(57)【要約】【課題】燃料電池の温度を効率よく目標とする温度に制御する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、固体酸化物形燃料電池２０と、燃料ガス供給部１０と、酸化剤ガス供給部２７と、燃料電池２０の温度を検知する温度検知部２８と、燃料電池２０の温度をあらかじめ定められた目標温度に制御する制御部４０とを備える。制御部４０は、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量を、温度検知器２８で検知された検知温度と目標温度との偏差の関数として調節する燃料ガス調節部４１と、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量を検知温度に基づいてステップ状に変化させる酸化剤ガス調節部４２とを有する。而して、時々刻々と変化する最適な運転点の変化に追従することが容易になり、燃料電池２０の温度が急上昇するような緊急時に酸化剤ガスＡの供給量を短時間で増加させて燃料電池２０を迅速に冷却することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形の燃料電池と；
前記燃料電池における発電に利用される水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給部と；
前記燃料電池における発電に利用される酸素を含有する酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給部と；
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と；
前記燃料電池の温度を、あらかじめ定められた目標温度に制御する制御部とを備え；
前記制御部は、
前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量を、前記温度検知器で検知された検知温度と前記目標温度との偏差の関数として調節する燃料ガス調節部と、
前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を、前記検知温度に基づいてステップ状に変化させる酸化剤ガス調節部とを有する；
燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料ガス調節部が、前記燃料電池の発電電力に応じてあらかじめ設定された燃料利用率の範囲内となる流量の燃料ガスを前記燃料電池に供給するように構成され；
前記酸化剤ガス調節部が、前記燃料電池の発電電力に応じてあらかじめ設定された酸化剤利用率の範囲内となる流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給するように構成された；
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス調節部が、前記検知温度が前記目標温度から所定の温度以上乖離したときに、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量を、前記検知温度が前記目標温度に近づく方向に、ステップ状に変化させるように構成された；
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】
前記燃料電池の発電電力を検知する発電電力検知部を備え；
前記燃料ガス調節部が、前記発電電力検知部が検知した検知電力が所定の電力以上変動したときに、前記検知電力が増加したときは前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量をステップ状に減少させ、前記検知電力が減少したときは前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量をステップ状に増加させるように構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス調節部が、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量をステップ状に変化させる際の変化量を、前記燃料電池の運転状態に関連してあらかじめ決められた値とするように構成された；
請求項３又は請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料ガス調節部が、一旦前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量をステップ状に変化させた後、所定の時間が経過するまで又は前記検知温度と前記目標温度との差があらかじめ決められた温度以下になるまで、次の前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの流量のステップ状の変化の実行を許可しないように構成された；
請求項３乃至請求項５のいずれか１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し、特に燃料電池の温度を適切に制御する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、送電ロスを削減することができる等の利点を有する分散型発電装置として、燃料電池の普及が期待されている。燃料電池には、いくつかの方式があり、その中でも固体酸化物形燃料電池は、相対的に発電効率が高いため、特に普及が期待されている。固体酸化物形燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガス（典型的には空気）とを導入し、導入した水素と酸素との電気化学反応によって発電する装置であり、発電に適した温度がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０１８８５号公報（段落０００２−０００３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体酸化物形燃料電池は、導入する燃料ガスの流量を増加させると温度が上昇し、導入する燃料ガスの流量を減少させると温度が低下する傾向にあり、導入する酸化剤ガスの流量を増加させることで燃料電池を冷却することができる。燃料電池の温度を所望の温度に制御する際、例えばＰＩＤ制御等により燃料ガスの流量及び酸化剤ガスの流量を調節することが挙げられる。しかしながら、このような制御では、設定により、所望の温度に収束するまでに長時間を要したり、逆にハンチングが発生してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、燃料電池の温度を効率よく目標とする温度に制御する燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、固体酸化物形の燃料電池２０と；燃料電池２０における発電に利用される水素を含有する燃料ガスＥを燃料電池２０に供給する燃料ガス供給部１０と；燃料電池２０における発電に利用される酸素を含有する酸化剤ガスＡを燃料電池２０に供給する酸化剤ガス供給部２７と；燃料電池２０の温度を検知する温度検知部２８と；燃料電池２０の温度を、あらかじめ定められた目標温度に制御する制御部４０とを備え；制御部４０は、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量を、温度検知器２８で検知された検知温度と目標温度との偏差の関数として調節する燃料ガス調節部４１と、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量を、検知温度に基づいてステップ状に変化させる酸化剤ガス調節部４２とを有する。
【０００７】
