(57)【要約】【課題】  外部に取り出すことのできる電力を実質的に最大にすることができる燃料電池発電方法および装置を提供する。【解決手段】  燃料電池発電装置１０は、酸化剤および水素を用いて電気化学的に発電を行う燃料電池１２と、燃料電池１２を冷却するファン１６とを備えている。燃料電池発電装置１０は、燃料電池１２における発電電力を検出する発電電力検出手段２０と、ファン１６の消費電力を検出する消費電力検出手段２２と、ファン１６の消費電力を制御するファン制御部２６とを備えている。ファン制御部２６は、ファン１６の消費電力を所定の最大値から所定の値ずつ段階的に減少させ、発電電力から消費電力を減算して実効発電電力を算出する。ファン制御部２６は、ファン１６の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、直前の実効発電電力よりも低くなった場合に、ファン１６の消費電力を直前の消費電力に設定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却装置を駆動させて燃料電池を冷却しながら、前記燃料電池内で酸化剤および水素を用いて電気化学的に発電を行う燃料電池発電方法であって、
前記燃料電池における発電電力を検出し、
前記冷却装置の消費電力を検出し、
前記発電電力から前記消費電力を減算して実効発電電力を算出し、
前記実効発電電力が実質的に最大となるように前記冷却装置の消費電力を制御することを特徴とする燃料電池発電方法。
【請求項２】
前記冷却装置の消費電力を変化させて前記実効発電電力が実質的に最大になるような消費電力を求め、
前記冷却装置の消費電力を前記求められた消費電力に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電方法。
【請求項３】
前記冷却装置の消費電力を所定の最大値から所定の値ずつ段階的に減少させ、
前記冷却装置の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記減少させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電方法。
【請求項４】
前記冷却装置の消費電力を所定の最小値から所定の値ずつ段階的に増加させ、
前記冷却装置の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記増加させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電方法。
【請求項５】
前記燃料電池が設置される環境の温度を検出し、
前記検出された温度が、前記冷却装置の消費電力を設定したときに検出された温度よりも所定値以上低下した場合に、
前記冷却装置の消費電力を所定の値ずつ段階的に減少させ、
前記冷却装置の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記減少させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電方法。
【請求項６】
前記燃料電池が設置される環境の温度を検出し、
前記検出された温度が、前記冷却装置の消費電力を設定したときに検出された温度よりも所定値以上上昇した場合に、
前記冷却装置の消費電力を所定の値ずつ段階的に増加させ、
前記冷却装置の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記増加させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電方法。
【請求項７】
前記検出された温度と該温度における実効発電電力が実質的に最大になる前記冷却装置の消費電力とを関連づけた情報を蓄積し、
前記蓄積された情報に基づいて、前記検出された温度における実効発電電力が実質的に最大になるように前記冷却装置の消費電力を設定することを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池発電方法。
【請求項８】
所定の時間ごとに前記冷却装置の消費電力を所定の最大値に設定し、
前記冷却装置の消費電力を前記所定の最大値から所定の値ずつ段階的に減少させ、
前記冷却装置の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記減少させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電方法。
【請求項９】
所定の時間ごとに前記冷却装置の消費電力を所定の最小値に設定し、
前記冷却装置の消費電力を前記所定の最小値から所定の値ずつ段階的に増加させ、
前記冷却装置の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記増加させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電方法。
【請求項１０】
酸化剤および水素を用いて電気化学的に発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却装置と、
前記燃料電池における発電電力を検出する発電電力検出手段と、
前記冷却装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、
