JP6897777B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法に関する。

ＪＰ２０１６−１５４０６７Ａには、燃料電池スタック及び蒸発器を暖機する起動用燃焼器と改質器とを備え、システムの起動に際し、起動用燃焼器と改質器との間で原燃料の供給先を切り換える燃料電池システムが開示されている。

ＪＰ２０１６−１５４０６７Ａの燃料電池システムでは、改質器が改質可能温度に到達するまで（改質器の暖機が終了するまで）は、改質器以外の部品を起動用燃焼器で加熱してそれらの暖機を促進し、改質器の暖機が完了したら、改質器に原燃料を供給して改質処理を行うようにしている。

ＪＰ２０１６−１５４０６７Ａでは、改質器の暖機前においても起動用燃焼器は作動しているので、燃料電池スタックの暖機及び蒸発器の暖機が進行する。しかしながら、燃料電池スタックの暖機進行及び蒸発器の暖機進行のバランスについては考慮されていない。したがって、例えば、蒸発器の暖機が完了していないにもかかわらず燃料電池の暖機を進行させるによるアノード極触媒の酸化劣化の発生又は耐熱性への悪影響など、これらの暖機の進行度が異なることによる好ましくない影響が生じることが考えられる。

本発明は、上記課題を解決し得る燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池に供給する燃料を気化する蒸発器と、燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するオフガス加熱装置と、蒸発器を加熱ガスにより加熱する蒸発器加熱装置と、燃料電池に供給される空気を加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、蒸発器の温度を取得する蒸発器温度取得部と、を備えた燃料電池システムが提供される。そして、この燃料電池システムは、蒸発器の暖機及び燃料電池の暖機を実行する暖機運転において、蒸発器の温度及び燃料電池の温度に基づいて、蒸発器加熱装置及び燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御して蒸発器の加熱量及び加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラを備える。

図１は、第１実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。 図２は、第１実施形態による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。 図３は、第１実施形態による燃料電池システムの暖機運転の一態様を説明するフローチャートである。 図４は、第１変形例による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。 図５は、第２変形例による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。 図６は、第２実施形態による燃料電池システムの暖機運転を説明するブロック図である。 図７は、第３仮目標スタック温度を演算するテーブルの一例を示している。 図８は、第２実施形態によるフィードバック制御部における制御の詳細を説明するブロック図である。 図９は、第２実施形態による暖機運転の経時的な流れの一例を示すタイムチャートである。 図１０は、第３実施形態による暖機運転の経時的な流れの一例を示すタイムチャートである。 図１１は、フィードバック制御部の他の態様を説明するブロック図である。 図１２は、改質器要求燃料噴射量の演算態様の一例を説明するブロック図である。 図１３は、背景技術を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムＳの構成を示している。

図示のように、本実施形態に係る燃料電池システムＳは、車両等に搭載され、燃料電池スタック１０と、オフガス加熱装置を構成する排気燃焼器１２と、燃料電池加熱装置を構成する空気熱交換器１４、バイパス通路１５、及びバイパス弁１５ａと、改質器１６と、コントローラ８０と、を備える。

燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池または燃料電池単位セルを積層して構成され、発電源である個々の燃料電池は、例えば、固体酸化物型燃料電池（SOFF：Solid Oxide Fuel Cell）である。

燃料電池スタック１０は、アノード系において、燃料電池スタック１０のアノード極に還元剤ガスとしての燃料（例えば水素）を供給するための主燃料供給通路２０と、アノード極から排出される発電反応後のアノードオフガスを流すためのアノードオフガス通路２２と、を備える。

また、燃料電池スタック１０は、カソード系において、燃料電池スタック１０のカソード極に酸化剤ガスとしての空気を供給するための主空気供給通路２４と、カソード極から排出される発電反応後のカソードオフガスを流すためのカソードオフガス通路２６と、を備える。すなわち、本実施形態の上記アノードオフガス及び上記カソードオフガスが、燃料電池スタック１０から排出されるオフガスに相当する。

主燃料供給通路２０には、上流から順に、原燃料タンク２８と、第１インジェクタ３０と、蒸発器３２と、蒸発器温度センサ１０１と、改質器用熱交換器３４と、改質器１６とが設けられている。

また、主燃料供給通路２０には、原燃料タンク２８と第１インジェクタ３０の間で分岐するとともに排気燃焼器１２に接続する燃焼器燃料供給通路３６が設けられている。また、燃焼器燃料供給通路３６には、第２インジェクタ３７が設けられている。

原燃料タンク２８は、改質前の原燃料として、含酸素燃料（例えば、エタノール）と水との混合物から成る液体燃料を貯蔵する。原燃料タンク２８に貯蔵される液体燃料は、主燃料供給通路２０の第１インジェクタ３０及び燃焼器燃料供給通路３６の第２インジェクタ３７によりそれぞれ所定噴射量に調節されて、蒸発器３２及び排気燃焼器１２に供給される。

すなわち、本実施形態において、第１インジェクタ３０は、蒸発器３２による気化及び改質器１６による改質を経て燃料電池スタック１０に供給される燃料ガスの流量を調節するべく開度調節可能に構成されている。

また、第２インジェクタ３７は、排気燃焼器１２に供給される液体燃料の量を調節するべく開度調節可能に構成されている。したがって、本実施形態では、第２インジェクタ３７の開度を制御することで、後述する排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量に相当する排気燃焼器１２の燃料供給量（以下、「燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ」とも記載する）を調節することができる。

蒸発器３２は、第１インジェクタ３０を介して原燃料タンク２８から供給される液体燃料を加熱して、エタノールガス及び水蒸気からなる改質前燃料ガスを生成する。

蒸発器温度センサ１０１は、蒸発器３２で気化されて改質器用熱交換器３４に供給される前の燃料ガスの温度を検出する。なお、本実施形態では、当該燃料ガスの温度を、蒸発器３２の温度とみなす。すなわち、蒸発器温度センサ１０１は、改質器用熱交換器３４に供給される前の燃料ガスの温度を「蒸発器温度Ｔｖ」として検出する蒸発器温度取得部として機能する。

改質器用熱交換器３４は、排気燃焼器１２からの燃焼ガスと改質前燃料ガスを熱交換することで、改質前燃料ガスを加熱する。

改質器１６は、改質前燃料ガスを燃料電池スタック１０に供給するために適切な状態とすべく改質する。例えば、改質器１６は、図示しない改質用触媒によって上記改質前燃料ガスを水蒸気改質し、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。

次に、アノードオフガス通路２２は、燃料電池スタック１０のアノード極出口と排気燃焼器１２を接続する。これにより、上述のように、アノード極から排出される発電反応後のアノードオフガスがアノードオフガス通路２２を介して排気燃焼器１２に供給される。

一方、主空気供給通路２４の入口には、該主空気供給通路２４に空気を圧送するエアポンプ３８が設けられている。また、主空気供給通路２４には上流から順に、バイパス通路１５、空気熱交換器１４、及びスタック空気極入口温度センサ１０２が設けられ、他端が燃料電池スタック１０の空気極入口に接続されている。

バイパス通路１５が、主空気供給通路２４において空気熱交換器１４の上流位置と空気熱交換器１４の下流位置を連結するように接続される。したがって、このバイパス通路１５により、エアポンプ３８からの空気の一部を、空気熱交換器１４をバイパスさせて燃料電池スタック１０に供給することができる。

また、バイパス通路１５には、バイパス弁１５ａが設けられている。バイパス弁１５ａは、その開度（以下では、「バイパス弁開度Ｏｂｙ」とも記載する）が連続的又は段階的に調節可能に構成されている。したがって、バイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを適宜調節することで、バイパス通路１５に流す空気の流量、すなわち空気熱交換器１４をバイパスさせる空気流量（以下では、「バイパス空気流量ｑｂｙ」とも記載する）を調節することができる。結果として、空気熱交換器１４を通過させる空気流量（以下では、「熱交換器通過空気流量ｑｅｘ」とも記載する）を調節することができる。

空気熱交換器１４は、エアポンプ３８により供給される空気の少なくとも一部を、後述する排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスと熱交換させて加熱する装置である。このように空気熱交換器１４により加熱された空気は燃料電池スタック１０に供給される。なお、以下では、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量を「スタック供給空気流量ｑｓｔ」とも記載する。

スタック空気極入口温度センサ１０２は、主空気供給通路２４において燃料電池スタック１０のカソード極の入口付近に設けられ、燃料電池スタック１０のカソード極に供給される空気の温度を検出する。すなわち、スタック空気極入口温度センサ１０２で検出される空気の温度は、空気熱交換器１４で加熱された空気、及びバイパス通路１５を経由して供給される空気が混合されてなる燃料電池スタック１０のカソード極入口付近の空気の温度の検出値である。なお、本実施形態では、スタック空気極入口温度センサ１０２で検出される空気の温度を燃料電池の温度（以下、「スタック温度Ｔｓ」とも記載する）とみなす。

一方、カソードオフガス通路２６は、燃料電池スタック１０のカソード極出口と排気燃焼器１２を接続する。これにより、上述のように、カソード極から排出される発電反応後のカソードオフガスがカソードオフガス通路２６を介して排気燃焼器１２に供給される。

また、カソードオフガス通路２６には、燃料電池スタック１０のカソード極の入口付近にスタック空気極出口温度センサ１０３が設けられている。スタック空気極出口温度センサ１０３は、燃料電池スタック１０のカソード極から排出されるカソードオフガスの温度である「スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ」を検出する。

そして、排気燃焼器１２は、燃焼器燃料供給通路３６の第２インジェクタ３７を介して原燃料タンク２８から液体燃料の供給を受けるとともに、アノードオフガス通路２２及びカソードオフガス通路２６を介して燃料電池スタック１０からアノードオフガス及び空気極オフガスの供給を受ける。

排気燃焼器１２は、これら液体燃料、アノードオフガス、及びカソードオフガスを混合させた混合物を図示しない燃焼用触媒によって触媒燃焼させることで、燃焼ガス（加熱ガス）を生成する。なお、排気燃焼器１２は、生成される燃焼ガスに対して要求される熱量が低い場合などには、原燃料タンク２８から液体燃料の供給を受けることなく、アノードオフガス及び空気極オフガスを混合させた混合物を触媒燃焼させて燃焼ガスを生成することも可能である。

さらに、排気燃焼器１２には、下流に、燃焼ガス通路４０が接続される。この燃焼ガス通路４０には、上流から順に、燃料ガス通路温度センサ１０４、上述の空気熱交換器１４及び蒸発器３２が設けられており、他端は外気へ連通している。本実施形態において、燃焼ガス通路４０は、排気燃焼器１２で生成された燃焼ガスを上述の空気熱交換器１４及び蒸発器３２に供給する。

燃料ガス通路温度センサ１０４は、排気燃焼器１２で生成されて燃焼ガス通路４０を通る燃焼ガスの温度を検出する。なお、以下では、この燃焼ガスの温度検出値を「排気燃焼器温度Ｔｃｏｍｂ」とも記載する。

また、本実施形態では、改質器用熱交換器３４及び改質器１６が排気燃焼器１２と共用のケースに収容され（二点鎖線により示す）、燃焼ガスの熱量がこの共用ケースＬの内部で改質器用熱交換器３４及び改質器１６に伝わるように構成されている。

