(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて変換し、第２流量信号として出力する応答部と、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の低値が選択される前記燃料の流量を示す第３流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力する低値選択部と、
前記第２流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第４流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力する調節部と、
を具備する、
燃料及び水供給量制御装置。
【請求項２】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて変換し、第２流量信号として前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力する応答部と、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力する高値選択部と、
前記第５流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第６流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力する調節部と、
を具備する、
燃料及び水供給量制御装置。
【請求項３】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて変換し、第２流量信号として出力する応答部と、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の低値が選択される前記燃料の流量を示す第３流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力する低値選択部と、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力する高値選択部と、
前記第５流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第６流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力する調節部と、
を具備する、
燃料及び水供給量制御装置。
【請求項４】
前記第１流量信号は、前記燃料電池の電力を供給する負荷の大きさに基づいて決定される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料及び水供給量制御装置。
【請求項５】
前記改質器の前記応答は、前記水を用いて水蒸気を生成する前記改質器の有する蒸発器の応答である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料及び水供給量制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記燃料及び水供給量制御装置と、
前記第２信号または前記第３信号に基づいて、前記燃料の前記改質器への供給を制御する前記燃料供給装置と、
前記第４信号または前記第６信号に基づいて、前記水の前記改質器への供給を制御する前記水供給装置と、
前記燃料と前記水とに基づいて、改質ガスを生成する前記改質器と、
前記改質ガスと酸素を含むガスとを用いて電力としての燃料電池電力を発生する前記燃料電池と、
前記電力を負荷に供給可能なように変換し、前記負荷へ出力する電力変換部と、
前記負荷の大きさを求める負荷電力部と、
前記負荷の大きさに基づいて、前記第１流量信号を出力する制御部と、
を具備する、
電力供給システム。
【請求項７】
前記改質器に供給される前記燃料と前記水とに基づくスチーム／カーボン比は、予め設定された値以上である、
請求項６に記載の電力供給システム。
【請求項８】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて第２流量信号に変換するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の低値により、前記燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、
前記第３流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力するステップと、
前記第２流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第４流量信号を形成するステップと、
前記第４流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力するステップと、
を具備する、
燃料及び水供給量制御方法。
【請求項９】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて第２流量信号に変換するステップと、
前記第２流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、
前記第５流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、
前記第６流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力するステップと、
を具備する、
燃料及び水供給量制御方法。
【請求項１０】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて第２流量信号に変換するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の低値により、前記燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、
前記第３流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、
前記第５流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、
前記第６流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力するステップと、
を具備する、
燃料及び水供給量制御方法。
【請求項１１】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて第２流量信号に変換するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の低値により、前記燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、
前記第３流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力するステップと、
前記第２流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第４流量信号を形成するステップと、
前記第４流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力するステップと、