このように構成すると、燃料電池に供給される燃料ガスの流量を検知温度と目標温度との偏差の関数として調節するので、時々刻々と変化する最適な運転点の変化に追従することが容易になり、燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量を検知温度に基づいてステップ状に変化させるので、燃料電池の温度が急上昇するような緊急時に酸化剤ガスの供給量を短時間で増加させて燃料電池を迅速に冷却することが可能となる。また、燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量の増加は燃料電池システムから排出される排ガスの流量の増加を伴うところ、燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量の増加を開始する温度を、許容範囲内で極力高い温度に設定した場合は、排ガスに同伴して燃料電池システムの外に排出される水蒸気分が最小限に抑えられて水自立性が向上すると共に、燃料電池システムの外に排出される熱量が最小限に抑えられて燃料電池の温度を適切に維持するために要する燃料ガスの流量が少なくて済み、発電効率及び排熱回収効率が向上することとなる。なお、水自立は、水蒸気改質で利用する水（水蒸気）を、燃料電池における発電に伴って生じた水や改質器から排出された水分で賄うことである。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る燃料電池システム１において、燃料ガス調節部４１が、燃料電池２０の発電電力に応じてあらかじめ設定された燃料利用率の範囲内となる流量の燃料ガスＥを燃料電池２０に供給するように構成され；酸化剤ガス調節部４２が、燃料電池２０の発電電力に応じてあらかじめ設定された酸化剤利用率の範囲内となる流量の酸化剤ガスＡを燃料電池２０に供給するように構成されている。
【０００９】
このように構成すると、燃料電池の適正な運転を維持することができる。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る燃料電池システム１において、燃料ガス調節部４１が、検知温度が目標温度から所定の温度以上乖離したときに、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量を、検知温度が目標温度に近づく方向に、ステップ状に変化させるように構成されている。
【００１１】
このように構成すると、目標温度から乖離した燃料電池の温度を迅速に目標温度に近づけることができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、燃料電池２０の発電電力を検知する発電電力検知部２９を備え；燃料ガス調節部４１が、発電電力検知部２９が検知した検知電力が所定の電力以上変動したときに、検知電力が増加したときは燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量をステップ状に減少させ、検知電力が減少したときは燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量をステップ状に増加させるように構成されている。
【００１３】
このように構成すると、燃料電池の温度が目標温度から乖離することを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第３の態様又は第４の態様に係る燃料電池システム１において、燃料ガス調節部４１が、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させる際の変化量を、燃料電池２０の運転状態に関連してあらかじめ決められた値とするように構成されている。
【００１５】
このように構成すると、燃料電池の温度を適切に制御することができる。
【００１６】
また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第３の態様乃至第５の態様のいずれか１つの態様に係る燃料電池システム１において、燃料ガス調節部４１が、一旦燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させた後、所定の時間が経過するまで又は検知温度と目標温度との差があらかじめ決められた温度以下になるまで、次の燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量のステップ状の変化の実行を許可しないように構成されている。
【００１７】
このように構成すると、燃料電池の温度がオーバーシュートすることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料電池に供給される燃料ガスの流量を検知温度と目標温度との偏差の関数として調節するので、時々刻々と変化する最適な運転点の変化に追従することが容易になり、燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量を検知温度に基づいてステップ状に変化させるので、燃料電池の温度が急上昇するような緊急時に酸化剤ガスの供給量を短時間で増加させて燃料電池を迅速に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの模式的系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御の別の例を説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御の別の例を説明するフローチャートである。（Ａ）は燃料ガスの制御のフローチャート、（Ｂ）は酸化剤ガスの制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態の変形例に係る固体酸化物形燃料電池システムにおける燃料電池の温度制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２１】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システム１を説明する。図１は、固体酸化物形燃料電池システム１の模式的系統図である。固体酸化物形燃料電池システム１（以下、単に「燃料電池システム１」という。）は、原料Ｄを水素に富む燃料ガスＥに改質する改質器１１と、固体酸化物形燃料電池２０（以下、単に「燃料電池２０」という。）と、酸素を含む酸化剤ガスＡを燃料電池２０に供給する酸化剤ガス供給部としての酸化剤ガスブロワ２７と、燃料電池２０から排出されたオフガスを燃焼させる燃焼部３０と、制御部としての制御装置４０とを備えている。
【００２２】
原料Ｄは、改質することで燃料電池２０における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス（水素リッチガス）にできるものであり、典型的には炭化水素系燃料が用いられる。具体例として、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は、石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のもの等を適宜用いることができる。炭化水素類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００２３】
改質器１１は、原料Ｄの改質を促進させる改質触媒を内部に有している。改質触媒は、例えば、部分酸化改質触媒、水蒸気改質触媒、自己熱改質触媒等を、これらのうちの一種、又は複数種を組み合わせて用いることができる。本実施の形態では、水蒸気改質触媒が改質器１１に収容されている。水蒸気改質触媒は吸熱反応が優勢となる改質触媒であるので、本実施の形態では、水蒸気改質触媒が、吸熱反応に必要な熱を燃焼部３０からも得ることができるように構成されている。改質器１１には、原料Ｄを導入する原料ラインとしての原料管１２と、水蒸気改質に用いられる改質水Ｗを導入する改質水ラインとしての改質水管１４とが接続されている。なお、「・・・ライン」とは、流体の流路であり、典型的には専ら流体を案内する管であるが、他の用途に用いられる物と物との間に形成された空間であってもよい。
【００２４】
