(57)【要約】【課題】  燃料電池に要求される発電電力の増加時に、燃料電池に損傷を与えないようにすること。【解決手段】  原料である燃料と水蒸気とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質装置（１）と、この改質装置（１）で生成された改質ガスにより発電する燃料電池７と、この燃料電池７の発電電力を負荷に供給する電力変換器１１とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池７に要求される発電電力の増加量に基づいて改質装置（１）に供給する原料量を増加させると共にタイマを動作させ、タイマの動作終了後に電力変換器１１に発電電力の増加を許容する信号を出力する制御手段（１４）を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料である燃料と水蒸気とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質装置と、該改質装置で生成された前記改質ガスにより発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力を負荷に供給する電力変換器とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に要求される発電電力の増加量に基づいて前記改質装置に供給する原料量を増加させると共にタイマを動作させ、該タイマの動作終了後に前記電力変換器に前記発電電力の増加を許容する信号を出力する制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池のアノードから排出されるアノード排ガスを取り込んで燃焼させる補助燃焼器を備え、前記制御手段は、前記改質装置に供給する原料量と前記燃料電池の出力値とから前記アノード排ガス中の水素量を算出し、該水素量に基づいて前記補助燃焼器に供給する空気量を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池のアノードから排出されるアノード排ガスを取り込んで燃焼させ、前記改質装置に供給する原料の一部を予熱する補助燃焼器を備え、前記制御手段は、前記改質装置に供給する原料量と前記燃料電池の出力値とから前記原料の予熱温度を算出し、該予熱温度に基づいて前記補助燃焼器に供給する助燃用の燃料量または前記改質装置に供給する燃焼用の空気量の少なくとも一方を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、固体高分子型燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、例えば、原料となる炭化水素系燃料と水とを反応させて水素を製造する改質装置と、水素と酸素とを反応させて発電を行う燃料電池と、電力変換器（インバータ）とを備えて構成され、必要に応じて、燃料電池のアノードから排出されるアノード排ガスを燃焼する補助燃焼器を備えている。
【０００３】
改質装置は、触媒存在下、例えば、炭化水素系燃料と水蒸気とを反応させて水素に改質させる改質器と、この改質器から発生する改質ガス中のＣＯをＣＯシフト反応によって酸化させるＣＯ変成器と、さらに改質ガス中に残存するＣＯを選択酸化させるＣＯ選択酸化器とを備えている。このような改質反応器により生成された改質ガスは、燃料電池のアノードに導入され、カソードに導入される酸素と反応して電気を発生する。
【０００４】
一方、燃料電池のアノード排ガス中には、発電に使用されない未反応水素が含まれている。このため、アノード排ガスは、補助燃焼器に導いて燃焼させることにより、改質反応器に供給する原料等を予熱したり、改質器の加熱等に利用されている。また、改質装置や燃料電池等の廃熱を回収して得られた湯水を貯湯槽に導いて、給湯として利用する方法が検討されている。
【０００５】
このような燃料電池システムにおいて、燃料電池に要求される発電電力の増加に伴い、改質装置に供給する原料の供給量を増加制御する燃料電池の制御方法が報告されている（特許文献１参照）。これによれば、改質装置に導入された原料が実際に燃料電池に供給されるまでの遅れ時間を考慮すると共に、燃料電池の発電効率を考慮して、燃料電池の電圧を遅れ時間よりも若干長い期間一定に保持するように、燃料電池と負荷との間に設けられたインバータの出力電流の増加制御に係る時定数を調整することが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−８１９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、インバータの出力電流の増加を抑制しているが、要求される発電電力の増加と共にインバータの出力電流を増加させているため、燃料電池の発電効率が低下したり、負荷電力の増加率または増加量が大きい場合は、改質ガス中の水素量の増加が間に合わず、燃料電池を損傷させるおそれがある。
【０００８】
