(57)【要約】【課題】  発電・燃焼室内の温度を実質上一定に維持するための加熱手段を配設することなく、従って初期設備コスト及び運転コストを徒に増大せしめることなく、要求電力値に応じて燃料ガス供給量及び酸素ガス供給量を充分適切に制御して発電を制御することができる燃料電池システムを提供することである。【解決手段】  要求電力値に応じて暫定電流値又は暫定電圧値を算出し、そしてかかる暫定電流値又は暫定電圧値に設定した後にかかる実効電力値値が要求電力値に充分適切に対応しているか否かを判別し、充分適切に対応していない場合には暫定電流値又は暫定電圧値を適宜に増大或いは減少せしめる、収束型要求電力追従方式に従って発電を制御する。【選択図】          図６
2005285433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の燃料電池を含む燃料電池組立体と、該燃料電池組立体に燃料ガスを供給するための、燃料ガス供給量調節手段を含む燃料ガス供給手段と、該燃料電池組立体に酸素含有ガスを供給するための、酸素含有ガス供給量調節手段を含む酸素含有ガス供給手段と、発電制御手段とを具備する、燃料電池システムにおいて、
該発電制御手段は、
（ａ）要求電力値が変動した場合、該要求電力値に基いて暫定電流値又は暫定電圧値を算出し、
（ｂ）該暫定電流値又は該暫定電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御して燃料ガス供給量を変動し且つ該酸素含有ガス供給量調節手段を制御して酸素含有ガス供給量を変動し、
（ｃ）該暫定電流値又は該暫定電圧値に基づいて暫定出力電力値を算出し、
（ｄ）該暫定電力値と該要求電力値とを比較し、該暫定電力値が該要求電力値よりも許容誤差を超えて小さい場合には、暫定電流値又は暫定電圧値を所定値だけ増大せしめ増大せしめた暫定電流値又は暫定電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御して燃料ガス供給量を設定し且つ該酸素含有ガス供給量調節手段を制御して酸素含有ガス供給量を設定し、該暫定電力値が該要求電力値よりも許容誤差を超えて大きい場合には、暫定電流値又は暫定電圧値を所定値だけ減少せしめ減少せしめた暫定電流値又は電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御して燃料ガス供給量を設定し且つ該酸素含有ガス供給量調節手段を制御して酸素含有ガス供給量を設定する、ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
該暫定電流値又は該暫定電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御する際には、該暫定電流値又は該暫定電圧値と実効電流値又は実効電圧値とを比較し、該暫定電流値又は該暫定電圧値と該実効電流値又は該実効電圧値との差に応じて該燃料ガス供給量を増減する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
該要求電力値が所定最大電力値以上の場合には、該要求電力値を該最大電力値として該暫定電流値又は該暫定電流値を算出する、請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
該要求電力値が所定最小電力値以下の場合には、該要求電力値を該最小電力値として該暫定電流値又は暫定電圧値を算出する、請求項１から３までのいずれか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、複数個の燃料電池を含む燃料電池組立体に燃料ガスと酸素含有ガスとを供給して発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、固体高分子型、リン酸型、溶融炭素塩型及び固体電解質型等の種々の型の燃料電池システムが提案されている。特に、固体電解質型燃料電池システムは、作動温度が約１０００℃と高いが、発電効率が高い、排熱が利用できる等の利点を有しており、研究開発が推し進められている。
【０００３】
