燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法

摘要

燃料电池系统具备：燃料电池；燃料处理部，其用于对原燃料进行处理，来生成燃料电池的燃料气体；氧化剂气体加热部，其用于对燃料电池的氧化剂气体进行加热；燃烧器，其用于使原燃料燃烧，来生成用于对燃料处理部和氧化剂气体加热部进行加热的燃烧气体；以及控制部，其在燃料电池的暖机时控制针对燃料处理部和燃烧器的原燃料的供给。在燃料处理部处于其可动作温度的情况下，控制部向燃料处理部和燃烧器双方供给原燃料。

权利要求

1.一种燃料电池系统，具备：燃料电池；

燃料处理部，其用于对原燃料进行处理，来生成所述燃料电池的燃料气体；

氧化剂气体加热部，其用于对所述燃料电池的氧化剂气体进行加热；

燃烧器，其用于使所述原燃料燃烧，来生成用于对所述燃料处理部和所述氧化剂气体加热部进行加热的燃烧气体；以及控制部，其在所述燃料电池的暖机时，控制针对所述燃料处理部和所述燃烧器的所述原燃料的供给，

其中，在所述燃料处理部处于其可动作温度的情况下，所述控制部将比暖机后的额定运转下的所述原燃料的供给流量大的流量的所述原燃料分配供给到所述燃料处理部和所述燃烧器。

2.一种燃料电池系统，具备：燃料电池；

燃料处理部，其设置于所述燃料电池的阳极气体通路，用于对原燃料进行处理；

氧化剂气体加热部，其设置于所述燃料电池的阴极气体通路，用于对氧化剂气体进行加热；

燃烧器，其被配设成能够使所述原燃料燃烧，并利用所述原燃料的燃烧气体对所述燃料处理部和所述氧化剂气体加热部进行加热；以及控制部，其控制针对所述燃料处理部和所述燃烧器的所述原燃料的供给，其中，所述控制部具备：

温度检测部，其检测所述燃料电池的温度；

暖机时目标流量设定部，其基于所述燃料电池的温度，来设定所述燃料电池的暖机时的所述原燃料的目标流量即暖机时目标流量，在暖机开始之后，针对所述燃料电池的温度的上升，使所述暖机时目标流量增大；以及燃料供给控制部，在所述燃料处理部达到其可动作温度之后的预定时间段，所述燃料供给控制部继续使所述暖机时目标流量增大，并向所述燃料处理部和所述燃烧器双方供给所述暖机时目标流量的所述原燃料，其中，所述暖机时目标流量大于暖机后的额定运转下的所述原燃料的供给流量。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃料处理部达到其可动作温度之后的预定时间段，所述燃料供给控制部针对所述燃料电池的温度的上升，使向所述燃烧器供给的所述原燃料的流量增大。

4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述温度检测部检测所述燃料电池的出口温度来作为所述燃料电池的温度。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部还具备：

氧化剂气体流量检测部，其检测针对所述燃料电池供给的所述氧化剂气体的供给流量即氧化剂气体流量；以及

目标燃烧气体温度设定部，其基于所述燃料电池的出口温度来设定所述燃烧气体的目标温度即目标燃烧气体温度，所述暖机时目标流量设定部基于所述目标燃烧气体温度、所述氧化剂气体流量以及所述燃料电池的出口温度，来设定所述暖机时目标流量。

6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料供给控制部向所述燃料处理部供给所述额定运转所需要的供给流量的所述原燃料，并向所述燃烧器供给所述额定运转所需要的供给流量相对于所述暖机时目标流量不足部分的所述原燃料。

7.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃烧器与所述燃料电池的阳极排气通路及阴极排气通路连接。

8.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃料处理部的温度低于所述可动作温度的情况下，所述控制部仅向所述燃料处理部和所述燃烧器中的所述燃烧器供给所述原燃料。

9.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料处理部具有用于将所述原燃料重整为燃料气体的重整器，在所述重整器处于所述原燃料的可重整温度的情况下，所述控制部向所述燃料处理部和所述燃烧器双方供给所述原燃料。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部检测所述重整器下游的所述燃料气体的温度来作为所述重整器的温度。

11.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料处理部具有用于使液体的所述原燃料蒸发的蒸发器，在所述蒸发器处于所述原燃料的可蒸发温度的情况下，所述控制部向所述燃料处理部和所述燃烧器双方供给所述原燃料。

12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部检测所述蒸发器下游的所述燃烧气体的温度来作为所述蒸发器的温度。

13.一种燃料电池系统的控制方法，用于控制燃料电池系统，该燃料电池系统用于向燃料电池供给通过对原燃料进行处理所产生的燃料气体，其中，在所述燃料电池系统启动时，判定所述燃料电池系统是否处于能够对所述原燃料进行处理的状态，

