(57)【要約】【課題】ガス流量計の製造時のバラつき等に起因した計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正することができ、原燃料ガスを適切な流量で供給することができる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】発電運転を行う燃料電池発電システムであって、制御装置は、発電運転中の所定のタイミングで、少なくともガス流量計測部の計測ガス流量が所定の基準ガス流量に見かけ上一致した状態で一定となる特定シーケンス制御を一定時間実行し、一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度を用いて、ガス流量計測部の計測ガス流量と実際のガス流量との誤差を補正するための流量補正係数を決定し、ガス流量計測部の計測ガス流量に流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基に、ガス供給部の動作を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックとを容器の内部に備え、
前記原燃料ガスを前記改質部に供給する燃料供給手段と、
前記容器内の所定部位の温度を測定する内部温度センサと、
前記燃料供給手段の動作を制御する制御装置とを備え、
前記燃料供給手段は、ガス流量計測部と、該ガス流量計測部で計測された流量を基に、前記制御装置により動作が制御されるガス供給部とを有し、
前記制御装置は、前記ガス流量計測部で計測される計測ガス流量を基に、前記ガス供給部の動作を制御し、前記原燃料ガスを所定の流量で供給して、前記セルスタックで発電する発電運転を行う燃料電池発電システムであって、
前記制御装置は、
前記発電運転中の所定のタイミングで、少なくとも前記ガス流量計測部の計測ガス流量が所定の基準ガス流量に見かけ上一致した状態で一定となる特定シーケンス制御を一定時間実行し、
一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度を用いて、前記ガス流量計測部の計測ガス流量と実際のガス流量との誤差を補正するための流量補正係数を決定し、
前記ガス流量計測部の計測ガス流量に前記流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基に、前記ガス供給部の動作を制御する燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記容器外の温度を測定する外部温度センサと、
記憶装置とを更に備え、
前記制御装置は、
前記記憶装置に予め記憶され、前記原燃料ガスを前記基準ガス流量で供給して前記特定シーケンス制御を一定時間実行した後の前記内部温度センサの測定温度たる基準内部温度を基準として前記外部温度センサの測定温度条件ごとに前記内部温度センサの測定温度と前記流量補正係数との関係を規定した流量補正係数マップを参照し、前記一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度及び前記外部温度センサの測定温度に応じた前記流量補正係数を決定する請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記容器外の温度を測定する外部温度センサと、
記憶装置とを更に備え、
前記制御装置は、
前記記憶装置に予め記憶され、前記外部温度センサの測定温度と内部温度補正係数との関係を規定した内部温度補正係数マップを参照し、前記一定時間経過後の前記外部温度センサの測定温度に応じた前記内部温度補正係数を決定し、該内部温度補正係数を前記一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度に乗じて補正内部温度を決定し、
前記原燃料ガスを前記基準ガス流量で供給して前記特定シーケンス制御を一定時間実行した後の前記内部温度センサの測定温度たる基準内部温度と前記補正内部温度との内部温度差を算出し、
前記記憶装置に予め記憶され、前記内部温度差と前記流量補正係数との関係を規定した流量補正係数マップを参照し、前記算出した内部温度差に応じた前記流量補正係数を決定する請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記特定シーケンス制御では、前記セルスタックに接続された電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態となるようにする請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給手段によって原燃料ガスを所定の流量で改質部に供給し、改質部で生成された燃料ガスを用いてセルスタックで発電する発電運転を行う燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムに用いられる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、酸素イオンを伝導する固体電解質の両側に燃料ガス及び酸化剤ガス中の酸素をそれぞれ酸化、還元する機能を有する電極を取り付けたものであり、電解質の材料としては一般的にイットリアをドープしたジルコニアが用いられている。そして、当該固体酸化物形燃料電池は、およそ７００℃から１０００℃の高温化で、燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸素とを電気化学反応させて発電が行われる。この固体酸化物形燃料電池を用いた燃料電池発電システムは、他の燃料電池を用いた発電システムやガスエンジン等に比べて、特に高い効率で発電が可能なことから、有望な発電技術として盛んに研究開発が行われている。
