JP3387234B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池発電装置に
係わり、燃料電池装置の発電特性の劣化に対応が可能で
あり，また，燃料電池装置が出力する電流値の時間的な
増大量の規制が可能であるように改良された燃料電池発
電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料が持っている化学的エネルギ
ーを直接に電気エネルギーに変換する燃料電池装置が知
られるようになり、他のエネルギー機関と比較して、エ
ネルギーの回収効率が比較的高く、しかも炭酸ガスや窒
素酸化物等の大気汚染物質の排出量が少ないことから、
いわゆるクリーン・エネルギー源として期待されてい
る。この燃料電池装置としては、これに使用される電解
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池装置が既
に知られている。

【０００３】以下に、電解質としてりん酸を用いている
りん酸型の燃料電池装置を対象として、燃料電池装置を
用いた発電装置である燃料電池発電装置の従来例につい
て説明する。図４は、従来例の燃料電池発電装置の要部
の構成をその負荷装置と共に示すそのブロック図であ
る。図４において、８は、周知のりん酸型の燃料電池装
置３、燃料ガス供給装置４、原燃料供給装置５、酸化剤
ガス供給装置６、電力変換装置７、制御装置８１を備え
た燃料電池発電装置であり、９は負荷装置である。燃料
ガス供給装置４は、原燃料供給装置５から原燃料５ａの
供給を受けて、この原燃料５ａを水蒸気改質により水素
成分に富む改質ガスに改質する、改質用触媒を持つ図示
しない燃料改質器を主体として備えており、必要に応じ
ては、これに一酸化炭素ガスの含有率を低減するための
シフトコンバータ等を備えている場合も有る。

【０００４】この燃料ガス供給装置４は、水素成分に富
む改質ガスである燃料ガス４ａを燃料電池装置３に供給
する。そうして、この燃料ガス４ａの供給量の調整は、
原燃料供給装置５が備える電気駆動式の調整弁５１の弁
開度を調整して、原燃料５ａの供給量を調整することで
行われる。酸化剤ガス供給装置６は、燃料電池装置３に
酸素を多く含む大気等の酸化剤ガス６ａを供給する電動
ブロワを主体とする装置である。そうして、酸化剤ガス
６ａの供給量の調整は、電動ブロワが備える可変速電動
機６１の回転数を調整することで行われる。

【０００５】燃料電池装置３は、既によく知られている
ように、電解質であるりん酸を含んだ多孔質の電解質層
を間に挟んで対峙して配置された、燃料電極と酸化剤電
極とからなる，図示しない単位燃料電池セルの積層体を
備えている。このように構成された燃料電池装置３は、
燃料ガス４ａを燃料電極に通流させ、また、酸化剤ガス
６ａを酸化剤電極に通流させ、りん酸を含んだ電解質層
を介して、燃料ガス４ａ中の水素と，酸化剤ガス６ａ中
の酸素とを電気化学反応させることにより、燃料電極と
酸化剤電極との間に直流電気を発生させる。このように
して燃料電池装置３で得られた直流電気は、直流電流３
ａを持つ直流電力として負荷装置９に向けて出力され
る。

【０００６】負荷装置９は、直流負荷の場合も有るが、
交流負荷の場合も有り得、交流負荷の場合には、その周
波数値は特定されるものでは無い。また、その必要とす
る電圧値は、燃料電池装置３が出力する直流電力が持つ
電圧値と同一値に限定されるものでは無い。このような
負荷装置９に、燃料電池装置３から出力された直流電力
の供給を可能とするために設置されているのが、公知の
電気装置である電力変換装置７である。従って、電力変
換装置７の出力７ａは、燃料電池発電装置８が負荷装置
９に対して、負荷装置９に適合した周波数値，電圧値，
相数値として供給する供給電力８ａでもある。

【０００７】燃料電池発電装置８においては、電力変換
装置７は、燃料電池装置３から出力された直流電力を、
負荷装置９に適合した周波数値，電圧値，相数値に変換
すると共に、負荷装置９が必要とする電力値の供給電力
８ａを、負荷装置９に出力するよう制御する役目を果た
している。また燃料電池発電装置８においては、電力変
換装置７から負荷装置９が必要とする量の電力の供給を
可能とするためには、これに対応する値の電力を燃料電
池装置３から出力させる必要が有り、そのためには、燃
料電池装置３にこれに対応する量の原燃料５ａと酸化剤
ガス６ａを供給する必要が有るものである。制御装置８
１は、電力変換装置７が出力すべき出力７ａの値に関す
る信号を電力変換装置７に与えると共に、原燃料５ａと
酸化剤ガス６ａ（以降、これ等の両ガスを総称する場合
に、プロセスガスという場合が有る。）の供給量に関す
る制御指令の信号を、原燃料供給装置５および酸化剤ガ
ス供給装置６に与える役目も担っている。

