(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、
前記改質部で生成された前記燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料ガス消費部としての燃料電池と、
発電反応で用いられた後に前記アノードから排出される排出燃料ガスに含まれる前記燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって前記改質部を加熱する前記燃料ガス消費部としての燃焼部と、
前記改質部への前記原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節部と、
前記燃料ガス消費部での前記燃料ガスの消費状態を検出する消費状態検出部と、
前記アノードに供給される前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量に対する、前記アノードで発電反応に用いられる前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量の比率である燃料利用率の目標値を燃料電池の出力電流の関数として定めている基準燃料利用率特性曲線に従って、前記原燃料供給量調節部の動作を制御して前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を調節する運転制御部と、
前記改質部と前記燃料電池と前記燃焼部とを収容する筐体の内部から排気される排気ガスに含まれる前記燃料ガスを触媒燃焼する前記燃料ガス消費部としての燃焼触媒部とを備え、
前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃焼触媒部の温度を検出する触媒温度検出部を有し、
前記運転制御部は、前記消費状態検出部の検出結果に基づいて、
前記改質部に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされると判定した場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、
前記改質部に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされると判定した場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、
前記運転制御部は、前記燃焼触媒部の温度が上限触媒温度より高い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定する燃料電池装置。
【請求項２】
前記消費状態検出部は、前記燃焼部の温度を検出する燃焼温度検出部を有し、
前記運転制御部は、前記燃焼部の温度が下限燃焼温度より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃焼部の温度が前記下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出部を有し、
前記運転制御部は、前記燃料電池の出力電圧が下限出力電圧より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃料電池の出力電圧が前記下限出力電圧よりも高い上限出力電圧より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
互いに情報通信可能な燃料電池装置とサーバー装置とを備え、
前記燃料電池装置は、原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料ガス消費部としての燃料電池と、発電反応で用いられた後に前記アノードから排出される排出燃料ガスに含まれる前記燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって前記改質部を加熱する前記燃料ガス消費部としての燃焼部と、前記改質部への前記原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節部と、前記燃料ガス消費部での前記燃料ガスの消費状態を検出する消費状態検出部と、前記アノードに供給される前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量に対する、前記アノードで発電反応に用いられる前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量の比率である燃料利用率の目標値を燃料電池の出力電流の関数として定めている基準燃料利用率特性曲線に従って、前記原燃料供給量調節部の動作を制御して前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を調節する運転制御部と、前記改質部と前記燃料電池と前記燃焼部とを収容する筐体の内部から排気される排気ガスに含まれる前記燃料ガスを触媒燃焼する前記燃料ガス消費部としての燃焼触媒部とを備え、前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃焼触媒部の温度を検出する触媒温度検出部を有し、
前記燃料電池装置の前記運転制御部は、前記消費状態検出部の検出結果を前記サーバー装置に送信する検出結果送信処理と、前記サーバー装置で行われる検出結果判定処理の判定結果を受信する判定結果受信処理と、前記サーバー装置から受信した前記判定結果に基づいて、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御する、又は、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御する供給量調節処理とを行うように構成され、
前記サーバー装置は、前記燃料電池装置から前記消費状態検出部の検出結果を受信する検出結果受信処理と、当該検出結果受信処理で前記燃料電池装置から受信した前記消費状態検出部の検出結果に基づいて、前記改質部に供給する前記原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされるか又は前記改質部に供給する前記原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされるか又は前記供給不足条件と前記供給過剰条件との両方が満たされないかを決定して、前記燃料電池装置に送信する判定結果をその決定内容に基づいて作成する前記検出結果判定処理と、当該検出結果判定処理の前記判定結果を前記燃料電池装置に送信する判定結果送信処理とを行うように構成され、前記サーバー装置は、前記燃焼触媒部の温度が上限触媒温度より高い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定する燃料電池管理システム。
【請求項５】
前記サーバー装置が前記検出結果判定処理において作成する前記判定結果は、前記供給不足条件が満たされるという結果を示す情報、又は、前記供給過剰条件が満たされるという結果を示す情報、又は、前記供給不足条件と前記供給過剰条件との両方が満たされないという結果を示す情報を含み、
前記燃料電池装置は、前記供給量調節処理において、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が、前記供給不足条件が満たされるという結果である場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が、前記供給過剰条件が満たされるという結果である場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御するように構成される請求項４に記載の燃料電池管理システム。
【請求項６】
前記サーバー装置は、前記検出結果判定処理において、前記検出結果受信処理で前記燃料電池装置から受信した前記消費状態検出部の検出結果が前記供給不足条件を満たす場合、前記燃料電池装置で設定されている前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を低くさせるための情報を前記判定結果に含め、前記検出結果受信処理で前記燃料電池装置から受信した前記消費状態検出部の検出結果が前記供給過剰条件を満たす場合、前記燃料電池装置で設定されている前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を高くさせるための情報を前記判定結果に含め、
前記燃料電池装置は、前記供給量調節処理において、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が前記燃料利用率を低くさせるための情報を含んでいる場合、当該情報に基づいて、それまで設定されていた前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が前記燃料利用率を高くさせるための情報を含んでいる場合、当該情報に基づいて、それまで設定されていた前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御するように構成される請求項４に記載の燃料電池管理システム。
【請求項７】
前記消費状態検出部は、前記燃焼部の温度を検出する燃焼温度検出部を有し、
前記サーバー装置は、前記燃焼部の温度が下限燃焼温度より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃焼部の温度が前記下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する請求項４〜６の何れか一項に記載の燃料電池管理システム。
【請求項８】
前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出部を有し、