【０００３】
ところで、燃料電池発電システムにおいては、その発電効率を向上させる手段の一つに、改質部で生成された燃料ガス中の発電に使用される燃料割合（燃料利用率）を向上させる手段が知られており、燃料利用率を向上させることで、投入する原燃料ガスの量を減らすことができ、発電効率が向上する。
【０００４】
また、原燃料ガスとしては、ガス事業者が供給する都市ガスが用いられることが多い。通常、ガス事業者は都市ガスの熱量を例えば４５ＭＪなどの値に調整した上で消費者に供給し、その熱量の原燃料ガスが改質部に供給される。そして、改質部には、その熱量の原燃料ガスの流量に応じて決定される所定流量の改質用水を供給することで、最適なＳ／Ｃ値（スチーム／カーボン比率）の下で原燃料ガスの水蒸気改質が行われる。尚、Ｓ／Ｃ値が小さくなり過ぎるとカーボン析出などによりセルスタックの耐久性が低下し、Ｓ／Ｃ値が大きくなり過ぎると発電効率が低下するという問題がある。
【０００５】
そのような問題を解決するものの一つして、例えば、特許文献１に開示された燃料電池システムが提案されている。特許文献１に開示された燃料電池システムは、原燃料ガスの組成変動に伴う熱量の変動によって、燃料利用率やＳ／Ｃ比が変動し、上述したような問題が生じることに鑑みてなされたものであって、原燃料ガスの熱量を検知するための熱量検知手段を備えており、熱量検知手段が検知した原燃料ガスの熱量に応じて、原燃料ガスの流量の制御を行い、燃料利用率やＳ／Ｃ値の変動を抑えて一定に維持するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５７７０６２２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池発電システムの原燃料ガスの流量を計測するガス流量計などに使用される補器類には、製造時のバラつき等があり、このような補器類のバラつき等に起因して、原燃料ガスの実ガス流量のバラつきが発生する。具体的に言うと、ガス流量計により計測されたガス流量と目標とするガス流量とが見かけ上一致しているものの、実際のガス流量は計測ガス流量よりも多い又は小さい側に誤差が生じた状態となる。
【０００８】
したがって、ガス流量計の製造時のバラつき等を考慮すると、原燃料ガスの流量制御は、ある程度の安全マージンを持った流量となるように制御することが必要となるため、燃料利用率の向上に限界がある。
【０００９】
また、ガス流量計の製造時のバラつき等に起因して、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差がある状態で燃料電池発電システムの運転を長時間継続すると、改質用水の供給量に対して原燃料ガスの供給量が超過又は不足した状態となり、セルスタックの劣化や故障が発生したり、過剰な原燃料ガスが消費されることにより、発電コストが上昇したりするという問題がある。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の燃料電池システムでは、ガス流量計の製造時のバラつき等による計測ガス流量と実ガス流量との誤差を考慮しておらず、上記問題を解決することができない。
【００１１】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであり、ガス流量計の製造時のバラつき等に起因した計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正することができ、原燃料ガスを適切な流量で供給することができる燃料電池発電システムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池発電システムの特徴構成は、原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックとを容器の内部に備え、
前記原燃料ガスを前記改質部に供給する燃料供給手段と、
前記容器内の所定部位の温度を測定する内部温度センサと、
前記燃料供給手段の動作を制御する制御装置とを備え、
前記燃料供給手段は、ガス流量計測部と、該ガス流量計測部で計測された流量を基に、前記制御装置により動作が制御されるガス供給部とを有し、
前記制御装置は、前記ガス流量計測部で計測される計測ガス流量を基に、前記ガス供給部の動作を制御し、前記原燃料ガスを所定の流量で供給して、前記セルスタックで発電する発電運転を行う燃料電池発電システムであって、
前記制御装置は、
前記発電運転中の所定のタイミングで、少なくとも前記ガス流量計測部の計測ガス流量が所定の基準ガス流量に見かけ上一致した状態で一定となる特定シーケンス制御を一定時間実行し、
一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度を用いて、前記ガス流量計測部の計測ガス流量と実際のガス流量との誤差を補正するための流量補正係数を決定し、
前記ガス流量計測部の計測ガス流量に前記流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基に、前記ガス供給部の動作を制御する点にある。
【００１３】
ガス流量計測部の製造時のバラつき等に起因する計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差の有無や大小は、特定シーケンス制御を一定時間実行した後の内部温度センサの測定温度（容器内の所定部位の温度）の違いとして現れる。即ち、計測ガス流量が基準ガス流量と見かけ上一致した状態で一定となるように特定シーケンス制御を実行しても、計測ガス流量と実ガス流量との誤差がないガス流量計測部を用いた場合と比較すると、計測ガス流量が実ガス流量に対して小さいほど、一定時間経過後の容器内の所定部位の温度が高くなり、一方、計測ガス流量が実ガス流量に対して大きいほど、一定時間経過後の容器内の所定部位の温度が低くなる。