【０００８】制御装置８１は、出力電力設定器８１１、
電力検出器８１２、電流検出器８１３および調整器８１
４を備えている。出力電力設定器８１１は、電力変換装
置７が出力すべき出力７ａの値を設定し、この出力７ａ
の値に対応する信号８１１ａを出力し、電力検出器８１
２は、電力変換装置７が出力している出力７ａの値を検
出し、この出力７ａの値に対応する信号８１２ａを出力
する。電流検出器８１３は、ＤＣＣＴ，シャント抵抗器
等のごとき装置であって、燃料電池装置３が出力してい
る直流電流である出力電流３ａの値を検出し、出力電流
３ａの値に対応する信号８１３ａを出力する。調整器８
１４は、信号８１３ａを入力し、信号８１３ａによる出
力電流３ａの値を得るのに必要となる原燃料５ａの量お
よび酸化剤ガス６ａの量を、ファラデーの法則を基にし
て演算する。そうして、この演算結果に従う原燃料５ａ
の量に対応する調整弁５１の弁開度，酸化剤ガス６ａの
量に対応する可変速電動機６１の回転数とを演算し、こ
の演算結果に従う供給量に関する指令信号の信号８１４
ａを出力する。

【０００９】電力変換装置７は、前記の信号８１１ａ，
８１２ａを入力し、信号８１２ａを信号８１１ａに一致
させるべく定電力制御を行っており、一定電力値の出力
７ａを負荷装置９に供給するために必要な値の出力電流
３ａを燃料電池装置３から取り出している。原燃料供給
装置５および酸化剤ガス供給装置６は、前記の信号８１
４ａを入力し、燃料電池装置３が、前記による値の出力
電流３ａの供給を可能とする量の原燃料５ａ，酸化剤ガ
ス６ａを供給している。

【００１０】なお、原燃料５ａの供給量の異なる調整方
法としては、原燃料供給装置５に可変速電動機で駆動さ
れる電動ポンプを備え、この可変速電動機の回転数を調
整する方法なども知られている。また、酸化剤ガス６ａ
の供給量の異なる調整方法としては、酸化剤ガス供給装
置６に電気駆動式の調整弁を備え、この調整弁の弁開度
を調整する方法なども知られている。

【００１１】前述の構成を備えた従来例の燃料電池発電
装置８は、電力変換装置７によって定電力制御を行うこ
とで、出力電力設定器８１１で設定された一定電力値の
供給電力８ａを負荷装置９に供給することができてい
る。また、これに見合う量のプロセスガスを、出力電流
３ａを電流検出器８１３で検出し、フィードバック制御
することで供給するようにしている。

【００１２】ところで、燃料電池装置３が持つ単位燃料
電池セルは、長時間使用されると、その出力性能が低下
するという性質を持っている。このことを図５を用いて
説明する。図５では、横軸には燃料電池装置３の出力電
流Ｉ_F ３ａの値をとり、縦軸には、燃料電池装置３の出
力電圧Ｖ_F をとっている。図５中に実線で示されている
のが、出力電流Ｉ_F に対応する出力電圧Ｖ_F の関係のグ
ラフであり、２本の実線のグラフの内、Ｖ_F1を付したの
が運転開始直後における出力電圧Ｖ_F のグラフ、Ｖ_F2を
付したのが長時間運転後における出力電圧Ｖ_F のグラフ
である。また、図５中に点線で示したのは、出力電圧Ｖ
_F の特性の変化に対応する一定電力Ｐ_Fの点を結んだ等
電力線を示すグラフである。燃料電池発電装置８を一定
電力値Ｐ _F の供給電力８ａで運転する場合に、運転初期
においては、燃料電池装置３が供給すべき出力電流Ｉ_F
３ａの値は、図５中のＩ_F1であったものが、長時間使用
されると単位燃料電池セルの出力性能が低下すること
で、図５中のＩ_F2に増加することになるのである。これ
に伴って、原燃料５ａ，酸化剤ガス６ａの供給量も増加
されるように制御されるのである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る燃料電池発電装置は、負荷装置への一定値の電力の供
給を行うことが可能であるが、次記する問題が有る。す
なわち、 原燃料供給装置，酸化剤ガス供給装置の供給能力、お
よび、燃料ガス供給装置の原燃料の改質能力は、単位燃
料電池セルの出力性能の低下を見込んだ余裕を持たせる
必要が有るので、燃料電池発電装置の小型化を図る場合
の制約条件となっている。

