JP3480452B2 - 燃料電池システムおよびエネルギ供給システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムに
関しており、特に、液体燃料の投入量の増加による一時
的な温度変化の影響を排除して燃焼器に適正量の液体燃
料を投入する燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池システムの改質反応器として、
メタノールおよび水を原料とする反応器が知られてい
る。この改質反応器で水素を主成分とする改質ガスを得
るためには、蒸発させられたメタノールおよび水の混合
ガスと空気中の酸素とを、改質反応器内の改質触媒にお
いて反応させる。このとき、改質反応器内では、部分酸
化反応および水蒸気反応の両方が進行する。水蒸気反応
に伴う吸熱分を酸化反応に伴う発熱分で補い、吸熱量と
発熱量とのバランスをとるようにしている。

【０００３】以上のような改質反応器を燃料電池システ
ムに使用するには、まず、メタノールおよび水を含む液
体原料を蒸発させる必要がある。そこで、液体原料を蒸
発させる蒸発器と、この蒸発に必要な熱量を供給する燃
焼器とを使用する。燃焼器の燃料としては、燃料電池本
体での発電に使用されず未利用となった改質ガスである
排水素と酸化剤である空気とが使われ、目標とする運転
温度で燃焼器が運転される。燃焼器の温度を目標値通り
に維持するために、排水素および必要な場合にはこれを
補うメタノールのような液体の燃料の流量と空気の流量
とを調整する。

【０００４】さらに、確実に原料を蒸発させるために、
蒸発器も目標の運転温度で運転される。ここで、蒸発器
に投入する原料を増減させると、蒸発器の温度は変化し
てしまう。したがって、この温度変化を打ち消す量の熱
量が燃焼器から与えられるように、燃焼器の燃焼量を調
整する必要がある。そこで、燃焼器の燃料である排水素
または燃焼器用の液体メタノールの流量を蒸発器に投入
される原料の量に合わせて調整する。このような燃料電
池システムの制御の例として、特開２０００−１８５９
０３号公報に開示の技術が挙げられる。

【０００５】この従来例では、蒸発器に投入される原料
の増加に伴ってこの原料の気化に必要な熱量が増加する
ことに対応するために、蒸発器の目標温度を引き上げ、
燃焼器にメタノールを追加して燃やすようにしている。
これによって蒸発器の温度の低下が回避されており、こ
の結果、この温度低下によって原料ガスが不足してしま
うという不具合が未然に防止されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示の従来
の方法によって燃焼器にメタノールを追加して蒸発器の
温度を制御するようにした場合には、蒸発器に投入され
る原料が増加させられたときには燃焼器にメタノールを
供給し過ぎて燃焼器の温度が低下してしまう。この原因
は、燃焼器用のメタノールを増加させると、液体のメタ
ノールの気化に要する熱量が増加し、燃焼器の温度が一
時的に低下してしまうことである。すなわち、燃焼用の
メタノールの増量の時点と、気化したメタノールが燃え
始めることによって燃焼器の温度が実際に上昇し始める
時点との間には、隔たりがある。公報の技術では、一時
的に低下した温度を上昇させようとしてさらにメタノー
ルの供給量を増加させてしまい、メタノールの過剰供給
が引き起こされる。このことによってさらに温度低下が
招かれ、悪循環となる。

【０００７】このような温度低下によって蒸発器の能力
が低下し、燃料電池本体における発電量が目標値から不
足してしまうという問題点がある。これを補償するため
に、２次電池の負担が増加する。また、原料が完全には
蒸発されないで一部が液体のまま改質反応器に到達する
と、改質ガス中の一酸化炭素の濃度が上昇してしまい、
燃料電池本体が被毒されてしまうという問題点もある。
さらに、温度低下によって燃焼器が失火してしまう場合
には、燃料電池システムの運転の安定性が阻害されてし
まうという問題点がある。

【０００８】一方、供給されたメタノールが気化して実
際に燃え始めれば蒸発器の温度を目標温度に一致させる
のに十分であるように、メタノールの流量の増加分は当
初には設定されている。したがって、上記の悪循環によ
って過剰な量のメタノールが供給された場合には、結果
的に蒸発器の温度は上昇しすぎてしまう。これでは、メ
タノールの無駄使いになってしまうという問題点があ
る。

【０００９】本発明は、燃焼用液体燃料の供給量の変化
によって生ずる燃焼器の温度の一時的な変動の影響が排
除されて適正量の燃焼用液体燃料が供給される燃料電池
システムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、発電用燃
料ガスおよび酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池本体
と、前記発電用燃料ガスを得るために必要な熱量を、投
入される燃焼用液体燃料の燃焼によって発生させる燃焼
器と、前記燃焼用液体燃料の投入量の変化によって過渡
的に推移する前記燃焼器の温度を予測し、この予測温度
と前記燃焼器の臨界温度とを比較して予測温度が臨界温
度を下回り燃焼の安定性が失われ得ると判断された場合
には、前記液体燃料の予定されている投入量を制限する
制御手段とを備える。

【００１１】第２の発明は、第１の発明において、前記
燃焼器は、前記発電用燃料ガスの原料である液体原料を
気化させる蒸発器に対して用いられ、前記制御手段は、
前記液体原料の供給量に応じて要求される前記燃焼器の
目標温度と前記予測温度が最終的に定常化する温度とを
一致させるように前記投入量を決定する。

【００１２】

【００１３】

【００１４】第３の発明は、第１の発明の前記予測温度
が、前記燃焼器の設定温度の変更に伴い前記燃焼用燃料
の投入量が変更されたときに該燃焼器の温度が定常化す
るために必要な期間に関する、前記燃焼器の温度の予測
プロファイルを表す複数の予測温度であり、前記制御手
段は、前記複数の予測温度のうちの少なくともいずれか
１つが前記臨界温度を下回る場合に前記安定性が失われ
得ると判断する。

【００１５】第４の発明は、第３の発明の前記制御手段
が、前記安定性が失われ得ると判断された場合には、前
記予測プロファイルの与える最低の温度が前記臨界温度
にほぼ一致するように、前記液体燃料の予定されている
投入量を変更する。

【００１６】第５の発明は、第１ないし第４の発明のう
ちのいずれか１つの前記臨界温度が、前記燃焼器が失火
する失火温度である。

【００１７】

【００１８】第６の発明は、第１の発明の前記制御手段
が、前記燃焼用液体燃料の過去の投入量および予定され
ている投入量と前記燃焼器の実際の温度とに基づいて、
該燃焼器の温度を予測する。

