JP6264121B2 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP6264121B2
JP6264121B2 JP2014057654A JP2014057654A JP6264121B2 JP 6264121 B2 JP6264121 B2 JP 6264121B2 JP 2014057654 A JP2014057654 A JP 2014057654A JP 2014057654 A JP2014057654 A JP 2014057654A JP 6264121 B2 JP6264121 B2 JP 6264121B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
raw material
unit
fuel cell
oxidant gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014057654A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015185213A (ja
Inventor
俊介 後藤
俊介 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Aisin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Aisin Corp filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2014057654A priority Critical patent/JP6264121B2/ja
Priority to EP15159189.8A priority patent/EP2922131B1/en
Publication of JP2015185213A publication Critical patent/JP2015185213A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6264121B2 publication Critical patent/JP6264121B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
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。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムは、着火ヒータ２６ａまたは燃焼触媒ヒータ２８ａを通電させているときに一酸化炭素濃度センサ４６ａから取得した第１出力値、および、着火ヒータ２６ａまたは燃焼触媒ヒータ２８ａを通電させる前に一酸化炭素濃度センサ４６ａから取得した第２出力値、または、通電されていた着火ヒータ２６ａまたは燃焼触媒ヒータ２８ａを非通電させた後に一酸化炭素濃度センサ４６ａから取得した第３出力値から、第１燃焼部２６、第２燃焼部２８、一酸化炭素濃度センサ４６ａ、および取り巻く周囲の状態のいずれかに異常があるか否かを判定する制御装置６０を備えている。これによれば、燃料電池システムにおいて、一酸化炭素濃度センサの出力値が所定値より高い場合に、その原因を特定（判別）し、ひいては適切な対応を実行することができる。
特開２０１３−２３５６９７号公報
上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、一酸化炭素センサを用いて燃料電池システムの故障の特定、具体的には燃焼性の異常の判断を行うことができる。一方で、燃料電池システム全体のコストダウンが要請されており、比較的高価である一酸化炭素センサの削除が要請されている。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、一酸化炭素センサを削除した場合であっても、燃焼部の燃焼性を担保することを目的とする。
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、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、燃料電池からの未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼ガスを導出する燃焼部と、改質用原料を供給する原料供給装置と、酸化剤ガスを燃焼部に供給する酸化剤ガス供給装置と、改質用原料の供給流量を検出する原料流量センサと、酸化剤ガスの供給流量を検出する酸化剤ガス流量センサと、酸化剤ガス供給装置および原料供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、燃焼部が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部と、吹き消え判定部によって燃焼部が吹き消えていると判定された時点における、酸化剤ガスの単位時間あたりの供給流量である酸化剤ガス流量、および改質用原料の単位時間あたりの供給流量である原料流量を取得する取得部と、取得部によって取得された酸化剤ガス流量および原料流量の少なくとも何れか一方を、原料流量センサおよび酸化剤ガス流量センサの少なくとも何れか一方の公差に基づいて補正する補正部と、酸化剤ガス供給装置および原料供給装置を制御して補正部によって補正された酸化剤ガス流量および原料流量にて酸化剤ガスおよび原料を燃焼部に供給するとともに、燃焼部の再着火を行う再着火部と、を備えている。
これによれば、補正部が、取得部によって取得された酸化剤ガス流量および原料流量（燃焼部が吹き消えていると判定された時点の各流量）の少なくとも何れか一方を、原料流量センサおよび酸化剤ガス流量センサの少なくとも何れか一方の公差に基づいて補正する。さらに、再着火部が、酸化剤ガス供給装置および原料供給装置を制御して、補正部によって補正された酸化剤ガス流量および原料流量にて酸化剤ガスおよび原料を燃焼部に供給するとともに、燃焼部の再着火を行う。その結果、燃焼部が一旦燃焼状態となった後に吹き消え状態となる場合、または燃焼部が着火しない場合に、燃焼部の再着火を行うにあたって、吹き消えた時点（又は着火した時点）の原料流量および酸化剤ガス流量を基準に、原料流量および酸化剤ガス流量を原料流量センサおよび酸化剤ガス流量センサの公差に基づいて燃焼部の吹き消え範囲から燃焼範囲に変更することができる。したがって、燃料電池システムにおいて、一酸化炭素センサを削除した場合であっても、燃焼部の燃焼性を担保することができる。
また請求項２に係る発明は、請求項１に係る燃料電池システムにおいて、補正部は、取得部によって取得された酸化剤ガス流量のみを、酸化剤ガス流量センサの公差の半分だけ減量して補正する第一補正部を備えている。
これによれば、最初に、原料流量は固定しつつ、酸化剤ガス流量のみを減少させて、燃焼部の再着火を行うことにより、空燃比を比較的燃料過多に変更するため、燃焼部をより確実に着火させることができる。
また請求項３に係る発明は、請求項２に係る燃料電池システムおいて、補正部は、取得部によって取得された原料流量のみを、原料流量センサの公差の半分の所定割合分だけ増量して補正する第二補正部をさらに備えている。
これによれば、酸化剤ガス流量を減少してもなお空燃比が燃料過少である場合、酸化剤ガス流量は固定しつつ、原料流量のみを増大させて、燃焼部の再着火を行うことにより、空燃比を比較的燃料過多に変更するため、燃焼部をより確実に着火させることができる。
また請求項４に係る発明は、請求項３に係る燃料電池システムおいて、補正部は、取得部によって取得された酸化剤ガス流量のみを、酸化剤ガス流量センサの公差の半分だけさらに減量して補正する第三補正部をさらに備えている。
これによれば、原料流量は固定しつつ、酸化剤ガス流量のみをさらに減少させて、燃焼部の再着火を行うことにより、空燃比を比較的燃料過多に変更するため、燃焼部をより確実に着火させることができる。
また請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に係る燃料電池システムおいて、燃料電池、改質部および燃焼部を収容している燃料電池モジュールが、燃焼部が吹き消えしやすい状態である場合に、補正部は、取得部によって取得された酸化剤ガス流量および原料流量を、原料流量センサおよび酸化剤ガス流量センサの公差に基づいて補正し、再着火部は、酸化剤ガス供給装置および原料供給装置を制御して、補正部によって補正された酸化剤ガス流量および原料流量にて酸化剤ガスおよび燃料を燃焼部に供給するとともに、燃焼部の再着火を行う。
これによれば、燃焼部が吹き消えしやすい状態であっても、燃焼部を確実に再着火させることができる。
また請求項６に係る発明は、請求項５に係る燃料電池システムおいて、制御装置は、燃料電池の温度が所定温度より低い場合に、燃料電池モジュールが、燃焼部が吹き消えしやすい状態である、とする。
