JP2972525B2

JP2972525B2 - 燃料電池の制御装置

Info

Publication number: JP2972525B2
Application number: JP6182529A
Authority: JP
Inventors: 辰弥池田; 保糸山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JPH0845521A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池の制御装置
に係り、特に、燃料電池の電池排ガスを燃焼させて、原
燃料、例えばメタンガスを主成分とする天然ガスを加
熱、改質し、電池の燃料である水素燃料ガスを得る改質
器を設定温度に維持するための燃料電池の制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２０は、例えば特開平４−１６７３６
９号公報に開示された燃料電池の制御装置を示すブロッ
ク図である。図２０において、１は改質器反応管１ａと
炉体１ｂにより構成される改質器、２は改質器１に取り
付けられ改質器反応管１ａを加熱するバーナ、３はこの
バーナ２の電池排ガスを燃焼させるための燃焼用空気流
量を制御する燃焼用空気流量調節弁、４はこの燃焼用空
気流量調節弁３が制御する燃焼用空気の流量を測定して
燃焼用空気流量を測定するための燃焼用空気流量計、６
は改質器１へ流入される原燃料の流量を測定する原燃料
流量計、７は原燃料とスチームとを混合して改質器１に
送るためのバルブ、８Ａ、８Ｂは原料スチームの調節弁
および流量計、９は改質器反応管１ａに取付けられ改質
器反応管１ａの温度を改質器１の温度として測定する温
度計、１０は燃料電池（図示しない）の発電出力と温度
計９の測定温度により、改質器１の温度を設定温度に保
つように燃焼用空気流量の基準流量を増加減して補正す
るための空気流量を求める補正空気流量演算装置、１１
は燃焼用空気流量調節弁３を駆動するための信号を出力
する空気調節弁駆動装置である。

【０００３】図２１は補正空気流量演算装置１０を示す
ブロック図である。図において、１２は発電出力から改
質器１の設定温度を定める関数器、１３は関数器１２に
より定められた設定温度から改質器１の測定温度（温度
計９の出力値）を減算する減算器、１４は減算器１３の
出力より温度制御用の補正量を演算する補正量演算器で
あり、この補正量演算器１４にはＰＩＤ制御器が用いら
れている。

【０００４】図２２は空気調節弁駆動装置１１を示すブ
ロック図である。図において、１５は燃料電池の発電出
力から燃焼空気過剰率を設定する関数器、１６は電池電
流と原燃料流量計６の出力と、関数器１５の燃焼空気過
剰率から燃焼用空気流量の基準流量を演算する基準流量
演算器、１７は演算器１６により演算された基準流量に
温度制御用の補正量を加算する加算器、１８は加算器１
７で求められた燃焼用空気流量から燃焼用空気流量計４
の出力である燃焼用空気流量の測定値を減算する減算
器、１９は減算器１８で求められた最終的な燃焼用空気
流量に対応して調節弁駆動信号を演算する駆動信号演算
器である。

【０００５】次に動作について説明する。燃料電池は、
原料として炭化水素系、例えば、都市ガスを改質器１に
て水蒸気改質することにより、電池の燃料である水素燃
料ガスを製造し、この水素燃料ガスと空気中の酸素によ
り電気エネルギを得る発電装置である。原燃料の改質を
行うには、改質器１において改質する原燃料の流量に応
じて熱を加える必要があるが、この熱は一般に燃料電池
で消費されない水素（電池排ガス）を改質器１のバーナ
２で燃焼させることにより得られる。燃料電池で消費さ
れる水素燃料ガスの量は、負荷をとった時の電池電流の
値により決まるが、実際の運転において燃料電池に投入
される水素量は、燃料電池の特性より約８０％の利用を
見込んで与えられる。このため、改質器１のバーナ２に
て燃焼される水素量は、改質器１で製造される水素量の
約２０％である。

【０００６】従来の燃料電池の制御装置における改質器
の温度制御は、次の手順により行われる。図２０、図２
１に示す補正空気流量演算装置１０により、発電出力と
測定温度から、補正量演算器１４で燃焼用空気流量の基
準流量に対する補正量を求める。

【０００７】一方、燃焼用空気流量の基準流量は、図２
２に示すように、空気調節弁駆動装置１１の基準流量演
算器１６で得られる。基準流量演算器１６は、まず、原
燃料流量計６の出力である原燃料流量に基づいて、改質
器１で得られる水素燃料ガス流量を得て、次に電池電流
に基づいて燃料電池にて消費される水素燃料ガス流量を
得る。そして、改質器１で得られる水素燃料ガス流量か
ら、燃料電池で消費される水素燃料ガス流量を減算する
とともに、この減算値に関数器１５により得られた燃焼
空気過剰率を考慮して、基準流量を算出する。

【０００８】こうして、基準流量が得られると、加算器
１７によりこの基準流量に補正量を加算して、補正を行
う。そして、この補正された燃焼用空気流量から測定値
を減算し、この値が駆動信号演算器１９に入力される。
駆動信号演算器１９はこの入力値を調節弁駆動信号に変
換して燃焼用空気流量調節弁３に出力する。こうして、
改質器１の設定温度と測定温度との差が零となるように
燃焼用空気流量調節弁３の開度が制御される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池の制御
装置は以上のように構成され、燃焼用空気流量のを制御
するのみで、改質器１の温度を設定温度に維持するよう
にしているため、原燃料の組成が変化した場合や改質反
応などの触媒反応が低下した場合には、改質器反応管温
度が大きく変化し、燃焼用空気流量の制御だけでは改質
器の温度制御ができなくなるという問題点があった。す
なわち、実際の装置では燃焼空気流量は装置の構成上、
駆動源の能力による上限があり、また、電池排ガスを完
全燃焼させるために最低流量は確保する必要があり、こ
のために下限も制約されていた。このために原燃料ガス
組成の変化（特にＬＮＧの場合）や負荷変化を行った
時、あるいは経時的に低下する反応触媒能力の影響によ
って、改質器の温度を設定温度に保つことができなくな
ったり、あるいは改質器の温度が安定するまでに温度の
オーバーシュートが大きくなり、燃料電池装置の運用に
悪影響を及ぼすという問題点があった。一方、燃焼用空
気流量の制御のみで改質器の温度を制御しようとすれ
ば、空気ブロアの容量の増加や広範囲な流量制御を行う
必要から、複雑でかつ高価な装置になるという問題点が
あった。

