(57)【要約】【課題】圧縮自着火を確実に行うことが出来る予混合圧縮自着火機関の提供、及び高温作動型燃料電池を備えた発電システムであって、負荷追従が容易であるような複合発電システム及びその制御方法の提供。【解決手段】空気供給系統（Ａｅ）及び／又は予混合気供給系統（Ｍ）に熱交換器（排ガス熱交換器５，５１，５２の何れか）が介装されており、該熱交換器（排ガス熱交換器５，５１，５２の何れか）は燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の排気ガス系統（Ｇｆ２）に介装されており、燃料電池（１）の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関（２）に供給される空気（Ａｅ）及び／又は予混合気（Ｍ）へ投入する様に構成されていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給系統及び／又は予混合気供給系統に熱交換器が介装されており、該熱交換器は燃料電池の排気ガス系統に介装されており、燃料電池の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関に供給される空気及び／又は予混合気へ投入する様に構成されていることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
【請求項２】
燃料電池の排気ガス系統が供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第２の供給系統が合流していることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
【請求項３】
燃料電池のオフガスラインが供給系統に合流しており、当該供給系統には燃料を供給する燃料供給系統も合流していることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
【請求項４】
燃料電池のオフガスラインが供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第２の供給系統が合流していることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
【請求項５】
燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、予混合圧縮自着火機関の空気供給系統及び／又は予混合気供給系統に熱交換器が介装されており、該熱交換器は燃料電池の排気ガス系統に介装されており、燃料電池の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関に供給される空気及び／又は予混合気へ投入する様に構成されていることを特徴とする複合発電システム。
【請求項６】
燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、燃料電池の排気ガス系統が前記予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第２の供給系統が合流していることを特徴とする複合発電システム。
【請求項７】
燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、燃料電池のオフガスラインが前記予混合圧縮自着火機関の供給系統に合流しており、当該供給系統には燃料を供給する燃料供給系統も合流していることを特徴とする複合発電システム。
【請求項８】
燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、燃料電池のオフガスラインが前記予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第２の供給系統が合流していることを特徴とする複合発電システム。
【請求項９】
予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を制御する手段と、予混合圧縮自着火機関の第２の供給系統に添加される燃料供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基いて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項５の複合発電システム。
【請求項１０】
予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、供給系統に連通している排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を制御する手段と、予混合圧縮自着火機関の供給系統に空気及び燃料を供給する第２の供給系統から添加される燃料及び空気の供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基いて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項６の複合発電システム。
【請求項１１】
予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、予混合圧縮自着火機関の供給系統に合流している燃料電池のオフガスラインを流れる燃料電池のオフガス流量を制御する手段と、当該供給系統に合流している燃料供給系統を介して添加される燃料の供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基づいて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項７の複合発電システム。
【請求項１２】
予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通している燃料電池のオフガスラインを流れる燃料電池のオフガス流量を制御する手段、該供給系統に合流する第２の供給系統を介して添加される空気及び燃料の供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基いて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項８の複合発電システム。
【請求項１３】
前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少する制御を行う様に構成されている請求項９の複合発電システム。
【請求項１４】
前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を減少する制御を行う様に構成されている請求項１０〜１２の何れか１項の複合発電システム。
【請求項１５】
前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されている請求項１０の複合発電システム。
【請求項１６】
前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通し又は合流するオフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されている請求項１１、１２の何れかの複合発電システム。
【請求項１７】
前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記供給系統に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されている請求項９〜１２の何れか１項の複合発電システム。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、電力負荷が変動した場合に予混合圧縮自着火機関の出力のみを変動し、燃料電池の出力は変動させず、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関の出力変動が可能な範囲を超えた場合のみ燃料電池の出力を変動する制御を行う様に構成されている請求項９〜１７の何れか１項の複合発電システム。
【請求項１９】
前記制御ユニットは、電力負荷が減少している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば予混合圧縮自着火機関の運転を続行し、電力負荷が燃料電池の出力範囲を低下すれば予混合圧縮自着火機関の運転を停止する制御を行う様に構成されている請求項９〜１８の何れか１項の複合発電システム。
【請求項２０】
前記制御ユニットは、電力負荷が増加している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば燃料電池のみを運転して予混合圧縮自着火機関は運転せず、電力負荷が燃料電池の出力範囲よりも大きくなった場合に予混合圧縮自着火機関を運転する制御を行う様に構成されている請求項９〜１９の何れか１項の複合発電システム。
【請求項２１】
前記制御ユニットは、複合発電システムの運転モードとして、需要側の電力需要変化に対する追従性が良好であるが発電効率が低下する場合がある運転モードと、発電効率は低下し難いが需要側の電力需要変化に対する追従性が良好ではない運転モードとを選択可能な手段を備えている請求項９〜２０の何れか１項の複合発電システム。
【請求項２２】
請求項１３の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２３】
請求項１４の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を減少することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２４】
請求項１５の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２５】
請求項１６の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通し又は合流するオフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ予混合気供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２６】
請求項１７の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記供給系統に添加される燃料の供給量を増加することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２７】
請求項１８の複合発電システムの制御方法において、電力負荷が変動したか否かを判定する工程と、電力負荷の変動量を求める工程と、出力変動を決定する工程とを含み、出力変動を決定する工程では、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関の出力変動が可能な範囲内であれば、予混合圧縮自着火機関の出力のみを変動して燃料電池の出力は変動させず、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関の出力変動が可能な範囲を超えた場合のみ燃料電池の出力を変動することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２８】
請求項１９の複合発電システムの制御方法において、電力負荷が減少しているか否かを判定する工程と、予混合圧縮自着火機関の運転を停止するか否かを判定する工程とを含み、該判定する工程では、電力負荷が減少している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば予混合圧縮自着火機関の運転を続行し、電力負荷が燃料電池の出力範囲を低下すれば予混合圧縮自着火機関の運転を停止することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【請求項２９】
請求項２０の複合発電システムの制御方法において、電力負荷が増加しているか否かを判定する工程と、予混合圧縮自着火機関を運転するか否かを判定する工程とを含み、該判定する工程では、電力負荷が増加している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば燃料電池のみを運転して予混合圧縮自着火機関は運転せず、電力負荷が燃料電池の出力範囲よりも大きくなった場合に予混合圧縮自着火機関を運転することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料を利用する動力源システムに関する。より詳細には、本発明は、高温の酸化剤に燃料を供給し、高圧縮比のピストンで圧縮して予混合気自着火燃焼させる予混合圧縮自着火機関と、溶融炭酸塩型燃料電池や固体酸化物型燃料電池に代表される高温作動型の燃料電池を備えた発電システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムや動力源システムとして、高温の酸化剤に燃料を供給し、高圧縮比のピストンで圧縮させることで予混合気を自着火燃焼させ、内燃機関を運転する予混合圧縮自着火機関が利用されている。
【０００３】
この予混合圧縮自着火機関は、運転するためには、ピストン圧縮比にもよるが、予混合気の温度は８０〜２００℃程度と、火花点火式等の内燃機関の吸気温度４０〜５０℃に比べて、高い温度に予熱して供給する必要がある。このような高温に予混合気を予熱する手段としては、燃焼後の高温排気ガスとの熱交換が考えられている。然るに、予混合圧縮自着火機関の定常運転時における排気ガス温度は２００℃〜２３０℃であって、仮に熱交換器で排気ガスの熱を混合気に与えるとしても、８０℃〜２００℃の混合気を得ることは困難である。
【０００４】
ところで、自着火燃焼を起こしうる高い吸気温度が確保出来れば、火花点火式等の従来機関では運転が困難であった、超希薄混合域を含む、極めて広い燃料濃度域（空気過剰率λ＝２．０〜６．０程度）で、安定した運転が可能である。
【０００５】
予混合圧縮自着火機関は、燃焼方式が従来と異なる他は、従来の内燃機関と同様であるため、燃料供給量を制御することにより、容易に出力を変化させることが出来る上、出力変化速度も高い。即ち、負荷追従の制御幅が広く、追従速度が速い、即ち、負荷追従性が良いという特徴がある。
【０００６】