【００１４】出力電力設定器から出力電力値の急増が
指令された場合には、プロセスガスの供給量は急増され
る必要が有る。しかし、燃料ガスは、前述したように燃
料ガス供給装置が持つ燃料改質器によって原燃料から改
質されるものであり、原燃料は改質用触媒の充填層中を
通流される必要が有ること等から、長い遅れ時間を持っ
ている。従って、出力電力値の増加を指令された場合
に、その増加度があまりにも急激であると、一時的に燃
料ガスの不足状態を生じることが起こり得る。このよう
なプロセスガスの不足状態がいったん生じた場合には、
燃料電池装置の持つ特有の性質によってその出力電圧は
低下する。この出力電圧の低下によって、燃料電池装置
の出力電流値はキープされていても、燃料電池装置が出
力する直流電力値は低下する。そうすると、従来技術に
よる燃料電池発電装置が持つ制御装置の前述した制御機
能によって、燃料電池装置はより大きな値の電流の出力
を制御装置から指令されることになる。このことが、プ
ロセスガスの不足状態を促進し、決定的なプロセスガス
の不足状態を招き、燃料電池装置は急激に出力電流値を
増大し、ついには、保護停止に到るという重大事故を招
来することになりかねないのである。

【００１５】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その第一の目的は、プロセスガ
スの供給装置の小型化が可能な燃料電池発電装置を提供
することにあり、その第二の目的は、プロセスガスの不
足状態の発生を防止することが可能な燃料電池発電装置
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の第一
の目的は、 １）燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて直流電力を
発生する燃料電池装置と、原燃料を改質触媒によって改
質することで燃料ガスを生成し，この燃料ガスを燃料電
池装置に供給する燃料ガス供給装置と、燃料ガス供給装
置に原燃料を供給する原燃料供給装置と、燃料電池装置
に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料電
池装置で発生された直流電力を，直流電力または交流電
力に変換する電力変換装置と、電力変換装置に対しては
その出力値を，原燃料供給装置に対しては原燃料の供給
量を，酸化剤ガス供給装置に対しては酸化剤ガスの供給
量を指令する制御装置とを備えた燃料電池発電装置にお
いて、制御装置は、燃料電池装置が出力すべき直流電流
値である電流指令値を生成し，燃料電池装置が出力すべ
き直流電流値であり，しかも，この直流電流値の最大値
が制限された電流指令値を生成し，電流指令値に対応す
る信号を出力する出力電流指令器と、燃料電池装置から
出力された直流電流値を検出し，この直流電流値に対応
する信号を出力する電流検出器と、出力電流指令器から
出力された信号と電流検出器から出力された信号とを入
力し，両信号の差に基づき，電力変換装置が燃料電池装
置から取り出すべき直流電流値に対応する信号を電力変
換装置に向けて出力する電力変換装置用の調整器と、出
力電流指令器から出力された信号を入力し，原燃料供給
装置および酸化剤ガス供給装置のそれぞれに，両供給装
置が供給すべき燃料ガス供給量および酸化剤ガス供給量
に対応する信号を出力するガス供給装置用の調整器とを
備える構成とすること、により達成される。

【００１７】この発明では前述の第二の目的は、 ２）燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて直流電力を
発生する燃料電池装置と、原燃料を改質触媒によって改
質することで燃料ガスを生成し，この燃料ガスを燃料電
池装置に供給する燃料ガス供給装置と、燃料ガス供給装
置に原燃料を供給する原燃料供給装置と、燃料電池装置
に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料電
池装置で発生された直流電力を，直流電力または交流電
力に変換する電力変換装置と、電力変換装置に対しては
その出力値を，原燃料供給装置に対しては原燃料の供給
量を，酸化剤ガス供給装置に対しては酸化剤ガスの供給
量を指令する制御装置とを備えた燃料電池発電装置にお
いて、制御装置は、燃料電池装置が出力すべき直流電流
値である電流指令値を生成し，しかも，この直流電流値
の時間に対する変化量が制限された電流指令値を生成
し，電流指令値に対応する信号を出力する出力電流指令
器と、燃料電池装置から出力された直流電流値を検出
し，この直流電流値に対応する信号を出力する電流検出
器と、出力電流指令器から出力された信号と電流検出器
から出力された信号とを入力し，両信号の差に基づき，
電力変換装置が燃料電池装置から取り出すべき直流電流
値に対応する信号を電力変換装置に向けて出力する電力
変換装置用の調整器と、出力電流指令器から出力された
信号を入力し，原燃料供給装置および酸化剤ガス供給装
置のそれぞれに，両供給装置が供給すべき燃料ガス供給
量および酸化剤ガス供給量に対応する信号を出力するガ
ス供給装置用の調整器とを備える構成とすること、によ
り達成される。

