(57)【要約】【課題】燃料電池発電システムにおいて、需要電力の変動に合わせて出力電力を調節する際の、流量変化の遅れによる制御上の不具合を防止する。【解決手段】需要電力の増加時には、燃料と空気の供給量を増やした後に出力電力を増加させる制御を行い、需要電力の減少時には、出力電力を需要値に変化させた後に上記供給量を減らす制御を行う。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とから発電を行う燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）に燃料ガスを供給する燃料供給管（２１）と、燃料電池（１０）に空気を供給する空気供給管（３１）と、燃料電池（１０）への燃料ガスの供給量を調節する燃料供給量調節手段（２２）と、燃料電池（１０）への空気の供給量を調節する空気供給量調節手段（３２）と、運転動作を制御する運転制御手段（５０）とを備えた燃料電池発電システムであって、
燃料電池（１０）の出力電力を調節する電力調節手段（１３）を備え、
運転制御手段（５０）は、需要電力が増大すると、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御するとともに、該供給量の変更完了後に電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
燃料ガスと空気とから発電を行う燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）に燃料ガスを供給する燃料供給管（２１）と、燃料電池（１０）に空気を供給する空気供給管（３１）と、燃料電池（１０）への燃料ガスの供給量を調節する燃料供給量調節手段（２２）と、燃料電池（１０）への空気の供給量を調節する空気供給量調節手段（３２）と、運転動作を制御する運転制御手段（５０）とを備えた燃料電池発電システムであって、
燃料電池（１０）の出力電力を調節する電力調節手段（１３）を備え、
運転制御手段（５０）は、需要電力が減少すると、電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更した後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
燃料ガスと空気とから発電を行う燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）に燃料ガスを供給する燃料供給管（２１）と、燃料電池（１０）に空気を供給する空気供給管（３１）と、燃料電池（１０）への燃料ガスの供給量を調節する燃料供給量調節手段（２２）と、燃料電池（１０）への空気の供給量を調節する空気供給量調節手段（３２）と、運転動作を制御する運転制御手段（５０）とを備えた燃料電池発電システムであって、
燃料電池（１０）の出力電力を調節する電力調節手段（１３）を備え、
運転制御手段（５０）は、需要電力が増大すると、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御するとともに、該供給量の変更完了後に電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更する一方、需要電力が減少すると、電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更した後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
燃料供給管（２１）に燃料側送風機（２２）が設けられるとともに、空気供給管（３１）に空気側送風機（３２）が設けられ、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）は、回転数を制御することにより風量調整可能に構成され、
運転制御手段（５０）が、需要電力の変動に応じて各送風機（２２，３２）　の回転数を制御するように構成され、
燃料側送風機（２２）により燃料供給量調節手段（２２）が、空気側送風機（３２）により空気供給量調節手段（３２）が構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
燃料供給管（２１）及び空気供給管（３１）には、燃料及び空気の流量を調節するための流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　が設けられ、
運転制御手段（５０）は、需要電力の変動に応じて、各送風機（２２，３２）　の回転数を制御するとともに各流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　を制御して流量調節を行うように構成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
運転制御手段（５０）には、需要電力に対応する燃料ガス及び空気の供給量が予め入力されていることを特徴とする請求項１から５記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムに関し、特に、該発電システムにおける運転制御技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池は、反応に使用する電解質の種類によって、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体高分子型、固体電解質型の４種類が主なものとして知られている。このうち、固体電解質型燃料電池は、ジルコニア系セラミックスを電解質とする燃料電池で、水素とともに一酸化炭素も燃料として利用できるため、別置きの改質器が不要なシステムの実用化に向けて開発が進められている。
