JP2006032262A - Fuel cell system and control method - Google Patents

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Yasuharu Kawabata
Hisataka Yakabe
端 康 晴 川
久 孝 矢加部
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Tokyo Gas Co Ltd
東京瓦斯株式会社
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    • Y02E60/525Solid Oxide Fuel Cells [SOFC]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system and its control method allowing output to be varied while keeping a thermal self-supporting operation state of a high-temperature operation type fuel cell, and capable of coping with a low-output operation and a high-output operation or repetition thereof. <P>SOLUTION: This fuel cell system includes: the high-temperature operation type fuel cell 1; a fuel cell operation state determination means 2 for determining the operation state of the fuel cell; an output control means 3 for controlling the output from the fuel cell; a fuel supply amount control means 5 for controlling a fuel supply amount; an oxidizer supply amount control means 7 for controlling an oxidizer supply amount; and a fuel cell control means 8. Any of the output control means 3, the fuel supply amount control means 5 and the oxidizer supply amount control means 7 is controlled based on a parameter representing the operation state of the fuel cell 1 (for instance, the temperature of the fuel cell) and a previously stored characteristic. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば固体酸化物燃料電池(SOFC)や溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)の様な高温作動型燃料電池を備えたシステムに関する。 The present invention relates to a system having a high temperature working fuel cell, such as solid oxide fuel cells (SOFC) and molten carbonate fuel cell (MCFC). より詳細には、本発明は、係る高温作動型燃料電池システムにおける出力制御技術に関する。 More particularly, the present invention relates to an output control technology in high temperature working fuel cell system according.

例えば、固体酸化物燃料電池(SOFC)や溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)の様な高温作動型燃料電池では、メタン(CH4)の様な炭化水素系燃料を改質して燃料ガス(水素ガス)を生成して利用している。 For example, in the hot working fuel cell, such as solid oxide fuel cells (SOFC) and molten carbonate fuel cell (MCFC), methane (CH4) of such hydrocarbon-based fuel reforming fuel gas (hydrogen is utilized to generate the gas). そして、SOFCでは600〜1000℃以上、MCFCでは約500℃〜900℃以上の高温で作動させる。 Then, in the SOFC 600 to 1000 ° C. or higher, is operated at a MCFC at about 500 ° C. to 900 ° C. or more high temperature.

そのような高温作動型燃料電池では、供給された燃料の全てが電池内での発電に利用されることはなく、定格運転時でも60〜80%程度の燃料が発電に用いられ、残りの20〜40%程度は未反応燃料として燃料電池外に排出される。 In such high temperature operation type fuel cell, not that all of the supplied fuel is used for power generation in the battery, the fuel in the 60 to 80% at the time of rated operation is used for power generation, the remaining 20 about 40% is discharged to the outside of the fuel cell as the unreacted fuel. 未反応燃料はオフガス燃焼室等で燃焼し、その発生熱の一部は燃料電池システムの高温維持に利用される。 Unreacted fuel is burned in the off-gas combustion chamber, etc., part of the generated heat is utilized to a high temperature maintenance of the fuel cell system. また、燃料電池内においても、発電時に内部発熱が生じ、その熱によっても燃料電池システムは高温維持される。 Also in the fuel cell, the internal heat generation occurs, the fuel cell system by the heat is high temperature maintained during power generation.
ここで、供給燃料の発熱量に対する、燃料電池の発電反応に相当する熱量(燃料電池の発電電力に相当する熱量と、燃料電池における発熱に相当する熱量の和)の比は、一般に燃料利用率と呼ばれる。 Here, to the heating value of the fuel supply, the ratio of the amount of heat corresponding to the power generation reaction in the fuel cell (sum of the amount of heat corresponding to the generated power of the fuel cell, the amount of heat corresponding to the heat generation in the fuel cell) is generally the fuel utilization ratio It called the.

燃料供給量が同じ場合でも、燃料利用率が異なると電池における発熱とオフガス燃焼による発熱のバランスが大きく変化する。 Even if the fuel supply amount is the same, the balance of the heat generated by the heat generation and the off gas combustion fuel utilization in different the battery greatly changes. 例えば燃料供給量を定格運転時と同じままで燃料利用率を下げることで、燃料電池の出力を低下させることは可能であるが、その場合には電池内での内部発熱が減少し、電池温度が低下する。 For example the fuel supply amount by reducing the fuel utilization rate remains the same as the rated operation, it is possible to reduce the output of the fuel cell, in which case the internal heat generation reduction in the battery, the battery temperature There is reduced. その一方で、オフガス燃焼する燃料量が増加するため、オフガス部の温度は高温化する。 On the other hand, since the amount of fuel to off-gas combustion increases, the temperature of the off-gas portion is high temperature.
しかし、オフガス燃焼部の熱が、必ずしも電池部分に効率よく伝わるとは限らず、その場合には電池温度が低下し、結果的に熱自立運転が困難となってしまう場合もある。 However, the heat of the off-gas combustion unit is not necessarily limited to efficiently transferred to the cell portion, it reduces the battery temperature in the case, resulting in some cases heat isolated operation becomes difficult.

また燃料同様、燃料電池に供給する酸化剤中の酸素(MCFCの場合は二酸化炭素も含む)も、その全てが発電に利用されるわけではなく、一般に20〜40%程度が利用される。 Similarly the fuel, the oxygen in the oxidizer supplied to the fuel cell (in the case of MCFC including carbon dioxide) is also not all of which are used for power generation, generally about 20-40% is used. ここで、この様な酸化剤を利用する割合は、酸化剤利用率と呼ばれる。 The ratio of use of such oxidizing agents are referred to as oxidizing agent utilization.

燃料電池の構成材料が、急激な温度変化や、常温と電池作動温度間の頻繁な熱サイクルによる耐久性を持たないこと、更に高温の作動温度まで燃料電池システムを昇温させるために費やすエネルギが大きく、作動温度に達するまでに長時間を要することから、これらの高温作動方燃料電池は、発電出力を一定に保ち、且つ電池内部の熱バランスを保つことで、燃料電池システムの温度を一定に維持しながら運転する(熱自立運転)のが一般的である。 The material of the fuel cell, rapid change of temperature and, having no durability due to frequent thermal cycling between room temperature and the cell operating temperature, the energy spent in order to further raise the temperature of the fuel cell system to the operating temperature of the high temperature large, it takes a long time to reach operating temperature, these hot working side fuel cell to keep the power output constant, and to keep the heat balance within the battery, the temperature of the fuel cell system constant driving while maintaining the (thermally self operation) are common.

高温作動型燃料電池では、発電出力を変化させることによって電池内部の熱バランスが崩れ、電池システムの温度が変化して電池が破損するため、熱自立の制御をすることなく、発電出力を変化させることは好ましくない。 The hot working fuel cell, collapses heat balance in the battery by varying the power output, since the battery is damaged by changes in temperature of the battery system without the control of the thermally self, to vary the power output it is not preferable.
仮に燃料電池の熱サイクル耐久性が向上したとしても、停止している高温作動型燃料電池を作動させるまでには長時間を要し、大量のエネルギを消費することには変わりがないため、夜間などの負荷が低い時に燃料電池を停止させ、負荷が増加する前(例えば朝)に燃料電池を起動しても、全負荷運転に至るまでに長時間を要してしまうので、その様な場合においては、高温作動型燃料電池により電力需要等に応えることが出来ない。 Even if the improved thermal cycle durability of the fuel cell, it takes a long time until operating the high temperature working fuel cell has stopped, since no changes are to consume large amounts of energy during the night the fuel cell is stopped when the load is low, such as, even when starting the fuel cell before (e.g. morning) the load increases, so it takes a long time until the full load operation, if such a in, it can not meet the power demand or the like by hot working fuel cell.

需要の低い時間帯も含めて常時全負荷運転をすることが、燃料電池の性能や耐久性維持上は最も好ましいが、その場合には需要の低い時間帯での余剰発電出力は全て無駄となってしまう。 Be a full load operation at all times, including periods of low demand, the fuel cell performance and durability on sustain the most preferred, is all the excess power output at periods of low demand when the waste and will. 以上のことから、従来の高温作動型燃料電池は、家庭や事務所等の様に、昼間と夜間の負荷変動が大きな施設における需要に適用させることが困難である。 From the above, the conventional hot working fuel cell, as a house or office, it is difficult to load variation during the day and night are to be applied to the demand in large facilities.

これに対して、高温作動型燃料電池の出力制御方法として、燃料供給量を変化させて発電出力を変更させる際に、電池の反応温度Tが900〜1050℃の範囲において、T −10≦T≦T +10(T は発電出力変更前の電池反応温度[℃])を満たすように、酸化剤供給量及び供給酸化剤の温度の一方又は双方を制御する運転方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。 In contrast, as the output control method for high-temperature operation type fuel cell, when changing the power output by changing the fuel supply amount in the range the reaction temperature T is 900 to 1050 ° C. the cells, T 0 -10 ≦ T ≦ T 0 +10 (T 0 is battery reaction temperature before the power output changes [° C.]) to satisfy the operating method of controlling one or both of the temperature of the oxidation agent supply amount and supply oxidizing agent has been proposed (for example, see Patent Document 1).

また、SOFCに代表される高温作動型燃料電池に、レドックスフロー電池などの蓄電システムを直流接続しておき、両者を最適運転する最適化運転システムの指令に応じて、需要の低い時間帯での余剰発電出力を蓄電し、昼間などの負荷の高い時間帯に放電して利用することで、燃料電池を常に定格レベルで運転したままで負荷変動に対応可能とする方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。 Further, the hot working fuel cell typified by a SOFC, the power storage system such as a redox flow battery leave DC connection in response to a command of the optimization operation system for optimal operation of both, in the low demand time periods and power storage surplus power output, by using discharged high period during the like daytime, a method of always fuel cell and can cope with load change while operating at rated level has been proposed (e.g. see Patent Document 2).

上述した「酸化剤供給量及び供給酸化剤の温度の一方を制御する運転方法」(特許文献1)では、熱自立を維持した出力制御は可能と考えられるが、一定制御させる電池の反応温度が890℃〜1060℃という高温である上に、制御可能な温度幅が狭い。 In the above-described "method of operation for controlling one of temperature of the oxidant supply amount and the supply oxidizing agent" (Patent Document 1), an output control of maintaining the thermally self is considered possible, the reaction temperature of the battery to be constant controlled on that 890 ℃ ~1060 ℃ at a high temperature, controllable temperature range is narrow. 従って、発電出力は制御できても、電池の反応温度範囲を維持するのに多量のエネルギを要し、省エネルギ性が低下してしまう、という問題を有している。 Therefore, even if the power generation output can be controlled, it takes a large amount of energy to maintain the reaction temperature range of the battery, energy saving property is a problem that, decreases.

例えば、SOFC発電システムでは、電池材料や製造技術等の発展に伴い、反応温度が600〜800℃程度でも高効率で熱自立運転が可能な燃料電池システムが開発されつつある。 For example, in the SOFC power generation system, with the development of such battery materials and manufacturing techniques, the fuel cell system capable of thermal self-sustained operation is being developed in high efficiency at about reaction temperature 600 to 800 ° C.. これらの電池システムは当然700〜1100℃程度の高温でも作動可能であるが、600〜800℃程度の温度域で熱自立運転させた方が、700〜1100℃程度の高温域で運転させるよりも、電池システムの温度維持に要するエネルギ量を大幅に低減できるために高効率であるばかりでなく、金属材料等の安価な材料を利用できるという利点がある。 These battery systems can also be operated in course 700 to 1100 ° C. of about hot, who was thermally self-sustained operation in a temperature range of about 600 to 800 ° C. is than be operated in a high temperature range of about 700 to 1100 ° C. not only a high efficiency to be greatly reduced the amount of energy required for temperature maintenance of the battery system, can be advantageously utilized inexpensive material such as a metal material. そして、本来、低い温度で燃料電池を制御したほうが省エネルギとなる。 And, naturally, better to control the fuel cell at a low temperature is energy saving.
しかし、上述した従来技術(例えば、特許文献1)での制御範囲(890℃〜1060℃)では、上記のような600〜800℃程度の温度域で熱自立運転可能な電池システムには対応することができない。 However, the above-mentioned prior art (e.g., Patent Document 1), the control range at (890 ℃ ~1060 ℃), corresponding to the thermally self-sustained operation possible cell system in a temperature range of about 600 to 800 ° C., as described above it can not be.

SOFCやMCFCなどの高温作動型燃料電池の電池構成材料は、電池反応温度の変化幅(熱サイクル幅)が狭いほど、また変化サイクルの回数(熱サイクル頻度)が低いほど、熱サイクルに対する耐久性が高い。 Battery constituent materials of the high temperature working fuel cell, such as a SOFC or MCFC, the more the change width of the cell reaction temperature (thermal cycle width) is narrow, and as the number of changes cycle (thermal cycle frequency) is low, the durability against heat cycle It is high.
また同じ熱サイクル幅であっても、電池の完全停止と定格運転を繰り返す際に想定される20℃(常温)〜600℃間以上の温度範囲での常温・高温熱サイクルと、熱自立限界までの低出力運転と定格運転を繰り返す際に想定される500℃〜1000℃程度の高温域のサイクルとを比較すると、後者の方(500℃〜1000℃程度)が熱サイクルに対する耐久性が高い。 Also even with the same thermal cycle width, and normal temperature and high temperature thermal cycles in complete stop and 20 ° C. (room temperature) for more than to 600 ° C. in a temperature range that is assumed when repeating the rated operation of the battery, to thermally self limit of comparing the low power operation and the cycle of the high-temperature range of 500 ° C. approximately to 1000 ° C. which is assumed when repeating the rated operation, the latter (500 ° C. to 1000 ° C. or so) has a higher resistance to thermal cycling. 従って、熱自立限界の低出力運転の温度レベルを500℃〜700℃とすることで、熱サイクル耐久性を確保した広範囲な出力制御が可能となる。 Accordingly, the temperature level of the low power operation of the thermally self limitations With 500 ° C. to 700 ° C., thereby enabling extensive power control which ensures the thermal cycle durability.

しかし、制御する温度範囲が狭い上述の従来技術(例えば特許文献1)では、このような広範囲(500℃〜700℃)の温度域に対応する出力制御を行うことが出来ない。 However, the control temperature range is narrow above-described related art (for example, Patent Document 1), can not be controlling the output corresponding to the temperature range of such a wide range (500 ° C. to 700 ° C.). このため、上述の従来技術(例えば特許文献1)では、一般的な職場や事務所等(休日や夜間に殆ど電力需要が無い施設)の様に、広範囲な負荷変動(需要変動)を生じる施設に対して、好適な出力制御運転を実現することが出来ない。 Therefore, as described above in the prior art in (for example, Patent Document 1), the general workplace and offices (holiday or most power demanding no facility at night), produces a wide range of load variation (fluctuation demand) Facilities respect, it is impossible to realize a suitable output control operation.

