JP2009295398A - Fuel cell power generation device and control method of fuel cell power generation device - Google Patents

Fuel cell power generation device and control method of fuel cell power generation device Download PDF

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Abstract

【課題】燃料切り替え後、負荷への電力供給を開始する際に、燃料不足を回避し燃料電池の発電電流を速やかに必要とする電流量に収束させる。
【解決手段】予備燃料の調節弁１５ｂの弁開度を、予め仮想電流Ｉｆ相当の仮想出力開度に制御しておき、燃料切り替え時に主燃料の遮断弁１４ａを閉状態に切り替えると共に予備燃料の遮断弁１５ａを開状態に切り替える（ステップＳ４）。燃料切り替えが完了するまでは仮想電流Ｉｆを制御用燃料電池電流Ｉｃとし、燃料電池１３に供給される燃料流量が仮想電流Ｉｆに見合った燃料流量となるように燃料流量制御を行う（ステップＳ６、Ｓ１５）。自立運転移行時に、電流センサ１３ａで検出される燃料電池１３の発電電流Ｉｆを制御用燃料電池電流Ｉｃとする燃料流量制御に切り替え、これ以後発電電流Ｉｒに見合った燃料流量となるように燃料流量制御を行う（ステップＳ７、Ｓ１１、Ｓ１５）。
【選択図】 図２When starting to supply power to a load after fuel switching, fuel shortage is avoided and the generated current of the fuel cell is quickly converged to the required current amount.
A valve opening of a reserve fuel control valve 15b is controlled in advance to a virtual output opening corresponding to a virtual current If, and a main fuel shut-off valve 14a is switched to a closed state at the time of fuel switching, and the reserve fuel is The shutoff valve 15a is switched to the open state (step S4). Until the fuel switching is completed, the virtual current If is set as the control fuel cell current Ic, and the fuel flow rate control is performed so that the fuel flow rate supplied to the fuel cell 13 becomes the fuel flow rate corresponding to the virtual current If (step S6, S15). At the time of shifting to the independent operation, the fuel flow rate control is switched to the fuel flow rate control in which the generated current If of the fuel cell 13 detected by the current sensor 13a is set as the control fuel cell current Ic. Control is performed (steps S7, S11, S15).
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、燃料切り替え可能な、燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation device and a control method for the fuel cell power generation device capable of switching fuel.

従来、燃料電池で発電して負荷への電力供給を行うようにしたシステムが提案されており、このようなシステムにおいては、電力系統と燃料電池とで連系して負荷への電力供給を行っている状態で、主燃料の供給が何らかの事情で遮断された場合、或いは電力系統に停電等が生じた場合等には、燃料電池及び負荷を電力系統から解列して切り離すと共に、負荷を燃料電池から切り離している。さらに燃料電池に供給される燃料の、予備燃料への切り替えを行っており、燃料電池への燃料切り替え中は内部補機に対して燃料電池の発電出力を供給しておき、燃料切り替えが完了し負荷への安定した電力供給を行うことが可能な状態となった後に、負荷への電力供給を開始することにより、負荷への電力供給を継続して行っている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, a system has been proposed in which power is generated by a fuel cell and power is supplied to a load. In such a system, the power system and the fuel cell are connected to supply power to the load. If the main fuel supply is interrupted for some reason or a power failure occurs in the power system, the fuel cell and the load are disconnected from the power system and disconnected. Disconnected from the battery. Furthermore, the fuel supplied to the fuel cell is switched to the reserve fuel. During the fuel switching to the fuel cell, the power generation output of the fuel cell is supplied to the internal auxiliary machine, and the fuel switching is completed. After a state where stable power supply to the load can be performed is made, power supply to the load is continued by starting power supply to the load (see, for example, Patent Document 1). .

また、燃料電池から一旦切り離した負荷に対して、燃料電池の発電出力をインバータを介して負荷に供給する際に、インバータを起動した後に、負荷への電力供給を開始すると、燃料電池は負荷量の急な変動に速やかに追従することができず、また、突入電流が生じる可能性があることから、これを回避するために、インバータを一時的に停止し、燃料電池が負荷に供給し得る最大の電気出力に相当する主燃料、反応空気、改質用蒸気を供給し、且つインバータを介して負荷と燃料電池とを接続した状態でインバータを再起動させる方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２０３１４６号公報 特開２００５−２０３１４５号公報 In addition, when supplying the power generation output of the fuel cell to the load once disconnected from the fuel cell via the inverter, if the power supply to the load is started after starting the inverter, the fuel cell In order to avoid this, it is possible to stop the inverter temporarily and supply the fuel cell to the load. There has also been proposed a method in which main fuel, reaction air, and reforming steam corresponding to the maximum electrical output are supplied, and the inverter is restarted in a state where the load and the fuel cell are connected via the inverter (for example, Patent Document 2).
JP-A-2005-203146 JP 2005-203145 A

ところで、燃料電池では、燃料電池の発電電流に見合った流量の燃料を供給することで、過不足のない電力供給を行うようにしている。
このため、燃料切り替え中、内部補機に対する出力電流に応じて燃料供給を行っている状態から、燃料切り替えが完了したため負荷への電力供給を開始し、この負荷への電力供給の開始に伴って負荷量が比較的大きく増加すると、燃料電池への燃料供給が追いつかず、燃料電池では燃料不足傾向となり、燃料電池本体に影響を及ぼす可能性がある。 By the way, in the fuel cell, by supplying fuel at a flow rate corresponding to the power generation current of the fuel cell, power supply without excess or deficiency is performed.
For this reason, during fuel switching, from the state where fuel is supplied according to the output current to the internal auxiliary machine, power supply to the load is started because the fuel switching is completed, and with the start of power supply to this load If the load increases relatively large, the fuel supply to the fuel cell cannot catch up, and the fuel cell tends to run out of fuel, which may affect the fuel cell body.

前述の特許文献２記載の発明のように、燃料電池の発電出力が、燃料電池で出力可能な最大電力となる燃料量を供給した状態で、負荷を接続し負荷への電力供給を開始することにより、負荷への電力供給開始時に燃料不足傾向となることを回避することができる。しかしながら、負荷接続後、どのような手順で発電電流に見合った燃料流量への制御に移行するかは明示されておらず、燃料切り替え後、負荷への電力供給を再開する際に、燃料不足が生じることなく、燃料電池の発電電流を速やかに必要とされる電流量に収束させることの可能な制御方法が望まれていた。   As in the invention described in Patent Document 2, the load is connected and the supply of power to the load is started in a state in which the amount of fuel generated is the maximum power that can be output by the fuel cell. Thus, it is possible to avoid the tendency of fuel shortage at the start of power supply to the load. However, it is not clearly specified in what procedure after the load connection the control shifts to the fuel flow rate corresponding to the generated current.When the power supply to the load is resumed after the fuel switch, there is no fuel shortage. There has been a demand for a control method that can quickly converge the generated current of the fuel cell to the required amount of current without occurring.

そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、燃料切り替え後、負荷への電力供給を開始する際に、燃料不足を回避し且つ燃料電池の発電電流を速やかに必要とする電流量に収束させることの可能な燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の制御方法を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and avoids fuel shortage and generates power generation current of the fuel cell when starting power supply to the load after fuel switching. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation apparatus and a control method for the fuel cell power generation apparatus capable of quickly converging the current to the required current amount.

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた流量となるように前記燃料電池に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段と、を備え、前記燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給すると共に、前記燃料電池に供給する燃料を所定のタイミングで主燃料から予備燃料に切り替え、且つ前記燃料切り替えを開始してから切り替えが完了するまでの待機期間は、前記燃料電池の発電出力を、前記インバータを介してダミー負荷に供給し、前記待機期間が終了したとき、前記インバータ出力の供給先を前記ダミー負荷から前記負荷に切り替える燃料電池発電装置において、前記燃料流量制御手段は、前記待機期間中は、前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始める時点で前記燃料電池に供給される燃料流量が、前記待機期間終了後に前記燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定した規定電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御を行い、前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるときに、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量制御に切り替えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is configured so that the generated current detecting means for detecting the generated current of the fuel cell and the flow rate according to the actual current detected by the generated current detecting means. And a fuel flow rate control means for controlling a fuel flow rate to be supplied to the fuel cell, and the power generation output of the fuel cell is supplied to a load via an inverter and the fuel supplied to the fuel cell is supplied at a predetermined timing. In the standby period from the start of the fuel switching to the completion of the switching, the power generation output of the fuel cell is supplied to the dummy load via the inverter. In the fuel cell power generator that switches the supply destination of the inverter output from the dummy load to the load, the fuel flow rate control means includes the standby period The fuel flow rate supplied to the fuel cell at the time when the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load is the direct current of the maximum output power that the fuel cell can generate and output after the end of the standby period. When the fuel flow rate is controlled so that the fuel flow rate corresponds to the specified current set to a value close to the current, and the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load, the generated current detection means detects It is characterized by switching to the fuel flow rate control according to the actual current.

この請求項１に係る発明では、主燃料から予備燃料への燃料切り替えが開始した時点から、予備燃料への切り替えが完了する時点、すなわち、予備燃料を用いた燃料電池の発電出力を負荷に供給可能な状態となる時点までの期間である待機期間が終了し、予備燃料を用いた燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給し始める時点で、燃料電池には、予め設定した規定電流に応じた燃料流量が供給されている。このため、予備燃料を用いた燃料電池の発電出力を負荷に供給し始める時点で、負荷に対して、規定電流を供給することが可能となる。そして、負荷への電力供給を開始した後は、発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御がなされる。   According to the first aspect of the present invention, the power generation output of the fuel cell using the reserve fuel is supplied to the load from the time when the fuel switch from the main fuel to the reserve fuel is started to when the switch to the reserve fuel is completed. At the time when the standby period, which is the period until the time when it becomes possible, ends, and the power generation output of the fuel cell using spare fuel begins to be supplied to the load via the inverter, A fuel flow rate corresponding to the current is supplied. For this reason, it becomes possible to supply the specified current to the load at the time when the power generation output of the fuel cell using the reserve fuel starts to be supplied to the load. Then, after the power supply to the load is started, the fuel flow rate control is performed so that the fuel flow rate corresponds to the actual current detected by the generated current detection means.

このため、負荷への電力供給を開始したときには、規定電流相当の燃料流量から、負荷で必要とする電流相当の燃料流量に制御すればよい。そして、この規定電流は、待機期間終了後に燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給し始める時点で燃料電池に供給される燃料流量が、待機期間終了後に燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定されている。したがって、燃料電池に供給される燃料流量が不足傾向となることが抑制されると共に、燃料電池に供給される燃料流量が負荷で必要とする電流相当の燃料流量に収束するまでの所要時間が短縮され、速やかに過不足のない燃料供給に移行することができる。   For this reason, when power supply to the load is started, the fuel flow rate corresponding to the specified current may be controlled to the fuel flow rate corresponding to the current required for the load. The specified current is determined so that the fuel flow rate supplied to the fuel cell at the time when the power generation output of the fuel cell starts to be supplied to the load via the inverter after the end of the standby period can be generated by the fuel cell after the end of the standby period. The maximum output power is set to a value near the direct current. Therefore, the fuel flow supplied to the fuel cell is prevented from becoming insufficient, and the time required for the fuel flow supplied to the fuel cell to converge to a fuel flow equivalent to the current required by the load is shortened. Thus, the fuel supply can be promptly shifted to a fuel supply with no excess or deficiency.

