニードル弁調整機構１８ｈの作動を制御する、即ち、ニードル弁１８ｅによって変更される流路断面積を精密に変更することができる。従って、原料・水混合調整器１８は、改質部３２に対して、改質用原料と改質水とが正確に調整された混合ガスを供給することができる。
【００６８】
又、原料・水混合調整器１８から混合ガスが供給される改質部３２の内部の状態を表す物理量である圧力を検出することができ、制御装置１６は検出された圧力に基づいて目標供給量（即ち、流路断面積）を決定することができる。これにより、極めて正確に且つ緻密に改質水の供給量を調整することができるとともに、改質部３２に対して霧状の改質水又は水蒸気となった改質水を混合ガスとして確実に供給することができる。従って、改質部３２における水蒸気不足（改質水不足）が生じることを防止することができ、改質部３２にて炭素析出（コーキング）が発生することを抑制することができる。
【００６９】
更に、これらの場合、原料・水混合調整器１８は、ニードル弁１８ｅの先端部１８ｅ１が改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１を塞いで改質水の供給を停止することができる。これにより、極めて簡単な構造により、改質水の供給を停止することができる。
【００７０】
（実施形態の第一変形例）
上記実施形態においては、原料・水混合調整器１８が、原料噴射管１８ａの内部に改質水流出管１８ｂを配置した二重管構造となるようにした。そして、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１が、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口部１８ｃ１に対して、原料ポンプ１１ａ１の側に配置されるようにした。これに代えて、図５に示すように、改質水流出管１８ｂが原料噴射管１８ａの軸線の方向に対して略直交するように配置され、且つ、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１が、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口部１８ｃ１に対して、改質部３２の側に配置されるように構成された原料・水混合調整器１８を用いることも可能である。尚、この場合には、改質水流出管１８ｂは、混合ガス供給管１１ｆに対して気密的に接続される。又、この場合には、上記実施形態の場合と異なり、改質水流出管１８ｂに改質水を一時的に貯留する貯留部１８ｉが設けられ、Ｏリング１８ｆ及びニードルパッキン１８ｇが省略される。
【００７１】
この第一変形例においても、燃料電池モジュール１１が起動すると、原料ポンプ１１ａ１（改質用原料供給装置）が作動し、原料ポンプ１１ａ１によって供給源Ｇｓから改質用原料が改質用原料供給管１１ａ内に圧送される。改質用原料供給管１１ａ内に圧送された改質用原料は、原料・水混合調整器１８の原料噴射管１８ａ内を流れ、ノズル１８ｃによって流れが絞られることによりその流速を上げて開口部１８ｃ１から混合ガス供給管１１ｆ内に噴射される。
【００７２】
そして、この第一変形例においては、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１は、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの開口部１８ｃ１に対して、改質部３２の側にて隣接している。この場合においても、改質用原料が流速を上げて改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１の周囲を通過して開口部１８ｃ１から噴射されると、開口部１８ｃ１に隣接する貫通孔１８ｄ１の周囲における圧力が低下する。このため、改質水流出管１８ｂ内に存在する改質水は、上記実施形態と同様に、圧力の低下に伴って貫通孔１８ｄ１から外部に向けて吸い出される。即ち、この第一変形例においても、改質水流出管１８ｂ内に存在する改質水は、加圧を必要とすることなく、改質用原料がノズル１８ｃを通過して噴射されることにより、継続的に吸い出される。
【００７３】
そして、この第一変形例においても、改質水流出管１８ｂの内部には、軸状部材であるニードル弁１８ｅが改質水流出管１８ｂの軸線の方向に沿って移動可能に設けられている。又、ニードル弁１８ｅは、制御装置１６が作動制御するニードル弁調整機構１８ｈによって、貫通孔１８ｄ１における改質水の流路断面積（開度）を変更するように前進又は後進することができる。これにより、ニードル弁１８ｅ及びニードル弁調整機構１８ｈは、改質水流出管１８ｂから供給される改質水の供給量を、目標供給量となるように適切に調整することができる。従って、この第一変形例においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
（実施形態の第二変形例）
上記実施形態においては、改質水流出管１８ｂからの改質水の供給を停止する場合は、図３に示すように、ニードル弁１８ｅの外周面と改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１の内周面とを密着させて貫通孔１８ｄ１を塞ぐようにした。これに代えて、図６に示すように、例えば、ニードル弁１８ｅの外周面に径方向に拡径した封止弁１８ｅ３を設けるとともに、原料噴射管１８ａのノズル１８ｃの内部に封止弁１８ｅ３と当接する弁座１８ａ１を設けるようにすることも可能である。ここで、弁座１８ａ１の内径は、ニードル弁１８ｅの外径に比べて、大きくなるように設定される。これにより、ニードル弁１８ｅの外周面と弁座１８ａ１の内周面とは当接することがなく、ニードル弁１８ｅの外周面と弁座１８ａ１の内周面との間で摩擦が発生しないようになっている。
【００７５】