本発明は、燃料電池に要求される発電電力の増加時に、燃料電池に損傷を与えないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、原料である燃料と水蒸気とを反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質装置と、この改質装置で生成された改質ガスにより発電する燃料電池と、この燃料電池の発電電力を負荷に供給する電力変換器とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池に要求される発電電力の増加量に基づいて改質装置に供給する原料量を増加させると共にタイマを動作させ、タイマの動作終了後に電力変換器に発電電力の増加を許容する出力信号を出力する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、発電電力の要求の増加に伴い、改質装置に供給する原料量を増加させてから所定時間経過すると、燃料電池のアノードに供給される改質ガス、つまり水素の量が増加する。これにより、燃料電池の発生電圧が高くなり、電力変換器の出力電流を増加させても、燃料電池の損傷を防止できる。
【００１１】
この場合において、タイマは、改質装置に供給した原料が水素に改質され、燃料電池のアノード出口に達するまでの時間差以上に設定することが好ましい。この時間差を設けることにより、アノードには、負荷に応じた電力を発生させるのに必要な水素量が供給されるから、燃料電池の損傷を防止できる。
【００１２】
上記の燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノードから排出されるアノード排ガスを取り込んで燃焼させる補助燃焼器を備え、制御手段は、改質装置に供給する原料量と燃料電池の出力値とからアノード排ガス中の水素量を算出し、この水素量に基づいて補助燃焼器に供給する空気量を制御することにより、補助燃焼器の燃焼温度を安定化できる。
【００１３】
また、補助燃焼器は、アノード排ガスを燃焼させると共に、改質装置に供給する原料を予熱させるようにし、改質装置に供給する原料量と燃料電池の出力値とから原料の予熱温度を算出し、この予熱温度に基づいて補助燃焼器に供給する助燃用の燃料量または改質装置に供給する燃焼用の空気量の少なくとも一方を制御するようにしてもよい。これによれば、補助燃焼器の燃焼温度または改質装置の改質温度を所定温度に維持制御できるから、原料の改質効率が安定化され、燃料電池システム全体の効率を向上できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池に要求される発電電力の増加時に、燃料電池に損傷を与えない燃料電池システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる燃料電池システムの第１の実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる燃料電池システムの構成図である。図２は、本発明を適用してなる制御の手順を示すフロー図である。図３は、本発明を適用してなる燃料電池システムの制御において、出力電力および発電量が時間とともに変化する様子を示す図である。
【００１６】
本実施形態の燃料電池システムは、図１に示すように、改質器１、ＣＯ変成器３、ＣＯ選択酸化器５、燃料電池７、補助燃焼器９、インバータ１１、制御装置１４を備えて構成される。
【００１７】
改質器１は、縦型容器を有してなり、この容器の外壁には補助燃焼器９が配置されている。改質器１に供給される都市ガス等の炭化水素系燃料（以下、都市ガスと略す）と水蒸気は、補助燃焼器９により予熱されるようになっている。改質器１は、部分酸化式が採用され、都市ガスを空気で部分燃焼させる燃焼触媒層と、都市ガスに水蒸気を反応させて改質させる改質触媒層を備えている。
【００１８】
改質触媒層としては、例えば、Ｎｉ系やＲｕ系等の改質触媒が用いられ、都市ガスと水蒸気が反応して水素リッチな改質ガスが生成する。メルカプタン系の付臭剤等を含む都市ガスの場合、硫黄による触媒被毒を防ぐため、例えば、Ｎｉ系の改質触媒が用いられる。また、カーボン析出防止のため、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類金属等を触媒中に添加することが好ましい。なお、本実施形態では、改質器１の炭化水素系燃料として都市ガスを用いるが、例えば、天然ガス、メタンガス、プロパンガス、メタノール、ナフサ、ガソリン、灯油、ジメチルエーテル等を用いても構わない。
【００１９】
改質器１の出側は、熱交換器１３の入側に接続されている。熱交換器１３において、改質器１から排出される高温の改質ガスは、水ポンプ１５から吐出された水と熱交換して冷却される。熱交換器１３により冷却された改質ガスは、ＣＯ変成器３の入側に導かれる。ＣＯ変成器３には、ＣＯシフト触媒層が備えられ、改質ガス中のＣＯがＣＯシフト反応により水蒸気と反応してＣＯ２に転換される。ＣＯシフト触媒としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ等の遷移金属系、Ｐｔ，Ｒｕ等の貴金属系等を用いることができるが、安全性や反応熱等の点で貴金属系を用いることが好ましい。