在所述燃料电池系统处于能够对所述原燃料进行处理的状态的情况下，进行以下处理：

对所述原燃料进行处理，

向所述燃料电池供给所述燃料气体，使所述原燃料燃烧，

以通过所述燃烧所产生的所述原燃料的燃烧气体为热源，来促进对所述原燃料的处理，并且对向所述燃料电池供给的氧化剂气体进行加热，将比所述燃料电池的额定运转所需要的所述原燃料的供给流量大的流量的所述原燃料分配给所述原燃料的处理和燃烧。

说明书

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备燃烧器以用于燃料电池的暖机的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

[0002] JP2016‑154067中公开了如下内容：具备启动用燃烧器和重整器，在燃料电池系统启动时，将原燃料的供给目的地在启动用燃烧器与重整器之间进行切换。具体地说，具备用
于向启动用燃烧器供给重整前的燃料即原燃料的第一燃料供给流路以及用于向重整器供
给原燃料的第二燃料供给流路，在重整器的温度低于可重整温度的期间，通过第一燃料供
给流路向启动用燃烧器供给原燃料，另一方面，在重整器的温度达到可重整温度之后，通过
第二燃料供给流路向重整器供给原燃料(第0032、0033段)。

发明内容

[0003] 在具备固体氧化物型燃料电池等动作温度高的燃料电池的系统中，在启动时，为了燃料电池的暖机而需要较大的热量。在热量的产生依赖于燃烧器的燃料电池系统中，需
要向燃烧器供给相应量的燃料，但是，如果只是单纯地向燃烧器供给燃料并对燃料电池给
予通过燃烧产生的热量，则无法适当地抑制燃料的消耗，从而无法期望高效的系统的构筑。

[0004] JP2016‑154067中公开了除了使用启动用燃烧器以外还使用重整器，但是，由于将启动用燃烧器或重整器择一地选作用于暖机的热源，因此当想要通过燃料流量的增大来获
得充分的热量时，不仅针对启动用燃烧器、而且针对重整器也需要进行以启动时的燃料流
量为前提的设计。这意味着为了启动而要求特殊的设计，在使系统整体的效率提高的方面
是不利的。

[0005] 本发明的目的在于，提供一种考虑到以上问题的燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。

[0006] 本发明在一个方式中提供燃料电池系统，该燃料电池系统具备：燃料电池；燃料处理部，其用于对原燃料进行处理，来生成燃料电池的燃料气体；氧化剂气体加热部，其用于
对燃料电池的氧化剂气体进行加热；燃烧器，其用于使原燃料燃烧，来生成用于对燃料处理
部和氧化剂气体加热部进行加热的燃烧气体；以及控制部，其在燃料电池的暖机时，控制针
对燃料处理部和燃烧器的原燃料的供给。在本方式中，在燃料处理部处于其可动作温度的
情况下，控制部向燃料处理部和燃烧器双方供给原燃料。

附图说明

[0007] 图1是概念性地示出本发明的一个实施方式所涉及的燃料电池系统的结构的说明图。

[0008] 图2是示出上述实施方式所涉及的燃料电池系统的具体例的结构图。

[0009] 图3是示出上述实施方式所涉及的燃料电池系统的启动控制的流程的流程图。

[0010] 图4是上述启动控制的动作说明图(PRD1)。

[0011] 图5是上述启动控制的动作说明图(PRD2)。

[0012] 图6是上述启动控制的动作说明图(PRD3)。

[0013] 图7是示出上述启动控制中的燃烧器温度Tcmb、重整器温度Tref、堆温度Tstk以及燃料流量mfuel的变化的时间图。

具体实施方式

[0014] 下面，参照附图来说明本发明的实施方式。

[0015] (燃料电池系统的整体结构)

[0016] 图1概念性地示出本发明的一个实施方式所涉及的燃料电池系统S的结构。

[0017] 本实施方式所涉及的燃料电池系统(以下称为“燃料电池系统”，有时仅称为“系统”)S具备燃料电池堆1、燃料处理部2、氧化剂气体加热部3、燃烧器4以及控制部5。

[0018] 燃料电池堆(以下有时仅称为“堆”)1是将多个燃料电池或燃料电池单位单元层叠而构成的，作为发电源的各个燃料电池例如是固体氧化物型燃料电池(SOFC)。燃料电池堆1
在阳极(anode)系统中具备用于向燃料电池的阳极供给燃料气体的阳极气体通路11以及用
于流通从阳极排出的发电反应后的阳极排气的阳极排气通路11exh(在图1中未图示)，另一
方面，在阴极(cathode)系统中具备用于向燃料电池的阴极供给氧化剂气体的阴极气体通
路12以及用于流通从阴极排出的发电反应后的阴极排气的阴极排气通路12exh(未图示)。

[0019] 燃料处理部2用于对作为一次燃料的原燃料进行处理，来将原燃料变换为燃料电池中的发电反应中使用的燃料气体。燃料处理部2被插入安装于阳极气体通路11，接受原燃
料的供给(箭头A1)。