この場合には、ニードル弁１８ｅに設けられた封止弁１８ｅ３が弁座１８ａ１に着座することにより、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１からの改質水の供給を停止することができる。又、ニードル弁１８ｅに設けられた封止弁１８ｅ３が弁座１８ａ１から離座することにより、改質水流出管１８ｂの貫通孔１８ｄ１から改質水を供給することができる。従って、この第二変形例においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
本発明の実施にあたっては、上記実施形態及び各変形例に限定されることなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。
【００７７】
例えば、上記実施形態においては、原料・水混合調整器１８が燃料電池モジュール１１（３０）のケーシング３１の外部に設けられるようにした。即ち、上記実施形態においては、原料・水混合調整器１８は、混合ガス供給管１１ｆを介して、改質部３２に混合ガスを供給するようにした。これに代えて、原料・水混合調整器１８が直接的に改質部３２の内部に混合ガスを供給するように構成することも可能である。即ち、この場合においては、原料・水混合調整器１８がケーシング３１の内部に設けられており、原料・水混合調整器１８は燃焼部３５内で改質部３２に直接的に混合ガスを供給する。これにより、混合ガス供給管１１ｆを省略することができ、より製造コストを低減することができるとともに小型化を達成することができる。尚、このように原料・水混合調整器１８をケーシング３１（燃焼部３５）内に配置する場合には、ケーシング３１の上部から燃焼部３５内に進入した改質水供給管１１ｂと原料・水混合調整器１８の改質水流出管１８ｂとが接続される。これにより、改質水タンク１５から供給される改質水に対する熱の影響を極力排除することができる。
【００７８】
又、上記実施形態においてはニードル弁調整機構１８ｈにソレノイドを用いるようにした。これに代えて、ニードル弁調整機構１８ｈにモータ等、ニードル弁１８ｅの前進又は後進させることができる動力を発生させるものを用いることも可能である。この場合、ニードル弁調整機構１８ｈに、特に、モータを用いる場合には、原料噴射管１８ａを屈曲させてモータを原料噴射管１８ａの外部に配置することが好ましい。このように、ニードル弁調整機構１８ｈを原料噴射管１８ａの外部に配置することにより、改質用原料の流れがニードル弁調整機構１８ｈによって阻害されず、改質用原料が原料噴射管１８ａの内部をスムーズに流れることができる。
【００７９】
又、物理量検出部として改質部３２の内部に圧力センサ３２ａを設け、物理量として改質部３２の内部の圧力を検出するようにした。これに加えて、又は、これに代えて、改質部３２の内部に湿度センサや温度センサを物理量検出部として設け、物理量として改質部３２の内部の湿度や温度を検出するようにしても良い。これにより、制御装置１６は、これら検出された改質部３２の内部の湿度や温度を用いて、より正確に目標供給量（流路断面積）を決定して補正することが可能となる。
【００８０】
又、上記実施形態においては、原料・水混合調整器１８のみが改質部３２に改質用原料及び改質水からなる混合ガスを供給するようにした。この場合、原料・水混合調整器１８に加えて、従来の燃料電池システムが備えているような蒸発部を設けておき、通常運転時は、従来の燃料電池システムと同様に、蒸発部を介して混合ガスを改質部３２に供給する通常ラインを利用するようにすることも可能である。そして、この通常ラインとは別に、上述したように原料・水混合調整器１８を介して供給するバックアップラインを設けることにより、通常ラインの故障時においてもバックアップラインを用いることで燃料電池システム１を確実に起動させるようにすることも可能である。
【００８１】
更に、制御装置１６が目標供給量を決定する場合、改質水タンク１５に貯水されている改質水の量に応じて目標供給量を補正することも可能である。具体的には、制御装置１６は、水量センサ１５ａの検出結果を取得し、例えば、検知水量が少ないほど補正量が多くなるように目標供給量を補正することができる。ここで、補正量は、予め実験等によって算出され記憶されている検知水量と補正量との関係を示すマップまたは数式を使用して、検知水量に対応した値として算出することができる。尚、タンク水量が少ないほど改質水タンク１５から落水する水量が少ないため、検知水量と補正量との関係は、検知水量が多いほど補正量は小さくなる関係となる。
【符号の説明】
【００８２】
１…燃料電池システム、１０…発電ユニット、１０ａ…筐体、１１…燃料電池モジュール、１１ａ…改質用原料供給管、１１ａ１…原料ポンプ、１１ｂ…改質水供給管、１１ｃ…カソードエア供給管、１１ｃ１…カソードエアブロワ、１１ｄ…排気管、１１ｅ…排水管、１１ｆ…混合ガス供給管、１２…熱交換器、１２ａ…凝縮水供給管、１２ｂ…ケーシング、１２ｃ…熱交換部、１３…インバータ装置、１４…水精製器、１５…改質水タンク、１５ａ…水量センサ、１６…制御装置、１７ａ…系統電源、１７ｂ…電源ライン、１７ｃ…外部電力負荷、１８…原料・水混合調整器（混合部）、１８ａ…原料噴射管、１８ａ１…弁座、１８ｂ…改質水流出管、１８ｃ…ノズル、１８ｃ１…開口部（第一開口）、１８ｄ…尖頭部、１８ｄ１…貫通孔（第二開口）、１８ｅ…ニードル弁、１８ｅ１…先端部、１８ｅ２…基端部、１８ｅ３…封止弁、１８ｆ…Ｏリング、１８ｇ…ニードルパッキン、１８ｈ…ニードル弁調整機構（駆動部材）、１８ｉ…貯留部、２０…排熱回収システム、２１…貯湯槽、２２…貯湯水循環ライン、２２ａ…貯湯水循環ポンプ、２２ｂ…熱交換器貯湯水入口温度センサ、２２ｃ…熱交換器貯湯水出口温度センサ、３１…ケーシング、３２…改質部、３２ａ…圧力センサ（物理量検出部）、３３…燃料電池、３３ａ…セル、３３ｂ…燃料流路、３３ｃ…空気流路、３４…マニホールド、３５…燃焼部、３５ａ１，３５ａ２…着火ヒータ、３６…火炎、３７…改質ガス供給管、Ｇｓ…供給源
【図１】
2019009082.tif 000003
【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】
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