【００２０】
ＣＯ変成器３の出側は、熱交換器１７の入側に接続されている。熱交換器１７において、ＣＯ変成器３から排出される改質ガスは、水ポンプ１９から吐出された水と熱交換して冷却される。熱交換器１７により冷却された改質ガスは、ＣＯ選択酸化器５の入側に導かれる。ＣＯ選択酸化器５は、ＣＯ選択酸化触媒層を備え、改質ガス中のＣＯは、選択的に酸化されてＣＯ２に転換される。一方、ＣＯ選択酸化触媒層には、水ポンプ２１から吐出された冷却水が伝熱管を通じて供給され、所定の触媒活性温度に保持されるようになっている。このＣＯ選択酸化触媒層には、例えば、γ−アルミナ、チタニア、コージェライトハニカム、ペーパハニカム等の触媒担体に、触媒の活性成分であるＭｎ、Ｍｇ等の遷移金属またはＰｔ、Ｒｕ、Ｐｄ等の貴金属を担持させたものが用いられる。
【００２１】
燃料電池７は、例えば、内部加湿方式の固体高分子型燃料電池が使用され、電解質と、この電解質を挟持して配置されるアノード２３（燃料極）と、カソード２５（酸素極）とを備えている。アノード２３とカソード２５の電極反応により発電された電力は、燃料電池７に接続されるインバータ１１を介して、負荷となる家庭用電化機器の電力に変換される。一方、電極反応で発生した熱は、電池排熱として凝縮水の潜熱と共に電池本体を冷却する冷却水を介して回収される。この熱回収された水は、図示しない貯湯槽に貯留され、給湯として利用される。
【００２２】
また、発電に利用されなかった水素を含むガスは、アノード排ガスとしてアノード２３の出側から排出された後、配管２７を通じて、燃焼触媒やバーナなどを備えた補助燃焼器９の入側に供給され、燃焼用の燃料として利用される。カソード２５の入側には、配管２９を介して空気または酸素が供給され、出側から配管３１を介してカソード排ガスが大気に排出される。
【００２３】
次に、都市ガス、水蒸気および空気の供給系統の構成について説明する。改質器１には、都市ガス供給配管３３、空気供給配管３５、水供給配管３７がそれぞれ接続されている。都市ガス供給配管３３には、ガス流れ方向に沿って、都市ガスに含まれる付臭剤（硫黄成分）を除去する脱硫器３９、脱硫された都市ガスを圧縮して高圧にするガス昇圧機４１が順次配設され、ガス昇圧機４１から吐出された都市ガスは、補助燃焼器９を通じて予熱された後、改質器１内に供給されるようになっている。
【００２４】
水供給配管３７は、水ポンプ１５、１９、２１および４３の吸込口にそれぞれ分岐して接続されている。水ポンプ１５、１９および２１の吐出側は、それぞれ熱交換器１３、１７およびＣＯ選択酸化器５を経由して改質器１と接続される一方、水ポンプ４３の吐出側は、配管が分岐して、都市ガス供給配管３３および空気供給配管３５にそれぞれ接続された後、補助燃焼器９を経由して改質器１に接続されている。
【００２５】
空気供給配管３５は、空気ブロア２４、４５、４７の吸込口にそれぞれ分岐して接続されている。空気ブロア２４の吐出側は、配管４８を介してＣＯ選択酸化器５の入側に接続され、酸化用空気を供給するようになっている。空気ブロア４５の吐出側は、補助燃焼器９と接続され、燃焼用空気を供給する一方、空気ブロア４７の吐出側は、補助燃焼器９内を配管経路とし、次いで都市ガス供給配管３３と合流した後に改質器１と接続されており、補助燃焼器９を経由して予熱された空気が都市ガスと混合されて改質器１に供給されるようになっている。
【００２６】
次に、燃料電池システムの制御系統の構成について説明する。制御装置１４は、インバータ１１、都市ガス制御系統、空気制御系統および水制御系統と、それぞれ電気的に接続されている。制御装置１４は、ユーザ側の電力使用量の増減に基づいて、インバータ１１に指令を出力し、これを受けたインバータ１１は、燃料電池７から取り出す電力を制御するようになっている。また、制御装置１４は、都市ガス制御系統のガス昇圧機４１を制御する一方、空気制御系統の空気ブロア４７を制御して、都市ガスおよび空気の供給圧力をそれぞれ調整し、発生電力量に見合った発生水素量に制御するようになっている。同様に、制御装置１４は、水制御系統の水ポンプ１５、１９、２１、４３を制御して、改質器１およびＣＯ選択酸化器５に供給する水量を調整し、発生水素量を制御するようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、負荷となるユーザ側の電力要求が増加する場合について説明する。負荷から要求される電力量が制御装置１４に伝達されると、制御装置１４から燃料電池システムの都市ガス制御系統、空気制御系統および水制御系統に、要求電力に基づいて水素量を増加させる発生水素量増加指令が出力され、次いで、インバータ１１には、要求電力量に基づいて出力電力の増加指令が出力される。
【００２８】