[0020] 氧化剂气体加热部3用于对氧化剂气体进行加热。氧化剂气体加热部3被插入安装于阴极气体通路12，接受氧化剂气体的供给(箭头B)。氧化剂气体例如是空气，能够通过向
燃料电池的阴极供给大气中的空气来向阴极供给发电反应中使用的氧。氧化剂气体或空气
从大气向阴极气体通路12的吸入例如是由设置于阴极气体通路12的开放端附近的空气压
缩机或鼓风机等空气吸入单元6进行的。

[0021] 在此，固体氧化物型燃料电池的阳极和阴极处的与发电有关的反应能够通过下面的式子表示。

[0022] 阳极：2H2+4O2‑→2H2O+4e‑   …(1.1)

[0023] 阴极：O2+4e‑→2O2‑   …(1.2)

[0024] 燃烧器4用于使燃料电池的原燃料燃烧，来生成燃烧气体。燃烧器4接受原燃料的供给(箭头A2)，并且接受原燃料的氧化剂的供给(箭头C)。燃烧气体所具有的热量被供给到
燃料处理部2和氧化剂气体加热部3，从而被用于原燃料和氧化剂气体加热。图1通过粗的虚
线示出了热量从燃烧器4向燃料处理部2和氧化剂气体加热部3的移动。

[0025] 控制部5控制针对燃料处理部2和燃烧器4的原燃料的供给，能够构成为包括电子控制单元。在本实施方式中，控制部5具备构成为电子控制单元的控制器51、其用于向燃料
处理部2供给原燃料的主燃料供给单元52以及用于向燃烧器4供给原燃料的副燃料供给单
元53。燃料供给单元52及53可以均为喷射器，在本实施方式中，具备第一燃料喷射器来作为
主燃料供给单元52，具备第二燃料喷射器来作为副燃料供给单元53。第一燃料喷射器52和
第二燃料喷射器53能够构成为：根据来自控制器51的指令信号来进行工作，能够对燃料处
理部2和燃烧器4连续或间歇地供给原燃料。

[0026] 而且，控制器51在燃料电池系统S启动时判定燃料处理部2是否处于能够对原燃料进行处理的状态。该判定例如能够基于燃料电池堆S的温度来进行。在燃料处理部2处于能
够对原燃料进行处理的状态的情况下，控制器51通过第一燃料喷射器52向燃料处理部2供
给原燃料，并且通过第二燃料喷射器53向燃烧器4供给原燃料。由此，将由燃烧器4生成的燃
烧气体作为热源，来对燃料处理部2的原燃料进行加热以促进原燃料的处理，并且对氧化剂
气体加热部3的氧化剂气体进行加热以促进燃料电池堆1的暖机。

[0027] 图2示出燃料电池系统S的具体结构。

[0028] 燃料电池系统S具备固体氧化物型燃料电池(SOFC)来作为发电源，并具备能够搭载在车上的燃料罐7。在本实施方式中，作为一次燃料的原燃料是含氧燃料(例如，乙醇)与
水的混合物，被贮存在燃料罐7中。燃料罐7与燃料电池堆1经由阳极气体通路11进行连接，
在阳极气体通路11上，从流动的方向上的上游侧起依次插入安装有蒸发器21、燃料热交换
器22以及重整器23。另一方面，在蒸发器21的上游侧，从阳极气体通路11分支出分支燃料通
路11sub，分支燃料通路11sub连接于燃烧器41。在阳极气体通路11上的分支燃料通路11sub
的分支点与蒸发器21之间的位置插入安装有第一燃料喷射器52，在分支燃料通路11sub上
插入安装有第二燃料喷射器53。由此，能够将原燃料的流通在阳极气体通路11与分支燃料
通路11sub之间进行切换，另一方面，还能够使原燃料经由这些通路11、11sub双方地流动。
蒸发器21、燃料热交换器22以及重整器23构成本实施方式所涉及的“燃料处理部”。

[0029] 蒸发器21从燃料罐7接受作为原燃料的乙醇水溶液的供给，并对该乙醇水溶液进行加热，来使液体的乙醇和水都蒸发，从而生成乙醇气体和水蒸气。

[0030] 如后所述，燃料热交换器22从燃烧器41接受燃烧气体所具有的热量，来对乙醇气体和水蒸气进行加热。

[0031] 重整器23内置重整用催化剂，从处于气体状态的乙醇通过水蒸气重整来生成氢。水蒸气重整能够通过下面的式子表示。水蒸气重整是吸热反应，在重整时需要从外部供给
热量。在本实施方式中，如后所述，在重整期间也利用燃烧器41使阳极排气中的残留燃料燃
烧，并将燃烧气体的热量供给到重整器23。在本实施方式中，燃料电池的燃料气体是通过对
乙醇进行重整而产生的氢与二氧化碳的混合气体。

[0032] C2H5OH+3H2O→6H2+2CO2   …(2)

