(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、前記蒸発部で生成された水蒸気を用いて原料ガスを改質反応により改質させてアノードガスを形成する改質部と、前記蒸発部に供給される前の改質水を溜める水タンクと、前記水タンクと前記蒸発部とを連通させ前記水タンク内の改質水を前記蒸発部に供給させる給水通路と、前記水タンク内の改質水を前記蒸発部に供給させる水ポンプと、前記水ポンプの回転数に関する物理量に基づいて前記水ポンプの単位時間当たりの回転数を検知する回転数センサと、前記回転数センサの検知信号が入力され且つ前記水ポンプを制御する制御部とを具備しており、
前記燃料電池の発電運転中において前記水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、または、異常になると予想されるとき、
前記制御部は、前記水ポンプの共振による影響と推定し、前記燃料電池の発電運転を継続させつつ、異常な回転数に対して、前記水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease，１０秒以内）の増加と、短時間（ΔＴdecrease，１０秒以内）の減少とを交互に繰り返すことにより、共振を抑制または回避させつつ、前記改質反応におけるＳ／Ｃ値について短時間増加および短時間減少を繰り返してＳ／Ｃ値の平均化を図るＳ／Ｃ値平均化制御を実行する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御部は、記憶部を備えており、前記燃料電池の発電運転中において前記水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、その異常な回転数が発生する毎に、その異常な回転数を記憶回転数として前記記憶部に記録して更新する記憶制御を実施し、
前記制御部は、前記Ｓ／Ｃ値平均化制御において、前記記憶回転数に対して前記水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease）の増加と、短時間（ΔＴdecrease）の減少とを交互に繰り返す燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記制御部は、記憶部を備えており、前記燃料電池の発電運転中において前記水ポンプの回転数が共振により目標回転数領域に対して異常であるとき、その異常な回転数が発生する毎に、その異常な回転数を記憶回転数として前記記憶部に記録して更新する記憶制御を実施し、且つ、前記Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施し、
その後の発電運転において、前記水ポンプの回転数が記憶回転数に向けて接近するとき、前記制御部は、実際の回転数異常の発生の有無に拘わらず、共振を抑制または回避させつつ、前記記憶回転数に対して前記水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease）の増加と、短時間（ΔＴdecrease）の減少とを交互に繰り返す燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施しても前記水ポンプの回転数の異常が回避されないとき、前記制御部は、前記水ポンプの脱調と推定し、前記水ポンプの回転を停止させて前記燃料電池の発電運転を停止させる燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記水ポンプは、改質水を前記給水通路に供給させるポンプ本体と、前記ポンプ本体を回転させるモータとを有しており、前記モータはステッピングモータまたは直流モータである燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水タンク内の改質水を水ポンプにより給水通路を介して蒸発部に供給させて水蒸気を生成させ、その水蒸気で原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料電池システムにおいて、改質水を高い精度で蒸発部に供給させて水蒸気の目標量を得ることが要請されている。このため様々な技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１は、改質水を溜める水タンクと、水タンク内の改質水を蒸発部に供給させる水ポンプとを有する燃料電池用の改質装置を開示する。このものによれば、改質水を溜める水タンク内の水位変化量を検知し、水位変化を水ポンプにフィードバック制御することで、水タンクに溜められている改質水の流量を調整する。これにより改質部に供給させる改質水の流量を所望の水量に調整する。
【０００４】
特許文献２は、システム起動時に、改質水水位を改質器の蒸発部の入口の直前の定位置に保つことで、改質器を着火後において改質水を投入するタイミングのばらつきを抑えることで、改質触媒の水濡れ（改質水の投入が早過ぎるため）、コーキング（改質水の投入が遅過ぎるため）を回避させる燃料電池システムを開示する。一般的には、改質水の流量が正常に流れていることを検知するために水流量計が使われるが、流量が少ないため、流量の計測精度が悪い。しかも流量計は非常に高価で、耐久性にも問題がある。このため上記したシステムでは、流量計を廃止しつつ、水の存在を検知する水センサを用い、更に、以下の項目を満足させることで、改質水の蒸発部への給水精度は担保されると考えられていた。
・水タンクに水がある（水位センサにより検知）
・水ポンプが正常に回転している（ポンプ回転数出力により検知）
・給水通路内に水が存在している（水センサにより検知）
【０００５】
しかしながら、水ポンプがロックして脱調（異物の噛み込み等により水ポンプがロック）状態になった場合には、ポンプ回転数の出力はあるが、水ポンプは水を吐出できない状態となる。この場合、水ポンプは水タンクの改質水を蒸発部側に吐出できないため、改質水が蒸発部に送られていないことになる。しかし水が流れずとも、水センサのセンシング部に存在している限り、水センサは水有り状態、つまり、水が流れていると誤検知するおそれがある。従って、改質水を蒸発部に供給していない状態で、燃料電池システムの発電運転を継続してしまう。この場合、改質部における改質触媒のコーキング（原料ガスの炭化成分の発生）、燃料電池の破損が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2004-288505号公報
【特許文献２】特開2010-282961号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池システムの水蒸気改質においては、Ｓ／Ｃ値は、水蒸気（steam）と原料ガスに含まれる炭素成分（carbon）とのモル比の比率を意味する。万一、改質水の流量が蒸発部に過剰に供給されると、水蒸気量の過剰増加、改質部および蒸発部の温度の過剰低下、改質部に設けられている改質触媒の水没、改質触媒の水蒸気による劣化促進等の不具合が誘発されるおそれがある。これに対して、蒸発部に供給される改質水の流量が過少であるときには、改質反応における水蒸気不足となる。この場合、改質部におけるコーキングが発生し、改質部の故障または劣化の不具合が誘発されるおそれがある。この不具合を抑制させるように、適切なＳ／Ｃ値が設定されていることが好ましい。
【０００８】
