JP2003282116A - 燃料電池の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の高効率な安定運転を図る。 【解決手段】 複数の燃料電池１４１ａ毎に各エリアサ
ーバ４００，５００が設けられる。エリアサーバ４０
０，５００は、センタサーバ２に、電話回線、インタネ
ット、無線などの通信網３で接続される。センタサーバ
２で、同型種類の燃料電池毎の制御パラメータＫｇ，Ｋ
ｗ，Ｋａを設定してエリアサーバ４００，５００に送信
し、このエリアサーバ４００，５００に設定された制御
パラメータで、動作制御手段５７は、燃料電池１４１ａ
の動作を制御する。制御パラメータは、たとえば原料ガ
スの組成、反応空気の気圧および累積運転時間などに依
存して、原料ガス、水蒸気、反応空気などの流量等を変
更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素濃度の高い改質ガスを
使用し、この改質ガスを得るために、たとえば天然ガス
を主成分とする都市ガスなどの原料ガスと、水蒸気とが
混合されて加熱され、触媒反応作用を利用している。燃
料電池の発電電力に対応して、原料ガスおよび水蒸気の
流量が調節され、また改質ガスを得るための反応温度が
調節され、こうして目標とする発電電力に対応した水素
を高濃度で含む改質ガスの発生流量が達成される。

【０００３】原料ガスの流量に対する発電電力の値であ
る効率を高めて安定運転を図ることが省エネルギーおよ
び環境負荷の観点から要求される。特に、たとえば家庭
用コージェネレーションシステムのような１ｋＷ程度の
小出力の燃料電池では、原料ガスおよび水蒸気の各流量
が小さいので、高効率を維持するには、高い精度の運転
制御が必要となる。

【０００４】先行技術では、水素を含む改質ガスの流量
が、目標とする発電電力に対応した値となるように原料
ガス流量、水蒸気流量を調節するとともに、改質反応温
度を調節する。したがって原料ガスの組成が変化したと
き、台風（低気圧）が通過するなどして燃料電池に供給
される反応空気の大気圧が変化したとき、および累積運
転時間が長くなって経年変化が生じたときなどにおいて
は、原料ガス、水蒸気および反応空気の各流量が、高効
率のために最適な値に調節されず、さらに燃料電池の安
定運転を図ることも困難となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃料
電池の高効率な安定運転を図ることができるようにした
燃料電池の制御装置、および負荷の制御装置を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池の動
作状態を制御する制御パラメータを変更可能に設定して
送信するサーバと、サーバからの制御パラメータを受信
する受信手段と、受信手段によって受信された制御パラ
メータに対応する燃料電池の動作を行う動作制御手段と
を含むことを特徴とする燃料電池の制御装置である。

【０００７】本発明に従えば、サーバから、燃料電池の
動作状態を制御する制御パラメータを送信し、このサー
バからの制御パラメータの信号を、燃料電池の受信手段
で受信し、動作制御手段は、この受信された制御パラメ
ータに従って、燃料電池の動作制御を達成する。サーバ
では、原料ガスの組成が変化したとき、反応空気の気圧
が台風（低気圧）の通過などによって変化したとき、お
よび燃料電池の累積運転時間が長く、経年変化が生じた
ときなどでは、このサーバの制御パラメータの設定値を
変更することによって、１または複数の燃料電池の動作
の制御を変更することができる。こうして燃料電池を、
高効率な安定運転の維持が容易に可能になる。

【０００８】たとえば多数の各家庭毎に燃料電池が設置
されている構成では、各燃料電池毎に動作の制御、高効
率な安定運転が行われるように制御するには、各種のセ
ンサを各燃料電池毎に備えなければならず、原価の低減
に劣る。したがって現実には、そのような各種のセンサ
が燃料電池毎には備えられておらず、その結果、高効率
な安定運転が維持されていない。本発明は、複数の各燃
料電池毎の最適な制御パラメータをサーバから送信して
各燃料電池の動作制御を行うようにしたので、全ての各
燃料電池が高効率で安定に運転されることが、常に可能
になるとともに、各燃料電池毎に前述の各種のセンサを
設ける必要がないので、コストアップになるということ
はない。

【０００９】また本発明においては、サーバは、燃料電
池に供給される原料ガスの組成が変化したとき、燃料電
池の原料ガスの流量と、水素濃度の高い改質ガスを得る
ための改質用水の流量とを変更する制御パラメータを設
定することを特徴とする。

【００１０】また本発明においては、サーバは、燃料電
池に供給される反応空気の圧力が変化したとき、その反
応空気の流量を変更する制御パラメータを設定すること
を特徴とする。