[0033] 氧化剂气体加热部3由空气热交换器31构成，通过与从燃烧器41经过燃烧气体通路42供给的燃烧气体之间的热交换，来对阴极气体通路12中流过的氧化剂气体进行加热。
在本实施方式中，在阴极气体通路12的开放端附近设置有空气压缩机61，大气中的空气作
为氧化剂气体通过空气压缩机61被吸入到阴极气体通路12。被吸入的空气在通过空气热交
换器31时相对于常温(例如25℃)升温，之后被供给到燃料电池堆1。

[0034] 燃烧器41内置燃烧用催化剂，通过分支燃料通路11sub接受作为原燃料的乙醇水溶液的供给，通过乙醇的催化燃烧来生成燃烧气体。在本实施方式中，燃烧器41与蒸发器21
经由燃烧气体通路42进行连接，利用燃烧气体来对蒸发器21的外壳(shell)或壳体(case)
进行加热。另一方面，构成为：燃料热交换器22和重整器23被收容在与燃烧器41共用的壳体
中(用双点划线L表示)，燃烧气体的热量在该共用的壳体L的内部传递到燃料热交换器22和
重整器23。

[0035] 在本实施方式中，燃烧器41与从燃料电池堆1延伸出的阳极排气通路11exh及阴极排气通路12exh这双方连接，在燃料电池系统S启动时，能够经由阴极排气通路12exh向燃烧
器41供给氧化剂气体。并且，在原燃料的重整时，能够向燃烧器41供给阳极排气和阴极排
气，使阳极排气中的残留燃料(乙醇)与残留在阴极排气中的氧在催化剂上发生反应，通过
所产生的热量来对蒸发器21、燃料热交换器22以及重整器23进行加热。

[0036] 燃料电池堆1的发电电力能够用于对蓄电池进行充电，或者用于驱动电动马达或电动发电机等外部装置。例如，燃料电池系统S能够应用于车辆用的驱动系统，对蓄电池充
入通过燃料电池堆1的额定运转而产生的电力，从蓄电池向行驶用的电动发电机供给与车
辆的目标驱动力相应的电力。

[0037] (控制系统的结构)

[0038] 第一燃料喷射器52、第二燃料喷射器53、空气压缩机61由控制器51来控制，除此以外，燃料电池系统S的运转所需要的其它各种装置或部件的动作由控制器51来控制。在本实
施方式中，控制器51被构成为包括微计算机的电子控制单元，该微计算机具备中央运算电
路、ROM及RAM等各种存储装置、输入输出接口等。

[0039] 控制器51在通常的运转时(以下有时仅称为“通常时”)设定燃料电池堆1的额定运转所需要的原燃料的供给流量(以下称为“通常时供给流量”)，并通过第一燃料喷射器52向
燃料电池堆1供给通常时供给流量的原燃料。在此，通常时是指燃料电池堆1的暖机完成之
后的运转时，燃料电池堆1的额定运转是指燃料电池堆1在最大发电输出下的运转。

[0040] 另一方面，控制器51当从启动开关105被输入了燃料电池系统S的启动要求时，执行用于进行燃料电池堆1的暖机的启动控制。燃料电池堆1的暖机是指使在停止期间处于低
温(例如，常温)的燃料电池堆1升温至其动作温度。固体氧化物型燃料电池的动作温度为
800℃～1000℃左右，通过启动控制，使燃料电池堆1或燃料电池的温度上升至600℃～700
℃。

[0041] 控制器51被输入来自用于检测堆温度Tstk的堆温度传感器101的信号、来自用于检测空气流量mair的空气流量传感器102的信号、来自用于检测蒸发器温度Tvap的蒸发器温度
传感器103的信号、来自用于检测重整器温度Tref的重整器温度传感器104的信号等，来作为
与启动控制有关的信息。

[0042] 堆温度Tstk是表示燃料电池堆1或燃料电池的温度的指标，在本实施方式中，在燃料电池堆1的阴极排气出口附近设置堆温度传感器101，将由堆温度传感器101检测出的温
度作为堆温度Tstk。

[0043] 空气流量mair是向燃料电池堆1供给的氧化剂气体的流量。在本实施方式中，在阴极气体通路12上、具体地说是在空气压缩机61与空气热交换器31之间设置空气流量传感器
102，将由空气流量传感器102检测出的流量作为空气流量mair。

[0044] 蒸发器温度Tvap是蒸发器21的温度。在本实施方式中，在燃烧气体通路42上的蒸发器21的下游侧的位置设置蒸发器温度传感器103，将由蒸发器温度传感器103检测出的温
度、换言之是对蒸发器21施以加热之后的燃烧气体的温度作为燃烧器温度Tvap。

[0045] 重整器温度Tref是重整器23的温度。在本实施方式中，在阳极气体通路11上的重整器23的下游侧的位置设置重整器温度传感器104，将由重整器温度传感器104检测出的温
度、换言之是通过重整所生成的燃料气体的温度作为重整器温度Tref。

[0046] 下面，参照流程图来具体说明燃料电池系统S的启动控制。

[0047] (启动控制的说明)