これによれば、燃料電池の温度を検出することにより、燃焼部が吹き消えしやすい状態であることを確実に検出することができる。
また請求項７に係る発明は、請求項５に係る燃料電池システムおいて、制御装置は、改質部の温度が所定温度より低い場合に、燃料電池モジュールが、燃焼部が吹き消えしやすい状態である、とする。
これによれば、改質部の温度を検出することにより、燃焼部が吹き消えしやすい状態であることを確実に検出することができる。
本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（再着火サブルーチン）のフローチャートである。 原料供給量とカソードエア供給量、および吹き消え範囲（失火範囲）とエミッション不良範囲との関係を示す図である。 原料供給量とカソードエア供給量、および吹き消え範囲（失火範囲）とエミッション不良範囲、ならびに公差範囲との関係を示す図であり、本実施形態による第一補正による作用効果を説明するための図である。 原料供給量とカソードエア供給量、および吹き消え範囲（失火範囲）とエミッション不良範囲、ならびに公差範囲との関係を示す図であり、本実施形態による第一補正および第二補正による作用効果を説明するための図である。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（第一制御変形例）のフローチャートである。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（第二制御変形例）のフローチャートである。
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はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。
筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する（仕切る）板状部材である。筐体１１内には、仕切部材１２より上方および下方に第１室Ｒ１および第２室Ｒ２が形成される。
燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４を備えている。
ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造により支持されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４および燃焼部２６である燃焼空間Ｒ３が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。
蒸発部２２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ものである。蒸発部２２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２３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧ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り、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給するとともにその改質水供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。
また、蒸発部２２には、燃料供給源（図示省略）からの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。改質用原料供給管４２には、上流から順番に一対の原料バルブ（図示省略）、流量センサ４２ａ、脱硫器４２ｂ、および原料ポンプ４２ｃが設けられている。原料バルブは改質用原料供給管４２を開閉する電磁開閉弁である。流量センサ４２ａは、燃料電池２４に供給されている燃料（改質用原料）の流量（供給流量）すなわち単位時間あたりの流量を検出するもの（原料流量センサに相当）であり、その検出結果を制御装置６０に送信している。脱硫器４２ｂは改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。なお、流量センサ４２ａは、脱硫器４２ｂと原料ポンプ４２ｃとの間に配設してもよい。原料ポンプ４２ｃは、燃料電池２４に燃料（改質用原料）を供給する原料供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって燃料供給源からの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。なお、原料は、原燃料のことである。
改質部２３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２２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ものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。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り、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
改質部２３は、改質用原料と改質水（水蒸気）とが流入する部位の温度（改質部入口温度Ｔ１）を検出する温度センサ（改質部入口温度センサ）２３ａを備えている。温度センサ２３ａは、改質部２３の改質用原料と改質水（水蒸気）とが流入する部位に設けられている。温度センサ２３ａは触媒に入る前でもよく触媒に入って直ぐの部分でもよい。温度センサ２３ａは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
さらに、改質部２３は、改質ガスが流出する部位の温度（改質部出口温度Ｔ２）を検出する温度センサ（改質部出口温度センサ）２３ｂを備えている。温度センサ２３ｂは、改質部２３の改質ガスが流出する部位に設けられている。温度センサ２３ｂは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
燃料電池２４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２４ａ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２４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。動作温度は４００〜１０００℃程度である。なお、４００℃以下でも定格以下の発電量の発電は可能である。また、６００℃で発電開始を許可している。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は省略することができる。
セル２４ａ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２４ｂが形成されている。セル２４ａ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２４ｃが形成されている。
燃料電池２４は、燃料電池２４の温度（燃料電池温度Ｔ３）を検出する温度センサ（燃料電池温度センサ）２４ｄを備えている。温度センサ２４ｄは、燃料電池２４のセル２４ａの積層方向の中央部分であって上下方向中央部分に設けられている。温度センサ２４ｄは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５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４４ａ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４４を介して供給され、空気流路２４ｃ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。
カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。このカソードエアブロワ４４ａは、カソードエアを燃焼部２６に供給する酸化剤ガス供給装置である。カソードエア供給管４４には、流量センサ４４ｂが設けられている。流量センサ４４ｂは、燃料電池２４ひいては燃焼部２６に供給されているカソードエアの流量（供給流量）すなわち単位時間あたりの流量を検出するもの（酸化剤ガス流量センサに相当）であり、その検出結果を制御装置６０に送信している。
燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料電池２４と蒸発部２２（改質部２３）の間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガス（火炎）によって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは排気口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。このように、燃焼空間Ｒ３が、燃料電池２４からのアノードオフガスと燃料電池２４からのカソードオフガスとが燃焼されて改質部２３を加熱する燃焼部２６である。
燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。燃焼部２６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。また、燃焼部２６には、燃焼部２６の温度を検出するための一対の温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２が設けられている。温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２の検出結果（出力信号）は制御装置６０に送信されている。
排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える排熱回収系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、が備えられている。
貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。
貯湯水循環ライン３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ３２ａ、および熱交換器３３が配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。
熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０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３１からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。
このように構成された熱交換器３３においては、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、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４６を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４７を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。
また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。水タンク１３には、水タンク１３内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。
純水器１４は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４８を介して水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４８を通って水タンク１３に導出される。
さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４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５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機や制御装置６０に出力する第２機能と、を有している。
系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４はインバータ装置５０を介して電源ライン５２に接続されている。電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。
さらに、燃料電池システムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０には、上述した温度センサ２３ａ，２３ｂ，２４ｄ，２６ｂ１，２６ｂ２、流量センサ４２ａ，４４ｂ、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｃ、ブロワ４４ａ、および着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、記憶装置６０ａが接続されている（図２参照）。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、図３に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。
制御装置６０は、ステップＳ１０２において、燃焼部２６を着火する。具体的には、制御装置６０は、改質用原料およびカソードエアの投入を開始する。制御装置６０は、原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を所定の供給流量（目標原料供給量）にて投入する。制御装置６０は、カソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを所定の供給流量（目標カソードエア供給量）にて投入する。これらの投入と同時に、制御装置６０は、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２への通電を開始する。
これにより、原料ポンプ４２ｃから吐出された改質用原料は、蒸発部２２および改質部２３を経て燃料電池２４の燃料流路２４ｂを通って燃焼部２６に供給される。カソードエアブロワ４４ａから送出されたカソードエアは、燃料電池２４の空気流路２４ｃを通って燃焼部２６に供給される。燃焼部２６に供給された改質用原料とカソードエアとは、通電されている着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２によって燃焼が開始される（着火される）。
制御装置６０は、ステップＳ１０４において、燃焼部２６が着火したか否かを判定する。燃焼部２６が着火すれば、その燃焼により燃焼空間Ｒ３が昇温される。よって、制御装置６０は、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）により検出された温度が所定温度以上となれば、燃焼部２６が着火したと判定する。制御装置６０は、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）により検出された温度が所定温度未満であれば、燃焼部２６は着火していないと判定する（燃焼部２６は吹き消えであると判定する：ステップＳ１０８）。
制御装置６０は、燃焼部２６が着火したと判定した後（すなわち燃焼部２６の燃焼中において）、プログラムをステップＳ１０６に進め、吹き消えたか否かを判定する。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ１０４と同様に、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）により検出された温度が所定温度未満となれば、ステップＳ１０６にて「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２６が吹き消えたと判定する（吹き消え判定部：ステップＳ１０８）。その後、制御装置６０は、本フローチャートの処理を一旦終了する。
一方、制御装置６０は、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）により検出された温度が所定温度以上であれば、ステップＳ１０６にて「ＮＯ」と判定し、燃焼部２６が燃焼中であると判定する（ステップＳ１１０）。その後、制御装置６０は、燃焼部２６が燃焼中である場合には、ステップＳ１０６の処理を繰り返し実行する。
次に、燃焼部２６が着火しなかった場合、着火したが吹き消えた場合に、燃焼部２６の再着火を行う再着火制御について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、図４に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。
制御装置６０は、ステップＳ２０２において、燃焼部２６が吹き消えたと判定されたか否かを判定する。制御装置６０は、燃焼部２６が吹き消えたと判定された場合には、ステップＳ２０２にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２０４に進める。なお、「燃焼部２６が吹き消えた」には、「燃焼部２６が着火しなかった」が含まれる。一方、制御装置６０は、燃焼部２６が吹き消えたと判定されない場合には、ステップＳ２０２にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２０２の処理を繰り返し実行する。