【００１１】また本発明においては、サーバは、燃料電
池の累積運転時間の経過に伴って、水素濃度の高い改質
ガスを得るため燃料電池の原料ガスの流量と、改質用水
の流量および反応空気の流量とを変更する制御パラメー
タを設定することを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、原料ガスの組成が変化し
たとき、反応空気の圧力が変化したときおよび累積運転
時間が長くなったとき、原料ガス、水蒸気などの改質用
水および反応空気の流量が変更されるように、サーバに
おける制御パラメータを設定する。また、改質器温度設
定関数を変更するようにしてもよい。したがって各燃料
電池毎に、原料ガスの組成を検出するセンサ、反応空気
の気圧を検出するセンサなどを必要とせず、また燃料電
池のメンテナンスのための点検間隔が長期になって燃料
電池が高効率のための最適条件から外れた状態で運転さ
れたままになるという恐れはない。

【００１３】また本発明においては、サーバの制御パラ
メータは、燃料電池の構成に関する複数の各種類毎に、
設定されることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、制御パラメータは、燃料
電池自体または燃料電池を含む装置などの燃料電池の構
成に関する複数の各種類毎に、設定される。したがって
サーバでは、たとえば同型種類の燃料電池毎に共通な制
御パラメータを作成して設定すればよい。これによって
サーバに備えられたメモリのファイルサイズすなわちメ
モリ容量を小さくすることができ、制御パラメータの変
更操作の効率化を図ることができる。

【００１５】また本発明においては、サーバは、燃料電
池が設置される複数の各地域毎に、各地域の燃料電池の
制御パラメータを設定して前記受信手段に送信する複数
のエリアサーバと、エリアサーバに共通に接続され、全
ての地域の燃料電池の制御パラメータを設定して、各エ
リアサーバに送信するセンタサーバとを含むことを特徴
とする。

【００１６】本発明に従えば、１つのセンタサーバに複
数のエリアサーバが接続され、言わばピラミッド構造ま
たはツリー構造とし、したがって制御パラメータの変更
にあたっては、センタサーバの制御パラメータを先ず変
更し、これによって複数の各エリアサーバのうち、制御
パラメータの変更を必要とするエリアサーバのみが、そ
の制御パラメータの変更の必要性を認識し、各エリアサ
ーバに接続される複数の燃料電池毎の制御パラメータを
受信して運転制御されることが可能になる。このような
ピラミッド構造によって、複数の燃料電池の制御パラメ
ータの変更、設定が短時間で容易に可能になる。

【００１７】また本発明においては、各燃料電池毎の前
記累積運転時間は、サーバによって計測され、予め定め
る累積運転時間Ｗ１以上になったとき、制御パラメータ
を変更することを特徴とする。

【００１８】また本発明においては、各燃料電池毎の前
記累積運転時間は、前記動作制御手段によって計測さ
れ、予め定める累積運転時間Ｗ１以上になったとき、前
記動作制御手段は、制御パラメータを変更するためにサ
ーバにアクセスし、サーバは、前記動作制御手段からの
アクセスによって、制御パラメータを変更することを特
徴とする。

【００１９】本発明に従えば、各燃料電池毎の累積運転
時間は、サーバで計測されるように構成してもよいが、
燃料電池に個別的に設けられている動作制御手段で累積
運転時間の計測を行い、その計測した累積運転時間が予
め定める時間Ｗ１以上になったとき、動作制御手段がサ
ーバをアクセスして、サーバから、新たに設定して変更
される制御パラメータを受信するようにしてもよい。こ
うして燃料電池の経年変化にかかわらず、高効率な安定
運転を図ることができる。

【００２０】また本発明は、負荷の動作状態を制御する
制御パラメータを変更可能に設定して送信するサーバ
と、サーバからの制御パラメータを受信する受信手段
と、受信手段によって受信された制御パラメータに対応
する負荷の動作を行う動作制御手段とを含むことを特徴
とする燃料電池の制御装置である。

