(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
供給源から改質用原料が供給され、前記改質用原料に含まれる酸素を酸素処理触媒により除去する酸素処理装置と、
前記改質用原料に含まれる前記酸素の濃度を検出する酸素濃度検出装置と、
前記酸素処理装置により前記酸素が除去された前記改質用原料が供給され、前記改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫触媒によって除去する脱硫装置と、
改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
前記脱硫装置から供給される前記硫黄成分が除去された前記改質用原料と、前記蒸発部から供給される前記水蒸気とから前記改質ガスを生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料の流量を検出する流量検出装置と、
前記燃料電池の制御を少なくとも行う制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記改質用原料に含まれる前記酸素の濃度と前記改質用原料の種類との第一相関関係を示した第一マップを記憶し、前記改質用原料の種類毎に、前記流量検出装置によって検出される検出流量と前記改質用原料の実際の流量である実流量との複数の第三相関関係を示した第三マップと、前記改質用原料の種類毎に、電力負荷の消費電力により決定される発電電流と前記改質用原料の目標流量と複数の第四相関関係を示した第四マップをさらに記憶する記憶部と、
前記第一マップに基づいて、前記酸素濃度検出装置によって検出された前記酸素の濃度から前記改質用原料の種類を推定する推定部と、
前記第三マップに示す複数の前記第三相関関係のうち、前記推定部によって推定された前記改質用原料の種類に対応する前記第三相関関係と前記第四マップに示す複数の前記第四相関関係のうち、前記推定部によって推定された前記改質用原料の種類に対応する前記第四相関関係を決定する決定部を備え、かつ前記推定部によって推定された前記改質用原料の種類に応じて前記燃料電池システムの運転条件を算出する運転条件算出部と、
前記決定部によって決定された前記第三相関関係に基づいて、前記流量検出装置によって検出された前記検出流量から前記実流量を算出する実流量算出部と、を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
前記酸素濃度検出装置は、前記酸素処理装置に配設され、前記酸素処理装置内の温度を検出する温度センサである請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記記憶部は、前記改質部に供給される前記改質用原料の量に対する前記水蒸気の量の比率を示すスチームカーボン比と、前記改質用原料の種類との第二相関関係を示す第二マップをさらに記憶し、
前記運転条件算出部は、前記第二マップに基づいて、前記推定部によって推定された前記改質用原料の種類から前記スチームカーボン比を算出するスチームカーボン比算出部を備えている請求項１または請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、前記改質部から前記燃料電池に前記改質ガスを供給する改質ガス供給管と、前記供給源から前記酸素処理装置に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記改質ガスの一部をリサイクル燃料として前記酸素処理装置に供給するリサイクル燃料管をさらに備え、
前記脱硫装置は、前記改質用原料に含まれる前記硫黄成分を、前記リサイクル燃料に含まれる水素を使用することにより除去する請求項１乃至請求項３の何れか一項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】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。燃料電池システムは、特許文献１の図１に示すように、微量な酸素を含む都市ガスなどを原燃料とし、この原燃料に含まれる付臭剤（硫黄化合物）を脱硫する脱硫器３、原燃料を改質触媒によって水蒸気改質して改質ガスを生成する水蒸気改質器２および水蒸気改質器２にて生成された改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ変成器４を備えている。燃料電池システムは、脱硫器３、水蒸気改質器２およびＣＯ変成器４を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池１の燃料極に供給して発電を行っている。また、燃料電池システムは、供給源からの原燃料を、原燃料に含まれる酸素を除去して脱硫器３に導出する燃焼触媒器１０をさらに備えている。燃焼触媒器１０によって原燃料に含まれる酸素を除去することにより、酸素による改質触媒の酸化劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２７３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、供給源からの原燃料は、地域によって異なる種類のものが供給される場合がある。例えば、天然ガス（メタン）を主成分とする都市ガスに代えて、酸素を含む空気を混合して都市ガスの熱量と同等の熱量とするように調整された液化石油ガスが、燃料電池システムに供給される場合がある。液化石油ガスは、プロパンを主成分としているため、メタンを主成分とする都市ガスに比べ、単位量あたりの炭素数ひいては熱量が増加する。よって、燃料電池システムが都市ガスの熱量に合わせて運転を行っている場合、空気が混合された液化石油ガスが供給されたとき、燃料電池の発電量の変動や改質器にてコーキング等が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した課題を解消するためになされたもので、改質用原料に含まれる酸素による酸化劣化を抑制するとともに、改質用原料の種類が異なる場合においても、適切に運転することができ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は、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、供給源から改質用原料が供給され、改質用原料に含まれる酸素を酸素処理触媒により除去する酸素処理装置と、改質用原料に含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出装置と、酸素処理装置により酸素が除去された改質用原料が供給され、改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫触媒によって除去する脱硫装置と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