【００１４】
上記特徴構成によれば、特定シーケンス制御を一定時間実施した後の内部温度センサの測定温度を用いて流量補正係数を決定し、ガス流量計測部の計測ガス流量に流量補正係数を乗じて、実ガス流量との間の誤差を補正した補正ガス流量を算出し、補正ガス流量を基に制御装置がガス供給部の動作を制御する。即ち、ガス流量計測部を構成する補機類に製造時のバラつき等があり、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差があっても、この誤差を補正した流量を基に制御装置がガス供給部の動作を制御することができるため、原燃料ガスを適切な流量で改質部に供給することができる。したがって、燃料利用率をより向上させることができ、また、燃料ガスの過不足に起因するセルスタックの劣化や故障の発生、発電コストの増加を抑えることができる。
【００１５】
ここで、特定シーケンス制御を一定時間実行した後の内部温度センサの測定温度は、容器外の温度（外気温度）から影響を受け易く、実ガス流量が同じであっても、外気温度によって内部温度センサの測定温度が変化する。したがって、内部温度センサの測定温度を用いて流量補正係数を決定する際に、外気温度の影響を補正する必要がある。
【００１６】
即ち、本発明に係る燃料電池発電システムの更なる特徴構成は、前記容器外の温度を測定する外部温度センサと、
記憶装置とを更に備え、
前記制御装置は、
前記記憶装置に予め記憶され、前記原燃料ガスを前記基準ガス流量で供給して前記特定シーケンス制御を一定時間実行した後の前記内部温度センサの測定温度たる基準内部温度を基準として前記外部温度センサの測定温度条件ごとに前記内部温度センサの測定温度と前記流量補正係数との関係を規定した流量補正係数マップを参照し、前記一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度及び前記外部温度センサの測定温度に応じた前記流量補正係数を決定する。
【００１７】
上記特徴構成において、流量補正係数マップは、単に、基準内部温度を基準として内部温度センサの測定温度と流量補正係数との関係を規定したものではなく、外部温度センサの測定条件ごとに内部温度センサの測定温度と流量補正係数との関係を規定したものである。
【００１８】
したがって、上記特徴構成によれば、外部温度センサの測定温度条件ごとに内部温度センサの測定温度と流量補正係数との関係を規定した流量補正係数マップを予め作成して記憶装置に記憶しておき、特定シーケンス制御を一定時間実行した後の内部温度センサの測定温度及び外部温度センサの測定温度に応じた流量補正係数を決定して、これを計測ガス流量に乗じて実ガス流量との間の誤差を補正した補正ガス流量を算出し、補正ガス流量を基に制御装置がガス供給部の動作を制御する。したがって、上記と同様に、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差があっても、この誤差を補正した流量を基に制御装置がガス供給部の動作を制御することができるため、原燃料ガスを適切な流量で改質部に供給することができ、燃料利用率をより向上させることができるとともに、燃料ガスの過不足に起因するセルスタックの劣化や故障の発生、発電コストの増加を抑えることができる。
【００１９】
更に、本発明に係る燃料電池発電システムの更なる特徴構成は、前記容器外の温度を測定する外部温度センサと、
記憶装置とを更に備え、
前記制御装置は、
前記記憶装置に予め記憶され、前記外部温度センサの測定温度と内部温度補正係数との関係を規定した内部温度補正係数マップを参照し、前記一定時間経過後の前記外部温度センサの測定温度に応じた前記内部温度補正係数を決定し、該内部温度補正係数を前記一定時間経過後の前記内部温度センサの測定温度に乗じて補正内部温度を決定し、
前記原燃料ガスを前記基準ガス流量で供給して前記特定シーケンス制御を一定時間実行した後の前記内部温度センサの測定温度たる基準内部温度と前記補正内部温度との内部温度差を算出し、
前記記憶装置に予め記憶され、前記内部温度差と前記流量補正係数との関係を規定した流量補正係数マップを参照し、前記算出した内部温度差に応じた前記流量補正係数を決定する点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、まず、外部温度センサの測定温度と内部温度補正係数との関係を規定した内部温度補正係数マップを予め作成して記憶しておき、特定シーケンス制御を一定時間実行した後の外部温度センサの測定温度に応じた内部温度補正係数を決定し、当該内部温度補正係数を内部温度センサの測定温度に乗じて外気温度を加味した内部温度センサの測定温度たる補正内部温度を算出することができる。
【００２１】
また、上記特徴構成において、基準内部温度とは、原燃料ガスを基準ガス流量で供給して特定シーケンス制御を一定時間実行した後の内部温度センサの測定温度であり、原燃料ガスを基準ガス流量で供給する場合とは、計測ガス流量と実ガス流量とが一致している（誤差がない）場合に相当する。即ち、基準内部温度と補正内部温度との差（内部温度差）は、計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差に対応するものである。
【００２２】