また、請求項２に係る発明は、前記燃料流量制御手段は、通常は前記発電電流検出手段で検出した実電流を制御用電流として当該制御用電流に応じた流量となるように前記燃料流量を制御し、前記待機期間中及び前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるまでの間は、前記実電流に替えて、前記規定電流を前記制御用電流として前記燃料流量制御を行うことを特徴としている。   Further, in the invention according to claim 2, the fuel flow rate control means normally sets the fuel flow rate so that the actual current detected by the generated current detection means is a control current and the flow rate is in accordance with the control current. During the standby period and until the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load, the fuel flow control is performed using the specified current as the control current instead of the actual current. It is characterized by doing.

この請求項２に係る発明では、通常は、発電電流検出手段で検出した実電流を制御用電流とし、燃料電池に供給される燃料流量が制御用電流に応じた燃料流量となるように燃料制御を行い、待機期間中及び前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるまでの間は、実電流に替えて規定電流を制御用電流とし、この制御用電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御を行う。このため、燃料流量制御においては制御用電流として設定する値を、実電流から規定電流に切り替えるだけで容易に実現することが可能となる。   In the invention according to claim 2, normally, the fuel control is performed so that the actual current detected by the generated current detection means is used as the control current, and the fuel flow rate supplied to the fuel cell becomes the fuel flow rate corresponding to the control current. During the standby period and until the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load, the specified current is used as the control current instead of the actual current, and the fuel flow rate corresponding to the control current is Fuel flow control is performed so that For this reason, in the fuel flow rate control, it is possible to easily realize the value set as the control current only by switching from the actual current to the specified current.

また、請求項３に係る発明は、前記予備燃料の前記燃料電池への供給ラインに、前記燃料電池への予備燃料の供給を遮断する遮断弁と、前記遮断弁の下流に前記予備燃料の流量を調整する調節弁と、を備え、前記燃料流量制御手段は、前記燃料切り替えが開始された時点での前記調節弁の弁開度が、前記規定電流に応じた流量の燃料を供給する規定開度となるように、前記調節弁の弁開度を制御することを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a shutoff valve for shutting off the supply of the spare fuel to the fuel cell in the supply line of the spare fuel to the fuel cell, and a flow rate of the spare fuel downstream of the shutoff valve. The fuel flow rate control means is configured so that the opening degree of the control valve at the time when the fuel switching is started supplies a fuel having a flow rate corresponding to the specified current. The valve opening degree of the control valve is controlled so as to be a degree.

また、請求項４に係る発明は、前記燃料流量制御手段は、前記主燃料から前記予備燃料への燃料切り替えが開始される時点まで、前記予備燃料の前記調節弁の弁開度を前記規定開度に維持することを特徴としている。
この請求項３及び請求項４に係る発明では、予備燃料の流量を調整する調節弁の弁開度は、切り替えが開始された時点で既に規定開度に制御されているため、燃料切り替えが開始され、予備燃料の遮断弁を開状態に切り替えた時点で、規定電流に応じた流量の燃料供給が開始される。このため、調節弁が閉状態から規定開度に切り替わるまでの所要時間相当だけ短縮することができるため、その分、より早い段階で、燃料電池に供給される予備燃料流量を安定させることができ、燃料電池の発電出力をより早い段階で安定させることが可能となる。 According to a fourth aspect of the present invention, the fuel flow rate control means opens the regulation opening of the control valve of the reserve fuel until the start of fuel switching from the main fuel to the reserve fuel. It is characterized by maintaining at a time.
In the inventions according to claim 3 and claim 4, since the opening degree of the regulating valve for adjusting the flow rate of the reserve fuel is already controlled to the specified opening degree when the switching is started, the fuel switching is started. Then, when the standby fuel shut-off valve is switched to the open state, fuel supply at a flow rate corresponding to the specified current is started. For this reason, since the time required for the control valve to switch from the closed state to the specified opening can be shortened, the amount of reserve fuel supplied to the fuel cell can be stabilized at an earlier stage. It becomes possible to stabilize the power generation output of the fuel cell at an earlier stage.

また、請求項５に係る発明は、前記予備燃料の前記燃料電池への供給ラインに、前記燃料電池への予備燃料の供給を遮断する遮断弁と、前記遮断弁の下流に前記予備燃料の流量を調整する調節弁と、を備え、前記燃料流量制御手段は、前記待機期間終了後に前記インバータ出力を前記負荷に供給し始める時点まで、前記調節弁の弁開度を、前記規定電流に応じた流量の燃料を供給する規定開度に制御し、前記待機期間中は、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量制御を停止し、前記待機期間終了後に前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるときに、前記実電流に応じた燃料流量制御を開始することを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a shutoff valve for shutting off the supply of the spare fuel to the fuel cell in the supply line of the spare fuel to the fuel cell, and a flow rate of the spare fuel downstream of the shutoff valve. The fuel flow rate control means according to the specified current until the time when the inverter output starts to be supplied to the load after the waiting period ends. The fuel flow control is controlled in accordance with the actual current detected by the generated current detection means during the standby period, and the inverter output is supplied to the load after the standby period ends. The fuel flow rate control according to the actual current is started when starting to supply the fuel.

この請求項５に係る発明では、待機期間終了後に燃料電池の発電出力を負荷に供給開始する時点まで調節弁の弁開度を規定開度に制御し、待機期間終了後に負荷への電力供給を開始するときに実電流に応じた燃料流量制御を開始することにより、予備燃料の調節弁の弁開度を、運転途中で制御する必要はなく、容易に実現することができる。   In the invention according to claim 5, the valve opening of the control valve is controlled to the specified opening until the time when the power generation output of the fuel cell is started to be supplied to the load after the standby period ends, and power supply to the load is performed after the standby period ends. By starting the fuel flow rate control according to the actual current when starting, it is not necessary to control the valve opening degree of the reserve fuel control valve during the operation, and it can be easily realized.

また、請求項６に係る発明は、前記規定電流は、前記規定電流は、前記待機期間終了後に前記負荷で必要とする最大電流値相当に設定されることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、負荷への電力供給が開始された時点で、燃料電池は待機期間終了後に負荷で必要とする最大電流値相当の規定電流を発生可能な状態であり、この規定電流以上の電流を、負荷が必要とすることはないため、負荷への電力供給を開始することにより燃料電池が燃料不足傾向となることが回避される。 The invention according to claim 6 is characterized in that the specified current is set to be equivalent to a maximum current value required by the load after the standby period.
In the invention according to claim 6, when the supply of power to the load is started, the fuel cell is in a state capable of generating a specified current corresponding to the maximum current value required by the load after the end of the standby period. Since the load does not require more current than the current, it is avoided that the fuel cell tends to run out of fuel by starting the supply of power to the load.

また、本発明の請求項７に係る発明は、燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた流量となるように前記燃料電池に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段と、を備え、前記燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給すると共に、前記燃料電池に供給する燃料を所定のタイミングで主燃料から予備燃料に切り替え、且つ前記燃料切り替えを開始してから切り替えが完了するまでの待機期間は、前記燃料電池の発電出力を、前記インバータを介してダミー負荷に供給し、前記待機期間が終了したときに、前記インバータ出力の供給先を前記ダミー負荷から前記負荷に切り替える燃料電池発電装置の制御方法において、前記燃料流量制御手段は、前記待機期間中、前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始める時点で前記燃料電池に供給される燃料流量が、前記待機期間終了後に前記燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定した規定電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御を行うステップと、前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるときに、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量制御に切り替えるステップと、を備えることを特徴としている。   Further, the invention according to claim 7 of the present invention supplies the fuel cell with a generated current detecting means for detecting the generated current of the fuel cell and a flow rate corresponding to the actual current detected by the generated current detecting means. And a fuel flow rate control means for controlling the fuel flow rate to be supplied, and the power generation output of the fuel cell is supplied to a load via an inverter, and the fuel supplied to the fuel cell is supplied from the main fuel to the reserve fuel at a predetermined timing. And the standby period from the start of the fuel switching to the completion of the switching is to supply the power generation output of the fuel cell to the dummy load via the inverter, and when the standby period ends, In the control method of the fuel cell power generator that switches the supply destination of the inverter output from the dummy load to the load, the fuel flow rate control means The fuel flow rate supplied to the fuel cell when the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load is a value in the vicinity of the direct current of the maximum output power that the fuel cell can generate and output after the end of the standby period. A step of performing fuel flow control so as to obtain a fuel flow rate corresponding to the specified current set in step (b), and when the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load, And a step of switching to fuel flow rate control corresponding to the current.

この請求項７に係る発明では、
主燃料から予備燃料への燃料切り替えが開始した時点から、予備燃料への切り替えが完了する時点、すなわち、予備燃料を用いた燃料電池の発電出力を負荷に供給可能な状態となる時点までの期間である待機期間が終了し、予備燃料を用いた燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給し始める時点で、燃料電池には、予め設定した規定電流に応じた燃料流量が供給されている。このため、予備燃料を用いた燃料電池の発電出力を負荷に供給し始める時点で、負荷に対して、規定電流を供給することが可能となる。そして、負荷への電力供給を開始した後は、発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御がなされる。 In the invention according to claim 7,
Period from the time when the fuel switch from the main fuel to the reserve fuel is started until the time when the switch to the reserve fuel is completed, that is, when the power generation output of the fuel cell using the reserve fuel can be supplied to the load The fuel cell is supplied with a fuel flow rate corresponding to a preset specified current at the point in time when the standby period is over and the power generation output of the fuel cell using spare fuel begins to be supplied to the load via the inverter. ing. For this reason, it becomes possible to supply the specified current to the load at the time when the power generation output of the fuel cell using the reserve fuel starts to be supplied to the load. Then, after the power supply to the load is started, the fuel flow rate control is performed so that the fuel flow rate corresponds to the actual current detected by the generated current detection means.

このため、負荷への電力供給を開始したときには、規定電流相当の燃料流量から、負荷で必要とする電流相当の燃料流量に制御すればよい。そして、この規定電流は、待機期間終了後に燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給し始める時点で燃料電池に供給される燃料流量が、待機期間終了後に燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定されている。したがって、燃料電池に供給される燃料流量が不足傾向となることが抑制されると共に、燃料電池に供給される燃料流量が負荷で必要とする電流相当の燃料流量に収束するまでの所要時間が短縮され、速やかに過不足のない燃料供給に移行することができる。   For this reason, when power supply to the load is started, the fuel flow rate corresponding to the specified current may be controlled to the fuel flow rate corresponding to the current required for the load. The specified current is determined so that the fuel flow rate supplied to the fuel cell at the time when the power generation output of the fuel cell starts to be supplied to the load via the inverter after the end of the standby period can be generated by the fuel cell after the end of the standby period. The maximum output power is set to a value near the direct current. Therefore, the fuel flow supplied to the fuel cell is prevented from becoming insufficient, and the time required for the fuel flow supplied to the fuel cell to converge to a fuel flow equivalent to the current required by the load is shortened. Thus, the fuel supply can be promptly shifted to a fuel supply with no excess or deficiency.