、脱硫装置から供給される硫黄成分が除去された改質用原料と、蒸発部から供給される水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質部と、改質用原料の流量を検出する流量検出装置と、燃料電池の制御を少なくとも行う制御装置と、を備える燃料電池システムであって、制御装置は、改質用原料に含まれる酸素の濃度と改質用原料の種類との第一相関関係を示した第一マップを記憶し、改質用原料の種類毎に、流量検出装置によって検出される検出流量と改質用原料の実際の流量である実流量との複数の第三相関関係を示した第三マップと、改質用原料の種類毎に、電力負荷の消費電力により決定される発電電流と改質用原料の目標流量と複数の第四相関関係を示した第四マップをさらに記憶する記憶部と、第一マップに基づいて、酸素濃度検出装置によって検出された酸素の濃度から改質用原料の種類を推定する推定部と、第三マップに示す複数の第三相関関係のうち、推定部によって推定された改質用原料の種類に対応する第三相関関係と第四マップに示す複数の第四相関関係のうち、推定部によって推定された改質用原料の種類に対応する第四相関関係を決定する決定部を備え、かつ推定部によって推定された改質用原料の種類に応じて燃料電池システムの運転条件を算出する運転条件算出部と、決定部によって決定された第三相関関係に基づいて、流量検出装置によって検出された検出流量から実流量を算出する実流量算出部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
これによれば、燃料電池システムは、酸素処理装置によって、改質用原料に含まれる酸素を酸素処理触媒により除去することができる。また、燃料電池システムの制御装置は、酸素濃度検出装置によって検出された酸素の濃度から、供給された燃料の種類を推定部によって推定することができる。さらに、制御装置は、推定された改質用原料の種類から燃料電池システムの運転条件を運転条件算出部によって算出することができる。よって、改質用原料に含まれる酸素による脱硫触媒および改質触媒の酸化劣化を抑制するとともに、改質用原料の種類が異なる場合においても、制御装置が燃料電池システムを適切に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施形態を示す概要図である。
【図２】図１に示す酸素処理装置内の温度と、改質用原料に含まれる酸素の濃度との関係を示した図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムのブロック図である。
【図４】図３に示す記憶部に記憶されている第一マップであり、改質用原料の種類と改質用原料に含まれる酸素の濃度との第一相関関係を示したマップである。
【図５】図３に示す記憶部に記憶されている第二マップであり、改質用原料の種類とスチームカーボン比との第二相関関係を示したマップである。
【図６】図３に示す記憶部に記憶されている第三マップであり、改質用原料の種類毎に実流量と検出流量との第三相関関係を示したマップである。
【図７】図３に示す記憶部に記憶されている第四マップであり、改質用原料の種類毎に設定された燃料電池の発電電流と改質用原料の目標流量との第四相関関係を示したマップである。
【図８】図３に示す制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。
【図９】本発明による燃料電池システムの一実施形態の一の変形例の概要を示す部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、発電ユニット１０および貯湯槽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、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。
【００１０】
燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４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、改質水およ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の他端が接続されている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。改質水ポンプ１１ｂ１は、燃料電池モジュール１１に改質水を供給する改質水供給装置であり、制御装置１５からの制御指令値にしたがって水タンク１４からの改質水の流量（単位時間あたりの流量）を調整するものである。この改質水ポンプ１１ｂ１は、改質水を吸入し燃料電池モジュール１１に圧送する圧送装置である。さらに、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。
【００１１】
改質用原料供給管１１ａに関して詳述する。改質用原料供給管１１ａには、上流から順番に遮断弁１１ａ１、圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３（特許請求の範囲の流量検出装置に相当）、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５、酸素処理装置１１ａ６、酸素濃度検出装置１１ａ７および脱硫装置１１ａ８が設けられている。遮断弁１１ａ１、圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５、酸素処理装置１１ａ６、酸素濃度検出装置１１ａ７および脱硫装置１１ａ８は、筐体１０ａ内に収納されている。
【００１２】
遮断弁１１ａ１は、改質用原料供給管１１ａを制御装置１５の指令によって開閉自在に遮断する弁（２連弁）である。圧力センサ１１ａ２は、燃料電池モジュール１１に供給されている改質用原料の圧力（特に圧力センサ１１ａ２の設置場所の圧力）を検出するものであり、その検出結果を制御装置１５に送信している。流量センサ１１ａ３は、燃料電池モジュール１１に供給されている改質用原料の流量（単位時間あたりの流量）を検出するものであり、その検出結果である検出流量Ｑｋを制御装置１５に送信している。
【００１３】
圧力調整装置１１ａ４は、導入した改質用原料を所定の圧力に調整して導出する。例えば、圧力調整装置１１ａ４は、導入した改質用原料を大気圧にて導出するゼロガバナで構成されている。圧力調整装置１１ａ４は、改質用原料供給管１１ａの圧力調整装置１１ａ４より２次側を後述するリサイクルガス管３９（特許請求の範囲のリサイクル燃料管に相当）に対して圧力を低くするためのものである。圧力調整装置１１ａ４は、改質用原料供給管１１ａをリサイクルガス管３９より低圧とすることにより、改質ガスがリサイクルガス管３９を流通する。
【００１４】