制御装置６０は、ステップＳ２０４において、改質部２３の温度が所定温度（例えば５００℃）より低いか否かを判定する（改質部２３の改質反応が所定反応割合より小さいか否かを判定する）。例えば、制御装置６０は、改質部入口温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ａより低いか否かを判定する。または、制御装置６０は、改質部出口温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ａより低いか否かを判定する。
改質部２３の温度が所定温度以上である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２０４にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２０８に進める。制御装置６０は、ステップＳ２０８において、燃料電池モジュール２０が異常であると判定する。燃料電池モジュール２０の異常は、燃料電池モジュール２０内にある各温度センサ２３ａ，２３ｂ，２４ｄの故障、ケーシング２１の破損（例えば亀裂）などである。なお、燃料電池モジュール２０の異常に流量センサ４２ａ，４４ｂを含めるようにしてもよい。
一方、改質部２３の温度が所定温度より低い場合には、制御装置６０は、ステップＳ２０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２０６に進める。制御装置６０は、ステップＳ２０６において、回数カウントを１だけ増大する。その後、制御装置６０は、ステップＳ２１０において、燃料電池２４のセルの温度が所定温度（例えば３００℃）より低いか否かを判定する。なお、所定温度は燃料電池２４のセルの酸化温度である。例えば、制御装置６０は、燃料電池温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａより低いか否かを判定する。また、回数カウントは、再着火の回数を示している。
燃料電池温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａ以上である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２１０にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２１２に進める。制御装置６０は、ステップＳ２１２において、燃料電池システムの通常の停止運転を開始する。例えば、制御装置６０は、改質用原料、改質水およびカソードエアの供給を停止する。制御装置６０は、停止運転が完了し、または、燃料電池温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａより低くなった場合、ステップＳ２１４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２１６に進める。なお、制御装置６０は、停止運転が完了しない場合、または、燃料電池温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａ以上である場合、ステップＳ２１４にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２０４の処理を繰り返す。これにより、燃料電池２４を再着火に最適な温度まで早期に降温させることができ、ひいては再着火の時間を短縮することができる。
一方、燃料電池温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａより低い場合には、制御装置６０は、ステップＳ２１０にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２１６に進める。制御装置６０は、ステップＳ２１６以降において、再着火の回数に応じて、原料供給量およびカソードエア供給量を補正して再着火を行う。
再着火の回数が２回未満である場合（１回である場合）には、制御装置６０は、吹き消え時点の原料供給量およびカソードエア供給量を維持して、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ２１６においては、回数カウントが第一所定回数Ｃａ（例えば２回）未満であるか否かを判定する。回数カウントが第一所定回数Ｃａ未満である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２１６にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２３２に進める。制御装置６０は、ステップＳ２３２において、燃焼部２６の再着火を行う（再着火部）。
具体的には、制御装置６０は、図３に示すフローチャートを実行する。制御装置６０は、ステップＳ１０２において、燃焼部２６を着火する。具体的には、制御装置６０は、改質用原料およびカソードエアの投入を開始する。制御装置６０は、原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を所定の供給流量（目標原料供給量）にて投入する。制御装置６０は、カソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを所定の供給流量（目標カソードエア供給量）にて投入する。これらの投入と同時に、制御装置６０は、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２への通電を開始する。
さらに、制御装置６０は、ステップＳ１０４〜１１０において、着火判定および吹き消え判定を行う。一回目の再着火によっても燃焼部２６が着火しない場合には、二回目の再着火が行われる。
再着火の回数が２回〜３回である場合には、制御装置６０は、吹き消え時点の原料供給量を維持するとともに、吹き消え時点のカソードエア供給量から流量センサ４４ｂの公差分だけ減量して、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ２１６にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２１８に進める。制御装置６０は、ステップＳ２１８において、回数カウントが、第一所定回数Ｃａより大きい値に設定されている第二所定回数Ｃｂ（例えば４回）未満であるか否かを判定する。回数カウントが第二所定回数Ｃｂ未満である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２１８にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２２０以降に進める。制御装置６０は、ステップＳ２２０，２２２，２３０において、燃焼部２６の再着火を行う。
制御装置６０は、ステップＳ２２０において、燃焼部２６の吹き消え前の原料供給量（原料流量）およびカソードエア供給量（カソードエア流量）を取得する（取得部）。吹き消え前の原料供給量は、吹き消え判定時に流量センサ４２ａによって検出され記憶された原料供給量を記憶装置６０ａから取得するようにすればよい。吹き消え前のカソードエア供給量は、吹き消え判定時に流量センサ４４ｂによって検出され記憶されたカソードエア供給量を記憶装置６０ａから取得するようにすればよい。
制御装置６０は、ステップＳ２２２において、ステップＳ２２０によって取得されたカソードエア供給量（酸化剤ガス流量）のみを、流量センサ４４ｂの公差の半分だけ減量して補正する（第一補正部）。例えば、制御装置６０は、流量センサ４４ｂによって検出される検出流量から流量センサ４４ｂの公差の半分を減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正する。また、制御装置６０は、目標カソードエア供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４４ｂの公差の半分を減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正するようにしてもよい。なお、原料供給量は補正しない。
制御装置６０は、ステップＳ２３２において、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、図３に示すフローチャートを実行する。制御装置６０は、ステップＳ１０２において、燃焼部２６を着火する。具体的には、制御装置６０は、補正された目標カソードエア供給量（＝吹き消え判定時の目標カソードエア供給量−流量センサ４４ｂの公差の半分）となるようにカソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを投入する。なお、制御装置６０は、吹き消え判定時の目標原料供給量となるように原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を投入する。これらの投入と同時に、制御装置６０は、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２への通電を開始する。さらに、制御装置６０は、ステップＳ１０４〜１１０において、着火判定および吹き消え判定を行う。