【０００３】
上記燃料電池は、燃料極、空気極、及び電解質から構成されている。そして、上記発電システムにおいて、都市ガス等の燃料は、燃料極上で水蒸気と反応して水素と一酸化炭素に改質される一方、空気極に導入された空気中の酸素が、電解質との界面で解離して酸素イオンになる。この酸素イオンは、電解質中を拡散して燃料極へ移動し、改質反応によって生成された水素及び一酸化炭素と電気化学的に反応する。これにより水及び二酸化炭素が生成され、この反応の際に放出された電子のエネルギーによって発電が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記固体電解質型燃料電池を用いた発電システムは、例えば特開平１０−１４４３３０号公報に記載されている。このシステムでは、燃料電池への燃料供給管と空気供給管とにそれぞれ流量調整機構を設け、燃料ガス及び空気の流量調整を行えるようにしている。こうすることにより、出力電力を調整することが可能となる。
【０００５】
しかし、このように構成した場合、例えば需要電力の増加に合わせて発電量の目標値を変更する際に、燃料ガスと空気の流量を増やす制御をしてもこれら供給量がすぐには必要な発電量に追いつかず、その間は該供給量に対して過大な電力を生成することによって燃料極の触媒を酸化させて該電極の劣化を招くおそれがあった。また、逆に需要電力の低下に合わせて発電量の目標値を落とす際に、燃料ガスと空気の流量を減らす制御をしても実際の供給量がすぐには減少しないため、制御に対する電力生成量の追随が遅いという問題があった。このように、需要電力の増減があったときに単に流量を増減するだけでは、実際の流量変化に遅れがあることから制御上の不具合が生じていた。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、燃料電池発電システムにおいて、需要電力の変動に合わせて出力電力を調節する際の、燃料等の流量変化の遅れによる制御上の不具合を防止することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、需要電力の増加時には、燃料と空気の供給量を増やしてから出力電力を増大させ、需要電力の減少時には、出力電力を需要電力に合わせて少なくした後に上記供給量を減らすようにしたものである。
【０００８】
具体的に、本発明は、燃料ガスと空気とから発電を行う燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）に燃料ガスを供給する燃料供給管（２１）と、燃料電池（１０）に空気を供給する空気供給管（３１）と、燃料電池（１０）への燃料ガスの供給量を調節する燃料供給量調節手段（２２）と、燃料電池（１０）への空気の供給量を調節する空気供給量調節手段（３２）と、運転動作を制御する運転制御手段（５０）とを備えた燃料電池発電システムを前提としている。
【０００９】
そして、請求項１に記載の発明は、燃料電池（１０）の出力電力を調節する電力調節手段（１３）を備え、運転制御手段（５０）が、需要電力の増大したときに、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御するとともに、該供給量の変更完了後に電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更することを特徴としている。
【００１０】
この請求項１に記載の発明では、燃料電池（１０）による発電中に需要電力が増大すると、まず、運転制御手段（５０）により、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が需要電力に対応する所定値になるように両供給量調節手段（２２，３２）　が制御される。そして、実際に燃料ガス及び空気の供給量がその所定値に達してから、電力調節手段（１３）を介して出力電力が需要電力に対応して変更される。つまり、需要電力が増大したときには、燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力を増やす操作が行われる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、燃料電池（１０）の出力電力を調節する電力調節手段（１３）を備え、運転制御手段（５０）が、需要電力の減少したときに、電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更した後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御することを特徴としている。
【００１２】
この請求項２に記載の発明では、燃料電池（１０）による発電中に需要電力が減少すると、まず、運転制御手段（５０）により、出力電力を需要電力に合わせて低下させる操作が行われる。そして、このように出力電力を落とした後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が需要電力に対応する所定値になるように両供給量調節手段（２２，３２）　が制御される。つまり、需要電力が低減したときには、出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作が行われる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１，２の発明の特徴を兼ね備えたものである。つまり、この請求項３の発明は、燃料電池（１０）の出力電力を調節する電力調節手段（１３）を備え、運転制御手段（５０）が、需要電力の増大したときには、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御するとともに、該供給量の変更完了後に電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更する一方、需要電力が減少したときには、電力調節手段（１３）を介して出力電力を需要電力に対応して変更した後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を該需要電力に対応する所定値に変更するように上記両供給量調節手段（２２，３２）　を制御することを特徴としている。