【００１９】第１０の発明は、投入された液体燃料を燃
焼させてエネルギを発生させる燃焼器と、前記燃焼器の
温度を計測する温度計測手段と、前記燃焼器への前記液
体燃料の投入量と前記温度とに基づいて過渡的に推移す
る該燃焼器の温度を予測し、この予測温度を反映させて
該燃焼器への前記液体燃料の投入量を調整する制御手段
とを備える。

【００２０】

【発明の作用および効果】第１の発明によると、予測温
度が反映されて燃焼用液体燃料の投入量が調整される。
したがって、燃焼器の現在の温度に基づいて投入量を決
定した場合に生ずる、例えば燃焼用液体燃料の気化のた
めに奪い去られる熱量が投入過剰によって激増すること
による燃焼器の失火のような不適切な事態が未然に回避
される。これによって、燃料電池システムの運転が安定
する。

【００２１】第２の発明によると、燃焼用燃料の投入量
が燃料電池本体用の液体原料の供給量に応じて決定さ
れ、投入量が過剰または不足となる事態が回避される。
これによって、燃料電池本体用の液体原料の供給量が変
更されても安定的に発電を行うことが可能となる。

【００２２】

【００２３】

【００２４】第３の発明によると、複数の予測温度に基
づいて燃焼の不安定化の可能性が判断される。これによ
って可能性の判断の信頼性が向上する。

【００２５】第４の発明によると、臨界温度ぎりぎりに
燃焼器を保つことによって、燃焼を不安定化させない範
囲で最大の投入量の液体燃料を燃焼器に与えることがで
きる。これによって、燃焼器の温度を迅速に引き上げる
ことが可能となる。

【００２６】第５の発明によると、燃焼器の失火による
燃料電池システムの機能不全が未然に防止され、燃料電
池システムが安定化する。

【００２７】

【００２８】第６の発明によると、過去および将来に投
入される燃焼用液体燃料によって発生する熱量と、この
燃焼用液体燃料の気化のために消費される熱量との両方
が加味されて燃焼器の温度が予測される。これによっ
て、予測の精度が向上する。

【００２９】

【００３０】

【発明の実施の形態】本実施の形態においては、燃焼器
用燃料の供給量の変化によって生ずる燃焼器の温度の一
時的な変動に影響されずに燃焼器用燃料が供給される燃
料電池システムを示す。図１は、本実施の形態の燃料電
池システムの構成を例示する模式図である。図２は、制
御装置１００の構成を例示する模式図である。まず、図
１の構成から説明を始める。

【００３１】燃料電池システムは、液体の原料として、
水原料タンク１内の水とメタノール原料タンク２内のメ
タノールとを用いて発電を行う。水およびメタノールは
それぞれ、インジェクタによって実現される供給装置３
および供給装置４によって蒸発器５内へと投入される。
蒸発器５においては、燃焼器１０から与えられる熱量を
用いて液体の原料を蒸発させる。燃焼器１０は、後述の
燃料電池本体８から排出される可燃成分および空気と、
インジェクタである供給装置３４によって燃料タンク３
３から供給される燃料とを用い、蒸発に必要な熱量を発
生させる。

【００３２】蒸発器５によって得られた原料蒸気は、改
質反応器６へと送られる。そして、この原料蒸気は空気
供給装置１１のコンプレッサから改質反応器６へと送り
込まれる空気の中の酸素と反応し、水蒸気反応および部
分酸化反応が進行する。このようにして、水素リッチな
改質ガスが発生する。改質反応器６に空気を供給する配
管の途中には、流量センサ１４および流量制御弁１３が
取り付けられている。改質反応器６へと供給される空気
の流量は、制御装置１００内の図示を省略された温度制
御器による流量制御弁１３の開度の調節によって制御さ
れる。このようにして、改質反応器６に取り付けられて
いる温度センサ６ａが目標温度になるように制御装置１
００によって制御が行われる。

【００３３】改質反応器６から送り出される水素リッチ
な改質ガスには、一酸化炭素（Ｃｏ）が含まれる。この
Ｃｏ成分を燃焼して除去することによって後述の燃料電
池本体８の電極を被毒から保護するために、Ｃｏ除去反
応器７が設置されている。本実施の形態の改質反応器６
として例えば、水蒸気反応および部分酸化反応で生じた
Ｃｏを燃焼するシフト反応一体型の反応器を用いること
ができる。このタイプの改質反応器から送り出される改
質ガスに含まれるＣｏは比較的低濃度であるが、この場
合にもＣｏ除去反応器７を用いることによってＣｏの除
去を徹底することが可能となる。

【００３４】Ｃｏ除去反応器７には、制御装置１００に
よる空気流量制御弁１５の開度の調整によって、空気供
給装置１１から所望の流量の空気が供給される。この空
気中の酸素と改質ガス中のＣｏとの酸化反応によって、
Ｃｏを燃焼させて除去する。空気は空気供給装置１１か
ら供給する。図示は省略されているが、Ｃｏ除去反応器
７を十分な量の冷却水が通過しており、Ｃｏ除去反応器
７の温度は制御装置１００によって管理温度に維持され
ている。

【００３５】Ｃｏ除去反応器７から送り出される水素リ
ッチな改質ガスは、燃料電池本体８の水素極側へ導かれ
る。一方、燃料電池本体８の酸素極側には、空気供給装
置１１から空気が供給される。この空気中の酸素と水素
リッチな改質ガスとが反応に用いられ、発電が行われ
る。

【００３６】ここで、空気を供給する機構の全体像につ
いて説明を行う。図１の例では、燃料電池システム全体
で必要とする空気を単一の空気供給装置１１によってま
かなう構成となっている。空気供給装置１１からの空気
の供給対象は、改質反応器６と、Ｃｏ除去反応器７と、
燃料電池本体８の空気極側（燃焼器１０を含む）とな
り、合計３経路となる。空気供給装置１１のコンプレッ
サの吐出流量の総量は、流量センサ１２によって計測さ
れる。既述のように、改質反応器６およびＣｏ除去反応
器７に供給される空気の流量はそれぞれ、流量センサ１
４および流量センサ１６によって計測される。

