JP2012160300A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】流量計の検知精度の経年変化等の変化を検知できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】システムは、燃料電池１と、カソードガスをカソード１１に供給させるカソードガス搬送源７１をもつカソードガス通路７０と、カソード通路７０に設けられた流量計７２と、排ガスを排出させる排ガス通路７５と、貯湯槽７７と循環通路７８と水搬送源７９とをもつ貯湯系と、排ガス通路７５を流れる排ガスからの伝熱で循環通路７８の水を加熱させる熱交換器７６とを有する。制御部１００は、排ガスを熱交換器７６を介して排出させることにより、熱交換器７６内の水の温度を上昇させ、熱交換器内７６の水の温度上昇に関する物理量の基準値に対する変化に基づいて、流量計７２の検知精度の変化を検知する流量計精度判定処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池のカソードに供給させるカソードガスの流量を計測する流量計を有する燃料電池システムに関する。

特許文献１には、校正したい流量計が配置されたラインに対してバイパスラインを設け、バイパスラインにマスター流量計を配置し、校正したい流量計で計測した値をマスター流量計の値に基づいて校正する流量計測制御システムが開示されている。特許文献２には、流量計を使用してない期間に対象流体を遮断し、流量計のゼロ点を校正する流量計が開示されている。特許文献３には、貯留部に貯めた液体を配管下流部に流すシステムにおいて、通常時には、流路に配置された流速計で流速を計測して流速に基づいて流量を演算する。このものによれば、流速低下などにより流速が検出できなくなった場合の対処法として、貯留部の水位を検出し、さらに水位から貯留部の断面積を求め、その積から現在の流量を推定することにしている。

特開平5-296815号公報 特開2003-270008号公報 特開2006-300845号公報

産業界では、カソードガス通路を流れるカソードガスの流量を検知する流量計の検知精度の経年変化等の変化を検知できることが要請されている。ここで、特許文献１〜３によれば、流量計の検知精度の経年変化等の変化を容易に検知できない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、高温の排ガスの排熱を貯湯槽の温水として回収する熱交換器の熱交換作用を利用することにより、燃料電池のカソードに供給させるカソードガスの流量を計測する流量計の検知精度の経年変化等による変化を容易に検知できる燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システムは、アノードガスが供給されるアノードおよびカソードガスが供給されるカソードをもつ燃料電池と、カソードガスを燃料電池のカソードに供給させるカソードガス搬送源をもつカソードガス通路と、カソード通路に設けられカソード通路からカソードに供給されるカソードガスの単位時間あたりの流量を計測する流量計と、燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質器と、燃料電池および改質部のうちの少なくとも一方を加熱させる燃焼部と、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された排ガスを外部に排出させる排ガス通路と、温水を貯留させる貯湯槽と貯湯槽の水を貯湯槽の外部に取り出して循環させる循環通路と循環通路の水を循環搬送させる水搬送源とをもつ貯湯系と、排ガス通路および循環通路に設けられ、排ガス通路を流れる排ガスの熱からの伝熱で循環通路の水を加熱させる熱交換器と、燃料電池の発電運転を停止させ且つ水搬送源の駆動を停止させた状態において、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを熱交換器を介して外部に排出させて、熱交換器において排ガスと水とを熱交換させることにより、熱交換器内の水の温度を上昇させ、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の基準値に対する変化に基づいて、流量計の検知精度の変化を検知する流量計精度判定処理を実行する制御部とを具備することを特徴とする。

カソードガスは燃料電池のカソード（酸化剤極）に供給されるガスとして定義される。アノードガスはアノード（燃料極）に供給されるガスとして定義される。物理量は熱交換器内の水の温度上昇に関するものであれば何でも良い。物理量としては、熱交換器内の水が所定の温度分上昇するのに必要な時間、所定時間内において上昇した温度等が例示される。物理量の基準値は、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期などのいずれかのように、ユーザが燃料電池システムの実用的な発電運転をまだ充分にしていないときにおける値が好ましい。この場合には、流量計の経年変化が発生していないためである。物理量の基準値は、制御部のメモリ等の記憶媒体に予め記憶させておくことが好ましい。

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電運転を停止させ且つ水搬送源の駆動を停止させた状態において、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを、熱交換器を介して排出させる。熱交換器は、排ガス通路および循環通路に設けられており、排ガス通路を流れる排ガスの熱からの伝熱で循環通路の水を加熱させる。これにより、高温の排ガスの排熱により熱交換器内の水の温度を上昇させる。流量計精度判定処理において、制御部は、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量を求める。制御部は、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量と基準値とを比較し、基準値に対する物理量の変化を求める。これにより流量計の検知精度の変化を検知する。ここで、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の基準値に対する変化量が相対的に大きければ、流量計の検知精度が経年変化等により低下していることに相当する。この場合、必要に応じて、警報を出力したり、流量計で計測した流量値を校正することが好ましい。物理量の基準値に対する変化量が相対的に小さければ、流量計の検知精度が良好に維持されていることに相当する。

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電運転が停止された状態において流量計精度判定処理が開始される。このため流量計精度判定処理が実行されているとき、改質器において吸熱反応である改質反応が発生しておらず、排ガスの熱量の変動が抑制され、排ガスが熱交換器において失う熱量のばらつきが低減され、ひいては、熱交換器内の水が得る熱量のばらつきが低減される。よって、排ガスとの熱交換により熱交換器において昇温される水の昇温のばらつきが低減できる。これにより流量計精度判定処理における判定精度を高めるのに有利となる。

（２）様相２に係る燃料電池システムによれば、上記した様相において、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量は、熱交換器内の水が第１所定温度Ｔ１から第２所定温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）に上昇するまでの時間であることを特徴とする。熱交換器内の水が第１所定温度Ｔ１から第２所定温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）に上昇するまでの時間が変動していることは、流量計の検知精度が変動していることに相当する。熱交換器内の水の温度上昇に関する時間（物理量）の時間基準値に対する変化量が相対的に大きければ、流量計の検知精度が低下していることに相当する。この場合、必要に応じて、警報を出力したり、流量計で計測した流量値を校正することが好ましい。時間（物理量）の基準値に対する変化量が相対的に小さければ、流量計の経年変化等が少なく、流量計の検知精度が良好に維持されていることに相当する。第１所定温度Ｔ１は例えば１〜５０℃の範囲で適宜選択できる。第２所定温度Ｔ２は例えば２０〜９５℃の範囲で適宜選択できる。要するにＴ２＞Ｔ１であれば良い。

（３）様相３に係る燃料電池システムによれば、上記した様相において、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量は、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを排ガス通路に熱交換器を介して第１所定時間流したとき、熱交換器内の水の温度上昇幅であることを特徴とする。熱交換器内の水の温度上昇幅の変動は、流量計の検知精度が変動していることに相当する。このため、熱交換器内の水の温度上昇幅が相対的に大きければ、流量計の検知精度が低下していることに相当する。この場合、必要に応じて、警報を出力したり、流量計で計測した流量値を校正することが好ましい。時間（物理量）の基準値に対する変化量が相対的に小さければ、流量計の検知精度が良好に維持されていることに相当する。第１所定時間としては、排ガスと水とを熱交換器において熱交換させる時間であれば良く、下限値は例えば１０秒、２０秒にでき、上限値は例えば１０分間、２０分間、３０分間、４０分間にできる。

（４）様相４に係る燃料電池システムによれば、上記した様相において、循環通路は、貯湯槽の吐出ポートから熱交換器の水通路に繋がる往路と、熱交換器の水通路から貯湯槽の帰還ポートに繋がる復路と、往路に設けられ往路を流れる水を冷却させる冷却要素とを備えており、制御部は、流量計精度判定処理を実行する前においてあるいは流量計精度判定処理において、熱交換器内の水の温度が閾値温度よりも高温であるときあるいは高温であると予想されるとき、冷却要素を作動させて往路または熱交換器を流れる水を冷却させ、熱交換器内の水の温度を冷却要素の作動前よりも低下させることを特徴とする。