【００２１】本発明に従えば、燃料電池だけでなく、燃
料ガスを用いる内燃機関であるガスエンジンなどの負荷
に関しても本発明が実施されることができ、このように
燃料の組成および大気圧の影響を受けて動作する負荷、
たとえばガス機器システムなどに関連しても、本発明が
広範囲に実施される。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
全体の構成を示すブロック図である。本件制御装置１
は、１つのセンタサーバ２に通信網３を介して複数（た
とえば２）のエリアサーバ４００，５００が接続され
る。各エリアサーバ４００，５００には、１または複数
の燃料電池装置１４１〜１４３，２４１；１５１，２５
１〜２５３が接続される。各エリアサーバ４００，５０
０は、これらの燃料電池装置１４１〜１４３，２４１；
１５１，２５１〜２５３が設置される各地域毎に、各地
域の前記燃料電池装置の制御パラメータを設定して送信
する働きをする。センタサーバ２は、エリアサーバ４０
０，５００に共通に接続され、全ての地域の燃料電池装
置１４１〜１４３，２４１；１５１，２５１〜２５３の
制御パラメータを設定して、各エリアサーバ４００，５
００に送信する。こうしてセンタサーバ２とエリアサー
バ４００，５００と燃料電池装置１４１〜１４３，２４
１；１５１，２５１〜２５３は、ピラミッド構造である
ツリー構造となって体系化される。エリアサーバ４０
０，５００に関する各燃料電池装置１４１との通信網
は、参照符６，７でそれぞれ示される。燃料電池装置の
参照符１４１〜１４３，２４１；１５１，２５１〜２５
３を総括的に参照符１４１のみで表わし、説明を簡略化
することがある。各燃料電池装置１４１〜１４３，２４
１；１５１，２５１〜２５３がそれぞれ備える燃料電池
を、同一の数字に添え字ａを付して示すことがある。

【００２３】図２は、燃料電池装置１４１の構成を示す
ブロック図である。天然ガスを主成分とする都市ガスな
どの原料ガスは、管路１１からファン１２を経て、さら
に流量制御弁１３を経て脱硫器１４に与えられ、付臭剤
中の有機いおう化合物が除去され、さらに管路１５か
ら、改質器１６に与えられる。管路１５にはまた、水蒸
気発生器１７から発生された水蒸気が流量制御弁１８を
経て供給される。水蒸気発生器は、水道水などの補給水
が水タンク１９、純水器２０およびポンプ２１を経て、
改質用水として与えられる。

【００２４】改質器１６にはバーナ２３が備えられる。
このバーナ２３には、燃焼空気が、ファン２４および流
量制御弁２５を経て供給されるとともに、追焚ガスが、
前述のファン１２から流量制御弁２６を経て供給され
る。改質器１６では、原料ガスと水蒸気とが、たとえば
５００〜８００℃に加熱され、水素濃度の高い改質ガス
に改質される。改質ガスは、ＣＯ変成器２８に導かれ、
触媒の働きによって、一酸化炭素含有量が減少させら
れ、水素含有量が高められる。ＣＯ除去器２９によっ
て、このＣＯ変成器２８からの改質ガス中の一酸化炭素
の含有量がさらに減少され、その結果、水素を主成分と
する改質ガスが、管路３１から燃料電池１４１ａの燃料
極に供給される。この管路３１にはまた、ファン３２か
ら選択酸化空気が混入される。燃料電池１４１ａの空気
極には、反応空気がファン３３から、熱交換器３４によ
って加熱されて供給される。

【００２５】燃料電池１４１ａでは、改質ガス中の水素
と反応空気中の酸素とによる電気化学的反応が生じ、発
電されて電気エネルギが得られ、水が副生する。この副
生した水は、熱交換器３４に導かれて、前述の反応空気
を加熱し、もう１つの熱交換器３５に導かれタンク１９
に供給される。燃料電池１４１ａの電池冷却水は、ポン
プ３６から与えられ、熱交換器３７に戻って循環され
る。この熱交換器３７からの温水は、ポンプ３９により
熱交換器３５に導かれ、貯湯給湯システム３８に与えら
れ、熱交換器３７に循環される。

【００２６】熱交換器３５は、バーナ２３からの排ガス
によって、温水を加熱し、排熱回収が行われる。燃料電
池１４１ａの燃料極から排出された水素を主成分とする
電池オフガスは、管路４１からバーナ２３に供給されて
燃料の一部として用いられる。電池オフガス中の水素の
流量は、管路３１から燃料電池１４１ａに供給される改
質ガス中の水素流量から、燃料電池１４１ａで消費され
る水素流量を差引いた流量を有する。

【００２７】図３は、図２に示される燃料電池装置１４
１の後述の図８に示される動作制御手段である処理回路
５７によって達成される運転制御動作を簡略化して示す
フローチャートである。燃料電池１４１ａによって発生
されるべき目標とする発電電力がステップｓ１で設定さ
れると、これによって直流電流がステップｓ２で設定さ
れ、したがって原料ガスの流量がステップｓ３で設定さ
れるとともに、反応空気の流量がステップｓ４で設定さ
れ、さらに改質器１６のバーナ２３による温度がステッ
プｓ５で設定される。原料ガスの流量の設定によって、
温度、圧力に起因した補正ｓ６が行われ、これによって
原料ガスの流量が、流量制御弁１３によってステップｓ
７で行われる。さらに原料ガスの流量に対応して水蒸気
が供給され、その水蒸気の改質用水の流量がステップｓ
８で設定され、ステップｓ９では、改質用水の流量が、
流量制御弁１８で調節される。こうして改質器１６から
は、水素を主成分とする改質ガスがステップｓ１０で発
生される。