したがって、上記特徴構成によれば、計測ガス流量と実ガス流量との誤差に対応する内部温度差と流量補正係数との関係を規定した流量補正係数マップを予め作成して記憶装置に記憶しておき、算出した内部温度差に応じた流量補正係数を決定して、これを計測ガス流量に乗じて実ガス流量との間の誤差を補正した補正ガス流量を算出し、補正ガス流量を基に制御装置がガス供給部の動作を制御する。したがって、上記と同様に、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差があっても、この誤差を補正した流量を基に制御装置がガス供給部の動作を制御することができるため、原燃料ガスを適切な流量で改質部に供給することができ、燃料利用率をより向上させることができるとともに、燃料ガスの過不足に起因するセルスタックの劣化や故障の発生、発電コストの増加を抑えることができる。
【００２３】
ここで、特定シーケンス制御において通常通りに発電を行う場合、改質部で水蒸気改質された燃料ガスが発電のための電気化学反応にも使用されることになり、容器内の温度の昇温に寄与するガス量は減少することになるため、内部温度センサの測定温度は、計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差だけでなく、容器内の温度の昇温に寄与するガス量の減少分も加味したものとなる。したがって、計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差を補正するという観点からすると、発電量を小さくして、容器内の温度の昇温に寄与するガス量の減少を抑えることが好ましい。
【００２４】
即ち、本発明に係る燃料電池発電システムの更なる特徴構成は、前記特定シーケンス制御では、前記セルスタックに接続された電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態となるようにする点にある。
【００２５】
上記特徴構成によれば、特定シーケンス制御では送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態となるようにする。この場合、特定シーケンス制御における発電量が、燃料電池発電システムの補機類の消費電力分程度（ＤＣ発電量で数十Ｗ程度）に抑えられるため、発電で消費される燃料ガスの量を可能な限り低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池発電システムの概略的な構成図である。
【図２】第１実施形態に係る流量補正係数決定処理を説明するフローチャートである。
【図３】流量補正係数を説明するグラフである。
【図４】第２実施形態に係る流量補正係数決定処理を説明するフローチャートである。
【図５】内部温度補正係数を説明するためのグラフである。
【図６】流量補正係数を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して第１実施形態に係る燃料電池発電システム１について説明する。図１は、固体酸化物形燃料電池を利用した燃料電池発電システムの概略的な構成図である。同図に示すように、燃料電池発電システム１は、原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部２と、改質部２に接続した気化部３と、改質部２で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルＦを有するセルスタック４と、セルスタック４からのオフガスを燃焼する燃焼部７とを高温容器１０内に備えるとともに、気化部３に原燃料ガスを所定流量で供給する燃料供給手段１１と、気化部３に改質用水を供給する改質用水供給手段１５と、高温容器１０内に空気を所定流量で供給する空気供給手段２０と、セルスタック４で発生した電力を所望の電圧、周波数、位相の電力に変換する電力変換部２５と、動作を制御する制御装置３０とを備えている。
【００２８】
気化部３には、原燃料ガスが原燃料ガス流路Ｌ１を通して供給され、改質部２での水蒸気改質に用いられる改質用水が改質用水流路Ｌ２を通して供給されるようになっており、当該気化部３は、供給される改質用水を燃焼部７から伝えられる燃焼熱を用いて加熱して蒸発する。また、気化部３では、生成された水蒸気と原燃料ガスとの混合も行われ、その混合ガスは混合ガス流路Ｌ３を通して改質部２に供給される。
【００２９】
原燃料ガス流路Ｌ１の途中には、燃料供給手段１１としてのガス流量計１２やガスブロア１３、制御弁（図示せず）が設けられている。ガス流量計１２には、原燃料の熱拡散作用を利用して計測を行う熱式質量流量計を用いている。また、ガスブロア１３の下流側の原燃料ガス流路Ｌ１には、例えば、原燃料ガスに含まれる硫黄化合物を取り除くための脱硫器（図示せず）を設けている。ガスブロア１３及び制御弁の動作により、原燃料ガスが原燃料ガス流路Ｌ１を通して気化部３内に供給される。ガス流量計１２は、気化部３に供給される原燃料ガスの単位時間当たりのガス流量を計測し、その計測結果は、制御装置３０に送信され、記憶装置３１に記憶される。また、ガスブロア１３及び制御弁の動作は制御装置３０が制御する。尚、本実施形態において、ガス流量計１２が「ガス流量計測部」に相当し、ガスブロア１３及び制御弁が「ガス供給部」に相当する。
【００３０】
改質用水流路Ｌ２の途中には、改質用水供給手段１５としての改質用水ポンプ１６と改質用水タンク１７が設けられており、改質用水ポンプ１６が動作することで、改質用水タンク１７に貯えられている改質用水が改質用水流路Ｌ２を流通して気化部３内に供給される。尚、改質用水ポンプ１６の動作は制御装置３０が制御する。
【００３１】
改質部２には、気化部３で得られた原燃料ガスと水蒸気との混合ガスが供給される。そして、改質部２では、原燃料ガスの水蒸気改質が行われて、水素を主成分とする燃料ガスが生成される。また、改質部２にも、後述する燃焼部７で発生した燃焼熱が伝達され、その熱によって改質反応が促進される。改質部２で生成された燃料ガスは、燃料ガス流路Ｌ４を通って後述するセルスタック４のマニホールド５に供給される。
【００３２】