上述のように、混合気が希薄であること、圧縮比が高いこと、自着火による急速燃焼と言う特性から、予混合圧縮自着火機関の熱効率は、火花点火式等の他の従来内燃機関に比べて高い。更に、希薄混合気の燃焼であるために、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度が低く、高効率且つ低ＮＯｘである、という優れた特徴を有している。
【０００７】
又、予混合気中の燃料成分として、ＣＯやＨ２と言った、自着火温度の低い成分が含まれている場合には、これらが予混合気の自着火促進物質として作用するため、混合気の温度が低くても自着火運転が容易となる利点を有している。
【０００８】
一方、内燃機関以外の発電システムや動力源システムとして、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）と言った、高温作動型燃料地を利用する例も知られている。この固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）は、炭化水素系燃料を改質して利用し、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）では６００〜１０００℃以上、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）では５００〜９００℃以上の高温で動作させている。
【０００９】
高温作動型燃料電池では、供給燃料の全てが電池内での発電に利用されることは無く、定格運転時でも６０〜８０％程度の燃料が発電に、残り２０〜４０％程度は未反応燃料として電池外に排出される。未反応燃料はオフガス燃焼室等で燃焼し、その発生熱の一部は燃料電池システムの高温維持や供給燃料の改質等に利用される。又、燃料電池内においても、発電時に内部発熱が生じ、その熱によっても燃料電池システムは高温維持される。
尚、ここで供給燃料の発熱量に対する、燃料電池の発電反応に相当する熱量、（燃料電池の発電電力に相当する熱量と、燃料電池における発熱に相当する熱量の和）の比は、一般に燃料利用率と呼ばれる。
【００１０】
更に、燃料同様、燃料電池に供給する酸化剤中の酸素（溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）の場合は二酸化炭素も含む）も、その全てが発電に利用されるわけではなく、一般に２０〜４０％程度が利用され、これは酸化剤利用率と呼ばれる。
【００１１】
上記の燃料利用率や酸化剤利用率、また燃料供給量や酸化剤供給量のバランスにより、燃料電池の温度が変化すると同時に、オフガス燃焼の状態も変化することで、結果的に排気ガス温度も変化する。この排気ガスは未反応成分である水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）の他に水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含み、燃料電池の運転状態や容量にもよるが、１５０〜３００℃程度と、高い温度で排出されるのが一般的である。
【００１２】
上記の通り、高温作動型燃料電池は、燃料電池システム内の微妙な熱バランス維持（熱自立の維持）に基づいて運転されるために、こうした熱バランス維持に影響を与える出力制御（負荷追従運転）は極めて難しく、不可能ではないとしても、追従可能な出力幅が限られたり、負荷追従速度が遅い、といった課題がある。
【００１３】
ところで、自着火燃焼の基礎研究において、自着火温度の低い成分、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）を自着火燃焼機関に混ぜると、８０℃で着火することが確認されている。
【００１４】
ここで、出力反応を短時間で安定化させることが可能な固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１５】
上記運転方法は、熱自立を維持した出力制御が可能と考えられるが、一定制御させる電池の反応温度が８９０から１０６０℃と、依然として高温である上に、制御可能な温度幅が狭い。したがって、発電出力は制御できてもその制御範囲は小さく、出力変動幅の大きな負荷追従運転は困難である。
【００１６】
燃料供給手段により燃料供給量を発電出力に応じて調整し、続いて電池の反応温度が一定となるように酸化剤供給量及び／又は酸化剤温度の一方又は双方を制御するという方法では、酸化剤供給量の変化や酸化剤温度変化の応答性が遅いため、結果として燃料電池システムの負荷追従速度は遅くならざるを得ない。更に、燃料供給量の増減時に電池での燃料と酸化剤の濃度バランスが容易に崩れ、燃料枯れや酸素枯れといった現象が置き易く、これらの現象によって電池が破損し易い。
【００１７】
上記とは別に、圧縮自着火内燃機関において、効率が良く構造が簡単な内燃機関が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００１８】
該提案では、燃焼形態が希薄燃焼であるがために、排気ガスの温度が２００〜３００℃と低く、排気ガスによる熱交換を行っても、吸気する予混合気の予熱温度が低くなってしなう。運転を維持するためには、排気ガス熱交換後の予混合気を付加的に加熱する方法も考えられるが、そのような方法では省エネ性は損なわれてしまう。
【００１９】
自着火温度が高い成分が多く含まれる燃料を供給した場合、予混合気を更に高温に加熱するか、ＣＯやＨ２といった自着火促進物質を添加する必要が生じる場合も考えられる。その場合には、相応の吸気加熱手段か、自着火促進剤の供給手段が必要となり、システムが大規模且つ複雑化する。
【００２０】
上記のような手段により、予混合気の自着火燃焼を促進しない場合、排気ガス中にＣＯや未燃ＨＣと言った成分が多量に含まれ、効率が低下してしまうという課題がある。
【００２１】
燃料濃度の高い予混合気を供給して高出力運転をさせる場合、過大な筒内圧によってエンジンが破損してしまう危険性がある。これを防止するため、ＥＧＲによって供給する予混合気中に不活性ガス（ＣＯ２）を添加したり、筒内に水蒸気を噴射供給する方法が提案されているが、こうした手段を用いると、システムが大規模且つ複雑化してしまう。
【特許文献１】特開平１１−１１５３１５号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、圧縮自着火を確実に行うことが出来る予混合圧縮自着火機関の提供を目的としている。
また、高温作動型燃料電池を備えた発電システムであって、負荷追従が容易であるような複合発電システム及びその制御方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
発明者は、高温作動型燃料電池と予混合圧縮自着火機関との研究を行った結果、高温作動型燃料電池と、予混合圧縮自着火機関を組み合わせれば、各々の長所により他方の弱点を補完しあうことが出来ることに着目した。
本発明はその様な着想から創作されたものである。
【００２４】
本発明の予混合圧縮自着火機関（２）は、空気供給系統（Ａｅ２）及び／又は予混合気供給系統（M）に熱交換器（排ガス熱交換器５，５１，５２の何れか）が介装されており、該熱交換器（排ガス熱交換器５，５１，５２の何れか）は燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の排気ガス系統（Ｇｆ２）に介装されており、燃料電池（１）の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関（２）に供給される空気（Ａｅ）及び／又は予混合気（M）へ投入する様に構成されていることを特徴としている（請求項１：図１〜図３）。
【００２５】
また、本発明の予混合圧縮自着火機関（２Ａ）は、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の排気ガス系統（から分岐したラインＧｆ２）が供給系統（予混合気供給系統、空気供給系統、燃料電池のオフガス供給系統、燃料電池の排気ガス供給系統、或いは、予混合気、空気、燃料電池のオフガス、燃料電池の排気ガスの何れかが混合して供給される供給系統：以下、同じ）（図４では符号Ａｅ３）に連通しており、該供給系統（Ａｅ３）に空気及び燃料を供給する第２の供給系統（ＡＦｅ）が合流していることを特徴としている（請求項２：図４）。
【００２６】
さらに、本発明の予混合圧縮自着火機関（２Ｂ）は、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）が供給系統（予混合気供給系統、空気供給系統、燃料電池のオフガス供給系統、燃料電池の排気ガス供給系統、或いは、予混合気、空気、燃料電池のオフガス、燃料電池の排気ガスの何れかが混合して供給される供給系統：以下、同じ）（図５では符号Ａｅ２）に合流しており、当該供給系統（Ａｅ２）には燃料を供給する燃料供給系統（Ｆｅ）も合流していることを特徴としている（請求項３：図５）。
【００２７】
或いは、本発明の予混合圧縮自着火機関（２Ｃ）は、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）が供給系統（図６の符号Ａｅ３）に連通しており、該供給系統（Ａｅ３）に空気及び燃料を供給する第２の供給系統（ＡＦｅ）が合流していることを特徴としている（請求項４：図６）。
【００２８】
本発明の複合発電システムは、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の発電出力（Ｗｆ）と、予混合圧縮自着火機関（２）に設けた発電手段（発電機７）の発電出力（Ｗｅ）とを系統連携する様に構成されており、予混合圧縮自着火機関（２）の空気供給系統（Ａｅ２）及び／又は予混合気供給系統（Ｍ）に熱交換器（排ガス熱交換器５，又は５１）が介装されており、該熱交換器（５，又は５１）は燃料電池（１）の排気ガス系統（Ｇｆ２）に介装されており、燃料電池（１）の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関（２）に供給される空気（Ａｅ１）及び／又は予混合気（Ｍ）へ投入する様に構成されていることを特徴としている（請求項５：図７、図８）。
【００２９】
また、本発明の複合発電システムは、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の発電出力（Ｗｆ）と、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）に設けた発電手段（発電機７）の発電出力（Ｗｅ）とを系統連携する様に構成されており、燃料電池（１）の排気ガス系統（から分岐したラインＧｆ２）が前記予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の供給系統（図９では符号Ａｅ３）に連通しており、該供給系統（Ａｅ３）に空気及び燃料を供給する第２の供給系統（ＡＦｅ）が合流していることを特徴としている（請求項６：図９）。
【００３０】
さらに、本発明の複合発電システムは、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）の発電出力（Ｗｆ）と、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ）に設けた発電手段（発電機７）の発電出力（Ｗｅ）とを系統連携する様に構成されており、燃料電池（１Ａ）のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）が前記予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の供給系統（図１０では符号Ａｅ２）に合流しており、当該供給系統（Ａｅ２）には燃料を供給する燃料供給系統（Ｆｅ）も合流していることを特徴としている（請求項７：図１０）。
【００３１】
或いは、本発明の複合発電システムは、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）の発電出力（Ｗｆ）と、予混合圧縮自着火機関（２Ｃ）に設けた発電手段（発電機７）の発電出力（Ｗｅ）とを系統連携する様に構成されており、燃料電池（１Ａ）のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）が前記予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の供給系統（図１１では符号Ａｅ３）に連通しており、該供給系統（Ａｅ３）に空気及び燃料を供給する第２の供給系統（ＡＦｅ）が合流していることを特徴としている（請求項８：図１１）。
【００３２】
上述した複合発電システム（請求項５の複合発電システム）において、予混合圧縮自着火機関（２）の運転状態を検出する手段（例えば、予混合圧縮自着火エンジン２の筒内圧センサ２９、当該エンジン２の発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段等）と、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の運転状態を検出する手段（例えば、燃料電池のインバータ１６や、発電部分の温度センサ）と、熱交換器（５）を介装した排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池の排気ガス流量を制御する手段（流量制御機能付三方弁４）と、予混合圧縮自着火機関（２）の第２の供給系統（Ｆｅ）に添加される燃料供給量を制御する手段（燃料供給量制御手段６）と、前記検出する手段（インバータ１６）の検出信号に基づいて前記制御する手段（６）への制御信号を出力する制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０）とを有するのが好ましい（請求項９：図１２）。
ここで、燃料電池（１）の空気極（１１）に供給する空気流量を制御する手段（ブロワ３）と、燃料電池（１）の燃料極（１２）に供給する燃料流量を制御する手段（流量調整弁３０）、とを有するのが好ましい。
【００３３】