燃料電池発電システムの典型例は、下記特許文献１に開示されている如く、発電・燃焼室を規定しているハウジングと、発電・燃焼室内に配設された複数個の燃料電池とを含む燃料電池組立体を備えている。燃料電池組立体には、燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、燃料電池に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段とが付設されている。通常、燃料ガス供給手段は、都市ガスでよい被改質ガスの供給源、上水でよい水供給源、被改質ガス供給量調節手段、水供給量調節手段及び改質手段を含んでいる。改質手段には適宜の被改質触媒が収容されており、水と共に供給される被改質ガスが改質手段において水素リッチな燃料ガスに改質される。酸素含有ガス供給手段は、空気でよい酸素含有ガス供給源と酸素含有ガス供給量調節手段とを含んでいる。燃料電池システムには、更に、要求電力量に応じて、燃料ガス供給量と酸素含有ガス供給量を制御して発電を制御する発電制御手段も配設されている。
【特許文献１】特開２０００−１４９９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
要求電力量に応じて発電を制御する様式としては、燃料電池による発電量即ち電流値と電圧値とは発電・燃焼室内の温度に依存する事実に鑑み、発電・燃焼室内の温度を実質上一定に維持しておいて、燃料電池の電流−電圧特性を基準として要求電力値に対応した電流値になるように燃料ガスの供給量（即ち被改質ガス供給量と水供給量）及び酸素含有ガス供給量を制御することが意図され得る。しかしながら、かような制御様式を採用する場合には、発電・燃焼室内の温度を実質上一定に維持するための、ガス燃焼式或いは電気式等の適宜の加熱手段を燃料電池とは別個に配設することが必要であり、かかる加熱手段に起因して燃料電池システムの初期設備コストが相当増大し、そしてまた運転コストも増大する。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、発電・燃焼室内の温度を実質上一定に維持するための加熱手段を配設することなく、従って初期設備コスト及び運転コストを徒に増大せしめることなく、要求電力値に応じて燃料ガス供給量及び酸素ガス供給量を充分適切に制御して発電を制御することができる、新規且つ改良された燃料電池発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、要求電力値に応じて暫定電流値又は暫定電圧値を算出し、そしてかかる暫定電流値又は暫定電圧値に設定した後に実効電力値が要求電力値に充分適切に対応しているか否かを判別し、充分適切に対応していない場合には暫定電流値を適宜に増大或いは減少せしめる、所謂収束型要求電力追従方式を採用することによって、上記主たる技術的課題を達成する。
【０００７】
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する燃料電池システムとして、複数個の燃料電池を含む燃料電池組立体と、該燃料電池組立体に燃料ガスを供給するための、燃料ガス供給量調節手段を含む燃料ガス供給手段と、該燃料電池組立体に酸素含有ガスを供給するための、酸素含有ガス供給量調節手段を含む酸素含有ガス供給手段と、発電制御手段とを具備する、燃料電池システムにおいて、
該発電制御手段は、
（ａ）要求電力値が変動した場合、該要求電力値に基いて暫定電流値又は暫定電圧値を算出し、
（ｂ）該暫定電流値又は該暫定電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御して燃料ガス供給量を変動し且つ該酸素含有ガス供給量調節手段を制御して酸素含有ガス供給量を変動し、
（ｃ）該暫定電流値又は該暫定電圧値に基づいて暫定出力電力値を算出し、
（ｄ）該暫定電力値と該要求電力値とを比較し、該暫定電力値が該要求電力値よりも許容誤差を超えて小さい場合には、暫定電流値又は暫定電圧値を所定値だけ増大せしめ増大せしめた暫定電流値又は暫定電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御して燃料ガス供給量を設定し且つ該酸素含有ガス供給量調節手段を制御して酸素含有ガス供給量を設定し、該暫定電力値が該要求電力値よりも許容誤差を超えて大きい場合には、暫定電流値又は暫定電圧値を所定値だけ減少せしめ減少せしめた暫定電流値又は電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御して燃料ガス供給量を設定し且つ該酸素含有ガス供給量調節手段を制御して酸素含有ガス供給量を設定する、ことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【０００８】