【００１８】

【作用】この発明においては、燃料電池発電装置におい
て、 制御装置を、燃料電池装置が出力すべき直流電流値
（すなわち出力電流値）であり，しかも，この出力電流
値の最大値が制限された電流指令値を生成し，電流指令
値に対応する信号を出力する出力電流指令器と、燃料電
池装置から出力された直流電流値を検出し，この直流電
流値に対応する信号を出力する電流検出器と、出力電流
指令器から出力された信号と電流検出器から出力された
信号とを入力し，両信号の差に基づき，電力変換装置が
燃料電池装置から取り出すべき直流電流値に対応する信
号を電力変換装置に向けて出力する電力変換装置用の調
整器と、出力電流指令器から出力された信号を入力し，
原燃料供給装置および酸化剤ガス供給装置のそれぞれ
に，両供給装置が供給すべき燃料ガス供給量および酸化
剤ガス供給量に対応する信号を出力するガス供給装置用
の調整器とを備える構成とすることにより、燃料電池発
電装置，従って，電力変換装置が負荷装置に供給する電
力値を増大させる場合には、制御装置は、燃料電池装置
に対する増大された出力電流値が設定された場合に、設
定された出力電流値の如何にかかわらず、燃料電池装置
の出力電流値の最大値が制限された電流指令値を出力電
流指令器で生成する。この電流指令値が持つ最大値は、
例えば、燃料電池装置の初期値における最大定格出力電
流値に定めることが可能である。これにより、プロセス
ガスの最大供給量は、燃料電池装置の単位燃料電池セル
の出力性能の低下を見込んだ余裕を持たせる必要を無く
すことが可能となる。

【００１９】制御装置を、燃料電池装置が出力すべき
直流電流値（すなわち出力電流値）であり，しかも，こ
の出力電流値の時間に対する変化量が制限された電流指
令値を生成し，電流指令値に対応する信号を出力する出
力電流指令器と、燃料電池装置から出力された直流電流
値を検出し，この直流電流値に対応する信号を出力する
電流検出器と、出力電流指令器から出力された信号と電
流検出器から出力された信号とを入力し，両信号の差に
基づき，電力変換装置が燃料電池装置から取り出すべき
直流電流値に対応する信号を電力変換装置に向けて出力
する電力変換装置用の調整器と、出力電流指令器から出
力された信号を入力し，原燃料供給装置および酸化剤ガ
ス供給装置のそれぞれに，両供給装置が供給すべき燃料
ガス供給量および酸化剤ガス供給量に対応する信号を出
力するガス供給装置用の調整器とを備える構成とするこ
とにより、燃料電池発電装置，従って，電力変換装置が
負荷装置に供給する電力値を増大させる場合には、制御
装置は、燃料電池装置に対する増大された出力電流値が
設定された場合に、設定された直流電流値の増加度合い
の如何にかかわらず、燃料電池装置の出力電流値の時間
に対する変化量が制限された電流指令値を出力電流指令
器で生成する。この電流指令値が持つ時間に対する変化
量の最大値は、例えば、燃料ガスが持つ遅れ時間に対応
した値に定めることが可能である。これにより、燃料電
池装置の出力電力値の増加が指令された場合の、燃料ガ
スの不足状態の発生を防止することが可能である。そう
して、燃料電池装置の出力電流値の急増を防止すること
が可能となる。

【００２０】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１；図２は、請求項１に対応するこの発明の一実
施例による燃料電池発電装置の要部の構成を示すそのブ
ロック図である。図２において、図４に示した従来例に
よる燃料電池発電装置と同一部分には同じ符号を付し、
その説明を省略する。なお、図２中には、図４で付した
符号については、代表的な符号のみを記した。図２にお
いて、１Ａは、図４に示した従来例による燃料電池発電
装置８に対して、電力変換装置７および制御装置８１に
替えて、電力変換装置７Ａおよび制御装置２Ａを用いる
ようにした燃料電池発電装置である。