以上の構成を有する燃料電池システムＳにおいて、バイパス通路１５におけるバイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを大きくしてバイパス空気流量ｑｂｙを増加させると、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少することとなる。したがって、空気熱交換器１４において燃焼ガスと熱交換される空気が相対的に減少する一方で、バイパス通路１５を通る加熱されない空気が相対的に増加する。

これにより、これらが合流して燃料電池スタック１０に供給される空気の熱量は減少することとなる。すなわち、当該空気による燃料電池スタック１０の昇温速度は低下する。一方で、上述のように熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少すると、燃焼ガス通路４０の燃焼ガスが空気との熱交換によって奪われる熱量が低下する。すなわち、燃焼ガス通路４０を介して蒸発器３２に供給される排ガスの熱量が増加する。これにより、当該排ガスによる蒸発器３２の昇温速度は増加する。

なお、燃焼ガス通路４０内の燃焼ガスから見ると、空気熱交換器１４において空気との熱交換で奪われる熱量が減少することとなる。したがって、空気熱交換器１４の熱交換後に蒸発器３２に供給される燃焼ガスの熱量が相対的に大きくなるため、蒸発器３２の昇温速度は向上する。さらに、逆にバイパス通路１５におけるバイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを小さくしてバイパス空気流量ｑｂｙを減少させると、燃料電池スタック１０の昇温速度は向上する一方で、蒸発器３２の昇温速度は低下する。したがって、バイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを調節することで、燃料電池スタック１０の昇温速度及び蒸発器３２の昇温速度のバランスも調節することができる。

また、本実施形態では、バイパス弁１５ａは、該バイパス弁１５ａが全開状態であっても（バイパス弁開度Ｏｂｙが最大であっても）、蒸発器温度Ｔｖが所定の上限温度を超えないバイパス空気流量ｑｂｙとなるように構成される。すなわち、バイパス弁１５ａが全開であっても、蒸発器温度Ｔｖを上記上限温度以下とすべく、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが一定量以上に保たれる構成である。すなわち、このように蒸発器温度Ｔｖが所定の上限温度を超えないように制限されることで、空気熱交換器１４における熱交換後に蒸発器３２に供給されるスタック加熱後燃焼ガスの熱量が制限されることとなる。結果として、このスタック加熱後燃焼ガスが蒸発器３２を加熱した後に、外部に排出される際の温度を一定以下に制限することができる。

コントローラ８０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたコンピュータ、特にマイクロコンピュータで構成される。そして、コントローラ８０は、少なくとも、本実施形態、後述する各変形例１、２、又は第２実施形態に係る各処理を実行するために必要な処理を実行可能となるようにプログラムされている。

なお、コントローラ８０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態の各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていても良い。

そして、コントローラ８０は、燃料電池システムＳの運転に要する各種装置ないし部品の動作を制御する。特に、本実施形態のコントローラ８０は、少なくとも蒸発器温度センサ１０１及びスタック空気極入口温度センサ１０２における検出値の信号、好ましくはさらにスタック空気極出口温度センサ１０３及び燃料ガス通路温度センサ１０４における検出値の信号を受信し、これら信号に基づいてバイパス弁１５ａ、及び第２インジェクタ３７等を制御する。

そして、本実施形態において、コントローラ８０は、例えば、所定のＳＯＦＣ起動スイッチの操作などによって生成される燃料電池システムＳの起動要求信号を受信すると、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機を並行して実行する暖機運転（暖機制御）を実行する。

ここで、燃料電池スタック１０の暖機とは、運転停止中等の低温状態（例えば、常温の状態）にあった燃料電池スタック１０を、燃料電池スタック１０の温度を例えば５００℃以上の暖機目標温度（以下では、「スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔ」とも記載する）まで上昇（加熱）させる処理を言う。特に、このスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔは、燃料電池スタック１０のアノード極触媒（主にニッケル）の酸化劣化が生じる温度である酸化劣化点Ｔｏ_ｄｅｇ（例えば４００℃〜５００℃の間の所定温度）の周辺の温度、好ましくは酸化劣化点Ｔｏ_ｄｅｇを越える温度に設定される。

蒸発器３２の暖機とは、運転停止中等の低温状態の蒸発器３２を、上述した原燃料の気化が可能となる例えば数百℃程度の暖機目標温度（以下では、「蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔ」とも記載する）まで上昇（加熱）させる処理を言う。特に、蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔは、改質器１６に液体の状態の燃料が供給されることを抑制できる程度に蒸発器３２による気化が可能となる温度（蒸発器運転下限温度）以上に設定される。

そして、コントローラ８０は、上記暖機運転において、スタック温度Ｔｓ及び蒸発器温度Ｔｖに基づき、第２インジェクタ３７を制御して排気燃焼器１２への燃料供給量である燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する。

さらに、コントローラ８０は、上記暖機運転において、スタック温度Ｔｓ及び蒸発器温度Ｔｖに基づき、バイパス弁１５ａ（バイパス弁開度Ｏｂｙ）を制御してバイパス空気流量ｑｂｙ（熱交換器通過空気流量ｑｅｘ）を調節する。

次に、本実施形態に係るコントローラ８０による制御を行う背景について説明する。

図１３は、背景技術にかかる暖機運転における経時変化の概略を示すグラフである。

図示のように、暖機運転が開始されると、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量（排気燃焼器温度Ｔｃｏｍｂ）の増加にともない、当該燃焼ガスの熱で燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機が進行する。すなわち、スタック温度Ｔｓ及び蒸発器温度Ｔｖがそれぞれ上昇する。

しかしながら、種々の要因により、図に示すように、燃料電池スタック１０の暖機の進行が蒸発器３２の暖機の進行と比べて早い場合には、スタック温度Ｔｓが酸化雰囲気となって触媒劣化を引き起こし得る恐れがある酸化雰囲気上限温度（例えば、酸化劣化点Ｔｏ_ｄｅｇ）に先に到達する恐れがある（図の時刻ｔ１）。

この場合、燃料電池スタック１０のアノード極触媒の酸化劣化を抑制すべく、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給を開始してアノード極内を還元雰囲気にすることが好ましい。しかしながら、図に示すように、蒸発器３２の暖機の進行が相対的に遅れており、蒸発器温度Ｔｖが蒸発器運転下限温度に達していないため、蒸発器３２による原燃料の気化を十分に実行することができない。すなわち、この状態で蒸発器３２への原燃料の供給を開始しても、燃料の気化が不十分となり改質器１６による改質ができず、結果として燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給ができない状況となることが考えられる。したがって、上記酸化雰囲気を解消できず、アノード極触媒の酸化劣化が進行する恐れがある。

特に、図１に示すシステム構成をとる燃料電池システムＳにおける暖機運転の場合には、排気燃焼器１２により生成される燃焼ガスは、空気熱交換器１４において主空気供給通路２４内の空気との熱交換（すなわち、燃料電池スタック１０の加熱）に用いられた後の燃料電池加熱後ガスを用いて蒸発器３２を暖機する。したがって、暖機運転における蒸発器３２の昇温速度は、燃料電池スタック１０の昇温速度と比べて低くなる。このため、燃料電池スタック１０の暖機の進行と比べ、蒸発器３２の暖機の進行がより遅れやすいので、上述した酸化雰囲気を解消できない問題がより顕在化する。

本実施形態に係る燃料電池システムＳにおいては、このような問題を解決すべく、以下に説明するコントローラ８０による暖機運転を実行する。

図２は、本実施形態における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。なお、本ブロック図に示す各演算部の機能は、コントローラ８０を構成する上記各ハードウェア及びソフトウェア（プログラム）により実現される。

図示のように、本実施形態のコントローラ８０は、バイパス弁開度制御部Ｂ１００と、インジェクタ制御部Ｂ１１０と、を有する。

バイパス弁開度制御部Ｂ１００には、蒸発器温度センサ１０１で検出される蒸発器温度Ｔｖ、及びスタック空気極入口温度センサ１０２で検出されるスタック温度Ｔｓが入力される。

バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器温度Ｔｖ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、バイパス弁１５ａのバイパス弁開度Ｏｂｙを調節する。

具体的に、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器温度Ｔｖ及びスタック温度Ｔｓがそれぞれ所望の値となるように、バイパス弁１５ａの目標開度である目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算し、バイパス弁開度Ｏｂｙが目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔに近づくようにバイパス弁１５ａを操作する。

特に、本実施形態では、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、燃料電池スタック１０の暖機度合及び蒸発器３２の暖機度合に基づいて目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。

ここで、燃料電池スタック１０の暖機度合は、燃料電池スタック１０の暖機が当該暖機の完了に対してどの程度まで進行しているかを表す指標（パラメータ）である。したがって、燃料電池スタック１０の暖機度合は、燃料電池スタック１０の暖機を終了すべき温度（スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔ）に対して、現在のスタック温度Ｔｓがどの程度近づいているかという観点から演算することができる。

例えば、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、燃料電池スタック１０の暖機度合を、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対するスタック温度Ｔｓの割合を演算する。スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対するスタック温度Ｔｓの割合は、例えば、これらの偏差やこれらの商（＝Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）として演算可能である。なお、以下では、燃料電池スタック１０の暖機度合を「スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ」とも記載する。

また、蒸発器３２の暖機度合も同様に、蒸発器３２の暖機が当該暖機の完了に対してどの程度まで進行しているかを表すパラメータとして定義される。したがって、蒸発器３２の暖機度合も、蒸発器３２の暖機を終了すべき温度（蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔ）に対して、現在の蒸発器温度Ｔｖがどの程度近づいているかという観点から演算することができる。

例えば、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器３２の暖機度合を、蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに対する蒸発器温度Ｔｖの割合を演算する。蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに対する蒸発器温度Ｔｖの割合は、例えば、これらの偏差やこれらの商（＝Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）として演算可能である。なお、以下では、蒸発器３２の暖機度合を「蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ」とも記載する。

そして、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）、及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、バイパス空気流量ｑｂｙの目標値である目標バイパス空気流量ｑｂｙ_ｔを演算する。そして、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、バイパス弁開度Ｏｂｙが、目標バイパス空気流量ｑｂｙ_ｔに相当する目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔに近づくように、バイパス弁１５ａを操作する。

例えば、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが大きくなるほど、バイパス空気流量ｑｂｙを増加させるべく（熱交換器通過空気流量ｑｅｘを減少させるべく）目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを高く演算する。すなわち、この場合、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅの増加に応じてバイパス弁開度Ｏｂｙを増加させる。これにより、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅの増加が抑制される。

また、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅが大きくなるほど、バイパス空気流量ｑｂｙを減少させるべく（熱交換器通過空気流量ｑｅｘを増加させるべく）目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを高く演算する。すなわち、この場合、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅの増加に応じてバイパス弁開度Ｏｂｙを増加させる。これにより、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅの増加が抑制される。

次に、インジェクタ制御部Ｂ１１０には、蒸発器温度センサ１０１で検出される蒸発器温度Ｔｖ、スタック空気極入口温度センサ１０２で検出されるスタック温度Ｔｓ、及びバイパス弁開度制御部Ｂ１００で演算された目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔが入力される。

