JP2021002466A - Fuel cell system control method and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を複数積層した燃料電池スタックを備える燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a control method and a fuel cell system of a fuel cell system including a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells for generating electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked.
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。固体電解質の両側にアノード電極とカソード電極とを配設した電解質・電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。 Generally, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte. An electrolyte-electrode junction (hereinafter, also referred to as MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are arranged on both sides of a solid electrolyte is sandwiched by a separator (bipolar plate). A fuel cell is usually used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode joints and separators are laminated.
ＳＯＦＣの燃料電池スタックに供給される燃料ガスは、通常、改質器によって、炭化水素系の原燃料から生成される水素ガスが使用されている。改質器では、一般的に、メタンやＬＮＧ等の化石燃料等の炭化水素系の原燃料から改質原料ガスを得た後、この改質原料ガスに、例えば、水蒸気改質を施すことにより、改質ガス（燃料ガス）が生成されている。 As the fuel gas supplied to the SOFC fuel cell stack, hydrogen gas generated from a hydrocarbon-based raw material by a reformer is usually used. In a reformer, generally, after obtaining a reforming raw material gas from a hydrocarbon-based raw material such as fossil fuel such as methane or LNG, the reforming raw material gas is subjected to, for example, steam reforming. , Reformed gas (fuel gas) is generated.
改質器に供給される水蒸気は、燃料電池スタックから排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスを排ガス燃焼器で燃焼した燃焼ガスを、水が供給される蒸発器を通過させることで生成されている。 The water vapor supplied to the reformer is generated by passing the combustion gas obtained by burning the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack in the exhaust gas combustor through the evaporator to which water is supplied. ..
この場合、特許文献１に開示されているように、水蒸気を含有する前記燃焼ガスを凝縮器で凝縮させて水を生成し水タンクに回収することで、外部から水補給を行う必要がない水自立運転を行うことができる（特許文献１の［０００３］）。
In this case, as disclosed in
ところで、特許文献１に開示されたＳＯＦＣでは、燃料電池スタックの温度が高い場合には、該燃料電池スタックの損傷を回避すべく冷却するために、酸化剤ガスの供給流量を増加させている（特許文献１の［００１２］）。
By the way, in the SOFC disclosed in
ところが、酸化剤ガスの供給流量を増加させると、凝縮器から排出される燃焼ガス（排ガス）に含まれる水蒸気の量が増加し、水タンクに回収できる水量が減少することから、水自立が難しくなる。 However, if the supply flow rate of the oxidant gas is increased, the amount of water vapor contained in the combustion gas (exhaust gas) discharged from the condenser increases, and the amount of water that can be recovered in the water tank decreases, making it difficult for water to become self-sustaining. Become.
この場合、特許文献１に開示されたＳＯＦＣでは、発電電力（発電出力）を低下させて水自立を図っている（特許文献１の［００１９］）。
In this case, in the SOFC disclosed in
しかしながら、発電出力を低下させると、高発電出力領域での燃料電池システムの運転が制限され、商品性が低下する。 However, if the power generation output is reduced, the operation of the fuel cell system in the high power generation output region is restricted, and the commercial value is lowered.
商品性の低下を回避するために、高発電出力領域で水自立を確保しながら運転しようとして、酸化剤ガスの供給流量を水自立限界｛酸化剤ガス（空気）流量としては上限｝まで低下させるＳＯＦＣを設計した場合、低発電出力領域では、酸化剤ガスの流量が少なくなることから所望の要求発電出力を得るために必要な燃料ガスの流量も少なくなり、排ガス燃焼器で発生する燃焼ガスが少なくなる。このため、熱交換器で高温化される酸化剤ガスの温度が下がり、燃料電池スタックの温度が所望の温度より低下してしまう。 In order to avoid deterioration of commercial value, try to operate while ensuring water independence in the high power output region, and reduce the supply flow rate of oxidant gas to the water independence limit {upper limit of oxidant gas (air) flow rate}. When the SOFC is designed, in the low power generation output region, the flow rate of the oxidant gas is reduced, so that the flow rate of the fuel gas required to obtain the desired required power generation output is also reduced, and the combustion gas generated in the exhaust gas combustor is reduced. Less. As a result, the temperature of the oxidant gas, which is heated by the heat exchanger, drops, and the temperature of the fuel cell stack drops below the desired temperature.
燃料電池スタックの温度を所望の温度に維持するためには、燃料ガスの流量を過剰にして、すなわち燃料利用率を下げて、排ガス燃焼器で発生する燃料ガスを多くして熱交換器で高温化される酸化剤ガスの温度を下げないようにする必要がある。 In order to maintain the temperature of the fuel cell stack at the desired temperature, the flow rate of the fuel gas is excessive, that is, the fuel utilization rate is lowered, the fuel gas generated in the exhaust gas combustor is increased, and the temperature is high in the heat exchanger. It is necessary not to lower the temperature of the oxidant gas that is converted.
しかしながら、燃料利用率を下げると、低発電出力領域側での発電効率が低下するという課題が発生する。 However, if the fuel utilization rate is lowered, there arises a problem that the power generation efficiency on the low power generation output region side is lowered.
この発明は、このような種々の課題を考慮してなされたものであって、高発電出力領域での運転を制限することなく水自立が確保され、且つ低発電出力領域での発電効率の低下を抑制可能な燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such various problems, water independence is ensured without restricting operation in a high power generation output region, and power generation efficiency is reduced in a low power generation output region. It is an object of the present invention to provide a control method of a fuel cell system and a fuel cell system capable of suppressing the above.
この発明の一態様に係る燃料電池システムの制御方法は、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池を複数積層した燃料電池スタックから排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させ、
発生した燃焼ガスにより水タンクから供給される水を水蒸気にし、
該水蒸気により、外部から供給される炭化水素を主体とした原燃料を改質して前記燃料ガスとする一方、
外部から供給される酸化剤ガスを、前記燃焼ガスにより熱交換器で熱交換して高温化し前記燃料電池スタックに供給すると共に、熱交換後の前記燃焼ガスを凝縮させて、前記水タンクに水を回収する燃料電池システムの制御方法であって、
前記外部から供給される酸化剤ガスを、前記熱交換器をバイパスさせて前記高温化された酸化剤ガスと混合した混合酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス混合供給過程を有し、
前記酸化剤ガス混合供給過程では、
前記燃料電池スタックの相対的に高発電出力側では、前記バイパスされる酸化剤ガスの流量を大きくし、前記燃料電池スタックの相対的に低発電出力側では、前記バイパスされる酸化剤ガスの流量を小さくする。
The method for controlling the fuel cell system according to one aspect of the present invention is as follows.
The fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas are stacked are burned.
The generated combustion gas turns the water supplied from the water tank into steam,
While the raw material fuel mainly composed of hydrocarbons supplied from the outside is reformed by the steam to obtain the fuel gas, while
The oxidant gas supplied from the outside is heat-exchanged by the heat exchanger with the combustion gas to raise the temperature and supplied to the fuel cell stack, and the combustion gas after the heat exchange is condensed to fill the water tank with water. It is a control method of the fuel cell system that collects
There is an oxidant gas mixed supply process in which the oxidant gas supplied from the outside is mixed with the heated oxidant gas by bypassing the heat exchanger, and the mixed oxidant gas is supplied to the fuel cell stack. And
In the process of mixing and supplying the oxidant gas,
On the relatively high power generation output side of the fuel cell stack, the flow rate of the bypassed oxidant gas is increased, and on the relatively low power generation output side of the fuel cell stack, the flow rate of the bypassed oxidant gas is increased. To make it smaller.
この発明の他の態様に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池を複数積層させた燃料電池スタックと、
炭化水素を主体とする原燃料を水蒸気改質し、前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池スタックから排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを排ガス燃焼器で燃焼させて生成される燃焼ガスと、前記酸化剤ガスとの熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器を経由して前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する主供給路と、
前記熱交換器をバイパスして前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するバイパス供給路と、
前記燃料電池スタックの温度又は該燃料電池スタックの温度に関連する温度を検知する温度センサと、
前記主供給路の前記酸化剤ガスの流量調整を行う主流量調整部と、
前記バイパス供給路の前記酸化剤ガスの流量調整を行うバイパス流量調整部と、
前記主流量調整部と前記バイパス流量調整部の各流量調整を制御する制御部と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記主供給路と前記バイパス供給路に供給される前記酸化剤ガスの合計酸化剤ガス流量を要求発電出力に応じて設定される酸化剤ガス流量上限と酸化剤ガス流量下限の範囲内で、
前記温度センサの検知温度が第１閾値温度より高いときは前記主供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が減少する方向に前記主流量調整部を制御すると共に、前記バイパス供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が増加する方向に前記バイパス流量調整部を制御し、
前記温度センサの検知温度が前記第１閾値温度より低い第２閾値温度より低いときは前記主供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が増加する方向に前記主流量調整部を制御すると共に、前記バイパス供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が減少する方向に前記バイパス流量調整部を制御する。
A fuel cell system according to another aspect of the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are laminated.