【００２１】制御装置２Ａは、電流指令器２６Ａと、電
力変換装置用の調整器２９と、ガス供給装置用の調整器
２８と、電流検出器８１３とを備えている。電流指令器
２６Ａは、燃料電池装置３が出力すべき出力電流３ａの
値を設定して，出力電流３ａの設定値に対応する信号２
７ａを出力する出力電流設定器２７と、信号２７ａを入
力し出力電流３ａの最大値が制限された電流指令値２６
Ａａを生成する出力電流制限器２４を備えている。出力
電流制限器２４は、出力電流３ａの最大値を、燃料電池
装置３の初期値における最大定格出力電流値（この事例
では、図５におけるＩ_F1であるとする。）に定めてい
る。

【００２２】調整器２９は、電力変換装置７Ａが燃料電
池装置３から取り出すべき直流電流値に対応する信号２
ａを電力変換装置７Ａに向けて出力する回路装置であ
る。この調整器２９では、電流指令値２６Ａａと信号８
１３ａとを入力し、電流指令値２６Ａａを基準値として
差引き点２９１において信号８１３ａとの差である差信
号を得る、フィードバック制御が行われている。この差
信号を調整器本体２９２に入力し、差信号に基づいて調
整器本体２９２において、電力変換装置７Ａが燃料電池
装置３から取り出すべき直流電流値に対応させ、しか
も、出力電流３ａの最大値を制限できる信号２ａを生成
する。電力変換装置７Ａは、従来例の燃料電池発電装置
８が備える電力変換装置７が定電力制御であるのに対し
て、信号２ａに基づいて，燃料電池装置３の出力電流３
ａの値を一定値に制御するところが異なっている。従っ
て、電力変換装置７Ａは、信号２ａに基づいた値を持つ
出力電流３ａである直流電流を燃料電池装置３から取り
出し、これにより燃料電池装置３から入力された直流電
力を、図示しない負荷装置（例えば、図４中に示した負
荷装置９である。）に適合した周波数値，電圧値，相数
値の出力７ａに変換して出力する。

【００２３】調整器２８は、電流指令値２６Ａａを入力
し、電流指令値２６Ａａによる出力電流３ａの値を得る
のに必要となる原燃料５ａの量および酸化剤ガス６ａの
量を、ファラデーの法則を基にして演算する。そうし
て、原燃料供給装置５および酸化剤ガス供給装置６のそ
れぞれに、電流指令値２６Ａａに対応する，両供給装置
が供給すべき燃料ガス５ａの供給量および酸化剤ガス６
ａの供給量に対応する信号２８ａを出力する。信号２８
ａを入力した原燃料供給装置５および酸化剤ガス供給装
置６は、従来例の燃料電池発電装置８において信号８１
４ａを入力した場合と同様に、燃料電池装置３が電流指
令値２６Ａａに対応する出力電流３ａの供給を可能とす
る量の、原燃料５ａ，酸化剤ガス６ａを供給する。

【００２４】図２に示す実施例では前述の構成としたの
で、燃料電池発電装置１Ａ（電力変換装置７Ａでもあ
る。）が負荷装置に供給する電力値を増大させる際に
は、制御装置２Ａが持つ出力電流設定器２７で、増大さ
れた出力電流３ａの値を設定する。この時、出力電流設
定器２７で設定された出力電流３ａの値が、Ｉ_F1を越え
る大きな値であったとしても、制御装置２Ａは、燃料電
池装置３の出力電流３ａの最大値を、出力電流制限器２
４が持つ機能によって、Ｉ_F1に制限された電流指令値に
対応する信号２ａを出力することになる。すなわち、燃
料電池装置３は、単位燃料電池セルに出力性能の低下を
生じたとしても、その出力電流３ａの最大値はＩ_F1に規
制されるのである。これにより、原燃料供給装置５，酸
化剤ガス供給装置６の供給能力、および、燃料ガス供給
装置４の原燃料５ａの改質能力に余裕を持たせる必要は
無くなるのである。

【００２５】実施例２；図３は、請求項２に対応するこ
の発明の一実施例による燃料電池発電装置の要部の構成
を示すそのブロック図である。図３において、図２に示
した請求項１に対応するこの発明の一実施例による燃料
電池発電装置、および、図４に示した従来例による燃料
電池発電装置と同一部分には同じ符号を付し、その説明
を省略する。なお、図３中には、図４で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。図３において、１
Ｂは、図２に示した請求項１に対応するこの発明による
燃料電池発電装置１Ａに対して、制御装置２Ａに替え
て、制御装置２Ｂを用いるようにした燃料電池発電装置
である。