前記発電電力検出手段により検出された発電電力から前記消費電力検出手段により検出された消費電力を減算して実効発電電力を算出し、前記実効発電電力が実質的に最大となるように前記冷却装置の消費電力を設定する制御部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記冷却装置の消費電力を変化させて前記実効発電電力が実質的に最大になるような消費電力を求め、前記冷却装置の消費電力を前記求められた消費電力に設定することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記冷却装置の消費電力を所定の最大値から所定の値ずつ段階的に減少させ、前記冷却装置の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記減少させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記冷却装置の消費電力を所定の最小値から所定の値ずつ段階的に増加させ、前記冷却装置の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記増加させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１４】
前記燃料電池が設置される環境の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記温度検出手段により検出された温度が、前記冷却装置の消費電力を設定したときに検出された温度よりも所定値以上低下した場合に、前記冷却装置の消費電力を所定の値ずつ段階的に減少させ、前記冷却装置の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記減少させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１５】
前記燃料電池が設置される環境の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記温度検出手段により検出された温度が、前記冷却装置の消費電力を設定したときに検出された温度よりも所定値以上上昇した場合に、前記冷却装置の消費電力を所定の値ずつ段階的に増加させ、前記冷却装置の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記増加させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記検出された温度と該温度における実効発電電力が実質的に最大になる前記冷却装置の消費電力とを関連づけた情報を蓄積し、前記蓄積された情報に基づいて、前記検出された温度における実効発電電力が実質的に最大になるように前記冷却装置の消費電力を設定することを特徴とする請求項１４または１５に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１７】
前記制御部は、所定の時間ごとに前記冷却装置の消費電力を所定の最大値に設定し、前記冷却装置の消費電力を前記所定の最大値から所定の値ずつ段階的に減少させ、前記冷却装置の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記減少させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１８】
前記制御部は、所定の時間ごとに前記冷却装置の消費電力を所定の最小値に設定し、前記冷却装置の消費電力を前記所定の最小値から所定の値ずつ段階的に増加させ、前記冷却装置の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、前記冷却装置の消費電力を増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、前記冷却装置の消費電力を前記増加させる前の消費電力に設定することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１９】
前記燃料電池は固体高分子型燃料電池であることを特徴とする請求項１０から１８のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電方法および装置に係り、特に発電に伴う発熱を冷却装置により除去しつつ、水素に富んだガスと酸化剤ガスを供給して電気化学的に発電を行う燃料電池発電方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素に富んだガスと酸化剤ガスを燃料電池に供給して電気化学的な発電を行う燃料電池発電装置が知られている。このような燃料電池発電装置は発電に伴い発熱する。したがって、燃料電池に使用されている電解質・電極触媒の耐熱性および効率のよい発電の維持の観点から、燃料電池発電装置を一定の温度に維持するため冷却を行う必要がある。
【０００３】
天然ガスなどの炭化水素系燃料を水素に富んだガスに変換する改質装置を含む燃料電池発電装置においては、水などの冷媒との熱交換により改質装置および燃料電池の冷却を行うことが多い。回収された熱は貯湯槽などに蓄熱して有効に消費される。
【０００４】
また、固体高分子型燃料電池システムにおいては、燃料電池の作動温度が他種の燃料電池と比較して低く、燃料電池スタックそのものは、水などを用いた冷却を必ずしも必要とはしない。しかしながら、上述したように炭化水素系燃料の改質装置を含むシステムにおいては、水などの冷媒を用いて改質装置を含めた冷却が行われることが多い。
【０００５】
一方、発電電力が比較的小さく、かつ改質装置を含まず、水素と酸化剤ガス（主として空気）を用いて発電を行う固体高分子型燃料電池においては、ポンプやバルブ、熱交換器などの冷却設備を省くことができるため、運転中は冷却ファンによる空冷がなされるのが一般である。
【０００６】