【００３７】制御装置１００は、改質反応器６およびＣ
ｏ除去反応器７それぞれへと、流量制御弁１３および流
量制御弁１５の開度を独立に制御することによって必要
な流量の空気を分岐させて供給する。そして、制御装置
１００は、改質反応器６、Ｃｏ除去反応器７および燃料
電池本体８（燃焼器１０）において要求される空気流量
の総和と流量センサ１２の計測値とが等しくなるよう
に、図２の総空気流量制御器２６を用いて図１の空気供
給装置１１のコンプレッサの回転数を調整する。すると
結果的に、燃料電池本体８（燃焼器１０）に供給される
空気の流量は、燃料電池本体８（燃焼器１０）の要求量
に見合ったものとなる。

【００３８】燃料電池本体８からは、発電には利用され
なかった酸素および水素をそれぞれ含む、空気（「排空
気」と以下呼ぶ）および改質ガス（「排水素」と以下呼
ぶ）が排出される。排空気および排水素の配管にはそれ
ぞれ圧力調整弁１９および圧力調整弁２０が取り付けら
れている。制御装置１００は、圧力センサ１７および圧
力センサ１８によって改質ガスおよび空気の圧力をそれ
ぞれ計測しながら、圧力調整弁１９および圧力調整弁２
０の開度を図２の空気圧力制御器２９および改質ガス圧
力制御器２８それぞれを用いて独立に調整する。このよ
うにして、燃料電池本体８の空気極側および水素極側そ
れぞれの圧力がそれぞれの目標の圧力に一致するように
制御がなされる。ここで既述のように、図１の例の場
合、単一の空気供給装置１１によって燃料電池システム
全体が必要とする空気を供給する構成が採用されてい
る。したがって、燃料電池本体８の空気極側の圧力は、
燃料電池システム全体における空気の通過経路の圧力と
なる。

【００３９】燃料電池本体８の排空気は配管２４を通じ
て、排水素は配管２３を通じて、それぞれ燃焼器１０へ
供給される。既述のように、燃焼器１０においては、配
管２３からの排水素およびこの排水素では熱量が不足す
る場合の補償用の燃料タンク３３から補給される追加用
の液体の燃料（例えばメタノール）を、配管２４からの
排空気中の酸素を用いて燃焼させる。したがって、排空
気中の酸素の量が排水素および追加用の液体燃料の量に
見合うように、制御装置１００内の総空気流量制御器２
６は空燃比（Ａ／Ｆ比）を用いて空気供給装置１１の送
り出す空気量を調整する。燃焼器１０における燃焼によ
って、蒸発器５が原料を蒸発させるのに必要な熱量が与
えられる。蒸発器５において蒸発が順調に進行している
か否かは、蒸発器５の出口側に設けられた温度センサ２
２によって計測された温度が一定の管理温度範囲に収ま
っているかいないかに基づいて、制御装置１００によっ
て判断される。

【００４０】ここで、燃焼器１０に液体の燃料をいくら
供給すれば良いかは、蒸発器５に投入される原料の流量
と、燃料電池本体８からの排水素の流量と、に基づいて
定めることが可能である。原料となるメタノールおよび
水それぞれの供給量の目標値は、燃料電池本体８に要求
される発電量に基づいて制御装置１００によって算出さ
れる。そして、供給装置４および供給装置３によって送
出されるメタノールおよび水の流量は、流量センサ３１
および流量センサ３０によって、制御装置１００へと入
力される。制御装置１００に備わる図示を省略された制
御器は、これらの流量がそれぞれの目標値と一致するよ
うにそれぞれの供給装置４および供給装置３の送出強度
を調節する。

【００４１】例えば、本実施の形態の燃料電池システム
を車両に適用した場合には、要求電力量はドライバのア
クセル踏み込み量に基づいて算出される。燃料電池本体
８には、バッテリまたはインバータのような負荷９が接
続されている。インバータからの電力量をモータに供給
して車両走行の動力として使うことができる。本実施の
形態では、負荷９の消費する発電量に応じて燃料電池本
体８の発電を制御するようにしている。制御装置１００
に備わる図２の負荷制御器２７からの指令で負荷９の消
費電力量が制御され、一方で燃料電池本体８での発電量
が消費量に対応して調節される。制御装置１００は、Ｃ
ＰＵおよび周辺インターフェースを有するマイクロコン
ピュータによって実現することが可能である。

【００４２】以上のようにして設定される発電量を実現
するように、原料（水およびメタノール）の供給量が決
定される。そして、この供給量分の原料を十分蒸発させ
ることが出来るように燃焼器１０の目標温度が設定さ
れ、これに応じて燃焼器１０への燃焼用燃料の供給量が
定まる。しかし、例えば、要求される発電量の大幅な増
加に伴って蒸発器５に投入される原料の流量が大幅に増
やされたからといって液体の燃料の燃焼器１０への供給
量を一気に増加させると、燃料の気化潜熱のために燃焼
器１０の温度が一時的に大きく低下してしまう。この温
度低下をそのまま反映させてさらに液体の燃料の供給量
を増加させると、更なる温度低下を招きかねないどころ
か、燃焼器１０の失火が生じうる。

【００４３】ここで、本実施の形態において燃焼器１０
に供給される燃料は燃料として用いることの出来る可燃
性の液体であればなんでも良い。しかし、入手および扱
いの容易さからメタノールが燃料として用いられる場合
が想定でき、メタノールのような気化潜熱が大きい液体
燃料が用いられる場合には、以上のような温度低下が深
刻となる。

【００４４】そこで、このような事態を避けるために、
制御装置１００内の燃焼器温度制御器２５が、燃焼器１
０に投入される液体の燃料の流量を、燃焼器１０の予測
温度を反映させて調整する。この点が、本実施の形態の
燃料電池システムの特徴となっている。燃焼器１０への
燃料の実際の供給流量は、流量センサ３２によって測定
され制御装置１００へと入力される。さらに、燃焼器１
０の出口には温度センサ２１が取り付けられている。制
御装置１００に備わる燃焼器温度制御器２５は、これら
のセンサ３２および２１のデータを用いて制御を行う。
以下、制御の様子を具体例を用いて説明する。

【００４５】図３は、燃料の供給量を変更(図３(Ａ)の
下側)したときに予測される燃焼器１０の温度の変化
（図３(Ｂ))を例示する模式図である。時刻ｔにおける
蒸発器５への原料の供給量の増加(図３(Ａ)の上側)に合
わせて、図３(Ａ)の下側に例示されるように時刻ｔには
流量Ａの供給量であったのを時刻ｔ＋１に流量Ｂに増加
させる場合を考える。この場合、燃料の単位時間あたり
の供給量をＡからＢへと変化させるための操作量Δｕ
（ｔ）＝Ｂ−Ａとなる。ここで、Δｕ（ｔ）とは、時刻
ｔと時刻ｔ＋１との間に増加される燃料の流量の変化
量、すなわち、単位時間あたりの燃料の供給量の変化量
を表す。

