燃料供應系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)以及它們的運轉(zhuǎn)方法
【專利摘要】一種燃料供應系統(tǒng)，即使氣體燃料的組分發(fā)生了變化，也會將發(fā)熱量作為管理值來穩(wěn)定地供應氣體燃料。在氣體燃料的供應路徑中與熱式流量計(3)串聯(lián)地配置能不依賴于氣體燃料的組分地測量流量的不依賴組分式流量計(4)。在熱式流量計(3)的測量值與不依賴組分式流量計(4)的測量值乖離了一定程度以上的情況下，判斷為異常狀態(tài)，設定對熱式流量計(3)的測量值的換算系數(shù)?；谠摀Q算系數(shù)，推定氣體燃料的組分，基于此來推定氣體燃料的發(fā)熱量?；谠摎怏w燃料的發(fā)熱量，調(diào)整燃料供應裝置(2)的氣體燃料的供應量，從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
【專利說明】燃料供應系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)以及它們的運轉(zhuǎn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及包含供應烴系氣體燃料的燃料供應裝置而構成的燃料供應系統(tǒng)或者 燃料電池系統(tǒng)，特別是，涉及將發(fā)熱量作為管理值來控制氣體燃料的供應量的技術。
【背景技術】
[0002] 在燃料供應系統(tǒng)中，將測量氣體燃料的流量的流量計配置于氣體燃料的供應路 徑，基于測量流量，對燃料的供應量進行反饋控制或者將其用作其它控制的參數(shù)。作為上 述流量計，一般使用作為質(zhì)量流量計的熱式流量計。這是因為，熱式流量計的小型化是容易 的，另外，在小型的基礎上還具有響應性好的特點。
[0003] 但是，由于氣體燃料的性狀（組分、熱量）會變化，因而無法進行滿意的控制。特 別是在使用源自天然氣的城市燃氣的情況下，經(jīng)常會有以下情況：根據(jù)燃氣公司的不同，另 外即使燃氣公司相同也會根據(jù)地域的不同，而有時組分、熱量不同，而且根據(jù)從供應源起的 路徑、距離的不同，有時會因中途的空氣的混入等而導致組分不同。這樣，當燃料的性狀、特 別是組分不同時，熱式流量計無法表示準確的值，難以進行合適的控制。
[0004] 另外，專利文獻1所述的技術的目的在于，與氣體燃料的組分的差別、變化無關 地，將發(fā)熱量作為管理值來控制氣體燃料的供應量，例如使每單位時間的供應發(fā)熱量（熱 量流量）恒定而穩(wěn)定地供應氣體燃料。因此，專利文獻1所述的技術根據(jù)設置于氣體燃料的 供應路徑的熱式流量計的輸出，檢測氣體燃料的熱量流量，將熱量流量的控制目標值與檢 測值進行比較而控制流量調(diào)整閥的工作。該技術利用了以下這一點：對于CH系燃料氣體， 與其組分無關地，熱式流量計的輸出與作為氣體燃料的每單位體積的發(fā)熱量和流速（體積 流量）之積而定義的熱量流量處于1對1的關系。
[0005] 現(xiàn)有摶術f獻 [0006] 專利f獻
[0007] 專利文獻1 :日本公開專利公報：特開2009-162436號
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 發(fā)明要解決的問是頁
[0009] 然而，專利文獻1所述的技術將能夠根據(jù)熱式流量計的輸出求出熱量流量作為前 提，即使能夠應用于氣體燃料僅為CH系氣體的情況，也無法應用于諸如混入有氮氣的情 況。
[0010] 鑒于這種實際情況，本發(fā)明的課題在于，提供能夠推定燃料性狀，并更精確地將發(fā) 熱量作為管理值來控制氣體燃料的供應量的燃料供應系統(tǒng)。
[0011]另外，本發(fā)明的課題不僅在于提供通用的燃料供應系統(tǒng)，還在于提供將氣體燃料 改性后使用的燃料電池系統(tǒng)。
[0012] 用于解決問題的方案
[0013] 本發(fā)明的燃料供應系統(tǒng)包含燃料供應裝置、流量計以及控制裝置而構成，上述燃 料供應裝置向供應對象供應烴系氣體燃料，上述流量計測量由上述燃料供應裝置供應的上 述氣體燃料的流量，上述控制裝置被輸入上述流量計的信號而控制上述燃料供應裝置的供 應量。
[0014] 在此，具備熱式流量計和能不依賴于上述氣體燃料的組分地測量流量的不依賴組 分式流量計作為上述流量計。
[0015] 上述控制裝置包含測量流量異常判定部、換算系數(shù)設定部、燃料性狀推定部、發(fā)熱 量推定部以及燃料供應量調(diào)整部而構成，上述測量流量異常判定部基于上述熱式流量計的 測量值與上述不依賴組分式流量計的測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)，在判斷為 上述異常狀態(tài)的情況下，上述換算系數(shù)設定部設定對上述熱式流量計的測量值的換算系 數(shù)，上述燃料性狀推定部基于上述換算系數(shù)，推定上述氣體燃料的燃料性狀，上述發(fā)熱量推 定部基于上述氣體燃料的燃料性狀，推定上述氣體燃料的發(fā)熱量，上述燃料供應量調(diào)整部 基于上述氣體燃料的發(fā)熱量，調(diào)整上述燃料供應裝置的上述氣體燃料的供應量，從而得到 每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
[0016] 上述換算系數(shù)設定部可以構成為：基于上述不依賴組分式流量計的測量值與上述 熱式流量計的測量值之比，設定換算系數(shù)。
[0017] 上述燃料性狀推定部可以構成為：根據(jù)由上述換算系數(shù)設定部設定的換算系數(shù)與 對上述氣體燃料的主成分預先決定的換算系數(shù)的比較結(jié)果，從預先決定的候選副成分中確 定副成分，基于由上述換算系數(shù)設定部設定的換算系數(shù)和對上述主成分和上述確定的副成 分預先決定的換算系數(shù)，求出上述主成分和上述確定的副成分的摩爾分率。此外，上述候選 副成分可以設為：可燃性成分，其發(fā)熱量與上述氣體燃料的主成分不同；以及不燃性成分。
[0018] 上述發(fā)熱量推定部可以構成為：根據(jù)上述主成分和上述確定的副成分的各發(fā)熱量 和各摩爾分率，算出上述氣體燃料的發(fā)熱量。
[0019] 上述燃料供應量調(diào)整部可以構成為：將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以上述氣 體燃料的發(fā)熱量，來算出目標燃料供應量。
[0020] 此外，對于燃料供應系統(tǒng)的供應對象沒有特別限定，能夠用作通用的燃料供應系 統(tǒng)，但本發(fā)明也能應用于如下燃料電池系統(tǒng)。
[0021] 即，本發(fā)明也能應用于包含燃料改性裝置、燃料電池堆、燃料供應裝置、流量計以 及控制裝置而構成的燃料電池系統(tǒng)，上述燃料改性裝置對烴系氣體燃料進行水蒸氣改性而 生成富氫的改性燃料，上述燃料電池堆通過所生成的改性燃料與空氣的電化學反應進行發(fā) 電，上述燃料供應裝置向上述改性裝置供應上述氣體燃料，上述流量計測量從上述燃料供 應裝置向上述改性裝置供應的上述氣體燃料的流量，上述控制裝置被輸入上述流量計的信 號而控制上述燃料供應裝置的供應量。