また、上述した複合発電システム（請求項６の複合発電システム）において、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の運転状態を検出する手段（例えば、予混合圧縮自着火エンジンの筒内圧センサ２９、当該エンジンの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段等）と、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１）の運転状態を検出する手段（例えば、燃料電池のインバータ１６や、発電部分の温度センサ）と、供給系統（図１４の符号Ａｅ３）に連通している排気ガス系統（から分岐したラインＧｆ２）を流れる燃料電池の排気ガス流量を制御する手段（流量制御機能付三方弁４）と、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の供給系統（Ａｅ３）に空気及び燃料を供給する第２の供給系統（ＡＦｅ）から添加される燃料及び空気の供給量を制御する手段（燃料供給量及び空気供給量制御手段６１）と、前記検出する手段（１６）の検出信号に基いて前記制御する手段（６１）への制御信号を出力する制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０）とを有するのが好ましい（請求項１０：図１４）。
ここで、燃料電池（１）の空気極（１１）に供給する空気流量を制御する手段（ブロワ３）と、燃料電池（１）の燃料極（１２）に供給する燃料流量を制御する手段（流量調整弁３０）、とを有しているのが好ましい。
【００３４】
さらに、上述した複合発電システム（請求項７の複合発電システム）において、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ）の運転状態を検出する手段（例えば、予混合圧縮自着火エンジンの筒内圧センサ２９、当該エンジンの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段等）と、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）の運転状態を検出する手段（例えば、燃料電池のインバータ１６や、発電部分の温度センサ）と、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ）の供給系統（図１５では符号Ａｅ２）に合流している燃料電池のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）を流れる燃料電池のオフガス流量を制御する手段（流量制御機能付三方弁４）と、当該供給系統（Ａｅ２）に合流している燃料供給系統（Ｆｅ）を介して添加される燃料の供給量を制御する手段（燃料供給量制御手段６）と、前記検出する手段（１６）の検出信号に基づいて前記制御する手段（６）への制御信号を出力する制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０Ａ）とを有するのが好ましい（請求項１１：図１５）。
ここで、燃料電池（１）の空気極（１１）に供給する空気流量を制御する手段（ブロワ３）と、燃料電池（１）の燃料極（１２）に供給する燃料流量を制御する手段（流量調整弁３０）と、燃料電池（１）のオフガス生成室（１４Ａ）から流出するオフガスが流過するライン（Ｇｆ１１）から供給系統（Ａｅ２）に合流している前記オフガスライン（Ｇｆ１２）へ流れる流入量を制御する制御手段（三方弁４１）とを有しているのが好ましい。
【００３５】
そして、上述した複合発電システム（請求項８の複合発電システム）において、予混合圧縮自着火機関（２Ｃ）の運転状態を検出する手段（例えば、予混合圧縮自着火エンジンの筒内圧センサ２９、当該エンジンの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段等）と、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）の運転状態を検出する手段（例えば、燃料電池のインバータ１６や、発電部分の温度センサ）と、予混合圧縮自着火機関（２Ｃ）の供給系統（図１６の符号Ａｅ３）に連通している燃料電池のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）を流れる燃料電池のオフガス流量を制御する手段（流量制御機能付三方弁４）と、該供給系統（Ａｅ３）に合流する第２の供給系統（ＡＦｅ）を介して添加される空気及び燃料の供給量を制御する手段（燃料供給量及び空気供給量制御手段６１）と、前記検出する手段（１６）の検出信号に基いて前記制御する手段（６１）への制御信号を出力する制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０Ａ）とを有するのが好ましい（請求項１２：図１６）。
ここで、燃料電池（１）の空気極（１１）に供給する空気流量を制御する手段（ブロワ３）と、燃料電池（１）の燃料極（１２）に供給する燃料流量を制御する手段（流量調整弁３０）と、燃料電池（１）のオフガス生成室（１４Ａ）から流出するオフガスが流過するライン（Ｇｆ１１）から供給系統（Ａｅ３）に合流している前記オフガスライン（Ｇｆ１４）へ流れる流入量を制御する制御手段（三方弁４１）とを有しているのが好ましい。
【００３６】
前記複合発電システム（請求項９の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０）は、予混合圧縮自着火機関（２）の出力を低下させる場合には前記熱交換器（５）を介装した排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し（て予混合気の温度を上昇せしめ）、予混合圧縮自着火機関（２）の出力を上昇させる場合には前記熱交換器（５）を介装した排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少する（以って、予混合気の温度を降下せしめる）制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１３：図１２、図１３）。
【００３７】
そして、係る複合発電システム（請求項１３の複合発電システム）の制御方法において、予混合圧縮自着火機関（２）の出力を（例えば、予混合圧縮自着火エンジン２の発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段により）計測する工程（Ｓ１）と、予混合圧縮自着火機関（２）の出力を制御する出力制御工程（Ｓ２〜Ｓ５）とを有し、該出力制御工程（Ｓ２〜Ｓ５）では、予混合圧縮自着火機関（２）の出力を低下させる場合には前記熱交換器（５）を介装した排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し（て予混合気の温度を上昇せしめ：Ｓ５）、予混合圧縮自着火機関（２）の出力を上昇させる場合には前記熱交換器（５）を介装した排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少する（以って、予混合気の温度を降下せしめる：Ｓ４）ことを特徴としている（請求項２２：図１２、図１３）。
【００３８】
前記複合発電システム（請求項１０〜１２の何れか１項の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０又は１０Ａ）は、予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の供給系統（図１４、図１６の符号Ａｅ３、又は、図１５の符号Ａｅ２）に連通する排気ガス系統又はオフガスライン（Ｇｆ２又はＧｆ１４）を流れる燃料電池（１又は１Ａ）の排気ガス流量又はオフガス流量を増加し（以って、自着火促進物質であるＣＯやＨ２の濃度を増加せしめ）、予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の出力を上昇させる場合には予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の供給系統（Ａｅ３又はＡｅ２）に連通する排気ガス系統又はオフガスライン（Ｇｆ２又はＧｆ１４）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量又はオフガス流量を減少する（以って、自着火促進物質であるＣＯやＨ２の濃度を低減させる）制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１４：図１４〜図１７）。
【００３９】
そして、係る複合発電システム（請求項１４の複合発電システム）の制御方法において、予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の出力を（例えば、予混合圧縮自着火エンジン２Ａ又は２Ｂの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段により）計測する工程（Ｓ１１）と、予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の出力を制御する出力制御工程（Ｓ１２〜Ｓ１５）とを有し、該出力制御工程（Ｓ１２〜Ｓ１５）では、予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の供給系統（Ａｅ３又はＡｅ２）に連通する排気ガス系統又はオフガスライン（Ｇｆ２又はＧｆ１４）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量又はオフガス流量を増加し（以って、自着火促進物質であるＣＯやＨ２の濃度を増加せしめ：Ｓ１５）、予混合圧縮自着火機関（２Ａ又は２Ｂ）の出力を上昇させる場合には予混合圧縮自着火機関（２）の供給系統（Ａｅ３又はＡｅ２）に連通する排気ガス系統又はオフガスライン（Ｇｆ２又はＧｆ１４）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量又はオフガス流量を減少する（以って、自着火促進物質であるＣＯやＨ２の濃度を減少せしめる：Ｓ１４）ことを特徴としている（請求項２３：図１４〜図１７）。
【００４０】
さらに、前記複合発電システム（請求項１０の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０）は、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の供給系統（Ａｅ３）に連通する排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち（それにより、供給系統Ａｅ３を流れる空気、燃料電池の排気ガス、予混合気、或いは、それ等の何れかを混合した流体における燃料濃度を減少せしめ）、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を上昇させる場合には前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち（それにより、供給系統Ａｅ３を流れる空気、燃料電池の排気ガス、予混合気、或いは、それ等の何れかを混合した流体における燃料濃度を増加せしめ）、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１５：図１４、図１８）。
【００４１】
そして、係る複合発電システム（請求項１５の複合発電システム）の制御方法において、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を（例えば、予混合圧縮自着火エンジン２Ａの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段により）計測する工程（Ｓ２１）と、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を制御する出力制御工程（Ｓ２２〜Ｓ２９）とを有し、該出力制御工程（Ｓ２２〜Ｓ２９）では、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を低下させる場合（符号順にＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２６、Ｓ２７のルート）には予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の供給系統（Ａｅ３）に連通する排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合（符号順にＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２６、Ｓ２８のルート）には、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは（符号順にＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２８のルート）、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を上昇させる場合（符号順にＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５のルート）には前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関（２Ａ）の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合（Ｓ２２→Ｓ２３→Ｓ２６→Ｓ２５のルート）には、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を増加し、或いは（Ｓ２２→Ｓ２３→Ｓ２４→Ｓ２９のルート）、前記排気ガス系統（Ｇｆ２）を流れる燃料電池（１）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を増加することを特徴としている（請求項２４：図１４、図１８）。
【００４２】
そして、前記複合発電システム（請求項１１、１２の何れかの複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０Ａ）は、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に連通し又は合流するオフガス系統（Ｇｆ１４）を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池（１Ａ）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池（１Ａ）の排気ガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を上昇させる場合には前記オフガス系統を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ２、Ａｅ３）に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１６：図１５、図１６、図１９）。
