(57)【要約】【課題】効率的な発電を行いつつ、買電量を低減することができる燃料電池システム、制御装置、及びプログラムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料ガスの供給により発電を行うＳＯＦＣ２２及びＰＥＦＣ２４を含む燃料電池部２０と、燃料電池部２０で発電した電力が供給される負荷３０の消費電力が基準値を超えると判定された場合、基準値に対応する電力が発電されるようにＳＯＦＣ２２に供給する燃料ガスＧ１の供給量を制御し、かつ、基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるようにＰＥＦＣ２４に供給する燃料ガスＧ２の供給量を制御する制御部４２を含む制御装置４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスの供給により発電を行う固体酸化物形燃料電池、及び、燃料ガスの供給により発電を行う固体高分子形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記燃料電池部で発電した電力が供給される負荷の消費電力が基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する制御部を含む制御装置と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が前記基準値以下と判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記固体高分子形燃料電池への燃料ガスの供給を停止する制御を行う請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記負荷の消費電力を検出又は予測することにより、前記負荷の消費電力の変動状態を監視する監視部と、
前記監視部により監視される前記負荷の消費電力が前記基準値を超えるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記負荷の消費電力が前記基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する運転制御部と、
を含む請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料ガスの供給により発電を行う固体酸化物形燃料電池、及び、燃料ガスの供給により発電を行う固体高分子形燃料電池を含む燃料電池部の運転を制御する制御装置であって、
前記燃料電池部で発電した電力が供給される負荷の消費電力が基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する制御部を含む制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記負荷の消費電力が前記基準値以下と判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記固体高分子形燃料電池への燃料ガスの供給を停止する制御を行う請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記負荷の消費電力を検出又は予測することにより、前記負荷の消費電力の変動状態を監視する監視部と、
前記監視部により監視される前記負荷の消費電力が前記基準値を超えるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記負荷の消費電力が前記基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する運転制御部と、
を含む請求項４又は５に記載の制御装置。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御部として機能させるためのプログラム。
【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、制御装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭等においても、都市ガスやバイオガス等を燃料ガスとして電力や熱を発生する燃料電池システムが導入されている。この燃料電池システムに用いられる燃料電池には、例えば、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell、以下、ＳＯＦＣという。）や、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、以下、ＰＥＦＣという。）等がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ローカルエリア内の個々の家庭毎にＳＯＦＣ又はＰＥＦＣを分散配置して各家庭で電力及び熱を個別に消費可能とする技術が記載されている。この特許文献１に記載の技術では、各々のＳＯＦＣ又はＰＥＦＣに対する改質ガスを、集中化した燃料ガス供給装置から供給してローカルエリア全体で運用が制御される。