A reformer that steam reforms a raw material mainly composed of hydrocarbons to generate the fuel gas to be supplied to the fuel cell stack, and a reformer.
A heat exchanger that exchanges heat between the combustion gas generated by burning the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack in an exhaust gas combustor and the oxidant gas.
A main supply path for supplying the oxidant gas to the fuel cell stack via the heat exchanger, and
A bypass supply path that bypasses the heat exchanger and supplies the oxidant gas to the fuel cell stack.
A temperature sensor that detects the temperature of the fuel cell stack or a temperature related to the temperature of the fuel cell stack.
A main flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the oxidant gas in the main supply path,
A bypass flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the oxidizing agent gas in the bypass supply path,
A control unit that controls each flow rate adjustment of the main flow rate adjusting unit and the bypass flow rate adjusting unit,
It is a fuel cell system equipped with
The control unit
The total oxidant gas flow rate of the oxidant gas supplied to the main supply path and the bypass supply path is within the range of the oxidant gas flow rate upper limit and the oxidant gas flow rate lower limit set according to the required power generation output.
When the detection temperature of the temperature sensor is higher than the first threshold temperature, the main flow rate adjusting unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas supplied to the main supply path decreases, and the gas is supplied to the bypass supply path. The bypass flow rate adjusting unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas is increased.
When the detection temperature of the temperature sensor is lower than the second threshold temperature lower than the first threshold temperature, the main flow rate adjusting unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas supplied to the main supply path increases. , The bypass flow rate adjusting unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas supplied to the bypass supply path decreases.
この発明によれば、高発電出力側では水自立が確保され、低発電出力側では発電効率が向上される。 According to the present invention, water independence is ensured on the high power generation output side, and power generation efficiency is improved on the low power generation output side.
［構成］
図１に示すように、実施形態に係る燃料電池システム１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられる。燃料電池システム１０には、原燃料（例えば、都市ガス）を供給する原燃料供給装置（原燃料ポンプ１２を含む）１４と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（空気ポンプ１６を含む）１８とが接続される。
[Constitution]
As shown in FIG. 1, the
燃料電池システム１０は、また、積層型の燃料電池スタック２０、改質器２２、凝縮器２３、熱交換器２４、蒸発器・混合器２５、排ガス燃焼器２６、及び水タンク２７を備える。
The
燃料電池システム１０は、さらに、主流量調整部２８ｍ、バイパス流量調整部２８ｂ、負荷１０６に電力を供給する出力調整器１００、蓄電器１０２、及び制御部１０４を備える。
The
燃料電池システム１０は、制御部１０４の制御下に、負荷１０６が要求する電力を発電し（要求発電出力Ｌｄという。）、出力調整器１００を通じて、負荷１０６に供給する。
Under the control of the
燃料電池スタック２０は、燃料ガス（水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池（燃料電池）３０を備える。複数の燃料電池３０が、積層されている。
The
燃料電池３０は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質３２の両面に、カソード電極３４及びアノード電極３６が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）３８を備える。
The
電解質・電極接合体３８の両側には、カソード側セパレータ４０とアノード側セパレータ４２とが配設される。カソード側セパレータ４０には、カソード電極３４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路４４が形成されると共に、アノード側セパレータ４２には、アノード電極３６に燃料ガスを供給する燃料ガス流路４６が形成される。なお、燃料電池３０としては、従来から使用されている種々のＳＯＦＣを用いることができる。
A
燃料電池３０は、作動温度が数百℃と高温であり、アノード電極３６側には、改質器２２で改質された燃料ガス（水素）が供給される。
The operating temperature of the
燃料電池スタック２０には、各酸化剤ガス流路４４の入口側に一体に連通する酸化剤ガス入口連通孔４８ａと、前記酸化剤ガス流路４４の出口側に一体に連通する酸化剤ガス出口連通孔４８ｂとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔４８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４８ｂは、燃料電池スタック２０内を積層方向に延在する。
The
燃料電池スタック２０には、各燃料ガス流路４６の入口側に一体に連通する燃料ガス入口連通孔５０ａと、前記燃料ガス流路４６の出口側に一体に連通する燃料ガス出口連通孔５０ｂとが設けられる。燃料ガス入口連通孔５０ａ及び燃料ガス出口連通孔５０ｂは、燃料電池スタック２０内を積層方向に延在する。
The
蒸発器・混合器２５は、蒸発器と混合器とから構成され、蒸発器は水を水蒸気にし、混合器は、炭化水素を主体とする原燃料に水蒸気を混合し、燃料ガスとして改質器２２に供給する。
The evaporator /
すなわち、蒸発器・混合器２５は、水タンク２７から供給される水を、排ガス燃焼器２６から供給される燃焼ガスから吸収した熱により蒸発させて水蒸気を生成する。
That is, the evaporator /
改質器２２は、改質触媒を備え、水蒸気が混合された燃料ガスを改質し、燃料電池スタック２０に供給される燃料ガスを生成する。
The
熱交換器２４は、蒸発器・混合器２５中の蒸発器を経由して供給された燃焼ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させて、燃料電池スタック２０に供給する。
The
排ガス燃焼器２６は、燃料電池スタック２０から排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させ、改質器２２を通じて蒸発器・混合器２５中の蒸発器に供給する。
The
凝縮器２３は、蒸発器・混合器２５及び熱交換器２４を経由して供給された燃焼ガスに含まれる水蒸気を液化させ、水タンク２７に水を回収すると共に、熱を排ガスとして外部に放出する。
The
原燃料供給装置１４は、原燃料を蒸発器・混合器２５の中の混合器に供給する原燃料供給路５２を備える。
The raw material
酸化剤ガス供給装置１８は、酸化剤ガス供給路５４を経由して熱交換器２４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス主供給路（主供給路ともいう。）５４ｍと、熱交換器２４をバイパスして前記酸化剤ガスを燃料電池スタック２０に供給する酸化剤ガスバイパス供給路（バイパス供給路ともいう。）５４ｂと、前記熱交換器２４で熱交換された前記酸化剤ガスと熱交換されずにバイパスされた酸化剤ガスとを混合して燃料電池スタック２０の酸化剤ガス入口連通孔４８ａに供給する酸化剤ガス供給路５５と、を備える。
The oxidant
酸化剤ガス主供給路５４ｍ中には、熱交換器２４に供給する酸化剤ガスの流量Ｑｍを調整する調整弁、ポンプ等の主流量調整部２８ｍが配設され、酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂ中には、燃料電池スタック２０に供給する酸化剤ガスの流量Ｑｂを調整する調整弁、ポンプ等のバイパス流量調整部２８ｂが配設されている。
In the oxidant gas
燃料電池スタック２０の酸化剤ガス出口連通孔４８ｂには、前記燃料電池スタック２０から排出される酸化剤排ガスを排ガス燃焼器２６に導入させる酸化剤排ガス通路（排ガス出口）６０が接続される。燃料電池スタック２０の燃料ガス出口連通孔５０ｂには、前記燃料電池スタック２０から排出される燃料排ガスを排ガス燃焼器２６に導入させる燃料排ガス通路（排ガス出口）６２が接続される。
An oxidant exhaust gas passage (exhaust gas outlet) 60 for introducing the oxidant exhaust gas discharged from the
排ガス燃焼器２６の出口側には、燃焼ガス通路６４の一端が連通すると共に、前記燃焼ガス通路６４の他端が改質器２２を介して蒸発器・混合器２５に接続される。
One end of the
蒸発器・混合器２５の出口側には、燃焼ガス通路６５の一端が連通すると共に、前記燃焼ガス通路６５の他端が熱交換器２４の入口側に接続される。
One end of the