【００１４】
この請求項３に記載の発明では、燃料電池（１０）による発電中に需要電力が増大すると、まず、運転制御手段（５０）により、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が需要電力に対応する所定値になるように両供給量調節手段（２２，３２）　が制御される。そして、実際に燃料ガス及び空気の供給量がその所定値に達してから、出力電力が需要電力に対応して変更される。つまり、需要電力が増大したときには、燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力を増やす操作が行われる。
【００１５】
一方、燃料電池（１０）による発電中に需要電力が減少すると、まず、運転制御手段（５０）により、出力電力を需要電力に合わせて低下させる操作が行われる。そして、このように出力電力を落とした後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が需要電力に対応する所定値になるように両供給量調節手段（２２，３２）　が制御される。つまり、需要電力が低減したときには、出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作が行われる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１に記載の燃料電池発電システムにおいて、燃料供給管（２１）に燃料側送風機（２２）が設けられるとともに、空気供給管（３１）に空気側送風機（３２）が設けられ、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）は、回転数を制御することにより風量調整可能に構成され、さらに、運転制御手段（５０）が、需要電力の変動に応じて各送風機（２２，３２）　の回転数を制御するように構成され、燃料側送風機（２２）により燃料供給量調節手段（２２）が、空気側送風機（３２）により空気供給量調節手段（３２）が構成されていることを特徴としている。
【００１７】
この請求項４に記載の発明では、需要電力の変動に応じて燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を調節するのは、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）の回転数を制御することにより行われる。なお、燃料電池発電システムに、電池排ガスを供給側に戻す排ガス再循環機構としての送風機や、燃料電池（１０）に水分を供給する水ポンプなどが設けられている場合は、これら送風機や水ポンプも合わせて制御するとよい。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の燃料電池発電システムにおいて、燃料供給管（２１）及び空気供給管（３１）には、燃料及び空気の流量を調節するための流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　が設けられ、運転制御手段（５０）は、需要電力の変動に応じて、各送風機（２２，３２）　の回転数を制御するとともに各流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　を制御して流量調節を行うように構成されていることを特徴としている。
【００１９】
この請求項５に記載の発明では、需要電力の変動に応じて燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を調節する際に、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）の回転数を制御するのに加えて、燃料供給管（２１）及び空気供給管（３１）に設けられた流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　が制御される。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１に記載の燃料電池発電システムにおいて、運転制御手段（５０）には、需要電力に対応する燃料ガス及び空気の供給量が予め入力されていることを特徴としている。
【００２１】
この請求項６に記載の発明では、需要電力が変動すると、予め設定された値に基づいて燃料ガス及び空気の供給量が制御され、発電容量が調整される。
【００２２】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、この実施形態１に係る燃料電池発電システムの概略構成を示している。この発電システムは、固体電解質型燃料電池（１０）を用いた発電システムである。この燃料電池（１０）は、ジルコニア系セラミックスからなる電解質と、この電解質の両側に配置された電極（燃料極（１１）及び空気極（１２））とを有している。固体電解質型燃料電池（１０）では、空気中の酸素が空気極（１２）（陰極）でイオン化して電解質を通過し、燃料極（１１）側で燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応して水と二酸化炭素が生成される。そして、この反応時に放出される電子によって発電が行われ、燃料電池（１０）から直流電力が出力される。
