(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定原燃料変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準原燃料変化タイミングより早い時期に設定され、
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する燃料電池システム。
【請求項２】
供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定原燃料変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準原燃料変化タイミングより早い時期に設定され、
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する燃料電池システム。
【請求項３】
供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記酸素の供給量を規定する酸素供給特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記酸素の供給量を前記酸素供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準酸素変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記酸素の供給量を前記酸素供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定酸素変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定酸素変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準酸素変化タイミングよりも遅い時期に設定されている燃料電池システム。
【請求項４】
供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性と前記酸素の供給量を規定する酸素供給特性とを記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量及び前記酸素の供給量のそれぞれを前記原燃料供給特性及び前記酸素供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミング及び基準酸素変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量及び前記酸素の供給量のそれぞれを前記原燃料供給特性及び前記酸素供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミング及び特定酸素変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定原燃料変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準原燃料変化タイミングよりも早い時期に設定され、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定酸素変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準酸素変化タイミングよりも遅い時期に設定されている燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を設定値以上増加させる変化であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記記憶部は、前記セルスタックの出力に対する前記蒸発用水の供給量を規定する水供給特性を記憶し、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記蒸発用水の供給量を前記水供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準水変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記蒸発用水の供給量を前記水供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定水変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定水変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準水変化タイミングよりも早い時期に設定されている請求項１〜７の何れか一項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、供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、セルスタックで利用されなかった改質ガス及び酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を蒸発器及び改質器及びセルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、固体酸化物形燃料電池の出力を増加させるときの制御が記載されている。具体的には、固体酸化物形燃料電池の出力を増加させる場合において、水供給量、発電用酸化剤ガス供給量、及び燃料供給量を増加させた後、所定時間遅れて、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させる第１遅延制御が記載されている。また、上記第１遅延制御よりも多く水供給量、発電用酸化剤ガス供給量、及び燃料供給量を増加させた後、所定時間遅れて、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させる第２遅延制御も記載されている。
加えて、特許文献１に記載の発明では、セルスタックで利用されなかった改質ガス及び酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を、蒸発部及び改質部及びセルスタックの加熱のために利用している。
【０００３】
特許文献１では、このような制御を行うことで、需要電力の増加に対して発電電力を急速に追従させようとしている。加えて、発電電力を需要電力の増加に追従させる際に生じる余剰燃料（即ち、燃焼室内で燃焼される燃料）を減少させて、燃料電池モジュール内の過剰な温度上昇を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８００２８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オフガス（セルスタックで利用されなかった改質ガス及び酸素）を燃焼部で燃焼させるような燃料電池システムでは、セルスタックの出力の変化に応じて燃焼部に供給されるオフガスの量も変化する。そのため、燃焼部での燃焼状態が不安定になることがある。そして、燃焼部での燃焼状態が不安定になると、蒸発器及び改質器及びセルスタックが受け取る燃焼熱の量も不安定になり、蒸発器及び改質器及びセルスタックの温度を適正な範囲に維持できなくなる。特に、燃焼部で失火が発生すると、蒸発器及び改質器及びセルスタックなどの温度が低下して、十分な量の水蒸気が発生されないといった問題や、改質反応が十分に行われないといった問題や、発電反応が十分に行われないといった問題が発生し得る。
【０００６】
このような問題の発生を回避しようとするならば、燃焼部で燃焼されるオフガス中の燃料成分（セルスタックで利用されなかった改質ガスの量）を多くする、即ち、燃料成分を濃い状態にする方法が考えられる。ところが、特許文献１では、水供給量、発電用酸化剤ガス供給量、及び燃料供給量の全てを増加させており、燃焼部で燃焼されるオフガス中の燃料成分（セルスタックで利用されなかった改質ガスの量）のみが多くなるような制御は行われていない。そのため、特許文献１に記載のような制御を行った場合、燃焼部での燃焼状態が不安定になる可能性がある。
