流体供給装置、および流体供給装置を備えた燃料電池システム
【課題】新たなブロワを別途設けることなく、かつ、ブロワの利用効率を可及的に高くする流体供給装置を提供する。
【解決手段】空気ブロワ１２で昇圧された空気を燃料電池Ｃ１に供給する配管１４と、空気ブロワ３２で昇圧された空気をバーナＣ３に供給する配管３４とを、空気ブロワ１２および空気ブロワ３２より下流側で、配管６３によって接続した。また、配管３４と配管６３との接続部に三方弁６２を設けた。燃料電池Ｃ１が空気ブロワ１２の容量以上の空気を必要とする場合は、空気ブロワ３２から排出される空気の流路を配管６３側に切り替える。これにより、空気ブロワ１２から排出される空気と空気ブロワ３２から排出される空気とが、燃料電池Ｃ１に供給される。
【解決手段】空気ブロワ１２で昇圧された空気を燃料電池Ｃ１に供給する配管１４と、空気ブロワ３２で昇圧された空気をバーナＣ３に供給する配管３４とを、空気ブロワ１２および空気ブロワ３２より下流側で、配管６３によって接続した。また、配管３４と配管６３との接続部に三方弁６２を設けた。燃料電池Ｃ１が空気ブロワ１２の容量以上の空気を必要とする場合は、空気ブロワ３２から排出される空気の流路を配管６３側に切り替える。これにより、空気ブロワ１２から排出される空気と空気ブロワ３２から排出される空気とが、燃料電池Ｃ１に供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給するための流体を昇圧する昇圧手段の利用効率を可及的に高くする流体供給装置、およびこの流体供給装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コージェネレーションシステムとして、燃料電池システムが開発されている。燃料電池システムは、燃料電池が発電する際の排熱も有効利用する発電システムである。燃料電池システムには、燃料電池に流体を供給するための流体供給装置が備えられている。
【０００３】
図７は、従来の流体供給装置を備える燃料電池システムを説明するためのブロック図である。燃料電池システムＡは、流体供給装置Ｂ、燃料電池モジュールＣ、インバータ装置Ｄ、および排熱回収装置Ｅを備えている。
【０００４】
流体供給装置Ｂは、燃料電池モジュールＣに原燃料および空気を供給するものである。流体供給装置Ｂは、外気から空気を取り入れ、フィルタ装置１１，３１によって粉塵などの不純物を取り除き、不純物除去後の空気をブロワ１２，３２（以下、場合により、「空気ブロワ１２，３２」という。）によって昇圧して燃料電池モジュールＣに供給する。また、流体供給装置Ｂは、フィルタ装置２１，４１によって原燃料（都市ガスや天然ガスなど）から不純物を取り除き、不純物除去後の原燃料をブロワ２２，４２（以下、場合により、「燃料ブロワ２２，４２」という。）によって昇圧して燃料電池モジュールＣに供給する。
【０００５】
燃料電池モジュールＣは、流体供給装置Ｂから供給される原燃料および空気を用いて、電気を生成するものである。燃料電池モジュールＣは、水素と酸素の化学反応を利用して発電を行う燃料電池Ｃ１、流体供給装置Ｂより供給される原燃料と別途供給される水とから水素を生成して燃料電池Ｃ１に供給する改質器Ｃ２、および、燃料電池Ｃ１と改質器Ｃ２とを加熱するバーナＣ３を備えている。流体供給装置Ｂから供給される原燃料は改質器Ｃ２とバーナＣ３とに供給され、流体供給装置Ｂから供給される空気は燃料電池Ｃ１の空気極（カソード）とバーナＣ３とに供給される。
【０００６】
燃料電池Ｃ１の燃料極（アノード）には、改質器Ｃ２から水素が供給され、空気極（カソード）には、流体供給装置Ｂから空気が供給される。燃料電池Ｃ１は、水素と空気中の酸素とを反応させて、電気エネルギーと熱エネルギーとを生成する。直流電力として取り出された電気エネルギーは、インバータ装置Ｄに出力される。また、生成された熱エネルギーは、排熱回収装置Ｅによって回収される。改質器Ｃ２は、流体供給装置Ｂより供給される原燃料に含まれる炭化水素（メタンなど）と別途供給される水との化学反応（水蒸気改質）により水素を生成する。当該化学反応には熱が必要とされる。また、燃料電池Ｃ１にはその素材により運転温度（例えば、固体酸化物型燃料電池の場合、７５０〜１０００℃の範囲で設定されている）が設定されており、燃料電池Ｃ１を当該運転温度に保つためにも熱が必要とされる。バーナＣ３は、改質器Ｃ２での化学反応を起こさせるため、また、燃料電池Ｃ１の温度を運転温度まで引き上げるために、原燃料を燃焼して、改質器Ｃ２と燃料電池Ｃ１とを加熱する。燃料電池Ｃ１はその化学反応において熱を出すので、バーナＣ３は、主に、燃料電池システムＡの起動時に使用される。
【０００７】
インバータ装置Ｄは、燃料電池Ｃ１が出力する直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ装置Ｄは電力系統に連系され、出力される交流電力が負荷に供給される。排熱回収装置Ｅは、燃料電池Ｃ１が出す熱、および、バーナＣ３での燃焼により出る熱を回収するものである。排熱回収装置Ｅは、燃料電池モジュールＣから出る排ガスの熱を用いて、給湯などに利用している。
【０００８】
流体供給装置Ｂは、燃料電池モジュールＣが効率よく電力を生成するために、必要な流体を安定して供給する必要がある。例えば、流体供給量を制御する方法として、フィードバック制御を用いる方法が提案されている。特開２００４−９５２２６号公報には、空気流量センサの検出値が正常範囲にある場合に、フィードバック制御により空気流量制御を行う燃料電池システムが記載されている。
【０００９】
図７に記載の燃料電池システムＡにおいても、各ブロワ１２，２２，３２，４２の下流側に流量計１３，２３，３３，４３が設けられており、図示しない制御装置によって、流体の流量をフィードバック制御している。すなわち、燃料電池Ｃ１の空気極（カソード）に供給される空気の流量は、流量計１３によって検出される流量が目標流量と一致するように空気ブロワ１２の出力を調整することで、フィードバック制御される。改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量は、流量計２３によって検出される流量が目標流量と一致するように燃料ブロワ２２の出力を調整することで、フィードバック制御される。バーナＣ３に供給される空気の流量は、流量計３３によって検出される流量が目標流量と一致するように空気ブロワ３２の出力を調整することで、フィードバック制御される。バーナＣ３に供給される原燃料の流量は、流量計４３によって検出される流量が目標流量と一致するように燃料ブロワ４２の出力を調整することで、フィードバック制御される。
【００１０】
この場合、各ブロワ１２，２２，３２，４２の容量は、流体の供給先の最大使用量を想定して選定される必要がある。しかし、最大使用量の流体を必要とする場合は限られており、通常の定格運転時において、各ブロワ１２，２２，３２，４２は、低負荷率で運転されることになる。これは、各ブロワ１２，２２，３２，４２の利用効率を低下させ、ブロワの動力損失の増加を引き起こすことになる。
【００１１】
これを解消するために、通常の定格運転時に使用される流量に応じた容量のブロワと、これを超える流量が必要となった場合に追加的に使用されるブロワとを設ける方法が提案されている。例えば、特開２００８−２４８８５１号公報には、複数の小容量ポンプを設けて、必要流量に応じてポンプの稼動台数を増減させる流量制御装置が記載されている。
【００１２】
図８は、この方法を取り入れた流体供給装置Ｂ’を説明するためのブロック図である。
流体供給装置Ｂ’は、図７に示す燃料電池システムＡにおける流体供給装置Ｂに相当するものである。なお、図８において、流体供給装置Ｂと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。また、図８においては、燃料電池Ｃ１に空気を供給するための要素のみを記載しており、バーナＣ３に空気を供給する要素、および、原燃料の供給のための要素の記載を省略している。
【００１３】
流体供給装置Ｂ’においては、空気ブロワ１２およびフィルタ装置１１と並列に、空気ブロワ１２’およびフィルタ装置１１’が設けられている。なお、逆止弁６は、空気ブロワ１２が送出した空気がブロワ１２’側に流入しないようにするためのものである。空気ブロワ１２の容量は、通常の定格運転時の流量に応じた容量とされている。また、空気ブロワ１２’の容量は、空気ブロワ１２の容量と合わせた場合に流体の供給先（燃料電池Ｃ１の空気極）の最大使用量を供給できる容量とされている。制御部５は、流量計１３によって検出される流量を目標流量とするフィードバック制御を行う。また、制御部５は、目標流量が空気ブロワ１２によって供給できる範囲の場合、空気ブロワ１２のみを稼動して空気ブロワ１２の出力を調整することで制御を行う。一方、目標流量が空気ブロワ１２によって供給できる範囲を超える場合、空気ブロワ１２の出力を最大にして空気ブロワ１２’を起動し、空気ブロワ１２’の出力を調整することで制御を行う。
【００１４】
流体供給装置Ｂ’においては、通常の定格運転時にはこれに応じた容量の空気ブロワ１２を用いるので、空気ブロワ１２の利用効率を低下させず、無駄な電力消費を削減することができる。また、目標流量が空気ブロワ１２の容量を超える場合には、空気ブロワ１２’も稼動されるので、供給先の最大使用量まで空気を供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−９５２２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２４８８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、この場合、通常の定格運転時のための空気ブロワ１２とは別に、空気ブロワ１２’を設ける必要がある。また、空気ブロワ１２’のためのフィルタ装置１１’、逆止弁６、および、空気ブロワ１２’のための流路としての配管を、別途設ける必要がある。図８では記載が省略されている燃料ブロワ２２についても並列に接続されるブロワ、当該ブロワのためのフィルタ装置、逆止弁および配管が必要となる。これにより、流体供給装置Ｂ’が大型化し、燃料電池システムＡ全体としても大型化するという問題がある。また、部品数が増加することで製造コストが増加するという問題もある。
【００１７】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、新たなブロワを別途設けることなく、かつ、ブロワの利用効率を可及的に高くする流体供給装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１９】
本発明の第１の側面によって提供される流体供給装置は、複数の供給先にそれぞれ同一の流体を供給する複数の配管と、前記各配管にそれぞれ設けられ、前記流体を加圧するための昇圧手段と、前記昇圧手段より下流側で、前記各配管を接続する接続配管と、前記複数の配管のうちの少なくとも一の配管に設けられ、当該配管を流れる前記流体の流出先を前記供給先と前記接続配管とで切り替える流路切替手段とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記流路切替手段が設けられていない配管における、前記接続配管より下流側の流量を制御する制御手段を更に備え、前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が当該流路切替手段が設けられた配管における前記流体の供給先前記供給先となるように切り替え、前記流量の目標値が前記所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管となるように切り替える。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流量を制御される配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御し、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記流路切替手段は、前記流体の流出先の切替を、多段階で切り替えることができ、前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えるまでは、前記流路切替手段による前記流体の流出先の切り替えを調整することで前記流量を制御し、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えた後は、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記所定値は、前記流量の目標値が増加しているときに使用される第１の所定値と、前記流量の目標値が減少しているときに使用される第２の所定値からなり、前記第２の所定値は前記第１の所定値未満である。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に空気を供給し、前記流路切替手段が設けられている配管は、前記燃料電池に供給する水素を生成する改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに空気を供給する。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に供給する水素を生成する改質器に気体燃料を供給し、前記流路切替手段が設けられている配管は、前記改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに前記気体燃料を供給する。
【００２６】
本発明の第２の側面によって提供される燃料電池システムは、本発明の第１の側面によって提供される流体供給装置と、前記燃料電池と、前記改質器と、前記バーナとを備えている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、それぞれ昇圧手段が設けられた複数の配管が、昇圧手段の下流側で接続配管によって互いに接続されている。また、少なくとも一の配管には流体の流出先を切り替える流路切替手段が設けられている。したがって、流路切替手段が流体の流出先を接続配管に切り替えることで、流路切替手段が設けられていない配管が供給する流体の流量を増加させることができる。これにより、流路切替手段が設けられていない配管は供給先に、当該配管に設けられた昇圧手段の容量以上の流体を供給することができる。したがって、当該昇圧手段の容量を定格運転時に供給先に供給する流量に応じたものとすることができるので、利用効率が低下せず、昇圧手段の動力損失を低減できる。
【００２８】