さらに、燃料供給手段により燃料供給量を発電に応じて調整し、続いて電池の反応温度が一定となるように酸化剤供給量及び/又は酸化剤温度の一方又は双方を制御するという従来技術(例えば、特許文献1)では、酸化剤供給量の変化や酸化剤温度変化の応答性が遅いため、燃料供給量の増減時に電池での燃料と酸化剤の濃度バランスが容易に崩れてしまう。 Further, the fuel supply amount adjusted according to the power generation by the fuel supply means, followed oxidant supply amount so that the reaction temperature of the battery becomes constant and / or oxidant prior art of controlling one or both of the temperature ( for example, Patent Document 1), since the slow response of the change and the oxidant temperature change of the oxidizing agent supply amount, density balance of the fuel and oxidant in the battery when increasing or decreasing the fuel supply amount resulting in easily collapse.
そして、燃料電池での燃料と酸化剤の濃度バランスが崩れてしまうと、燃料枯れ(供給酸素に比べ供給燃料量が少なくなると、余剰の酸素が燃料極内に入り込み、酸素と燃料極が反応して燃料極に損傷を与えてしまう現象)や酸素枯れ(供給燃料量に比べ供給酸素が少なくなると、余剰の燃料が酸化剤極内に入り込み、燃料と酸化剤極が反応して、酸化剤極に損傷を与えてしまう現象)を誘発しやすく、これらの現象によって電池が破損してしまう。 When the density balance of the fuel and oxidant in the fuel cell is lost, the amount of fuel supply is reduced compared to fuel withers (supply oxygen, excess oxygen enters the fuel electrode, the oxygen and the fuel electrode react damage the fuel electrode becomes phenomenon) and oxygen dead Te (the supply of oxygen is less than the fuel supply amount, excess fuel enters the oxidizer electrode, the fuel and the oxidizer electrode is reacted, oxidant electrode easy to induce a given result phenomenon) damage, the battery by these phenomena being damaged to.

燃料電池単体と蓄電システムを直流接続した従来のシステム(例えば、特許文献2)では、制御方法に関して具体的な開示が為されていない。 Conventional systems that the fuel cell units and the power storage system and the DC connection (e.g., Patent Document 2), the specific disclosure is not made regarding control method.
また、燃料電池は、出力が低下しても効率は向上するため、余剰電力が発生する場合には、出力を熱自立限界まで低下させ、その上で余剰電力が生じる場合には蓄電システムに蓄電した方が効率は良いが、こうした電池の出力と蓄電の双方に対する制御に関しては、従来技術(特許文献2)では提案されていない。 Further, fuel cells, the output is improved efficiency also decreases, when the surplus power occurs, the power storage output is reduced to thermally self limit, the power storage system in the case of excess power on the results Although who were efficiency good, with respect to control for both the electric power storage and output of such batteries, the prior art has not been proposed (Patent Document 2).

また、前記ハイブリッドシステム(例えば、特許文献2)では、ハイブリッド電源を定格レベルに保って運転するため、需要が低い時間帯には余剰電力が多量に発生する。 Also, the hybrid system (e.g., Patent Document 2) in order to operate while maintaining the hybrid power supply in the rated level, demand surplus power is a large amount occurs in the peak hours. しかし、係る余剰電量を蓄電するだけの(対応しうる)容量の蓄電システムは、設備が大型化してしまうという問題を抱えている。 However, the power storage system only (can correspond) capacity power storage surplus coulometric according suffer the problem of equipment increases in size.
特開2003−115315号公報 JP 2003-115315 JP 特開2003−123778号公報 JP 2003-123778 JP

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、高温作動型燃料電池の熱自立運転状態を維持しつつ、出力を変動することが可能であり、低出力運転と高出力運転或いはその繰返しに対処することが出来る燃料電池システムおよび制御方法の提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the problems of the prior art described above, while maintaining a thermally self-sustained operation state of the high temperature working fuel cell, it is possible to vary the output, low power operation and high it is intended to provide a power operation or the fuel cell system and a control method capable of dealing with the repetition.

本発明の燃料電池システムは、高温作動型燃料電池(1)と、該燃料電池(1)の運転状態(例えば燃料電池1の温度)を判定する燃料電池運転状態判定手段(電池監視装置2)と、当該燃料電池からの出力制御する出力制御手段(例えば、電流密度制御手段或いはパワーコンディショナー3)と、燃料電池(1)に燃料を供給する燃料供給系統(4)に介装され燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段(燃料調整バルブ5)と、燃料電池(1)に酸化剤を供給する酸化剤供給系統(6)に介装され酸化剤供給量を制御する酸化剤供給量制御手段(酸化剤調整バルブ7)と、燃料電池制御手段(8)とを有し、該燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力と燃料供給量と酸化剤供給量と燃料電池(1)の運転状態を示すパラメータ The fuel cell system of the present invention, the high temperature working fuel cell (1), the fuel cell operating state determining means for determining an operating state of the fuel cell (1) (e.g., the temperature of the fuel cell 1) (battery monitoring device 2) When the output control unit for outputting control from the fuel cell (e.g., current density control means or the power conditioner 3) and the fuel supply system (4) is interposed in the fuel supply amount supplied fuel to the fuel cell (1) controlling the fuel supply amount control means (fuel control valve 5), the fuel cell (1) is interposed oxidant supply system (6) for supplying an oxygen-containing oxidizing agent supply amount control for controlling the oxidizing agent supply amount means a (oxidizer control valve 7), and a fuel cell control means (8), the fuel cell control means (8) is output and the fuel supply amount and an oxidizing agent supply amount of the fuel cell (1) and fuel parameter indicating the operating state of the battery (1) 例えば、燃料電池1の温度)との特性(例えば、マップ、特性曲線など)が記憶されており、燃料電池(1)の運転状態を示すパラメータ(例えば、燃料電池1の温度)及び記憶されている前記特性(例えば、マップ、特性曲線など)に基づいて前記出力制御手段(例えば、電流密度制御手段或いはパワーコンディショナー3)、燃料供給量制御手段(燃料調整バルブ5)、酸化剤供給量制御手段(酸化剤調整バルブ7)の何れかを制御する様に構成されていることを特徴としている(請求項1)。 For example, the characteristics of the temperature) of the fuel cell 1 (e.g., maps, characteristic curves, etc.) are stored, parameters indicating the operation state of the fuel cell (1) (e.g., the temperature of the fuel cell 1) and stored the properties (e.g., maps, characteristic curves, etc.) the output control unit on the basis of (e.g., current density control means or the power conditioner 3), the fuel supply amount control means (fuel control valve 5), the oxidant supply amount control means are It is characterized by being configured so as to control one of (oxidizer control valve 7) (claim 1).

ここで、前記燃料電池運転状態判定手段(電池監視装置2)は、燃料電池(1)の反応温度等を計測して、熱自立運転状態を判定する様に構成されているのが好ましい。 Here, the fuel cell operating condition determining means (battery monitoring apparatus 2) is to measure the reaction temperature of the fuel cell (1), preferably configured so as to determine a thermally self-sustained operation state.
そして、燃料電池(1)の熱自立運転状態を示すパラメータを計測する手段として、例えば、燃料電池(1)の反応温度を計測する温度計測手段を設けているのが好ましい。 Then, as a means for measuring a parameter indicating a thermally self-sustained operation state of the fuel cell (1), for example, preferably it is provided with a temperature measuring means for measuring a reaction temperature of the fuel cell (1).

本発明において、燃料電池(1)の出力側に蓄電装置(例えば、2次電池又はキャパシタ10)が接続されている(請求項2)。 In the present invention, the power storage device on the output side of the fuel cell (1) (e.g., secondary battery or capacitor 10) is connected (claim 2).
ここで、蓄電装置(例えば、2次電池又はキャパシタ10)は、例えば、前記電流密度制御手段(パワーコンディショナー3)における燃料電池(1)の直流出力部(3o)に接続されているのが好ましい。 Here, the power storage device (e.g., secondary battery or capacitor 10) is preferably, for example, is connected to the current density control means DC output of the fuel cell (1) in the (power conditioner 3) (3o) .

そして、前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を減少させる際に、燃料電池(1)から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、そして、燃料電池(1)の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる制御を行う様に構成されている(請求項3:図3参照)。 Then, the fuel cell control means (8), in reducing the output of the fuel cell (1), the current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell (1) is reduced to an amount corresponding to the target output and it is configured so as to perform the control for reducing the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell (1) (claim 3: see FIG. 3).
また、(請求項3の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を減少させるに際して、先ず、燃料電池(1)から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させる工程と、燃料電池(1)の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる工程とを有している(請求項14:図3参照)。 In addition, according to (claim for controlling the fuel cell system of claim 3) control method of the present invention, when reducing the output of the fuel cell (1), first, the current density and / or fuel obtained from the fuel cell (1) and utilization comprises a step of reducing to an amount corresponding to the target output, and a step of reducing the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell (1) (claim 14: see FIG. 3).

或いは、前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を減少させる際に、燃料電池(1)から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した数値まで減少させ、燃料電池(1)の熱自立運転限界に対応する数値まで燃料供給量を減少させ、更に、減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応した量まで酸化剤供給量を減少するように構成されている(請求項4:図4参照)。 Alternatively, the fuel cell control means (8), in reducing the output of the fuel cell (1), to reduce the current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell (1) to a value corresponding to the target output , to a value corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell (1) decreasing the fuel supply amount, further configured to reduce the oxidizing agent supply amount to an amount corresponding to the thermally self-sustained operation in the fuel supply flow rate reduced is (claims 4: see Figure 4).
そして、(請求項4の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を減少させるに際して、最初に燃料電池(1)から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した数値まで減少させる工程と、次に燃料電池(1)の熱自立運転限界に対応する数値まで燃料供給量を減少させる工程と、続いて減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応した量まで酸化剤供給量を減少する工程、とを有している(請求項15:図4参照)。 Then, (for controlling the fuel cell system according to claim 4) According to the control method of the present invention, when reducing the output of the fuel cell (1), first obtained from the fuel cell (1) current density and / or fuel a step of reducing the utilization rate to a value corresponding to the target output, the step of reducing the fuel supply amount to a value which will be corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell (1), in subsequently the fuel supply amount is reduced the step of reducing the oxidizing agent supply amount to an amount corresponding to the thermal self-sustained operation, and a city (claim 15; see FIG. 4).

前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を減少させる際に、燃料電池(1)の電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、そして、燃料電池(1)の熱自立運転限界に相当する量まで燃料供給量及び酸化剤供給量を減少させる制御を行うように構成されている(請求項5:図5)。 The fuel cell control means (8), in reducing the output of the fuel cell (1), the current density and / or fuel utilization ratio of the fuel cell (1) is reduced to an amount corresponding to the target output, and, It is configured to perform control for reducing the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount to an amount corresponding to the heat isolated operation limit of the fuel cell (1) (claim 5: Figure 5).
そして、(請求項5の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を減少させるに際して、最初に燃料電池(1)の電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させる工程と、続いて燃料電池(1)の熱自立運転限界に相当する量まで燃料供給量及び酸化剤供給量を減少させる工程とを有している(請求項16:図5)。 Then, (for controlling the fuel cell system according to claim 5) According to the control method of the present invention, when reducing the output of the fuel cell (1), first current density and / or fuel utilization in the fuel cell (1) It has a step of reducing the rate to a level corresponding to the target output, followed by a step of reducing the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount to an amount corresponding to the heat isolated operation limit of the fuel cell (1) ( claim 16: 5).

前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を減少させる際に、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性(例えば、マップ、特性曲線など)に従って(例えば同時に)減少せしめる制御を行うように構成されている(請求項6:図6)。 The fuel cell control means (8), in reducing the output of the fuel cell (1), and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidizing agent supply amount, the stored characteristics ( for example, maps, and (e.g. simultaneously) configured to perform reduction allowed to control in accordance with the characteristic curve, etc.) (claim 6: Figure 6).
そして、(請求項6の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を減少させるに際して、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性(例えば、マップ、特性曲線など)に従って(例えば同時に)減少せしめる工程を有している(請求項17:図6)。 Then, a (Invention for controlling the fuel cell system of claim 6) control method of the present invention, when reducing the output of the fuel cell (1), and the current density and / or fuel utilization ratio, the fuel supply quantity, an oxidant supply, the stored characteristic (e.g., maps, characteristic curves, etc.) in accordance with (e.g., simultaneously) has a reduced allowed to process (claim 17: 6).

また、前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を増大させる際に、目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量し、そして、目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率とせしめる制御を行うように構成されている(請求項7:図7参照)。 Further, the fuel cell control means (8), in increasing the output of the fuel cell (1), the current density by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output to increase the fuel, and, in accordance with the target output It is configured to perform control allowed to a and / or fuel utilization rate (claim 7: see FIG. 7).
(請求項7の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を増大させるに際して、先ず目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量する工程と、続いて目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率とせしめる工程、とを有している(請求項18:図7参照)。 (Invention for controlling the fuel cell system of claim 7) The method of the present invention, the step of increasing the time to increase the output of the fuel cell (1), the fuel only first amount necessary to heat self-sustained operation at the target output When, subsequently step allowed to the current density and / or fuel utilization rate according to the target output, and a city (claim 18: see FIG. 7).

或いは、前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を増大させる際に、目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量し、増量された燃料供給量における熱自立運転に対応した量の酸化剤を供給し、そして、目標出力に応じた数値の電流密度及び/又は燃料利用率に調整する制御を行うように構成されている(請求項8:図8参照)。 Alternatively, the fuel cell control means (8), in increasing the output of the fuel cell (1), was increased by the amount fuel required to heat self-sustained operation at the target output, thermally self in increased fuel supply amount supplying a quantity of oxidizing agent corresponding to the operation, and is configured to perform control for adjusting the current density and / or fuel utilization value corresponding to the target output (claim 8: see Fig. 8) .
(請求項8の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を増大させるに際して、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量する工程と、次に増量された燃料供給量における熱自立運転に対応した量の酸化剤を供給する工程と、続いて目標出力に応じた数値の電流密度及び/又は燃料利用率に調整する工程、とを有している(請求項19:図8参照)。 (Invention for controlling the fuel cell system of claim 8) The method of the present invention, when increasing the output of the fuel cell (1), to increase the first amount corresponding fuel required to heat self-sustained operation at the target output step and a step supplying an oxidizing agent in an amount corresponding to the thermally self-sustained operation in then increased fuel supply amount, followed by the step of adjusting the current density and / or fuel utilization value corresponding to the target output, and a preparative (claim 19: see FIG. 8).

前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を増大させる際に、目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料及び酸化剤を増量し、そして、電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に応じた数値に調整する制御を行うように構成されている(請求項9:図9)。 The fuel cell control means (8), in increasing the output of the fuel cell (1), was increased by the amount the fuel and oxidant required thermal self-sustained operation at the target output, and the current density and / or fuel It is configured to perform a control for adjusting the utilization to a numerical value corresponding to the target output (claim 9: Figure 9).
(請求項9の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を増大させるに際して、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料及び酸化剤を増量する工程と、次に電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に応じた数値に調整する工程、とを有している(請求項20:図9)。 (For controlling the fuel cell system according to claim 9) According to the control method of the present invention, when increasing the output of the fuel cell (1), an amount corresponding fuel and oxidant required thermal self-sustained operation at the first target output a step of increasing the next step of adjusting the current density and / or fuel utilization rate numerical value corresponding to the target output, and a city (claim 20: 9).