インジェクタ制御部Ｂ１１０は、蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）、及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）に基づいて目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを参照しつつ、第２インジェクタ３７の開度を制御して排気燃焼器１２への燃料の噴射量である燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する。

具体的に、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）、及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）が所望の値をとるように、目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを参照しつつ、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの目標値である目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを演算する。そして、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに近づくように第２インジェクタ３７を操作してその開度を調節する。

例えば、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅが大きくなるほど燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させるべく、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを低く演算する。また、例えば、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが大きくなるほど燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させるべく、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを低く演算する。

次に、上述したバイパス弁開度制御部Ｂ１００及びインジェクタ制御部Ｂ１１０によるバイパス弁開度Ｏｂｙ及び燃料噴射量Ｆｃｏｍｂのさらなる具体的な制御態様の例について説明する。

図３は、本実施形態のスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅに基づくバイパス弁開度Ｏｂｙ及び燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの制御の一態様を説明するフローチャートである。

図示のように、ステップＳ１１０において、コントローラ８０は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅと蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅの大小を判定する。そして、コントローラ８０は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅより大きいと判断すると、ステップＳ１２０の処理を実行する。

ここで、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅよりも大きい場合とは、燃料電池スタック１０の暖機の進行状況に対して蒸発器３２の暖機の進行状況が遅い場合を意味する。

このような場合、例えば、蒸発器３２における原燃料の気化を適切に実行することができないにもかかわらず、燃料電池スタック１０はスタック温度Ｔｓが一定以上に上昇にすることがある。その結果、燃料電池スタック１０のアノード極内には燃料ガスが十分に供給されないにもかかわらず、スタック温度Ｔｓが高くなることで酸化反応が進行しやすい酸化雰囲気になる。アノード極内が酸化雰囲気となると、通常の発電に係る酸化反応以外のアノード極を構成する触媒等の材料と酸素が反応する望ましくない酸化反応が生じやすくなる。

特に、スタック温度Ｔｓが上述の酸化劣化点を越える程度に燃料電池スタック１０の暖機が進行している状態で、アノード極内が酸化雰囲気となると、アノード極触媒を構成するニッケルと酸素が不可逆的に反応してアノード極触媒を劣化させる恐れがある。

また、この場合において、燃料電池スタック１０の暖機がある程度進行しているにもかかわらず、蒸発器３２の暖機にともない燃料電池スタック１０に対する暖機を抑制することなく継続すると、燃料電池スタック１０の耐熱性の観点から好ましくない。これに対して、本実施形態では、ステップＳ１２０の処理によりこのような事態の発生を抑制する。

すなわち、ステップＳ１２０において、コントローラ８０は、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させる。これにより、主空気供給通路２４において空気熱交換器１４をバイパスする空気の割合が増加することとなる（図１参照）。したがって、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少し、燃料電池スタック１０に供給される空気に対する空気熱交換器１４による実質的な加熱量が減少することとなる。結果として、燃料電池スタック１０に対する加熱量が低下して、当該燃料電池スタック１０の昇温が抑制されることとなる。

一方で、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少すると、空気熱交換器１４における熱交換によって、排気燃焼器１２で生成された燃焼ガスから空気に移る熱量が減少する。したがって、熱交換後に蒸発器３２に供給される（スタック加熱後燃焼ガス）燃料電池加熱後燃焼ガスの熱量が増加することとなるので、蒸発器３２の加熱量が増加し、蒸発器３２の暖機速度が上昇する。

すなわち、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させることによって、燃料電池スタック１０の暖機速度を低下させつつ、蒸発器３２の暖機速度を上昇させることができる。

したがって、上記ステップＳ１２０の処理を実行することによって、燃料電池スタック１０の暖機速度を抑制することができるので、燃料電池スタック１０のアノード極内における酸化反応の発生を抑制して、アノード極内が酸化雰囲気に陥ることを抑制することができる。また、燃料電池スタック１０の昇温が抑制されることで、燃料電池スタック１０の構成部品を耐熱性の観点からもより確実に保護することができる。

一方で、蒸発器３２の暖機速度は上昇するので、蒸発器温度Ｔｖをより速やかに蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに近づけることができる。したがって、より確実に、スタック温度Ｔｓが上述のアノード極触媒の酸化劣化を引き起こしうる温度に到達する前に、蒸発器温度Ｔｖを蒸発器３２による原燃料の気化が可能な温度とすることができる。

一方、上記ステップＳ１１０において、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅより大きくないと判断される場合、すなわち、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きいと判断されると、コントローラ８０はステップＳ１３０の処理を実行する。

ここで、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きい場合とは、蒸発器３２の暖機の進行に対して燃料電池スタック１０の暖機の進行状況が遅い場合を意味する。

この場合は、スタック温度Ｔｓがアノード極触媒の酸化劣化が生じる得る温度に到達する前に、蒸発器温度Ｔｖが蒸発器３２の作動温度（原燃料の気化が可能となる温度）に到達し易い状況である。したがって、暖機運転を速やかに完了する観点から、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを増加させる。

したがって、ステップＳ１３０において、コントローラ８０は、暖機運転を速やかに完了する観点から、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを増加させる。これにより、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の双方の昇温（暖機）が促進される。

以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の燃料電池システムＳは、燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池としての燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に供給する燃料を気化する蒸発器３２と、燃料電池スタック１０から排出されるオフガス（カソードオフガス及びアノードオフガス）を加熱して加熱ガス（燃焼ガス）を生成するオフガス加熱装置（排気燃焼器）１２と、燃料電池スタック１０に供給される空気を燃焼ガスにより加熱する燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）と、燃焼ガスにより蒸発器３２を加熱する蒸発器加熱装置（１４，１５ａ，４０）と、燃料電池スタック１０の温度を取得する燃料電池温度取得部としてのスタック空気極入口温度センサ１０２と、蒸発器３２の温度を取得する蒸発器温度取得部としての蒸発器温度センサ１０１と、を備える。

そして、燃料電池システムＳは、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機を実行する暖機運転において、蒸発器３２の温度である蒸発器温度Ｔｖ及び燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度Ｔｓに基づいて、蒸発器加熱装置（１４，１５ａ，４０）及び燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）を制御してオフガスの加熱量（燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ）及び加熱ガスによる空気の加熱量（熱交換器通過空気流量ｑｅｘ）を調節するコントローラ８０を有する（図２の「バイパス弁開度制御部Ｂ１００」及び「インジェクタ制御部Ｂ１１０」）。

これにより、スタック温度Ｔｓ及び蒸発器温度Ｔｖに基づく燃料電池スタック１０及び蒸発器３２のそれぞれの暖機の進行状況に応じて、各暖機の進行バランスを好適に制御することができる。したがって、燃料電池スタック１０の暖機と蒸発器３２の暖機の進行度合のバランスが崩れることに起因した不具合、例えば燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の耐熱性が損なわれること及びアノード極内の酸化劣化反応の発生等の不具合を抑制することができる。

特に、本実施形態では、燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）は、燃料電池スタック１０に空気を供給する空気供給通路である主空気供給通路２４に設けられて主空気供給通路２４内の空気を上記加熱ガスと熱交換させる空気熱交換器１４と、空気熱交換器１４をバイパスするように主空気供給通路２４に設けられたバイパス通路１５と、バイパス通路１５に設けられたバイパス弁１５ａと、を含む。また、蒸発器加熱装置（１４，１５ａ，４０）は、バイパス弁１５ａと、空気熱交換器１４における熱交換に用いられた後の加熱ガスである燃料電池加熱後ガスを蒸発器３２に供給する燃料電池加熱後ガス供給系統である蒸発器ガス供給通路４０ａと、を含む。

そして、コントローラ８０は、バイパス弁１５ａの開度であるバイパス弁開度Ｏｂｙを制御して空気熱交換器１４に供給される空気流量である熱交換器通過空気流量ｑｅｘを調節する（図２のバイパス弁開度制御部Ｂ１００）。

この構成により、バイパス弁１５ａを操作してバイパス弁開度Ｏｂｙを調節することによって、熱交換器通過空気流量ｑｅｘを調節することができる。これにより、空気熱交換器１４で加熱ガスと熱交換される空気流量を調節することで、燃料電池スタック１０に供給される空気の熱量、すなわち燃料電池スタック１０に対する加熱量と、熱交換後の燃料電池加熱後ガスの熱量、すなわち蒸発器３２に対する加熱量を制御することができる。

すなわち、暖機運転において、バイパス弁１５ａの操作によって、燃料電池スタック１０に対する加熱量及び蒸発器３２に加熱量の双方を好適に制御することができる。したがって、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅのバランスを一つのアクチュエータであるバイパス弁１５ａの操作で実行することができる。

例えば、バイパス弁開度Ｏｂｙを大きくしてバイパス空気流量ｑｂｙを増加させると、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少することとなる。したがって、空気熱交換器１４において加熱ガスと熱交換される空気が相対的に減少する。これにより、熱交換後に燃料電池スタック１０に供給される空気の熱量は減少することとなる。すなわち、当該空気による燃料電池スタック１０の昇温速度は低下して、当該燃料電池スタック１０の暖機速度を抑制することができる。

一方で、この熱交換器通過空気流量ｑｅｘが減少する場合において、加熱ガスが空気熱交換器１４において空気との熱交換で奪われる熱量が減少することとなるので、熱交換後の燃料電池加熱後ガスの熱量は増加する。したがって、燃料電池加熱後ガスによる蒸発器３２に対する加熱量が増加することとなるので、蒸発器３２の暖機速度が向上する。

すなわち、バイパス弁開度Ｏｂｙを大きくすることで、燃料電池スタック１０の暖機速度を低下させつつ、蒸発器３２の暖機速度を向上させることができる。

さらに、逆に、バイパス弁開度Ｏｂｙを小さくしてバイパス空気流量ｑｂｙを減少させる場合には、熱交換器通過空気流量ｑｅｘが増加するので、蒸発器３２の暖機速度を低下させつつ、燃料電池スタック１０の暖機速度を向上させることができる。

特に、本実施形態の燃料電池システムＳでは、バイパス弁１５ａは、該バイパス弁１５ａが全開状態（バイパス弁開度Ｏｂｙが最大であっても）であっても、蒸発器温度Ｔｖが所定の上限温度を超えないバイバス空気流量ｑｂｙとなるように構成される。

これにより、空気熱交換器１４における熱交換後に蒸発器３２に供給されるスタック加熱後燃焼ガスの熱量が制限されることとなる。結果として、このスタック加熱後燃焼ガスが蒸発器３２を加熱した後に、外部に排出される際の温度を一定以下に制限することができる。したがって、燃料電池システムＳを搭載した車両の排ガス温度をより確実に低下させることができる。

なお、上述のように蒸発器温度Ｔｖが所定の上限温度を超えないように、バイパス弁１５ａの構成を調節（設計）することに代えて、又はこれとともに、バイパス通路１５の配管径や長さ等の構成を調節（設計）するようにしても良い。

例えば、バイパス通路１５を、バイパス弁１５ａが全開状態であっても、蒸発器温度Ｔｖが上記上限温度を超えないバイバス空気流量ｑｂｙとなる径に構成するようにしても良い。さらに、蒸発器温度Ｔｖが上記上限温度を超えないように、バイパス弁１５ａの構成及びバイパス通路１５の構成の双方を好適に調節するようにしても良い。