前記サーバー装置は、前記燃料電池の出力電圧が下限出力電圧より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃料電池の出力電圧が前記下限出力電圧よりも高い上限出力電圧より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する請求項４〜７の何れか一項に記載の燃料電池管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、改質部で生成された燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料電池と、発電反応で用いられた後にアノードから排出される排出燃料ガスに含まれる燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって改質部を加熱する燃焼部とを備える燃料電池装置及びそれを備える燃料電池管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料電池で発電を行う燃料電池装置では、アノードに供給される水素を含む燃料ガスのうち、その多くが発電反応で消費され、残りの燃料ガスはアノードから排出される排出燃料ガス中の燃料ガス（発電反応で用いられなかった燃料ガス）として燃焼部で燃焼される。そのため、燃料電池装置を適正に発電運転させるためには、適正な量の燃料ガスが燃料電池の発電反応で消費され、適正な量の燃料ガスが燃焼部での燃焼で消費されることが必要である。
【０００３】
燃料電池装置で発電を行う場合、その効率を向上させるためには、アノードに供給される燃料ガスの量に対する、アノードで発電反応に用いられる燃料ガスの量の比率である燃料利用率を上昇させるという手法がある。但し、単純に燃料利用率を高くすれば良いのではなく、適正な量の燃料ガスを燃料電池の発電反応で消費させ、且つ、燃料ガスを燃焼させることで燃焼部の温度を適正な温度範囲に維持しながら、燃料利用率をできるだけ高くすることが好ましい。
【０００４】
特許文献１（特開２０１７−１６２７４６号公報）には、部分負荷発電状態のときの燃料利用率よりも定格発電状態のときの燃料利用率を大きくする燃料電池装置が記載されている。これにより、燃料電池装置が定格発電状態で運転されている間は、発電効率が高くなるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１６２７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池装置が部分負荷発電状態であるか或いは定格発電状態であるかに関わらず、燃料利用率をできるだけ高くするとしても、全ての燃料電池装置で同じ燃料利用率を設定するのではなく、各燃料電池装置に適した燃料利用率を設定することが好ましい。
【０００７】
例えば、燃料電池の燃焼部での燃料ガスの燃焼性が燃料電池毎に異なる場合、複数の燃料電池の燃焼部に同じ量の燃料ガスが供給されても、燃焼部の温度が異なる可能性がある。そのため、例えば燃焼部での燃料ガスの燃焼性が相対的に悪い燃料電池では、より多くの燃料ガスが燃焼部に供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。それに対して、例えば燃焼部での燃料ガスの燃焼性が相対的に良い燃料電池では、より少ない燃料ガスが燃焼部に供給されること、即ち、より高い燃料利用率を設定することが好ましい。
【０００８】
他には、アノードに供給されるべき燃料ガス（発電反応で消費される分の燃料ガスと燃焼部で燃焼される分の燃料ガス）がどこかで燃料電池の外部にリークしている可能性もある。その場合、発電反応で消費される燃料ガスの量が一定であるとすると、リークしている分だけ、燃焼部に供給されて燃焼される燃料ガスの量が減少する。そして、燃焼部の温度が適正な温度範囲よりも低くなる。そのため、例えば燃料ガスのリークが発生している可能性がある燃料電池では、適正な量の燃料ガスが燃焼部へと供給されるように、より多くの燃料ガスがアノードに供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。尚、リークすることで、燃料電池の発電反応でも消費されず、且つ、燃焼部でも燃焼されない燃料ガスが存在していたとしても、別に設けられる燃焼触媒部で触媒燃焼することで除去できる。
また、燃料ガスが燃料電池の外部へリークする以外にも、アノード側からカソード側へリークする可能性もある。その場合、アノードでの発電反応に用いることができる燃料ガス量が減少して、燃料電池の出力電圧が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池を適正に運転できるような適正な燃料利用率が設定される燃料電池装置及びそれを備える燃料電池管理システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池装置の特徴構成は、原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、
前記改質部で生成された前記燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料ガス消費部としての燃料電池と、
発電反応で用いられた後に前記アノードから排出される排出燃料ガスに含まれる前記燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって前記改質部を加熱する前記燃料ガス消費部としての燃焼部と、
前記改質部への前記原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節部と、
前記燃料ガス消費部での前記燃料ガスの消費状態を検出する消費状態検出部と、
前記アノードに供給される前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量に対する、前記アノードで発電反応に用いられる前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量の比率である燃料利用率の目標値を燃料電池の出力電流の関数として定めている基準燃料利用率特性曲線に従って、前記原燃料供給量調節部の動作を制御して前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を調節する運転制御部と、
前記改質部と前記燃料電池と前記燃焼部とを収容する筐体の内部から排気される排気ガスに含まれる前記燃料ガスを触媒燃焼する前記燃料ガス消費部としての燃焼触媒部とを備え、
前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃焼触媒部の温度を検出する触媒温度検出部を有し、
前記運転制御部は、前記消費状態検出部の検出結果に基づいて、
前記改質部に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされると判定した場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、
前記改質部に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされると判定した場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、
前記運転制御部は、前記燃焼触媒部の温度が上限触媒温度より高い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定する点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、運転制御部は、消費状態検出部の検出結果に基づいて、改質部に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされると判定した場合、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。つまり、燃料利用率が低くなるように改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量が増加するため、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消が期待される。
また、運転制御部は、消費状態検出部の検出結果に基づいて、改質部に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされると判定した場合、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。つまり、燃料利用率が高くなるように改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量が減少するため、改質部に供給する原燃料ガスが過剰な状態の解消が期待される。
このように、改質部に供給する原燃料ガスの量が、燃料電池装置の燃料ガス消費部での燃料ガスの実際の消費状態に基づいて調節されることで、適切な燃料利用率へと修正される。
また、アノードに供給されるべき燃料ガス（発電反応で消費される分の燃料ガスと燃焼部で燃焼される分の燃料ガス）がどこかで外部にリークしている場合、発電反応で消費される燃料ガスの量が一定であるとすると、リークしている分だけ、燃焼部に供給されて燃焼される燃料ガスの量が減少する。そして、リークしたために、燃料電池の発電反応でも消費されず、且つ、燃焼部でも燃焼されない燃料ガスが筐体の内部で存在している場合、その燃料ガスは燃焼触媒部で触媒燃焼されるため、触媒燃焼部の温度が高くなる。そのため、例えば燃料ガスのリークが発生している可能性がある燃料電池では、適正な量の燃料ガスが燃焼部へと供給されるように、より多くの燃料ガスがアノードに供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。そこで本特徴構成では、運転制御部は、燃焼触媒部の温度が上限触媒温度より高い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消、即ち、燃焼部に供給されて燃焼される燃料ガスの量の増加、が期待される。
従って、燃料電池を適正に運転できるような適正な燃料利用率が設定される燃料電池装置を提供できる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池装置の別の特徴構成は、前記消費状態検出部は、前記燃焼部の温度を検出する燃焼温度検出部を有し、
前記運転制御部は、前記燃焼部の温度が下限燃焼温度より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃焼部の温度が前記下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する点にある。