一般に、燃料電池の発電出力は、一定の運転条件においては燃料電池スタックの温度により変化し、燃料電池スタックの温度が低いほど高くなる傾向がある。したがって、空冷式固体高分子型燃料電池の冷却ファンを選択する場合には、良好な発電を維持するために十分な冷却を行うことができる規模のファンが選択され、このような冷却ファンはほぼ最高出力で運転される。
【０００７】
本発明者らは、種々の条件において空冷式固体高分子型燃料電池の発電試験を実施し、一定発電状態において冷却ファンの冷却性能が向上すると、燃料電池の発電出力は増加傾向を示すものの、冷却ファンの冷却性能の向上が必ずしもこの外部に取り出すことのできる電力の増大につながらない場合があることを見出した。すなわち、ファンの冷却性能の向上はファンの動力（消費電力）の増加を伴い、ファンは燃料電池から電力供給を受けているために、外部に取り出すことのできる電力に着目すると、冷却ファンの冷却性能の向上が、必ずしもこの外部に取り出すことのできる電力の増大につながらない場合があることがわかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、外部に取り出すことのできる電力を実質的に最大にすることができる燃料電池発電方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、外部に取り出すことのできる電力を実質的に最大にすることができる燃料電池発電方法が提供される。この方法によれば、冷却装置を駆動させて燃料電池を冷却しながら、上記燃料電池内で酸化剤および水素を用いて電気化学的に発電を行う。上記燃料電池における発電電力を検出し、上記冷却装置の消費電力を検出する。上記発電電力から上記消費電力を減算して実効発電電力を算出する。上記実効発電電力が実質的に最大となるように上記冷却装置の消費電力を制御する。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、外部に取り出すことのできる電力を実質的に最大にすることができる燃料電池発電装置が提供される。この燃料電池発電装置は、酸化剤および水素を用いて電気化学的に発電を行う燃料電池と、上記燃料電池を冷却する冷却装置とを備えている。燃料電池発電装置は、上記燃料電池における発電電力を検出する発電電力検出手段と、上記冷却装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、上記冷却装置を制御する制御部とを含んでいる。制御部は、上記発電電力検出手段により検出された発電電力から上記消費電力検出手段により検出された消費電力を減算して実効発電電力を算出し、上記実効発電電力が実質的に最大となるように上記冷却装置の消費電力を設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外部に取り出すことのできる電力、すなわち燃料電池における発電電力から冷却装置の消費電力を減算した実効発電電力を実質的に最大にすることができ、高効率の発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、図１から図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、燃料電池の発電電力および実効発電電力と冷却ファンの駆動動力（消費電力）との関係を気温（外部温度）ごとに示したグラフである。図１からわかるように、ファンの消費電力（動力）を増加させると、ファンの冷却能力が向上するため、燃料電池の発電電力は上昇する。逆に、ファンの消費電力を減少させると、燃料電池の温度が上昇する結果、燃料電池の発電電力は減少する。
【００１４】
ここで、実効発電電力は、燃料電池の発電電力からファンの消費電力（動力）を減算したものであり、実際に燃料電池発電装置の外部で取り出すことができる電力である。図１に示されるように、実効発電電力は、気温により若干異なった値をとるが、ファン消費電力が特定の値になったときに最大となる。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態における燃料電池発電装置１０を示す模式図である。図２に示すように、燃料電池発電装置１０は、酸化剤および水素を用いて電気化学的発電を行う燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２を収容した筐体１４と、筐体１４の内部を換気する放熱用の冷却ファン１６とを備えている。このファン１６は、燃料電池スタック１２を冷却する冷却装置として機能する。
【００１６】
また、燃料電池発電装置１０は、燃料電池スタック１２における発電電力を検出する発電電力検出手段２０と、ファン１６の消費電力を検出する消費電力検出手段２２と、燃料スタック１２が設置された環境の温度を測定する温度検出手段２４と、ファン１６の消費電力を制御するファン制御部２６とを備えている。ファン１６は出力を可変制御することができるようになっており、ファン制御部２６においてファン１６の消費電力を調整することでファン１６の出力が制御される。なお、図２に示される温度検出手段２４は、燃料電池スタック１２を収容する筐体１４の内部の温度を検出するようになっているが、燃料電池スタック１２が設置される環境の温度（環境温度）を検出できるものであればよく、例えば、筐体１４が設置される空間の気温（外部温度）を検出するものであってもよい。例えば、発電電力検出手段２０や消費電力検出手段２２としては誘導形電力量計や電子式電力量計などを用いることができ、温度検出手段２４としては熱電対や白金測温抵抗体、サーミスタなどを用いることができる。
【００１７】