【００４３】
そして、係る複合発電システム（請求項１６の複合発電システム）の制御方法において、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を（例えば、予混合圧縮自着火エンジン２Ｂ又は２Ｃの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段により）計測する工程（Ｓ３１）と、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を制御する出力制御工程（Ｓ３２〜Ｓ３９）とを有し、該出力制御工程（Ｓ３２〜Ｓ３９）では、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を低下させる場合（符号順にＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５のルート）には予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に連通し又は合流するオフガス系統（Ｇｆ１４）を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合（符号順にＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３８のルート）には、前記オフガス系統を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは（符号順にＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３６、Ｓ３８のルート）、前記オフガス系統（Ｇｆ１４）を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を上昇させる場合（符号順にＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３６、Ｓ３７のルート）には前記オフガス系統（Ｇｆ１４）を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関（２Ｂ又は２Ｃ）の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合（符号順にＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３９のルート）には、前記オフガス系統（Ｇｆ１４）を流れる燃料電池（１Ａ）の排気ガス流量を減少し且つ供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を増加し、或いは（符号順にＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３６、Ｓ３９のルート）、前記オフガス系統（Ｇｆ１４）を流れる燃料電池（１Ａ）のオフガス流量を増加し且つ供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を増加することを特徴としている（請求項２５：図１５、図１６、図１９）。
【００４４】
これに加えて、前記複合発電システム（請求項９〜１２の何れか１項の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０）は、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力を上昇させる場合には前記供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１７：図１２、図１４〜図１６、図２０）。
【００４５】
係る複合発電システム（請求項１７の複合発電システム）の制御方法において、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力を（例えば、予混合圧縮自着火エンジン２，２Ａ〜２Ｃの何れかの発電手段７に設けられた発電出力信号発生手段により）計測する工程（Ｓ４１）と、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力を制御する出力制御工程（Ｓ４２〜４Ｓ５）とを有し、該出力制御工程（Ｓ４２〜４Ｓ５）では、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を減少し（Ｓ４４）、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力を上昇させる場合には前記供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に添加される燃料の供給量を増加する（Ｓ４５）ことを特徴としている（請求項２６：図１２、図１４〜図１６、図２０）。
【００４６】
本発明の複合発電システム（請求項９〜１７の何れか１項の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０）は、電力負荷が変動した場合に予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力のみを変動し、燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力は変動させず、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力変動が可能な範囲を超えた場合のみ燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力を変動する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１８：図１２、図１４〜図１６、図２１）。
【００４７】
係る複合発電システム（請求項１８の複合発電システム）の制御方法において、電力負荷が変動したか否かを判定する工程（Ｓ５１）と、電力負荷の変動量を求める工程（Ｓ５２）と、出力変動を決定する工程（Ｓ５３〜Ｓ５５）とを含み、出力変動を決定する工程（Ｓ５３〜Ｓ５５）では、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力変動が可能な範囲内であれば、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力のみを変動して（Ｓ５４）燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力は変動させず、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の出力変動が可能な範囲を超えた場合のみ燃料電池（高温作動型燃料電池１）の出力を変動する（Ｓ５５）ことを特徴としている（請求項２７：図１２、図１４〜図１６、図２１）。
【００４８】
本発明の複合発電システム（請求項９〜１８の何れか１項の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０又は１０Ａ）は、電力負荷が減少している場合に、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力範囲内であれば予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の運転を続行し、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力範囲を低下すれば予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の運転を停止する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項１９：図１２、図１４〜図１６、図２２）。
【００４９】
係る複合発電システム（請求項１９の複合発電システム）の制御方法において、電力負荷が減少しているか否かを判定する工程（Ｓ６２）と、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の運転を停止するか否かを判定する工程（Ｓ６４）とを含み、該判定する工程（Ｓ６４）では、電力負荷が減少している場合に、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１）の出力範囲内であれば予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）の運転を続行し（Ｓ６６）、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１）の出力範囲を低下すれば予混合圧縮自着火機関の運転を停止する（Ｓ６５）ことを特徴としている（請求項２８：図１２、図１４〜図１６、図２２）。
【００５０】
本発明の複合発電システム（請求項９〜１９の何れか１項の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０又は１０Ａ）は、電力負荷が増加している場合に、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力範囲内であれば燃料電池（１）のみを運転して予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）は運転せず、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力範囲よりも大きくなった場合に予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）を運転する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項２０：図１２、図１４〜図１６、図２３〜図２５）。
【００５１】
係る複合発電システム（請求項２０の複合発電システム）の制御方法において、電力負荷が増加しているか否かを判定する工程（Ｓ７２）と、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）を運転するか否かを判定する工程（Ｓ７４）とを含み、該判定する工程（Ｓ７４）では、電力負荷が増加している場合に、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力範囲内であれば燃料電池（１又は１Ａ）のみを運転して予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）は運転せず（Ｓ７６）、電力負荷が燃料電池（高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の出力範囲よりも大きくなった場合に予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）を運転する（Ｓ７５）ことを特徴としている（請求項２９：図１２、図１４〜図１６、図２３〜図２５）。
【００５２】
本発明の複合発電システム（請求項９〜２０の何れか１項の複合発電システム）において、前記制御ユニット（複合発電システム運転監視・制御手段１０又は１０Ａ）は、複合発電システムの運転モードとして、需要側の電力需要変化（負荷変動）に対する追従性（負荷追従性）が良好であるが発電効率が低下する場合がある運転モード（図２７）と、発電効率は低下し難いが需要側の電力需要変化（負荷変動）に対する追従性（負荷追従性）が良好ではない運転モード（図２８）とを選択可能な手段（運転モード決定手段４０、運転モード入力手段６０）を備えているのが好ましい（請求項２１：図１２、図１４〜図１６、図２６〜図２８）。
【００５３】
そして、運転モードの決定は、複合発電システムの始動前に行われるのが好ましい（図２９）。
【発明の効果】
【００５４】
上述する構成を具備する本発明によれば、高温作動型燃料電池（１）の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関（２）に供給される空気及び／又は予混合気に投入する（請求項１）ことにより、圧縮自着火を行う温度条件を充足することが出来る。換言すれば、圧縮自着火を行う吸気側の条件が厳しいという予混合圧縮自着火機関（２）の欠点を補うことが出来る。
【００５５】
或いは、燃料電池（高温作動型燃料電池１）の排気ガス系統（から分岐したラインＧｆ２）を吸気系統（Ａｅ３）に連通させれば（請求項２）、燃料電池（１）の排ガスに残存酸素が含有されているので、残存酸素を含有する高温作動型燃料電池（１）の排ガスに燃料ガスを加えて、高温の予混合気を獲得することが出来る。
【００５６】
さらに、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１Ａ）のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）が空気供給系統（Ａｅ２又はＡｅ３）に合流する様に構成し（請求項３）、或いは、燃料電池（１Ａ）のオフガスライン（から分岐したラインＧｆ１４）を吸気系統（Ａｅ３）に連通させれば（請求項４）、オフガスに大量に包含されている一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）を圧縮自着火の予混合圧縮自着火機関（２Ｃ）に添加することとなる。そして、自着火を促進するＣＯやＨ２といった促進剤を添加することにより、予混合圧縮自着火機関（２Ｃ）における圧縮自着火を確実に行わせたり、自着火特性を変化させることで、出力を制御することが出来るのである。
【００５７】
本発明において、燃料電池（固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣや溶融炭酸塩型燃料電池ＭＣＦＣの様な高温作動型燃料電池１又は１Ａ）の発電出力（Ｗｆ）と、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）に設けた発電手段（発電機７）の発電出力（Ｗｅ）とを系統連係する様に構成すれば（請求項５〜請求項９）、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）側は上述した様なメリットが享受できる事に加えて、負荷追従性が良好な予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）側から発電出力（Ｗｅ）を得ることが出来るので、燃料電池（１又は１Ａ）のみを備えた発電システムに比較して、電力負荷の変動への追随性が遥かに良好となる。また、高い発電効率と低いＮＯｘ排出とを同時に成立させることが出来る。