を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて第２流量信号に変換するステップと、
前記第２流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、
前記第５流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、
前記第６流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力するステップと、
を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
燃料電池の燃料ガス用の改質器に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、前記第１流量信号を、水から水蒸気を生成する過程での前記改質器の応答を示す伝達関数を用いて第２流量信号に変換するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の低値により、前記燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、
前記第３流量信号を、前記燃料の前記改質器への供給を制御する燃料供給装置へ出力するステップと、
前記第１流量信号と前記第２流量信号とに基づいて、前記第１流量信号及び前記第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、
前記第５流量信号に基づいて、前記改質器へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、
前記第６流量信号を、前記水の前記改質器への供給を制御する水供給装置へ出力するステップと、
を具備する方法をコンピュータに実行させる為のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用の燃料供給量制御装置、その方法及びそれを用いた電力供給システムに関し、特に、燃料電池の燃料、水蒸気の供給の安全性を考慮した燃料供給量制御装置、その方法及び電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、有害物質の排出が少ないなどの環境負荷の低減効果、コジェネレーションによる高いエネルギー効率等の点で注目されている。燃料電池の利用形態としては、インバータを介して燃料電池を系統電源と並列に交流負荷に接続した電力供給システムが知られている。その際、燃料電池用の燃料として、有機炭化水素系の材料（例示：天然ガス、プロパンガス、メタノール）を改質器（水蒸気改質装置）で改質した、水素リッチな改質ガスが知られている。その電力供給システムは、各種施設や一般家庭などへの導入が考えられる。
【０００３】
水蒸気改質を行う改質器では、改質用の触媒活性の低下抑制、改質ガスの組成などのために、改質器へ供給する水蒸気と有機炭化水素系の材料中の炭素とのモル比（Ｓｔｅａｍ／Ｃａｒｂｏｎ、Ｓ／Ｃ）の制御を行う。特に、Ｓ／Ｃが低下するにつれて炭素が触媒表面に析出し、触媒活性の低下が起き易くなるため、Ｓ／Ｃを一定の値（以下「炭素析出限界値」）以上に制御する。
【０００４】
一方、電力供給システムでは、交流負荷の変動に伴い、改質器へ供給する燃料の流量の増減を判定し、それに応じて水の流量の増減を行っている。水は蒸発器で水蒸気に変換され、改質器へ供給される。ここで、燃料の流量については、制御信号の入力に対応して迅速に増減することができる。しかし、水蒸気の流量については、迅速な増減が困難である。それは、蒸発器での水蒸気の生成においては、蒸発器の熱容量により水の蒸発の遅れ等が生じるからである。すなわち、応答に遅れを生じる。従って、交流負荷の変動の具合によっては、燃料の流量の変動時に、Ｓ／Ｃが炭素析出限界値を超えて小さくなり、炭素析出による触媒活性低下の可能性があった。
【０００５】
交流負荷の変動に対応して、燃料電池用の改質器へ供給する燃料及び水蒸気の流量を増減させても、水蒸気の供給に不足が生じないように制御可能な技術が求められている。また、燃料及び水蒸気の流量の増減に際して、スチーム／カーボン比が、炭素析出限界を超えて小さくならない制御が可能な技術が求められている。燃料と水蒸気の流量の増減を、タイミングを合わせて実行することが可能な技術が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、交流負荷の変動に対応して、燃料電池用の改質器へ供給する燃料及び水蒸気の流量を増減させても、水蒸気の供給に不足が生じないように制御可能な燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法及び電力供給システムを提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、交流負荷の変動に対応して、燃料電池用の改質器へ供給する燃料及び水蒸気の流量を増減する際、水蒸気不足による改質器の触媒活性の低下を起こさない制御が可能な燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法及び電力供給システムを提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、交流負荷の変動に対応して、燃料電池用の改質器へ供給する燃料及び水蒸気の流量を増減する際、スチーム／カーボン比を炭素析出限界以上に保つ制御が可能な燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法及び電力供給システムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、燃料と水蒸気の流量の増減を、タイミングを合わせて実行することが可能な燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法及び電力供給システムを提供することである。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、燃料電池を含む電力供給を安定的に実施することが可能な燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法及び電力供給システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
従って、上記課題を解決するために、本発明の燃料供給量制御装置は、応答部（４）と、低値選択部（３）と、調節部（５）とを具備する。応答部（４）は、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合するように変換し、第２流量信号として出力する。低値選択部（３）は、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の低値が選択されたその燃料の流量を示す第３流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力する。調節部（５）は、その第２流量信号に基づいて、改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第４流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力する。
【００１３】