原料管１２には、原料Ｄを改質器１１に向けて圧送する原料供給装置としての原料ブロワ１３が挿入配置されている。改質水管１４には、改質水Ｗを改質器１１に向けて圧送する改質水供給装置としての改質水ポンプ１５が挿入配置されている。改質器１１は、原料Ｄ及び改質水Ｗを導入して燃料ガスＥを生成するように構成されている。改質器１１には、また、生成された燃料ガスＥを導出する燃料ガスラインとしての燃料ガス管２５が接続されている。改質器１１には、原料ブロワ１３により原料Ｄが、改質水ポンプ１５により改質水Ｗが、それぞれ導入され、改質器１１に導入された原料Ｄが水蒸気改質されて生成された燃料ガスＥは、燃料ガス管２５を介して燃料電池２０に供給される。本実施の形態では、改質器１１、並びに改質器１１のまわりの原料ブロワ１３及び改質水ポンプ１５を含んで、燃料ガス供給部１０が構成されている。
【００２５】
燃料電池２０は、燃料ガス管２５を介して改質器１１と接続されている。燃料電池２０には、また、酸化剤ガスＡを導入する酸化剤ガスラインとしての酸化剤ガス管２６が接続されている。酸化剤ガスＡは、典型的には空気である。酸化剤ガス管２６には、酸化剤ガスブロワ２７が挿入配置されている。燃料電池２０は、燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡを導入し、燃料ガスＥ中の水素等と酸化剤ガスＡ中の酸素との電気化学的反応により直流の電力を発生するように構成されている。燃料電池２０としては、本実施の形態では円筒型（平板円筒型を含む）の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられている。燃料電池２０における発電のために燃料電池２０に供給された燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡは、そのすべてが発電に利用されるのではなく、燃料電池２０の発電電流に応じた分が利用される。燃料電池２０における発電のために燃料電池２０に供給された燃料ガスＥのうち、発電に利用されなかった分は、燃料オフガスＦｅとして導出される。また、燃料電池２０における発電のために燃料電池２０に供給された酸化剤ガスＡのうち、発電に利用されなかった分は、酸化剤オフガスＦａとして導出される。以降、燃料オフガスＦｅ及び酸化剤オフガスＦａを総称してオフガスＦというときもある。燃料電池２０には、燃料電池２０の温度を検知する温度検知部としての温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８は、燃料電池２０の温度の変化を検知できる位置に設ければよく、例えば、燃料電池２０の近傍、又はオフガスＦが導出される部分に設けることもできる。
【００２６】
燃焼部３０は、オフガスライン３８を介して燃料電池２０と連絡しており、オフガスＦを燃焼させるように構成されている。燃焼部３０は、主としてオフガスＦ中の未燃成分を浄化するためのものであるが、改質器１１に隣接して配置されていることで、改質器１１内の改質触媒に熱を与えることができるように構成することが好ましい。例えば、改質器１１及び燃料電池２０が収容された筐体（不図示）内において、燃料オフガスＦｅが導出される部分の上部に改質器１１を配置し、改質器１１と燃料電池２０との間の空間でオフガスＦを燃焼させる構造としてもよい。この場合、改質器１１と燃料電池２０との間の空間が燃焼部３０に相当し、オフガスライン３８と燃焼部３０とが極めて近接した構造となる。燃焼部３０は、燃料オフガスＦｅと酸化剤オフガスＦａとが混合したオフガスＦを燃焼させ、オフガスＦの燃焼によって生じる排ガスＧを排出するように構成されている。燃焼部３０には、排ガスＧを流す排ガスラインとしての排ガス管３９が接続されている。
【００２７】
燃料電池システム１は、パワーコンディショナ２９を介して系統電源ＰＳに連系されている。系統電源ＰＳは、電力会社が保有する商用の配電線網から供給される電源である。パワーコンディショナ２９は、燃料電池２０で発電された電力を安定した出力に調整する機器である。パワーコンディショナ２９は、燃料電池２０で発生した直流電力を昇圧するコンバータと、コンバータで昇圧された直流の電力を交流に変換するインバータとを有している。パワーコンディショナ２９を介して系統電源ＰＳと連系した燃料電池システム１は、燃料電池システム１の外部に配置された家電機器等の電力負荷Ｌに電気的に接続されており、燃料電池２０で発電された電力を電力負荷Ｌに供給することができるように構成されている。パワーコンディショナ２９は、燃料電池２０で発生させる電力を調節することができ、燃料電池２０の発電電力を検知することができるように構成されている。このため、パワーコンディショナ２９は、発電電力検知部として機能することとなる。燃料電池システム１との接続点よりも上流側の電力ケーブルには、系統電源ＰＳから電力負荷Ｌに供給される電力を検知する電力計９８が配設されている。
【００２８】
制御装置４０は、燃料電池システム１の動作を制御する機器である。制御装置４０は、原料ブロワ１３、改質水ポンプ１５、酸化剤ガスブロワ２７とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、改質器１１に供給する原料Ｄの流量、改質器１１に供給する改質水Ｗの流量、燃料電池２０に供給する酸化剤ガスＡの流量をそれぞれ調節することができるように構成されている。また、制御装置４０は、温度センサ２８及び電力計９８とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各計器で検知された値を受信することができるように構成されている。また、制御装置４０は、パワーコンディショナ２９と信号ケーブルで接続されており、燃料電池２０における発電電力を調節することができるように構成されている。制御装置４０は、燃料ガス調節部４１と、酸化剤ガス調節部４２と、記憶部４３とを有している。燃料ガス調節部４１は、温度センサ２８から受信した温度に基づいて燃料電池２０に供給する燃料ガスＥの流量を調節するために原料ブロワ１３及び改質水ポンプ１５の回転速度を調節する部位である。酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給する酸化剤ガスＡの流量を調節するために酸化剤ガスブロワ２７の回転速度を調節する部位である。記憶部４３は、燃料電池システム１の運転中に燃料電池２０が維持することが好ましい温度や、燃料電池２０の発電電力と燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡの流量との関係等、燃料電池システム１の運転に必要な設定値が記憶されている部位である。本実施の形態では、機能の観点から、便宜上、燃料ガス調節部４１、酸化剤ガス調節部４２、記憶部４３をそれぞれ独立した構成として示しているが、物理的に区別されることなく制御装置４０内に渾然一体に設けられていてもよい。
【００２９】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１の作用を説明する。燃料電池システム１では、原料Ｄ及び改質水Ｗが改質器１１に供給されることで、改質器１１において原料Ｄの水蒸気改質が行われ、燃料ガスＥが生成される。生成された燃料ガスＥは燃料電池２０のアノード（不図示）に供給される。また、燃料電池２０のカソード（不図示）に酸化剤ガスＡが供給される。燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡが導入された燃料電池２０では、燃料ガスＥ中の水素等と酸化剤ガスＡ中の酸素との電気化学的反応による発電が行われる。燃料電池２０における発電を伴う電気化学的反応は、発熱反応である。燃料電池２０に導入された燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡは、発電に利用された後にオフガスＦとして導出され、燃焼部３０に至る。オフガスＦは、燃焼部３０で燃焼され、このとき生ずる燃焼熱は、改質器１１における水蒸気改質反応に利用される。燃焼部３０でオフガスＦが燃焼されることによって生じた排ガスＧは、排ガス管３９を流れ、熱交換器（不図示）で適宜熱回収が行われた後、燃料電池システム１の外へ排出される。なお、熱交換器（不図示）での熱回収に伴って生ずる凝縮水を改質水Ｗとして利用することができ、凝縮水で改質水Ｗを賄うことができると水自立を実現することができる。