流量計精度判定処理を実行する前においてあるいは流量計精度判定処理において、熱交換器内の水の温度が閾値温度よりも高温であるときには、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを排ガス通路に熱交換器を介して流したとしても、熱交換器内の水の昇温は制約される。この場合、熱交換器内の水の温度上昇は少なくなる。従って、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の変化が相対的に少なくなる。このため、流量計の検知精度の変化量が相対的に減少し、流量計精度判定処理を良好に実行できなくなるおそれがある。そこで、制御部は、流量計精度判定処理を開始する前にあるいは流量計精度判定処理において、熱交換器内の水の温度が閾値温度よりも高温であるときあるいは高温であると予想されるとき、冷却要素を作動させて往路を流れる水を冷却させる。これにより熱交換器内の水の温度を冷却要素の作動前よりも低下させる。この結果、熱交換器内の水の昇温幅は増加する。よって、熱交換器内の水の温度上昇幅は高くなる。従って、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の変化が相対的に多くなる。このため、流量計の検知精度の変化量が相対的に増加し、流量計精度判定処理を良好に実行できる。

（５）様相５に係る燃料電池システムによれば、上記した様相において、制御部は、燃料電池の発電運転を停止した後に、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方の温度が規定温度未満となったとき、流量計精度判定処理を実行することを特徴とする。この場合、燃料電池の発電運転が停止され、且つ、排ガスの発生源である燃焼部、燃料電池および改質器のうちの一方の温度が規定温度未満となったとき、流量計精度判定処理が開始される。このように排ガスの発生源の温度が規定温度未満となっているため、熱交換器を介して排ガス通路を流れる排ガスの単位時間当たりの流量の変動が抑制されている。このように排ガスの単位時間当たりの流量の変動が抑制されている状態において、流量計精度判定処理が実行される。このため、排ガスが熱交換器において失う熱量のばらつきが低減される。従って、熱交換器内の水が得る熱量のばらつきが低減される。よって、排ガスとの熱交換により熱交換器において昇温される水の昇温のばらつきが低減できる。これにより流量計精度判定処理における判定精度を高めるのに有利となる。

本発明に係る燃料電池システムによれば、排ガスの発生源である燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを熱交換器を介して外部に排出させる。これにより、高温の排ガスから熱交換器内の水の温度を上昇させる。ここで、熱交換器において排ガスが失った熱量は、熱交換器において水が得た熱量に相当すると考えることができる。そこで、制御部は、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の基準値に対する変化に基づいて、流量計の検知精度の変化を検知する流量計精度判定処理を実行する。熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の基準値に対する変化量が相対的に大きければ、流量計の検知精度が経年変化等で低下していることに相当すると考えられる。物理量の基準値に対する変化量が相対的に小さければ、流量計の検知精度が良好に維持されていることに相当すると考えられる。このように本発明によれば、燃料電池のカソードに供給させるカソードガスの単位時間あたりの流量を計測する流量計の検知精度について、経年変化等による変化を容易に検知できる燃料電池システムを提供することができる。

実施形態１に係り、燃料電池システムを模式的に示す図である。 発電モジュールの燃料電池の発電運転を停止させた後に実行される冷却処理における温度変化を示すグラフである。 流量計特性調査処理を示すフローチャートである。 流量計特性調査処理を実行したときにおける変化状況を示すタイミングチャートである。 空気流量誤差判定フローチャートである。 流量計校正処理のフローチャートである。 システムの初期検査時において各空気流量についての基準線Ｆを示すと共に校正形態を示すグラフである。 システムの初期検査時において流量計アナログ電圧値と空気流量との関係に関する基準線Ｋiniを示すと共に校正形態を示すグラフである。 熱交換器における排ガスと水との熱交換形態を示す図である。 別の実施形態に係り、燃料電池システムを模式的に示す図である。

制御部は、熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量を求めるとき、熱交換器の水の温度を上昇させているとき、排ガスが熱交換器を単位時間あたり流れる流量をできるだけ固定させることが好ましい。後述する実施形態のように、流量計精度判定処理において、カソードガス搬送源の単位時間あたりの駆動量（例えば回転数）を同一とさせることが好ましい。流量計精度判定処理においてカソードガス搬送源からカソードに供給されるカソードガスの単位時間あたりの流量をＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…等のように変化させるときであっても、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のそれぞれにおいてカソードガスの流量をこれが大きく変動しないように固定させることが好ましい。排ガスが熱交換器において失う単位時間あたり熱量をＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…等においてそれぞれ固定的とさせるためである。流量計精度判定処理は、改質器において改質反応が行われていないときに実行されることが好ましい。改質反応による吸熱や発熱等の影響で、排ガスの温度が変動することを避けるためである。

（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。図１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２に供給される液相状の水を溜めるタンク４と、これらを収容する筐体５とを有する。燃料電池１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池（運転温度：例えば４００℃以上）に適用されている。アノード１０側から排出されたアノード排ガスは流路１０３を介して、燃焼部１０５に供給される。カソード１１側から排出されたカソード排ガスは流路１０４を介して、燃焼部１０５に供給される。燃焼部１０５は前記アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ、蒸発部２と改質部３を加熱させる。燃焼部１０５には排ガス通路７５が設けられ、燃焼部１０５における燃焼後のガスおよび、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが排ガス通路７５を介して排出ポート７５ｐから筐体５の外部（大気）に放出される。改質部３は、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質器２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８を形成している。発電モジュール１８の改質部３の内部には改質部３の温度を検知する温度センサ３３が設けられ、カソード１１には燃料電池１の温度を検知する温度センサ３９が設けられ、燃焼部１０５の内部には燃料を着火させるヒータである着火部３５が設けられている。温度センサ３３，３９の検知信号は制御部１００に入力される。着火部３５は燃焼部１０５の燃料に着火できるものであれば何でも良い。制御部１００は着火部３５を作動させて燃焼部１０５を着火させて高温化させる。運転時には、改質器２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において燃焼部１０５により加熱される。運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃料電池１がＳＯＦＣタイプの場合には、アノード１０側から排出されたアノード排ガスとカソード１１側から排出されたカソード排ガスが燃焼部１０５で燃焼するため、改質部３および蒸発部２は燃焼部１０５で同時に加熱される。燃料通路６は、燃料源６３からの燃料を改質器２Ａに供給させるものであり、燃料ポンプ６０、脱硫器６２および流量計６９をもつ。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用の搬送源として機能するカソードポンプ７１と、カソードガス通路７０を流れるカソードガス（空気）の単位時間あたりの流量計７２とが設けられている。流量計７２，６９の検知信号は制御部１００に入力される。制御部１００は、タイマー計測機能をもつＣＰＵと、記憶媒体としてのメモリ１０１とを内蔵する。

図１に示すように、筐体５は、外気に連通する吸気口５０と排気口５１とをもち、吸気口５０に対向する外気温度測定用の温度センサ５７と、更に、第１室である上室空間５２と、第２室である下室空間５３とをもつ。燃料電池１は、改質部３および蒸発部２と共に、筐体５の上側つまり上室空間５２に収容されている。筐体５の下室空間５３には、改質部３で改質される液相状の水を溜めるタンク４が収容されている。タンク４には、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部１００からの指令に基づいて、タンク４の水は加熱部４０により所定温度（例えば５℃、１０℃、２０℃）以上に加熱され、凍結が抑制される。なお、タンク４内の水位は基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。