原料ポンプ１１ａ５は、燃料電池３４に燃料（改質用原料）を供給する改質用原料供給装置であり、制御装置１５からの制御指令値にしたがって供給源Ｇｓからの改質用原料の流量を調整するものである。この原料ポンプ１１ａ５は、改質用原料を吸入し改質部３３に圧送する圧送装置である。
【００１５】
酸素処理装置１１ａ６は、供給源Ｇｓから改質用原料が供給され、改質用原料に含まれる酸素を酸素処理触媒により除去するものである。また、酸素処理装置１１ａ６には、水素を含むリサイクルガス（後述する）が供給される。酸素処理触媒は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の貴金属をセラミック担体に担持させたものや、銅（Ｃｕ）や亜鉛（Ｚｎ）等の非金属や遷移金属からなる多孔質材料である。酸素処理触媒によって改質用原料に含まれる炭化水素およびリサイクルガスに含まれる水素が燃焼することにより、改質用原料に含まれる酸素が除去される。具体的には、改質用原料が天然ガス（メタンガス）主成分とする都市ガスである場合、下記化１および化２に示すように、メタンおよび水素と酸素との酸化反応（燃焼反応）が生じている。
（化１）
ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
（化２）
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【００１６】
また、酸素処理装置１１ａ６は、必要に応じて酸素処理触媒の温度を改質用原料に含まれる炭化水素または水素の燃焼温度に加熱するための触媒ヒータ１１ａ６ａを備えることもできる。触媒ヒータ１１ａ６ａは、制御装置１５の指示によって交流電流により加熱する交流ヒータ（ＡＣヒータ：交流補機）である。
【００１７】
酸素濃度検出装置１１ａ７は、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃを検出するものである。具体的には、酸素濃度検出装置１１ａ７は、酸素処理装置１１ａ６に配設され、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈを検出する温度センサである。酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈは、上述した酸化反応により発生する温度によって変化する。酸化反応により発生する温度の変化は、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃに応じて生じる。具体的には、図２に示すように、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃが高いほど、酸化反応により発生する温度が高くなり、ひいては、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈが上昇する。すなわち、酸素濃度検出装置１１ａ７は、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈを検出することにより、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃを検出する。なお、図２に示す関係は、改質用原料の流量が所定目標流量Ｑｔ１であるときの関係を示している。所定目標流量Ｑｔ１は、後述する改質用原料の種類の推定制御が行われる場合における改質用原料の目標流量Ｑｔである。図２に示す関係は、予め実験等により実測されて導出されている。
【００１８】
図１に戻って説明を続ける。
脱硫装置１１ａ８は、酸素処理装置１１ａ６により酸素が除去された改質用原料が供給され、改質用原料に含まれる硫黄成分（例えば、硫黄化合物）を脱硫触媒によって除去するものである。脱硫装置１１ａ８内には、脱硫触媒として水添脱硫剤および超高次脱硫剤が収容されている。水添脱硫剤においては、硫黄化合物と水素とが反応して硫化水素が発生する。例えば、水添脱硫剤は、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系と酸化亜鉛等を組み合わせたものである。超高次脱硫剤としては、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−ニッケル系脱硫剤などを用いることができる。超高次脱硫剤は、水添脱硫剤にて硫黄化合物から変換された硫化水素を取り込んで除去する。このような超高次脱硫剤は、２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫装置１１ａ８は、内部が２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態となる箇所に配置されている。例えば、脱硫装置１１ａ８は、ケーシング３１内、またはケーシング３１外面に配置されている。
【００１９】
燃料電池システムは、脱硫触媒として水素を利用する水添脱硫剤および超高次脱硫剤を用いることに関連して、改質部３３にて改質された改質ガスの一部が改質用原料供給管１１ａに戻されるように構成されている。具体的には、改質ガスを戻すためのリサイクルガス管３９が設けられている。リサイクルガス管３９の一端は、改質部３３から燃料電池３４に改質ガスを供給する改質ガス供給管３８に接続されている。リサイクルガス管３９の他端は、改質用原料供給管１１ａの脱硫装置１１ａ８の上流位置、さらに具体的には、改質用原料供給管１１ａの圧力調整装置１１ａ４の配設部位と原料ポンプ１１ａ５の配設部位との間に接続されている。これにより、改質部３３から改質ガス供給管３８を通して流れる改質ガスの一部がリサイクルガス（特許請求の範囲のリサイクル燃料に相当）としてリサイクルガス管３９を通して改質用原料供給管１１ａに戻される。改質ガスは、後述するように水素を含んでいるため、改質ガスの一部であるリサイクルガスにも水素が含まれている。
【００２０】
このように、水素が含まれているリサイクルガスが改質用原料供給管１１ａに戻されることにより、リサイクルガス中の水素が改質用原料に混合されて改質用原料供給管１１ａを通して脱硫装置１１ａ８内に送給される。その結果、改質用原料中の硫黄化合物が水素と反応して硫化水素化し、その硫化水素が超高次脱硫剤と化学反応することにより除去される。
【００２１】
また、リサイクルガス管３９には、オリフィス３９ａが設けられている。オリフィス３９ａには流路孔が設けられ、流路孔によってリサイクルガス管３９を通して戻されるリサイクルガスの流量（単位時間あたりの流量）が調整されている。
【００２２】
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、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、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。貯湯水循環ライン２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。