【００３０】
定常運転時の燃料電池２０では、パワーコンディショナ２９で要求された電力が発電される。ここで、定常運転とは、燃料電池２０において所望の発電電力を発生させることができる状態の運転であり、典型的には燃料電池システム１の起動工程及び停止工程以外の状態にあるときの運転である。一般に、燃料電池には、要求された電力を燃料電池で発電する際に利用される水素及び酸素の流量よりも多い流量の水素及び酸素が供給される。燃料ガス調節部４１は、要求された電力を燃料電池２０で発電する際に利用される水素の流量に対して所定の割合だけ多い水素を燃料電池２０に供給可能な流量の燃料ガスＥを改質器１１で生成できるように、原料ブロワ１３の回転速度を調節する。以下、「燃料電池２０における発電に利用される燃料ガスＥの流量」／「燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量」を「燃料利用率」ということとする。また、燃料ガス調節部４１は、改質器１１における燃料ガスＥの生成流量に応じた改質水Ｗを改質器１１に供給するように、改質水ポンプ１５の回転速度を調節する。酸化剤ガス調節部４２は、要求された電力を燃料電池２０で発電する際に利用される酸素の流量に対して所定の割合だけ多い酸素を燃料電池２０に供給可能な流量の酸化剤ガスＡを燃料電池２０に供給するように、酸化剤ガスブロワ２７の回転速度を調節する。以下、「燃料電池２０における発電に利用される酸化剤ガスＡの流量」／「燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量」を「酸化剤利用率」ということとする。燃料電池２０で発電された直流電力は、パワーコンディショナ２９において昇圧され、交流電力に変換されて、電力負荷Ｌに供給される。電力負荷Ｌに供給される電力が、燃料電池２０で発電された電力だけでは不足する場合、不足分の電力が系統電源ＰＳから電力負荷Ｌに供給される。制御装置４０は、電力計９８から計測値を受信して、系統電源ＰＳから電力負荷Ｌへの供給電力が極力少なくなるように、燃料電池２０で発生させるべき電力の値をパワーコンディショナ２９に送信する。他方、パワーコンディショナ２９は、実際に燃料電池２０で発生させる電力の設定値を制御装置４０に送信する。
【００３１】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、一般に、温度と発電効率とに相関があり、寿命等を考慮して定められる所定の温度範囲において、発電効率が高くなる適切な温度で運転することが好ましい。燃料電池２０は、導入される燃料ガスＥの流量が、多くなると温度が上昇し、少なくなると温度が低下する。これは、燃料電池２０に導入される燃料ガスＥの流量が多くなると燃焼部３０に導入される燃料オフガスＦｅの流量が増加して燃焼部３０における燃焼量が増え、逆に燃料電池２０に導入される燃料ガスＥの流量が少なくなると燃焼部３０に導入される燃料オフガスＦｅの流量が減少して燃焼部３０における燃焼量が減り、燃焼部３０における熱量の増減が燃料電池２０の温度に影響を及ぼすと考えられるためである。また、燃料電池２０は、導入される酸化剤ガスＡの流量が多くなるほど温度が低下する。これは、本実施の形態では、酸化剤ガスＡとして常温の空気を用いているためである。他方、燃料電池２０は、劣化抑制及び経済性（ランニングコスト）の観点から、燃料利用率及び酸化剤利用率が、あらかじめ設定された範囲内となる状態で運転されることが好ましい。好ましい燃料利用率及び酸化剤利用率は、燃料電池２０の発電電力に応じてあらかじめ設定され、記憶部４３に記憶されている。例えば、好ましい燃料利用率の範囲として６０％〜８０％、好ましい酸化剤利用率の範囲として２０％〜５０％とすることができる。
【００３２】
燃料電池システム１は、定常運転を行っている最中に、発電効率を向上させる観点から、燃料電池２０の温度を目標温度に制御するようにしている。ここで、目標温度は、あらかじめ定められた、燃料電池２０の発電に適した温度（効率よく、パワーコンディショナ２９が設定した出力にすることができる温度）であり、１点に限らず幅があってもよい。換言すれば、最も効率よく発電できる温度から、許容できる発電効率となる温度域まで広げてもよい。燃料電池システム１は、燃料電池２０の温度を目標温度に制御するため、温度センサ２８で検知された温度（以下「検知温度」という。）が目標温度となるように、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量及び酸化剤ガスＡの流量を調節している。ここで、温度センサ２８で検知された温度は、本実施の形態では燃料電池２０の温度を示すから、以下の説明において、「検知温度」の用語を燃料電池２０の温度と同義で用いる場合もある。本実施の形態では、燃料ガス調節部４１は、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量を、検知温度と目標温度との偏差の関数として調節することとしている。これは、いわゆるＰ制御（比例制御）である。なお、燃料ガス調節部４１は、燃料電池２０への燃料ガスＥの供給流量について、少なくともＰ制御を行うが、必要に応じて、ＰＩ制御（比例積分制御）、あるいはＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を行うこととしてもよい。本実施の形態では、ＰＩＤ制御を行うこととしている。このように制御することで、時々刻々と変化する最適な運転点の変化に追従することが容易になる。また、本実施の形態では、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量を、検知温度が目標温度よりも高い増量閾値以上となったときに所定の流量分増加させ、その後増量閾値よりも低い解除閾値以下となったときに増加前の流量に戻すこととしている。このように、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量を、検知温度に基づいてステップ状に変化させることとして、制御の簡素化を図っている。
【００３３】
図２及び図３を参照して、燃料電池２０の温度制御の例の詳細を説明する。図２は、燃料電池２０の温度制御の一例を説明するタイムチャートであり、横軸に時刻、縦軸に各種物理量をとっている。図３は、燃料電池２０の温度制御の一例を説明するフローチャートである。制御装置４０は、時刻Ｔ１に至るまで、パワーコンディショナ２９で設定された電力Ｐ１を燃料電池２０で発電するのに適した流量の燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡをあらかじめ定められた燃料利用率及び酸化剤利用率の範囲内で燃料電池２０に供給するように、原料ブロワ１３及び改質水ポンプ１５並びに酸化剤ガスブロワ２７の回転速度を調節している。このとき、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量は、あらかじめ定められた酸化剤利用率の範囲内にある限り一定に維持される。他方、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量は、あらかじめ定められた燃料利用率の範囲内において、検知温度が目標温度Ｓｔとなるように、ＰＩＤ制御される。また、このような燃料電池システム１の定常運転を行っている際、制御装置４０は、検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断している（Ｓ１）。増量閾値Ｓｒは、燃料電池２０の温度が上昇したために、燃料電池２０の温度を低下させるべく、燃料電池２０に供給する酸化剤ガスＡの流量を増加させる契機とする温度である。なお、増量閾値Ｓｒを許容範囲内で極力高く設定すると、酸化剤ガスＡの流量の増加を抑制することとなり、排ガスＧと共に水分が燃料電池システム１から排出されることを抑制することとなって、水自立性の低下を抑制することができる。検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断する工程（Ｓ１）において、増量閾値Ｓｒ以上となっていない場合は、再び検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断する工程（Ｓ１）に戻る。