【０００４】
また、特許文献２には、ＳＯＦＣ又はＰＥＦＣと、蓄電池とを組み合わせ、大きな負荷変動があった場合に、負荷変動分を蓄電池に蓄積した電力によって賄う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０７３４１５号公報
【特許文献２】特許第５１１３６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的に、発電効率ではＳＯＦＣの方がＰＥＦＣと比べて高いが、負荷追従性ではＰＥＦＣの方が優れていることが知られている。このため、ＳＯＦＣは、主に比較的消費電力の変動の少ないベース負荷に対する電力源として用いられることが多い。このため、ベース負荷を超える負荷変動が生じた場合には、商用電力系統から供給される電力を電力会社等から購入して賄う場合がある。
【０００７】
しかしながら、ベース負荷を超える負荷変動が頻繁に生じる場合には、電力会社等から購入する電力の量（以下、買電量という。）が増加し、燃料電池システムを経済的に運用することが困難となる。
【０００８】
なお、上記特許文献１に記載の技術では、数十台から数百台のＳＯＦＣ又はＰＥＦＣに十分な改質ガスを供給するために、大型の燃料ガス供給装置を設置しなくてはならず、設備にコストがかかる。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載の技術では、大きな負荷変動に備えて、予めＳＯＦＣ又はＰＥＦＣで発電した電力の一部を蓄電池に蓄積しておく必要があり、効率的な発電を行うことは難しい。
【００１０】
これより、燃料電池システムにおいては、効率的な発電を行いつつ、ベース負荷を超える負荷変動分に対応する買電量を低減できることが望まれている。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、効率的な発電を行いつつ、買電量を低減することができる燃料電池システム、制御装置、及びプログラム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】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスの供給により発電を行う固体酸化物形燃料電池、及び、燃料ガスの供給により発電を行う固体高分子形燃料電池を含む燃料電池部と、前記燃料電池部で発電した電力が供給される負荷の消費電力が基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する制御部を含む制御装置と、を備えたものである。
【００１３】
この燃料電池システムによれば、ベース負荷を超える負荷変動分を商用電力系統により賄う場合と比べて、効率的な発電を行いつつ、買電量を低減することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部が、前記負荷の消費電力が前記基準値以下と判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記固体高分子形燃料電池への燃料ガスの供給を停止する制御を行うものである。
【００１５】
この燃料電池システムによれば、負荷の消費電力が基準値以下である場合には、固体酸化物形燃料電池を単独で用いるため、効率的な発電を行うことができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部が、前記負荷の消費電力を検出又は予測することにより、前記負荷の消費電力の変動状態を監視する監視部と、前記監視部により監視される前記負荷の消費電力が前記基準値を超えるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記負荷の消費電力が前記基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する運転制御部と、を含むものである。
【００１７】
この燃料電池システムによれば、負荷の消費電力の変動状態に応じて、効率的な発電を行いつつ、買電量を低減することができる。
【００１８】
一方、上記目的を達成するために、請求項４に記載の制御装置は、燃料ガスの供給により発電を行う固体酸化物形燃料電池、及び、燃料ガスの供給により発電を行う固体高分子形燃料電池を含む燃料電池部の運転を制御する制御装置であって、前記燃料電池部で発電した電力が供給される負荷の消費電力が基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する制御部を含むものである。
【００１９】
また、請求項５に記載の制御装置は、請求項４に記載の制御装置において、前記制御部が、前記負荷の消費電力が前記基準値以下と判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記固体高分子形燃料電池への燃料ガスの供給を停止する制御を行うものである。