燃料電池の発電運転中において、水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるときがある。水ポンプの共振が主な要因である。この場合、水ポンプが給水通路を介して蒸発部に供給する単位時間当たりの改質水の流量が過剰になったり、不足したりする。前述したように、改質水が過剰であれば、Ｓ／Ｃ値は適正領域よりも高くなる。改質水が不足すれば、Ｓ／Ｃ値は適正領域よりも低くなる。このように水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常となるときには、改質反応におけるＳ／Ｃ値が不適切となり、原料ガスからアノードガスを良好に生成できない。
【０００９】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電運転中において、水ポンプの回転数が共振等により目標回転数領域に対して異常となるときであっても、共振を抑制または回避させつつ、Ｓ／Ｃ値を適正領域に維持させるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の様相１に係る燃料電池システムは、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、蒸発部で生成された水蒸気を用いて原料ガスを改質反応により改質させてアノードガスを形成する改質部と、蒸発部に供給される前の改質水を溜める水タンクと、水タンクと蒸発部とを連通させ水タンク内の改質水を蒸発部に供給させる給水通路と、水タンク内の改質水を蒸発部に供給させる水ポンプと、水ポンプの回転数に関する物理量に基づいて水ポンプの単位時間当たりの回転数を検知する回転数センサと、回転数センサの検知信号が入力され且つ水ポンプを制御する制御部とを具備しており、
制御部は、燃料電池の発電運転中において水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、または、異常になると予想されるとき、水ポンプの共振による影響と推定し、燃料電池の発電運転を継続させつつ、異常な回転数に対して、水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease，１０秒以内）の増加と、短時間（ΔＴdecrease，１０秒以内）の減少とを交互に繰り返すことにより、共振を抑制または回避させつつ、改質反応におけるＳ／Ｃ値について短時間増加および短時間減少を繰り返してＳ／Ｃ値の平均化を図るＳ／Ｃ値平均化制御を実行する。水ポンプの単位時間あたりの回転数は、基本的には、発電量に応じたＳ／Ｃ値に基づいて決定されている。以下、回転数は単位時間当たりの回転数を意味する。
【００１１】
共振は、特定の回転数領域で発生すると考えられる。水ポンプの回転数が共振により目標回転数領域に対して異常であるとき、水ポンプが他の回転数に変更されれば、水ポンプの共振は抑制される。本様相によれば、増加させた回転数と減少させた回転数は、いずれも水ポンプの共振を抑制できる回転数とさせる。これによりＳ／Ｃ値平均化制御において水ポンプの共振が抑制または回避され、水ポンプの耐久性の向上、長寿命化を図り得る。
【００１２】
更に説明を加える。燃料電池の発電運転中において、水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常となるときがある。この場合、水ポンプが給水通路を介して蒸発部に供給する単位時間当たりの改質水の流量が過剰になったり、不足したりする。改質水が過剰であれば、Ｓ／Ｃ値は適正領域よりも高くなる。改質水が不足すれば、Ｓ／Ｃ値は適正領域よりも低くなる。このように水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常となるときであっても、電力負荷の要請等を考慮すると、燃料電池の発電運転を停止させずに、発電運転をできるだけ継続させることが好ましい。
【００１３】
そこで本様相によれば、制御部は、まず、水ポンプの共振による影響と推定し、燃料電池の発電運転を継続させつつ、異常な回転数に対して水ポンプの回転数を短時間（ΔＴincrease，１０秒以内）だけ増加させる制御と、短時間（ΔＴdecrease，１０秒以内）だけ減少させる制御とを交互に繰り返すＳ／Ｃ値平均化制御を実行する。これにより共振を抑制または回避させつつ、改質反応におけるＳ／Ｃ値について、短時間増加および短時間減少が繰り返される。この結果、時間が経過すると、水蒸気量の増加および不足が短時間毎に繰り返され、水蒸気量が相殺されて平均化され、ひいては改質反応におけるＳ／Ｃ値の平均化が図られる。従ってＳ／Ｃ値の過剰な変動を抑制させる。
【００１４】
ΔＴincreaseおよびΔＴdecreaseは、システムの定格出力、水ポンプの容量などに応じて適宜選択できるが、７秒以内、５秒以内、３秒以内、１秒以内が例示されるが、これに限定されるものではない。上記したように水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常となるときであっても、制御部は、燃料電池の発電運転を停止させずに、発電運転をできるだけ継続させるため、システムを逐一停止させずとも良く、システムで作動される電力負荷に与える影響が回避される。
【００１５】
水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、制御部は共振の影響と推定し、共振周波数を逸脱するように、異常な回転数に対して水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease，１０秒以内）の増加と、短時間（ΔＴdecrease，１０秒以内）の減少とを交互に繰り返す。このようにすれば、水ポンプ等の共振を抑制または回避させつつ、Ｓ／Ｃ値の平均化を図り、Ｓ／Ｃ値の過剰な変動を抑制させることができる。
【００１６】
（２）本発明の様相２に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、制御部は、記憶部を備えており、燃料電池の発電運転中において水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、その異常な回転数が発生する毎に、その異常な回転数を記憶回転数として記憶部に記録して更新する記憶制御を実施し、制御部は、Ｓ／Ｃ値平均化制御において、記憶回転数に対して水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease）の増加と、短時間（ΔＴdecrease）の減少とを交互に繰り返す。
【００１７】
本様相によれば、燃料電池の発電運転中において水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、制御部は、異常な回転数を記憶回転数として記憶部に記録して更新する記憶制御を実施する。制御部は、Ｓ／Ｃ値平均化制御において、共振を抑制または回避させつつ、記憶回転数に対して水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease）の増加と、短時間（ΔＴdecrease）の減少とを交互に繰り返す。これにより改質反応におけるＳ／Ｃ値について、短時間増加および短時間減少が繰り返される。この結果、時間が経過すると、Ｓ／Ｃ値の平均化が図られる。従ってＳ／Ｃ値の過剰な変動を抑制させる。
【００１８】