[0048] 图3是示出本实施方式所涉及的燃料电池系统S的启动控制的流程的流程图。

[0049] 当基于驾驶员对启动开关105的操作而从启动开关105输入了启动要求信号时，控制器51按照图3所示的流程图来执行燃料电池系统S的启动控制。在本实施方式中，控制器
51根据启动要求信号的输入来开始进行启动控制，根据燃料电池堆1或燃料电池的暖机已
完成来结束启动控制。

[0050] 在S101中，使空气压缩机61工作。由此，大气中的空气被吸入到阴极气体通路12，并经由空气热交换器31被供给到燃料电池堆1的阴极。

[0051] 在S102中，读入堆温度Tstk、空气流量mair、蒸发器温度Tvap以及重整器温度Tref来作为与启动控制有关的信息。

[0052] 在S103中，计算燃烧器41的目标温度(以下称为“目标燃烧器温度”)Tcmb_trg。目标燃烧器温度Tcmb_trg是由燃烧器41生成的燃烧气体的目标温度，在本实施方式中，基于燃料
电池堆1的实际的温度来计算该目标燃烧器温度Tcmb_trg。具体地说，作为赋予被允许流入燃
料电池堆1的氧化剂气体的最高温度的燃烧气体的目标温度，通过下面的式子，计算为对燃
料电池堆1的阴极排气出口附近的温度即堆温度Tstk加上温度差ΔTstk和ΔTahx所得到的温
度。在此，温度差ΔTstk和ΔTahx中的一方为燃料电池堆1的氧化剂气体入口部与阴极排气出
口部之间的温度差ΔTstk，另一方为空气热交换器31的燃烧气体入口部与氧化剂气体出口
部之间的温度差ΔTahx。温度差ΔTstk是从对燃料电池的热负荷的观点来看容许的温度差
(例如300℃)，温度差ΔTahx是在燃料电池堆1的额定运转时由空气热交换器31赋予的温度
差(例如150℃)。

[0053] Tcmb trg＝Tstk+ΔTstk+ΔTahx   …(3)

[0054] 在S104中，计算在燃料电池堆1的暖机时对系统整体供给的原燃料的流量(以下称为“原燃料总流量”)mfuel_ttl。在本实施方式中，原燃料总流量mfuel_ttl为换算为摩尔比的值，
通过下面的式子来计算。下面的式子表示：向燃烧器41供给的原燃料及氧化剂气体的输送
热量与从燃烧器41排出的燃烧气体的输送热量之间均衡。

[0055] mfuel ttl＝A/B…(4.1)

[0056] A＝mair×{hair(Tcmb)‑hair(Tstk)}‑Qrec…(4.2)

[0057] B＝(1/5)×hc2h5oh(Tfuel)+(4/5)×hh2ol(Tfuel)‑(2/5)×hco2(Tcmb)‑(7/5)×hh20(Tcmb)+(3/5)×ho2(Tcmb)…(4.3)

[0058] 在此，以乙醇水溶液为原燃料，将乙醇水溶液中的乙醇与水的混合比设为若换算为摩尔比则为1∶4。并且，将原燃料的温度设为25℃(Tfuel＝25)。

[0059] 当分别表示上式(4.1)～(4.3)中的变量时，如下。

[0060] mfuel_ttl：燃料电池堆的暖机时的原燃料的总摩尔流量

[0061] mair：空气的摩尔流量

[0062] Qrec：对燃料电池堆供给了额定流量的原燃料时的排热回收量

[0063] Tstk：燃料电池堆的温度

[0064] Tcmb：燃烧器的温度

[0065] Tfuel：原燃料的温度

[0066] hair(T)：空气的焓

[0067] hc2h5oh(T)：乙醇的焓

[0068] hh2o_l(T)：水(液体)的焓

[0069] hco2(T)：二氧化碳的焓

[0070] hh2o(T)：水(气体)的焓

[0071] ho2(T)：氧的焓

[0072] 其中，将任意的温度设为T。

[0073] 在本实施方式中，将由堆温度传感器101检测出的堆温度Tstk代入温度Tstk，将目标燃烧器温度Tcmb_trg代入温度Tcmb，将作为常温的25℃代入温度Tfuel。额定流量是指燃料电池
堆1在最大发电输出下的运转所需要的燃料流量。

[0074] 排热回收量Qrec能够被预先设定为固定值。但是，如后所述，当燃料电池堆1的温度Tstk上升且原燃料总流量mfuel_ttl减少时，与此相应地，排热回收量Qrec也减少。因而，在原燃
料总流量mfuel_ttl少于额定流量mrtd的情况下，优选的是，根据相对于额定流量mrtd的减少量
来使排热回收量Qrec减少相应的量。