さらに、高温作動型燃料電池（１又は１Ａ）の高温の排気ガスやオフガスが保有する熱エネルギーを有効に利用することが出来る。
すなわち、高温作動型燃料電池（１又は１Ａ）と、予混合圧縮自着火機関（２，２Ａ〜２Ｃの何れか）とが、互いの強み、弱みを補完し合えるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００５９】
先ず、図１〜図３に基づいて第１実施形態を説明する。
【００６０】
図１、即ち、本発明の第１実施形態に係る予混合圧縮自着火機関システムの全体構成を示すブロック図において、当該システムは、大きなユニット単位としては、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）といった高温作動型燃料電池（以降、「高温作動型燃料電池」、或いは単に「燃料電池」と略記する）１と、予混合圧縮自着火機関（以降、予混合圧縮自着火機関を自着火エンジンと言う）２とを有している。
【００６１】
前記燃料電池１は、燃料電池の本体部分である空気極（＋極）１１と燃料極（−極）１２と燃料改質器１３とオフガス燃焼室１４と第１の排ガス熱交換器１５とインバータ１６とで構成されている。発電した電力はインバータ１６から燃料電池１側の電力ラインＷｆによって取り出される。
【００６２】
前記空気極１１にはブロワ３を介装した燃料電池側の空気供給ラインＡｆ１から新気が供給され、前記燃料極１２には燃料電池１側燃料供給ラインＦｆ１から前記燃料改質器１３を経由して燃料が供給される様に構成されている。
【００６３】
前記空気極１１で発電に使用した残りの空気は、空気ラインＡｆ２を介して前記オフガス燃焼室１４に回収され、一方、前記燃料極１２で発電に使用した残りの未反応燃料は、燃料ラインＦｆ２を介してオフガス燃焼室１４に回収される。そして、オフガス燃焼室１４では、残りの空気と未反応燃料が反応して燃焼し、その発生熱の一部は燃料電池１の高温維持や、供給燃料の改質等に利用される。
【００６４】
オフガス燃焼室１４には排気系である排気管Ｇｆ１が接続され、その排気管Ｇｆ１の後端には３方弁４が接続され、その３方弁４には排気管Ｇｆ２、Ｇｆ３が接続されている。オフガス燃焼室１４で発生した排気ガスは、排気系である排気管Ｇｆ１によってオフガス燃焼室１４外に排出される。排気管Ｇｆ１を流過する排気は、３方弁４で分岐し、排気管Ｇｆ２、Ｇｆ３にその分流を流すように構成されている。尚、３方弁４では、通過する排気ガスの全量及び／又は分流の比率を変えることが出来る。
【００６５】
また、燃料電池１の第１の排ガス熱交換器１５は、排気管Ｇｆ１を流過する排気の排熱を、前記空気ラインＡｆ１によって空気極１１に供給される空気、及び燃料供給ラインＦｆ１によって燃料改質器１３に流入する燃料に、与えるように構成されている。
【００６６】
前記自着火エンジン２は、シリンダ２１及びピストン２２と、シリンダ２１の上方に配置された吸気弁２５及び排気弁２６と、タービン２７ｔ及びコンプレッサ２７ｃとから成る過給機２７を有している。
【００６７】
過給機２７のコンプレッサ２７ｃには、空気供給系統である空気供給管Ａｅ１が接続され、コンプレッサ２７ｃと前記吸気管２５とは空気供給系統である吸気管Ａｅ２によって連通している。
【００６８】
該空気供給系統Ａｅ２の途中には、燃料供給量制御手段６が介装され、その燃料供給量制御手段６には燃料供給ラインＦｅが接続されている。その燃料供給ラインＦｅから供給された燃料は前記空気供給ラインＡｅ２を流過する空気と混じりあって予混合気Ｍが形成され、その予混合気Ｍが吸気弁２５を介してシリンダ２１内に流入する様に構成されている。
【００６９】
一方、前記排気弁２６は排気管Gｅ1によって過給機２７のタービン２７ｔと接続され、そのタービン２７ｔは排気管Ｇｅ2と接続され、シリンダ２１内の排気は排気弁２６、排気管Ｇｅ１、タービン２７ｔを経由し、排気管Ｇｅ２から大気に排出される。
【００７０】
前記燃料電池１側の排気管Ｇｆ２には、第２の排ガス熱交換器５が介装され、排気管Ｇｆ２を流過する燃料電池１側の排気の熱を、自着火エンジン２側の吸気管Ａｅ１を流過する吸気に与える様に構成されている。
【００７１】
要約すれば、第１実施形態の予混合圧縮自着火機関システムは、高温作動型燃料電池１の高温排気ガスが、３方弁４を介して、第２の排ガス熱交換器５に供給され、予混合圧縮自着火エンジン２に供給する空気を予熱する様に構成されている。
【００７２】
第１実施形態の予混合圧縮自着火機関システムは、高温作動型燃料電池１の排ガスが保有する高い熱量で、エンジンに供給される空気が加熱されるので、予混合圧縮自着火エンジン２で、圧縮自着火がされ易くなる。
また、高温作動型燃料電池１と予混合圧縮自着火エンジン２とを組み合わせることにより、予混合圧縮自着火エンジン２の弱点が補われる。
【００７３】
図２は、第１実施形態の第１変形例の構成を示す。
図１は、高温作動型燃料電池１の排ガスで排熱交換器５を用いて予混合圧縮自着火エンジン２に供給される空気（吸気管Ａｅ１を流過する空気）を加熱する実施例であった。
それに対して、図２は、高温作動型燃料電池１の排ガスで排熱交換器５１を用いて、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される予混合気Ｍを加熱している。
その他については、図１と同様であって、以降の説明を省略する。
【００７４】
図３は、第１実施形態の第２変形例の構成を示す。
図１は、高温作動型燃料電池１の排ガスで予混合圧縮自着火エンジン２に供給される空気（吸気管Ａｅ１を流過する空気）を排ガス熱交換器５で加熱する実施例であり、図２は、高温作動型燃料電池１の排ガスで、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される予混合気Ｍを加熱する実施例であった。
それに対して、図３は、排熱交換器５２を用いて高温作動型燃料電池１の排ガスで、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される空気と、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される予混合気Ｍとを共に加熱している。
その他については、図１及び図２と同様であって、以降の説明を省略する。
【００７５】
次に、図４に基づいて、本発明の第２実施形態を説明する。
【００７６】
図１の第１実施形態は、排ガス熱交換器５，５１，５２を介して、高温作動型燃料電池１の排ガスの保有する熱量のみを、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される空気へ投入した実施形態であった。
それに対して、図４の第２実施形態では、高温作動型燃料電池１の排ガスを、予混合圧縮自着火エンジン２Ａの吸気系、即ち、過給機２７のコンプレッサ２７ｃに、直接供給する実施形態である。以下、図４に基づいて、第１実施形態と異なる点について説明する。
【００７７】
燃料電池１の排気管Ｇｆ２は、直接過給機２７のコンプレッサ２７ｃに接続されている。また、コンプレッサ２７ｃと吸気弁２５とは吸気管Ａｅ３によって連通している。
【００７８】
該吸気管Ａｅ３の途中には、空気及び燃料を調節する調節手段６１が介装され、その調節手段６１には空気及び燃料を供給する供給ラインＡＦｅが接続されている。その空気及び燃料を供給する供給ラインＡＦｅから供給された空気及び燃料は、前記吸気管Ａｅ３を流過する酸素を含んだ高温の排気ガスと混じりあって高温の予混合気Ｍが形成され、その予混合気Ｍが吸気弁２５を介してシリンダ２１内に流入する様に構成されている。
【００７９】
図４の第２実施形態は、燃料電池１側の排気管Ｇｆ２を流過する排ガス中に、残存酸素があるので、残存酸素を包含する高温作動型燃料電池１の排ガスに燃料ガスを加えて、高温の予混合気を獲得しようとするものである。
【００８０】
ここで、過給機２７は、圧力調整手段であり、予混合気の温度と圧力との組み合わせを適正に調整する機能を負っている。
また、燃料電池１の排ガスがエンジンの予混合気として不充分な場合は、空気及び燃料を供給する供給ラインＡＦｅから空気などを追加することが出来る。
更に、燃料電池１の排ガスが自着火エンジン２の予混合気として過剰な場合は、前記３方弁の排気管Ｇｆ２側を絞ってやればよい。
【００８１】
その他については、図１の第１実施形態と実質的に同様である。
【００８２】
次に、図５に基づいて、本発明の第３実施形態を説明する。
【００８３】
第１実施形態及び第２実施形態は、高温作動型燃料電池１の排ガスを利用した実施形態である。
それに対して、第３実施形態は、高温作動型燃料電池１のオフガスを予混合圧縮自着火エンジン２Ｂの吸気系統である吸気管Ａｅ２にオフガス添加装置６５を介して添加している。
以下、図５に基づいて、第３実施形態について説明する。
【００８４】
図５、即ち、本発明の第３実施形態に係る予混合圧縮自着火機関システムの全体構成を示すブロック図において、当該システムは、大きなユニット単位としては、高温作動型燃料電池１Ａと、予混合圧縮自着火エンジン２Ｂとを有している。
【００８５】
前記燃料電池１Ａは、燃料電池の本体部分である空気極（＋極）１１と燃料極（−極）１２と燃料改質器１３とオフガス生成室１４Ａと第１の排ガス熱交換器１５とインバータ１６とで構成されている。発電した電力はインバータ１６から燃料電池１側の電力ラインＷｆによって取り出される。
【００８６】
前記空気極１１にはブロワ３を介装した燃料電池１Ａ側の空気供給ラインＡｆ１から新気が供給され、前記燃料極１２には燃料電池１Ａ側燃料供給ラインＦｆ１から前記燃料改質器１３を経由して燃料が供給される様に構成されている。
【００８７】
前記空気極１１で発電に使用した残りの空気は、空気ラインＡｆ２を介して前記オフガス生成室１４Ａに回収され、一方、前記燃料極１２で発電に使用した残りの未反応燃料は、燃料ラインＦｆ２を介してオフガス生成室１４Ａに回収される。そして、オフガス生成室１４Ａでは、残りの空気と未反応燃料とによって、高温で且つＣＯやＨ２といった自着火促進成分を含むオフガスが生成される。尚、オフガス生成室１４Ａでは、オフガス燃焼していない。
【００８８】
オフガス生成室１４Ａには、排気管Ｇｆ１１が接続され、排気管Ｇｆ１１の端部には３方弁４１が取付けられる。その３方弁４１の残ったポートには分岐管である排気管Ｇｆ１２と排気管Ｇｆ１３とが接続され、オフガスを排気管Ｇｆ１２と排気管Ｇｆ１３とに分岐する。
【００８９】
前記排気管Ｇｆ１２の他端には３方弁４の一つのポートが接続され、その３方弁４の残ったポートには排気管Ｇｆ１４と排気管Ｇｆ１５とが接続され、オフガスを排気管Ｇｆ１４側とＧｆ１５側とに分岐する。一方、排気管Ｇｆ１３の途中にはオフガスを燃焼させるためのオフガス燃焼室１４が介装される。尚、前記３方弁４では、通過する排気ガスの全量及び／又は分流の比率を変えることが出来る。
【００９０】
オフガス燃焼室１４ではオフガスを燃焼させて、その発生熱の一部を燃料電池１Ａの高温維持や、供給燃料の改質等に利用する。
【００９１】
自着火エンジン２Ｂは、シリンダ２１及びピストン２２と、シリンダ２１の上方に配置された吸気弁２５及び排気弁２６と、タービン２７ｔ及びコンプレッサ２７ｃとから成る過給機２７を有している。
【００９２】
過給機２７のコンプレッサ２７ｃには、空気供給系統である吸気管Ａｅ１が接続され、コンプレッサ２７ｃと前記吸気弁２５とは吸気管Ａｅ２によって連通している。
【００９３】
該吸気管Ａｅ２の途中には、オフガス添加装置６５が介装され、そのオフガス添加装置６５は前記排気管Ｇｆ１４と接続されて、燃料電池１Ａのオフガスが吸気管Ａｅ２に供給されるように構成されている。
【００９４】
更に吸気管Ａｅ２の前記オフガス添加装置６５を介装した位置よりも下流側に、燃料調節手段６が介装され、その燃料調節手段６には燃料供給ラインＦｅが接続されている。その燃料供給ラインＦｅから供給された燃料は前記吸気管Ａｅ２を流過するオフガスと混じりあって予混合気Ｍが形成され、その予混合気Ｍが吸気弁２５を介してシリンダ２１内に流入する様に構成されている。
【００９５】
一方、前記排気弁２６は排気管Gｅ1によって過給機２７のタービン２７ｔと接続され、そのタービン２７ｔは排気管Ｇｅ2と接続され、シリンダ２１内の排気は排気弁２６、排気管Ｇｅ１、タービン２７ｔを経由し、排気管Ｇｅ２から大気に排出される。
【００９６】
オフガスは、一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）の様に、圧縮自着火を促進する促進剤として作用する成分を大量に含有している。
そこで、図５の第３実施形態では、オフガスを圧縮自着火の促進剤として、予混合圧縮自着火エンジン２Ｂ側の吸気管Ａｅ２に添加している。
【００９７】
ここで、高温作動型燃料電池１Ａのオフガスは、オフガス燃焼する以前の段階で排気系統の（オフガスが流過する領域の）一部を３方弁４で排気管Ｇｆ１４とＧｆ１５とに分岐して、そのうちの排気管Ｇｆ１４から予混合圧縮自着火機関１Ｂの吸気系統Ａｅ２に加えている。
【００９８】
図５では、示していないが、オフガスを筒内直噴する場合も有る。
その他については、上述の各実施形態と実質的に同様である。
【００９９】
次に、図６に基づいて、本発明の第４実施形態を説明する。
【０１００】
第３実施形態は、高温作動型燃料電池１Ａのオフガスが、予混合圧縮自着火エンジン２Ｂの吸気管Ａｅ２にオフガス添加装置６５を介して添加（合流）されているのに対して、図６の第４実施形態では、高温作動型燃料電池１Ａのオフガスが、燃料電池１Ａ側の排気管Ｇｆ１４から直接予混合圧縮自着火エンジン２Ｃの過給機２７のコンプレッサ２７ｃに投入されるように構成されている。
【０１０１】
予混合圧縮自着火エンジン２Ｃの過給機２７のコンプレッサ２７ｃと吸気弁２５とは吸気管Ａｅ３によって連通しており、該吸気管Ａｅ３の途中には、空気及び燃料を調節する調節手段６１が介装され、該調節手段６１には空気及び燃料を供給する供給ラインＡＦｅが接続されている。
供給ラインＡＦｅから供給された空気及び燃料は前記吸気管Ａｅ３を流過する酸素を含んだオフガスと混じりあって予混合気Ｍが形成され、その予混合気Ｍが吸気弁２５を介してシリンダ２１内に流入する様に構成されている。
【０１０２】
従って、燃料電池１Ａのオフガスが自着火エンジン２Ｃの予混合気として不充分な場合は、前記供給ラインＡＦｅから空気、燃料等を追加している。
【０１０３】
その他については、図５の第３実施形態と同様である。