【００４６】図３(Ｂ)における燃焼器１０の温度は、時
刻ｔまでは温度センサ２１による実測値であり、これよ
り後は図２の温度制御器２５に備わる温度予測手段によ
る予測値である。図３（Ｂ）の実線によって例示される
ように、時刻ｔにおいては温度Ｔ０である燃焼器１０の
温度は、気化潜熱の総量の増加による一時的な温度低下
によって時刻ｔ＋２に最低となり時刻ｔ＋５に目標の温
度Ｔ１に達すると予測される。

【００４７】しかし、図３（Ｂ）を参照すると理解され
るように、時刻ｔ＋２において予測される最低の温度
は、下限値Ｔｌｉｍを下回っている。ここで、下限値Ｔ
ｌｉｍとは、燃焼器１０の温度がこの値を下回ると失火
してしまう危険があることを示す閾値である。したがっ
て、時刻ｔにおける燃料の操作量Δｕ（ｔ）をいきなり
Ｂ−Ａに設定することは、避けなければならない。そこ
で、図４に例示されるように燃料を段階的に増加させる
と良い。

【００４８】図４は、燃料の増加を複数回に分けて行う
操作の例を示す模式図である。まず、図４（Ａ）に例示
されるように、時刻ｔ、時刻ｔ＋１、時刻ｔ＋２および
時刻ｔ＋３それぞれの間の期間の燃料操作量が、Δｕ
（ｔ）＝Ｃ−Ａ、Δｕ（ｔ＋１）＝Δｕ（ｔ＋２）＝
０、およびΔｕ（ｔ＋３）＝Ｂ−Ｃのように時刻ｔにお
いて設定される。ここで、Ａ＜Ｃ＜Ｂである。このよう
な設定によって、燃焼器１０の温度は図４（Ｂ）に例示
されるように、時刻ｔを境に下降へと転ずると予測され
る。そして、時刻ｔ＋２において予測温度は最低となる
が、燃料の供給量がいきなりＡからＢに増やされる図３
の場合とは異なり、下限値Ｔｌｉｍを下回ることはな
い。そして、予測温度が一端上昇した時刻ｔ＋３におい
て、燃料の供給量がＣからＢへと再度増加され、蒸発器
５への原料の供給量に見合う燃料の供給量Ｂが最終的に
達成される。この供給量の増加によって予測温度は再度
低下に転ずるが、時刻ｔ＋３まで予測温度の回復を待っ
てから供給量を増加させたことによって、予測温度が下
限値Ｔｌｉｍを下回ることは回避される。そして、予測
温度は時刻ｔ＋８には目標の温度Ｔ１に達する。

【００４９】もちろん、図３（Ｂ）の点線のプロファイ
ルによって例示されるように最低温度が下限値Ｔｌｉｍ
を下回らないことが予測された場合には、Δｕ（ｔ）＝
Ｂ−Ａに設定すれば良い。燃料の供給量を短時間で最大
限に増加させることによって、燃焼器１０の温度を迅速
に目標温度に一致させることが可能となる。なお、図４
の例では２回に分けて燃料の供給量を増加させている
が、各時刻毎に供給量を変化させてさらに細かい制御を
行えば、燃焼器１０の温度をより迅速に目標温度Ｔ１に
到達させることが可能となることが理解できる。

【００５０】図３および図４は、蒸発器５への原料の供
給量の変化が一回であり、かつ時刻ｔでは燃焼器１０の
一時的な温度低下が起こっていない場合についての例で
ある。すなわち、以前の蒸発器５への原料の供給量の変
更にともなって生じている一時的な温度変動の最中には
次の原料の供給量が変更されない場合についての例であ
る。しかし、本実施の形態の制御は、蒸発器５への原料
の供給量の以前の変更による燃焼器１０の温度の変動が
まだ落ち着いていないときに第２回目の変更が行われた
場合にも、その効果を発揮する。これを、図５を用いて
説明を行う。

【００５１】図５は、蒸発器５への原料の供給量の増加
が複数回行われる場合の例を示す模式図である。図５
（Ａ）および図５（Ｂ）を参照すれば理解されるよう
に、時刻ｔ−２の時点においては、原料の供給量の増加
に応じて時刻ｔ−２においてＡ→Ｂへと燃焼用燃料の供
給量を一度に増加させ、かつ時刻ｔ−１以降では燃料操
作量を“０”に保つことが予定される。このような制御
によって、時刻ｔにおいては一時的な温度低下が生じて
いるが、本実施の形態の制御によって下限値Ｔｌｉｍを
下回ることは無く、点線のプロファイルにて示されるよ
うに、供給量Ｂのままであればいずれ収束すると予測さ
れる温度は目標温度Ｔｂとなる。

【００５２】そして、時刻ｔにおいてさらに蒸発器５へ
の原料の供給量が増やされ、これに応じて燃焼器１０へ
の燃焼用燃料の供給量は最終的に供給量Ｄへと増えなけ
ればならなくなったとする。このとき、時刻ｔにおいて
直ちに燃焼用燃料の供給量をＤにまで増加させると、矢
印によって示されるように温度が下限値Ｔｌｉｍを下回
ってしまうことが予測される。そこで、予測温度が下限
値Ｔｌｉｍを下回る場合であり、時刻ｔの時点で算出さ
れた予定の操作量Δｕ（ｔ）_tが時刻ｔ−１の時点で予
定されていた操作量Δｕ（ｔ）_t-1よりも大きい場合に
は、操作量Δｕ（ｔ）として操作量Δｕ（ｔ−１）_t-1
の値を採用する。図５の例においては、Δｕ（ｔ）＝Δ
ｕ（ｔ）_t-1＝０となる。このような操作量Δｕの制限
は、供給量をＤに引き上げても予測温度が下限値Ｔｌｉ
ｍを下回らなくなるまで繰り返される。

【００５３】以上のように、図２の温度制御器２５内の
温度予測手段による予測温度の結果に応じて温度制御手
段が、操作量が以前予定されていた量よりも増加しない
ように制限する。このような制限によって、図５（Ａ）
に示されるように、引き続き操作量Δｕ（ｔ＋１）とし
て操作量Δｕ（ｔ＋１）_t-1の値“０”が採用される。
そして、燃焼用燃料は、温度が下限値Ｔｌｉｍから十分
に上昇した時刻ｔ＋２において操作量Δｕ（ｔ＋２）が
Ｄ−Ｂに設定され、供給量Ｄにまで増加させられる。温
度が十分に上昇するのを待ってから供給量を増加させら
れているので、新たな燃料の供給量Ｄへの増加による温
度低下が生じても下限値Ｔｌｉｍを下回ることはない。