また、本実施形態の燃料電池システムＳでは、オフガス加熱装置（１２，３７）は、オフガスを燃焼させて加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する排気燃焼器１２と、排気燃焼器１２に供給する燃料の量である燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する燃料供給量調節部（３７）と、を有する。そして、コントローラ８０は、燃料供給量調節部（３７）を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する。

これにより、オフガス加熱装置（１２，３７）を燃料電池スタック１０のオフガスを加熱する機能を既存の排気燃焼器１２により実現することができることができる。すなわち、燃料電池スタック１０の加熱及び蒸発器３２の加熱に用いる加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する機能を、燃料電池システムＳの構成の煩雑化を招くことなく実現できる。

さらに、本実施形態の燃料電池システムＳは、原燃料である液体燃料を貯留する原燃料タンク２８と、原燃料タンク２８から排気燃焼器１２に燃料を供給する燃焼器燃料供給通路３６と、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスを空気熱交換器１４に供給する燃焼ガス供給通路としての燃焼ガス通路４０と、燃料電池加熱装置（１４，１５，１５ａ）で燃料電池スタック１０の加熱に用いられた後の燃焼ガスである燃料電池加熱後燃焼ガスを蒸発器加熱装置（１４，１５ａ，４０）に供給する蒸発器ガス供給通路としての蒸発器ガス供給通路４０ａをさらに有する。また、オフガス加熱装置（１２，３７）は、第２インジェクタ３７を有する。そして、コントローラ８０は、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節する（インジェクタ制御部Ｂ１１０）。

これにより、本実施形態に係る燃料電池システムＳにおける暖機運転を実行するための具体的なシステム構成が提供されることとなる。特に、このシステム構成によれば、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節することで、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量を調節することができるので、この燃焼ガスによる燃料電池スタック１０の暖機速度及び蒸発器３２の暖機速度の双方を好適に制御することができる。

さらに、本実施形態の暖機運転では、コントローラ８０は、スタック温度Ｔｓに基づくスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが蒸発器温度Ｔｖに基づく蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅよりも大きい場合に、燃焼ガスと熱交換される空気の量（空気の加熱量）を減少させる。より具体的には、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅよりも大きい場合には、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させて熱交換器通過空気流量ｑｅｘを減少させる（図３のステップＳ１１０及びステップＳ１２０）。

これにより、燃料電池スタック１０の暖機の進行が蒸発器３２の暖機の進行に対して進んでいる場合に、燃料電池スタック１０に対する加熱量を減少させてその暖機速度を抑制することができる。したがって、例えば、蒸発器３２の暖機に対して燃料電池スタック１０の暖機が進行し、スタック温度Ｔｓがアノード極内における望ましくない酸化反応の発生が懸念される温度になり得る状況において、燃料電池スタック１０の暖機の進行を遅らせることができる。すなわち、蒸発器３２の暖機がある程度進行して燃料の気化が可能となって、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給が可能となるまで、燃料電池スタック１０の加熱（昇温）を抑制することができる。結果として、暖機運転中においてアノード極内における望ましくない酸化反応の発生を抑制することができる。また、このように燃料電池スタック１０の加熱が抑制されることで、燃料電池スタック１０の構成部品の耐熱性の観点からの保護もより好適なものとすることもできる。

また、本実施形態では、コントローラ８０は、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きい場合に、上記オフガスの加熱量を増加させる（図３のステップＳ１３０）。

蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅがスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅよりも大きい場合は、スタック温度Ｔｓがアノード極触媒の酸化劣化が生じる得る温度に到達する前に、蒸発器温度Ｔｖが蒸発器３２の作動温度（原燃料の気化が可能となる温度）に到達し易い状況である。したがって、この場合に、第２インジェクタ３７を制御して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを増加させることで暖機運転を速やかに完了させることができる。

なお、本実施形態において、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅは、燃料電池スタック１０の暖機目標温度であるスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対する取得されるスタック温度Ｔｓの割合であり、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅは、蒸発器３２の暖機目標温度である蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに対する取得される蒸発器温度Ｔｖの割合であることが好ましい。

このようなパラメータでスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅを定義することによって、暖機運転中における燃料電池スタック１０の暖機の進行状況及び蒸発器３２の暖機の進行状況を好適に把握することができる。

なお、本実施形態では、燃料電池温度取得部が、燃料電池スタック１０に供給される空気の温度を検出するスタック空気極入口温度センサ１０２として構成されている。これにより、燃料電池スタック１０の温度を好適に検出することができる。

一方で、燃料電池スタック１０の空気極入口温度を「スタック温度Ｔｓ」とすることに代えて、燃料電池スタック１０の空気極出口温度であるスタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ又は空気極入口温度と空気極出口温度の平均値を「スタック温度Ｔｓ」としても良い。特に、燃料電池スタック１０の暖機がある程度進行して、燃料電池スタック１０における空気の熱損失が低くなるシーンなどにおいて、空気極入口温度に加えて空気極出口温度を考慮して「スタック温度Ｔｓ」とすることで、当該「スタック温度Ｔｓ」を用いた暖機運転における制御の精度の向上が図られる。

また、本実施形態では、蒸発器温度取得部が、蒸発器３２の加熱に用いられた後の加熱ガスの温度を取得する蒸発器温度センサ１０１として構成されている。これにより、蒸発器３２の温度を好適に検出することができる。しかしながら、蒸発器３２の温度を、例えば他の場所に設けた温度センサから推定するようにしても良い。

さらに、本実施形態では、上述した燃料電池システムＳにより実行される暖機方法の一態様が提供される。

具体的に、本実施形態では、燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池としての燃料電池スタック１０から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、加熱ガスを用いて燃料電池スタック１０に供給される空気の加熱、及び燃料電池スタック１０に供給する燃料である原燃料を気化する蒸発器３２の加熱を行う燃料電池システムＳの暖機方法が提供される。

そして、この暖機方法では、燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度Ｔｓ及び蒸発器３２の温度である蒸発器温度Ｔｖに基づいて、オフガスの加熱量（燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ）及び加熱ガスによる空気の加熱量（熱交換器通過空気流量ｑｅｘ）を調節する。

これにより、スタック温度Ｔｓ及び蒸発器温度Ｔｖに基づく燃料電池スタック１０及び蒸発器３２のそれぞれの暖機の進行状況に応じて、各暖機の進行バランスを好適に制御することができる。したがって、燃料電池スタック１０の暖機と蒸発器３２の暖機の進行度合のバランスが崩れることに起因して、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の耐熱性が損なわれること及びアノード極内の酸化劣化反応の発生等の不具合を抑制することができる。

（第１変形例）
次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、第１変形例における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。

図示のように、本変形例が上記実施形態に対して異なる点は、コントローラ８０のインジェクタ制御部Ｂ１１０が、スタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）及び蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）に基づいて第２インジェクタ３７の制御を行っていることである。すなわち、インジェクタ制御部Ｂ１１０の制御において目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔが参照されない。

本変形例の場合にも、第１実施形態と同様に、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ及び蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅに基づいて、バイパス弁１５ａを操作する。

一方、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを演算し、これに基づいて第２インジェクタ３７の開度を操作する。

したがって、本変形例の構成であっても、第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機の相互の進行バランスを考慮しつつ好適に暖機運転を実行することができる。

（第２変形例）
次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５は、第２変形例における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。

図示のように、本変形例では、インジェクタ制御部Ｂ１１０は、蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを演算し、これに基づいて第２インジェクタ３７の開度を操作する。

一方、バイパス弁開度制御部Ｂ１００は、蒸発器温度Ｔｖ（蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ）及びスタック温度Ｔｓ（スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ）がそれぞれ所望の値となるように、インジェクタ制御部Ｂ１１０で演算された目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを参照しつつ、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅに対してスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅが大きく乖離しないような目標バイパス空気流量ｑｂｙ_ｔを演算し、これに基づいてバイパス弁１５ａを操作する。

したがって、本変形例の構成であっても、第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機の相互の進行バランスを考慮しつつ好適に暖機運転を実行することができる。

なお、上記実施形態、第１変形例、及び第２変形例については本発明の態様の例に過ぎず、本発明の範囲で種々の変更が可能である。

例えば、図１に示した燃料電池システムＳの各構成は一例であり、本発明の構成をこれに限定する趣旨ではない。具体的に、上記オフガス加熱装置の構成（排気燃焼器１２、燃焼器燃料供給通路３６、及び第２インジェクタ３７）は、出力調節が可能なヒータや燃料の供給量を調節し得る他の燃焼器等、生成する熱量を調節できる任意の装置によって適宜、代替可能である。

また、上記燃料電池加熱装置の構成（空気熱交換器１４、バイパス通路１５、及びバイパス弁１５ａ）は、オフガス加熱装置からの加熱ガスによって燃料電池スタック１０に供給される空気を加熱しつつ、当該加熱量を調節できる任意の装置によって適宜、代替可能である。例えば、上記バイパス通路１５及びバイパス弁１５ａを設ける構成に代えて、図１のエアポンプ３８の出力を適宜変更することで空気熱交換器１４に供給される空気流量（燃料電池スタック１０の加熱量）を調節しても良い。さらに、空気熱交換器１４へ空気を供給する別途のポンプ等の空気供給装置を設け、この空気供給装置の出力を制御して空気熱交換器１４に供給される空気流量を調節するようにしても良い。

同様に、蒸発器加熱装置（１４，１５ａ，４０）の構成も、上記実施形態及び各変形例で説明したもの以外に、オフガス加熱装置からの加熱ガスの蒸発器３２への供給流量（加熱量）を調節するための他の流路及び該流路に設けられる弁により構成するようにしても良い。

また、「スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ」及び「蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ」を表すパラメータについても、上述の実施形態及び各変形例のパラメータに必ずしも限定されるものではなく、燃料電池スタック１０の暖機の進行度合及び蒸発器３２の暖機の進行度合を表すことができる他の任意のパラメータを採用することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態又は上記各変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、本実施形態における燃料電池システムＳの暖機運転を説明するブロック図である。なお、本ブロック図に示す各演算部の機能は、コントローラ８０を構成する上記各ハードウェア及びソフトウェア（プログラム）により実現される。

図示のように、本実施形態のコントローラ８０は、スタック温度偏差演算部Ｂ２００と、蒸発器温度偏差演算部Ｂ２１０と、フィードバック制御部Ｂ２２０と、を有している。

スタック温度偏差演算部Ｂ２００は、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔからスタック温度Ｔｓを減算してスタック温度偏差ｅ_ｓを演算する。すなわち、ｅ_ｓ＝Ｔｓ_ｔ−Ｔｓとなる。なお、このスタック温度偏差ｅ_ｓは、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対するスタック温度Ｔｓの割合を表すパラメータの一態様であるので、本実施形態における「スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅ」となる。

また、本実施形態では、コントローラ８０は、暖機運転中においてスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを、燃料電池システムＳの状態に応じて変化させる。特に、本実施形態において、コントローラ８０は、取得される蒸発器温度Ｔｖの大きさや燃料電池スタック１０の空気極入口の温度と空気極出口の温度の差（以下では、「スタック入口−出口温度差ΔＴｓ」とも記載する）に応じてスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを設定する。