図１に示すように、下室空間５３側のタンク４の出口ポート４ｐと上室空間５２側の蒸発部２の入口ポート２ｉとを連通させる給水通路８が、筐体５内に設けられている。図１に示すように、筐体５内において、タンク４は蒸発部２の下側に配置されているため、給水通路８は、タンク４内に溜められている水をタンク４の入口ポート２ｉから蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８には、タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として機能するポンプ８０が設けられている。ポンプ８０はギヤポンプ等のシール性が良い公知のポンプを採用できる。なお、給水通路８は蒸発部２，改質部３、燃料電池１等を介して大気に連通するようにされている。

システムの運転時において、ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水は、タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水通路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。なお燃料通路６から供給される燃料（１３Ａ）がメタン系である場合には、水蒸気改質による水素含有ガス（アノードガス）の生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。但し燃料はメタン系に限定されるものではない。
（１）…ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ
水蒸気は燃料通路６から供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）と共に改質部３に移動する。改質部３において燃料（１３Ａ）は水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。アノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードガス（酸素含有ガス、筐体５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。

上記した発電反応においては、アノードガスとして水素含有ガスが供給されるアノード１０では、基本的には（２）の反応が発生すると考えられている。空気（酸素）がカソードガスとして供給されるカソード１１では、基本的には（３）の反応が発生すると考えられている。カソード１１において発生した酸素イオン（Ｏ^２−）がカソード１１からアノード１０に向けて電解質を伝導する。
（２）…Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
ＣＯが含まれている場合には、ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（３）…１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−
発電反応後のアノードオフガスは、発電反応しなかった水素を含む。カソードオフガスは発電反応に未反応な酸素を含む。アノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼部１０５に排出されて燃焼される。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、高温の排気ガスとなり、熱交換器７６のガス通路７６ｘを経て排ガス通路７５を流れ、更に、これの先端の排気ポート７５ｐから筐体５の外部に放出される。排ガス通路７５には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。熱交換器７６は、排ガス通路７５に繋がるガス通路７６ｘと、循環通路７８に繋がる水通路７８ｘとをもつ。水通路７８の水温を検知する水温度センサ３０１が設けられている。水温度センサ３０１の検知信号は制御部１００に入力される。

図１に示すように、貯湯槽７７に繋がる循環通路７８および循環ポンプ７９（水搬送源）が貯湯系として設けられている。循環通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の底部７７ｒ付近の低温の水は、循環ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の吐出ポート７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６の通路７８ｘに至り、排ガスの排熱で熱交換器７６で加熱される。熱交換器７６で加熱された水は、復路７８ｃを介して帰還ポート７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水は温水となる。前記した排ガス通路７５を流れる排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力等により浄水部４３に供給される。浄水部４３はイオン交換樹脂等の水浄化剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水はタンク４に移動し、タンク４に溜められる。ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。

ところで、この燃料電池１は、４００℃以上の高温（例えば６００〜７００℃）に昇温された状態で発電運転される。従って発電モジュール１８の内部は高温となる。発電運転している燃料電池システムの発電運転を停止させたときには、燃料電池１が前記した温度から所定の規定温度に低下するまで、燃料電池１を搭載する発電モジュール１８に空気を流して発電モジュール１８の内部を冷却させる。

更に説明を加える。本実施形態によれば、発電運転している燃料電池システムの発電運転を停止させたときには、アノード１０等の発電モジュール１８の材料が酸化劣化する酸化劣化温度領域Ｔoxide（例えば４００℃以上の領域）において、燃料ポンプ６０の駆動を継続させて燃料通路６からアノード１０に燃料を流し、且つ、ポンプ８０の駆動を継続させて給水通路８から改質水を蒸発部２に流し、且つ、カソードポンプ７１の駆動を継続させてカソード１１に空気（カソードガス）を流しながら発電モジュール１８の内部を冷却させる。このように発電モジュール１８の内部が空気で冷却されるとき、改質部２Ａにおいて水素ガスが発生する。このため、発電モジュール１８の内部が還元性雰囲気に維持され、発電モジュール１８内部の酸化劣化が抑制され、耐久性が向上する。

発電モジュール１８の冷却が進行して発電モジュール１８の内部温度が酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限の温度Ｔfinal（規定温度に相当）未満になると、酸化劣化のおそれが解消されるため、水素ガスを発生させずとも良い。そこで制御部１００は、燃料ポンプ６０を停止させて改質器２Ａへの燃料の供給を停止させ、且つ、ポンプ８０の駆動を停止させて改質器２Ａへの改質水の供給を停止させる。しかし発電モジュール１８の内部温度が温度Ｔfinal未満になっているといえども、制御部１００は、カソードポンプ７１の駆動を継続させてカソードガスである空気を冷却風としてカソードガス通路７０からカソード１１に流しながら、発電モジュール１８の内部を所定温度Ｔcool（例えば１５０℃）まで冷却させる。カソード１１に供給された空気は、カソード１１を冷却させると共に流路１０４から燃焼部１０５（燃料ポンプ６０が停止しており、燃料が改質器２Ａに供給されていないため、燃焼部１０５では燃焼が発生していない）に流れ、更に、排ガス通路７５の排出ポート７５ｐから熱交換器７６のガス通路７６ｘを経て排ガスとして外部に排出される。

図２は、発電モジュール１８内の燃料電池１の冷却処理の一例を示す。図２において、特性線Ｗ１は燃料電池１の温度（温度センサ３９の検知温度）を示す。特性線Ｗ２は発電モジュール１８から排出される排ガスの温度を示す。特性線Ｗ３は改質水の温度を示す。上記した酸化劣化温度領域Ｔoxideは、燃料電池１の温度（温度センサ３９の温度）が酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限の温度Ｔfinal（例えば４００℃）以上の領域とする。図２から理解できるように、システムの発電運転を停止した時刻ｔ１から、発電モジュール１８の内部温度が酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限の温度Ｔfinal（請求項５の規定温度に相当，例えば４００℃）に到達する時刻ｔ３まで、制御部１００は、燃料ポンプ６０の駆動を継続させて燃料通路６からアノード１０に燃料を流し、且つ、ポンプ８０の駆動を継続させて給水通路８から改質水を蒸発部２に流し、これにより発電モジュール１８の内部で水素ガス（還元性ガス）を発生させ、且つ、カソードポンプ７１の駆動を継続させてカソード１１に空気（カソードガス）を流しながら発電モジュール１８の内部を冷却させる。時刻ｔ３において、制御部１００は、燃料ポンプ６０を停止させて燃料（１３Ａ）の供給を停止させると共に、ポンプ８０を停止させて改質水の供給を停止させる。そして、時刻ｔ３から燃料電池１の温度が所定の冷却温度Ｔcool（例えば１５０℃）になるまで、制御部１００は、ポンプ６０，８０を停止させた状態で、カソードポンプ７１の駆動を継続させ、燃料電池１のカソード１１に空気(カソードガス)を流しながら発電モジュール１８の内部を冷却させる。このとき、図２の特性線Ｗ４として示すように、制御部１００は、カソードポンプ７１の回転数を固定値とし、カソード１１に供給させる空気の単位時間あたりの流量を固定値に維持させることが好ましい。

上記したように発電モジュール１８の内部を冷却させているとき、前述したようにカソードポンプ７１の駆動を継続させてカソードガス通路７０からカソード１１に空気（カソードガス）を流している。このため、上記した空気は、発電モジュール１８から排ガスとして排ガス通路７５を流れ、ガス入口ポート７６ｉから熱交換器７６のガス通路７６ｘを通過し、ガス出口ポート７６ｐを通過し、更に排ガス通路７５の排出ポート７５ｐから外部に放出される。このとき、熱交換器７６のガス通路７６ｘを通過する高温の排ガスの熱は、基本的には、熱交換器７６の水通路７８ｘの水の温度に変換される。ここで、熱交換器７６のガス通路７６ｘにおいて排ガスが失った熱量は、基本的には、熱交換器７６の水通路７８ｘにおいて水が得た熱量に相当すると考えることができる。このように本実施形態は、燃料電池１の発電運転を停止させた後の冷却処理において、カソードポンプ７１を駆動させてカソード１１に空気（カソードガス）のみ流して発電モジュール１８の内部を冷却させる空気冷却シーケンスにおいて流量計精度判定処理を実行するものである。このような本実施形態によれば、燃料電池システムの発電運転の停止後に発電モジュール１８を空気により冷却させる冷却処理において流量計精度判定処理を実行する。従って、流量計精度判定処理は、改質器２Ａにおいて水素を生成させる改質反応が行われていないときに実行される。このため、改質反応に起因する吸熱や発熱等の影響で、排ガスの温度が変動することを避けることができる。