本発明の請求項１に係る発明によれば、負荷への電力供給を開始した時点で燃料電池に供給されている燃料流量と、負荷が必要とする電流値相当の燃料流量との差を小さくすることにより、燃料電池に供給される燃料流量が負荷で必要とする電流相当の燃料流量に収束するまでの所要時間を短縮することができ、燃料電池が燃料不足傾向となることを抑制することができる。また、負荷への電力供給を開始した時点で燃料電池に供給されている燃料流量が、予備燃料を用いた燃料電池発電において燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定した規定電流を発電する燃料流量となるようにしているため、燃料電池に供給される燃料流量が不足傾向となることをより確実に抑制することができる。   According to the first aspect of the present invention, the difference between the fuel flow rate supplied to the fuel cell at the time when power supply to the load is started and the fuel flow rate corresponding to the current value required by the load is reduced. By doing so, it is possible to shorten the time required for the fuel flow rate supplied to the fuel cell to converge to the fuel flow rate corresponding to the current required by the load, and to suppress the fuel cell from becoming a fuel shortage tendency Can do. In addition, the flow rate of fuel supplied to the fuel cell at the start of power supply to the load is set to a value near the direct current of the maximum output power that the fuel cell can generate and output in fuel cell power generation using reserve fuel. Therefore, the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell can be more reliably suppressed from being insufficient.

また、請求項２に係る発明によれば、燃料流量制御において制御用電流として、実電流から規定電流に切り替え、制御用電流に見合った燃料流量となるように燃料流量制御を行うことにより、待機期間中であるか否かに関わらず、同一の処理手順で燃料流量制御を行うことができ、制御処理の簡略化を図ることができる。
また、請求項３及び請求項４に係る発明によれば、予備燃料の調節弁が閉状態から規定開度に切り替わるまでの所要時間相当を短縮することができ、その分、より早い段階で、燃料電池に供給される予備燃料流量を安定させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the control current in the fuel flow control is switched from the actual current to the specified current, and the fuel flow control is performed so that the fuel flow matches the control current. Regardless of whether or not it is during the period, the fuel flow rate control can be performed in the same processing procedure, and the control processing can be simplified.
Further, according to the inventions according to claim 3 and claim 4, it is possible to shorten the time required for the reserve fuel control valve to switch from the closed state to the specified opening, and accordingly, at an earlier stage, The reserve fuel flow rate supplied to the fuel cell can be stabilized.

また、請求項５に係る発明によれば、燃料電池の発電出力を負荷に供給し始めるまで調節弁の弁開度を規定開度に制御し、負荷への電力供給を開始するときに実電流に応じた燃料流量制御を開始することにより、運転途中で、予備燃料の調節弁の弁開度を制御することなく、燃料電池に供給される燃料流量が負荷で必要とする電流相当の燃料流量に収束するまでの所要時間を容易に短縮することができる。
また、請求項６に係る発明によれば、負荷への電力供給を開始した時点で、燃料電池は、待機期間終了後に負荷で必要とする最大電流値相当の規定電流を発生可能な状態であるため、負荷への電力供給開始時に、燃料電池が燃料不足傾向となることを確実に回避することができる。 According to the invention of claim 5, the valve opening of the control valve is controlled to the specified opening until the power generation output of the fuel cell starts to be supplied to the load, and the actual current is supplied when the power supply to the load is started. By starting the fuel flow control according to the fuel flow rate, the fuel flow rate supplied to the fuel cell is equivalent to the current required by the load without controlling the valve opening of the reserve fuel adjustment valve during operation. It is possible to easily reduce the time required to converge to.
According to the invention of claim 6, when the power supply to the load is started, the fuel cell is in a state capable of generating a specified current corresponding to the maximum current value required by the load after the end of the standby period. Therefore, it is possible to reliably avoid the fuel cell from having a fuel shortage tendency at the start of power supply to the load.

また、本発明の請求項７に係る発明によれば、負荷への電力供給を開始した時点で燃料電池に供給されている燃料流量と、負荷が必要とする電流値相当の燃料流量との差を小さくすることにより、燃料電池に供給される燃料流量が負荷で必要とする電流相当の燃料流量に収束するまでの所要時間を短縮することができ、燃料電池が燃料不足傾向となることを抑制することができる。また、負荷への電力供給を開始した時点で燃料電池に供給されている燃料流量が、予備燃料を用いた燃料電池発電において燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定した規定電流を発電する燃料流量となるようにしているため、燃料電池に供給される燃料流量が不足傾向となることをより確実に抑制することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, the difference between the fuel flow rate supplied to the fuel cell at the start of power supply to the load and the fuel flow rate corresponding to the current value required by the load. By reducing the flow rate, the time required for the fuel flow rate supplied to the fuel cell to converge to the fuel flow rate equivalent to the current required by the load can be shortened, and the fuel cell is less likely to run out of fuel. can do. In addition, the flow rate of fuel supplied to the fuel cell at the start of power supply to the load is set to a value near the direct current of the maximum output power that the fuel cell can generate and output in fuel cell power generation using reserve fuel. Therefore, the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell can be more reliably suppressed from being insufficient.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した燃料電池発電装置１００の概略構成を示すブロック図である。
燃料電池発電装置１００は、燃料電池１３により発電を行う電池部１と、電池部１で発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、燃料切り替え時に燃料電池１３の発電出力が安定するまでの間、燃料電池が発電した電力が一時的に供給されるダミーヒータ３と、燃料電池発電装置１００内の図示しないブロワ等といった各種の内部補機４と、燃料電池発電装置１００全体を制御するコントローラ５を備える。 Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell power generation apparatus 100 to which the present invention is applied.
The fuel cell power generation apparatus 100 includes a battery unit 1 that generates power from the fuel cell 13, an inverter 2 that converts DC power generated by the battery unit 1 into AC power, and a power generation output of the fuel cell 13 that is stable when the fuel is switched. Until this time, the dummy heater 3 to which the power generated by the fuel cell is temporarily supplied, various internal auxiliary devices 4 such as a blower (not shown) in the fuel cell power generation device 100, and the entire fuel cell power generation device 100 are controlled. A controller 5 is provided.

インバータ２は、インバータ２と電力系統２１及び電力供給対象の給電負荷２２との間を遮断するための遮断スイッチ６と、電池部１及び給電負荷２２を電力系統２１から切り離すための連系遮断スイッチ７とを介して電力系統２１に接続される。
また、遮断スイッチ６及び連系遮断スイッチ７との間に、ダミーヒータ３が遮断スイッチ８を介して接続されると共に、内部補機４が直接接続される。さらに、遮断スイッチ６及び連系遮断スイッチ７間のダミーヒータ３及び内部補機４の接続点と、連系遮断スイッチ７との間に、給電負荷２２が遮断スイッチ９を介して接続される。 The inverter 2 includes a cutoff switch 6 for disconnecting the inverter 2 from the power system 21 and the power supply load 22 to be supplied with power, and a connection cutoff switch for disconnecting the battery unit 1 and the power supply load 22 from the power system 21. 7 to the power system 21.
Further, the dummy heater 3 is connected between the cutoff switch 6 and the interconnection cutoff switch 7 via the cutoff switch 8 and the internal auxiliary machine 4 is directly connected. Further, a power supply load 22 is connected via a cutoff switch 9 between the connection point of the dummy heater 3 and the internal auxiliary machine 4 between the cutoff switch 6 and the linkage cutoff switch 7 and the linkage cutoff switch 7.

ダミーヒータ３の負荷量は、自立運転時におけるダミーヒータ３及び内部補機４の電力負荷が、後述の仮想出力開度相当の予備燃料流量が燃料電池１３に供給されたときに燃料電池１３から出力し得る発電出力相当となるように設定される。
電池部１は、燃料として供給される都市ガス等の主燃料或いはＬＰＧ等の予備燃料を改質用蒸気を用いて水蒸気改質し、水素に富んだガスに改質する改質系１１と、改質系１１で得られた改質ガスを燃料として空気ブロワ１２から供給される空気を用いて電池発電を行う燃料電池１３と、を備える。 The load amount of the dummy heater 3 is output from the fuel cell 13 when the power load of the dummy heater 3 and the internal auxiliary device 4 during the self-sustaining operation is supplied to the fuel cell 13 as a reserve fuel flow rate corresponding to a virtual output opening degree described later. It is set to be equivalent to the generated power output.
The battery unit 1 includes a reforming system 11 that reforms a main fuel such as city gas supplied as a fuel or a reserve fuel such as LPG using steam for reforming into a gas rich in hydrogen; And a fuel cell 13 that performs battery power generation using air supplied from an air blower 12 using the reformed gas obtained in the reforming system 11 as fuel.

改質系１１に主燃料を供給するための主燃料ライン１４には、主燃料の改質系１１への供給を遮断する遮断弁１４ａと、遮断弁１４ａの下流側に、改質系１１に供給される主燃料の流量を調節する調節弁１４ｂとが設けられると共に、調節弁１４ｂの下流側には、改質系１１に供給される主燃料の流量を検出する流量計１４ｃが設けられている。同様に、改質系１１に予備燃料を供給するための予備燃料ライン１５には、予備燃料の改質系１１への供給を遮断する遮断弁１５ａと、遮断弁１５ａの下流側に、改質系１１に供給される予備燃料の流量を調節する調節弁１５ｂとが設けられると共に、調節弁１５ｂの下流側には、予備燃料の流量を検出する流量計１５ｃが設けられている。
また、燃料電池１３の発電電力の出力側には、発電電流を計測する電流センサ１３ａが設けられている。
これら流量計１４ｃ、１５ｃ及び電流センサ１３ａの検出値は、コントローラ５に供給される。 A main fuel line 14 for supplying main fuel to the reforming system 11 includes a shutoff valve 14a that shuts off the supply of main fuel to the reforming system 11, and a downstream side of the shutoff valve 14a. A control valve 14b for adjusting the flow rate of the supplied main fuel is provided, and a flow meter 14c for detecting the flow rate of the main fuel supplied to the reforming system 11 is provided downstream of the control valve 14b. Yes. Similarly, a reserve fuel line 15 for supplying reserve fuel to the reforming system 11 includes a shutoff valve 15a for shutting off supply of reserve fuel to the reforming system 11, and a reformer on the downstream side of the shutoff valve 15a. A control valve 15b for adjusting the flow rate of the reserve fuel supplied to the system 11 is provided, and a flow meter 15c for detecting the flow rate of the reserve fuel is provided on the downstream side of the control valve 15b.
Further, a current sensor 13 a that measures the generated current is provided on the output side of the generated power of the fuel cell 13.
The detection values of the flow meters 14c and 15c and the current sensor 13a are supplied to the controller 5.

