(57)【要約】【課題】燃料電池と燃焼器とを同時に運転しても、燃料電池の発電安定性を確保しつつ、燃焼器で必要な発熱量を発熱できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１０と、触媒ヒータ２０と、コンプレッサ４１と、コンプレッサ４１から供給された空気を燃料電池１０および触媒ヒータ２０に分配して供給するエア供給路４３と、燃料電池１０および触媒ヒータ２０で利用された空気をまとめて排出するエア排出路４４と、を備える。燃料電池システムは、燃料電池１０および触媒ヒータ２０が共に運転されている場合に、エア供給路４３の分岐点から燃料電池１０を通りエア排出路４４の合流点までの第１の圧力損失と、エア供給路４３の分岐点から触媒ヒータ２０を通りエア排出路４４の合流点までの第２の圧力損失とが等しくなるように、バタフライバルブ４３３を調整する制御装置５０を備える。【選択図】図３
2007273160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素および空気の反応により発電を行う燃料電池と、
燃料および空気の反応により燃焼する燃焼器と、
空気を供給する空気供給手段と、
前記空気供給手段から供給された空気を前記燃料電池および前記燃焼器に分配して供給する供給路と、
前記燃料電池および前記燃焼器で利用された空気をまとめて排出する排出路と、を備え、
前記供給路は、前記空気供給手段から前記燃料電池に至る第１の供給路と、この第１の供給路から分岐して前記燃焼器に至る第２の供給路と、を有し、
前記排出路は、前記燃料電池から延びる第１の排出路と、前記燃焼器から延びてこの第１の排出路に合流する第２の排出路と、を有し、
前記供給路の分岐点から前記燃料電池を通り前記排出路の合流点までの第１の圧力損失および前記供給路の分岐点から前記燃焼器を通り前記排出路の合流点までの第２の圧力損失のうち少なくとも一方を調整する圧力調整手段と、
前記燃料電池および前記燃焼器が共に運転されている場合に、前記第１の圧力損失と前記第２の圧力損失とが等しくなるように前記圧力調整手段を調整する圧力制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１の圧力損失は、前記燃料電池に当該燃料電池が要求する空気量を供給した場合の圧力損失であり、
前記第２の圧力損失は、前記燃焼器に当該燃焼器が要求する空気量および燃料を供給した場合の圧力損失であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２の供給路に燃料を導入する燃料導入手段をさらに備え、
前記圧力調整手段は、前記第２の供給路の前記燃料導入手段よりも上流側に設けられ、当該第２の供給路を遮断可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
水素および空気の反応により発電を行う燃料電池と、燃料および空気の反応により燃焼する燃焼器と、空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段から供給された空気を前記燃料電池および前記燃焼器に分配して供給する供給路と、前記燃料電池および前記燃焼器で利用された空気をまとめて排出する排出路と、を備え、前記供給路は、前記空気供給手段から前記燃料電池に至る第１の供給路と、この第１の供給路から分岐して前記燃焼器に至る第２の供給路と、を有し、前記排出路は、前記燃料電池から延びる第１の排出路と、前記燃焼器から延びてこの第１の排出路に合流する第２の排出路と、を有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池および前記燃焼器が共に運転されている場合に、前記供給路の分岐点から前記燃料電池を通り前記排出路の合流点までの第１の圧力損失と、前記供給路の分岐点から前記燃焼器を通り前記排出路の合流点までの第２の圧力損失と、が等しくなるように調整することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。
【０００３】
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
【０００４】