また、別の供給先に流体を供給するために設けられている配管および当該配管に設けられている昇圧手段を利用するので、新たな昇圧手段および配管を別途設ける必要がない。したがって、新たな昇圧手段および配管を別途設ける場合と比較して、流体供給装置およびこれを用いたシステムを小型化することができ、また、製造コストを抑制することができる。
【００２９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る流体供給装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。
【図２】燃料電池に供給する空気の流量制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】燃料電池に供給する空気の流量制御処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】起動設定値とは別に停止設定値を設定した場合の効果を説明するための図である。
【図５】本発明に係る流体供給装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明に係る流体供給装置の第３実施形態を説明するためのブロック図である。
【図７】従来の流体供給装置を備える燃料電池システムを説明するためのブロック図である。
【図８】別の従来の流体供給装置を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る流体供給装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。流体供給装置Ｂ１は、図７に示す燃料電池システムにおける流体供給装置Ｂに相当するものである。なお、図１において、流体供給装置Ｂと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。また、図１においては、空気の供給のための要素のみを記載しており、原燃料の供給のための要素の記載を省略している。具体的には、図７に示す流体供給装置Ｂにおけるフィルタ装置２１，４１、燃料ブロワ２２，４２、および流量計２３，４３の記載を省略している。
【００３３】
流体供給装置Ｂ１は、燃料電池モジュールＣに原燃料および空気を供給するものである。なお、本実施形態では、燃料電池Ｃ１に固体酸化物型燃料電池を用いた場合について説明する。流体供給装置Ｂ１は、フィルタ装置１１，３１、空気ブロワ１２，３２、流量計１３，３３、制御部５、逆止弁６１、三方弁６２、および配管１４，３４，６３を備えている。
【００３４】
フィルタ装置１１，３１は、外気より取り入れた空気から不純物を取り除くものである。フィルタ装置１１，３１の内部には、それぞれ、除去しようとする不純物より直径の小さい多数の孔が設けられた素材（例えば、ポリマー不織布、金属メッシュやウレタンなど）からなるフィルタエレメントが装着されている。空気に含まれる不純物は、当該フィルタエレメントを通過する際に除去される。フィルタエレメントに不純物が付着して目詰まりを起こすと、下流側の空気ブロワ１２，３２の動力損失が大きくなり、必要な流量を供給できない状態に陥るので、フィルタエレメントは定期的に新しいものと交換される。
【００３５】
空気ブロワ１２，３２は、フィルタ装置１１，３１によって不純物を取り除かれた空気を昇圧して送出するものである。空気ブロワ１２が送出する空気は配管１４を流れて、燃料電池Ｃ１のカソード側に供給され、空気ブロワ３２が送出する空気は配管３４を流れて、バーナＣ３に供給される（図７参照）。空気ブロワ１２および３２の容量は、それぞれ燃料電池Ｃ１およびバーナＣ３の通常の定格運転時に使用される空気の流量に応じた容量とされている。
【００３６】
通常、燃料電池システムＡの起動開始時などには、燃料電池モジュールＣの温度を所定の運転温度（７５０〜１０００℃の範囲で予め設定されている。）まで昇温するために、バーナＣ３が加熱を行う（以下、この昇温のための工程を「昇温工程」という。）。したがって、空気ブロワ３２は、昇温工程において、バーナＣ３に空気を供給するために、動作状態となっている。しかし、昇温工程の後、燃料電池モジュールＣが運転温度を維持できるようになると、バーナＣ３が加熱を停止するので、空気ブロワ３２は停止される。なお、燃料電池システムＡが稼動状態の間は燃料電池Ｃ１に空気を供給する必要があるので、空気ブロワ１２は動作状態を継続する。
【００３７】
流量計１３，３３は、配管を流れる空気の流量を計測するものであり、計測した流量値を制御部５に入力する。流量計１３は、燃料電池Ｃ１に供給される空気の流量を計測し、流量計３３は、バーナＣ３に供給される空気の流量を計測する。
【００３８】
配管１４は、空気ブロワ１２から排出された空気を燃料電池Ｃ１に供給するための流路を構成するものであり、空気ブロワ１２の排出口と燃料電池Ｃ１の吸入口とを接続している。配管３４は、空気ブロワ３２から排出された空気をバーナＣ３に供給するための流路を構成するものであり、空気ブロワ３２の排出口とバーナＣ３の吸入口とを接続している。配管６３は、配管１４と配管３４とを接続するものである。配管１４は空気ブロワ１２と流量計１３との間で配管６３と接続し、配管３４は空気ブロワ３２と流量計３３との間で三方弁６２を介して配管６３と接続している。なお、フィルタ装置１１，３１の排出口と空気ブロワ１２，３２の吸入口とは、それぞれ配管で接続されている。
【００３９】
逆止弁６１は、配管６３の途中に設けられており、配管１４側から配管３４側に空気が流出しないようにするためのものである。これにより、空気ブロワ１２から排出され配管１４を流れる空気が三方弁６２側に流れることがなく、一方、空気ブロワ３２から排出される空気は三方弁６２および配管６３を介して燃料電池Ｃ１側に流れる。
【００４０】
三方弁６２は、配管３４と配管６３との接続部に設けられており、空気ブロワ３２から排出される空気の流路を切り替えるものである。三方弁６２の流入口には、空気ブロワ３２から排出される空気が流入する。三方弁６２の一方の排出口から排出された空気は、配管３４をそのまま流れて、バーナＣ３に供給される。三方弁６２の他方の排出口から排出された空気は、配管６３および配管１４を流れて、燃料電池Ｃ１に供給される。すなわち、三方弁６２は、空気ブロワ３２から排出される空気の供給先を、燃料電池Ｃ１とバーナＣ３とで切り替えることができる。本実施形態では、三方弁６２を例えば電動比例制御弁としているので、開度を比例制御することができる。すなわち、燃料電池Ｃ１とバーナＣ３に供給される空気流量の比率を徐々に変化させることができる。配管６３側の開度が０％のとき配管３４側の開度は１００％となっており、配管６３側の開度を徐々に大きくすると配管３４側の開度が徐々に小さくなる。例えば、配管６３側の開度を３０％とすると配管３４側の開度は７０％となり、空気ブロワ３２から排出される空気のうち３０％が燃料電池Ｃ１に供給され、７０％がバーナＣ３に供給される。
【００４１】
制御部５は、流体供給装置Ｂ１の制御を行うものである。制御部５は、流量計１３および３３より入力される流量値をそれぞれの目標流量値と一致させるように、空気ブロワ１２，３２および三方弁６２を調整して、フィードバック制御を行う。制御部５は、空気ブロワ１２および３２に出力制御信号を出力して、空気ブロワ１２および３２の出力を調整することで、燃料電池Ｃ１またはバーナＣ３に供給される空気の流量を制御する。また、制御部５は、三方弁６２に開閉制御信号を出力して三方弁６２の配管６３側の開度を調整することでも、燃料電池Ｃ１に供給される空気の流量を制御する。
【００４２】
先に述べたように、起動時の昇温工程においてはバーナＣ３による加熱が必要となるので、バーナＣ３に空気を供給する必要がある。また、燃料電池システムＡが稼動状態の間は燃料電池Ｃ１に空気を供給する必要がある。したがって、起動時の昇温工程において、制御部５は、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量とバーナＣ３に供給する空気の流量とをそれぞれ独立に制御するために、三方弁６２の配管６３側の開度を０％として、配管３４から配管６３を通って配管１４に空気が流れないようにする。そして、流量計１３より入力される流量値に基づいて空気ブロワ１２を調整することで燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量をフィードバック制御する。また、流量計３３より入力される流量値に基づいて空気ブロワ３２を調整することでバーナＣ３に供給する空気の流量をフィードバック制御する。
【００４３】
起動時の昇温工程においては、燃料電池Ｃ１がインバータ装置Ｄに電力を供給する状態にはなっておらず、燃料電池Ｃ１は発電していないので、空気ブロワ１２のみで、燃料電池Ｃ１が必要とする空気を供給することができる。
【００４４】
昇温工程の後の通常運転時には、燃料電池モジュールＣが運転温度を維持できる状態になっているので、バーナＣ３は加熱を停止する。したがって、空気ブロワ３２は、バーナＣ３に空気を供給する必要がないので、停止される。一方、燃料電池システムＡは稼動状態であり燃料電池Ｃ１に空気を供給する必要があるので、空気ブロワ１２は動作状態を継続する。
【００４５】
通常運転時において、制御部５は、流量計１３より入力される流量値を、与えられる目標流量値Ａ*と一致させるようにフィードバック制御を行う。目標流量値Ａ*は、燃料電池Ｃ１が必要とする空気の流量に基づいて設定される。燃料電池Ｃ１が必要とする空気の流量は、インバータ装置Ｄが要求する電力などにより変化する。例えば、インバータ装置Ｄが燃料電池Ｃ１から取り出す電力が増加する際、燃料電池Ｃ１はより多くの空気を必要とするので、目標流量値Ａ*が増加される。制御部５は、この目標流量値Ａ*に応じて制御方法を変化させて、流量の制御を行う点に特徴がある。当該制御方法を、図２および図３を参照して、以下に説明する。
【００４６】
図２は、制御部５が行う、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量制御処理を説明するためのフローチャートである。当該流量制御処理は、流体供給装置Ｂ１が起動された時に開始され、稼動停止するまで継続される。
【００４７】
当該流量制御処理が開始されると、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さいか否かが判別される（Ｓ１）。起動設定値Ａ0は、ブロワ３２を起動させるか否かを判定するための流量の閾値であり、ブロワ１２の最大出力Ｎ１max時の流量が予め設定されている。目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さい場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）とされ、ブロワ１２の出力が調整されることで、流量の制御が行われ（Ｓ２）、ステップＳ１に戻る。なお、起動時の昇温工程の場合、先に述べたように、ブロワ３２は、当該流量制御処理とは別の処理で、制御部５によって調整される。
【００４８】
ステップＳ１において、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0以上の場合（Ｓ１：ＮＯ）、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0と等しいか否かが判別される（Ｓ３）。目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0と等しい場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ブロワ１２の出力がＡ*＝Ａ0時の出力、すなわち最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２が起動または停止されて（Ｓ４）、ステップＳ１に戻る。なお、ブロワ３２が停止状態で目標流量値Ａ*が増加して起動設定値Ａ0に一致した場合はブロワ３２が起動され、ブロワ３２が稼動状態で目標流量値Ａ*が減少して起動設定値Ａ0に一致した場合はブロワ３２が停止される。なお、このときも三方弁６２の配管６３側の開度は全閉（０％）である。また、起動されたブロワ３２の出力は、動作可能な最低の出力である最小出力Ｎ２minになる。
【００４９】
ステップＳ３において、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0と等しくない場合（Ｓ３：ＮＯ）、すなわち、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より大きい場合、三方弁６２による調整が可能か否かが判別される（Ｓ５）。目標流量値Ａ*が上昇する局面においては、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに達し、かつ、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態（１００％）に達していない場合が、三方弁６２による調整が可能であると判別される。一方、目標流量値Ａ*が下降する局面においては、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに達し、かつ、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）に達していない場合が、三方弁６２による調整が可能であると判別される。三方弁６２による調整が可能である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ブロワ１２および３２の出力が固定され、三方弁の配管６３側の開度が調整されることで、流量の制御が行われ（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。一方、三方弁６２による調整が可能でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、ブロワ１２の出力が固定され、ブロワ３２の出力が調整されることで、流量の制御が行われ（Ｓ７）、ステップＳ１に戻る。
【００５０】
図３は、当該流量制御処理を説明するためのタイミングチャートであり、目標流量値Ａ*と、これに応じたブロワ１２，３２の出力および三方弁６２の配管６３側の開度を表している。同図（ａ）は、目標流量値Ａ*の変化を表している。同図に示す例では、目標流量値Ａ*は、時刻ｔ＝ｔ１からｔ４まで上昇して、時刻ｔ＝ｔ４からｔ５は一定を保ち、時刻ｔ＝ｔ５からｔ８まで下降した場合を示している。同図（ｂ）および（ｄ）は、ブロワ１２および３２の出力を示しており、同図（ｃ）は三方弁６２の配管６３側の開度を示している。
【００５１】