【００５４】以上をまとめると、次のようになる。燃料
の供給量を最終的にいくらにまで増加させれば良いか
は、燃焼器１０が最終的に収束すると予測される温度が
目標温度と一致するか否かによって知ることができる。
そして、燃料の供給量をどのような変化率で増加させて
いけば良いかは、燃料の供給量の増加による一時的な温
度変動の途中で燃焼器１０の予測温度が下限値を下回ら
ないかどうかを確認することによってわかる。

【００５５】ここで、予測の精度が高いことは当然に望
まれることであるが、温度制御器２５を実現するＣＰＵ
等の演算ユニットの処理負担を低減させることも必要で
ある。したがって、予測が行われる対象となる時刻の個
数をある程度制限することが要求される。例えば、図３
の例では、時刻ｔ＋２から時刻ｔ＋６まで、すなわち５
箇所の予測温度さえ得られれば、燃料の供給をどのよう
に行えば良いかがわかる。したがって、温度の予測を行
う範囲を予め、例えば余裕を取って時刻ｔ＋１から時刻
ｔ＋７に設定しておけば十分であることが理解できる。
ここで、燃料の供給量に対して燃焼器１０の温度がいく
らになるかという反応特性は、燃料電池システムの運転
状態に応じて変わる。したがって、温度の予測を行わな
ければならない範囲は、燃料電池システムの運転状態に
応じて適宜変更する必要が生ずる。

【００５６】そこで、整数である変数Ｐ（Ｐ＞１）およ
び変数Ｒ（Ｒ≧０）を用い、予測の行われる時刻の個数
をＰ個に限定して時刻ｔ＋Ｒ＋１から時刻ｔ＋Ｒ＋Ｐま
で予測が行われるように設定するものとする。運転状態
の変化に応じて、変数Ｐおよび変数Ｒの値を適宜変更し
てやれば良い。

【００５７】さらに、燃焼器１０の温度を予測する際に
は、時刻ｔ以後に予定されている燃料の操作量に加え、
時刻ｔよりも前の操作量も必要となる。既に投入された
燃料のうち時刻ｔの時点で液体のまま残存するものが、
時刻ｔ以降に気化させられて温度低下の原因となるから
である。同様に、目標温度との一致が問われる時刻ｔ＋
Ｒ＋Ｐの直前に投入される燃料は、この時刻ｔ＋Ｒ＋Ｐ
の時点では殆どが液体のまま残存してしまい、この時刻
での温度の変動には余り関与しないと考えられる。した
がって、将来の操作量のうち時刻ｔ＋Ｒ＋Ｐまでのもの
総てを考慮しなくとも予測の制度を十分保つことができ
る。

【００５８】そこで、整数である変数Ｓ（Ｓ≧０）およ
び変数Ｍ（Ｒ＋Ｐ≧Ｍ＞１）を用い、燃料の操作量に関
して温度予測に考慮される時刻の個数を、既に投入され
た燃料についてはＳ個、投入が予定されている燃料につ
いてはＭ個に限定する。したがって、時刻ｔ−Ｓから時
刻ｔ−１までの間に投入された燃料と、時刻ｔから時刻
ｔ＋Ｍ−１までの間に投入が予定されている燃料とが、
温度予測に反映される。

【００５９】変数Ｓおよび変数Ｍも、変数Ｐおよび変数
Ｒと同様に、燃料電池システムの運転状態に応じて最適
な値が変化する。そこで、これらの変数Ｓ，Ｐも運転状
態に応じて適宜変更する必要が生ずる。例えば、様々な
運転状態に対して最適なモデルパラメータの組合せを予
め実験的に調べておいて表にまとめておき、実際の運転
時にはこの表を用いて実際に使用するモデルパラメータ
を決定することが可能である。

【００６０】図６は、運転状態とモデルパラメータとの
関係を例示する図である。複数の運転状態の各々につい
て、適切なモデルパラメータＲ，Ｐ，ＭおよびＳの組合
せが規定されている。図１の燃焼器温度制御器２５は燃
料電池システムの運転状態を、各センサを用いて、また
は制御装置１００が指示している燃料電池本体８等の出
力設定に基づいて把握する。そして、現在の運転状態が
図６の表の中のどの運転状態に相当するかを判断し、選
択された運転状態に対応するモデルパラメータＲ，Ｐ，
ＭおよびＳの組合せを採用する。

【００６１】あるいは、運転状態からモデルパラメータ
Ｒ，Ｐ，ＭおよびＳが求まる計算式を予め燃焼器温度制
御器２５に与えておき、現在の運転状態から最適なモデ
ルパラメータＲ，Ｐ，ＭおよびＳを計算によって求めて
も良い。

【００６２】温度予測を行うことが本実施の形態の燃料
電池システムの特徴となっている。温度予測の方法とし
ては、例えばモデル予測制御理論を用いることが可能で
ある。モデル予測制御理論を燃料電池システムに適用す
ると、図７の数式が得られる。図７は、モデル予測制御
理論に基づいて得られる、燃焼器１０の温度の予測式で
ある数式１を例示する図である。数式１に用いられてい
る変数は行列式であり、その内容は数式２〜数式５に記
載されている。モデル予測制御理論は周知であるので、
この理論自体については詳細な説明を省く。

【００６３】数式２に記載されるように、予測温度“ｙ
ｐ”は時刻ｔ＋Ｒ＋１〜時刻ｔ＋ＰまでのＰ個の予測温
度を要素とするＰ行１列の行列である。実測温度“ｙ”
は、数式３に記載されるように、図１の温度センサ２１
によって計測される燃焼器１０の現在（時刻ｔ）の温度
（実測値）を要素とするＰ行１列の行列である。予定操
作量“Δｕｆ”は、時刻ｔ〜時刻ｔ＋Ｍ−１のうちの個
々の時刻に対して予定されている燃料の操作量を要素と
するＭ行１列の行列である。既操作量“Δｕｏ”は、時
刻ｔ−１〜時刻ｔ−Ｓの間に既に燃焼器１０へと投入さ
れた燃料の操作量を要素とする行列である。