本実施形態によれば、流量計精度判定処理において、発電運転の停止後であり高温状態の発電モジュール１８から排出される排ガスがもつ排熱を利用して、制御部１００は、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量を固定させる。この状態において、制御部１００は、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（例えば１０℃，請求項２の第１所定温度Ｔ１に相当）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃，請求項２の第２所定温度Ｔ２に相当）まで上昇させるに必要な時間（物理量）を計測する。そして制御部１００は、計測された時間と、メモリ１０１に格納されている基準値とを比較する。その時間が基準値に対して変化している変化量の大小に基づいて、制御部１００は、カソードガス通路７０の流量計７２の流量誤差（例えば経年変化による誤差）を判定する。

すなわち、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期では、流量計７２の誤差は基本的には無いか、極めて小さく、公差内である。このため、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期のうちのいずれか一つを初期検査時とする。初期検査時において、制御部１００は、カソードポンプ７１の回転数を固定し、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量を固定させた状態において、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が、初期温度Ｔlow（例えば１０℃、第１所定温度Ｔ１に相当）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃、第２所定温度Ｔ２に相当）まで上昇するのに必要な昇温時間（物理量）を計測する。制御部１００は、このように計測された昇温時間を初期検査時における基準値として制御部１００のメモリ１０１のエリアに記憶させる。

そして、燃料電池システムの発電運転が停止するごとにあるいは発電運転の停止回数の累積が所定回数となったときに、制御部１００は、流量計精度判定処理を実行する。流量計精度判定処理においては、制御部１００は、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量を固定した状態とし、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）まで上昇するのに必要な時間を計測する。そして、制御部１００は、計測された時間とメモリ１０１内の基準値とを比較する。両者の間に所定値以上のズレが発生している場合には、制御部１００は、カソードガス通路７０の流量計７２において経年変化等により計測誤差が発生していると判断し、流量計７２の交換を促す警報を警報器１０２に発報する。もしくは制御部１００は、流量計７２の計測誤差を校正する必要があると判断し、計測した流量を校正し、校正した流量を表示部１０９に表示する。校正については後述する。上記したズレが相対的に小さい場合には、制御部１００は、カソードガス通路７０の流量計７２は正常である旨を判定する。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的に共通の構成および共通の作用効果を有するため、図１および図２を準用できる。本実施形態によれば、前記した実施形態と同様に、燃料電池システムの発電運転の停止後に発電モジュール１８を空気により冷却させる冷却処理において、停止後であり高温状態の発電モジュール１８から排出される排ガスがもつ排熱を利用する。本実施形態によれば、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期等といった初期検査時において、制御部１００は、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量をＶ１→Ｖ２→Ｖ３……のように段階的に増加させて変化させる。そして制御部１００は、空気の各量において、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（例えば１０℃，第１所定温度Ｔ１に相当）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃，第２所定温度Ｔ２に相当）まで上昇させるに必要な時間を計測する。制御部１００は、このように計測された昇温時間を初期検査時における基準値として制御部１００のメモリ１０１のエリアに記憶させる。

そして、燃料電池システムの発電運転が停止するごとにあるいは発電運転の停止回数の累積が所定回数となったときに、制御部１００は、流量計精度判定処理を実行する。流量計精度判定処理においては、制御部１００は、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量をＶ１→Ｖ２→Ｖ３……のように段階的に増加させて変化させる。そして制御部１００は、空気の各流量Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，……のそれぞれに固定させた状態で、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（例えば１０℃，第１所定温度Ｔ１に相当）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃，第２所定温度Ｔ２に相当）まで上昇させるに必要な時間を計測する。

制御部１００は空気の各流量Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，……のそれぞれにおいて、その時間と基準値とを比較する。その時間が基準値に対して変化している変化量の大小に基づいて、制御部１００は、カソードガス通路７０の流量計７２の流量誤差（例えば経年変化による誤差）を判定することができる。すなわち、前述したように、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期では、流量計７２の誤差は基本的には無いか、極めて小さく、公差内であると考えられる。このため、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期のうちのいずれか一つの初期検査時において、制御部１００は、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（例えば１０℃、第１所定温度Ｔ１に相当）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃、第２所定温度Ｔ２に相当）まで上昇するのに必要な昇温時間（物理量）を求める。制御部１００は、この昇温時間を初期検査時における基準値として制御部１００のメモリ１０１のエリアに記憶させる。

そして、燃料電池システムの発電運転が停止するごとにあるいは発電運転の停止回数の累積が所定回数となったときに、制御部１００は、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量を段階的に変化させた各流量において、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）まで上昇するのに必要な時間を計測する。そして計測された時間とメモリ１０１内の基準値とを比較し、両者の間に所定値以上のズレが発生している場合には、制御部１００は、カソードガス通路７０の流量計７２において経年変化等により計測誤差が発生していると判断し、流量計７２の交換を促す警報を警報器１０２に発報する。もしくは制御部１００は、流量計７２の計測誤差を校正する必要があると判断し、計測した流量を校正し、校正した流量を表示部１０９に表示する。

本実施形態によれば、制御部１００は、燃料電池１の発電運転を停止した後に、流量計精度判定処理を実行する。燃料電池１の発電運転が停止されているため、排ガスの単位時間当たりの流量の変動が抑制されつつ、流量計精度判定処理が実行される。このため、排ガスの排熱が熱交換器７６の水通路７８ｘの水に熱交換されて水を昇温させる度合のばらつきを低減できる。これにより流量計精度判定処理における判定精度を高めるのに有利となる。なお、燃料電池１のカソード１１に供給される空気（カソードガス）の単位時間あたりの流量をＶ５→Ｖ４→Ｖ３……のように段階的に減少させ、空気の各流量Ｖ５，Ｖ４，Ｖ３……のそれぞれにおいて、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlow（第１所定温度Ｔ１に相当）から昇温温度Ｔhigh（第２所定温度Ｔ２に相当）まで上昇させるに必要な時間を計測することにしても良い。

（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通の構成、共通の作用効果を奏するため、図１および図２を準用する。図３は、制御部１００のＣＰＵが初期検査以降において実行する流量計特性調査処理のフローチャートを示す。まず、制御部１００は、燃料電池システムの発電運転が停止され、燃料電池１の温度（温度センサ３９の温度）が発電モジュール１８の酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限温度Ｔfinal（規定温度に相当）未満となったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。当該温度が酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限温度Ｔfinal未満となれば（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、制御部１００は、燃料ポンプ６０およびポンプ８０を停止させて燃料および改質水の改質器２Ａへの供給を停止させると共にカソードポンプ７１の駆動を継続させ、更に、カソードポンプ７１により燃料電池のカソード１１に供給する単位時間あたりの空気流量Ｖ１をＶａｉｒとして設定する（ステップＳ１０４）。Ｖ１は例えば１０ＮＬ／ｍｉｎにできる。