【００１０】この発明は前述したような問題を解決する
ためになされたものであり、原燃料の組成変化や改質反
応の変化にも対応できる燃料電池の制御装置を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る燃料電池の制御装置は、流入される原燃料を加熱して
改質し、燃料電池の水素燃料ガスを得ると共に、前記燃
料電池の電池排ガスを流入された燃料用空気により燃焼
させて前記原燃料を加熱する改質器を有する燃料電池の
制御装置において、前記改質器の温度を設定温度に維持
しつつ前記原燃料を加熱するために、前記燃料電池の発
電出力と前記改質器の測定温度に基づいて、前記燃焼用
空気流量を制御する燃焼用空気流量制御手段と、前記燃
料電池の発電出力と前記改質器の測定温度に基づいて、
前記原燃料の流量を制御する原燃料流量制御手段とを備
え、前記各手段は流量制御を個別に行う燃料電池の制御
装置であって、前記燃焼用空気流量制御手段は、前記燃
料電池の発電出力に基づいて燃焼用空気流量の基準流量
を定めるための基準空気流量演算手段と、前記改質器の
温度を設定温度に維持するために、前記発電出力と前記
改質器の測定温度に基づいて前記燃焼用空気流量の基準
流量を補正するための補正空気流量演算手段とを備え、
前記原燃料流量制御手段は、前記燃料電池の発電出力に
基づいて原燃料流量の基準流量を定めるための基準原燃
料流量演算手段と、前記発電出力と前記改質器の測定温
度に基づいて前記原燃料流量の基準流量を補正するため
の補正原燃料流量演算手段とを備え、前記燃焼用空気流
量の制御は燃焼用空気流量調節弁の開度を制御すること
で行われ、前記燃焼用空気流量調節弁の開度に基づき、
前記補正空気流量演算手段による前記燃焼用空気流量の
基準流量の補正と、前記補正原燃料流量演算手段による
前記補正原燃料流量の基準流量の補正とを使い分けるも
のである。

【００１４】この発明の請求項２に係る燃料電池の制御
装置は、流入される原燃料を加熱して改質し、燃料電池
の水素燃料ガスを得ると共に、前記燃料電池の電池排ガ
スを流入された燃料用空気により燃焼させて前記原燃料
を加熱する改質器を有する燃料電池の制御装置におい
て、前記改質器の温度を設定温度に維持しつつ前記原燃
料を加熱するために、前記燃料電池の発電出力と前記改
質器の測定温度に基づいて、前記燃焼用空気流量を制御
する燃焼用空気流量制御手段と、前記燃料電池の発電出
力と前記改質器の測定温度に基づいて、前記原燃料の流
量を制御する原燃料流量制御手段とを備え、前記各手段
は流量制御を個別に行う燃料電池の制御装置であって、
前記燃焼用空気流量制御手段は、前記燃料電池の発電出
力に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を定めるための
基準空気流量演算手段と、前記改質器の温度を設定温度
に維持するために、前記発電出力と前記改質器の測定温
度に基づいて前記燃焼用空気流量の基準流量を補正する
ための補正空気流量演算手段とを備え、前記原燃料流量
制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて原燃料
流量の基準流量を定めるための基準原燃料流量演算手段
と、前記発電出力と前記改質器の測定温度に基づいて前
記原燃料流量の基準流量を補正するための補正原燃料流
量演算手段とを備え、前記改質器の設定温度と前記改質
器の測定温度との温度差に基づき、前記補正空気流量演
算手段による前記燃焼用空気流量の基準流量の補正と、
前記補正原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基
準流量の補正とを使い分けるものである。

【００１５】この発明の請求項３に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２の燃料電池の制御装置において、前記
改質器の設定温度と前記改質器の測定温度の温度差が一
定範囲にある場合には、前記補正原燃料流量演算手段に
よる前記原燃料流量の基準流量の補正のみを行い、前記
補正空気流量演算手段による補正量は温度が一定範囲に
入る直前の値に固定されるものである。

【００１６】この発明の請求項４に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２の燃料電池の制御装置において、前記
改質器の設定温度と前記改質器の測定温度の温度差が一
定範囲にあり、かつ前記補正空気流量演算手段の補正量
が所定範囲外の時には、前記所定範囲内となるように、
前記補正空気流量演算手段により前記燃焼用空気流量を
漸増減するものである。

【００１７】この発明の請求項５に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２の燃料電池の制御装置において、前記
改質器の温度が運転上限温度または下限温度になった場
合には、前記補正原燃料流量演算手段による前記原燃料
流量の基準流量の補正量を前記運転上限温度または下限
温度になる直前の値に固定し、前記補正空気流量演算手
段による前記燃焼用空気流量の基準流量の補正動作のみ
を行うものである。

【００１８】この発明の請求項６に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２乃至請求項５のいずれかの燃料電池の
制御装置において、前記原燃料流量の補正により前記原
燃料流量が前記燃料電池の動作を安定に行うに必要な流
量限界を越える場合には、前記温度差によらず前記補正
原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基準流量の
補正量を前記流量限界を越える直前の値に固定し、前記
補正空気流量演算手段による前記燃焼用空気流量の基準
流量の補正動作のみを行うものである。

【００１９】本発明の請求項７に係る燃料電池の制御装
置は、請求項２乃至請求項５のいずれかの燃料電池の制
御装置において、前記燃料電池の出力を変化させた時に
は、出力の変化中および変化終了後の一定時間は、前記
補正原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基準流
量の補正量を負荷変化直前の値に固定するものである。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】この発明の請求項１に係る燃料電池の制御装置
によれば、燃焼用空気流量制御手段の基準空気流量演算
手段が前記燃料電池の発電出力に基づいて燃焼用空気流
量の基準流量を定め、補正空気流量演算手段が改質器の
温度を設定温度に維持するために、発電出力と改質器の
測定温度に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を補正す
ることで、燃焼用空気流量制御手段が燃焼用空気流量を
制御し、さらに、原燃料流量制御手段の基準原燃料流量
演算手段が燃料電池の発電出力に基づいて原燃料流量の
基準流量を定め、補正原燃料流量演算手段が発電出力と
改質器の測定温度に基づいて原燃料流量の基準流量を補
正することで、原燃料流量制御手段が原燃料の流量を制
御し、改質器の温度を設定温度に維持しつつ原燃料を加
熱する。それに加えて、燃焼用空気流量調節弁の開度を
制御することで燃料用空気流量の制御を行い、燃焼用空
気流量調節弁の開度に基づいて、補正空気流量演算手段
による燃焼用空気流量の基準流量の補正と、補正原燃料
流量演算手段による補正原燃料流量の基準流量の補正と
を使い分けるようにする。

【００２３】この発明の請求項２に係る燃料電池の制御
装置によれば、燃焼用空気流量制御手段の基準空気流量
演算手段が前記燃料電池の発電出力に基づいて燃焼用空
気流量の基準流量を定め、補正空気流量演算手段が改質
器の温度を設定温度に維持するために、発電出力と改質
器の測定温度に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を補
正することで、燃焼用空気流量制御手段が燃焼用空気流
量を制御し、さらに、原燃料流量制御手段の基準原燃料
流量演算手段が燃料電池の発電出力に基づいて原燃料流
量の基準流量を定め、補正原燃料流量演算手段が発電出
力と改質器の測定温度に基づいて原燃料流量の基準流量
を補正することで、原燃料流量制御手段が原燃料の流量
を制御し、改質器の温度を設定温度に維持しつつ原燃料
を加熱する。それに加えて、改質器の設定温度と前記改
質器の測定温度との温度差に基づいて、補正空気流量演
算手段による燃焼用空気流量の補正と、補正原燃料流量
演算手段による原燃料流量の基準流量の補正とを使い分
けるようにする。