特に、特許文献１には、発電電力を需要電力の増加に追従させる際に生じる余剰燃料（即ち、燃焼室内で燃焼される燃料）を減少させる旨の記載があることを考慮すると、燃焼部での燃焼状態が不安定になることは考慮されていないと思われる。
【０００７】
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、出力の変化時に燃焼部での燃焼状態を安定させることができる燃料電池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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定原燃料変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準原燃料変化タイミングより早い時期に設定され、
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する点にある。
上記特徴構成によれば、セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量を増加変化させるタイミング（特定原燃料変化タイミング）は、基準原燃料変化タイミングより早められる。つまり、改質ガスの生成量が増える期間が設けられることで、その期間中は、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。
従って、出力の変化時に燃焼部での燃焼状態をより安定させることができる。
また、セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、セルスタックで利用される水素及び酸素の量も大幅に変化するため、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの量も大幅に変化し得る。そのため、燃焼部での燃焼状態が不安定になる可能性がある。
ところが本特徴構成では、セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。その結果、燃焼部での燃焼状態を安定させることができる。
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムの別の特徴構成は、供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量を前記原燃料供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定原燃料変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準原燃料変化タイミングより早い時期に設定され、
前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する点にある。
上記特徴構成によれば、セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量を増加変化させるタイミング（特定原燃料変化タイミング）は、基準原燃料変化タイミングより早められる。つまり、改質ガスの生成量が増える期間が設けられることで、その期間中は、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。
従って、出力の変化時に燃焼部での燃焼状態をより安定させることができる。
また、セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、セルスタックで利用される水素及び酸素の量も大幅に変化するため、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの量も大幅に変化し得る。そのため、燃焼部での燃焼状態が不安定になる可能性がある。
ところが本特徴構成では、セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。その結果、燃焼部での燃焼状態を安定させることができる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記酸素の供給量を規定する酸素供給特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記酸素の供給量を前記酸素供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準酸素変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記酸素の供給量を前記酸素供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定酸素変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定酸素変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準酸素変化タイミングよりも遅い時期に設定されている点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って酸素の供給量を増加変化させるタイミング（特定酸素変化タイミング）は、基準酸素変化タイミングより遅くなる。つまり、酸素の供給量が増加されない期間が設けられることで、その期間中は、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった酸素の割合がより低くなる。その結果、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。
従って、出力の変化時に燃焼部での燃焼状態をより安定させることができる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器と、供給される原燃料ガスを、前記蒸発器によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックで利用されなかった前記改質ガス及び前記酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を前記蒸発器及び前記改質器及び前記セルスタックに与えることができる燃焼部と、制御手段とを備える燃料電池システムであって、
前記セルスタックの出力に対する前記原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性と前記酸素の供給量を規定する酸素供給特性とを記憶する記憶部を備え、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量及び前記酸素の供給量のそれぞれを前記原燃料供給特性及び前記酸素供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミング及び基準酸素変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記原燃料ガスの供給量及び前記酸素の供給量のそれぞれを前記原燃料供給特性及び前記酸素供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミング及び特定酸素変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定原燃料変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準原燃料変化タイミングよりも早い時期に設定され、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定酸素変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準酸素変化タイミングよりも遅い時期に設定されている点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量を増加変化させるタイミング（特定原燃料変化タイミング）は、基準原燃料変化タイミングより早められ、且つ、セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って酸素の供給量を増加変化させるタイミング（特定酸素変化タイミング）は、基準酸素変化タイミングより遅くなる。つまり、改質ガスの生成量が増える期間が設けられ、且つ、酸素の供給量が増加されない期間が設けられる。その結果、その期間中は、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった酸素の割合がより低くなって、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。