熱交換器２４の出口側には、酸化剤ガスとの熱交換に使用された燃焼ガス（排ガス）を排出する排気通路６６が接続される。排気通路６６の途上には、凝縮器２３が配置される。
An
蒸発器・混合器２５の入口側には、水供給路６８が接続されると共に、前記蒸発器・混合器２５の出口側には、改質器２２が接続される。
A
改質器２２には、燃料ガスを燃料電池スタック２０の燃料ガス入口連通孔５０ａに供給する燃料ガス供給路５８が接続される。
A fuel
燃料電池システム１０は、負荷１０６に要求される電力を発電（要求発電出力Ｌｄという。）し、発電電流（出力電流ともいう。）Ｉを、発電出力Ｌとして、積層された燃料電池３０の一端側、すなわち燃料電池スタック２０の一端側のカソード電極３４に接続された一端側のエンドプレート（不図示）から電路１０８、出力調整器１００、電路１１０を通じて負荷１０６の一端側（能動側）に供給する。負荷１０６の他端側（コールド側、接地側）は、電路１１１を通じて、アノード電極３６に接続された積層方向他端側のエンドプレート（不図示）を通じて前記アノード電極３６に接続される。なお、電路１０８等、燃料電池スタック２０の外部の電気の通路は、太い実線で描いている。
The
出力調整器１００は、また、発電出力Ｌ（発電電流Ｉ×発電電圧）の余剰分の発電電力を、電路１１２を通じて蓄電器１０２の一端側（能動側）に供給する。蓄電器１０２の他端側（コールド側、接地側）は、図示しない電路、前記他端側のエンドプレートを介して前記アノード電極３６に接続される。
The
制御部１０４は、例えば、ＣＰＵ及び記憶装置並びに各種入出力インタフェースを有するＥＣＵ（電子制御ユニット）により構成され、各部からの入力（電気信号）に基づき、ＥＣＵ内の前記記憶装置の一部に記憶されているプログラムを実行して、各部へ制御信号（電気信号）を出力する。
The
各部からの入力としては、例えば、燃料電池システム１０の出力設定器（不図示）に設定された負荷１０６の要求発電出力Ｌｄ、水タンク２７に設けられた水量センサ１１４により検知された水タンク貯水量（水量、検知水量ともいう。）Ｓｗ、水タンク２７に配置されたポンプ（不図示）から水供給路６８を通じて蒸発器・混合器２５に供給される水流量Ｑｗ、燃料電池スタック２０内の酸化剤ガス出口連通孔４８ｂ近傍に配置された温度センサ１１６により検知されるスタック温度（燃料電池スタック温度、検知温度、温度ともいう。）Ｔｓ、電路１０８に配置された電流センサ（不図示）により検知される発電電流Ｉ、電路１０８に配置された電圧センサ（不図示）により検知される発電電圧、空気ポンプ１６から吐出される空気の流量（この実施形態では、ガス供給路５４を流通する空気流量Ｑａ）に対応する電気信号、原燃料ポンプ（燃料ガス流量調整部）１２から吐出される原燃料の流量（原燃料流量）Ｑｆを示す電気信号、蓄電器１０２のＳＯＣ（充電状態）を示す電気信号等がある。
Inputs from each part include, for example, the required power generation output Ld of the
各部への制御信号としては、例えば、出力調整器１００を調整する信号、空気ポンプ１６から酸化剤ガス供給路５４に供給する空気流量（合計酸化剤ガス流量）Ｑａを調整するための酸化剤ガス供給装置１８への指令信号、原燃料ポンプ１２から原燃料供給路５２に供給される原燃料流量Ｑｆを調整するための原燃料供給装置１４への指令信号、主流量調整部２８ｍから主供給路５４ｍに供給される主空気流量Ｑｍを調整するための主流量調整部２８ｍへの制御信号、バイパス流量調整部２８ｂからバイパス供給路５４ｂに供給されるバイパス空気流量Ｑｂを調整するためのバイパス流量調整部２８ｂへの制御信号等がある。
The control signals to each part include, for example, a signal for adjusting the
［動作］
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、まず、［一般的な発電動作］について説明し、次に、［酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂを設けたことによる利点］を説明し、次いで、この発明の要部に係わる［水自立・スタック温度制御動作］の順に説明する。なお、動作は、制御部１０４を通じて行われるが、これをその都度参照して説明するのは煩雑となるので、必要に応じて適宜省略して説明する。
[motion]
Regarding the operation of the
［一般的な発電動作］
発電の継続時に、後に詳述するように、発電出力Ｌに応じて、主流量調整部２８ｍ及びバイパス流量調整部２８ｂの弁開度が設定され、酸化剤ガス供給装置１８から空気ポンプ１６の駆動作用下に酸化剤ガス供給路５４を通じ、主流量調整部２８ｍ、熱交換器２４及びバイパス流量調整部２８ｂを通じて酸化剤ガス供給路５５に空気が供給される。
[General power generation operation]
When power generation is continued, as will be described in detail later, the valve openings of the main flow
一方、原燃料供給装置１４では、発電出力Ｌに応じて、原燃料ポンプ１２の駆動作用下に原燃料供給路５２に、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。
On the other hand, in the raw material
原燃料は、蒸発器・混合器２５内に供給される。さらに、蒸発器・混合器２５には、水タンク２７から水が供給されると共に、改質器２２を通じて高温の燃焼ガスが供給される。
The raw material fuel is supplied into the evaporator /
蒸発器・混合器２５は、水タンク２７から供給される水を前記燃焼ガスの熱により水蒸気にし、該水蒸気を原燃料に混合し燃料ガスとして改質器２２に供給する。
The evaporator /
改質器２２は、水蒸気混合燃料ガスを燃焼ガスにより加熱して改質反応を起こさせて改質し、高温の還元ガス（燃料ガス）を発生させる。
The
高温の還元ガス（燃料ガス）は、燃料ガス供給路５８に供給される。
The high-temperature reducing gas (fuel gas) is supplied to the fuel
空気ポンプ１６から主供給路５４ｍ及びバイパス供給路５４ｂを通じ、酸化剤ガス供給路５５を介して供給される比較的に高温の空気は、酸化剤ガス入口連通孔４８ａを通じて各燃料電池３０を構成する酸化剤ガス流路４４を流通する一方、燃料ガス供給路５８に供給される高温の還元ガス（燃料ガス）は、燃料ガス入口連通孔５０ａを通じて各燃料電池３０を構成する燃料ガス流路４６を流通する。
The relatively high temperature air supplied from the
これにより、各燃料電池３０のカソード電極３４に空気が供給されると共に、各燃料電池３０のアノード電極３６に燃料ガスが供給され、電気化学反応により発電が行われることで、発電電流Ｉが出力調整器１００を通じ、負荷１０６又は蓄電器１０２に供給される。
As a result, air is supplied to the
燃料電池スタック２０では、各燃料ガス流路４６を流通した高温の還元ガスが、燃料排ガスとして燃料ガス出口連通孔５０ｂから燃料排ガス通路６２に排出され、該燃料排ガス通路６２を通じて排ガス燃焼器２６内に導入される。
In the
また、各酸化剤ガス流路４４を流通した高温の空気が、酸化剤排ガスとして酸化剤ガス出口連通孔４８ｂから酸化剤排ガス通路６０に排出され、該酸化剤排ガス通路６０を通じて排ガス燃焼器２６内に導入される。
Further, the high-temperature air flowing through each oxidant
排ガス燃焼器２６では、空気（酸化剤排ガス）と還元ガス（燃料排ガス）とが、自己着火され、又は着火手段（図示せず）により着火され、燃焼される。排ガス燃焼器２６内に発生した水蒸気を含む高温の燃焼ガスは、燃焼ガス通路６４、改質器２２、蒸発器・混合器２５、燃焼ガス通路６５、熱交換器２４を経由して凝縮器２３に供給される。
In the
熱交換器２４では、空気ポンプ１６から主供給路５４ｍ（主流量調整部２８ｍ）を通じて供給された空気が、該熱交換器２４内に導入された燃焼ガスにより昇温される。熱交換器２４を通った燃焼ガスは、排気通路６６を通じて、凝縮器２３内に導入される。
In the
凝縮器２３では、燃焼ガスに含有される水蒸気の一部を冷却することで液化し水タンク２７に導出する一方、水蒸気の残部を含んだ燃焼ガスを排ガスとして排気する。
In the
以上のようにして燃料電池システム１０の発電動作が継続される。
As described above, the power generation operation of the
［酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂを設けたことによる利点］
次に、動作説明の前に、この発明の意義の理解の便宜のため、酸化剤ガス主供給路５４ｍに酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂを並列に設けたことによる燃料電池システム１０の利点・意義について説明する。
[Advantages of providing the oxidant gas
Next, before explaining the operation, for convenience of understanding the significance of the present invention, the advantages and significance of the
図２は、制御部１０４の記憶装置内に予め記憶されている、発電出力Ｌを得るのに必要な空気流量Ｑａを設定するための実施形態に係る空気流量特性（空気流量マップ）１２０を示している。この空気流量特性１２０は、後に詳述するように、酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂを設けた燃料電池システム１０で設定が可能になったバランスオブプラント（ＢＯＰ：燃料電池スタック２０を除く周辺機器）のコストパフォーマンスのよい特性である。
FIG. 2 shows an air flow rate characteristic (air flow rate map) 120 according to an embodiment for setting an air flow rate Qa required to obtain a power generation output L, which is stored in advance in the storage device of the
縦軸の空気流量Ｑａは、空気ポンプ１６から、酸化剤ガス供給路５４、５５を通じ、酸化剤ガス入口連通孔４８ａを介して燃料電池スタック２０のカソード電極３４に形成された酸化剤ガス流路４４に供給される流量を表す。なお、空気流量Ｑａは、主空気流量Ｑｍとバイパス空気流量Ｑｂの合計流量になる（Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｂ）。
The air flow rate Qa on the vertical axis is an oxidant gas flow path formed in the
図２に示す横軸の発電出力Ｌは、空気流量Ｑａに比例するので、設定した酸素利用率（燃料電池スタック２０に投入される酸素量に対する燃料電池スタック２０の発電で消費される酸素量の比）Ｒｏの上限（酸素利用率限界）に対応した空気流量下限（酸化剤ガス流量下限）Ｑｌが定まる。
Since the power generation output L on the horizontal axis shown in FIG. 2 is proportional to the air flow rate Qa, the set oxygen utilization rate (the amount of oxygen consumed in the power generation of the
燃料電池スタック２０が劣化すると発熱が多くなり、同じ発電出力Ｌでも空気流量Ｑａを増加させる必要がある。
When the