【００２４】この発明の請求項３に係る燃料電池の制御
装置によれば、改質器の設定温度と改質器の測定温度の
温度差が一定範囲にある場合には、原燃料流量の基準流
量の補正のみを行い、燃焼用空気流量の補正量は一定値
に固定する。

【００２５】この発明の請求項４に係る燃料電池の制御
装置によれば、改質器の設定温度と改質器の測定温度の
温度差が一定範囲にあり、かつ燃焼用空気流量の基準流
量の補正量が所定範囲外の時には、所定範囲内となるよ
うに、前記補正空気流量演算手段が燃焼用空気流量を漸
増減する。

【００２６】この発明の請求項５に係る燃料電池の制御
装置によれば、改質器の温度が運転上限温度または下限
温度になった場合には、原燃料流量の基準流量の補正量
を固定し、燃焼用空気流量の基準流量の補正動作のみを
行う。

【００２７】この発明の請求項６に係る燃料電池の制御
装置によれば、原燃料流量の補正により原燃料流量が燃
料電池の動作に必要な流量により低下する場合には、温
度差によらず原燃料流量の基準流量の補正量を固定し、
燃焼用空気流量の基準流量の補正動作のみを行う。

【００２８】この発明の請求項７に係る燃料電池の制御
装置によれば、燃料電池の出力を変化させた場合は、出
力の変化中および変化終了後の一定時間は、原燃料流量
の基準流量の補正量を固定する。

【００２９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図に基づいて説
明する。図１において、図２０と同一符号は図２０に示
したものと同一のものを示している。そして、５は原燃
料流量を制御するための原燃料流量調節弁、３０は原燃
料流量の基準流量を補正するための補正量を演算する補
正原燃料流量演算装置、３１は後述する原燃料流量の基
準流量と補正量から、原燃料流量を制御するために、原
燃料流量調節弁５を駆動する原燃料調節弁駆動装置であ
る。また、１０Ａ、１１Ａはそれぞれ、図２０の補正空
気流量演算装置１０、空気調節弁駆動装置１１に相当し
ている。

【００３０】図２は補正空気流量演算装置１０Ａと、空
気調節弁駆動装置１１Ａを示すブロック図であり、図中
１２Ａ〜１９Ａは、図２１、図２２において説明した１
２〜１９に相当している。すなわち、図２において、１
２Ａは発電出力から改質器１の設定温度を定める関数
器、１３Ａは関数器１２Ａにより定められた設定温度か
ら改質器１の測定温度（温度計９の出力値）を減算する
減算器、１４Ａは減算器１３Ａの出力より温度制御用の
補正量を演算する補正量演算器であり、この補正量演算
器１４ＡにはＰＩＤ制御器が用いられている。

【００３１】また、図中１５Ａは燃料電池の発電出力か
ら燃焼空気過剰率を設定する関数器、１６Ａは電池電流
と原燃料流量計６の出力と、関数器１５Ａの燃焼空気過
剰率から燃焼用空気流量の基準流量を演算する基準流量
演算器、１７Ａは基準流量演算器１６Ａにより演算され
た基準流量に温度制御用の補正量を加算する加算器、１
８Ａは加算器１７Ａで求められた燃焼用空気流量から燃
焼用空気流量計４の出力である燃焼用空気流量の測定値
を減算する減算器、１９Ａは減算器１８Ａで求められた
最終的な燃焼用空気流量に対応して調節弁駆動信号を演
算する駆動信号演算器である。

【００３２】図３は補正原燃料流量演算装置３０と原燃
料調節弁駆動装置３１とを示すブロック図である。図３
において、３２は発電出力から改質器１の設定温度を定
める関数器、３３は関数器３２により定められた設定温
度から改質器１の測定温度（温度計９の出力値）を減算
する減算器、３４は減算器３３の出力より温度制御用の
補正原燃料流量を水素利用率の値として得る補正量演算
器であり、この補正量演算器３４にはＰＩＤ制御器が用
いられている。

【００３３】また図中、３５は燃料電池の発電出力から
図４に示す水素利用率を得るための関数器、３６は電池
電流から燃料電池で消費された水素燃料ガス流量を演算
する消費量演算器、４０は関数器３５で得られた水素利
用率に、補正量演算器３４で得られた補正原燃料流量
（水素利用率）を加算する加算器、３７は消費量演算器
３６で得られた消費量を加算器４０で得られた水素利用
率で除算するとともに、水素利用率と原燃料流量との変
換定数を乗ずることにより、必要な原燃料を得る変換演
算器、３８は変換演算器３７で得られた原燃料から、原
燃料流量の測定値を減算する減算器、３９は減算器３８
で得られた出力値に基づいて、原燃料流量調節弁５を駆
動するための調節弁駆動信号を出力する駆動信号演算器
である。

【００３４】ここで、消費量演算器３６、関数器３５、
変換演算器３７は原燃料流量の基準流量を定める基準流
量演算器を構成し、補正原燃料流量演算装置３０は原燃
料の補正量演算手段を構成している。

【００３５】次に補正原燃料流量演算装置３０と原燃料
調節弁駆動装置３１の動作を図３について説明する。発
電出力により設定される改質器１の温度は関数器３２で
与えられ、この値と改質器１の測定温度との差を減算器
３３で得る。補正量演算器３４では、ＰＩＤ制御によ
り、与えられた温度の差を零にするような水素利用率を
演算して求める。この出力は、原燃料調節弁駆動装置３
１に与えられ、原燃料調節弁駆動装置３１内で計算され
る原燃料流量の基準流量の補正分として利用される。燃
料電池に導入される原燃料流量は、一般に電池電流に基
づいて電池に必要な水素燃料ガス流量を求め、この値を
水素利用率にて除し、さらに原燃料への変換定数を乗す
ることにより求めることができる。この演算は前述した
ように消費量演算器３６と変換演算器３７により行われ
る。

【００３６】従来の装置では、この水素利用率は図４に
示すように発電出力に対して固定された値が使用された
が、本実施例では、加算器４０に原燃料（水素利用率）
補正量演算装置３０の出力を加えることにより、補正さ
れた水素利用率を得、結果的に、原燃料流量の基準流量
を補正することにより原燃料流量制御を行い、燃焼用空
気流量制御と共に作用しあって改質器１の温度を設定温
度に保つようにしている。