このような構成において、ファン制御部２６は、燃料電池スタック１２における発電電力とファン１６の消費電力とをモニタし、これらから算出される実効発電電力が実質的に最大となるようにファン１６の消費電力を制御する。以下、ファン制御部２６によるファン１６の制御方法の例について説明する。
【００１８】
図３は、ファン制御部２６によるファン１６の制御方法の第１の例を示すフローチャートである。この第１の例は、ファン１６の消費電力を最大消費電力（最大値）から所定の値ずつ段階的に減少させ、ファン１６の消費電力を減少させた後の実効発電電力が、減少させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、減少させる前の消費電力にファン１６の消費電力を設定することによって、実効発電電力を実質的に最大にしようとするものである。
【００１９】
例えば、図４に示されるように、ファン１６の消費電力を最大消費電力Ｃ０から減少させていくと、実効発電電力は最大値Ｅ１になるまで増加傾向を示す（図４のＲ１領域）。実効発電電力が最大値Ｅ１になった後もファン１６の消費電力を減少させると、実効発電電力は減少傾向を示す（図４のＲ２領域）。図３に示される第１の例は、このような実効発電電力とファン消費電力との関係を利用するものである。すなわち、ファン１６の消費電力を最大消費電力Ｃ０から段階的に減少させていったときに、実効発電電力が増加する間はさらにファン消費電力を減少させ、実効発電電力が減少に転じたときに１ステップ前の直前の消費電力にファン１６の消費電力を設定することにより、実効発電電力を実質的に最大にするものである。
【００２０】
より具体的には、図３に示すように、まず、燃料電池スタック１２における発電が定常状態になるまで、最大消費電力でファン１６が駆動される（ステップＳ１）。燃料電池スタック１２における発電が定常状態になったと判断されると（ステップＳ２）、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップＳ３）。そして、ファン１６の消費電力を所定量だけ、例えばファンの最大消費電力のｘ％だけ減少させる（ステップＳ４）。その後、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップＳ５）。そして、現在の実効発電電力と、消費電力を減少させる前の直前の実効発電電力とが比較され、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなったかどうかが判断される（ステップＳ６）。
【００２１】
ここで、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも高いということは、現在のファン消費電力が図４におけるＲ１領域にあることを意味している。したがって、この場合には、上述したステップＳ４に戻ってさらにファン１６の消費電力をｘ％だけ減少させる。
【００２２】
一方、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなったということは、ファン消費電力が図４におけるＣ１を越えてＲ２領域に入ったことを意味しており、実質的に実効発電電力が最大となる消費電力は直前の消費電力であると考えられる。したがって、ファン１６の消費電力を直前の値に設定する、すなわち消費電力をｘ％だけ増加させる（ステップＳ７）。この状態で燃料電池発電装置１０の運転が継続され（ステップＳ８）、実質的に最大の実効発電電力で発電が行われる。
【００２３】
なお、燃料電池の発電出力は急峻に変化しないので、ファン１６の消費電力を変化させてから実効発電電力を算出するまでに十分な時間をとって、発電電力が安定するのを待つことが好ましい。また、上述の例では、ファン１６の消費電力を最大消費電力のｘ％ずつ減少させることとしたが、これに限られず、任意の量だけ消費電力を減少させることができる。
【００２４】
図５は、ファン制御部２６によるファン１６の制御方法の第２の例を示すフローチャートである。この第２の例は、ファン１６の消費電力を予め決められた値（最小値）から所定の値ずつ段階的に増加させ、ファン１６の消費電力を増加させた後の実効発電電力が、増加させる前の実効発電電力よりも低くなった場合に、増加させる前の消費電力にファン１６の消費電力を設定することによって、実効発電電力を実質的に最大にしようとするものである。
【００２５】
例えば、図４に示されるように、ファン１６の消費電力を予め決められた最小値Ｃ２から増加させていくと、実効発電電力は最大値Ｅ１になるまで増加傾向を示す（図４のＲ２領域）。実効発電電力が最大値Ｅ１になった後もファン１６の消費電力を増加させると、実効発電電力は減少傾向を示す（図４のＲ１領域）。図５に示される第２の例は、このような実効発電電力とファン消費電力との関係を利用するものである。すなわち、ファン１６の消費電力を最小値Ｃ２から段階的に増加させていったときに、実効発電電力が増加する間はさらにファン消費電力を増加させ、実効発電電力が減少に転じたときに１ステップ前の直前の消費電力にファン１６の消費電力を設定することにより、実効発電電力を実質的に最大にするものである。
【００２６】
より具体的には、図５に示すように、まず、燃料電池スタック１２における発電が定常状態になるまで、ファン１６が予め決められた最小消費電力で駆動される（ステップＳ１１）。燃料電池スタック１２における発電が定常状態になったと判断されると（ステップＳ１２）、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップＳ１３）。そして、ファン１６の消費電力を所定量だけ、例えばファンの最大消費電力のｘ％だけ増加させる（ステップＳ１４）。そして、ファン１６の消費電力が最大消費電力に達したかどうかが判断され（ステップ１５）、最大消費電力に達している場合には、それ以上消費電力を増加させることはできないので、燃料電池発電装置１０はそのままの状態で運転される（ステップ１６）。