具体的に、コントローラ８０は、上記スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを設定する構成として、第１仮スタック目標温度演算部Ｂ２０１と、第２仮スタック目標温度演算部Ｂ２０２と、第３仮スタック暖機目標温度演算部Ｂ２０３と、ミニマムセレクト部Ｂ２０４と、を有している。

第１仮スタック目標温度演算部Ｂ２０１には、スタック入口−出口温度差ΔＴｓの下限値である温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍ、及びスタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔの目標値である目標スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ_ｔが入力される。

第１仮スタック目標温度演算部Ｂ２０１は、目標スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ_ｔから温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍを減算することで第１仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ１を求め、これをミニマムセレクト部Ｂ２０４に送信する。

ここで、目標スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ_ｔは、暖機運転の比較的初期の段階等において、スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔが到達すべき温度である。そして、温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍは、燃料電池スタック１０に供給する空気を急速に加熱することによって、スタック入口−出口温度差ΔＴｓが大きくなることに起因する耐熱性の問題を抑制する観点から定められる。

すなわち、本実施形態の燃料電池システムＳの構成によれば、燃料電池スタック１０の入口に空気熱交換器１４で加熱された空気が供給されることで当該燃料電池スタック１０の暖機を行う構成であるため、空気極入口付近は空気極出口付近と比較して温度上昇の速度が大きい。したがって、例えば、燃料電池スタック１０の暖機を素早く行う場合などにおいては、空気極入口付近の温度上昇に空気極出口付近の温度上昇が追いつかず、燃料電池スタック１０の温度分布が大きくなって耐熱性に影響を与えることが想定される。

このような状況に対して、本実施形態では、スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔが目標スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ_ｔに達するまでの間における燃料電池スタック１０の暖機によって、スタック入口温度が過剰に上昇しないように、上記温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍを設定する。すなわち、目標スタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ_ｔから温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍを減算して得られる第１仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ１で、スタック温度Ｔｓの上昇に制限をかけ、燃料電池スタック１０の暖機中においてスタック入口−出口温度差ΔＴｓが過剰に大きくなることを抑制する。

なお、温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍは、適宜、種々の値を設定することができるが、例えば３００℃程度に設定することもできる。

次に、第２仮スタック目標温度演算部Ｂ２０２には、スタック空気極出口温度センサ１０３からのスタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔ、及びスタック入口−出口温度差ΔＴｓの上限値である許容温度差上限値ΔＴｓ＿ｕＬｉｍが入力される。

第２仮スタック目標温度演算部Ｂ２０２は、許容温度差上限値ΔＴｓ＿ｕＬｉｍからスタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔを減算することで第２仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ２を求め、これをミニマムセレクト部Ｂ２０４に送信する。

ここで、許容温度差上限値ΔＴｓ＿ｕＬｉｍは、暖機運転の中期〜後期の段階等において、燃料電池スタック１０の耐熱性への悪影響を抑制する観点から許容し得るスタック入口−出口温度差ΔＴｓの上限値である。したがって、許容温度差上限値ΔＴｓ＿ｕＬｉｍからスタック出口温度Ｔｓ_ｏｕｔを減算して得られる第２仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ２は、スタック入口−出口温度差ΔＴｓが上記許容される上限値を超えないように、スタック温度Ｔｓを制限する観点から定まる暫定的なスタック温度Ｔｓの目標値である。

次に、第３仮スタック暖機目標温度演算部Ｂ２０３には、蒸発器温度Ｔｖが入力される。第３仮スタック暖機目標温度演算部Ｂ２０３は、蒸発器温度Ｔｖに基づいて第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を演算する。

図７は、蒸発器温度Ｔｖから第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を演算するためのテーブルの一例を示している。

第３仮スタック暖機目標温度演算部Ｂ２０３は、図に示す関係に基づき蒸発器温度Ｔｖから第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を求める。本実施形態では、図示のように、蒸発器温度Ｔｖが所定値α１、α２となるタイミングを境界として、異なる第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３の演算態様が設定される。

具体的に、蒸発器温度Ｔｖが所定値α１以下の場合には、第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を比較的小さい値に設定するとともに、蒸発器温度Ｔｖの大きさにかかわらず、その値をほとんど変化させないようにする。

ここで、蒸発器温度Ｔｖが所定値α１以下の場合とは、例えば蒸発器３２の暖機が初期段階であって、当該蒸発器３２による原燃料の気化を行うまでに一定以上の蒸発器３２に対する加熱を実行する必要がある状況である。

この場合において、燃料電池スタック１０の暖機を通常以上の速度で進行させると、蒸発器３２が原燃料の気化を十分に実行可能な温度に達していないにもかかわらず、スタック温度Ｔｓが上記酸化劣化点を越え、アノード極触媒の酸化劣化が懸念される状態となる可能性がある。したがって、このような蒸発器３２の暖機が初期状態である場合には、燃料電池スタック１０の暖機の進行を抑制すべくスタック温度Ｔｓの上昇を制限するため、第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を比較的小さく且つほとんど変化させないようにする。

次に、蒸発器温度Ｔｖが所定値α１を越え、且つ所定値α２以下である場合には、蒸発器温度Ｔｖが増加するにつれて第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３が増加するように、当該第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を演算する。

この場合には、蒸発器３２の暖機の進行が少なくとも初期段階を脱しているので、上記所定値α１以下におけるスタック温度Ｔｓの上昇の制限を解除するように、第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を演算する。すなわち、暖機運転を速やかに終了させる観点から、蒸発器３２の暖機の進行に応じて燃料電池スタック１０の暖機も進行させるべく、蒸発器温度Ｔｖが増加するにつれて第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を増加させるようにしている。

次に、蒸発器温度Ｔｖが所定値α２を越えた以降は、第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を一定値に設定する。ここで、蒸発器温度Ｔｖが所定値α２に達した状態では、スタック温度Ｔｓは最終的なスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに達する。したがって、スタック温度Ｔｓの目標値に制限をかける必要が無いので、第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３をこの最終的なスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを同一の値に設定する。

図６に戻り、ミニマムセレクト部Ｂ２０４は、第１仮スタック目標温度演算部Ｂ２０１から受信した第１仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ１、第２仮スタック目標温度演算部Ｂ２０２から受信した第２仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ２、及び第３仮スタック暖機目標温度演算部Ｂ２０３から受信した第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３の内、最も小さい値をスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔとして演算し、スタック温度偏差演算部Ｂ２００に出力する。

これにより、蒸発器３２との暖機の進行とのバランスをとる観点から定まる第３仮目標スタック温度Ｔｓ_ｐｒｅ３を、暖機運転の比較的初期段階における燃料電池スタック１０の耐熱性を考慮した温度差下限値ΔＴｓ＿ｌＬｉｍ、及び暖機運転の中期〜後期の段階における燃料電池スタック１０の耐熱性を考慮した許容温度差上限値ΔＴｓ＿ｕＬｉｍで適宜制限したスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを求めることができる。すなわち、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔは、暖機運転中の燃料電池スタック１０の耐熱性及び蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅとのバランスが考慮された値となる。

次に、蒸発器温度偏差演算部Ｂ２１０には、蒸発器温度センサ１０１からの蒸発器温度Ｔｖ及び蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔが入力される。

蒸発器温度偏差演算部Ｂ２１０は、蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔから蒸発器温度Ｔｖを減算して蒸発器温度偏差ｅ_ｖを演算する。すなわち、ｅ_ｖ＝Ｔｖ_ｔ−Ｔｖとなる。なお、本実施形態の蒸発器温度偏差ｅ_ｖは、蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに対する取得される蒸発器温度Ｔｖの割合を表すパラメータの一態様であるので、本実施形態における「蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ」に相当する。

そして、フィードバック制御部Ｂ２２０は、スタック温度偏差演算部Ｂ２００からスタック温度偏差ｅ_ｓ、蒸発器温度偏差演算部Ｂ２１０から蒸発器温度偏差ｅ_ｖをそれぞれ受信する。フィードバック制御部Ｂ２２０は、スタック温度偏差ｅ_ｓ及び蒸発器温度偏差ｅ_ｖに基づいて、バイパス弁１５ａ及び第２インジェクタ３７を制御する。

図８は、フィードバック制御部Ｂ２２０の制御の詳細を説明するブロック図である。

図示のように、フィードバック制御部Ｂ２２０は、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１と、基本制御パラメータ演算部Ｂ２２２と、マックスセレクト部Ｂ２２４と、ミニマムセレクト部Ｂ２２５と、を有している。

第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、上述の蒸発器温度偏差演算部Ｂ２１０で演算された蒸発器温度偏差ｅ_ｖを受信する。第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、蒸発器温度偏差ｅ_ｖに基づいて、改質器１６の暖機の観点から燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ（第２インジェクタ３７の開度に相当）の予備的な目標値である第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを演算する。

具体的に、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、少なくとも積分動作を含むフィードバック制御ロジックにしたがい、蒸発器温度偏差ｅ_ｖがゼロに近づくほど燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが小さく方向に制御されるように、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを演算する。そして、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１は、演算した第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔをマックスセレクト部Ｂ２２４に出力する。

一方、基本制御パラメータ演算部Ｂ２２２は、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１と、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２と、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３と、を有する。

バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、上述のスタック温度偏差演算部Ｂ２００で演算されたスタック温度偏差ｅ_ｓを受信する。バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいてバイパス弁１５ａの目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。

具体的に、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、図に示すグラフに基づき、スタック温度偏差ｅ_ｓから目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。ここで、図のグラフにおいて、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、スタック温度偏差ｅ_ｓ≧０（Ｔｓ_ｔ−Ｔｓ≧０）となる場合は、燃料電池スタック１０の暖機が目標に達していないので、図１に示す主空気供給通路２４内の空気をバイパスさせずに全て空気熱交換器１４を通すようにする。すなわち、バイパス弁１５ａの開度を０（全閉）として、できるだけ燃料電池スタック１０に供給される空気を空気熱交換器１４で加熱して燃料電池スタック１０の暖機を促進する。

また、図のグラフにおいて、スタック温度偏差ｅ_ｓ＜０（Ｔｓ_ｔ−Ｔｓ＜０）となる場合は、燃料電池スタック１０の暖機が目標に達している状態である。したがって、この場合には、燃料電池スタック１０に対する加熱量を抑制すべく、スタック温度偏差ｅ_ｓが低くなるほど、空気熱交換器１４をバイパスさせる空気流量を増加させる（熱交換器通過空気流量ｑｅｘを減少させる）。すなわち、スタック温度偏差ｅ_ｓが低くなるほど、バイパス弁１５ａの開度を大きくするように目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算する。

なお、図のグラフにおいて、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下の領域になると、バイパス弁１５ａの開度が全開となる。すなわち、これ以上、バイパス弁１５ａの開度を増加させることはできないため、この状態で、燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制する場合には、適宜、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させる制御を行う必要がある。これについては後述する。

次に、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、上述のスタック温度偏差演算部Ｂ２００で演算されたスタック温度偏差ｅ_ｓを受信する。第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいて、燃料電池スタック１０に対する加熱量をスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅに応じて一定以上に維持する観点から燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの予備的な目標値である第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。