水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常である要因が水ポンプの共振の影響である場合には、共振周波数は、使用環境、経年変化等により変動することがある。共振周波数は、基本的には、振動源の質量と、振動源を支持する弾性系のバネ定数とに影響される。このように共振周数が変動すると、水ポンプの回転数が異常となる回転数も変動する。しかし本様相によれば、回転数が異常になったら、制御部は、その都度、異常な回転数を記憶回転数として記憶部に記憶させて更新させ、更新された記憶回転数に基準として水ポンプの回転数を増減させる。このため制御部は共振周波数の変動、ひいては異常となる回転数の変動に対処できる。
【００１９】
（３）本発明の様相３に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、制御部は、記憶部を備えており、燃料電池の発電運転中において水ポンプの回転数が共振により目標回転数領域に対して異常であるとき、その異常な回転数が発生する毎に、その異常な回転数を記憶回転数として記憶部に記録して更新する記憶制御を実施し、且つ、Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施し、その後の発電運転において、水ポンプの回転数が記憶回転数に向けて接近するとき、制御部は、実際の回転数異常の発生の有無に拘わらず、共振を抑制または回避させつつ、記憶回転数に対して水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease）の増加と、短時間（ΔＴdecrease）の減少とを交互に繰り返す。接近とは、記憶回転数Ｎmemopryを相対表示で１００とするとき、９０以上または９５以上に近づくことをいう。
【００２０】
本様相によれば、制御部は、水ポンプ回転数が異常となったら、その回転数を記憶回転数として記憶部に記録して更新すると共にＳ／Ｃ値平均化制御を実施する。そして、その後の発電運転において、水ポンプの回転数が記憶回転数に向けて接近するとき、実際の回転数異常の発生の有無に拘わらず、制御部は、記憶回転数に対して水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease）の増加と、短時間（ΔＴdecrease）の減少とを交互に繰り返す。このため共振を予め防止できると共に、Ｓ／Ｃ値の過剰な変動を予め防止できる。
【００２１】
前述したように、水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常である要因が水ポンプの共振の影響である場合には、共振周波数は、使用環境の変化、経年変化等により変動することが多い。共振周波数が変動したときであっても、水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、その異常な回転数が発生する毎に、制御部は、その異常な回転数を記憶回転数として記憶部に記録して更新する。そして、水ポンプの回転数が記憶回転数に向けて接近するとき、制御部は、記憶回転数に対して上記制御を実施するため、共振周波数の変動、異常となる回転数の変動に対処できる。
【００２２】
（４）本発明の様相４に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施しても水ポンプの回転数の異常が回避されないとき、制御部は、水ポンプの脱調と推定し、水ポンプの回転を停止させて燃料電池の発電運転を停止させる。Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施しても、水ポンプの回転数の異常が回避されないときには、共振以外の重要要因と考えられる。そこで制御部は、水ポンプの脱調と推定し、水ポンプの回転を停止させて燃料電池の発電運転を停止させ、システムの保護を図る。水ポンプが脱調であれば、水ポンプの制御は困難であるため、蒸発部への改質水の供給は制限される。そこで、制御部は、水ポンプの回転を停止させて燃料電池の発電運転を停止させる。水蒸気不足に起因する改質部におけるコーキング（原料ガスの炭化）は、未然に防止される。
【００２３】
（５）本発明の様相５に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、水ポンプは、改質水を給水通路に供給させるポンプ本体と、ポンプ本体を回転させるモータとを有しており、モータはステッピングモータまたは直流モータである。本様相はステッピングモータの共振や脱調に対処できる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電運転中において、水ポンプの回転数が共振等により目標回転数領域に対して異常となるときであっても、水ポンプの回転数の増減を短時間で繰り返すＳ／Ｃ値平均化制御により、共振が抑制または回避され、更に、改質反応におけるＳ／Ｃ値が適正領域に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】燃料電池システムの概念図である。
【図２】制御部の概念図である。
【図３】モータの回転数を増減させる制御の一例を示すグラフである。
【図４】他の実施形態に係り、制御部がＳ／Ｃ値平均化制御として実行する制御則を表すフローチャートである。
【図５】制御部が脱調対応制御として実行する制御則を表すフローチャートである。
【図６】別の実施形態に係り、制御部がＳ／Ｃ値平均化制御として実行する制御則を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の各実施形態について説明する。
【００２７】
［実施形態１］
図１〜図３は実施形態１の概念を示す。図１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて原料ガスを改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２に供給される液相状の水を溜める水タンク４と、これらを収容する筐体５とを有する。燃料電池１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池１（運転温度：例えば４００℃以上）に適用できる。
【００２８】
改質部３は、セラミックス担体３ｋに改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。蒸発部２はセラミックス担体２ｋをもつ。担体２ｋ，３ｋは粒状、ハニカム状等にできる。改質部３および蒸発部２は改質器２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８を形成している。発電電運転時には、改質器２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃焼部１０５は改質部３および蒸発部２を加熱させる。燃料通路６は、燃料源６３からの燃料を改質器２Ａに供給させるものであり、遮断弁６９、脱硫器６２、燃料ポンプ６０および流量計６４をもつ。配置順は特に限定されない。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用のガス搬送源として機能するカソードポンプ７１、流量計７２が設けられている。
【００２９】
図１に示すように、筐体５は、外気に連通する吸気口５０と排気口５１と吸気口５０付近（外気）の温度を検知する温度センサ５７とをもつ。温度センサ５７は必要に応じて設ければ良い。筐体５には、改質部３で改質される液相状の改質水を溜める水タンク４が収容されている。水タンク４には、排水バルブ４０ｍが設けられており、更に、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が必要に応じて設けられている。加熱部４０は、水タンク４に貯留されている改質水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部１００からの指令に基づいて、水タンク４の水は加熱部４０により加熱され、凍結が抑制される。なお、水タンク４内の水位は基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。