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含むエアを供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。
【０００５】
ところで、燃料電池を暖機するため、燃焼器を有する燃料電池システムがある（特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、供給装置から燃料電池にエアおよび水素ガスが供給され、この燃料電池からのオフガスが燃焼器に供給される。
この燃料電池システムによれば、燃料電池のオフガスを利用して燃焼器を運転するため、エネルギ効率を向上できる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１で示された構成では、燃焼器に供給されるオフガスは、供給装置から供給されるエアや水素ガスに比べて、水素や酸素の濃度が低下している。そのため、燃焼器で十分に発熱できず、燃料電池を確実に暖機できない場合がある。
そこで、燃料電池と燃焼器とを並列に配置して、それぞれに、直接、供給装置からエアや水素ガスを供給する構成が提案されている。具体的には、供給装置から燃料電池に延びる配管を分岐して燃焼器に接続することで、燃料電池に供給されるエアや水素ガスの一部を燃焼器に分配する構成である。
この提案によれば、燃焼器に新鮮なエアや水素ガスを供給できるため、燃焼器の発熱量を増大させて、燃料電池を確実に暖機できる。
【特許文献１】特開２００４−９５２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような燃料電池と燃焼器とを並列に配置する提案では、燃料電池側の経路の圧力損失と燃焼器側の経路の圧力損失に差が生じると、この圧力損失の差によって燃焼器に分配されるエア量が変化する。そのため、エアを適切に分配することが困難になり、その結果、燃料電池の発電安定性が損なわれたり、必要な発熱量を燃焼器で発熱できなくなったりするおそれがあった。
【０００８】
本発明は、燃料電池と燃焼器とを同時に運転しても、燃料電池の発電安定性を確保しつつ、燃焼器で必要な発熱量を発熱できる燃料電池システムおよびその制御方法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】
【０００９】
（１）  水素および空気の反応により発電を行う燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１０）と、燃料および空気の反応により燃焼する燃焼器（例えば、実施の形態における触媒ヒータ２０）と、空気を供給する空気供給手段（例えば、実施の形態におけるコンプレッサ４１）と、前記空気供給手段から供給された空気を前記燃料電池および前記燃焼器に分配して供給する供給路（例えば、実施の形態におけるエア供給路４３）と、前記燃料電池および前記燃焼器で利用された空気をまとめて排出する排出路（例えば、実施の形態におけるエア排出路４４）と、を備え、前記供給路は、前記空気供給手段から前記燃料電池に至る第１の供給路（例えば、実施の形態における第１の供給路４３１）と、この第１の供給路から分岐して前記燃焼器に至る第２の供給路（例えば、実施の形態における第２の供給路４３２）と、を有し、前記排出路は、前記燃料電池から延びる第１の排出路（例えば、実施の形態における第１の排出路４４１）と、前記燃焼器から延びてこの第１の排出路に合流する第２の排出路（例えば、実施の形態における第２の排出路４４２）と、を有し、前記供給路の分岐点から前記燃料電池を通り前記排出路の合流点までの第１の圧力損失および前記供給路の分岐点から前記燃焼器を通り前記排出路の合流点までの第２の圧力損失のうち少なくとも一方を調整する圧力調整手段（例えば、実施の形態におけるバタフライバルブ４３３）と、前記燃料電池および前記燃焼器が共に運転されている場合に、前記第１の圧力損失と前記第２の圧力損失とが等しくなるように、前記圧力調整手段を調整する圧力制御手段（例えば、実施の形態における制御装置５０）と、を備えることを特徴とする燃料電池システム（例えば、実施の形態における燃料電池システム１）。
【００１０】
（１）の発明によれば、燃料電池システムに、圧力調整手段および圧力制御手段を設けた。これにより、供給路の分岐点から燃料電池を通り排出路の合流点までの第１の圧力損失と、供給路の分岐点から燃焼器を通り前記排出路の合流点までの第２の圧力損失とを等しくできるから、燃料電池および燃焼器を同時に運転しても、空気供給手段から供給される空気を燃料電池および燃焼器に適正に分配でき、燃料電池の発電安定性を確保しつつ、燃焼器で必要な発熱量を発熱できる。