【０１０４】
次に、図７に基づいて、本発明の第５実施形態を説明する。図７の第５実施形態は、高温作動型燃料電池１と予混合圧縮自着火エンジン２の複合発電システムに係る実施形態である。
【０１０５】
図７の第５実施形態は、図１の第１実施形態に、高温作動型燃料電池１と予混合圧縮自着火エンジン２の複合発電システムとしての構成を付加した実施形態である。
具体的には、自着火エンジン２の図示しないクランク軸に発電機７の図示しない回転軸を直結させ、発電機７で発電した電力Ｗｅを燃料電池１で発電した電力Ｗｆと集電装置８で集電し（終電下電力を符号Ｗで示す）、電力需要９に投入する様に構成されている。
【０１０６】
図７の第５実施形態は、高温作動型燃料電池１と予混合圧縮自着火エンジン２の複合発電システムとして構成したので、予混合圧縮自着火エンジン２の不利な点を補うだけではなく、高温作動型燃料電池１における「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
すなわち、高温作動型燃料電池１では定負荷発電運転を行い、負荷の変動に対しては、予混合圧縮自着火エンジン２側の発電機７により負荷追従運転をさせることにより、複合発電システム全体としての負荷追従性を向上させることが出来る。
その他の構成及び作用効果については、図１の第１実施形態と同様である。
【０１０７】
次に、図８に基づいて、第５実施形態の変形例を説明する。
【０１０８】
図７の第５実施形態では、排気ガス熱交換器５により、高温作動型燃料電池１の排気ガスが保有する熱量で、予混合圧縮自着火エンジン２の過給機２７に供給される空気が加熱されているが、図８の変形例では、排気ガス熱交換器５１により、高温作動型燃料電池１の排気ガスが保有する熱量で、予混合圧縮自着火機関の過給機２７と吸気弁２５とを接続する吸気管Ａｅ２内の予混合気Ｍを加熱している。
【０１０９】
その他の構成及び作用効果については、図７の第５実施形態と同様である。
【０１１０】
次に、図９に基づいて、第６実施形態に係る複合発電システムについて説明する。
【０１１１】
図９の第６実施形態は、図８の第５実施形態と同様に、図４の第２実施形態に、高温作動型燃料電池１と予混合圧縮自着火エンジン２Ａの複合発電システムとしての構成を付加した実施形態である。
図８の第５実施形態と同様に、予混合圧縮自着火エンジン２Ａの不利な点を補うだけではなく、負荷変動に対しては、予混合圧縮自着火エンジン２Ａ側の発電機７により負荷追従運転をさせることにより、複合発電システム全体としての負荷追従性を向上させることが出来るので、高温作動型燃料電池１における「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
【０１１２】
その他の構成及び作用効果については、図４の第２実施形態と同様である。
【０１１３】
次に、図１０に基づいて、第７実施形態に係る複合発電システムについて説明する。
【０１１４】
図１０の第７実施形態は、図８の第５実施形態及び図９の第６実施形態と同様に、図５の第３実施形態に、高温作動型燃料電池１Ａと予混合圧縮自着火エンジン２Ｂの複合発電システムとしての構成を付加した実施形態である。
予混合圧縮自着火エンジン２Ｂの不利な点を補うだけではなく、高温作動型燃料電池１Ａにおける「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
【０１１５】
その他の構成及び作用効果については、図５の第３実施形態と同様である。
【０１１６】
次に、図１１に基づいて、第８実施形態に係る複合発電システムについて説明する。
【０１１７】
図１１の第８実施形態は、図８の第５実施形態、図９の第６実施形態及び図１０の第７実施形態と同様に、図６の第４実施形態に、高温作動型燃料電池１Ａと予混合圧縮自着火エンジン２Ｃの複合発電システムとしての構成を付加した実施形態である。
予混合圧縮自着火エンジン２Ｃの不利な点を補うだけではなく、高温作動型燃料電池１Ａにおける「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
その他の構成及び作用効果については、図６の第４実施形態と同様である。
【０１１８】
次に、図１２に基づいて、第９実施形態に係る複合発電システムについて説明する。図１２の第９実施形態は、図７の第５実施形態に係る複合発電システムに、制御系を加えた実施形態である。
【０１１９】
即ち、図７の第５実施形態の構成に対して、制御手段である総合発電システム運転監視・制御装置（以降、総合発電システム運転監視・制御装置をコントロールユニットという）１０を設けるとともに、後述する燃料電池及び自着火エンジンの運転状態や出力・効率等の性能を測定する手段（各種センサ）と、燃料電池、自着火エンジン夫々の電力負荷に対応して当該システムを運転させた場合の、燃料電池と自着火エンジン夫々の運転状態における性能値化、複合発電システムとしての性能値をマップ化して記憶しておき、電力負荷が変動した場合に、負荷追従やシステムとしての発電効率が最大になるような運転制御を行える手段を備えている。
【０１２０】
更に、燃料電池１側の燃料供給ラインＦｆ１には流量制御弁３０が介装され、自着火エンジン２のシリンダヘッドに筒内圧力を検出する圧力センサ２９が装着されている。
【０１２１】
前記コントロールユニット１０は、燃料電池１の燃料極１２と入力ラインＬｉ１で接続され燃料電池１の運転状態を示す信号、すなわち、熱自立をしているか否かの信号を受信し、燃料電池１のインバータ１６と入力ラインＬｉ２で接続され燃料電池１の発電出力信号を受信している。
【０１２２】
また、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２のシリンダヘッドに設けた筒内圧力センサ２９と入力ラインＬｉ３で接続され、自着火エンジン２の運転状態を示す信号を受信し、前記自着火エンジン２側の発電機７に設けた図示しない発電出力発信手段と入力ラインＬｉ４で接続され自着火エンジン２で運転される発電機７の発電出力信号を受信している。
【０１２３】
さらに、コントロールユニット１０は、電力需要９と入力ラインＬｉ５で接続され需要家の電力需要情報に関する信号を受信している。
【０１２４】
コントロールユニット１０は、燃料電池１側の空気供給ラインＡｆ１に介装されたブロワ３と出力ラインＬｏ１で接続されブロワ３の回転速度を調整するための制御信号を発信し、燃料電池１側の燃料供給ラインＦｆ１に介装された流量制御弁３０と出力ラインＬｏ２で接続され流量制御弁３０の開度を調節するための制御信号を発信している。
【０１２５】
さらに、コントロールユニット１０は、燃料電池１側の排気管Ｇｆ１に介装された３方弁４と出力ラインＬｏ３で接続され、３方弁４に、３方弁による各分岐管Ｇｆ２、Ｇｆ３へのオフガスの遮断を含めた流量比率の調整を行うための制御信号を発信し、自着火エンジン２に介装された燃料供給量制御手段６と出力ラインＬｏ４で接続され自着火エンジン２への燃料の量を調節するための制御信号を発信している。
【０１２６】
図１２の第９実施形態では、自着火エンジン２と、燃料電池１の双方が良好な運転が出来る様に制御している。
【０１２７】
上述した制御に関する構成以外は、図７の第５実施形態と同様である。また、具体的な制御については、図１３と、図２０以降で説明する。
【０１２８】
ここで、図１３に基づいて、第９実施形態の制御について説明する。
図１３の第９実施形態は、燃料電池から高温排気ガスやオフガスの流量を制御することで、自着火エンジンに供給する混合気の熱交換量を制御し、自着火エンジンに供給する予混合気の温度に変化させることで自着火特性を制御し、これによりエンジンの出力を制御する実施形態である。
【０１２９】
先ず、ステップＳ１において、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２のシリンダヘッドに設けた圧力センサ２９によって自着火エンジン２の出力を検出する。
【０１３０】
次のステップＳ２では、自着火エンジン２の出力は維持させるのか、上昇させるのか、或いは低下させるのかの何れかを判断する。維持させるのであればステップＳ３に進み、上昇させるのであればステップＳ４に進み、低下させるのであればステップＳ５に進む。
【０１３１】
ステップＳ３では、排ガス熱交換器５による、自着火エンジン２への供給空気への投入熱量をそのまま維持した後、ステップＳ６に進む。
尚、図２の第１実施形態の第１変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップＳ３では、自着火エンジン２の予混合気Ｍへの投入熱量をそのまま維持する。また、図３の第１実施形態の第２変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップＳ３では、自着火エンジン２の供給空気及び予混合気Ｍへの投入熱量をそのまま維持する。
【０１３２】
ステップＳ４では、排ガス熱交換器５による、自着火エンジン２への供給空気への投入熱量を減少させた後、ステップＳ６に進む。
尚、図２の第１実施形態の第１変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップＳ３では、自着火エンジン２の予混合気Ｍへの投入熱量を減少させる。また、図３の第１実施形態の第２変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップＳ３では、自着火エンジン２の供給空気及び予混合気Ｍへの投入熱量を減少させる。
【０１３３】
ステップＳ５では、排ガス熱交換器５による、自着火エンジン２への供給空気への投入熱量を増加させた後、ステップＳ６に進む。
尚、図２の第１実施形態の第１変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップＳ３では、自着火エンジン２の予混合気Ｍへの投入熱量を増加させる。また、図３の第１実施形態の第２変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップＳ３では、自着火エンジンへの供給空気及び予混合気Ｍへの投入熱量を増加させる。
【０１３４】
ステップＳ６では、コントロールユニット１０は、制御を終了するのか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方終了しないのであれば（ステップＳ６のＮＯ）、ステップＳ１まで戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。
【０１３５】
なお、図１２では、高温作動型燃料電池１の排気ガスにより、排気ガス熱交換器５を用いて、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される空気を加熱しているが、制御方法の説明で触れたように、図２（第１実施形態の第１変形例）で示す如く、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される予混合気Ｍを加熱しても良い。
或いは、図３（第１実施形態の第１変形例）で示す如く、予混合圧縮自着火エンジン２に供給される空気及び予混合気Ｍの双方を同時に加熱しても良い。
【０１３６】
次に、図１４に基づいて、第１０実施形態に係る複合発電システムについて説明する。図１４の第１０実施形態は、図９の第６実施形態に係る複合発電システムに、制御系を加えた実施形態である。
【０１３７】
図１４の第１０実施形態の制御に関する構成は、図１２の第９実施形態の制御構成と実質的に同様である。また、制御に関する構成以外は、図９の第６実施形態と同様である。
この実施形態（第１０実施形態）と第１１実施形態、第１２実施形態の具体的な制御については、図１７〜図１９の第１３実施形態以降で説明する。
【０１３８】
次に、図１５に基づいて、第１１実施形態に係る複合発電システムについて説明する。図１５の第１１実施形態は、図１０の第７実施形態に係る複合発電システムに、制御系を加えた実施形態である。
【０１３９】
即ち、図１０の第７実施形態の構成に対して、制御手段である総合発電システム運転監視・制御装置（以降、総合発電システム運転監視・制御装置をコントロールユニットという）１０Ａを設けている。更に、燃料電池１Ａ側の燃料供給ラインＦｆ１には流量制御弁３０が介装され、自着火エンジン２Ｂのシリンダヘッドに筒内圧力を検出する圧力センサ２９が装着されている。
【０１４０】
前記コントロールユニット１０Ａは、燃料電池１Ａの燃料極１２と入力ラインＬｉ１で接続され燃料電池１Ａの運転状態を示す信号、すなわち、熱自立をしているか否かの信号を受信し、燃料電池１Ａのインバータ１６と入力ラインＬｉ２で接続され燃料電池１Ａの発電出力信号を受信している。
【０１４１】
また、コントロールユニット１０Ａは、自着火エンジン２Ｂのシリンダヘッドに設けた筒内圧力センサ２９と入力ラインＬｉ３で接続され自着火エンジン２Ｂの運転状態を示す信号を受信し、前記発電機７に設けた図示しない発電出力発信手段と入力ラインＬｉ４で接続され自着火エンジン２で運転される発電機７の発電出力信号を受信している。
【０１４２】
さらに、コントロールユニット１０Ａは、電力需要９と入力ラインＬｉ５で接続され需要家の電力需要情報に関する信号を受信している。
【０１４３】
コントロールユニット１０Ａは、燃料電池１Ａ側の空気供給ラインＡｆ１に介装されたブロワ３と出力ラインＬｏ１で接続されブロワ３の回転速度を調整するための制御信号を発信し、燃料電池１Ａ側の燃料供給ラインＦｆ１に介装された流量制御弁３０と出力ラインＬｏ２で接続され流量制御弁３０の開度を調節するための制御信号を発信している。
【０１４４】
また、コントロールユニット１０Ａは、燃料電池１Ａ側の排気管Ｇｆ１２に介装された３方弁４と出力ラインＬｏ３で接続され３方弁４による各分岐管Ｇｆ１４、Ｇｆ１５へのオフガスの遮断を含めた流量比率の調整を行うための制御信号を発信し、自着火エンジン２Ｂに介装された燃料供給量制御手段６と出力ラインＬｏ４で接続され自着火エンジン２Ｂへの燃料の量を調節するための制御信号を発信している。
【０１４５】
さらに、コントロールユニット１０Ａは、オフガス生成室１４Ａに接続する排気管（オフガスライン）Ｇｆ１１に介装された３方弁４１と出力ラインＬｏ５で接続され、３方弁４１の各ポートの開度を調節する制御信号を３方弁４１に発信している。
即ち、コントロールユニット１０Ａは、３方弁４１の各ポートの開度を調節することで、オフガス燃焼室に投入するオフガス量や、自着火エンジン２Ｂの吸気系（吸気管）Ａｅ２に投入するオフガス量を調節して、燃料電池１Ａと自着火エンジン２Ｂを最適に運転制御している。