【００３４】
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までに見られるように、パワーコンディショナ２９で設定された燃料電池２０の発電電力が、電力Ｐ１から電力Ｐ２まで増加すると、発電電力の増加に伴って検知温度が上昇し始める。検知温度が上昇すると、燃料ガス調節部４１は、検知温度を目標温度Ｓｔに近づけるため、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量をＰＩＤ制御によって減少させる。それにもかかわらず、時刻Ｔ３に見られるように、検知温度が上昇して増量閾値Ｓｒ以上となったら（工程Ｓ１でＹｅｓ）、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、流量Ｑ１から流量Ｑ２まで一気に（ステップ状に）増加させる（Ｓ２）。また、燃料ガス調節部４１は、燃料電池２０に供給している燃料ガスＥの流量について、ＰＩＤ制御を一旦中断して、所定の流量Ｒ分一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ３）。本実施の形態では、増量閾値Ｓｒと目標温度Ｓｔとの差が、目標温度Ｓｔから乖離した所定の温度に相当する。このとき、目標温度Ｓｔに幅がある場合は、所定の温度は、目標温度Ｓｔの乖離方向の端点と検知温度との差に基づいて判断すればよい。検知温度が目標温度Ｓｔよりも高い状況で、燃料電池２０に供給する燃料ガスＥの流量を減少させることは、検知温度が目標温度に近づく方向に燃料ガスＥの流量を変化させたこととなる。また、燃料ガスＥの流量をステップ状に減少させる際の所定の流量Ｒは、燃料電池２０の運転状態に関連してあらかじめ決められた値とするとよく、例えば、ステップ状に減少させる直前の流量の１０％をあらかじめ決められた値とすることができる。
【００３５】
時刻Ｔ３で燃料ガスＥの流量を一旦ステップ状に減少させたら（Ｓ３）、燃料ガス調節部４１は、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＮにする（Ｓ４）。これは、燃料電池２０の温度変化に応答遅れがあることに鑑み、検知温度が増量閾値Ｓｒを下回るまで続けざまに燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させてしまうことを回避するためである。燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＮにした状態では、燃料ガスＥの流量に対しては元の通りＰＩＤ制御が行われる。他方、時刻Ｔ３で流量Ｑ２まで増加された酸化剤ガスＡは、流量Ｑ２のまま維持される。燃料電池２０は、供給される酸化剤ガスＡが流量Ｑ２に増加され、供給される燃料ガスＥが一旦ステップ状に減少された後にＰＩＤ制御に移行することで、徐々に温度が低下し、目標温度Ｓｔに近づくこととなる。なお、図３では、便宜上、工程（Ｓ２）、工程（Ｓ３）、工程（Ｓ４）をこの順に行うように示しているが、これら３つの工程は、典型的には同時に行われる。
【００３６】
上述の状態で運転中、制御装置４０は、検知温度が解除閾値Ｓｂ以下となったか否かを判断する（Ｓ５）。解除閾値Ｓｂは、上昇した燃料電池２０の温度が低下してきたために、増加させた酸化剤ガスＡの流量を増加前の流量に戻す契機とする温度である。検知温度が解除閾値Ｓｂ以下となったか否かを判断する工程（Ｓ５）において、解除閾値Ｓｂ以下となっていない場合は、再び検知温度が解除閾値Ｓｂ以下となったか否かを判断する工程（Ｓ５）に戻る。他方、時刻Ｔ４に見られるように、解除閾値Ｓｂ以下となった場合は、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、流量Ｑ２から流量Ｑ１まで一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ６）。つまり、時刻Ｔ３で行った酸化剤ガスＡの流量の増加を解除して、基の流量Ｑ１に戻す。さらに、検知温度が解除閾値Ｓｂ以下となったことを受けて、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＦＦにする（Ｓ７）。これにより、検知温度が再び増量閾値Ｓｒ以上となったときに、燃料ガスＥの流量を一時的にステップ状に減少させることが可能になる。また、酸化剤ガスＡを、流量Ｑ２から流量Ｑ１に戻しても燃料電池２０の温度が低下し続け、検知温度が目標温度Ｓｔに対して所定の温度以上低下したときに（目標温度Ｓｔから所定の温度以上乖離したときに）、燃料電池２０に供給している燃料ガスＥの流量について、ＰＩＤ制御を一旦中断して、所定の流量分一気に（ステップ状に）増加させることが可能になる。このとき、検知温度が目標温度Ｓｔよりも低い状況で、燃料電池２０に供給する燃料ガスＥの流量を増加させることは、検知温度が目標温度に近づく方向に燃料ガスＥの流量を変化させたこととなる。なお、典型的には、検知温度が目標温度Ｓｔに対して所定の温度以上低下して、燃料ガスＥの流量を一旦ステップ状に増加させた場合も、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＮにして、その後に検知温度が目標温度Ｓｔに対して所定の温度未満の任意の温度に上昇したら、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＦＦにするように制御される。以上で、燃料電池２０の温度制御を一旦終了し、再び検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断する工程（Ｓ１）から、上述のフローを繰り返す。
【００３７】
以上で説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム１では、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量に対してＰＩＤ制御を行い、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量は一定を基準として必要に応じてステップ状に変化させる制御を行うので、応答性と制御の簡素化とのバランスを図りつつ、燃料電池２０の温度を目標温度Ｓｔに追随させることができる。また、必要に応じて、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量を、ＰＩＤ制御を一旦中断してステップ状に変化させるので、燃料電池２０の温度の目標温度Ｓｔへの追随性を向上させることができる。
【００３８】
以上で説明した図２及び図３に示す温度制御の例では、一連のフローの中で燃料ガスＥの流量及び酸化剤ガスＡの流量を一体に制御することとしたが、燃料ガスＥの流量と酸化剤ガスＡの流量とを個別に（独立して）制御することとしてもよい。
【００３９】