セルスタック４は、改質部２で生成された燃料ガスが通流する燃料通流部（図示せず）と、空気（即ち、酸化剤（酸素））が通流する空気通流部とを備えた複数の固体酸化物形の燃料電池セルＦを電気的に直列接続した状態で備えている。図示は省略するが、燃料電池セルＦは、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物形に構成される。各燃料電池セルＦでは、燃料通流部を燃料ガスが上向きに通流することで燃料極の全体に燃料ガスが供給され、空気通流部を空気が上向きに通流することで空気極の全体に空気が供給される。
【００３３】
加えて、セルスタック４の下部には、改質部２から燃料ガス流路Ｌ４を通して供給される燃料ガスを受け入れるマニホールド５が設けられている。複数の燃料電池セルＦは、マニホールド５の上方側に並ぶ状態で配置され、マニホールド５と複数の燃料電池セルＦにおける燃料通流部の下端のガス導入口（図示せず）とが連通接続されている。そして、マニホールド５に供給された燃料ガスが複数の燃料電池セルＦのそれぞれの燃料通流部に対して下端のガス導入口から供給され、各燃料通流部を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供された後、排出燃料ガスは、上端の燃料ガス排出口（図示せず）から排出される。
【００３４】
高温容器１０には、空気導入部６が設けられており、当該空気導入部６には、空気が流通する空気供給流路Ｌ５が接続されている。空気供給流路Ｌ５の途中には、空気供給手段２０としてのエアフィルタ２１、エアブロア２２及びエア流量計２３が設けられており、エアブロア２２の動作により、空気が空気供給流路Ｌ５を通して高温容器１０内に供給される。エアフィルタ２１は、エアブロア２２によって空気供給流路Ｌ５に吸い込まれた空気中の塵などの異物を捕え、高温容器１０内への異物の侵入を防ぐために設けられている。また、エア流量計２３は、高温容器１０内に供給される単位時間当たりの流量を計測し、エア流量計２３の計測結果は制御装置３０に送信され、記憶装置３１に記憶される。尚、エアブロア２２の動作は制御装置３０が制御する。
【００３５】
尚、複数の燃料電池セルＦのそれぞれにおける空気流通部の下端部近傍には、高温容器１０内と空気流通部とを連通する空気供給孔（図示せず）が設けられており、空気流通部には、高温容器１０内の空気が空気供給孔を通して供給され、各空気流通部を下方側に通流して発電反応に供される。そして、発電反応に供された後の排空気は、上端の空気排出口（図示せず）から排出される。
【００３６】
また、高温容器１０内のセルスタック４の上方には、オフガス（即ち、各燃料電池セルＦの燃料通流部から排出される排燃料ガスと空気流通部から排出される排空気（即ち、酸素））を燃料させる燃焼空間（即ち、燃焼部７）が形成される。つまり、セルスタック４により燃焼部７が実現される。また、この燃焼空間（燃焼部７）には、点火器８も設けられる。加えて、気化部３及び改質部２は、セルスタック４の上方の燃焼空間に隣接して設けられている。その結果、上述したように、燃焼部７で発生する燃焼熱によって、気化部３、改質部２及びセルスタック４が加熱される。
【００３７】
更に、高温容器１０には、燃焼部７にて発生した燃焼排ガスを外部に排出させる排気部９が下面部等に形成されており、また、排気部９から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガス等を除去するための燃焼触媒部９ａ（例えば、白金系触媒）が設けられている。
【００３８】
高温容器１０内には、高温容器１０内の所定部位の温度を測定する内部温度センサとしての３つの温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３が設けられており、これらの温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３による測定結果は制御装置３０に送信され、記憶装置３１に記憶される。温度センサＴ１は、燃焼部７近傍の温度を測定し、その測定結果は、燃焼部７での燃焼が適正に行われているか否かの判定などに用いられる。また、温度センサＴ２は、高温容器１０内部の温度、例えば、セルスタック４の側方の温度を測定する。更に、温度センサＴ３は、改質部２の温度（例えば、改質触媒の温度）を測定し、その測定結果は、改質部２の温度が適正か否かの判定などに用いられる。
【００３９】
高温容器１０の外方且つシステム筐体の内壁には、高温容器１０外の温度（外気温度）を測定するための外部温度センサとしての温度センサＴ４が設けられており、当該温度センサＴ４による測定結果は制御装置３０に送信され、記憶装置３１に記憶される。
【００４０】
電力変換部２５は、セルスタック４に電気的に接続されたインバータなどである。そして、電力変換部２５に接続される電力線２６を介して、セルスタック４で発電された電力が様々な電力負荷装置や電力系統などに供給される。
【００４１】
制御装置３０は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理機能を有する電気回路部を用いて構成される装置であり、半導体メモリなどの情報記憶機能を有する電気回路部を用いて構成された記憶装置３１と適宜データをやりとりして、所定の処理を実行するものである。
【００４２】
以上の構成を備えた燃料電池発電システム１によれば、制御装置３０は、改質部２（気化部３）に単位時間当たりの流量が一定となるように原燃料ガスを供給するとともに、原燃料ガスの供給量に見合った改質用水を改質部２（気化部３）に供給し、燃料ガスの燃焼によって高温容器１０内を所定の目標温度まで昇温する昇温工程を行った後、セルスタック４で電気化学反応を利用した発電運転を行う。
【００４３】