従って、出力の変化時に燃焼部での燃焼状態をより安定させることができる。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記記憶部は、前記セルスタックの出力に対する前記蒸発用水の供給量を規定する水供給特性を記憶し、
前記制御手段は、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たさない場合、前記セルスタックの出力を変化させるのに伴って前記蒸発用水の供給量を前記水供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準水変化タイミングに変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化が前記特定の変化条件を満たす場合、前記セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って前記蒸発用水の供給量を前記水供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている特定水変化タイミングに増加変化を開始させ、
前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記特定水変化タイミングは、前記セルスタックの出力の変化開始タイミングから見た前記基準水変化タイミングよりも早い時期に設定されている点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、セルスタックの出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って蒸発用水の供給量を増加変化させるタイミング（特定水変化タイミング）は、基準水変化タイミングより早められる。つまり、前もって蒸発用水の供給量を増加させることで、水蒸気の生成量が安定するのに要する期間が十分に確保される。その結果、改質ガスの生成量が安定して増加して、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記制御手段は、前記セルスタックの出力を設定値以上増加させる変化であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する点にある。
【００１７】
セルスタックの出力を設定値以上増加させるとき、セルスタックで利用される水素及び酸素の量も大幅に変化するため、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの量も大幅に変化し得る。そのため、燃焼部での燃焼状態が不安定になる可能性がある。
ところが本特徴構成では、セルスタックの出力を設定値以上増加させるとき、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。その結果、燃焼部での燃焼状態を安定させることができる。
【００１８】
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する点にある。
【００１９】
セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、セルスタックで利用される水素及び酸素の量も大幅に変化するため、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの量も大幅に変化し得る。そのため、燃焼部での燃焼状態が不安定になる可能性がある。
ところが本特徴構成では、セルスタックの出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。その結果、燃焼部での燃焼状態を安定させることができる。
【００２０】
本発明に係る燃料電池システムの更に別の特徴構成は、前記制御手段は、前記セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、前記特定の変化条件が満たされると判定する点にある。
【００２１】
セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、セルスタックで利用される水素及び酸素の量も大幅に変化するため、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの量も大幅に変化し得る。そのため、燃焼部での燃焼状態が不安定になる可能性がある。
ところが本特徴構成では、セルスタックの出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、燃焼部で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタックで利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。その結果、燃焼部での燃焼状態を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】セルスタックの出力に対する原燃料供給特性及び酸素供給特性及び水供給特性を説明する図である。
【図３】セルスタックの出力を変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを変化させるときの基準変化タイミングを説明する図である。
【図４】セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの特定変化タイミングを説明する図である。
【図５】セルスタックの出力を変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを変化させるときの基準変化タイミングを説明する図である。
【図６】セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの特定変化タイミングを説明する図である。
【図７】セルスタックの出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの特定変化タイミングを説明する図である。
【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システムの構成について説明する。
図１は、燃料電池システムの構成を示す図である。図示するように、燃料電池システムは、供給される蒸発用水を加熱して蒸発させる蒸発器６と、供給される原燃料ガスを、蒸発器６によって生成された水蒸気を用いて改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する改質器７と、改質器７によって生成された改質ガスと供給される酸素とを利用して発電する複数の燃料電池セル８を有するセルスタック９と、セルスタック９で利用されなかった改質ガス及び酸素を燃焼させることで発生する燃焼熱を蒸発器６及び改質器７及びセルスタック９に与えることができる燃焼部１０と、制御手段Ｃとを備える。
【００２４】
本実施形態では、蒸発器６に対して、原燃料供給路２を通して原燃料ガスが供給される。原燃料ガスは炭化水素を含むガスであり、例えば都市ガスである。原燃料供給路２を通して蒸発器６に供給される原燃料の量は、原燃料供給路２の途中に設けられる弁Ｖ１によって調節される。また、蒸発器６に対して、水供給路３を通して蒸発用水が供給される。水供給路３を通して蒸発器６に供給される蒸発用水の量は、水供給路３の途中に設けられる弁Ｖ２によって調節される。これら弁Ｖ１及び弁Ｖ２の動作は制御手段Ｃが制御する。蒸発器６には、後述する燃焼部１０で発生した燃焼熱が伝達され、その熱によって蒸発用水の蒸発が行われる。また、蒸発器６では、生成された水蒸気と原燃料ガスとの混合も行われる。