前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の出力を増加させる際に、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性(例えば、マップ、特性曲線など)に従って(例えば同時に)増加せしめる制御を行うように構成されている(請求項10:図10)。 The fuel cell control means (8), in increasing the output of the fuel cell (1), and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidizing agent supply amount, the stored characteristics ( for example, maps, and (e.g. simultaneously) configured to perform increase allowed to control in accordance with the characteristic curve, etc.) (claim 10: Figure 10).
(請求項10の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の出力を増加させるに際して、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性(例えば、マップ、特性曲線など)に従って(例えば同時に)増加せしめる工程を有している(請求項21:図10)。 According to the control method of (claim for controlling the fuel cell system of claim 10) The present invention, when increasing the output of the fuel cell (1), and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidizing agent and the supply amount, the stored characteristic (e.g., maps, characteristic curves, etc.) according to have (e.g., simultaneously) increased allowed to process (claim 21: Figure 10).

前記燃料電池制御手段(8)は、需要(電力需要)が燃料電池(1)の熱自立限界における最低出力以上の場合には負荷追従運転(例えば、請求項3〜請求項10の制御)を行い、需要(電力需要)が燃料電池(1)の熱自立限界における最低出力を下回った場合には最低出力運転を行い、需要に対する余剰分の出力電力を蓄電装置(10)で蓄電する制御を行う様に構成されている(請求項11:図11参照)。 The fuel cell control means (8), demand load following operation in the case (power demand) is the minimum output over the thermally self-sustaining limit of the fuel cell (1) (e.g., control of claims 3 to 10) performed, performs minimum output operation when the demand (power demand) falls below the minimum output of the thermally self-sustaining limit of the fuel cell (1), a control for power storage in power storage device output power surplus for demand (10) and it is configured so as performed (claim 11: see FIG. 11).
(請求項11の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、需要(電力需要)が燃料電池(1)の熱自立限界における最低出力以上の場合には負荷追従運転(例えば、請求項3〜請求項10、請求項14〜請求項21の制御)を行い、需要(電力需要)が燃料電池(1)の熱自立限界における最低出力を下回った場合には最低出力運転を行い、需要に対する余剰分の出力電力を蓄電装置(10)で蓄電している(請求項22:図11参照)。 (For controlling the fuel cell system according to claim 11) according to the control method of the present invention, the load-following operation when the demand for higher minimum output in thermally self limits of the (power demand) the fuel cell (1) (e.g., claims 3 to 10, and controls) of claims 14 to 21, carried out the minimum output operation when the demand (power demand) falls below the minimum output of the thermally self-sustaining limit of the fuel cell (1) , and storing electric power output of the surplus for demand power storage device (10) (claim 22: see FIG. 11).

前記燃料電池制御手段(8)は、需要(電力需要)が燃料電池(1)の定格出力以下の場合は負荷追従運転(例えば、請求項3〜請求項10の制御)を行い、需要(電力需要)が燃料電池(1)の定格出力を超えた場合には、燃料電池が定格出力で運転されると共に、蓄電装置(10)から電力供給が行われる様に構成されている(請求項12:図12)。 The fuel cell control means (8) performs a demand load following operation if (power demand) is the rated output below the fuel cell (1) (e.g., control of claims 3 to 10), the demand (power If the demand) exceeds the rated output of the fuel cell (1), together with the fuel cell is operated at the rated output, the power supply from the electric storage device (10) is configured as performed (claim 12 : Figure 12).
(請求項12の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、需要(電力需要)が燃料電池(1)の定格出力以下の場合は負荷追従運転(例えば、請求項3〜請求項10、請求項14〜請求項21の制御)を行い、需要(電力需要)が燃料電池(1)の定格出力を超えた場合には、燃料電池が定格出力で運転されると共に、蓄電装置(10)から電力供給が行われる(請求項23:図12)。 (For controlling the fuel cell system according to claim 12) according to the control method of the present invention, the load-following operation in the case of rated power below demand (power demand) the fuel cell (1) (for example, claim 3 wherein 10., and controls) of claims 14 to 21, the demand (when power demand) exceeds the rated output of the fuel cell (1), together with the fuel cell is operated at the rated output power storage device power supply is performed from the (10) (claim 23: Figure 12).

前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の作動温度を400℃〜1200℃(より好ましくは550℃〜750℃)の範囲とする制御を行うように構成されている(請求項13:図13)。 The fuel cell control means (8) is Configured (claim to perform control of the operating temperature range 400 ° C. to 1200 ° C. The (more preferably 550 ° C. to 750 ° C.) of the fuel cell (1) 13: 13).
(請求項13の燃料電池システムを制御する)本発明の制御方法によれば、燃料電池(1)の作動温度を計測する工程と、計測された燃料電池(1)の作動温度を400℃〜1200℃(より好ましくは550℃〜750℃)の範囲とする制御を行う工程、とを有している(請求項24:図13)。 (For controlling the fuel cell system according to claim 13) according to the control method of the present invention, the step of measuring the operating temperature of the fuel cell (1), 400 ° C. The operating temperature of the measured fuel cell (1) - 1200 ° C. (more preferably 550 ° C. to 750 ° C.) a step of performing control in the range of, and a city (claim 24: Figure 13).
ここで、計測された燃料電池(1)の作動温度を400℃〜1200℃(より好ましくは550℃〜750℃)の範囲とする制御は、上述した本発明(請求項3〜請求項10、請求項14〜請求項21)による出力減少或いは出力上昇であるのが好ましい。 Here, control in the range of 400 ° C. to 1200 ° C. The operating temperature of the measured fuel cell (1) (more preferably 550 ° C. to 750 ° C.), the present invention described above (claims 3 10, preferably a power reduction or increased output by claims 14 to 21).

上述したような構成を具備する本発明(請求項1)の燃料電池システムおよびその制御方法によれば、燃料電池(1)の熱自立運転状態を示すパラメータ(例えば、燃料電池1の温度)と燃料電池(1)の出力と燃料供給量と酸化剤供給量と燃料電池(1)の熱自立運転状態を示すパラメータ(例えば、燃料電池1の温度)との特性(例えば、マップ、特性曲線など)及び記憶されている前記特性(例えば、マップ、特性曲線など)に基づいて、燃料電池出力、燃料供給量、酸化剤供給量を制御する様に構成されているので、燃料及び/又は酸化剤の供給量を常に適正量に保ち、燃料電池(1)の熱自立運転状態を維持することが出来る。 According to the fuel cell system and control method thereof of the present invention (claim 1) having a configuration as described above, a parameter indicating the thermally self-sustained operation state of the fuel cell (1) and (e.g., temperature of the fuel cell 1) parameter indicating a thermally self-sustained operation state of the oxidizing agent supply amount and the fuel cell (1) and the output and the fuel supply amount of the fuel cell (1) (e.g., the temperature of the fuel cell 1) characteristic of (e.g., maps, characteristic curves, etc. ) and the stored said characteristics (e.g., based maps, the characteristic curve, etc.), the fuel cell output, fuel supply amount, which is configured so as to control the oxidizing agent supply amount, the fuel and / or oxidant the supply amount always kept at a proper amount, the fuel cell (1) thermally self-sustained operation state that can be maintained in the.

ここで、電流密度及び/又は燃料利用率を一定のまま、燃料供給量を減少させると、いわゆる燃料枯れ(酸化剤の供給量に対する燃料量が不足する現象)によって燃料電池が損傷を受けてしまう。 Here, while the current density and / or fuel utilization rate constant, decreasing the fuel supply amount, the fuel cell by the so-called fuel withered (phenomenon of insufficient fuel amount for the supply amount of the oxidizing agent) will be damaged .
これに対して、(請求項3、請求項14に係る)本発明によれば、燃料電池(1)の出力を減少させる際に、最初に当該燃料電池(1)から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、その後に燃料電池(1)の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる様に制御しているため、いわゆる「燃料枯れ」によって燃料電池が損傷を受けてしまう事態を回避することが出来る。 In contrast, according to (Claim 3, wherein according to claim 14) The present invention, in reducing the output of the fuel cell (1), first obtained from the fuel cell (1) current density and / or the fuel utilization rate is reduced to an amount corresponding to the target output, subsequent to being controlled so as to reduce the fuel supply amount to the thermally self operating limits of the fuel cell (1), the fuel cell by the so-called "fuel depletion" it is possible to avoid a situation in which would be damaged.

燃料電池(1)の出力を減少させる際に、最初に酸化剤供給量を減少させないと、いわゆる「燃料枯れ(酸化剤供給量に対する燃料供給量が不足する現象)」によって燃料電池が損傷を受けてしまう。 In reducing the output of the fuel cell (1), if not decrease the first oxidant supply amount, the fuel cell is damaged by so-called "fuel withered (phenomenon of insufficient fuel supply amount relative to oxidant supply amount)" and will.
これに対して(請求項4、請求項15に係る)本発明によれば、燃料電池(1)の出力を減少させる際に、最初に当該燃料電池(1)から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、その後に燃料電池(1)の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させ、更にその後に減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応した酸化剤の供給量に酸化剤供給量を制御しているため、いわゆる「燃料枯れ」によって燃料電池が損傷を受けてしまう」ような事態を回避することが出来る。 In contrast, according to (claim 4, wherein according to claim 15) The present invention, in reducing the output of the fuel cell (1), first obtained from the fuel cell (1) current density and / or fuel utilization is reduced to an amount corresponding to the target output, then reduce the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell (1), corresponding to the thermally self-sustained operation in the further fuel supply amount subsequently reduced oxide because it controls the oxidant supply amount to the feed amount of the agent, so-called "fuel withering" by the fuel cell can be avoided such a situation that "thus damaged.

また、燃料電池(1)の運転制御において、燃料供給量を一定にしたまま電流密度を増大し、或いは燃料利用率を増加させると、いわゆる燃料枯れ(燃料量に対する酸化剤の供給量が不足する現象)によって燃料電池が損傷を受けてしまう。 Further, the operation control of the fuel cell (1), a fuel supply quantity to increase the current density while constant or increasing the fuel utilization rate, insufficient supply of the oxidizing agent to the so-called fuel withered (fuel amount phenomenon) fuel cell will be damaged by.
これに対して、(請求項7、請求項18の)本発明によれば、燃料電池(1)の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料を供給し、その後に目標出力に応じた電流密度とし、及び/又は、目標出力に応じた燃料利用率に調整する様に制御しているため、いわゆる「燃料枯れ」によって燃料電池が損傷を受けてしまうような事態を回避することが出来る。 In contrast, (claim 7, wherein the section 18) according to the present invention, in increasing the output of the fuel cell (1), the fuel was increased by the amount needed to heat isolated operation in the first to the target output supplying, after which the current density corresponding to the target output, and / or, because of the controlled so adjusted to fuel utilization in accordance with the target output, the fuel cell by the so-called "fuel depletion" is damaged it is possible to avoid such a situation that would.

ここで、燃料電池(1)の出力を増加する際に最初に酸化剤供給量を増加させると、いわゆる燃料枯れ(酸化剤の供給量に対して燃料供給量が不足する現象)によって燃料電池が損傷を受けてしまう。 Here, the first time to increase the oxidizing agent supply amount when increasing the output of the fuel cell (1), the fuel cell by the so-called fuel withered (phenomenon of insufficient fuel supply quantity to the supply amount of the oxidizing agent) become damaged.
(請求項8、請求項19に係る)本発明によれば、燃料電池(1)の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料を供給し、その後にその燃料供給量における熱自立運転に対応した酸化剤を供給し、その後に目標出力に応じた電流密度とせしめ、及び/又は、目標出力に応じた燃料利用率に調整する様に制御しているため、いわゆる「燃料枯れ」によって燃料電池が損傷を受けてしまう事態を回避することが出来る。 (Claim 8, according to claim 19) In accordance with the present invention, in increasing the output of the fuel cell (1), supplies the first fuel was increased by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output, then supplying the oxidizing agent corresponding to the thermally self-sustained operation in the fuel supply amount, then allowed the current density corresponding to the target output, and / or to control so as to adjust the fuel utilization rate corresponding to the target output and for that, a fuel cell by means of a so-called "dead fuel" it is possible to avoid a situation in which would be damaged.

本発明(請求項11、請求項22)によれば、電力需要が少なくて、燃料電池(1)の熱自立限界における最低出力を下回ってしまった場合には、燃料電池(1)を熱自立限界における最低出力で運転し、需要に対して余剰の電力を当該蓄電装置(2次電池又はキャパシタ10)で蓄電することが可能である。 According to the present invention (claim 11, claim 22), with low power demand, if you've below the minimum output of the thermally self-sustaining limit of the fuel cell (1) is a fuel cell (1) is thermally self operating at minimum output at the limit, it is possible to power storage surplus power in the power storage device (secondary battery or capacitor 10) with respect to demand.
従って、電力需要が減少しても、燃料電池の熱自立運転状態を維持しつつ、需要に対して余剰分の出力電力を浪費することを防止できる。 Therefore, even if the reduced power demand, while maintaining the thermally self-sustained operation state of the fuel cell, it is possible to prevent wasting the output power of the excess relative demand.

そして、本発明(請求項12、請求項23)によれば、蓄電装置(2次電池又はキャパシタ10)で蓄電された電力は、電力需要が燃料電池(1)の定格出力を超えている場合に、電力需要に対して燃料電池出力が不足している分を補填するのに使用される。 The present invention (claim 12, claim 23) According to the power stored in the power storage device (secondary battery or capacitor 10), when the power demand exceeds the rated output of the fuel cell (1) to be used to compensate the amount of the fuel cell output is insufficient for the power demand.
そのため、電力需要が過大となった場合にも対処することが出来る。 For this reason, it is also possible to deal with when the power demand has become excessive.

(請求項13、請求項24の)本発明によれば、前記燃料電池制御手段(8)は、燃料電池(1)の作動温度を400℃〜1200℃(より好ましくは550℃〜750℃)の範囲とする制御を行うように構成されているので(請求項11)、電池システムの温度維持に要するエネルギ量を大幅に低減できるために高効率であるばかりでなく、金属材料など安価な材料を利用できるという利点がある。 (Claim 13, wherein the section 24) according to the present invention, the fuel cell control means (8), the operating temperature of the fuel cell (1) 400 ° C. to 1200 ° C. (more preferably 550 ° C. to 750 ° C.) which is configured to perform control of the range (claim 11), not only a high efficiency to be greatly reduced the amount of energy required for temperature maintenance of the battery system, inexpensive material such as a metallic material there is an advantage that it can be used. そして、低い温度で燃料電池を制御することが可能となるので、省エネルギの要請にも合致する。 Then, it becomes possible to control the fuel cell at a low temperature, also in line with requirements of energy saving.
燃料電池の作動温度の温度範囲(熱サイクル幅)が狭くなるため、熱サイクルに対する耐久性が高くなる。 The temperature range of operating temperature of the fuel cell (thermal cycle width) becomes narrow, durability against heat cycle is high.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described.

先ず、図1を参照して本発明の燃料電池システムの実施形態の構成について、説明する。 First, the configuration of an embodiment of a fuel cell system of the present invention with reference to FIG. 1, will be described.
図1において、燃料電池システムAは、燃料電池1と、該燃料電池1の反応温度等を計測し、当該燃料電池の熱自立状態を判定する燃料電池監視装置2(燃料電池運転状態判定手段)とを有している。 In Figure 1, the fuel cell system A includes a fuel cell 1, fuel measures the reaction temperature of the battery 1, a fuel cell monitoring device 2 (the fuel cell operating condition determining means) determines thermally self-state of the fuel cell and it has a door.
ここで燃料電池1は、例えば、固体酸化物型燃料電池(SOFC)や、溶融炭酸塩方燃料電池(MCFC)の様な、高温作動型燃料電池で構成されている。 Wherein the fuel cell 1, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) and, such as molten carbonate lateral fuel cell (MCFC), is composed of a high temperature working fuel cell.