[0022] 發(fā)明效果
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，得到如下效果：即使在氣體燃料的性狀發(fā)生了變化的情況下，也能夠 推定燃料性狀，將發(fā)熱量作為管理值來精確地控制氣體燃料的供應量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1是作為本發(fā)明的第1實施方式示出的燃料供應系統(tǒng)的概略構成圖。
[0025] 圖2是第1實施方式中的控制裝置內(nèi)的功能框圖。
[0026] 圖3是第1實施方式中的測量流量異常判定的流程圖。
[0027] 圖4是第1實施方式中的測量流量異常時控制的流程圖。
[0028] 圖5是作為本發(fā)明的第2實施方式示出的燃料電池系統(tǒng)的概略構成圖。
[0029] 圖6是第2實施方式中的控制裝置內(nèi)的功能框圖。
[0030] 圖7是第2實施方式中的測量流量異常時控制的流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下，詳細說明本發(fā)明的實施的方式。
[0032] 首先，作為本發(fā)明的第1實施方式，根據(jù)圖1?圖4說明將本發(fā)明應用于通用的燃 料供應系統(tǒng)的實施方式。
[0033] 圖1是作為本發(fā)明的第1實施方式示出的燃料供應系統(tǒng)的概略構成圖。
[0034] 本實施方式的燃料供應系統(tǒng)包含向供應對象（各種氣體設備）1供應烴系氣體燃 料的燃料供應裝置2而構成。在本實施方式中，特別設為供應源自天然氣的城市燃氣作為 氣體燃料的燃料供應系統(tǒng)。
[0035] 燃料供應裝置2由連接到氣體燃料供應源的流量控制閥等構成，基于來自控制裝 置7的信號控制供應量。
[0036] 在氣體燃料從燃料供應裝置2向供應對象1的供應路徑中，設置有熱式流量計 (熱式質(zhì)量流量計）3、不依賴組分式流量計4、燃料溫度傳感器5以及燃料壓力傳感器6。 [0037] 熱式流量計3使用氣體所具有的熱擴散作用進行流量測定，由于根據(jù)氣體的壓縮 程度的不同，傳播的熱量會發(fā)生變化，因而能夠測定質(zhì)量流量。熱式流量計3的小型化是容 易的，另外，在小型的基礎上還具有響應性好的特點，因此用作主流量計。但是，根據(jù)測定對 象的氣體的組分的不同，輸出會發(fā)生變化，因此，一般在確定了測定對象的氣體的組分的基 礎上調(diào)整使用。
[0038] 不依賴組分式流量計4是能夠不依賴于測定對象的氣體的組分地測定流量的流 量計，例如能夠使用容積流量計、超聲波流量計、科里奧利流量計、渦街流量計等。不依賴組 分式流量計4用作輔助流量計。此外，可以是體積流量計、質(zhì)量流量計中的任一種，但在本 實施方式中作為體積流量計進行說明。
[0039] 燃料溫度傳感器5檢測燃料溫度Tf。燃料壓力傳感器6檢測燃料壓力Pf。
[0040] 這些熱式流量計3、不依賴組分式流量計4、燃料溫度傳感器5以及燃料壓力傳感 器6的檢測信號被送向控制裝置7。
[0041] 控制裝置7包含微型計算機而構成，根據(jù)控制程序進行計算處理，一邊讀入以熱 式流量計3、不依賴組分式流量計4、燃料溫度傳感器5以及燃料壓力傳感器6為首的各種 傳感器信號，一邊控制燃料供應裝置2的工作。此外，控制裝置7也可以與燃料供應裝置2 的控制同時地進行其它各種設備的控制。
[0042] 其次，說明控制裝置7進行的燃料供應量的控制。
[0043] 在通常控制中，主要是根據(jù)目標供應條件設定目標燃料供應量，通過燃料供應裝 置2控制氣體燃料的供應量，但一邊參照熱式流量計3的測量流量，一邊進行反饋控制。另 夕卜，熱式流量計3的測量流量根據(jù)需要還被用作其它控制的參數(shù)。
[0044] 另一方面，為了應對熱式流量計3的測量流量異常，如圖2的功能框圖所示，在控 制裝置7內(nèi)具備測量流量異常判定部A、換算系數(shù)設定部B、燃料性狀推定部C、發(fā)熱量推定 部D以及燃料供應量調(diào)整部E，測量流量異常判定部A基于熱式流量計3的測量值與不依 賴組分式流量計4的測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)，換算系數(shù)設定部B在判斷 為上述異常狀態(tài)的情況下，設定對熱式流量計3的測量值的換算系數(shù)（轉(zhuǎn)換因子），燃料性 狀推定部C基于上述換算系數(shù)，推定氣體燃料的燃料性狀，發(fā)熱量推定部D基于上述氣體燃 料的燃料性狀，推定氣體燃料的發(fā)熱量（一定單位的燃料完全燃燒時產(chǎn)生的熱量），燃料供 應量調(diào)整部E基于上述氣體燃料的發(fā)熱量，調(diào)整燃料供應裝置2的氣體燃料的供應量（流 量），從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量（熱量流量）。
[0045] 測量流量異常判定部A在熱式流量計3的測量值與不依賴組分式流量計4的測量 值乖離一定程度以上時，判斷為異常狀態(tài)（熱式流量計3的測量值與實際的流量不同）。
[0046] 換算系數(shù)設定部B基于不依賴組分式流量計4的測量值與熱式流量計3的測量值 之比，設定換算系數(shù)。
[0047] 燃料性狀推定部C具體是根據(jù)由換算系數(shù)設定部B設定的換算系數(shù)與對氣體燃 料的主成分（例如CH4)預先決定的換算系數(shù)的比較結(jié)果，從預先決定的候選副成分（例 如C3H8和N2)中確定副成分，基于由換算系數(shù)設定部B設定的換算系數(shù)以及對上述主成分 和上述確定的副成分預先決定的換算系數(shù)，求出上述主成分和上述確定的副成分的摩爾分 率。
[0048] 發(fā)熱量推定部D具體是根據(jù)上述主成分和上述確定的副成分的各發(fā)熱量和各摩 爾分率，算出氣體燃料的發(fā)熱量。
[0049] 燃料供應量調(diào)整部E具體是將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以由發(fā)熱量推定 部D推定出的氣體燃料的發(fā)熱量，來算出目標燃料供應量。
[0050] 在此，測量流量異常判定部A的功能通過圖3的流程圖實現(xiàn)，換算系數(shù)設定部B、燃 料性狀推定部C、發(fā)熱量推定部D以及燃料供應量調(diào)整部E的功能通過圖4的流程圖實現(xiàn)。
[0051] 圖3是測量流量異常判定的流程圖。
[0052] 在S1中，開始熱式流量計3的測量值（熱式流量計值）的累計。
[0053] 在S2中，開始不依賴組分式流量計4的測量值（不依賴組分式流量計值）的累計。