【００２４】
また、燃料電池（１０）には、電力調節器（１３）が接続され、この電力調節器（１３）に電力負荷（１４）が接続されている。電力調節器（１３）は、例えば、燃料電池（１０）の出力電流を直流のまま昇圧／降圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、直流を交流に変換するインバータとを用いて構成することができる。この電力調節器（１３）により、燃料電池（１０）からの直流電力を所定出力の交流電力に変換して電力負荷（１４）へ供給することができる。
【００２５】
この発電システムでは、上記燃料電池（１０）の燃料極（１１）に燃料供給管（２１）が接続され、空気極（１２）に空気供給管（３１）が接続されている。燃料供給管（２１）は、燃料電池（１０）に燃料ガスを供給する通路を構成するものであって、その始端（上流側の端部）が燃料である都市ガスの供給源に接続されるとともに終端（下流側の端部）が燃料電池（１０）の燃料極（１１）に接続されている。また、燃料供給管（２１）の経路中には、流れ方向の上流側から下流側に向かって順に燃料側送風機（燃料供給量調節手段）（２２）と脱硫器（２３）とが設けられている。上記燃料側送風機（２２）は、回転数が可変のモータにより駆動され、該回転数を制御することにより風量調整可能に構成されている。また、脱硫器（２３）は、原料ガスとして供給された都市ガスから、硫黄分を吸着除去するものである。
【００２６】
上記空気供給管（３１）は、燃料電池（１０）に空気を供給する通路を構成するものであって、その始端が屋外に開口するとともに終端が燃料電池（１０）の空気極（１２）に接続されている。空気供給管（３１）には、流れ方向の上流側から下流側に向かって順に、空気側送風機（空気供給量調節手段）（３２）と熱回収熱交換器（３３）とが設けられている。上記空気側送風機（３２）は、回転数が可変のモータにより駆動され、該回転数を制御することにより風量調整可能に構成されている。
【００２７】
上記燃料電池（１０）には、燃焼器（４０）が一体に設けられている。この燃焼器（４０）は、燃料電池（１０）の上端部に設けられ、燃料極排ガス中に残存する水素などの可燃成分を、空気極排ガスを利用して燃焼するように構成されている。
【００２８】
燃料極排ガスは、全部が燃焼器（４０）に投入されるのではなく、残存する水素等を燃料として再利用するために、一部は燃料再循環通路（４５）を介して燃料極（１１）への投入側に送り込まれる。この燃料再循環通路（４５）には、燃料再循環用送風機（４６）が設けられている。一方、燃焼器（４０）には燃焼排ガス通路（４１）が接続され、燃焼排ガス通路（４１）は熱回収熱交換器（３３）を介して室外に開口している。そして、燃焼器（４０）で電池排ガスを燃やした後の燃焼排ガスは、上記燃焼器（４０）から熱回収熱交換器（３３）を通過し、室外へ放出される。その際に、熱回収熱交換器（３３）において燃焼排ガスの排熱が空気供給管（３１）を流れる空気に与えられ、該空気が予熱される。
【００２９】
また、この実施形態１では、上記燃料供給管（２１）には燃料側送風機（２２）と脱硫器（２３）との間に燃料流量調節弁（Ｖ１）が設けられ、上記空気供給管（３１）には空気側送風機（３２）と熱回収熱交換器（３３）の間に空気流量調節弁（Ｖ２）が設けられている。さらに、燃料再循環通路（４５）には、燃料再循環用送風機（４６）の下流側に排ガス流量調節弁（Ｖ３）が設けられ、燃焼排ガス通路（４１）には燃焼排ガス流量調節弁（Ｖ４）が設けられている。
【００３０】
また、図示していないが、上記燃料供給管（２１）には燃料電池（１０）への燃料の供給量を検出する流量センサが設けられており、上記空気供給管（３１）には燃料電池（１０）への空気の供給量を検出する流量センサが設けられている。
【００３１】
この発電システムには、該システムの運転動作を制御する運転制御手段としてのコントローラ（５０）が設けられている。このコントローラ（５０）は、上記電力調節器（１３）、燃料側送風機（２２）、空気側送風機（３２）、燃料再循環用送風機（４６）、及び各流量調節弁（Ｖ１〜Ｖ４）に接続されている。
【００３２】
このコントローラ（５０）は、電力負荷（１４）が要求する電力需要信号が入力されるように構成されている。また、コントローラ（５０）は、需要電力に対応する燃料ガス及び空気の供給量が予め入力されたものであり、需要電力の程度に応じて、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を調節すべく各送風機（２２，３２）　の回転数を制御するとともに、燃料流量調節弁（Ｖ１）、空気流量調節弁（Ｖ２）、及び排ガス流量調節弁（Ｖ３）の制御も行う。
【００３３】
コントローラ（５０）は、電力調節器（１３）の出力も制御する。具体的には、コントローラ（５０）は、需要電力が増大すると、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が該需要電力に対応する所定値になるように上記燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）と各流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を制御するとともに、該供給量が実際に設定値に達した後に、電力調節器（１３）からの出力電力を需要電力に対応して変更する。つまり、需要電力が増大したときは燃料等の供給量を調節した後に出力電力が制御される。
【００３４】