具体的に、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、少なくとも積分動作を含むフィードバック制御ロジックにしたがい、図に示すグラフに基づき、スタック温度偏差ｅ_ｓから第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。ここで、図のグラフにおいて、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、燃料電池スタック１０の暖機が目標に達していないスタック温度偏差ｅ_ｓ≧０の場合には、スタック温度偏差ｅ_ｓが小さくなるほど、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを減少させるように第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。これにより、スタック温度Ｔｓの上昇に応じて、燃料電池スタック１０の暖機速度を一定以上とするように、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量を調節することができる。

また、図のグラフにおいて、スタック温度Ｔｓが目標に達しているスタック温度偏差ｅ_ｓ＜０（Ｔｓ_ｔ−Ｔｓ＜０）となる場合は、第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを０とする。

さらに、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、演算した第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔをマックスセレクト部Ｂ２２４に出力する。

次に、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、上述のスタック温度偏差演算部Ｂ２００で演算されたスタック温度偏差ｅ_ｓを受信する。第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいて、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機を適切な速度で実行させる観点から、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの予備的な目標値である第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。

具体的に、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、図に示すグラフに基づき、スタック温度偏差ｅ_ｓから第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。ここで、図のグラフにおいて、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、バイパス弁１５ａの開度が全開となるスタック温度偏差ｅ_ｓ＝αとなるまで、すなわち、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔよりも所定値α以上大きくなるまで、第２インジェクタ３７の開度を調節して燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを所望の値とするように第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。

したがって、第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔとしては、図のグラフのように、基本的には、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機を適切な速度で実行させる観点から定まる第２インジェクタ３７の適切な開度に対応する燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが設定される。

一方で、上述のバイパス弁開度演算部Ｂ２２２１による制御のように、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下になると、バイパス弁１５ａの開度を増加させることができず、空気熱交換器１４をバイパスさせる空気流量を増やすことができない。

したがって、本実施形態では、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、スタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下の領域において、スタック温度偏差ｅ_ｓが小さくなるほど、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを低下させるように第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。すなわち、燃料電池スタック１０の昇温速度をバイパス弁１５ａの開度の変更で調節できないシーンにおいては、スタック温度Ｔｓの上昇に応じて燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの方を制限するように第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。

さらに、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３は、演算した第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔをミニマムセレクト部Ｂ２２５に出力する。

次に、マックスセレクト部Ｂ２２４は、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１から第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを受信するとともに、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２から第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを受信する。

マックスセレクト部Ｂ２２４は、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔと第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの大きい方であるＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）をミニマムセレクト部Ｂ２２５に出力する。

すなわち、マックスセレクト部Ｂ２２４は、蒸発器３２の暖機速度を一定以上にする観点から定まる第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔと、燃料電池スタック１０の暖機速度を一定以上に維持する観点から定まる第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの内の大きい方の値を残す。したがって、このＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）が目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに設定された場合には、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の双方の暖機速度を一定以上に維持することができる。

次に、ミニマムセレクト部Ｂ２２５は、マックスセレクト部Ｂ２２４からＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）、及び第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３から第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔをそれぞれ受信する。

ミニマムセレクト部Ｂ２２５は、Ｍａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）及び第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔの内の小さい方を、最終的な目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔとして選択する。

すなわち、ミニマムセレクト部Ｂ２２５は、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の双方の暖機速度を一定以上に維持する観点のＭａｘ（ｐｒｅ１，ｐｒｅ２）と、バイパス弁１５ａの開度が全開となる時（スタック温度偏差ｅ_ｓ＝α）以降の燃料電池スタック１０の昇温速度の調節の観点から定まる第３仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ３_ｔの内の小さい方の値を最終的な目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔとする。

したがって、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂは、バイパス弁１５ａが全開となるまでにおいては、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の双方の暖機速度を維持する観点から制御される。一方で、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔを超えてバイパス弁１５ａが全開となった以降（スタック温度偏差ｅ_ｓ≦αの領域）は、スタック温度Ｔｓの上昇が抑制されるように燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが制限されることとなる。

以上、説明した本実施形態のコントローラ８０の制御ロジックによる一作用について説明する。

図９は、図６〜図８で説明した制御ロジックにしたがう本実施形態の暖機運転の経時変化の一態様を示している。特に図９（ａ）は暖機運転中のスタック温度Ｔｓ及び蒸発器温度Ｔｖの経時変化を示しており、図９（ｂ）は暖機運転中の経時変化を示している。

図示のように、コントローラ８０は、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに到達する時刻ｔ１までにおいて、図８の第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３、及びミニマムセレクト部Ｂ２２５等の制御ロジックに従い、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが適切に制御され燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機が実行される。

そして、時刻ｔ１において、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに到達すると、コントローラ８０は、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１等の制御ロジックにしたがい、バイパス弁１５ａが操作され、バイパス弁開度Ｏｂｙが増加する。

すなわち、時刻ｔ１は、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに達したものの、まだ蒸発器３２の暖機が完了していない状態である。この場合には、耐熱保護等の観点から燃料電池スタック１０に対する加熱量を抑制する一方で、蒸発器３２の暖機は継続する必要がある。これに対して、本実施形態では、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させることで、図に示すように燃料電池スタック１０に対する加熱量（昇温）を抑制しつつ、蒸発器３２に対する加熱量（昇温）を促進することができる。

なお、図には省略しているが時刻ｔ２以降においては、可能な限りバイパス弁開度Ｏｂｙを増加させて、スタック温度Ｔｓの上昇を抑制しつつ、蒸発器温度Ｔｖの上昇を促すが、バイパス弁開度Ｏｂｙが最大開度に到達したにもかかわらず、スタック温度偏差ｅ_ｓが一定以上（バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１におけるα以上）となる場合には、第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３の制御ロジックにしたがい、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂが制限される。すなわち、バイパス弁１５ａに対する操作で燃料電池スタック１０の加熱量を制限することができなくなったときには、排気燃焼器１２で生成される燃焼ガスの熱量そのものを低下させて、燃料電池スタック１０の過剰な昇温を抑制する。

さらに、本実施形態では、上述のように、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１及び第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２は、積分動作を含むフィードバック制御ロジックにしたがい、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ及び第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算している。

一方で、図８に示すように、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ及び第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔは、マックスセレクト部Ｂ２２４において何れか一方が選択されるため、選択されなかった他の一方の値は燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの制御に用いられなくなる。この場合、選択されなかった他の一方の値を演算するフィードバック制御ロジックにおいては、偏差がゼロに近づかない状態が続くことが想定される。その結果、当該フィードバック制御ロジックにおける積分動作が繰り返されることとなり、積分動作の項が大きくなる。結果として、選択されなかった他の一方の値が想定以上に大きな値として演算される可能性がある。

そして、この状態においてスタック温度Ｔｓや蒸発器温度Ｔｖ等の暖機運転の状態が変化し、マックスセレクト部Ｂ２２４において上述の選択されなかった他の一方の値が選択されるようになった場合、この想定以上に大きくなった値に基づいて第２インジェクタ３７が操作されることとなるため、オーバーシュートやハンチングが引き起こされる。

これに対して、本実施形態では、マックスセレクト部Ｂ２２４において選択されない他の一方の値を演算する演算部において、積分動作を停止させる。具体的に、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔが第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔよりも大きい場合には、第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２による積分動作を停止する。一方で、第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔが第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔよりも大きい場合には、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１による積分動作を停止する。これにより、上述の積分動作の繰り返しによるオーバーシュートやハンチング等に起因する制御精度の低下を抑制することができる。

以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、第１実施形態で説明した作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。

本実施形態の燃料電池システムＳでは、コントローラ８０は、燃料電池スタック１０の暖機が蒸発器３２の暖機よりも先に完了する場合に、加熱ガスによる空気の加熱量の減少を実行する。具体的に、本実施形態ではバイパス弁開度Ｏｂｙを増加させる（図９の時刻ｔ１以降を参照）。

これにより、燃料電池スタック１０の暖機が完了している一方で蒸発器３２の暖機が完了していない状況において、スタック温度Ｔｓの上昇を抑制しつつ、蒸発器温度Ｔｖの暖機を継続することができる。したがって、燃料電池スタック１０の暖機が完了しているにもかかわらず、蒸発器３２の暖機にともない燃料電池スタック１０が加熱し続けられることによる耐熱性への影響を抑制することができる。

特に、本実施形態の燃料電池システムＳは、図１等によって説明したように、バイパス弁開度Ｏｂｙを増加させることで、燃料電池スタック１０に対する加熱量が減少するとともに、蒸発器３２の加熱量が増加する。

したがって、本実施形態の構成によれば、一つのアクチュエータであるバイパス弁１５ａを操作するだけで、暖機運転中における燃料電池スタック１０の過剰な昇温を抑制して当該燃料電池スタック１０の耐熱保護をより確実なものとしつつも、まだ暖機が完了していない蒸発器３２に対して暖機を促してより速やかな暖機運転の完了にも資することとなる。

さらに、本実施形態の燃料電池システムＳは、コントローラ８０は、加熱ガスである燃焼ガスと熱交換する空気の量が所定の下限値に達すると、加熱ガスの熱量の増加を制限する。すなわち、バイパス弁１５ａの開度が全開となるスタック温度偏差ｅ_ｓが所定値α以下となると、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを制限する（図７の第３仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２３参照）。

これによれば、バイパス弁１５ａを開放する制御ではこれ以上、燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制することができないシーンにおいては、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを制限することで燃料電池スタック１０の昇温速度を抑制することができる。

したがって、例えば、バイパス弁１５ａが全開であるにもかかわらずスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅに対して蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅが低いため、蒸発器３２の燃料気化準備が整っておらず、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給を十分に行うことができない状況において燃料電池スタック１０の暖機速度を抑制することができる。すなわち、このような状況においては、燃料電池スタック１０の昇温を抑制して、上述したアノード極内の酸化劣化反応を抑制することができる。

さらにより詳細な本実施形態の燃料電池システムＳの構成として、コントローラ８０は、蒸発器３２の暖機目標温度（蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔ）に対する取得される蒸発器の温度（蒸発器温度Ｔｖ）の割合として、蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔから蒸発器温度Ｔｖを減算して得られる蒸発器温度偏差ｅ_ｖを設定し（図６の蒸発器温度偏差演算部Ｂ２１０）、燃料電池の暖機目標温度（スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔ）に対する取得される燃料電池の温度（スタック温度Ｔｓ）の割合として、スタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔからスタック温度Ｔｓを減算して得られる燃料電池温度偏差としてのスタック温度偏差ｅ_ｓを設定する（スタック温度偏差演算部Ｂ２００）。

そして、コントローラ８０は、蒸発器温度偏差ｅ_ｖに基づいて、蒸発器３２が要求するオフガスの加熱量である蒸発器要求オフガス加熱量に相当する第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔを演算し（図８の第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１）、スタック温度偏差ｅ_ｓに基づいて、燃料電池スタック１０が要求する前記オフガスの加熱量である燃料電池要求オフガス加熱量に相当する第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔを演算する（第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２）。

さらに、コントローラ８０は、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ及び第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔに基づいて、オフガスの加熱量の目標値であるオフガス加熱量目標値に相当する目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを設定し（マックスセレクト部Ｂ２２４及びミニマムセレクト部Ｂ２２５）、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに基づいて第２インジェクタ３７を制御する。