【００１１】
（２）  前記第１の圧力損失は、前記燃料電池に当該燃料電池が要求する空気量を供給した場合の圧力損失であり、前記第２の圧力損失は、前記燃焼器に当該燃焼器が要求する空気量および燃料を供給した場合の圧力損失であることを特徴とする（１）に記載の燃料電池システム。
【００１２】
（２）の発明によれば、第１の圧力損失を、燃料電池にこの燃料電池が要求する空気量を供給した場合の圧力損失とし、第２の圧力損失を、燃焼器にこの燃焼器が要求する空気量および燃料を供給した場合の圧力損失とした。よって、燃料電池および燃焼器に過不足なく空気を供給できる。
【００１３】
（３）  前記第２の供給路に燃料を導入する燃料導入手段（例えば、実施の形態におけるインジェクタ４５３）をさらに備え、前記圧力調整手段は、前記第２の供給路の前記燃料導入手段よりも上流側に設けられ、当該第２の供給路を遮断可能であることを特徴とする（１）または（２）に記載の燃料電池システム。
【００１４】
（３）の発明によれば、圧力調整手段を、第２の供給路を遮断可能な構成とし、燃料導入手段よりも上流側に設けたので、燃焼器の運転が必要ない場合には、燃焼器の運転を停止することができる。よって、燃料の消費を削減できるうえに、空気供給手段の消費エネルギを削減できる。
【００１５】
（４）  水素および空気の反応により発電を行う燃料電池と、燃料および空気の反応により燃焼する燃焼器と、空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段から供給された空気を前記燃料電池および前記燃焼器に分配して供給する供給路と、前記燃料電池および前記燃焼器で利用された空気をまとめて排出する排出路と、を備え、前記供給路は、前記空気供給手段から前記燃料電池に至る第１の供給路と、この第１の供給路から分岐して前記燃焼器に至る第２の供給路と、を有し、前記排出路は、前記燃料電池から延びる第１の排出路と、前記燃焼器から延びてこの第１の排出路に合流する第２の排出路と、を有する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池および前記燃焼器が共に運転されている場合に、前記供給路の分岐点から前記燃料電池を通り前記排出路の合流点までの第１の圧力損失と、前記供給路の分岐点から前記燃焼器を通り前記排出路の合流点までの第２の圧力損失と、が等しくなるように調整することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【００１６】
（４）の発明によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、供給路の分岐点から燃料電池を通り排出路の合流点までの第１の圧力損失と、供給路の分岐点から燃焼器を通り前記排出路の合流点までの第２の圧力損失とを等しくできるから、燃料電池および燃焼器を同時に運転しても、空気供給手段から供給される空気を燃料電池および燃焼器に適正に分配でき、燃料電池の発電安定性を確保しつつ、燃焼器で必要な発熱量を発熱できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０を暖機する燃焼器としての触媒ヒータ２０と、燃料電池１０を冷却する冷却システム３０と、燃料電池１０および触媒ヒータ２０に水素ガスやエアを供給する供給装置４０と、これらを制御する制御装置５０とを有する。
【００１９】
燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。
【００２０】
燃料電池１０、触媒ヒータ２０、および冷却システム３０の間では、冷媒が循環している。触媒ヒータ２０は、燃料としての水素ガスおよびエアの燃焼反応により発熱し、熱交換により冷媒に熱を与えることで、燃料電池１０を暖機する。これに対し、冷却システム３０は、冷媒と熱交換を行って冷媒から熱を奪うことで、燃料電池１０を冷却する。
【００２１】
供給装置４０は、空気供給手段としてのコンプレッサ４１と、水素ガスを供給する水素タンク４２と、排ガス処理装置４６と、を含んで構成される。
【００２２】