尚、図１には示していないが、蒸発器６へ供給する前の原燃料ガスに含まれる硫黄成分（例えば、都市ガスが含有している付臭剤など）を除去するための脱硫器を設けてもよい。
【００２５】
改質器７には、蒸発器６で得られた原燃料ガスと水蒸気との混合ガスが供給される。そして、改質器７では、原燃料ガスの水蒸気改質が行われて、改質ガス（水素を主成分とするガス）が生成される。また、改質器７にも、後述する燃焼部１０で発生した燃焼熱が伝達され、その熱によって改質反応が促進される。そして、改質器７で生成された改質ガスは、改質ガス供給路１１を通ってガスマニホールド１２に供給される。ガスマニホールド１２には複数の燃料電池セル８が接続されており、ガスマニホールド１２に供給された改質ガスが各燃料電池セル８へと分配される。
【００２６】
セルスタック９は、改質器７で生成された改質ガスが通流する燃料通流部（図示せず）と空気（即ち、酸化剤（酸素））が通流する空気通流部（図示せず）とを備えた複数の固体酸化物形の燃料電池セル８を電気的に直列接続した状態で備えて構成されている。図示は省略するが、燃料電池セル８は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物形に構成される。各燃料電池セル８では、燃料通流部を改質ガスが上向きに通流することで燃料極の全体に改質ガスが供給され、空気通流部を上向きに空気が通流することで空気極の全体に空気が供給され、それら改質ガス及び空気が発電反応に用いられる。そして、発電反応に供された後の排改質ガスは燃料通流部の上端の排出口から排出され、発電反応に供された後の排空気は空気通流部の上端の排出口から排出される。
【００２７】
セルスタック９の上方には、オフガス（即ち、各燃料電池セル８の燃料通流部から排出される排改質ガスと空気通流部から排出される排空気（即ち、酸素））を燃焼させる燃焼空間（即ち、燃焼部１０）が形成される。つまり、セルスタック９により燃焼部１０が実現される。加えて、蒸発器６及び改質器７が、燃焼部１０として機能するセルスタック９の上方の燃焼空間に隣接して設けられている。その結果、燃焼部１０で発生する燃焼熱によって、蒸発器６及び改質器７及びセルスタック９が加熱される。
【００２８】
尚、図示は省略するが、セルスタック９には、電気負荷としてのインバータなどが電気的に接続されている。インバータの動作は制御手段Ｃが制御する。つまり、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を変化させることができる。
【００２９】
上述した蒸発器６及び改質器７及びガスマニホールド１２及びセルスタック９等は筐体１に収容されている。この筐体１の内部には、酸素供給路４を通して空気（酸素）が供給される。この酸素が、燃料電池セル８での発電反応に用いられ、及び、燃焼部１０での排改質ガスの燃焼に用いられる。酸素供給路４を通して筐体１の内部に供給される酸素の量は、酸素供給路４に接続される送風機としてのブロアＢによって調節される。ブロアＢの動作は制御手段Ｃが制御する。
また、筐体１には、燃焼部１０で発生した燃焼排ガスを外部に排出するための排気路５も接続されている。
【００３０】
このような燃料電池システムで発電された電力を電気負荷に供給するとき、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力（例えば出力電流など）を調節すると共に、適切な量の原燃料ガス及び酸素及び蒸発用水を筐体１の内部へと供給する。つまり、制御手段Ｃは、セルスタック９で消費される水素及び酸素の量を調節すること、改質器７で生成される水素の量を調節すること、燃焼部１０での燃焼に利用される酸素の量を調節することを行う。
【００３１】
燃料電池システムは、セルスタック９の出力に対する、原燃料ガスの供給量を規定する原燃料供給特性と酸素の供給量を規定する酸素供給特性とを記憶する記憶部Ｍを備える。加えて、本実施形態では、記憶部Ｍは、セルスタック９の出力に対する蒸発用水の供給量を規定する水供給特性を記憶する。
【００３２】
図２は、セルスタック９の出力（電流密度）に対する原燃料供給特性及び酸素供給特性及び水供給特性を説明する図である。図２に示すように、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力（電流密度）が大きくなるにつれて、弁Ｖ１及び弁Ｖ２及びブロアＢの夫々を調節して、原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給を多くする。尚、図２は、セルスタック９の出力（電流密度）に対して、原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量が一定の関係で定まることを例示するためのものであり、実際の原燃料供給特性及び酸素供給特性及び水供給特性と同じではない。
【００３３】
制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が、後述する特定の変化条件を満たさない場合、セルスタック９の出力を変化させるのに伴って、原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを、原燃料供給特性及び酸素供給特性及び水供給特性に基づいて決定される値に変化させるとき、セルスタック９の出力の変化開始タイミングを基準として予め設定されている基準原燃料変化タイミング及び基準酸素変化タイミング及び基準水変化タイミングに変化を開始させる。
【００３４】
図３は、セルスタック９の出力を変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを変化させるときの基準変化タイミングＡを説明する図である。図３に示す例では、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０でセルスタック９の出力の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間でセルスタック９の出力をＪ２からＪ３まで増加させる。原燃料ガスに関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０で原燃料ガスの供給量の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間で原燃料ガスの供給量をＱｒ２からＱｒ３まで増加させる。酸素に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０で酸素の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間で酸素の供給量をＱａ２からＱａ３まで増加させる。蒸発用水に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０で蒸発用水の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間で蒸発用水の供給量をＱｗ２からＱｗ３まで増加させる。
尚、図示は省略するが、セルスタック９の出力をＪ２からＪ１まで減少させるときも、図３に示した基準変化タイミングＡに従って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを減少変化させてよい。
【００３５】
図２及び図３に示すような原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれの調節が行われることで、セルスタック９には所望の出力を発揮するために必要な量の水素及び酸素が供給され、燃焼部１０には燃焼状態を安定させるのに必要な量の排改質ガス及び酸素が供給されることになる。
【００３６】