また、本発明の燃料供給量制御装置は、応答部（４）と、高値選択部（６）と、調節部（５）とを具備する。応答部（４）は、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合するように変換し、第２流量信号としてその燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力する。高値選択部（６）は、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力する。調節部（５）は、その第５流量信号に基づいて、改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第６流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力する。
【００１４】
また、本発明の燃料供給量制御装置は、応答部（４）と、低値選択部（３）と、高値選択部（６）と、調節部（５）とを具備する。応答部（４）は、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合するように変換し、第２流量信号として出力する。低値選択部（３）は、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の低値が選択されるその燃料の流量を示す第３流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力する。高値選択部（６）は、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力する。調節部（５）は、その第５流量信号に基づいて、改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第６流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力する。
【００１５】
更に、本発明の燃料供給量制御装置は、その第１流量信号が、燃料電池（１２）の電力を供給する負荷（１８）の大きさに基づいて決定される。
【００１６】
更に、本発明の燃料供給量制御装置は、改質器（１１）のその応答が、その水を用いて水蒸気を生成する改質器（１１）の有する蒸発器（２２）の応答である。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の電力供給システムは、燃料供給量制御装置（１）と、燃料供給装置（１６）と、水供給装置（１７）と、改質器（１１）と、燃料電池（１２）と、電力変換部（１３）と、負荷電力部（１０）と、制御部（２）とを具備する。燃料供給量制御装置（１）は、上記各項のいずれか一項に記載されている。燃料供給装置（１６）は、その第２信号またはその第３信号に基づいて、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する。水供給装置（１７）は、その第４信号またはその第６信号に基づいて、その水の改質器（１１）への供給を制御する。改質器（１１）は、その燃料とその水とに基づいて、改質ガスを生成する。燃料電池（１２）は、その改質ガスと酸素を含むガスとを用いて電力としての燃料電池電力を発生する。電力変換部（１３）は、その電力を負荷（１８）に供給可能なように変換し、負荷（１８）へ出力する。負荷電力部（１０）は、負荷（１８）の大きさを求める。制御部（２）は、負荷（１８）の大きさに基づいて、その第１流量信号を出力する。
【００１８】
また、本発明の電力供給システムは、改質器（１１）に供給されるその燃料とその水とに基づくスチーム／カーボン比が、予め設定された値以上である。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の電燃料供給量制御方法は、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合する第２流量信号に変換するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の低値により、その燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、その第３流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力するステップと、その第２流量信号に基づいて、予め設定されたスチーム／カーボン比となるように改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第４流量信号を形成するステップと、その第４流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力するステップとを具備する。
【００２０】
また、本発明の電燃料供給量制御方法は、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合する第２流量信号に変換するステップと、その第２流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、その第５流量信号に基づいて、予め設定されたスチーム／カーボン比となるように改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、その第６流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力するステップとを具備する。
【００２１】
更に、本発明の電燃料供給量制御方法は、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合する第２流量信号に変換するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の低値により、その燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、その第３流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、その第５流量信号に基づいて、予め設定されたスチーム／カーボン比となるように改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、その第６流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力するステップとを具備する。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明に関するプログラムは、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合する第２流量信号に変換するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の低値により、その燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、その第３流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力するステップと、その第２流量信号に基づいて、予め設定されたスチーム／カーボン比となるように改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第４流量信号を形成するステップと、その第４流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００２３】