ここで、原料供給量とカソードエア供給量、および吹き消え範囲（失火範囲）とエミッション不良範囲との関係を説明する。図５に示すように、原料供給量とカソードエア供給量との組み合わせ（関係）は、燃焼部２６が正常に燃焼している燃焼状態、燃焼部２６が吹き消えるかまたは着火しない吹き消え状態、および燃焼部２６のエミッション状態が不良であるエミッション不良状態に区分される。原料供給量に対してカソードエア供給量が多い場合には、燃焼部２６は吹き消え状態となる（図５にて左上の範囲（吹き消え範囲））。一方、原料供給量に対してカソードエア供給量が少ない場合には、燃焼部２６はエミッション不良状態となる（図５にて右下の範囲（エミッション不良範囲））。原料供給量に対してカソードエア供給量が適切に供給されている場合には、燃焼部２６は燃焼状態となる（図５にて吹き消え範囲とエミッション不良範囲との間の範囲）。
また、流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂは、公差をそれぞれ有しており、その公差範囲を図５に示す。流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの各公差は、センサ自身の誤差、表示の分解能、ハード回路の誤差などの誤差を総合的に考慮した誤差であってその誤差の最大値と最小値との差である。公差は、例えば、６σに設定されている。σは、誤差の標準偏差である。例えば、公差範囲は、中心値が公差の半分となるように設定されている。中心値は、流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの目標流量である。目標流量における公差範囲が吹き消え範囲と重なっている場合であって、前述した誤差に起因して実流量がその重合範囲内にある場合には、燃焼部２６は吹き消え状態となる。
これに対して、本実施形態によれば、制御装置６０は、目標カソードエア供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４４ｂの公差の半分（３σ）を減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正する。制御装置６０は、補正された目標カソードエア供給量となるようにカソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを投入する。すなわち、図６に示すように、公差範囲が全体的に流量センサ４４ｂの公差の半分（３σ）だけ下方に移動するため、公差範囲と吹き消え範囲とが重ならない。よって、燃焼部２６の再着火を行う際に、吹き消えや未着火を抑制することで、燃焼部２６の再着火を確実に行うことができる。
再着火の回数が４回〜５回である場合には、制御装置６０は、吹き消え時点の原料供給量に流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分だけ増量するとともに、吹き消え時点のカソードエア供給量から流量センサ４４ｂの公差分だけ減量して、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ２１６，２１８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２２４に進める。制御装置６０は、ステップＳ２２４において、回数カウントが、第二所定回数Ｃｂより大きい値に設定されている第三所定回数Ｃｃ（例えば６回）未満であるか否かを判定する。回数カウントが第三所定回数Ｃｃ未満である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２２４にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２２６に進める。制御装置６０は、ステップＳ２２６，２３０において、燃焼部２６の再着火を行う。
制御装置６０は、ステップＳ２２６において、上述した第一補正部による補正に加えて、ステップＳ２２０によって取得された原料供給量（原料流量）のみを、流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分（例えば、半分）だけ増量して補正する（第二補正部）。例えば、制御装置６０は、流量センサ４２ａによって検出される検出流量から流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分（例えば、半分）を加算することにより、再着火時の原料供給量を補正する。また、制御装置６０は、目標原料供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分（例えば、半分）を加算することにより、再着火時の原料供給量を補正するようにしてもよい。
制御装置６０は、ステップＳ２３２において、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、補正された目標原料供給量（＝吹き消え判定時の目標原料供給量＋流量センサ４４ｂの公差の半分の所定割合分）となるように原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を投入する。また、制御装置６０は、先に補正された目標カソードエア供給量（＝吹き消え判定時の目標カソードエア供給量−流量センサ４４ｂの公差の半分）となるようにカソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを投入する。これらの投入と同時に、制御装置６０は、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２への通電を開始する。さらに、制御装置６０は、ステップＳ１０４〜１１０において、着火判定および吹き消え判定を行う。
これによれば、制御装置６０は、目標カソードエア供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４４ｂの公差の半分（３σ）を減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正する。さらに、制御装置６０は、目標原料供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分（１．５σ）を加算することにより、再着火時の原料供給量を補正する。制御装置６０は、補正された目標カソードエア供給量となるようにカソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを投入する。制御装置６０は、補正された目標原料供給量となるように原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を投入する。
すなわち、図７に示すように、公差範囲が、全体的に流量センサ４４ｂの公差の半分（３σ）だけ下方に移動し、さらに流量センサ４４ｂの公差の半分の半分（１，５σ）だけ右方に移動するため、公差範囲と吹き消え範囲とが重ならない。よって、燃焼部２６の再着火を行う際に、吹き消えや未着火を抑制することで、燃焼部２６の再着火を確実に行うことができる。
再着火の回数が６回以上である場合には、制御装置６０は、吹き消え時点の原料供給量に流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分だけ増量するとともに、吹き消え時点のカソードエア供給量から流量センサ４４ｂの公差の２倍分だけ減量して、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、ステップＳ２２４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ２２８に進める。制御装置６０は、ステップＳ２２８，２３０において、燃焼部２６の再着火を行う。
制御装置６０は、ステップＳ２２８において、上述した第一補正部および第二補正部による補正に加えて、ステップＳ２２０によって取得されたカソードエア供給量（酸化剤ガス流量）のみを、流量センサ４４ｂの公差の半分だけ減量して補正する（第三補正部）。例えば、制御装置６０は、流量センサ４４ｂによって検出される検出流量から流量センサ４４ｂの公差の半分をさらに減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正する。また、制御装置６０は、目標カソードエア供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４４ｂの公差の半分をさらに減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正するようにしてもよい。