【００２０】
また、請求項６に記載の制御装置は、請求項４又は５に記載の制御装置において、前記制御部が、前記負荷の消費電力を検出又は予測することにより、前記負荷の消費電力の変動状態を監視する監視部と、前記監視部により監視される前記負荷の消費電力が前記基準値を超えるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記負荷の消費電力が前記基準値を超えると判定された場合、前記基準値に対応する電力が発電されるように前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御し、かつ、前記基準値を超える分の消費電力の少なくとも一部に対応する電力が発電されるように前記固体高分子形燃料電池に供給する燃料ガスの供給量を制御する運転制御部と、を含むものである。
【００２１】
更に、上記目的を達成するために、請求項７に記載のプログラムは、コンピュータを、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御部として機能させるものである。
【００２２】
上記の制御装置及びプログラムの各々によれば、上記の燃料電池システムと同様に、ベース負荷を超える負荷変動分を商用電力系統により賄う場合と比べて、効率的な発電を行いつつ、買電量を低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上詳述したように、本発明によれば、効率的な発電を行いつつ、買電量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池システムの制御方法の一例を説明するためのグラフである。
【図３】実施形態に係るＳＯＦＣの構成の一例を示すブロック図である。
【図４】実施形態に係るＰＥＦＣの構成の一例を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係るプログラムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１０の構成の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池部２０と、制御装置４０と、を備える。燃料電池部２０は、ＳＯＦＣ２２と、ＰＥＦＣ２４と、を含んで構成される。
【００２７】
燃料電池部２０で発電した電力は、負荷３０に供給される。負荷３０では、燃料電池部２０から供給された電力が消費される。負荷３０は、例えば、一般家庭等で使用され、電力を消費する１つ以上の電気機器とされる。
【００２８】
ＳＯＦＣ２２には、燃料ガスＧ１が供給される。燃料ガスＧ１には、炭化水素の一例であるメタン（ＣＨ４）を主成分とする都市ガスが用いられる。都市ガスの組成は、１３Ａガスの場合、約９０％がメタンである。また、燃料ガスＧ１には、バイオガスを用いてもよい。バイオガスの代表的な組成は、メタンが約６０％、二酸化炭素（ＣＯ２）が約４０％である。
【００２９】
ＰＥＦＣ２４には、燃料ガスＧ２が供給される。燃料ガスＧ２についても、燃料ガスＧ１と同様に、都市ガスやバイオガス等が用いられる。燃料電池部２０は、これらのＳＯＦＣ２２及びＰＥＦＣ２４を用いて発電を行う。
【００３０】
一方、制御装置４０は、燃料電池部２０の運転を制御する。制御装置４０は、制御部４２及び記憶部４４を含む電子回路を有している。記憶部４４には、本実施形態に係るＳＯＦＣ２２及びＰＥＦＣ２４の各々への燃料ガスの供給量を制御するためのプログラム４４Ａが予め記憶されている。プログラム４４Ａは、例えば、制御装置４０に予めインストールされていてもよい。プログラム４４Ａは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又は、ネットワークを介して配布して、制御装置４０に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、ＣＤ-ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)、光磁気ディスク、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、ＤＶＤ-ＲＯＭ(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、フラッシュメモリ、メモリカード等が挙げられる。
【００３１】
制御部４２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を含み、記憶部４４に記憶されているプログラム４４Ａを読み出して実行することにより、監視部４２Ａ、判定部４２Ｂ、及び運転制御部４２Ｃとして機能する。
【００３２】