【００２６】制御装置２Ｂは、図２中に示した制御装置
２Ａに対して、電流指令器２６Ａに替えて、出力電流設
定器２７と電流変化度制限器２５とを有する電流指令器
２６Ｂを用いていることが相異している。電流変化度制
限器２５は、信号２７ａを入力し出力電流３ａの時間に
対する変化量の最大値が制限された電流指令値２６Ｂａ
を生成する回路装置である。この事例の場合には、出力
電流３ａの時間に対する変化量の最大値は、原燃料５ａ
の増量時の燃料ガス４ａの増加遅れ時間程度に定められ
ている。

【００２７】調整器２９は、制御装置２Ｂにおいては、
電流指令値２６Ｂａと信号８１３ａとを入力し、電流指
令値２６Ｂａを基準値として差引き点２９１において信
号８１３ａとの差をとり、この差信号を調整器本体２９
２に入力するように構成されていることが制御装置２
Ａ、従って、燃料電池発電装置１Ａの場合と異なってい
る。しかし、調整器本体２９２以降の構成は、燃料電池
発電装置１Ａの場合と同一である。また、調整器２８
は、制御装置２Ｂにおいては、電流指令値２６Ｂａを入
力するように構成されていることが制御装置２Ａ、従っ
て、燃料電池発電装置１Ａの場合と異なっている。しか
し、調整器２８以降の構成は、燃料電池発電装置１Ａの
場合と同一である。

【００２８】図３に示す実施例では前述の構成としたの
で、燃料電池発電装置１Ｂ（電力変換装置７Ａでもあ
る。）が負荷装置に供給する電力値を増大させる際に
は、制御装置２Ｂが持つ出力電流設定器２７で、増大さ
れた出力電流３ａの値を設定する。制御装置２Ｂは、燃
料電池装置３に対する増大された出力電流３ａの値が出
力電流設定器２７で設定された場合に、その増加状態が
例えばステップ状に急増する設定のされ方であっても、
燃料電池装置３の出力電流３ａの時間に対する変化量の
最大値を、電流変化度制限器２５による、例えば、燃料
ガス４ａが持つ遅れ時間に対応した値に規制されること
になる。また、プロセスガスも、その時間に対する変化
量の最大値は、電流変化度制限器２５による、例えば、
燃料ガス４ａが持つ遅れ時間に対応した値に定められる
ことになる。すなわち、燃料電池装置３には、燃料ガス
４ａが持つ遅れ時間に対応する、時間と共に緩やかに増
加するプロセスガスが供給され、燃料電池装置３が出力
すべき出力電流３ａの時間に対する増加量も、燃料ガス
４ａが持つ遅れ時間に対応していることになる。これに
より、出力電流設定器２７によりステップ状に急増する
出力電力値の増加が設定された場合であっても、燃料電
池装置３においての燃料ガス４ａの不足状態は、発生す
ることが無くなるのである。

【００２９】実施例３；図１は、請求項１及び２に対応
するこの発明の一実施例による燃料電池発電装置の要部
の構成を示すそのブロック図である。図１において、図
２〜図４に示した燃料電池発電装置と同一部分には同じ
符号を付し、その説明を省略する。なお、図１中には、
図２，図４で付した符号については、代表的な符号のみ
を記した。図１において、１は、図２に示した請求項１
に対応するこの発明による燃料電池発電装置１Ａに対し
て、制御装置２Ａに替えて、制御装置２を用いるように
した燃料電池発電装置である。