好ましくは、該暫定電流値又は該暫定電圧値に基づいて該燃料ガス供給量調節手段を制御する際には、該暫定電流値又は該暫定電圧値と実効電流値又は実効電圧値とを比較し、該暫定電流値又は該暫定電圧値と該実効電流値又は該実効電圧値との差に応じて該燃料ガス供給量を増減する。該要求電力値が所定最大電力値以上の場合には、該要求電力値を該最大電力値として該暫定電流値又は該暫定電圧値を算出し、該要求電力値が所定最小電力値以下の場合には、該要求電力値を該最小電力値として該暫定電流値又は該暫定電圧値を算出するのが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池システムにおいては、要求電力値に応じて暫定電流値又は暫定電圧値を算出し、そしてかかる暫定電流値又は暫定電圧値に設定した後に実効電力値が要求電力値に充分適切に対応しているか否かを判別し、充分適切に対応していない場合には暫定電流値又は暫定電圧値を適宜に増大或いは減少せしめる、所謂収束型要求電力追従方式を採用し、かくして発電・燃焼室内の温度を実質上一定に維持する必要性を回避しており、かくして燃料電池システムの初期設備コスト及び運転コストの増大を回避している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成された燃料電池システムの好適実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１と共に図２を参照して説明すると、燃料電池は燃料電池組立体６を具備しており、この燃料電池組立体６は略直方体形状のハウジング８を含んでいる。ハウジング８は耐熱金属板から形成された外枠体１０とこの外枠体１０の内面に配設された断熱材層１２とから構成されている。断熱材層１２は適宜のセラミックから形成することができる。ハウジング８の下部には実質上水平に延在する仕切壁１４が配設されており、ハウジング８は仕切壁１４よりも上方の発電・燃焼室１６と仕切壁１４よりも下方の付属室１８とに気密に区画されている。発電・燃焼室１６内には３個の燃料電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃが並列配置されている。付属室１８内には燃料ガスタンク２１が配設されている。
【００１２】
図２と共に図３を参照して説明を続けると、燃料電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの各々は、鉛直方向、即ち図２において上下方向、図３において紙面に垂直な方向、に細長く延在する固体電解質型燃料電池２２を図２において紙面に垂直な方向、図３において上下方向に複数個（図示の場合は５個）配置して構成されている。図３に明確に図示する如く、燃料電池２２の各々は、電極支持基板２４、内側電極層である燃料極層２６、固体電解質層２８、外側電極層である酸素極層３０及びインターコネクタ３２から構成されている。図２から理解される如く、燃料電池２２の各々は仕切壁１４上に直立せしめられており、発電・燃焼室１６の上下方向中間部よりも幾分上方まで延びている。電極支持基板２４は鉛直方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面とを有する。電極支持基板２４にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は４個）のガス通路３４が形成されている。かような電極支持基板２４の各々は上記仕切壁１４上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合される。仕切壁１４には図２おいて左右方向及び紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個（図示の場合は１５個）のスリット（図示していない）が形成されており、電極支持基板２４の各々に形成されているガス通路３４がスリットの各々に連通せしめられている。ハウジング８の下端部に区画されている付属室１８に配設されている上記燃料ガスタンク２１の上壁は仕切壁１４によって規定されており、従って燃料ガスタンク２１内は仕切壁１４に形成されている上記スリットによって電極支持基板２４の各々に形成されているガス通路３４に連通せしめられている。インターコネクタ３２は電極支持基板２４の片面（図３の燃料電池スタック２０ａにおいて上面）上に配設されている。燃料極層２６は電極支持基板２４の他面（図３の燃料電池スタック２０ａにおいて下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ３２の両端に接合せしめられている。固体電解質層２８は燃料極層２６の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ３２の両端に接合せしめられている。酸素極層３０は、固体電解質層２８の主部上、即ち電極支持基板２４の上記他面を覆う部分上、に配置され、電極支持基板板２４を挟んでインターコネクタ３２に対向して位置せしめられている。