ここで、改質器１に供給される原料、つまり都市ガスと水蒸気の供給量を増加させた後に、燃料電池７の発電出力を増加させる場合、要求電力の増加率または増加量が大きいと、改質ガス中の水素量の増加が間に合わず、水素量が不足して、燃料電池７を損傷させるおそれがある。
【００２９】
そのため、本実施形態では、発生水素量の増加指令と出力電力の増加指令を出力する時間に差を設け、この差が改質器１に供給した原料が水素に改質されて燃料電池７のアノード２３出口部に達するまでの所要時間以上となるように、タイマを用いて制御するようにしている。具体的には、図２および図３に示すように、ユーザ側の電力要求が増加すると、制御装置１４は、発生水素量増加指令を出力し、ガス昇圧器４１、各水ポンプおよび各空気ブロアの出力を増加させると共にタイマの動作を開始し、所定時間が経過してタイマ動作が終了した時点で、出力電力の増加指令を出力し、インバータ１１の出力電流を増加させることにより、燃料電池１１の発電電力を増加させるように制御している。
【００３０】
ここで、タイマの設定時間は、例えば、発生水素量の増加指令が出力されてから、増加された水素がアノード２３出口部に到達する所要時間を予め求めておき、この所要時間を基準として定めることが好ましい。すなわち、通常は、基準時間より長めの時間を設定するが、設定時間が長くなり過ぎると、要求電力に必要な水素量に対し供給過剰となり、アノード排ガス中の水素量が増加するため、不経済となる。なお、燃料電池７のアノード２３から排出されたアノード排ガスは、補助燃焼器９に導かれて燃焼処理され、改質器１に供給する前の原料や水の予熱に利用される。
【００３１】
本実施形態の燃料電池システムは、例えば、家庭用の小出力の発電システムとして用いる場合、原料等の流量が小さいため、汎用性の補機類（空気バルブやガス昇圧機など）を定格出力で使用すると、流量を絞る際の圧力損失が大きくなるため、これら補機類による圧力調整に代えて、例えば、パルス制御により簡易的に流量調整することが好ましい。
【００３２】
本実施形態によれば、アノード２３に供給される改質ガスの水素濃度を所定量まで増加させてから、インバータ１１の出力を負荷の要求電力に増加させているから、燃料電池７を損傷させることがない。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用してなる燃料電池システムの第２の実施形態について図を参照して説明する。図４は、本発明を適用してなる制御の手順を示すフロー図である。図５は、本発明を適用してなる燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間とともに変化する様子を示す図である。なお、本実施形態において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
本実施形態は、図１の空気制御系統において、制御装置１４からの指令により、空気ブロア４７による改質器１の部分燃焼用の空気量制御に加えて、空気ブロア４５の出力を調整し、補助燃焼器９の燃焼用空気量を制御している点で、第１の実施形態と相違する。
【００３５】
本実施形態の動作を図４および図５を用いて説明する。まず、ユーザ側の電力要求が増加すると、制御装置１４は、発生水素量の増加指令を出力し、ガス昇圧器４１、各水ポンプおよび各空気ブロアなどの出力を増加させると共にタイマの動作を開始する。そして、設定時間、例えば、発生水素量の増加指令が出力されてから増加された水素がアノード２３出口部に到達するまでの所要時間が経過して、第１のタイマ動作が終了すると同時に、出力電力の増加指令が出力され、燃料電池１１の発電電力を増加させる。続いて、第１のタイマ動作が終了してから所定時間が経過すると、第２のタイマ動作が終了する。この第２のタイマ動作終了時に、空気ブロア４５の出力を増加する燃焼用空気量の増加指令が出力され、補助燃焼器９に供給される燃焼用空気量が増加する。すなわち、発生水素量の増加指令が出力されて水素量が増加すると、アノード排ガス中の水素量も増加することから、この増加水素量分だけ補助燃焼器９の燃焼用空気量を増加させるように制御する。
【００３６】
ここで、燃焼用空気量の増加指令となる第２のタイマ動作による制御は、例えば、タイマ動作が開始する発生水素量の増加指令と同時に行ってもよいし、第１のタイマ動作終了後、発生水素量の増加指令後のガス成分がアノード２３から排出されて補助燃焼器９の入口部に到達するまでの所要時間より短い時間差で制御するようにしてもよい。
【００３７】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、アノード２３に供給される改質ガスの水素濃度を所定量まで増加させてから、インバータ１１の出力電力を負荷の要求電力に増加させているから、燃料電池７の損傷を防止できることに加え、アノード排ガス中の水素を良好に燃焼できるから、原料の予熱温度を安定化できると共に熱回収効率を向上できる。
【００３８】
（第３の実施形態）