時刻ｔ＝ｔ１からｔ２までは、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さいので、ブロワ１２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ２参照）。したがって、図３（ｂ）に示すブロワ１２の出力のみが変化している。時刻ｔ＝ｔ２のときに、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致したので、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２が起動される（図３（ｄ）のｔ＝ｔ２参照）。
【００５２】
時刻ｔ＝ｔ２からｔ３までは、Ａ*＞Ａ0であり、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態（１００％）に至っていないので（図２：ステップＳ５においてＹＥＳ）、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに固定され、三方弁６２の配管６３側の開度調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ６参照）。したがって、図３（ｃ）に示す三方弁６２の配管６３側の開度のみが変化している。
【００５３】
時刻ｔ＝ｔ３からｔ４までは、Ａ*＞Ａ0であり、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態になっているので（図２：ステップＳ５においてＮＯ）、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ７参照）。したがって、図３（ｄ）に示すブロワ３２の出力のみが変化している。続く時刻ｔ＝ｔ４からｔ５までもブロワ３２の出力調整により流量の制御が行われているが（図２：ステップＳ７参照）、目標流量値Ａ*が変化しないので、ブロワ３２の出力も変化していない。もちろん、厳密にはフィードバック制御であるため、流量計１３より入力される流量値が目標流量値Ａ*になるように、制御部５によってブロワ３２の出力が制御される。
【００５４】
時刻ｔ＝ｔ５からｔ６までは、Ａ*＞Ａ0であり、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに達していないので、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ７参照）。したがって、図３（ｄ）に示すブロワ３２の出力のみが変化している。
【００５５】
時刻ｔ＝ｔ６からｔ７までは、Ａ*＞Ａ0であり、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minであり、かつ、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）に達していないので、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに固定され、三方弁６２の配管６３側の開度調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ６参照）。したがって、図３（ｃ）に示す三方弁６２の配管６３側の開度のみが変化している。
【００５６】
時刻ｔ＝ｔ７のときに、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致したので、ブロワ３２が停止される（図３（ｄ）のｔ＝ｔ７参照）。時刻ｔ＝ｔ７からｔ８までは、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さいので、ブロワ１２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ２参照）。したがって、図３（ｂ）に示すブロワ１２の出力のみが変化している。
【００５７】
なお、上記図２および図３に示す流量制御処理は、一例であって、これに限定されない。上記流量制御処理では、三方弁６２による調整とブロワ３２による調整とを分けて、どちらか一方の調整のみを行うようにしているが、両者の調整を同時に行って流量を制御するようにしてもよい。
【００５８】
次に、流体供給装置Ｂ１の動作について説明する。
【００５９】
流体供給装置Ｂ１は、起動時の昇温工程において、三方弁６２の配管６３側の開度を０％として、配管３４から、配管６３を通って配管１４に空気が流れないようにする。そして、空気ブロワ１２を調整することで燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量を制御し、空気ブロワ３２を調整することでバーナＣ３に供給する空気の流量を制御する。
【００６０】
また、通常運転時においては、バーナＣ３に空気を供給する必要がないので、空気ブロワ１２，３２、および三方弁６２を調整することで、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量を制御する。すなわち、流体供給装置Ｂ１は、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さい場合、三方弁６２の配管６３側の開度を全閉状態（０％）として、空気ブロワ１２の出力を調整することで流量を制御する。目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に達すると、空気ブロワ３２を起動し、空気ブロワ１２，３２の出力を固定して三方弁６２の配管６３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値Ａ*が上昇して、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態（１００％）に達した後は、空気ブロワ３２の出力を調整することで流量を制御する。
【００６１】
目標流量値Ａ*が下降する時は、まず、空気ブロワ３２の出力を調整することで流量を制御する。空気ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに達すると、三方弁６２の配管６３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値Ａ*が下降して、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）に達した後は、空気ブロワ１２の出力を調整することで流量を制御する。
【００６２】
次に、流体供給装置Ｂ１の作用について説明する。
【００６３】
流体供給装置Ｂ１は、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より大きい場合、空気ブロワ３２の出力および三方弁６２の開度を調整することで流量を制御することができる。また、空気ブロワ１２の容量と空気ブロワ３２の容量とを合わせた容量まで、燃料電池Ｃ１に空気を供給することができる。したがって、空気ブロワ１２の容量を燃料電池Ｃ１の通常の定格運転時に使用される空気の流量に応じた容量とすることができるので、利用効率が低下せず、ブロワの動力損失を低減できる。
【００６４】
また、流体供給装置Ｂ１は、バーナＣ３に空気を供給するために設けられている空気ブロワ３１を、燃料電池Ｃ１に空気を供給するためにも使用している。したがって、空気ブロワ１２の容量を超える空気が必要となった場合のための新たな空気ブロワを別途設ける必要がない。また、当該新たな空気ブロワのためのフィルタ装置および配管も追加する必要がない。したがって、新たな空気ブロワを別途設ける場合と比較して、流体供給装置Ｂ１およびこれを用いた燃料電池システムＡを小型化することができ、また、装置の製造コストを抑制することができる。
【００６５】
なお、上記第１実施形態で、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致した場合に、三方弁の排出を配管６３側に切り替えて（配管６３側の開度を全開状態（１００％）にして）、ブロワ３２の出力調整で流量制御を行うことにしていないのは、以下の理由による。すなわち、三方弁の排出を配管６３側に切り替えた瞬間、ブロワ３２の最小出力Ｎ２minによる空気の供給が追加されることになる。供給される空気の流量が急増すると、燃料電池Ｃ１の温度が急に低下する。燃料電池Ｃ１にはその素材により運転温度（例えば、固体酸化物型燃料電池の場合、７５０〜１０００℃の範囲で設定されている）が設定されており、温度が急低下して運転温度を下回ると、燃料電池Ｃ１が損傷する可能性がある。したがって、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量の急変を回避するために、三方弁６２の配管６３側の開度を徐々に変化させるようにしている。
【００６６】
したがって、燃料電池Ｃ１が急激な温度変化に対応できるものである場合や、ブロワ３２の最小出力Ｎ２minが小さい場合（燃料電池Ｃ１に供給される空気の流量が急変しない場合）であれば、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致したときに三方弁６２の排出を配管６３側に切り替えて、その後はブロワ３２の出力調整で流量制御を行うようにしてもよい。この場合、三方弁６２を電動比例制御弁とする必要はなく、例えば電磁弁にすることができる。
【００６７】
なお、上記第１実施形態においては、起動設定値Ａ0をブロワ１２の最大出力Ｎ１max時の流量としているが、これに限られない。起動設定値Ａ0は、ブロワ１２の最大出力Ｎ
１max時の流量以下の値であればよい。
【００６８】
また、上記第１実施形態においては、目標流量値Ａ*が上昇する場合も下降する場合も、起動設定値Ａ0を閾値としているが、これに限られない。起動設定値Ａ0より小さい値である停止設定値Ａ1を別途設定して、目標流量値Ａ*が下降する場合の閾値としてもよい。この場合、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0前後で変化することによるブロワ３２の起動と停止の繰り返し（いわゆるハンチング現象）を抑制することができる。
【００６９】
図４は、起動設定値Ａ0とは別に停止設定値Ａ1を設定した場合の効果を説明するための図である。同図に示す実線は、目標流量値Ａ*の変化を示している。目標流量値Ａ*が上昇する場合も下降する場合も起動設定値Ａ0を閾値とする場合、時刻ｔ＝ｔａ，ｔｃ，ｔｅでブロワ３２が起動され、時刻ｔ＝ｔｂ，ｔｄ，ｔｆでブロワ３２が停止される。一方、目標流量値Ａ*が下降する場合の閾値を停止設定値Ａ1とする場合、時刻ｔ＝ｔａでブロワ３２が起動され、時刻ｔ＝ｔｇでブロワ３２が停止される。したがって、時刻ｔ＝ｔｂ〜ｔｆにおけるブロワ３２の起動および停止を抑制することができる。これにより、起動と停止の繰り返しによる空気ブロワ３２に内蔵されるモータの劣化を抑制することができる。
【００７０】
なお、三方弁６２の代わりに２つの制御弁を用いて、一方の制御弁の開度に応じて他方の制御弁の開度を変化させるようにしてもよい。すなわち、一方の制御弁の開度が１００％のとき他方の制御弁の開度を０％とし、一方の制御弁の開度が０％のとき他方の制御弁の開度を１００％とするように調整するようにしてもよい。
【００７１】
なお、上記第１実施形態においては、制御部５がフィードバック制御を行う場合について説明したが、これに限定されない。例えば、フィードフォワード制御など他の制御を行う場合にも、本発明を適用することができる。
【００７２】
なお、上記第１実施形態においては、燃料電池モジュールＣ（図７参照）に空気を供給する流路について本発明を適用した場合について説明したが、燃料電池モジュールＣに原燃料を供給する流路にも、本発明を適用することができる。以下に、原燃料を供給する流路について本発明を適用した流体供給装置を、第２実施形態として説明する。
【００７３】
図５は、本発明に係る流体供給装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。流体供給装置Ｂ２は、図７に示す燃料電池システムにおける流体供給装置Ｂに相当するものである。なお、図５において、流体供給装置Ｂと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。また、原燃料の供給のための要素のみを記載しており、空気の供給のための要素の記載を省略している。具体的には、図７に示す流体供給装置Ｂにおけるフィルタ装置１１，３１、空気ブロワ１２，３２、および流量計１３，３３の記載を省略している。
【００７４】
流体供給装置Ｂ２は、燃料電池モジュールＣに原燃料および空気を供給するものである。流体供給装置Ｂ２は、フィルタ装置２１，４１、燃料ブロワ２２，４２、流量計２３，４３、制御部５、逆止弁７１、三方弁７２、および配管２４，４４，７３を備えている。
【００７５】
フィルタ装置２１，４１は、原燃料から不純物を取り除くものである。フィルタ装置２１，４１の内部には、それぞれ、除去しようとする不純物より直径の小さい多数の孔が設けられた素材（例えば、金属メッシュやポリマー不織布、ウレタンなど）からなるフィルタエレメントが備えられている。原燃料に含まれる不純物は、当該フィルタエレメントを通過する際に除去される。
【００７６】
燃料ブロワ２２，４２は、フィルタ装置２１，４１によって不純物を取り除かれた原燃料を昇圧して送出するものである。燃料ブロワ２２が送出する原燃料は配管２４を流れて、改質器Ｃ２に供給され、燃料ブロワ４２が送出する原燃料は配管４４を流れて、バーナＣ３に供給される（図７参照）。空気ブロワ２２および４２の容量は、それぞれ改質器Ｃ２およびバーナＣ３の通常の定格運転時に使用される原燃料の流量に応じた容量とされている。
【００７７】
上述したように、昇温工程においてバーナＣ３が加熱を行うので、燃料ブロワ４２は、バーナＣ３に原燃料を供給するために、動作状態になる。また、昇温工程の後は、バーナＣ３が加熱を停止するので、燃料ブロワ４２は停止される。なお、燃料電池システムＡが稼動状態の間は燃料電池Ｃ１に水素を供給する必要があるので、改質器Ｃ２に原燃料を供給する必要がある。したがって、燃料ブロワ２２は動作状態を継続する。
【００７８】
流量計２３，４３は、配管を流れる原燃料の流量を計測するものであり、計測した流量値を制御部５に入力する。流量計２３は、改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量を計測し、流量計４３は、バーナＣ３に供給される原燃料の流量を計測する。
【００７９】