【００３７】なお、本実施例においては、図２に示し
た、補正空気流量演算装置１０Ａおよび空気調節弁駆動
装置１１Ａは、これら補正原燃料流量演算装置３０およ
び原燃料調節弁駆動装置３１とは独立に、従来技術で示
したと同様に動作している。

【００３８】また、本実施例では、水素利用率として図
４に示すような標準の水素利用率の関数を用いたが、こ
の他に、図５に示すように最大及び最小の水素利用率を
定め、原燃料（水素利用率）補正量演算装置３０の出力
が、この範囲内に収まるようにするようにしても良い。

【００３９】実施例２．実施例１では、燃焼用空気流量
制御（燃焼用空気流量の補正）と原燃料流量制御（原燃
料流量の補正）をそれぞれ独立に行って改質器１の温度
を設定温度に維持するようにした。実施例２では、これ
ら両者による補正を燃焼用空気流量調節弁３の開度によ
って区別するようにしたものである。以下にこの発明の
実施例２を図６、図７について説明する。これらの図に
おいて、図１〜図３と同一の符号は図１〜図３に示した
ものと同一のものを示している。

【００４０】これらの図において明らかなように、実施
例２では、燃焼用空気流量調節弁３の開度を与える空気
調節弁駆動装置１１Ａの出力を補正原燃料流量演算装置
３０Ａの補正量演算器３４Ａに与え、例えば、燃焼用空
気流量調節弁３の開度が５％以下か８０％以上で補正量
演算器３４ＡのＰＩＤ制御を行い、燃焼用空気流量調節
弁３の開度が５％〜８０％の範囲では補正量演算器３４
Ａの出力は保持（固定）したままにする。このようにし
て実施例２では、燃焼用空気流量調節弁３の開度に基づ
いて、燃焼用空気流量の補正と原燃料流量の補正のいず
れか一方のみを、改質器１の新たな温度制御に寄与させ
るようにすることで、燃焼用空気流量の補正と原燃料流
量の補正とを、燃焼用空気流量調節弁３の開度に基づい
て使い分けるようにしている。

【００４１】このような補正の仕方により、改質器１の
温度が設定温度と差を生じた場合、まず、燃焼用空気流
量の補正により改質器１の温度を設定温度に制御しよう
として燃焼用空気流量調節弁３が開閉し、燃焼用空気流
量調節弁３の開度が例えば８０％以上または５％と以下
となって温度が制御しきれない場合に、補正原燃料流量
演算装置３０Ａの演算結果を出力することにより、補正
量演算器３４Ａと加算器４０にて水素利用率の補正を行
うことになる。

【００４２】実施例２によれば、改質器１の温度変化に
対し、原燃料流量（水素利用率）の新たな補正動作と燃
焼用空気流量の新たな補正動作とが同時に働くことによ
る干渉を防止することができ、干渉による改質器温度の
オーバーシュートやハンチングをなくすことができる。

【００４３】実施例３．実施例２では、燃焼用空気流量
制御（燃焼用空気流量の補正）と原燃料流量制御（原燃
料流量の補正）を燃焼用空気流量調節弁３の開度によっ
て使い分けるようにした。実施例３では、改質器の設定
温度と測定温度の差に基づいて使い分けるようにしたも
のである。以下にこの発明の実施例２を図８、図９につ
いて説明する。これらの図において、図１と同一の符号
は図１に示したものと同一のものを示している。

【００４４】これらの図において明らかなように、実施
例３では、図８に示すように補正空気流量演算装置１０
Ｂと補正原燃料流量（水素利用率）演算装置３０Ｂのど
ちらの補正を行うかを判定する補正切換判定装置４４を
設け、例えば、改質器１の設定温度と測定温度の差が１
５℃以上では補正原燃料流量演算装置３０Ｂによる補正
を行い、１５℃以下では補正空気流量演算装置１０Ｂに
よる補正を行うようにしている。

【００４５】補正切換判定装置４４は、図９に示すフロ
ーチャートに従い、補正空気流量演算装置１０Ｂと補正
原燃料流量（水素利用率）演算装置３０Ｂに対して出力
指示を行う。以下にこの動作について図９について説明
すると、ステップＳ１において改質器１の設定温度Ｔ_SV
と測定温度Ｔ_Pの温度差△Ｔを求め、ステップＳ２にお
いて、この温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ（１５）度よ
り大きいか否かを判定する。そして、温度差△Ｔが所定
値ｔより大きい場合は、ステップＳ３で補正原燃料流量
演算装置３０Ｂによる補正動作を行わせ、新たな演算値
を出力させるとともに、ステップＳ４において、補正空
気流量演算装置１０Ｂの新たな補正動作は停止させ、そ
の出力値は最後に行った補正動作の出力値に固定する。

【００４６】一方、ステップＳ２において、温度差△Ｔ
が所定値ｔより小さい場合は、ステップＳ５で補正空気
流量演算装置１０Ｂによる補正動作を行わせ、新たな演
算値を出力させるとともに、ステップＳ６において、補
正原燃料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作は停止さ
せ、その出力値は最後に行った補正動作の出力値に固定
する。

【００４７】このように、実施例３では、改質器１の測
定温度と設定温度との温度差に基づいてそれぞれの補正
動作範囲を変えるようにしたので、実施例２と同様、燃
焼用空気流量の新たな補正動作と原燃料流量の新たな補
正動作が同時に働くことによる干渉を防止することがで
き、改質器の温度もオーバーシュートが少ない改質器の
温度制御を行うことができる。

【００４８】実施例４．実施例３では、燃焼用空気流量
制御（燃焼用空気流量の補正）と原燃料流量制御（原燃
料流量の補正）を改質器の設定温度と測定温度の差に基
づいて使い分けるようにした。実施例４は原燃料流量の
補正により原燃料流量が燃料電池の動作を安定に行うに
必要な流量限界を越える場合には、温度差によらず補正
原燃料流量演算装置による原燃料流量の基準流量の補正
量を固定し、補正空気流量演算装置による燃焼用空気流
量の基準流量の補正動作のみを行うようにしたものであ
る。以下にこの発明の実施例４を図１０、図１１につい
て説明する。これらの図において、図１と同一の符号は
図１に示したものと同一のものを示している。

【００４９】図１０に示すように、実施例４では、補正
切換判定装置４５を設け、この補正切換判定装置４５に
原燃料調節弁駆動装置１３より演算された水素利用率の
値を与え、この値が燃料電池を安定に運転することがで
きる範囲に入っていない場合、すなわち原燃料流量とし
て、燃料電池の動作を安定に行うに必要な流量限界を越
える場合には、補正切換判定装置４５が補正原燃料流量
演算装置３０Ｃに対して、その出力を一定とする指示信
号を出力し、補正原燃料流量演算装置３０Ｃによる補正
量を固定させる。そして、補正空気流量演算装置１０Ｃ
による燃焼用空気流量の基準流量の補正動作のみを行わ
せて、電池に影響を及ぼさない安定した運転を可能にす
るとともに、改質器１の温度を設定温度に制御可能にし
ている。