[0075] 并且，关于燃烧器的温度Tcmb，将其最大值Tcmb_max限制为燃料电池堆1的上限温度(以下称为“堆上限温度”)。例如，在堆上限温度为800℃的情况下，如果目标燃烧器温度
Tcmb_trg为800℃以下，则将目标燃烧器温度Tcmb_trg代入温度Tcmb。另一方面，如果目标燃烧器
温度Tcmb_trg超过800℃，则将作为堆上限温度的800℃代入温度Tcmb。由此，能够避免燃料电
池堆1的温度上升到超过堆上限温度的温度。

[0076] 在S105中，判定重整器23是否处于能够对原燃料进行重整的状态。具体地说，判定重整器温度Tref是否为重整器23能够进行重整的下限温度(以下称为“重整器下限温度”)
Tref_min以上。在重整器温度Tref为重整器下限温度Tref_min以上的情况下，进入S106，在重整器
温度Tref低于重整器下限温度Tref_min的情况下，进入S107。重整器下限温度Tref_min例如为700
℃。

[0077] 在S106中，判定原燃料总流量mfuel_ttl是否大于燃料电池堆1的额定流量mrtd。在原燃料总流量mfuel_ttl大于额定流量mrtd的情况下，进入S108，在原燃料总流量mfuel_ttl为额定
流量mrtd以下的情况下，进入S109。

[0078] 在S107中，认为重整器23处于不能对原燃料进行重整的状态，使第一燃料喷射器52停止，通过第二燃料喷射器53向燃烧器41供给原燃料总流量mfuel_ttl的原燃料。第一燃料
喷射器52的原燃料喷射量Qfm和第二燃料喷射器53的原燃料喷射量Qfs分别如下。

[0079] Qfm＝0…(5.1)

[0080] Qfs＝mfuel ttl…(5.2)

[0081] 在S108和109中，认为重整器23处于能够对原燃料进行重整的状态，向重整器23供给原燃料。

[0082] 在S108中，使第一燃料喷射器52和第二燃料喷射器53工作，来向重整器23和燃烧器41双方供给原燃料。具体地说，通过第一燃料喷射器52向蒸发器21及其下游侧的燃料热
交换器22、重整器23供给额定流量mrtd的原燃料，并且通过第二燃料喷射器53向燃烧器41供
给额定流量mrtd相对于原燃料总流量mfuel_ttl而言不足的量的原燃料。第一燃料喷射器和第
二燃料喷射器52、53的原燃料喷射量Qfm、Qfs如下。

[0083] Qfm＝mrtd…(6.1)

[0084] Qfs＝mfuel ttl‑mrtd…(6.2)

[0085] 在S109中，使第二燃料喷射器53停止，通过第一燃料喷射器52向蒸发器21、燃料热交换器22以及重整器23供给原燃料总流量mfuel_ttl的原燃料。第一燃料喷射器和第二燃料喷
射器52、53的原燃料喷射量Qfm、Qfs如下。

[0086] Qfm＝mfuel ttl…(7.1)

[0087] Qfs＝0…(7.2)

[0088] 在S110中，判定燃料电池堆1的暖机是否已完成。具体地说，判定堆温度Tstk是否达到了用于判定暖机完成的规定温度Twup。在堆温度Tstk达到了规定温度Twup的情况下，认为燃
料电池堆1的暖机已完成，结束启动控制，转移到通常时的控制。在通常时，使燃料电池堆1
以额定输出进行运转。在堆温度Tstk没有达到规定温度Twup的情况下，返回到S102，继续使空
气压缩机61工作，另一方面，反复执行S102～110的处理。

[0089] 在本实施方式中，控制器51、第一燃料喷射器52以及第二燃料喷射器53构成燃料电池系统S的“控制部”。而且，通过图3所示的S102的处理(堆温度Tstk的读入)来实现“温度
检测部”的功能，通过S103及104的处理来实现“暖机时目标流量设定部”的功能，通过S105
～109的处理来实现“燃料供给控制部”的功能。原燃料总流量mfuel_ttl相当于本实施方式所
涉及的“暖机时目标流量”，堆温度Tstk相当于本实施方式所涉及的“燃料电池的出口温度”。

[0090] 并且，通过图3所示的S102的处理(空气流量mair的读入)来实现“氧化剂气体流量检测部”的功能，通过S103的处理来实现“目标燃烧气体温度设定部”的功能。空气流量mair
相当于本实施方式所涉及的“氧化剂气体流量”，目标燃烧器温度Tcmb_trg相当于本实施方式
所涉及的“目标燃烧气体温度”。

[0091] 在本实施方式中，判定重整器23是否处于能够对原燃料进行重整的状态，在重整器温度Tref为重整器下限温度Tref_min以上的情况下，认为能够对原燃料进行重整，允许通过
第一燃料喷射器52向重整器23供给原燃料，在重整器温度Tref低于重整器下限温度Tref_min
的期间，禁止向重整器23供给原燃料，而通过第二燃料喷射器53向燃烧器41供给原燃料。