しかし、空気流量Ｑａを増加していくと、図３の燃料電池システム１０の概略模式図に示すように、凝縮器２３から排気される排ガス流量が増加し、排ガスに含まれる飽和水蒸気として排出される水量が増加する。このため、凝縮器２３で液化した水を回収して再循環させる水自立が不可能になる。
However, as the air flow rate Qa is increased, the exhaust gas flow rate exhausted from the
水自立を確保するため、燃料電池システム１０では、特に燃料電池スタック２０の寿命を考慮した水自立限界に対応する空気流量上限（酸化剤ガス流量上限）Ｑｈ（図２参照）が設定される。
In order to ensure water independence, in the
図４は、酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂが設けられている、この実施形態に係る空気流量特性１２０（図２を転載）の他に、酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂが設けられていない比較例の燃料電池システムで設定可能な空気流量特性１２１、１２２を示している。
FIG. 4 shows a comparative example in which the oxidant gas
大きい発電出力Ｌ（高負荷）側で水回収可能な空気流量上限Ｑｈまで空気流量Ｑａを下げた熱バランスのＢＯＰ（ＢＯＰ１とする。）を採用した一点鎖線で示す空気流量特性１２２では、小さい発電出力Ｌ（低負荷）側で、空気流量下限（酸素利用率限界）Ｑｌの縛りで空気流量Ｑａを空気流量下限Ｑｌより減らせないので、燃料電池スタック２０の温度、すなわちスタック温度Ｔｓが低下する。スタック温度Ｔｓが低下しないように維持するために、燃料流量Ｑｆを増加させ（燃料利用率を下げ、すなわち発電効率ηを下げて）、排ガス燃焼器２６で発生する燃焼ガスを高温にして熱交換器２４を通過させることで空気を高温化してスタック温度Ｔｓが低下しないようにする。換言すれば、酸化剤排ガスが燃料電池スタック２０から持ち出す熱の分を排ガス燃焼器２６で無駄に燃焼させることになる。
The air flow rate characteristic 122 shown by the one-point chain line adopting the heat-balanced BOP (referred to as BOP1) in which the air flow rate Qa is lowered to the upper limit Qh of the air flow rate that can recover water on the large power generation output L (high load) side is small power generation. On the output L (low load) side, the air flow rate Qa cannot be reduced below the air flow rate lower limit Ql by binding the air flow rate lower limit (oxygen utilization rate limit) Ql, so that the temperature of the
一方、小さい発電出力Ｌ（低負荷）側で空気流量Ｑａを増加させた熱バランスのＢＯＰ（ＢＯＰ２とする。）を採用した二点鎖線で示す空気流量特性１２１では、大きな発電出力Ｌ（高負荷）側で空気流量Ｑａが多くなり水を回収することができなくなり（図３参照）、空気流量上限（水自立限界）Ｑｈを上回ることになるので要求される発電出力Ｌの全範囲をカバーすることができなくなる。 On the other hand, in the air flow rate characteristic 121 shown by the two-point chain wire that employs the heat-balanced BOP (referred to as BOP2) in which the air flow rate Qa is increased on the small power generation output L (low load) side, the large power generation output L (high load). ) Side, the air flow rate Qa increases and water cannot be recovered (see Fig. 3), which exceeds the air flow rate upper limit (water independence limit) Qh, and thus covers the entire range of the required power generation output L. You will not be able to.
両方の問題を解決したこの実施形態に係る、酸化剤ガス主供給路５４ｍに酸化剤ガスバイパス供給路５４ｂを並列に設けた燃料電池システム１０で採用可能な熱バランスのＢＯＰ（ＢＯＰ３とする。）を採用した空気流量特性１２０では、大きな発電出力Ｌ（高負荷）側で、主空気流量Ｑｍを減少させると同時にバイパス空気流量Ｑｂを増加させることで、空気流量Ｑａを所望の量に保持しつつ排ガスで持ち去られる水蒸気量を低減できることから、低減された分、水を回収することができ、空気流量上限（水自立限界）Ｑｈを守ることができる。
A heat-balanced BOP (referred to as BOP3) that can be used in the
また、空気流量特性１２０では、小さい発電出力Ｌ（低負荷）側まで、空気流量Ｑａの減少余地があるので、燃料流量Ｑｆも下げることが可能となり、すなわち、発電効率ηを下げることなくスタック温度Ｔｓが低下しないように維持することができる。 Further, in the air flow rate characteristic 120, since there is room for reducing the air flow rate Qa up to the small power generation output L (low load) side, the fuel flow rate Qf can also be lowered, that is, the stack temperature without lowering the power generation efficiency η. It can be maintained so that Ts does not decrease.
図５は、ＢＯＰ１（バイパス無）、ＢＯＰ２（バイパス無）、及びＢＯＰ３（この実施形態の燃料電池システム１０の熱交換器２４をバイパスしたバイパス供給路５４ｂ有り）を採用した各燃料電池システムの発電効率特性を示している。
FIG. 5 shows the power generation of each fuel cell system adopting BOP1 (without bypass), BOP2 (without bypass), and BOP3 (with
ＢＯＰ３（バイパス有）を採用したこの実施形態に係る燃料電池システム１０の発電効率ηは、小さい発電出力Ｌ（低負荷）側での発電効率ηが増加し、発電出力Ｌの全域で高効率となっていることが分かる。
The power generation efficiency η of the
図６に示すように、一般に、燃料電池システムは、空気流量上限（水自立限界）Ｑｈ以下の空気流量Ｑａで運転させ、且つスタック温度上限以下の温度範囲（ハッチングで示すＯＫゾーン）に収まるように運転させる必要がある。 As shown in FIG. 6, in general, the fuel cell system is operated at an air flow rate Qa of the air flow rate upper limit (water independence limit) Qh or less, and is within the temperature range (OK zone indicated by hatching) of the stack temperature upper limit or less. Need to drive.
大きな空気流量Ｑａ下で、バイパス無（ＢＯＰ１）の場合、水自立させるために、バイパス無（ＢＯＰ２）で示すように空気流量Ｑａを少なくすると、スタック温度Ｔｓが上限を超えてしまう。 In the case of no bypass (BOP1) under a large air flow rate Qa, if the air flow rate Qa is reduced as shown by no bypass (BOP2) in order to make the water self-sustaining, the stack temperature Ts exceeds the upper limit.
これに対して、実施形態に係るバイパス有（ＢＯＰ３）の燃料電池システム１０の場合、低温の空気で冷却できるので水自立可能な少ない空気流量でスタック温度Ｔｓを上限以下にすることができる。
On the other hand, in the case of the
図７に示すように、一般に、燃料電池スタックが劣化してくると発熱が増加するため空気流量を増やしてスタック温度Ｔｓを上限以下に保つが、空気流量上限（水自立限界）Ｑｈや酸化剤ガス供給装置（空気供給装置）１８の能力上限を超えてしまう。 As shown in FIG. 7, in general, when the fuel cell stack deteriorates, heat generation increases, so the air flow rate is increased to keep the stack temperature Ts below the upper limit, but the air flow rate upper limit (water independence limit) Qh and the oxidant The capacity upper limit of the gas supply device (air supply device) 18 is exceeded.
これに対しバイパス冷却空気構造を採用した燃料電池システム１０により空気流量を低減することでスタック温度Ｔｓを上限以下に保ちつつ寿命末期まで空気流量上限（水自立限界）Ｑｈ及び酸化剤ガス供給装置１８の能力上限以下での運転が可能になる。また空気流量を低減できるので酸化剤ガス供給装置１８の動力が減り、その分、発電効率ηを向上させることができる。この場合、熱交換器２４の熱交換性能を高く設定してもスタック温度Ｔｓを上限以下に調整できるので、熱交換性能を高くすることで急速始動が可能になる。
On the other hand, by reducing the air flow rate by the
［水自立・スタック温度制御動作］
次に、この発明の要部に係わる［水自立・スタック温度制御動作］について説明する。
[Water independence / stack temperature control operation]
Next, [water independence / stack temperature control operation] related to the main part of the present invention will be described.
この場合において、動作は、制御部１０４により実行されるプログラムに対応する図８、図９に示すフローチャート１／２、２／２を参照して説明する。なお、制御部１０４を、その都度参照して説明するのは煩雑となるので、必要に応じて参照する。
In this case, the operation will be described with reference to the
図１０に、各フローチャート中の動作説明に供される各パラメータ・変数を示す。 FIG. 10 shows each parameter / variable provided for the operation explanation in each flowchart.