【００３０】
図１に示すように、水タンク４の出口ポート４ｐと蒸発部２の入口ポート２ｉとを連通させる給水通路８が、配管として筐体５内に設けられている。図１に示すように、筐体５内において、水タンク４は蒸発部２の下側に配置されているため、給水通路８は上下方向に沿って延びる。給水通路８は、水タンク４内に溜められている水を水タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８には、水タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水ポンプ８Ａが設けられている。水ポンプ８Ａは、ポンプ本体８０と、ポンプ本体８０を駆動させる電気式のモータ８２とをもつ。モータ８２の回転数を検知する回転数センサ８３がモータ８２に設けられている。ポンプ本体８０はギヤポンプ等のシール性が良い公知のポンプを採用できる。なお、給水通路８は蒸発部２，改質部３、燃料電池１等を介して大気に連通するようにされている。水ポンプ８Ａを水タンク４の出口ポート４ｐ側に設けても良い。
【００３１】
給水通路８において、ポンプ本体８０の下流で且つ蒸発部２の上流において水センサ８７が設けられている。水センサ８７はこれのセンシング領域に水が存在すると、水有りと検知する。水センサ８７は、給水通路８において蒸発部２の入口ポート２ｉの直前に配置されていることが好ましい。給水通路８において水タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉまでの距離が１００として相対表示されるとき、水タンク４の出口ポート４ｐから７０〜９９の範囲、特に８０〜９０内に、水センサ８７は設置されていることが好ましい。
【００３２】
水センサ８７の検知原理は、何でも良く、水の有無に基づく静電容量の変化を検知する方式、水の有無に基づく通電量の変化を検知する方式、水の有無に基づく電気抵抗の変化を検知する方式、水の有無に基づく水圧の変化を検知する方式、水の有無に基づく磁気の変化を検知する方式等のいずれでも良く、更に他の方式でも良い。図１に示すように、給水通路８においては、水タンク４、ポンプ本体８０、水センサ８７、蒸発部２がこの順に直列に配置されている。給水通路８は、水タンク４の出口ポート４ｐから水センサ８７までの通路部分８ｘと、水センサ８７から蒸発部２までの通路部分８ｙとを備える。
【００３３】
なお、給水通路８には、改質水の流量を測定する流量計は設けられていない。その理由としては、給水通路８に供給される単位時間あたりの改質水の流量は少ないため、流量計の検知精度が必ずしも充分ではないためである。但し、場合によっては、演算結果のチェック等のため、給水通路８に流量計を設けることにしても良い。
【００３４】
本実施形態によれば、ポンプ本体８０を駆動させるモータ８２は、正回転および逆回転可能とされている。すなわち、モータ８２は、正方向に回転駆動して水タンク４内の水を出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて搬送させる正運転と、逆方向に回転駆動して給水通路８の水を出口４ｐから水タンク４内に戻す逆運転とに切り替え可能とされている。図２に示すように、モータ８２を駆動回路を介して制御するための制御部１００が設けられている。制御部１００は、入力処理回路１００ａ、出力処理回路１００ｂ、タイマー計測機能をもつＣＰＵ１００ｃ、記憶部として機能するメモリ１００ｍとを有する。モータ８２としては、ＤＣモータ、ステッピングモータが例示される。ＤＣモータはＤＵＴＹ比で回転制御される、ステッピングモータはパルス数で回転制御される。制御部１００には、水センサ８７，回転数センサ８３、温度センサ５７の検知信号がそれぞれ入力される（図２参照）。制御部１００はモータ８２を介して水ポンプ８Ａを制御する。更に、制御部１００はカソードポンプ７１，燃料ポンプ６０、遮断弁６９、警報器１０２を制御することができる（図２参照）。
【００３５】
（システムの運転）
システムの発電運転を実施するとき、制御部１００は、発電運転に先だって暖機運転を実行する。暖機運転では、制御部１００は、遮断弁６９を開放させた状態で、燃料ポンプ６０を駆動させて原料ガスを燃料通路６に介して発電モジュール１８の燃料電池１を介して燃焼部１０５に供給させる。制御部１００はカソードポンプ７１も駆動させてカソードガス通路７０を介して空気を発電モジュール１８のカソード１１を介して燃焼部１０５に供給させる。燃焼部１０５において原料ガスが空気により燃焼する。燃焼部１０５における燃焼熱により、改質部３、蒸発部２および燃料電池１が加熱される。このような暖機運転では、ポンプ本体８０は停止しており、水タンク４の改質水は蒸発部２に供給されないので、改質部３における改質処理は実施されない。改質部３、蒸発部２および燃料電池１が所定の温度域に加熱されると、制御部１００は暖機運転を終了させ、発電運転に移行させる。
【００３６】
発電運転では、制御部１００は、モータ８２を正回転させてポンプ本体８０を正運転で駆動させると、水タンク４内の液相状の改質水は、水タンク４の出口ポート４ｐから給水通路８を搬送され入口ポート２ｉから蒸発部２に供給される。改質水は、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、燃料通路６から供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）と共に改質部３に移動する。改質部３において原料ガスは、水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる（吸熱反応）。アノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードポンプ７１が駆動してカソードガス（酸素含有ガス、筐体５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。
【００３７】
暖機運転および発電運転において、発電モジュール１８で発生した高温の排ガスは、排ガス通路７５を介して筐体５の外方に排気される。排ガス通路７５には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。貯湯槽７７に繋がる貯湯通路７８および貯湯ポンプ７９が設けられている。貯湯通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、貯湯ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の出口ポート７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６で排ガスにより加熱される。熱交換器７６で加熱された水は、復路７８ｃを介して帰還ポート７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水は温水となる。前記した排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力等により浄水部４３に流下される。従って、浄水部４３および水タンク４は発電モジュール１８の下側に位置する。
