JP3784775B2 - Control method of fuel cell power generation system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池発電システムの制御方法に関し、特に、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて発電を行う燃料電池発電システムの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献】
「竹原善一郎監修：燃料電池の技術とその応用、pp. 141-142、テクノシステム（2000)」
二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて発電を行う燃料電池発電システムは、例えば、特願２００２−３２７２３３号に開示されている。
【０００３】
図１は、そのような、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率な発電を行う燃料電池発電システムの構成の一例を示している。図１に示した燃料電池発電システムでは、第一の燃料電池セルスタックとして固体酸化物形燃料電池セルスタック３８を用い、第二の燃料電池セルスタックとして固体高分子形燃料電池セルスタック９を用いている。図１に示した燃料電池発電システムの主な構成要素は、脱硫器２、改質器３、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８、ＣＯシフトコンバータ４、ＣＯ選択酸化器５、凝縮器２９、固体高分子形燃料電池セルスタック９、出力調整装置１６及び４８、流量制御弁（１０、１１、２７等）、空気供給用ブロワ１２及び配管類である。
【０００４】
図１において、１は燃料である天然ガス、２は脱硫器、３は改質器、４はＣＯシフトコンバータ、５はＣＯ選択酸化器、６は燃料極、７は固体高分子電解質、８は空気極、９は第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタックであり、この固体高分子形燃料電池セルスタック９は燃料極６、固体高分子電解質７及び空気極８を構成要素とする。１０は固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の流量を制御する流量制御弁、１１はＣＯ選択酸化器用空気２６の流量を制御する流量制御弁、１２は空気供給用ブロワ、１３は固体高分子形燃料電池セルスタック９から排出される空気極排ガス、１４は空気、１５は固体高分子形燃料電池セルスタック９から排出される燃料極排ガス、１６は出力調整装置、１７は負荷、１８は燃料電池直流出力、１９は送電端交流出力、２０はＣＯ選択酸化器５の排出ガスである、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた改質ガス、２１はＣＯシフトコンバータ４の排出ガスである、一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス、２２は水素リッチな改質ガス、２３は水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス、２４は脱硫天然ガス、２５は固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気、２６はＣＯ選択酸化器用空気、２７は天然ガス１の流量を制御する流量制御弁、２８は未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス、２９は凝縮器、３０は電池反応による生成水、３１は凝縮水、３２は脱硫器リサイクル用改質ガス、３３は脱硫器リサイクル用改質ガス３２の流量を制御する流量制御弁、３４はＣＯ選択酸化器用改質ガス、３５は燃料極、３６は固体酸化物電解質、３７は空気極、３８は第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタックであり、この固体酸化物形燃料電池セルスタック３８は燃料極３５、固体酸化物電解質３６及び空気極３７を構成要素とする。３９は固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気、４０は改質器リサイクル用燃料極排ガス４１の流量を制御する流量制御弁、４１は燃料極３５から排出され改質器リサイクルに用いられる改質器リサイクル用燃料極排ガス、４２は燃料極３５から排出されるすべての燃料極排ガスであり、この燃料極排ガス４２は改質器リサイクル用燃料極排ガス４１と排出用燃料極排ガス４５とに分かれる。４３は固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の流量を制御する流量制御弁、４４は固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から排出される空気極排ガス、４５はシステム外に排出される排出用燃料極排ガス、４６は水素リッチな改質ガス２２のＣＯシフトコンバータ４への流量を制御する流量制御弁、４７は水素リッチな改質ガス２２の固体電解質形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５への流量を制御する流量制御弁、４８は出力調整装置、４９は負荷、５０は燃料電池直流出力、５１は送電端交流出力である。
【０００５】
上記「水素リッチ」は、電池反応によって発電に寄与するに足りる濃度の水素を含有することを意味する。
【０００６】
図１において、固体高分子形燃料電池セルスタック９が一組の燃料極６、固体高分子電解質７及び空気極８からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際には固体高分子形燃料電池セルスタック９は前記単セルを複数積層することによって構成されている。同様に、固体電解質形燃料電池セルスタック３８も一組の燃料極３５、固体酸化物電解質３６及び空気極３７からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際には固体酸化物形燃料電池セルスタック３８は前記単セルを複数積層することによって構成されている。
【０００７】
以下、図１を用いて、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率な発電を行う燃料電池発電システムの運転形態を説明する。燃料の天然ガス１を脱硫器２に供給する。天然ガス１の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力１８の電池電流及び燃料電池直流出力５０の電池電流と流量制御弁２７の開度（すなわち、天然ガス１の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁２７の開度を制御することによって、燃料電池直流出力１８の電池電流及び燃料電池直流出力５０の電池電流に見合った値に設定する。
【０００８】