フローチャートに係る処理では、発電出力Ｌの設定全範囲（図２の空気流量特性１２０に対応するハッチング領域の横軸）で、空気流量Ｑａ｛Ｑａ＝Ｑｍ（主空気流量）＋Ｑｂ（バイパス空気流量）｝が、図２に示したハッチング領域の空気流量下限（酸素利用率限界）Ｑｌから空気流量上限（水自立限界）Ｑｈの範囲内に入るように制御している。 In the process related to the flowchart, the air flow rate Qa {Qa = Qm (main air flow rate) + Qb (bypass air flow rate) in the entire setting range of the power generation output L (horizontal axis of the hatching region corresponding to the air flow rate characteristic 120 in FIG. 2). } Is controlled so as to fall within the range from the lower limit of air flow rate (oxygen utilization limit) Ql in the hatching region shown in FIG. 2 to the upper limit of air flow rate (water independence limit) Qh.
ステップＳ１にて、制御部１０４は、図示しない入力装置の操作に基づく負荷１０６への発電出力要求（要求発電出力Ｌｄとする。）を取得する。
In step S1, the
ステップＳ２にて、制御部１０４は、要求発電出力Ｌｄに応じた発電電流Ｉを設定すると共に、特性１２０（図２）を参照して空気流量Ｑａ（Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｂ）を設定する。
In step S2, the
この場合、燃料電池スタック２０の相対的に高発電出力側では、設定された空気流量Ｑａを保持しつつ、水タンク２７に水を回収するために前記バイパスされる酸化剤ガスの流量であるバイパス空気流量Ｑｂを大きくしバイパスされない酸化剤ガスの流量である主空気流量Ｑｍを小さくする。これに対し、燃料電池スタック２０の相対的に低発電出力側では、設定された空気流量Ｑａを保持しつつ、燃料電池スタック２０の発電効率ηを上げるために、バイパスされる酸化剤ガスのバイパス空気流量Ｑｂを小さくしバイパスされない酸化剤ガスの流量である主空気流量Ｑｍを大きくする。そして、設定した空気流量Ｑａに対応する発電電流Ｉに対する最適比率の燃料流量Ｑｆ、及び水流量Ｑｗを設定する。
In this case, on the relatively high power generation output side of the
ステップＳ３にて、制御部１０４は、出力調整器１００で計測された発電出力Ｌが要求発電出力Ｌｄに等しいか否かを判定する。
In step S3, the
Ｌ≠Ｌｄと発電出力Ｌが要求発電出力Ｌｄに等しくない（ステップＳ３：ＮＯ）場合には、ステップＳ４にて、発電出力Ｌが要求発電出力Ｌｄ以下か否かを判定する。 When L ≠ Ld and the power generation output L are not equal to the required power generation output Ld (step S3: NO), it is determined in step S4 whether or not the power generation output L is equal to or less than the required power generation output Ld.
Ｌ≦Ｌｄと発電出力Ｌが要求発電出力Ｌｄ以下である（ステップＳ４：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ５にて、発電電流Ｉを増加させるために、主空気流量Ｑｍ、バイパス空気流量Ｑｂ、燃料流量Ｑｆ、及び水流量Ｑｗを増加させる。ただし、発電電流Ｉに対する各流量Ｑｍ、Ｑｂ、Ｑｆ、Ｑｗの比率は、現行比率（最初の処理では、ステップＳ２で設定した比率、２回目以降の処理では、フローチャートの結合子２を通じて処理が戻ってきたときの比率）を維持する。
When L ≦ Ld and the power generation output L are equal to or less than the required power generation output Ld (step S4: YES), in step S5, in order to increase the power generation current I, the main air flow rate Qm, the bypass air flow rate Qb, and the fuel Increase the flow rate Qf and the water flow rate Qw. However, the ratio of each flow rate Qm, Qb, Qf, and Qw to the generated current I is the current ratio (in the first processing, the ratio set in step S2, and in the second and subsequent processing, the processing returns through the
一方、ステップＳ４の判定にて、Ｌ＞Ｌｄと発電出力Ｌが要求発電出力Ｌｄより大きい（ステップＳ４：ＮＯ）場合には、ステップＳ６にて、発電電流Ｉを減少させるために、主空気流量Ｑｍ、バイパス空気流量Ｑｂ、燃料流量Ｑｆ、及び水流量Ｑｗを減少させる。ただし、この場合にも、発電電流Ｉに対する各流量Ｑｍ、Ｑｂ、Ｑｆ、Ｑｗの比率は、上述した現行比率を維持する。 On the other hand, if L> Ld and the power generation output L are larger than the required power generation output Ld in the determination in step S4 (step S4: NO), the main air flow rate is reduced in step S6 in order to reduce the power generation current I. Decrease Qm, bypass air flow rate Qb, fuel flow rate Qf, and water flow rate Qw. However, also in this case, the ratio of each flow rate Qm, Qb, Qf, and Qw to the generated current I maintains the above-mentioned current ratio.
上記したステップＳ３にて、Ｌ＝Ｌｄと発電出力Ｌが要求発電出力Ｌｄに等しい場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、又はステップＳ５、Ｓ６の処理を終了した場合、ステップＳ７（図９）にて、水タンク貯水量Ｓが水自立注意水量Ｓｌ１以下か否かを判定する。 In step S3 described above, when L = Ld and the power generation output L are equal to the required power generation output Ld (step S3: YES), or when the processes of steps S5 and S6 are completed, in step S7 (FIG. 9). It is determined whether or not the water storage amount S in the water tank is equal to or less than the water independence caution water amount Sl1.
Ｓ＞Ｓｌ１と水タンク貯水量Ｓが水自立注意水量Ｓｌ１を上回っている（ステップＳ７：ＮＯ）場合には、還元すれば、水タンク貯水量Ｓが十分である場合には、ステップＳ８にて、流量Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｂ、Ｑｆ、Ｑｗを、それぞれ、発電電流Ｉに対する最適比率に設定する。ただし、主空気流量Ｑｍとバイパス空気流量Ｑｂの比率は、現行を維持する。 If S> Sl1 and the water tank water storage amount S exceed the water independence caution water amount Sl1 (step S7: NO), the water can be reduced, and if the water tank water storage amount S is sufficient, step S8 is performed. , Flow rate Qa = Qm + Qb, Qf, Qw are set to the optimum ratios with respect to the generated current I, respectively. However, the ratio of the main air flow rate Qm and the bypass air flow rate Qb will be maintained at the current level.
次いで、ステップＳ９にて、スタック温度Ｔｓがスタック温度下限（第２閾値温度）Ｔｌ以上〜スタック温度上限（第１閾値温度）Ｔｈ以下の範囲内の温度であるか否かを判定する。 Next, in step S9, it is determined whether or not the stack temperature Ts is within the range of the stack temperature lower limit (second threshold temperature) Tl or more and the stack temperature upper limit (first threshold temperature) Th or less.
範囲外の温度である（ステップＳ９：ＮＯ）場合には、ステップＳ１０にて、スタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌを下回る温度であるか否かを判定する。 When the temperature is out of the range (step S9: NO), it is determined in step S10 whether or not the stack temperature Ts is lower than the lower limit Tl of the stack temperature.
Ｔｓ＜Ｔｌとスタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌを下回る温度である（ステップＳ１０：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ１１にて、スタック温度Ｔｓを上げるために、熱交換器２４で熱交換され高温化される主空気流量Ｑｍを所定量増加させると共に熱交換されずに外気から空気ポンプ１６を通じて供給される相対的に低温の空気の流量であるバイパス空気流量Ｑｂを所定量減少させてステップＳ３に戻る。
When Ts <Tl and the stack temperature Ts are lower than the lower limit Tl of the stack temperature (step S10: YES), heat is exchanged by the
一方、ステップＳ１０の判定にて、Ｔｓ＞Ｔｈとスタック温度Ｔｓがスタック温度上限Ｔｈを上回る温度である（ステップＳ１０：ＮＯ）場合には、ステップＳ１２にて、スタック温度Ｔｓを下げるために、熱交換され高温化される主空気流量Ｑｍを所定量減少させると共に、相対的に低温のバイパス空気流量Ｑｂを所定量増加させてステップＳ３に戻る。 On the other hand, if Ts> Th and the stack temperature Ts exceed the stack temperature upper limit Th in the determination in step S10 (step S10: NO), heat is applied in step S12 to lower the stack temperature Ts. The main air flow rate Qm to be exchanged and heated is decreased by a predetermined amount, and the relatively low temperature bypass air flow rate Qb is increased by a predetermined amount to return to step S3.
なお、ステップＳ９の判定にて、Ｔｌ≦Ｔｓ≦Ｔｈとスタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌ〜スタック温度上限Ｔｈ以下の範囲内の温度である（ステップＳ９：ＹＥＳ）場合には、主空気流量Ｑｍ及びバイパス空気流量Ｑｂともそのままを保持しステップＳ３に進む。 If Tl ≦ Ts ≦ Th and the stack temperature Ts are within the range of the lower limit of the stack temperature Tl to the upper limit of the stack temperature Th in the determination in step S9 (step S9: YES), the main air flow rate Qm. The bypass air flow rate Qb is maintained as it is, and the process proceeds to step S3.