【００１３】
電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの各々における隣接する燃料電池２２間には集電部材３６が配設されており、一方の燃料電池２２のインターコネクタ３２と他方の燃料電池２２の酸素極層３０とを接続している。電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの各々において両端、即ち図３において上端及び下端に位置する燃料電池２２の片面及び他面にも集電部材３６が配設されている。そして、電池スタック２０ａ及び２０ｂの、図３において下端に配設された集電部材３６は導電部材３８によって接続され、電池スタック２０ｂ及び２０ｃの、図３において上端に配設された集電部材３６も導電部材３８によって接続されている。更に、電池スタック２０ａの、図３において上端に配設された集電部材３６には端子部材４０が接続され、電池スタック２０ｃの、図３において下端に配設された集電部材３６にも端子部材４０が接続されている。かくして、全ての燃料電池２２が電気的に直列接続され、直列接続の両端には端子部材４０が存在する。
【００１４】
燃料電池２２について更に詳述すると、電極支持基板２４は燃料ガスを燃料極層２６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ３２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。燃料極層２６及び／又は固体電解質層２８との同時焼成により電極支持基板２４を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板２４を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。燃料極層２６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２  （安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。固体電解質層２８は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２  から形成されている。酸素極層３０は所謂ＡＢＯ３  型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックから形成することができる。酸素極層３０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０乃至５０％の範囲にあることが好ましい。インターコネクタ３２は導電性セラミックから形成することができるが、水素リッチなガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３  系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ３２は電極支持基板２４に形成された燃料通路３４を通る燃料ガス及び電極支持基板２４の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。集電部材３６は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。導電部材３８及び端子部材４０は適宜の金属又は合金から形成することができる。
【００１５】
図１及び図２を参照して説明を続けると、燃料電池システムは 、更に、燃料電池組立体６に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段４２、燃料電池組立体６に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段４４、及び燃料電池組立体６のハウジング８内に区画されている発電・燃焼室１６内から排ガスを排出するための排ガス排出手段４６を具備している。
【００１６】