配管２４は、燃料ブロワ２２から排出された原燃料を改質器Ｃ２に供給するための流路を構成するものであり、燃料ブロワ２２の排出口と改質器Ｃ２の吸入口とを接続している。配管４４は、燃料ブロワ４２から排出された原燃料をバーナＣ３に供給するための流路を構成するものであり、燃料ブロワ４２の排出口とバーナＣ３の吸入口とを接続している。配管７３は、配管２４と配管４４とを接続するものである。配管２４は燃料ブロワ２２と流量計２３との間で配管７３と接続し、配管４４は燃料ブロワ４２と流量計４３との間で三方弁７２を介して配管７３と接続している。なお、フィルタ装置２１，４１の排出口と燃料ブロワ２２，４２の吸入口とは、それぞれ配管で接続されている。
【００８０】
逆止弁７１は、配管７３の途中に設けられており、配管２４側から配管４４側に原燃料が流出しないようにするためのものである。これにより、燃料ブロワ２２から排出され配管２４を流れる原燃料が三方弁７２側に流れることがなく、一方、燃料ブロワ４２から排出される原燃料は三方弁７２および配管７３を介して改質器Ｃ２側に流れる。
【００８１】
三方弁７２は、配管４４と配管７３との接続部に設けられており、燃料ブロワ４２から排出される原燃料の流路を切り替えるものである。三方弁７２の流入口には、燃料ブロワ４２から排出される原燃料が流入する。三方弁７２の一方の排出口から排出された原燃料は、配管４４をそのまま流れて、バーナＣ３に供給される。三方弁７２の他方の排出口から排出された原燃料は、配管７３および配管２４を流れて、改質器Ｃ２に供給される。すなわち、三方弁７２は、燃料ブロワ４２から排出される原燃料の供給先を、改質器Ｃ２とバーナＣ３とで切り替えることができる。本実施形態では、三方弁７２を例えば電動比例制御弁としているので、開度を比例制御することができる。すなわち、改質器Ｃ２とバーナＣ３に供給される原燃料流量の比率を徐々に変化させることができる。配管７３側の開度が０％のとき配管４４側の開度は１００％となっており、配管７３側の開度を徐々に大きくすると配管４４側の開度が徐々に小さくなる。例えば、配管７３側の開度を３０％とすると配管４４側の開度は７０％となり、燃料ブロワ４２から排出される原燃料のうち３０％が改質器Ｃ２に供給され、７０％がバーナＣ３に供給される。
【００８２】
制御部５は、流体供給装置Ｂ１の制御を行うものである。制御部５は、流量計２３および４３より入力される流量値をそれぞれの目標流量値と一致させるように、燃料ブロワ２２，４２および三方弁７２を調整して、フィードバック制御を行う。制御部５は、燃料ブロワ２２および４２に出力制御信号を出力して、燃料ブロワ２２および４２の出力を調整することで、改質器Ｃ２またはバーナＣ３に供給される原燃料の流量を制御する。また、制御部５は、三方弁７２に開閉制御信号を出力して三方弁７２の配管７３側の開度を調整することでも、改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量を制御する。
【００８３】
先に述べたように、起動時の昇温工程においてはバーナＣ３による加熱が必要となるので、バーナＣ３に原燃料を供給する必要がある。また、燃料電池システムＡが稼動状態の間は改質器Ｃ２に原燃料を供給する必要がある。したがって、起動時の昇温工程において、制御部５は、改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量とバーナＣ３に供給する原燃料の流量とをそれぞれ独立に制御するために、三方弁７２の配管７３側の開度を０％として、配管４４から配管７３を通って配管２４に原燃料が流れないようにする。そして、流量計２３より入力される流量値に基づいて燃料ブロワ２２を調整することで改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量をフィードバック制御する。また、流量計４３より入力される流量値に基づいて空気ブロワ４２を調整することでバーナＣ３に供給する燃料の流量をフィードバック制御する。
【００８４】
起動時の昇温工程においては、改質器Ｃ２がインバータ装置Ｄに電力を供給する状態にはなっておらず、燃料電池Ｃ１は発電していないので、燃料ブロワ２２のみで、改質器Ｃ２が必要とする燃料を供給することができる。
【００８５】
昇温工程の後の通常運転時には、燃料電池モジュールＣが運転温度を維持できる状態になっているので、バーナＣ３は加熱を停止する。したがって、燃料ブロワ４２は、バーナＣ３に原燃料を供給する必要がないので、停止される。一方、燃料電池システムＡは稼動状態であり改質器Ｃ２に原燃料を供給する必要があるので、燃料ブロワ２２は動作状態を継続する。
【００８６】
通常運転時において、制御部５は、流量計２３より入力される流量値を、与えられる目標流量値と一致させるようにフィードバック制御を行う。目標流量値は、改質器Ｃ２が必要とする原燃料の流量に基づいて設定される。改質器Ｃ２が必要とする原燃料の流量は、インバータ装置Ｄが要求する電力などにより変化する。例えば、インバータ装置Ｄが燃料電池Ｃ１から取り出す電力が増加する際、燃料電池Ｃ１はより多くの原燃料を必要とするので、目標流量値が増加される。制御部５は、この目標流量値に応じて制御方法を変化させて、流量の制御を行う点に特徴がある。この改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量制御処理は、上記第１実施形態における流量制御処理と同様の処理となる。
【００８７】
流体供給装置Ｂ２は、起動時の昇温工程において、三方弁７２の配管７３側の開度を０％として、配管４４から、配管７３を通って配管２４に原燃料が流れないようにする。そして、燃料ブロワ２２を調整することで改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量を制御し、燃料ブロワ４２を調整することでバーナＣ３に供給する原燃料の流量を制御する。
【００８８】
また、通常運転時においては、バーナＣ３に原燃料を供給する必要がないので、燃料ブロワ２２，４２、および三方弁７２を調整することで、改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量を制御する。すなわち、流体供給装置Ｂ２は、目標流量値が起動設定値より小さい場合、三方弁７２の配管７３側の開度を全閉状態（０％）として、燃料ブロワ２２の出力を調整することで流量を制御する。目標流量値が起動設定値に達すると、燃料ブロワ４２を起動し、燃料ブロワ２２，４２の出力を固定して三方弁７２の配管７３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値が上昇して、三方弁７２の配管７３側の開度が全開状態（１００％）に達した後は、燃料ブロワ４２の出力を調整することで流量を制御する。
【００８９】
目標流量値が下降する時は、まず、燃料ブロワ４２の出力を調整することで流量を制御する。燃料ブロワ４２の出力が最小出力に達すると、三方弁７２の配管７３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値が下降して、三方弁７２の配管７３側の開度が全閉状態（０％）に達した後は、燃料ブロワ２２の出力を調整することで流量を制御する。
【００９０】
流体供給装置Ｂ２は、目標流量値が起動設定値より大きい場合、燃料ブロワ４２の出力および三方弁７２の開度を調整することで流量を制御することができる。また、燃料ブロワ２２の容量と燃料ブロワ４２の容量とを合わせた容量まで、改質器Ｃ２に原燃料を供給することができる。したがって、燃料ブロワ２２の容量を改質器Ｃ２の通常の定格運転時に使用される原燃料の流量に応じた容量とすることができるので、利用効率が低下せず、ブロワの動力損失を低減できる。
【００９１】
また、流体供給装置Ｂ２は、バーナＣ３に原燃料を供給するために設けられている燃料ブロワ４１を、改質器Ｃ２に原燃料を供給するためにも使用している。したがって、燃料ブロワ２２の容量を超える原燃料が必要となった場合のための新たな燃料ブロワを別途設ける必要がない。また、当該新たな燃料ブロワのためのフィルタ装置および配管も追加する必要がない。したがって、新たな燃料ブロワを別途設ける場合と比較して、流体供給装置Ｂ２およびこれを用いた燃料電池システムＡを小型化することができ、また、製造コストを抑制することができる。
【００９２】
なお、第２実施形態においても、燃料電池Ｃ１が急激な温度変化に対応できるものである場合や、ブロワ４２の最小出力が小さい場合（改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量が急変しない場合）であれば、目標流量値が起動設定値に一致したときに三方弁７２の排出を配管７３側に切り替えて、その後はブロワ４２の出力調整で流量制御を行うようにしてもよい。また、起動設定値は、燃料ブロワ２２の最大出力時の流量以下の値であればよい。また、起動設定値より小さい値である停止設定値を別途設定して、目標流量値が下降する場合の閾値としてもよい。また、三方弁７２の代わりに２つの制御弁を用いるようにしてもよいし、制御部５における制御を、フィードフォワード制御など他の制御としてもよい。
【００９３】
図６は、本発明に係る流体供給装置の第３実施形態を説明するためのブロック図である。同図に示す流体供給装置Ｂ３は、第１実施形態に示す流体供給装置Ｂ１（図１参照）の空気を供給する流路と、第２実施形態に示す流体供給装置Ｂ２（図５参照）の原燃料を供給する流路とを、組み合わせて表したものである。流体供給装置Ｂ３の各要素は、流体供給装置Ｂ１および流体供給装置Ｂ２の各要素と同様なので、説明を省略する。
【００９４】
なお、上記第１ないし第３実施形態においては、燃料電池Ｃ１が固体酸化物型燃料電池の場合について説明したが、これに限られない。本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池、固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池などの他の種類の燃料電池を用いる燃料電池モジュールに空気または原燃料を供給する場合にも適用することができる。
【００９５】
なお、上記第１ないし第３実施形態においては、燃料電池Ｃ１に空気を供給する流路（フィルタ装置１１、ブロワ１２、および配管１４よりなる流路）、バーナＣ３に空気を供給する流路（フィルタ装置３１、ブロワ３２、および配管３４よりなる流路）、改質器Ｃ２に原燃料を供給する流路（フィルタ装置２１、ブロワ２２、および配管２４よりなる流路）、バーナＣ３に原燃料を供給する流路（フィルタ装置４１、ブロワ４２、および配管４４よりなる流路）がそれぞれ１つずつの場合について説明したが、これに限られない。いずれかが複数ある構成であっても構わない。
【００９６】
なお、上記第１ないし第３実施形態においては、本発明に係る流体供給装置を燃料電池システムに用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明は、他のシステムに流体を供給する流体供給装置にも適用することができる。なお、供給される流体は、空気および原燃料に限定されず、他の気体または液体であってもよい。例えば、冷却水を連続的に供給する必要があるシステムなどにも、本発明に係る流体供給装置を用いることができる。
【００９７】
本発明に係る流体供給装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る流体供給装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００９８】
Ａ 燃料電池システム
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 流体供給装置
１１，２１，３１，４１ フィルタ装置
１２，３２ 空気ブロワ
２２，４２ 燃料ブロワ
１３，２３，３３，４３ 流量計
５ 制御部
６１，７１ 逆止弁
６２，７２ 三方弁
Ｃ 燃料電池モジュール
Ｃ１ 燃料電池
Ｃ２ 改質器
Ｃ３ バーナ
Ｄ インバータ装置
Ｅ 排熱回収装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給するための流体を昇圧する昇圧手段の利用効率を可及的に高くする流体供給装置、およびこの流体供給装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コージェネレーションシステムとして、燃料電池システムが開発されている。燃料電池システムは、燃料電池が発電する際の排熱も有効利用する発電システムである。燃料電池システムには、燃料電池に流体を供給するための流体供給装置が備えられている。
【０００３】
図７は、従来の流体供給装置を備える燃料電池システムを説明するためのブロック図である。燃料電池システムＡは、流体供給装置Ｂ、燃料電池モジュールＣ、インバータ装置Ｄ、および排熱回収装置Ｅを備えている。
【０００４】
流体供給装置Ｂは、燃料電池モジュールＣに原燃料および空気を供給するものである。流体供給装置Ｂは、外気から空気を取り入れ、フィルタ装置１１，３１によって粉塵などの不純物を取り除き、不純物除去後の空気をブロワ１２，３２（以下、場合により、「空気ブロワ１２，３２」という。）によって昇圧して燃料電池モジュールＣに供給する。また、流体供給装置Ｂは、フィルタ装置２１，４１によって原燃料（都市ガスや天然ガスなど）から不純物を取り除き、不純物除去後の原燃料をブロワ２２，４２（以下、場合により、「燃料ブロワ２２，４２」という。）によって昇圧して燃料電池モジュールＣに供給する。
【０００５】
燃料電池モジュールＣは、流体供給装置Ｂから供給される原燃料および空気を用いて、電気を生成するものである。燃料電池モジュールＣは、水素と酸素の化学反応を利用して発電を行う燃料電池Ｃ１、流体供給装置Ｂより供給される原燃料と別途供給される水とから水素を生成して燃料電池Ｃ１に供給する改質器Ｃ２、および、燃料電池Ｃ１と改質器Ｃ２とを加熱するバーナＣ３を備えている。流体供給装置Ｂから供給される原燃料は改質器Ｃ２とバーナＣ３とに供給され、流体供給装置Ｂから供給される空気は燃料電池Ｃ１の空気極（カソード）とバーナＣ３とに供給される。
【０００６】
燃料電池Ｃ１の燃料極（アノード）には、改質器Ｃ２から水素が供給され、空気極（カソード）には、流体供給装置Ｂから空気が供給される。燃料電池Ｃ１は、水素と空気中の酸素とを反応させて、電気エネルギーと熱エネルギーとを生成する。直流電力として取り出された電気エネルギーは、インバータ装置Ｄに出力される。また、生成された熱エネルギーは、排熱回収装置Ｅによって回収される。改質器Ｃ２は、流体供給装置Ｂより供給される原燃料に含まれる炭化水素（メタンなど）と別途供給される水との化学反応（水蒸気改質）により水素を生成する。当該化学反応には熱が必要とされる。また、燃料電池Ｃ１にはその素材により運転温度（例えば、固体酸化物型燃料電池の場合、７５０〜１０００℃の範囲で設定されている）が設定されており、燃料電池Ｃ１を当該運転温度に保つためにも熱が必要とされる。バーナＣ３は、改質器Ｃ２での化学反応を起こさせるため、また、燃料電池Ｃ１の温度を運転温度まで引き上げるために、原燃料を燃焼して、改質器Ｃ２と燃料電池Ｃ１とを加熱する。燃料電池Ｃ１はその化学反応において熱を出すので、バーナＣ３は、主に、燃料電池システムＡの起動時に使用される。