但し、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、上記基準変化タイミングＡで定まるタイミングとは別のタイミングで少なくとも原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量のそれぞれの増加変化を開始させる。例えば、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を設定値以上増加させる変化であるとき、上記特定の変化条件が満たされると判定する。或いは、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、特定の変化条件が満たされると判定する。また或いは、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、特定の変化条件が満たされると判定する。何れの場合も、セルスタック９の発電反応で消費される改質ガスの量が特に多くなる場合に該当する。つまり、燃焼部１０での燃焼に供される改質ガスの量が大きく減少変化する場合に該当する。
加えて、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、上記基準変化タイミングＡで定まるタイミングとは別のタイミングで蒸発用水の供給量の増加変化を開始させる。
【００３７】
図４は、セルスタック９の出力の変化が、上述したような出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの特定変化タイミングＡを説明する図である。図４に示す例では、制御手段Ｃは、時刻ｔ８よりも前の時点で、セルスタック９の出力を増加させる必要を認識する。そして、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０でセルスタック９の出力の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間でセルスタック９の出力をＪ２からＪ３まで増加させる。原燃料ガスに関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも前の時刻ｔ８で原燃料ガスの供給量の増加を開始させ、時刻ｔ８から、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１８の間で原燃料ガスの供給量をＱｒ２からＱｒ３まで増加させる。酸素に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも後の時刻ｔ１１で酸素の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ１１から、時刻ｔ２０よりも後の時刻ｔ２１の間で酸素の供給量をＱａ２からＱａ３まで増加させる。蒸発用水に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ８で蒸発用水の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ８から時刻ｔ１８の間で蒸発用水の供給量をＱｗ２からＱｗ３まで増加させる。
【００３８】
このように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って少なくとも原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量のそれぞれを原燃料供給特性及び酸素供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）を基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミング（ｔ８）及び特定酸素変化タイミング（ｔ１１）に増加変化を開始させる。また、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って蒸発用水の供給量を水供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）を基準として予め設定されている特定水変化タイミング（ｔ８）に増加変化を開始させる。更に、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定原燃料変化タイミング（ｔ８）は、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準原燃料変化タイミング（ｔ１０）よりも早い時期に設定されている。セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定酸素変化タイミング（ｔ１１）は、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準酸素変化タイミング（ｔ１０）よりも遅い時期に設定されている。セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定水増加開始タイミング（ｔ８）は、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準水変化タイミング（ｔ１０）よりも早い時期に設定されている。
【００３９】
まとめると、以下の表１に示すように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が上記特定の変化条件を満たす場合は、図４の特定変化タイミングＡに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
これに対して、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が特定の変化条件を満たさない場合、即ち、特定の出力増加に該当しない他の通常の出力増加及び出力減少の場合は、図３の基準変化タイミングＡに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
【００４０】
【表１】
0006637778.tif 000002
【００４１】
以上のように、本実施形態では、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量を増加変化させるタイミング（特定原燃料変化タイミング）は、基準原燃料変化タイミングより早められ、且つ、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って酸素の供給量を増加変化させるタイミング（特定酸素変化タイミング）は、基準酸素変化タイミングより遅くなる。つまり、改質ガスの生成量が増える期間が設けられ、且つ、酸素の供給量が増加されない期間が設けられる。その結果、その期間中は、燃焼部１０で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタック９で利用されなかった酸素の割合がより低くなって、燃焼部１０で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタック９で利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。従って、出力の変化時に燃焼部１０での燃焼状態をより安定させることができる。
加えて、本実施形態では、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って蒸発用水の供給量を増加変化させるタイミング（特定水変化タイミング）は、基準水変化タイミングより早められる。つまり、前もって蒸発用水の供給量を増加させることで、水蒸気の生成量が安定するのに要する期間が十分に確保される。その結果、改質ガスの生成量が安定して増加して、燃焼部１０で燃焼されるガス中に含まれる、セルスタック９で利用されなかった改質ガスの割合がより高くなる。
【００４２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の燃料電池システムは、上述した基準変化タイミングが上記実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の燃料電池システム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。