コントローラ５は、各種センサの検出信号をもとに、インバータ２や各種スイッチを制御すると共に、電池部１の各部を制御し、電池部１と電力系統２１とで連系運転をして給電負荷２２に電力供給を行う。また、コントローラ５は、電力系統２１に異常が生じた場合、或いは、主燃料の供給が遮断された場合等、必要に応じて電池部１及び給電負荷２２を電力系統２１から解列して切り離すと共に、燃料を、主燃料から予備燃料に切り替え、電池部１の発電出力のみにより給電負荷２２への供給電力を賄う自立運転を行う。また、主燃料及び予備燃料の遮断弁１４ａ、１５ａ、及び調節弁１４ｂ、１５ｂを制御し改質系１１に供給する燃料の流量制御を行う。この燃料流量制御では、連系運転時及び自立運転時には、電流センサ１３ａで検出される燃料電池１３の発電電流Ｉｒを制御用燃料電池電流Ｉｃとして設定し、この制御用燃料電池電流Ｉｃすなわち燃料電池１３の実際の発電電流に見合った燃料を改質系１１に供給する。一方、連系運転から自立運転に移行する過程である待機運転時には、電流センサ１３ａの検出値に替えて予め設定した仮想電流Ｉｆを制御用燃料電池電流Ｉｃとして設定し、この制御用燃料電池電流Ｉｃすなわち仮想電流Ｉｆに基づき燃料流量制御を行う。また、コントローラ５は、自立運転に移行するまでの間、予備燃料の調節弁１５ｂの開度を後述の仮想出力開度に制御する。   The controller 5 controls the inverter 2 and various switches based on the detection signals of various sensors, controls each part of the battery unit 1, and performs a linked operation between the battery unit 1 and the power system 21 to supply power. Power is supplied to 22. Further, the controller 5 disconnects and disconnects the battery unit 1 and the power supply load 22 from the power system 21 as necessary when an abnormality occurs in the power system 21 or when the supply of main fuel is interrupted. At the same time, the fuel is switched from the main fuel to the reserve fuel, and the self-supporting operation is performed in which the power supplied to the power supply load 22 is covered only by the power generation output of the battery unit 1. Further, the flow rate of fuel supplied to the reforming system 11 is controlled by controlling the shutoff valves 14 a and 15 a and the control valves 14 b and 15 b for the main fuel and the reserve fuel. In this fuel flow rate control, the power generation current Ir of the fuel cell 13 detected by the current sensor 13a is set as the control fuel cell current Ic during the interconnected operation and the independent operation, and this control fuel cell current Ic, that is, the fuel cell is set. Fuel corresponding to the actual generated current 13 is supplied to the reforming system 11. On the other hand, at the time of standby operation, which is a process of shifting from the grid operation to the independent operation, a preset virtual current If is set as the control fuel cell current Ic instead of the detection value of the current sensor 13a, and this control fuel cell current is set. Fuel flow control is performed based on Ic, that is, the virtual current If. Further, the controller 5 controls the opening degree of the reserve fuel adjustment valve 15b to a virtual output opening degree, which will be described later, until it shifts to the independent operation.

次に、上記実施の形態を図２及び図３を伴って説明する。なお、図２は、コントローラ５で実行される、改質系１１に供給する燃料の流量制御を行う燃料流量制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
また、図３は、連系運転から自立運転に移行する際の各部の状態を表すタイムチャートである。
図３において、（ａ）はインバータ２が運転状態か停止状態かを表す。（ｂ）はインバータ２の制御モードが、連系運転モードであるか自立運転モードであるかを表す。連系運転モードは電力系統２１からの電力と燃料電池１３の発電出力との周波数及び電圧が一致するようにインバータ２を駆動制御するモードである。自立運転モードはインバータ２の出力電圧が一定となるようにインバータ２を駆動制御するモードである。 Next, the said embodiment is described with FIG.2 and FIG.3. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of a fuel flow rate control process that is executed by the controller 5 and controls the flow rate of the fuel supplied to the reforming system 11.
Moreover, FIG. 3 is a time chart showing the state of each part at the time of shifting from the grid operation to the independent operation.
In FIG. 3, (a) represents whether the inverter 2 is in an operating state or a stopped state. (B) represents whether the control mode of the inverter 2 is the interconnection operation mode or the independent operation mode. The interconnected operation mode is a mode in which the inverter 2 is driven and controlled so that the frequency and voltage of the power from the power system 21 and the power generation output of the fuel cell 13 match. The self-sustained operation mode is a mode in which the inverter 2 is driven and controlled so that the output voltage of the inverter 2 is constant.

（ｃ）は遮断スイッチ６のＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）状態、（ｄ）は連系遮断スイッチ７のＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）状態、（ｅ）は遮断スイッチ８のＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）状態、（ｆ）は遮断スイッチ９のＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）状態を表す。
（ｇ）は制御用燃料電池電流Ｉｃとして、電流センサ１３ａの検出値である燃料電池１３が出力する実電流Ｉｒが設定されるか、仮想電流Ｉｆが設定されるかを表す。（ｈ）は電流センサ１３ａで検出される燃料電池１３が出力する実電流Ｉｒ、（ｉ）は仮想電流Ｉｆ、（ｊ）は制御用燃料電池電流Ｉｃとして設定される電流値を表す。 (C) is the ON (closed) / OFF (open) state of the cutoff switch 6, (d) is the ON (closed) / OFF (open) state of the interconnection cutoff switch 7, and (e) is the ON (closed) of the cutoff switch 8. (Closed) / OFF (open) state, (f) represents the ON (closed) / OFF (open) state of the cutoff switch 9.
(G) represents whether the actual current Ir output from the fuel cell 13 that is the detection value of the current sensor 13a or the virtual current If is set as the control fuel cell current Ic. (H) represents the actual current Ir output from the fuel cell 13 detected by the current sensor 13a, (i) represents the virtual current If, and (j) represents the current value set as the control fuel cell current Ic.

（ｋ）は主燃料の遮断弁１４ａのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）状態、（ｌ）は予備燃料の遮断弁１５ａのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）状態、（ｍ）は主燃料の調節弁１４ｂの開度、（ｎ）は予備燃料の調節弁１５ｂの開度、（ｏ）は流量計１４ｃで検出される主燃料の流量、（ｐ）は流量計１５ｃで検出される予備燃料の流量、（ｑ）は改質系１１に入力される燃料ガスの流量、すなわち主燃料又は予備燃料、或いはこれらの混合ガスの流量を表す。つまり、例えば改質系１１の燃料ガス入力側に流量計１１ａを配置した場合、この流量計１１ａで検出される燃料ガスの流量である。   (K) is the ON (closed) / OFF (open) state of the main fuel shut-off valve 14a, (l) is the ON (closed) / OFF (open) state of the standby fuel shut-off valve 15a, and (m) is the main fuel. (N) is the opening of the reserve fuel regulating valve 15b, (o) is the flow rate of the main fuel detected by the flow meter 14c, and (p) is the reserve detected by the flow meter 15c. The flow rate of fuel, (q), represents the flow rate of the fuel gas input to the reforming system 11, that is, the flow rate of the main fuel, the reserve fuel, or a mixed gas thereof. That is, for example, when the flow meter 11a is arranged on the fuel gas input side of the reforming system 11, the flow rate of the fuel gas detected by the flow meter 11a.

連系運転時、コントローラ５は、遮断スイッチ６をＯＮ（図３（ｃ））、連系遮断スイッチ７をＯＮ（図３（ｄ））、遮断スイッチ８をＯＦＦ（図３（ｅ））、遮断スイッチ９をＯＮ（図３（ｆ））に制御する。このため、燃料電池１３の発電出力は、インバータ２を介し、遮断スイッチ６を経て内部補機４に供給されると共に、遮断スイッチ６、遮断スイッチ９を経て給電負荷２２に供給される。また、燃料電池１３の発電出力が不足する場合には、電力系統２１から連系遮断スイッチ７を経て不足分を獲得し、これを給電負荷２２等各部に供給すると共に、燃料電池１１の発電出力の余剰分は、遮断スイッチ６、連系遮断スイッチ７を経て電力系統２１に出力する。
また、コントローラ５は、インバータ２を連系運転モードで駆動制御し（図３（ｂ））、インバータ２の交流出力を電力系統２１の交流電力の電圧及び周波数と一致させる。 During the interconnection operation, the controller 5 turns on the cutoff switch 6 (FIG. 3C), turns on the linkage cutoff switch 7 (FIG. 3D), and turns off the cutoff switch 8 (FIG. 3E). The cutoff switch 9 is controlled to be ON (FIG. 3 (f)). For this reason, the power generation output of the fuel cell 13 is supplied to the internal auxiliary device 4 via the inverter 2 via the cutoff switch 6 and also to the power supply load 22 via the cutoff switch 6 and the cutoff switch 9. Further, when the power generation output of the fuel cell 13 is insufficient, the shortage is acquired from the power system 21 via the grid disconnection switch 7 and supplied to each part such as the power supply load 22 and the power generation output of the fuel cell 11 is also obtained. The surplus is output to the power system 21 via the cutoff switch 6 and the interconnection cutoff switch 7.
In addition, the controller 5 controls the drive of the inverter 2 in the interconnection operation mode (FIG. 3B), and matches the AC output of the inverter 2 with the voltage and frequency of the AC power of the power system 21.

さらに、コントローラ５は、図２のフローチャートにしたがって、燃料流量制御を実行し、主燃料及び予備燃料の遮断弁１４ａ、１５ａ及び調節弁１４ｂ、１５ｂを制御する。なお、起動時には、主燃料の遮断弁１４ａ及び調節弁１４ｂ、予備燃料の遮断弁１５ａは閉状態に制御され、予備燃料の調節弁１５ｂは、予め設定した仮想出力開度に制御される。この仮想出力開度は、自立運転時に、燃料電池１３で出力可能な最大電力出力時の直流電流相当を発生させることの可能な開度相当の一定値に設定される。そして、最大電力出力時の直流電流相当の値が仮想電流Ｉｆとして設定される。つまり、仮想出力開度は、仮想電流Ｉｆ相当を発生させることの可能な開度に設定される。   Further, the controller 5 executes fuel flow rate control according to the flowchart of FIG. 2 and controls the shut-off valves 14a and 15a and the control valves 14b and 15b for the main fuel and the reserve fuel. At the time of start-up, the main fuel shut-off valve 14a and the control valve 14b, and the reserve fuel shut-off valve 15a are controlled to be closed, and the reserve fuel control valve 15b is controlled to a preset virtual output opening. This virtual output opening is set to a constant value corresponding to the opening that can generate a DC current equivalent to the maximum power output that can be output by the fuel cell 13 during the self-sustained operation. A value corresponding to a direct current at the time of maximum power output is set as the virtual current If. That is, the virtual output opening is set to an opening that can generate a virtual current If equivalent.

コントローラ５では、この状態から、まず、ステップＳ１で、運転モードフラグＦが“２”であるか否かを判断する。ここで、運転モードフラグＦは、燃料電池発電装置１００の運転モードを表すフラグであって、起動時には、運転モードフラグＦは連系運転を表す“０”に設定される。なお、“１”は待機運転を表し、“２”は自立運転を表す。
起動時には、連系運転を行っているため運転モードフラグＦは“０”に設定されている。このため、ステップＳ１からステップＳ２を経てステップＳ３に移行し、燃料切り替えタイミングであるかどうかを判断する。燃料切り替えは、地震等により主燃料の供給が遮断されたとき、或いは、電力系統２１に異常が生じ解列するとき等に、燃料切り替えが必要と判断される。ここで燃料切り替えは必要でないため、そのままステップＳ１１に移行する。そして、電流センサ１３ａの検出値、すなわち燃料電池１３の実際の発電電流を読み込み、この実電流Ｉｒを制御用燃料電池電流値Ｉｃとして設定する（図３（ｇ）、（ｈ）、（ｊ））。 In this state, the controller 5 first determines whether or not the operation mode flag F is “2” in step S1. Here, the operation mode flag F is a flag indicating the operation mode of the fuel cell power generation apparatus 100, and at the time of start-up, the operation mode flag F is set to “0” indicating the interconnection operation. Note that “1” represents standby operation, and “2” represents independent operation.
At the time of start-up, the operation mode flag F is set to “0” because the interconnection operation is performed. For this reason, the process proceeds from step S1 to step S3 through step S2, and it is determined whether it is the fuel switching timing. The fuel switching is determined to be necessary when the main fuel supply is interrupted due to an earthquake or the like, or when the power system 21 is abnormal and disconnected. Here, since fuel switching is not necessary, the process proceeds to step S11 as it is. Then, the detection value of the current sensor 13a, that is, the actual generated current of the fuel cell 13 is read, and this actual current Ir is set as the control fuel cell current value Ic (FIGS. 3 (g), (h), (j). ).