【０００７】
インバータ装置Ｄは、燃料電池Ｃ１が出力する直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ装置Ｄは電力系統に連系され、出力される交流電力が負荷に供給される。排熱回収装置Ｅは、燃料電池Ｃ１が出す熱、および、バーナＣ３での燃焼により出る熱を回収するものである。排熱回収装置Ｅは、燃料電池モジュールＣから出る排ガスの熱を用いて、給湯などに利用している。
【０００８】
流体供給装置Ｂは、燃料電池モジュールＣが効率よく電力を生成するために、必要な流体を安定して供給する必要がある。例えば、流体供給量を制御する方法として、フィードバック制御を用いる方法が提案されている。特開２００４−９５２２６号公報には、空気流量センサの検出値が正常範囲にある場合に、フィードバック制御により空気流量制御を行う燃料電池システムが記載されている。
【０００９】
図７に記載の燃料電池システムＡにおいても、各ブロワ１２，２２，３２，４２の下流側に流量計１３，２３，３３，４３が設けられており、図示しない制御装置によって、流体の流量をフィードバック制御している。すなわち、燃料電池Ｃ１の空気極（カソード）に供給される空気の流量は、流量計１３によって検出される流量が目標流量と一致するように空気ブロワ１２の出力を調整することで、フィードバック制御される。改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量は、流量計２３によって検出される流量が目標流量と一致するように燃料ブロワ２２の出力を調整することで、フィードバック制御される。バーナＣ３に供給される空気の流量は、流量計３３によって検出される流量が目標流量と一致するように空気ブロワ３２の出力を調整することで、フィードバック制御される。バーナＣ３に供給される原燃料の流量は、流量計４３によって検出される流量が目標流量と一致するように燃料ブロワ４２の出力を調整することで、フィードバック制御される。
【００１０】
この場合、各ブロワ１２，２２，３２，４２の容量は、流体の供給先の最大使用量を想定して選定される必要がある。しかし、最大使用量の流体を必要とする場合は限られており、通常の定格運転時において、各ブロワ１２，２２，３２，４２は、低負荷率で運転されることになる。これは、各ブロワ１２，２２，３２，４２の利用効率を低下させ、ブロワの動力損失の増加を引き起こすことになる。
【００１１】
これを解消するために、通常の定格運転時に使用される流量に応じた容量のブロワと、これを超える流量が必要となった場合に追加的に使用されるブロワとを設ける方法が提案されている。例えば、特開２００８−２４８８５１号公報には、複数の小容量ポンプを設けて、必要流量に応じてポンプの稼動台数を増減させる流量制御装置が記載されている。
【００１２】
図８は、この方法を取り入れた流体供給装置Ｂ’を説明するためのブロック図である。
流体供給装置Ｂ’は、図７に示す燃料電池システムＡにおける流体供給装置Ｂに相当するものである。なお、図８において、流体供給装置Ｂと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。また、図８においては、燃料電池Ｃ１に空気を供給するための要素のみを記載しており、バーナＣ３に空気を供給する要素、および、原燃料の供給のための要素の記載を省略している。
【００１３】
流体供給装置Ｂ’においては、空気ブロワ１２およびフィルタ装置１１と並列に、空気ブロワ１２’およびフィルタ装置１１’が設けられている。なお、逆止弁６は、空気ブロワ１２が送出した空気がブロワ１２’側に流入しないようにするためのものである。空気ブロワ１２の容量は、通常の定格運転時の流量に応じた容量とされている。また、空気ブロワ１２’の容量は、空気ブロワ１２の容量と合わせた場合に流体の供給先（燃料電池Ｃ１の空気極）の最大使用量を供給できる容量とされている。制御部５は、流量計１３によって検出される流量を目標流量とするフィードバック制御を行う。また、制御部５は、目標流量が空気ブロワ１２によって供給できる範囲の場合、空気ブロワ１２のみを稼動して空気ブロワ１２の出力を調整することで制御を行う。一方、目標流量が空気ブロワ１２によって供給できる範囲を超える場合、空気ブロワ１２の出力を最大にして空気ブロワ１２’を起動し、空気ブロワ１２’の出力を調整することで制御を行う。
【００１４】
流体供給装置Ｂ’においては、通常の定格運転時にはこれに応じた容量の空気ブロワ１２を用いるので、空気ブロワ１２の利用効率を低下させず、無駄な電力消費を削減することができる。また、目標流量が空気ブロワ１２の容量を超える場合には、空気ブロワ１２’も稼動されるので、供給先の最大使用量まで空気を供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−９５２２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２４８８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、この場合、通常の定格運転時のための空気ブロワ１２とは別に、空気ブロワ１２’を設ける必要がある。また、空気ブロワ１２’のためのフィルタ装置１１’、逆止弁６、および、空気ブロワ１２’のための流路としての配管を、別途設ける必要がある。図８では記載が省略されている燃料ブロワ２２についても並列に接続されるブロワ、当該ブロワのためのフィルタ装置、逆止弁および配管が必要となる。これにより、流体供給装置Ｂ’が大型化し、燃料電池システムＡ全体としても大型化するという問題がある。また、部品数が増加することで製造コストが増加するという問題もある。
【００１７】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、新たなブロワを別途設けることなく、かつ、ブロワの利用効率を可及的に高くする流体供給装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１９】
本発明の第１の側面によって提供される流体供給装置は、複数の供給先にそれぞれ同一の流体を供給する複数の配管と、前記各配管にそれぞれ設けられ、前記流体を加圧するための昇圧手段と、前記昇圧手段より下流側で、前記各配管を接続する接続配管と、前記複数の配管のうちの少なくとも一の配管に設けられ、当該配管を流れる前記流体の流出先を前記供給先と前記接続配管とで切り替える流路切替手段とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記流路切替手段が設けられていない配管における、前記接続配管より下流側の流量を制御する制御手段を更に備え、前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が当該流路切替手段が設けられた配管における前記流体の供給先前記供給先となるように切り替え、前記流量の目標値が前記所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管となるように切り替える。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流量を制御される配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御し、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記流路切替手段は、前記流体の流出先の切替を、多段階で切り替えることができ、前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えるまでは、前記流路切替手段による前記流体の流出先の切り替えを調整することで前記流量を制御し、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えた後は、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記所定値は、前記流量の目標値が増加しているときに使用される第１の所定値と、前記流量の目標値が減少しているときに使用される第２の所定値からなり、前記第２の所定値は前記第１の所定値未満である。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に空気を供給し、前記流路切替手段が設けられている配管は、前記燃料電池に供給する水素を生成する改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに空気を供給する。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に供給する水素を生成する改質器に気体燃料を供給し、前記流路切替手段が設けられている配管は、前記改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに前記気体燃料を供給する。
【００２６】
本発明の第２の側面によって提供される燃料電池システムは、本発明の第１の側面によって提供される流体供給装置と、前記燃料電池と、前記改質器と、前記バーナとを備えている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、それぞれ昇圧手段が設けられた複数の配管が、昇圧手段の下流側で接続配管によって互いに接続されている。また、少なくとも一の配管には流体の流出先を切り替える流路切替手段が設けられている。したがって、流路切替手段が流体の流出先を接続配管に切り替えることで、流路切替手段が設けられていない配管が供給する流体の流量を増加させることができる。これにより、流路切替手段が設けられていない配管は供給先に、当該配管に設けられた昇圧手段の容量以上の流体を供給することができる。したがって、当該昇圧手段の容量を定格運転時に供給先に供給する流量に応じたものとすることができるので、利用効率が低下せず、昇圧手段の動力損失を低減できる。
【００２８】
また、別の供給先に流体を供給するために設けられている配管および当該配管に設けられている昇圧手段を利用するので、新たな昇圧手段および配管を別途設ける必要がない。したがって、新たな昇圧手段および配管を別途設ける場合と比較して、流体供給装置およびこれを用いたシステムを小型化することができ、また、製造コストを抑制することができる。
【００２９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る流体供給装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。
【図２】燃料電池に供給する空気の流量制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】燃料電池に供給する空気の流量制御処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】起動設定値とは別に停止設定値を設定した場合の効果を説明するための図である。
【図５】本発明に係る流体供給装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明に係る流体供給装置の第３実施形態を説明するためのブロック図である。
【図７】従来の流体供給装置を備える燃料電池システムを説明するためのブロック図である。
【図８】別の従来の流体供給装置を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る流体供給装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。流体供給装置Ｂ１は、図７に示す燃料電池システムにおける流体供給装置Ｂに相当するものである。なお、図１において、流体供給装置Ｂと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。また、図１においては、空気の供給のための要素のみを記載しており、原燃料の供給のための要素の記載を省略している。具体的には、図７に示す流体供給装置Ｂにおけるフィルタ装置２１，４１、燃料ブロワ２２，４２、および流量計２３，４３の記載を省略している。
【００３３】
流体供給装置Ｂ１は、燃料電池モジュールＣに原燃料および空気を供給するものである。なお、本実施形態では、燃料電池Ｃ１に固体酸化物型燃料電池を用いた場合について説明する。流体供給装置Ｂ１は、フィルタ装置１１，３１、空気ブロワ１２，３２、流量計１３，３３、制御部５、逆止弁６１、三方弁６２、および配管１４，３４，６３を備えている。
【００３４】
フィルタ装置１１，３１は、外気より取り入れた空気から不純物を取り除くものである。フィルタ装置１１，３１の内部には、それぞれ、除去しようとする不純物より直径の小さい多数の孔が設けられた素材（例えば、ポリマー不織布、金属メッシュやウレタンなど）からなるフィルタエレメントが装着されている。空気に含まれる不純物は、当該フィルタエレメントを通過する際に除去される。フィルタエレメントに不純物が付着して目詰まりを起こすと、下流側の空気ブロワ１２，３２の動力損失が大きくなり、必要な流量を供給できない状態に陥るので、フィルタエレメントは定期的に新しいものと交換される。
【００３５】
空気ブロワ１２，３２は、フィルタ装置１１，３１によって不純物を取り除かれた空気を昇圧して送出するものである。空気ブロワ１２が送出する空気は配管１４を流れて、燃料電池Ｃ１のカソード側に供給され、空気ブロワ３２が送出する空気は配管３４を流れて、バーナＣ３に供給される（図７参照）。空気ブロワ１２および３２の容量は、それぞれ燃料電池Ｃ１およびバーナＣ３の通常の定格運転時に使用される空気の流量に応じた容量とされている。
【００３６】
通常、燃料電池システムＡの起動開始時などには、燃料電池モジュールＣの温度を所定の運転温度（７５０〜１０００℃の範囲で予め設定されている。）まで昇温するために、バーナＣ３が加熱を行う（以下、この昇温のための工程を「昇温工程」という。）。したがって、空気ブロワ３２は、昇温工程において、バーナＣ３に空気を供給するために、動作状態となっている。しかし、昇温工程の後、燃料電池モジュールＣが運転温度を維持できるようになると、バーナＣ３が加熱を停止するので、空気ブロワ３２は停止される。なお、燃料電池システムＡが稼動状態の間は燃料電池Ｃ１に空気を供給する必要があるので、空気ブロワ１２は動作状態を継続する。