ところで、発電運転時においては、燃料利用率の向上や燃料ガスの過不足によるセルスタック４の劣化等防止を図る上で、改質部２（気化部３）に供給する原燃料ガスの流量を可能な限り厳密に制御することが重要であり、燃料電池発電システム１では、ガス流量計１２により原燃料ガスの流量を計測し、その計測結果を基に、原燃料ガスの流量が適時所定の流量となるようにガスブロア１３及び制御弁の動作を制御装置３０が制御している。
【００４４】
しかしながら、ガス流量計１２などの補機類には製造時のバラつき等が生じるため、このバラつき等が基になって、ガス流量計１２で計測したガス流量（計測ガス流量）と実際のガス流量（実ガス流量）との間に誤差が生じる。具体的に言うと、ガス流量計１２により計測したガス流量が所定の目標ガス流量と見かけ上一致していても、実際のガス流量は、計測ガス流量よりも多くなる又は少なくなる場合がある。そのため、計測ガス流量を基にガスブロア１３及び制御弁の動作を制御すると、本来必要なガス流量に対する実ガス流量の過不足が生じる。
【００４５】
そこで、本実施形態に係る燃料電池発電システム１においては、ガス流量計１２の製造時のバラつき等に起因した計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正しながら発電運転を行うために、以下に示す処理を行う。
【００４６】
具体的には、まず、計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正するための流量補正係数を決定する処理を行う。図２は、流量補正係数決定処理を説明するフローチャートである。第１実施形態における流量補正係数決定処理では、まず、制御装置３０は、発電運転中に所定の特定シーケンス制御を実行する（工程＃１）。本実施形態において、特定シーケンス制御では、計測ガス流量が所定の基準ガス流量と見かけ上一致した状態で一定となり、且つ、電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態となるように運転を制御する。そして、制御装置３０は、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過したか否かを判定し（工程＃２）、所定時間経過したと判定した場合には、工程＃３に移行する。尚、所定時間経過したと判定するまでは、工程＃２を繰り返す。
【００４７】
ここで、上述したように、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差が生じている場合がある。その場合、計測ガス流量を基にガスブロア１３及び制御弁の動作を制御しても、上記誤差によって特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過したときの高温容器１０内の温度が変化する。即ち、計測ガス流量と実ガス流量とが一致するガス流量計（個体Ａ）と、計測ガス流量が実ガス流量よりも小さくなるガス流量計（個体Ｂ）とでは、各ガス流量計の計測ガス流量が所定の基準ガス流量と見かけ上一致した状態であっても、個体Ｂによる計測ガス流量を基にガスブロア１３及び制御弁の動作を制御した場合の方が実ガス流量が多くなり、所定時間経過後の高温容器１０内の温度が高くなる。一方、上記個体Ａと、計測ガス流量が実ガス流量よりも大きくなるガス流量計（個体Ｃ）とでは、各ガス流量計の計測ガス流量が所定の基準ガス流量と見かけ上一致する状態であっても、個体Ｃによる計測ガス流量を基にガスブロア１３及び制御弁の動作を制御した場合の方が実ガス流量が少なくなり、所定時間経過後の高温容器１０内の温度が低くなる。
【００４８】
このように、ガス流量計１２の計測ガス流量と実ガス流量との誤差は、所定時間経過後の高温容器１０内の温度の差として現れる。一方、所定時間経過後の高温容器１０内の温度は、外気温の影響を受け易い。そこで、本実施形態の燃料電池発電システム１では、工程＃３において、制御装置３０は、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過した後に、温度センサＴ２により測定される温度、即ち、高温容器１０内の温度（以下、「内部温度」ともいう）を取得して記憶装置３１に記憶するとともに、温度センサＴ４により測定される温度、即ち、外気温度を取得して記憶装置３１に記憶し、工程＃４に移行する。
【００４９】
工程＃４において、制御装置３０は、図３に示す流量補正係数マップ（外気温度条件ごとに内部温度と流量補正係数との関係を規定したグラフ）を参照し、記憶装置３１に記憶された内部温度及び外気温度に応じた流量補正係数を決定し、記憶装置３１に記憶する。流量補正係数マップは、基準内部温度を基準として、実験データや計算結果等を基に予め作成したものであり、記憶装置３１に記憶されており、第１実施形態においては、図３に示すように、外気温度条件（外部温度センサの測定温度条件）を１０℃以下、１０℃＜３０℃、３０℃以上の３つの範囲に分け、この条件ごとに内部温度と流量補正係数との関係を示したものである。尚、上記基準内部温度とは、原燃料ガスを基準ガス流量で供給して、上記特定シーケンス制御を実行した場合に、当該特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過後の高温容器１０内の温度であり、本実施形態においては、ガス流量を極めて正確に測定することができる石鹸膜式流量計を用いた場合に、原燃料ガスを基準ガス流量で供給して特定シーケンス制御を実行し、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過後の高温容器１０内の温度を基準内部温度として用いる。
【００５０】