【００２７】
一方、ファン１６の消費電力が最大消費電力に達していない場合には、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップ１７）。そして、現在の実効発電電力と、消費電力を増加させる前の直前の実効発電電力とが比較され、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなったかどうかが判断される（ステップＳ１８）。
【００２８】
ここで、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも高いということは、現在のファン消費電力が図４におけるＲ２領域にあることを意味している。したがって、この場合には、上述したステップＳ１４に戻ってさらにファン１６の消費電力をｘ％だけ増加させる。
【００２９】
一方、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなったということは、ファン消費電力が図４における最適消費電力Ｃ１を越えてＲ１領域に入ったことを意味しており、実質的に実効発電電力が最大となる消費電力は直前の消費電力であると考えられる。したがって、ファン１６の消費電力を直前の値に設定する、すなわち消費電力をｘ％だけ減少させる（ステップＳ１９）。この状態で燃料電池発電装置１０の運転が継続され（ステップＳ１６）、実質的に最大の実効発電電力で発電が行われる。
【００３０】
なお、燃料電池の発電出力は急峻に変化しないので、ファン１６の消費電力を変化させてから実効発電電力を算出するまでに十分な時間をとって、発電電力が安定するのを待つことが好ましい。また、上述の例では、ファン１６の消費電力を最大消費電力のｘ％ずつ増加させることとしたが、これに限られず、任意の量だけ消費電力を増加させることができる。
【００３１】
図６は、ファン制御部２６によるファン１６の制御方法の第３の例を示すフローチャートである。図１からわかるように、気温が変化すると、ファン１６の消費電力が同一であってもファン１６の冷却能力が変化し、実効発電電力が最大となる消費電力も変化する。この第３の例は、このような気温の変化にも対応できる制御方法である。すなわち、この第３の例は、上述した第１または第２の例によってファン１６の消費電力が最適な値に設定された後、温度検出手段２４により検出された現在の環境温度（燃料電池スタック１２が設置された環境の温度）が、消費電力の設定時の環境温度から一定以上離れた場合に、ファン１６の消費電力の再設定を行って実効発電電力を実質的に最大にしようとするものである。
【００３２】
例えば、図７に示されるように、環境温度がＴ１からＴ２に上昇すると、実効発電電力の特性曲線はＰ１からＰ２に移動する。すなわち、温度Ｔ１の特性曲線Ｐ１上で実効発電電力が最大値Ｅ１になるようにファン１６の消費電力をＣ１に設定しても、温度がＴ１からＴ２に上昇すると特性曲線がＰ１からＰ２に移動するため、特性曲線Ｐ２上で実効発電電力を最大にするためには、ファン１６の消費電力をＣ３まで増加させる必要が生じる。同様に、環境温度がＴ１からＴ３に上昇すると、実効発電電力の特性曲線はＰ１からＰ３に移動するので、特性曲線Ｐ３上で実効発電電力を最大にするためには、ファン１６の消費電力を減少させる必要が生じる。したがって、本実施形態では、環境温度の変化に応じてファン１６の消費電力を再調整して、実効発電電力を実質的に最大にする。
【００３３】
例えば、第１の例で述べた制御方法によりファン１６の消費電力が設定されている状態（ステップＳ６）を考える。このとき、温度検出手段２４により環境温度が検出され（ステップＳ２１）、検出された温度とファン１６の消費電力がファン制御部２６内のメモリに記憶される（ステップＳ２２）。そして、温度検出手段２４により環境温度が検出され（ステップＳ２３）、このときの環境温度がファン制御部２６内のメモリに記憶されている温度と比較され、これらの温度の差が所定値より大きいかどうかが判断される（ステップＳ２４）。
【００３４】
温度差が所定値を越えていない場合は、ステップＳ２３に戻り、そのまま運転を継続する。一方、温度差が所定値より大きい場合には、ファン１６の消費電力の再設定が必要であるとして以下の処理が行われる。
【００３５】
まず、現在の環境温度と記憶されている環境温度とが比較され、温度が低下したのかどうかが判断される（ステップＳ２５）。温度が低下したと判断された場合には、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップＳ２６）。そして、ファン１６の消費電力をｘ％だけ減少させる（ステップＳ２７）。その後、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップＳ２８）。そして、現在の実効発電電力と、消費電力を減少させる前の直前の実効発電電力とが比較され、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなったかどうかが判断される（ステップＳ２９）。
【００３６】
現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも高い場合には、上述したステップＳ２７に戻ってさらにファン１６の消費電力をｘ％だけ減少させる。一方、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなった場合には、ファン１６の消費電力を直前の値に設定する、すなわち消費電力をｘ％だけ増加させる（ステップＳ３０）。そして、ステップＳ２２に戻り、検出された温度とファン１６の消費電力をファン制御部２６内のメモリに記憶して、運転が継続される。