【００３７】
流量計１３，３３は、配管を流れる空気の流量を計測するものであり、計測した流量値を制御部５に入力する。流量計１３は、燃料電池Ｃ１に供給される空気の流量を計測し、流量計３３は、バーナＣ３に供給される空気の流量を計測する。
【００３８】
配管１４は、空気ブロワ１２から排出された空気を燃料電池Ｃ１に供給するための流路を構成するものであり、空気ブロワ１２の排出口と燃料電池Ｃ１の吸入口とを接続している。配管３４は、空気ブロワ３２から排出された空気をバーナＣ３に供給するための流路を構成するものであり、空気ブロワ３２の排出口とバーナＣ３の吸入口とを接続している。配管６３は、配管１４と配管３４とを接続するものである。配管１４は空気ブロワ１２と流量計１３との間で配管６３と接続し、配管３４は空気ブロワ３２と流量計３３との間で三方弁６２を介して配管６３と接続している。なお、フィルタ装置１１，３１の排出口と空気ブロワ１２，３２の吸入口とは、それぞれ配管で接続されている。
【００３９】
逆止弁６１は、配管６３の途中に設けられており、配管１４側から配管３４側に空気が流出しないようにするためのものである。これにより、空気ブロワ１２から排出され配管１４を流れる空気が三方弁６２側に流れることがなく、一方、空気ブロワ３２から排出される空気は三方弁６２および配管６３を介して燃料電池Ｃ１側に流れる。
【００４０】
三方弁６２は、配管３４と配管６３との接続部に設けられており、空気ブロワ３２から排出される空気の流路を切り替えるものである。三方弁６２の流入口には、空気ブロワ３２から排出される空気が流入する。三方弁６２の一方の排出口から排出された空気は、配管３４をそのまま流れて、バーナＣ３に供給される。三方弁６２の他方の排出口から排出された空気は、配管６３および配管１４を流れて、燃料電池Ｃ１に供給される。すなわち、三方弁６２は、空気ブロワ３２から排出される空気の供給先を、燃料電池Ｃ１とバーナＣ３とで切り替えることができる。本実施形態では、三方弁６２を例えば電動比例制御弁としているので、開度を比例制御することができる。すなわち、燃料電池Ｃ１とバーナＣ３に供給される空気流量の比率を徐々に変化させることができる。配管６３側の開度が０％のとき配管３４側の開度は１００％となっており、配管６３側の開度を徐々に大きくすると配管３４側の開度が徐々に小さくなる。例えば、配管６３側の開度を３０％とすると配管３４側の開度は７０％となり、空気ブロワ３２から排出される空気のうち３０％が燃料電池Ｃ１に供給され、７０％がバーナＣ３に供給される。
【００４１】
制御部５は、流体供給装置Ｂ１の制御を行うものである。制御部５は、流量計１３および３３より入力される流量値をそれぞれの目標流量値と一致させるように、空気ブロワ１２，３２および三方弁６２を調整して、フィードバック制御を行う。制御部５は、空気ブロワ１２および３２に出力制御信号を出力して、空気ブロワ１２および３２の出力を調整することで、燃料電池Ｃ１またはバーナＣ３に供給される空気の流量を制御する。また、制御部５は、三方弁６２に開閉制御信号を出力して三方弁６２の配管６３側の開度を調整することでも、燃料電池Ｃ１に供給される空気の流量を制御する。
【００４２】
先に述べたように、起動時の昇温工程においてはバーナＣ３による加熱が必要となるので、バーナＣ３に空気を供給する必要がある。また、燃料電池システムＡが稼動状態の間は燃料電池Ｃ１に空気を供給する必要がある。したがって、起動時の昇温工程において、制御部５は、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量とバーナＣ３に供給する空気の流量とをそれぞれ独立に制御するために、三方弁６２の配管６３側の開度を０％として、配管３４から配管６３を通って配管１４に空気が流れないようにする。そして、流量計１３より入力される流量値に基づいて空気ブロワ１２を調整することで燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量をフィードバック制御する。また、流量計３３より入力される流量値に基づいて空気ブロワ３２を調整することでバーナＣ３に供給する空気の流量をフィードバック制御する。
【００４３】
起動時の昇温工程においては、燃料電池Ｃ１がインバータ装置Ｄに電力を供給する状態にはなっておらず、燃料電池Ｃ１は発電していないので、空気ブロワ１２のみで、燃料電池Ｃ１が必要とする空気を供給することができる。
【００４４】
昇温工程の後の通常運転時には、燃料電池モジュールＣが運転温度を維持できる状態になっているので、バーナＣ３は加熱を停止する。したがって、空気ブロワ３２は、バーナＣ３に空気を供給する必要がないので、停止される。一方、燃料電池システムＡは稼動状態であり燃料電池Ｃ１に空気を供給する必要があるので、空気ブロワ１２は動作状態を継続する。
【００４５】
通常運転時において、制御部５は、流量計１３より入力される流量値を、与えられる目標流量値Ａ*と一致させるようにフィードバック制御を行う。目標流量値Ａ*は、燃料電池Ｃ１が必要とする空気の流量に基づいて設定される。燃料電池Ｃ１が必要とする空気の流量は、インバータ装置Ｄが要求する電力などにより変化する。例えば、インバータ装置Ｄが燃料電池Ｃ１から取り出す電力が増加する際、燃料電池Ｃ１はより多くの空気を必要とするので、目標流量値Ａ*が増加される。制御部５は、この目標流量値Ａ*に応じて制御方法を変化させて、流量の制御を行う点に特徴がある。当該制御方法を、図２および図３を参照して、以下に説明する。
【００４６】
図２は、制御部５が行う、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量制御処理を説明するためのフローチャートである。当該流量制御処理は、流体供給装置Ｂ１が起動された時に開始され、稼動停止するまで継続される。
【００４７】
当該流量制御処理が開始されると、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さいか否かが判別される（Ｓ１）。起動設定値Ａ0は、ブロワ３２を起動させるか否かを判定するための流量の閾値であり、ブロワ１２の最大出力Ｎ１max時の流量が予め設定されている。目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さい場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）とされ、ブロワ１２の出力が調整されることで、流量の制御が行われ（Ｓ２）、ステップＳ１に戻る。なお、起動時の昇温工程の場合、先に述べたように、ブロワ３２は、当該流量制御処理とは別の処理で、制御部５によって調整される。
【００４８】
ステップＳ１において、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0以上の場合（Ｓ１：ＮＯ）、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0と等しいか否かが判別される（Ｓ３）。目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0と等しい場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ブロワ１２の出力がＡ*＝Ａ0時の出力、すなわち最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２が起動または停止されて（Ｓ４）、ステップＳ１に戻る。なお、ブロワ３２が停止状態で目標流量値Ａ*が増加して起動設定値Ａ0に一致した場合はブロワ３２が起動され、ブロワ３２が稼動状態で目標流量値Ａ*が減少して起動設定値Ａ0に一致した場合はブロワ３２が停止される。なお、このときも三方弁６２の配管６３側の開度は全閉（０％）である。また、起動されたブロワ３２の出力は、動作可能な最低の出力である最小出力Ｎ２minになる。
【００４９】
ステップＳ３において、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0と等しくない場合（Ｓ３：ＮＯ）、すなわち、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より大きい場合、三方弁６２による調整が可能か否かが判別される（Ｓ５）。目標流量値Ａ*が上昇する局面においては、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに達し、かつ、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態（１００％）に達していない場合が、三方弁６２による調整が可能であると判別される。一方、目標流量値Ａ*が下降する局面においては、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに達し、かつ、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）に達していない場合が、三方弁６２による調整が可能であると判別される。三方弁６２による調整が可能である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ブロワ１２および３２の出力が固定され、三方弁の配管６３側の開度が調整されることで、流量の制御が行われ（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。一方、三方弁６２による調整が可能でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、ブロワ１２の出力が固定され、ブロワ３２の出力が調整されることで、流量の制御が行われ（Ｓ７）、ステップＳ１に戻る。
【００５０】
図３は、当該流量制御処理を説明するためのタイミングチャートであり、目標流量値Ａ*と、これに応じたブロワ１２，３２の出力および三方弁６２の配管６３側の開度を表している。同図（ａ）は、目標流量値Ａ*の変化を表している。同図に示す例では、目標流量値Ａ*は、時刻ｔ＝ｔ１からｔ４まで上昇して、時刻ｔ＝ｔ４からｔ５は一定を保ち、時刻ｔ＝ｔ５からｔ８まで下降した場合を示している。同図（ｂ）および（ｄ）は、ブロワ１２および３２の出力を示しており、同図（ｃ）は三方弁６２の配管６３側の開度を示している。
【００５１】
時刻ｔ＝ｔ１からｔ２までは、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さいので、ブロワ１２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ２参照）。したがって、図３（ｂ）に示すブロワ１２の出力のみが変化している。時刻ｔ＝ｔ２のときに、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致したので、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２が起動される（図３（ｄ）のｔ＝ｔ２参照）。
【００５２】
時刻ｔ＝ｔ２からｔ３までは、Ａ*＞Ａ0であり、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態（１００％）に至っていないので（図２：ステップＳ５においてＹＥＳ）、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに固定され、三方弁６２の配管６３側の開度調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ６参照）。したがって、図３（ｃ）に示す三方弁６２の配管６３側の開度のみが変化している。
【００５３】
時刻ｔ＝ｔ３からｔ４までは、Ａ*＞Ａ0であり、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態になっているので（図２：ステップＳ５においてＮＯ）、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ７参照）。したがって、図３（ｄ）に示すブロワ３２の出力のみが変化している。続く時刻ｔ＝ｔ４からｔ５までもブロワ３２の出力調整により流量の制御が行われているが（図２：ステップＳ７参照）、目標流量値Ａ*が変化しないので、ブロワ３２の出力も変化していない。もちろん、厳密にはフィードバック制御であるため、流量計１３より入力される流量値が目標流量値Ａ*になるように、制御部５によってブロワ３２の出力が制御される。
【００５４】
時刻ｔ＝ｔ５からｔ６までは、Ａ*＞Ａ0であり、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに達していないので、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ７参照）。したがって、図３（ｄ）に示すブロワ３２の出力のみが変化している。
【００５５】
時刻ｔ＝ｔ６からｔ７までは、Ａ*＞Ａ0であり、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minであり、かつ、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）に達していないので、ブロワ１２の出力が最大出力Ｎ１maxに固定され、ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに固定され、三方弁６２の配管６３側の開度調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ６参照）。したがって、図３（ｃ）に示す三方弁６２の配管６３側の開度のみが変化している。
【００５６】
時刻ｔ＝ｔ７のときに、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致したので、ブロワ３２が停止される（図３（ｄ）のｔ＝ｔ７参照）。時刻ｔ＝ｔ７からｔ８までは、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さいので、ブロワ１２の出力調整により流量の制御が行われる（図２：ステップＳ２参照）。したがって、図３（ｂ）に示すブロワ１２の出力のみが変化している。
【００５７】
なお、上記図２および図３に示す流量制御処理は、一例であって、これに限定されない。上記流量制御処理では、三方弁６２による調整とブロワ３２による調整とを分けて、どちらか一方の調整のみを行うようにしているが、両者の調整を同時に行って流量を制御するようにしてもよい。