次に熱交換器７６の水通路７８ｘにおける水の初期温度Ｔlowを設定すべく、制御部１００は、循環ポンプ７９を駆動させるべくこれのデューティ値を所定値（例えば８０％）に設定する（ステップＳ１０６）。すなわち、熱交換器７６の水通路７８ｘの水の初期温度ＴlowがＴ１０（例えば１０℃）になるまで、循環ポンプ７９を駆動させる。これにより貯湯槽７７の底部７７ｒ付近の相対的に低温の水が、往路７８ａを介して熱交換器７６の水通路７８ｘに供給される。このように熱交換器７６の水の初期温度ＴlowがＴ１０（例えば１０℃）になるまで循環ポンプ７９を駆動させる。熱交換器７６の水通路７８ｘの水の初期温度がＴ１０（例えば１０℃）に低下したら（ステップＳ１０８のＹｅｓ）、制御部１００のタイマー計測をスタートさせる（ステップＳ１１０）とともに、循環ポンプ７９のデューティ値を０％に設定し、循環ポンプ７９の駆動を停止させる（ステップＳ１１２）。これにより熱交換器７６の水通路７８ｘの水の移動は抑えられ、熱交換器７６における通水は停止される。この状態で、熱交換器７６の水通路７８ｘの温度が昇温温度ＴhighがＴ７０（例えば７０℃）に上昇するまで、制御部１００は待機する（ステップＳ１１４のＮｏ）。排ガスとの熱交換により、熱交換器７６の水通路７８ｘの水の温度がＴ７０（例えば７０℃）に上昇すると（ステップＳ１１４のＹｅｓ）、制御部１００はタイマー計測を終了させる。そして、空気流量がＶ１のときにおいて、制御部１００は、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_１０として、制御部１００のメモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる（ステップＳ１１６）。

次に、発電モジュール１８に供給する単位時間あたりの空気流量ＶａｉｒがＶ５か否か判定する（ステップＳ１１８）。Ｖ５は例えば５０ＮＬ／ｍｉｎに設定できる。空気流量ＶａｉｒがＶ５にまだ到達していなければ（ステップＳ１１８のＮｏ）、現在の空気流量ＶａｉｒにΔＶ（例えば１０ＮＬ／ｍｉｎに設定できる）を加算した値Ｖ２を、新空気流量Ｖａｉｒとして再設定する（ステップＳ１２２）。そしてステップＳ１０６〜ステップＳ１２２を繰り返す。このようにして燃料電池１のカソード１１に供給する空気流量Ｖａｉｒについて、Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５として順次増加させ、新空気流量Ｖａｉｒとして再設定する。空気流量ＶａｉｒがＶ５に到達してタイマー計測が終了すれば（ステップＳ１１８のＹｅｓ）、制御部１００は、流量計特性調査処理のフローチャートを終了する。

上記した結果、空気流量がＶ２と固定されているときにおいて、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_２０を、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる（ステップＳ１１６）。同様に、空気流量がＶ３と固定されているときにおいて、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_３０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。同様に、空気流量がＶ４と固定されているときにおいて、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_４０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。同様に、空気流量がＶ５と固定されているときにおいて、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_５０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。

本実施形態によれば、流量計精度判定処理ばかりか、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期のうちのいずれかの初期検査時においても、図３に示すフローチャートが実行されている。従って、当該初期検査時において、制御部１００は、空気流量がＶ１のときにおいて、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_ini_１０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。iniはinitialを意味する。

そして初期検査時において制御部１００は、空気流量がＶ２のときにおいて、熱交換器の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_ini_２０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。同様に、初期検査時において空気流量がＶ３のとき、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_ini_３０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。同様に、初期検査時において空気流量がＶ４のとき、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_ini_４０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。同様に、初期検査時において空気流量がＶ５のとき、熱交換器７６の水の初期温度Ｔlow（例えば１０℃）から昇温温度Ｔhigh（例えば７０℃）に到達するまでの時間ｔ_ini_５０として、メモリ１０１のエリアに格納させて記憶させる。

図４は、上記した初期検査時および流量計精度判定処理において実行される流量計特性調査処理のフローチャート（図３）を実行した場合におけるタイミングチャートを示す。図４の（Ａ）は燃料電池１のカソード１１に供給される空気流量の変化を示す。図４の（Ａ）に示すように、カソード１１に供給される空気流量は、特性線Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５のように段階的に増加されて変化される。図４の（Ｂ）は、貯湯槽７７の底部７７ｒ付近の相対的に低温の水を熱交換器７６の水通路７８ｘに供給させるための循環ポンプ７９のデューティ値およびオンオフ状態の変化を示す。循環ポンプ７９は、特性線Ｂ１１においてオンされ、特性線Ｂ１２においてオフされ、特性線Ｂ２１においてオンされ、特性線Ｂ２２においてオフされる。特性線Ｂ３１においてオンされ、特性線Ｂ３２においてオフされる。特性線Ｂ４１においてオンされ、特性線Ｂ４２においてオフされる。特性線Ｂ５１においてオンされ、特性線Ｂ５２においてオフされる。

このように循環ポンプ７９がオンされると、貯湯槽７７の底部７７ｒ付近の相対的に低温の水は、往路７８ａを介して熱交換器７６の水通路７８ｘに供給される。循環ポンプ７９がオフされると、熱交換器７６の水通路７８ｘの通水は停止さ、熱交換器７６の水は基本的には停止状態とされる。このとき発電モジュール１８からの高温の排ガスが排ガス通路７５を介して熱交換器７６のガス通路７６ｘに流れるため、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は熱交換により効率よく昇温される。

図４において、燃料電池１の温度が温度Ｔfinal未満となる時刻ｔ３から、流量計精度判定処理が開始される。図４の（Ｃ）は熱交換器７６の水通路７８ｘの水の温度を示す。熱交換器７６の水通路７８ｘの水は停止状態とされているものの、カソードポンプ７１により空気が発電モジュール１８に供給され、発電モジュール１８から高温の排ガスが排ガス通路７５を介して熱交換器７６のガス通路７６ｘに流れるため、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は時刻ｔｂから昇温される。時刻ｔｂ〜時刻ｔｃにおいては、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は停止状態とされ、排ガスとの熱交換により昇温する。時刻ｔｄ〜時刻ｔｅにおいては、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は停止状態とされ、排ガスとの熱交換により昇温する。時刻ｔｆ〜時刻ｔｈにおいては、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は停止状態とされ、排ガスとの熱交換により昇温する。時刻ｔｉ〜時刻ｔｊにおいては、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は停止状態とされ、排ガスとの熱交換により昇温する。時刻ｔｋ〜時刻ｔｍにおいては、熱交換器７６の水通路７８ｘの水は停止状態とされ、排ガスとの熱交換により昇温する。

このようにして、図４から理解できるように、制御部１００は、空気流量がＶ１のときにおいて熱交換器７６の水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighに到達するまでの時間t_１０を求める。制御部１００は、空気流量がＶ２のときにおいて熱交換器７６の水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighに到達するまでの時間ｔ_２０を求める。制御部１００は、空気流量がＶ３のときにおいて熱交換器７６の水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighに到達するまでの時間ｔ_３０を求める。制御部１００は、空気流量がＶ４のときにおいて熱交換器７６の水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighに到達するまでの時間ｔ_４０を求める。制御部１００は、空気流量がＶ５のときにおいて熱交換器７６の水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighに到達するまでの時間ｔ_５０を求める。

上記のように制御部１００は１回の流量計特性調査処理において、カソード１１に供給させる空気流量をＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５と増加させつつ変化させつつ、時間ｔ_１０、ｔ_２０、ｔ_３０、ｔ_４０、ｔ_５０を求める。この場合、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５の関係であるため、ｔ_１０＞ｔ_２０＞ｔ_３０＞ｔ_４０＞ｔ_５０の関係となる。熱交換器７４のガス通路７６ｘを流れる排ガスの単位時間あたりの流量が増加すると、排ガスから熱交換器７６の水通路７８ｘの水に伝達される単位時間あたりの熱量が増加し、昇温速度が速くなるためである。