また、本発明に関するプログラムは、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合する第２流量信号に変換するステップと、その第２流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、その第５流量信号に基づいて、予め設定されたスチーム／カーボン比となるように改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、その第６流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００２４】
更に、本発明に関するプログラムは、燃料電池（１２）の燃料ガス用の改質器（１１）に供給される燃料の流量を示す第１流量信号に基づいて、その第１流量信号を改質器（１１）の応答に適合する第２流量信号に変換するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の低値により、その燃料の流量を示す第３流量信号を形成するステップと、その第３流量信号を、その燃料の改質器（１１）への供給を制御する燃料供給装置（１６）へ出力するステップと、その第１流量信号とその第２流量信号とに基づいて、その第１流量信号及びその第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号を出力するステップと、その第５流量信号に基づいて、予め設定されたスチーム／カーボン比となるように改質器（１１）へ供給する水の流量を示す第６流量信号を形成するステップと、その第６流量信号を、その水の改質器（１１）への供給を制御する水供給装置（１７）へ出力するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００２５】
なお、上記の燃料供給量制御方法及びプログラムは、矛盾を生じない範囲で、各ステップの順番を変更することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法及び電力供給システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
【００２７】
（実施例１）
本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法を適用する電力供給システムの第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法を適用する電力供給システムの第１の実施の形態における構成を示す図である。
【００２８】
電力供給システムは、燃料供給量制御装置１、改質器ロード量制御部２、負荷電力計算部１０、改質部２１と蒸発器２２とを有する改質器１１、燃料電池（ＦＣ）１２、パワーコンディショナ１３、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を具備する。
【００２９】
電力供給システムは、系統電源１９と共に、電力供給システムが設置される建造物等の構内の負荷１８に並列に接続されている。そして、負荷１８に電力を供給する。負荷１８のラインには、電力供給システム及び系統電源１９から供給される電力の大きさを算出するために、電圧計２４及び電流計２３が設置されている。
【００３０】
本発明においては、改質器１１に燃料及び水を供給する際、燃料及び水の供給量が急激に変化した場合でも、燃料供給量制御装置１により、改質器１１の改質部２１におけるスチーム／カーボン比を炭素析出限界以上に保つように、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を制御する。本実施例では、供給量の変化時に、燃料の供給を適切に少なく設定する。そうすることにより、水蒸気不足による改質器の触媒活性の低下が起こらず、安定的に電力供給を行なうことが可能となる。
【００３１】
以下、各構成について説明する。
燃料供給装置としての燃料流量制御弁１６は、燃料供給量制御装置１（後述）からの原燃料流量設定値Ｆ０１に基づいて、改質器１１（後述）の改質部２１（後述）に供給する原燃料Ｆ１の供給量を制御する。ここで、原燃料Ｆ１は、改質器１１へ供給される燃料のことであり、有機炭化水素系の材料である。有機炭化水素系の材料（燃料ガス）は、天然ガス（メタン）、プロパンガス、メタノールに例示される。本実施例では、天然ガス（メタン）である。
【００３２】
水供給装置としての水流量制御弁１７は、燃料供給量制御装置１（後述）からの水流量設定値Ｗ０１に基づいて、改質器１１の蒸発器２２（後述）に供給する水Ｗの供給量を制御する。
【００３３】
改質器１１は、改質部２１と蒸発器２２とを有する。
蒸発器２２は、水流量制御弁１７から供給される水Ｗ（流量Ｗ１１）を用いて、水蒸気Ｓを生成する。水蒸気Ｓ（流量Ｓ１１）は、改質部２１へ送出される。改質部２１は、燃料流量制御弁１６から供給される原燃料Ｆ１と、蒸発器２２から供給される水蒸気Ｓとを用いて、水蒸気改質反応を行ない、所望の改質ガスＦ２（水蒸気、水素を主成分とするガス）を生成する。改質ガスＦ２中の水素量の制御は、運転圧力及び温度、原燃料Ｆ１及び水Ｗの供給量（組成）などを制御することにより行なうことが可能である。本実施例では、原燃料Ｆ１及び水Ｗの供給量で制御する。
【００３４】
燃料電池（ＦＣ）２は、供給された改質ガスＦ２をアノード側（図示せず）に供給し、酸素を含むガス（空気など）をカソード側（図示せず）に供給し、電解質での電気化学反応（電池反応）により発電を行なう。燃料電池２の出力電力としてのＦＣ出力電力ＰＦＣ（以下、その電流を「ＦＣ出力電流ＩＦＣ」、電圧を「ＦＣ出力電圧ＶＦＣ」とする）は、直流電力である。燃料電池２は、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型で例示される。ＦＣ出力電力ＰＦＣは、パワーコンディショナ１３へ出力される。
【００３５】
電力変換部としてのパワーコンディショナ１３は、ＦＣ出力電力ＰＦＣに基づいて、所望の電圧、周波数を有する出力電力であるインバータ出力電力ＰＩＮＶ（以下、その電流を「インバータ出力電流ＩＩＮＶ」、電圧を「インバータ出力電圧ＶＩＮＶ」とする）に変換し、負荷１８へ出力する。
【００３６】
負荷電力部としての負荷電力計算部１０は、系統電源１９及び電力供給システムから負荷１８へ供給される交流負荷電力ＰＤＭＤ（以下「交流負荷電力ＰＤＭＤ」、その電圧を「交流負荷電圧ＶＤＭＤ」、その電流を「交流負荷電流ＩＤＭＤ」とする）を、電流計２３で計測される交流負荷電流ＩＤＭＤと、電圧計２４で計測される交流負荷電圧ＶＤＭＤとに基づいて算出する。
【００３７】
制御部としての改質器ロード量制御部２は、負荷電力計算部１０からの交流負荷電力ＰＤＭＤに基づいて、改質器１１の運転条件（ロード量：改質器１１に供給する（改質させる）原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１）を算出する。そして、その流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄを燃料供給量制御装置１へ出力する。
【００３８】