【００１３】
燃料電池の燃焼部での燃料ガスの燃焼性が燃料電池毎に異なる場合、複数の燃料電池の燃焼部に同じ量の燃料ガスが供給されても、燃焼部の温度が異なる可能性がある。そのため、例えば燃焼部での燃料ガスの燃焼性が相対的に悪い燃料電池では、より多くの燃料ガスが燃焼部に供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。それに対して、例えば燃焼部での燃料ガスの燃焼性が相対的に良い燃料電池では、より少ない燃料ガスが燃焼部に供給されること、即ち、より高い燃料利用率を設定することが好ましい。
そこで本特徴構成では、運転制御部は、燃焼部の温度が下限燃焼温度より低い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消、即ち、燃焼部の温度が下限燃焼温度以上になること、が期待される。それに対して、運転制御部は、燃焼部の温度が下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度より高い場合に供給過剰条件が満たされたと判定し、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが過剰な状態の解消、即ち、燃焼部の温度が上限燃焼温度以下になること、が期待される。
【００１４】
本発明に係る燃料電池装置の別の特徴構成は、前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出部を有し、
前記運転制御部は、前記燃料電池の出力電圧が下限出力電圧より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃料電池の出力電圧が前記下限出力電圧よりも高い上限出力電圧より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する点にある。
【００１５】
燃焼部の温度が低いことに伴って燃料電池の温度が低くなっている場合、及び、燃料電池のアノードでの燃料ガス濃度が低くなっている場合、燃料電池の出力電圧が低くなる可能性がある。その場合、より多くの燃料ガスが燃焼部に供給されること、及び、より多くの燃料ガスが燃料電池のアノードに供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。それに対して、燃焼部の温度が高いことに伴って燃料電池の温度が高くなっている場合、及び、燃料電池のアノードでの燃料ガス濃度が高くなっている場合、燃料電池の出力電圧が高くなる可能性がある。その場合、より少ない燃料ガスが燃焼部に供給されること、及び、より少ない燃料ガスが燃料電池のアノードに供給されること、即ち、より高い燃料利用率を設定することが好ましい。
そこで本特徴構成では、運転制御部は、燃料電池の出力電圧が下限出力電圧より低い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消、即ち、燃料電池の出力電圧が下限出力電圧以上になること、が期待される。それに対して、運転制御部は、燃料電池の出力電圧が下限出力電圧よりも高い上限出力電圧より高い場合に供給過剰条件が満たされたと判定し、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが過剰な状態の解消、即ち、燃料電池の出力電圧が上限出力電圧以下になること、が期待される。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池管理システムの特徴構成は、互いに情報通信可能な燃料電池装置とサーバー装置とを備え、
前記燃料電池装置は、原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスが供給されるアノード及び酸素ガスが供給されるカソードを有する燃料ガス消費部としての燃料電池と、発電反応で用いられた後に前記アノードから排出される排出燃料ガスに含まれる前記燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって前記改質部を加熱する前記燃料ガス消費部としての燃焼部と、前記改質部への前記原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節部と、前記燃料ガス消費部での前記燃料ガスの消費状態を検出する消費状態検出部と、前記アノードに供給される前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量に対する、前記アノードで発電反応に用いられる前記燃料ガスの量に対応する前記原燃料ガスの量の比率である燃料利用率の目標値を燃料電池の出力電流の関数として定めている基準燃料利用率特性曲線に従って、前記原燃料供給量調節部の動作を制御して前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を調節する運転制御部と、前記改質部と前記燃料電池と前記燃焼部とを収容する筐体の内部から排気される排気ガスに含まれる前記燃料ガスを触媒燃焼する前記燃料ガス消費部としての燃焼触媒部とを備え、前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃焼触媒部の温度を検出する触媒温度検出部を有し、
前記燃料電池装置の前記運転制御部は、前記消費状態検出部の検出結果を前記サーバー装置に送信する検出結果送信処理と、前記サーバー装置で行われる検出結果判定処理の判定結果を受信する判定結果受信処理と、前記サーバー装置から受信した前記判定結果に基づいて、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御する、又は、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御する供給量調節処理とを行うように構成され、
前記サーバー装置は、前記燃料電池装置から前記消費状態検出部の検出結果を受信する検出結果受信処理と、当該検出結果受信処理で前記燃料電池装置から受信した前記消費状態検出部の検出結果に基づいて、前記改質部に供給する前記原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされるか又は前記改質部に供給する前記原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされるか又は前記供給不足条件と前記供給過剰条件との両方が満たされないかを決定して、前記燃料電池装置に送信する判定結果をその決定内容に基づいて作成する前記検出結果判定処理と、当該検出結果判定処理の前記判定結果を前記燃料電池装置に送信する判定結果送信処理とを行うように構成され、前記サーバー装置は、前記燃焼触媒部の温度が上限触媒温度より高い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定する点にある。
【００１７】
ここで、前記サーバー装置が前記検出結果判定処理において作成する前記判定結果は、前記供給不足条件が満たされるという結果を示す情報、又は、前記供給過剰条件が満たされるという結果を示す情報、又は、前記供給不足条件と前記供給過剰条件との両方が満たされないという結果を示す情報を含み、
前記燃料電池装置は、前記供給量調節処理において、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が、前記供給不足条件が満たされるという結果である場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が、前記供給過剰条件が満たされるという結果である場合、前記改質部への前記原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御するように構成されていてもよい。
【００１８】
また、前記サーバー装置は、前記検出結果判定処理において、前記検出結果受信処理で前記燃料電池装置から受信した前記消費状態検出部の検出結果が前記供給不足条件を満たす場合、前記燃料電池装置で設定されている前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を低くさせるための情報を前記判定結果に含め、前記検出結果受信処理で前記燃料電池装置から受信した前記消費状態検出部の検出結果が前記供給過剰条件を満たす場合、前記燃料電池装置で設定されている前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を高くさせるための情報を前記判定結果に含め、
前記燃料電池装置は、前記供給量調節処理において、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が前記燃料利用率を低くさせるための情報を含んでいる場合、当該情報に基づいて、それまで設定されていた前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御し、前記サーバー装置から受信した前記判定結果が前記燃料利用率を高くさせるための情報を含んでいる場合、当該情報に基づいて、それまで設定されていた前記基準燃料利用率特性曲線で定まる前記燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように前記原燃料供給量調節部の動作を制御するように構成されていてもよい。
【００１９】
上記特徴構成によれば、燃料電池装置の運転制御部は、サーバー装置から受信した判定結果が、改質部に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされるという決定内容に基づいて作成された判定結果である場合、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。つまり、燃料利用率が低くなるように改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量が増加するため、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消が期待される。また、燃料電池装置の運転制御部は、サーバー装置から受信した判定結果が、改質部に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされるという決定内容に基づいて作成された判定結果である場合、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。つまり、燃料利用率が高くなるように改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量が減少するため、改質部に供給する原燃料ガスが過剰な状態の解消が期待される。