制御装置６０は、ステップＳ２３２において、燃焼部２６の再着火を行う。具体的には、制御装置６０は、先に補正された目標原料供給量（＝吹き消え判定時の目標原料供給量＋流量センサ４４ｂの公差の半分の所定割合分）となるように原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を投入する。また、制御装置６０は、補正された目標カソードエア供給量（＝吹き消え判定時の目標カソードエア供給量−流量センサ４４ｂの公差分）となるようにカソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを投入する。これらの投入と同時に、制御装置６０は、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２への通電を開始する。さらに、制御装置６０は、ステップＳ１０４〜１１０において、着火判定および吹き消え判定を行う。
これによれば、制御装置６０は、目標カソードエア供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４４ｂの公差分（６σ）を減算することにより、再着火時のカソードエア供給量を補正する。さらに、制御装置６０は、目標原料供給量（吹き消え判定時または着火時の目標供給量）から流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分（１．５σ）を加算することにより、再着火時の原料供給量を補正する。制御装置６０は、補正された目標カソードエア供給量となるようにカソードエアブロワ４４ａを駆動させてカソードエアを投入する。制御装置６０は、補正された目標原料供給量となるように原料ポンプ４２ｃを駆動させて改質用原料を投入する。
再着火の回数が８回以上である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２３０にて「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２６の再着火を中止する（ステップＳ２３４）。制御装置６０は、ステップＳ２３０において、第三所定回数Ｃｃより大きい値に設定されている第四所定回数Ｃｄ（例えば８回）未満であるか否かを判定する。
なお、上述した第一補正部（ステップＳ２２２）、第二補正部（ステップＳ２２６）および第三補正部（ステップＳ２２８）から補正部が構成されている。補正部は、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア供給量（酸化剤ガス流量）および原料供給量（原料流量）の少なくとも何れか一方を、流量センサ４２ａ（原料流量センサ）および流量センサ４４ｂ（酸化剤ガス流量センサ）の少なくとも何れか一方の公差に基づいて補正する。
上述した説明から明らかなように、本実施形態によれば、燃料電池システムは、燃料とカソードエア（酸化剤ガス）とにより発電する燃料電池２４と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池２４に供給する改質部２３と、燃料電池２４からの未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入しカソードエアで燃焼して燃焼ガスを導出する燃焼部２６と、改質用原料を供給する原料ポンプ４２ｃ（原料供給装置）と、カソードエアを燃焼部２６に供給するカソードエアブロワ４４ａ（酸化剤ガス供給装置）と、改質用原料の供給流量を検出する流量センサ４２ａ（原料流量センサ）と、カソードエアの供給流量を検出する流量センサ４４ｂ（酸化剤ガス流量センサ）と、カソードエアブロワ４４ａおよび原料ポンプ４２ｃを少なくとも制御する制御装置６０と、を備えた燃料電池２４システムである。制御装置６０は、燃焼部２６が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部（ステップＳ１０８）と、吹き消え判定部（ステップＳ１０８）によって燃焼部２６が吹き消えていると判定された時点における、カソードエアの単位時間あたりの供給流量であるカソードエア流量、および改質用原料の単位時間あたりの供給流量である原料流量を取得する取得部（ステップＳ２２０）と、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア流量および原料流量の少なくとも何れか一方を、流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの少なくとも何れか一方の公差に基づいて補正する補正部（ステップＳ２２２，２２６，２２８）と、カソードエアブロワ４４ａおよび原料ポンプ４２ｃを制御して補正部（ステップＳ２２２，２２６，２２８）によって補正されたカソードエア流量および原料流量にてカソードエアおよび原料を燃焼部２６に供給するとともに、燃焼部２６の再着火を行う再着火部（ステップＳ２３２）と、を備えている。
これによれば、制御装置６０（補正部：ステップＳ２２２，２２６，２２８）が、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア流量および原料流量（燃焼部２６が吹き消えていると判定された時点の各流量）の少なくとも何れか一方を、流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの少なくとも何れか一方の公差に基づいて補正する。さらに、制御装置６０（再着火部：ステップＳ２３２）が、カソードエアブロワ４４ａおよび原料ポンプ４２ｃを制御して、補正部（ステップＳ２２２，２２６，２２８）によって補正されたカソードエア流量および原料流量にてカソードエアおよび原料を燃焼部２６に供給するとともに、燃焼部２６の再着火を行う。その結果、燃焼部２６が一旦燃焼状態となった後に吹き消え状態となる場合、または燃焼部２６が着火しない場合に、燃焼部２６の再着火を行うにあたって、吹き消えた時点（又は着火した時点）の原料流量およびカソードエア流量を基準に、原料流量およびカソードエア流量を流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの公差に基づいて燃焼部２６の吹き消え範囲から燃焼範囲に変更することができる。したがって、燃料電池システムにおいて、一酸化炭素センサを削除した場合であっても、燃焼部２６の燃焼性を担保することができる。
また制御装置６０（補正部）は、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア流量のみを、流量センサ４４ｂの公差の半分だけ減量して補正する第一補正部（ステップＳ２２２）を備えている。
これによれば、最初に、原料流量は固定しつつ、カソードエア流量のみを減少させて、燃焼部２６の再着火を行うことにより、空燃比を比較的燃料過多に変更するため、燃焼部２６をより確実に着火させることができる。
また制御装置６０（補正部）は、取得部（ステップＳ２２０）によって取得された原料流量のみを、流量センサ４２ａの公差の半分の所定割合分だけ増量して補正する第二補正部（ステップＳ２２６）をさらに備えている。
これによれば、カソードエア流量を減少してもなお空燃比が燃料過少である場合、カソードエア流量は固定しつつ、原料流量のみを増大させて、燃焼部２６の再着火を行うことにより、空燃比を比較的燃料過多に変更するため、燃焼部２６をより確実に着火させることができる。
また制御装置６０（補正部）は、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア流量のみを、流量センサ４４ｂの公差の半分だけさらに減量して補正する第三補正部（ステップＳ２２８）をさらに備えている。
これによれば、原料流量は固定しつつ、カソードエア流量のみをさらに減少させて、燃焼部２６の再着火を行うことにより、空燃比を比較的燃料過多に変更するため、燃焼部２６をより確実に着火させることができる。
さらに、第一制御変形例について図８を参照して説明する。上述した実施形態とは、ステップＳ２１０およびステップＳ２１４の処理とステップＳ２１６の処理との間にステップＳ３０２の処理が追加されている点で異なる。なお、上述した実施形態と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