コンプレッサ４１は、エアを供給するものであり、供給路としてのエア供給路４３を介して、燃料電池１０のカソード電極側および触媒ヒータ２０に接続されている。すなわち、このエア供給路４３は、コンプレッサ４１から供給されたエアを燃料電池１０および触媒ヒータ２０に分配して供給する。
このエア供給路４３は、コンプレッサ４１から燃料電池１０に至る第１の供給路４３１と、この第１の供給路４３１から分岐して触媒ヒータ２０に至る第２の供給路４３２と、を有する。
【００２３】
第２の供給路４３２は、触媒ヒータ２０近傍において、後述のインジェクタ４５３から水素ガスが噴射される。この噴射された水素ガスは、第２の供給路４３２を流れるエアとミキサで混合されて、触媒ヒータ２０に供給される。
第２の供給路４３２のインジェクタ４５３よりも上流側には、圧力調整手段としてのバタフライバルブ４３３が設けられる。
【００２４】
燃料電池１０のカソード電極側および触媒ヒータ２０には、排出路としてのエア排出路４４が接続され、排ガス処理装置４６は、このエア排出路４４の先端側に設けられる。すなわち、このエア排出路４４は、燃料電池１０および触媒ヒータ２０で利用されたエアをまとめて排出する。
このエア排出路４４は、燃料電池１０から延びる第１の排出路４４１と、触媒ヒータ２０から延びてこの第１の排出路４４１に合流する第２の排出路４４２と、を有する。
【００２５】
第１の排出路４４１の合流部と燃料電池１０との間には、圧力制御弁４４３が設けられる。
【００２６】
排ガス処理装置４６は、燃料電池１０から排出されるエアおよび水素ガスを処理する。具体的には、エア排出路４４を通して排出されるエアで後述の水素排出路を通して排出される水素ガスを希釈する希釈器や、この混合ガスの騒音を低減するサイレンサーなどを含んで構成される。
【００２７】
水素タンク４２は、水素ガスを供給するものであり、水素供給路４５を介して、燃料電池１０のアノード電極側および触媒ヒータ２０に接続されている。
この水素供給路４５は、水素タンク４２から燃料電池１０に至る第１の水素供給路４５１と、この第１の水素供給路４５１から分岐して触媒ヒータ２０に至る第２の水素供給路４５２と、を有する。
第２の水素供給路４５２のうち触媒ヒータ２０近傍には、燃料導入手段としてのインジェクタ４５３が設けられている。インジェクタ４５３は、上述の第２の供給路４３２に水素ガスを噴射するものである。
【００２８】
また、燃料電池１０のアノード電極側には、図示しない水素排出路が接続される。この水素排出路は、上述の排ガス処理装置４６に接続される。
【００２９】
上述のバタフライバルブ４３３およびコンプレッサ４１は、制御装置５０により制御される。なお、圧力制御弁４４３、インジェクタ４５３、排ガス処理装置４６、触媒ヒータ２０、冷却システム３０なども、制御装置５０により制御される。
【００３０】
燃料電池１０で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、水素タンク４２から、水素供給路４５を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、コンプレッサ４１を駆動させることにより、エア供給路４３を介して、燃料電池１０のカソード側にエアを供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路およびエア排出路４４に流入する。これらの水素ガスおよびエアは、排ガス処理装置４６で処理されて、排出される。
【００３１】
図２は、制御装置５０のブロック図である。図３は、エア供給路４３およびエア排出路４４の概略構成を示す図である。
制御装置５０は、燃料電池１０および触媒ヒータ２０が共に運転されている場合に、エア供給路４３の分岐点から燃料電池１０を通りエア排出路４４の合流点までの第１の圧力損失としての圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌと、エア供給路４３の分岐点から触媒ヒータ２０を通りエア排出路４４の合流点までの第２の圧力損失としての圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌとが等しくなるように、バタフライバルブ４３３を調整する。
【００３２】
具体的には、制御装置５０は、燃料電池要求エア量算出手段６１、燃料電池側圧損算出手段６２、ヒータ要求エア量算出手段６３、バルブ圧損算出手段６４、バルブ開度算出手段６５、バルブ制御手段６６、およびコンプレッサ制御手段６７を備える。