【００６４】モデル係数“Ａｆ”は、Ｐ行Ｍ列の行列で
あり、予定操作量Δｕｆが予測温度ｙｐにどの程度反映
されるかを表す係数である。同様に、モデル係数“Ａ
ｏ”はＰ行Ｓ列の行列であり、既操作量Δｕｏが予測温
度ｙｐにどの程度反映されるかを表す係数である。モデ
ル係数Ａｆおよびモデル係数Ａｏは、変数であるモデル
パラメータＲ，Ｐ，ＭおよびＳに応じて構成される。

【００６５】なお、時刻ｔの単位は、オペレータが希望
するものを用いれば良い。本実施の形態の例において
は、時刻ｔの単位を温度制御器２５による制御の周期１
つ分とする。したがって、制御周期が例えば０．１秒の
場合には、時刻ｔ＋Ｒとは、現在からＲ×０．１秒後の
時刻を指す。

【００６６】予測の目的対象である図７の予測温度ｙｐ
を得るためには、既知の既操作量Δｕｏおよび実測温度
ｙの他に、予定操作量Δｕｆが必要である。予定操作量
Δｕｆを求める式は、図８に記載されている。

【００６７】図８は、予定操作量Δｕｆの求め方を表す
数式６を示す図である。数式６は、図７の数式１をΔｕ
ｆについて解いた式である。詳細には、燃焼器目標温度
ｓｐと時刻ｔ＋Ｒ＋１〜時刻ｔ＋Ｒ＋Ｐのうちの各々の
時刻の予測温度ｙｐとの差の合計が最小となるように、
数式６は設定されている（すなわち、（ｓｐ−ｙｐ） ²
の微分形となっている）。図８を参照すると理解できる
ように、予定操作量Δｕｆを求めるには、既述のモデル
R>係数Ａｆおよびモデル係数Ａｏの他に、いくつかのパ
ラメータが必要となる。その１つである燃焼器目標温度
ｓｐは、蒸発器５への原料の供給量に対応する燃焼器１
０の目標温度を要素とする行列である。重み係数Φおよ
び重み係数λについては、図９を用いて説明を行う。

【００６８】図９は、重み係数λを説明するための模式
図である。重み係数λは、図８の数式８から理解される
ように、目標温度ｓｐと予測温度ｙｐとの間の偏差に対
する重み付けを規定する係数λ１〜λＰを要素とする対
角行列である。図９に例示されるように、係数λｉ（ｉ
は１≦ｉ≦Ｐである任意の自然数）は、時刻ｔ＋Ｒ＋ｉ
における目標温度ｓｐと予測温度ｙｐ（ｔ＋Ｒ＋ｉ）と
の間の偏差ｅ１〜ｅ_Pに対する重みを表す。偏差に重み
付けを行う理由について以下に説明する。

【００６９】燃焼器１０への燃料の供給量の操作量が大
きくなると燃焼器１０の温度が大きく変化し、図１の温
度センサ２１がこの温度変化に追随できなくなる。これ
によって温度の実測値の信頼性が低下すると、制御その
ものがうまくいかなくなってしまう。そこで、重み係数
λを用いて偏差に対する重み付けを行い、燃料の供給量
の操作量が温度センサ２１の反応速度を超過しないよう
にしておく。なお、重み係数λは、予め実験またはシミ
ュレーションによって求めておいて温度制御器２５に入
力しておけば良い。

【００７０】一方、重み係数Φは、図８に例示されるよ
うに、算出した操作量に対する重み付けを規定する係数
Φ１〜Φ_Mを要素とする対角行列である。すなわち、係
数Φｊ（ｊは１≦ｊ≦Ｍである任意の自然数）は、算出
した操作量に対して重み付けを行う。

【００７１】例えば、重み係数λをdiag[1,0,0,…,0]に
設定すると、時刻ｔ＋Ｒ＋１における温度の予測値ｙｐ
（ｔ＋Ｒ＋１）が目標温度ｓｐとなるような燃料の操作
量Δｕｆを計算によって得ることが可能となる。一方、
diag[λ1,λ2,λ3,…,λP]に関してλｊ＞０と設定した
場合には、時刻ｔ＋Ｒ＋１から時刻ｔ＋Ｒ＋ＰまでのＰ
個の予測温度すべてが目標温度となるように燃料の操作
量Δｕｆを計算していることになる。このように計算し
ても構わない。

【００７２】数式６を解くことによって得られる操作量
Δｕｆは、図７に例示されるように、時刻ｔから時刻ｔ
＋Ｍ−１までに予定される操作量を要素として含む。こ
の操作量Δｕｆを図７の数式１に代入することによっ
て、この操作量Δｕｆによって指示される通りの燃料の
供給が行われた場合の燃焼器１０の温度を予測すること
が可能となる。

【００７３】次に、図７および図８の数式を用いて行わ
れる図１の温度制御器２５の制御の処理手順について説
明を行う。図１０は、温度制御器２５の処理手順を例示
するフローチャートである。現在の時刻ｔ＝０と考え、
説明を以下に行う。

【００７４】図１０を参照すれば理解されるように、ス
テップＳ１からステップＳ１０までの処理はループとな
っており、同じ処理が制御処理の周期毎に繰り返され
る。従って、ステップＳ１の時点では、前回の制御処理
のループにおいて求められた予定操作量Δｕｆが既知と
なっている。

【００７５】まず、ステップＳ１において、燃料電池シ
ステムの運転状態の変化によってモデルパラメータＲ，
Ｐ，ＭおよびＳを変更する必要が生じたか否かが判断さ
れる。変更する必要がある（ＹＥＳ）と判断された場合
には、ステップＳ２において、図６の表を用いて新たに
モデルパラメータＲ，Ｐ，ＭおよびＳを設定し直す。さ
らに、モデルパラメータＲ，Ｐ，ＭおよびＳの内容に応
じて構成されるモデル係数行列ＡｆおよびＡｏを、これ
らのパラメータの変更に伴い構成し直す。一方、変更す
る必要がない（ＮＯ）と判断された場合にはステップＳ
２の処理が飛ばされ、以前のモデルパラメータがそのま
ま用いられる。

【００７６】ステップＳ１およびステップＳ２に引き続
くステップＳ３においては、現在の燃焼用燃料の供給量
が維持された場合に到達すると予測される、時刻Ｒ＋Ｐ
における燃焼器１０の温度ｙｐ（Ｒ＋Ｐ）を、図７の数
式から予測する。詳細には、既知の既操作量Δｕｏおよ
び現時点での実測温度ｙが数式１に代入され、予測温度
ｙｐが求まる。