【００３０】制御装置２は、制御装置２Ａに対して、電
流指令器２６Ａに替えて、出力電流設定器２３，出力電
流制限器２４，および，電流変化度制限器２５を有する
電流指令器２６を用いていることが相異している。出力
電流設定器２３は、出力電力設定器２１と信号変換器２
２とで構成されている。ここで出力電力設定器２１は、
電力変換装置３が出力すべき出力電流３ａの値に対応す
る出力電力Ｐ_3aの値を設定し、この出力電力Ｐ_3aの値に
対応する信号２１ａを出力する回路装置である。また、
信号変換器２２は、信号２１ａを入力し、出力電流３ａ
の設定値に対応し、前記の燃料電池発電装置１Ａにおけ
る出力電流設定器２７が出力する信号２７ａと同一内容
の信号である、信号２７ａを出力するリニアライザ等の
回路装置である。この制御装置２においては、電流変化
度制限器２５は、前記の燃料電池発電装置１Ｂが備える
制御装置２Ｂの場合と同様に、信号２７ａを入力し出力
電流３ａの時間に対する変化量の最大値が制限された電
流指令値に対応する信号２５ａを生成する。また、出力
電流制限器２４は、信号２５ａを入力し、信号２５ａが
持つ出力電流３ａの時間に対する変化量の最大値に関す
る前記の制限に加えて、出力電流３ａの最大値が制限さ
れた電流指令値に対応する信号２６ａを生成する。

【００３１】調整器２９は、制御装置２においては、電
流指令値２６ａと信号８１３ａとを入力し、電流指令値
２６ａを基準値として差引き点２９１において信号８１
３ａとの差をとり、この差信号を調整器本体２９２に入
力するように構成されていることが制御装置２Ａ，２
Ｂ、従って、燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂの場合と異な
っている。しかし、調整器本体２９２以降の構成は、燃
料電池発電装置１Ａ，１Ｂの場合と同一である。また、
調整器２８は、制御装置２においては、電流指令値２６
ａを入力するように構成されていることが制御装置２
Ａ，２Ｂ、従って、燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂの場合
と異なっている。しかし、調整器２８以降の構成は、燃
料電池発電装置１Ａ，１Ｂの場合と同一である。

【００３２】図１に示す実施例では前述の構成としたの
で、燃料電池発電装置１（電力変換装置７Ａでもあ
る。）が負荷装置に供給する電力値を増大させる際に
は、制御装置２が持つ出力電力設定器２１で増大された
出力電流３ａの値に対応する出力電力Ｐ_3aの値を設定す
る。このことにより燃料電池発電装置１では、発電装置
の運転に習熟している運転員が扱い慣れた電力の値で、
その出力値の設定を可能としているのである。制御装置
２では、出力電力Ｐ_3aの値が設定された場合に、信号変
換器２２によって、燃料電池装置３に対する増大された
出力電流３ａの値に対応する信号２７ａに変換され、以
降では、制御装置２Ａや制御装置２Ｂと同一の制御方法
を採るようにしている。

【００３３】信号２７ａ以降の構成は、燃料電池発電装
置１Ａ，１Ｂの場合と基本的には同一であるが、この燃
料電池発電装置１は、燃料電池発電装置１Ａと燃料電池
発電装置１Ｂがそれぞれ備える構成を合わせて備えるこ
とが、燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂに対して相異してい
るところである。従って、燃料電池発電装置１が備える
機能は、前述の燃料電池発電装置１Ａ，燃料電池発電装
置１Ｂがそれぞれ備える機能と同一であるので、その説
明を省略する。

【００３４】実施例３における今までの説明では、制御
装置２の備える出力電流制限器２４は、電流変化度制限
器２５の出力である信号２５ａを入力するものであると
してきたが、これに限定されるものではなく、例えば、
出力電流制限器２４が信号２７ａを入力し、出力電流値
３ａの時間に対する変化量の最大値を制限された電流指
令値に対応する信号を出力し、この信号を電流変化度制
限器２５に与えるようにしてもよいものである。

【００３５】実施例１〜３における今までの説明では、
制御装置２，２Ａ，２Ｂの備える、電流指令器２６，２
６Ａ，２６Ｂ、調整器２８，２９は、また、電流検出器
８１３の、検出された出力電流３ａの値をこれに対応す
る信号８１３ａに変換する部分は、それぞれを構成して
いる出力電流設定器２７等を含めて、それぞれ単一の回
路装置であるとしてきたが、これに限定されるものでは
なく、例えば、適宜に合体させて構成してもよいし、ま
た、これ等は、必ずしもハードとして構成するもので有
る必要は無く、その一部または全部を、例えば、コンピ
ュータのプログラムとして構成してもよいものである。

【００３６】

【発明の効果】この発明においては、前述の構成とした
ことにより、次記する効果を奏する。 この発明による燃料電池発電装置は、負荷装置への供
給電力値を増大する際には、燃料電池装置から取り出す
出力電流値で、しかも、その最大値を制限して増大する
ようにしている。これにより、プロセスガスの供給能力
に余裕を持たせる必要が無いので、燃料電池発電装置の
小型化を図れ、また、燃料電池発電装置の製造原価を低
減することが可能となる。