脱硫器２では、充填された脱硫触媒のコバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤の働きにより、改質器３の改質触媒と固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６及び固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５での電極触媒の劣化原因となる天然ガス１中のメルカプタン等の腐臭剤に含まれる硫黄分を水添脱硫により吸着除去する。すなわち、コバルト−モリブデン系触媒により最初に硫黄と水素を反応させて硫化水素を生成させ、次にこの硫化水素と酸化亜鉛を反応させることによって硫化亜鉛を生成させて、硫黄分を除去する。硫化水素の生成に必要な水素を供給するために、ＣＯシフトコンバータ４から排出される水素リッチな一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス２１の一部を、脱硫器リサイクル用改質ガス３２として脱硫器２にリサイクルする。脱硫器リサイクル用改質ガス３２の供給量は、予め設定された流量制御弁２７の開度（すなわち、天然ガス１の供給量）と流量制御弁３３の開度（すなわち、脱硫器リサクル用改質ガス３２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁３３の開度を制御することによって、天然ガス１の供給量と見合った値に設定する。水添脱硫反応と硫化亜鉛の生成反応は吸熱反応であり、反応に必要な反応熱は、後述する発熱反応であるＣＯシフトコンバータ４での水性シフト反応によって発生する熱をＣＯシフトコンバータ４から脱硫器２に供給することによってまかなう。
【０００９】
脱硫器２で脱硫された脱硫天然ガス２４は、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８で電池反応により生成した水蒸気を含む改質器リサイクル用燃料極排ガス４１と混合した後に、水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス２３として改質器３に供給する。改質器リサイクル用燃料極排ガス４１の供給量は、予め設定された流量制御弁２７の開度（すなわち、天然ガス１の供給量）と流量制御弁４０の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排ガス４１の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４０の開度を制御することによって、天然ガス１の供給量に対して予め設定された所定のスチームカーボン比（水蒸気と天然ガス中の炭素との比）となるように設定する。
【００１０】
改質器３では、充填された改質触媒の働きにより天然ガス１に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応が行われ、水素リッチな改質ガス２２がつくられる。天然ガス１の主成分であるメタンの水蒸気改質反応は下記（１）式で表される。
【００１１】
（メタンの水蒸気改質反応）
ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ２ （１）
この（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応等の炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、効率的に水素を生成させるためには、改質器３の外部から必要な反応熱を供給し、改質器３の温度を７００〜７５０℃に維持することが必要である。このため、後述する改質器３の近傍に設置された８００〜１０００℃で発電を行う固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の高温排熱を、改質反応に必要な反応熱として改質器３に供給する。
【００１２】
改質器３でつくられた水素リッチな改質ガス２２の一部は、ＣＯシフトコンバータ４に供給し、残りは固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５に供給する。ＣＯシフトコンバータ４への水素リッチな改質ガス２２の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力１８の直流電流と流量制御弁４６の開度（すなわち、ＣＯシフトコンバータ４への水素リッチな改質ガス２２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６の開度を制御することによって、燃料電池直流出力１８の直流電流に見合った値に設定する。一方、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５への水素リッチな改質ガス２２の供給量は、予め設定した燃料電池直流出力５０の直流電流と流量制御弁４７の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５への水素リッチな改質ガス２２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４７の開度を制御することによって、燃料電池直流出力５０の直流電流に見合った値に設定する。
【００１３】
固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７には、空気供給用ブロワ１２を用いて取り込んだ空気１４の一部を固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９として供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量は、予め設定した流量制御弁４７の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５への水素リッチな改質ガス２２の供給量）と流量制御弁４３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４３の開度を制御することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５への水素リッチな改質ガス２２の供給量に見合った値に設定する。
【００１４】
固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７では、金属酸化物系電極触媒の働きで、固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９中の酸素が下記（２）式に示す空気極反応により電子と反応し酸素イオンに変わる。
【００１５】
（空気極反応）
１/２Ｏ２ ＋ ２ｅ− → Ｏ２− （２）
空気極３７で生成した酸素イオンは、安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の固体酸化物電解質３６の内部を移動し、燃料極３５に到達する。燃料極３５では、ニッケル−ＹＳＺサーメット、ルテニウム−ＹＳＺサーメット等の金属系電極触媒の働きで、空気極から固体酸化物電解質３６の内部を燃料極に移動してきた酸素イオンが、下記（３）式及び（４）式に示す反応により燃料極３５に供給された水素リッチ改質ガス２２中の水素及び一酸化炭素と反応し、水蒸気または二酸化炭素と電子が生成する。
【００１６】
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋ Ｏ２− → Ｈ２Ｏ ＋ ２ｅ− （３）
ＣＯ ＋ Ｏ２− → ＣＯ２ ＋ ２ｅ− （４）
燃料極３５で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極３７に到達する。空気極３７に到達した電子は、前述した（２）式に示した空気極反応により酸素と反応する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力５０として取り出すことができる。