これにより、暖機運転において、蒸発器温度Ｔｖ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ及びスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅのバランスを好適に調節し得る燃料電池システムＳの具体的な一態様が提供されることとなる。

特に、本実施形態では、コントローラ８０は、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ及び第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの内の大きい方を選択して、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔを設定する（図８のマックスセレクト部Ｂ２２４）。

これにより、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅの観点から定まる第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔとスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅの観点から定まる第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの内の大きい方を目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔの候補とすることができる。したがって、この目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに基づいて第２インジェクタ３７が制御されることで、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の双方の暖機速度を一定以上に維持することができる。

さらに、本実施形態では、コントローラ８０は、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔの演算及び第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔの演算を、積分動作を含むフィードバック制御によって実行する。そして、目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｔに設定において選択されなかった方の値の演算が、積分動作を含むフィードバック制御によって実行されている場合には、該積分動作を停止させる。

これにより、マックスセレクト部Ｂ２２４において選択されなかった値の演算において、積分動作が繰り返されることによるオーバーシュートやハンチング等に起因する制御精度の低下を抑制することができる。

さらにより詳細な本実施形態の燃料電池システムＳの構成として、コントローラ８０は、燃料電池温度偏差としてのスタック温度偏差ｅ_ｓに基づいて、燃料電池スタック１０が要求する加熱ガスによる空気の加熱量の目標値である空気加熱量目標値に相当する目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを演算し、目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔに基づいてバイパス弁１５ａを制御する（図８のバイパス弁開度演算部Ｂ２２２１参照）。

これにより、バイパス弁１５ａを操作するという簡易な制御で暖機運転中のスタック温度Ｔｓの調節を好適に行うことができる。特に、既に説明したように、本実施形態の燃料電池システムＳは、バイパス弁開度Ｏｂｙを調節することで、燃料電池スタック１０だけでなく蒸発器３２の加熱量も調節できる構成である。したがって、例えば、スタック温度偏差ｅ_ｓが小さい場合に、目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔを大きくして燃料電池スタック１０の加熱量を抑制して該燃料電池スタック１０の暖機を抑制しつつ、蒸発器３２の加熱量を増加させて蒸発器３２の暖機を促進する等の暖機速度のバランス調節を好適に実行することができる。

なお、本実施形態では、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１及び第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２の双方が、積分動作を含むフィードバック制御ロジックにしたがい、第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ及び第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔをそれぞれ演算するように構成している。しかしながら、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１及び第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２における演算を積分動作を含まないフィードバック制御ロジックに基づいて実行するようにしても良い。

また、第１仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２１及び第２仮目標燃料噴射量演算部Ｂ２２２２の何れか一方が積分動作を含むフィードバック制御を実行し、他方は積分動作を含まないフィードバック制御を実行するようにしても良い。この場合、マックスセレクト部Ｂ２２４において選択されなかった値を演算する演算部が、積分動作を含むフィードバック制御を実行する演算部である場合に、当該演算部の積分動作を停止するように構成することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、図８に示すバイパス弁開度演算部Ｂ２２２１における目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔの演算態様が、第２実施形態における目標バイパス弁開度Ｏｂｙ_ｔの演算態様に対して変更される。

具体的に、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、図８に示すグラフにおけるスタック温度偏差ｅ_ｓが０以上の領域、すなわちスタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに到達していない状態において、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングと蒸発器３２の暖機完了タイミングを予測する。そして、蒸発器３２の暖機完了タイミングと燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングの間の時間差を所望の範囲内に調節する。

特に、本実施形態では、蒸発器３２の暖機完了タイミングが燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングよりも遅いと推測される場合には、バイパス弁開度Ｏｂｙを調節することでこれらに対する加熱量のバランスを調節して、蒸発器３２の暖機完了タイミングと燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングを略同時に調節する。

図１０は、本実施形態に係る暖機運転におけるスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅと蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅの経時変化の一例を示すタイムチャートである。特に図１０（ａ）はスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅと蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅの経時変化を示しており、図１０（ｂ）はバイパス弁開度Ｏｂｙの経時変化を示している。

ここで、図に示す（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）はスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに対する現在のスタック温度Ｔｓの割合に当たるものであり、第１実施形態で説明したように、燃料電池スタック１０の暖機の進行度の指標である。すなわち、スタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅに相当する。したがって、以降は、これを「スタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）」とも称する。同様に、（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）は蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに対する現在の蒸発器温度Ｔｖの割合に当たるものであり、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅに相当する。したがって、以降は、これを「蒸発器暖機進行度（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）」とも称する。

本実施形態では、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、これらスタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）及び蒸発器暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）を所定の演算周期で演算し、図示しないメモリ等に記録する。

さらに、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機が何れも完了していないある時刻ｔｘにおいて、燃料電池スタック１０の暖機が完了する予測時間であるスタック暖機完了予測時間ｔｓ_ｅｘ、及び蒸発器３２の暖機が完了する予測時間である蒸発器暖機完了予測時間ｔｖ_ｅｘを演算する。

具体的に、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、時刻ｔｘ以前の所定時間の間におけるスタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）を読出し、当該所定時間の間におけるスタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）の変化量（傾き）を演算する。

そして、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、演算したスタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）の変化量を保ったまま燃料電池スタック１０の暖機が進行すると仮定して時刻ｔｘ以降のスタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）の予測値である予測スタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）ｅｘ（図１０の一点鎖線参照）を設定する。さらに、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、この予測スタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）ｅｘが１となる時刻、すなわち、スタック温度Ｔｓがスタック暖機目標温度Ｔｓ_ｔに到達すると予測される時刻をスタック暖機完了予測時間ｔｓ_ｅｘとして演算する。

同様に、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、演算した蒸発器暖機進行度（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）の変化量を保ったまま蒸発器３２の暖機が進行すると仮定して時刻ｔｘ以降の蒸発器暖機進行度（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）の予測値である予測蒸発器暖機進行度（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）ｅｘ（図１０の二点鎖線参照）を設定する。そして、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、この予測蒸発器暖機進行度（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）ｅｘが１となる時刻、すなわち、蒸発器温度Ｔｖが蒸発器暖機目標温度Ｔｖ_ｔに到達すると予測される時刻を蒸発器暖機完了予測時間ｔｖ_ｅｘとして演算する。

そして、図１０（ａ）に示すように、本実施形態では、時刻ｔｘの段階において、蒸発器暖機完了予測時間ｔｖ_ｅｘがスタック暖機完了予測時間ｔｓ_ｅｘを越えている。したがって、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１は、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングと蒸発器３２の暖機完了タイミングを合わせるべく、バイパス弁開度Ｏｂｙを所定値まで増加させる（図１０（ｂ）参照）。

これにより、既に説明したように、燃料電池スタック１０の昇温速度が抑制される一方で、蒸発器３２の昇温速度が増加する。したがって、図１０（ａ）の時刻ｔｘ以降の実線で示されるように、スタック暖機進行度（Ｔｓ／Ｔｓ_ｔ）の変化量（傾き）が小さくなる一方で、蒸発器暖機進行度（Ｔｖ／Ｔｖ_ｔ）の変化量（傾き）が大きくなる。結果として、実際のスタック暖機完了時間ｔｓと蒸発器暖機完了時間ｔｖがほぼ一致することとなる。すなわち、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングと蒸発器３２の暖機完了タイミングが略同時となる。

以上説明した本実施形態の燃料電池システムＳによれば、第１実施形態及び第２実施形態で説明した作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。

本実施形態の燃料電池システムＳでは、バイパス弁開度演算部Ｂ２２２１として機能するコントローラ８０は、蒸発器３２の暖機が完了する予測時間である蒸発器暖機完了予測時間ｔｖ_ｅｘが、燃料電池スタック１０の暖機が完了する予測時間である燃料電池暖機完了予測時間としてのスタック暖機完了予測時間ｔｓ_ｅｘを越えるときに、蒸発器３２の暖機が燃料電池スタック１０の暖機よりも先に完了すると判断し、燃焼ガスによるスタック供給空気の加熱量を減少させる処理、すなわちバイパス弁開度Ｏｂｙを所定値まで増加させる処理を実行する（図１０（ｂ）参照）。

これにより、燃料電池スタック１０及び蒸発器３２の双方の暖機が完了していない状態において、事前に、蒸発器３２の暖機完了タイミングが燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングに対して遅れることを判断することができ、その場合に燃料電池スタック１０に対する加熱量を抑制して燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングを遅らせることができる。したがって、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングを蒸発器３２の暖機完了タイミングにより近づけることができる。

特に、本実施形態では、図１のような燃料電池システムＳの構成をとることで、燃焼ガスによるスタック供給空気の加熱量を減少させる処理としてバイパス弁開度Ｏｂｙを所定値まで増加させる処理が実行される。

そして、既に説明したように、バイパス弁開度Ｏｂｙを所定値まで増加させる処理は、燃料電池スタック１０の加熱量を抑制するだけではなく、蒸発器３２の加熱量を増加させることもできる。したがって、このようにバイパス弁開度Ｏｂｙの増加させることによって、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングを遅らせつつ、蒸発器３２の暖機完了タイミングを早めることができるので、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングと蒸発器３２の暖機完了タイミングをより好適に一致させることができる。

なお、本実施形態では、燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングと蒸発器３２の暖機完了タイミングを略同時にする例を説明したが、例えば、他の制御パラメータとの関係を考慮して、これらの暖機完了タイミングを略同時とすることが必ずしも適切でない場合には、少なくとも燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングが蒸発器３２の暖機完了タイミングに近づくように、好ましくは燃料電池スタック１０の暖機完了タイミングが蒸発器３２の暖機完了タイミングよりも早くなるように、バイパス弁開度Ｏｂｙを調節するようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更及び修正が可能である。

例えば、上記各実施形態及び変形例では、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機を行う暖機運転において、蒸発器温度Ｔｖ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、蒸発器暖機度合Ｗｖ_ｅ及びスタック暖機度合Ｗｓｔ_ｅのバランスを調節している。

しかしながら、燃料電池スタック１０の暖機及び蒸発器３２の暖機に加えて改質器１６の暖機も行う暖機運転において、スタック温度Ｔｓ、蒸発器温度Ｔｖ、及び改質器１６の温度（以下では、「改質器温度Ｔｒ」と記載する。）に基づいて、これらの相互の暖機のバランスを制御するようにしても良い。

例えば、第２実施形態及び第３実施形態に係る図８のブロック図に基づく制御ロジックに変えて、図１１で示すブロック図に基づく制御ロジックを採用しても良い。具体的に、図１１では、図８のブロック図の構成に加えて、暖機運転における改質器１６（図１参照）の温度である改質器温度Ｔｒに基づいて、暖機運転において改質器１６の暖機度合に応じて定まる改質器１６が要求する燃料噴射量である改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｒがマックスセレクト部Ｂ２２４に入力される。