【００５０】図１１は補正切換判定装置４５の動作を示
すフローチャートを示す。以下にこの動作について図１
１について説明すると、ステップＳ１１において改質器
１の設定温度Ｔ_SVと測定温度Ｔ_Pの温度差△Ｔを求め、
ステップＳ１２において、この温度差△Ｔの絶対値が所
定値ｔ（ｔ＝１５）度より大きいか否かを判定する。そ
して、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔより大きい場合
は、ステップＳ１３とステップＳ１４により、このとき
の水素利用率η_H2が最大水素利用率η_MAXより大きい
か、または水素利用率η_H2が最小水素利用率η_MINより
小さいときは、前記温度差△Ｔによらず、ステップＳ１
７、ステップＳ１８に進み、補正空気流量演算装置１０
Ｃの補正動作を行わせると共に、補正原燃料流量演算装
置３０Ｃの新たな補正動作を停止し、その出力である補
正量を固定する。

【００５１】一方、ステップＳ１３、ステップＳ１４に
おいて、温度差△Ｔが一定範囲（最小水素利用率と最大
水素利用率の間）内にあり、水素利用率が燃料電池を安
定に動作させることができる範囲内にあるときは、ステ
ップＳ１５、ステップＳ１６に進み、補正原燃料流量演
算装置３０Ｃの補正動作を行わせると共に、補正空気流
量演算装置１０Ｃの新たな補正動作を停止し、その出力
である補正量を固定する。

【００５２】実施例５．実施例３では、改質器の設定温
度と測定温度の温度差が１５度を基準にして、補正空気
流量演算装置と補正原燃料流量演算装置による補正を使
い分けるようにしたが、この温度差による補正の使い分
けをもっと細かくすることもできる。以下にこの発明の
実施例５を図１２、図１３について説明する。

【００５３】実施例５では、補正切換判定装置４４（図
８）の演算において改質器１の設定温度と測定温度の温
度差が一定範囲、例えば図１２に示すように＋５℃〜＋
１５℃または−５℃〜−１５℃の範囲にある時は、補正
空気流量演算装置１０Ｂの出力値である補正量を固定
し、補正原燃料流量演算装置３０Ｂの補正動作のみを行
うようにする。また、温度差が１５℃以上または−１５
℃以下では補正空気流量演算装置１０Ｂと補正原燃料流
量演算装置３０Ｂの両者を併用して補正動作を行うよう
にする。そして、温度差が−５℃〜＋５℃以内では補正
空気流量演算装置１０Ｂのみによる補正動作を行い、補
正原燃料流量演算装置３０Ｂの出力値である補正量を固
定するようにする。これにより、燃焼空気流量のオーバ
ーシュートをなくし、より早く改質器１の温度を安定さ
せることができる。

【００５４】図１３は実施例５の制御切換判定装置の動
作を示すフローチャートを示す。以下にこの動作につい
て説明すると、ステップＳ２１において改質器１の設定
温度Ｔ_SVと測定温度Ｔ_Pの温度差△Ｔを求め、ステップ
Ｓ１２において、この温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ₁
（ｔ₁＝１５）度より大きいか否かを判定する。そし
て、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ₁より大きい場合
は、ステップＳ２３とステップＳ２４により、補正空気
流量演算装置１０Ｂと補正原燃料流量演算装置３０Ｂの
両者を併用して補正動作を行うようにする。

【００５５】一方、ステップＳ２２において、温度差△
Ｔの絶対値が所定値ｔ₁より小さい場合は、ステップＳ
２５において、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ₂（ｔ₂＝
５）度より大きいか否かを判定する。そして、温度差△
Ｔの絶対値が所定値ｔ₂より小さい場合は、ステップＳ
２６とステップＳ２７により、補正空気流量演算装置１
０Ｂの補正動作を行わせるとともに、補正原燃料流量演
算装置３０Ｃの新たな補正動作を停止し、その出力であ
る補正量を固定する。

【００５６】一方、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ₂よ
り大きい場合は、ステップＳ２８とステップＳ２９によ
り、補正原燃料流量演算装置３０Ｂの補正動作を行わせ
るとともに、補正空気流量演算装置１０Ｂの新たな補正
動作を停止し、その出力である補正量を固定する。

【００５７】なお、実施例５に、実施例４に説明したよ
うに水素利用率が範囲上下限値になった場合は、優先的
に補正原燃料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を停
止し、その出力値である補正量を固定するようにして、
実施例４の制御と組合せるようにしてもよい。

【００５８】実施例６．実施例６は、実施例５におい
て、改質器の設定温度と測定温度の差が一定範囲、例え
ば−５℃〜５℃に間に入っており、この時の燃焼用空気
流量のうち、改質器１の温度を制御している補正空気流
量演算装置１０Ｂの出力値である補正量が一定範囲、例
えば発電容量２００ｋｗ級では５０Ｎｍ^３／Ｈ〜１００
Ｎｍ^３／Ｈ内に入っていない場合には、補正空気流量を
５０Ｎｍ^３／Ｈに漸増減していく制御を行うことにより
原燃料を低減し、燃焼用空気流量も低減した状態で改質
器１の温度を安定することができ、効率の良い発電を行
わせることができる。

【００５９】図１４は実施例６を示すブロック図であ
り、図１４において、４６が前述の動作を行わせる補正
切換判定装置である。

【００６０】図１５は以上の動作を示すフローチャート
である。以下、このフローチャートに従って、実施例６
の動作について説明する。ステップＳ３１において改質
器１の設定温度Ｔ_SVと測定温度Ｔ_Pの温度差△Ｔを求
め、ステップＳ３２において、この温度差△Ｔの絶対値
が所定値ｔ₁（ｔ₁＝１５）度より大きいか否かを判定す
る。そして、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ₁より大き
い場合は、ステップＳ４０とステップＳ４１により、補
正空気流量演算装置１０Ｂと補正原燃料流量演算装置３
０Ｂの両者を併用して補正動作を行うようにする。

【００６１】一方、ステップＳ３２において、温度差△
Ｔの絶対値が所定値ｔ₁より小さい場合は、ステップＳ
３３において、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔ₂（ｔ₂＝
５）度より大きいか否かを判定する。そして、温度差△
Ｔの絶対値が所定値ｔ₂より大きい場合は、ステップＳ
４２とステップＳ４３により、補正原燃料流量演算装置
３０Ｂの補正動作を行わせるとともに、補正空気流量演
算装置１０Ｂの新たな補正動作を停止し、その出力であ
る補正量を固定する。ここまでの動作は実施例５と同じ
である。