図５は、本実施形態に係る流量計精度判定処理の一環として実行される空気流量誤差判定フローチャートを示す。制御部１００は、図５のフローチャートを図３のフローチャートの後で実行する。図３に示す流量計特性調査処理が終了すれば（ステップＳ２１０のＹｅｓ）、計測時間と基準値との偏差を演算する演算処理を行う（ステップＳ２２０）。演算処理によれば、空気流量がＶ１のときにおいて、初期検査時に取得した基準値ｔ_ini_１０と計測値ｔ_１０との偏差ｄ_１０を求める。空気流量がＶ２のときにおいて基準値ｔ_ini_２０と計測値ｔ_２０との偏差ｄ_２０を求める。空気流量Ｖ３のときにおいて基準値ｔ_ini_３０と計測値ｔ_３０との偏差ｄ_３０を求める。空気流量がＶ４のときにおいて基準値ｔ_ini_４０と計測値ｔ_４０との偏差ｄ_４０を求める。空気流量がＶ５のときにおいて基準値ｔ_ini_５０と計測値ｔ_５０との偏差ｄ_５０を求める（ステップＳ２２０）。

次に、流量計７２の計測誤差の有無について上記偏差に基づいて判定する（ステップＳ２３０）。即ち、制御部１００は、上記した偏差ｄ_１０，ｄ_２０，ｄ_３０，ｄ_４０，ｄ_５０のうち最大値を選択し、最大値が閾値α未満であれば（ステップＳ２３０のＮｏ）、カソードガス通路７０の流量計７２の誤差は許容範囲内であり、正常であると判定する（ステップＳ２４０）。最大値が閾値α以上であれば（ステップＳ２３０のＹｅｓ）、制御部１００は、許容できない誤差が流量計７２に経年変化等により発生している判定する（ステップＳ２５０）。この場合、制御部１００は、流量計７２の交換を促すアラームを警報器１０２に発報するかあるいは流量計の計測値を補正する流量計校正ロジックフラグをオンさせる（ステップＳ２５０）。なお、偏差の最大値ではなく、各偏差の平均値と閾値αaveとを比較しても良い。更には、各偏差の上限と下限との間の中間値と中間閾値αmiddleとを比較しても良い。

図６は、本実施形態に係る流量計精度判定処理の一環として実行される流量計校正処理のフローチャートを示す。制御部１００は、図６のフローチャートを図５のフローチャートの後で実行する。すなわち、流量計７２の計測値の校正が必要とされ、上記した流量計校正ロジックフラグがオンされているときには（ステップＳ３１０のＹｅｓ）、制御部１００は、空気流量校正量演算処理を実行し（ステップＳ３２０）、流量計７２の実際に計測した空気流量を演算処理に基づいて校正（補正）する（ステップＳ３３０）。

この処理について説明を加える。図７に示すように、燃料電池システムの製造時、出荷前、設置時、運転開始初期等のいずれかにおいて初期検査が流量計７２について実行されている。即ち、システムの初期検査時（流量計７２の経年変化がない状態）において、空気流量を変化させた状態で、熱交換器７６の水が第１所定温度Ｔ１から第２所定温度Ｔ２に昇温するまでの時間をそれぞれ計測して基準線Ｆを求めておく。ここで、基準線Ｆによれば、初期検査時において、空気流量がＶ１（例えば１０ＮＬ／ｍｉｎ）のとき、熱交換器７６の水通路７８ｘの水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighまでに昇温するのに必要とする時間が５０ｓｅｃであったと仮定する。そして、初期検査から所定期間経過したときにおいて流量計精度判定処理を実行したとき、空気流量の計測値がＶ１（例えば１０ＮＬ／ｍｉｎ）とされたにもかかわらず、熱交換器７６の水が初期温度Ｔlowから昇温温度Ｔhighに昇温するまでに必要とする時間が６０ｓｅｃであった場合には、基準線Ｆに基づいて、制御部１００は、Δη（例えば２ＮＬ／ｍｉｎ）分減算して、空気流量はＶ１（例えば１０ＮＬ／ｍｉｎ）ではなく、Ｖ１−Δη（例えば８ＮＬ／ｍｉｎ）であると演算して校正する。

図８は、カソードガスの流量計７２の計測値について他の校正形態を示す。基準線Ｋiniは、初期検査時（経年変化なし）におけるカソードガス通路７０の流量計７２が示すアナログ電圧値と計測流量との関係を示す。特性線Ｋ２は、初期検査から所定期間経過したときにおいて実行された流量計精度判定処理における流量計７２が示すアナログ電圧値と計測流量との関係を示す。初期検査で求めた基準線Ｋiniによれば、アナログ電圧値がＥ５であれば、空気流量はＶ１００として示され、アナログ電圧値がＥ１であれば流量は０として示される。しかし、システムの発電運転を長期間にわたり実行したときには、経年変化等の影響を受けて０点はずれ、流量は実流量に対してΔγ増加して示される。すなわち、アナログ電圧値がＥ５であれば流量はΔγ増加してＶ１１０として示される。アナログ電圧値がＥ１であれば流量はΔγ増加してＶ１０として示される。このため、制御部１００は、アナログ電圧値に基づいて求められた計測値からΔγ減算した値を校正流量値として表示する。

（実施形態４）
図９は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通の構成、共通の作用効果を奏するため、図１および図２を準用する。図９に示すように、熱交換器７６のガス通路７６ｘのガス入口ポート７６ｉ側の上流の排ガス温度Ｔｇ_inを検知する上流温度センサ２０１が設けられている。熱交換器７６のガス通路７６ｘのガス出口ポート７６ｐ側の下流の排ガス温度Ｔｇ_outを検知する下流温度センサ２０２が設けられている。熱交換器の水通路７８ｘの水の温度Ｔwを検知する水温度センサ３０１が設けられている。

本実施形態においても、燃料電池システムの発電運転を停止させた後、システムの発電運転を停止した時刻ｔ１（図２参照）から、燃料電池１の温度が酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限の温度Ｔfinal（例えば４００℃）に到達する時刻ｔ３まで、燃料ポンプ６０の駆動を継続させて燃料通路６からアノード１０に燃料を流し、且つ、ポンプ８０の駆動を継続させて給水通路８から改質水を蒸発部２に流し、これにより発電モジュール１８の内部で水素ガス（還元性ガス）を発生させ、且つ、カソードポンプ７１の駆動を継続させてカソード１１に空気（カソードガス）を流しながら発電モジュール１８の内部を冷却させる。燃料電池１の温度が温度Ｔfinal（規定温度）に低下した時刻ｔ３において、燃料ポンプ６０を停止させて燃料の供給を停止させると共に、ポンプ８０を停止させて改質水の供給を停止させる。そして、時刻ｔ３（図２参照）から流量計精度判定処理を開始する。流量計精度判定処理においては、発電モジュール１８の内部が所定の冷却温度Ｔcool（例えば１５０℃）になるまで、ポンプ６０，８０を停止させた状態で、カソードポンプ７１の駆動を継続させ、燃料電池１のカソード１１に空気(カソードガス)のみを流しながら発電モジュール１８の内部を冷却させる。

上記したようにカソードポンプ７１の駆動を継続させてカソードガス通路７０からカソード１１に空気（カソードガス）を流しているため、上記した空気は、発電モジュール１８から排ガスとして排ガス通路７５を流れ、ガス入口ポート７６ｉから熱交換器７６のガス通路７６ｘを通過し、ガス出口ポート７６ｐを通過し、更に排ガス通路７５の排出ポート７５ｐから外部に放出される。このとき、熱交換器７６のガス通路７６ｘを通過する高温の排ガスの熱は、基本的には、熱交換器７６の水の温度に変換されると考えられる。ここで、熱交換器７６のガス通路７６ｘにおいて排ガスが失った熱量は、基本的には、熱交換器７６の水通路７８ｘにおいて水が得た熱量に相当すると考えることができる。