【００２８】ステップｓ４で設定された反応空気流量
は、温度、圧力に起因した補正ｓ１１が行われ、反応空
気のファン３３からの流量を制御する流量制御弁４２に
よって反応空気の流量がステップｓ１２で調節される。
こうしてステップｓ１３では、燃料電池１４１ａから供
給される直流電流が調節され、目標値である発電電力に
ステップｓ１４で追従することになる。

【００２９】燃料電池１４１ａから管路４１に排出され
る電池オフガスは、ステップｓ１５で、バーナ２３に与
えられ、改質器１６の温度が調節され、ステップｓ１６
で目標値である改質器温度に追従する。

【００３０】ステップｓ５における改質器１６の温度設
定後、温度を低下して冷却すべきとき、ステップｓ１７
では、燃焼空気の流量制御弁２５による流量調節が行わ
れる。また改質器１６の温度を昇温すべきとき、追焚ガ
スを、流量制御弁２６を経て供給してステップｓ１８で
調節される。

【００３１】図４は、燃料電池１４１ａの酸素利用率特
性を示す図である。たとえば大気圧が低下したとき、も
しも仮に、図３のステップｓ１１，ｓ１２における反応
空気の流量調節機能が働かなければ、燃料電池１４１ａ
に供給される空気中の酸素流量が減少し、酸素利用率が
増加し、燃料電池１４１ａの反応抵抗が大きくなり、電
池電圧が低下する結果になる。

【００３２】図５は、燃料電池１４１ａの電圧電流特性
を示す図である。発電電力を予め定める一定の値に保つ
ために、電圧の低下によって、電流が増加し、その電流
の増加に応じて反応空気の流量を増加するように、図３
のステップｓ２，ｓ４，ｓ１１，ｓ１２で調節機能が働
くが、酸素流量が減少傾向にあると、電池の出力電圧
は、さらに低下する。また燃料電池１４１ａの反応抵抗
が、比較的高い場合には、電流が増加する際の、電圧低
下は顕著にあらわれる。この出力電流の増加によって、
反応空気の流量が変更されて調節されるだけでなく、原
料ガスの流量の変更も、図３のステップｓ２，ｓ３，ｓ
６，ｓ７で行われるので、燃料電池装置１４１の制御全
般に、悪影響が波及し、燃料電池装置１４１の動作が不
安定になってしまう。本発明は、大気圧の変化にかかわ
らず、このような問題を解決し、高効率な安定運転を図
る。

【００３３】図６は、センタサーバ２の電気的構成を示
すブロック図である。入力手段４６は、たとえばキーボ
ードまたはセンサなどによって実現され、その出力は、
マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路
４７に与えられる。処理回路４７にはメモリ４８が接続
されるとともに、時計手段４９が備えられる。処理回路
４７の出力は、通信手段５１に与えられて通信網３に送
信される。通信網３からの信号はまた、通信手段５１で
受信され、処理回路４７に与えられる。入力手段４６に
備えられるセンサは、たとえば原料ガスの組成を検出す
るセンサであってもよく、または反応空気の大気圧を検
出するセンサであってもよく、そのほかのセンサであっ
てもよく、情報ネットワークからのデータ情報でもよ
く、また同様な情報を操作者が、入力手段４６から入力
することもできる。

【００３４】図７は、図６の処理回路４７の動作を説明
するためのフローチャートである。ステップａ１からス
テップａ２に移り、入力手段４６による入力が行われる
ことによって、ステップａ３では、燃料電池装置１４１
〜１４３，２４１；１５１，２５１〜２５３のための制
御パラメータを変更する。制御パラメータは、メモリ４
８にストアされる。メモリ４８のパラメータファイルの
構成は、たとえば表１のとおりである。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１に示される識別番号は、燃料電池装置
１４１を識別するコードである。更新フラグは、制御パ
ラメータが更新されたとき論理「１」となり、その更新
された制御パラメータがセンタサーバ２から送信される
ことによって、論理「０」に戻る。制御パラメータは、
各燃料電池装置１４１における比率たとえば後述のＫ
ｇ，Ｋｗ，Ｋａなどの設定値、制御目標値、制御定数、
制限値、タイマによって設定される時間、関数などを含
む。アクセスパラメータは、センタサーバ２に対してエ
リアサーバ４００，５００からアクセスされるべきアク
セス日時、累積運転時間などである。アクセス日時は、
たとえば累積運転時間が予め定める１万時間経過する日
時を示す。これらの表１に示される識別番号毎の各燃料
電池装置１４１毎に、パラメータファイルが構成され
る。