次に、上記のステップＳ７の判定がＳ≦Ｓｌ１と水タンク貯水量Ｓが水自立注意水量Ｓｌ１より少ない（ステップＳ７：ＹＥＳ）場合、水タンク２７への回収水量を増加させる必要がある。
Next, when the determination in step S7 is S ≦ Sl1 and the water storage amount S in the water tank is less than the water self-sustaining caution water amount Sl1 (step S7: YES), it is necessary to increase the amount of water recovered to the
この場合、排気通路６６を通過する燃焼ガスの流量、したがって凝縮器２３から排気される排ガス流量を減少させて水蒸気の排ガスによる持出量を少なくするため、ステップＳ１３にて、主空気流量Ｑｍとバイパス空気流量Ｑｂの比率は現行を維持しながら、空気流量Ｑａ（Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｂ）が、要求発電出力Ｌｄでの空気流量下限（酸素利用率限界）Ｑｌとなるように、主空気流量Ｑｍとバイパス空気流量Ｑｂを設定する。
In this case, in order to reduce the flow rate of the combustion gas passing through the
次いで、ステップＳ１４にて、水タンク貯水量Ｓが、水自立注意水量Ｓｌ１より小さい水自立限界水量Ｓｌ２（Ｓｌ２＜Ｓｌ１）以下になっているか否かを判定する。 Next, in step S14, it is determined whether or not the water storage amount S in the water tank is equal to or less than the water independence limit water amount Sl2 (Sl2 <Sl1), which is smaller than the water independence caution water amount Sl1.
Ｓ≦Ｓｌ２と水タンク貯水量Ｓが水自立限界水量Ｓｌ２以下になっている（ステップＳ１４：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ１５にて、要求発電出力Ｌｄを満足するために、空気流量Ｑａを小さくすることができないので、燃料流量Ｑｆを所定量増加させる。燃料流量Ｑｆを増加させることで、排ガス燃焼器２６で発生する水蒸気量が増加し、凝縮器２３で液化される水が増加し、水タンク２７の水タンク貯水量Ｓが増加する。
When S ≦ Sl2 and the water storage amount S in the water tank are equal to or less than the water independence limit water amount Sl2 (step S14: YES), in step S15, the air flow rate Qa is reduced in order to satisfy the required power generation output Ld. Therefore, the fuel flow rate Qf is increased by a predetermined amount. By increasing the fuel flow rate Qf, the amount of water vapor generated in the
一方、ステップＳ１４にて、Ｓ＞Ｓｌ２と水タンク貯水量Ｓが水自立限界水量Ｓｌ２を上回っている（ステップＳ１４：ＮＯ）場合、又はステップＳ１５の処理後、ステップＳ１６にて、スタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌ〜スタック温度上限Ｔｈ以下の範囲内の温度であるか否かを判定する。 On the other hand, in step S14, when S> Sl2 and the water tank storage amount S exceed the water independence limit water amount Sl2 (step S14: NO), or after the treatment in step S15, the stack temperature Ts is set in step S16. It is determined whether or not the temperature is within the range of the lower limit of the stack temperature Tl to the upper limit of the stack temperature Th.
範囲外の温度である（ステップＳ１６：ＮＯ）場合には、ステップＳ１７にて、スタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌを下回る温度であるか否かを判定する。 If the temperature is out of the range (step S16: NO), in step S17, it is determined whether or not the stack temperature Ts is lower than the stack temperature lower limit Tl.
Ｔｓ＜Ｔｌとスタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌを下回る温度である（ステップＳ１７：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ１８にて、スタック温度Ｔｓを上げるために、Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｂ＝Ｑｌを保持した状態で、熱交換器２４で高温化される主空気流量Ｑｍを所定量増加させると共に、相対的に低温のバイパス空気流量Ｑｂを所定量減少させてステップＳ３に戻る。
When Ts <Tl and the stack temperature Ts are lower than the lower limit Tl of the stack temperature (step S17: YES), in step S18, in order to raise the stack temperature Ts, Qa = Qm + Qb = Ql is held. The main air flow rate Qm heated by the
一方、ステップＳ１７の判定にて、Ｔｓ＞Ｔｈとスタック温度Ｔｓがスタック温度上限Ｔｈを上回る温度である（ステップＳ１７：ＮＯ）場合には、ステップＳ１９にて、スタック温度Ｔｓを下げるために、Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｂ＝Ｑｌを保持した状態で、熱交換器２４で高温化される主空気流量Ｑｍを所定量減少させると共に、相対的に低温のバイパス空気流量Ｑｂを所定量増加させてステップＳ３に戻る。
On the other hand, when Ts> Th and the stack temperature Ts exceed the stack temperature upper limit Th in the determination in step S17 (step S17: NO), Qa is used in step S19 to lower the stack temperature Ts. While holding = Qm + Qb = Ql, the main air flow rate Qm heated by the
なお、ステップＳ９の判定にて、Ｔｌ≦Ｔｓ≦Ｔｈとスタック温度Ｔｓがスタック温度下限Ｔｌ以上であって且つスタック温度上限Ｔｈ以下の範囲（正常範囲）内の温度である（ステップＳ９：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ３に戻る。 In the determination of step S9, Tl ≦ Ts ≦ Th and the stack temperature Ts are temperatures within the range (normal range) in which the stack temperature lower limit Tl or more and the stack temperature upper limit Th or less (normal range) (step S9: YES). In that case, the process returns to step S3.
上述した実施形態によれば、以下に説明する種々の効果が達成される。 According to the above-described embodiment, various effects described below are achieved.
（１）所望の要求発電出力Ｌｄで、空気流量上限（水自立限界）Ｑｈ〜空気流量下限（酸素利用率限界）Ｑｌの範囲内の空気流量Ｑａでスタック温度Ｔｓを適切に調整できるので、発電出力全域で高効率化（図５のＢＯＰ３での発電効率η参照）及び水自立（図２の空気流量特性１２０参照）が図れる。 (1) The stack temperature Ts can be appropriately adjusted by the air flow rate Qa within the range of the air flow rate upper limit (water independence limit) Qh to the air flow rate lower limit (oxygen utilization rate limit) Ql at the desired required power generation output Ld, so that power generation can be performed. High efficiency can be achieved over the entire output range (see power generation efficiency η in BOP3 in FIG. 5) and water independence (see air flow rate characteristic 120 in FIG. 2).
（２）燃料電池スタック２０が劣化してくると要求発電出力Ｌｄに対し初期より発電電流Ｉ（の設定値）を上げることになるが、その場合でも空気流量上限（水自立限界）Ｑｈ〜空気流量下限（酸素利用率限界）Ｑｌの範囲内の空気流量Ｑａでスタック温度Ｔｓを適切に調整できるので、寿命末期まで水自立が図れる。
(2) When the
（３）大気温度が高くなった場合等空気流量Ｑａを限界まで下げても水自立が困難なときは、燃料流量Ｑｆを増加し（ステップＳ１５）、さらに空気流量Ｑａでスタック温度Ｔｓを適切に調整できるので、発電出力Ｌを下げることなく水自立が可能になる。 (3) When water independence is difficult even if the air flow rate Qa is lowered to the limit, such as when the atmospheric temperature rises, the fuel flow rate Qf is increased (step S15), and the stack temperature Ts is appropriately adjusted by the air flow rate Qa. Since it can be adjusted, water can be self-sustaining without lowering the power generation output L.
［変形例］
各上記実施形態は、上記（１）〜（３）の効果を達成する以下のような変形も可能である。
なお、上記実施形態と同一構成については、同一の参照符号を付け、異なる部分だけを説明する。
[Modification example]
Each of the above embodiments can be modified as follows to achieve the effects of the above (1) to (3).
In addition, about the same structure as the said embodiment, the same reference numeral is attached, and only the different part will be described.
図１１は、変形例に係る燃料電池システム１０Ａの構成を示している。この変形例に係る燃料電池システム１０Ａでは、熱交換器２４を排ガス燃焼器２６と改質器２２の間に配設するようにしている。この燃料電池システム１０Ａでは、酸化剤ガス温度を上げることができるので、例えば、寒冷地での使用により好適に供することができる。
FIG. 11 shows the configuration of the
［実施形態及び変形例から把握し得る発明］
ここで、上記実施形態及び変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素には上記で実施形態及び変形例用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号をつけたものに限定されない。
[Invention that can be grasped from the embodiments and modifications]
Here, the inventions that can be grasped from the above embodiments and modifications will be described below. For convenience of understanding, the components are designated by the reference numerals used in the above embodiments and modifications, but the components are not limited to those with the reference numerals.