このように、改質部に供給する原燃料ガスの量が、燃料電池装置の燃料ガス消費部での燃料ガスの実際の消費状態に基づいて調節されることで、適切な燃料利用率へと修正される。
更に、消費状態検出部の検出結果に基づいて、供給不足条件が満たされるか又は供給過剰条件が満たされるか又は供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないかを決定する機能を燃料電池装置が有していなくても、サーバー装置でそのような決定を行うことができる。そして、サーバー装置がその決定内容に基づいて作成された判定結果を燃料電池装置に送信することで、燃料電池装置で設定される燃料利用率を適正な値にさせることができる。
また、アノードに供給されるべき燃料ガス（発電反応で消費される分の燃料ガスと燃焼部で燃焼される分の燃料ガス）がどこかで外部にリークしている場合、発電反応で消費される燃料ガスの量が一定であるとすると、リークしている分だけ、燃焼部に供給されて燃焼される燃料ガスの量が減少する。そして、リークしたために、燃料電池の発電反応でも消費されず、且つ、燃焼部でも燃焼されない燃料ガスが筐体の内部で存在している場合、その燃料ガスは燃焼触媒部で触媒燃焼されるため、触媒燃焼部の温度が高くなる。そのため、例えば燃料ガスのリークが発生している可能性がある燃料電池では、適正な量の燃料ガスが燃焼部へと供給されるように、より多くの燃料ガスがアノードに供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。そこで本特徴構成では、運転制御部は、燃焼触媒部の温度が上限触媒温度より高い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消、即ち、燃焼部に供給されて燃焼される燃料ガスの量の増加、が期待される。
従って、燃料電池を適正に運転できるような適正な燃料利用率が設定される燃料電池管理システムを提供できる。
【００２０】
本発明に係る燃料電池管理システムの別の特徴構成は、前記消費状態検出部は、前記燃焼部の温度を検出する燃焼温度検出部を有し、前記サーバー装置は、前記燃焼部の温度が下限燃焼温度より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃焼部の温度が前記下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する点にある。
燃料電池の燃焼部での燃料ガスの燃焼性が燃料電池毎に異なる場合、複数の燃料電池の燃焼部に同じ量の燃料ガスが供給されても、燃焼部の温度が異なる可能性がある。そのため、例えば燃焼部での燃料ガスの燃焼性が相対的に悪い燃料電池では、より多くの燃料ガスが燃焼部に供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。それに対して、例えば燃焼部での燃料ガスの燃焼性が相対的に良い燃料電池では、より少ない燃料ガスが燃焼部に供給されること、即ち、より高い燃料利用率を設定することが好ましい。そこで本特徴構成では、サーバー装置は、燃焼部の温度が下限燃焼温度より低い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、燃料電池装置が、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消、即ち、燃焼部の温度が下限燃焼温度以上になること、が期待される。それに対して、サーバー装置は、燃焼部の温度が下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度より高い場合に供給過剰条件が満たされたと判定し、燃料電池装置が、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが過剰な状態の解消、即ち、燃焼部の温度が上限燃焼温度以下になること、が期待される。
【００２１】
本発明に係る燃料電池管理システムの更に別の特徴構成は、前記消費状態検出部は、前記燃料ガス消費部としての前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出部を有し、前記サーバー装置は、前記燃料電池の出力電圧が下限出力電圧より低い場合に前記供給不足条件が満たされたと判定し、前記燃料電池の出力電圧が前記下限出力電圧よりも高い上限出力電圧より高い場合に前記供給過剰条件が満たされたと判定する点にある。
燃焼部の温度が低いことに伴って燃料電池の温度が低くなっている場合、及び、燃料電池のアノードでの燃料ガス濃度が低くなっている場合、燃料電池の出力電圧が低くなる可能性がある。その場合、より多くの燃料ガスが燃焼部に供給されること、及び、より多くの燃料ガスが燃料電池のアノードに供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。それに対して、燃焼部の温度が高いことに伴って燃料電池の温度が高くなっている場合、及び、燃料電池のアノードでの燃料ガス濃度が高くなっている場合、燃料電池の出力電圧が高くなる可能性がある。その場合、より少ない燃料ガスが燃焼部に供給されること、及び、より少ない燃料ガスが燃料電池のアノードに供給されること、即ち、より高い燃料利用率を設定することが好ましい。そこで本特徴構成では、サーバー装置は、燃料電池の出力電圧が下限出力電圧より低い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、燃料電池装置が、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが不足する状態の解消、即ち、燃料電池の出力電圧が下限出力電圧以上になること、が期待される。それに対して、サーバー装置は、燃料電池の出力電圧が下限出力電圧よりも高い上限出力電圧より高い場合に供給過剰条件が満たされたと判定し、燃料電池装置が、改質部への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部の動作を制御する。その結果、改質部に供給する原燃料ガスが過剰な状態の解消、即ち、燃料電池の出力電圧が上限出力電圧以下になること、が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料電池装置の構成を示す図である。
【図２】燃料電池の出力電流と燃料電池での燃料利用率との関係を示すグラフである。
【図３】燃料電池の出力電流と改質部での改質処理のＳ／Ｃとの関係を示すグラフである。
【図４】燃料電池管理システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第１実施形態に係る燃料電池装置３０について説明する。
図１は、燃料電池装置３０の構成を示す図である。燃料電池装置３０は、原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部７と、改質部７で生成された燃料ガスが供給されるアノード９ａ及び酸素ガスが供給されるカソード９ｂを有する燃料電池１０と、発電反応で用いられた後にアノード９ａから排出される排出燃料ガスに含まれる燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって改質部７を加熱する燃焼部１１とを備える。加えて、燃料電池装置３０は、原燃料供給量調節部２と、消費状態検出部２０と、運転制御部１６とを備える。本実施形態では、筐体１の内部に改質部７と燃料電池１０と燃焼部１１とが収容される。加えて、筐体１の内部には、供給される改質用水を気化する気化部６も収容されている。燃焼部１１で発生した燃焼熱は気化部６にも与えられる。発電反応によって燃料ガスを消費する燃料電池１０と、燃焼によって燃料ガスを消費する燃焼部１１とは、燃料ガス消費部２４として用いることができる。
【００２４】
燃料電池１０は、改質部７で生成された水素を主成分とする燃料ガスが供給されるアノード９ａと酸素ガス（空気）が供給されるカソード９ｂとを備えた固体酸化物形のセル９を複数個電気的に直列接続した状態で備えたセルスタックにて構成されている。図示は省略するが、セル９は、アノード９ａとカソード９ｂとの間に固体電解質層を備えた固体酸化物形で構成される。アノード９ａには燃料ガスが通流するように構成され、カソード９ｂには空気が通流するように構成される。燃料電池１０は、複数のセル９がアノード９ａの燃料ガス排出口（図示せず）及びカソード９ｂの空気排出口（図示せず）が上向きになる姿勢で横方向に並ぶ状態で、筐体１の内部に設置されている。尚、セル９の形状や構造は図１に例示したものに限定されない。
【００２５】
燃料電池１０には、改質部７から燃料ガス流路８を通して供給される燃料ガスを受け入れるガスマニホールド２１が設けられる。複数のセル９は、ガスマニホールド２１の上方側に上述のように並ぶ状態で配置され、ガスマニホールド２１と複数のセル９におけるアノード９ａの下端のガス導入口（図示せず）とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド２１に供給された燃料ガスが、複数のセル９の夫々のアノード９ａに対して下端のガス導入口から供給され、各アノード９ａに対して下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供された後の燃料ガスは、上端の燃料ガス排出口から排出燃料ガスとして排出される。
【００２６】
筐体１には、空気導入口２２が設けられ、ブロアなどを用いて実現される酸素供給量調節部１５によって、酸素ガス（空気）がその空気導入口２２を介して筐体１内に供給される。複数のセル９の夫々におけるカソード９ｂの下端部近傍には、筐体１内とカソード９ｂとを連通する空気供給孔（図示せず）が設けられている。複数のセル９の夫々のカソード９ｂには筐体１内の空気がこの空気供給孔を通して供給され、各カソード９ｂに対して下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供された後の空気は、上端の空気排出口から排出酸素ガスとして排出される。また、筐体１の内部に供給された酸素ガス（空気）は、排出燃料ガスを燃焼部１１で燃焼させるためにも利用される。つまり、酸素供給量調節部１５は、カソード９ｂ及び燃焼部１１への酸素ガスの供給量を調節する役割を担う。