【００３７】センタサーバ２に備えられるメモリ４８は
また、表２に示されるように、燃料電池装置１４１の複
数の種類１００，２００に個別的に対応して、エリアサ
ーバ４００，５００毎の燃料電池装置１４１〜１４３，
２４１；１５１，２５１〜２５３の制御パラメータをス
トアするとともに、その更新フラグをストアする。燃料
電池装置は、同一の参照符で、識別番号を示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】たとえば同型種類の識別番号１４１，１４
２，１４３；１５１を有する燃料電池装置では、更新フ
ラグが論理「１」であり、したがって図７のステップａ
４では制御パラメータがセンタサーバ２からエリアサー
バ４００，５００を経て燃料電池装置１４１〜１４３，
１５１にステップａ５で送信され、他の種類２００の燃
料電池装置２４１，２５１〜２５３に対応する更新フラ
グは論理「０」であるので、制御パラメータが送信され
ない。このように同型種類の燃料電池装置毎に制御パラ
メータファイルが作成されるので、メモリ４８のファイ
ルサイズを小さくし、制御パラメータの変更操作の簡略
化を図ることができる。

【００４０】エリアサーバ４００は、センタサーバ２に
類似する構成を有し、センタサーバ２から送信されてき
た各燃料電池装置１４１毎の制御パラメータなどを、エ
リアサーバ４００における前述のメモリ４８と同様なメ
モリ５４（図１参照）にストアする。またエリアサーバ
５００のメモリ５５には、表４に示される各燃料電池装
置１５１，２５１〜２５３毎の制御パラメータおよび更
新フラグが、センタサーバ２から送信されてストアされ
る。エリアサーバ４００は、前述の通信網３と同様な通
信網によって、各燃料電池装置１４１に接続される。エ
リアサーバ５００に関しても、エリアサーバ４００と同
様に構成される。エリアサーバ４００のメモリ５４は、
センタサーバ２から送信されてきた各燃料電池装置１４
１，１４２，１４３，２４１毎の制御パラメータと更新
フラグとが、表３に示されるようにストアされる。エリ
アサーバ５００のメモリ５３は、前述のメモリ５４と同
様に、表４に示されるように制御パラメータと更新フラ
グとがストアされる。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】図８は、燃料電池装置１４１の電気的構成
を示すブロック図である。通信網３，６を介するセンタ
サーバ２およびエリアサーバ４００からの信号は、送受
信を行う通信手段５６で受信され、マイクロコンピュー
タなどによって実現される動作制御手段としての処理回
路５７に与えられる。処理回路５７は、時計手段５８を
備え、メモリ５９が接続される。この処理回路５７は、
動作制御手段を構成し、被制御手段６１を動作制御す
る。被制御手段６１は、図２に示される流量制御弁１
３，１８，２５，２６，４２などを含む。メモリ５９に
は、１つの燃料電池装置１４１のための制御パラメータ
と更新フラグとが受信手段５６によって受信されたとお
り、ストアされる。

【００４４】図９は、燃料電池装置１４１の処理回路５
７の動作を説明するためのフローチャートである。ステ
ップｂ１からステップｂ２に移り、受信手段５６によっ
て受信された燃料電池装置１４１の制御パラメータと更
新フラグとは、メモリ５９にストアされる。ステップｂ
３において、メモリ５９にストアされた変更フラグが論
理「１」であることが判断されると、ステップｂ４で
は、新たな制御パラメータに変更して、ステップｂ５で
は、処理回路５７は、被制御手段６１の動作を制御す
る。変更フラグが論理「０」であれば、ステップｂ３か
らステップｂ６に移り、制御パラメータの変更を行わな
い。

【００４５】全ての燃料電池装置１４１に共通に供給さ
れる原料ガスの組成が変化すると、入力手段４６によっ
て、制御パラメータを変更すべき燃料電池装置１４１の
種類１００または２００を選択し、制御パラメータを、
変更すべき種類（たとえば前述の１００）のみ、制御パ
ラメータを更新し、その更新フラグを前述のように論理
「１」とする。燃料電池装置１４１またはエリアサーバ
４００，５００からのアクセスによって、センタサーバ
２の制御パラメータの更新を行う。原料ガスの組成が変
化することによって、改質器１６の改質反応が変化す
る。改質反応は、改質用水のモル数と原料ガス中の炭素
のモル数の比率Ｋｗに依存し、通常は、この比率Ｋｗ
は、たとえば３程度の値に設定されており、この比率Ｋ
ｗが小さくなり過ぎると、炭素析出が生じ、大きくなり
過ぎると水蒸気過多による効率低下が生じる。