【００７７】引き続くステップＳ４においては、ステッ
プＳ３の予測温度ｙｐ（Ｒ＋Ｐ）と、蒸発器５へのメタ
ノールの供給量に応じて定まる目標温度ｓｐとに応じ
て、この差が埋まるように液体燃料の新たな予定操作量
Δｕｆを図８の数式６を用いて計算する。燃焼器１０の
現在の温度ではなく予測温度ｙｐ（Ｒ＋Ｐ）を用いるこ
とによって、燃焼用燃料の供給量の変化による一時的な
温度変動に惑わされることが無くなる。これによって本
当に必要な燃焼用燃料の変化量がわかり、信頼のできる
予定操作量Δｕｆを計算によって得ることが可能とな
る。

【００７８】ステップＳ４までの処理によって今回の予
定操作量Δｕｆが求まるが、この予定操作量Δｕｆが適
切であるか否かを燃焼器１０の温度を予測することによ
って判定する必要が生ずる。そして、不適であると判定
された場合にはこの予定操作量Δｕｆを制限する必要が
生ずる。以下の処理においては、予定操作量Δｕｆが不
適な場合にはこれを用いず、前回の処理ループにおいて
求められた予定操作量がそのまま用いられる。以下、詳
細を説明する。

【００７９】ステップＳ４に引き続くステップＳ５にお
いては、ステップＳ４において新たに求められた今回の
処理ループの予定操作量Δｕｆを図７の数式１に代入し
直し、燃焼器１０の温度を時刻Ｒ＋１〜Ｒ＋Ｐまで予測
する。これによって、図３（Ｂ）に例示されるような複
数の予測温度によって構成される温度プロファイルを得
る。

【００８０】引き続くステップＳ６においては、ステッ
プＳ５の温度プロファイル中の予測温度値のうちの少な
くとも１つでも燃焼器１０の温度の下限値（例えば失火
の閾値）を下回るか否かが判断される。下回らない場合
（ＮＯ）には、今回の処理ループにおいて求められた予
定操作量Δｕｆを用いても不都合が生じることはない。
従ってこの場合にはステップＳ１１に移行し、ステップ
Ｓ４において新たに求められた予定操作量Δｕｆが実際
に使用される予定操作量として採用される。

【００８１】一方、ステップＳ６において下回る（ＹＥ
Ｓ）と判断された場合には、燃焼用燃料の過剰投入によ
る温度の下がり過ぎを防ぐために、ステップＳ７に移行
する。ステップＳ７においては、前回の処理ループにお
いて求められた予定操作量Δｕｆ中の“Δｕ（１）”
（前回の処理ループにおける時刻１は、今回の処理ルー
プにおける時刻０に相当する）と、今回の処理ループに
おいて求められた予定操作量Δｕｆ中の“Δｕ（０）”
とが比較される。前者よりも後者の方が大きい（ＹＥ
Ｓ）場合には、前回の予定操作量よりも今回の予定操作
量が大きくなったことが温度が下がりすぎることの原因
になったと考えることが出来る。従って、予定操作量の
増加を回避するために、ステップＳ８Ａにおいて前回の
処理ループで求められた予定操作量Δｕｆを、その時刻
を１つ分ずらして今回の処理ループの予定操作量Δｕｆ
として再度採用する。これによって、燃焼用燃料の供給
量の変化が前回の処理ループにおいて予定されたままに
維持され、温度の過剰な低下が回避される。一方、ステ
ップＳ７において前回の予定操作量“Δｕ（１）”が今
回の予定操作量“Δｕ（０）”以上であると判断された
（ＮＯ）場合には、既述のステップＳ１１に移行する。

【００８２】ステップＳ９においては、ステップＳ８Ａ
またはステップＳ１１において採用された予定操作量Δ
ｕｆから、今回のループにおいて出力される操作量Δｕ
（０）を読み取る。この操作量ｕ（０）が電圧値に変換
されてアクチュエータへと出力される。そして、図１の
供給装置３４において、前回の供給量から操作量ｕ
（０）の分だけ増減された今回の供給量分の燃料が燃焼
器１０へと供給される。なお、制御装置１００は、図１
の流量センサ３２のデータを読み取って燃料の供給量が
実際にＡからＢに増加していることを確認しつつ、供給
量を増加させる。

【００８３】引き続くステップＳ１０においては、燃料
電池システムの運転が停止されるか否かが判断される。
停止されない（ＮＯ）の場合には、ステップＳ１へと戻
ってループ処理が続行される。一方、停止される（ＹＥ
Ｓ）場合には、処理は終了する。

【００８４】図１０の例においては、新たに計算された
予定操作量Δｕｆ（ステップＳ４）によって予測温度値
が下限値を下回る場合に、予定操作量を抑制することに
よって燃焼用燃料の供給量の増加を制限して温度低下を
抑えている。詳細には、予測温度が下限値を下回る虞が
ある期間には、ステップＳ６〜ステップＳ８Ａの処理に
よって、予定操作量が抑制される。そして、処理ループ
が繰り返される間に燃焼器１０の実際の温度が上昇する
ことによって、燃焼用燃料の供給量を増加させても予測
温度が下限値を下回らないようになる。このようになっ
た後に、燃焼用燃料の供給量の大幅な増加が可能とな
る。

【００８５】ここで、蒸発器５に供給されるメタノール
の分量が増加されたのに燃焼器用燃料の供給量が制限さ
れたのでは、目標温度ｓｐへの燃焼器１０の温度上昇が
それだけ遅くなってしまう。従って、燃焼器１０の温度
を下限値以上に保ちつつ燃焼用燃料の増加は最大限に迅
速に行う方が好ましい。この場合には、ステップＳ８Ａ
の処理を図１１のステップＳ８Ｂの処理に変更すれば良
い。

【００８６】図１１は、図１０の処理手順に一部変更が
加えられた処理手順を例示するフローチャートである。
図１１の処理手順は、図１０のステップＳ８Ａの処理が
ステップＳ８Ｂの処理に置き換えられており、他の部分
はそのままとなっている。ステップＳ８Ｂにおいては、
ステップＳ５において求まる温度予測プロファイル中の
最低の予測温度が下限値に一致するように予定操作量Δ
ｕｆを書き換える。すなわち、ステップＳ４においてな
された予定操作量Δｕｆの計算と同じ計算を、目標温度
を下限値に設定してステップＳ８Ｂにおいても行う。