酸素供給量調節部１５の動作は運転制御部１６が制御する。
【００２７】
燃料電池１０の上方には、各セル９のアノード９ａの燃料ガス排出口から排出される排出燃料ガスとカソード９ｂの空気排出口から排出される排出酸素ガスとを燃焼させる燃焼空間が形成される。この燃焼空間が燃焼部１１となる。気化部６と改質部７とが、燃料電池１０の上方の燃焼空間（燃焼部１１）に隣接して設けられている。
【００２８】
筐体１には、燃焼部１１にて発生した燃焼排ガスを外部に排出させる排出部２３が下面部等に形成されている。そして、筐体１内には、筐体１の内部から排気される、燃焼部１１で発生した燃焼排ガスを含む排気ガスに含まれる燃料ガスを触媒燃焼する燃焼触媒部１２が設けられている。燃料ガスを触媒燃焼することで消費する燃焼触媒部１２は、本発明の燃料ガス消費部２４として用いることができる。
【００２９】
気化部６には、原燃料ガスが供給される原燃料流路３と、改質用水が供給される改質用水流路５とが接続される。そして、気化部６の内部に、原燃料ガス及び改質用水が供給される。原燃料流路３には、改質部７への原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節部２が設けられる。改質用水流路５には、改質部７への改質用水の供給量を調節する水供給量調節部４が設けられる。
燃料電池装置３０が備える原燃料供給量調節部２及び水供給量調節部４の動作は運転制御部１６が制御する。
【００３０】
気化部６では、供給される改質用水を、燃焼部１１から伝えられる燃焼熱を用いて加熱して蒸発させる。更に、気化部６では、改質用水の蒸発によって生成された水蒸気と、供給される原燃料ガスとが混合される。
【００３１】
改質部７は、供給される原燃料ガスを気化部６にて生成された水蒸気を用いて改質処理する。具体的には、改質部７の内部には改質触媒が充填されており、この改質触媒の触媒作用によって原燃料ガスが改質処理される。
改質部７に供給される原燃料ガスの量及び水蒸気の量を調節することで改質部７での燃料ガスの生成量、即ち、改質部７からアノード９ａへの燃料ガスの供給量が調節される。
【００３２】
燃料電池１０には、例えばインバータ装置などの電力変換装置が接続されており、この電力変換装置を介して、燃料電池１０の発電電力が様々な電力消費装置に供給される。
【００３３】
本実施形態では、燃料電池１０のセルスタックの出力電圧を検出する出力電圧検出部１８と、燃料電池１０のセルスタックの出力電流を検出する出力電流検出部１９とが設けられる。出力電圧検出部１８の検出結果及び出力電流検出部１９の検出結果は運転制御部１６に伝達される。
【００３４】
燃料電池装置３０の筐体１の内部には、燃料ガス消費部２４としての燃焼部１１の温度を検出する燃焼温度検出部１３が設けられる。燃焼温度検出部１３が検出する温度は、燃焼部１１で燃料ガスを燃焼することにより発生する火炎が存在する部位の温度である。燃焼温度検出部１３の検出結果は運転制御部１６に伝達される。
【００３５】
燃料電池装置３０の筐体１の内部には、燃焼触媒部１２の温度を検出する触媒温度検出部１４が設けられる。触媒温度検出部１４の検出結果は運転制御部１６に伝達される。
【００３６】
燃料電池１０では電力変換装置（図示せず）に出力される出力電流に応じた発電反応（即ち、出力電流に応じた燃料ガスの消費）が行われる。尚、燃料電池１０の出力電流が所望の値になるためには、燃料電池１０のアノード９ａに対して適切な量の燃料ガスが供給されていること及びカソード９ｂに対して適切な量の酸素ガスが供給されていることが必要である。そのため、運転制御部１６は、原燃料供給量調節部２及び水供給量調節部４の動作を制御して改質部７へ供給される原燃料ガスの量及び改質用水の量を調節することで、改質部７で生成される燃料ガスの量、即ち、改質部７から燃料電池１０のアノード９ａに供給される燃料ガスの量を調節する。また、運転制御部１６は、酸素供給量調節部１５の動作を制御して、燃料電池１０のカソード９ｂに供給される酸素ガスの量を調節する。
【００３７】
図２は、燃料電池１０の出力電流Ｉと燃料電池１０での燃料利用率Ｕｆとの関係を示すグラフである。図３は、燃料電池１０の出力電流Ｉと改質部７での改質処理のＳ／Ｃとの関係を示すグラフである。図２に示すような燃料電池１０の出力電流Ｉと燃料電池１０での燃料利用率Ｕｆとの関係、及び、図３に示すような燃料電池１０の出力電流Ｉと改質部７での改質処理のＳ／Ｃとの関係は、運転制御部１６が参照可能な状態で記憶部１７に記憶されている。本実施形態において、燃料利用率Ｕｆは、アノード９ａに供給される燃料ガスの量に対応する原燃料ガスの量（即ち、改質部７に供給される原燃料ガスの量）に対する、アノード９ａで発電反応に用いられる燃料ガスの量に対応する原燃料ガスの量の比率であり、Ｓ／Ｃは、改質部７に供給される原燃料ガス中のカーボンに対する水蒸気のモル比である。
【００３８】
そして、運転制御部１６は、出力電流検出部１９で検出される出力電流と、燃料利用率の目標値を燃料電池１０の出力電流の関数として定めている図２の基準燃料利用率特性曲線と、Ｓ／Ｃの目標値を出力電流の関数として定めている図３の基準Ｓ／Ｃ特性曲線とに従って、原燃料供給量調節部２及び水供給量調節部４の動作を制御して改質部７（気化部６）への原燃料ガス及び改質用水の単位時間当たりの供給量を調節することで、改質部７での燃料ガスの生成量、即ち、改質部７からアノード９ａへの燃料ガスの供給量を調節する。
【００３９】
以下に、運転制御部１６により、改質部７に供給する原燃料ガスの量及び水蒸気の量が決定される場合の手順例について説明する。
先ず、出力電流Ｉが決まると、その出力電流Ｉを燃料電池１０で発生させるのに要する燃料ガスの量が決まる。つまり、燃料電池１０のアノード９ａで発電反応に用いられる燃料ガスの量が決まる。また、図２に示したように、出力電流Ｉが決まると、燃料利用率Ｕｆが決まる。その結果、燃料電池１０のアノード９ａで発電反応に用いられる燃料ガスの量と、燃料利用率とから、燃料電池１０のアノード９ａで発電反応に用いられずに排出される排出燃料ガス中の燃料ガスの量も決まる。従って、出力電流Ｉに対して、図２の基準燃料利用率特性で決定される燃料利用率を満たすための、燃料電池１０のアノード９ａに供給する必要がある燃料ガスの量（発電反応に用いられる燃料ガスの量、及び、発電反応に用いられずに排出される排出燃料ガス中の燃料ガスの量）が決まる。そして、その燃料電池１０のアノード９ａに供給する必要がある燃料ガスの量は、改質部７で生成するべき燃料ガスの量であるので、その燃料ガスを生成するために必要な、改質部７に供給する原燃料ガスの量が決まる。
【００４０】
図３に示したように、出力電流Ｉが決まると、Ｓ／Ｃが決まる。上述したように、出力電流Ｉに応じた、改質部７に供給する原燃料ガスの量が決まるので、その原燃料ガスの量と、図３の基準Ｓ／Ｃ特性とで決定されるＳ／Ｃを満たすための、改質部７に供給する必要のある水蒸気（改質用水）の量が決まる。
【００４１】
尚、全ての燃料電池装置３０で同じ燃料利用率を設定するのではなく、各燃料電池装置３０に適した燃料利用率を設定することが好ましい。
例えば、燃料電池１０の燃焼部１１での燃料ガスの燃焼性が燃料電池１０毎に異なる場合、複数の燃料電池１０の燃焼部１１に同じ量の燃料ガスが供給されても、燃焼部１１の温度が異なる可能性がある。そのため、例えば燃焼部１１での燃料ガスの燃焼性が相対的に悪い燃料電池１０では、より多くの燃料ガスが燃焼部１１に供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。それに対して、例えば燃焼部１１での燃料ガスの燃焼性が相対的に良い燃料電池１０では、より少ない燃料ガスが燃焼部１１に供給されること、即ち、より高い燃料利用率を設定することが好ましい。
【００４２】
他には、アノード９ａに供給されるべき燃料ガス（発電反応で消費される分の燃料ガスと燃焼部１１で燃焼される分の燃料ガス）がどこかで燃料電池１０の外部にリークしている可能性もある。その場合、発電反応で消費される燃料ガスの量が一定であるとすると、リークしている分だけ、燃焼部１１に供給されて燃焼される燃料ガスの量が減少する。そして、燃焼部１１の温度が適正な温度範囲よりも低くなる。そのため、例えば燃料ガスのリークが発生している可能性がある燃料電池１０では、適正な量の燃料ガスが燃焼部１１へと供給されるように、より多くの燃料ガスがアノード９ａに供給されること、即ち、より低い燃料利用率を設定することが好ましい。尚、リークすることで、燃料電池１０の発電反応でも消費されず、且つ、燃焼部１１でも燃焼されない燃料ガスが筐体１の内部に存在していたとしても、筐体１の排出部２３に設けられる燃焼触媒部１２で触媒燃焼することで除去できる。
また、燃料ガスが燃料電池１０の外部へリークする以外にも、アノード９ａ側からカソード９ｂ側へリークする可能性もある。その場合、アノード９ａでの発電反応に用いることができる燃料ガス量が減少して、燃料電池１０の出力電圧が低下する可能性がある。
【００４３】
次に、図２に示したような基準燃料利用率特性に基づいて燃料電池１０を適正に運転できるような適正な燃料利用率を設定して、改質部７に供給する原燃料ガスの量を調節する燃料電池装置３０の運転方法について説明する。
【００４４】
本実施形態の燃料電池装置３０では、運転制御部１６は、燃料ガス消費部２４での燃料ガスの消費状態を検出する消費状態検出部２０の検出結果に基づいて、改質部７に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされると判定した場合、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも実際の燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御し、改質部７に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされると判定した場合、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも実際の燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