次に、本発明を適用してなる燃料電池システムの第３の実施形態について図を参照して説明する。図６は、本発明を適用してなる制御の手順を示すフロー図である。図７は、本発明を適用してなる燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間とともに変化する様子を示す図である。なお、本実施形態において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施形態は、図１の制御系統において、燃料電池７と制御装置１４を直接電気的に接続し、燃料電池７の出力電流を制御装置１４に入力し、算出されたアノード排ガス中の水素量に基づいて、空気ブロア４５の出力を制御している点で、第１の実施形態と相違する。
【００４０】
本実施形態の動作を図６および図７を用いて説明する。まず、ユーザ側の電力要求が増加すると、制御装置１４は、発生水素量の増加指令を出力し、ガス昇圧器４１、各水ポンプおよび各空気ブロアなどの出力を増加させると共にタイマの動作を開始する。そして、設定時間が経過し、タイマ動作が終了した時点で、制御装置１４は出力電力の増加指令をインバータ１１に出力し、燃料電池１１の発電電力を増加させる。
【００４１】
次に、燃料電池７の出力電流の値が制御装置１４に入力されると、この値と改質器１に供給される供給原料量とから、アノード排ガス中の水素量を算出し、この水素量に基づいて、例えば、制御装置１４から空気ブロア４５の出力を増加する燃焼用空気量の増加指令を出力し、アノード排ガスの燃焼状態を制御する。すなわち、燃料電池７で消費された水素量は、燃料電池７の出力電流と比例するため、水素を生成する原料の供給量と燃料電池７の出力電流とから、アノード排ガス中の水素量を算出し、この値に基づいて燃焼用空気量を調整するようにする。
【００４２】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、燃料電池７の損傷を防止できることに加え、アノード排ガス中の水素量に基づいて補助燃焼器９に適切な空気量を供給できるから、アノード排ガスの良好な燃焼状態を得ることができ、原料の予熱温度を一層安定化できると共に、熱回収効率を向上できる。
【００４３】
また、算出された水素量の値に基づいて、空気ブロア４５以外の補器類として、その他の空気ブロアやガス昇圧機４１および水ポンプの出力を制御することにより、改質効率を高め、燃料電池システム全体の効率を向上できる。
【００４４】
（第４の実施形態）
次に、本発明を適用してなる燃料電池システムの第４の実施形態について図を参照して説明する。図８は、本発明を適用してなる制御の手順を示すフロー図である。図９は、本発明を適用してなる燃料電池システムの制御において、出力電力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。なお、本実施形態において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
本実施形態は、図１の制御系統において、燃料電池７の出力電流の値を制御装置１４に入力すると共に、供給原料量としてガス昇圧機４１による都市ガスの流量値を制御装置１４に入力し、算出されたアノード排ガス中の水素量により原料予熱温度を求め、この予熱温度により空気ブロア４７の出力を制御している点で、第１の実施形態と相違する。
【００４６】
本実施形態の動作を図８および図９を用いて説明する。まず、ユーザ側の電力要求の増加に基づいて、制御装置１４が発生水素量の増加指令を出力し、タイマ制御により燃料電池１１の発電電力を増加させるまでは、第３の実施形態と同様の制御が行われる。次に、燃料電池７の出力電流と共にガス昇圧機４１の出力（流量値）が制御装置１４に入力されると、これらの値からアノード排ガス中の水素量が算出される。ここで、アノード排ガスの燃焼熱は、原料の予熱に利用され、この予熱温度（発熱量）は、アノード排ガス中の水素量から算出されるため、これにより算出された予熱温度と改質器１への都市ガス供給量、つまりガス昇圧機４１の流量値とから、所定の改質温度に調整するための空気比を決定する。そして、この空気比に基づいて、制御装置１４から空気ブロア４７に部分酸化用空気量の変更指令を出力する。
【００４７】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、燃料電池７の損傷を防止できることに加え、原料予熱温度に基づいて部分酸化用空気量を増加または減少させることにより、改質触媒層の温度を適正温度範囲に維持制御できるから、改質効率を一層安定化できる。
【００４８】
（第５の実施形態）
次に、本発明を適用してなる燃料電池システムの第５の実施形態について図を参照して説明する。図１０は、本発明を適用してなる制御の手順を示すフロー図である。図１１は、本発明を適用してなる燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。なお、本実施形態において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