ところで、上述したように、発電効率ではＳＯＦＣ２２の方がＰＥＦＣ２４と比べて高いが、負荷追従性ではＰＥＦＣ２４の方がＳＯＦＣ２２よりも優れている。このため、本実施形態では、ＳＯＦＣ２２及びＰＥＦＣ２４を組み合わせて発電を行う構成とする。具体的には、ベース負荷に対しては高効率なＳＯＦＣ２２を用いて発電した電力を供給し、ベース負荷を超える負荷変動分に対しては負荷追従性に優れるＰＥＦＣ２４を用いて発電した電力を供給する。
【００３３】
図２は、本実施形態に係る燃料電池システム１０の制御方法の一例を説明するためのグラフである。
図２において、縦軸は負荷３０の消費電力を示し、横軸は時間を示す。なお、基準値以下の消費電力は、ベース負荷の消費電力を示し、基準値を超える消費電力は、変動負荷分の消費電力を示す。なお、ここでいう基準値とは、例えば、ＳＯＦＣ２２を定格運転しているときに発電される電力、又は、ＳＯＦＣ２２を最高効率で運転しているときに発電される電力として表される。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態に係る制御部４２は、負荷３０の消費電力が基準値を超える場合、基準値に対応する電力が発電されるようにＳＯＦＣ２２に供給する燃料ガスＧ１の供給量を制御し、かつ、基準値を超える分の消費電力に対応する電力が発電されるようにＰＥＦＣ２４に供給する燃料ガスＧ２の供給量を制御する。なお、基準値を超える分の全ての消費電力に対応する電力をＰＥＦＣ２４の発電で賄わなくてもよく、一部をＰＥＦＣ２４の発電で賄い、残りを商用電力系統（図示せず）から供給される電力で賄ってもよい。
【００３５】
本実施形態に係るＳＯＦＣ２２は、ベース負荷（基準値）に対応する出力で発電するように燃料ガスＧ１の供給量が制御される。一方、ＰＥＦＣ２４は、ベース負荷を超える分の消費電力に対応する出力で発電するように燃料ガスＧ２の供給量が制御される。
【００３６】
次に、制御部４２が備える監視部４２Ａ、判定部４２Ｂ、及び運転制御部４２Ｃについて説明する。
【００３７】
監視部４２Ａは、負荷３０の消費電力の変動状態を監視する。具体的には、監視部４２Ａは、負荷３０の消費電力を時系列で検出する。なお、負荷３０の消費電力を時系列で予測してもよい。負荷３０の消費電力を時系列で予測する場合、一例として、過去の消費電力の実績値に基づいて予測を行う。
【００３８】
判定部４２Ｂは、監視部４２Ａにより監視される負荷３０の消費電力が基準値を超えるか否かを判定し、判定結果を運転制御部４２Ｃに出力する。
【００３９】
運転制御部４２Ｃは，判定部４２Ｂの判定結果に従って、燃料電池部２０の運転を制御する。具体的には、負荷３０の消費電力が基準値を超えると判定された場合、基準値に対応する電力が発電されるようにＳＯＦＣ２２に供給する燃料ガスＧ１の供給量を制御し、かつ、基準値を超える分の消費電力に対応する電力が発電されるようにＰＥＦＣ２４に供給する燃料ガスＧ２の供給量を制御する。一方、運転制御部４２Ｃは、負荷３０の消費電力が基準値以下（基準値を超えない）と判定された場合、基準値に対応する電力が発電されるようにＳＯＦＣ２２に供給する燃料ガスＧ１の供給量を制御し、かつ、ＰＥＦＣ２４への燃料ガスＧ２の供給を停止する制御を行う。つまり、負荷３０の消費電力が基準値を超えない場合、ＳＯＦＣ２２への燃料ガスＧ１の供給量が単独で制御され、ＰＥＦＣ２４への燃料ガスＧ２の供給量は０（ゼロ）とされる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＳＯＦＣ２２に供給される燃料ガスＧ１の供給量は、負荷３０の消費電力が基準値を超えるか否かに係らず、基準値に対応して定められるが、ＳＯＦＣ２２への燃料ガスＧ１の供給量を、負荷３０の消費電力に対応して制御してもよい。
【００４１】
ここで、燃料ガスＧ１の供給経路３３には、第１バルブ３１が設けられている。燃料ガスＧ２の供給経路３４には、第２バルブ３２が設けられている。これら第１バルブ３１及び第２バルブ３２の開度は、運転制御部４２Ｃにより制御される。つまり、燃料ガスＧ１の供給量は、運転制御部４２Ｃが第１バルブ３１の開度を制御することにより調整される。同様に、燃料ガスＧ２の供給量は、運転制御部４２Ｃが第２バルブ３２の開度を制御することにより調整される。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、ベース負荷に対しては、発電効率の高いＳＯＦＣ２２を用いて発電するため、効率的な発電を行うことができる。そして、ベース負荷を超える負荷変動分に対しては、負荷追従性に優れたＰＥＦＣ２４を用いて発電するため、電力会社等から購入する買電量を低減することができる。
【００４３】
図３は、本実施形態に係るＳＯＦＣ２２の構成の一例を示すブロック図である。
図３に示すように、ＳＯＦＣ２２は、改質器５０と、スタック５２と、燃焼器５４と、を備える。
【００４４】
改質器５０は、スタック５２の前段に配置され、燃料ガスＧ１及び水蒸気が供給される。改質器５０は、燃料ガスＧ１に含まれるメタンを水蒸気によって改質し、一酸化炭素及び水素を含む改質ガスを生成する。この改質器５０における改質反応は、下記式（１）、（２）の通りである。