この発明に係る燃料電池システム１０、１０Ａの制御方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池３０を複数積層した燃料電池スタック２０から排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させ、
発生した燃焼ガスにより水タンク２７から供給される水を水蒸気にし、
該水蒸気により、外部から供給される炭化水素を主体とした原燃料を改質して前記燃料ガスとする一方、
外部から供給される酸化剤ガスを、前記燃焼ガスにより熱交換器２４で熱交換して高温化し前記燃料電池スタック２０に供給すると共に、熱交換後の前記燃焼ガスを凝縮させて、前記水タンク２７に水を回収する水自立式の燃料電池システム１０の制御方法であって、
前記外部から供給される酸化剤ガスを、前記熱交換器２４をバイパスさせて前記高温化された酸化剤ガスと混合した混合酸化剤ガスを前記燃料電池スタック２０に供給する酸化剤ガス混合供給過程を有し、
前記酸化剤ガス混合供給過程（ステップＳ２）では、
前記燃料電池スタック２０の相対的に高発電出力側では、前記水タンク２７に水を回収するために前記バイパスされる酸化剤ガスの流量Ｑｂを大きくし、前記燃料電池スタック２０の相対的に低発電出力側では、前記燃料電池スタック２０の発電効率を上げるために、前記バイパスされる酸化剤ガスの流量Ｑｂを小さくする。
The control method of the
The generated combustion gas turns the water supplied from the
While the raw material fuel mainly composed of hydrocarbons supplied from the outside is reformed by the steam to obtain the fuel gas, while
The oxidant gas supplied from the outside is heat-exchanged by the
Oxidizing agent gas mixed supply process in which the oxidizing agent gas supplied from the outside is mixed with the heated oxidant gas by bypassing the
In the oxidant gas mixing and supplying process (step S2),
On the relatively high power generation output side of the
これにより、高発電出力側では水自立が確保され、低発電出力側では発電効率が向上される。 As a result, water independence is ensured on the high power generation output side, and power generation efficiency is improved on the low power generation output side.
すなわち、前記高発電出力側では、前記水タンク２７の水が枯渇しないように前記バイパスされる酸化剤ガスの流量Ｑｂを大きくし、前記低発電出力側では、前記燃料電池スタック２０の発電効率が低下しないように前記バイパスされる前記酸化剤ガスの流量Ｑｂを小さくすることで、水自立達成と発電効率向上の設計指針が得られる。
That is, on the high power generation output side, the flow rate Qb of the bypassed oxidant gas is increased so that the water in the
この発明に係る燃料電池システム１０、１０Ａは、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池３０を複数積層させた燃料電池スタック２０と、
炭化水素を主体とする原燃料を水蒸気改質し、前記燃料電池スタック２０に供給する前記燃料ガスを生成する改質器２２と、
前記燃料電池スタック２０から排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを排ガス燃焼器２６で燃焼させて生成される燃焼ガスと、前記酸化剤ガスとの熱交換を行う熱交換器２４と、
前記熱交換器２４を経由して前記燃料電池スタック２０に前記酸化剤ガスを供給する主供給路５４ｍと、
前記熱交換器２４をバイパスして前記燃料電池スタック２０に前記酸化剤ガスを供給するバイパス供給路５４ｂと、
前記燃料電池スタック２０の温度Ｔｓ又は該燃料電池スタックの温度Ｔｓに関連する温度を検知する温度センサ１１６と、
前記主供給路５４ｍの前記酸化剤ガスの流量調整を行う主流量調整部２８ｍと、
前記バイパス供給路５４ｂの前記酸化剤ガスの流量調整を行うバイパス流量調整部２８ｂと、
前記主流量調整部２８ｍと前記バイパス流量調整部２８ｂの各流量調整を制御する制御部１０４と、
を備える燃料電池システム１０であって、
前記制御部１０４は、
前記主供給路５４ｍと前記バイパス供給路５４ｂに供給される前記酸化剤ガスの合計酸化剤ガス流量Ｑａを要求発電出力Ｌｄに応じて設定される酸化剤ガス流量上限Ｑｈと酸化剤ガス流量下限Ｑｌの範囲内で、
前記温度センサ１１６の検知温度Ｔｓが第１閾値温度Ｔｈより高いときは前記主供給路５４ｍへ供給される前記酸化剤ガスの流量Ｑｍが減少する方向に前記主流量調整部２８ｍを制御すると共に、前記バイパス供給路５４ｂへ供給される前記酸化剤ガスの流量Ｑｂが増加する方向に前記バイパス流量調整部２８ｂを制御し、
前記温度センサ１１６の検知温度Ｔｓが前記第１閾値温度Ｔｈより低い第２閾値温度Ｔｌより低いときは前記主供給路５４ｍへ供給される前記酸化剤ガスの流量Ｑｍが増加する方向に前記主流量調整部２８ｍを制御すると共に、前記バイパス供給路５４ｂへ供給される前記酸化剤ガスの流量Ｑｂが減少する方向に前記バイパス流量調整部２８ｂを制御する。
The
A
A
A
A
A
A
A main flow
The bypass flow
A
A
The
The total oxidant gas flow rate Qa of the oxidant gas supplied to the
When the detection temperature Ts of the
When the detection temperature Ts of the
これにより、低出力側で高効率な熱バランスとした場合に生じる高出力側の水自立不可能となる従来技術に対して、高出力側でバイパス供給路５４ｂの酸化剤ガス流量（バイパス空気流量）Ｑｂを増加させることで、合計酸化剤ガス流量を少なくできるので、水自立可能となり、且つ発電出力全域で高効率化が図れる。
As a result, the oxidant gas flow rate (bypass air flow rate) of the
低空気流量でスタック温度Ｔｓを上限以下に保てるので、空気流量上限（水自立限界）Ｑｈや酸化剤ガス供給装置１８の能力を超えない酸化剤ガス流量で寿命末期までのスタック劣化による発熱・温度上昇を抑えることが可能になる。
Since the stack temperature Ts can be kept below the upper limit at a low air flow rate, the heat generation and temperature due to stack deterioration until the end of the life with the oxidant gas flow rate that does not exceed the air flow rate upper limit (water independence limit) Qh and the capacity of the oxidant
空気流量を低減できるので酸化剤ガス供給装置１８の動力が減り発電効率の向上が可能になる。
Since the air flow rate can be reduced, the power of the oxidant
熱交換性能を高く設定しても燃料電池スタック温度Ｔｓを上限以下に調整できるので、熱交換性能を高くすることで急速始動が可能になる。 Since the fuel cell stack temperature Ts can be adjusted to the upper limit or less even if the heat exchange performance is set high, rapid starting is possible by increasing the heat exchange performance.
大気温度が高くなった場合等でも出力を下げることなく水自立が可能になる。 Even when the atmospheric temperature rises, water can be self-sustaining without reducing the output.
さらに、
前記燃焼ガス中の水蒸気から回収された凝縮水を蓄える水タンク２７と、
前記水タンク２７の水量Ｓｗを検知する水量センサ１１４と、を備え、
前記制御部１０４は、
前記水量センサ１１４による検知水量Ｓｗが水自立注意水量Ｓｌ１よりも低いときは前記合計酸化剤ガス流量Ｑａを前記酸化剤ガス流量下限Ｑｌまで減少させるように制御する。
further,
A
A
The
When the water amount Sw detected by the
これにより、合計酸化剤ガス流量Ｑａを酸化剤ガス流量下限Ｑｌまで減少させるように制御することで、凝縮器２３を通じて排出される燃焼ガスが減少して該燃焼ガスが外部に持ち出す水の量を減らすことができるので、高出力時においても、出力を低下させることなく水の回収を確保することができる。
As a result, by controlling the total oxidant gas flow rate Qa to be reduced to the lower limit Ql of the oxidant gas flow rate, the combustion gas discharged through the
さらに、前記制御部により制御されて前記燃料ガスの流量調整を行う燃料ガス流量調整部１２を備え、
前記制御部１０４は、
前記水量センサ１１４による検知水量Ｓｗが前記水自立注意水量Ｓｌ１よりも低い値の水自立限界水量Ｓｌ２よりも低いときは前記燃料ガス流量調整部１２を通じて前記燃料ガスの流量Ｑｆを増加させるように制御する。
Further, a fuel gas flow
The
When the water amount Sw detected by the
これにより、燃料ガスの流量を増加させることで排ガス燃焼器２６で燃焼により発生する水蒸気量が増加するので、高出力時においても、出力を低下させることなく水の回収を確保することができる。
As a result, by increasing the flow rate of the fuel gas, the amount of water vapor generated by combustion in the
さらに、前記制御部１０４により制御されて負荷１０６への出力電流Ｉを調整する出力調整器１００を備え、
前記制御部１０４は、
前記燃料電池スタック２０の発電出力Ｌが前記要求発電出力Ｌｄよりも小さいときは前記出力電流Ｉを増加させ、
前記発電出力Ｌが前記要求発電出力Ｌｄよりも大きいときは前記出力電流Ｉを減少させる。
Further, an
The
When the power generation output L of the
When the power generation output L is larger than the required power generation output Ld, the output current I is reduced.