【００８７】温度の変化の概略は、以下のようになる。
燃焼器１０に対する燃焼用燃料の供給量の増加によって
温度低下が生じ、燃焼器１０の温度は下限値にほぼ一致
する。この後は、既に投入された燃焼用燃料の供給量の
増加による温度上昇分と新たに投入される燃焼用燃料の
供給量の増加による温度低下分とが互いに相殺され、燃
焼器１０の温度はほぼ下限値のまま推移していく。この
ようにして、燃焼用燃料の供給量が燃焼器１０の目標温
度に相当する分量にまで到達して供給量の増加が終了し
た時点では、燃焼器１０の温度はほぼ下限値に一致して
いる。そして、燃焼用燃料の供給量の増加の終了後に、
燃焼器１０の温度は本来の目標温度にまで上昇する。

【００８８】ここで、予測温度ｓｐを下限値と完全に一
致させるように設定すると、収束する途中での温度低下
によって燃焼器１０の温度がこの下限値を下回ってしま
う期間が生じてしまうおそれがある。そこで、一致させ
る際の基準となる下限値として、プラントを停止に至ら
せるシステム的な下限値ではなく、このシステム的な下
限値に適度な余裕が加えられた制御上の下限値を用いる
と良い。この制御上の下限値に予測温度ｓｐを一致させ
る予定操作量Δｕｆを計算させることによって、下限値
を下回る期間がシステム的な下限値を用いる場合よりも
短縮化されることが期待できる。さらに、予測温度ｓｐ
とシステム的な下限値とを比較することによって予想さ
れる燃焼器１０の温度がシステム的な下限値を下回り続
ける期間が、予め設定された基準の期間よりも長い場合
にのみプラントを停止させるようにすると良い。これに
よって、プラントの停止をなるべく回避することが可能
となる。

【００８９】予定操作量Δｕｆの計算は、図８の数式６
の代わりに、燃焼用燃料の操作量の変化と燃焼器１０の
温度の変化とを対応付ける特性関数を使って行ってもよ
い。このようなモデルは、試験を行って１ステップ毎に
データを得るステップ応答試験を事前に行い、得られた
データを用いて作成することができる。システム同定理
論を用いると、図１２に例示される数式９が得られる。

【００９０】図１２は、燃焼用燃料の操作量Δｕａと燃
焼器１０の温度変化量Δｙａとを対応付ける式を例示す
る図である。ステップ応答試験によってプロセスゲイン
Ｋおよび傾きａと求めて伝達関数モデルＧ（ｓ）を予め
定めておき、図１の温度制御器２５に入力しておく。図
１２の数式９においてΔｙａ＝（温度の下限値）−（現
在の温度）として操作量Δｕａについて解く。すると、
燃焼器１０の温度を下限値ちょうどにする操作量Δｕａ
が求まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 燃料電池システムの構成を例示する模式図で
ある。

【図２】 図１の制御装置１００の内容を例示する模式
図である。

【図３】 原料供給量の操作量（変化量）の第１の例に
対する燃焼器１０の温度の変化の様子を例示する模式図
である。

【図４】 原料供給量の操作量の第２の例に対する燃焼
器１０の温度の変化の様子を例示する模式図である。

【図５】 原料供給量の操作量の第３の例に対する燃焼
器１０の温度の変化の様子を例示する模式図である。

【図６】 運転状態の変化に応じたモデルパラメータの
組み合わせを例示する図である。

【図７】 燃焼器１０の予測温度ｙｐを求める式を例示
する図である。

【図８】 燃焼用燃料の操作量Δｕｆを求める式を例示
する図である。

【図９】 重み係数Φおよび重み係数λの意味を示す模
式図である。

【図１０】 温度制御器２５の第１の処理手順を例示す
るフローチャートである。

【図１１】 温度制御器２５の第２の処理手順を例示す
るフローチャートである。

【図１２】 燃焼用燃料の操作量Δｕａと燃焼器１０の
温度変化量とを対応付ける式を例示する図である。

【符号の説明】

５ 蒸発器 ８ 燃料電池本体 １０ 燃焼器 ２５ 燃焼器温度制御器 １００ 制御装置 ｓｐ 燃焼器１０の目標温度 ｙ 実測温度 ｙｐ 燃焼器１０の予測温度 Δｕｆ 燃焼用燃料の予定操作量 Δｕｏ 燃焼用燃料の既操作量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/04 H01M 8/06

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電用燃料ガスおよび酸化ガスを用いて
   発電を行う燃料電池本体と、 前記発電用燃料ガスを得るために必要な熱量を、投入さ
   れる燃焼用液体燃料の燃焼によって発生させる燃焼器
   と、 前記燃焼用液体燃料の投入量の変化によって過渡的に推
   移する前記燃焼器の温度を予測し、この予測温度と前記
   燃焼器の臨界温度とを比較して予測温度が臨界温度を下
   回り燃焼の安定性が失われ得ると判断された場合には、
   前記液体燃料の予定されている投入量を制限する制御手
   段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の燃料電池システムであ
   って、 前記燃焼器は、前記発電用燃料ガスの原料である液体原
   料を気化させる蒸発器に対して用いられ、 前記制御手段は、前記液体原料の供給量に応じて要求さ
   れる前記燃焼器の目標温度と前記予測温度が最終的に定
   常化する温度とを一致させるように前記投入量を決定す
   る燃料電池システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の燃料電池システムであ
   って、前記予測温度は、前記燃焼器の設定温度の変更に
   伴い前記燃焼用燃料の投入量が変更されたときに該燃焼
   器の温度が定常化するために必要な期間に関する、前記
   燃焼器の温度の予測プロファイルを表す複数の予測温度
   であり、前記制御手段は、前記複数の予測温度のうちの
   少なくともいずれか１つが前記臨界温度を下回る場合に
   前記安定性が失われ得ると判断する燃料電池システム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の燃料電池システムであ
   って、前記制御手段は、前記安定性が失われ得ると判断
   された場合には、前記予測プロファイルの与える最低の
   温度が前記臨界温度にほぼ一致するように、前記液体燃
   料の予定されている投入量を変更する燃料電池システ
   ム。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のうちのいずれ
   か１つに記載の燃料電池システムであって、前記臨界温
   度は、前記燃焼器が失火する失火温度である燃料電池シ
   ステム。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の燃料電池システムであ
   って、前記制御手段は、前記燃焼用液体燃料の過去の投
   入量および予定されている投入量と前記燃焼器の実際の
   温度とに基づいて、該燃焼器の温度を予測する燃料電池
   システム。