燃料電池システムAは、燃料電池1に燃料を供給する燃料供給系統4と、燃料電池1に酸化剤を供給する酸化剤供給系統6とを有している。 The fuel cell system A includes a fuel supply system 4 for supplying fuel to the fuel cell 1, and an oxidizing agent supply system 6 for supplying the oxidant to the fuel cell 1.
燃料供給系統4には、燃料供給量制御手段である燃料調整バルブ5が介装されており、酸化剤供給系統6には、酸化剤供給量制御手段である酸化剤調整バルブ7が介装されている。 The fuel supply system 4, and a fuel adjusting valve 5 is a fuel supply amount control means is interposed, the oxidant supply system 6, the oxidizing agent control valve 7 is an oxidizing agent supply amount control means is interposed ing.

また燃料電池システムAは、DC/DCコンバータ9、二次電池或いはキャパシタ10(蓄電装置)、双方向インバータ11を有している。 The fuel cell system A, DC / DC converter 9, a secondary battery or a capacitor 10 (power storage device), and a bi-directional inverter 11.

前記燃料電池1は、電力ラインLe1によって、前記DC/DCコンバータ9の第1の端子91に接続されている。 The fuel cell 1, the power line Le1, is connected to a first terminal 91 of the DC / DC converter 9. そして、電力ラインLe1には、燃料電池1の出力である電流密度を制御する手段であるパワーコンディショナー3が介装されている。 Then, the power line Le1, the power conditioner 3 is a means for controlling the current density, which is the output of the fuel cell 1 is interposed.
DC/DCコンバータ9の第2の端子92は、電力ラインLe2によって、キャパシタ10の第1の端子101と接続されている。 The second terminal 92 of the DC / DC converter 9, by the power line Le2, is connected to the first terminal 101 of the capacitor 10. またキャパシタ10の第2の端子102は、電力ラインLe3によって、双方向インバータ11の第1の端子111と接続されている。 The second terminal 102 of the capacitor 10, by the power line Le3, is connected to the first terminal 111 of the bi-directional inverter 11.

DC/DCコンバータ9の第3の端子93は、電力ラインLe4によって、前記キャパシタ10を迂回する様な態様で、双方向インバータ11の第3の端子113と接続されている。 The third terminal 93 of the DC / DC converter 9, by the power line Le4, in such a manner as to bypass the capacitor 10 is connected to the third terminal 113 of the bi-directional inverter 11. そして、双方向インバータ11の第2の端子(出力端子)112は、電力ラインLe5によって、電力需要12と接続されている。 The second terminal (the output terminal) 112 of the bi-directional inverter 11, the power line LE5, is connected to the power demand 12.

燃料電池システムAは、燃料電池制御手段であるコントロールユニット8を有しており、コントロールユニット8はデータベース13を付帯している。 The fuel cell system A has a control unit 8 which is a fuel cell control means, the control unit 8 are attached to the database 13. このデータベース13には、燃料電池出力と、燃料と酸化剤の供給流量と、燃料電池1の自立運転限界温度との関係が、予めマップ化(図2で後述)されたデータが記憶されている。 The database 13, and the fuel cell output, and supply flow rate of fuel and oxidant, the relationship between the isolated operation limit temperature of the fuel cell 1 is mapped in advance (described later in FIG. 2) data is stored .

コントロールユニット8は、入力信号ラインLi1により燃料電池監視装置2と(情報的に)接続されており、入力信号ラインLi2によって電力需要12と接続されている。 Control unit 8 is provided with a fuel cell monitoring device 2 by an input signal line Li1 are (informationally) connected, is connected to the power demand 12 by the input signal line Li2. そしてコントロールユニット8は、制御信号ラインLo1によって燃料調整バルブ5と接続され、制御信号ラインLo2によって酸化剤調整バルブ7と接続され、制御信号ラインLo3によってパワーコンディショナー3と接続されている。 The control unit 8 is connected to the fuel control valve 5 by the control signal lines Lo1, is connected with an oxidant control valve 7 by a control signal line Lo2, it is connected to the power conditioner 3 by the control signal line Lo3.
さらにコントロールユニット8は制御信号ラインLo4によりDC/DCコンバータ9と接続され、制御信号ラインLo5によってキャパシタ10と接続されている。 Further the control unit 8 is connected to the DC / DC converter 9 by a control signal line Lo4, and is connected to the capacitor 10 by the control signal line Lo5.
図1において、符号3oはパワーコンディショナー3における燃料電池の直流出力部を示している。 In Figure 1, reference numeral 3o represents the DC output of the fuel cell in the power conditioner 3.

図2は、燃料電池1における電流密度と、電圧、及び発電密度の関係を示した特性図である。 2, and the current density of the fuel cell 1 is a characteristic diagram showing a voltage, and power density of the relationship.
横軸に電流密度[A/cm ]をとり、左端縦軸に電圧[V]を、右端縦軸に発電密度[W/cm ]をとっている。 Taking a current density [A / cm 2] on the horizontal axis, the voltage [V] to the left vertical axis, and taking the power density on the right end vertical axis [W / cm 2].
図2において、符号Pw1で示すのは燃料電池出力が高い状態(出力100%:電池温度700℃〜800℃)の電流密度(横軸)及び発電密度(右端縦軸)を示すプロットであり、符号Pv1は燃料電池出力が高い状態の電流密度及び電圧(左端縦軸)を示すプロットである。 2, the fuel cell output to indicate by reference numeral Pw1 is high: a plot showing the current density (output 100% cell temperature 700 ° C. to 800 ° C.) (horizontal axis) and power density (right vertical axis), code Pv1 is a plot showing the current density and voltage of the fuel cell output is high (left vertical axis). そして、符号Pw2で示すのは燃料電池出力が低い状態(出力50%:電池温度600℃〜700℃)の電流密度(横軸)及び発電密度(右端縦軸)を示すプロットであり、符号Pv2は燃料電池出力が低い状態の電流密度及び電圧(左端縦軸)を示すプロットである。 The fuel cell output indicate by reference numeral Pw2 is low state: is a plot showing the current density (output 50% cell temperature 600 ° C. to 700 ° C.) (horizontal axis) and power density (right vertical axis), code Pv2 is a plot fuel cell output indicates a low state of the current density and voltage (left ordinate).

図1で示す実施形態において、燃料電池出力(電流密度)、燃料供給量、酸化剤供給量と熱自立運転時の温度が、予めマップや特性曲線が記憶されたコントローラ8により、制御される。 In the embodiment shown in Figure 1, the fuel cell output (current density), the fuel supply amount, the temperature of the oxidation agent supply amount and the thermally self-sustained operation, the controller 8 in advance maps and the characteristic curve is stored, is controlled.
なお、制御の詳細については、図3〜図13を参照して、後述する。 The details of the control, with reference to FIGS. 3 to 13, described later.

以下、図3〜図13を参照して、図1で示す実施形態における各種の制御について説明する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 13, it will be described various controls in the embodiment shown in FIG.

先ず、出力を減少させる場合の制御(第1の制御方法)を、主として図3を参照して説明する。 First, the control when reducing the output (first control method) will be described with reference primarily to FIG.
係る制御を行う場合には、コントロールユニット8(図1)は、燃料電池1の出力を減少させる際に、最初に当該燃料電池1から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、その後に燃料電池1の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる制御を行うように構成されている。 When performing control according the control unit 8 (FIG. 1) is, in reducing the output of the fuel cell 1, and the first obtained from the fuel cell 1 current density and / or fuel utilization ratio corresponding to the target output was reduced to an amount, it is then configured to perform control for reducing the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell 1.

図3のステップS1において、コントロールユニット8は、出力を減少するのか否かを判断し、減少させないのであれば(ステップS1がNO)、ステップS1における「NO」のループを繰り返し、出力を減少させるのであれば(ステップS1がYES)、ステップS2に進む。 In step S1 of FIG. 3, the control unit 8 determines whether or not to reduce the output, if not reduced (Step S1 is NO), it repeats the loop of "NO" in step S1, reduces the output if the (step S1 is YES), the process proceeds to step S2.

ステップS2では、電流密度を減少させて、ステップS3に進む。 In step S2, by decreasing the current density, the process proceeds to step S3.
この場合、電流密度を減少させることに代えて、燃料利用率を減少しても良い。 In this case, instead of reducing the current density may decrease the fuel utilization. 或いは、電気密度及び燃料利用率を、共に減少する様にしても良い。 Alternatively, the electric density and fuel utilization rate, may be as to both decrease.

ステップS3では、コントロールユニット8は、目標出力に対応する出力値まで減少したか否かを判断し、目標出力に対応する出力値まで減少した場合は(ステップS3のYES)、ステップS4に進む。 In step S3, the control unit 8, if it is determined whether the decreased until the output value corresponding to the target output was reduced until the output value corresponding to the target output (YES in step S3), and the process proceeds to step S4. 一方、目標出力に対応する出力値まで減少していなければ(ステップS3のNO)、ステップS2に戻り、ステップS2以降を繰り返す。 On the other hand, if not reduced until the output value corresponding to the target output (NO in step S3), and returns to step S2, and repeats the subsequent step S2.

ステップS4では燃料調整バルブ5(図1参照)を絞り、燃料供給量を減少させて、ステップS5に進む。 Squeezing step S4 the fuel adjusting valve 5 (see FIG. 1), by decreasing the fuel supply amount, the process proceeds to step S5.
ステップS5では、燃料電池1の稼動状態(発電状態)が熱自立限界まで下がったか否かを判断し、熱自立限界まで下がっていれば(ステップS5のYES)、制御は元のステップS1に戻りステップS1以降を繰り返す。 In step S5, the operating state of the fuel cell 1 (power generation state) determines whether decreased to thermally self limit, if down to thermally self limit (YES in step S5), and control returns to the original step S1 step S1 is repeated. 一方、燃料電池1の稼動状態が熱自立限界まで下がっていなければ(ステップS5のNO)、ステップS4に戻り、ステップS4以降を繰り返す。 On the other hand, if the operation state of the fuel cell 1 is not dropped to thermally self limit (NO in step S5), and returns to step S4, and repeats the subsequent step S4.

ここで、図3を参照して説明した制御(出力を減少する場合における制御)について、図2のマップを参照して述べると、次の様になる。 Here, the control described with reference to FIG. 3 (control when to decrease the output) and discussed with reference to the map of FIG. 2, as follows.
(1) 高温高出力(電池温度700〜800℃)で熱自立運転を行っている状態(発電密度は点Pw1、電圧は点Pv1:図3のステップS1がNoのループ)において、 (1) high temperature and high output (battery temperature 700 to 800 ° C.) while performing the thermally self-operation (power density point Pw1, voltage point Pv1: Step S1 in FIG. 3 is a loop of No) at,
(2) 燃料及び酸化剤一定で電流密度減少制御(線Lw上の点Pw1から点Pw2への変遷、及び線Lv上の点Pv1からPv2への変遷)を行えば(図3のステップS1がYesからステップS3がYes)、 (2) (transition from point Pw1 on line Lw to the point Pw2, and from the point Pv1 on the line Lv transition to Pv2) fuel and the current density reduction control oxidizing agent constant by performing a (step S1 of FIG. 3 step S3 is Yes) from Yes,
(3) 燃料電池の発熱量が減少しオフガス燃焼が増加し(以って、燃料利用率も低下し)、 (3) reduces the heating value of the fuel cell increases offgas combustion (I hereinafter, also decreases the fuel utilization ratio),
(4) 燃料電池の温度が低下し(電池温度600〜700℃)、オフガス余剰熱が発生する。 (4) temperature of the fuel cell is lowered (the battery temperature 600 to 700 ° C.), the off-gas excess heat is generated.
(5) そして、燃料供給量を減少し(図3のステップS4、S5)、 (5) Then, to reduce the fuel supply amount (steps S4, S5 in FIG. 3),
(6) その後、低温低出力の熱自立運転を継続する(図3のステップS5がYES)。 (6) Then, to continue the thermally self-sustained operation of the low-temperature low output (step S5 in FIG. 3 is YES).

主として図3を参照して説明した制御によれば、高温作動型燃料電池1の出力を減少させる際に、最初に当該燃料電池1から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、その後に燃料電池1の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる様に制御しているため、当初から燃料供給量を減少させた場合の様にいわゆる「燃料枯れ(酸化剤の供給量に対する燃料量が不足する現象)」によって燃料電池が損傷を受けてしまう事態を、回避することが出来る。 According to reference mainly to control described to 3, in reducing the output of the high temperature working fuel cell 1, and the first obtained from the fuel cell 1 current density and / or fuel utilization ratio corresponding to the target output was reduced to an amount, then in order to have controlled so reducing the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell 1, wither so-called "fuel as in the case with a reduced fuel supply amount from the beginning (oxidizing agent situation in which the fuel cell by the phenomenon), "the amount of fuel is insufficient for the amount of supply of would be damaged, and can be avoided.

次に、図4を参照して、出力を減少させる場合における(図3とは)別の制御(第2の制御方法)について説明する。 Next, referring to FIG. 4, (and FIG. 3) in the case of reducing the output by the control (second control method) will be described.
ここで、図4の制御を行う場合には、コントロールユニット8(図1)は、燃料電池1の出力を減少させる際に、最初に当該燃料電池1から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、その後に燃料電池1の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させ、更にその後に減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応した酸化剤の供給量に酸化剤供給量を制御するように構成されている。 Here, when performing control in FIG. 4, the control unit 8 (FIG. 1) is, in reducing the output of the fuel cell 1, the first obtained from the fuel cell 1 current density and / or fuel utilization ratio was reduced to an amount corresponding to the target output, followed by thermally self operating limits of the fuel cell 1 decreases the fuel supply amount, further to the supply amount of the oxidizing agent corresponding to the thermally self-sustained operation in a subsequent fuel supply amount is reduced to It is configured to control the oxidizing agent supply amount.

図4において、ステップS11〜ステップS14は、図3のステップS1〜ステップS4と同様である。 4, step S11~ step S14 is similar to step S1~ step S4 of FIG. 3.

ステップS15において、コントロールユニット8は燃料電池1の稼動状態が熱自立限界まで下がったか否かを判断しており、燃料電池1の稼動状態が熱自立限界まで下がっていれば(ステップS15のYES)、制御は次のステップS16に進む。 In step S15, the control unit 8 has judged whether the operating state of the fuel cell 1 drops to thermally self limits, the operating state of the fuel cell 1, if down to thermally self limit (YES in step S15) , the process proceeds to step S16. 一方、燃料電池1の稼動状態が熱自立限界まで下がっていなければ(ステップS15のNO)、ステップS14に戻り、ステップS14以降を繰り返す。 On the other hand, if the operation state of the fuel cell 1 is not dropped to thermally self limit (NO in step S15), and returns to step S14, and repeats the step S14 and later.

ステップS16では、コントロールユニット8は熱自立運転限界に対応した酸化剤供給量となっているかを判断しており、熱自立運転限界に対応した酸化剤供給量となっていなければ(ステップS16の「不適」)、ステップS17で酸化剤調整バルブ7(図1参照)を絞り、酸化剤供給量を更に減少させる。 At step S16, the control unit 8 has to determine which is the oxidizing agent supply amount corresponding to the thermally self operating limits, unless a oxidant supply amount corresponding to the thermally self-sustained operation limit of (step S16 " irrelevant "), squeezing the oxidizer control valve 7 (see FIG. 1) at step S17, further reduces the oxidizing agent supply amount. 一方、熱自立運転限界に対応した酸化剤供給量となっていれば(ステップS16の「適正」)、ステップS18に進む。 On the other hand, if a oxidant supply amount corresponding to the thermally self operating limit ( "proper" in step S16), and proceeds to step S18.