【００３８】
浄水部４３はイオン交換樹脂等の水浄化剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水は水タンク４に移動し、水タンク４に改質水として溜められる。ポンプ本体８０が正運転で駆動すると、水タンク４内の改質水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において原料ガスを改質させる改質反応として消費される。
【００３９】
ここで、水ポンプの単位時間あたりの回転数は、基本的には、発電モジュール１８の故障、発電モジュール１８の劣化等から定められるＳ／Ｃ値に基づいて決定される。Ｓ／Ｃ値は、水蒸気改質において、水蒸気（steam）と原料ガスに含まれる炭素成分（carbon）とのモル比の比率を意味する。水蒸気改質の一般的は式（１）とされている。
（１）…ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋[（ｍ／２）＋ｎ]Ｈ２
ｎ＝１，ｍ＝４の場合には、メタンを水蒸気改質させる。Ｓ／Ｃ＝２とはＣｎＨｍ１モルに対してＨ２Ｏを２ｎモル投入する状態である。発電モジュール１８の保護性を考慮すると、一般的には、Ｓ／Ｃ値＝２．５、あるいは、Ｓ／Ｃ値の範囲としては２．０〜３．０が好ましい範囲とされている。但しこれに限定されるものではない。
【００４０】
万一、改質水が蒸発部２に過剰に供給されると、水蒸気量の過剰増加、改質部３および蒸発部２の温度の過剰低下、改質部３に設けられている改質触媒の水没、改質触媒の水蒸気による劣化促進等の不具合が誘発されるおそれがある。また、発電モジュール１８の蒸発部２に供給される水蒸気が過少であるときには、改質反応における水蒸気不足となる。この場合、改質部３におけるコーキング（炭素成分の生成）が発生し、発電モジュール１８の改質部３の故障または劣化の不具合が誘発されるおそれがある。この不具合を抑制させるように、水ポンプ８Ａの単位時間あたりの回転数が、適切なＳ／Ｃ値に基づいて設定されている。
【００４１】
ところで、燃料電池１の発電運転中において、何らかの要因で、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して異常となるときがある。水ポンプ８Ａの回転数は、モータ８２の回転数に対応する。回転数異常が発生した場合、水ポンプ８Ａが給水通路８を介して蒸発部２に供給する単位時間当たりの改質水の流量が過剰になったり、不足したりする。改質水が過剰であれば、Ｓ／Ｃ値は適正領域よりも高くなる。改質水が不足すれば、Ｓ／Ｃ値は適正領域よりも低くなる。このように水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して異常となるときであっても、電力負荷の要請等を考慮すると、燃料電池１の発電運転を停止させずに、発電運転をできるだけ継続させることが好ましい。
【００４２】
そこで本実施形態によれば、制御部１００はまず共振発生と推定し、図３に示すように、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して異常となるタイミングｔ１直後に、制御部１００は、燃料電池１の発電運転を継続させつつ、異常な回転数に対して水ポンプ８Ａの回転数Ｎを短時間（ΔＴincrease，５秒以内または２秒以内）だけΔＮin増加させる制御と、短時間（ΔＴdecrease，５秒以内または２秒以内）だけΔＮde減少させる制御とを交互に繰り返す制御を実行する。これにより時間軸において、改質水が蒸発部２に多めに給水される制御と、改質水が蒸発部２に少な目に給水される制御とが交互に繰り返される。従って、時間軸において、蒸発部２において、水蒸気の過剰および不足が短時間間隔で繰り返される。ここで、改質水が蒸発部２で蒸発されて水蒸気となり、更に、水蒸気が蒸発部２から改質部３に流入するにあたり、タイムラグがあるため、水蒸気の短時間過剰および短時間不足が相殺されて均一化される。この結果、時間軸で見ると、改質反応におけるＳ／Ｃ値の平均化が図られる。この場合、改質部３におけるコーキング（炭素成分の生成）の発生、発電モジュール１８の改質部３の故障または劣化の不具合が抑制される。蒸発部２はセラミックスで形成された担体２ｋをもち，改質部はセラミックスで形成された担体３ｋをもつ。このため担体２ｋ，３ｋは高い蓄熱性をもち、改質水の流量が変動したとしても、水蒸気生成における影響は抑制されている。
【００４３】
本実施形態によれば、ΔＮin／Ｎは、燃料電池システムに応じて設定されるが、例えば、１／２〜１／３０の範囲、１／３〜１／２０の範囲、更には、１／３〜１／１０の範囲、１／４〜１／８の範囲にできる。但しこれに限定されるものではない。燃料電池システムの定格出力等によっても相違するが、例えば、Ｎは３〜２００ｒｐｍの範囲、１０〜１００ｒｐｍにできる。ΔＮde／Ｎｉnについても同様である。ΔＮin／ΔＮde＝０．８〜１．２の範囲にできる。ΔＮin＝ΔＮde、ΔＮin≒ΔＮdeにできる。但しこれに限定されるものではない。
【００４４】
以上説明したように本実施形態によれば、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して異常となったとしても、水ポンプ８Ａの共振を抑制させて回避させつつ、全体的に見ると、改質反応におけるＳ／Ｃ値の過剰な変動を抑制させることができる。ここで、時間ΔＴincreaseおよび時間ΔＴdecreaseが過剰に短いと、ポンプ８Ａに負荷がかかる。その時間が過剰に長いと、時間軸における水蒸気量の相殺および均一化が図れない。かかる点を考慮し、時間ΔＴincreaseおよび時間ΔＴdecreaseは、燃料電池システムの定格出力、蒸発部３２の容量などに応じて適宜選択できるが、５秒以内が好ましい。更に、３秒以内、２秒以内が例示される。更に１秒以内、５００ミリ秒以内、３００ミリ秒以内が例示される。但しこれらに限定されるものではない。上記したように水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtargetに対して異常となるときであっても、制御部１００は、燃料電池１の発電運転を停止させずに、発電運転をできるだけ継続させるため、システムを逐一停止させずとも良く、システムのランニングコストを低減できる。
【００４５】
共振は、共振周波数に対応する特定の回転数領域で発生する。水ポンプ８Ａの回転数が共振により目標回転数領域に対して異常であるとき、水ポンプ８Ａの回転数が他の回転数に変更されれば、水ポンプ８Ａの共振は抑制または回避される。従って、前述したように増加させた回転数と、減少させた回転数とは、いずれも、水ポンプ８Ａの共振を抑制できる回転数とさせる。これによりＳ／Ｃ値平均化制御において水ポンプ８Ａの共振が抑制され、水ポンプ８Ａの耐久性の向上、長寿命化を図り得る。このためＳ／Ｃ値平均化制御は水ポンプ８Ａの共振回避制御も兼用する。
【００４６】
すなわち、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtargetに対して異常であるときの要因は、水ポンプ８Ａ等の共振であることが多い。この場合、共振周波数を逸脱するように、異常な回転数に対して水ポンプ８Ａの回転数の短時間（ΔＴincrease，５秒以内）の増加と、短時間（ΔＴdecrease，５秒以内）の減少とを交互に繰り返す。このようにすれば、水ポンプ８Ａ等の共振を回避させつつ、全体的なＳ／Ｃ値の平均化を図り得る。よって、水ポンプ８Ａの共振が発生したとしても、Ｓ／Ｃ値の過剰な変動を抑制させることができ、発電モジュール１８の耐久性を確保できる。換言すると、増加させた回転数、減少させた回転数は、水ポンプ８Ａの共振を回避できる回転数である。