[0092] 不限于此，也可以是，除了重整器23以外或者取代重整器23地，还判定蒸发器21是否处于能够使原燃料蒸发的状态，例如具备蒸发器21来作为燃料处理部2，在通过燃料电池
的内部重整来变换为能够用于发电的氢的情况下，判定蒸发器温度Tvap是否为蒸发器21能
够进行蒸发的下限温度(以下称为“蒸发器下限温度”)Tvap_min以上。而且，在蒸发器温度Tvap
为蒸发器下限温度Tvap_min以上的情况下，容许通过第一燃料喷射器52向蒸发器21供给原燃
料，在蒸发器温度Tvap低于蒸发器下限温度Tvap_min的期间，禁止向蒸发器21供给原燃料，而
通过第二燃料喷射器53向燃烧器41供给原燃料。在该情况下，通过蒸发而产生的原燃料的
气体(例如乙醇气体与水蒸气的混合气体)成为由燃料处理部2生成的“燃料气体”。

[0093] 并且，在本实施方式中，构成为：通过将燃烧器41与燃料电池堆1的阴极排气通路12exh连接，来对燃烧器41供给用于催化燃烧的氧化剂。

[0094] 不限于此，也可以构成为通过将燃烧器41与阴极气体通路12连接来不经由燃料电池堆1地从空气压缩机61直接向燃烧器41供给氧化剂气体，还可以将用于向燃烧器41供给
氧化剂的单元与阴极气体供排系统相独立地设置。

[0095] (燃料电池系统的动作说明)

[0096] 图4～6示出了燃料电池系统S启动时的动作。

[0097] 图4示出了重整器温度Tref低于重整器下限温度Tref_min的情况下的动作，图5和图6示出了重整器温度Tref为重整器下限温度Tref_min以上的情况下的动作。图5示出了原燃料总
流量mfuel_ttl大于额定流量mrtd的情况，图6示出了原燃料总流量mfuel_ttl为额定流量mrtd以下
的情况。在图4～6中，用粗的实线表示实际有气体流通的通路，用细的虚线表示气体的流通
停止的通路。

[0098] 图7示出了燃料电池系统S启动时的燃烧器温度Tcmb、重整器温度Tref、堆温度Tstk以及燃料流量Qf的变化。燃料流量Qfm为通过第一燃料喷射器52供给的原燃料的流量，燃料流
量Qfs为通过第二燃料喷射器53供给的原燃料的流量。在图7中，期间PRD1表示重整器温度
Tref低于重整器下限温度Tref_min的期间，期间PRD2和PRD3表示重整器温度Tref为重整器下限
温度Tref_min以上的期间。期间PRD2表示原燃料总流量mfuel_ttl(＝Qfm+Qfs)大于额定流量mrtd
的情况，期间PRD3表示原燃料总流量mfuel_ttl为额定流量mrtd以下的情况。在图7下层的时间
图中，用双点划线表示第一燃料喷射器52的原燃料喷射量Qfm，用实线表示第二燃料喷射器
53的原燃料喷射量Qfs。

[0099] 适当地参照图7来说明本实施方式所涉及的启动控制。

[0100] 在启动控制开始之后，在重整器温度Tref低于重整器下限温度Tref_min的期间PRD1，停止通过第一燃料喷射器52供给原燃料，而通过第二燃料喷射器53向燃烧器41供给燃料电
池堆1的暖机所需要的原燃料(图4)。利用通过原燃料的燃烧而产生的热量来对燃料热交换
器22和重整器23进行加热，并且将燃烧气体经由燃烧气体通路42供给到空气热交换器31和
蒸发器21。针对被空气压缩机61取入到阴极气体通路12的空气，通过在空气热交换器31中
与燃烧气体的热交换来进行加热，将加热后的空气供给到燃料电池堆1，由此对燃料电池堆
1进行加热。由此，进行燃料电池堆1的暖机，堆温度Tstk上升(图7)。

[0101] 当重整器温度Tref达到重整器下限温度Tref_min时(时刻t1)，开始通过第一燃料喷射器52供给原燃料(图5)。在与堆温度Tstk相应的原燃料总流量mfuel_ttl大于额定流量mrtd的
期间PRD2(图7)，通过第一燃料喷射器52向重整器23供给额定流量mrtd的原燃料，另一方面，
通过第二燃料喷射器53向燃烧器41供给额定流量mrtd相对于原燃料总流量mfuel_ttl而言不足
的量(＝mfuel_ttl‑mrtd)的原燃料。由此，使燃料电池堆1以额定输出进行运转，通过发电来对
燃料电池堆1进行加热，并且将由燃烧器41生成的燃烧气体供给到空气热交换器31，将通过
与燃烧气体的热交换而被加热后的空气供给到燃料电池堆1，来促进暖机。