更に説明を加える。本実施形態は、燃料電池１の発電運転を停止させた後の冷却処理において、カソードポンプ７１を駆動させてカソード１１に空気（カソードガス）のみ流して発電モジュールの内部を冷却させる空気冷却シーケンスに着目したものである。すなわち、前述したように、循環ポンプ７９の駆動を停止させた状態において、カソードポンプ７１を駆動させて空気（カソードガス）をカソード１１に供給し、燃料電池１などの発電モジュール１８の内部を冷却させた後に、発電モジュール１８から排ガス通路７５から熱交換器７６を経て排出ポート７５ｐから外部に排出させる。このように高温の排ガスを熱交換器７６を介して排ガス通路７５から排出させることにより、熱交換器７６内の水の温度を上昇させる。制御部１００は、所定時間（t_ΔTとして示す）における熱交換器７６の水通路７８ｘ内の水の温度上昇幅（物理量）を求める。そして所定時間（t_ΔT）における温度上昇幅と基準値とに対する変化に基づいて、流量計７２の検知精度の変化を検知する流量計精度判定処理を実行する。

＜初期検査時＞
初期検査とは、燃料電池システムの製造時、出荷時、設置時、運転開始初期等のいずれかのように、ユーザ側での実質的な発電運転を実施する前における初期段階における検査をいう。初期検査では、流量計７２の経年変化は発生しておらず、流量計７２が示す流量値は正常であると推定される。初期検査時において熱交換器７６内の水が得た熱量Qw_gain_iniは、基本的には式（１）で示される。iniはinitial（初めの）の略記を示す。
式（１）…Qw_gain_ini ＝ Cw×Mw×（Tw_1 − Tw_2）
初期検査時において、時間t_ΔT_ini（第１所定時間）において、熱交換器７６内で排ガスが失った熱量Qg_lost_iniは、基本的には式（２）で示される。
式（２）…Qg_lost_ini ＝ Cair×Vair_ini×t_ΔT_ini×dair×（Tg_in_ini − Tg_out_ini）
Vairの単位は［ＮＬ／ｍｉｎ］であり、単位時間あたりの流量の概念をもつ。
ここで、時間t_ΔT（第１所定時間）において、熱交換器７６のガス通路７６ｘ内で高温の排ガスが失った熱量が熱交換器７６の水通路７８ｘ内の水に伝達され、熱交換器７６の水通路７８ｘ内の水が得た熱量と、熱交換器７６のガス通路７６ｘ内で高温の排ガスが失った熱量が等しいと考えることができる。したがって、基本的には式（３）、式（４）が成立する。Mwは、熱交換器７６内の水の質量を示す。
式（３）… Qw_gain_ini ＝ Qg_lost_ini
Cw×Mw×（Tw_1 − Tw_2）＝
Cair×Vair_ini×t_ΔT_ini×dair×（Tg_in_ini −Tg_out_ini）
∴Mw ＝｛Cair×Vair_ini×dair×（Tg_in_ini − Tg_out_ini）｝
／ ｛Cw×（Tw_1 − Tw_2）｝
式（４）…Vair_ini＝｛Cw×Mw×（Tw_1 − Tw_2）｝
／Cair×t_ΔT_ini×dair×（Tg_in_ini − Tg_out_ini）
但し、Vair_iniについては、式（４）に基づいて演算で求めずとも、初期検査において流量計７２が示す値が正値であるとみなしうる。初期検査では、流量計７２の経年変化は発生しておらず、正常であるためである。

＜流量計精度判定処理＞
初期検査が実行された後にシステムの発電運転が長期間にわたり継続される。システムの発電運転が停止する毎にあるいは停止回数の累積値が所定値と到達するときにおいて、前述同様に発電モジュール１８の内部温度が温度Ｔfinal（規定温度）にまで低下したら、制御部１００は、ポンプ８０，６０を停止させて改質水および燃料の改質器２Ａへの供給を停止させつつ、カソードポンプ７１の作動を継続させて空気のみをカソード１１に供給させて発電モジュール１８の冷却を行う。更に制御部１００は，流量計精度判定処理を自動的に実行する。このように流量計精度判定処理では改質反応により水素は発生していない。流量計精度判定処理において、熱交換器７６内の水が得た熱量Qw_gainは、基本的には式（１Ａ）で示される。
式（１Ａ）…Qw_gain ＝Cw×Mw×（Tw_1 − Tw_2）
初期検査後に実行される流量計精度判定処理において、時間t_ΔT（第１所定時間）において、熱交換器７６内で排ガスが失った熱量Qg_lostは、基本的には式（２Ａ）で示される。
式（２Ａ）…Qg_lost ＝ Cair×Vair×t_ΔT×dair×（Tg_in − Tg_out）
ここで、前述同様に、時間t_ΔT（第１所定時間）において、熱交換器７６において水が得た熱量と、熱交換器７６において排ガスが失った熱量が等しいと考えることができる。したがって、式（３Ａ）が成立する。Mwは、熱交換器７６内の水の質量を示す。
式（３Ａ）… Qw_gain ＝ Qg_lost
Cw×Mw×（Tw_1 − Tw_2）＝Cair×Vair×t_ΔT×dair×（Tg_in − Tg_out）
∴Vair ＝｛Cw×Mw×（Tw_1 − Tw_2）｝
／｛Cair×t_ΔT×dair×（Tg_in − Tg_out）｝
以上の結果から、カソードガス通路７０に設けられているカソードガス用の流量計７２について、基準値に対する流量誤差ω＝Vair_ini（初期検査における流量計７２の計測値，基準値）−Vairが成立する。

上記したように基準値に対する流量誤差ωが閾値β未満であれば、制御部１００は、流量計７２は正常であると判定する。基準値に対する流量誤差ωが閾値β以上であれば、制御部１００は、許容できない誤差が流量計７２に経年変化等により発生していると判定する。この場合、制御部１００は、流量計７２の交換を促すアラームを警報器１０２に発報するかあるいは流量計校正ロジックフラグをオンさせる。

上記した式において、
Qw_gain _ini： 初期検査時において熱交換器で循環水が得た熱量
Qg_lost_ini ：初期検査時において熱交換器で排ガスが失った熱量
Cw：水の比熱
Mw：熱交換器内の水の質量
Tw_1：熱交換器７６における循環水の初期温度
Tw_2 ：熱交換器７６における循環水の昇温温度
Cair：空気の比熱
Vair_ini：初期検査時（initial）における空気流量
dair：空気の密度
t_ΔT_ini：初期検査時（initial）において循環水の温度上昇に要した時間
Tg_out_ini：初期検査時において熱交換器出口側の排気ガス温度
Tg_in_ini：初期検査時において熱交換器入口側の排気ガス温度
Qw_gain： 熱交換器で循環水が得た熱量
Qg_lost：熱交換器で排ガスが失った熱量
Qｇ_gain ： 循環水が得た熱量
Vair：流量計精度判定処理における空気流量
t_ΔT：流量計精度判定処理において循環水の温度上昇に要した時間
Tg_out：熱交換器７６の出口側の排気ガス温度
Tg_in：熱交換器７６の入口側の排気ガス温度
（実施形態５）
図１０は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には共通の構成、共通の作用効果を奏するため、図２〜図９を準用でき。図１０に示すように、循環通路７８は、貯湯槽７７の吐出ポートから熱交換器７６の水通路７８ｘの水入口ポート７８ｉに繋がる往路７８ａと、熱交換器７６の水通路７８ｘの水出口ポート７８ｐから貯湯槽７７の帰還ポート７７ｉに繋がる復路７８ｃと、往路７８ａに設けられ往路７８を流れる水を冷却させる冷却要素として機能するラジエータ４００とを備えている。ラジエータ４００は、往路７８ａの水が流れる放熱器４０１と、放熱器４０１に送風することにより放熱器４０１の放熱を促進させて放熱器４０１内の水を冷却させる送風ファン４０２とを有する。熱交換器７６の水通路７８ｘの水温を検知する水温度センサ３０１が設けられている。水温度センサ３０１が検知した温度信号は制御部１００に入力される。その温度信号等に基づいて制御部１００はラジエー４００の送風ファン４０２を作動させる。