制御装置６０は、ステップＳ３０２において、改質部２３の温度が所定温度より低い場合に、燃料電池モジュール２０が、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態である、とする。例えば、改質部２３の温度は改質部入口温度Ｔ１であり、所定温度は上記所定温度Ｔ１ａである。また、改質部２３の温度は改質部出口温度Ｔ２とし、所定温度は上記所定温度Ｔ２ａとしてもよい。これによれば、改質部２３の温度を検出することにより、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態であることを確実に検出することができる。
制御装置６０は、改質部２３の温度が所定温度以上である場合には、ステップＳ３０２にて「ＮＯ」と判定し、吹き消え判定時の各供給量のままであっても燃焼部２６は再着火可能として、各供給量を補正しないで再着火を行う（ステップＳ２３２）。
一方、制御装置６０は、燃料電池２４、改質部２３および燃焼部２６を収容している燃料電池モジュール２０が、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態である場合に、ステップＳ３０２にて「ＹＥＳ」と判定し、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア流量および原料流量を、流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの公差に基づいて補正し（ステップＳ２２２，２２６，２２８）、カソードエアブロワ４４ａおよび原料ポンプ４２ｃを制御して、補正部（ステップＳ２２２，２２６，２２８）によって補正されたカソードエア流量および原料流量にてカソードエアおよび燃料を燃焼部２６に供給するとともに、燃焼部２６の再着火を行う（ステップＳ２３２）。
これによれば、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態であっても、燃焼部２６を確実に再着火させることができる。燃焼部２６が吹き消えしやすい状態とは、改質用原料が含有水分が比較的多い場合、改質用原料の炭素数が３以上である場合（例えばプロパンガス）である。
さらに、第二制御変形例について図９を参照して説明する。上述した第一制御変形例とは、ステップＳ３０２の処理に代えてステップＳ４０２の処理を行う点で異なる。なお、上述した実施形態と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
制御装置６０は、ステップＳ４０２において、燃料電池２４の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａより低い場合に、燃料電池モジュール２０が、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態である、とする。これによれば、燃料電池２４の温度を検出することにより、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態であることを確実に検出することができる。
制御装置６０は、燃料電池２４の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ａ以上である場合には、ステップＳ４０２にて「ＮＯ」と判定し、吹き消え判定時の各供給量のままであっても燃焼部２６は再着火可能として、各供給量を補正しないで再着火を行う（ステップＳ２３２）。一方、制御装置６０は、燃料電池２４、改質部２３および燃焼部２６を収容している燃料電池モジュール２０が、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態である場合に、ステップＳ４０２にて「ＹＥＳ」と判定し、取得部（ステップＳ２２０）によって取得されたカソードエア流量および原料流量を、流量センサ４２ａおよび流量センサ４４ｂの公差に基づいて補正し（ステップＳ２２２，２２６，２２８）、カソードエアブロワ４４ａおよび原料ポンプ４２ｃを制御して、補正部（ステップＳ２２２，２２６，２２８）によって補正されたカソードエア流量および原料流量にてカソードエアおよび燃料を燃焼部２６に供給するとともに、燃焼部２６の再着火を行う（ステップＳ２３２）。
これによれば、燃焼部２６が吹き消えしやすい状態であっても、燃焼部２６を確実に再着火させることができる。
１１…筐体、１１ａ…第１排気口、１２…仕切部材、１３…水タンク、１４…純水器、２０…燃料電池モジュール、２１…ケーシング、２１ａ…導出口、２２…蒸発部、２３…改質部、２３ａ…温度センサ（改質部入口温度センサ）、２３ｂ…温度センサ（改質部出口温度センサ）、２４…燃料電池、２４ａ…セル、２４ｂ…燃料流路、２４ｃ…空気流路、２４ｄ…温度センサ（燃料電池温度センサ）、２５…マニホールド、２６…燃焼空間（燃焼部）、２７…火炎、３０…排熱回収システム、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２…貯湯水循環ポンプ、３３…熱交換器、４２ａ…流量センサ（原料流量センサ）、４２ｃ…原料ポンプ（原料供給装置）、４４ａ…カソードエアブロワ（酸化剤ガス供給装置）、４４ｂ…流量センサ（酸化剤ガス流量センサ）、５０…インバータ装置、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、６０…制御装置（判定部、取得部、補正部、再着火部、第一補正部、第二補正部、第三補正部）、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室、Ｒ３…燃焼空間。

Claims (7)

  1. 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
    改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
    前記燃料電池からの未使用の前記燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼ガスを導出する燃焼部と、
    前記改質用原料を供給する原料供給装置と、
    前記酸化剤ガスを前記燃焼部に供給する酸化剤ガス供給装置と、
    前記改質用原料の供給流量を検出する原料流量センサと、
    前記酸化剤ガスの供給流量を検出する酸化剤ガス流量センサと、
    前記酸化剤ガス供給装置および前記原料供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、
    前記燃焼部が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部と、
    前記吹き消え判定部によって前記燃焼部が吹き消えていると判定された時点における、前記酸化剤ガスの単位時間あたりの供給流量である酸化剤ガス流量、および前記改質用原料の単位時間あたりの供給流量である原料流量を取得する取得部と、
    前記取得部によって取得された前記酸化剤ガス流量および前記原料流量の少なくとも何れか一方を、前記原料流量センサおよび前記酸化剤ガス流量センサの少なくとも何れか一方の公差に基づいて補正する補正部と、
    前記酸化剤ガス供給装置および前記原料供給装置を制御して、前記補正部によって補正された前記酸化剤ガス流量および前記原料流量にて前記酸化剤ガスおよび前記原料を前記燃焼部に供給するとともに、前記燃焼部の再着火を行う再着火部と、
    を備えている燃料電池システム。
  2. 前記補正部は、前記取得部によって取得された前記酸化剤ガス流量のみを、前記酸化剤ガス流量センサの公差の半分だけ減量して補正する第一補正部を備えている請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記補正部は、前記取得部によって取得された前記原料流量のみを、前記原料流量センサの公差の半分の所定割合分だけ増量して補正する第二補正部をさらに備えている請求項２記載の燃料電池システム。
  4. 前記補正部は、前記取得部によって取得された前記酸化剤ガス流量のみを、前記酸化剤ガス流量センサの公差の半分だけさらに減量して補正する第三補正部をさらに備えている請求項３記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池、前記改質部および前記燃焼部を収容している燃料電池モジュールが、前記燃焼部が吹き消えしやすい状態である場合に、前記補正部は、前記取得部によって取得された前記酸化剤ガス流量および前記原料流量を、前記原料流量センサおよび前記酸化剤ガス流量センサの公差に基づいて補正し、前記再着火部は、前記酸化剤ガス供給装置および前記原料供給装置を制御して、前記補正部によって補正された前記酸化剤ガス流量および前記原料流量にて前記酸化剤ガスおよび前記燃料を前記燃焼部に供給するとともに、前記燃焼部の再着火を行う請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の燃料電池システム。