具体的に言うと、外気温度が８℃の条件下で特定シーケンス制御を所定時間実行した後の内部温度が６５５℃である場合、外気温度が１０℃以下の条件での内部温度と流量補正係数との関係を示す直線から読み取れる０．９９を流量補正係数として決定し、ガス流量計１２による計測ガス流量に０．９９を乗じて補正ガス流量を決定する。このようになる場合は、外気温度８℃における基準内部温度が６４５℃であるため、計測ガス流量が実ガス流量よりも大きくなっている場合である。
【００５１】
そして、制御装置３０は、発電運転において、前記ガス流量計１２の計測ガス流量に記憶装置３１に記憶された流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基に、ガスブロア１３及び制御弁の動作を制御する。
【００５２】
以上のように、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１によれば、流量補正係数決定処理を行うことにより、外気温度を加味した上で、ガス流量計１２で計測したガス流量と実ガス流量との誤差を補正するための流量補正係数を決定することができ、制御装置３０は、ガス流量計１２の計測ガス流量に流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基にガスブロア１３及び制御弁の動作を制御する。即ち、ガス流量計１２を構成する補機類に製造時のバラつき等があり、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差があっても、この誤差を補正した流量を基に制御装置３０がガスブロア１３及び制御弁の動作を制御することができるため、原燃料ガスを適切な流量で改質部２（気化部３）に供給することができる。したがって、燃料利用率を高めることができ、また、燃料ガスの過不足に起因するセルスタック４の劣化や故障の発生を抑えることができる。
【００５３】
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る燃料電池発電システム１は、流量補正係数決定処理の内容が上記第１実施形態と異なっている。以下、第２実施形態の燃料電池発電システム１について説明するが、上記第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５４】
図４は、第２実施形態に係る燃料電池発電システム１における流量補正係数決定処理を説明するフローチャートである。第２実施形態における流量補正係数決定処理は、まず、第１実施形態における流量補正係数決定処理と同様に、制御装置３０は、発電運転中に所定の特定シーケンス制御を実行し（工程＃１１）、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過したか否かを判定して（工程＃１２）、所定時間経過したと判定した場合には、工程＃１３に移行する。尚、所定時間経過したと判定するまでは、工程＃１２を繰り返す。尚、第２実施形態において、特定シーケンス制御では、計測ガス流量が所定の基準ガス流量と見かけ上一致した状態で一定となり、且つ電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態となるように運転を制御する。
【００５５】
ここで、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１の説明でも述べたように、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差が生じている場合、当該誤差は、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過後の高温容器１０内の温度の差として現れ、高温容器１０内の温度は、外気温度の影響を受け易い。そこで、第２実施形態に係る燃料電池発電システム１の流量補正係数決定処理では、工程＃１３において、制御装置３０は、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過した後に、温度センサＴ２により測定される温度、即ち、高温容器１０内の温度（内部温度）を取得して記憶装置３１に記憶するとともに、温度センサＴ４により測定される温度、即ち、外気温度を取得して記憶装置３１に記憶し、工程＃１４に移行する。
【００５６】
工程＃１４において、制御装置３０は、図５に示す内部温度補正係数マップ（外気温度と内部温度補正係数との関係を規定したグラフ）を参照し、記憶装置３１に記憶された外気温度に応じた内部温度補正係数を決定し、ついで、工程＃１５において、内部温度（温度センサＴ２の測定温度）に内部温度補正係数を乗じて補正内部温度を決定し、工程＃１６に移行する。このように、測定した内部温度に、外気温度に応じて決定した内部温度補正係数を乗じることで、これにより決定される補正内部温度は、外気温の影響を加味したものとなる。尚、内部温度補正係数マップは、実験データや計算結果等を基に予め作成したものであり、記憶装置３１に記憶されている。
【００５７】
工程＃１６において、制御装置３０は、記憶装置３１に予め記憶された基準内部温度を上記補正内部温度から減じた内部温度差を算出し、工程＃１７に移行する。尚、基準内部温度は、原燃料ガスを基準ガス流量で供給して、上記特定シーケンス制御を実行した場合に、当該特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過後の高温容器１０内の温度であり、燃料電池発電システム１の製造段階等で予め記憶装置３１に記憶させたものである。第２実施形態においては、ガス流量を極めて正確に測定することができる石鹸膜式流量計を用いた場合に、原燃料ガスを基準ガス流量で供給して特定シーケンス制御を実行し、特定シーケンス制御を開始してから所定時間経過後の高温容器１０内の温度を基準内部温度として用いる。
【００５８】
