(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、発電運転を行う前に、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ように、ガス供給部の動作を制御し、内部温度センサの測定温度を昇温目標温度まで上昇させる昇温工程を実施して、昇温工程中の所定温度範囲における温度上昇速度を算出し、算出した温度上昇速度を用いて、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
2019175623.tif 000002
【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、前記容器内の温度が所定の昇温目標温度まで上昇した状態で、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、
前記発電運転を行う前に、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ように、前記ガス供給部の動作を制御し、前記内部温度センサの測定温度を前記昇温目標温度まで上昇させる昇温工程を実施して、前記昇温工程中の所定温度範囲における温度上昇速度を算出し、
前記算出した温度上昇速度を用いて、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】
記憶装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記算出した温度上昇速度と、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た場合に前記内部温度センサの測定温度が前記昇温目標温度まで上昇する際の基準温度上昇速度との温度上昇速度差を算出し、
前記記憶装置に予め記憶され、前記温度上昇速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、前記算出した温度上昇速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３】
前記昇温工程中の所定温度範囲は、前記昇温目標温度の５０〜９０％である請求項１又は２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、前記容器内の温度が所定の昇温目標温度まで上昇した状態で、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、
前記発電運転を行う前に、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ように、前記ガス供給部の動作を制御し、前記内部温度センサの測定温度を前記昇温目標温度まで上昇させる昇温工程を実施して、前記昇温工程中の所定温度範囲における温度上昇速度を算出し、
前記算出した温度上昇速度を用いて、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、温度上昇速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原燃料ガスを供給したとしても、計測ガス流量と実ガス流量との誤差がない場合と比較すると、計測ガス流量が実ガス流量よりも小さいほど、容器内の所定部位の温度が昇温目標温度に上昇するまでに要する時間が短くなって温度上昇速度は速くなり、一方、計測ガス流量が実ガス流量よりも大きいほど、容器内の所定部位の温度が昇温目標温度に上昇するまでに要する時間が長くなって温度上昇速度は遅くなる。
【００１４】
上記特徴構成によれば、計測ガス流量と実ガス流量との間の誤差の有無や大小によって変化する温度上昇速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】
また、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、記憶装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記算出した温度上昇速度と、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た場合に前記内部温度センサの測定温度が前記昇温目標温度まで上昇する際の基準温度上昇速度との温度上昇速度差を算出し、
前記記憶装置に予め記憶され、前記温度上昇速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、前記算出した温度上昇速度差に応じた前記流量補正係数を決定する点にある。
【００１６】
上記特徴構成において、基準温度上昇速度とは、原燃料ガスを基準ガス流量で供給した場合に内部温度センサの測定温度が昇温目標温度まで上昇する際の速度であり、原燃料ガスを基準ガス流量で供給した場合とは、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、基準温度上昇速度と温度上昇速度との差（温度上昇速度差）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。
【００１７】
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温度上昇速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、算出した温度上昇速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。
【００１８】
また、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、前記昇温工程中の所定温度範囲は、前記昇温目標温度の５０〜９０％である点にある。
【００１９】
ここで、容器内の温度が、容器外の温度（外気温度）と同程度である時点から所定温度昇温するまでの間の速度を温度上昇速度とした場合、当該温度上昇速度は、計測ガス流量と実ガス流量との誤差に加え、外気温度の影響が加味されたものとなる。したがって、計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正するという観点からすると、温度上昇速度は、外気温度の影響が極めて小さいものとなるように、容器内の温度が外気温度よりも十分高くなった時点から所定温度まで上昇する範囲の速度であることが好ましい。
【００２０】
昇温目標温度は発電運転可能な温度（例えば、７００〜１０００℃）である。上記特徴構成によれば、内部温度センサの測定温度（容器内の所定部位の温度）が外気温度よりも十分に高い温度から所定温度まで上昇する際の速度が温度上昇速度となり、当該温度上昇速度が外気温度の影響が極めて小さいものとなる。したがって、温度上昇速度を用いて決定した流量補正係数によれば、計測ガス流量と実ガス流量との誤差をより正確に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】温度上昇速度の違いを説明するグラフである。
【図４】流量補正係数を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。流量補正係数決定処理では、まず、上述したように、発電運転の実施に際して、制御装置３０は、ガス流量計１２の計測ガス流量が所定の基準ガス流量と一致した状態で一定となるように、ガスブロア１３及び制御弁の動作を制御する昇温工程を実施する（工程＃１）。そして、制御装置３０は、温度センサＴ２により測定される温度（高温容器１０内の温度）が所定の昇温目標温度に到達したか否かを判定し（工程＃２）、昇温目標温度に到達したと判定した場合には、工程＃３に移行する。尚、昇温目標温度に到達したと判定するまでは、工程＃２を繰り返す。また、昇温工程における高温容器１０内の温度及び経過時間は、記憶装置３１に逐次記憶される。
【００４１】