一方、コントローラ（５０）は、需要電力が減少すると、電力調節器（１３）からの出力電力を需要電力に対応して変更した後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が該需要電力に対応する所定値になるように上記燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）と各流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を制御する。つまり、需要電力が減少したときは、出力電力を落とした後に燃料等の供給量が調節される。
【００３５】
−運転動作−
次に、この燃料電池発電システムの運転動作について説明する。
【００３６】
このシステムの運転時は、燃料側送風機（２２）と空気側送風機（３２）が起動しており、燃料供給管（２１）に燃料ガスとして都市ガスが送り込まれ、空気供給管（３１）に空気が送り込まれる。燃料ガスは、まず脱硫器（２３）を通過し、その際に燃料ガス中の硫黄分がこの脱硫器（２３）に吸着除去される。脱硫器（２３）から流出した燃料ガスは、次いで燃料電池（１０）の燃料極（１１）に流入する。このとき、燃料ガスには燃料電池（１０）への流入前に電池排ガスが混入され、該電池排ガスの余剰の水素及び一酸化炭素と、電池反応により生成された水蒸気とが燃料ガスに混合される。
【００３７】
一方、空気側送風機（３２）により空気供給管（３１）に送り込まれた空気は、まず熱回収熱交換器（３３）を通過し、燃焼排ガスの排熱を回収して予熱される。予熱された空気は、燃料電池（１０）の燃料極（１１）に流入する。
【００３８】
燃料電池（１０）内では、燃料ガスが燃料極（１１）上で水蒸気と反応して水素と一酸化炭素に改質される一方、空気極（１２）に導入された空気中の酸素が電解質との界面で解離して酸素イオンになる。この酸素イオンは、電解質中を拡散して燃料極（１１）へ移動し、改質反応によって生成された水素及び一酸化炭素と電気化学的に反応する。これにより水及び二酸化炭素が生成され、この反応の際に放出された電子によって発電が行われる。このようにして生成された直流電力は電力調節器（１３）において所定電流の交流電力に変換され、さらに電力負荷（１４）に供給される。
【００３９】
燃料極排ガスと空気極排ガスは燃焼器（４０）に投入される一方、燃料極排ガスの一部は燃料再循環通路（４５）を介して燃料供給管（２１）に戻される。このことにより、上述したように燃料極排ガス中の余剰の水素及び一酸化炭素と、電池反応により発生した水蒸気とが燃料ガスに混合され、再度電池反応に利用される。
【００４０】
上記燃焼器（４０）では、燃料極排ガスが空気極排ガスを利用して燃やされる。そして、この高温の燃焼排ガスは、熱回収熱交換器（３３）を通過する際に、燃料電池（１０）へ供給される空気に排熱を与え、該空気を加熱する。熱回収熱交換器（３３）を通過した燃焼排ガスは、その後室外に排出される。
【００４１】
次に、運転動作中に需要電力が変動したときの対応について説明する。
【００４２】
まず、このシステムの運転中に需要電力が増大すると、コントローラ（５０）は、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が、需要電力に対応する値として予め有している所定値になるように燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）を制御するとともに、燃料再循環用送風機（４６）と各流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を制御する。これにより、燃料ガス及び空気の流量が、いずれもそれまでより増加する状態となる。そして、コントローラ（５０）は、図示しない流量センサにより実際に燃料ガス及び空気の供給量がその所定値に達したことを確認してから、電力調節器（１３）の出力電力を需要電力に対応して変更する。以上のように、需要電力が増大したときには、燃料ガスへの燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力の調節を行うようにしている。
【００４３】
一方、このシステムの運転中に需要電力が減少すると、コントローラ（５０）は、需要電力の増大時とは逆に、まず電力調節器（１３）の出力電力を需要電力に合わせて低下させる操作を行う。そして、コントローラ（５０）は、このように出力電力を低下させた後に、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が、需要電力に対応する値として予め有している所定値になるように、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）を制御するとともに、燃料再循環用送風機（４６）と各流量調節弁を制御する。このように、需要電力が低減したときには、まず出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作を行う。
【００４４】
−実施形態１の効果−
本実施形態１によれば、需要電力が増減したときの制御に対する燃料等の流量変化の遅れによる問題は発生しない。
【００４５】
つまり、需要電力が増大したときには、燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力の調節を行うようにしているので、従来とは違って、燃料ガスや空気の供給量が不足したまま電力を過大に生成することがない。したがって、燃料極（１１）の触媒が酸化により劣化するのを防止できるので、装置寿命を長期化できる。
【００４６】
また、需要電力が低減したときには、出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作を行うようにしているので、単に燃料ガスと空気の供給量を減らしただけだと発電量がすぐには変更されないのに対して、電力生成量の追随が遅れるのを防止できる。