これにより、燃料電池スタック２０の劣化により出力が低下しても、発電量に対する発熱量が増加しても、出力電流Ｉを調整することが可能となり要求発電出力Ｌｄを得ることができる。
As a result, the output current I can be adjusted and the required power generation output Ld can be obtained even if the output decreases due to the deterioration of the
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.
１０、１０Ａ…燃料電池システム １２…原燃料ポンプ
１４…原燃料供給装置 １６…空気ポンプ
１８…酸化剤ガス供給装置 ２０…燃料電池スタック
２２…改質器 ２３…凝縮器
２４…熱交換器 ２５…蒸発器・混合器
２６…排ガス燃焼器 ２７…水タンク
２８ｂ…バイパス流量調整部 ２８ｍ…主流量調整部
３０…燃料電池 ５２…原燃料供給路
５４…酸化剤ガス供給路 ５４ｂ…酸化剤ガスバイパス供給路
５４ｍ…酸化剤ガス主供給路 ５５…酸化剤ガス供給路
５８…燃料ガス供給路 １００…出力調整器
１０２…蓄電器 １０４…制御部
１０６…負荷 １１４…水量センサ
１１６…温度センサ
10, 10A ...
30 ...
Claims (6)
発生した燃焼ガスにより水タンクから供給される水を水蒸気にし、
該水蒸気により、外部から供給される炭化水素を主体とした原燃料を改質して前記燃料ガスとする一方、
外部から供給される酸化剤ガスを、前記燃焼ガスにより熱交換器で熱交換して高温化し前記燃料電池スタックに供給すると共に、熱交換後の前記燃焼ガスを凝縮させて、前記水タンクに水を回収する燃料電池システムの制御方法であって、
前記外部から供給される酸化剤ガスを、前記熱交換器をバイパスさせて前記高温化された酸化剤ガスと混合した混合酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス混合供給過程を有し、
前記酸化剤ガス混合供給過程では、
前記燃料電池スタックの相対的に高発電出力側では、前記バイパスされる酸化剤ガスの流量を大きくし、前記燃料電池スタックの相対的に低発電出力側では、前記バイパスされる酸化剤ガスの流量を小さくする
燃料電池システムの制御方法。 The fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas are stacked are burned.
The generated combustion gas turns the water supplied from the water tank into steam,
While the raw material fuel mainly composed of hydrocarbons supplied from the outside is reformed by the steam to obtain the fuel gas, while
The oxidant gas supplied from the outside is heat-exchanged by the heat exchanger with the combustion gas to raise the temperature and supplied to the fuel cell stack, and the combustion gas after the heat exchange is condensed to fill the water tank with water. It is a control method of the fuel cell system that collects
There is an oxidant gas mixed supply process in which the oxidant gas supplied from the outside is mixed with the heated oxidant gas by bypassing the heat exchanger, and the mixed oxidant gas is supplied to the fuel cell stack. And
In the process of mixing and supplying the oxidant gas,
The flow rate of the bypassed oxidant gas is increased on the relatively high power generation output side of the fuel cell stack, and the flow rate of the bypassed oxidant gas is increased on the relatively low power generation output side of the fuel cell stack. How to control the fuel cell system.
前記高発電出力側では、前記水タンクの水が枯渇しないように前記バイパスされる酸化剤ガスの流量を大きくし、前記低発電出力側では、前記燃料電池スタックの発電効率が低下しないように前記バイパスされる前記酸化剤ガスの流量を小さくする
燃料電池システムの制御方法。 In the control method of the fuel cell system according to claim 1,
On the high power generation output side, the flow rate of the bypassed oxidant gas is increased so that the water in the water tank is not exhausted, and on the low power generation output side, the power generation efficiency of the fuel cell stack is not reduced. A method for controlling a fuel cell system that reduces the flow rate of the bypassed oxidant gas.
炭化水素を主体とする原燃料を水蒸気改質し、前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池スタックから排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを排ガス燃焼器で燃焼させて生成される燃焼ガスと、前記酸化剤ガスとの熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器を経由して前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する主供給路と、
前記熱交換器をバイパスして前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するバイパス供給路と、
前記燃料電池スタックの温度又は該燃料電池スタックの温度に関連する温度を検知する温度センサと、
前記主供給路の前記酸化剤ガスの流量調整を行う主流量調整部と、
前記バイパス供給路の前記酸化剤ガスの流量調整を行うバイパス流量調整部と、
前記主流量調整部と前記バイパス流量調整部の各流量調整を制御する制御部と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記主供給路と前記バイパス供給路に供給される前記酸化剤ガスの合計酸化剤ガス流量を要求発電出力に応じて設定される酸化剤ガス流量上限と酸化剤ガス流量下限の範囲内で、
前記温度センサの検知温度が第１閾値温度より高いときは前記主供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が減少する方向に前記主流量調整部を制御すると共に、前記バイパス供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が増加する方向に前記バイパス流量調整部を制御し、
前記温度センサの検知温度が前記第１閾値温度より低い第２閾値温度より低いときは前記主供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が増加する方向に前記主流量調整部を制御すると共に、前記バイパス供給路へ供給される前記酸化剤ガスの流量が減少する方向に前記バイパス流量調整部を制御する
燃料電池システム。 A fuel cell stack in which multiple fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas are stacked, and
A reformer that steam reforms a raw material mainly composed of hydrocarbons to generate the fuel gas to be supplied to the fuel cell stack, and a reformer.
A heat exchanger that exchanges heat between the combustion gas generated by burning the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack in an exhaust gas combustor and the oxidant gas.
A main supply path for supplying the oxidant gas to the fuel cell stack via the heat exchanger, and
A bypass supply path that bypasses the heat exchanger and supplies the oxidant gas to the fuel cell stack.
A temperature sensor that detects the temperature of the fuel cell stack or a temperature related to the temperature of the fuel cell stack.
A main flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the oxidant gas in the main supply path,
A bypass flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the oxidizing agent gas in the bypass supply path,
A control unit that controls each flow rate adjustment of the main flow rate adjusting unit and the bypass flow rate adjusting unit,
It is a fuel cell system equipped with
The control unit
The total oxidant gas flow rate of the oxidant gas supplied to the main supply path and the bypass supply path is within the range of the oxidant gas flow rate upper limit and the oxidant gas flow rate lower limit set according to the required power generation output.
When the detection temperature of the temperature sensor is higher than the first threshold temperature, the main flow rate adjusting unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas supplied to the main supply path decreases, and the gas is supplied to the bypass supply path. The bypass flow rate adjusting unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas is increased.
When the detection temperature of the temperature sensor is lower than the second threshold temperature lower than the first threshold temperature, the main flow adjustment unit is controlled in the direction in which the flow rate of the oxidant gas supplied to the main supply path increases. , A fuel cell system that controls the bypass flow rate adjusting unit in a direction in which the flow rate of the oxidant gas supplied to the bypass supply path decreases.
さらに、
前記燃焼ガス中の水蒸気から回収された凝縮水を蓄える水タンクと、
前記水タンクの水量を検知する水量センサと、を備え、
前記制御部は、
前記水量センサによる検知水量が水自立注意水量よりも低いときは前記合計酸化剤ガス流量を前記酸化剤ガス流量下限まで減少させるように制御する
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 3.
further,
A water tank that stores condensed water recovered from the water vapor in the combustion gas, and
A water amount sensor for detecting the amount of water in the water tank is provided.
The control unit
A fuel cell system that controls the total oxidant gas flow rate to be reduced to the lower limit of the oxidant gas flow rate when the water amount detected by the water amount sensor is lower than the water self-sustaining caution water amount.
さらに、前記制御部により制御されて前記燃料ガスの流量調整を行う燃料ガス流量調整部を備え、
前記制御部は、
前記水量センサによる検知水量が前記水自立注意水量よりも低い値の水自立限界水量よりも低いときは前記燃料ガス流量調整部を通じて前記燃料ガスの流量を増加させるように制御する
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 4.
Further, a fuel gas flow rate adjusting unit that is controlled by the control unit to adjust the flow rate of the fuel gas is provided.
The control unit
A fuel cell system that controls to increase the flow rate of the fuel gas through the fuel gas flow rate adjusting unit when the amount of water detected by the water amount sensor is lower than the water independence limit water amount that is lower than the water independence caution water amount.
さらに、前記制御部により制御されて負荷への出力電流を調整する出力調整器を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池スタックの発電出力が前記要求発電出力よりも小さいときは前記出力電流を増加させ、
前記発電出力が前記要求発電出力よりも大きいときは前記出力電流を減少させる
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 5.
Further, an output regulator that is controlled by the control unit to adjust the output current to the load is provided.
The control unit
When the power generation output of the fuel cell stack is smaller than the required power generation output, the output current is increased.
A fuel cell system that reduces the output current when the power generation output is greater than the required power generation output.
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