燃料ガス供給手段４２は、都市ガスの供給ライン或いはプロパンガスボンベでよい被改質ガス供給源４８に接続された供給ライン５０を含んでおり、この供給ライン５０には切断弁５１及び流量制御手段５２が配設されている。燃料ガス供給手段４２は、上記燃料電池組立体６のハウジング８内に区画されている発電・燃焼室１６の上端部に配置された改質手段５４及び気化手段５６も含んでいる（図２においては改質手段５４及び気化手段５６はブロックで簡略に図示している）。改質手段５４は、被改質ガスの改質に必要なそれ自体は周知の触媒を収容した改質室（図示していない）を有する。上記供給ライン５０は発電・燃焼室１６内に延び、改質手段５４の入口に接続されている。改質手段５４の出口はハウジング８の側壁内に形成されている連通路５８及び接続管５９を介して上記燃料ガスタンク２１に接続されている。上記流量制御手段５２の下流側において、上記供給ライン５０には切断弁６０を介して送風手段６２が接続されている。燃料ガス供給手段４２は、更に、上水供給ラインでよい水供給源６４に接続された供給ライン６６を含んでおり、この供給ライン６６には切断弁６８、浄水手段７０及び流量制御手段７２が配設されている。供給ライン６６も発電・燃焼室１６内に延びており、上記気化手段５６の入口に接続されている。気化手段５６の出口は改質手段５４の上流側において上記供給ライン５０に接続、従って供給ライン５０を介して改質手段５４に接続されている。後に更に言及する如く、供給ライン５０を通して改質手段５４に都市ガス或いはプロパンガスでよい被改質ガスが供給され、改質手段５４において水素リッチな燃料ガスに改質された後に燃料ガスタンク２１に供給され、そして燃料電池２２、更に詳細にはその電極支持基板２４に形成されているガス通路３４に供給される。後に更に言及する如く、上記流量制御手段５２及び７２は燃料ガス供給量調節手段を構成する。送風手段６２は、例えば起動時等に必要に応じて作動されて（更に詳しくは、ハウジング８内に区画されている発電・燃焼室１６内の温度が充分に上昇して気化手段５６が所要気化を遂行し得る状態になるまでの間に作動されて）改質手段５４に空気を供給する。燃料電池システム２の正常運転時（即ちハウジング８内に区画されている発電・燃焼室１６内の温度が充分に上昇して気化手段５６が所要気化を遂行し得る状態の時）には、上水でよい水が浄水手段７０によって所要浄化処理を受けた後に気化手段５６に供給され、気化手段５６においては水蒸気が生成され、かかる水蒸気が改質手段５４に供給される。
【００１７】
酸素含有ガス供給手段４４は、燃料電池組立体６のハウジング８の側壁を貫通して発電・燃焼室１６の下部に延びる酸素含有ガス導入管７２まで延在する供給ライン７４を含んでいる。供給ライン７４の上流端には送風手段７６が配設されている。供給ライン７４には、更に、流量制御手段７８及び熱交換手段８０が配設されている。後に更に言及する如く、流量制御手段７８は酸素含有ガス供給量調節手段を構成する。送風手段７６が作動せしめられると、空気でよい酸素含有ガスが供給ライン７４を通して流動せしめられて発電・燃焼室８内に流入せしめられ、燃料電池２２に供給される。
【００１８】
主として図２及び図３を参照して説明を続けると、後に更に言及するとおり、例えば燃料ガスを発電・燃焼室１６内で燃焼せしめることによって発電・燃焼室１６内の温度が所要温度以上になると、水素リッチな燃料ガスが燃料ガスタンク２１から燃料電池２２における電極支持基板２４のガス通路３４に供給されてガス通路３４を上昇し、そしてまた酸素含有ガスが酸素含有ガス導入管７２を通して発電・燃焼室１６内に導入せしめられることに起因して、燃料電池２２の各々においては、酸素極層３０で下記式（１）の電極反応が生成され、また燃料極層２６では下記式（２）の電極反応が生成されて発電される。そして、生成された電力は一対の端子部材４０を通して取り出される。
【００１９】
酸素極：  １／２Ｏ２  ＋２ｅ−  →  Ｏ２−（固体電解質）  ・・・（１）
燃料極：  Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２  →  Ｈ２  Ｏ＋２ｅ−  ・・・（２）
【００２０】
燃料電池２２における電極支持基板２４のガス通路３４を流動する燃料ガスの、電極反応に使用されなかった燃料ガスは、電極支持基板２４の上端から発電・燃焼室１６内に流出せしめられ、流出と同時に燃焼せしめられる。酸素含有ガス導入管７２を通して発電・燃焼室１６に導入された酸素含有ガス中の酸素で電極反応に使用されなかったものは燃焼に利用される。発電・燃焼室１６内は、燃料電池２２での発電及び燃焼ガスの燃焼に起因して例えば１０００℃程度の高温になる。
【００２１】
図１及び図２を参照して説明すると、上記排ガス排出手段４６は、ハウジング８の側壁の上端部を貫通して延びる排ガス導出管８４及びこの排ガス導出管８４から延びる排出ライン８６を含んでいる。排出ライン８６は上記熱交換手段８０を通って延びる。熱交換手段８０においては排ガスの熱が発電・燃焼室１６に供給される酸素含有ガスに伝導される。排出ライン８６を通して排出される排ガスの熱は、更に、給湯システム（図示していない）における水の加熱に利用することができる。