【００６２】一方、ステップＳ３３において、温度差△
Ｔの絶対値が所定値ｔ₂より大きい場合は、ステップＳ
３４とステップＳ３５により、補正空気流量ＱがＱ
₁（１００Ｎｍ³／ｈ）＞Ｑ＞Ｑ₂（５０Ｎｍ³／ｈ）の範
囲に無い場合は、ステップＳ３８とステップＳ３９に進
み、補正原燃料流量演算装置３０Ｂの補正動作を行わせ
るとともに、補正空気流量演算装置１０Ｂの補正量が５
０Ｎｍ³／ｈになるように、Ｑ＞Ｑ₁のときは、漸減させ
ていき、Ｑ＜Ｑ₂の場合は漸増していく。

【００６３】また一方、補正空気流量ＱがＱ₁（１００
Ｎｍ³／ｈ）＞Ｑ＞Ｑ₂（５０Ｎｍ³／ｈ）の範囲内にあ
る場合は、ステップＳ３６とステップＳ３７に進み、補
正空気流量演算装置１０Ｂの補正動作を行わせるととも
に、補正原燃料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を
停止し、その出力である補正量を固定する。なお、図１
６に上述した補正空気流量の範囲分けを示す状態図を示
し、図１７に上述した温度状態を示す状態図を示してい
る。

【００６４】なお、実施例６にも、実施例４に説明した
ように水素利用率が範囲上下限値になった場合は、優先
的に補正原燃料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を
停止し、その出力値である補正量を固定するようにし
て、実施例４の制御と組合せるようにしてもよい。

【００６５】実施例７．さらに、実施例３において、改
質器の温度が運転上限温度または下限温度になった場合
には、補正原燃料流量演算装置による補正動作は行わず
（出力値を固定し）、補正空気流量演算装置のみによる
補正動作を行うようにすることにより、改質器の温度を
著しく低下させて電池へ組成の悪いガスを導入したり、
また、改質器温度をオーバーシュートさせ、反応管を傷
めるというおそれのない運転が可能となる。

【００６６】図１８は実施例７の動作を示すフローチャ
ートである。以下、このフローチャートにしたがって、
実施例７の動作について説明すると、ステップＳ５１に
おいて改質器１の設定温度Ｔ_SVと測定温度Ｔ_Pの温度差
△Ｔを求め、ステップＳ５２において、この温度差△Ｔ
の絶対値が所定値ｔ（ｔ＝１５）度より大きいか否かを
判定する。そして、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔより
大きい場合は、ステップＳ５３とステップＳ５４によ
り、改質器（反応管）の測定温度Ｔ_Pが運転下限温度Ｔ
_MINと上限温度Ｔ_MAXの範囲内にある場合を判定し、当該
範囲内にある場合は、ステップＳ５５とステップＳ５６
により、補正原燃料流量演算装置３０Ｂの補正動作を行
わせるとともに、補正空気流量演算装置１０Ｂの新たな
補正動作を停止し、その出力である補正量を固定する。

【００６７】一方、改質器１の測定温度Ｔ_Pが運転下限
温度Ｔ_MINと上限温度Ｔ_MAXの範囲内にない場合には、ス
テップＳ５７とステップＳ５８により、補正空気流量演
算装置１０Ｂの補正動作を行わせるとともに、補正原燃
料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を停止し、その
出力である補正量を固定する。

【００６８】なお、実施例７にも、実施例４に説明した
ように水素利用率が範囲上下限値になった場合は、優先
的に補正原燃料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を
停止し、その出力値である補正量を固定するようにし
て、実施例４の制御と組合せるようにしてもよい。

【００６９】実施例８．さらに、実施例３において、燃
料電池の負荷変化を行った場合、あるいは燃料電池の起
動から発電に移った直後は、図１９に示すように、補正
原燃料流量演算装置の補正量については、変化前の値を
一定時間保持（出力固定）したままにすることにより補
正量を固定し、改質器１の温度変化を小さくすることが
でき、また、温度の安定をより早く行うことができる。

【００７０】図１９は実施例８の動作を示すフローチャ
ートである。以下、このフローチャートにしたがって、
実施例８の動作について説明すると、ステップＳ６１に
おいて改質器１の設定温度Ｔ_SVと測定温度Ｔ_Pの温度差
△Ｔを求め、ステップＳ５２において、この温度差△Ｔ
の絶対値が所定値ｔ（ｔ＝１５）度より大きいか否かを
判定する。そして、温度差△Ｔの絶対値が所定値ｔより
大きい場合は、ステップＳ５３とステップＳ５４によ
り、負荷の変化時より所定時間Ｔ₁が経過していない場
合、あるいは燃料電池の起動から発電に移った直後、所
定時間Ｔ₂が経過していない場合を判定し、いずれにも
該当しない場合は、ステップＳ６５とステップＳ６６に
より、補正原燃料流量演算装置３０Ｂの補正動作を行わ
せるとともに、補正空気流量演算装置１０Ｂの新たな補
正動作を停止し、その出力である補正量を固定する。

【００７１】一方、いずれかに該当する場合には、ステ
ップＳ６７とステップＳ６８により、補正空気流量演算
装置１０Ｂの補正動作を行わせるとともに、補正原燃料
流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を停止し、その出
力である補正量を固定する。

【００７２】なお、実施例８にも、実施例４に説明した
ように水素利用率が範囲上下限値になった場合は、優先
的に補正原燃料流量演算装置３０Ｂの新たな補正動作を
停止し、その出力値である補正量を固定するようにし
て、実施例４の制御と組合せるようにしてもよい。

【００７３】

【００７４】

【００７５】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る燃料電池の制
御装置は、流入される原燃料を加熱して改質し、燃料電
池の水素燃料ガスを得ると共に、前記燃料電池の電池排
ガスを流入された燃料用空気により燃焼させて前記原燃
料を加熱する改質器を有する燃料電池の制御装置におい
て、前記改質器の温度を設定温度に維持しつつ前記原燃
料を加熱するために、前記燃料電池の発電出力と前記改
質器の測定温度に基づいて、前記燃焼用空気流量を制御
する燃焼用空気流量制御手段と、前記燃料電池の発電出
力と前記改質器の測定温度に基づいて、前記原燃料の流
量を制御する原燃料流量制御手段とを備え、前記各手段
は流量制御を個別に行う燃料電池の制御装置であって、
前記燃焼用空気流量制御手段は、前記燃料電池の発電出
力に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を定めるための
基準空気流量演算手段と、前記改質器の温度を設定温度
に維持するために、前記発電出力と前記改質器の測定温
度に基づいて前記燃焼用空気流量の基準流量を補正する
ための補正空気流量演算手段とを備え、前記原燃料流量
制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて原燃料
流量の基準流量を定めるための基準原燃料流量演算手段
と、前記発電出力と前記改質器の測定温度に基づいて前
記原燃料流量の基準流量を補正するための補正原燃料流
量演算手段とを備え、前記燃焼用空気流量の制御は燃焼
用空気流量調節弁の開度を制御することで行われ、前記
燃焼用空気流量調節弁の開度に基づき、前記補正空気流
量演算手段による前記燃焼用空気流量の基準流量の補正
と、前記補正原燃料流量演算手段による前記補正原燃料
流量の基準流量の補正とを使い分けるようにしたため、
原燃料の組成変化や、改質反応の変化が生じた場合で
も、改質器の温度を設定温度に維持することができると
ともに、原燃料流量の補正と燃焼用空気流量の補正とが
同時に働くことによる干渉を防止することができ、もっ
て改質器の温度制御にオーバーシュートやハンチングが
生じるのを防止することができるという効果を奏する。