燃料供給量制御装置１は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄに基づいて、燃料流量制御弁１６が流量Ｆ１１を流し、且つ水流量制御弁１７が流量Ｗ１１の水Ｗを流せるように、原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１を生成する。
また、原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１は、改質器１１の応答の遅れを考慮した流量Ｆ１１及び流量Ｗ１１を示す信号である。
生成された原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１は、それぞれ燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７へ出力される。
【００３９】
ここで、燃料供給量制御装置１について更に説明する。
図１は、本発明の燃料供給量制御装置１の構成を示す図である。
燃料供給量制御装置１は、応答部４と、低値選択部３と、調節部５とを具備する。
【００４０】
応答部４は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄ（図中（Ａ）で示される入力、以下「第１流量信号」とする）に基づいて、第１流量信号を調整し、第２流量信号として低値選択部３及び調節部５へ出力する。調整では、第１流量信号を、蒸発器２２での水の蒸発の遅れに起因する水蒸気の供給の遅れ（改質器１１の応答の遅れ）に対応させる。
【００４１】
図８を用いて、第１流量信号（改質器ロード信号Ｒｌｏａｄ）の調整について更に説明する。
図８は、本発明とは異なり、出力のタイミングを調整しない場合での、改質器１１の改質部２１へ供給される原燃料Ｆ１及び水蒸気Ｓの流量の時間変化の一例を示すグラフである。縦軸は改質部２１の入口での原燃料Ｆ１及び水蒸気Ｓの流量である。横軸は時間である。
図中の実線の曲線：原燃料Ｆ１の流量は、図１（Ａ）の位置における第１流量信号と同様の時間変化を示す。すなわち、原燃料流量（＝第１流量信号）は、時間ｔ１で急激に減少し、時間ｔ２で急激に増加しており、応答性が良い。
それに対して、破線の曲線：水蒸気（＝水蒸気Ｓ）流量は、蒸発器２２の応答が遅く、図１（Ａ）の位置における第１流量信号から遅れた時間変化を示す。すなわち、水蒸気流量は、時間ｔ１では緩やかに応答し、過渡的に減少する。時間ｔ２では緩やかに応答し、過渡的に増加する。
【００４２】
従って、図中ｔ１後暫くは、予定より原燃料Ｆ１が少なく（Ａの領域）改質部２２へ供給されることになる。また、図中ｔ２後暫くは、予定より水蒸気Ｓが少なく（Ｂの領域）改質部２２へ供給されることになる。ここで、Ｂで示される領域の場合、原燃料Ｆ１が多くなると、改質器１１でのＳ／Ｃが小さくなるので、触媒表面にカーボンが析出する可能性が出て来る。そうなると触媒活性の低下が懸念される事態となる。
【００４３】
それを回避するために、原燃料Ｆ１の流量を、破線の曲線：水蒸気流量と同様に変化させるように調整する。すなわち、図８でいえば、実線の曲線（原燃料Ｆ１の流量）を、破線の曲線（水蒸気）と同様の形になるようにする。具体的には、第１流量信号に、蒸発器２２の応答性を考慮した適当な伝達関数を掛けて、第２流量信号（破線の曲線に似た曲線を有する）として出力する。伝達関数としては、改質器１１及びその周辺機器により定まる。例えば、一次遅れ応答関数、無駄時間応答関数、二次遅れ応答関数あるいはそれらの組み合わせなどである。
【００４４】
ただし、蒸発器２２の応答の遅れは、水Ｗの供給量の急激な変化で起こるものであり、緩やかな変化では必ずしも起こるとは限らない。
【００４５】
低値選択部３は、第１流量信号（図１中（Ａ）で示される入力）と第２流量信号（図１中（Ｂ）で示される出力）とに基づいて、第１流量信号及び第２流量信号の内の低値が選択される第３流量信号（図１中（Ｃ）で示される出力）を原燃料Ｆ１の流量を示す信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）として燃料流量制御弁１６へ出力する。
【００４６】
調節部５は、第２流量信号（図中（Ｂ）で示される出力）に基づいて、所定のＳ／Ｃと成るように、第２流量信号に所定の係数を掛けて、水蒸気の流量を示す第４流量信号（図中（Ｄ）で示される出力＝水流量設定値Ｗ０１）として水流量制御弁１７へ出力する。
なお、所定の係数は、原燃料Ｆ１の流量により可変にすることも可能である。その場合には、原燃料流量設定値Ｆ０１の出力に基づいて、所定の係数を決定する。
【００４７】
次に、本発明の燃料供給量制御装置を適用した燃料供給量制御方法及び電力供給システムの第１の実施の形態における動作について説明する。
【００４８】
図２を参照して、燃料流量制御弁１６は、原燃料流量設定値Ｆ０１に基づいて原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を制御し、改質器１１へ供給する。それと同時に、水流量制御弁１７は、水流量設定値Ｗ０１に基づいて水Ｗの流量Ｗ１１を制御し、改質器１１へ供給する。
【００４９】
改質器１１の蒸発器２２は、供給された水Ｗを用いて水蒸気Ｓを生成する。そして、改質部２１へ供給する。このとき、Ｓ／Ｃは、所望の値以上になっている。改質器１１の改質部２１は、供給された原燃料Ｆ１と水蒸気Ｓとを用いて、水蒸気改質反応を行ない、所望の改質ガスＦ２（水蒸気、水素を主成分とするガス）を生成する。その流量は、Ｆ２１である。
【００５０】
燃料電池１２は、供給された改質ガスＦ２と空気（図示しない酸化剤供給ラインより供給）を用い、電気化学反応（電池反応）により発電を行なう。発電されたＦＣ出力電力ＰＦＣは、パワーコンディショナ１３へ出力される。
【００５１】
パワーコンディショナ１３は、ＦＣ出力電力ＰＦＣを、所望の電圧、周波数を有するインバータ出力電力ＰＩＮＶに変換し、負荷１８へ供給する。その際、ＦＣ出力電流ＩＦＣをＦＣ出力電流指令ＩＦＣ＊となるようにＦＣ出力電流ＩＦＣを制御する。
負荷電力計算部１０は、負荷１８で消費される交流負荷電力ＰＤＭＤを、電流計２３及び電圧計２４により計測された交流負荷電流ＩＤＭＤ及び交流負荷電圧ＶＤＭＤに基づいて計算する。そして、計算された交流負荷電力ＰＤＭＤを、改質器ロード量制御部２へ出力する。
【００５２】
改質器ロード量制御部２は、負荷電力計算部１０からの交流負荷電力ＰＤＭＤに基づいて、その交流負荷電力ＰＤＭＤを出力するために必要な原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を求める。そして、その流量Ｆ１１を改質器ロード信号Ｒｌｏａｄとして燃料供給量制御装置１へ出力する。
【００５３】
燃料供給量制御装置１は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄに基づいて、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を制御するための原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１を生成する。
【００５４】
燃料供給量制御装置１での各信号について更に説明する。
図３は、本発明における燃料供給量制御装置１での各信号の時間変化の一例を示すグラフである。