次いでステップＳ１５に移行し、主燃料及び予備燃料の各制御弁、すなわち主燃料の遮断弁１４ａ、調節弁１４ｂ、予備燃料の遮断弁１５ａ、調節弁１５ｂを制御する。この制御弁の制御は運転モードフラグＦに応じて切り替える。すなわち、運転モードフラグＦが“０”であるときには、予備燃料の制御弁は現在の状態を維持したまま主燃料の制御弁を制御し、遮断弁１４ａをＯＮ（図３（ｋ））、調節弁１４ｂを、制御用燃料電池電流Ｉｃに見合った流量となるように制御する（図３（ｍ））。運転モードフラグＦが“１”又は“２”であるときには、主燃料の制御弁は現在の状態を維持したまま予備燃料の制御弁を制御し、遮断弁１５ａをＯＮ（図３（ｌ））、調節弁１５ｂを、制御用燃料電池電流値Ｉｃに見合った流量となるように制御する（図３（ｎ））。   Next, the process proceeds to step S15 to control the main fuel and reserve fuel control valves, that is, the main fuel shut-off valve 14a, the control valve 14b, the reserve fuel shut-off valve 15a, and the control valve 15b. The control of this control valve is switched according to the operation mode flag F. That is, when the operation mode flag F is “0”, the control valve for the standby fuel controls the main fuel control valve while maintaining the current state, the shutoff valve 14a is turned ON (FIG. 3 (k)), and the adjustment is performed. The valve 14b is controlled to have a flow rate commensurate with the control fuel cell current Ic (FIG. 3 (m)). When the operation mode flag F is “1” or “2”, the main fuel control valve controls the reserve fuel control valve while maintaining the current state, and the shutoff valve 15a is turned on (FIG. 3 (l)). Then, the control valve 15b is controlled to have a flow rate corresponding to the control fuel cell current value Ic (FIG. 3 (n)).

ここで運転モードフラグＦは“０”であるため、主燃料の遮断弁１４ａをＯＮ（図３（ｋ））、調節弁１４ｂを制御用燃料電池電流値Ｉｃに見合った流量となるように制御する（図３（ｍ））。一方、予備燃料の遮断弁１５ａはＯＦＦ（図３（ｌ））、調節弁１５ｂは仮想出力開度（例えば、１００％）を維持する（図３（ｎ））。
そして、制御用燃料電池電流値Ｉｃとして電流センサ１３ａの検出値Ｉｒが設定されているため、燃料電池１３の発電電流に応じた流量の主燃料が出力される（図３（ｏ））。このため、改質系１１には、燃料電池１３の発電電流に応じた流量の主燃料が改質ガスとして供給されることになる（図３（ｑ））。よって、燃料電池１３には、発電電流に見合った過不足のない燃料供給が行われることになって、給電負荷２２に対して安定した電力供給が行われる。 Here, since the operation mode flag F is “0”, the main fuel shut-off valve 14a is turned on (FIG. 3 (k)), and the control valve 14b is controlled to have a flow rate corresponding to the control fuel cell current value Ic. (FIG. 3 (m)). On the other hand, the standby fuel cutoff valve 15a is OFF (FIG. 3 (l)), and the control valve 15b maintains a virtual output opening (for example, 100%) (FIG. 3 (n)).
Since the detection value Ir of the current sensor 13a is set as the control fuel cell current value Ic, the main fuel having a flow rate corresponding to the generated current of the fuel cell 13 is output (FIG. 3 (o)). For this reason, the main fuel having a flow rate corresponding to the generated current of the fuel cell 13 is supplied to the reforming system 11 as a reformed gas (FIG. 3 (q)). Therefore, fuel is supplied to the fuel cell 13 without excess or deficiency corresponding to the generated current, and stable power supply to the power supply load 22 is performed.

以後、連系運転を行っている間は、ステップＳ１から、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ１１を経てステップＳ１５に移行する処理を繰り返し行うことにより、燃料電池１３には、燃料電池１３の発電電流に見合った過不足のない燃料供給が行われる。
この状態から、時点ｔ１で、電力系統２１に停電が発生した、或いは、地震により主燃料の供給が遮断された等により、燃料電池１３及び給電負荷２２を電力系統２１から解列する必要が生じた場合には、コントローラ５では、連系遮断スイッチ７及び遮断スイッチ９をＯＦＦに切り替え（図３（ｄ）、（ｆ））、電力系統２１から電池部１及び給電負荷２２を解列し、さらに電池部１と給電負荷２２との間を遮断する。 Thereafter, during the interconnected operation, by repeating the process from Step S1 to Step S15 through Steps S2, S3, and S11, the fuel cell 13 corresponds to the generated current of the fuel cell 13. Fuel supply without excess or deficiency is performed.
From this state, it is necessary to disconnect the fuel cell 13 and the power supply load 22 from the power system 21 due to a power failure at the power system 21 at time t1 or when the main fuel supply is cut off due to an earthquake. In such a case, the controller 5 switches the interconnection disconnection switch 7 and the disconnection switch 9 to OFF (FIGS. 3D and 3F), disconnects the battery unit 1 and the power supply load 22 from the power system 21, Further, the battery unit 1 is disconnected from the power supply load 22.

また、コントローラ５では、図２の燃料流量制御処理にしたがって、ステップＳ１からステップＳ２を経てステップＳ３に移行する。そして、燃料切り替えタイミングであることから、ステップＳ３からステップＳ４に移行し、主燃料の遮断弁１４ａをＯＦＦ（図３（ｋ））、調節弁１４ｂをＯＦＦ（図３（ｍ））に切り替えると共に、予備燃料の遮断弁１５ａをＯＮに切り替える（図３（ｌ））。そして、遮断スイッチ８をＯＮに切り替え（図３（ｅ））、運転モードフラグＦを“１”に切り替える。   Further, the controller 5 proceeds from step S1 to step S3 through step S2 in accordance with the fuel flow rate control process of FIG. Then, since it is the fuel switching timing, the process proceeds from step S3 to step S4, and the main fuel cutoff valve 14a is switched OFF (FIG. 3 (k)) and the control valve 14b is switched OFF (FIG. 3 (m)). Then, the standby fuel cutoff valve 15a is switched to ON (FIG. 3 (l)). Then, the cutoff switch 8 is switched to ON (FIG. 3E), and the operation mode flag F is switched to “1”.

このため、次の周期で燃料流量制御処理を実行する時には、コントローラ５は、ステップＳ１からステップＳ２を経てステップＳ５に移行し、燃料切り替えが完了するまでの間はステップＳ６に移行し、制御用燃料電池電流Ｉｃとして、仮想電流Ｉｆを設定する（図３（ｇ）、（ｉ）、（ｊ））。そして、ステップＳ１５に移行し、運転モードフラグＦが“１”に設定されていることから、予備燃料の調節弁１５ｂを、制御用燃料電池電流Ｉｃに見合った電流値となるように制御する。また、遮断弁１５ａはＯＮ、主燃料の遮断弁１４ａ及び調節弁１４ｂはＯＦＦを維持する（図３（ｌ）、（ｋ）、（ｍ））。そして、燃料切り替えが完了するまでの間、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ１５の処理を繰り返す。   For this reason, when the fuel flow rate control process is executed in the next cycle, the controller 5 proceeds from step S1 to step S2 through step S5, and proceeds to step S6 until the fuel switching is completed. A virtual current If is set as the fuel cell current Ic (FIGS. 3 (g), (i), (j)). Then, the process proceeds to step S15, and since the operation mode flag F is set to "1", the reserve fuel adjustment valve 15b is controlled to have a current value commensurate with the control fuel cell current Ic. Further, the shutoff valve 15a remains ON, and the main fuel shutoff valve 14a and the control valve 14b remain OFF (FIGS. 3 (l), (k), and (m)). Until the fuel switching is completed, the processes of step S1, step S2, step S5, step S6, and step S15 are repeated.

このため、主燃料の制御弁をＯＦＦ、予備燃料の制御弁をＯＮとすることにより、調節弁１４ｂの開度の減少と共に（図３（ｍ））、供給される主燃料の流量は徐々に減少し（図３（ｏ））、逆に、予備燃料の遮断弁１５ａが開状態となると、供給される予備燃料の流量は増加する（図３（ｐ））。このとき、予備燃料の調節弁１５ｂの開度は、時点ｔ１の時点で既に仮想出力開度相当に制御されているため、遮断弁１５ａを開状態に切り替えるのと同時に供給される予備燃料の流量が速やかに増加し、改質系１１に供給される改質ガス流量は速やかに増加することになる（図３（ｑ））。そして、燃料切り替えが完了するまでの間、仮想電流Ｉｆが制御用燃料電池電流Ｉｃとして設定され（図３（ｇ）、（ｉ）、（ｊ））、予備燃料の調節弁１５ｂの開度は仮想電流Ｉｆに見合った開度に制御されるため、結果的に、引き続き仮想出力開度を維持することになる（図３（ｎ））。   Therefore, by turning off the main fuel control valve and turning on the reserve fuel control valve, the flow rate of the supplied main fuel gradually increases as the opening of the control valve 14b decreases (FIG. 3 (m)). Conversely, when the reserve fuel shut-off valve 15a is opened, the flow rate of the supplied reserve fuel increases (Fig. 3 (p)). At this time, since the opening degree of the reserve fuel adjustment valve 15b is already controlled to be equivalent to the virtual output opening degree at the time point t1, the flow rate of the spare fuel supplied simultaneously with switching the shutoff valve 15a to the open state. Increases rapidly, and the flow rate of the reformed gas supplied to the reforming system 11 increases rapidly (FIG. 3 (q)). Until the fuel switching is completed, the virtual current If is set as the control fuel cell current Ic (FIGS. 3 (g), (i), (j)), and the opening degree of the reserve fuel adjustment valve 15b is Since the opening is controlled in accordance with the virtual current If, as a result, the virtual output opening is continuously maintained (FIG. 3 (n)).

このとき、インバータ２は自立運転モードで駆動され（図３（ｂ））、出力電圧が一定となるように電圧制御されたインバータ２の出力電力は、遮断スイッチ６及び遮断スイッチ８を介してダミーヒータ３に供給されることになる。遮断スイッチ９はＯＦＦに制御されているため（図３（ｆ））、燃料切り替え中の、不安定な燃料電池１３の発電出力が給電負荷２２に供給されることはない。   At this time, the inverter 2 is driven in the self-sustained operation mode (FIG. 3B), and the output power of the inverter 2 that is voltage-controlled so that the output voltage becomes constant is supplied to the dummy heater via the cutoff switch 6 and the cutoff switch 8. 3 will be supplied. Since the cutoff switch 9 is controlled to be OFF (FIG. 3 (f)), the unstable power generation output of the fuel cell 13 during the fuel switching is not supplied to the power supply load 22.