以下に、適正な燃料利用率を設定する場合の例について説明する。
【００４５】
〔例１〕
例１では、燃焼部１１が燃料ガス消費部２４となる。そして、消費状態検出部２０が、燃料ガス消費部２４としての燃焼部１１の温度を検出する燃焼温度検出部１３を有する場合、運転制御部１６は、燃焼部１１の温度が下限燃焼温度（例えば５５０℃など）より低い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、燃焼部１１の温度が下限燃焼温度よりも高い上限燃焼温度（例えば６５０℃など）より高い場合に供給過剰条件が満たされたと判定する。つまり、運転制御部１６は、燃料ガス消費部２４としての燃焼部１１の温度が下限燃焼温度より低い又は上限燃焼温度より高い場合、燃料ガス消費部２４としての燃焼部１１での燃料ガスの消費状態が不適正状態であると判定して、その不適正状態が解消されるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
【００４６】
例１において、燃焼部１１の温度が下限燃焼温度より低いという供給不足条件が満たされた状態（不適正状態）は、燃焼部１１で燃焼される燃料ガスの量が適正量よりも少ないために生じていると考えることができる。そのため、燃料利用率Ｕｆを低下させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、燃焼部１１で燃焼される燃料ガスの量を現在よりも増加させれば、燃焼部１１の温度が上昇して下限燃焼温度以上になって不適正状態が解消されることを期待できる。従って、この例１では、運転制御部１６は、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させて燃料利用率Ｕｆを低下させるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
【００４７】
記憶部１７には、図２の基準燃料利用率特性曲線に加えて、それより低い燃料利用率となる特性曲線Ａが記憶されている。そして、運転制御部１６は、上記供給不足条件が満たされたと判定した場合には、特性曲線Ａを新たな基準燃料利用率特性曲線に設定して、その基準燃料利用率特性曲線（特性曲線Ａ）と、図３の基準Ｓ／Ｃ特性曲線とに従って、原燃料供給量調節部２及び水供給量調節部４の動作を制御して改質部７（気化部６）への原燃料ガス及び改質用水の単位時間当たりの供給量を調節することで、改質部７での燃料ガスの生成量、即ち、改質部７からアノード９ａへの燃料ガスの供給量を調節する。
【００４８】
例１において、燃焼部１１の温度が上限燃焼温度より高いという供給過剰条件が満たされた状態（不適正状態）は、燃焼部１１で燃焼される燃料ガスの量が適正量よりも多いために生じていると考えることができる。そのため、燃料利用率Ｕｆを上昇させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、燃焼部１１で燃焼される燃料ガスの量を現在よりも減少させれば、燃焼部１１の温度が低下して上限燃焼温度以下になって不適正状態が解消されることを期待できる。従って、この例１では、運転制御部１６は、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させて燃料利用率Ｕｆを上昇させるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
【００４９】
記憶部１７には、図２の基準燃料利用率特性曲線に加えて、それよりも高い燃料利用率となる特性曲線Ｂが記憶されている。そして、運転制御部１６は、上記供給過剰条件が満たされたと判定した場合には、特性曲線Ｂを新たな基準燃料利用率特性曲線に設定して、その基準燃料利用率特性曲線（特性曲線Ｂ）と、図３の基準Ｓ／Ｃ特性曲線とに従って、原燃料供給量調節部２及び水供給量調節部４の動作を制御して改質部７（気化部６）への原燃料ガス及び改質用水の単位時間当たりの供給量を調節することで、改質部７での燃料ガスの生成量、即ち、改質部７からアノード９ａへの燃料ガスの供給量を調節する。
【００５０】
〔例２〕
例２では、燃料電池１０が燃料ガス消費部２４となる。そして、消費状態検出部２０が、燃料ガス消費部２４としての燃料電池１０の出力電圧を検出する出力電圧検出部１８を有する場合、運転制御部１６は、燃料電池１０の出力電圧が下限出力電圧（例えば５５Ｖなど）より低い場合に供給不足条件が満たされたと判定し、燃料電池１０の出力電圧が下限出力電圧よりも高い上限出力電圧（例えば６５Ｖなど）より高い場合に供給過剰条件が満たされたと判定する。つまり、運転制御部１６は、燃料ガス消費部２４としての燃料電池１０の出力電圧が下限出力電圧より低い又は上限出力電圧より高い場合、燃料ガス消費部２４としての燃料電池１０での燃料ガスの消費状態が不適正状態であると判定して、その不適正状態が解消されるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
【００５１】
例２において、燃料電池１０の出力電圧が下限出力電圧より低いという燃料ガスの消費状態（不適正状態）は、燃焼部１１で燃焼される燃料ガス量が少ないために燃料電池１０の温度が低下したことや、燃料電池１０のアノード９ａでの燃料ガス濃度が低いことなどにより生じていると考えることができる。そのため、燃料利用率Ｕｆを低下させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、燃焼部１１で燃焼される燃料ガスの量を現在よりも増加させれば、燃料電池１０の温度が上昇して、燃料電池１０の出力電圧が下限出力電圧以上になって不適正状態が解消されることを期待できる。或いは、燃料利用率Ｕｆを低下させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、燃料電池１０のアノード９ａでの燃料ガス濃度を上昇させれば、燃料電池１０の出力電圧が下限出力電圧以上になって不適正状態が解消されることを期待できる。従って、この例２では、運転制御部１６は、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させて燃料利用率Ｕｆを低下させるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
運転制御部１６が燃料利用率を低下させる場合の具体例は、上記例１で説明したのと同様である。
【００５２】
例２において、燃料電池１０の出力電圧が上限出力電圧より高いという燃料ガスの消費状態（不適正状態）は、燃焼部１１で燃焼される燃料ガス量が多いために燃料電池１０の温度が上昇したことや、燃料電池１０のアノード９ａでの燃料ガス濃度が高いことにより生じていると考えることができる。そのため、燃料利用率Ｕｆを上昇させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、燃焼部１１で燃焼される燃料ガスの量を現在よりも減少させれば、燃料電池１０の温度が低下して、燃料電池１０の出力電圧が上限出力電圧以下になって不適正状態が解消されることを期待できる。或いは、燃料利用率Ｕｆを上昇させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、燃料電池１０のアノード９ａでの燃料ガス濃度を低下させれば、燃料電池１０の出力電圧が上限出力電圧以下になって不適正状態が解消されることを期待できる。従って、この例２では、運転制御部１６は、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させて燃料利用率Ｕｆを上昇させるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
運転制御部１６が燃料利用率を上昇させる場合の具体例は、上記例１で説明したのと同様である。
【００５３】
〔例３〕
例３では、燃焼触媒部１２が燃料ガス消費部２４となる。そして、消費状態検出部２０が、燃料ガス消費部２４としての燃焼触媒部１２の温度を検出する触媒温度検出部１４を有する場合、運転制御部１６は、燃焼触媒部１２の温度が上限触媒温度（例えば２２０℃など）より高い場合に供給不足条件が満たされたと判定する。つまり、運転制御部１６は、燃料ガス消費部２４としての燃焼触媒部１２の温度が上限触媒温度より高い場合、燃料ガス消費部２４としての燃焼触媒部１２での燃料ガスの消費状態が不適正状態であると判定して、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで不適正状態が解消されるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
【００５４】
例３において、燃焼触媒部１２の温度が上限触媒温度より高いという燃料ガスの消費状態（不適正状態）は、燃料電池１０の発電反応及び燃焼部１１での燃焼で消費される燃料ガスの量が減少したために生じていると考えることができる。例えば、原燃料ガスが改質部７に供給され、改質部７で燃料ガスが生成され、その燃料ガスで発電反応が行われ、燃料ガスの燃焼が行われる間にガスのリークが発生して、そのリークしたガスが燃焼触媒部１２で触媒燃焼されることで、燃焼触媒部１２の温度が上限触媒温度より高くなった可能性が考えられる。つまり、燃焼触媒部１２の温度が上限触媒温度より高いという状態が発生している場合、燃料電池１０の発電反応及び燃焼部１１での燃焼において燃料ガスの不足状態（不適正状態）が生じている可能性が考えられる。そのため、燃料利用率Ｕｆを低下させれば、即ち、燃料電池１０の出力電流を変化させない状態で、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させれば、燃料電池１０の発電反応及び燃焼部１１での燃焼において燃料ガスの不足が解消に近付くことで不適正状態が解消されることを期待できる。従って、この例３では、運転制御部１６は、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させて燃料利用率Ｕｆを低下させるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