[0054] 在S3中，將這些累計執(zhí)行規(guī)定時間，作為最終的累計值，得到熱式流量計累計值 (質(zhì)量流量）Q1和不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2。
[0055] 在S4中，將熱式流量計累計值（質(zhì)量流量）Q1變換為正常流量（標準狀態(tài)的體積 流量）。具體地說，利用下式，算出變換后熱式流量計累計值Q1'。
[0056] Q1，=Q1+Y
[0057] S卩，將熱式流量計累計值Q1除以比重Y (設計上的氣體組分下的標準狀態(tài)時的比 重），而變換為標準狀態(tài)下的體積流量（Q1'）。
[0058] 在S5中，將不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2變換為正常流量。具體地 說，利用下式，算出變換后不依賴組分式流量計累計值Q2'。
[0059] Q2, = Q2X (273. 15+ (273. 15+Tf)) X ((101. 33+Pf) +101. 33)
[0060] 即，使用燃料溫度Tf和燃料壓力Pf將不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2 變換為標準（正常）狀態(tài)下的流量（Q2'）。此外，燃料溫度Tf和燃料壓力Pf是燃料溫度 傳感器5和燃料壓力傳感器6的各檢測值。
[0061] 在S6中，判定變換后熱式流量計累計值Q1'與變換后不依賴組分式流量計累計值 Q2'是否乖離了一定程度以上。
[0062] 具體地說，判定是否" |Q1' -Q2' |/Q2' >規(guī)定值"或者" |Q2' -Ql' |/Q1' >規(guī)定 值"。此外，也可以僅判定是否"|Q1'-Q2' | >規(guī)定值"。
[0063] 此外，也可以與后述的圖4的流程圖的S14同樣地算出換算系數(shù)CF，判定是否"換 算系數(shù)CF為規(guī)定的上限值以上或者規(guī)定的下限值以下"。
[0064] 該判定的結(jié)果為"否"的情況下（沒有乖離的情況下），前進至S7,實施通?？刂?。 而另一方面，在"是"的情況下（乖離的情況下），判斷為熱式流量計5的測量值與實際的流 量不同，前進至S8,轉(zhuǎn)移至測量流量異常時控制（圖4的流程）。
[0065] 圖4是測量流量異常時控制（異常判定時的燃料供應量的控制）的流程圖。
[0066] 在S11中，開始熱式流量計3的測量值（熱式流量計值）的累計。
[0067] 在S12中，開始不依賴組分式流量計4的測量值（不依賴組分式流量計值）的累 計。
[0068] 在S13中，將這些累計執(zhí)行規(guī)定時間，作為最終的累計值，得到熱式流量計累計值 (質(zhì)量流量）Q1和不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2。
[0069] 在S14中，利用下式，算出換算系數(shù)CF。
[0070] 換算系數(shù) CF =〔Q2X (273. 15+ (273. 15+Tf)) X ((101. 33+Pf) +101. 33)〕/〔 Q1 + γ〕
[0071] 換言之，與圖3的流程圖的S4、S5同樣，算出變換后熱式流量計累計值Q1'、變換 后不依賴組分式流量計累計值Q2 '，取它們之比，算出換算系數(shù)CF = Q2 ' /Q1'。
[0072] S卩，將熱式流量計累計值（質(zhì)量流量）Q1變換為正常流量（標準狀態(tài)的體積流 量）。具體地說，利用下式，算出變換后熱式流量計累計值Q1'。
[0073] Q1，=Q1+Y
[0074] S卩，將熱式流量計累計值Q1除以比重Y (設計上的氣體組分下的標準狀態(tài)時的比 重），而變換為標準狀態(tài)下的體積流量（Q1'）。
[0075] 另外，將不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2變換為正常流量。具體地說， 利用下式，算出變換后不依賴組分式流量計累計值Q2'。
[0076] Q2, = Q2X (273. 15+ (273. 15+Tf)) X ((101. 33+Pf) +101. 33)
[0077] S卩，使用燃料溫度Tf和燃料壓力Pf將不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2 變換為標準（正常）狀態(tài)下的流量（Q2'）。此外，燃料溫度Tf和燃料壓力Pf是燃料溫度 傳感器5和燃料壓力傳感器6的各檢測值。
[0078] 然后，在這些變換后，取變換后熱式流量計累計值Q1'與變換后不依賴組分式流量 計累計值Q2'之比，算出換算系數(shù)CF(參照下式）。
[0079] 換算系數(shù) CF = Q2' /Q1'
[0080] 在S15中，判定換算系數(shù)CF是否比甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4) = 0. 74小。這 是為了根據(jù)判定結(jié)果對組分進行近似。
[0081] 在換算系數(shù)CF比甲烷CH4的換算系數(shù)CF (CH4)小的情況下（CF < CF (CH4)的情 況下），前進至S16?S18。在該情況下，推定為包括甲烷CH4和丙烷C3H8這兩種成分，計 算它們的摩爾分率。
[0082] 在S16中，根據(jù)S14中求出的換算系數(shù)CF、甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4) =0. 74 以及丙烷C3H8的換算系數(shù)CF(C3H8) = 0. 34,利用下式，算出甲烷CH4的摩爾分率。
[0083] CH4 的摩爾分率=〔CF (CH4) X CF (C3H8) /CF-CF (CH4)〕/〔CF (C3H8) -CF (CH4)〕
[0084] 此外，該式是如下求出的。
[0085] 換算系數(shù)=1/ Σ (成分i的體積分率/成分i的換算系數(shù)），
[0086] 若設為CH4和C3H8這兩種成分，忽略壓縮系數(shù)而設為體積分率=摩爾分率，CH4的 摩爾分率設為X，則C3H8的摩爾分率為1-X，因此，
[0087] CF = 1/〔X/CF(CH4) + (1_X)/CF(C3H8)〕
[0088] 對此求解X，從而得到上式。
[0089] 在S17中，根據(jù)S16中求出的甲烷CH4的摩爾分率，利用下式算出丙烷C3H8的摩 爾分率。
[0090] C3H8的摩爾分率=1-CH4的摩爾分率
[0091] 在S18中，在上述推定之下，按下式將氮N2的摩爾分率設為0。
[0092] N2的摩爾分率=0
[0093] 在換算系數(shù)CF比甲烷CH4的換算系數(shù)CF (CH4)大的情況下（CF > CF (CH4)的情 況下），前進至S19?S21。在該情況下，推定為包括甲烷CH4和氮N2這兩種成分，計算它 們的摩爾分率。