【００２３】
熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、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。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク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。
【００２４】
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１およ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。
【００２５】
さらに、インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。
【００２６】
燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４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。
【００２７】
蒸発部３２は、改質水から水蒸気を生成するものである。蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱する。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部３３に供給するものである。改質用原料としては、天然ガス（メタンガス）を主成分とする都市ガス、プロパンを主成分とする液化石油ガス（ＬＰガス）などの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。本実施形態においては都市ガスにて説明する。
【００２８】
蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。
【００２９】
改質部３３は、脱硫装置１１ａ８から供給される硫黄成分が除去された改質用原料と、蒸発部３２から供給される水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池３４に供給するものである。改質部３３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、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出する。改質部３３内には、改質触媒（例えば、ＲｕやＮｉ系、ＰｔやＲｈ系の触媒）が充填されており、混合ガスが改質触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。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。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
【００３０】
燃料電池３４は、改質ガスと酸化剤ガスにより発電するものである。燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａ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３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。
【００３１】
セル３４ａ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３４ｂが形成されている。セル３４ａ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３４ｃが形成されている。
【００３２】
燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５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３４ｃ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。
【００３３】
燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からの発電に使用されなかった改質ガスであるアノードオフガスと、燃料電池３４からの発電に使用されなかった酸化剤ガスであるカソードオフガスとが燃焼されて蒸発部３２および改質部３３を加熱する。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて燃焼ガス（火炎３７）が発生している。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガスが発生している。燃焼部３６には、一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２は、燃焼部３６を着火するものである。着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２は、アノードオフガスを着火している。着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２は、制御装置１５の指示によって交流電流により加熱する交流ヒータ（ＡＣヒータ：交流補機）である。
【００３４】
制御装置１５は、図３に示すように、上述した圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３、酸素濃度検出装置１１ａ７、遮断弁１１ａ１、各ポンプ１１ａ５，１１ｂ１，２２ａ、カソードエアブロワ１１ｃ１、触媒ヒータ１１ａ６ａおよび着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が接続されている。また、制御装置１５は、記憶部１５ａ、推定部１５ｂ、運転条件算出部１５ｃ、実流量算出部１５ｄ、目標流量算出部１５ｅ、フィードバック制御部１５ｆおよび改質水流量算出部１５ｇを備えている。
【００３５】
記憶部１５ａは、制御プログラムを実行する際に用いられるデータ等を記憶するものである。記憶部１５ａには、第一マップＭ１、第二マップＭ２、第三マップＭ３および第四マップＭ４が記憶されている。
【００３６】