【００３７】この発明による燃料電池発電装置は、負
荷装置への供給電力値を増大する際には、燃料電池装置
から取り出す出力電流値で、しかも、出力電流値の時間
に対する変化量を制限して増大するようにしている。こ
れにより、燃料電池装置においての燃料ガスの不足状態
の発生を解消することができ、信頼性の高い燃料電池発
電装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び２に対応するこの発明の一実施例
による燃料電池発電装置の要部の構成を示すそのブロッ
ク図

【図２】請求項１に対応するこの発明の一実施例による
燃料電池発電装置の要部の構成を示すそのブロック図

【図３】請求項２に対応するこの発明の一実施例による
燃料電池発電装置の要部の構成を示すそのブロック図

【図４】従来例の燃料電池発電装置の要部の構成を負荷
装置と共に示すそのブロック図

【図５】一般の燃料電池装置が持つ出力電流−出力電圧
特性と、その性能の低下を説明するグラフ

【符号の説明】

１ 燃料電池発電装置 ２ 制御装置 ２ａ 信号 ２６ 電流指令器 ２６ａ 信号 ２８ 調整器 ２８ａ 信号 ２９ 調整器 ３ 燃料電池装置 ３ａ 出力電流 ５ａ 原燃料 ６ａ 酸化剤ガス ７Ａ 電力変換装置 ８１３ 電流検出器 ８１３ａ 信号

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料電池装置と、原燃料を改質触媒により
   改質して生成した燃料ガスをを燃料電池装置に供給する
   燃料ガス供給装置と、燃料ガス供給装置に原燃料を供給
   する原燃料供給装置と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供
   給する酸化剤ガス供給装置と、燃料電池装置で発生され
   た直流電力を直流電力または交流電力に変換する電力変
   換装置と、電力変換装置に対してはその出力値を，原燃
   料供給装置に対しては原燃料の供給量を，酸化剤ガス供
   給装置に対しては酸化剤ガスの供給量を指令する制御装
   置とを備えた燃料電池発電装置において、 前記制御装置は、 燃料電池装置が出力すべき直流電流値であってその最大
   値が制限された電流指令値を生成し，前記電流指令値に
   対応する信号を出力する出力電流指令器と、 燃料電池装置から出力された直流電流値を検出し，この
   直流電流値に対応する信号を出力する電流検出器と、 出力電流指令器から出力された信号と電流検出器から出
   力された信号とを入力し，両信号の差に基づいて電力変
   換装置が燃料電池装置から取り出すべき直流電流値に対
   応する信号を電力変換装置に向けて出力する電力変換装
   置用の調整器と、 出力電流指令器から出力された信号を入力し，原燃料供
   給装置および酸化剤ガス供給装置のそれぞれに，両供給
   装置が供給すべき燃料ガス供給量および酸化剤ガス供給
   量に対応する信号を出力するガス供給装置用の調整器と
   を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】燃料電池装置と、原燃料を改質触媒により
   改質して生成した燃料ガスをを燃料電池装置に供給する
   燃料ガス供給装置と、燃料ガス供給装置に原燃料を供給
   する原燃料供給装置と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供
   給する酸化剤ガス供給装置と、燃料電池装置で発生され
   た直流電力を直流電力または交流電力に変換する電力変
   換装置と、電力変換装置に対してはその出力値を，原燃
   料供給装置に対しては原燃料の供給量を，酸化剤ガス供
   給装置に対しては酸化剤ガスの供給量を指令する制御装
   置とを備えた燃料電池発電装置において、 前記制御装置は、 燃料電池装置が出力すべき直流電流値であってこの直流
   電流値の時間に対する変化量が制限された電流指令値を
   生成し，この電流指令値に対応する信号を出力する出力
   電流指令器と、 燃料電池装置から出力された直流電流値を検出し，この
   直流電流値に対応する信号を出力する電流検出器と、 出力電流指令器から出力された信号と電流検出器から出
   力された信号とを入力し，両信号の差に基づいて電力変
   換装置が燃料電池装置から取り出すべき直流電流値に対
   応する信号を電力変換装置に向けて出力する電力変換装
   置用の調整器と、 出力電流指令器から出力された信号を入力し，原燃料供
   給装置および酸化剤ガス供給装置のそれぞれに，両供給
   装置が供給すべき燃料ガス供給量および酸化剤ガス供給
   量に対応する信号を出力するガス供給装置用の調整器と
   を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。