次に図４及び図５を参照して、燃料電池２０の温度制御の別の例の詳細を説明する。図４は、燃料電池２０の温度制御の別の例を説明するタイムチャートである。図５は、燃料電池２０の温度制御の別の例を説明するフローチャートであり、（Ａ）は燃料ガスＥの制御のフローチャート、（Ｂ）は酸化剤ガスＡの制御のフローチャートである。図４及び図５に示す例では、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量と酸化剤ガスＡの流量とを個別に制御している。制御装置４０は、時刻Ｔ１に至るまでは、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量及び酸化剤ガスＡの流量に関して、図２及び図３に示した例と同じ要領で、燃料ガスＥについては燃料ガス調節部４１がＰＩＤ制御を行い、酸化剤ガスＡについては酸化剤ガス調節部４２において一定に維持される。このような燃料電池システム１の定常運転を行っている際、制御装置４０は、燃料ガスＥに関し、パワーコンディショナ２９の設定による燃料電池２０の発電電力が、所定の電力以上増加したか否かを判断している（Ｓ１１）。所定の電力は、典型的には、燃料ガスＥの流量のＰＩＤ制御では追随が困難な程度に燃料電池２０の温度上昇が予測される電力増加分である。また、制御装置４０は、酸化剤ガスＡに関し、検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断している（Ｓ２１）。以下、まず燃料ガスＥの制御を通して説明し、次に酸化剤ガスＡの制御を通して説明する。
【００４０】
設定された燃料電池２０の発電電力が所定の電力以上増加したか否かを判断する工程（Ｓ１１）において、所定の電力以上増加していない場合は再び工程（Ｓ１１）に戻る。他方、所定の電力以上増加した場合は、時刻Ｔ１１に見られるように、燃料電池２０に供給している燃料ガスＥの流量について、ＰＩＤ制御を一旦中断して、所定の流量Ｒ分一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ１２）。このように、検知温度が大きく上昇する前に、パワーコンディショナ２９の設定による燃料電池２０の発電電力が所定の電力以上増加した段階で燃料ガスＥの流量をステップ状に減少させるのは、燃料電池２０の発電電力の増加によって温度が上昇することが予想されるため、先回りして燃料電池２０の温度が上昇したときの対策を施すためである。時刻Ｔ１１で燃料ガスＥの流量を一旦ステップ状に減少させたら（Ｓ１２）、燃料ガス調節部４１は、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＮにし（Ｓ１３）、時間の計測を開始する（Ｓ１４）。図５（Ａ）では、便宜上、工程（Ｓ１２）、工程（Ｓ１３）、工程（Ｓ１４）をこの順に行うように示しているが、これら３つの工程は、典型的には同時に行われる。燃料ガスＥの流量は、工程（Ｓ１２）で一旦ステップ状に減少された後、再びＰＩＤ制御が行われる。
【００４１】
上述の状態で運転中、制御装置４０は、燃料ガスＥの流量をステップ状に減少させてから所定の時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１５）。所定の時間は、典型的には、燃料電池２０の発電電力の増加に伴う温度の上昇が停滞するのに要する時間である。所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ１５）において、所定の時間が経過していない場合は、再び所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ１５）に戻る。他方、所定の時間が経過した場合、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＦＦにする（Ｓ１６）。以上で、燃料ガスＥの制御を一旦終了し、再び設定された燃料電池２０の発電電力が所定の電力以上増加したか否かを判断する工程（Ｓ１１）から、上述のフローを繰り返す。
【００４２】
次に酸化剤ガスＡの制御のフロー（図５（Ｂ）参照）を説明する。検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断する工程（Ｓ２１）において、増量閾値Ｓｒ以上となっていない場合は、再び検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断する工程（Ｓ２１）に戻る。他方、時刻Ｔ１３に見られるように、増量閾値Ｓｒ以上となった場合、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給する酸化剤ガスＡを、流量Ｑ１から流量Ｑ２まで一気に（ステップ状に）増加させる（Ｓ２２）。その後、酸化剤ガス調節部４２は、検知温度が解除閾値Ｓｂ以下となったか否かを判断する（Ｓ２３）。解除閾値Ｓｂ以下となっていない場合は、再び検知温度が解除閾値Ｓｂ以下となったか否かを判断する工程（Ｓ２３）に戻る。他方、時刻Ｔ１４に見られるように、解除閾値Ｓｂ以下となった場合は、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給する酸化剤ガスＡを、流量Ｑ２から流量Ｑ１まで一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ２４）。以上で、酸化剤ガスＡの制御を一旦終了し、再び検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったか否かを判断する工程（Ｓ２１）から、上述のフローを繰り返す。
【００４３】
図４及び図５に示す例では、燃料電池２０の発電電力の設定値が増加された時刻Ｔ１１の時点で、燃料ガスＥの流量を一時的にステップ状に減少させているため、その後の燃料電池２０の温度の上昇が、図２及び図３に示す例よりも緩やかになっている。そして、燃料電池２０の温度の上昇が緩やかではあるが、時刻Ｔ１３で検知温度が増量閾値Ｓｒ以上となったため、酸化剤ガスＡを流量Ｑ１から流量Ｑ２に増加させて、燃料電池２０の温度が迅速に目標温度Ｓｔに近づくように試みている。このように、図４及び図５に示す例でも、応答性と制御の簡素化とのバランスを図りつつ、燃料電池２０の温度を目標温度Ｓｔに追随させることができる。
【００４４】
以上の図４及び図５に示す例の説明では、燃料ガスＥの流量をステップ状に減少させてから所定の時間が経過したときに（Ｓ１５でＹｅｓ）、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＦＦにすることとしたが（Ｓ１６）、図２及び図３に示す例のように、検知温度があらかじめ定められた温度となったときに、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＦＦにする工程（Ｓ１６）を行うこととしてもよい。逆に、図２及び図３に示す例において、燃料ガスＥの流量をステップ状に減少（Ｓ３）させてから所定の時間が経過したときに、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止するフラグをＯＦＦにする工程（Ｓ７）を行うこととしてもよい。
【００４５】
以上の説明では、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量についてＰＩＤ制御を一旦中断してステップ状に変化させる際、及び燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡの流量をステップ状に変化させる際に、１段階のステップ状の変化を行わせることとしたが、ステップ状の変化を複数回行わせることとしてもよい。換言すれば、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡの流量をステップ状に変化させる際に多段に変化させることとしてもよい。以下に、図６乃至図８を参照して、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡの流量を多段のステップ状に変化させる変形例を説明する。
【００４６】
図６は、燃料電池２０の温度制御の変形例を説明するタイムチャートである。図７及び図８は、燃料電池２０の温度制御の変形例を説明するフローチャートであり、２つの図で１つのフローチャートを表している。本変形例は、図２及び図３に示した燃料電池２０の温度制御の一例における燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡの流量の単段のステップ状の変化を、３段のステップ状の変化に替えたものである。制御装置４０は、時刻Ｔ２１に至るまでは、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥの流量及び酸化剤ガスＡの流量に関して、図２及び図３に示した例と同じ要領で、燃料ガスＥについては燃料ガス調節部４１がＰＩＤ制御を行い、酸化剤ガスＡについては酸化剤ガス調節部４２において一定に維持される。