第一マップＭ１は、図４に示すように、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃと改質用原料の種類との第一相関関係を示したものである。一般的に、改質用原料の一つである都市ガス（メタンガスを主成分とする）においては、地域によって、酸素が混入している場合がある。さらに、酸素を含む空気を混合して都市ガスの熱量と同等の熱量とするように調整された液化石油ガスを、都市ガスと併用している地域もある。本実施形態においては、都市ガスＧ１、空気が混合された都市ガス（以下、空気混合都市ガスとする。）Ｇ２、または、空気が混合された液化石油ガス（以下、空気混合ＬＰガスとする。）Ｇ３が、燃料電池システムに供給されている場合について説明を続ける。なお、本実施形態において、都市ガスＧ１に含まれている酸素の濃度Ｃは、例えば１％以下である。また、空気混合都市ガスＧ２に含まれている酸素の濃度Ｃは、例えば４％である。さらに、空気混合ＬＰガスＧ３に含まれている酸素の濃度Ｃは、例えば、およそ７％である。これに対して、本実施形態においては、第一マップＭ１によって示されている第一相関関係は、燃料電池システムが設置される地域にて燃料電池システムに供給される改質用原料の種類と、改質用原料の種類毎の酸素の濃度Ｃとの関係である。具体的には、第一相関関係は、例えば、改質用原料が都市ガスＧ１である場合は酸素の濃度Ｃが２％以下であり、改質用原料が空気混合都市ガスＧ２である場合は酸素の濃度Ｃが３〜５％であり、改質用原料が空気混合ＬＰガスＧ３である場合は酸素の濃度Ｃが６〜８％である。
【００３７】
第二マップＭ２は、図５に示すように、改質部３３に供給される改質用原料の量（単位時間あたりの流量）に対する水蒸気の量（単位時間あたりの流量）の比率を示すスチームカーボン比（以下、Ｓ／Ｃ比とする。）と、改質用原料の種類との第二相関関係を示すものである。Ｓ／Ｃ比は、改質部３３に供給される改質用原料の流量に対する蒸発部３２に供給される改質水の流量の比率である（Ｓ／Ｃ比＝（改質水の流量）／（改質用原料の流量））。Ｓ／Ｃ比は、改質部３３における水蒸気改質において、改質用原料の流量に対する水蒸気の流量が不足することにより、改質用原料に含まれる炭素が析出するコーキングを抑制するように設定されている。具体的には、都市ガスＧ１および空気混合都市ガスＧ２のＳ／Ｃ比は、例えば、２．５〜３．０の間にて設定されている。空気混合ＬＰガスＧ３は、例えば、３．０〜３．５の間にて設定されている。第二マップＭ２によって示されている第二相関関係は、都市ガスＧ１および空気混合都市ガスＧ２のＳ／Ｃ比が例えば２．８であり、空気混合ＬＰガスＧ３が例えば３．３である。
【００３８】
第三マップＭ３は、図６に示すように、改質用原料の種類毎に、流量センサ１１ａ３によって検出される検出流量Ｑｋと改質用原料の実際の流量である実流量Ｑｒとの第三相関関係を複数示したものである。第三マップＭ３に示されている改質用原料の種類毎の第三相関関係は、予め実験等により実測されて導出されている。同じ検出流量Ｑｋにて改質用原料の種類毎の実流量Ｑｒを比較した場合、比重が大きい改質用原料ほど実流量Ｑｒが小さい。本実施形態においては、図６に示すように、都市ガスＧ１および空気混合都市ガスＧ２の比重より、空気混合ＬＰガスＧ３の比重の方が大きいため、同じ検出流量Ｑｋにて比較した場合、都市ガスＧ１および空気混合都市ガスＧ２の実流量Ｑｒより空気混合ＬＰガスＧ３の実流量Ｑｒの方が小さい。また、都市ガスＧ１の比重より、空気混合都市ガスＧ２の比重の方が大きいため、同じ検出流量Ｑｋにて比較した場合、都市ガスＧ１の実流量Ｑｒより空気混合都市ガスＧ２の実流量Ｑｒの方が小さい。なお、第三マップＭ３における実流量Ｑｒは、実験のために備えられた比較的精度の高い流量センサにより計測されている。
【００３９】
第四マップＭ４は、図７に示すように、改質用原料の種類毎に、燃料電池３４の発電電流Ｉと改質用原料の目標流量Ｑｔとの第四相関関係を複数示したものである。改質用原料の種類にかかわらず発電電流Ｉに応じて燃料電池３４に供給すべき改質ガス供給量（単位時間あたりの流量）が定められる。具体的には、発電電流Ｉが大きくなるにしたがって、燃料電池３４に必要な改質ガス供給量が大きくなる。ここで、改質用原料の種類（改質用原料の組成）の違いにより、単位量あたりの改質用原料から生成される改質ガスの量が異なる。よって、発電電流Ｉに応じた必要な改質ガス供給量を供給するために、燃料電池３４に供給する改質用原料の目標流量Ｑｔは、改質用原料の種類によって異なる。第四マップＭ４に示されている改質用原料の種類毎の第四相関関係は、予め実験等により実測されて導出されている。本実施形態においては、同じ発電電流Ｉにて比較した場合、空気混合ＬＰガスＧ３は、都市ガスＧ１および空気混合都市ガスＧ２よりも、目標流量Ｑｔが小さい。
【００４０】
推定部１５ｂは、燃料電池システムに供給されている改質用原料の種類の推定を行うものである。具体的には、推定部１５ｂは、第一マップＭ１に基づいて、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された酸素の濃度Ｃから改質用原料の種類を推定する。
【００４１】
運転条件算出部１５ｃは、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に応じて燃料電池システムの運転条件を算出するものである。運転条件算出部１５ｃは、スチームカーボン比算出部１５ｃ１、第一決定部１５ｃ２（特許請求の範囲の決定部に相当）および第二決定部１５ｃ３を備えている。
【００４２】
スチームカーボン比算出部１５ｃ１は、燃料電池システムの運転条件として、Ｓ／Ｃ比を算出する。具体的には、スチームカーボン比算出部１５ｃ１は、第二マップＭ２に基づいて、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類からＳ／Ｃ比を算出する。
【００４３】
第一決定部１５ｃ２は、燃料電池システムの運転条件として、第三相関関係を決定するものである。具体的には、第一決定部１５ｃ２は、第三マップＭ３に示す複数の第三相関関係のうち、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に対応する第三相関関係を決定する。
【００４４】
第二決定部１５ｃ３は、燃料電池システムの運転条件として、第四相関関係を決定するものである。具体的には、第二決定部１５ｃ３は、第四マップＭ４に示す複数の第四相関関係のうち、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に対応する第四相関関係を決定する。
【００４５】
実流量算出部１５ｄは、第一決定部１５ｃ２によって決定された第三相関関係に基づいて、流量センサ１１ａ３によって検出された検出流量Ｑｋから実流量Ｑｒを算出するものである。
目標流量算出部１５ｅは、第二決定部１５ｃ３によって決定された第四相関関係に基づいて、燃料電池３４の発電電流Ｉに対応する改質用原料の目標流量Ｑｔを算出するものである。
【００４６】
フィードバック制御部１５ｆは、実流量算出部１５ｄによって算出された実流量Ｑｒが目標流量算出部１５ｅによって算出された改質用原料の目標流量Ｑｔとなるように、原料ポンプ１１ａ５を制御するものである。フィードバック制御部１５ｆは、実流量算出部１５ｄによって算出された実流量Ｑｒと、目標流量算出部１５ｅによって算出された改質用原料の目標流量Ｑｔとの偏差（＝目標流量Ｑｔ−実流量Ｑｒ）に基づいて、原料ポンプ１１ａ５に対するフィードバック量（原料ポンプ１１ａ５の操作量（回転数））を制御指令値として算出して、制御指令値を原料ポンプ１１ａ５に出力する。原料ポンプ１１ａ５がＰＷＭ制御されているため、フィードバック量はＰＷＭ制御のデューティ比で算出される。