[0094] 在S19中，根據(jù)S14中求出的換算系數(shù)CF、甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4) =0. 74 以及氮N2的換算系數(shù)CF(N2) = 1.00,利用下式，算出甲烷CH4的摩爾分率。
[0095] CH4 的摩爾分率=〔CF (CH4) X CF (N2) /CF-CF (CH4)〕/〔CF (N2) -CF (CH4)〕
[0096] 此外，該式也是與上述同樣地求出的。
[0097] 在S20中，根據(jù)S19中求出的甲烷CH4的摩爾分率，利用下式算出氮N2的摩爾分 率。
[0098] N2的摩爾分率=1-CH4的摩爾分率
[0099] 在S21中，在上述推定之下，按下式將丙烷C3H8的摩爾分率設為0。
[0100] C3H8的摩爾分率=0
[0101] 在S16?S18或者S19?S21中的摩爾分率的計算后，前進至S22。
[0102] 在S22中，算出氣體燃料的發(fā)熱量（一定單位的燃料完全燃燒時產(chǎn)生的熱量）。具 體地說，根據(jù)預先準備的已知的CH4、C3H8的各發(fā)熱量和在S16?S21中求出的CH4、C3H8 的各摩爾分率，利用下式，算出氣體燃料的發(fā)熱量。
[0103] 氣體燃料的發(fā)熱量
[0104] = CH4的摩爾分率XCH4的發(fā)熱量+C3H8的摩爾分率XC3H8的發(fā)熱量
[0105] 在S23中，基于在S22中求出的氣體燃料的發(fā)熱量，算出燃料供應量，從而得到每 單位時間的目標供應發(fā)熱量。具體地說，將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以氣體燃料的 發(fā)熱量，來算出燃料供應量。
[0106] 燃料供應量=(每單位時間的目標供應發(fā)熱量V(發(fā)熱量）
[0107] 如此算出的燃料供應量被設定為控制上的目標值，通過燃料供應裝置2進行燃料 供應量的控制。
[0108] 此外，與燃料供應量的控制同時，為了使該燃料完全燃燒，在進行空氣供應量的控 制的情況下，如下進行控制。
[0109] 根據(jù)在S23中求出的燃料供應量和氣體燃料的組分（甲烷CH4的摩爾分率和丙烷 C3H8的摩爾分率），利用下式算出空氣供應量（目標值）。
[0110] 空氣供應量=燃料供應量X (CH4的摩爾分率X2+C3H8的摩爾分率X5V(空氣 中氧濃度）XA/F
[0111] 式中的"2"為甲烷CH4的完全燃燒（CH4+202 - C02+2H20)所需的氧分子數(shù)，"5"為 丙烷C3H8的完全燃燒（C3H 8+502 - 3C02+4H20)所需的氧分子數(shù)，A/F為目標空燃比。
[0112] 如此算出的空氣供應量被設定為控制上的目標值，使用燃燒用空氣供應裝置（未 圖示）進行空氣供應量的控制。
[0113] 這樣，在具備燃燒用空氣供應裝置的情況下，可以具備：燃燒用空氣供應量調(diào)整 部，其基于由上述燃料供應量調(diào)整部E調(diào)整后的燃料供應量和由上述燃料性狀推定部C推 定出的氣體燃料的燃料性狀，調(diào)整燃燒用空氣供應裝置的空氣的供應量。
[0114] 根據(jù)本實施方式，具備測量流量異常判定部A、換算系數(shù)設定部B、燃料性狀推定 部C、發(fā)熱量推定部D以及燃料供應量調(diào)整部E，測量流量異常判定部A基于熱式流量計5 的測量值與不依賴組分式流量計6的測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)，換算系數(shù) 設定部B在判斷為上述異常狀態(tài)的情況下，設定對熱式流量計5的測量值的換算系數(shù)CF，燃 料性狀推定部C基于上述換算系數(shù)CF，推定氣體燃料的燃料性狀，發(fā)熱量推定部D基于推定 出的燃料性狀，推定氣體燃料的發(fā)熱量，燃料供應量調(diào)整部E基于推定出的發(fā)熱量，調(diào)整燃 料供應裝置2的氣體燃料的供應量，從而得到目標供應發(fā)熱量，由此，即使氣體燃料的組分 發(fā)生了變化，也能進行以氣體燃料的燃料性狀的推定為基礎的恰當?shù)目刂?，能將每單位時 間的供應發(fā)熱量控制為恒定。
[0115] 另外，具備不依賴組分式流量計4,不依賴組分式流量計4與熱式流量計3串聯(lián)地 配置于氣體燃料的供應路徑，能不依賴于氣體燃料的組分地測量流量，上述測量流量異常 判定部A在熱式流量計3的測量值與不依賴組分式流量計4的測量值乖離一定程度以上 時，判斷為異常狀態(tài)，從而能夠準確地進行異常判定。
[0116] 另外，根據(jù)本實施方式，上述換算系數(shù)設定部B基于不依賴組分式流量計4的測量 值與熱式流量計3的測量值之比，設定換算系數(shù)CF，從而能進行使用該換算系數(shù)CF的流量 校正。
[0117] 另外，根據(jù)本實施方式，上述燃料性狀推定部C根據(jù)由上述換算系數(shù)設定部B設定 的換算系數(shù)CF與對氣體燃料的主成分（CH4)預先決定的換算系數(shù)CF (CH4)的比較結(jié)果，從 預先決定的候選副成分（C3H8、N2)中確定副成分，基于由上述換算系數(shù)設定部B設定的換 算系數(shù)CF和對上述主成分和上述確定的副成分預先決定的換算系數(shù)CF (C3H8)或者CF (N2) 求出上述主成分和上述確定的副成分的摩爾分率，從而能夠得到在實用上充分的推定精 度。
[0118] 優(yōu)選上述候選副成分設為：可燃性成分（丙烷C3H8或者丁烷C4H10)，其發(fā)熱量與 氣體燃料的主成分（甲烷CH4)不同；以及不燃性成分（氮N2)。
[0119] 另外，根據(jù)本實施方式，上述發(fā)熱量推定部D根據(jù)上述主成分和上述確定的副成 分的各發(fā)熱量和各摩爾分率，算出氣體燃料的發(fā)熱量，從而能夠準確地取得氣體燃料的發(fā) 熱量。
[0120] 另外，根據(jù)本實施方式，上述燃料供應量調(diào)整部E將每單位時間的目標供應發(fā)熱 量除以通過推定而得到的氣體燃料的發(fā)熱量，來算出目標燃料供應量，從而能夠?qū)⒚繂挝?時間的供應發(fā)熱量控制為恒定。
[0121] 另外，在上述實施方式中，省略了關于燃料供應系統(tǒng)的供應對象（氣體設備）的說 明，但對于供應對象沒有特別限定，能夠用作通用的燃料供應系統(tǒng)。若非要提及用途的話， 則能夠舉出需要進行空燃比管理的燃燒用途和需要把握原料組分的化學反應用途。作為燃 燒用途的單獨例子，能夠舉出鍋爐、氣體發(fā)動機。氣體發(fā)動機用于家庭用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（由 以城市燃氣、LPG為燃料的氣體發(fā)動機進行發(fā)電，并將此時產(chǎn)生的熱用于熱水供應等的系 統(tǒng)；通稱為"EC0WILL( $ =々〃 > )"）、GHP系統(tǒng)（由氣體發(fā)動機驅(qū)動壓縮機，通過熱泵運 轉(zhuǎn)進行制冷和制熱的空調(diào)系統(tǒng)）以及工業(yè)用的自發(fā)電系統(tǒng)等。作為化學反應用途的單獨例 子，能夠舉出合成氣體制造裝置。合成氣體制造裝置以天然氣、LPG等為原料，使用各種改 性法，制造以H2和C0為主成分的合成氣體。制造出的合成氣體作為原料氣體被用于氨合 成、甲醇合成等。最近，GTL、DME或者SNG等與新能源制造相關的合成氣體的需求進一步受 到關注。