【００４３】
以下の表２に示すように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が上記特定の変化条件を満たす場合は、図４の特定変化タイミングＡに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。上記実施形態と同様に、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を設定値以上増加させる変化であるとき、上記特定の変化条件が満たされると判定する。或いは、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を増加させるときの目標出力値が所定値以上であるとき、特定の変化条件が満たされると判定する。また或いは、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を増加させる前の現在の出力が特定値以上であるとき、特定の変化条件が満たされると判定する。
【００４４】
これに対して、制御手段Ｃは、特定の出力増加に該当しない他の通常の出力増加の場合は、図５の基準変化タイミングＢに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。また、制御手段Ｃは、出力減少の場合は、図３の基準変化タイミングＡに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
【００４５】
【表２】
0006637778.tif 000003
【００４６】
図５は、セルスタック９の出力の変化が出力増加ではあるが、上記特定の変化条件を満たさない場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの別の基準変化タイミングＢを説明する図である。図５に示す例では、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０でセルスタック９の出力の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間でセルスタック９の出力をＪ２からＪ３まで増加させる。原燃料ガスに関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも前の時刻ｔ９で原燃料ガスの供給量の増加を開始させ、時刻ｔ９から、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１９の間で原燃料ガスの供給量をＱｒ２からＱｒ３まで増加させる。酸素に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ９で酸素の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ９から時刻ｔ１９の間で酸素の供給量をＱａ２からＱａ３まで増加させる。蒸発用水に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ９で蒸発用水の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ９から時刻ｔ１９の間で蒸発用水の供給量をＱｗ２からＱｗ３まで増加させる。
【００４７】
尚、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を減少変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを減少変化させるときは、図３の基準変化タイミングＡに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
【００４８】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の燃料電池システムは、上述した特定変化タイミングが上記実施形態と異なっている。以下に第３実施形態の燃料電池システム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。
【００４９】
以下の表３に示すように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が上記特定の変化条件を満たす場合は、図６の特定変化タイミングＢに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
これに対して、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が特定の変化条件を満たさない場合、即ち、特定の出力増加に該当しない他の通常の出力増加の場合は、図３の基準変化タイミングＡ又は図５の基準変化タイミングＢに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。また、制御手段Ｃは、出力減少の場合は、図３の基準変化タイミングＡに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
【００５０】
【表３】
0006637778.tif 000004
【００５１】
図６は、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの特定変化タイミングＢを説明する図である。図６に示す例では、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０でセルスタック９の出力の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間でセルスタック９の出力をＪ２からＪ３まで増加させる。原燃料ガスに関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも前の時刻ｔ８で原燃料ガスの供給量の増加を開始させ、時刻ｔ８から、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１８の間で原燃料ガスの供給量をＱｒ２からＱｒ３まで増加させる。酸素に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも前であるが、時刻ｔ８よりも後の時刻ｔ９で酸素の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ９から、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１９の間で酸素の供給量をＱａ２からＱａ３まで増加させる。蒸発用水に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ８で蒸発用水の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ８から時刻ｔ１８の間で蒸発用水の供給量をＱｗ２からＱｗ３まで増加させる。
【００５２】
このように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って少なくとも原燃料ガスの供給量を原燃料供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）を基準として予め設定されている特定原燃料変化タイミング（ｔ８）に増加変化を開始させる。更に、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定原燃料変化タイミング（ｔ８）は、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準原燃料変化タイミング（基準変化タイミングＢの場合はｔ９、基準変化タイミングＡの場合はｔ１０）より早い時期に設定されている。
加えて、図６に示す例では、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って蒸発用水の供給量を増加変化させるタイミング（特定水変化タイミング）に対応する時刻ｔ８は、基準水変化タイミングに対応する時刻ｔ１０より早められている。