【００４７】
改質水流量算出部１５ｇは、実流量算出部１５ｄによって算出された実流量Ｑｒおよびスチームカーボン比算出部１５ｃ１によって算出されたＳ／Ｃ比から、蒸発部３２に供給される改質水の流量を算出するものである。具体的には、改質水の流量は、実流量ＱｒとＳ／Ｃ比とを乗じることにより算出される（改質水の流量＝（実流量Ｑｒ）×（Ｓ／Ｃ比））。
【００４８】
次に、上述した燃料電池システムおいて、燃料電池システムに供給される改質用原料の種類の推定制御について、図８に示すフローチャートに沿って説明する。制御装置１５は、スタートスイッチ（図示なし）が押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、図８に示すプログラムを起動する。
【００４９】
制御装置１５は、改質用原料の目標流量Ｑｔを所定目標流量Ｑｔ１に設定して改質用原料の供給を開始する（ステップＳ１０２）。改質用原料が酸素処理装置１１ａ６に供給されることにより、酸素処理触媒によって上述した酸化反応が生じると、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈが上昇する。そして、制御装置１５は、改質用原料が供給された時点から所定時間Ｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。所定時間Ｔは、改質用原料の供給が開始された時点から、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈが安定するまでの時間である。所定時間Ｔは、予め実験等により実測されて導出されている。制御装置１５は、所定時間Ｔが経過していない場合、ステップＳ１０４の判定を繰り返し実行する。制御装置１５は、所定時間Ｔが経過した場合、プログラムをステップＳ１０６に進める。
【００５０】
制御装置１５は、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃを取得する（ステップＳ１０６）。そして、制御装置１５は、燃料電池システムに供給されている改質用原料の種類の推定を行う（ステップＳ１０８；推定部１５ｂ）。具体的には、制御装置１５は、第一マップＭ１に基づいて、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された改質用原料の濃度Ｃから改質用原料の種類を推定する。
【００５１】
制御装置１５は、推定部１５ｂにて推定された改質用原料の種類に対応する燃料電池システムの運転条件を算出する。はじめに、制御装置１５は、第二マップＭ２に基づいて、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類からＳ／Ｃ比を算出する（ステップＳ１１０；スチームカーボン比算出部１５ｃ１）。
【００５２】
また、制御装置１５は、第三マップＭ３に示す複数の第三相関関係のうち、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に対応する第三相関関係を決定する（ステップＳ１１２；第一決定部１５ｃ２）。例えば、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類が都市ガスＧ１である場合、制御装置１５は、都市ガスＧ１に対応する第三相関関係を決定する。
【００５３】
さらに、制御装置１５は、第四マップＭ４に示す複数の第四相関関係のうち、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に対応する第四相関関係を決定する（ステップＳ１１４；第二決定部１５ｃ３）。例えば、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類が都市ガスＧ１である場合、制御装置１５は、都市ガスＧ１に対応する第四相関関係を決定する。
【００５４】
次に、燃料電池システムの起動運転において、上述したフローチャートが実行される場合について説明する。また、燃料電池システムに都市ガスＧ１が供給されている場合について説明する。制御装置１５は、スタートスイッチ（図示なし）が押されて運転が開始される場合または計画運転にしたがって運転が開始される場合、燃料電池システムの起動運転を開始する。
【００５５】
制御装置１５は、起動運転を開始したとき、触媒ヒータ１１ａ６ａに通電する。触媒ヒータ１１ａ６ａが通電されることにより、酸素処理触媒の温度が上昇する。
制御装置１５は、所定目標流量Ｑｔ１にて改質用原料の供給を開始し、所定時間Ｔ経過後、酸素濃度検出装置１１ａ７によって改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃ（およそ１％）を取得する（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。制御装置１５は、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された酸素の濃度Ｃから改質用原料の種類が都市ガスＧ１であると推定する（ステップＳ１０８）。また、制御装置１５は、都市ガスＧ１に対応するＳ／Ｃ比、第三相関関係および第四相関関係を算出または決定する（ステップＳ１１０〜Ｓ１１４）。制御装置１５は、実流量算出部１５ｄによって、都市ガスＧ１に対応する第三相関関係に基づいて、検出流量Ｑｋから実流量Ｑｒを算出する。制御装置１５は、フィードバック制御部１５ｆによって、実流量Ｑｒが所定目標流量Ｑｔ１となるように原料ポンプ１１ａ５を制御する。
【００５６】
また、制御装置１５は、改質用原料の供給を開始（ステップＳ１０２）した後、着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２を着火して、燃焼部３６にて燃料電池３４から導出されるガスを燃焼する。さらに、制御装置１５は、改質水ポンプ１１ｂ１を制御して、改質水を蒸発部３２に供給する。このとき、制御装置１５は、改質水流量算出部１５ｇによって、改質水の流量を、実流量算出部１５ｄによって算出された実流量Ｑｒと都市ガスＧ１に対応するＳ／Ｃ比とを乗じることによって算出する（改質水の流量＝（実流量Ｑｒ）×（Ｓ／Ｃ比））。これにより、改質水は、都市ガスＧ１に対応した流量にて蒸発部３２に供給される。なお、改質水ポンプ１１ｂ１がＰＷＭ制御されているため、改質水ポンプ１１ｂ１への制御指令値は、ＰＷＭ制御のデューティ比で算出される。
【００５７】