【００４６】センタサーバ２またはエリアサーバ４０
０，５００では、この原料ガスの組成によって、現在の
比率Ｋｗが入力手段４６によって与えられ、、予め定め
る値Ｋｗ０との差がたとえば５％程度の許容限度を超え
たとき、制御パラメータの変更が必要であると判断す
る。原料ガスの組成の変化によって、改質ガス、したが
って改質ガスに含まれる水素の流量が少なくなった場
合、電池オフガス流量が少なくなり、したがって改質器
１６の温度が低下する。これと同時に燃料電池１４１ａ
の反応抵抗が大きくなり、電池電圧が低下するので、発
電電力を、予め定める目標値に一定に保つには、前述の
ように電流を増加し、また電池オフガス量が減少する。

【００４７】この改質器の温度を制御するには、原料ガ
スの流量を流量制御弁１３によって増加する必要があ
る。先行技術において、改質器１６の温度が低下した
後、原料ガスの流量を増加しようとすれば、その温度の
制御の応答速度は、燃料電池１４１ａの出力電流の増加
の応答速度よりも遅いので、一時的に改質器１６の温度
が低下する結果になる。改質器１６の温度が低下する
と、改質反応が充分進まず、改質ガス、したがって水素
発生量が少なくなり、電池オフガス量が減少する。改質
器１６の温度制御を、追焚ガスの流量制御弁２６による
流量によって行う構成でも、改質器１６から発生される
改質ガス、したがって水素の量は増加しないので、改質
器１６の温度が設定値になっても、発生される改質ガ
ス、したがって水素の量は、不足するため、燃料電池１
４１ａの反応抵抗が大きくなり電池電圧が低下する結果
になる。原料ガスの組成が変化することによって、改質
ガス、したがって水素の発生量が多くなる場合、電池オ
フガス量が多くなり、改質器１６の温度が上昇する。改
質器１６の温度制御を、燃焼空気の流量制御弁２５によ
って行う構成である場合、原料ガスが余分に供給される
ことになり、発電効率が低下し、不経済である。

【００４８】本発明は、このような前述の各問題を解決
し、センタサーバ２、したがってエリアサーバ４００，
５００において、原料ガスの組成の変化に依存して即座
に制御パラメータである比率Ｋａ，Ｋｗを変化するの
で、高効率な安定運転を図ることができる。本発明で
は、燃料ガスの組成が変化した場合、前述の比率Ｋｗを
変化するとともに、燃料電池１４１ａからの発電電力に
対する原料ガス流量の比率Ｋｇもまた変化して設定す
る。これらの比率Ｋｗ，Ｋｇを、制御パラメータとし
て、燃料電池装置１４１のメモリ５９に送信してストア
し、燃料電池１４１ａの運転制御を行う。

【００４９】大気圧、したがって反応空気の気圧が変化
した場合、反応空気の流量を、流量制御弁４２によって
変化する。このためにセンタサーバ２では、その反応空
気流量の比率Ｋａが入力手段４６によって入力されて設
定される。比率Ｋａは、予め定める大気圧における反応
空気流量に対する気圧の変化後の必要な反応空気流量の
比率である。

【００５０】本発明の実施の他の形態では、各地域毎の
エリアサーバ４００，５００における台風（低気圧）の
通過に従う気圧の変化に応じて、各地域毎の燃料電池装
置１４１からエリアサーバ４００または５００、さらに
はセンタサーバ２にアクセスして、制御パラメータを変
更するように、センタサーバ２の処理回路４７を動作さ
せるようにしてもよい。さらに本発明の実施の他の形態
では、台風（低気圧）の通過に従い、各燃料電池装置１
４１からエリアサーバ４００または５００にアクセスす
べき次回アクセス日時を時計手段４９によって処理回路
４７で設定し、制御パラメータの変更を行うようにして
もよい。こうして台風（低気圧）の通過時間、大気圧の
変化量および変化速度を考慮して、時間経過に伴い、制
御パラメータを、設定してもよい。

【００５１】図１０は、燃料電池装置１４１の処理回路
５７の他の動作を説明するためのフローチャートであ
る。ステップｃ１からステップｃ２に移り、燃料電池装
置１４１に備えられている時計手段５８によってその燃
料電池１４１ａの運転時間Ｗを計測する。この累積運転
時間Ｗが、予め定める運転累積時間Ｗ１以上であること
が、ステップｃ３で判断されると（Ｗ１≦Ｗ）、処理回
路５７は、通信手段５６によってエリアサーバ４００を
アクセスし、これによってエリアサーバ４００は、セン
タサーバ２をアクセスして燃料電池装置１４１のための
制御パラメータを変更する。こうして燃料電池１４１ａ
の運転時間が経過するに従って、電池性能および改質器
１６の原料ガスの改質性能が時間経過に伴って変化し、
このような経年変化に対応して、制御パラメータが変化
されるので、長期間にわたって燃料電池装置１４１が最
適条件から外れたままになる恐れがない。累積運転時間
が前述の予め定める時間Ｗ１経過するたびに、前述の比
率Ｋｇ，Ｋｗ，Ｋａなどたとえば改質器温度設定関数Ｆ
₁が変更されてセンタサーバ２で設定されて更新される
ことになる。