この状態から、燃料切り替えが完了し改質系１１に供給される燃料流量が安定し、これに伴い燃料電池１３の発電出力が安定して給電負荷２２への安定した電力供給が可能な状態となると、燃料切り替えが完了したとして時点ｔ２で自立運転に移行する。なお、前記燃料切り替えが完了したかどうかは、例えば、燃料切り替えを開始した時点、すなわち、予備燃料の遮断弁１５ａを開状態に切り替えた時点からの経過時間を計測し、この経過時間が、予め設定した燃料切り替え完了時間に達したかどうかに基づき判定する。前記燃料切り替え完了時間は、予め実験などにより検出しておけばよい。   From this state, the fuel switching is completed and the flow rate of fuel supplied to the reforming system 11 is stabilized, and accordingly, the power generation output of the fuel cell 13 is stabilized and stable power supply to the power supply load 22 is possible. Then, it is determined that the fuel switching is completed, and the self-sustained operation is started at time t2. Whether or not the fuel switching has been completed is determined, for example, by measuring the elapsed time from the time when the fuel switching is started, that is, from the time when the standby fuel cutoff valve 15a is switched to the open state. Judgment is made based on whether the set fuel switching completion time has been reached. The fuel switching completion time may be detected in advance through experiments or the like.

コントローラ５では、燃料切り替えが完了したと判断されると、インバータ２を一旦停止し（図３（ａ））、遮断スイッチ９をＯＮ（図３（ｆ））として給電負荷２２を接続した後、インバータ２を再起動して給電負荷２２への電力供給を開始する。また、遮断スイッチ９をＯＮとした後、遮断スイッチ８をＯＦＦとし（図３（ｅ））、ダミーヒータ３への電力供給を遮断する。これにより結果的に、燃料電池１３の発電出力先がダミーヒータ３から給電負荷２２に切り替わったことと同等となる。
このとき、インバータ２を停止させた状態で給電負荷２２を接続し、その後インバータ２を再起動させて給電負荷２２へ電力供給を開始することにより、給電負荷２２への突入電流が生じることを回避し、この突入電流によりインバータ２が過電流トリップすることを防止している。 When the controller 5 determines that the fuel switching has been completed, the inverter 2 is temporarily stopped (FIG. 3A), the shutoff switch 9 is turned ON (FIG. 3F), and the power supply load 22 is connected. The inverter 2 is restarted to start supplying power to the power supply load 22. In addition, after the cutoff switch 9 is turned on, the cutoff switch 8 is turned off (FIG. 3 (e)), and the power supply to the dummy heater 3 is cut off. As a result, the power generation output destination of the fuel cell 13 is equivalent to switching from the dummy heater 3 to the power supply load 22.
At this time, the feeding load 22 is connected in a state where the inverter 2 is stopped, and then the inverter 2 is restarted to start supplying power to the feeding load 22, thereby avoiding an inrush current to the feeding load 22. This inrush current prevents the inverter 2 from overcurrent tripping.

また、燃料切り替えが完了したと判断されると、コントローラ５では燃料流量制御処理において、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ５を経てステップＳ５ａに移行し、インバータ２が一旦停止された後、再起動されて給電負荷２２への電力供給が開始されていなければ、ステップＳ６に移行して、引き続き仮想電流Ｉｆを制御用燃料電池電流Ｉｃとして設定し、インバータ２が再起動されて給電負荷２２への電力供給が開始されると、ステップＳ５ａからステップＳ７に移行し、運転モードフラグＦを“２”に切り替えた後、ステップＳ１１に移行し、電流センサ１３の検出値を読み込み、これを制御用燃料電池電流Ｉｃと設定する（図３（ｊ））。   If it is determined that the fuel switching is completed, the controller 5 proceeds to step S5a through step S1, step S2, and step S5 in the fuel flow rate control process, and the inverter 2 is temporarily stopped and then restarted. If the power supply to the power supply load 22 is not started, the process proceeds to step S6, where the virtual current If is continuously set as the control fuel cell current Ic, and the inverter 2 is restarted to supply power to the power supply load 22. When the supply is started, the process proceeds from step S5a to step S7, the operation mode flag F is switched to “2”, then the process proceeds to step S11, the detection value of the current sensor 13 is read, and this is read as a control fuel cell. The current Ic is set (FIG. 3 (j)).

そして、ステップＳ１５に移行し、運転モードフラグＦが“２”に設定されているため、主燃料の制御弁はそのままで、予備燃料の制御弁を制御し、燃料流量が、制御用燃料電池電流Ｉｃに見合った流量となるように制御する。すなわち、電流センサ１３の検出値Ｉｒに見合った流量となるように制御する（図３（ｇ）、（ｈ）、（ｊ））。以後、ステップＳ１、ステップＳ１１、ステップＳ１５の処理を繰り返し行い、給電負荷２２で必要とする電流値に見合った予備燃料を供給する。   Then, the process proceeds to step S15, and since the operation mode flag F is set to “2”, the main fuel control valve is left as it is, the standby fuel control valve is controlled, and the fuel flow rate is controlled by the control fuel cell current. The flow rate is controlled to match Ic. That is, the flow rate is controlled so as to correspond to the detection value Ir of the current sensor 13 (FIGS. 3 (g), (h), (j)). Thereafter, the processes of Step S1, Step S11, and Step S15 are repeated, and the reserve fuel corresponding to the current value required by the power supply load 22 is supplied.

ここで、待機運転中及び給電負荷２２への電力供給が開始されるまでの間は、ダミーヒータ３には仮想電流Ｉｆ相当が供給されており、この仮想電流Ｉｆは、燃料切り替え後に燃料電池１３で出力可能な最大出力の直流電流相当であるため、給電負荷２２に電力供給を開始した時点で、給電負荷２２で必要とする電流値よりも電流値の大きな電流供給が可能な状態である。したがって、時点ｔ３で給電負荷２２への電力供給を開始したときに、燃料電池１３が燃料不足傾向となることはない。   Here, during the standby operation and until the power supply to the power supply load 22 is started, the dummy heater 3 is supplied with the virtual current If equivalent, and this virtual current If is changed by the fuel cell 13 after the fuel switching. Since it is equivalent to the maximum direct current that can be output, when the power supply to the power supply load 22 is started, a current supply having a current value larger than the current value required by the power supply load 22 is possible. Therefore, the fuel cell 13 does not tend to run out of fuel when power supply to the power supply load 22 is started at time t3.

仮に、待機運転中も、電流センサ１３ａの検出値Ｉｒに基づいて燃料制御を行う構成としたとすると、ダミーヒータ３の負荷量が比較的小さい場合には、燃料電池１３の発電電流は、図３（ｈ）に示すように、待機運転中、比較的小さい状態を維持する。このため、時点ｔ２で自立運転に移行して時点ｔ３で給電負荷２２への電力供給を開始し、給電負荷２２で必要とする電流量がダミーヒータ３で必要とする電流量よりも大きいと、それまで比較的小さな発電電流に基づき燃料制御を行っていたため、燃料電池１３の発電電流を要求される電流値相当まで増加させるまでには時間を要することになる。特に、ダミーヒータ３で必要とする電流量に対して給電負荷２２で必要とする電流量が比較的大きい場合には、電流の増加幅が大きいためそれだけ時間を要することになり、燃料電池１３の発電電流が、給電負荷２２が要求する電流量に達するまでの間、燃料電池１３が燃料不足傾向となる可能性がある。   If it is assumed that the fuel control is performed based on the detection value Ir of the current sensor 13a even during the standby operation, the generated current of the fuel cell 13 is as shown in FIG. As shown in (h), a relatively small state is maintained during standby operation. For this reason, it shifts to a self-sustained operation at the time t2, starts supplying power to the power supply load 22 at the time t3, and if the current amount required for the power supply load 22 is larger than the current amount required for the dummy heater 3, Since the fuel control is performed based on a relatively small generated current, it takes time to increase the generated current of the fuel cell 13 to the required current value. In particular, when the amount of current required by the power supply load 22 is relatively large with respect to the amount of current required by the dummy heater 3, it takes a long time because the increase in current is large. There is a possibility that the fuel cell 13 tends to run out of fuel until the current reaches the amount of current required by the power supply load 22.

しかしながら、図３（ｊ）に示すように、待機運転中は、仮想電流Ｉｆに基づき燃料流量制御を行っており、この仮想電流Ｉｆは、自立運転時に、燃料電池１３が出力可能な最大出力時における直流電流相当であるから、燃料電池１３は、給電負荷２２で必要とする電流量よりも大きな発電電流を出力することが可能な状態である。
したがって、既に仮想電流Ｉｆが出力されている状態から、必要とする電流量が仮想電流Ｉｆよりも低い給電負荷２２への電力供給を開始することにより、給電負荷２２への電力供給の開始と共に、必要とする電力供給を行うことができる。 However, as shown in FIG. 3 (j), the fuel flow rate control is performed based on the virtual current If during the standby operation, and this virtual current If is at the maximum output that the fuel cell 13 can output during the independent operation. Therefore, the fuel cell 13 is in a state capable of outputting a generated current larger than the amount of current required by the power supply load 22.
Therefore, by starting the power supply to the power supply load 22 whose required current amount is lower than the virtual current If from the state in which the virtual current If is already output, along with the start of the power supply to the power supply load 22, Necessary power supply can be performed.

特に、給電負荷２２で必要とする電流量が大きいほど、燃料供給量が少ない状態で発電を行っている状態から、燃料電池１３の発電出力を給電負荷２２で必要とする電流量まで増加させるのに時間を要するが、電流値の大きな仮想電流Ｉｆを出力可能な状態から、必要とする電流量が仮想電流Ｉｆよりも低い給電負荷２２に対して電力供給を行うため、給電負荷２２で必要とする電力供給を確実に行うことができる。   In particular, as the amount of current required by the power supply load 22 increases, the power generation output of the fuel cell 13 is increased from the state where power generation is performed with a small amount of fuel supply to the amount of current required by the power supply load 22. However, it is necessary for the power supply load 22 to supply power to the power supply load 22 whose required current amount is lower than the virtual current If from a state where the virtual current If having a large current value can be output. It is possible to reliably supply power.

また、自立運転移行時の給電負荷２２で必要とする電力量が、仮想電流Ｉｆ相当の発電電力量よりも少ない場合には、燃料電池１３に供給される予備燃料が過多傾向となる可能性があるが、燃料過多を原因として燃料電池１３本体の温度上昇が生じるまでにはある程度時間を要するため、自立運転へ移行した時点で供給燃料の減量を開始することにより、燃料電池１３に与える影響を抑制することができる。したがって、燃料電池１３に与える影響が比較的大きい燃料不足傾向となることを確実に回避し、且つ、燃料過多を速やかに解消することによって、燃料電池１３を的確に保護することができる。   In addition, when the amount of power required by the power supply load 22 at the time of transition to independent operation is smaller than the amount of generated power corresponding to the virtual current If, there is a possibility that the reserve fuel supplied to the fuel cell 13 tends to be excessive. However, since it takes some time for the temperature of the fuel cell 13 body to rise due to excessive fuel, starting the reduction of the supplied fuel at the time of shifting to the self-sustaining operation has an effect on the fuel cell 13. Can be suppressed. Therefore, it is possible to reliably protect the fuel cell 13 by reliably avoiding the tendency of fuel shortage having a relatively large influence on the fuel cell 13 and quickly eliminating the excessive fuel.