本実施形態では、まず、第４の実施形態で説明したように、燃料電池７の出力電流の値とガス昇圧機４１の出力値とを制御装置１４に入力し、原料予熱温度を求める。そして、図１において、例えば、ガス昇圧機４１の手前側の都市ガス供給配管３３を分岐させた配管に助燃用燃料ブロアを配設し、この助燃用燃料ブロアから補助燃焼器９に助燃用の都市ガスを供給するようにしている。
【００５０】
本実施形態は、図１０および図１１に示すように、空気ブロア４７に部分酸化用空気量の変更指令を出力することに代えて、制御装置１４は、原料予熱温度に基づいて、助燃用燃料ブロアに助燃用燃料の変更指令を出力している点で、第４の実施形態と相違する。
【００５１】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、燃料電池７の損傷を防止できることに加え、運転条件により原料予熱温度が低下する場合、助燃用燃料を供給することにより、原料予熱温度を所定温度以上に維持制御できる。
【００５２】
（第６の実施形態）
次に、本発明を適用してなる燃料電池システムの第６の実施形態について図を参照して説明する。図１２は、本発明を適用してなる制御の手順を示すフロー図である。図１３は、本発明を適用してなる燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。なお、本実施形態において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の燃料電池システムは、例えば、ユーザ側の電力要求が増加する場合に対応させた第１の実施形態に加えて、電力要求が減少する場合の制御を含むものである。以下、電力要求が減少する場合の制御について説明する。
【００５４】
図１２および図１３に示すように、電力の減少要求が制御装置１４に伝達されると、まず、要求電力に基づいて燃料電池７の発生電力を減少させる出力電力の減少指令がインバータ１１に出力される、これと同時にタイマの動作が開始する。そして、第１のタイマ動作が終了すると、要求電力に基づいて、制御装置１４から燃料電池システムの都市ガス制御系統、空気制御系統および水制御系統に水素量を減少させる発生水素量の減少指令が出力され、次いで、第２のタイマ動作が終了すると、空気ブロア４５の出力を減少する燃焼用空気量の減少指令が出力され、補助燃焼器９に供給される燃焼用空気量が減少する。ここで、発生水素量の減少指令は、上述したように、都市ガス制御系統のガス昇圧機４１、空気制御系統の各空気ブロア、水制御系統の各水ポンプにそれぞれ水素量の減少指令が出力される。
【００５５】
発生水素量の減少指令のタイマ制御は、タイマ動作が開始する出力電力減少指令の後でもよいが、同時であることが好ましい。また、第２のタイマ終了時点の燃焼用空気量の減少指令は、第１のタイマ終了後、発生水素量の減少指令後のガス成分がアノード２３から排出されて補助燃焼器９の入口部に到達するまでの所要時間より短い時間差で設定することが好ましい。
【００５６】
本実施形態によれば、ユーザ側の電力要求の変化に応じて、改質器１と燃料電池７の連携した制御が可能になり、実運用に即した燃料電池システムの構築を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用してなる燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の制御の手順を示すフロー図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の制御の手順を示すフロー図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の制御の手順を示すフロー図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の制御の手順を示すフロー図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の制御の手順を示すフロー図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態の燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態の制御の手順を示すフロー図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態の燃料電池システムの制御において、出力および発電量が時間と共に変化する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  改質器
７  燃料電池
９  補助燃焼器
１１  インバータ
１４  制御装置
１５，１９，４３  水ポンプ
２３  アノード
２４，４５，４７  空気ブロア
３３  都市ガス供給配管
３５  空気供給配管
３７  水供給配管
【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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