【００４７】
上記した制御は、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget１からＮtarget２（図３参照）に変更されるまで、制御部１００は継続する。水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget２に対して異常となったら、前述  同様に、制御部１００は、燃料電池１の発電運転を継続させつつ、異常な回転数に対して水ポンプ８Ａの回転数Ｎを短時間（ΔＴincrease，５秒以内）だけΔＮin増加させる制御と、短時間（ΔＴdecrease，５秒以内）だけΔＮde減少させる制御とを交互に繰り返す制御を実行する。
【００４８】
上記した制御は、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget２からＮtarget３に変更されるまで、制御部１００は継続する。水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtarget３に対して異常となったら、前述同様に、制御部１００は制御を実行する。上記したように水ポンプ８Ａの回転数Ｎを短時間（ΔＴincrease，５秒以内）だけΔＮin増加させる制御と、短時間（ΔＴdecrease，５秒以内）だけΔＮde減少させる制御とを交互に繰り返す制御を実行すれば、給水通路８において８における水垢等の除去も期待できる。更に蒸発部２における着水場所も変更され、蒸発部２における温度ムラの低減に貢献できる。
【００４９】
なお本実施形態によれば、上記した回転数の増減の制御を実施しても水ポンプ８Ａの回転数の異常が回避されないとき、制御部１００は、水ポンプ８Ａの回転を停止させて燃料電池１の発電運転を停止させることが好ましい。
【００５０】
［実施形態２］
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有するため、図１〜図３を準用する。燃料電池１の発電運転中において共振により水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtargetに対して異常であるとき、その異常な回転数が発生する毎に、制御部１００は、異常な回転数を、記憶回転数Ｎmemoryとして、メモリ１００ｍ（記憶部）のエリアに記録して更新する記憶制御を実施する。更に、制御部１００は、記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を短時間（ΔＴincrease）だけΔＮin増加させる制御と、短時間（ΔＴdecrease）だけΔＮde減少させる制御とを交互に繰り返す。これにより改質反応における水蒸気の流量について、短時間増加および短時間減少が交互に繰り返される。この結果、比較的長い時間が経過すると、前述したように時間軸における水蒸気の過剰量および不足量が相殺されて平均化され、時間軸においてＳ／Ｃ値の平均化が図られる。従って、仮に、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtargetに対して異常であったとしても、時間軸において水蒸気の過剰および不足が平均化されて抑制され、時間軸におけるＳ／Ｃ値の過剰な変動が抑制され、発電モジュール１８の劣化が抑制される。
【００５１】
ところで、共振周波数は、使用環境の変化、経年変化等により変動することがある。機械的な共振の共振周波数は、基本的には、振動源の質量と、振動源を支持する弾性系のバネ定数とに影響される。例えば、筐体５への物体の搭載、筐体５を設置する設置場所の変更、水ポンプ８Ａを支持するマウント等の経年変化、水ポンプ８Ａの配管交換等により、共振周波数が変動し、異常となる回転数が変動するおそれがある。このように水ポンプ８Ａが共振を発生させる異常回転数は、使用環境、経年変化等により変動するおそれがある。この点について本実施形態によれば、燃料電池１の発電運転中において、水ポンプ８Ａの回転数が目標回転数領域Ｎtargetに対して異常であるとき、異常が発生する毎に、制御部１００は、異常な回転数を記憶回転数Ｎmemoryとしてメモリ１００ｍのエリアに逐一記憶して更新させる。そして、制御部１００は、更新された記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を増加および減少させる制御を交互に繰り返す。このため、使用環境の変化、経年変化等により、システムの発電運転中において共振周波数が変動したとしても、その変化に速やかに対応できる。従って、異常となる回転数が変動したとしても、改質反応におけるＳ／Ｃ値の過剰な変動が良好に抑制され、発電モジュール１８の劣化が良好に抑制される。
【００５２】
本実施形態によれば、上記した回転数の増減の制御を実施しても水ポンプ８Ａの回転数の異常が回避されないとき、制御部１００は、水ポンプ８Ａの回転を停止させて燃料電池１の発電運転を停止させることが好ましい。
【００５３】
［実施形態３］
本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有するため、図１〜図３を準用する。燃料電池の発電運転中において水ポンプの回転数が目標回転数領域Ｎtargetに対して異常であるとき、その異常な回転数を記憶回転数Ｎmemoryとしてメモリ１００ｍのエリアに記憶して更新すると共に、Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施し、水ポンプ８Ａの共振を回避させると共に時間軸におけるＳ／Ｃ値の平均化を図る。その後の発電運転において、制御部１００は、水ポンプ８Ａの回転数が記憶回転数Ｎmemoryに向けて接近すると、共振の発生の有無に拘わらず、記憶回転数Ｎmemoryに対して、水ポンプ８Ａの回転数を短時間（ΔＴincrease）だけΔＮin増加させる制御と、短時間（ΔＴdecrease）だけΔＮde減少させる制御とを交互に繰り返す。このため共振の発生を未然に防止できる。
【００５４】
本実施形態によれば、上記した回転数の増減の制御を実施しても水ポンプ８Ａの回転数の異常が回避されないとき、制御部１００は、水ポンプ８Ａの回転を停止させて燃料電池１の発電運転を停止させる。上記した制御を実施しても水ポンプ８Ａの回転数の異常が回避されないときには、共振以外の重要要因と考えられる。モータ８２がステッピングモータであるときには、ステッピングモータの脱調によるものと推察される。脱調であれば、ステッピングモータの駆動が制約され、改質水を給水通路８に給水できず、水なしで発電運転することになり、好ましくない。そこで制御部１００は、水ポンプ８Ａの回転を直ちに停止させて燃料電池１の発電運転を停止させ、システムの保護を図る。
【００５５】
［実施形態４］