また、燃焼部３６により加熱された改質部３３の温度が所定温度（およそ３５０℃）となった場合、リサイクルガスの温度がおよそ所定温度となっている。リサイクルガスの温度が所定温度である場合、酸素処理装置１１ａ６内におけるリサイクルガスに含まれる水素と酸素との酸化反応により、改質用原料に含まれる酸素が除去される。さらに、制御装置１５は、燃料電池３４の温度が所定作動温度（およそ６００℃）となった場合、起動運転を停止し、発電運転を開始する。
【００５８】
制御装置１５は、燃料電池システムの発電運転中において、燃料電池３４の発電電力を外部電力負荷１６ｃの消費電力となるように制御する（負荷追従制御）。具体的には、外部電力負荷１６ｃの消費電力によって、燃料電池３４の発電電力ひいては発電電流Ｉが決定される。制御装置１５の目標流量算出部１５ｅは、第四マップＭ４に基づいて、決定された燃料電池３４の発電電流Ｉから都市ガスＧ１の目標流量Ｑｔを算出する。そして、制御装置１５は、フィードバック制御部１５ｆによって、実流量Ｑｒが目標流量算出部１５ｅによって算出された都市ガスＧ１の目標流量Ｑｔとなるように、原料ポンプ１１ａ５を制御する。また、制御装置１５は、実流量Ｑｒおよび都市ガスＧ１に対応するＳ／Ｃ比から改質水流量算出部１５ｇによって算出された改質水の流量にて、改質水ポンプ１１ｂ１を制御する。
【００５９】
一方、改質用原料が空気混合都市ガスＧ２である場合、推定部１５ｂによって、改質用原料が空気混合都市ガスＧ２であると推定される（ステップＳ１０８）。そして、制御装置１５は、空気混合都市ガスＧ２に応じた燃料電池システムの運転条件を算出し（ステップＳ１１０〜Ｓ１１４）、上述した改質用原料が都市ガスＧ１である場合と同様に、燃料電池システムの運転を制御する。
【００６０】
また、改質用原料が空気混合ＬＰガスＧ３である場合、推定部１５ｂによって、改質用原料が酸素混合ＬＰガスＧ３であると推定される（ステップＳ１０８）。そして、制御装置１５は、空気混合ＬＰガスＧ３に応じた燃料電池システムの運転条件を算出し（ステップＳ１１０〜Ｓ１１４）、上述した改質用原料が都市ガスＧ１である場合と同様に、燃料電池システムの運転を制御する。
【００６１】
本実施形態によれば、燃料電池システムは、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、供給源Ｇｓから改質用原料が供給され、改質用原料に含まれる酸素を酸素処理触媒により除去する酸素処理装置１１ａ６と、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃを検出する酸素濃度検出装置１１ａ７と、酸素処理装置１１ａ６により酸素が除去された改質用原料が供給され、改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫触媒によって除去する脱硫装置１１ａ８と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、脱硫装置１１ａ８から供給される硫黄成分が除去された改質用原料と、蒸発部３２から供給される水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、燃料電池３４の制御を少なくとも行う制御装置１５と、を備える燃料電池システムであって、制御装置１５は、改質用原料に含まれる酸素の濃度Ｃと改質用原料の種類との第一相関関係を示した第一マップＭ１を記憶する記憶部１５ａと、第一マップＭ１に基づいて、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された酸素の濃度Ｃから改質用原料の種類を推定する推定部１５ｂ（ステップＳ１０８）と、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に応じて燃料電池システムの運転条件を算出する運転条件算出部１５ｃと、を備えている。
これによれば、燃料電池システムは、酸素処理装置１１ａ６によって、改質用原料に含まれる酸素を酸素処理触媒により除去することができる。また、制御装置１５は、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された酸素の濃度Ｃから、供給された燃料の種類を推定部１５ｂによって推定することができる。さらに、制御装置１５は、推定された改質用原料の種類から燃料電池システムの運転条件を運転条件算出部１５ｃによって算出することができる。よって、改質用原料に含まれる酸素による脱硫触媒および改質触媒の酸化劣化を抑制するとともに、改質用原料の種類が異なる場合においても、制御装置１５が燃料電池システムを適切に運転することができる。
【００６２】
また、酸素濃度検出装置１１ａ７は、酸素処理装置１１ａ６に配設され、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈを検出する温度センサである。
これによれば、酸素濃度検出装置１１ａ７は、温度センサから構成されているため、酸素濃度検出装置１１ａ７を比較的低コストかつ簡便に構成することができる。
【００６３】
また、記憶部１５ａは、改質部３３に供給される改質用原料の量に対する水蒸気の量の比率を示すＳ／Ｃ比と、改質用原料の種類との第二相関関係を示す第二マップＭ２をさらに記憶し、運転条件算出部１５ｃは、第二マップＭ２に基づいて、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類からＳ／Ｃ比を算出するスチームカーボン比算出部１５ｃ１（ステップＳ１１０）を備えている。
これによれば、制御装置１５は、スチームカーボン比算出部１５ｃ１によって、改質用原料の種類に応じてＳ／Ｃ比を算出するため、改質部３３に供給される改質用原料の流量に対して、水蒸気の流量を改質用原料の種類に応じた適切な流量に調整することができる。よって、コーキングの発生を抑制することができる。
【００６４】
また、燃料電池システムは、改質用原料の流量を検出する流量センサ１１ａ３をさらに備え、記憶部１５ａは、改質用原料の種類毎に、流量センサ１１ａ３によって検出される検出流量Ｑｋと改質用原料の実際の流量である実流量Ｑｒとの複数の第三相関関係を示した第三マップＭ３をさらに記憶し、運転条件算出部１５ｃは、第三マップＭ３に示す複数の第三相関関係のうち、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類に対応する第三相関関係を決定する第一決定部１５ｃ２（ステップＳ１１２）をさらに備え、制御装置１５は、第一決定部１５ｃ２によって決定された第三相関関係に基づいて、流量センサ１１ａ３によって検出された検出流量Ｑｋから実流量Ｑｒを算出する実流量算出部１５ｄと、を備えている。
これによれば、制御装置１５は、実流量算出部１５ｄによって検出流量Ｑｋから改質用原料の種類に応じた実流量Ｑｒを算出するため、改質用原料の種類に応じて改質用原料の流量を適切に制御することができる。よって、制御装置１５は、燃料電池３４に供給される改質ガスの流量を適切に制御することができるため、燃料電池３４の発電量を適切に制御することができる。