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、図１における（Ａ）第１流量信号〜（Ｄ）第４流量信号に対応している。縦軸は信号強度、横軸は時間である。また、最下段のグラフは、図３における（Ｄ）第４流量信号／（Ｃ）第３流量信号＝Ｓ／Ｃを表している。縦軸は、Ｓ／Ｃ横軸は時間である。図３の右側の５つのグラフは原燃料Ｆ１が一時的に減少した場合であり、左側の５つのグラフは、原燃料Ｆ１が一時的に増加した場合である。
【００５５】
図３の左側の５つのグラフについて説明する。
図３の（Ａ）は、図１（Ａ）で示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄである第１流量信号である。
応答部４は、第１流量信号の入力に基づいて、第１流量信号を伝達関数（本実施例では、一次遅れ応答：蒸発器２２の応答の遅れを一次遅れと仮定）により変換し、図３（Ｂ）で示す第２流量信号を出力する。
低値選択部３は、第１流量信号（ 図３（Ａ））と第２流量信号（図３（Ｂ））の入力に基づいて、その内の低値で構成される図３（Ｃ）で示す第３流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）を出力する。
調節部５は、第２流量信号（図３（Ｂ））の入力に基づいて、その値を所定のＳ／Ｃ倍した値である図３（Ｄ）で示す第４流量信号（＝水流量設定値Ｗ０１）を出力する。
【００５６】
このとき、図３（Ｃ）において、第３流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）は、第１流量信号と第２流量信号の内の低値から形成されている。従って、Ｓ／Ｃ（＝（Ｄ）第４流量信号／（Ｃ）第３流量信号）を示す信号（図３、最下段）は、時間０〜ｔ１において所定の値であれば、原燃料Ｆ１が一時的に増加した時間ｔ１〜ｔ２においても必ず所定の値以上の値になる。従って、水蒸気の量が十分にあるので、触媒活性が低下する事がない。
【００５７】
また、図３の右側のグラフは、原燃料Ｆ１が一時的に減少した場合であるが、左側の５つのグラフの場合と同様に、Ｓ／Ｃ（＝（Ｄ）第４流量信号／（Ｃ）第３流量信号）を示す信号（図３、最下段）は、時間０〜ｔ１において所定の値であれば、原燃料Ｆ１が一時的に減少した時間ｔ１〜ｔ２及びその影響が残る時間ｔ２〜ｔ３においても必ず所定の値以上の値になる。
【００５８】
上記各構成（燃料供給量制御装置１、改質器ロード量制御部２、負荷電力計算部１０、改質器１１、燃料電池１２、パワーコンディショナ１３、燃料流量制御弁１６、水流量制御弁１７）の動作は、全体を制御する制御部（図示せず）により行われる。いくつかの構成毎に、制御部（図示せず）を設けても良い。
【００５９】
以上の動作により、改質器１１への燃料及び水の供給に関して、負荷の値が変動した場合においても、Ｓ／Ｃが所定の値よりも小さくなることがなく、触媒上にカーボンが析出することを避ける事が出来る。従って、触媒活性の低下を抑制する事が出来る。
【００６０】
（実施例２）
本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法を適用する電力供給システムの第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法を適用する電力供給システムの第２の実施の形態における構成を示す図である。
【００６１】
電力供給システムは、燃料供給量制御装置１、改質器ロード量制御部２、負荷電力計算部１０、改質部２１と蒸発器２２とを有する改質器１１、燃料電池（ＦＣ）１２、パワーコンディショナ１３、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を具備する。
【００６２】
電力供給システムは、系統電源１９と共に、電力供給システムが設置される建造物等の構内の負荷１８に並列に接続されている。そして、負荷１８に電力を供給する。負荷１８のラインには、電力供給システム及び系統電源１９から供給される電力の大きさを算出するために、電圧計２４及び電流計２３が設置されている。
【００６３】
本実施例では、燃料及び水の供給量が急激に変化した場合、水の供給を適切に多く設定する点が、実施例１と異なる。そうすることにより、水蒸気不足による改質器の触媒活性の低下が起こらず、安定的に電力供給を行なうことが可能となる。
【００６４】
ここで、燃料流量制御弁１６、水流量制御弁１７、改質器１１、燃料電池２、パワーコンディショナ１３、負荷電力計算部１０、改質器ロード量制御部２については、実施例１と同様であるので、その説明をする。
【００６５】
燃料供給量制御装置１は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄに基づいて、燃料流量制御弁１６が流量Ｆ１１を流し、且つ水流量制御弁１７が流量Ｗ１１の水Ｗを流せるように、原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１を生成する。
また、原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１は、改質器１１の応答の遅れを考慮した流量Ｆ１１及び流量Ｗ１１を示す信号である。
生成された原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１は、それぞれ燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７へ出力される。
【００６６】
ここで、本実施例の燃料供給量制御装置１について更に説明する。
図４は、本発明の燃料供給量制御装置１の構成を示す図である。
燃料供給量制御装置１は、応答部４と、高値選択部６と、調節部５とを具備する。
【００６７】
応答部４は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄ（図中（Ａ）で示される第１流量信号）に基づいて、第１流量信号を調整し、第２流量信号として高値選択部６へ出力する。それと同時に、応答部４は、第２流量信号を、原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を制御する原燃料流量設定値Ｆ０１として燃料流量制御弁１６へ出力する。調整では、第１流量信号を、蒸発器２２での水の蒸発の遅れに起因する水蒸気の供給の遅れ（改質器１１の応答の遅れ）に対応させる。
なお、第１流量信号（改質器ロード信号Ｒｌｏａｄ）の調整については、実施例１と同様であるので、その説明を省略する（ただし、実施例１の図８を用いた説明における「図１」を「図４」と読み替える）。
【００６８】
高値選択部６は、第１流量信号（図中（Ａ）で示される入力）と第２流量信号（図中（Ｂ）で示される出力）とに基づいて、第１流量信号及び第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号（図中（Ｅ）で示される出力）を調節部５へ出力する。
調節部５は、第５流量信号（図中（Ｅ）で示される出力）に基づいて、所定のＳ／Ｃと成るように、第５流量信号に所定の係数を掛けて、水蒸気の流量を示す第６流量信号（図中（Ｄ）で示される出力＝水流量設定値Ｗ０１）として水流量制御弁１７へ出力する。
なお、所定の係数は、原燃料Ｆ１の流量により可変にすることも可能である。その場合には、原燃料流量設定値Ｆ０１の出力に基づいて、所定の係数を決定する。
【００６９】
次に、本発明の燃料供給量制御装置を適用した燃料供給量制御方法及び電力供給システムの第２の実施の形態における動作について説明する。
【００７０】