【００７６】この発明の請求項２に係る燃料電池の制御
装置は、流入される原燃料を加熱して改質し、燃料電池
の水素燃料ガスを得ると共に、前記燃料電池の電池排ガ
スを流入された燃料用空気により燃焼させて前記原燃料
を加熱する改質器を有する燃料電池の制御装置におい
て、前記改質器の温度を設定温度に維持しつつ前記原燃
料を加熱するために、前記燃料電池の発電出力と前記改
質器の測定温度に基づいて、前記燃焼用空気流量を制御
する燃焼用空気流量制御手段と、前記燃料電池の発電出
力と前記改質器の測定温度に基づいて、前記原燃料の流
量を制御する原燃料流量制御手段とを備え、前記各手段
は流量制御を個別に行う燃料電池の制御装置であって、
前記燃焼用空気流量制御手段は、前記燃料電池の発電出
力に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を定めるための
基準空気流量演算手段と、前記改質器の温度を設定温度
に維持するために、前記発電出力と前記改質器の測定温
度に基づいて前記燃焼用空気流量の基準流量を補正する
ための補正空気流量演算手段とを備え、前記原燃料流量
制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて原燃料
流量の基準流量を定めるための基準原燃料流量演算手段
と、前記発電出力と前記改質器の測定温度に基づいて前
記原燃料流量の基準流量を補正するための補正原燃料流
量演算手段とを備え、前記改質器の設定温度と前記改質
器の測定温度との温度差に基づき、前記補正空気流量演
算手段による前記燃焼用空気流量の基準流量の補正と、
前記補正原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基
準流量の補正とを使い分けるようにしたため、原燃料の
組成変化や、改質反応の変化が生じた場合でも、改質器
の温度を設定温度に維持することができるとともに、原
燃料流量の補正と燃焼用空気流量の補正とが同時に働く
ことによる干渉を防止することができ、もって改質器の
温度制御にオーバーシュートやハンチングが生じるのを
防止することができるという効果を奏する。

【００７７】この発明の請求項３に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２の燃料電池の制御装置において、前記
改質器の設定温度と前記改質器の測定温度の温度差が一
定範囲にある場合には、前記補正原燃料流量演算手段に
よる前記原燃料流量の基準流量の補正のみを行い、前記
補正空気流量演算手段による補正量は温度が一定範囲に
入る直前の値に固定されるようにしたため、請求項２と
同様に、原燃料の組成変化や、改質反応の変化が生じた
場合でも、改質器の温度を設定温度に維持することがで
きるとともに、原燃料流量の補正と燃焼用空気流量の補
正とが同時に働くことによる干渉を防止することがで
き、もって改質器の温度制御にオーバーシュートやハン
チングが生じるのを防止することができるという効果を
奏する。

【００７８】この発明の請求項４に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２の燃料電池の制御装置において、前記
改質器の設定温度と前記改質器の測定温度の温度差が一
定範囲にあり、かつ前記補正空気流量演算手段の補正量
が所定範囲外の時には、前記所定範囲内となるように、
前記補正空気流量演算手段により前記燃焼用空気流量を
漸増減するようにしたため、原燃料の組成変化や、改質
反応の変化が生じた場合でも、改質器の温度を設定温度
に維持することができ、また原燃料を低減し、燃焼用空
気流量も低減した状態で改質器の温度を安定させること
ができ、温度制御の効率化を図ることができるという効
果を奏する。

【００７９】この発明の請求項５に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２の燃料電池の制御装置において、前記
改質器の温度が運転上限温度または下限温度になった場
合には、前記補正原燃料流量演算手段による前記原燃料
流量の基準流量の補正量を前記運転上限温度または下限
温度になる直前の値に固定し、前記補正空気流量演算手
段による前記燃焼用空気流量の基準流量の補正動作のみ
を行うようにしたため、原燃料の組成変化や、改質反応
の変化が生じた場合でも、改質器の温度を設定温度に維
持することができ、また、改質器の温度を著しく低下さ
せて燃料電池へ組成の悪い燃料ガスを導入したり、また
改質器の温度制御をオーバーシュートさせて改質器を痛
めるという恐れもなくなるという効果を奏する。

【００８０】この発明の請求項６に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２乃至請求項５のいずれかの燃料電池の
制御装置において、前記原燃料流量の補正により前記原
燃料流量が前記燃料電池の動作を安定に行うに必要な流
量限界を越える場合には、前記温度差によらず前記補正
原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基準流量の
補正量を前記流量限界を越える直前の値に固定し、前記
補正空気流量演算手段による前記燃焼用空気流量の基準
流量の補正動作のみを行うようにしたため、原燃料の組
成変化や、改質反応の変化が生じた場合でも、改質器の
温度を設定温度に維持することができ、また、燃料電池
に悪影響を及ぼさない安定した燃料電池の運転が可能に
なるという効果を奏する。

【００８１】この発明の請求項７に係る燃料電池の制御
装置は、請求項２乃至請求項７のいずれかの燃料電池の
制御装置において、前記燃料電池の出力を変化させた時
には、出力の変化中および変化終了後の一定時間は、前
記補正原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基準
流量の補正量を負荷変化直前の値に固定するようにした
ため、原燃料の組成変化や、改質反応の変化が生じた場
合でも、改質器の温度を設定温度に維持することがで
き、また、改質器の温度変化を小さくすることができ、
また温度の安定化を迅速に行うことができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示すブロック図であ
る。

【図２】補正空気流量演算装置と空気調節弁駆動装置
を示すブロック図である。

【図３】補正原燃料流量演算装置と原燃料調節弁駆動
装置を示すブロック図である。

【図４】燃料電池の発電出力と水素利用率の関係を表
わしたグラフである。

【図５】水素利用率の最大値、最小値と発電出力の関
係を表わしたグラフである。

【図６】この発明の実施例２を示すブロック図であ
る。

【図７】この発明の実施例２の補正原燃料流量演算装
置と原燃料調節弁駆動装置を示すブロック図である。

【図８】この発明の実施例３を示すブロック図であ
る。

【図９】この発明の実施例３の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１０】この発明の実施例４を示すブロック図であ
る。