【００３３】
バタフライバルブ４３３は、触媒ヒータ２０に供給されるエア流量に対する圧力損失を調整することで、エア供給路４３の分岐点から触媒ヒータ２０を通りエア排出路４４の合流点までの圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌを調整する。このバタフライバルブ４３３は、第２の供給路４３２を遮断することも可能である。
燃料電池要求エア量算出手段６１は、燃料電池１０の要求するエア量ＱＦＣを算出する。
【００３４】
燃料電池側圧損算出手段６２は、燃料電池１０の要求するエア量ＱＦＣに基づいて、以下の式（１）に従って、燃料電池１０側の圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌを算出する。
【００３５】
ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌ＝ΔＰＦ−１＋ΔＰＦＣ＋ΔＰＦ−２・・・・（１）
【００３６】
ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌは、燃料電池１０のエア流量がＱＦＣである場合における、第１の供給路４３１の分岐点から燃料電池１０を通りエア排出路４４の合流点までの圧力損失である。
ΔＰＦ−１は、燃料電池１０のエア流量がＱＦＣである場合における、第１の供給路４３１の分岐点から燃料電池１０の吸気口までの圧力損失である。
ΔＰＦＣは、燃料電池１０のエア流量がＱＦＣである場合における、燃料電池１０の圧力損失である。
ΔＰＦ−２は、燃料電池１０のエア流量がＱＦＣである場合における、第１の排出路４４１の燃料電池１０の排気口から合流点までの圧力損失である。
【００３７】
これらΔＰＦ−１、ΔＰＦＣ、およびΔＰＦ−２は、図４に基づいて算出される。
図４は、エア供給路４３およびエア排出路４４を構成する配管、燃料電池１０、および触媒ヒータ２０のエア流量と、圧力損失との関係を示す図である。
図４に示すように、エア供給路４３およびエア排出路４４を構成する配管、燃料電池１０、および触媒ヒータ２０のエア流量が増大するに従って、圧力損失も増大する。
【００３８】
図２および図３に戻って、ヒータ要求エア量算出手段６３は、触媒ヒータ２０の要求するエア量ＱＨＴＲを算出する。
【００３９】
バルブ圧損算出手段６４は、燃料電池１０側の圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌおよび触媒ヒータ２０の要求するエア量ＱＨＴＲに基づいて、触媒ヒータ２０側の圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌが、燃料電池１０側の圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌに等しくなるように、バタフライバルブ４３３の圧力損失ΔＰＶＬＶを算出する。
【００４０】
触媒ヒータ２０側の圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌは、以下の式（２）で表される。
【００４１】
ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌ＝ΔＰＨ−１＋ΔＰＶＬＶ＋ΔＰＨ−２＋ΔＰＨＴＲ＋ΔＰＨ−３・・・・（２）
【００４２】
ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌは、触媒ヒータ２０のエア流量がＱＨＴＲである場合における、エア供給路４３の分岐点から触媒ヒータ２０を通りエア排出路４４の合流点までの圧力損失である。
ΔＰＨ−１は、触媒ヒータ２０のエア流量がＱＨＴＲである場合における、第２の供給路４３２の分岐点からバタフライバルブ４３３の吸気口までの圧力損失である。
ΔＰＶＬＶは、触媒ヒータ２０のエア流量がＱＨＴＲである場合における、バタフライバルブ４３３の圧力損失である。
ΔＰＨ−２は、触媒ヒータ２０のエア流量がＱＨＴＲである場合における、第２の供給路４３２のバタフライバルブ４３３の排気口から触媒ヒータ２０の吸気口までの圧力損失である。
ΔＰＨＴＲは、触媒ヒータ２０のエア流量がＱＨＴＲである場合における、触媒ヒータ２０の圧力損失である。