【００４５】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ＋３Ｈ２    （１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋Ｈ２      （２）
【００４６】
スタック５２は、積層された複数のセルを有している。各セルは、燃料極５２Ａ、空気極５２Ｂ、及び電解質層５２Ｃを有している。電解質層５２Ｃは、燃料極５２Ａと空気極５２Ｂとの間に設けられている。各セルの燃料極５２Ａには、改質器５０にて生成された改質ガスが供給され、各セルの空気極５２Ｂには、空気（酸化剤ガス）が供給される。
【００４７】
空気極５２Ｂでは、下記式（３）で示されるように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層５２Ｃを通って燃料極５２Ａに到達する。
【００４８】
（空気極の反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ−  →  Ｏ２−    （３）
【００４９】
一方、燃料極５２Ａでは、下記式（４）及び式（５）で示されるように、電解質層５２Ｃを通ってきた酸素イオンが改質ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水蒸気、二酸化炭素、及び電子が生成される。燃料極５２Ａで生成された電子は、外部回路を通って空気極５２Ｂに到達する。そして、このようにして電子が燃料極５２Ａから空気極５２Ｂに移動することにより、各セルにおいて発電される。また、各セルは、発電時に以上の電気化学反応に伴って発熱する。
【００５０】
(燃料極の反応)
Ｈ２＋Ｏ２−  →  Ｈ２Ｏ＋２ｅ−     （４）
ＣＯ＋Ｏ２−  →  ＣＯ２＋２ｅ−    （５）
【００５１】
この燃料極５２Ａで発生するガス（以下、アノードオフガスという。）には、燃料極５２Ａの反応にて生成された水蒸気及び二酸化炭素の他に、改質器５０にて生成され燃料極５２Ａで未反応の水素及び一酸化炭素が含まれる。ＳＯＦＣ２２内を流通するアノードオフガスの温度は、例えば、１５０℃以上８００℃以下である。
【００５２】
燃焼器５４は、スタック５２の後段に配置されている。この燃焼器５４には、空気極５２Ｂから排出されたガス（以下、カソードオフガスという。）が供給されると共に、燃料極５２Ａから排出されたアノードオフガスが供給される。アノードオフガスには、上述の通り、燃料極５２Ａにて未反応の水素及び一酸化炭素が含まれており、燃焼器５４は、酸素を含むカソードオフガスを利用してアノードオフガスを燃焼する。この燃焼器５４の燃焼に伴い生成された燃焼排ガスは、ＳＯＦＣ２２の外部に排出される。
【００５３】
図４は、本実施形態に係るＰＥＦＣ２４の構成の一例を示すブロック図である。
図４に示すように、ＰＥＦＣ２４は、改質器６０と、一酸化炭素除去器６２と、スタック６４と、冷却板６６と、放熱器６８と、を備える。
【００５４】
改質器６０での改質反応は、ＳＯＦＣ２２の場合と同様である。ＰＥＦＣ２４の場合、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低濃度（例えば、１０ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下）にした上で、スタック６４に供給する必要がある。このため、改質器６０とスタック６４との間に一酸化炭素除去器６２が設けられている。
【００５５】
スタック６４は、ＳＯＦＣ２２の場合と同様に、積層された複数のセルを有している。各セルは、燃料極６４Ａ、空気極６４Ｂ、及び電解質層６４Ｃを有している。電解質層６４Ｃは、燃料極６４Ａと空気極６４Ｂとの間に設けられている。ＰＥＦＣ２４の場合、電解質層６４Ｃには、イオン伝導性を有する高分子膜（イオン交換膜）が用いられる。
【００５６】
各セルの燃料極６４Ａには、一酸化炭素除去器６２を介して、水素を主成分とする改質ガスが供給され、各セルの空気極６４Ｂには、空気（酸化剤ガス）が供給される。燃料極６４Ａでは、下記式（６）に示すように、改質ガス中の水素の大部分がイオン化され水素イオンが生成される。この水素イオンは、電解質層６４Ｃを通って空気極６４Ｂに移動する。空気極６４Ｂでは、下記式（７）に示すように、空気中の酸素と電子、更に、燃料極６４Ａから移動してくる水素イオンとが化学反応し、水が生成されると共に、各セルにおいて発電される。
【００５７】
（燃料極の反応）
Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−    （６）
【００５８】
（空気極の反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ−＋２Ｈ＋  →  Ｈ２Ｏ    （７）
【００５９】