【００１７】
（２）式と（３）式、（２）式と（４）式を、それぞれまとめると、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の電池反応は、下記（５）式に示す水素と酸素から水蒸気ができる水の電気分解の逆反応と、下記（６）式に示す一酸化炭素と酸素から二酸化炭素が生成する反応として表すことができる。
【００１８】
（電池反応）
Ｈ２ ＋ １/２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （５）
ＣＯ ＋ １/２Ｏ２ → ＣＯ２ （６）
固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電によって得られた燃料電池直流出力５０は、負荷４９に合わせて出力調整装置４８で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力５１として負荷４９に供給する。なお、図１では、出力調整装置４８で直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置４８で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷４９に供給してもよい。固体酸化物燃料電池セルスタック３８の発電温度は、一般的に８００〜１０００℃であり、電池反応による発熱により発電温度が維持されている。このため、固体酸化物燃料電池セルスタック３８の高温排熱は、前述したように改質器３での炭化水素の水蒸気改質反応の反応熱として利用することができる。
【００１９】
燃料極３５で電池反応により生成した水蒸気を含む固体酸化物形燃料電池セルスタック３８からの燃料極排ガス４２の一部は、前述したように改質器３での炭化水素の水蒸気改質反応に必要な水蒸気を供給するために、改質器リサイクル用燃料極排ガス４１として脱硫天然ガス２４と混合して改質器３に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック３８からの燃料極排ガス４２の残りは、排出用燃料極排ガス４５として排出する。この排出用燃料極排ガス４５を、給湯、暖房及び吸収式冷凍機による冷房の熱源として利用することにより、システムの電気出力と熱利用を合わせた総合熱効率を向上させることが可能である。また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８からの空気極排ガス４４も、給湯、暖房及び吸収式冷凍機の熱源として利用することにより、システムの電気出力と熱利用を合わせた総合熱効率を向上させることが可能である。
【００２０】
一方、水素リッチな改質ガス２２には、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６の電極触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５に供給しない水素リッチな改質ガス２２は、銅−亜鉛系触媒等のシフト触媒が充填されたＣＯシフトコンバータ４に供給し、シフト触媒の働きにより下記（７）式に示す水性シフト反応を行わせることによって、水素リッチな改質ガス２２の一酸化炭素濃度を１％以下まで低減させる。
【００２１】
（水性シフト反応）
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ Ｈ２ （７）
水性シフト反応は発熱反応であり、発生した熱は脱硫器２に供給し、前述した吸熱反応である脱硫器２の硫化水素と硫化亜鉛の生成反応の反応熱として利用する。
【００２２】
ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス２１の一部は、前述したように脱硫器リサイクル用改質ガス３２として脱硫器２に供給し、残りは、改質ガス中の一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以上であると、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給した場合に電極触媒の劣化原因となるので、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させるために、ＣＯ選択酸化器用改質ガス３４として、白金、ルテニウム等の貴金属系触媒がＣＯ選択酸化触媒として充填されたＣＯ選択酸化器５に供給する。また、空気供給用ブロワ１２で取り込んだ空気１４の一部を、ＣＯ選択酸化器用空気２６としてＣＯ選択酸化器５に供給する。ＣＯ選択酸化器５では、ＣＯ選択酸化器用改質ガス３４に含まれる一酸化炭素を、発熱反応である下記（８）式に示すＣＯ選択酸化反応によりＣＯ選択酸化用空気２６中の酸素と反応させることによって二酸化炭素に変換し、ＣＯ選択酸化器用改質ガス３４の一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させる。
【００２３】
ＣＯ ＋ １/２Ｏ２ → ＣＯ２ （８）
ＣＯ選択酸化器用空気２６の供給量は、予め設定された流量制御弁４６の開度（すなわち、ＣＯシフトコンバータ４への水素リッチな改質ガス２２の供給量）と流量制御弁１１の開度（すなわち、ＣＯ選択酸化器用空気２６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１１の開度を制御することによって、ＣＯシフトコンバータ４への水素リッチな改質ガス２２の供給量に見合った値に設定する。
【００２４】
ＣＯ選択酸化器５でつくられた一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた改質ガス２０に含まれる未反応水蒸気は、凝縮器２９で１００℃以下に冷却することによって、凝縮水３１として回収する。凝縮器２９で未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス２８は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給する。一方、空気供給用ブロワ１２で取り込んだ空気１４の一部を、固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５として、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８に供給する。固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８への固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力１８の電池電流と流量制御弁１０の開度（すなわち、固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１０の開度を制御することによって、燃料電池直流出力１８の電池電流に見合った値に設定する。固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電温度は、６０〜８０℃が一般的であり、電池反応による発熱により発電温度が維持される。固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６では、白金系電極触媒の働きで、未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス２８に含まれる水素の約８０％が、下記（９）式に示す燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。