これにより、マックスセレクト部Ｂ２２４は、上述した蒸発器３２の暖機の観点から定まる第１仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ１_ｔ、燃料電池スタック１０の暖機の観点から定まる第２仮目標燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｐｒｅ２_ｔ、及び改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｒの内の最大の値がミニマムセレクト部Ｂ２２５以降の処理を介した燃料噴射量Ｆｃｏｍｂの調節に用いられることとなる。すなわち、燃料電池スタック１０の暖機度合、改質器１６の暖機度合、及び蒸発器３２の暖機度合に基づいて、燃料噴射量Ｆｃｏｍｂを調節できる。

さらに、例えば、図１２に示すような制御ロジックに基づいて、改質器温度偏差ｅ_ｒ（＝改質器暖機目標温度Ｔｒ_ｔ−改質器温度Ｔｒ）に基づいて改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｒを演算しても良い。

図１２では、第１仮改質器要求燃料噴射量演算部Ｂ２２１´が、改質器温度偏差ｅ_ｒに基づいて（改質器温度偏差ｅ_ｒが０に近づくように）第１仮改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｒ_ｐｒｅ１_ｔを演算する。また、第２仮改質器要求燃料噴射量演算部Ｂ２２２２´は、図に示す予め定められたマップにしたがい改質器温度偏差ｅ_ｒに基づいて第２仮改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｒ_ｐｒｅ２_ｔを演算する。さらに、第３仮改質器要求燃料噴射量演算部Ｂ２２２３´は、図に示す予め定められたマップにしたがい改質器温度偏差ｅ_ｒに基づいて第３仮改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｒ_ｐｒｅ３_ｔを演算する。

マックスセレクト部Ｂ２２４´で第１仮改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｒ_ｐｒｅ１_ｔ及び第２仮改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｒ_ｐｒｅ２_ｔの内の大きい方が選択される。そして、ミニマムセレクト部Ｂ２２５´で、当該選択された値と第３仮改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ_ｒ_ｐｒｅ３_ｔの内の小さい方の値が改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｒとして設定される。このように定まる改質器要求燃料噴射量Ｆｃｏｍｂ＿ｒが、図１１に示すマックスセレクト部Ｂ２２４に入力されるようになることで、暖機運転における燃料電池スタック１０、改質器１６、及び蒸発器３２の相互の暖機の進行のバランスを好適に調節することができる。

なお、この場合において、第１仮改質器要求燃料噴射量演算部Ｂ２２１´及び第２仮改質器要求燃料噴射量演算部Ｂ２２２２´の少なくとも何れか一方において、積分動作を含むフィードバック制御による演算を行っている場合には、第２実施形態で説明した場合と同様に、マックスセレクト部Ｂ２２４´において選択されなかった値の演算が繰り返されることで積分項が大きくなり、オーバーシュートやハンチング等の制御誤差の要因となることが考えられる。したがって、これを抑制すべく、第２実施形態と同様に、選択されなかった値の演算における積分動作を停止することが好ましい。

Claims (18)

1. 燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に供給する燃料を気化する蒸発器と、
   前記燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するオフガス加熱装置と、
   前記燃料電池に供給される空気を前記加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、
   前記加熱ガスにより前記蒸発器を加熱する蒸発器加熱装置と、
   前記燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、
   前記蒸発器の温度を取得する蒸発器温度取得部と、
   前記蒸発器の暖機及び前記燃料電池の暖機を実行する暖機運転において、前記蒸発器の温度及び前記燃料電池の温度に基づいて、前記蒸発器加熱装置及び前記燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御して前記蒸発器の加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記燃料電池の温度に基づく暖機度合が前記蒸発器の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記加熱ガスによる空気の加熱量を減少させる、
   燃料電池システム。
2. 燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に供給する燃料を気化する蒸発器と、
   前記燃料電池から排出されるオフガスを加熱しで加熱ガスを生成するオフガス加熱装置と、
   前記燃料電池に供給される空気を前記加熱ガスにより加熱する燃料電池加熱装置と、
   前記加熱ガスにより前記蒸発器を加熱する蒸発器加熱装置と、
   前記燃料電池の温度を取得する燃料電池温度取得部と、
   前記蒸発器の温度を取得する蒸発器温度取得部と、
   前記蒸発器の暖機及び前記燃料電池の暖機を実行する暖機運転において、前記蒸発器の温度及び前記燃料電池の温度に基づいて、前記蒸発器加熱装置及び前記燃料電池加熱装置の少なくとも何れか一方を制御して前記蒸発器の加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記蒸発器の温度に基づく暖機度合が前記燃料電池の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記オフガスの加熱量を増加させる、
   燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池加熱装置は、
   前記燃料電池に空気を供給する空気供給通路に設けられて前記空気供給通路内の空気を前記加熱ガスと熱交換させる空気熱交換器と、前記空気熱交換器をバイパスするように前記空気供給通路に設けられたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、を含み、
   前記蒸発器加熱装置は、前記バイパス弁と、前記空気熱交換器における熱交換に用いられた後の前記加熱ガスである燃料電池加熱後ガスを前記蒸発器に供給する燃料電池加熱後ガス供給系統と、を含み、
   前記コントローラは、前記バイパス弁の開度を制御して前記空気熱交換器に供給される空気流量を調節する、
   燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記バイパス弁及び前記バイパス通路の少なくとも何れか一方は、該バイパス弁が全開状態であっても、前記蒸発器の温度が所定の上限温度を超えないバイバス空気流量となるように構成される、
   燃料電池システム。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記オフガス加熱装置は、前記オフガスを燃焼させて前記加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する排気燃焼器と、前記排気燃焼器に供給する燃料の量を調節する燃料供給量調節部と、を有し、
   前記コントローラは、前記燃料供給量調節部を制御して前記排気燃焼器への燃料供給量を調節する、
   燃料電池システム。
6. 請求項５に記載の燃料電池システムであって、
   原燃料を貯留する原燃料タンクと、
   前記原燃料タンクから前記排気燃焼器に燃料を供給する燃焼器燃料供給通路と、
   前記排気燃焼器で生成される前記燃焼ガスを前記燃料電池加熱装置に供給する燃焼ガス供給通路と、
   前記燃料電池加熱装置で前記燃料電池の加熱に用いられた後の前記燃焼ガスである燃料電池加熱後燃焼ガスを前記蒸発器加熱装置に供給する蒸発器ガス供給通路と、
   をさらに有し、
   前記燃料供給量調節部は、前記燃焼器燃料供給通路に設けられたインジェクタを有し、
   前記コントローラは、前記インジェクタを制御して前記排気燃焼器への燃料供給量を調節する、
   燃料電池システム。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記コントローラは、
   前記燃料電池の暖機が前記蒸発器の暖機よりも先に完了する場合に、前記加熱ガスによる空気の加熱量の減少を実行する、
   燃料電池システム。
8. 請求項７に記載の燃料電池システムであって、
   前記コントローラは、
   前記蒸発器の暖機が完了する予測時間である蒸発器暖機完了予測時間が、前記燃料電池の暖機が完了する予測時間である燃料電池暖機完了予測時間を越えるときに、前記加熱ガスによる空気の加熱量の減少を実行する、
   燃料電池システム。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記コントローラは、
   前記加熱ガスと熱交換する空気の量が所定の下限値に達すると、前記オフガスの加熱量の増加を制限する、
   燃料電池システム。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記燃料電池の暖機度合は、該燃料電池の暖機目標温度に対する取得される前記燃料電池の温度の割合であり、
    前記蒸発器の暖機度合は、該蒸発器の暖機目標温度に対する取得される前記蒸発器の温度の割合である、
    燃料電池システム。
11. 請求項１０に記載の燃料電池システムであって、
    前記コントローラは、
    前記蒸発器の暖機目標温度に対する取得される前記蒸発器の温度の割合として、前記蒸発器の暖機目標温度から前記蒸発器の温度を減算して得られる蒸発器温度偏差を設定し、
    前記燃料電池の暖機目標温度に対する取得される前記燃料電池の温度の割合として、前記燃料電池の暖機目標温度から前記燃料電池の温度を減算して得られる燃料電池温度偏差を設定し、
    前記蒸発器温度偏差に基づいて、前記蒸発器が要求する前記オフガスの加熱量である蒸発器要求オフガス加熱量を演算し、
    前記燃料電池温度偏差に基づいて、前記燃料電池が要求する前記オフガスの加熱量である燃料電池要求オフガス加熱量を演算し、
    前記蒸発器要求オフガス加熱量及び前記燃料電池要求オフガス加熱量に基づいて、前記オフガスの加熱量の目標値であるオフガス加熱量目標値を設定し、
    前記オフガス加熱量目標値に基づいて前記オフガス加熱装置を制御する、
    燃料電池システム。
12. 請求項１１に記載の燃料電池システムであって、
    前記コントローラは、
    前記蒸発器要求オフガス加熱量及び前記燃料電池要求オフガス加熱量の内の大きい方を選択して、前記オフガス加熱量目標値に設定する、
    燃料電池システム。
13. 請求項１２に記載の燃料電池システムであって、
    前記コントローラは、
    前記蒸発器要求オフガス加熱量の演算及び前記燃料電池要求オフガス加熱量の演算の少なくとも何れか一方を、積分動作を含むフィードバック制御によって実行し、
    前記オフガス加熱量目標値に設定において選択されなかった方の値の演算が、積分動作を含むフィードバック制御によって実行されている場合には、該積分動作を停止させる、
    燃料電池システム。
14. 請求項１１〜１３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記コントローラは、
    前記燃料電池温度偏差に基づいて、前記燃料電池が要求する前記加熱ガスによる空気の加熱量の目標値である空気加熱量目標値を設定し、
    前記空気加熱量目標値に基づいて前記燃料電池加熱装置を制御する、
    燃料電池システム。
15. 請求項１〜１４の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記燃料電池温度取得部は、前記燃料電池に供給される空気の温度、前記燃料電池から排出される前記オフガスの温度、及びこれら温度の平均値の少なくとも何れか１つを取得する、
    燃料電池システム。
16. 請求項１〜１５の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記蒸発器温度取得部は、前記蒸発器の加熱に用いられた後の前記加熱ガスの温度を取得する、
    燃料電池システム。
17. 燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、生成された前記加熱ガスを用いて前記燃料電池に供給される空気の加熱及び前記燃料電池に供給する燃料を気化する蒸発器の加熱を行う、燃料電池システムの暖機方法であって、
    前記燃料電池の温度及び前記蒸発器の温度に基づいて、前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節し、
    前記燃料電池の温度に基づく暖機度合が前記蒸発器の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記加熱ガスによる空気の加熱量を減少させる、
    燃料電池システムの暖機方法。
18. 燃料と空気の供給を受けて発電する燃料電池から排出されるオフガスを加熱して加熱ガスを生成するとともに、生成された前記加熱ガスを用いて前記燃料電池に供給される空気の加熱及び前記燃料電池に供給する燃料を気化する蒸発器の加熱を行う、燃料電池システムの暖機方法であって、
    前記燃料電池の温度及び前記蒸発器の温度に基づいて、前記オフガスの加熱量及び前記加熱ガスによる空気の加熱量の少なくとも何れか一方を調節し、
    前記蒸発器の温度に基づく暖機度合が前記燃料電池の温度に基づく暖機度合よりも大きい場合に、前記オフガスの加熱量を増加させる、
    燃料電池システムの暖機方法。

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