ステップS18では、目標出力及び燃料供給量、酸化剤供給量が適正か否かを判断して、適正であれば(ステップS18のYES)、ステップS11まで戻り(リターン)、再びステップS11以降を繰り返す。 At step S18, the target output and the fuel supply amount, the amount the oxidizing agent supply to determine whether proper or not, if appropriate (YES in step S18), and returns to step S11 (return) are repeated again after step S11 . 一方、適正でなければ(ステップS18のNO)、ステップS12に戻り、ステップS12以降を繰り返す。 On the other hand, if the proper (NO in step S18), and returns to step S12, and repeats the step S12 and later.
なお、このステップS18を省略することも可能である。 It is also possible to omit the step S18. その場合、ステップS16で「適正」と判断されれば、そのままステップS11に戻り、制御を続行する。 In that case, if it is determined that the "good" in step S16, the flow returns to step S11, to continue the control.

図4で説明した出力を減少する場合の制御について、図2のマップをも参照して説明すると、以下の様になる。 The control in the case of reducing the output described in FIG. 4, with reference also to map of FIG. 2, as follows.
(1) 高温高出力(電池温度700〜800℃)で熱自立運転を行っている状態(発電密度は点Pw1、電圧は点Pv1:発電密度は点Pw1、電圧は点Pv1:図4のステップS11がNoのループ)において、 (1) high temperature and high output (battery temperature 700 to 800 ° C.) while performing the thermally self-operation (power density point Pw1, voltage point Pv1: power density point Pw1, voltage point Pv1: Step of FIG. 4 S11 in the loop of No),
(2) 燃料及び酸化剤一定で電流密度を減少する制御を行えば(線Lw上の点Pw1から点Pw2への変遷、及び線Lv上の点Pv1からPv2への変遷)(図4のステップS11がYesからステップS13がYes)、 (2) by performing a control to reduce the current density in the fuel and oxidant constant (transition from point on line Lw Pw1 to point Pw2, and transition from the point Pv1 on line Lv to Pv2) (Step of Fig. 4 S11 is the step to S13 is Yes Yes),
(3) 燃料電池の発熱量が減少しオフガス燃焼が増加し(燃料利用率も低下)、 (3) heating value of the fuel cell is reduced by increasing the off-gas combustion (drops fuel utilization rate),
(4) 燃料電池の温度が低下(電池温度600〜700℃)し、オフガス余剰熱が発生する。 (4) decrease the temperature of the fuel cell is (battery temperature 600 to 700 ° C.), the off-gas excess heat is generated.
(5) ここで、燃料供給量を減少させると(図4のステップS14、S15)、余剰熱が削減するので、燃料枯れ発生の懸念が生じる(図4のステップS16が「不適」)。 (5) where, reducing the fuel supply amount (steps S14, S15 in FIG. 4), since excess heat is reduced, concerns fuel withered generation occurs (step S16 in FIG. 4 is "irrelevant").
(6) そのため、燃料供給量を減少した場合には、酸化剤供給量を減少させ(図4のステップS17)、燃料枯れの懸念を払拭し燃料枯れを回避する(図4のステップS16が「適正」)。 (6) Therefore, in the case of reducing the fuel supply amount decreases the oxidant supply amount (step S17 in FIG. 4), and dispel the fuel withers concerns avoiding fuel depletion (step S16 in FIG. 4 is " Value for money ").
(7) その後、低温低出力の熱自立運転を継続する。 (7) Then continue the thermally self-sustained operation of the low-temperature low output.

主として図4を参照して説明した制御によれば、燃料電池1の出力を減少させる際に、最初に当該燃料電池1から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、その後に燃料電池1の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させ、更に、減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応して酸化剤の供給量を制御しているため、電流密度と燃料供給量を減少させずに酸化剤供給量を減少させてしまうことにより、いわゆる「酸化剤枯れ(燃料供給量に対して酸化剤供給量が不足する現象)」が生じて、燃料電池が損傷を受けてしまう、という事態を回避することが出来る。 Mainly according to the reference to control described to FIG. 4, decreases in reducing the output of the fuel cell 1, to an amount corresponding to a current density and / or fuel utilization obtained initially from the fuel cell 1 to the target output It is, then reduce the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell 1, further, since the control the supply of the oxidizing agent in response to thermal self-sustained operation of the fuel supply amount is reduced, the current density and by not reducing the fuel supply amount it would reduce the oxidizing agent supply amount, occurs so-called "dead oxidizing agent (phenomenon of insufficient oxidizing agent supply amount to the fuel supply amount)", the fuel cell become damaged, it is possible to avoid a situation where.

図5で示す制御は、主として図4で説明した制御の変形にかかるものである。 Control shown in FIG. 5 are those relating primarily deformation control described in FIG.
図5で示す制御では、コントロールユニット8(図1)は、燃料電池1の出力を減少させる際に、当該燃料電池1から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させた後に、燃料電池1の熱自立運転限界まで燃料供給量及び酸化剤供給量を同時に減少させる制御を行う様に構成されている。 In the control shown in FIG. 5, the control unit 8 (FIG. 1) is reduced when reducing the output of the fuel cell 1, to an amount corresponding to a current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell 1 to the target output after allowed to, and is configured so as to perform control to thermally self operating limits of the fuel cell 1 decreases the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount at the same time.

図5におけるステップS11〜ステップS13は、図4と同一である。 Step S11~ step S13 in FIG. 5 is identical to FIG.
図5におけるステップS14Aは図4のステップS14とステップS17とを同時に行うものであり、図5におけるステップS15Aは図4のステップS15における判断とステップS16における判断とを同時に行うものである。 Step S14A in Fig. 5 is to carry out the steps S14 and Step S17 in FIG. 4 at the same time, step S15A in FIG. 5 is performed and a determination at decision steps S16 in step S15 in FIG. 4 at the same time.
すなわち、図5におけるステップS14Aでは、燃料供給量と酸化剤供給量を共に減少する。 That is, in step S14A in FIG. 5, to reduce both the fuel supply amount and an oxidizing agent supply amount. そして、ステップS15Aにおいて、熱自立運転限界まで燃料供給量が減少し、且つ、熱自立運転限界に対応するまで酸化剤供給量が減少しているか否かを判断する。 Then, at step S15A, the fuel supply amount is reduced to thermally self-sustained operation limit, and the oxidant supply amount to correspond to the thermally self operating limits to determine whether decreased.

熱自立運転限界まで燃料供給量が減少し、且つ、熱自立運転限界に対応するまで酸化剤供給量が減少していれば(ステップS15AがYES)、ステップS18に進む。 Fuel supply amount is reduced to thermally self operating limits, and, if the oxidant supply amount to correspond to the heat isolated operation limit if decreased (step S15A is YES), the process proceeds to step S18. ステップS18に進んだ後については、図4の制御と同じである。 For after traveling in step S18, the same as the control in Fig.
一方、熱自立運転限界まで燃料供給量が減少しておらず、及び/又は、熱自立運転限界に対応するまで酸化剤供給量が減少していなければ(ステップS15AがNO)、ステップS14Aに戻る。 On the other hand, the fuel supply amount is not reduced to thermally self operating limits, and / or, if the oxidant supply amount to correspond to the thermally self operating limit is not reduced (Step S15A is NO), the process returns to the step S14A . ここで、ステップS14Aでは、燃料と酸化剤の熱自立運転限界に対応した量まで減少していない方のみを減少すれば良い場合も存在する。 Here, in step S14A, even if it is sufficient decrease only which is not reduced to an amount corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel and oxidant are present. その様な場合の存在を考慮して、図5のステップS14Aでは、「及び/又は」と表記されている。 In view of the presence of such a case, in step S14A of FIG. 5, it is described as "and / or".

その他については、図5の制御は図4の制御と同様である。 The other, the control of FIG. 5 is similar to the control in FIG.

図5の制御では燃料と酸化剤とを同時に減少したが、図6で示す制御では、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量及び酸化剤供給量の3つのパラメータを同時減少させている。 Although the control of FIG. 5 is decreased and the fuel and oxidant simultaneously, the control shown in FIG. 6, the current density and / or the fuel utilization, and the three parameters of the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount to concomitant reduction there.
ここで、図6の制御も図4の制御の変形にかかるものである。 Here, it relates to a control deformation of the control of FIG. 4 in FIG.

図6の制御を行うに際しては、コントロールユニット8(図1)は、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量及び酸化剤供給量の3つのパラメータを、予めマップに記憶された目標出力における熱自立運転限界に対応した値を参照し、その設定値に向けて同時に減少させる制御を行うように構成されている。 In performing control in FIG. 6, the control unit 8 (FIG. 1), the current density and / or the fuel utilization ratio, the three parameters of the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount, previously mapped to the stored target output It refers to the value corresponding to the thermally self operating limits, towards its set value is configured to perform control to decrease at the same time in.

図6において、ステップS11は図4と同様である。 6, step S11 is the same as FIG.
図6のステップS12Aは、図4における電流密度及び/又は燃料利用率を減少する工程(ステップS12)と、燃料供給量を減少する工程(ステップS14)と、酸化剤供給量を減少する工程(ステップS17)とを同時に行うものである。 Step S12A of FIG. 6, the step of reducing the current density and / or fuel utilization in FIG. 4 (step S12), the the step of decreasing the fuel supply amount (step S14), and the step of reducing the oxidizing agent supply amount ( step S17) and is performed at the same time.
ここで、図6のステップS12Aにおいて「及び」と言う表記ではなく、「及び/又は」と表記されているのは、後述するステップS13Aで「NO」と判定された場合には、ステップS13Aで目標値まで減少していないと判断されたパラメータのみを減少すれば良い場合が存在するので、その様な場合を考慮する趣旨である(ステップS12Aの「及び/又は」の「又は」に該当)。 Here, instead of notation referred to as meaning of "and" in step S12A of FIG. 6, what is described as "and / or" when it is determined as "NO" in step S13A to be described later, in step S13A because if the only parameters that are determined not to be reduced to the target value may be reduced there is a purpose to consider such a case (corresponding to "or" in "and / or" in step S12A) .

このステップS12Aにおいて、上述した3つのパラメータ(電流密度及び/又は燃料利用率、燃料供給量、酸化剤供給量)を1つずつ調節しても、適正な値にならないことが予想されるので、例えば、コントロールユニット8で記憶されたマップの目標出力における熱自立運転限界に対応した値を制御目標として、3つのパラメータ全てを同時に制御しても良い(ステップS12Aの「及び/又は」の「及び」に該当)。 In step S12A, 3 two parameters described above (current density and / or fuel utilization ratio, the fuel supply amount, the oxidizing agent supply amount) be adjusted one by one, since it is expected that not a proper value, for example, as a control target value corresponding to the thermal self-sustained operation limit in the target output of a map stored in the control unit 8 may be simultaneously control all three parameters (step S12A of "and / or" "and corresponding to ").

図6のステップS13Aは、図4における電流密度及び/又は燃料利用率の減少に関する判断工程(ステップS13)と、燃料供給量の減少に関する判断工程(ステップS15)と、酸化剤供給量の減少に関する判断工程(ステップS16)とを同時に行うものである。 Step S13A of FIG. 6, the step judgment on reduction of current density and / or fuel utilization in FIG. 4 (step S13), and the step judgment on reduction of fuel supply amount (step S15), and relates to a decrease of the oxidizing agent supply amount it is performed determination process (step S16) and at the same time.
すなわち、図6のステップS13Aでは、電流密度(及び/又は燃料利用率)が目標出力に対応する値まで減少しており、且つ、燃料供給量が熱自立運転限界まで減少しており、且つ、酸化剤供給量が熱自立運転限界に対応する量まで減少した状態であるか否かが判定され、上述した3つのパラメータの全てが所定のレベルまで減少していれば(ステップS13AがYES)、ステップS18に進み、図4で説明した制御と同様な処理が為される。 That is, in step S13A of FIG. 6, it has decreased to a value that current density (and / or fuel utilization rate) corresponding to the target output, and the fuel supply amount has been reduced to thermally self operating limits, and, is determined whether or not the state quantity oxidant supply has been reduced to an amount corresponding to the thermal self-sustained operation limit, if all three parameters described above is only to decrease to a predetermined level (step S13A is YES), It proceeds to step S18, a process similar to the control described in FIG. 4 is performed.
一方、上述した3つのパラメータの何れかが所定のレベルまで減少していなければ(ステップS13AがNO)、ステップS12Aに戻る。 On the other hand, if any of the three parameters described above has not been reduced to a predetermined level (step S13A is NO), the process returns to the step S12A.

その他については、図6の制御は図4の制御と同様である。 The other, the control of FIG. 6 is similar to the control in FIG.

次に、図7を参照して、出力を増加させる場合の制御(第3の制御方法)を説明する。 Next, with reference to FIG. 7, the control (third control method) will be described in the case of increasing the output.
その様な制御を行う場合には、コントロールユニット8(図1)は、燃料電池1の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料を供給し、その後に目標出力に応じた電流密度を得る、又は燃料利用率を調整する制御を行うように構成されている。 When performing such control, the control unit 8 (FIG. 1) is, in increasing the output of the fuel cell 1 supplies first fuel was increased by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output, then obtain a current density corresponding to the target output, or is configured to perform a control for adjusting the fuel utilization.

図7のステップS21において、コントロールユニット8は、出力を増加するか否かを判断し、増加させないのであれば(ステップS21がNO)、ステップS21における「NO」のループを繰り返す。 In step S21 in FIG. 7, the control unit 8 determines whether to increase the output, if not increase (step S21 NO), and repeats the loop of "NO" in step S21. 一方、出力を減少させるのであれば(ステップS1がYES)、ステップS22に進む。 On the other hand, if reducing the output (Step S1 is YES), the process proceeds to step S22.

ステップS22では、燃料の供給量を増量する。 At step S22, increasing the supply amount of the fuel. そしてステップS23に進む。 Then, the process proceeds to step S23. ステップS23において、コントロールユニット8は、目標出力における熱自立に必要な分の燃料が燃料電池1へ供給されたか否かを判断する。 In step S23, the control unit 8 determines whether the amount of fuel required to thermally self in the target output is supplied to the fuel cell 1.

燃料電池1が目標出力において熱自立するのに必要な燃料を供給したならば(ステップS23のYES)、ステップS24に進む。 If the fuel cell 1 is supplied the fuel necessary to thermally self in the target output (YES in step S23), the process proceeds to step S24. そしてステップS24では、電流密度が目標出力となるように制御して、ステップS21まで戻り(リターン)、再びステップS21以降を繰り返す。 In step S24, by controlling so that the current density becomes the target output, the process returns to step S21 (return), again the step S21 is repeated.
ステップS23において、燃料電池が目標出力において熱自立するのに必要な量の燃料が供給されていなければ(ステップS23がNO)、ステップS22に戻り、再びステップS22以降を繰り返す。 In step S23, unless the fuel cell is supplied with the amount of fuel required to thermally self in the target output (step S23 is NO), the process returns to step S22, again the step S22 is repeated.