【００２５】
（燃料極反応）
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （９）
燃料極６で生成した水素イオンは、ナフィオン等のスルフォン酸基を有するフッ素系高分子から構成される固体高分子電解質７の内部を移動し、空気極８に到達する。一方、燃料極６で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極８に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力１８として取り出すことができる。固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８では、白金系電極触媒の働きで、燃料極６から固体高分子電解質７の内部を空気極８に移動してきた水素イオン、燃料極６から外部回路を空気極８に移動してきた電子及び空気極８に供給された固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５中の酸素が、下記（１０）式に示す空気極反応により反応し、水が生成する。
【００２６】
（空気極反応）
２Ｈ＋ ＋ １/２Ｏ２ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ （１０）
（９）式と（１０）式をまとめると、固体高分子形燃料電池セルスタック９の電池反応は、下記（１１）式に示す水素と酸素から水ができる水の電気分解の逆反応として表すことができる。
【００２７】
（電池反応）
Ｈ２ ＋ １/２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （１１）
固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電によって得られた燃料電池直流出力１８は、負荷１７に合わせて出力調整装置１６で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力１９として負荷１７に供給する。なお、図１では、出力調整装置１６で直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置１６で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷１７に供給してもよい。
【００２８】
固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８で酸素の一部を（１０）式に示した空気極反応により消費した後に、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排ガス１３として排出する。一方、未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス２８は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６で水素の約８０％を（９）式に示した燃料極反応により消費した後に、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極排ガス１５として排出する。
【００２９】
図１２及び図１３は、従来の燃料発電システムの制御方法を表すフロー図である。このフロー図は、例えば上記非特許文献に記載されている従来の燃料電池発電システムの制御方法を図１に例示した燃料発電システムに適用した場合のフロー図である。
【００３０】
従来の燃料電池発電システムの制御方法では、図１２に示したように、第一の燃料電池セルスタックすなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が負荷４９の増加に伴い増加した場合には、流量制御弁２７を開けて（すなわち、弁の開度を大きくして）燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を増加させるとともに、流量制御弁４３を開けて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を増加させ、第一の燃料電池セルスタックすなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が負荷４９の減少に伴い減少した場合には、流量制御弁２７を閉めて（すなわち、弁の開度を小さくして）燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を減少させるとともに、流量制御弁４３を閉めて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を減少させていた。
【００３１】
また、従来の燃料電池発電システムの制御方法では、図１３に示したように、第二の燃料電池セルスタックすなわち固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が負荷１７の増加に伴い増加した場合には、流量制御弁２７を開けて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を増加させるとともに、流量制御弁１０を開けて第二の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量を増加させ、第二の燃料電池セルスタックすなわち固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が負荷１７の減少に伴い減少した場合には、流量制御弁２７を閉めて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を減少させるとともに、流量制御弁１０を閉めて第二の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量を減少させていた。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
次に、上記の、燃料電池発電システムの従来の制御方法に関する問題点について説明する。
【００３３】
図１２に示した、燃料電池発電システムの従来の制御方法においては、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合には、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電による発熱量は増加するが、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱もさらに増加するので、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度が低下し、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができず、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が不可能となり、システムの出力と発電効率が低下するという問題があった。また、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合には、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電による発熱量は減少するが、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱もさらに減少するので、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度が上昇し、改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が加速され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命が低下するとともに、システムの信頼性も低下するという問題があった。