【００５２】本発明の実施の他の形態では、センタサー
バ２に備えられる処理回路４７の時計手段４９によっ
て、前述の累積運転時間を計測するようにし、この累積
運転時間Ｗが予め定める累積運転時間Ｗ１以上になった
とき、制御パラメータを自動的に更新するようにしても
よい。このことはエリアサーバ４００，５００に関して
も同様である。

【００５３】本発明の実施の他の形態では、センタサー
バ２が省略されてもよく、さらに他の実施の形態では、
エリアサーバ４００または５００の下層に、さらに追加
的にエリアサーバが備えられてピラミッド構造を多層化
して構成してもよい。

【００５４】本発明は、燃料電池装置に関連して実施さ
れるだけでなく、そのほか、都市ガスなどの燃料ガスを
用いるガスエンジンのように、燃料ガスの組成および大
気圧の影響を受けるガス機器システムに関連して実施さ
れてもよい。ガスエンジンは、たとえば発電のために用
いられ、またガス機器システムに関連して実施される。
ガスエンジンは、発電のために用いられ、あるいはまた
ガスエンジンによって駆動される圧縮機を含む空気調和
装置であるガスヒートポンプ（略称ＧＨＰ）に関連して
実施される構成を有してもよい。さらに本発明は、ガス
機器システムだけでなく、そのほかの広範囲の負荷に関
連して実施することができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、サーバから、燃料電池
の動作状態を制御する制御パラメータを送信し、このサ
ーバからの制御パラメータの信号を、燃料電池の受信手
段で受信し、動作制御手段は、この受信された制御パラ
メータに従って、燃料電池の動作制御を達成する。サー
バでは、原料ガスの組成が変化したとき、反応空気の気
圧が台風あるいは低気圧の通過などによって変化したと
きおよび燃料電池の累積運転時間が長く、経年変化が生
じたとき、このサーバの制御パラメータの設定値を変更
することによって、１または複数の燃料電池の動作の制
御を変更することができる。こうして燃料電池を、高効
率な安定運転の維持が容易に可能になる。たとえば多数
の各家庭毎に燃料電池が設置されているとき、各燃料電
池毎に動作の制御、高効率な安定運転が行われるよう
に、制御することは、各種のセンサを各燃料電池毎に備
えなければならず、原価の低減に劣り、したがって現実
には、そのような各種のセンサが燃料電池毎には備えら
れておらず、その結果、高効率かつ安定運転が維持され
ていない。本発明は、複数の各燃料電池毎の最適な制御
パラメータをサーバから送信して各燃料電池の動作制御
を行うようにしたので、全ての各燃料電池が高効率で安
定に運転されることが、常に可能になるとともに、各燃
料電池毎に前述の各種のセンサを設ける必要がないの
で、コストアップになるということはない。

【００５６】本発明によれば、原料ガスの組成が変化し
たとき、反応空気の圧力が変化したときおよび累積運転
時間が長くなったとき、原料ガス、水蒸気などの改質用
水および反応空気の流量が変更されるように、サーバに
おける制御パラメータを設定する。したがって各燃料電
池毎に、原料ガスの組成を検出するセンサ、反応空気の
気圧を検出するセンサなどを必要とせず、また燃料電池
のメンテナンスのための点検間隔が長期になって燃料電
池が高効率のための最適条件から外れた状態で運転され
たままになるという恐れはない。

【００５７】本発明によれば、制御パラメータは、燃料
電池の構成に関する複数の各種類毎に設定される。した
がってサーバでは、たとえば同型種類の燃料電池毎に共
通な制御パラメータを作成して設定すればよく、これに
よってサーバに備えられたメモリのファイルサイズを小
さくすることができ、制御パラメータの変更操作の効率
化を図ることができる。

【００５８】本発明によれば、１つのセンタサーバに複
数のエリアサーバが接続され、言わばピラミッド構造と
し、したがって制御パラメータの変更にあたっては、セ
ンタサーバの制御パラメータを先ず変更し、これによっ
て複数の各エリアサーバのうち、制御パラメータの変更
を必要とするエリアサーバのみが、その制御パラメータ
の変更の必要性を認識して、各エリアサーバに接続され
る複数の燃料電池毎の制御パラメータを受信して運転制
御されることが可能になる。このようなピラミッド構造
によって、複数の燃料電池の制御パラメータの変更、設
定が短時間で容易に可能になる。