[0102] 而且，当重整器温度Tref进一步上升、与堆温度Tstk相应的原燃料总流量mfuel_ttl低于额定流量mrtd时(时刻t2)，停止通过第二燃料喷射器53供给原燃料，而通过第一燃料喷射
器52向重整器23供给原燃料总流量mfuel_ttl的原燃料(图7、期间PRD3)。由此，继续使燃料电
池堆1发电，来对燃料电池堆1进行加热，另一方面，使阳极排气中的残留燃料在燃烧器41中
燃烧，来对重整器23供给重整所需要的热量，并且将残留燃料的燃烧气体供给到空气热交
换器31和蒸发器21，来使系统整体维持运转所需要的温度。当由于堆温度Tstk的上升而原燃
料总流量mfuel_ttl减少时，第一燃料喷射器52的原燃料喷射量Qfm也减少。而且，当堆温度
Tstk达到暖机完成的判定温度Twup时，认为燃料电池堆1的暖机已完成，结束启动控制，转移
到通常时的控制。

[0103] (作用效果的说明)

[0104] 本实施方式所涉及的燃料电池系统S如以上那样构成，下面说明通过本实施方式获得的作用和效果。

[0105] 第一，在燃料电池系统S启动时，判定燃料电池系统S是否处于燃料处理部2能够对原燃料进行处理的状态，具体地说，判定重整器23是否处于能够对原燃料进行重整的温度
(重整器下限温度Tref_min以上的温度)，在重整器23处于可重整温度的情况下，向重整器23
和燃烧器41双方供给原燃料。由此，在启动时，能够将通过原燃料的重整而产生的燃料气体
供给到燃料电池堆1，来使燃料电池堆1发电，通过发电来促进燃料电池堆1的暖机。与此同
时，能够将由燃烧器41生成的燃烧气体供给到空气热交换器31，并利用空气热交换器31对
氧化剂气体进行加热，由此利用氧化剂气体所具有的热量对燃料电池堆1进行加热。这样，
根据本实施方式，能够快速对燃料电池堆1进行加热，促进燃料电池堆1的暖机，从而能够实
现燃料电池系统S的迅速启动。

[0106] 并且，在本实施方式中，将燃料电池堆1的暖机所需要的流量(原燃料总流量mfuel_ttl)的原燃料分配给重整器23和燃烧器41，由此不需要用于启动的特殊的设计，能够构
筑高效的系统。并且，通过设为在重整器23和空气热交换器31中回收通过原燃料的燃烧而
产生的热量这一结构，能够实现系统整体的高效的运转，并能够抑制原燃料的消耗。

[0107] 在此，向重整器23供给燃料电池堆1的额定运转所需要的供给流量(额定流量mrtd)的原燃料，另一方面，向燃烧器41供给额定流量mrtd相对于原燃料总流量mfuel_ttl而言不足的
量的原燃料，由此能够促进通过发电进行的暖机，并且能够实现通过原燃料的燃烧而产生
的热量的积极回收，从而使系统整体的效率提高。

[0108] 第二，检测燃料电池的温度，具体地说，检测燃料电池堆1的阴极排气出口附近的温度，并基于该温度来设定燃料电池堆1的暖机时的原燃料的目标流量(原燃料总流量
mfuel_ttl)。由此，能够在燃料电池堆1的暖机时以适当的流量供给原燃料，来实现暖机的促
进，并且能够抑制原燃料的消耗。而且，在计算原燃料总流量mfuel_ttl时，通过检测阴极排气
出口附近的温度(堆温度Tstk)，能够准确地掌握暖机过程中的燃料电池堆1的状态。

[0109] 并且，能够提供用于通过以下方式来设定原燃料总流量mfuel_ttl的具体方案，该方式是：设定由燃烧器41生成的燃烧气体的目标温度(目标燃烧器温度Tcmb_trg)，并基于针对
燃料电池堆1供给的氧化剂气体的供给流量(空气流量mair)、堆温度Tstk以及目标燃烧器温
度Tcmb_trg，来设定原燃料总流量mfuel_ttl。在此，通过基于堆温度Tstk设定目标燃烧器温度
Tcmb_trg，能够减轻目标燃烧器温度Tcmb_trg的设定时的控制器51的运算负荷。

[0110] 第三，通过将燃烧器41与燃料电池堆1的排气通路(阳极排气通路11exh、阴极排气通路12exh)连接，不需要另外设置用于向燃烧器41供给用于催化燃烧的氧化剂的特殊的单
元，从而能够使燃料电池系统S的结构简化。并且，能够使阳极排气中的残留燃料在燃烧器4
中燃烧，从而能够对重整器23供给重整所需要的热量。

[0111] 第四，在燃料电池系统S不处于燃料处理部2能够对原燃料进行处理的状态的情况下，具体地说，在重整器23不处于可重整温度的情况下，仅向重整器23和燃烧器41中的燃烧
器41供给原燃料，由此能够一边通过对氧化剂气体的加热来实现燃料电池堆1的暖机，一边
利用燃烧气体对燃料处理部2(重整器23)进行加热，从而能够尽快形成能够对原燃料进行
处理的状态。

[0112] 以上说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。能够针对
上述实施方式在权利要求书所记载的事项的范围内进行各种变更和修正。