【００３４】
また、図１３に示した、燃料電池発電システムの従来の制御方法においては、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合には、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加するので、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度が低下し、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができず、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９における所定の送電端交流出力での高効率発電が不可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下が起こるという問題があった。また、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合には、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少するので、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度が上昇し、改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が加速され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下が起こるという問題があった。
【００３５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、出力が変化した場合でも燃料電池セルスタックや改質器の温度を所定の温度範囲に維持することが可能な燃料電池発電システムの制御方法を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００３７】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００３８】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００３９】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４０】
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４１】
また、本発明においては、請求項６に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４２】
また、本発明においては、請求項７に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４３】
また、本発明においては、請求項８に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４４】
また、本発明においては、請求項９に記載のように、
燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４５】
また、本発明においては、請求項１０に記載のように、
燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４６】
また、本発明においては、請求項１１に記載のように、
燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４７】
また、本発明においては、請求項１２に記載のように、
燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４８】
また、本発明においては、請求項１３に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００４９】
また、本発明においては、請求項１４に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００５０】
また、本発明においては、請求項１５に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００５１】
また、本発明においては、請求項１６に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００５２】
また、本発明においては、請求項１７に記載のように、
燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００５３】
また、本発明においては、請求項１８に記載のように、
燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法を構成する。
【００５４】
【発明の実施の形態】
図２及び図３は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法の一例を表すシステムフロー図である。図１に示した燃料電池発電システムを例に、図２及び図３に示した本発明の燃料電池発電システムの制御方法の作用について説明する。図１に示した燃料電池発電システムの構成とその運転形態については、すでに説明してある。本発明の燃料電池発電システムの制御方法では、図２に示したように、第一の燃料電池セルスタックすなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が負荷４９の増加に伴い増加した場合には、流量制御弁２７を開けて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を増加させるとともに、流量制御弁４３を閉めて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を減少させることによって空気極３７での酸素利用率を上昇させ、第一の燃料電池セルスタックすなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が負荷４９の減少に伴い減少した場合には、流量制御弁２７を閉めて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を減少させるとともに、流量制御弁４３を開けて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を増加させる。
【００５５】