【００５９】本発明によれば、各燃料電池毎の累積運転
時間は、サーバで計測されるように構成してもよいが、
燃料電池に個別的に設けられている動作制御手段で累積
運転時間の計測を行い、その計測した累積運転時間が予
め定める時間Ｗ１以上になったとき、動作制御手段がサ
ーバをアクセスして、サーバから、新たに設定して変更
される制御パラメータを受信するようにしてもよい。こ
うして燃料電池の経年変化にかかわらず、高効率な安定
運転を図ることができる。

【００６０】本発明によれば、燃料電池だけでなく、燃
料ガスを用いる内燃機関であるガスエンジンなどの負荷
に関しても本発明が実施されることができ、このように
燃料の組成および大気圧の影響を受けて動作する負荷、
たとえばガス機器システムなどに関連しても、本発明が
実施される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】燃料電池装置１４１の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】図２に示される燃料電池装置１４１の運転制御
動作を簡略化して示すフローチャートである。

【図４】燃料電池１４１ａの酸素利用率特性を示す図で
ある。

【図５】燃料電池１４１ａの電圧電流特性を示す図であ
る。

【図６】センタサーバ２の電気的構成を示すブロック図
である。

【図７】図６の処理回路４７の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図８】燃料電池装置１４１の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】燃料電池装置１４１の処理回路５７の動作を説
明するためのフローチャートである。

【図１０】燃料電池装置１４１の処理回路５７の他の動
作を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ センタサーバ ３，６，７ 通信網 １６ 改質器 １７ 水蒸気発生器 ２８ ＣＯ変成器 ４６ 入力手段 ４７ 処理回路 ４８ メモリ ４９ 時計手段 ５６ 通信手段 ５７ 処理回路 ５８ 時計手段 ５９ メモリ ６１ 被制御手段 ４００，５００ エリアサーバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井出 康弘 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 BA16 BA17 CC06 DD06 KK01 KK31 MM01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の動作状態を制御する制御パラ
   メータを変更可能に設定して送信するサーバと、 サーバからの制御パラメータを受信する受信手段と、 受信手段によって受信された制御パラメータに対応する
   燃料電池の動作を行う動作制御手段とを含むことを特徴
   とする燃料電池の制御装置。
2. 【請求項２】 サーバは、 燃料電池に供給される原料ガスの組成が変化したとき、 燃料電池の原料ガスの流量と、水素濃度の高い改質ガス
   を得るための改質用水の流量とを変更する制御パラメー
   タを設定することを特徴とする請求項１記載の燃料電池
   の制御装置。
3. 【請求項３】 サーバは、 燃料電池に供給される反応空気の圧力が変化したとき、 その反応空気の流量を変更する制御パラメータを設定す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池の
   制御装置。
4. 【請求項４】 サーバは、 燃料電池の累積運転時間の経過に伴って、水素濃度の高
   い改質ガスを得るため燃料電池の原料ガスの流量と、改
   質用水の流量および反応空気の流量とを変更する制御パ
   ラメータを設定することを特徴とする請求項１〜３のう
   ちの１つに記載の燃料電池の制御装置。
5. 【請求項５】 サーバの制御パラメータは、 燃料電池の構成に関する複数の各種類毎に、設定される
   ことを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載の燃
   料電池の制御装置。
6. 【請求項６】 サーバは、 燃料電池が設置される複数の各地域毎に、各地域の燃料
   電池の制御パラメータを設定して前記受信手段に送信す
   る複数のエリアサーバと、 エリアサーバに共通に接続され、全ての地域の燃料電池
   の制御パラメータを設定して、各エリアサーバに送信す
   るセンタサーバとを含むことを特徴とする請求項１〜５
   のうちの１つに記載の燃料電池の制御装置。
7. 【請求項７】 各燃料電池毎の前記累積運転時間は、サ
   ーバによって計測され、予め定める累積運転時間Ｗ１以
   上になったとき、制御パラメータを変更することを特徴
   とする請求項１〜６のうちの１つに記載の燃料電池の制
   御装置。
8. 【請求項８】 各燃料電池毎の前記累積運転時間は、前
   記動作制御手段によって計測され、予め定める累積運転
   時間Ｗ１以上になったとき、 前記動作制御手段は、制御パラメータを変更するために
   サーバにアクセスし、 サーバは、前記動作制御手段からのアクセスによって、
   制御パラメータを変更することを特徴とする請求項４記
   載の燃料電池の制御装置。
9. 【請求項９】 負荷の動作状態を制御する制御パラメー
   タを変更可能に設定して送信するサーバと、 サーバからの制御パラメータを受信する受信手段と、 受信手段によって受信された制御パラメータに対応する
   負荷の動作を行う動作制御手段とを含むことを特徴とす
   る燃料電池の制御装置。