【００４７】
上述のような燃料電池システム１の定常運転を行っている際、制御装置４０は、検知温度が第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったか否かを判断している（Ｓ３１）。第１の増量閾値Ｓｒ１は、図２及び図３に示す制御における増量閾値Ｓｒと同様の技術的意義をもつ値であり、図２及び図３に示す制御と同じ値に設定してもよく、追随性を高めるために図２及び図３に示す制御よりも小さい値に設定してもよい。検知温度が第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったか否かを判断する工程（Ｓ３１）において、第１の増量閾値Ｓｒ１以上となっていない場合は、再び検知温度が第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったか否かを判断する工程（Ｓ３１）に戻る。他方、発電電力の増加等に伴う検知温度の上昇により、時刻Ｔ２３Ａに見られるように、検知温度が上昇して第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったら（工程Ｓ３１でＹｅｓ）、制御装置４０は、後述する燃料ガスＥの流量を第１の所定の燃料変更分ΔＲ１だけステップ状に変化させることを禁止する第１のフラグ（１）がＯＮか否かを判断する（Ｓ３２）。なお、本変形例では、時刻Ｔ２１において、発電電力の電力Ｐ１から電力Ｐ２への増加に伴って、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＡを流量Ｑ１から流量Ｑ２に増加させることとしている。本変形例では、この酸化剤ガスＡの流量の増加は、検知温度の上昇に伴うものではなく、発電電力の増加に伴うものとなっている。
【００４８】
燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止する第１のフラグ（１）がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ３２）において、第１のフラグ（１）がＯＮでない場合、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、第１の所定の酸化剤変更分ΔＱ１だけ一気に（ステップ状に）増加させる（Ｓ３３）。また、燃料ガス調節部４１は、燃料電池２０に供給している燃料ガスＥの流量について、ＰＩＤ制御を一旦中断して、第１の所定の燃料変更分ΔＲ１だけ一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ３４）。第１の所定の酸化剤変更分ΔＱ１、及び第１の所定の燃料変更分ΔＲ１は、それぞれ、燃料電池２０の運転状態に関連してあらかじめ決められた値とするとよい。時刻Ｔ２３Ａで、酸化剤ガスＡの流量をステップ状に増加させ（Ｓ３３）、燃料ガスＥの流量を一旦ステップ状に減少させたら（Ｓ３４）、燃料ガス調節部４１は、燃料ガスＥの流量を第１の所定の燃料変更分ΔＲ１だけステップ状に変化させることを禁止する第１のフラグ（１）をＯＮにする（Ｓ３５）。第１のフラグ（１）をＯＮにしたら、燃料ガスＥの流量に対しては元の通りＰＩＤ制御が行われる。なお、図７では、便宜上、工程（Ｓ３３）、工程（Ｓ３４）、工程（Ｓ３５）をこの順に行うように示しているが、これら３つの工程は、典型的には同時に行われる。
【００４９】
燃料ガスＥの流量を第１の所定の燃料変更分ΔＲ１だけステップ状に変化させることを禁止する第１のフラグ（１）をＯＮにする工程（Ｓ３５）の後、又は燃料ガスＥの流量を第１の所定の燃料変更分ΔＲ１だけステップ状に変化させることを禁止する第１のフラグ（１）がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ３２）においてＯＮである場合（Ｓ３２でＹｅｓ）、制御装置４０は、検知温度が第１の解除閾値Ｓｂ１以下となったか否かを判断する（Ｓ３６）。第１の解除閾値Ｓｂ１は、図２及び図３に示す制御における解除閾値Ｓｂと同様の技術的意義をもつ値である。検知温度が第１の解除閾値Ｓｂ１以下となったか否かを判断する工程（Ｓ３６）において、第１の解除閾値Ｓｂ１以下となった場合（時刻Ｔ２４Ａ）、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、第１の所定の酸化剤変更分ΔＱ１だけ一気に（ステップ状に）減少させ（Ｓ３７）、時刻Ｔ２３Ａで行った酸化剤ガスＡの流量の増加を解除して、基の流量Ｑ２に戻す。さらに、検知温度が第１の解除閾値Ｓｂ１以下となったことを受けて、燃料ガスＥの流量を第１の所定の燃料変更分ΔＲ１だけステップ状に変化させることを禁止する第１のフラグ（１）をＯＦＦにする（Ｓ３８）。第１のフラグ（１）をＯＦＦにしたら（Ｓ３８）、変形例に係る燃料電池２０の温度制御を一旦終了し、再び検知温度が第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったか否かを判断する工程（Ｓ３１）から始まるフローを繰り返す。
【００５０】
他方、検知温度が第１の解除閾値Ｓｂ１以下となったか否かを判断する工程（Ｓ３６）において、第１の解除閾値Ｓｂ１以下となっていない場合、制御装置４０は、検知温度が第２の増量閾値Ｓｒ２以上となったか否かを判断する（Ｓ４１）。第２の増量閾値Ｓｒ２は、図２及び図３に示す制御における増量閾値Ｓｒと同様の技術的意義をもつ値であり、第１の増量閾値Ｓｒ１よりも大きな値である。検知温度が第２の増量閾値Ｓｒ２以上となったか否かを判断する工程（Ｓ４１）において、第２の増量閾値Ｓｒ２以上となっていない場合は、検知温度が第１の解除閾値Ｓｂ１以下となったか否かを判断する工程（Ｓ３６）に戻る。他方、時刻Ｔ２３Ｂに見られるように、検知温度が上昇して第２の増量閾値Ｓｒ２以上となったら（工程Ｓ４１でＹｅｓ）、制御装置４０は、燃料ガスＥの流量を第２の所定の燃料変更分ΔＲ２だけステップ状に変化させることを禁止する第２のフラグ（２）がＯＮか否かを判断する（Ｓ４２）。
【００５１】
燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止する第２のフラグ（２）がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ４２）において、第２のフラグ（２）がＯＮでない場合、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、第２の所定の酸化剤変更分ΔＱ２だけ一気に（ステップ状に）増加させる（Ｓ４３）。また、燃料ガス調節部４１は、燃料電池２０に供給している燃料ガスＥの流量について、ＰＩＤ制御を一旦中断して、第２の所定の燃料変更分ΔＲ２だけ一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ４４）。第２の所定の酸化剤変更分ΔＱ２、及び第２の所定の燃料変更分ΔＲ２は、それぞれ、燃料電池２０の運転状態に関連してあらかじめ決められた値とするとよく、第１の所定の酸化剤変更分ΔＱ１、第１の所定の燃料変更分ΔＲ１と同じ値でもよい。時刻Ｔ２３Ｂで、酸化剤ガスＡの流量をステップ状に増加させ（Ｓ４３）、燃料ガスＥの流量を一旦ステップ状に減少させたら（Ｓ４４）、燃料ガス調節部４１は、燃料ガスＥの流量を第２の所定の燃料変更分ΔＲ２だけステップ状に変化させることを禁止する第２のフラグ（２）をＯＮにする（Ｓ４５）。第２のフラグ（２）をＯＮにしたら、燃料ガスＥの流量に対しては元の通りＰＩＤ制御が行われる。なお、図７では、便宜上、工程（Ｓ４３）、工程（Ｓ４４）、工程（Ｓ４５）をこの順に行うように示しているが、これら３つの工程は、典型的には同時に行われる。