[0122] 其次，作為本發(fā)明的第2實施方式，根據(jù)圖5?圖7說明將本發(fā)明應用于燃料電池 系統(tǒng)的實施方式。
[0123] 圖5是作為本發(fā)明的第2實施方式示出的燃料電池系統(tǒng)的概略構成圖。
[0124] 本實施方式的燃料電池系統(tǒng)包含燃料改性裝置11和燃料電池堆（燃料電池單元 的組裝體）12而構成，燃料改性裝置11對烴系氣體燃料進行水蒸氣改性而生成富氫的改性 燃料，燃料電池堆12通過來自該燃料改性裝置11的改性燃料（氫）與空氣（氧）的電化 學反應進行發(fā)電。
[0125] 作為供應到燃料改性裝置11的氣體燃料，在本實施方式中，使用源自天然氣的城 市燃氣，并由燃料供應裝置13供應。
[0126] 燃料供應裝置13由連接到氣體燃料供應源的流量控制閥等構成，基于來自控制 裝置21的信號控制供應量。
[0127] 在氣體燃料從燃料供應裝置13向燃料改性裝置11的供應路徑中，設置有脫硫器 14、熱式流量計（熱式質(zhì)量流量計）15、不依賴組分式流量計16、燃料溫度傳感器17以及燃 料壓力傳感器18。
[0128] 脫硫器14對氣體燃料所包含的硫化合物進行脫硫而將其除去。
[0129] 熱式流量計15、不依賴組分式流量計16、燃料溫度傳感器17以及燃料壓力傳感器 18與第1實施方式（圖1)的熱式流量計3、不依賴組分式流量計4、燃料溫度傳感器5以及 燃料壓力傳感器6相同，省略說明。
[0130] 這些熱式流量計15、不依賴組分式流量計16、燃料溫度傳感器17以及燃料壓力傳 感器18的檢測信號被送向控制裝置21。
[0131] 用于燃料改性裝置11中的水蒸氣改性的改性水由改性水供應裝置19供應。改性 水供應裝置19由連接到水供應源的泵和/或者流量控制閥等構成，基于來自控制裝置21 的信號控制供應量。
[0132] 在燃料電池堆12中，來自燃料改性裝置11的改性燃料供應到陽極（A)，空氣供應 到陰極（C)，但陰極空氣是由陰極空氣供應裝置20供應的。陰極空氣供應裝置20由連接到 空氣供應源的泵（鼓風機）和/或者流量控制閥等構成，基于來自控制裝置21的信號控制 供應量。
[0133] 控制裝置21包含微型計算機而構成，根據(jù)控制程序進行計算處理，一邊讀入以熱 式流量計15、不依賴組分式流量計16、燃料溫度傳感器17以及燃料壓力傳感器18為首的 各種傳感器信號，一邊控制以燃料供應裝置13、改性水供應裝置19以及陰極空氣供應裝置 20為首的各種設備的工作。
[0134] 此外，在燃料改性裝置11中，在甲烷CH4的情況下，進行下述（1)式的水蒸氣改性 反應，在丙烷C3H8的情況下，進行下述（2)式的水蒸氣改性反應。
[0135] CH4+2H20 - C02+4H2 · · · (1)
[0136] C3H8+6H20 - 3C02+10H2 · · · (2)
[0137] 另外，在燃料電池堆12中，在各單元的陰極，發(fā)生下述（3)式的電極反應，在陽極， 發(fā)生下述（4)式的電極反應，從而進行發(fā)電。
[0138] 陰極：1/202+2丨一02_(固體電解質(zhì)）· · ·（3)
[0139] 陽極：02_(固體電解質(zhì)）+H2 - H20+2e_ · · · (4)
[0140] 其次，說明控制裝置21進行的燃料、改性水以及陰極空氣的控制。
[0141] 在通?？刂浦?，主要是根據(jù)目標發(fā)電條件設定燃料供應量（目標值），通過燃料供 應裝置13控制氣體燃料的供應量，但一邊參照熱式流量計15的測量流量一邊進行反饋控 制。另外，參照熱式流量計15的測量流量等設定改性水供應量（目標值），通過改性水供應 裝置19控制改性水的供應量。另外，根據(jù)目標發(fā)電條件或者參照熱式流量計15的測量流 量等設定陰極空氣供應量（目標值），通過陰極空氣供應裝置20控制陰極空氣的供應量。
[0142] 另一方面，為了應對熱式流量計15的測量流量異常，如圖6的功能框圖所示，在控 制裝置21內(nèi)具備測量流量異常判定部A、換算系數(shù)設定部B、燃料性狀推定部C、發(fā)熱量推定 部D以及燃料供應量調(diào)整部E，測量流量異常判定部A基于熱式流量計15的測量值與不依 賴組分式流量計16的測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)，換算系數(shù)設定部B在判斷 為上述異常狀態(tài)的情況下，設定對熱式流量計15的測量值的換算系數(shù)（轉(zhuǎn)換因子），燃料性 狀推定部C基于上述換算系數(shù)，推定氣體燃料的燃料性狀，發(fā)熱量推定部D基于上述氣體燃 料的燃料性狀，推定氣體燃料的發(fā)熱量，燃料供應量調(diào)整部E基于上述氣體燃料的發(fā)熱量， 調(diào)整燃料供應裝置13的氣體燃料的供應量，從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
[0143] 在上述控制裝置21內(nèi)，還具備調(diào)整改性水供應裝置19的改性水的供應量的改性 水供應量調(diào)整部F。
[0144] 測量流量異常判定部A在熱式流量計15的測量值與不依賴組分式流量計16的 測量值乖離了一定程度以上時，判斷為異常狀態(tài)（熱式流量計5的測量值與實際的流量不 同）。
[0145] 換算系數(shù)設定部B基于不依賴組分式流量計16的測量值與熱式流量計15的測量 值之比，設定換算系數(shù)。
[0146] 燃料性狀推定部C具體是根據(jù)由換算系數(shù)設定部B設定的換算系數(shù)與對氣體燃 料的主成分（例如CH4)預先決定的換算系數(shù)的比較結(jié)果，從預先決定的候選副成分（例 如C3H8和N2)中確定副成分，基于由換算系數(shù)設定部B設定的換算系數(shù)以及對上述主成分 和上述確定的副成分預先決定的換算系數(shù)，求出上述主成分和上述確定的副成分的摩爾分 率。
[0147] 發(fā)熱量推定部D具體是根據(jù)上述主成分和上述確定的副成分的各發(fā)熱量和各摩 爾分率，算出氣體燃料的發(fā)熱量。
[0148] 燃料供應量調(diào)整部E具體是將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以由發(fā)熱量推定 部D推定出的氣體燃料的發(fā)熱量，來算出目標燃料供應量。
[0149] 改性水供應量調(diào)整部F基于由燃料供應量調(diào)整部E算出的目標燃料供應量和由燃 料性狀推定部C推定出的燃料性狀（各成分的摩爾分率），算出作為目標的改性水供應量。