【００３７】
一方、現在の環境温度が記憶されている環境温度から上昇している場合には、ファン１６の消費電力が最大消費電力の（１００−ｘ）％以上であるかどうかが判断され（ステップＳ３１）、（１００−ｘ）％以上である場合にはそのままステップ２２に戻り、検出された温度とファン１６の消費電力をファン制御部２６内のメモリに記憶して、運転が継続される。ファン１６の消費電力が最大消費電力の（１００−ｘ）％より低い場合には、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップＳ３２）。そして、ファン１６の消費電力をｘ％だけ増加させる（ステップＳ３３）。その後、発電電力検出手段２０により検出された発電電力から消費電力検出手段２２により検出された消費電力が減算され実効発電電力が算出される（ステップ３４）。そして、現在の実効発電電力と、消費電力を増加させる前の直前の実効発電電力とが比較され、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなったかどうかが判断される（ステップＳ３５）。
【００３８】
現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも高い場合は、上述したステップＳ３１に戻る。一方、現在の実効発電電力が直前の実効発電電力よりも低くなっている場合には、ファン１６の消費電力を直前の値に設定する、すなわち消費電力をｘ％だけ減少させる（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ２２に戻り、検出された温度とファン１６の消費電力をファン制御部２６内のメモリに記憶して、運転が継続される。
【００３９】
このような制御を行うことによって、実効発電電力が最大となるようにファン１６の消費電力を設定した後に環境温度が変化した場合においても、実効発電電力が最大となるようにファン１６の消費電力を再設定することが可能となる。
【００４０】
この場合において、環境温度と、該温度における実効発電電力を最大にする消費電力とを関連づけてファン制御部２６のメモリに記憶・学習・蓄積してもよい。この場合には、メモリに記憶されている情報から直接その温度における実効発電電力を最大にする消費電力に設定することができる。したがって、上述したようにファン１６の消費電力を変化させずに実効発電電力を最大にする消費電力を得ることができ、消費電力を変化させる工程を省くことができる。
【００４１】
また、上述の第３の例においては、環境温度の変化に応じてファン１６の消費電力を制御した場合について説明したが、実効発電電力は環境温度の変化以外の要因によっても変化するので、例えば、一定の時間ごとにファン１６の消費電力を最大消費電力まで上げて、そこから上述の第１の例で説明した方法によって実効発電電力が最大となるようにファン１６の消費電力を設定してもよい。あるいは、一定の時間ごとにファン１６の消費電力を予め決められた最小値まで下げて、そこから上述の第２の例で説明した方法によって実効発電電力が最大となるようにファン１６の消費電力を設定してもよい。また、上述した例では、ファン１６の消費電力を所定量ずつ段階的に変化させた場合について説明したが、これに限られるものではなく、消費電力の変化量を無限小にして消費電力を連続的に変化させ、実効発電電力が最大となる消費電力を正確に求めることとしてもよい。
【００４２】
なお、上述した燃料電池発電装置１０の燃料電池スタック１２としては、低温で作動可能で起動時間の短い固体高分子型燃料電池を用いることが好ましい。また、上述した実施形態では、冷却装置として冷却ファンを備えた空冷式燃料電池発電装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、冷却装置として水冷装置を備えた水冷式燃料電池発電装置にも本発明を適用することができる。
【００４３】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】燃料電池の発電電力および燃料電池発電装置の実効発電電力と冷却ファンの消費電力との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態における燃料電池発電装置を示す模式図である。
【図３】図２に示す燃料電池発電装置のファンの制御方法の第１の例を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池発電装置の実効発電電力と冷却ファンの消費電力との関係を示すグラフである。
【図５】図２に示す燃料電池発電装置のファンの制御方法の第２の例を示すフローチャートである。
【図６】図２に示す燃料電池発電装置のファンの制御方法の第３の例を示すフローチャートである。
【図７】燃料電池発電装置の実効発電電力と冷却ファンの消費電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１０    燃料電池発電装置
１２    燃料電池スタック
１４    筐体
１６    ファン
２０    発電電力検出手段
２２    消費電力検出手段
２４    温度検出手段
２６    ファン制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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