【００５８】
次に、流体供給装置Ｂ１の動作について説明する。
【００５９】
流体供給装置Ｂ１は、起動時の昇温工程において、三方弁６２の配管６３側の開度を０％として、配管３４から、配管６３を通って配管１４に空気が流れないようにする。そして、空気ブロワ１２を調整することで燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量を制御し、空気ブロワ３２を調整することでバーナＣ３に供給する空気の流量を制御する。
【００６０】
また、通常運転時においては、バーナＣ３に空気を供給する必要がないので、空気ブロワ１２，３２、および三方弁６２を調整することで、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量を制御する。すなわち、流体供給装置Ｂ１は、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より小さい場合、三方弁６２の配管６３側の開度を全閉状態（０％）として、空気ブロワ１２の出力を調整することで流量を制御する。目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に達すると、空気ブロワ３２を起動し、空気ブロワ１２，３２の出力を固定して三方弁６２の配管６３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値Ａ*が上昇して、三方弁６２の配管６３側の開度が全開状態（１００％）に達した後は、空気ブロワ３２の出力を調整することで流量を制御する。
【００６１】
目標流量値Ａ*が下降する時は、まず、空気ブロワ３２の出力を調整することで流量を制御する。空気ブロワ３２の出力が最小出力Ｎ２minに達すると、三方弁６２の配管６３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値Ａ*が下降して、三方弁６２の配管６３側の開度が全閉状態（０％）に達した後は、空気ブロワ１２の出力を調整することで流量を制御する。
【００６２】
次に、流体供給装置Ｂ１の作用について説明する。
【００６３】
流体供給装置Ｂ１は、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0より大きい場合、空気ブロワ３２の出力および三方弁６２の開度を調整することで流量を制御することができる。また、空気ブロワ１２の容量と空気ブロワ３２の容量とを合わせた容量まで、燃料電池Ｃ１に空気を供給することができる。したがって、空気ブロワ１２の容量を燃料電池Ｃ１の通常の定格運転時に使用される空気の流量に応じた容量とすることができるので、利用効率が低下せず、ブロワの動力損失を低減できる。
【００６４】
また、流体供給装置Ｂ１は、バーナＣ３に空気を供給するために設けられている空気ブロワ３１を、燃料電池Ｃ１に空気を供給するためにも使用している。したがって、空気ブロワ１２の容量を超える空気が必要となった場合のための新たな空気ブロワを別途設ける必要がない。また、当該新たな空気ブロワのためのフィルタ装置および配管も追加する必要がない。したがって、新たな空気ブロワを別途設ける場合と比較して、流体供給装置Ｂ１およびこれを用いた燃料電池システムＡを小型化することができ、また、装置の製造コストを抑制することができる。
【００６５】
なお、上記第１実施形態で、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致した場合に、三方弁の排出を配管６３側に切り替えて（配管６３側の開度を全開状態（１００％）にして）、ブロワ３２の出力調整で流量制御を行うことにしていないのは、以下の理由による。すなわち、三方弁の排出を配管６３側に切り替えた瞬間、ブロワ３２の最小出力Ｎ２minによる空気の供給が追加されることになる。供給される空気の流量が急増すると、燃料電池Ｃ１の温度が急に低下する。燃料電池Ｃ１にはその素材により運転温度（例えば、固体酸化物型燃料電池の場合、７５０〜１０００℃の範囲で設定されている）が設定されており、温度が急低下して運転温度を下回ると、燃料電池Ｃ１が損傷する可能性がある。したがって、燃料電池Ｃ１に供給する空気の流量の急変を回避するために、三方弁６２の配管６３側の開度を徐々に変化させるようにしている。
【００６６】
したがって、燃料電池Ｃ１が急激な温度変化に対応できるものである場合や、ブロワ３２の最小出力Ｎ２minが小さい場合（燃料電池Ｃ１に供給される空気の流量が急変しない場合）であれば、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0に一致したときに三方弁６２の排出を配管６３側に切り替えて、その後はブロワ３２の出力調整で流量制御を行うようにしてもよい。この場合、三方弁６２を電動比例制御弁とする必要はなく、例えば電磁弁にすることができる。
【００６７】
なお、上記第１実施形態においては、起動設定値Ａ0をブロワ１２の最大出力Ｎ１max時の流量としているが、これに限られない。起動設定値Ａ0は、ブロワ１２の最大出力Ｎ
１max時の流量以下の値であればよい。
【００６８】
また、上記第１実施形態においては、目標流量値Ａ*が上昇する場合も下降する場合も、起動設定値Ａ0を閾値としているが、これに限られない。起動設定値Ａ0より小さい値である停止設定値Ａ1を別途設定して、目標流量値Ａ*が下降する場合の閾値としてもよい。この場合、目標流量値Ａ*が起動設定値Ａ0前後で変化することによるブロワ３２の起動と停止の繰り返し（いわゆるハンチング現象）を抑制することができる。
【００６９】
図４は、起動設定値Ａ0とは別に停止設定値Ａ1を設定した場合の効果を説明するための図である。同図に示す実線は、目標流量値Ａ*の変化を示している。目標流量値Ａ*が上昇する場合も下降する場合も起動設定値Ａ0を閾値とする場合、時刻ｔ＝ｔａ，ｔｃ，ｔｅでブロワ３２が起動され、時刻ｔ＝ｔｂ，ｔｄ，ｔｆでブロワ３２が停止される。一方、目標流量値Ａ*が下降する場合の閾値を停止設定値Ａ1とする場合、時刻ｔ＝ｔａでブロワ３２が起動され、時刻ｔ＝ｔｇでブロワ３２が停止される。したがって、時刻ｔ＝ｔｂ〜ｔｆにおけるブロワ３２の起動および停止を抑制することができる。これにより、起動と停止の繰り返しによる空気ブロワ３２に内蔵されるモータの劣化を抑制することができる。
【００７０】
なお、三方弁６２の代わりに２つの制御弁を用いて、一方の制御弁の開度に応じて他方の制御弁の開度を変化させるようにしてもよい。すなわち、一方の制御弁の開度が１００％のとき他方の制御弁の開度を０％とし、一方の制御弁の開度が０％のとき他方の制御弁の開度を１００％とするように調整するようにしてもよい。
【００７１】
なお、上記第１実施形態においては、制御部５がフィードバック制御を行う場合について説明したが、これに限定されない。例えば、フィードフォワード制御など他の制御を行う場合にも、本発明を適用することができる。
【００７２】
なお、上記第１実施形態においては、燃料電池モジュールＣ（図７参照）に空気を供給する流路について本発明を適用した場合について説明したが、燃料電池モジュールＣに原燃料を供給する流路にも、本発明を適用することができる。以下に、原燃料を供給する流路について本発明を適用した流体供給装置を、第２実施形態として説明する。
【００７３】
図５は、本発明に係る流体供給装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。流体供給装置Ｂ２は、図７に示す燃料電池システムにおける流体供給装置Ｂに相当するものである。なお、図５において、流体供給装置Ｂと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。また、原燃料の供給のための要素のみを記載しており、空気の供給のための要素の記載を省略している。具体的には、図７に示す流体供給装置Ｂにおけるフィルタ装置１１，３１、空気ブロワ１２，３２、および流量計１３，３３の記載を省略している。
【００７４】
流体供給装置Ｂ２は、燃料電池モジュールＣに原燃料および空気を供給するものである。流体供給装置Ｂ２は、フィルタ装置２１，４１、燃料ブロワ２２，４２、流量計２３，４３、制御部５、逆止弁７１、三方弁７２、および配管２４，４４，７３を備えている。
【００７５】
フィルタ装置２１，４１は、原燃料から不純物を取り除くものである。フィルタ装置２１，４１の内部には、それぞれ、除去しようとする不純物より直径の小さい多数の孔が設けられた素材（例えば、金属メッシュやポリマー不織布、ウレタンなど）からなるフィルタエレメントが備えられている。原燃料に含まれる不純物は、当該フィルタエレメントを通過する際に除去される。
【００７６】
燃料ブロワ２２，４２は、フィルタ装置２１，４１によって不純物を取り除かれた原燃料を昇圧して送出するものである。燃料ブロワ２２が送出する原燃料は配管２４を流れて、改質器Ｃ２に供給され、燃料ブロワ４２が送出する原燃料は配管４４を流れて、バーナＣ３に供給される（図７参照）。空気ブロワ２２および４２の容量は、それぞれ改質器Ｃ２およびバーナＣ３の通常の定格運転時に使用される原燃料の流量に応じた容量とされている。
【００７７】
上述したように、昇温工程においてバーナＣ３が加熱を行うので、燃料ブロワ４２は、バーナＣ３に原燃料を供給するために、動作状態になる。また、昇温工程の後は、バーナＣ３が加熱を停止するので、燃料ブロワ４２は停止される。なお、燃料電池システムＡが稼動状態の間は燃料電池Ｃ１に水素を供給する必要があるので、改質器Ｃ２に原燃料を供給する必要がある。したがって、燃料ブロワ２２は動作状態を継続する。
【００７８】
流量計２３，４３は、配管を流れる原燃料の流量を計測するものであり、計測した流量値を制御部５に入力する。流量計２３は、改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量を計測し、流量計４３は、バーナＣ３に供給される原燃料の流量を計測する。
【００７９】
配管２４は、燃料ブロワ２２から排出された原燃料を改質器Ｃ２に供給するための流路を構成するものであり、燃料ブロワ２２の排出口と改質器Ｃ２の吸入口とを接続している。配管４４は、燃料ブロワ４２から排出された原燃料をバーナＣ３に供給するための流路を構成するものであり、燃料ブロワ４２の排出口とバーナＣ３の吸入口とを接続している。配管７３は、配管２４と配管４４とを接続するものである。配管２４は燃料ブロワ２２と流量計２３との間で配管７３と接続し、配管４４は燃料ブロワ４２と流量計４３との間で三方弁７２を介して配管７３と接続している。なお、フィルタ装置２１，４１の排出口と燃料ブロワ２２，４２の吸入口とは、それぞれ配管で接続されている。
【００８０】
逆止弁７１は、配管７３の途中に設けられており、配管２４側から配管４４側に原燃料が流出しないようにするためのものである。これにより、燃料ブロワ２２から排出され配管２４を流れる原燃料が三方弁７２側に流れることがなく、一方、燃料ブロワ４２から排出される原燃料は三方弁７２および配管７３を介して改質器Ｃ２側に流れる。
【００８１】
三方弁７２は、配管４４と配管７３との接続部に設けられており、燃料ブロワ４２から排出される原燃料の流路を切り替えるものである。三方弁７２の流入口には、燃料ブロワ４２から排出される原燃料が流入する。三方弁７２の一方の排出口から排出された原燃料は、配管４４をそのまま流れて、バーナＣ３に供給される。三方弁７２の他方の排出口から排出された原燃料は、配管７３および配管２４を流れて、改質器Ｃ２に供給される。すなわち、三方弁７２は、燃料ブロワ４２から排出される原燃料の供給先を、改質器Ｃ２とバーナＣ３とで切り替えることができる。本実施形態では、三方弁７２を例えば電動比例制御弁としているので、開度を比例制御することができる。すなわち、改質器Ｃ２とバーナＣ３に供給される原燃料流量の比率を徐々に変化させることができる。配管７３側の開度が０％のとき配管４４側の開度は１００％となっており、配管７３側の開度を徐々に大きくすると配管４４側の開度が徐々に小さくなる。例えば、配管７３側の開度を３０％とすると配管４４側の開度は７０％となり、燃料ブロワ４２から排出される原燃料のうち３０％が改質器Ｃ２に供給され、７０％がバーナＣ３に供給される。
【００８２】
制御部５は、流体供給装置Ｂ１の制御を行うものである。制御部５は、流量計２３および４３より入力される流量値をそれぞれの目標流量値と一致させるように、燃料ブロワ２２，４２および三方弁７２を調整して、フィードバック制御を行う。制御部５は、燃料ブロワ２２および４２に出力制御信号を出力して、燃料ブロワ２２および４２の出力を調整することで、改質器Ｃ２またはバーナＣ３に供給される原燃料の流量を制御する。また、制御部５は、三方弁７２に開閉制御信号を出力して三方弁７２の配管７３側の開度を調整することでも、改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量を制御する。
【００８３】
先に述べたように、起動時の昇温工程においてはバーナＣ３による加熱が必要となるので、バーナＣ３に原燃料を供給する必要がある。また、燃料電池システムＡが稼動状態の間は改質器Ｃ２に原燃料を供給する必要がある。したがって、起動時の昇温工程において、制御部５は、改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量とバーナＣ３に供給する原燃料の流量とをそれぞれ独立に制御するために、三方弁７２の配管７３側の開度を０％として、配管４４から配管７３を通って配管２４に原燃料が流れないようにする。そして、流量計２３より入力される流量値に基づいて燃料ブロワ２２を調整することで改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量をフィードバック制御する。また、流量計４３より入力される流量値に基づいて空気ブロワ４２を調整することでバーナＣ３に供給する燃料の流量をフィードバック制御する。
【００８４】
起動時の昇温工程においては、改質器Ｃ２がインバータ装置Ｄに電力を供給する状態にはなっておらず、燃料電池Ｃ１は発電していないので、燃料ブロワ２２のみで、改質器Ｃ２が必要とする燃料を供給することができる。
【００８５】
昇温工程の後の通常運転時には、燃料電池モジュールＣが運転温度を維持できる状態になっているので、バーナＣ３は加熱を停止する。したがって、燃料ブロワ４２は、バーナＣ３に原燃料を供給する必要がないので、停止される。一方、燃料電池システムＡは稼動状態であり改質器Ｃ２に原燃料を供給する必要があるので、燃料ブロワ２２は動作状態を継続する。
【００８６】