【０１４６】
上述の制御に関する構成以外は、図１０の第７実施形態と同様である。
【０１４７】
次に、図１６に基づいて、第１２実施形態に係る複合発電システムについて説明する。図１６の第１２実施形態は、図１１の第８実施形態に係る複合発電システムに、制御系を加えた実施形態である。
【０１４８】
図１６の第１２実施形態の制御に関する構成は、図１５の第１１実施形態の制御構成と実質的に同様である。また、制御に関する構成以外は、図１１の第８実施形態と同様である。
【０１４９】
次に、図１７に基づいて第１３実施形態を説明する。図１７の第１３実施形態は、第１０実施形態〜第１２実施形態の制御の１例に係る実施形態である。
具体的には、図１７で示す制御は、高温作動型燃料電池（第１０実施形態では符号は１、第１１、第１２実施形態では符号は１Ａ）の排気ガス或いはオフガスが保有する熱量に着目し、燃料電池の排気ガスやオフガスの割合を制御することで自着火エンジンの出力を制御する実施形態である。
【０１５０】
先ず、ステップＳ１１において、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２Ａのシリンダヘッドに設けた圧力センサ２９によって自着火エンジン２Ａの出力を検出する。
【０１５１】
次のステップＳ１２では、自着火エンジン２Ａの出力は維持させるのか、上昇させるのか、或いは低下させるのかの何れかを判断する。維持させるのであればステップＳ１３に進み、上昇させるのであればステップＳ１４に進み、低下させるのであればステップＳ１５に進む。
【０１５２】
ステップＳ１３では、自着火エンジン２Ａの過給機２７に投入する燃料電池１の排気ガス量又は吸気系（吸気管）Ａｅ２に投入するオフガス量をそのまま維持した後、ステップＳ１６に進む。
【０１５３】
ステップＳ１４では、自着火エンジン２Ａの過給機２７に投入する燃料電池１の排気ガス量又は吸気系（吸気管）Ａｅ２に投入するオフガス量を減少させた後、ステップＳ１６に進む。
排気ガス量及び吸気系（吸気管）Ａｅ２に投入するオフガス量を減少させれば、予混合気の温度は下降する。そして、混合気の温度が下降すれば自着火は相対的に燃料リッチで生じることとなり、予混合エンジンの出力は上がる。
【０１５４】
ステップＳ１５では、自着火エンジン２Ａの過給機２７に投入する燃料電池１の排気ガス量又は吸気系（吸気管）Ａｅ２に投入するオフガス量を増加させた後、ステップＳ１６に進む。
排気ガス量又は吸気系（吸気管）Ａｅ２に投入するオフガス量を増加させれば、予混合気の温度は上昇する。そして、混合気の温度が上昇すれば自着火は相対的に燃料リーンで生じることととなり、予混合エンジンの出力は下がる。
【０１５５】
ステップＳ１６では、コントロールユニット１０は、制御を終了するのか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ１６のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方終了しないのであれば（ステップＳ１６のＮＯ）、ステップＳ１１まで戻り、再びステップＳ１１以降を繰り返す。
【０１５６】
つぎに、図１８に基づいて、第１３実施形態の第１変形例の制御を説明する。
【０１５７】
図１７の制御は、高温作動型燃料電池１の排気ガス或いはオフガスが保有する熱量に着目した制御であるのに対して、図１８の第１変形例は、燃料電池１の排気ガスが含有する二酸化炭素ＣＯ２や水蒸気Ｈ２Ｏが、予混合圧縮自着火機関（第１０実施形態では２Ａ、第１１実施形態では２Ｂ、第１２実施形態では２Ｃ）の圧縮自着火を抑制する性質があることに着目した制御である。
即ち、排気ガスやオフガスの割合を増加させれば予混合気は昇温し、その結果、自着火は燃料リーン側で生じることとなり、自着火エンジンは出力が低下することを利用する制御である。
【０１５８】
以下、図１８の制御フローチャートに基づいて、制御の流れを説明する。
尚、システムは、図１４の第１０実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
【０１５９】
先ず、ステップＳ２１において、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２Ａのシリンダヘッドに設けた圧力センサ２９によって自着火エンジン２Ａの出力を検出する。
【０１６０】
次のステップＳ２２では、コントロールユニット１０は自着火エンジン２Ａの出力に変動があるか否かを判断し、変動がある場合は（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ステップＳ２３に進む。一方変動が無ければ（ステップＳ２２のＯＮ）、そのままステップＳ３０まで進む。
【０１６１】
ステップＳ２３では、燃料電池１側の排気ガス割合を増加させるのか、減少させるのかを判断し、増加させるのであれば３方弁を操作して排気ガス割合を増加させた後ステップＳ２６に、減少させるのであれば３方弁を操作して排気ガス割合を減少させた後ステップＳ２４に進む。
ここで、排気ガス割合を増加させた場合は、予混合気Ｍ中のＣＯ２，Ｈ２Ｏ（水蒸気）濃度が上昇し、自着火を抑制する。一方、排気ガス割合を減少させた場合は、予混合気Ｍ中のＣＯ２，Ｈ２Ｏ（水蒸気）濃度が低下し、自着火を促進する。
【０１６２】
ステップＳ２４では、コントロールユニット１０は、燃料供給量は一定のままか、増加させるのか、或いは減少させるのかを判断しており、一定であれば、そのままを維持した後、ステップＳ２５に進む。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段６１を燃料が増加する側に操作してステップＳ２９に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段６１を燃料が減少する側に操作してステップＳ２８に進む。
【０１６３】
ステップＳ２６では、コントロールユニット１０は、燃料供給量は一定のままか、増加させるのか、或いは減少させるのかを判断しており、一定であれば、そのままを維持した後、ステップＳ２７に進む。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段６１を燃料が増加する側に操作してステップＳ２９に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段６１を燃料が減少する側に操作してステップＳ２８に進む。
【０１６４】
ステップＳ２５では、自着火エンジン２Ａの出力が増加し、ステップＳ３０に進む。ステップＳ２７では、自着火エンジン２Ａの出力が減少し、ステップＳ３０に進む。ステップＳ２８では、自着火エンジン２Ａの出力がリーン限界まで減少し、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ２９では、自着火エンジン２Ａの出力がノッキング限界まで増加し、ステップＳ３０に進む。
【０１６５】
ステップＳ３０では、コントロールユニット１０は、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ３０のＹＥＳ）、そのまま制御は終了する。一方、運転継続であれば（ステップＳ３０のＮＯ）、ステップＳ２１まで戻り、再びステップＳ２１以降を繰り返す。
【０１６６】
次に、図１９に基づいて、第１３実施形態の第２変形例の制御を説明する。
図１７の制御は、高温作動型燃料電池の排気ガス或いはオフガスが保有する熱量に着目した制御であるのに対して、図１９の第２変形例は、燃料電池のオフガスが含有する一酸化炭素ＣＯや水素Ｈ２が、予混合圧縮自着火機関の圧縮自着火を促進する性質があることに着目した制御である。以下、図１９に基づいて第２変形例の制御を説明する。
尚、システムは、図１５の第１１実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
【０１６７】
先ず、ステップＳ３１において、コントロールユニット１０Ａは、自着火エンジン２Ｂのシリンダヘッドに設けた圧力センサ２９によって自着火エンジン２Ｂの出力を検出する。
【０１６８】
次のステップＳ３２では、コントロールユニット１０Ａは自着火エンジン２Ｂの出力に変動があるか否かを判断し、変動がある場合は（ステップＳ３２のＹＥＳ）、ステップＳ３３に進む。一方変動が無ければ（ステップＳ３２のＯＮ）、そのままステップＳ４０まで進む。
【０１６９】
ステップＳ３３では、燃料電池１Ａのオフガス割合を増加させるのか、減少させるのかを判断し、増加させるのであれば３方弁４を操作してオフガス割合を増加させた後ステップＳ３６に、減少させるのであれば３方弁を操作して排気ガス割合を減少させた後ステップＳ３４に進む。
ここで、オフガス割合を増加させた場合は、予混合気Ｍ中のＣＯ，Ｈ２濃度が上昇し、自着火を促進する。一方、オフガス割合を減少させた場合は、予混合気Ｍ中のＣＯ，Ｈ２濃度が低下し、自着火を抑制する。
【０１７０】
ステップＳ３４では、コントロールユニット１０Ａは、燃料供給量は一定のままか、増加させるのか、或いは減少させるのかを判断しており、一定であれば、そのままを維持した後、ステップＳ３５に進む。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段６を燃料が増加する側に操作してステップＳ３９に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段６を燃料が減少する側に操作してステップＳ３８に進む。
【０１７１】
ステップＳ３６では、コントロールユニット１０Ａは、燃料供給量は一定のままか、増加させるのか、或いは減少させるのかを判断しており、一定であれば、そのままを維持した後、ステップＳ３７に進む。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段６を燃料が増加する側に操作してステップＳ３９に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段６を燃料が減少する側に操作してステップＳ３８に進む。
【０１７２】
ステップＳ３５では、自着火エンジン２Ｂの出力が減少し、ステップＳ４０に進む。ステップＳ３７では、自着火エンジン２Ｂの出力が増加し、ステップＳ４０に進む。ステップＳ３８では、自着火エンジン２Ｂの出力がリーン限界まで減少し、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ３９では、自着火エンジン２Ｂの出力がノッキング限界まで増加し、ステップＳ４０に進む。
【０１７３】
ステップＳ４０では、コントロールユニット１０Ａは、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ４０のＹＥＳ）、そのまま制御は終了する。一方、運転継続であれば（ステップＳ３０のＮＯ）、ステップＳ３１まで戻り、再びステップＳ３１以降を繰り返す。
【０１７４】
次に、図２０に基づいて第１４実施形態を説明する。図２０の第１４実施形態は、図１２〜図１６の第９実施形態〜第１２実施形態における具体的な制御の一例である。
具体的には、図２０で示す制御は、自着火エンジン２（或いは２Ａ，２Ｂ，２Ｃの何れか）を、燃料供給量を以って出力制御する、即ち、自着火エンジンの運転のために供給する追加燃料の供給量を制御する制御方法である。
尚、システムは、図１２の第９実施形態を用いた場合について説明を行う。
【０１７５】
先ず、ステップＳ４１において先ず、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２のシリンダヘッドに設けた圧力センサ２９によって自着火エンジン２の出力を検出する。
【０１７６】
次のステップＳ４２では、自着火エンジン２の出力は維持させるのか、上昇させるのか、或いは低下させるのかの何れかを判断する。維持させるのであればステップＳ４３に進み、上昇させるのであればステップＳ４４に進み、低下させるのであればステップＳ４５に進む。
【０１７７】
ステップＳ４３では、燃料供給量制御手段６をそのまま維持して吸気管Ａｅ２への燃料供給量をそのまま維持した後、ステップＳ４６に進む。
【０１７８】
ステップＳ４４では、燃料供給量制御手段６を操作して、吸気管Ａｅ２への燃料供給量を減少させた後、ステップＳ４６に進む。
【０１７９】
ステップＳ４５では、燃料供給量制御手段６を操作して、吸気管Ａｅ２への燃料供給量を増加させた後、ステップＳ４６に進む。
【０１８０】
ステップＳ４６では、コントロールユニット１０は、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ４６のＹＥＳ）、そのまま終了し、終了しないのであれば（ステップＳ４６のＮＯ）、ステップＳ４１まで戻り、再びステップＳ４１以降を繰り返す。
【０１８１】
図２１の第１５実施形態は、図１２〜図１６の第９実施形態〜第１２実施形態における具体的な制御の一例である。
燃料電池に比べ、予混合圧縮自着火機関の方が負荷追従性は良好である。
そこで、負荷が変動した場合には、先ず、予混合圧縮自着火機関側で対処する様に制御するのが図２１の第１５実施形態である。
なお、予混合圧縮自着火機関側の対処の手法は、図１３、図１７〜図２０の制御による。
但し、予混合圧縮自着火機関で対処できないような負荷変動の場合には、高温作動型燃料電池の負荷変動制御を行う。
本実施形態では、燃料電池の出力制御方法は、燃料や酸化剤の供給量、燃料利用率、酸化剤利用率による従来の制御方法を利用することが出来る。
【０１８２】
以下、図２１に基づいて第１５実施形態を説明する。尚、システムは、図１２の第９実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
【０１８３】
先ず、ステップＳ５１では、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２のシリンダヘッドに設けた筒内圧力センサ２９でエンジン出力が変動したか否かを判断しており、エンジン出力が変化していれば（ステップＳ５１のＹＥＳ）、ステップＳ５２に進む。一方、エンジン出力が変化していないのであれば（ステップＳ５１のＮＯ）、ステップＳ５１のループを繰り返す。
【０１８４】
ステップＳ５２ではエンジン負荷の変動幅を演算して、ステップＳ５３に進み、負荷変動幅がエンジン出力の対応範囲以内か否かを判断する。
負荷変動幅がエンジン出力の対応範囲以内であれば（ステップＳ５３のＹＥＳ）、ステップＳ５４に進み、エンジン出力対応範囲を超えていれば（ステップＳ５３のＮＯ）、ステップＳ５５に進む。
【０１８５】