図7を参照して説明された出力増加の場合の制御について、図2を参照して説明すると、以下の通りとなる。 The control in the case of a reference to described output increased 7, will be described with reference to FIG. 2, is as follows.
すなわち、 That is,
(1) 低温低出力(500℃〜600℃:出力50%)で熱自立運転を行っている状態で(図2において、左方のプロット:発電密度は点Pw2、電圧は点Pv2)、 (1) low temperature low power (500 ° C. to 600 ° C.: Output 50%) while performing the heat self-sustained operation at (2, the left plot: power density point Pw2, voltage point Pv2),
(2) 燃料供給量を増加する(図7のステップS22)。 (2) increasing the fuel supply amount (step S22 in FIG. 7).
(3) その結果、電池温度は上昇する。 (3) As a result, the battery temperature rises.
(4) そして、燃料供給量を一定にして、電流密度を増加する制御を行う。 (4) Then, the fuel supply amount constant, control is performed to increase the current density. すなわち、図2における特性曲線Lw上の点Pw2から点Pw1へ変遷し、或いは、特性曲線Lv上の点Pv2からPv1へ変遷する。 That is, the transition from the point Pw2 on the characteristic curve Lw in FIG. 2 to the point Pw1, or to transition from a point Pv2 on the characteristic curve Lv to Pv1. (図7のステップS24)。 (Step S24 in FIG. 7).

主として図7を参照して説明した制御によれば、燃料電池1の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料を供給し、その後に目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率に調整する様に制御しているため、燃料供給量を一定にした状態で電流密度及び/又は燃料利用率を増加させてしまった場合の様に、いわゆる「燃料枯れ(酸化剤供給量に対して燃料の供給量が不足する現象)」を生じてしまうことが防止され、「燃料枯れ」によって燃料電池が損傷を受けてしまう事態が回避出来る。 According to reference mainly to control described to FIG. 7, in increasing the output of the fuel cell 1, first supplying fuel was increased by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output, thereafter the target output due to the controlled so adjusted to corresponding current density and / or fuel utilization rate, as in the case where had increased current density and / or fuel utilization ratio of the fuel supply amount in a state of being constant, the so-called is prevented occurs a "fuel withered (supply amount of the fuel is a phenomenon that short of the oxidizing agent supply amount)", "fuel wither" situation can be avoided that the fuel cell will be damaged by.

次に、図8を参照して、出力を増加させる制御であって、図7の制御とは異なる制御(第4の制御方法)について説明する。 Next, with reference to FIG. 8, a control for increasing the output, it will be described different control (fourth control method) of the control of FIG.
ここで、図8で示す制御を行う場合には、コントロールユニット8は、燃料電池1の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料を供給し、その後にその燃料供給量における熱自立運転に対応した酸化剤を供給し、そして、目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率に調整する制御を行うように構成されている。 Here, when performing the control shown in FIG. 8, the control unit 8, in increasing the output of the fuel cell 1 supplies first fuel was increased by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output, then supplying the oxidizing agent corresponding to the thermally self-sustained operation in the fuel supply amount, and is configured to perform control for adjusting the current density and / or fuel utilization rate according to the target output.

図8におけるステップS31〜ステップS33は、図7のステップS21〜ステップS23と同様である。 Step S31~ step S33 in FIG. 8 is the same as step S21~ step S23 in FIG. 7.

図8のステップS33において、コントロールユニット8は、目標出力において燃料電池1が熱自立するのに必要な燃料が供給されているか否かを判断している。 In step S33 in FIG. 8, the control unit 8, the fuel cell 1 at the target output is the fuel needed to thermally self is judged whether it is supplied. 目標出力において燃料電池が熱自立するのに必要な燃料が供給されていれば(ステップS33のYES)、ステップS34に進む。 Fuel cell in the target output if it is supplied with the fuel needed to thermally self (YES in step S33), the process proceeds to step S34. 一方、目標出力において燃料電池が熱自立するのに必要な燃料が供給されていなければ(ステップS33のNO)、ステップS32に戻り、再びステップS32以降を繰り返す。 On the other hand, if the fuel cell at the target output is being supplied fuel needed to thermally self (NO in step S33), it returns to step S32, again the step S32 is repeated.

ステップS34では、燃料電池1の熱自立運転限界に対応した酸化剤供給量となっているかを判断している。 In step S34, it is determined whether the a oxidizing agent supply amount corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell 1. 熱自立運転限界に対応した酸化剤供給量となっていなければ(ステップS16の「不適」)、ステップS36で酸化剤調整バルブ7(図1参照)を開き、酸化剤供給量を増加させる。 If the oxidizing agent supply amount corresponding to the thermally self operating limit ( "irrelevant" in step S16), and open the oxidizer control valve 7 (see FIG. 1) at step S36, increasing the oxidant supply. 一方、燃料電池1の熱自立運転限界に対応した酸化剤供給量となっていれば(ステップS34の「適正」)、ステップS35に進む。 On the other hand, if a oxidant supply amount corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell 1 ( "proper" in step S34), the process proceeds to step S35.

ステップS35では、コントロールユニット8は、燃料電池1からの電流密度が目標出力となるように制御して、電流密度が目標出力となった後に、ステップS31まで戻り(「リターン」)、再びステップS31以降を繰り返す。 In step S35, the control unit 8, the current density of the fuel cell 1 is controlled to be the target output, after the current density becomes the target output, the process returns to step S31 ( "return"), step S31 again It is repeated.
ここで、ステップS35においては、電流密度というパラメータに代えて、燃料利用率を調節しても良い。 Here, in step S35, instead of the parameters of the current density may be adjusted fuel utilization.

図8を参照して説明した出力増加の際における制御について、図2を参照して説明すれば、以下の通りである。 For reference to the control at the time of output increases which describes Figure 8, it will be described with reference to FIG. 2, is as follows.
(1) 低温低出力(500℃〜600℃:出力50%)で熱自立運転を行っている状態(図2において、左方のプロット:発電密度はPw2、電圧はPv2)から、 (1) low temperature low output (in FIG. 2, left plot: power density Pw2, voltage Pv2) (500 ° C. to 600 ° C. Output 50%) condition is performed thermally self-sustained operation at from
(2) 燃料供給量を増加する(図8のステップS32)。 (2) increasing the fuel supply amount (step S32 in FIG. 8). 燃料供給量を増加すると、酸素枯れの懸念が生じるので、 Increasing the fuel supply amount, the oxygen wither concerns arise,
(3) 酸化剤の供給量を増加させる(図8のステップS36)。 (3) increase the supply amount of the oxidizing agent (step S36 in FIG. 8).
(4) 酸化剤の供給量が増加することによりオフガス燃焼も増加し、余剰熱が増加して、電池温度は上昇する。 (4) off-gas combustion increased by the supply amount of the oxidizing agent is increased, excess heat is increased, the battery temperature rises.
(5) 係る状態で、燃料供給量及び酸化剤供給量を一定に保持した状態で、電流密度増加の制御を行う。 (5) in a state of the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount while maintaining constant, for controlling the current density increases. すなわち、図2で示す特性曲線Lw上の点Pw2から点Pw1への変遷し、特性曲線Lv上の点Pv2からPv1への変遷を行う(図8のステップS35)。 That is, transition from the point Pw2 on the characteristic curve Lw shown in Figure 2 to the point Pw1, performs transition from the point Pv2 on the characteristic curve Lv to Pv1 (step S35 in FIG. 8).
(6) 係る制御(図8のステップS35)を行えば、電池発熱が増加し、オフガス燃焼は減少して、燃料利用率は増加する。 By performing the (6) according the control (step S35 in FIG. 8), increased battery heating, off-gas combustion is decreased, the fuel utilization ratio is increased.
(7) その後、高温高出力(600〜800℃:出力100%)の熱自立運転を継続する。 (7) Then, high temperature and high output: continuing the heat autonomous operation of (600 to 800 ° C. Output 100%).

主として図8で説明した制御によれば、燃料電池1の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料を供給し、その後にその燃料供給量における熱自立運転に対応した酸化剤を供給し、そして、目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率に調整する制御を行っているため、電流密度(又は燃料利用率)と燃料供給量を増大させずに酸化剤供給量のみを増加させてしまい、いわゆる「酸化剤枯れ(燃料の供給量に対する酸化剤供給量が不足する現象)」が生じ、「酸化剤枯れ」によって燃料電池が損傷を受けてしまう、という事態が回避される。 According to primarily control described in FIG. 8, in increasing the output of the fuel cell 1, first supplying fuel was increased by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output, then the heat in the fuel supply amount supplying an oxidizing agent corresponding to the autonomous operation, and, because a control of adjusting the current density and / or fuel utilization rate according to the target output, current density (or fuel utilization) and increasing the fuel supply amount let not cause increases only oxidizing agent supply amount to the so-called "dead oxidizing agent (phenomenon of insufficient oxidizing agent supply amount to the amount of fuel supplied)" occurs, the fuel cell by "withering oxidizing agent" is damaged and thus, a situation that can be avoided.

図9は、図8の制御の変形例である。 Figure 9 is a modification of the control of FIG.
図9の制御を行うに際して、コントロールユニット8(図1)は、燃料電池1の出力を増大させる際に、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ増量した燃料と酸化剤を同時に供給し、その後に目標出力に応じた電流密度を得る、又は燃料利用率を調整する制御を行うように構成されている。 In performing control in FIG. 9, the control unit 8 (FIG. 1) is, in increasing the output of the fuel cell 1, first only as required to heat self-sustained operation at the target output increased amount of fuel and oxidant simultaneously supply and it is then configured to perform control to obtain a current density corresponding to the target output, or to adjust the fuel utilization.

図9におけるステップS31は、図8と同一である。 Step S31 in FIG. 9 is identical to FIG.
図9におけるステップS32Aは図8のステップS32とステップS36とを同時に行うものであり、図9におけるステップS33Aは図8のステップS33における判断とステップS34における判断とを同時に行うものである。 Step S32A in Fig. 9 is to carry out the step S32 and step S36 of FIG. 8 at the same time, step S33A in FIG. 9 is performed and a determination at decision and step S34 in step S33 in FIG. 8 at the same time.
すなわち、図9におけるステップS32Aでは、燃料供給量と酸化剤供給量を共に増加する。 That is, in step S32A in FIG. 9, to increase both the fuel supply amount and an oxidizing agent supply amount. そして、ステップS33Aにおいて、目標出力における熱自立運転に必要な量まで燃料供給量が増加し、且つ、熱自立運転限界に対応するまで酸化剤供給量が増加している状態であるか否かを判断する。 Then, at step S33A, the fuel supply amount is increased to an amount necessary to heat self-sustained operation at the target output, and, whether or not the state quantity oxidant supply is increased to correspond to the thermally self operating limit to decide.

目標出力における熱自立運転に必要な量まで燃料供給量が増加し、且つ、熱自立運転限界に対応するまで酸化剤供給量が増加していれば(ステップS33AがYES)、ステップS35に進む。 Fuel supply amount to an amount required for heat isolated operation increases the target output, and, if the oxidant supply amount to correspond to the thermally self operating limit is increased (step S33A is YES), the process proceeds to step S35. ステップS35に進んだ後については、図8の制御と同じである。 For after traveling in step S35, the same as the control in Fig.
一方、目標出力における熱自立運転に必要な量まで燃料供給量が増加しておらず、及び/又は、熱自立運転限界に対応するまで酸化剤供給量が増加していなければ(ステップS33AがNO)、ステップS32Aに戻る。 On the other hand, the fuel supply amount is not increased to an amount necessary to heat self-sustained operation at the target output, and / or, if the oxidant supply amount to correspond to the thermally self operating limit is not increased (step S33A is NO ), it returns to the step S32A.
ステップS32Aでは、燃料と酸化剤の何れか一方のみを増加すれば良い場合も存在する。 In step S32A, also exists if any should be increased only one of fuel and oxidant. その様な場合の存在を考慮して、図9のステップS32Aでは、「及び/又は」と表記されている。 In view of the presence of such a case, in step S32A of FIG. 9, labeled "and / or".

その他については、図9の制御は図8の制御と同様である。 The other, the control of FIG. 9 is similar to the control in FIG.

図9の制御では燃料と酸化剤とを同時に増加したが、図10で示す制御では、電流密度(及び/又は燃料利用率)と、燃料供給量及び酸化剤供給量の3つのパラメータを同時に増加させている。 Although the control of FIG. 9 is increased and the fuel and oxidant simultaneously, the control shown in FIG. 10, current density (and / or fuel utilization rate), three parameters of the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount at the same time increase It is made to.
ここで、図10の制御も図8の制御の変形にかかるものである。 Here, those according to the modification of the control of Figure 8 also controls the FIG.

図10の制御を行うに際しては、コントロールユニット8(図1)を、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量及び酸化剤供給量の3要素を、予めマップに記憶された目標出力における熱自立運転限界に対応した値を参照し、その設定値に向けて同時に増量させる制御を行うように構成する。 In performing control in FIG. 10, the control unit 8 (FIG. 1), and the current density and / or fuel utilization, the three elements of the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount, the target output which is stored in advance mapped to It refers to the value corresponding to the thermally self operating limits, configured to perform control to increase at the same time towards the set value.

図10において、ステップS31は図8と同様である。 10, step S31 is similar to FIG.
図10のステップS32Bは、図8における燃料供給量を増加する工程(ステップS32)と、酸化剤供給量を増加する工程(ステップS36)と、電流密度及び/又は燃料利用率を増加する工程(ステップS35)とを同時に行うものである。 Step S32B of FIG. 10, the step of increasing the fuel supply amount in FIG. 8 (step S32), the step of increasing the oxidant supply amount (step S36), the step of increasing the current density and / or fuel utilization rate ( step S35) and is performed at the same time.
ここで、図10のステップS32Bにおいて「及び」と言う表記ではなく、「及び/又は」と表記されているのは、後述するステップS33Bで「NO」と判定された場合には、上述した3つのパラメータの何れかを増加するだけで良い場合が存在するので、その様な場合を考慮する趣旨である(ステップS32Bの「及び/又は」の「又は」に該当)。 Here, instead of notation referred to as meaning of "and" in step S32B of Figure 10, what is referred to as "and / or" when it is determined as "NO" in step S33B, which will be described later, 3 described above one of so when there may only increase one of the parameters is a purpose to consider such a case (corresponding to "or" in "and / or" in step S32B).

このステップS32Bにおいて、上述した3つのパラメータ(電流密度及び/又は燃料利用率、燃料供給量、酸化剤供給量)を1つずつ調節しても、適正な値にならないことが予想されるので、例えば、コントロールユニット8で記憶されたマップの目標出力における熱自立運転限界に対応した値を制御目標として、3つのパラメータ全てを同時に制御することが出来る(ステップS32Bの「及び/又は」の「及び」に該当)。 In step S32B, 3 two parameters described above (current density and / or fuel utilization ratio, the fuel supply amount, the oxidizing agent supply amount) be adjusted one by one, since it is expected that not a proper value, for example, as a control target value corresponding to the thermal self-sustained operation limit in the target output of a map stored in the control unit 8, it is possible to simultaneously control all three parameters (step S32B of "and / or" "and corresponding to ").