通常運転時において、制御部５は、流量計２３より入力される流量値を、与えられる目標流量値と一致させるようにフィードバック制御を行う。目標流量値は、改質器Ｃ２が必要とする原燃料の流量に基づいて設定される。改質器Ｃ２が必要とする原燃料の流量は、インバータ装置Ｄが要求する電力などにより変化する。例えば、インバータ装置Ｄが燃料電池Ｃ１から取り出す電力が増加する際、燃料電池Ｃ１はより多くの原燃料を必要とするので、目標流量値が増加される。制御部５は、この目標流量値に応じて制御方法を変化させて、流量の制御を行う点に特徴がある。この改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量制御処理は、上記第１実施形態における流量制御処理と同様の処理となる。
【００８７】
流体供給装置Ｂ２は、起動時の昇温工程において、三方弁７２の配管７３側の開度を０％として、配管４４から、配管７３を通って配管２４に原燃料が流れないようにする。そして、燃料ブロワ２２を調整することで改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量を制御し、燃料ブロワ４２を調整することでバーナＣ３に供給する原燃料の流量を制御する。
【００８８】
また、通常運転時においては、バーナＣ３に原燃料を供給する必要がないので、燃料ブロワ２２，４２、および三方弁７２を調整することで、改質器Ｃ２に供給する原燃料の流量を制御する。すなわち、流体供給装置Ｂ２は、目標流量値が起動設定値より小さい場合、三方弁７２の配管７３側の開度を全閉状態（０％）として、燃料ブロワ２２の出力を調整することで流量を制御する。目標流量値が起動設定値に達すると、燃料ブロワ４２を起動し、燃料ブロワ２２，４２の出力を固定して三方弁７２の配管７３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値が上昇して、三方弁７２の配管７３側の開度が全開状態（１００％）に達した後は、燃料ブロワ４２の出力を調整することで流量を制御する。
【００８９】
目標流量値が下降する時は、まず、燃料ブロワ４２の出力を調整することで流量を制御する。燃料ブロワ４２の出力が最小出力に達すると、三方弁７２の配管７３側の開度を調整することで流量を制御する。さらに目標流量値が下降して、三方弁７２の配管７３側の開度が全閉状態（０％）に達した後は、燃料ブロワ２２の出力を調整することで流量を制御する。
【００９０】
流体供給装置Ｂ２は、目標流量値が起動設定値より大きい場合、燃料ブロワ４２の出力および三方弁７２の開度を調整することで流量を制御することができる。また、燃料ブロワ２２の容量と燃料ブロワ４２の容量とを合わせた容量まで、改質器Ｃ２に原燃料を供給することができる。したがって、燃料ブロワ２２の容量を改質器Ｃ２の通常の定格運転時に使用される原燃料の流量に応じた容量とすることができるので、利用効率が低下せず、ブロワの動力損失を低減できる。
【００９１】
また、流体供給装置Ｂ２は、バーナＣ３に原燃料を供給するために設けられている燃料ブロワ４１を、改質器Ｃ２に原燃料を供給するためにも使用している。したがって、燃料ブロワ２２の容量を超える原燃料が必要となった場合のための新たな燃料ブロワを別途設ける必要がない。また、当該新たな燃料ブロワのためのフィルタ装置および配管も追加する必要がない。したがって、新たな燃料ブロワを別途設ける場合と比較して、流体供給装置Ｂ２およびこれを用いた燃料電池システムＡを小型化することができ、また、製造コストを抑制することができる。
【００９２】
なお、第２実施形態においても、燃料電池Ｃ１が急激な温度変化に対応できるものである場合や、ブロワ４２の最小出力が小さい場合（改質器Ｃ２に供給される原燃料の流量が急変しない場合）であれば、目標流量値が起動設定値に一致したときに三方弁７２の排出を配管７３側に切り替えて、その後はブロワ４２の出力調整で流量制御を行うようにしてもよい。また、起動設定値は、燃料ブロワ２２の最大出力時の流量以下の値であればよい。また、起動設定値より小さい値である停止設定値を別途設定して、目標流量値が下降する場合の閾値としてもよい。また、三方弁７２の代わりに２つの制御弁を用いるようにしてもよいし、制御部５における制御を、フィードフォワード制御など他の制御としてもよい。
【００９３】
図６は、本発明に係る流体供給装置の第３実施形態を説明するためのブロック図である。同図に示す流体供給装置Ｂ３は、第１実施形態に示す流体供給装置Ｂ１（図１参照）の空気を供給する流路と、第２実施形態に示す流体供給装置Ｂ２（図５参照）の原燃料を供給する流路とを、組み合わせて表したものである。流体供給装置Ｂ３の各要素は、流体供給装置Ｂ１および流体供給装置Ｂ２の各要素と同様なので、説明を省略する。
【００９４】
なお、上記第１ないし第３実施形態においては、燃料電池Ｃ１が固体酸化物型燃料電池の場合について説明したが、これに限られない。本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池、固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池などの他の種類の燃料電池を用いる燃料電池モジュールに空気または原燃料を供給する場合にも適用することができる。
【００９５】
なお、上記第１ないし第３実施形態においては、燃料電池Ｃ１に空気を供給する流路（フィルタ装置１１、ブロワ１２、および配管１４よりなる流路）、バーナＣ３に空気を供給する流路（フィルタ装置３１、ブロワ３２、および配管３４よりなる流路）、改質器Ｃ２に原燃料を供給する流路（フィルタ装置２１、ブロワ２２、および配管２４よりなる流路）、バーナＣ３に原燃料を供給する流路（フィルタ装置４１、ブロワ４２、および配管４４よりなる流路）がそれぞれ１つずつの場合について説明したが、これに限られない。いずれかが複数ある構成であっても構わない。
【００９６】
なお、上記第１ないし第３実施形態においては、本発明に係る流体供給装置を燃料電池システムに用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明は、他のシステムに流体を供給する流体供給装置にも適用することができる。なお、供給される流体は、空気および原燃料に限定されず、他の気体または液体であってもよい。例えば、冷却水を連続的に供給する必要があるシステムなどにも、本発明に係る流体供給装置を用いることができる。
【００９７】
本発明に係る流体供給装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る流体供給装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００９８】
Ａ 燃料電池システム
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 流体供給装置
１１，２１，３１，４１ フィルタ装置
１２，３２ 空気ブロワ
２２，４２ 燃料ブロワ
１３，２３，３３，４３ 流量計
５ 制御部
６１，７１ 逆止弁
６２，７２ 三方弁
Ｃ 燃料電池モジュール
Ｃ１ 燃料電池
Ｃ２ 改質器
Ｃ３ バーナ
Ｄ インバータ装置
Ｅ 排熱回収装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の供給先にそれぞれ同一の流体を供給する複数の配管と、
前記各配管にそれぞれ設けられ、前記流体を加圧するための昇圧手段と、
前記昇圧手段より下流側で、前記各配管を接続する接続配管と、
前記複数の配管のうちの少なくとも一の配管に設けられ、当該配管を流れる前記流体の流出先を前記供給先と前記接続配管とで切り替える流路切替手段と、
を備えていることを特徴とする流体供給装置。
【請求項２】
前記流路切替手段が設けられていない配管における、前記接続配管より下流側の流量を制御する制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が当該流路切替手段が設けられた配管における前記流体の供給先となるように切り替え、前記流量の目標値が前記所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管となるように切り替える、
請求項１に記載の流体供給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流量を制御される配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御し、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する、請求項２に記載の流体供給装置。
【請求項４】
前記流路切替手段は、前記流体の流出先の切替を、多段階で切り替えることができ、
前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えるまでは、前記流路切替手段による前記流体の流出先の切り替えを調整することで前記流量を制御し、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えた後は、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する、
請求項３に記載の流体供給装置。
【請求項５】
前記所定値は、前記流量の目標値が増加しているときに使用される第１の所定値と、前記流量の目標値が減少しているときに使用される第２の所定値からなり、前記第２の所定値は前記第１の所定値未満である、請求項２ないし４のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項６】
前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に空気を供給し、
前記流路切替手段が設けられている配管は、前記燃料電池に供給する水素を生成する改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに空気を供給する、
請求項２ないし５のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項７】
前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に供給する水素を生成する改質器に気体燃料を供給し、
前記流路切替手段が設けられている配管は、前記改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに前記気体燃料を供給する、
請求項２ないし５のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の流体供給装置と、
前記燃料電池と、前記改質器と、前記バーナと、
を備えている燃料電池システム。
【請求項１】
複数の供給先にそれぞれ同一の流体を供給する複数の配管と、
前記各配管にそれぞれ設けられ、前記流体を加圧するための昇圧手段と、
前記昇圧手段より下流側で、前記各配管を接続する接続配管と、
前記複数の配管のうちの少なくとも一の配管に設けられ、当該配管を流れる前記流体の流出先を前記供給先と前記接続配管とで切り替える流路切替手段と、
を備えていることを特徴とする流体供給装置。
【請求項２】
前記流路切替手段が設けられていない配管における、前記接続配管より下流側の流量を制御する制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が当該流路切替手段が設けられた配管における前記流体の供給先となるように切り替え、前記流量の目標値が前記所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管となるように切り替える、
請求項１に記載の流体供給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値未満の場合、前記流量を制御される配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御し、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する、請求項２に記載の流体供給装置。
【請求項４】
前記流路切替手段は、前記流体の流出先の切替を、多段階で切り替えることができ、
前記制御手段は、前記流量の目標値が所定値以上の場合、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えるまでは、前記流路切替手段による前記流体の流出先の切り替えを調整することで前記流量を制御し、前記流路切替手段を前記流体の流出先が前記接続配管のみとなるように切り替えた後は、前記流路切替手段が設けられた配管に設けられた昇圧手段の出力を調整することで前記流量を制御する、
請求項３に記載の流体供給装置。
【請求項５】
前記所定値は、前記流量の目標値が増加しているときに使用される第１の所定値と、前記流量の目標値が減少しているときに使用される第２の所定値からなり、前記第２の所定値は前記第１の所定値未満である、請求項２ないし４のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項６】
前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に空気を供給し、
前記流路切替手段が設けられている配管は、前記燃料電池に供給する水素を生成する改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに空気を供給する、
請求項２ないし５のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項７】
前記制御手段が流量を制御する配管は、燃料電池に供給する水素を生成する改質器に気体燃料を供給し、
前記流路切替手段が設けられている配管は、前記改質器と前記燃料電池との少なくともいずれか一方を加熱するバーナに前記気体燃料を供給する、
請求項２ないし５のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の流体供給装置と、
前記燃料電池と、前記改質器と、前記バーナと、
を備えている燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５２５１５（Ｐ２０１１−１５２５１５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８７３（Ｐ２０１０−１５８７３）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]