運転制御部１６が燃料利用率を低下させる場合の具体例は、上記例１で説明したのと同様である。
【００５５】
＜第２実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第２実施形態について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５６】
図４は、燃料電池管理システムの構成を示す図である。図示するように、燃料電池管理システムは、情報通信線３１を介して互いに情報通信可能な燃料電池装置３０とサーバー装置３２とを備える。そして、サーバー装置３２が、上記実施形態で説明したような、改質部７に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされるという判定、及び、改質部７に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされるという判定などを行うように構成されている。
尚、図４では、３台の燃料電池装置３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）を描いているが、サーバー装置３２と通信する燃料電池装置３０の台数は適宜設定可能である。
【００５７】
燃料電池装置３０は、原燃料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部７と、改質部７で生成された燃料ガスが供給されるアノード９ａ及び酸素ガスが供給されるカソード９ｂを有する燃料ガス消費部２４としての燃料電池１０と、発電反応で用いられた後にアノード９ａから排出される排出燃料ガスに含まれる燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって改質部７を加熱する燃料ガス消費部２４としての燃焼部１１と、改質部７への原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節部２と、燃料ガス消費部２４での燃料ガスの消費状態を検出する消費状態検出部２０と、アノード９ａに供給される燃料ガスの量に対応する原燃料ガスの量に対する、アノード９ａで発電反応に用いられる燃料ガスの量に対応する原燃料ガスの量の比率である燃料利用率の目標値を燃料電池１０の出力電流の関数として定めている基準燃料利用率特性曲線に従って、原燃料供給量調節部２の動作を制御して改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を調節する運転制御部１６とを備える。
【００５８】
サーバー装置３２は、情報の演算処理機能及び情報の入出力機能及び情報の記憶機能などを備える１台又は複数台のコンピュータ装置などを用いて実現される。
【００５９】
〔燃料電池装置３０〕
燃料電池装置３０の運転制御部１６は、後述する検出結果送信処理及び判定結果受信処理及び供給量調節処理を行うよう構成される。
【００６０】
燃料電池装置３０の運転制御部１６が行う検出結果送信処理は、消費状態検出部２０の検出結果をサーバー装置３２に送信する処理である。消費状態検出部２０は、上記実施形態で説明したのと同様に、燃料ガス消費部２４としての燃焼部１１の温度を検出する燃焼温度検出部１３、燃料ガス消費部２４としての燃料電池１０の出力電圧を検出する出力電圧検出部１８、燃料ガス消費部２４としての燃焼触媒部１２の温度を検出する触媒温度検出部１４などである。燃料電池装置３０の運転制御部１６は、この送信結果送信処理を、例えば１時間に１回、１日に１回などの所定のタイミングで実行する。本実施形態では、各燃料電池装置３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）は、自身を識別するための識別子（例えばＭＡＣアドレスなど）と、消費状態検出部２０の検出結果とを関連付けて、サーバー装置３２へ送信する。その結果、サーバー装置３２は、消費状態検出部２０の検出結果がどの燃料電池装置３０から送信されたものなのかを上記識別子を用いて判別できる。
【００６１】
燃料電池装置３０の運転制御部１６が行う判定結果受信処理は、サーバー装置３２で行われる検出結果判定処理の判定結果を受信する処理である。尚、詳細は後述するが、サーバー装置３２で行われる検出結果判定処理は、検出結果受信処理で燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果に基づいて、改質部７に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされるか又は改質部７に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされるか又は供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないかを決定して、燃料電池装置３０に送信する判定結果をその決定内容に基づいて作成する処理である。
【００６２】
燃料電池装置３０の運転制御部１６が行う供給量調節処理は、サーバー装置３２から受信した判定結果に基づいて、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する、又は、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する処理である。
【００６３】
後述するように、例えば、サーバー装置３２が検出結果判定処理において作成する判定結果は、供給不足条件が満たされるという結果を示す情報、又は、供給過剰条件が満たされるという結果を示す情報、又は、供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないという結果を示す情報を含む。その場合、燃料電池装置３０は、供給量調節処理において、サーバー装置３２から受信した判定結果が、供給不足条件が満たされるという結果である場合、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御し、サーバー装置３２から受信した判定結果が、供給過剰条件が満たされるという結果である場合、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
つまり、この例では、燃料電池装置３０の運転制御部１６は、上記実施形態と同様に、自身で適正な燃料利用率の特性曲線（例えば、図２の特性曲線Ａ，Ｂなど）を決定し、その決定した燃料利用率の特性曲線を新たな基準燃料利用率特性曲線に設定する。
【００６４】
或いは、後述するように、サーバー装置３２は、検出結果判定処理において、検出結果受信処理で燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果が供給不足条件を満たす場合、燃料電池装置３０で設定されている基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を低くさせるための情報を、燃料電池装置３０に送信する判定結果に含め、検出結果受信処理で燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果が供給過剰条件を満たす場合、燃料電池装置３０で設定されている基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を高くさせるための情報を、燃料電池装置３０に送信する判定結果に含める。その場合、燃料電池装置３０は、供給量調節処理において、サーバー装置３２から受信した判定結果が燃料利用率を低くさせるための情報を含んでいる場合、当該情報に基づいて、それまで設定されていた基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御し、サーバー装置３２から受信した判定結果が燃料利用率を高くさせるための情報を含んでいる場合、当該情報に基づいて、それまで設定されていた基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
つまり、この例では、サーバー装置３２が、燃料電池装置３０で設定されるべき適正な燃料利用率の特性曲線（例えば、図２の特性曲線Ａ，Ｂなど）を決定して燃料電池装置３０に送信し、燃料電池装置３０の運転制御部１６は、サーバー装置３２から受信した、その燃料利用率の特性曲線を新たな基準燃料利用率特性曲線に設定する。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、消費状態検出部２０の検出結果に基づいて、供給不足条件が満たされるか又は供給過剰条件が満たされるか又は供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないかを決定する機能を燃料電池装置３０が有していなくても、サーバー装置３２でそのような決定を行うことができる。そして、サーバー装置３２がその決定内容に基づいて作成された判定結果を燃料電池装置３０に送信することで、燃料電池装置３０で設定される燃料利用率を適正な値にさせることができる。
【００６６】
〔サーバー装置３２〕
サーバー装置３２は、検出結果受信処理及び検出結果判定処理及び判定結果送信処理を行うように構成される。
【００６７】
サーバー装置３２が行う検出結果受信処理は、燃料電池装置３０から消費状態検出部２０の検出結果を受信する処理である。本実施形態では、サーバー装置３２は、燃料電池装置３０から受信した、消費状態検出部２０の検出結果と、燃料電池装置３０を識別するための識別子とを、互いに関連付けて記憶部（図示せず）などに記憶する。また、燃料電池装置３０のＩＰアドレスなどを併せて記憶していてもよい。
【００６８】
サーバー装置３２が行う検出結果判定処理は、検出結果受信処理で燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果に基づいて、改質部７に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされるか又は改質部７に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされるか又は供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないかを決定して、燃料電池装置３０に送信する判定結果をその決定内容に基づいて作成する処理である。そして、サーバー装置３２は、この検出結果判定処理の判定結果を、燃料電池装置３０を識別するための識別子と互いに関連付けて記憶部（図示せず）などに記憶する。