[0150] 在此，實現(xiàn)測量流量異常判定部A的功能的流程圖與圖3基本相同，省略說明。換 算系數(shù)設定部B、燃料性狀推定部C、發(fā)熱量推定部D、燃料供應量調(diào)整部E以及改性水供應 量調(diào)整部F的功能通過圖7的流程圖實現(xiàn)。
[0151] 圖7是測量流量異常時控制（異常判定時的燃料、改性水以及陰極空氣的供應量 的控制）的流程圖。此外，圖7的S11?S22與圖4的S11?S22基本相同，標注相同的步 驟標記。
[0152] 在S11中，開始熱式流量計15的測量值（熱式流量計值）的累計。
[0153] 在S12中，開始不依賴組分式流量計16的測量值（不依賴組分式流量計值）的累 計。
[0154] 在S13中，將這些累計執(zhí)行規(guī)定時間，作為最終的累計值，得到熱式流量計累計值 (質(zhì)量流量）Q1和不依賴組分式流量計累計值（體積流量）Q2。
[0155] 在S14中，利用下式，算出換算系數(shù)CF。
[0156] 換算系數(shù) CF =〔Q2X (273. 15+ (273. 15+Tf)) X ((101. 33+Pf) +101. 33)〕/〔 Q1 + γ〕
[0157] 在S15中，判定換算系數(shù)CF是否比甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4) = 0. 74小。這 是為了根據(jù)判定結(jié)果對組分進行近似。
[0158] 在換算系數(shù)CF比甲烷CH4的換算系數(shù)CF (CH4)小的情況下（CF < CF (CH4)的情 況下），前進至S16?S18。在該情況下，推定為包括甲烷CH4和丙烷C3H8這兩種成分，計 算它們的摩爾分率。
[0159] 在S16中，根據(jù)S14中求出的換算系數(shù)CF、甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4) =0. 74 以及丙烷C3H8的換算系數(shù)CF(C3H8) = 0. 34,利用下式，算出甲烷CH4的摩爾分率。
[0160] CH4 的摩爾分率=〔CF (CH4) X CF (C3H8) /CF-CF (CH4)〕/〔CF (C3H8) -CF (CH4)〕
[0161] 在S17中，根據(jù)在S16中求出的甲烷CH4的摩爾分率，利用下式算出丙烷C3H8的 摩爾分率。
[0162] C3H8的摩爾分率=1-CH4的摩爾分率
[0163] 在S18中，在上述推定之下，按下式將氮N2的摩爾分率設為0。
[0164] N2的摩爾分率=0
[0165] 在換算系數(shù)CF比甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4)大的情況下（CF > CF(CH4)的情 況下），前進至S19?S21。在該情況下，推定為包括甲烷CH4和氮N2這兩種成分，計算它 們的摩爾分率。
[0166] 在S19中，根據(jù)S14中求出的換算系數(shù)CF、甲烷CH4的換算系數(shù)CF(CH4) =0. 74 以及氮N2的換算系數(shù)CF(N2) = 1.00,利用下式，算出甲烷CH4的摩爾分率。
[0167] CH4 的摩爾分率=〔CF(CH4) XCF(N2)/CF-CF(CH4)〕/〔CF(N2)-CF(CH4)〕
[0168] 在S20中，根據(jù)在S19中求出的甲烷CH4的摩爾分率，利用下式算出氮N2的摩爾 分率。
[0169] N2的摩爾分率=1-CH4的摩爾分率
[0170] 在S21中，在上述推定之下，按下式將丙烷C3H8的摩爾分率設為0。
[0171] C3H8的摩爾分率=0
[0172] 在S16?S18或者S19?S21中計算摩爾分率后，前進至S22。
[0173] 在S22中，算出氣體燃料的發(fā)熱量（一定單位的燃料完全燃燒時產(chǎn)生的熱量）。具 體地說，根據(jù)預先準備的已知的CH4、C3H8的各發(fā)熱量和在S16?S21中求出的CH4、C3H8 的各摩爾分率，利用下式，算出氣體燃料的發(fā)熱量。
[0174] 氣體燃料的發(fā)熱量
[0175] = CH4的摩爾分率X CH4的發(fā)熱量+C3H8的摩爾分率X C3H8的發(fā)熱量
[0176] 在S23中，基于在S22中求出的氣體燃料的發(fā)熱量，算出燃料供應量，從而得到每 單位時間的目標供應發(fā)熱量。具體地說，將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以氣體燃料的 發(fā)熱量，來算出燃料供應量。
[0177] 燃料供應量=(每單位時間的目標供應發(fā)熱量V(氣體燃料的發(fā)熱量）
[0178] 在S24中，根據(jù)在S23中求出的燃料供應量和氣體燃料的組分（甲烷CH4的摩爾 分率和丙烷C3H8的摩爾分率），利用下式算出改性水供應量（目標值）。
[0179] 改性水供應量=燃料供應量X (CH4的摩爾分率X 1+C3H8的摩爾分 率 X3)/22. 414XS/CX18. 02
[0180] 式中的"1"為甲烷CH4的碳的數(shù)量，"3"為丙烷C3H8的碳的數(shù)量，22. 414為摩爾 容積（L/mol)，S/C為水碳比（目標值例如為2. 5)，18. 02為水蒸氣的分子量。
[0181] 在S25中，利用下式算出陰極空氣供應量（目標值）。
[0182] 空氣供應量=〔單元串聯(lián)個數(shù)X電流量X60〕/〔UaXFdX (空氣中的02的摩爾 分率 X4)〕X22. 414
[0183] 在此，Ua為預先決定的空氣利用率（目標值例如為0.30)，F(xiàn)d為法拉第常數(shù) (96485. 3399),22. 414為摩爾容積（L/mol)。另外，"4"為通過電極反應而從02生成的電 子的數(shù)量（參照上述的電極反應式）。
[0184] 此外，在此，根據(jù)目標發(fā)電條件算出了陰極空氣供應量，但也可以基于燃料供應量 和空燃比算出陰極空氣供應量。
[0185] 如此算出的燃料供應量、改性水供應量以及陰極空氣供應量分別被設定為控制上 的目標值，通過燃料供應裝置13、改性水供應裝置19以及陰極空氣供應裝置20,進行它們 的控制。
[0186] 根據(jù)本實施方式，在燃料電池系統(tǒng)中，即使在氣體燃料的性狀發(fā)生了變化的情況 下，也能夠推定燃料性狀，將發(fā)熱量作為管理值來精確地控制氣體燃料的供應量。特別是， 優(yōu)選在燃料電池系統(tǒng)的起動準備（升溫處理）時、停止處理（降溫處理）時，將發(fā)熱量作為 管理值來控制氣體燃料的供應量，能夠與氣體燃料的性狀變化無關地得到希望的發(fā)熱量。
[0187] 另外，根據(jù)本實施方式，還包含改性水供應量調(diào)整部F而構成，改性水供應量調(diào)整 部F基于由燃料供應量調(diào)整部E調(diào)整后的燃料供應量和由燃料性狀推定部C推定出的氣體 燃料的燃料性狀，調(diào)整改性水供應裝置19的改性水的供應量，因此，能夠與燃料供應量的 控制相對應地準確地控制改性水的供應量。