図４および図５は実施形態４に係る制御則の一例を表すフローチャートを示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有するため、図１〜図３を準用する。制御部１００は、初期設定すると共に、燃料電池１の発電運転中において水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数を読み込む（ステップＳ２）。水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して大きく逸脱して異常であるか否かを判定する（ステップＳ４）。異常であれば（ステップＳ４のＹＥＳ）、その要因としては共振が予想される。この場合、まず、共振回避制御としても機能するＳ／Ｃ値平均化制御を実行する。共振は、水ポンプ８Ａを停止させずとも、つまり、システムを停止させずとも、水ポンプ８Ａの単位時間あたりの回転数を変化させれば。共振を回避できるためである。そこで、制御部１００は、その異常な回転数を記憶回転数Ｎmemoryとしてメモリ１００ｍの所定のエリアに記憶して更新する（ステップＳ６）。次に、制御部１００は、共振回避も兼用するＳ／Ｃ値平均化制御を実施する（ステップＳ８，Ｓ１０）。即ち、制御部１００は、水ポンプ８Ａの共振を回避させるように、記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を短時間（ΔＴincrease，例えば１秒間）だけΔＮin（例えば２〜７ｒｐｍ）増加させる増速制御を実施する（ステップＳ８）。更に、制御部１００は、Ｓ／Ｃ値平均化制御において、共振を回避させるように、記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を短時間（ΔＴdecrease，例えば１秒間）だけΔＮde（例えば２〜７ｒｐｍ）減少させる減速制御を実施する（ステップＳ１０）。ΔＮin，ΔＮde，ΔＴincrease，ΔＴdecreaseは、水ポンプ８Ａの容量に応じて設定されている。
【００５６】
次に、増速制御および減速制御を終了しても良いか否か判定する（ステップＳ１２）。即ち、水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１からＮtarget２（図３参照）に所定量変更されていれば、共振が回避されるため、増速制御および減速制御を終了し（ステップＳ１４）、ステップＳ２に戻る。水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１からＮtarget２に変更されていなければ（ステップＳ１２のＮＯ）、共振が回避されていないと推定される。このため、制御部１００は、増速制御および減速制御を継続させるため、共振回避も兼用するＳ／Ｃ値平均化制御を継続的に実施するため、ステップＳ８に戻る。このような本実施形態によれば、水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が異常であるときには、制御部１００は、Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施してモータ８２の増速制御および減速制御を継続させるため、共振が回避されると共に、時間軸において水蒸気の過剰および不足が相殺されて平均化されるため、改質反応におけるＳ／Ｃ値の過剰な変動が予め防止される。
【００５７】
前述したように、水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が異常であるときには、制御部１００は、異常な回転数を記憶回転数Ｎmemoryとしてメモリ１００ｍのエリアに逐一記憶させる。このため発電運転中において共振周波数が仮に変動し、異常となる回転数が変動したとしても、その回転数に相当する記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を増減させるため、時間軸において水蒸気の過剰および不足が相殺されて平均化される。よって、Ｓ／Ｃ値の過剰な変動が良好に抑制され、発電モジュール１８の劣化が良好に抑制される。
【００５８】
本実施形態によれば、上記した回転数の増減の制御を実施しても水ポンプ８Ａの回転数の異常が回避されないとき、制御部１００は、水ポンプ８Ａの回転を停止させて燃料電池１の発電運転を停止させる。すなわち、上記した制御を実施しても水ポンプ８Ａの回転数の異常が回避されないときには、共振以外の重要要因と考えられる。モータ８２がステッピングモータであるときには、ステッピングモータの脱調によるものと推察される。脱調であれば、ステッピングモータの回転駆動が制御困難となり、改質水を給水通路８に目標どおり給水できず、場合によっては、水無し状態で発電運転することになり、好ましくない。そこで制御部１００は、Ｓ／Ｃ値平均化制御を実施しても、水ポンプ８Ａの回転数が異常であるとき、水ポンプ８Ａの回転を直ちに停止させて燃料電池１の発電運転を停止させ、システムの保護を図る。
【００５９】
このため制御部１００は、図４に示す制御則（共振回避制御も兼用するＳ／Ｃ値平均化制御）と、図５に示す制御則（脱調対処用制御）とを併用する。制御部１００は脱調対処用制御よりも、Ｓ／Ｃ値平均化制御を優先させる。
【００６０】
次に図５に示す制御則（脱調対処用制御）について説明する。即ち、制御部１００は、初期設定すると共に、燃料電池１の発電運転中において水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数を読み込む（ステップＳ２２）。水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して大きく逸脱して異常であるか否かを、制御部１００は判定する（ステップＳ２４）。異常であれば（ステップＳ２４のＹＥＳ）、制御部１００は、軽瑕疵を示すカウンタＳＵＭ１を１インクリメントすると共に、重瑕疵を示すカウンタＳＵＭ２を１インクリメントする（ステップＳ２６）。更に、制御部１００は、燃料電池１の発電運転中において水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数を読み込み、モータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して大きく逸脱する異常が継続しているか否かを判定する（ステップＳ２８）。モータ８２の回転数の異常が継続していれば（ステップＳ２８のＹＥＳ）、制御部１００は、軽瑕疵用のカウンタＳＵＭ１を１インクリメントすると共に、重瑕疵用のカウンタＳＵＭ２を１インクリメントする（ステップＳ３０）。更に、制御部１００は、重瑕疵用のカウンタＳＵＭ２が閾値ＸＡ以上であれば（ステップＳ３２のＹＥＳ）、モータ８２の回転数の異常が継続しているため、モータ８２（ステッピングモータ）が脱調していると判定し（ステップＳ３４）、燃料電池システムの発電を緊急的に停止させるフラグを立て（ステップＳ３６）、発電を停止させると共にメインルーチンにリターンする。もし、カウンタＳＵＭ２が閾値ＸＡ未満であれば（ステップＳ３２のＮＯ）、モータ８２が脱調であるとは判定するには至らず、制御部１００は、軽瑕疵用のカウンタＳＵＭ１が閾値ＸＢ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。軽瑕疵用のカウンタＳＵＭ１が閾値ＸＢ以上であれば（ステップＳ３２のＮＯ）、共振等の異常を回避可能であると考えられるため、システムの発電を継続させるフラグを立て（ステップＳ４２）、ステップＳ２２に戻る。ステップＳ４０の判定の結果、カウンタＳＵＭ１が閾値ＸＢ未満であれば（ステップＳ４０のＮＯ）、ステップＳ２８に戻りも回数数以上が継続しているか判定する。なお、カウンタＳＵＭ１，ＳＵＭ２は規定時間経過すれば、クリアされる。
【００６１】
［実施形態５］