また、待機運転となった時点から予備燃料の調節弁１５ｂを開状態に制御するのではなく、調節弁１５ｂを、待機運転となった時点で既に仮想出力開度相当に制御しているため、待機運転への移行と共に、供給される予備燃料を速やかに増量させることができる。このため、燃料電池１３の発電電力を、速やかに仮想電流Ｉｆに見合った発電出力に安定させることができ、結果的に、待機運転時間を短縮することができ、燃料切り替え時に、給電負荷２２が停止される期間を短縮し、給電負荷２２を速やかに安定運転に復帰させることができる。   Since the standby fuel adjustment valve 15b is not controlled to be opened from the time when the standby operation is started, the control valve 15b is already controlled to correspond to the virtual output opening when the standby operation is started. Along with the shift to the standby operation, it is possible to quickly increase the amount of supplied spare fuel. For this reason, the power generated by the fuel cell 13 can be quickly stabilized to a power generation output commensurate with the virtual current If, and as a result, the standby operation time can be shortened. The period during which the operation is stopped can be shortened, and the power supply load 22 can be quickly returned to stable operation.

図４は、待機運転に移行する時点ｔ１１から予備燃料の調節弁１５ｂを開状態に制御しその開度を仮想出力開度に制御するように構成した場合の、タイムチャートである。なお、図４の（ａ）から（ｑ）のそれぞれは、図３の（ａ）から（ｑ）のそれぞれと同じ部分の状態を表す。
図４（ｎ)に示すように、待機運転に移行した時点ｔ１１から調節弁１５ｂを開状態に切り替えると、調節弁１５ｂの開度が仮想出力開度に達する時点となるまでに時間を要する。このため、待機運転に移行した時点ｔ１１から、待機運転時間として規定された許容時間が経過した時点で自立運転に移行したとすると、燃料電池１３に供給される燃料流量が必要分に追いつかずに、燃料不足傾向となる可能性がある。また、仮に、許容時間内に自立運転移行時に十分な燃料供給を行うことが可能な状態となったとしても、改質系１１に供給される改質ガス流量が安定するまでにある程度の時間がかかる。このため、結果的に、時点ｔ１１で待機運転に移行してから時点ｔ１２で燃料電池１３の発電出力が安定し自立運転に移行するまでにある程度の時間（Ｌ２＞Ｌ１）を要することになる。 FIG. 4 is a time chart in the case where the standby fuel adjustment valve 15b is controlled to be opened from the time t11 when the standby operation is started, and the opening is controlled to the virtual output opening. Each of (a) to (q) in FIG. 4 represents the state of the same part as each of (a) to (q) in FIG.
As shown in FIG. 4 (n), when the control valve 15b is switched to the open state from the time t11 when the standby operation is started, it takes time until the opening of the control valve 15b reaches the virtual output opening. For this reason, if it shifts to a self-sustained operation at the time when the allowable time defined as the standby operation time has elapsed from the time point t11 when the operation shifts to the standby operation, the fuel flow rate supplied to the fuel cell 13 cannot catch up with the necessary amount. There is a possibility of fuel shortage. Even if sufficient fuel can be supplied during the transition to the independent operation within the allowable time, a certain amount of time is required until the flow rate of the reformed gas supplied to the reforming system 11 is stabilized. Take it. As a result, a certain amount of time (L2> L1) is required until the power generation output of the fuel cell 13 stabilizes and shifts to the self-sustained operation at the time t12 after shifting to the standby operation at the time t11.

しかしながら、図３（ｎ）に示すように、予備燃料の調節弁１５ｂを前以って仮想出力開度相当に制御しておくことにより、調節弁１５ｂの開度が仮想出力開度相当に達するまでの所要時間を短縮することができる。このため、燃料切り替えを開始してから改質系１１に供給される改質ガス流量が安定するまでの所要時間を図４のＬ２からこれよりも短いＬ１に短縮することができる。
そのため、結果的に、燃料電池１３の発電出力が安定するまでの所要時間を短縮することができる。よって、燃料切り替え完了までの待機時間をより短縮することができ、解列及び燃料切り替えに伴い、給電負荷２２への燃料供給が停止する期間を短縮することができる。 However, as shown in FIG. 3 (n), when the reserve fuel control valve 15b is previously controlled to correspond to the virtual output opening, the opening of the control valve 15b reaches the virtual output opening. Can be shortened. Therefore, the time required from the start of fuel switching until the reformed gas flow rate supplied to the reforming system 11 is stabilized can be shortened from L2 in FIG. 4 to L1 shorter than this.
As a result, the time required until the power generation output of the fuel cell 13 is stabilized can be shortened. Therefore, the waiting time until the completion of the fuel switching can be further shortened, and the period during which the fuel supply to the power supply load 22 is stopped along with the disconnection and the fuel switching can be shortened.

また、上記実施の形態においては、コントローラ５では、制御用燃料電池電流Ｉｃに見合った燃料流量となるように主燃料及び予備燃料の制御弁を制御しており、制御用燃料電池電流Ｉｃとして、連系運転時及び自立運転時には、電流センサ１３ａの検出値Ｉｒを設定し、待機運転時には仮想電流Ｉｆを設定しているため、連系運転時及び自立運転時と、待機運転時とに関わらず、制御用燃料電池電流Ｉｃに見合った燃料流量となるように各種制御弁を制御すればよい。   Further, in the above embodiment, the controller 5 controls the main fuel and reserve fuel control valves so that the fuel flow rate is commensurate with the control fuel cell current Ic. As the control fuel cell current Ic, The detection value Ir of the current sensor 13a is set at the time of the interconnected operation and the independent operation, and the virtual current If is set at the standby operation. Therefore, regardless of the interconnected operation, the independent operation, and the standby operation The various control valves may be controlled so that the fuel flow rate is commensurate with the control fuel cell current Ic.

このため、制御用燃料電池電流Ｉｃの値を、電流センサ１３ａで検出される発電電流Ｉｒと仮想電流Ｉｆとで切り替えることにより、連系運転時及び自立運転時と待機運転時とで同一の制御処理を実行することが可能となり、その分、処理を簡略化することができる。また、従来の、電流センサ１３ａの検出値に見合った燃料を供給するよう各種制御弁を制御するという処理手順を大幅に変更することなく、容易に実現することができる。   For this reason, by switching the value of the control fuel cell current Ic between the generated current Ir detected by the current sensor 13a and the virtual current If, the same control is performed during the interconnected operation, the independent operation, and the standby operation. The processing can be executed, and the processing can be simplified accordingly. In addition, the conventional processing procedure of controlling various control valves to supply fuel corresponding to the detection value of the current sensor 13a can be easily realized without significantly changing the processing procedure.

また、待機運転中もインバータ２を作動させており、インバータ２の出力を、ダミーヒータ３だけでなく内部補機４にも供給しており、燃料電池１３での燃料電池発電に必要な内部補機４への供給電力を、燃料電池１３で発電した発電電力により賄っている。ここで、待機運転中にインバータ２を停止させてしまうと、内部補機４に対して電力供給が行われなくなってしまうため、内部補機４に対して電力供給を行うための無停電電源装置などの電源を新たに設ける必要がある。しかしながら、待機運転中も、インバータ２を停止させずにダミーヒータ３及び内部補機４に電力供給を行っているため、新たに内部補機４用の電源などを設けることなく実現することができる。   Further, the inverter 2 is operated even during the standby operation, and the output of the inverter 2 is supplied not only to the dummy heater 3 but also to the internal auxiliary device 4, and the internal auxiliary device necessary for fuel cell power generation in the fuel cell 13 4 is covered by the power generated by the fuel cell 13. Here, if the inverter 2 is stopped during the standby operation, the power supply to the internal auxiliary machine 4 will not be performed, so the uninterruptible power supply for supplying power to the internal auxiliary machine 4 It is necessary to provide a new power source. However, since the power is supplied to the dummy heater 3 and the internal auxiliary machine 4 without stopping the inverter 2 even during the standby operation, it can be realized without newly providing a power source for the internal auxiliary machine 4.

なお、上記実施の形態においては、予備燃料の調節弁１５ｂを、起動時から仮想出力開度相当の開度に維持する場合について説明したが、これに限るものではない。給電負荷２２への電力供給が開始される時点までに、予備燃料の調節弁１５ｂの開度が仮想出力開度相当となっていればよいため、例えば、起動後予め設定した時間が経過した後に、予備燃料の調節弁１５ｂを仮想出力開度相当に制御するようにしてもよい。また、例えば、予備燃料を用いた自立運転中に、同一種又は異種の、他の予備燃料に切り替える場合等には、予備燃料の残量がある程度の量まで減少した時点で、他の予備燃料の調節弁を仮想出力開度相当に制御するようにしてもよい。   In the above embodiment, the case has been described in which the reserve fuel adjustment valve 15b is maintained at an opening corresponding to the virtual output opening from the time of activation, but is not limited thereto. The opening degree of the reserve fuel adjustment valve 15b only needs to be equivalent to the virtual output opening degree by the time when power supply to the power supply load 22 is started. The reserve fuel control valve 15b may be controlled to correspond to the virtual output opening. In addition, for example, when switching to another type of spare fuel of the same type or different type during self-sustained operation using spare fuel, when the remaining amount of spare fuel is reduced to a certain amount, The control valve may be controlled to correspond to the virtual output opening.

また、上記実施の形態においては、燃料電池１３から出力可能な最大出力の直流電流相当を仮想電流Ｉｆとする場合について説明したが、これに限るものではなく、自立運転時に給電負荷２２が必要とする電流量の最大値相当、又はその近傍の値、或いは、前記給電負荷２２が必要とする電流量の最大値以上の値であっても適用することができる。
また、予備燃料の調節弁１５ｂの開度を、仮想電流Ｉｆに応じた仮想出力開度相当に制御する場合について説明したが、これに限るものではなく、仮想電流Ｉｆに応じた仮想出力開度近傍の開度に制御しておき、待機運転への移行に伴い、仮想電流Ｉｆに応じて調節弁１５ｂの開度を、仮想電流Ｉｆに応じた仮想出力開度相当に制御するようにしてもよい。 In the above embodiment, the case where the virtual current If is equivalent to the maximum output direct current that can be output from the fuel cell 13 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the power supply load 22 is necessary during the independent operation. The present invention can be applied to a value equivalent to or near the maximum value of the current amount to be performed, or a value equal to or greater than the maximum value of the current amount required by the power supply load 22.
Further, the case where the opening degree of the reserve fuel adjustment valve 15b is controlled to be equivalent to the virtual output opening degree corresponding to the virtual current If has been described, but the present invention is not limited to this, and the virtual output opening degree corresponding to the virtual current If is explained. The opening degree of the control valve 15b may be controlled to correspond to the virtual output opening degree corresponding to the virtual current If in accordance with the virtual current If with the shift to the standby operation. Good.