燃料供給量制御装置１は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄに基づいて、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を制御するための原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１を生成する。
【００７１】
燃料供給量制御装置１での各信号について更に説明する。
図５は、本発明における燃料供給量制御装置１での各信号の時間変化の一例を示すグラフである。
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｅ）、（Ｄ）は、図４における（Ａ）第１流量信号、（Ｂ）第２流量信号、（Ｅ）第５流量信号、（Ｄ）第６流量信号に対応している。縦軸は信号強度、横軸は時間である。また、最下段のグラフは、図５における（Ｄ）第６流量信号／（Ｂ）第２流量信号＝Ｓ／Ｃを表している。縦軸は、Ｓ／Ｃ横軸は時間である。図５の右側の５つのグラフは原燃料Ｆ１が一時的に減少した場合であり、左側の５つのグラフは、原燃料Ｆ１が一時的に増加した場合である。
【００７２】
図５の左側の５つのグラフについて説明する。
図５の（Ａ）は、図４（Ａ）で示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄである第１流量信号である。
応答部４は、第１流量信号の入力に基づいて、第１流量信号を伝達関数（本実施例では、一次遅れ応答：蒸発器２２の応答の遅れを一次遅れと仮定）により変換し、図５（Ｂ）で示す第２流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）を出力する。
高値選択部６は、第１流量信号（ 図５（Ａ））と第２流量信号（図５（Ｂ））の入力に基づいて、その内の高値で構成される図５（Ｅ）で示す第５流量信号を出力する。
調節部５は、第５流量信号（図５（Ｅ））の入力に基づいて、その値を所定のＳ／Ｃ倍した値である図５（Ｄ）で示す第６流量信号（＝水流量設定値Ｗ０１）を出力する。
【００７３】
このとき、図５（Ｅ）において、第５流量信号は、第１流量信号と第２流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）の内の高値から形成されている。従って、それを所定の値（Ｓ／Ｃ）倍した第６流量信号（＝水流量設定値Ｗ０１）に基づく、Ｓ／Ｃ（＝（Ｄ）第６流量信号／（Ｂ）第２流量信号）を示す信号（図５、最下段）は、時間０〜ｔ１において所定の値であれば、原燃料Ｆ１が一時的に増加した時間ｔ１〜ｔ２においても必ず所定の値以上の値になる。従って、水蒸気の量が十分にあるので、触媒活性が低下する事がない。
【００７４】
また、図５の右側のグラフは、原燃料Ｆ１が一時的に減少した場合であるが、左側の５つのグラフの場合と同様に、Ｓ／Ｃ（＝（Ｄ）第６流量信号／（Ｂ）第２流量信号）を示す信号（図５、最下段）は、時間０〜ｔ１において所定の値であれば、原燃料Ｆ１が一時的に減少した時間ｔ１〜ｔ２及びその影響が残る時間ｔ２〜ｔ３においても必ず所定の値以上の値になる。
【００７５】
その他の動作は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７６】
以上の動作により、改質器１１への燃料及び水の供給に関して、負荷の値が変動した場合においても、Ｓ／Ｃが所定の値よりも小さくなることがなく、触媒上にカーボンが析出することを避ける事が出来る。従って、触媒活性の低下を抑制する事が出来る。
【００７７】
（実施例３）
本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法を適用する電力供給システムの第３の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明である燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法を適用する電力供給システムの第３の実施の形態における構成を示す図である。
【００７８】
電力供給システムは、燃料供給量制御装置１、改質器ロード量制御部２、負荷電力計算部１０、改質部２１と蒸発器２２とを有する改質器１１、燃料電池（ＦＣ）１２、パワーコンディショナ１３、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を具備する。
【００７９】
電力供給システムは、系統電源１９と共に、電力供給システムが設置される建造物等の構内の負荷１８に並列に接続されている。そして、負荷１８に電力を供給する。負荷１８のラインには、電力供給システム及び系統電源１９から供給される電力の大きさを算出するために、電圧計２４及び電流計２３が設置されている。
【００８０】
本実施例では、燃料及び水の供給量が急激に変化した場合、燃料の供給を適切に少なく設定し、且つ、水の供給を適切に多く設定する点が、実施例１及び２と異なる。そうすることにより、水蒸気不足による改質器の触媒活性の低下が起こらず、安定的に電力供給を行なうことが可能となる。
【００８１】
ここで、燃料流量制御弁１６、水流量制御弁１７、改質器１１、燃料電池２、パワーコンディショナ１３、負荷電力計算部１０、改質器ロード量制御部２については、実施例１と同様であるので、その説明をする。
【００８２】
燃料供給量制御装置１は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄに基づいて、燃料流量制御弁１６が流量Ｆ１１を流し、且つ水流量制御弁１７が流量Ｗ１１の水Ｗを流せるように、原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１を生成する。
また、原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１は、改質器１１の応答の遅れを考慮した流量Ｆ１１及び流量Ｗ１１を示す信号である。
生成された原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１は、それぞれ燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７へ出力される。
【００８３】
ここで、本実施例の燃料供給量制御装置１について更に説明する。
図６は、本発明の燃料供給量制御装置１の構成を示す図である。
燃料供給量制御装置１は、応答部４と、低値選択部３と、高値選択部６と、調節部５とを具備する。
【００８４】
応答部４は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄ（図中（Ａ）で示される第１流量信号）に基づいて、第１流量信号を調整し、第２流量信号（図６（Ｂ））として低値選択部３及び高値選択部６へ出力する。調整では、第１流量信号を、蒸発器２２での水の蒸発の遅れに起因する水蒸気の供給の遅れ（改質器１１の応答の遅れ）に対応させる。
なお、第１流量信号（改質器ロード信号Ｒｌｏａｄ）の調整については、実施例１と同様であるので、その説明を省略する（ただし、実施例１の図８を用いた説明における「図１」を「図６」と読み替える）。
【００８５】
低値選択部３は、第１流量信号（ 図６中（Ａ）で示される入力）と第２流量信号（図６中（Ｂ）で示される入力）の入力に基づいて、第１流量信号及び第２流量信号の内の低値で構成される図６中（Ｃ）で示す第３流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）を出力する。