【００５３】
尚、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定酸素変化タイミングを、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準酸素変化タイミングと同じ時期に設定すればよい。つまり、基準酸素変化タイミングが図５の基準変化タイミングＢで示した時刻ｔ９であるならば、図６に示したように特定酸素変化タイミングも時刻ｔ９とすればよい。或いは、基準酸素変化タイミングが図３の基準変化タイミングＡで示した時刻ｔ８であるならば、図示はしていないが特定酸素変化タイミングも時刻ｔ８とすればよい。
【００５４】
＜第４実施形態＞
第４実施形態の燃料電池システムは、上述した特定変化タイミングが上記実施形態と異なっている。以下に第４実施形態の燃料電池システム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。
【００５５】
以下の表４に示すように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が上記特定の変化条件を満たす場合は、図７の特定変化タイミングＣに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
これに対して、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が特定の変化条件を満たさない場合、即ち、特定の出力増加に該当しない他の通常の出力増加の場合は、図３の基準変化タイミングＡ又は図５の基準変化タイミングＢに則って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを制御する。
【００５６】
【表４】
0006637778.tif 000005
【００５７】
図７は、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って原燃料ガスの供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量のそれぞれを増加変化させるときの特定変化タイミングＣを説明する図である。図７に示す例では、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０でセルスタック９の出力の増加を開始させ、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０の間でセルスタック９の出力をＪ２からＪ３まで増加させる。原燃料ガスに関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも前の時刻ｔ９で原燃料ガスの供給量の増加を開始させ、時刻ｔ９から、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１９の間で原燃料ガスの供給量をＱｒ２からＱｒ３まで増加させる。酸素に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ１０よりも後の時刻ｔ１１で酸素の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ１１から、時刻ｔ２０よりも後の時刻ｔ２１の間で酸素の供給量をＱａ２からＱａ３まで増加させる。蒸発用水に関して、制御手段Ｃは、時刻ｔ９で蒸発用水の供給量の増加を開始させ、時刻ｔ９から時刻ｔ１９の間で蒸発用水の供給量をＱｗ２からＱｗ３まで増加させる。
【００５８】
このように、本実施形態では、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力を増加変化させるのに伴って少なくとも酸素の供給量を酸素供給特性に基づいて決定される値に増加変化させるとき、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）を基準として予め設定されている特定酸素変化タイミング（ｔ１１）に増加変化を開始させる。更に、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定酸素変化タイミング（ｔ１１）は、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準酸素変化タイミング（基準変化タイミングＢの場合はｔ９、基準変化タイミングＡの場合はｔ１０）よりも遅い時期に設定されている。
【００５９】
尚、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力の変化が出力増加に該当する特定の変化条件を満たす場合、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た特定原燃料変化タイミング及び特定水変化タイミングを、セルスタック９の出力の変化開始タイミング（ｔ１０）から見た基準原燃料変化タイミング及び基準水変化タイミングと同じ時期に設定すればよい。
つまり、基準原燃料変化タイミングが図５の基準変化タイミングＢで示した時刻ｔ９であるならば、図７に示したように特定原燃料変化タイミングも時刻ｔ９とすればよい。或いは、基準原燃料変化タイミングが図３の基準変化タイミングＡで示した時刻ｔ８であるならば、図示はしていないが特定原燃料変化タイミングも時刻ｔ８とすればよい。同様に、基準水変化タイミングが図５の基準変化タイミングＢで示した時刻ｔ９であるならば、図７に示したように特定水変化タイミングも時刻ｔ９とすればよい。或いは、基準水変化タイミングが図３の基準変化タイミングＡで示した時刻ｔ８であるならば、図示はしていないが特定水変化タイミングも時刻ｔ８とすればよい。
【００６０】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の燃料電池システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
【００６１】
＜２＞
上記実施形態において、上記特定の変化条件の内容を他の内容に変更してもよい。例えば、制御手段Ｃは、セルスタック９の出力を単に増加させるときに上記特定の変化条件が満たされたと判定してもよい。或いは、セルスタック９のどのような出力増加時に燃焼部１０での失火が発生する条件が経験的に導き出せるとき、その条件を「特定の変化条件」としてもよい。
【００６２】
＜３＞
上記実施形態では、図４及び図６及び図７に示したように、原燃料の供給量及び酸素の供給量及び蒸発用水の供給量の全ての変化開始タイミングが指定された特定変化タイミングを例示したが、例えば、原燃料の供給量の変化開始タイミングのみが指定された特定変化タイミングや、酸素の供給量の変化開始タイミングのみが指定された特定変化タイミングや、原燃料の供給量及び酸素の供給量のみの変化開始タイミングが指定された特定変化タイミングなどを用いてもよい。
【００６３】
＜４＞
尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）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でき、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できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の燃料電池システムは、出力の変化時に燃焼部での燃焼状態を安定させるために利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
６  蒸発器
７  改質器
８  燃料電池セル
９  セルスタック
１０  燃焼部
Ｃ  制御手段
【図１】
0006637778.tif 000006
【図２】
0006637778.tif 000007
【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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