また、ＰＥＦＣ２４内では、上述の通り、水素と酸素とが化学反応することから発熱が起こる。従って、スタック６４が過熱状態にならないように、本実施形態では、冷却板６６と放熱器６８との間で冷却水を循環させて、スタック６４を一定温度に冷却する構成とされる。
【００６０】
上記のＰＥＦＣ２４の作動温度は、約６０℃以上１００℃以下とされ、比較的低温であるため、起動及び停止がＳＯＦＣ２２よりも早く行うことが出来る。このため、ＰＥＦＣ２４は、ＳＯＦＣ２２と比べ負荷追従性に優れている。
【００６１】
次に、図５を参照して、本実施形態に係る制御装置４０の作用を説明する。なお、図５は、本実施形態に係るプログラム４４Ａによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００６２】
制御部４２は、燃料電池部２０の運転開始が指示された場合に、記憶部４４に記憶されているプログラム４４Ａを読み出して実行する。
【００６３】
まず、図５のステップ１００では、運転制御部４２Ｃが、負荷３０の消費電力の基準値に基づいて、第１バルブ３１の開度を制御し、燃料ガスＧ１をＳＯＦＣ２２に供給する。これにより、ＳＯＦＣ２２は、負荷３０の消費電力の基準値に対応する電力が発電されるように燃料ガスＧ１の供給量が制御される。
【００６４】
ステップ１０２では、監視部４２Ａが、負荷３０の消費電力の変動を監視する。
【００６５】
ステップ１０４では、判定部４２Ｂが、監視部４２Ａにより監視される負荷３０の消費電力が基準値を超えたか否かを判定する。負荷３０の消費電力が基準値を超えたと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ１０６に移行し、負荷３０の消費電力が基準値以下であると判定した場合（否定判定の場合）、ステップ１０８に移行する。
【００６６】
ステップ１０６では、運転制御部４２Ｃが、負荷３０の基準値を超える分の消費電力に基づいて、第２バルブ３２の開度を制御し、燃料ガスＧ２をＰＥＦＣ２４に供給する。これにより、ＰＥＦＣ２４は、負荷３０の基準値を超える分の消費電力に対応する電力が発電されるように燃料ガスＧ２の供給量が制御される。
【００６７】
一方、ステップ１０８では、判定部４２Ｂが、ＰＥＦＣ２４が運転中か否かを判定する。ＰＥＦＣ２４が運転中と判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ１１０に移行し、ＰＥＦＣ２４が停止していると判定した場合（否定判定の場合）、ステップ１１２に移行する。
【００６８】
ステップ１１０では、運転制御部４２Ｃが、第２バルブ３２の開度を全閉に制御し、ＰＥＦＣ２４への燃料ガスＧ２の供給を停止させ、ステップ１１２に移行する。
【００６９】
ステップ１１２では、判定部４２Ｂが、燃料電池部２０の運転終了の指示が有ったか否かを判定する。燃料電池部２０の運転終了の指示が有ったと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ１１４に移行し、燃料電池部２０の運転終了の指示が無いと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ１０２に戻り処理を繰り返す。なお、一例として、操作者からの運転終了の指示を受け付けた場合に、燃料電池部２０の運転を終了すると判定してもよい。
【００７０】
ステップ１１４では、運転制御部４２Ｃが、第１バルブ３１及び第２バルブ３２の各々を全閉にし、燃料ガスＧ１及び燃料ガスＧ２の各々の供給を停止し、本プログラム４４Ａによる一連の処理を終了する。
【００７１】
以上、実施形態として燃料電池システム及びその制御装置を例示して説明した。実施形態は、制御装置が備える各部の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、このプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体の形態としてもよい。
【００７２】
その他、上記実施形態で説明した制御装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０   燃料電池システム
２０   燃料電池部
２２   ＳＯＦＣ
２４   ＰＥＦＣ
３０   負荷
３１   第１バルブ
３２   第２バルブ
３３、３４    供給経路
４０   制御装置
４２   制御部
４２Ａ 監視部
４２Ｂ 判定部
４２Ｃ 運転制御部
４４   記憶部
４４Ａ プログラム
５０   改質器
５２   スタック
５２Ａ 燃料極
５２Ｂ 空気極
５２Ｃ 電解質層
５４   燃焼器
６０   改質器
６２   一酸化炭素除去器
６４   スタック
６４Ａ 燃料極
６４Ｂ 空気極
６４Ｃ 電解質層
６６   冷却板
６８   放熱器
【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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