工程＃１７において、制御装置３０は、図６に示す流量補正係数マップ（内部温度差と流量補正係数との関係を規定したグラフ）を参照し、算出した内部温度差に応じた流量補正係数を決定し、記憶装置３１に記憶する。尚、流量補正係数マップは、実験データや計算結果等を基に予め作成したものが記憶装置３１に記憶されている。
【００５９】
例えば、上述した計測ガス流量と実ガス流量との関係が異なる３つのガス流量計（個体Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いた場合を例にとって説明すると、計測ガス流量と実ガス流量とが一致する個体Ａについては、内部温度差が０となり、実質的には計測ガス流量を補正する必要がないため、流量補正係数は１となる。これに対して、計測ガス流量が実ガス流量よりも小さい個体Ｂについては、内部温度の方が基準内部温度よりも高く、計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正するための流量補正係数は１未満となる。また、計測ガス流量が実ガス流量よりも大きい個体Ｃについては、内部温度の方が基準内部温度よりも低く、計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正するための流量補正係数が１を超えるものとなる。
【００６０】
そして、第１実施形態と同様に、制御装置３０は、発電運転において、ガス流量計１２の計測ガス流量に記憶装置３１に記憶された流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基に、ガスブロア１３及び制御弁の動作を制御する。
【００６１】
以上のように、第２実施形態に係る燃料電池発電システム１によれば、第１実施形態と同様に、流量補正係数決定処理を行うことにより、外気温度を加味した上で、ガス流量計１２で計測したガス流量と実ガス流量との誤差を補正するための流量補正係数を決定することができ、当該流量補正係数は、外気温度を考慮したものとなる。そして、制御装置３０は、ガス流量計１２の計測ガス流量に流量補正係数を乗じた補正ガス流量を基にガスブロア１３及び制御弁の動作を制御する。即ち、ガス流量計１２を構成する補機類に製造時のバラつき等があり、計測ガス流量と実ガス流量との間に誤差があっても、この誤差を補正した流量を基に制御装置３０がガスブロア１３及び制御弁の動作を制御することができるため、原燃料ガスを適切な流量で改質部２（気化部３）に供給することができる。したがって、燃料利用率を高めることができ、また、燃料ガスの過不足に起因するセルスタック４の劣化や故障の発生を抑えることができる。
【００６２】
〔別実施形態〕
〔１〕上記各実施形態では、燃料電池発電システム１の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。例えば、上記各実施形態では、温度センサＴ２の測定温度（高温容器１０内の温度）を利用して流量補正係数を決定するようにしたが、これに限られるものではない。例えば、温度センサＴ１の測定温度（燃焼部７近傍の温度）や温度センサＴ３の測定温度（改質部２の温度）も高温容器１０内の温度に相当するものであって、ガス流量計１２の計測ガス流量と実ガス流量との誤差に影響を受けるため、これら各温度センサＴ１，Ｔ２の測定温度を利用して流量補正係数を決定するようにしても良い。
【００６３】
〔２〕更に、上記実施形態における流量補正係数決定処理は、燃料電池発電システム１の起動中に任意のタイミングで行うことができる。例えば、最後に流量補正係数決定処理を行ってから所定の起動時間が経過した後に行うようにしても良い。
【００６４】
〔３〕また、上記各実施形態において、特定シーケンス制御では電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態となるように運転を制御するようにしているが、これに限られるものではない。尚、電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗの状態でない場合、温度センサＴ２により測定される内部温度が、計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差に加え、発電の影響をも加味したものとなるため、計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差を補正するという観点からすると、発電の影響を極力抑えるため、電力変換部から電力を外部へ送電する送電端のＡＣ出力が０Ｗとなるようにすることが好ましい。
【００６５】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、ガス流量計の製造時のバラつき等に起因した計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正することができ、原燃料ガスを適切な流量で供給することができる燃料電池発電システムに利用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１    燃料電池発電システム
２    改質部
４    セルスタック
７    燃焼部
１０    高温容器
１１    燃料供給手段
１２    ガス流量系
１３    ガスブロア
３０    制御装置
Ｃ    燃料電池セル
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４    温度センサ
【図１】
2019175624.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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