また、上記実施の形態においては、連系運転及び自立運転時と、待機運転時とで、制御用燃料電池電流Ｉｃを切り替えることにより、待機運転中も燃料流量制御を行って、調節弁１５ｂの開度を仮想出力開度相当に制御する場合について説明したが、これに限るものではない。自立運転に移行して給電負荷２２への電力供給を開始するまでの間、燃料流量制御による調節弁１５ｂの制御は行わずに調節弁１５ｂの開度を仮想出力開度相当に維持し、給電負荷２２への電力供給を開始するときに、燃料流量制御による調節弁１５ｂの制御を開始して、燃料電池１３の発電電流に応じて流量制御を行うようにしてもよい。   Further, in the above embodiment, the fuel flow rate control is performed even during the standby operation by switching the control fuel cell current Ic between the grid operation and the independent operation and the standby operation. Although the case where the opening degree is controlled to be equivalent to the virtual output opening degree has been described, the present invention is not limited to this. Until the power supply to the power supply load 22 is started after shifting to the self-sustained operation, the control valve 15b is not controlled by the fuel flow rate control, and the opening of the control valve 15b is maintained to be equivalent to the virtual output opening. When the power supply to the load 22 is started, the control of the control valve 15b by the fuel flow control may be started, and the flow control may be performed according to the generated current of the fuel cell 13.

また、上記実施の形態においては、燃料切り替えを行い且つ自立運転に移行する場合について説明したが、これに限るものではなく、自立運転中に、燃料切り替え後、再度自立運転を行う場合などであっても適用することができる。また、主燃料から予備燃料に切り替える場合について説明したが、これに限るものではなく、予備燃料を用いた自立運転中に、同一種の予備燃料に切り替える場合、或いは異なる種類の予備燃料に切り替える場合などであっても適用することができる。   In the above embodiment, the case where the fuel is switched and the operation is shifted to the independent operation has been described. However, the present invention is not limited to this, and the case where the autonomous operation is performed again after the fuel is switched during the autonomous operation. Even can be applied. In addition, the case of switching from the main fuel to the reserve fuel has been described, but the present invention is not limited to this, and the case of switching to the same type of reserve fuel or the case of switching to a different type of reserve fuel during self-sustained operation using the reserve fuel. Even if it is, it can apply.

ここで、ダミーヒータ３がダミー負荷に対応し、仮想電流Ｉｆが規定電流に対応し、電流センサ１３ａが発電電流検出手段に対応し、コントローラ５で実行される燃料流量制御処理が燃料流量制御手段に対応し、給電負荷２２が負荷に対応し、遮断弁１５ａが予備燃料の供給を遮断する遮断弁に対応し、調節弁１５ｂが予備燃料の流量を調整する調節弁に対応し、待機運転を行う期間が待機期間に対応している。   Here, the dummy heater 3 corresponds to the dummy load, the virtual current If corresponds to the specified current, the current sensor 13a corresponds to the generated current detection means, and the fuel flow control process executed by the controller 5 is the fuel flow control means. Correspondingly, the feeding load 22 corresponds to the load, the shut-off valve 15a corresponds to the shut-off valve that shuts off the supply of the reserve fuel, and the control valve 15b corresponds to the control valve that adjusts the flow rate of the reserve fuel and performs the standby operation. The period corresponds to the waiting period.

本発明を適用した燃料電池発電装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of a fuel cell power generator to which the present invention is applied. 燃料流量制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process sequence of a fuel flow control process. 連系運転から自立運転に移行する際の各部の状態を表すタイムチャートである。It is a time chart showing the state of each part at the time of shifting from a grid operation to a self-sustained operation. 予備燃料の調節弁１５ｂを開状態にする制御を、待機運転移行時に開始した場合のタイムチャートである。It is a time chart at the time of starting the control which makes the adjustment valve 15b of standby fuel into an open state at the time of standby operation transfer.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電池部
２ インバータ
３ ダミーヒータ
４ 内部補機
５ コントローラ
１３ 燃料電池
１４ａ、１５ａ 遮断弁
１４ｂ、１５ｂ 調節弁
１４ｃ、１５ｃ 電力計
２１ 電力系統
２２ 給電負荷
１００ 燃料電池発電装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery part 2 Inverter 3 Dummy heater 4 Internal auxiliary machine 5 Controller 13 Fuel cell 14a, 15a Shut-off valve 14b, 15b Control valve 14c, 15c Wattmeter 21 Power system 22 Feed load 100 Fuel cell power generator

Claims (7)

燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、
前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた流量となるように前記燃料電池に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段と、を備え、
前記燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給すると共に、前記燃料電池に供給する燃料を所定のタイミングで主燃料から予備燃料に切り替え、且つ前記燃料切り替えを開始してから切り替えが完了するまでの待機期間は、前記燃料電池の発電出力を、前記インバータを介してダミー負荷に供給し、前記待機期間が終了したとき、前記インバータ出力の供給先を前記ダミー負荷から前記負荷に切り替える燃料電池発電装置において、
前記燃料流量制御手段は、前記待機期間中は、前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始める時点で前記燃料電池に供給される燃料流量が、前記待機期間終了後に前記燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定した規定電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御を行い、
前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるときに、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量制御に切り替えることを特徴とする燃料電池発電装置。 Generated current detection means for detecting the generated current of the fuel cell;
Fuel flow rate control means for controlling the flow rate of fuel supplied to the fuel cell so that the flow rate corresponds to the actual current detected by the generated current detection means,
The power generation output of the fuel cell is supplied to a load via an inverter, and the fuel supplied to the fuel cell is switched from main fuel to backup fuel at a predetermined timing, and the switching is completed after the fuel switching is started. During the standby period, the power generation output of the fuel cell is supplied to the dummy load via the inverter, and when the standby period ends, the fuel that switches the supply destination of the inverter output from the dummy load to the load In battery power generators,
The fuel flow rate control means is configured such that during the standby period, the fuel flow rate supplied to the fuel cell at the time when the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load is the fuel cell after the standby period ends. Performs fuel flow control so that the fuel flow rate corresponds to the specified current set to a value in the vicinity of the direct current of the maximum output power that can be generated and output.
When the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load, the fuel cell power generator is switched to the fuel flow rate control according to the actual current detected by the generated current detecting means. 前記燃料流量制御手段は、通常は前記発電電流検出手段で検出した実電流を制御用電流として当該制御用電流に応じた流量となるように前記燃料流量を制御し、
前記待機期間中及び前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるまでの間は、前記実電流に替えて、前記規定電流を前記制御用電流として前記燃料流量制御を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 The fuel flow rate control means controls the fuel flow rate so that the actual current detected by the generated current detection means is normally a control current and a flow rate according to the control current,
The fuel flow rate control is performed using the specified current as the control current instead of the actual current during the standby period and until the inverter output after the standby period ends is supplied to the load. The fuel cell power generator according to claim 1, characterized in that: 前記予備燃料の前記燃料電池への供給ラインに、前記燃料電池への予備燃料の供給を遮断する遮断弁と、前記遮断弁の下流に前記予備燃料の流量を調整する調節弁と、を備え、
前記燃料流量制御手段は、前記燃料切り替えが開始された時点での前記調節弁の弁開度が、前記規定電流に応じた流量の燃料を供給する規定開度となるように、前記調節弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。 A supply line for supplying the reserve fuel to the fuel cell, and a shutoff valve for shutting off supply of the reserve fuel to the fuel cell, and a regulating valve for adjusting a flow rate of the reserve fuel downstream of the shutoff valve,
The fuel flow rate control means is configured so that the opening degree of the adjustment valve at the time when the fuel switching is started becomes a specified opening degree for supplying fuel with a flow rate corresponding to the specified current. The fuel cell power generator according to claim 1 or 2, wherein the valve opening is controlled. 前記燃料流量制御手段は、前記主燃料から前記予備燃料への燃料切り替えが開始される時点まで、前記予備燃料の前記調節弁の弁開度を前記規定開度に維持することを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電装置。   The fuel flow rate control means maintains the opening degree of the control valve of the reserve fuel at the specified opening degree until the fuel switching from the main fuel to the reserve fuel is started. Item 4. The fuel cell power generator according to Item 3. 前記予備燃料の前記燃料電池への供給ラインに、前記燃料電池への予備燃料の供給を遮断する遮断弁と、前記遮断弁の下流に前記予備燃料の流量を調整する調節弁と、を備え、
前記燃料流量制御手段は、前記待機期間終了後に前記インバータ出力を前記負荷に供給し始める時点まで、前記調節弁の弁開度を、前記規定電流に応じた流量の燃料を供給する規定開度に制御し、
前記待機期間中は、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量制御を停止し、前記待機期間終了後に前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるときに、前記実電流に応じた燃料流量制御を開始することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 A supply line for supplying the reserve fuel to the fuel cell, and a shutoff valve for shutting off supply of the reserve fuel to the fuel cell, and a regulating valve for adjusting a flow rate of the reserve fuel downstream of the shutoff valve,
The fuel flow rate control means sets the valve opening of the control valve to a specified opening for supplying fuel at a flow rate corresponding to the specified current until the inverter output starts to be supplied to the load after the standby period ends. Control
During the standby period, fuel flow control according to the actual current detected by the generated current detection means is stopped, and when the inverter output starts to be supplied to the load after the standby period ends, the actual current is determined. 2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein fuel flow control is started. 前記規定電流は、前記待機期間終了後に前記負荷で必要とする最大電流値相当に設定されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料電池発電装置。   6. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the specified current is set to correspond to a maximum current value required by the load after the standby period ends. 6. 燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、
前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた流量となるように前記燃料電池に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御手段と、を備え、
前記燃料電池の発電出力を、インバータを介して負荷に供給すると共に、前記燃料電池に供給する燃料を所定のタイミングで主燃料から予備燃料に切り替え、且つ前記燃料切り替えを開始してから切り替えが完了するまでの待機期間は、前記燃料電池の発電出力を、前記インバータを介してダミー負荷に供給し、前記待機期間が終了したときに、前記インバータ出力の供給先を前記ダミー負荷から前記負荷に切り替える燃料電池発電装置の制御方法において、
前記燃料流量制御手段は、前記待機期間中、前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始める時点で前記燃料電池に供給される燃料流量が、前記待機期間終了後に前記燃料電池が発電出力可能な最大出力電力の直流電流近傍の値に設定した規定電流に応じた燃料流量となるように燃料流量制御を行うステップと、
前記待機期間終了後の前記インバータ出力を前記負荷に供給し始めるときに、前記発電電流検出手段で検出した実電流に応じた燃料流量制御に切り替えるステップと、を備えることを特徴とする燃料電池発電装置の制御方法。 Generated current detection means for detecting the generated current of the fuel cell;
Fuel flow rate control means for controlling the flow rate of fuel supplied to the fuel cell so that the flow rate corresponds to the actual current detected by the generated current detection means,
The power generation output of the fuel cell is supplied to a load via an inverter, and the fuel supplied to the fuel cell is switched from main fuel to backup fuel at a predetermined timing, and the switching is completed after the fuel switching is started. During the standby period, the power generation output of the fuel cell is supplied to the dummy load via the inverter, and when the standby period ends, the supply destination of the inverter output is switched from the dummy load to the load. In the control method of the fuel cell power generator,
The fuel flow rate control means is configured so that, during the standby period, the fuel flow rate supplied to the fuel cell at the time when the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load is Performing fuel flow control so that the fuel flow rate is in accordance with a specified current set to a value in the vicinity of the direct current of the maximum output power that can be generated and output; and
Switching to fuel flow rate control according to the actual current detected by the generated current detection means when the inverter output after the end of the standby period starts to be supplied to the load. Control method of the device.
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