【００２２】
図４は燃料電池システムに配設されている電気的構成要素を簡略に図示している。燃料電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃは、昇圧チョッパ９０、インバータ９２及び連係リレー９４を介して、商用電源システム９６と並列的に例えば家庭の電力負荷に接続されている。商用電源システム９６と負荷との間には、商用電源システムス９６から負荷に供給されている電力量を計測するための電流変換器９５が配設されている。また、図示の実施形態においては、燃料電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃには降圧チョッパ９８及び充電器１００を介して蓄電器１０２も接続されている。この蓄電器１０２は昇圧チョッパ１０３及び上記昇圧チョッパ９０を介して上記インバータ９２に接続されている。燃料電池システムには種々の交流駆動機器及び直流駆動機器が配設されているが、図４においては説明の便宜上種々の交流駆動機器を一括して番号１０４で示し、種々の直流駆動機器を一括して番号１０６で示している。直流駆動機器１０６には平滑回路１０８が付設されている。燃料電池システムの起動時には、交流駆動機器１０４には商用電源システム９６から直接交流を供給し、直流駆動機器１０６には蓄電池１０２から或いは電値商用電源システム９６からの交流を平滑回路１０８を介して供給する。燃料電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃにおいて発電が開始されると、発電された電気を昇圧チョッパ９０にて昇圧し、インバータ９２によって交流に変換し連係リレー９４を介して負荷に供給する。負荷に対して発電量が不充分である場合には、商用電源システム９６からも負荷に電力供給される。また、蓄電器１０２が充分に充電されていない時には、発電された電気の少なくとも一部を降圧チョッパ９８にて降圧して充電器１００に供給し、蓄電器１０２を充電する。燃料電池スタック２０ａ、２０ｂ及び２０ｃが発電している時には、直流駆動機器１０６には発電された電気を降圧チョッパ９８を介して供給し、交流駆動機器１０４には発電された電気を昇圧チョッパ９０及びインバータ９２を介して供給する。蓄電器１０２は非常用であり、例えば発電システム２の起動時に商用電源システム９６が停電した場合には、直流駆動機器１０６には蓄電器１０２から直接的に直流を供給し、交流駆動機器１０４には昇圧チョッパ１０３、昇圧チョッパ９０及びインバータ９２を介して交流を供給する。
【００２３】
本発明に従って構成された燃料電池システムにおいては、収束型要求電力追従方式で燃料電池システムの発電を制御する発電制御手段が配設されていることが重要である。図５に簡略に図示する如く、マイクロプロセッサから構成することができる発電制御手段１１０は、正常運転時の要求電力値Ｗ、図示の実施形態においては家庭の電力負荷に起因する必要電力と共に燃料電池システム自体における種々の交流駆動機器１０４及び種々の直流駆動機器１０６に起因する必要電力によって定まる要求電力値Ｗ、に基づいて、燃料電池組立体６に供給する燃料ガス供給量及び酸素含有ガス供給量を変動せしめて発電を制御する。
【００２４】
図６に図示するフローチャートを参照して説明を続けると、ステップｎ−１においては、要求電力量Ｗ１が変動したか否かが判別される。正常運転状態になり発電制御を開始する際の初期要求電力値は予め設定することができる。要求電力量Ｗ１が所定閾値を超えて変動するとステップｎ−２に進行し、要求電力値Ｗ１は発電システムの能力に応じて予め設定されている最大電力値以下であるか否かが判別される。要求電力値Ｗ１が最大電力値以下である場合にはステップｎ−３に進行し、要求電力値Ｗ１は発電システムの能力に応じて予め設定される最小電力値以上であるか否かが判別される。要求電力値Ｗ１が最大電力値以下であり且つ最小電力値以上である場合にはステップｎ−４に進行し、暫定電流Ｉ１を算出する。かかる暫定電流Ｉ１は、例えば算出時の発電・燃焼室１６内の温度を検出し、かかる温度における電流−電圧特性に従って算出することができる。或いは、所定算出式を予め設定しておいて、かかる算出式に基づいて算出することもできる。上記ステップｎ−２において、要求電力値Ｗ１が最大電力値を超えている場合にはステップｎ−５に進行し、要求電力値Ｗ１を最大電力値に変更してステップｎ−４に進行する。また、上記ステップｎ−３において要求電力値Ｗ１が最小電力値未満の場合にはステップｎ−６に進行し、要求電力値Ｗ１を最小電力値に変更してステップｎ−４に進行する。