図10のステップS33Bは、図8における燃料供給量の増加に関する判断工程(ステップS33)と、酸化剤供給量の増加に関する判断工程(ステップS34)と、電流密度及び/又は燃料利用率の増加に関する工程(ステップS35)とを同時に行うものである。 Step S33B of FIG. 10, the step decision regarding the increase in the fuel supply amount in FIG. 8 (step S33), step decision on the increase in the oxidant supply amount (step S34), concerning the increase in current density and / or fuel utilization ratio step is performed (step S35) and at the same time.
すなわち、図10のステップS33Bでは、燃料供給量が熱自立運転に必要な量まで増加しており、且つ、酸化剤供給量が熱自立運転限界に対応する量まで増加しており、且つ、電流密度(及び/又は燃料利用率)が目標出力に対応する値まで増加した状態であるか否かが判定され、上述した3つのパラメータの全てが所定のレベルまで増加していれば(ステップS33BがYES)、リターンする。 That is, in step S33B of Figure 10, the fuel supply amount has increased to the amount required to thermally self operation, and has increased to an amount amount oxidizer supply corresponds to the thermally self operating limits, and the current is determined whether the density (and / or fuel utilization rate) is in a state of being increased to a value corresponding to the target output, if all three parameters described above is only to increase to a predetermined level (step S33B is YES), the return.
一方、上述した3つのパラメータの何れかが所定のレベルまで増加していなければ(ステップS33BがNO)、ステップS32Bに戻る。 On the other hand, if any of the three parameters described above has not increased to a predetermined level (step S33B is NO), the process returns to the step S32B.

その他については、図10の制御は図8の制御と同様である。 The other, the control of FIG. 10 is the same as the control in Fig.

次に、図11を参照して、電力需要が比較的少ない場合の制御(第5の制御方法)について説明する。 Next, referring to FIG. 11, a description will be given of the control of the case of relatively small power demand (fifth control method).
図11で示す制御を実施する燃料電池システムAは、需要が燃料電池1の熱自立限界における最低出力以上である範囲では負荷追従運転で対応し、需要が燃料電池1の熱自立限界における最低出力を下回った場合には、燃料電池1は当該最低出力で運転し、発生した出力(電力)のうち需要を上回った分の余剰電力は、蓄電装置10へ充電(蓄電)されるように構成されている。 The fuel cell system A for implementing the control shown in FIG. 11, the demand corresponds with load following operation in a range at minimum output or in thermally self limits of the fuel cell 1, the minimum output demand in thermally self limits of the fuel cell 1 when below the fuel cell 1 is operated in the minimum output, min surplus power exceeds the demand of the generated output (power) is configured to be charged to power storage device 10 (power storage) ing. すなわち、図11の燃料電池システムAにおいては、蓄電装置10への充電は、主として、燃料電池1の熱自立限界の最低出力運転時に発生する余剰電力によって行われる様に構成されている。 That is, in the fuel cell system A in FIG. 11, charging of the power storage device 10 mainly is composed as performed by the surplus power generated at the time of minimum output operation of the thermal self limits of the fuel cell 1.

図11のステップS41において、コントロールユニット8は、定格出力が需要以上か否かを判断しており、定格出力が需要以上であれば(ステップS41のYES)、次のステップS42に進み、定格出力が需要未満であれば(ステップS41のNO)、ステップS41のループを繰り返す。 In step S41 of FIG. 11, the control unit 8 has judged whether rated output higher demand, if the rated output higher demand (YES in step S41), the process proceeds to the next step S42, the rated output There is less than demand (NO in step S41), and repeats the loop of steps S41.

ステップS42では、図3〜図10を参照して上述した制御方法によって負荷追従運転を行う。 In step S42, it performs a load-following operation by the control method described above with reference to Figures 3-10. そして、ステップS43に進む。 Then, the process proceeds to step S43.

ステップS43において、電力需要が熱自立限界の最低出力に所定値αを加えた値を下回っているか否かを判断する。 In step S43, it is determined whether power demand is below the value obtained by adding a predetermined value α to the minimum output of the thermally self limits.
ここで、所定値α(W)を加えるのは、タイムラグによって充電のタイミングが遅れることを回避するためである。 Here, to add a predetermined value alpha (W) is to avoid that the timing of the charging by the time lag is delayed.

電力需要が出力が熱自立限界の最低出力に所定値αを加えた値以上であれば(ステップS43のNO)、ステップS41まで戻り(リターン)、再びステップS41以降を繰り返す。 If the value is greater than or equal to adding a predetermined value α to the minimum output of the output thermally self limiting power demand (NO in step S43), returns to step S41 (return), again step S41 is repeated.
一方、出力が熱自立限界の最低出力に所定値αを加えた値を下回っていれば(出力が熱自立限界の最低出力に所定値αを加えた値未満であれば)(ステップS43のYES)、ステップS44へ進む。 On the other hand, the output (if less than a value output by adding a predetermined value α to the minimum output of the thermally self limit) if below the value obtained by adding a predetermined value α to the minimum output of the thermally self limits of (step S43 YES ), the process proceeds to step S44.
ステップS44では、コントロールユニット8は、燃料電池1を熱自立限界における最低出力に対応した運転を行わせる。 At step S44, the control unit 8, the fuel cell 1 to perform the operation corresponding to the minimum output in the thermally self limits. その結果、需要を上回る電力が出力されるが、(燃料電池1の出力電力の内)需要を上回った分は余剰電力として、蓄電池(キャパシタ)10に充電する。 As a result, the power in excess of demand is output to charge the (output of electric power of the fuel cell 1) excess power was amount that exceeds demand, the storage battery (capacitor) 10. そして、ステップS41まで戻り(リターン)、再びステップS41以降を繰り返す。 Then, the processing returns to step S41 (return), again step S41 is repeated.

図11を参照して説明した制御によれば、電力需要が燃料電池1の熱自立限界における最低出力を下回った場合に、燃料電池1を熱自立限界における最低出力に対応した運転をせしめて燃料電池1の熱自立運転状態を維持することが出来る。 According to reference to control described to FIG. 11, when the power demand falls below the minimum output of the thermally self-sustaining limit of the fuel cell 1, the fuel cell 1 brought the operation corresponding to the minimum output in the thermally self limit fuel it is possible to maintain the thermally self-sustained operation state of the battery 1.
それと共に、熱自立運転の出力が需要を上回った分については、余剰電力として、パワーコンディショナー3(図1)における燃料電池1の直流出力部3oに接続されているキャパシタ10(蓄電装置)に蓄電しているので、燃料電池1で発生した電力を浪費してしまうことが防止できる。 At the same time, for the amount that the output of the heat isolated operation exceeds the demand, as a surplus power, the power conditioner 3 charged in the capacitor 10 that is connected to the DC output portions 3o of the fuel cell 1 in (1) (power storage device) since it is, and it is possible to prevent thereby wasting power generated by the fuel cell 1. 例えば、図12を参照して後述するように、キャパシタ10(蓄電装置)に蓄電されている電力は、燃料電池1の定格出力が需要電力を下回った際に利用可能である。 For example, as will be described later with reference to FIG. 12, power stored in the capacitor 10 (power storage device), the rated output of the fuel cell 1 can be used when it falls below the demand power.

次に、図12を参照して、燃料電池1の定格出力を上回る程度まで需要が増加する場合の制御(第6の制御方法)について説明する。 Next, referring to FIG. 12, the control (sixth control method) in the case of demand to the extent exceeding the rated output of the fuel cell 1 is increased will be described.
図12で示す制御を実行する燃料電池システムAは、需要の負荷が増加した際には、燃料電池1の定格出力までは負荷追従運転で対応し、需要の負荷が燃料電池1の定格出力を超えた場合に前記蓄電装置10から電力供給が行われる様に構成されている。 The fuel cell system A to perform the control shown in FIG. 12, when the load demand is increased, up to the rated output of the fuel cell 1 corresponds in load following operation, the load demand the rated output of the fuel cell 1 the electric storage device power supply 10 is configured so as to be performed when exceeded.

図12のステップS51において、コントロールユニット8は、図11の制御を行う場合に比較して、電力需要が増加しているか否かを判断している。 In step S51 of FIG. 12, the control unit 8, as compared to the case where the control of FIG. 11, it is determined whether power demand is increasing. 図11の制御の場合に比較して電力需要が増加していれば(ステップS51のYES)、次のステップS52に進む。 If an increase in power demand as compared with the case of the control of FIG. 11 (YES in step S51), the process proceeds to the next step S52.
一方、電力需要が増加しておらず、図11で説明した制御を行う場合と同程度であれば(ステップS51のNO)、ステップS51のループを繰り返す。 On the other hand, no increase in power demand, if the same level as when performing the control described in FIG. 11 (step S51 NO), repeats the loop of steps S51. その場合は、例えば、図11の制御が実行される。 In that case, for example, the control of FIG. 11 is executed.

ステップS52では、図3〜図10を参照して説明した制御により負荷追従運転を行う。 In step S52, it performs a load-following operation by the control described with reference to Figures 3-10. そして、ステップS53において、電力需要が定格出力を超えたか否かを判断する。 Then, in step S53, the power demand is determined whether exceeds the rated output.
電力需要が定格出力を超えていれば(ステップS53のYES)、ステップS54に進む。 If power demand exceeds the rated output (YES in step S53), and the process proceeds to step S54.
一方、電力需要が定格出力を超えていなければ(ステップS53のNO)、負荷追従運転を行う(ステップS53の「NO」のループを繰り返す)。 On the other hand, does not exceed the rated output power demand (NO in step S53), (repeated loop of "NO" in step S53) for load following perform driving.

ステップS54では、燃料電池1の出力に加えて蓄電池(キャパシタ)10で蓄電されている電力をも供給することで、電力需要に応答する。 In step S54, in addition to the output of the fuel cell 1 by also supplying power stored in the battery (capacitor) 10, responsive to the power demand. そして、ステップS55に進む。 Then, the process proceeds to step S55.
ステップS55において、コントロールユニット8は燃料電池1の定格出力が需要を上回ったか否かを判断する。 In step S55, the control unit 8 is rated output of the fuel cell 1, it is determined whether the above demand. 上回っていなければ(ステップS55のNO)、蓄電池(キャパシタ)10で蓄電されている電力をも供給する状態を継続する(ステップS55が「NO」のループ)。 If not exceeded (NO in step S55), battery state is continued also supplies the power stored in (capacitor) 10 (loop step S55 is "NO").
一方、燃料電池1の定格出力が需要を上回っていれば(ステップS55のYES)、ステップS51まで戻り(リターン)、再びステップS51以降を繰り返す。 On the other hand, if the rated output of the fuel cell 1 exceeds the demand (YES in step S55), it returns to step S51 (return), again step S51 is repeated.

図12を参照して説明した制御によれば、電力需要が燃料電池1の定格出力を超えた場合にキャパシタ10から電力供給が行われる様に制御されるので、燃料電池1を定格出力に維持した状態で、定格出力を上回る電力需要に対処することが出来る。 According to reference to control described Figure 12, maintained since the power demand the power supply from capacitor 10 in the case of exceeding the rated output of the fuel cell 1 is controlled so as to be performed, the fuel cell 1 to the rated output in the state, it is possible to cope with the power demand in excess of the rated output. しかも、図11を参照して説明したように、キャパシタ10に蓄電された電力は、電力需要が極めて低い状態で燃料電池1の熱自立運転で出力された余剰電力であるため、電力需要が極めて低い状態にある際に電力を浪費させること無く、電力需要が大きい場合に対処できるのである。 Moreover, as described with reference to FIG. 11, electric power stored in the capacitor 10, since the power demand is excess power output by heat isolated operation of the fuel cell 1 at a very low state, power demand is very without thereby wasting power when in a low state, it can cope with the case of a large power demand.
さらに、図12で説明した制御を実行可能な燃料電池システム(図1参照)であれば、電力需要が低い場合と高い場合の双方で繰返し運用が可能となる。 Further, if the 12 viable fuel cell system control described in (see FIG. 1), it is possible to repeatedly operate in both cases and is low power demand higher.

図3〜図12を参照して説明した制御を実行するに際して、燃料電池1の熱自立運転温度が400℃〜1200℃の範囲となるべく、より好ましくは550℃〜750℃の範囲となる様に、図1で示すシステムは構成されている。 In executing a reference to control described to FIGS 12, thermally self operating temperature of the fuel cell 1 is possible in the range of 400 ° C. to 1200 ° C., more preferably as in the range of 550 ° C. to 750 ° C. , the system shown in FIG. 1 is configured.
係る温度、特に550℃〜750℃の間であれば、燃料電池1の温度維持に必要なコストを低く抑えることが出来て、安価な金属材料の使用が可能となり、また、熱サイクルの耐久性も向上するからである。 Temperature, if in particular between 550 ° C. to 750 ° C. according, to be able to reduce the cost required temperature maintenance of the fuel cell 1 lower, allowing the use of inexpensive metal material, also, the durability of the thermal cycle it is also improved.
換言すれば、図1で示すシステムでは、燃料電池1の熱自立運転時の特性(の1例)を示す図2において、プロットPv1、Pw1の状態における燃料電池1の温度を1200℃以下、より好ましくは750℃以下となっており、且つ、図2のプロットPv2、Pw2の状態における燃料電池1の温度を400℃以上、より好ましくは550℃以上となっている。 In other words, in the system shown in Figure 1, in Figure 2 showing the heat isolated operation when the characteristic of the fuel cell 1 (one example of a), the temperature of the fuel cell 1 in a state plot Pv1, Pw1 1200 ° C. or less, more preferably it has a 750 ° C. or less, and the temperature of the fuel cell 1 400 ° C. or higher in the state of the plot Pv2, Pw2 in Figure 2, and more preferably has a 550 ° C. or higher.

係る温度制御(本発明の第7の制御)を、主として図13で説明する。 Temperature control according to (seventh control of the present invention) will be described mainly in FIG.
図13において、電池監視装置2により燃料電池1の作動温度を計測する(ステップS61)。 13, to measure the operating temperature of the fuel cell 1 by the battery monitoring device 2 (step S61). そして、ステップS61で計測された燃料電池1の温度が、所定範囲内にあるか否かを判断する(ステップS62)。 Then, the temperature of the fuel cell 1 measured in step S61 it is determined whether within a predetermined range (step S62).
ここで、「所定範囲」については、上述した400℃〜1200℃、より好ましくは550℃〜750℃の上限及び下限に、±β(制御の応答性を考慮した温度幅)だけ余裕を持って設定するのが好ましい。 Here, the "predetermined range", 400 ° C. to 1200 ° C. as described above, the upper and lower limits of more preferably 550 ° C. to 750 ° C., with a margin only ± beta (temperature range in consideration of the responsiveness of the control) preferably set.

電池監視装置2により計測された燃料電池1の作動温度が所定範囲よりも高温であれば(ステップS62で「所定範囲より高温」)、図3〜図6の制御により燃料電池1の出力を低下せしめ、以って、燃料電池1の作動温度を降温させ(ステップS63)、リターンする。 If the operating temperature of the fuel cell 1 measured by the battery monitoring device 2 is elevated temperatures than the predetermined range ( "high temperature than the predetermined range" in step S62), it reduces the output of the fuel cell 1 under the control of 3 to 6 allowed, it hereinafter, the temperature is lowered the operating temperature of the fuel cell 1 (step S63), the process returns.
電池監視装置2により計測された燃料電池1の作動温度が所定範囲よりも低温であれば(ステップS62で「所定範囲より低温」)、図7〜図10の制御により燃料電池1の出力を向上せしめ、以って、燃料電池1の作動温度を昇温させる(ステップS64)、リターンする。 If the operating temperature of the fuel cell 1 measured by the battery monitoring device 2 is low temperatures than the predetermined range ( "cold than the predetermined range" in step S62), improve the output of the fuel cell 1 under the control of Figures 7-10 allowed, hereinafter, raise the temperature of the operating temperature of the fuel cell 1 (step S64), and returns.
電池監視装置2により計測された燃料電池1の作動温度が所定範囲内であれば(ステップS62がYES)、リターンする。 Operating temperature of the fuel cell 1 measured by the battery monitoring device 2 is within a predetermined range (step S62 is YES), the process returns.