ΔＰＨ−３は、触媒ヒータ２０のエア流量がＱＨＴＲである場合における、第２の排出路４４２の触媒ヒータ２０の排気口から合流点までの圧力損失である。
【００４３】
このうち、ΔＰＨ−１、ΔＰＨ−２、ΔＰＨＴＲ、およびΔＰＨ−３は、上述のΔＰＦ−１、ΔＰＦＣ、およびΔＰＦ−２と同様に、図４に基づいて算出される。
したがって、エア供給路４３およびエア排出路４４を構成する配管、燃料電池１０、および触媒ヒータ２０の圧力損失は、触媒ヒータ２０の要求するエア量ＱＨＴＲに対して一意的に決定される。
【００４４】
これに対し、バタフライバルブ４３３の圧力損失ΔＰＶＬＶは、触媒ヒータ２０の要求するエア量ＱＨＴＲに対して可変である。
よって、バタフライバルブ４３３の圧力損失ΔＰＶＬＶを、以下の式（３）に従って、算出する。
【００４５】
ΔＰＶＬＶ＝ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌ−（ΔＰＨ−１＋ΔＰＨ−２＋ΔＰＨＴＲ＋ΔＰＨ−３）・・・・（３）
【００４６】
バルブ開度算出手段６５は、バタフライバルブ４３３のエア量ＱＶＬＶおよび圧力損失ΔＰＶＬＶに基づいて、バタフライバルブ４３３の開度を算出する。
図５は、バタフライバルブ４３３のエア流量、圧力損失、および開度の関係を示す図である。
本実施形態では、バタフライバルブ４３３を第２の供給路４３２に設けたため、バタフライバルブ４３３のエア流量ＱＶＬＶは、触媒ヒータ２０の要求するエア量ＱＨＴＲにほぼ等しいものとする。
例えば、バタフライバルブ４３３の開度は、エア流量ＱＶＬＶに対して、圧力損失ΔＰ１の場合、開度Ａであり、圧力損失ΔＰ２の場合、開度Ｂであり、圧力損失ΔＰ３の場合、開度Ｃである。
【００４７】
バルブ制御手段６６は、バルブ開度算出手段６５で算出された開度になるように、バタフライバルブ４３３を制御する。
コンプレッサ制御手段６７は、コンプレッサ４１から供給するエア量ＱＴｏｔａｌを制御する。具体的には、ＱＴｏｔａｌは、燃料電池１０の要求するＱＦＣと触媒ヒータ２０の要求するＱＨＴＲの和である。
【００４８】
燃料電池１０および触媒ヒータ２０が共に運転されている場合における、燃料電池システム１の動作について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、燃料電池要求エア量算出手段６１により、燃料電池の要求するエア量ＱＦＣを算出し（ＳＴ１）、ヒータ要求エア量算出手段６３により、触媒ヒータ２０の要求するエア量ＱＨＴＲを算出する（ＳＴ２）。
【００４９】
続いて、燃料電池側圧損算出手段６２により、燃料電池１０側の圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌを算出する（ＳＴ３）。
次に、バルブ圧損算出手段６４により、触媒ヒータ２０側の圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌを算出し（ＳＴ４）、この触媒ヒータ２０側の圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌが燃料電池１０側の圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌに等しくなるように、バタフライバルブ４３３の圧力損失ΔＰＶＬＶを算出する（ＳＴ５）。
【００５０】
次に、バルブ開度算出手段６５により、バタフライバルブ４３３のエア量ＱＶＬＶを算出して（ＳＴ６）、バタフライバルブ４３３の開度を算出する（ＳＴ７）。そして、バルブ制御手段６６により、この算出された開度になるように、バタフライバルブ４３３を制御する（ＳＴ８）。
【００５１】
その後、コンプレッサ制御手段６７により、コンプレッサ４１を駆動して、エア量ＱＴｏｔａｌをエア供給路４３に供給する（ＳＴ９）。
【００５２】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）燃料電池システム１にバタフライバルブ４３３および制御装置５０を設けた。これにより、エア供給路４３の分岐点から燃料電池１０を通りエア排出路４４の合流点までの圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌと、エア供給路４３の分岐点から触媒ヒータ２０を通りエア排出路４４の合流点までの圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌとを等しくできるから、燃料電池１０および触媒ヒータ２０を同時に運転しても、コンプレッサ４１から供給されるエアを燃料電池１０および触媒ヒータ２０に適正に分配でき、燃料電池１０の発電安定性を確保しつつ、触媒ヒータ２０で必要な発熱量を発熱できる。