【００２５】
上記ステップｎ−４において暫定電流値Ｉ１を算出するとステップｎ−７に進行する。ステップｎ−７においては、暫定電流値Ｉ１が現在の実効電流値Ｉ２を越えているか否かが判別される。暫定電流値Ｉ１が実効電流値Ｉ２未満の場合にはステップｎ−８に進行し、暫定電流値Ｉ１と実行電流値Ｉ２との差に応じて燃料ガス供給量を増大せしめる。かかる燃料ガス供給量の増大は、流量制御手段５２を操作して被改質ガスの供給量を増大せしめると共に流量制御手段７２を操作して上水の供給量を増大せしめることによって遂行することができる。上記ステップｎ−７において暫定電流値Ｉ１が実効電流値Ｉ２を超えている場合にはステップｎ−９に進行し、暫定電流値Ｉ１と実効電流値Ｉ２との差に応じて燃料ガス供給量を減少せしめる。かかる燃料ガス供給量の減少は、流量制御手段５２を操作して被改質ガスの供給量を減少せしめると共に流量制御手段７２を操作して上水の供給量を減少せしめることによって遂行することができる。ステップｎ−８或いはｎ−９に続いてステップｎ−１０に進行し、酸素含有ガス供給量を所要値に設定する。かかる酸素含有ガス供給量の設定は、暫定電流値Ｉ１に基づいて予め設定した算出式から酸素含有ガス供給量を算出し、そして流量制御手段７８を操作して酸素含有ガス供給量を増大又は減少せしめて所要算出値にせしめることによって遂行することができる。所望ならば、酸素含有ガス供給量の設定を、燃料ガス供給量の設定と同様に、暫定電流値Ｉ１と実効電流値Ｉ２との差に応じて設定することもできる。また、燃料ガス供給量の設定を、暫定電流値Ｉ１に基づいて予め設定した算出式から燃料ガス供給量を算出し、かかる算出値に基づいて設定することもできる。
【００２６】
次いで、ステップｎ−１１に進行し、暫定電流値Ｉ１と実効電圧値とに基いて実効電力値Ｗ２を算出する。しかる後にステップｎ−１２に進行し、実効電力値Ｗ２と要求電力値Ｗ１との差が所定範囲α未満であるか否かが判別される。実効電力値Ｗ２と要求電力値Ｗ１との差が所定範囲α未満である場合には、上記ステップｎ−１に戻る。実効電力値Ｗ２と要求電力値Ｗ１との差が所定範囲α以上である場合にはステップｎ−１３に進行し、実効電力値Ｗ２が要求電力値Ｗ１よりも所定範囲α以上大きいか否かが判別される。そして、実効電力値Ｗ２が要求電力値Ｗ１よりも所定範囲α以上大きい場合にはステップｎ−１４に進行し、暫定電流値Ｉ１を所定値βだけ低減せしめて上記ステップｎ−７に戻る。所定値βは燃料電池システムの特性に応じて予め設定することができる。上記ステップｎ−１３において実効電力値Ｗ２が要求電力値Ｗ１よりも所定範囲α以上大きくない、従って実効電力値Ｗ２が要求電力値Ｗ１よりも所定範囲α以上小さい場合にはステップｎ−１５に進行し、暫定電流値Ｉ１を所定値βだけ増大せしめて上記ステップｎ−７に戻る。
【００２７】
上述した実施形態においては、要求電力値に基づいて暫定電流値を算出し、かかる暫定電流値を実効電流値と比較して発電を制御しているが、所望ならば、要求電力値に基づいて暫定電圧値を算出し、かかる暫定電圧値を実効電圧値と比較して発電を制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に従って構成された燃料電池システムにおける主要構成要素を簡略に示すブロック線図。
【図２】図１の燃料電池システムにおける燃料電池組立体を一部を省略して簡略に図示する断面図。
【図３】図２の燃料電池組立体に配設されている燃料電池スタックを示す断面図。
【図４】図１の燃料電池システムにおける電気的構成要素を簡略に図示するブロック線図。
【図５】図１の燃料電池システムにおける発電制御関連構成を簡略に図示するブロック線図。
【図６】図１の燃料電池システムにおける発電制御様式を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２９】
６：燃料電池組立体
８：ハウジング
１６：発電・燃焼室
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：燃料電池スタック
２２：燃料電池
４２：燃料ガス供給手段
４４：酸素含有ガス供給手段
４８：被改質ガス供給源
５２：流量制御手段（燃料ガス供給量調節手段）
５４：改質手段
５６：気化手段
６４：水供給源
７２：流量制御手段（燃料ガス供給量調節手段）
７８：流量制御手段（酸素含有ガス供給量調節手段）
１１０：発電制御手段
【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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