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。 The illustrated embodiment is merely illustrative and note the effect is not a description of intended to limit the scope of the present invention.

本発明の燃料電池システムの実施形態の構成を示すブロック図。 Block diagram showing the configuration of an embodiment of a fuel cell system of the present invention. 燃料電池の熱自立運転特性の1例を示す図。 View showing an example of a thermally self operating characteristics of the fuel cell. 第1の制御方法を示すフローチャート。 Flowchart showing a first control method. 第2の制御方法を示すフローチャート。 Flowchart showing a second control method. 第2の制御方法の変形例を示すフローチャート。 Flowchart showing a modification of the second control method. 第2の制御方法の別の変形例を示すフローチャート。 Flow chart illustrating another modified example of the second control method. 第3の制御方法を示すフローチャート。 Flowchart showing a third control method. 第4の制御方法を示すフローチャート。 Flow chart illustrating a fourth control method. 第4の制御方法の変形例を示すフローチャート。 Flowchart showing a modification of the fourth control method. 第4の制御方法の別の変形例を示すフローチャート。 Flow chart illustrating another variation of the fourth control method. 第5の制御方法を示すフローチャート。 Flowchart illustrating a fifth method of controlling. 第6の制御方法を示すフローチャート。 Flowchart showing a sixth control method. 第7の制御方法を示すフローチャート。 Flowchart showing a seventh control method.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1・・・燃料電池2・・・燃料電池運転状況判定手段/電池監視装置3・・・電流密度制御手段/パワーコンディショナー4・・・燃料供給系統5・・・燃料供給量制御手段/燃料調整バルブ6・・・酸化剤供給系統7・・・酸化剤供給量制御手段/酸化剤調整バルブ8・・・燃料電池制御手段/コントロールユニット9・・・DC/DCコンバータ10・・・蓄電装置/キャパシタ11・・・双方向インバータ12・・・電力需要13・・・データベースA・・・燃料電池システムLi・・・入力信号ラインLo・・・制御信号ラインLe1〜Le5・・・電力ライン 1 ... fuel cell 2 ... fuel cell operation condition determining unit / cell monitoring device 3 ... current density control means / power conditioner 4 ... fuel supply system 5 ... fuel supply amount control unit / fuel modulation valve 6 ... oxidant supply line 7 ... oxidant supply amount control unit / oxidizer control valve 8 ... fuel cell control unit / control unit 9 ... DC / DC converter 10 ... electric storage device / capacitor 11 ... directional inverter 12 ... power demand 13 ... database A ... fuel cell system Li ... input signal line Lo ... control signal line Le1~Le5 ... power line

Claims (24)

  1. 高温作動型燃料電池と、該燃料電池の運転状態を判定する燃料電池運転状態判定手段と、当該燃料電池からの出力制御する出力制御手段と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給系統に介装され燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給系統に介装され酸化剤供給量を制御する酸化剤供給量制御手段と、燃料電池制御手段とを有し、該燃料電池制御手段は、燃料電池の出力と燃料供給量と酸化剤供給量と燃料電池の運転状態を示すパラメータとの特性が記憶されており、燃料電池の運転状態を示すパラメータ及び記憶されている前記特性に基づいて前記出力制御手段、燃料供給量制御手段、酸化剤供給量制御手段の何れかを制御する様に構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 Interposed and hot working fuel cell, the fuel cell operating condition determining means for determining an operating state of the fuel cell, and an output control means for outputting control from the fuel cell, the fuel supply system for supplying fuel to the fuel cell a fuel supply quantity control means for controlling the fuel supply amount is, the oxidizing agent supply amount control means interposed oxidant supply system for supplying an oxidizing agent to the fuel cell to control the oxidizing agent supply amount, the fuel cell control means has, the fuel cell control means, the characteristics of the parameter indicating the output and the fuel supply amount of the fuel cell operating conditions of the fuel cell oxidant supply amount and is stored, the parameter indicating the operating state of the fuel cell and said output control means on the basis of the characteristics stored, the fuel supply amount control means, the fuel cell system characterized by being configured so as to control one of the oxidizing agent supply amount control means.
  2. 燃料電池の出力側に蓄電装置が接続されている請求項1の燃料電池システム。 The fuel cell system of claim 1, the power storage device is connected to the output side of the fuel cell.
  3. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を減少させる際に、燃料電池から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、そして、燃料電池の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる制御を行う様に構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in reducing the output of the fuel cell, the current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell is reduced to an amount corresponding to the target output, and, until the thermally self operating limits of the fuel cell either of the fuel cell system according to claim 1 that is configured so as to perform the control for reducing the fuel supply amount.
  4. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を減少させる際に、燃料電池から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した数値まで減少させ、燃料電池の熱自立運転限界に対応する数値まで燃料供給量を減少させ、更に、減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応した量まで酸化剤供給量を減少するように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in reducing the output of the fuel cell, the current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell is reduced to a value corresponding to the target output, corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell numerical reduce the fuel supply amount to further one of the fuel cell according to claim 1, 2 up to an amount corresponding to the thermally self-sustained operation in the fuel supply amount is reduced is configured to reduce the oxidizing agent supply amount system.
  5. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を減少させる際に、燃料電池の電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させ、そして、燃料電池の熱自立運転限界に相当する量まで燃料供給量及び酸化剤供給量を減少させる制御を行うように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in reducing the output of the fuel cell, the current density and / or fuel utilization ratio of the fuel cell is reduced to an amount corresponding to the target output, and corresponds to a thermally self operating limits of the fuel cell either of the fuel cell system according to claim 1 that is configured to perform control for reducing the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount to an amount of.
  6. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を減少させる際に、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性に従って減少せしめる制御を行うように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in reducing the output of the fuel cell, and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidizing agent supply amount, to perform the reduction allowed to control in accordance with the stored characteristics either of the fuel cell system according to claim 1 that is configured to.
  7. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を増大させる際に、目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量し、そして、目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率とせしめる制御を行うように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in increasing the output of the fuel cell, fuel is increased by the amount needed to heat self-sustained operation at the target output and allowed to the current density and / or fuel utilization rate according to the target output either of the fuel cell system according to claim 1 that is configured to perform control.
  8. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を増大させる際に、目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量し、増量された燃料供給量における熱自立運転に対応した量の酸化剤を供給し、そして、目標出力に応じた数値の電流密度及び/又は燃料利用率に調整する制御を行うように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in increasing the output of the fuel cell, and increased by the amount fuel required to heat self-sustained operation at the target output, the amount of the oxidizing agent corresponding to the thermally self-sustained operation in increased fuel supply amount supplying and numerical current density and / or any of the fuel cell system according to claim 1 that is configured to perform control for adjusting the fuel utilization rate in accordance with the target output.
  9. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を増大させる際に、目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料及び酸化剤を増量し、そして、電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に応じた数値に調整する制御を行うように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, in increasing the output of the fuel cell, by an amount required for heat self-sustained operation at the target output to increase the fuel and oxidant and the current density and / or fuel utilization rate to the target output either of the fuel cell system according to claim 1 that is configured to perform control for adjusting the corresponding number.
  10. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の出力を増加させる際に、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性に従って増加せしめる制御を行うように構成されている請求項1、2の何れかの燃料電池システム。 The fuel cell control means, when increasing the output of the fuel cell, and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidizing agent supply amount, to perform the increase allowed to control in accordance with the stored characteristics either of the fuel cell system according to claim 1 that is configured to.
  11. 燃料電池制御手段は、需要が燃料電池の熱自立限界における最低出力以上の場合には負荷追従運転を行い、需要が燃料電池の熱自立限界における最低出力を下回った場合には最低出力運転を行い、需要に対する余剰分の出力電力を蓄電装置で蓄電する制御を行う様に構成されている請求項1〜10の何れか1項の燃料電池システム。 Fuel cell control means, demand for load-following operation in the case of minimum of the output in the thermal self limits of the fuel cell performs a minimum output operation when demand falls below the minimum output of the thermally self-sustaining limit of the fuel cell , any one fuel cell system of claim 10, which is configured so as to perform control for storing electric power output of the surplus electricity storage device for demand.
  12. 前記燃料電池制御手段(8)は、需要が燃料電池の定格出力以下の場合は負荷追従運転を行い、需要が燃料電池の定格出力を超えた場合には、燃料電池が定格出力で運転されると共に、蓄電装置から電力供給が行われる様に構成されている請求項1〜11の何れか1項の燃料電池システム。 The fuel cell control means (8), if the demand is less than the rated output of the fuel cell for load following operation, when the demand exceeds the rated output of the fuel cell, the fuel cell is operated at a rated output with, any one fuel cell system according to claim 1 to 11 power supply from the power storage device is configured as to be performed.
  13. 前記燃料電池制御手段は、燃料電池の作動温度を400℃〜1200℃の範囲とする制御を行うように構成されている請求項1〜12の何れか1項の燃料電池システム。 The fuel cell control means, fuel cell any one fuel cell system of claim 12 that is configured to the operating temperature performs control in the range of 400 ° C. to 1200 ° C. for.
  14. 請求項3の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を減少させるに際して、先ず、燃料電池から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させる工程と、燃料電池の熱自立運転限界まで燃料供給量を減少させる工程とを有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 3, when reducing the output of the fuel cell, first, a step of reducing the current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell to an amount corresponding to the target output, control method for a fuel cell system characterized in that it has a step of reducing the fuel supply amount to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell.
  15. 請求項4の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を減少させるに際して、最初に燃料電池から得る電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した数値まで減少させる工程と、次に燃料電池の熱自立運転限界に対応する数値まで燃料供給量を減少させる工程と、続いて減少させた燃料供給量における熱自立運転に対応した量まで酸化剤供給量を減少する工程、とを有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 4, comprising the steps of when decreasing the output of the fuel cell, thereby initially reducing the current density and / or fuel utilization rate obtained from the fuel cell to a value corresponding to the target output, a step of reducing the fuel supply amount next to a value corresponding to the thermally self-sustained operation limit of the fuel cell, the step of reducing the oxidizing agent supply amount to an amount corresponding to the thermally self-sustained operation in Subsequently fuel supply amount is reduced, and control method for a fuel cell system characterized in that it has a.
  16. 請求項5の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を減少させるに際して、最初に燃料電池の電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に対応した量まで減少させる工程と、続いて燃料電池の熱自立運転限界に相当する量まで燃料供給量及び酸化剤供給量を減少させる工程、とを有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 5, when reducing the output of the fuel cell, comprising the steps of initially reducing the current density and / or fuel utilization factor of the fuel cell to an amount corresponding to the target output, followed control method for a fuel cell system to process, characterized by having a city that decreases the fuel supply amount and the oxidizing agent supply amount to an amount corresponding to the heat isolated operation limit of the fuel cell Te.
  17. 請求項6の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を減少させるに際して、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性に従って減少せしめる工程を有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 6, when reducing the output of the fuel cell, and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidant supply, in accordance with the stored characteristics control method for a fuel cell system characterized in that it has a reduced allowed to process.
  18. 請求項7の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を増大させるに際して、先ず目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量する工程と、続いて目標出力に応じた電流密度及び/又は燃料利用率とせしめる工程、とを有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 7, when increasing the output of the fuel cell, a step of increasing the amount corresponding fuel required to heat self-sustained operation at the first target output, followed by a current corresponding to the target output control method for a fuel cell system characterized in that it comprises the step of allowed to the density and / or fuel utilization rate, and.
  19. 請求項8の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を増大させるに際して、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料を増量する工程と、次に増量された燃料供給量における熱自立運転に対応した量の酸化剤を供給する工程と、続いて目標出力に応じた数値の電流密度及び/又は燃料利用率に調整する工程、とを有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 8, when increasing the output of the fuel cell, first a step of increasing the amount corresponding fuel required to heat self-sustained operation at the target output, then increased fuel supply a step of supplying an oxidizing agent in an amount corresponding to the thermally self-sustained operation in the amount, followed by the step of adjusting the current density and / or fuel utilization value corresponding to the target output, and characterized in that it has a capital control method for a fuel cell system.
  20. 請求項9の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を増大させるに際して、最初に目標出力における熱自立運転に必要な分だけ燃料及び酸化剤を増量する工程と、次に電流密度及び/又は燃料利用率を目標出力に応じた数値に調整する工程、とを有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 9, when increasing the output of the fuel cell, a step of increasing first by the amount fuel and oxidant required thermal self-sustained operation at the target output, then the current density and / or the step of the fuel utilization ratio is adjusted to the values ​​corresponding to the target output, the control method of the fuel cell system characterized in that it has a city.
  21. 請求項10の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の出力を増加させるに際して、電流密度及び/又は燃料利用率と、燃料供給量と、酸化剤供給量とを、記憶された特性に従って増加せしめる工程を有していることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 10, when increasing the output of the fuel cell, and the current density and / or fuel utilization rate, and the fuel supply amount, an oxidant supply, in accordance with the stored characteristics control method for a fuel cell system characterized in that it has an increased allowed to process.
  22. 請求項11の燃料電池システムを制御する制御方法において、需要が燃料電池の熱自立限界における最低出力以上の場合には負荷追従運転を行い、需要が燃料電池の熱自立限界における最低出力を下回った場合には最低出力運転を行い、需要に対する余剰分の出力電力を蓄電装置で蓄電している請求項14〜請求項21の何れか1項の燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 11, demand for load-following operation in the case of minimum of the output in the thermal self limits of the fuel cell, the demand falls below the minimum output of the thermally self-sustaining limit of the fuel cell minimum output perform operation control method of the fuel cell system of any one of claims 14 to 21 which are storing electric power output of the surplus electricity storage device for demand when.
  23. 請求項12の燃料電池システムを制御する制御方法において、需要が燃料電池の定格出力以下の場合は負荷追従運転を行い、需要が燃料電池の定格出力を超えた場合には、燃料電池が定格出力で運転されると共に、蓄電装置から電力供給が行われる請求項14〜請求項22の何れか1項の燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 12, in the case of less than the rated output of the demand fuel cell for load following operation, when the demand exceeds the rated output of the fuel cell, the fuel cell rated output in conjunction with the operation control method of the fuel cell system of any one of claims 14 to 22, the power supply is performed from the power storage device.
  24. 請求項13の燃料電池システムを制御する制御方法において、燃料電池の作動温度を計測する工程と、計測された燃料電池の作動温度を400℃〜1200℃の範囲とする制御を行う工程、とを有している請求項14〜請求項23の何れか1項の燃料電池システムの制御方法。 A control method for controlling a fuel cell system according to claim 13, comprising the steps of measuring the operating temperature of the fuel cell, a step of performing control to be measured fuel range of 400 ° C. to 1200 ° C. operating temperature of the battery, the capital any one control method of the fuel cell system of which claims 14 to 23 which comprises.
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