【００５３】
（２）圧力損失ΔＰＦＣ＿Ｔｏｔａｌを、燃料電池１０にこの燃料電池１０が要求するエア流量を供給した場合の圧力損失とし、圧力損失ΔＰＨＴＲ＿Ｔｏｔａｌを、触媒ヒータ２０にこの触媒ヒータ２０が要求するエア流量および水素ガスを供給した場合の圧力損失とした。よって、燃料電池１０および触媒ヒータ２０に過不足なく空気を供給できる。
【００５４】
（３）バタフライバルブ４３３を、第２の供給路４３２を遮断可能な構成とし、インジェクタ４５３よりも上流側に設けたので、触媒ヒータ２０の運転が必要ない場合には、触媒ヒータ２０の運転を停止することができる。よって、水素ガスの消費を削減できるうえに、コンプレッサ４１の消費エネルギを削減できる。
【００５５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５６】
例えば、より精度よく制御するために、必要に応じて、第１の排出路４４１の燃料電池１０の排気口から合流点までの圧力損失ΔＰＦ−２を算出する際、燃料電池の発電によるエア消費量を考慮してもよい。また、第２の排出路４４２の触媒ヒータ２０の排気口から合流点までの圧力損失ΔＰＨ−３を算出する際に、触媒ヒータの燃焼反応によるエア消費量を考慮してもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態では、バタフライバルブ４３３を第２の供給路４３２に設けたが、これに限らず、エア供給路４３の分岐点からエア排出路４４の合流点まで間であればどの位置に設けてもよい。すなわち、エアの触媒ヒータ２０側の経路のどの位置に設けてもよく、例えば、触媒ヒータ２０の下流側である第２の排出路４４２に設けてもよい。また、エアの燃料電池１０側の経路に設けてもよく、具体的には、第１の供給路４３１や第１の排出路４４１に設けてもよい。もちろん、バタフライバルブ４３３の代わりに、第１の排出路４４１に設けられた圧力制御弁４４３を用いてもよい。なお、これらの場合、バタフライバルブの設置位置に応じて、インジェクタ４５３による水素ガスの噴射量、燃料電池のエア消費量、触媒ヒータによるエア消費量を考慮してもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態では、バタフライバルブ４３３を用いたが、これに限らず、流量に対する圧力損失を調整できる装置であればよく、例えば、可変オリフィスでもよい。
また、上述した実施形態では、バタフライバルブを１箇所に設けたが、これに限らず、バタフライバルブを複数個所に設けてもよいし、加湿器などのその他のデバイスを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
【図２】前記実施形態に係る燃料電池システムを構成する制御装置のブロック図である。
【図３】前記実施形態に係る燃料電池システムの供給路および排出路の概略構成を示す図である。
【図４】前記実施形態に係る燃料電池システムを構成する配管、燃料電池、および燃焼器のエア流量と、圧力損失との関係を示す図である。
【図５】前記実施形態に係る燃料電池システムを構成する圧力調整手段のエア流量、圧力損失、および開度の関係を示す図である。
【図６】前記実施形態に係る燃料電池システムのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…触媒ヒータ（燃焼器）
４１…コンプレッサ（空気供給手段）
４３…エア供給路（供給路）
４４…エア排出路（排出路）
５０…制御装置（圧力制御手段）
４３１…第１の供給路
４３２…第２の供給路
４３３…バタフライバルブ（圧力調整手段）
４４１…第１の排出路
４４２…第２の排出路
４５３…インジェクタ（燃料導入手段）
【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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