【００５２】
燃料ガスＥの流量を第２の所定の燃料変更分ΔＲ２だけステップ状に変化させることを禁止する第２のフラグ（２）をＯＮにする工程（Ｓ４５）の後、又は燃料ガスＥの流量を第２の所定の燃料変更分ΔＲ２だけステップ状に変化させることを禁止する第２のフラグ（２）がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ４２）においてＯＮである場合（Ｓ４２でＹｅｓ）、制御装置４０は、検知温度が第２の解除閾値Ｓｂ２以下となったか否かを判断する（Ｓ４６）。第２の解除閾値Ｓｂ２は、図２及び図３に示す制御における解除閾値Ｓｂと同様の技術的意義をもつ値であり、第１の解除閾値Ｓｂ１よりも大きな値である。検知温度が第２の解除閾値Ｓｂ２以下となったか否かを判断する工程（Ｓ４６）において、第２の解除閾値Ｓｂ２以下となった場合（時刻Ｔ２４Ｂ）、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、第２の所定の酸化剤変更分ΔＱ２だけ一気に（ステップ状に）減少させ（Ｓ４７）、時刻Ｔ２３Ｂで行った酸化剤ガスＡの流量の増加を解除する。さらに、検知温度が第２の解除閾値Ｓｂ２以下となったことを受けて、燃料ガスＥの流量を第２の所定の燃料変更分ΔＲ２だけステップ状に変化させることを禁止する第２のフラグ（２）をＯＦＦにする（Ｓ４８）。第２のフラグ（２）をＯＦＦにしたら（Ｓ４８）、検知温度が第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったか否かを判断する工程（Ｓ３１）に戻る。
【００５３】
他方、検知温度が第２の解除閾値Ｓｂ２以下となったか否かを判断する工程（Ｓ４６）において、第２の解除閾値Ｓｂ２以下となっていない場合、制御装置４０は、図８に示すように、検知温度が第３の増量閾値Ｓｒ３以上となったか否かを判断する（Ｓ５１）。第３の増量閾値Ｓｒ３は、図２及び図３に示す制御における増量閾値Ｓｒと同様の技術的意義をもつ値であり、第２の増量閾値Ｓｒ２よりも大きな値である。検知温度が第３の増量閾値Ｓｒ３以上となったか否かを判断する工程（Ｓ５１）において、第３の増量閾値Ｓｒ３以上となっていない場合は、検知温度が第２の解除閾値Ｓｂ２以下となったか否かを判断する工程（Ｓ４６：図７参照）に戻る。他方、時刻Ｔ２３Ｃに見られるように、検知温度が上昇して第３の増量閾値Ｓｒ３以上となったら（工程Ｓ５１でＹｅｓ）、制御装置４０は、燃料ガスＥの流量を第３の所定の燃料変更分ΔＲ３だけステップ状に変化させることを禁止する第３のフラグ（３）がＯＮか否かを判断する（Ｓ５２）。
【００５４】
燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させることを禁止する第３のフラグ（３）がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ５２）において、第３のフラグ（３）がＯＮでない場合、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、第３の所定の酸化剤変更分ΔＱ３だけ一気に（ステップ状に）増加させる（Ｓ５３）。また、燃料ガス調節部４１は、燃料電池２０に供給している燃料ガスＥの流量について、ＰＩＤ制御を一旦中断して、第３の所定の燃料変更分ΔＲ３だけ一気に（ステップ状に）減少させる（Ｓ５４）。第３の所定の酸化剤変更分ΔＱ３、及び第３の所定の燃料変更分ΔＲ３は、それぞれ、燃料電池２０の運転状態に関連してあらかじめ決められた値とするとよく、第１の所定の酸化剤変更分ΔＱ１、第１の所定の燃料変更分ΔＲ１と同じ値でもよい。時刻Ｔ２３Ｃで、酸化剤ガスＡの流量をステップ状に増加させ（Ｓ５３）、燃料ガスＥの流量を一旦ステップ状に減少させたら（Ｓ５４）、燃料ガス調節部４１は、燃料ガスＥの流量を第３の所定の燃料変更分ΔＲ３だけステップ状に変化させることを禁止する第３のフラグ（３）をＯＮにする（Ｓ５５）。第３のフラグ（３）をＯＮにしたら、燃料ガスＥの流量に対しては元の通りＰＩＤ制御が行われる。なお、図８では、便宜上、工程（Ｓ５３）、工程（Ｓ５４）、工程（Ｓ５５）をこの順に行うように示しているが、これら３つの工程は、典型的には同時に行われる。
【００５５】
燃料ガスＥの流量を第３の所定の燃料変更分ΔＲ３だけステップ状に変化させることを禁止する第３のフラグ（３）をＯＮにする工程（Ｓ５５）の後、又は燃料ガスＥの流量を第３の所定の燃料変更分ΔＲ３だけステップ状に変化させることを禁止する第３のフラグ（３）がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ５２）においてＯＮである場合（Ｓ５２でＹｅｓ）、制御装置４０は、検知温度が第３の解除閾値Ｓｂ３以下となったか否かを判断する（Ｓ５６）。第３の解除閾値Ｓｂ３は、図２及び図３に示す制御における解除閾値Ｓｂと同様の技術的意義をもつ値であり、第２の解除閾値Ｓｂ２よりも大きな値である。検知温度が第３の解除閾値Ｓｂ３以下となったか否かを判断する工程（Ｓ５６）において、第３の解除閾値Ｓｂ３以下となっていない場合は、再び検知温度が第３の解除閾値Ｓｂ３以下となったか否かを判断する工程（Ｓ５６）に戻る。他方、第３の解除閾値Ｓｂ３以下となった場合（時刻Ｔ２４Ｃ）、酸化剤ガス調節部４２は、燃料電池２０に供給している酸化剤ガスＡを、第３の所定の酸化剤変更分ΔＱ３だけ一気に（ステップ状に）減少させ（Ｓ５７）、時刻Ｔ２３Ｃで行った酸化剤ガスＡの流量の増加を解除する。さらに、検知温度が第３の解除閾値Ｓｂ３以下となったことを受けて、燃料ガスＥの流量を第３の所定の燃料変更分ΔＲ３だけステップ状に変化させることを禁止する第３のフラグ（３）をＯＦＦにする（Ｓ５８）。第３のフラグ（３）をＯＦＦにしたら（Ｓ５８）、検知温度が第１の増量閾値Ｓｒ１以上となったか否かを判断する工程（Ｓ３１：図７参照）に戻る。
【００５６】
上述した図６乃至図８に示す変形例によれば、燃料電池２０に供給される燃料ガスＥ及び酸化剤ガスＡの流量をステップ状に変化させる際に、３段階で変化させるので、単段で変化させる場合に比べて、より細やかな制御を行うことができ、検知温度が目標温度Ｓｔに対して逆方向に乖離してしまうことを抑制することができる。なお、上述の変形例では、ステップ状の変化を３段階としているが、昇段の制御を同じ要領で増加させていくことにより、４段以上のステップ状の変化とすることもできる。
【００５７】
以上の説明では、燃料電池２０の発電電力上昇に伴って燃料電池２０の温度が上昇する一方で、目標温度Ｓｔ（収束させる温度）は燃料電池２０の発電電力が増減しても変わらないこととしている。このようにすると、制御をシンプルにすることができる。しかしながら、燃料電池２０の特性等を勘案して、燃料電池２０の発電電力に応じて目標温度Ｓｔが変化するようにしてもよい。例えば、目標温度Ｓｔが発電電力に比例するようにしてもよい。
【００５８】
以上の説明では、燃料ガスＥの流量をステップ状に変化させる際にＰＩＤ制御を一旦中断することとしたが、ＰＩＤ制御を継続したままステップ状の変化を重ねて行うこととしてもよい。このようにすると、ステップ状の変化の後に連続してＰＩＤ制御が働くこととなり、追随性をより高めることができる。これに対し、ステップ状に変化させる際にＰＩＤ制御を一旦中断する場合は、制御が混乱することなく、円滑な燃料ガスＥの流量調節を行うことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１    燃料電池システム
１０  燃料ガス供給部
１１  改質器
２０  固体酸化物形燃料電池
２７  酸化剤ガスブロワ
２８  温度センサ
２９  パワーコンディショナ
４０  制御装置
４１  燃料ガス調節部
４２  酸化剤ガス調節部
Ａ    酸化剤ガス
Ｅ    燃料ガス
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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