【００４７】
また、この実施形態１では、需要電力の変動に応じて燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を調節する際に、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）の回転数を制御するのに加えて、燃料供給管（２１）及び空気供給管（３１）に設けられた流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　を制御するようにしているので、送風機（２２，３２）　だけでは制御しきれない細かい流量制御が可能となる。このため、燃料電池発電システムの発電容量を需要電力に合わせてより正確に制御することが可能となる。
【００４８】
また、需要電力が変動したときの燃料ガス及び空気の流量制御の際に、需要電力の程度に応じて予め入力された値に基づいて燃料ガス及び空気の供給量を調整するようにしているので、燃料電池（１０）の発電容量を効率よく確実に調整することが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、燃料電池発電システムにおいて、燃料電池（１０）に水蒸気を供給するように構成した例である。以下、主に実施形態１と異なる点について説明する。
【００５０】
図２に示すように、燃料供給管（２１）は、燃料側送風機（２２）、脱硫器（２３）、及び第２熱回収熱交換器（２５）を順に介して燃料電池（１０）の燃料極（１１）に接続されている。この燃料供給管（２１）には、脱硫器（２３）と第２熱回収熱交換器（２５）の間に水供給配管（６０）が接続されている。水供給配管（６０）には、水タンク（６１）と水ポンプ（６２）が設けられ、燃料供給管（２１）の燃料ガスに水を混入させるようにしている。
【００５１】
空気供給管（３１）は、実施形態１と同様に、空気側送風機（３２）と熱回収熱交換器（３３）を介して燃料電池（１０）の空気極（１２）に接続されている。
【００５２】
コントローラ（５０）は、燃料側送風機（２２）、空気側送風機（３２）、及び水ポンプ（６２）に接続され、燃料、空気、及び水の流量を需要電力に応じて調整するように構成されている。
【００５３】
なお、この実施形態２では、燃料再循環通路（４５）を設けていないが、実施形態１と同様に設けてもよい。また、燃料ガスや空気の流量を調節する流量調節弁についても図面には示していないが、実施形態１と同様に設けてもよい。
【００５４】
その他の構成は実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５５】
−運転動作−
この実施形態２においては、発電システムの運転時、燃料ガスは脱硫器（２３）で硫黄分が除去された後、水タンク（６１）から送られた水が混入されて第２熱回収熱交換器（２５）を通過する。このとき、燃焼排ガスの排熱により燃料ガスと水分が加熱され、水は水蒸気となる。そして、水蒸気を含む燃料ガスが燃料電池（１０）の燃料極（１１）に供給される。また、燃料電池（１０）の空気極（１２）には、実施形態１と同様に燃焼排ガスの排熱を回収した空気が供給される。
【００５６】
燃料電池（１０）内では、燃料ガス、水蒸気及び空気から、実施形態１と同様の電池反応が行われる。そして、発電により生じた直流電力が電力調節器（１３）で所定電流の交流電力に変換され、電力負荷（１４）に供給される一方、電池排ガスは燃焼器（４０）で燃やされた後、燃焼排ガスとして燃料ガスと空気に排熱を与えてから室外に放出される。
【００５７】
この実施形態２においても、需要電力の変動時の制御は実施形態１と同じように行われる。つまり、需要電力が増大したとき、コントローラ（５０）は、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が、需要電力に対応する値として予め有している所定値になるように燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）を制御して、燃料ガス及び空気の流量を増加させる。そして、コントローラ（５０）は、実際に燃料ガス及び空気の供給量がその所定値に達したことを確認してから、電力調節器（１３）の出力電力を需要電力に合わせて変更する。
【００５８】
一方、需要電力が減少すると、コントローラ（５０）は、電力調節器（１３）の出力電力を需要電力に合わせて低下させる操作を行ってから、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量が、需要電力に対応する値として予め有している所定値になるように燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）を制御する。
【００５９】
以上のように、需要電力が増大したときには、燃料ガスへの燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力の調節を行い、需要電力が低減したときには、まず出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作を行う。
【００６０】
−実施形態２の効果−
したがって、本実施形態２によれば、実施形態１と同様に、需要電力が増大したときには、燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力の調節を行うことにより、燃料極（１１）の触媒が酸化により劣化するのを防止できるので、装置寿命を長期化できる。また、需要電力が低減したときには、出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作を行うことにより、需要電力の変動に対する応答性を高めることができる。