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、上記誤差の影響によって高温容器１０内が所定温度上昇するまでの時間が変化する。これについて、図３を参照しつつ、具体的に説明する。図３は、異なる３つのガス流量計１２（個体Ａ，Ｂ，Ｃ）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一定となるようにガスブロア１３及び制御弁の動作を制御し、高温容器１０内の温度を３５０℃〜７００℃まで昇温させた場合の時間と温度との関係を示したグラフである。尚、個体Ａにより計測したガス流量は実ガス流量との間に誤差がなく、個体Ｂにより計測したガス流量は実ガス流量よりも小さく、個体Ｃにより計測したガス流量は実ガス流量よりも大きいものとする。
【００４２】
この場合、各ガス流量計１２の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あっても、実ガス流量はそれぞれ異なったものになる。図３に示すように、個体Ｂを用いた場合、計測ガス流量が実ガス流量よりも小さいため、計測ガス流量と実ガス流量とが一致する個体Ａを用いた場合よりも実ガス流量が多くなり温度上昇速度が速くなる。これに対して、個体Ｃを用いた場合、計測ガス流量は実ガス流量よりも大きいため、個体Ａを用いた場合よりも実ガス流量は小さくなり温度上昇速度が遅くなる。
【００４３】
このように、ガス流量計１２による計測ガス流量と実ガス流量との誤差は、温度上昇速度の差として現れる。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、記憶装置３１に記憶された高温容器１０内の温度及び経過時間に関する情報を基に、高温容器１０内の温度が昇温目標温度に上昇するまでの所定温度範囲における速度（温度上昇速度）を算出して記憶装置３１に記憶し、工程＃４へ移行する。
【００４４】
尚、高温容器１０内の温度が、高温容器１０外の温度（外気温度）と同程度である時点から所定温度昇温するまでの間の速度を温度上昇速度とした場合、当該温度上昇速度は、計測ガス流量と実ガス流量との誤差だけでなく、外気温度の影響が加味されたものとなる。したがって、計測ガス流量と実ガス流量との誤差を補正するという観点からすると、温度上昇速度は、外気温度の影響が極めて小さいものとなるように、高温容器１０内の温度が外気温度よりも十分高くなった時点から所定温度まで上昇する範囲の温度上昇値と温度上昇に要した時間とを基に算出することが好ましい。そこで、本実施形態において、温度上昇速度は、外気温度よりも十分に高い昇温目標温度（７００℃）の５０％から９０％まで昇温した場合の温度上昇値と温度上昇に要した時間とを基に算出する。尚、昇温目標温度の５０％から９０％の範囲内であれば、必ずしも５０％から９０％まで昇温した場合の温度上昇速度を用いる必要はなく、例えば、７０％から８０％まで上昇する間の温度上昇速度を計測して用いることもできる。
【００４５】
そして、工程＃４において、制御装置３０は、記憶装置３１に記憶された基準温度上昇速度を上記温度上昇速度から減じた温度上昇速度差を算出し、工程＃５へ移行する。尚、基準温度上昇速度は、原燃料ガスを基準ガス流量で正確に供給した場合に、高温容器１０内の温度が所定温度から前記昇温目標温度まで上昇する際の速度であり、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。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、高温容器１０内の温度が３５０℃から昇温目標温度である７００℃まで上昇した場合の温度上昇値と温度上昇に要した時間を基に算出した温度上昇速度を基準温度上昇速度として用いる。また、表１には、上述した３つの異なるガス流量計１２（個体Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いた場合を例にとって、温度上昇速度Ｖｔａ，Ｖｔｂ，Ｖｔｃ、基準温度上昇速度Ｖｔ及び温度上昇速度差ΔＶｔａ，ΔＶｔｂ，ΔＶｔｃを示した。
【表１】
2019175623.tif 000003
【００４６】
工程＃５において、制御装置３０は、図４に示す流量補正係数マップ（温度上昇速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、算出した温度上昇速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。
【００４７】
例えば、上述した３つの異なるガス流量計（個体Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いた場合を例にとって図４を参照して説明すると、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、温度上昇速度差ΔＶｔａが０であり、実質的には計測ガス流量を補正する必要がないため、流量補正係数が１となっている。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、温度上昇速度差ΔＶｔｂが正であり（即ち、温度上昇速度Ｖｔｂの方が基準温度上昇速度Ｖｔよりも速い）、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、温度上昇速度ΔＶｔｃが負であり（即ち、温度上昇速度Ｖｔｃの方が基準温度上昇速度Ｖｔよりも遅い）、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。
【００４８】
そして、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。
【００４９】
以上のように、本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。
【００５０】
〔別実施形態〕
〔１〕上記実施形態では、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、上記実施形態では、温度上昇速度は、昇温目標温度の５０％から９０％まで上昇する範囲の温度上昇値と温度上昇に要した時間とを基に算出する態様としたが、これに限られるものではない。即ち、温度が一次関数的に上昇する任意の温度範囲における温度上昇値と温度上昇に要した時間とを基に算出するようにしても良い。
【００５１】
〔２〕また、上記実施形態では、温度センサＴ２の測定温度（高温容器１０内の温度）の温度上昇速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の測定温度の温度上昇速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。
【００５２】
〔３〕更に、上記実施形態における流量補正係数決定処理は、任意のタイミングで行うことができる。例えば、燃料電池発電システム１を起動させる度に行うようにしても良いし、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最初に起動させる際に行う、或いは、最後に流量補正係数決定処理を行ってからの起動回数が所定の回数となったときに行うようにしても良い。
【００５３】
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】
【００５４】
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】
【００５５】
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    温度センサ
【図１】
2019175623.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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