本実施形態によれば、流量計精度判定処理を実行する前においてあるいは流量計精度判定処理において、水温度センサ３０１で検知された熱交換器７６の水通路７８ｘ内の水の温度が閾値温度よりも高温であるときあるいは高温であると予想されるとき、発電モジュール１８から排出された高温の排ガスを排ガス通路７５に熱交換器７６を介して流したとしても、熱交換器７６の水通路７８ｘ内の水の昇温は期待されない。夏季や酷暑地などにおいては、貯湯槽７７の温水の使用量が相対的に減少するため、貯湯槽７７の底部７７ｒ付近の水温が高くなることが発生するおそれがある。このような場合、高温の排ガスを熱交換器７６のガス通路７６ｘを介して排ガス通路７５に流したとしても、熱交換器７６内の水通路７８ｘの水の温度上昇は少なくなり、熱交換器７６内の水通路７８ｘの水の温度上昇に関する物理量の変化が相対的に少なくなる。この場合、流量計７２の検知精度の変化量が相対的に減少し、流量計精度判定処理を良好に実行できなくなるおそれがある。

そこで本実施形態によれば、流量計精度判定処理を実行する前にあるいは流量計精度判定処理において、水温度センサ３０１または貯湯槽７７内の温度センサ７７ｍの検知信号に基づいて、熱交換器７６水通路７８ｘ内の水の温度が閾値温度よりも高温であるときあるいは高温であると予想されるときには、制御部１００は、循環ポンプ７９を作動させつつ送風ファン４０２を作動させ、放熱器４０１内の水を積極的に冷却させる。これにより循環通路７８の往路７８ａを流れる水を冷却させ、ひいては熱交換器７６内の水通路７８ｘの水の温度を低下させる。この結果、熱交換器７６内の水通路７８ｘの水の温度上昇幅が良好に確保され、熱交換器７６内の水通路７８ｘの水の温度上昇に関する物理量の変化を相対的に多くできる。この場合、流量計７２の検知精度の変化量が確保され、流量計精度判定処理を良好に実行できる利点が得られる。なお、往路７８ａに設けられ往路７８を流れる水を冷却させる冷却要素としてラジエータ４００が用いられているが、これに限らず、往路７８を流れる水を冷却できるものであれば、冷却器、冷凍器等何でも良く、空冷、水冷、他の冷媒冷却等いずれでも良い。

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。実施形態１では、燃料電池１の温度（温度センサ３９の温度）が発電モジュール１８の酸化劣化温度領域Ｔoxideの下限温度Ｔfinal（規定温度に相当）未満となったか否かを判定するが、これに限らず、改質部３の温度を検知する温度センサ３３を基準としても良い。あるいは、燃焼部１０５の温度を検知する温度が設けられているときには、この温度センサを基準としても良い。要するには、発電モジュール１８の内部に設けられている温度センサを規定温度の基準とすることができる。

更に実施形態１では、初期温度Ｔlowを１０℃としているが、２０℃、３０℃としても良い。昇温温度Ｔhighを７０℃としているが、８０℃、８５℃としても良い、燃料電池１は、場合によっては、リン酸形燃料電池でも良く、溶融炭酸塩形燃料電池でも良く、固体高分子型燃料電池でも良い。要するには、燃料電池および改質部のうちの少なくとも一方を加熱させる燃焼部と、燃焼部、燃料電池および改質器のうちの少なくとも一方から発生された排ガスの排熱を熱交換器で回収させつつ排ガスを熱交換器を介して外部に排出させる排ガス通路とが設けられている燃料電池システムであれば良い。

１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、１８は発電モジュール、１９は断熱壁、２Ａは改質器、２は蒸発部、３は改質部、４はタンク、５は筐体、６は燃料通路、６０は燃料ポンプ（燃料搬送源）、７０はカソードガス通路、７１はカソードガスポンプ（カソードガス搬送源）、７２は流量計、７３はアノードガス通路、７５は排ガス通路、７５ｐは排出ポート、７６は熱交換器、７６ｘはガス通路、７８ｘは水通路、７７は貯湯槽、７７ｐは吐出ポート、７７ｉは帰還ポート、７８は循環通路、７９は循環ポンプ、８は給水通路、８０はポンプ（水搬送源）、１００は制御部、１０１はメモリ、２０１は上流温度センサ、２０２は下流温度センサ、３０１は水温度センサ、４００はラジエータ（冷却要素）、４０１は放熱器、４０２は送風ファンを示す。

Claims (5)

1. アノードガスが供給されるアノードおよびカソードガスが供給されるカソードをもつ燃料電池と、
   カソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給させるカソードガス搬送源をもつカソードガス通路と、
   前記カソード通路に設けられ前記カソード通路から前記カソードに供給されるカソードガスの単位時間あたりの流量を計測する流量計と、
   燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質器と、
   前記燃料電池および前記改質部のうちの少なくとも一方を加熱させる燃焼部と、
   前記燃焼部、前記燃料電池および前記改質器のうちの少なくとも一方から発生された排ガスを外部に排出させる排ガス通路と、
   温水を貯留させる貯湯槽と前記貯湯槽の水を前記貯湯槽の外部に取り出して循環させる循環通路と前記循環通路の水を循環搬送させる水搬送源とをもつ貯湯系と、
   前記排ガス通路および前記循環通路に設けられ、前記排ガス通路を流れる前記排ガスの熱からの伝熱で前記循環通路の水を加熱させる熱交換器と、
   前記燃料電池の発電運転を停止させ且つ前記水搬送源の駆動を停止させた状態において、前記燃焼部、前記燃料電池および前記改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを前記熱交換器を介して外部に排出させて、前記熱交換器において排ガスと水とを熱交換させることにより、前記熱交換器内の水の温度を上昇させ、前記熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量の基準値に対する変化に基づいて、前記流量計の検知精度の変化を検知する流量計精度判定処理を実行する制御部とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量は、前記熱交換器内の水が第１所定温度Ｔ１から第２所定温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）に上昇するまでの時間であることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１において、前記熱交換器内の水の温度上昇に関する物理量は、前記燃焼部、前記燃料電池および前記改質器のうちの少なくとも一方から発生された高温の排ガスを前記排ガス通路に前記熱交換器を介して第１所定時間流したときにおいて、前記熱交換器内の水の温度上昇幅であることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のうちの何れか一項において、前記循環通路は、前記貯湯槽の吐出ポートから前記熱交換器の水通路に繋がる往路と、前記熱交換器の前記水通路から前記貯湯槽の帰還ポートに繋がる復路と、前記往路に設けられ前記往路を流れる水を冷却させる冷却要素とを備えており、
   前記制御部は、流量計精度判定処理を実行する前においてあるいは前記流量計精度判定処理において、前記熱交換器内の水の温度が閾値温度よりも高温であるときあるいは高温であると予想されるとき、前記冷却要素を作動させて前記往路または前記熱交換器を流れる水を冷却させ、前記熱交換器内の水の温度を前記冷却要素の作動前よりも低下させることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のうちの何れか一項において、前記制御部は、前記燃料電池の発電運転を停止した後に、前記燃焼部、前記燃料電池および前記改質器のうちの少なくとも一方の温度が規定温度未満となったとき、前記流量計精度判定処理を実行することを特徴とする燃料電池システム。

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