図６は実施形態５に係る制御則の一例を表すフローチャートを示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有するため、図１〜図３を準用する。前回の発電運転において、水ポンプ８Ａが目標回転数領域Ｎtarget１に対して大きく逸脱して異常な回転数となったときには、その異常な回転数は、記憶回転数Ｎmemoryとしてメモリ１００ｍの所定のエリアに記憶されて更新されている。まず、制御部１００は、初期設定すると共に、燃料電池１の発電運転中において水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数を読み込む（ステップＳ５２）。水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１に対して大きく逸脱して異常であるか否かに拘わらず、その回転数が記憶回転数に向けて接近した否かを判定する（ステップＳ５４）。その回転数が記憶回転数に向けて接近していれば（ステップＳ５４のＹＥＳ）。実際に共振および脱調が発生しているか否かに拘わらず、まず、共振回避制御としても機能するＳ／Ｃ値平均化制御を実行するフラグを立てる（ステップＳ５６）。共振は、システムを停止させずとも、水ポンプ８Ａのモータ８２の単位時間あたりの回転数を変化させれば。共振を回避できるためである。
【００６２】
そこで制御部１００は、共振回避も兼用するＳ／Ｃ値平均化制御を実施する。即ち、制御部１００は、水ポンプ８Ａの共振を回避させるように、記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を短時間（ΔＴincrease）だけΔＮin増加させる増速制御を実施する（ステップＳ５８）。更に、制御部１００は、Ｓ／Ｃ値平均化制御において、共振を回避させるように、記憶回転数Ｎmemoryに対して水ポンプ８Ａの回転数を短時間（ΔＴdecrease）だけΔＮde減少させる減速制御を実施する（ステップＳ６０）。次に、増速制御および減速制御を終了しても良いか否か判定する（ステップＳ６２）。即ち、水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１からＮtarget２（図３参照）に所定量変更されていれば、共振が回避されるため、増速制御および減速制御を終了し（ステップＳ６２のＹＥＳ）、ステップＳ５２に戻る。水ポンプ８Ａのモータ８２の回転数が目標回転数領域Ｎtarget１からＮtarget２に変更されていなければ（ステップＳ６２のＮＯ）、共振が回避されないと考えられる。このため、制御部１００は、増速制御および減速制御を継続させるため、共振回避制御も兼用するＳ／Ｃ値平均化制御（ステップＳ５８，Ｓ６０）を継続的に実施するため、ステップＳ５８に戻る。このような本実施形態によれば、共振が発生する直前のタイミングでモータ８２の増速制御および減速制御を継続させるため、共振を未然に防止でき、更に、時間軸において水蒸気の過剰および不足が平均化されて抑制されるため、改質反応においてＳ／Ｃ値の過剰な変動を予め防止できる。
【００６３】
［実施形態６］
本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有するため、図１〜図３を準用する。蒸発部２はセラミックスの担体２ｋを有するため、蒸発部２の温度の安定化は図られている。Ｓ／Ｃ値平均化制御が実行されるとき、蒸発部２に供給される液相状の改質水の流量が増減される。このため、Ｓ／Ｃ値平均化制御において蒸発部２の温度を更に安定させるべく、必要に応じて、カソードポンプ７１の出力をやや高め、燃料電池１のカソード１１を経て燃焼部１０５に供給されるカソードガスの単位時間当たりの流量をやや増加させ、燃焼部１０５の燃焼性を更に安定化させることにしても良い。他の要素に影響を与えない程度が好ましい。
【００６４】
［その他］
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実行できる。燃料電池１は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に限定されず、場合によっては、ＰＥＦＣとも呼ばれる固体高分子形燃料電池（運転温度：例えば７０〜１００℃）でも良いし、ＰＡＦＣとも呼ばれるリン酸形燃料電池でも良く、他のタイプの燃料電池でも良い。要するに、改質水から蒸発部２において水蒸気を生成させ、気相または液相の燃料を改質部３において水蒸気で改質させる燃料電池システムであれば良い。加熱部４０は水タンク４に設けられているが、廃止されていても良い。
【００６５】
上記した記載から次の技術的思想が把握される。
【００６６】
［付記項１］アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、蒸発部で生成された水蒸気を用いて原料ガスを改質反応により改質させてアノードガスを形成する改質部と、蒸発部に供給される前の改質水を溜める水タンクと、水タンクと蒸発部とを連通させ水タンク内の改質水を前記蒸発部に供給させる給水通路と、水タンク内の改質水を蒸発部に供給させる水ポンプと、前記水ポンプの回転数に関する物理量に基づいて水ポンプの回転数を検知する回転数センサと、回転数センサの検知信号が入力され且つ水ポンプを制御する制御部とを具備する燃料電池システムの発電運転方法において、燃料電池の発電運転中において水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常が検知されるとき、燃料電池の発電運転を継続させつつ、異常な回転数に対して水ポンプの回転数の短時間（ΔＴincrease，１０秒以内）の増加と、短時間（ΔＴdecrease，１０秒以内）の減少とを交互に繰り返すことにより、改質反応におけるＳ／Ｃ値について短時間増加および短時間減少を繰り返してＳ／Ｃ値の平均化を図り、Ｓ／Ｃ値の過剰な変動を抑制させる燃料電池システム。この場合、改質反応におけるＳ／Ｃ値について短時間増加および短時間減少を繰り返してＳ／Ｃ値の平均化を図りる燃料電池システムの発電方法。
【００６７】
［付記項２］アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、蒸発部で生成された水蒸気を用いて原料ガスを改質反応により改質させてアノードガスを形成する改質部と、蒸発部に供給される前の改質水を溜める水タンクと、水タンクと蒸発部とを連通させ水タンク内の改質水を前記蒸発部に供給させる給水通路と、水タンク内の改質水を蒸発部に供給させる水ポンプと、水ポンプの回転数に関する物理量に基づいて水ポンプの回転数を検知する回転数センサと、回転数センサの検知信号が入力され且つ水ポンプを制御する制御部とを具備しており、燃料電池の発電運転中において共振により水ポンプの回転数が目標回転数領域に対して異常であるとき、制御部は、燃料電池の発電運転を継続させつつ共振回避制御を実施し、共振回避制御しても、水ポンプの回転数の異常が回避されないとき、水ポンプの回転を停止させて燃料電池の発電運転を停止させる燃料電池システム。発電運転ができるだけ継続されるため、システムのランニングコストが低減される。
【符号の説明】
【００６８】
１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、２Ａは改質器、２は蒸発部、３は改質部、４は水タンク、５は筐体、５７は温度センサ、６は燃料通路、６０は燃料ポンプ、６２は脱硫器、６９は遮断弁、７０はカソードガス通路、７１はカソードポンプ、７３はアノードガス通路、７５は排ガス通路、７７は貯湯槽、８は給水通路、８Ａは水ポンプ、８０は水ポンプ、８２はモータ、８３は回転数センサ、８７は水センサ、１００は制御部を示す。
【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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