【００８６】
高値選択部６は、第１流量信号（図中６（Ａ）で示される入力）と第２流量信号（図６中（Ｂ）で示される出力）とに基づいて、第１流量信号及び第２流量信号の内の高値が選択される第５流量信号（図６中（Ｅ）で示される出力）を調節部５へ出力する。
調節部５は、第５流量信号（図６中（Ｅ）で示される出力）に基づいて、所定のＳ／Ｃと成るように、第５流量信号に所定の係数を掛けて、水蒸気の流量を示す第６流量信号（図中（Ｄ）で示される出力＝水流量設定値Ｗ０１）として水流量制御弁１７へ出力する。
なお、所定の係数は、原燃料Ｆ１の流量により可変にすることも可能である。その場合には、原燃料流量設定値Ｆ０１の出力に基づいて、所定の係数を決定する。
【００８７】
次に、本発明の燃料供給量制御装置を適用した燃料供給量制御方法及び電力供給システムの第３の実施の形態における動作について説明する。
【００８８】
燃料供給量制御装置１は、改質器１１に供給する原燃料Ｆ１の流量Ｆ１１を示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄに基づいて、燃料流量制御弁１６及び水流量制御弁１７を制御するための原燃料流量設定値Ｆ０１及び水流量設定値Ｗ０１を生成する。
【００８９】
燃料供給量制御装置１での各信号について更に説明する。
図７は、本発明における燃料供給量制御装置１での各信号の時間変化の一例を示すグラフである。
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｄ）は、図６における（Ａ）第１流量信号、（Ｂ）第２流量信号、（Ｃ）第３流量信号、（Ｅ）第５流量信号、（Ｄ）第６流量信号に対応している。縦軸は信号強度、横軸は時間である。また、最下段のグラフは、図７における（Ｄ）第６流量信号／（Ｃ）第３流量信号＝Ｓ／Ｃを表している。縦軸はＳ／Ｃ、横軸は時間である。図７の右側の５つのグラフは原燃料Ｆ１が一時的に減少した場合であり、左側の５つのグラフは、原燃料Ｆ１が一時的に増加した場合である。
【００９０】
図７の左側の５つのグラフについて説明する。
図７の（Ａ）は、図６（Ａ）で示す改質器ロード信号Ｒｌｏａｄである第１流量信号である。
応答部４は、第１流量信号の入力に基づいて、第１流量信号を伝達関数（本実施例では、一次遅れ応答：蒸発器２２の応答の遅れを一次遅れと仮定）により変換し、図７（Ｂ）で示す第２流量信号を出力する。
低値選択部３は、第１流量信号（ 図７（Ａ））と第２流量信号（図７（Ｂ））の入力に基づいて、その内の低値で構成される図７（Ｃ）で示す第３流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）を出力する。
高値選択部６は、第１流量信号（ 図７（Ａ））と第２流量信号（図７（Ｂ））の入力に基づいて、その内の高値で構成される図７（Ｅ）で示す第５流量信号を出力する。
調節部５は、第７流量信号（図７（Ｅ））の入力に基づいて、その値を所定のＳ／Ｃ倍した値である図７（Ｄ）で示す第６流量信号（＝水流量設定値Ｗ０１）を出力する。
【００９１】
このとき、図７（Ｃ）において、第３流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）は、第１流量信号と第２流量信号の内の低値から形成されている。また、第５流量信号は、第１流量信号と第２流量信号（＝原燃料流量設定値Ｆ０１）の内の高値から形成されている。従って、第５流量信号を所定の値（Ｓ／Ｃ）倍した第６流量信号（＝水流量設定値Ｗ０１）と、第３流量信号とにより算出される、Ｓ／Ｃ（＝（Ｄ）第６流量信号／（Ｃ）第３流量信号）を示す信号（図７、最下段）は、時間０〜ｔ１において所定の値であれば、原燃料Ｆ１が一時的に増加した時間ｔ１〜ｔ２及びその影響が残る時間ｔ２〜ｔ３においても必ず所定の値以上の値になる。従って、水蒸気の量が十分にあるので、触媒活性が低下する事がない。
【００９２】
また、図７の右側のグラフは、原燃料Ｆ１が一時的に減少した場合であるが、左側の５つのグラフの場合と同様に、Ｓ／Ｃ（＝（Ｄ）第６流量信号／（Ｃ）第３流量信号）を示す信号（図７、最下段）は、時間０〜ｔ１において所定の値であれば、原燃料Ｆ１が一時的に減少した時間ｔ１〜ｔ２及びその影響が残る時間ｔ２〜ｔ３においても必ず所定の値以上の値になる。
【００９３】
その他の動作は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００９４】
以上の動作により、改質器１１への燃料及び水の供給に関して、負荷の値が変動した場合においても、Ｓ／Ｃが所定の値よりも小さくなることがなく、触媒上にカーボンが析出することを避ける事が出来る。従って、触媒活性の低下を抑制する事が出来る。触媒活性の低下が抑制されるので、触媒のコストを低減することができる。
【００９５】
本発明では、燃料の流量の増減のタイミングを、水蒸気の流量の増減に合わせて実行することができ、安定的な改質条件で改質器１１が運転可能である。従って、それを用いる燃料電池１２の運転も長期にわたり安定的に行なうことが可能となる。すなわち、燃料電池を含む電力供給を安定的に実施することが可能となる。
【００９６】
【発明の効果】
本発明により、交流負荷の変動に対応して、燃料電池用の改質器へ供給する原燃料及び水蒸気の流量を増減させても、水蒸気の供給に不足が生じず、水蒸気不足による改質器の触媒活性の低下が起こらないように燃料及び水蒸気の流量を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である燃料供給量制御装置の実施の形態における構成を示す図である。
【図２】本発明である電力供給システムの実施の形態における構成を示す図である。
【図３】燃料供給量制御装置における各信号の時間変化の対応を示すグラフである。
【図４】本発明である電力供給システムの他の実施の形態における構成を示す図である。
【図５】燃料供給量制御装置における各信号の時間変化の対応を示すグラフである。
【図６】本発明である電力供給システムの更に他の実施の形態における構成を示す図である。
【図７】燃料供給量制御装置における各信号の時間変化の対応を示すグラフである。
【図８】従来の燃料供給量制御装置による原燃料及び水蒸気の流量の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１    燃料供給量制御装置
２    改質器ロード量制御部
３    低値選択部
４    応答部
５    調節部
６    高値選択部
１０    負荷電力計算部
１１    改質器
１２    燃料電池（ＦＣ）
１３    パワーコンディショナ
１６    燃料流量制御弁
１７    水流量制御弁
１８    負荷
１９    系統電源
２１    改質部
２２    蒸発器
２３    電流計
２４    電圧計
【図１】
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【図２】
0004176354.tif 000003
【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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【図８】
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