【００６９】
例えば、サーバー装置３２が検出結果判定処理において作成する判定結果は、供給不足条件が満たされるという結果を示す情報、又は、供給過剰条件が満たされるという結果を示す情報、又は、供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないという結果を示す情報を含む。一例を挙げると、サーバー装置３２が検出結果判定処理において作成する判定結果は、供給不足条件が満たされるという結果、又は、供給過剰条件が満たされるという結果、又は、供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないという結果だけを含んでいてもよい。
【００７０】
或いは、サーバー装置３２は、検出結果判定処理において、検出結果受信処理で燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果が供給不足条件を満たす場合、燃料電池装置３０で設定されている基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を低くさせるための情報を燃料電池装置３０に送信する判定結果に含め、検出結果受信処理で燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果が供給過剰条件を満たす場合、燃料電池装置３０で設定されている基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を高くさせるための情報を燃料電池装置３０に送信する判定結果に含める。
一例を挙げると、サーバー装置３２は、各燃料電池装置３０で現在設定されている基準燃料利用率特性曲線に関する情報を記憶している。そして、サーバー装置３２は、検出結果判定処理において、燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果が供給不足条件を満たす場合、燃料電池装置３０で設定されている基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を低くさせるための新たな燃料利用率の特性曲線（例えば図２の特性曲線Ａなど）を決定して、燃料電池装置３０に送信する判定結果に含める。また、サーバー装置３２は、検出結果判定処理において、燃料電池装置３０から受信した消費状態検出部２０の検出結果が供給過剰条件を満たす場合、燃料電池装置３０で設定されている基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率を高くさせるための新たな燃料利用率の特性曲線（例えば図２の特性曲線Ｂなど）を決定して、燃料電池装置３０に送信する判定結果に含める。
【００７１】
サーバー装置３２が行う判定結果送信処理は、検出結果判定処理の判定結果を燃料電池装置３０に送信する処理である。例えば、サーバー装置３２は、燃料電池装置３０のＩＰアドレスなどを用いて、消費状態検出部２０の検出結果を送信してきた燃料電池装置３０に対して、検出結果判定処理の判定結果を送信できる。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、燃料電池装置３０が、消費状態検出部２０の検出結果に基づいて、供給不足条件が満たされるか又は供給過剰条件が満たされるか又は供給不足条件と供給過剰条件との両方が満たされないかを判定する機能を有していなくても、サーバー装置３２でそのような判定を行うことができる。そして、サーバー装置３２が判定結果を燃料電池装置３０に送信することで、燃料電池装置３０で設定される燃料利用率を適正な値にさせることができる。
【００７３】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、燃料電池装置３０及び燃料電池管理システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成については適宜変更可能である。
【００７４】
＜２＞
上記実施形態では、燃料電池１０の出力電流Ｉと燃料電池１０での燃料利用率Ｕｆとの関係（図２）、及び、燃料電池１０の出力電流Ｉと改質部７での改質処理のＳ／Ｃとの関係（図３）について説明したが、それらは例示目的で記載したものであり、適宜変更可能である。
また、図２には、基準燃料利用率特性曲線よりも高い燃料利用率となる特性曲線（特性曲線Ｂ）と、基準燃料利用率特性曲線よりも低い燃料利用率となる特性曲線（特性曲線Ａ）とを、１種類ずつ例示したが、本発明では、基準燃料利用率特性曲線よりも高い燃料利用率となる特性曲線が燃料電池装置３０及びサーバー装置３２などで複数個用意されていてもよく、基準燃料利用率特性曲線よりも高い燃料利用率となる特性曲線が燃料電池装置３０及びサーバー装置３２などで複数個用意されていてもよい。
また、図２には、全ての出力電流範囲で燃料利用率が変更されるような特性曲線Ａ，Ｂを例示したが、特定の出力電流範囲（例えば定格出力電流付近など）のみで燃料利用率が変更されるような特性曲線であってもよい。
【００７５】
＜３＞
燃料利用率を高く又は低くする場合に、基準燃料利用率特性曲線自体を図２に例示したような特性曲線Ａ，Ｂなどへ変更する例を上述したが、燃料利用率を変更する手法はそれに限定されず適宜設定可能である。
例えば、供給不足条件が満たされた場合に適用される燃料利用率の減少量と、供給過剰条件が満たされた場合に適用される燃料利用率の増加量とを予め記憶しておく。そして、供給不足条件が満たされた場合には、図２の基準燃料利用率特性で決定される仮の燃料利用率から上記燃料利用率の減少量を減算することで、基準燃料利用率特性曲線よりも低下した燃料利用率を決定できる。同様に、供給過剰条件が満たされた場合には、図２の基準燃料利用率特性で決定される仮の燃料利用率に上記燃料利用率の増加量を加算することで、基準燃料利用率特性曲線よりも増加した燃料利用率を決定できる。
【００７６】
他にも、供給不足条件が満たされた場合及び供給過剰条件が満たされた場合に適用される燃料利用率の減少量及び増加量を予め記憶しておくのではなく、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量の減少量及び増加量を記憶しておいてもよい。
例えば、供給不足条件が満たされた場合に適用される、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量の増加量と、供給過剰条件が満たされた場合に適用される、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量の減少量とを予め記憶しておく。そして、供給不足条件が満たされた場合には、図２の基準燃料利用率特性で決定される燃料利用率を満たすための、改質部７に供給する原燃料ガスの量を仮決定し、その原燃料ガスの仮供給量に上記増加量を加算することで、燃料利用率を低下させるための原燃料ガス供給量を最終決定できる。或いは、供給過剰条件が満たされた場合には、図２の基準燃料利用率特性で決定される燃料利用率を満たすための、改質部７に供給する原燃料ガスの量を仮決定し、その原燃料ガスの仮供給量から上記減少量を減算することで、燃料利用率を上昇させるための原燃料ガス供給量を最終決定できる。
【００７７】
上述した増加量及び減少量は一定値であってもよいし、変動値であってもよい。例えば、上述した増加量及び減少量を変動値とする場合、消費状態検出部２０の検出値（例えば燃焼部１１の温度、燃料電池１０の出力電圧、燃焼触媒部１２の温度など）及びその基準値の間の差分と、上記増加量及び減少量との関係を予め定めて記憶しておけばよい。つまり、上記増加量及び減少量を、消費状態検出部２０の検出値（例えば燃焼部１１の温度、燃料電池１０の出力電圧、燃焼触媒部１２の温度など）及びその基準値の間の差分の関数で定めてもよい。
【００７８】
＜４＞
上記実施形態では、温度や電圧などについての具体的な数値を挙げて本発明の燃料電池装置３０及び燃料電池管理システムの説明を行ったが、それらの数値は例示目的で記載したものであり、本発明はそれらの数値に限定されない。
【００７９】
＜５＞
尚、上記実施形態（別実施形態を含む）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、燃料電池を適正に運転できるような適正な燃料利用率が設定される燃料電池装置及びそれを備える燃料電池管理システムに利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１  筐体
２  原燃料供給量調節部
７  改質部
９ａ  アノード
９ｂ  カソード
１０  燃料電池（セルスタック、燃料ガス消費部）
１１  燃焼部
１２  燃焼触媒部
１３  燃焼温度検出部
１４  触媒温度検出部（消費状態検出部  ２０）
１６  運転制御部
１８  出力電圧検出部（消費状態検出部  ２０）
２０  消費状態検出部
２４  燃料ガス消費部
３０  燃料電池装置
３２  サーバー装置
【要約】
【課題】燃料電池を適正に運転できるような適正な燃料利用率が設定される燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池装置３０の運転制御部１６は、改質部７に供給する原燃料ガスが不足している供給不足条件が満たされると判定した場合、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を増加させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が低くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御し、改質部７に供給する原燃料ガスが過剰である供給過剰条件が満たされると判定した場合、改質部７への原燃料ガスの単位時間当たりの供給量を減少させることで、基準燃料利用率特性曲線で定まる燃料利用率の目標値よりも燃料利用率が高くなるように原燃料供給量調節部２の動作を制御する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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