【００６５】
また、燃料電池システムは、改質部３３から燃料電池３４に改質ガスを供給する改質ガス供給管３８と、供給源Ｇｓから酸素処理装置１１ａ６に改質用原料を供給する改質用原料供給管１１ａとを接続し、改質ガスの一部をリサイクルガスとして酸素処理装置１１ａ６に供給するリサイクルガス管３９をさらに備え、脱硫装置１１ａ８は、改質用原料に含まれる硫黄成分を、リサイクルガスに含まれる水素を使用することにより除去する。
脱硫触媒に水素を利用して脱硫を行う超高次脱硫剤を使用する場合、超高次脱硫剤の活性温度がおよそ２５０℃であるため、脱硫装置１１ａ８に改質用原料に含まれる酸素が流入したとき、この酸素が燃焼して超高次硫剤が酸化される。これに対し、本実施形態においては、酸素処理装置１１ａ６によって、改質用原料に含まれる酸素が除去されるため、脱硫装置１１ａ８への酸素の流入が抑制される。よって、超高次脱硫剤の酸化を抑制することができる。
また、脱硫触媒に超高次脱硫剤を使用する場合、超高次脱硫剤がリサイクルガスの水素を利用する。この場合、脱硫装置１１ａ８内の温度がおよそ２５０℃であるため、脱硫装置１１ａ８に改質用原料に含まれる酸素が流入したとき、この水素と酸素との燃焼反応が発生して、リサイクルガスの水素が消費される。これにより、超高次脱硫剤がリサイクルガスの水素を利用できなくなるため、脱硫装置１１ａ８の脱硫性能が低下する。これに対し、本実施形態においては、酸素処理装置１１ａ６によって、改質用原料に含まれる酸素が除去されるため、脱硫装置１１ａ８への酸素の流入が抑制される。よって、脱硫装置１１ａ８の脱硫性能の低下を抑制することができる。
【００６６】
また、上述した実施形態において、制御装置１５の運転条件算出部１５ｃは、燃料電池システムの運転条件として、Ｓ／Ｃ比等を算出しているが、これらに加えて、改質用原料の種類に対応する燃料電池モジュール３０の各部（燃料電池３４、改質部３３など）の温度や、蒸発部３２に供給される改質水の温度を算出するようにしても良い。この場合、改質用原料の種類と、燃料電池モジュール３０の各部の温度や蒸発部３２に供給される改質水の温度とのそれぞれの相関関係を示す複数のマップを記憶部１５ａに記憶させると良い。制御装置１５は、運転条件算出部１５ｃによって、これら複数のマップに基づいて、推定部１５ｂによって推定された改質用原料の種類から、燃料電池モジュール３０の各部の温度や蒸発部３２に供給される改質水の温度をそれぞれ算出する。これによれば、制御装置１５は、改質用原料の種類が異なる場合においても、燃料電池システムをより適切に運転することができる。
【００６７】
また、上述した実施形態において、制御装置１５は、燃料電池システムの起動運転中に図８に示すフローチャートを実行しているが、これに代えて、燃料電池システムの発電運転中に定期的（例えば２４時間毎）に図８に示すフローチャートを実行しても良い。
【００６８】
また、上述した実施形態において、脱硫装置１１ａ８内には、脱硫触媒として水添脱硫剤および超高次脱硫剤が収容されているが、これに代えて、脱硫触媒として、改質用原料に含まれる硫黄成分を、水素を利用せずに除去する常温脱硫剤を収容するようにしても良い。常温脱硫剤は、例えば、ゼオライトである。改質用原料に含まれる硫黄成分は、ゼオライトに吸着することにより、除去される。常温脱硫剤を使用する場合、リサイクル配管３９や圧力調整装置１１ａ４を省略することができる。
【００６９】
また、上述した実施形態において、燃料電池システムは、図９に示すように、リサイクルガス管３９に、リサイクルガスの流量を、制御装置１５の指令によって調整可能な流量調整弁３９ｂをさらに備えるようにしても良い。流量調整弁３９ｂは、例えばニードルバルブである。
酸素処理装置１１ａ６において、リサイクルガスに含まれる水素と、改質用原料に含まれる酸素との反応が生じるため、リサイクルガスに含まれる水素が脱硫装置１１ａ８に供給される前に消費される。これによって、脱硫に必要な水素が不足する場合、脱硫装置１１ａ８の脱硫性能が低下する。これに対し、本変形例においては、リサイクルガス管３９に、リサイクルガスの流量を調整可能な流量調整弁３９ｂを備えている。よって、制御装置１５は、酸素濃度検出装置１１ａ７によって検出された酸素の濃度Ｃに基づいて、流量調整弁３９ｂによってリサイクルガスの流量を調整して、脱硫装置１１ａ８において脱硫に必要な水素の量を確保することができる。したがって、脱硫装置１１ａ８において、水素の不足によって生じる脱硫性能の低下を抑制することができる。
【００７０】
また、上述した実施形態において、燃料電池システムは、酸素処理装置１１ａ６の触媒ヒータ１１ａ６ａを省略するようにしても良い。この場合、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈが、改質用原料に含まれる炭化水素と酸素との酸化反応が生じる温度（プロパンの場合、およそ２００℃）まで到達する部位（例えば、ケーシング３１内）に、酸素処理装置１１ａ６を配設するようにすると良い。
さらに、燃料電池システムが、酸素処理装置１１ａ６のヒータを省略する場合、酸素処理装置１１ａ６内の温度Ｔｈが、水素と酸素との酸化反応が生じる温度（およそ１００℃）まで到達する部位（例えば、ケーシング３１外面）に、酸素処理装置１１ａ６を配設しても良い。この場合、酸素処理装置１１ａ６にて、リサイクルガスに含まれる水素と酸素との酸化反応によって酸素処理触媒の温度を上昇させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１１（３０）…燃料電池モジュール、１１ａ…改質用原料供給管、１１ａ３…流量センサ（流量検出装置）、１１ａ５…原料ポンプ、１１ａ６…酸素処理装置、１１ａ６ａ…触媒ヒータ、１１ａ７…酸素濃度検出装置、１１ａ８…脱硫装置、１１ｂ…水供給管、１１ｂ１…改質水ポンプ、１５…制御装置、１５ａ…記憶部、１５ｂ…推定部、１５ｃ…運転条件算出部、１５ｃ１…スチームカーボン比算出部、１５ｃ２…第一決定部（決定部）、１５ｃ２…第二決定部、１５ｄ…実流量算出部、１５ｅ…目標流量算出部、１５ｆ…フィードバック制御部、１５ｇ…改質水流量算出部、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池、３６…燃焼部、３８…改質ガス供給管、３９…リサイクルガス管（リサイクルガス燃料管）、Ｃ…酸素の濃度、Ｍ１…第一マップ、Ｍ２…第二マップ、Ｍ３…第三マップ、Ｍ４…第四マップ、Ｑｋ…検出流量、Ｑｒ…実流量、Ｑｔ…目標流量、Ｔｈ…酸素処理装置内の温度。
【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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【図９】
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