[0188] 此外，在上述的實施方式中，氣體燃料設為城市燃氣，氣體燃料的主成分設為CH4， 候選副成分設為丙烷C3H8(或者丁烷C4H10)和氮N2,但不限于這些。例如，氣體燃料除了 城市燃氣以外還可以是LPG等，氣體燃料的主成分除了甲烷CH4以外還可以是乙烷C2H6、丙 烷C3H8等。
[0189] 另外，也可以在氣體燃料例如從城市燃氣變更為LPG或者從LPG變更為城市燃氣 的情況下，自動檢測氣體燃料的變更，通知控制裝置，由控制裝置與氣體燃料的變更對應地 變更控制程序。
[0190] 另外，即使城市燃氣是混入有源自沼氣或者源自頁巖氣的烴類氣體的氣體或者混 入有石油化工廠中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的廢氣（不是源自天然氣的烴類氣體）的氣體，也能應 用本發(fā)明。
[0191] 但是，不管怎樣，優(yōu)選使用關于燃料氣體的主成分、熱量與其不同的可燃成分以及 不燃成分這三種成分的換算系數(shù)。
[0192] 另外，在上述實施方式中，說明了將熱式流量計3用作主流量計，將不依賴組分式 流量計4用作輔助流量計，但也可以將不依賴組分式流量計4用作主流量計，將熱式流量計 3用作輔助流量計。
[0193] 另外，在上述實施方式中，基于換算系數(shù)CF算出氣體成分的摩爾分率作為燃料性 狀，并將其作為參數(shù)算出對燃料供應量的校正值（校正系數(shù)），但也可以使用表示燃料性狀 的其它參數(shù)，還可以將換算系數(shù)CF自身作為參數(shù)來算出對燃料供應量的校正值。
[0194] 另外，在燃料電池系統(tǒng)的實施方式中，為了一并使用部分氧化反應作為改性反應， 在具備改性用空氣的供應裝置的情況下，也可以具備調(diào)整改性用空氣的供應量的改性空氣 供應量調(diào)整部。
[0195] 在該情況下，例如，利用下式算出改性用空氣供應量。
[0196] 改性用空氣供應量=燃料供應量X (CH4的摩爾分率X 1+C3H8的摩爾分率X 3) / (空氣中氧濃度）xo/c
[0197] 式中的0/C為氧碳比。
[0198] 另外，在燃料電池系統(tǒng)的實施方式中，在將發(fā)熱量作為管理值來控制燃料供應量 這一控制有效的系統(tǒng)的起動準備時，氣體燃料未成為會發(fā)生改性反應、電極反應的溫度，因 而使氣體燃料在燃燒器中燃燒來使溫度上升。
[0199] 在該情況下，例如利用下式算出燃燒用空氣的供應量。
[0200] 燃燒用空氣供應量=燃料供應量X (CH4的摩爾分率X 2+C3H8的摩爾分率X 5) / (空氣中氧濃度）XA/F
[0201] 式中的"2"為甲烷CH4的完全燃燒（CH4+202 - C02+2H20)所需的氧分子數(shù)，"5"為 丙烷C3H8的完全燃燒（C3H 8+502 - 3C02+4H20)所需的氧分子數(shù)，A/F為目標空燃比。
[0202] 此外，圖示的實施方式僅是用于示例本發(fā)明的，本發(fā)明不僅包含由已說明的實施 方式直接示出的內(nèi)容，當然還包含本領域技術人員在權利要求范圍內(nèi)所進行的各種改良/ 變更。
[0203] 附圖標記說明
[0204] 1供應對象
[0205] 2燃料供應裝置
[0206] 3熱式流量計
[0207] 4不依賴組分式流量計
[0208] 5燃料溫度傳感器
[0209] 6燃料壓力傳感器
[0210] 7控制裝置
[0211] 11燃料改性裝置
[0212] 12燃料電池堆
[0213] 13燃料供應裝置
[0214] 14脫硫器
[0215] 15熱式流量計
[0216] 16不依賴組分式流量計
[0217] 17燃料溫度傳感器
[0218] 18燃料壓力傳感器
[0219] 19改性水供應裝置
[0220] 20陰極空氣供應裝置
[0221] 21控制裝置
【權利要求】
1. 一種燃料供應系統(tǒng)， 包含燃料供應裝置、流量計以及控制裝置而構成，上述燃料供應裝置向供應對象供應 烴系氣體燃料，上述流量計測量由上述燃料供應裝置供應的上述氣體燃料的流量，上述控 制裝置被輸入上述流量計的信號而控制上述燃料供應裝置的供應量，上述燃料供應系統(tǒng)的 特征在于， 具備熱式流量計和能不依賴于上述氣體燃料的組分地測量流量的不依賴組分式流量 計作為上述流量計， 上述控制裝置包含測量流量異常判定部、換算系數(shù)設定部、燃料性狀推定部、發(fā)熱量推 定部以及燃料供應量調(diào)整部而構成， 上述測量流量異常判定部基于上述熱式流量計的測量值與上述不依賴組分式流量計 的測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)， 在判斷為上述異常狀態(tài)的情況下，上述換算系數(shù)設定部設定對上述熱式流量計的測量 值的換算系數(shù)， 上述燃料性狀推定部基于上述換算系數(shù)，推定上述氣體燃料的燃料性狀， 上述發(fā)熱量推定部基于上述氣體燃料的燃料性狀，推定上述氣體燃料的發(fā)熱量， 上述燃料供應量調(diào)整部基于上述氣體燃料的發(fā)熱量，調(diào)整上述燃料供應裝置的上述氣 體燃料的供應量，從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的燃料供應系統(tǒng)，其特征在于， 上述換算系數(shù)設定部基于上述不依賴組分式流量計的測量值與上述熱式流量計的測 量值之比，設定換算系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的燃料供應系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料性狀推定部根據(jù)由上述換算系數(shù)設定部設定的換算系數(shù)與對上述氣體燃料 的主成分預先決定的換算系數(shù)的比較結(jié)果，從預先決定的候選副成分中確定副成分，基于 由上述換算系數(shù)設定部設定的換算系數(shù)和對上述主成分和上述確定的副成分預先決定的 換算系數(shù)，求出上述主成分和上述確定的副成分的摩爾分率。
4. 根據(jù)權利要求3所述的燃料供應系統(tǒng)，其特征在于， 上述候選副成分為：可燃性成分，其發(fā)熱量與上述氣體燃料的主成分的發(fā)熱量不同； 以及不燃性成分。
5. 根據(jù)權利要求3所述的燃料供應系統(tǒng)，其特征在于， 上述發(fā)熱量推定部根據(jù)上述主成分和上述確定的副成分的各發(fā)熱量和各摩爾分率，算 出上述氣體燃料的發(fā)熱量。
6. 根據(jù)權利要求1所述的燃料供應系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料供應量調(diào)整部將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以上述氣體燃料的發(fā)熱量， 來算出目標燃料供應量。