【図１１】この発明の実施例４の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１２】この発明の実施例４の制御範囲を区分して
示す表である。

【図１３】この発明の実施例５の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１４】この発明の実施例６を示すブロック図であ
る。

【図１５】この発明の実施例６の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１６】この発明の実施例６の制御範囲を区分して
示す表である。

【図１７】この発明の実施例６による温度制御状態を
表わすグラフである。

【図１８】この発明の実施例７の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１９】この発明の実施例８の動作を示すフローチ
ャートである。

【図２０】従来の燃料電池の制御装置を示すブロック
図である。

【図２１】従来の燃料電池の制御装置の補正空気流量
演算装置を示すブロック図である。

【図２２】従来の燃料電池の制御装置の空気調節弁駆
動装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１改質器、２バーナ、３燃焼用空気流量調節弁、
４燃焼用空気流量計、５原燃料流量調節弁、６原
燃料流量計、９温度計、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０
Ｃ補正空気流量演算装置、１１、１１Ａ空気調節弁
駆動装置、１２Ａ関数器、１３Ａ減算器、１４Ａ
補正量演算器、１５Ａ関数器、１６Ａ基準流量演算
器、１７Ａ加算器、１８Ａ減算器、１９Ａ駆動信
号演算器、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ補正原燃料
流量演算装置、３１原燃料流量制御装置、３２関数
器、３３減算器、３４３４Ａ補正量演算器、３５
関数器、３６消費量演算器、３７変換演算器、３８
減算器、３９演算器、４４、４５、４６補正切換
判定装置、２０判定出力による改質器温度設定値関数
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流入される原燃料を加熱して改質し、燃
料電池の水素燃料ガスを得ると共に、前記燃料電池の電
池排ガスを流入された燃料用空気により燃焼させて前記
原燃料を加熱する改質器を有する燃料電池の制御装置に
おいて、前記改質器の温度を設定温度に維持しつつ前記原燃料を
加熱するために、前記燃料電池の発電出力と前記改質器
の測定温度に基づいて、前記燃焼用空気流量を制御する
燃焼用空気流量制御手段と、前記燃料電池の発電出力と
前記改質器の測定温度に基づいて、前記原燃料の流量を
制御する原燃料流量制御手段とを備え、前記各手段は流
量制御を個別に行う燃料電池の制御装置であって、前記燃焼用空気流量制御手段は、前記燃料電池の発電出
力に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を定めるための
基準空気流量演算手段と、前記改質器の温度を設定温度
に維持するために、前記発電出力と前記改質器の測定温
度に基づいて前記燃焼用空気流量の基準流量を補正する
ための補正空気流量演算手段とを備え、前記原燃料流量
制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて原燃料
流量の基準流量を定めるための基準原燃料流量演算手段
と、前記発電出力と前記改質器の測定温度に基づいて前
記原燃料流量の基準流量を補正するための補正原燃料流
量演算手段とを備え、前記燃焼用空気流量の制御は燃焼用空気流量調節弁の開
度を制御することで行われ、前記燃焼用空気流量調節弁
の開度に基づき、前記補正空気流量演算手段による前記
燃焼用空気流量の基準流量の補正と、前記補正原燃料流
量演算手段による前記補正原燃料流量の基準流量の補正
とを使い分けることを特徴とする燃料電池の制御装置。
【請求項２】流入される原燃料を加熱して改質し、燃
料電池の水素燃料ガスを得ると共に、前記燃料電池の電
池排ガスを流入された燃料用空気により燃焼させて前記
原燃料を加熱する改質器を有する燃料電池の制御装置に
おいて、前記改質器の温度を設定温度に維持しつつ前記原燃料を
加熱するために、前記燃料電池の発電出力と前記改質器
の測定温度に基づいて、前記燃焼用空気流量を制御する
燃焼用空気流量制御手段と、前記燃料電池の発電出力と
前記改質器の測定温度に基づいて、前記原燃料の流量を
制御する原燃料流量制御手段とを備え、前記各手段は流
量制御を個別に行う燃料電池の制御装置であって、前記燃焼用空気流量制御手段は、前記燃料電池の発電出
力に基づいて燃焼用空気流量の基準流量を定めるための
基準空気流量演算手段と、前記改質器の温度を設定温度
に維持するために、前記発電出力と前記改質器の測定温
度に基づいて前記燃焼用空気流量の基準流量を補正する
ための補正空気流量演算手段とを備え、前記原燃料流量
制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて原燃料
流量の基準流量を定めるための基準原燃料流量演算手段
と、前記発電出力と前記改質器の測定温度に基づいて前
記原燃料流量の基準流量を補正するための補正原燃料流
量演算手段とを備え、前記改質器の設定温度と前記改質器の測定温度との温度
差に基づき、前記補正空気流量演算手段による前記燃焼
用空気流量の基準流量の補正と、前記補正原燃料流量演
算手段による前記原燃料流量の基準流量の補正とを使い
分けることを特徴とする燃料電池の制御装置。
【請求項３】前記改質器の設定温度と前記改質器の測
定温度の温度差が一定範囲にある場合には、前記補正原
燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基準流量の補
正のみを行い、前記補正空気流量演算手段による補正量
は温度が一定範囲に入る直前の値に固定されることを特
徴とする請求項２の燃料電池の制御装置。
【請求項４】前記改質器の設定温度と前記改質器の測
定温度の温度差が一定範囲にあり、かつ前記補正空気流
量演算手段の補正量が所定範囲外の時には、前記所定範
囲内となるように、前記補正空気流量演算手段により前
記燃焼用空気流量を漸増減することを特徴とする請求項
２の燃料電池の制御装置。
【請求項５】前記改質器の温度が運転上限温度または
下限温度になった場合には、前記補正原燃料流量演算手
段による前記原燃料流量の基準流量の補正量を前記運転
上限温度または下限温度になる直前の値に固定し、前記
補正空気流量演算手段による前記燃焼用空気流量の基準
流量の補正動作のみを行うことを特徴とする請求項２の
燃料電池の制御装置。
【請求項６】前記原燃料流量の補正により前記原燃料
流量が前記燃料電池の動作を安定に行うに必要な流量限
界を越える場合には、前記温度差によらず前記補正原燃
料流量演算手段による前記原燃料流量の基準流量の補正
量を前記流量限界を越える直前の値に固定し、前記補正
空気流量演算手段による前記燃焼用空気流量の基準流量
の補正動作のみを行うことを特徴とする請求項２乃至請
求項５のいずれかの燃料電池の制御装置。
【請求項７】前記燃料電池の出力を変化させた時に
は、出力の変化中および変化終了後の一定時間は、前記
補正原燃料流量演算手段による前記原燃料流量の基準流
量の補正量を負荷変化直前の値に固定することを特徴と
する請求項２乃至請求項５のいずれかの燃料電池の制御
装置。