ステップＳ５４では、エンジン出力を適正値まで変動させてステップＳ５６に進む。またステップＳ５５では自着火エンジン２及び燃料電池１の双方の出力を適正値まで変動させた後、ステップＳ５６に進む。
【０１８６】
ステップＳ５６ではコントロールユニット１０は、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ５６のＹＥＳ）、そのまま制御を終える。一方、運転を続行するのであれば（ステップＳ５６のＮＯ）、ステップＳ５１まで戻り、再びステップＳ５１以降を繰り返す。
【０１８７】
図２２の第１６実施形態は、図１２〜図１６の第９実施形態〜第１２実施形態における具体的な制御の一例である。
具体的には、複合発電システムに要求される電力負荷が、高温作動型燃料電池で賄うことが出来る範囲になった場合に、予混合圧縮自着火機関を停止して、予混合圧縮自着火機関側からの電力供給を停止する制御である。即ち、電力負荷が燃料電池の出力範囲で対応できるまで低下した場合に、排気ガスやオフガスが自着火エンジンに供給されないように切換えることで、自着火エンジンの運転を停止させ、燃料電池単独での負荷追従運転を行う制御である。
【０１８８】
以下、図２２に基づいて第１６実施形態を説明する。尚、システムは、図１２の第９実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
【０１８９】
先ず、ステップＳ６１では、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２のシリンダヘッドに設けた筒内圧力センサ２９でエンジン出力を検出して、ステップＳ６２に進み、電力負荷が減少中であるか否かを判断する。電力負荷が減少中でないのであれば（ステップＳ６２のＮＯ）、ステップＳ６３に進む。一方、電力負荷が減少中であれば（ステップＳ６２のＹＥＳ）、ステップＳ６４に進む。
【０１９０】
ステップＳ６３では電力負荷が上昇中であるか否かを判断し、上昇中であれば（ステップＳ６３のＹＥＳ）、後述の図２３の制御に進む。一方、上昇中で無ければ、即ち電力負荷に変動が無ければ、ステップＳ６１まで戻り、再びステップＳ６１以降を繰り返す。
【０１９１】
ステップＳ６４では、コントロールユニット１０は電力負荷が燃料電池１の出力範囲以内であるか否かを判断しており、電力負荷が燃料電池１の出力範囲以内であれば（ステップＳ６４のＹＥＳ）、ステップＳ６５に進む。一方電力負荷が燃料電池１の出力範囲を超えていれば（ステップＳ６４のＮＯ）、ステップＳ６６に進む。
【０１９２】
ステップＳ６５では、排気ガス又はオフガスを自着火エンジン２側へ供給しないでエンジン２を停止させた後、ステップＳ６７に進む。ステップＳ６６では、排気ガス又はオフガスの自着火エンジン２側への供給を維持して運転を続行しつつステップＳ６７に進む。
【０１９３】
ステップＳ６７ではコントロールユニット１０は、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ６７のＹＥＳ）、そのまま制御を終える。一方、運転を続行するのであれば（ステップＳ６７のＮＯ）、ステップＳ６１まで戻り、再びステップＳ６１以降を繰り返す。
【０１９４】
図２３〜図２５の第１７実施形態は、図１２〜図１６の第９実施形態〜第１２実施形態における具体的な制御の一例である。
具体的には、図２４で示す従来技術での「電力不足（符号Ｈ）」に相当する負荷を、予混合圧縮自着火機関の負荷追従運転（図２５において符号Ｔで示す「自着火エンジンの負荷追従運転」）で補う場合に、電力不足に相当する出力を得る為には、図１３〜図２０で説明した制御を行う。
即ち、電力負荷が燃料電池の出力範囲で対応出来なくなるまで増加した場合に、排気ガスやオフガスを自着火エンジンに切換えて供給して、自着火エンジンを起動し、前記説明した自着火エンジン出力制御によって燃料電池と自着火エンジンの複合システムとして負荷追従運転を行うことを特徴とする運転制御である。
【０１９５】
高温作動型燃料電池のみの発電システムでは、図２４の実線Ｌで示すような負荷変動、すなわち電力需要の変化に対処し難い。
それに対して、図１２〜図１６の第９実施形態〜第１２実施形態であれば、図２５で示す様に、高温作動型燃料電池では不足する分（図２４の「電力不足（符号Ｈ）」に相当する負荷）を、予混合圧縮自着火機関側の発電手段で得る事が出来る（図２４及び図２５において、符号Ｌは電力需要を、符号Ｌｆは燃料電池の出力電力を、図２５において、符号Ｌｔは燃料電池の出力電力と自着火エンジンの出力電力の合計を示す）。
そのため、図２４の「電力不足（符号Ｈ）」に相当する負荷が発生した場合にのみ、予混合圧縮自着火機関を作動させない制御が、図２３で示す制御である。
言わば、図２２の第１６実施形態とは反対の制御である。
【０１９６】
以下、図２３に基づいて、第１７実施形態を説明する。尚、システムは、図１２の第９実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
【０１９７】
先ず、ステップＳ７１では、コントロールユニット１０は、自着火エンジン２のシリンダヘッドに設けた筒内圧力センサ２９でエンジン出力を検出して、ステップＳ７２に進み、電力負荷が増加中であるか否かを判断する。電力負荷が増加中でないのであれば（ステップＳ７２のＮＯ）、ステップＳ７３に進む。一方、電力負荷が増加中であれば（ステップＳ７２のＹＥＳ）、ステップＳ７４に進む。
【０１９８】
ステップＳ７３では電力負荷が減少中であるか否かを判断し、減少中であれば（ステップＳ７３のＹＥＳ）、前述の図２２の制御に進む。一方、減少中で無ければ、即ち電力負荷に変動が無ければ、ステップＳ７１まで戻り、再びステップＳ７１以降を繰り返す。
【０１９９】
ステップＳ７４では、コントロールユニット１０は電力負荷が燃料電池１の出力範囲以上であるか否かを判断しており、電力負荷が燃料電池１の出力範囲以上であれば（ステップＳ７４のＹＥＳ）、ステップＳ７５に進む。一方、電力負荷が燃料電池１の出力範囲に達していなければ（ステップＳ７４のＮＯ）、ステップＳ７６に進む。
【０２００】
ステップＳ７５では、排気ガス又はオフガスを自着火エンジン２側へ供給してエンジンを起動させた後、ステップＳ７７に進む。ステップＳ７６では、排気ガス又はオフガスを自着火エンジン２側へ供給しないでエンジンを停止した後、ステップＳ７７に進む。
【０２０１】
ステップＳ７７ではコントロールユニット１０は、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ７７のＹＥＳ）、そのまま制御を終える。一方、運転を続行するのであれば（ステップＳ７７のＮＯ）、ステップＳ７１まで戻り、再びステップＳ７１以降を繰り返す。
【０２０２】
次に、図２６〜図２８に基づいて、第１８実施形態を説明する。
図２６〜図２８の第１８実施形態は、需要家が負荷追従速度を重視する場合には、複合システムとしての高効率よりも負荷追従性能が優先されるようにシステムの負荷追従制御を行い、一方、需要家がシステム全体の効率を重視する場合には、負荷追従性よりもシステムの高効率維持が優先されるように負荷追従制御を行うことを特徴とした複合発電システムの運転制御方法である。
【０２０３】
電力需要の形態として図２７で示すタイプ（複合システムとしての高効率よりも負荷追従性能が優先されるようにシステムの負荷追従制御を行うタイプ）と、図２８で示すタイプ（負荷追従性よりもシステムの高効率維持が優先されるように負荷追従制御を行うタイプ）のユーザーがいる（図２７及び図２８において、符号Ｌは電力需要を、符号Ｌｆは燃料電池の出力電力を、符号Ｌｔは燃料電池の出力電力と自着火エンジンの出力電力の合計を、符号μはシステム全体の効率を示す）。
【０２０４】
図２６の複合発電システムでは、その（図２７のタイプ、図２８のタイプ）何れに対応する運転モードにするかを決定する運転モード決定手段４０を、運転監視・制御手段であるコントロールユニット１０Ｂに備えている。
尚、運転モード決定手段４０は、運転モード入力手段６０により図示しないオペレータの判断による運転モードが入力されるようになっているが、図示しない記憶手段（ＲＯＭ等）により、予め決定されていても良い。
【０２０５】
図２６の複合発電システムは、コントロールユニット１０Ｂに運転モード決定手段４０を備えている点以外は、図１２の第９実施形態と同一である。しかし、図１４〜図１６の第１０実施形態〜第１２実施形態と同様な構成としても良い。
【０２０６】
図１３〜図２６の制御を、高温作動型燃料電池と予混合圧縮自着火機関の運転の時系列で表現したフローチャートが図２９である。
以下、図２９に基づいて図２６をも参照して、第１８実施形態の制御について説明する。
【０２０７】
先ず、ステップＳ８１において運転モード決定手段４０によって運転モードの決定を行い、ステップＳ８２に進み、燃料電池１を始動させる。
【０２０８】
ステップＳ８３ではコントロールユニット１０Ｂは、負荷が燃料電池１の出力以上か否かを判断しており、燃料電池１の出力範囲以上であれば（ステップＳ８３のＹＥＳ）、ステップＳ８４に進む。一方、燃料電池の出力未満であれば（ステップＳ８３のＮＯ）、ステップＳ８５に進む。
【０２０９】
ステップＳ８４では図２２の制御ルーチンを用いて自着火エンジン２を停止した後、ステップＳ８７に進む。ステップＳ８５では、図２３の制御ルーチンを用いて自着火エンジン２を始動させた後、ステップＳ８６に進み、図１３、図１７〜図２１の何れかの制御を行った後ステップＳ８７に進む。
【０２１０】
ステップＳ８７では、コントロールユニット１０Ｂは、所定時間が経過したか否かを判断しており、所定時間が経過していれば（ステップＳ８７のＹＥＳ）、ステップＳ８８に進む。一方、所定時間が経過していなければ（ステップＳ８７のＮＯ）、ステップＳ８３まで戻り再びステップＳ８３以降を繰り返す。
【０２１１】
ステップＳ８８では、制御を終了するか否かを判断しており、終了するのであれば（ステップＳ８８のＹＥＳ）、ステップＳ８９に進み燃料電池１を停止して、全ての制御を終了する。一方、終了しないのであれば（ステップＳ８８のＮＯ）、ステップＳ８７まで戻り、再びステップＳ８７以降を繰り返す。
【０２１２】
すなわち、図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】本発明の第１実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図２】第１実施形態の第１変形例の構成を示したブロック図。
【図３】第１実施形態の第２変形例の構成を示したブロック図。
【図４】本発明の第２実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図６】本発明の第４実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図７】本発明の第５実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図８】第３実施形態の変形例の構成を示したブロック図。
【図９】本発明の第６実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１０】本発明の第７実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１１】本発明の第８実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１２】本発明の第９実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１３】本発明の第９実施形態の制御方法を示したフローチャート。
【図１４】本発明の第１０実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１５】本発明の第１１実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１６】本発明の第１２実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図１７】本発明の第１３実施形態に係る制御フローチャート。
【図１８】本発明の第１３実施形態の第１変形例である制御フローチャート。
【図１９】本発明の第１３実施形態の第２変形例である制御フローチャート。
【図２０】本発明の第１４実施形態に係る制御フローチャート。
【図２１】本発明の第１５実施形態に係る制御フローチャート。
【図２２】本発明の第１６実施形態に係る制御フローチャート。
【図２３】本発明の第１７実施形態に係る制御フローチャート。
【図２４】電力需要の１パターンを示す特性図。
【図２５】本発明の第１７実施形態に係り、燃料電池による発電と自着火エンジンによる発電を同時に行った時の発電量と電力需要を対比して示した特性図。
【図２６】本発明の第１８実施形態のシステム全体の構成を示したブロック図。
【図２７】第１８実施形態を説明するための複合発電システムの運転パターンの１例を示す特性図。
【図２８】第１８実施形態を説明するための複合発電システムの運転パターンの他の例を示す特性図。
【図２９】本発明の第１８実施形態に係る制御フローチャート。
【符号の説明】
【０２１４】
１，１Ａ・・・高温作動型燃料電池／燃料電池
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・予混合圧縮自着火機関／予混合エンジン
３・・・ブロワ
４、４１・・・３方弁
５・・・第２の排ガス熱交換器
６・・・燃料供給量制御手段
７・・・発電機
１０，１０Ａ，１０Ｂ・・・総合発電システム運転監視・制御手段／コントロールユニット
１１・・・空気極
１２・・・燃料極
１３・・・燃料改質器
１４・・・オフガス燃焼室
１４Ａ・・・オフガス生成室
１５・・・第１の排ガス熱交換器
１６・・・インバータ
２５・・・吸気弁
２６・・・排気弁
２７・・・過給機
３０・・・流量制御弁
４０・・・運転モード決定手段
Ａｅ１，Ａｅ２，Ａｅ３・・・吸気系／吸気管
Ａｆ１・・・空気供給ライン
Ａｆ２・・・空気ライン
ＡＦｅ・・・空気及び燃料供給ライン
Ｆｅ・・・燃料供給ライン
Ｆｆ１・・・燃料供給ライン
Ｆｆ２・・・燃料ライン
Ｇｅ１，Ｇｅ２・・・排気管
Ｇｆ１〜Ｇｆ３、Ｇｆ１１〜Ｇｆ１５・・・排気系／排気管
Ｗｆ・・・燃料電池で発電した電力
Ｗｅ・・・発電機で発電した電力
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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