7. -種燃料電池系統(tǒng)， 包含燃料改性裝置、燃料電池堆、燃料供應裝置、流量計以及控制裝置而構成，上述燃 料改性裝置對烴系氣體燃料進行水蒸氣改性而生成富氫的改性燃料，上述燃料電池堆通過 所生成的改性燃料與空氣的電化學反應進行發(fā)電，上述燃料供應裝置向上述改性裝置供應 上述氣體燃料，上述流量計測量從上述燃料供應裝置向上述改性裝置供應的上述氣體燃料 的流量，上述控制裝置被輸入上述流量計的信號而控制上述燃料供應裝置的供應量，上述 燃料電池系統(tǒng)的特征在于， 具備熱式流量計和能不依賴于上述氣體燃料的組分地測量流量的不依賴組分式流量 計作為上述流量計， 上述控制裝置包含測量流量異常判定部、換算系數(shù)設定部、燃料性狀推定部、發(fā)熱量推 定部以及燃料供應量調(diào)整部而構成， 上述測量流量異常判定部基于上述熱式流量計的測量值與上述不依賴組分式流量計 的測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)， 在判斷為上述異常狀態(tài)的情況下，上述換算系數(shù)設定部設定對上述熱式流量計的測量 值的換算系數(shù)， 上述燃料性狀推定部基于上述換算系數(shù)，推定上述氣體燃料的燃料性狀， 上述發(fā)熱量推定部基于上述氣體燃料的燃料性狀，推定上述氣體燃料的發(fā)熱量， 上述燃料供應量調(diào)整部基于上述氣體燃料的發(fā)熱量，調(diào)整上述燃料供應裝置的上述氣 體燃料的供應量，從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
8. 根據(jù)權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述換算系數(shù)設定部基于上述不依賴組分式流量計的測量值與上述熱式流量計的測 量值之比，設定換算系數(shù)。
9. 根據(jù)權利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料性狀推定部根據(jù)由上述換算系數(shù)設定部設定的換算系數(shù)與對上述氣體燃料 的主成分預先決定的換算系數(shù)的比較結(jié)果，從預先決定的候選副成分中確定副成分，基于 由上述換算系數(shù)設定部設定的換算系數(shù)和對上述主成分和上述確定的副成分預先決定的 換算系數(shù)，求出上述主成分和上述確定的副成分的摩爾分率。
10. 根據(jù)權利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述候選副成分為：可燃性成分，其發(fā)熱量與上述氣體燃料的主成分的發(fā)熱量不同； 以及不燃性成分。
11. 根據(jù)權利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述發(fā)熱量推定部根據(jù)上述主成分和上述確定的副成分的各發(fā)熱量和各摩爾分率，算 出上述氣體燃料的發(fā)熱量。
12. 根據(jù)權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料供應量調(diào)整部將每單位時間的目標供應發(fā)熱量除以上述氣體燃料的發(fā)熱量， 來算出目標燃料供應量。
13. 根據(jù)權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包含向上述燃料改性裝置供應用于上述水蒸氣改性的水的改性水供應裝置而構成， 上述控制裝置還包含改性水供應量調(diào)整部而構成，上述改性水供應量調(diào)整部基于由上 述燃料供應量調(diào)整部調(diào)整后的燃料供應量和由上述燃料性狀推定部推定出的上述氣體燃 料的燃料性狀，調(diào)整上述改性水供應裝置的上述水的供應量。
14. 一種燃料供應系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方法， 上述燃料供應系統(tǒng)包含燃料供應裝置和流量計而構成，上述燃料供應裝置向供應對象 供應烴系氣體燃料，上述流量計測量由上述燃料供應裝置供應的上述氣體燃料的流量，上 述燃料供應系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方法的特征在于， 一并使用熱式流量計和能不依賴于上述氣體燃料的組分地測量流量的不依賴組分式 流量計作為上述流量計， 為了控制上述燃料供應裝置的供應量，具有： 測量流量異常判定步驟，基于上述熱式流量計的測量值與上述不依賴組分式流量計的 測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)； 換算系數(shù)設定步驟，在判斷為上述異常狀態(tài)的情況下，設定對上述熱式流量計的測量 值的換算系數(shù)； 燃料性狀推定步驟，基于上述換算系數(shù)，推定上述氣體燃料的燃料性狀； 發(fā)熱量推定步驟，基于上述氣體燃料的燃料性狀，推定上述氣體燃料的發(fā)熱量；以及 燃料供應量步驟，基于上述氣體燃料的發(fā)熱量，調(diào)整上述燃料供應裝置的上述氣體燃 料的供應量，從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
15. -種燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方法， 上述燃料電池系統(tǒng)包含燃料改性裝置、燃料電池堆、燃料供應裝置以及流量計而構成， 上述燃料改性裝置對烴系氣體燃料進行水蒸氣改性而生成富氫的改性燃料，上述燃料電池 堆通過所生成的改性燃料與空氣的電化學反應進行發(fā)電，上述燃料供應裝置向上述改性裝 置供應上述氣體燃料，上述流量計測量從上述燃料供應裝置向上述改性裝置供應的上述氣 體燃料的流量，上述燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方法的特征在于， 一并使用熱式流量計和能不依賴于上述氣體燃料的組分地測量流量的不依賴組分式 流量計作為上述流量計， 為了控制上述燃料供應裝置的燃料供應量，具有： 測量流量異常判定步驟，基于上述熱式流量計的測量值與上述不依賴組分式流量計的 測量值的乖離程度來判斷是否為異常狀態(tài)； 換算系數(shù)設定步驟，在判斷為上述異常狀態(tài)的情況下，設定對上述熱式流量計的測量 值的換算系數(shù)； 燃料性狀推定步驟，基于上述換算系數(shù)，推定上述氣體燃料的燃料性狀； 發(fā)熱量推定步驟，基于上述氣體燃料的燃料性狀，推定上述氣體燃料的發(fā)熱量；以及 燃料供應量調(diào)整步驟，基于上述氣體燃料的發(fā)熱量，調(diào)整上述燃料供應裝置的上述氣 體燃料的供應量，從而得到每單位時間的目標供應發(fā)熱量。
【文檔編號】H01M8/06GK104067051SQ201380006295
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月23日 優(yōu)先權日:2012年1月23日
【發(fā)明者】冢越莊一, 水野康 申請人:吉坤日礦日石能源株式會社