  6. 前記制御装置は、前記燃料電池の温度が所定温度より低い場合に、前記燃料電池モジュールが、前記燃焼部が吹き消えしやすい状態である、とする請求項５記載の燃料電池システム。
  7. 前記制御装置は、前記改質部の温度が所定温度より低い場合に、前記燃料電池モジュールが、前記燃焼部が吹き消えしやすい状態である、とする請求項５記載の燃料電池システム。

JP2014057654A 2014-03-20 2014-03-20 燃料電池システム Active JP6264121B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014057654A JP6264121B2 (ja) 2014-03-20 2014-03-20 燃料電池システム
EP15159189.8A EP2922131B1 (en) 2014-03-20 2015-03-16 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014057654A JP6264121B2 (ja) 2014-03-20 2014-03-20 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015185213A JP2015185213A (ja) 2015-10-22
JP6264121B2 true JP6264121B2 (ja) 2018-01-24

Family

ID=53175240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014057654A Active JP6264121B2 (ja) 2014-03-20 2014-03-20 燃料電池システム

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2922131B1 (ja)
JP (1) JP6264121B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6569331B2 (ja) * 2015-06-29 2019-09-04 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP6772727B2 (ja) * 2016-09-29 2020-10-21 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
US10833339B2 (en) 2016-10-14 2020-11-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system and method of running fuel cell system
JP6978292B2 (ja) * 2017-11-28 2021-12-08 京セラ株式会社 発電装置、制御装置及び制御プログラム
JP7323439B2 (ja) * 2019-12-16 2023-08-08 東京瓦斯株式会社 改質装置、水素製造装置、燃料電池システム、及び改質触媒部内気化判断方法
JP7439622B2 (ja) 2020-04-02 2024-02-28 株式会社アイシン 燃料電池システム

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3928430B2 (ja) * 2002-01-18 2007-06-13 日産自動車株式会社 燃料電池パワープラント
US6881508B2 (en) * 2002-05-30 2005-04-19 Plug Power, Inc. Apparatus and method for controlling a fuel cell system
JP2005216499A (ja) * 2004-01-27 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成器
WO2007145321A1 (ja) * 2006-06-15 2007-12-21 Panasonic Corporation 水素生成装置及び燃料電池システム
WO2010113442A1 (ja) * 2009-03-31 2010-10-07 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP5292173B2 (ja) * 2009-05-13 2013-09-18 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP2010272467A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4692938B2 (ja) * 2009-05-28 2011-06-01 Ｔｏｔｏ株式会社 固体電解質型燃料電池
JP5312224B2 (ja) * 2009-06-25 2013-10-09 京セラ株式会社 燃料電池装置
JP2012003957A (ja) * 2010-06-17 2012-01-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池に対するカソードガスの供給量を制御する方法、燃料電池に供給されるカソードガスの供給量を測定する方法
JP2012104433A (ja) * 2010-11-12 2012-05-31 Jx Nippon Oil & Energy Corp 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
JP2012160300A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP5955042B2 (ja) * 2012-03-12 2016-07-20 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP5946298B2 (ja) * 2012-03-12 2016-07-06 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP5867280B2 (ja) 2012-05-08 2016-02-24 アイシン精機株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP2922131A1 (en) 2015-09-23
JP2015185213A (ja) 2015-10-22
EP2922131B1 (en) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6264121B2 (ja) 燃料電池システム
JP5847617B2 (ja) 燃料電池システム
JP5408994B2 (ja) 燃料電池装置
JP5955040B2 (ja) 燃料電池システム
JP2016012530A (ja) 燃料電池システム
JP5902581B2 (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP2017016916A (ja) 燃料電池システム
JP2013235697A (ja) 燃料電池システム
JP6569331B2 (ja) 燃料電池システム
JP6701804B2 (ja) 燃料電池システム
JP2016012519A (ja) 燃料電池システム
US10700368B2 (en) High-temperature operation fuel cell system
JP2019102437A (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP6424492B2 (ja) 燃料電池システム
JP6492485B2 (ja) 燃料電池システム
JP2016207413A (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP6638464B2 (ja) 燃料電池システム
JP6424494B2 (ja) 燃料電池システム
JP2019169256A (ja) 高温動作型燃料電池システム
JP7003655B2 (ja) 燃料電池システム
JP6444197B2 (ja) 燃料電池モジュール
JP6409368B2 (ja) 燃料電池システム
JP2010218790A (ja) 燃料電池発電システム
JP2021163697A (ja) 燃料電池システム
JP2013069618A (ja) 温度検出装置故障判定装置および燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171204

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6264121

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151