【００６１】
また、需要電力が変動したときの燃料ガス及び空気の流量制御の際に、需要電力の程度に応じて予め入力された値に基づいて燃料ガス及び空気の供給量を制御を調整するようにしているので、燃料電池（１０）の発電容量を効率よく確実に調整することも可能である。
【００６２】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６３】
例えば、上記各実施形態では、需要電力の変動時に燃料側送風機（２２）と空気側送風機（３２）の両方の回転数を調節するようにしているが、場合によっては燃料側のみを調節するようにしてもよい。
【００６４】
また、実施形態１では、需要電力の変動時に燃料再循環用送風機（４６）も制御するようにしているが、この制御は必ずしも行わなくてもよい。
【００６５】
さらに、実施形態１では燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）とともに流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　も用いて細かい流量制御を行うようにしているが、流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　は必ずしも用いなくてもよい。このように流量調節弁を用いない場合は、通常のシステムにもともと設けられている燃料側送風機（２２）と空気側送風機（３２）だけを用いて流量制御を行うことになるので、システムのコストアップを抑えられる。
【００６６】
また、上記実施形態１，２では、運転制御に用いる燃料ガス及び空気の供給量として需要電力に応じた値を予めコントローラ（５０）に入力しておくようにしているが、上記供給量を需要電力に基づいて所定の関数から算出して求めるなど、その他の方法で供給量を制御してもよい。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、需要電力が増大したときには、燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力の調節を行うようにしているので、従来とは違って、燃料ガスや空気の供給量が不足したまま電力を過大に生成することがない。したがって、燃料極（１１）の触媒が酸化により劣化するのを防止できるので、装置寿命を長期化できる。
【００６８】
また、請求項２に記載の発明によれば、需要電力が低減したときには、出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作を行うようにしているので、単に燃料ガスと空気の供給量を減らしただけだと発電量がすぐには変更されず、電力生成量の追随が遅くなってしまうのに対して、そのような問題を防止できる。
【００６９】
また、請求項３に記載の発明によれば、需要電力が増大したときに、燃料ガス及び空気の供給量が実際に増えるのを待ってから出力電力の調節を行うようにしているので、燃料極（１１）の触媒が酸化により劣化するのを防止して装置寿命を長期化できるとともに、需要電力が低減したときに、出力電力を下げてから燃料ガス及び空気の供給量を少なくする操作を行うようにしているので、需要電力の変動に対する電力生成量の追随の遅れを防止できる。
【００７０】
以上のように、請求項１から請求項３の発明によれば、需要電力の変動に合わせて出力電力を調節する際の、流量変化の遅れによる制御上の不具合を防止することが可能となる。
【００７１】
また、請求項４に記載の発明によれば、需要電力が変動したときに、燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を、通常のシステムにもともと設けられてる燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）の回転数を制御することにより調節するようにしているので、専用の供給量調整手段を設けることは不要であり、システムのコストアップを抑えられる。
【００７２】
また、請求項５に記載の発明によれば、需要電力の変動に応じて燃料電池（１０）への燃料ガス及び空気の供給量を調節する際に、燃料側送風機（２２）及び空気側送風機（３２）の回転数を制御するのに加えて、燃料供給管（２１）及び空気供給管（３１）に設けられた流量調節弁（Ｖ１，Ｖ２）　を制御するようにしているので、送風機だけでは制御しきれない細かい流量制御が可能となる。このため、発電容量を需要電力に合わせてより正確に制御することが可能となる。
【００７３】
また、請求項６に記載の発明によれば、需要電力が変動すると、予め設定された値に基づいて燃料ガス及び空気の供給量が制御され、発電容量が調整されるので、燃料電池（１０）の発電容量を効率よく確実に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
（１）　　燃料電池発電システム
（１０）　燃料電池
（１１）　燃料極
（１２）　空気極
（１３）　電力調節器（電力調節器）
（１４）　電力負荷
（２１）　燃料供給管
（２２）　燃料側送風機（燃料供給量調節手段）
（２３）　脱硫器
（３１）　空気供給管
（３２）　空気側送風機（空気供給量調節手段）
（３３）　熱回収熱交換器
（４０）　燃焼器
（４１）　燃焼排ガス通路
（４５）　燃料再循環通路
（４６）　燃料再循環用送風機
（５０）　コントローラ（制御手段）
（Ｖ１）　燃料流量調節弁
（Ｖ２）　空気流量調節弁
（Ｖ３）　排ガス流量調節弁
（Ｖ４）　燃焼排ガス流量調節弁
【図１】
2004063368.tif 000003
【図２】
2004063368.tif 000004