このため、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００５６】
また、本発明の燃料電池発電システムの制御方法では、図３に示したように、第二の燃料電池セルスタック、すなわち固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が負荷１７の増加に伴い増加した場合には、流量制御弁２７を開けて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を増加させるとともに、流量制御弁４３を閉めて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を減少させることによって空気極３７での酸素利用率を上昇させ、第二の燃料電池セルスタック、すなわち固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が負荷１７の減少に伴い減少した場合には、流量制御弁２７を閉めて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を減少させるとともに、流量制御弁４３を開けて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を増加させることによって空気極３７での酸素利用率を低下させる。なお、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９に供給する固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量は任意に制御することができる。すなわち、固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９の増減にあわせて固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量を増減させることにより空気極８での酸素利用率が一定になるように制御しても良いし、固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気２５の供給量を一定にすることにより空気極８での酸素利用率が変化するように制御しても良い。
【００５７】
このため、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００５８】
本発明の燃料電池発電システムの制御方法は、図１にその構成を示した燃料電池発電システム以外でも、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０及び図１１にその構成を示す燃料電池発電システムにおいて有効である。以下に、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０及び図１１にその構成を示した燃料電池発電システムと本発明の燃料電池発電システムの制御方法の有効性について簡単に説明する。
【００５９】
図４は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効な他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図４において図１と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図４において、５２はＣＯシフトコンバータ４の排出ガスである、一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス２１から分流された水素分離器用改質ガス、５３は水素分離器、５４は水素分離器排ガス、５５は凝縮器、５６は水素分離器乾燥排ガス、５７は凝縮水、５８は水素分離器５３で分離した水素、５９は燃料極水素排ガス、６０はパージ弁、６１はパージガスである。この場合には、水素５８が、燃料ガスとして、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９に供給される。
【００６０】
以下、図４を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効な他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図１に示した燃料電池発電システムとは、図４に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器２９の代わりに水素分離器５３と凝縮器５５を設けた点が大きく異なる。
【００６１】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図４を参照して説明する。水素分離器用改質ガス５２は、パラジウム膜等の水素分離膜を有する水素分離器５３に供給し、水素５８を分離する。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用改質ガス５２の加圧を行う。水素５８は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給する。未反応水素からなる燃料極水素排ガス５９は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端効率を向上させるために、すべて燃料極９にリサイクルして発電に利用する。しかし、燃料極水素排ガス５９中には、水素以外の不純物が若干含まれるので、パージ弁６０を間欠的に開け、パージガス６１を放出する。水素分離器排ガス５４は、凝縮器５５で凝縮水５７を凝縮させた後に、水素分離器乾燥排ガス５６として排出する。
【００６２】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００６３】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００６４】
図５は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図５において図１及び図４と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図５において、６２はリサイクル用燃料極排ガス６３の流量を制御する流量制御弁、６３はリサイクル用燃料極排ガス、６４はＣＯシフトコンバータ用燃料極排ガス、６５は脱硫器リサイクル用燃料極排ガス６６の流量を制御する流量制御弁、６６は脱硫器リサイクル用燃料極排ガス、６７はＣＯシフトコンバータ４の排出ガスである、一酸化炭素の濃度を１％以下に低減させた燃料極排ガス、６８はＣＯ選択酸化器用燃料極排ガス、６９はＣＯ選択酸化器５の排出ガスである、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた燃料極排ガス、７０は未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排ガスを表す。
【００６５】
以下、図５を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図１に示した燃料電池発電システムとは、水素リッチな改質ガス２２の代わりにＣＯシフトコンバータ用燃料極排ガス６４をＣＯシフトコンバータに供給する点が大きく異なる。
【００６６】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図５を参照して説明する。脱硫器２での硫化水素の生成に必要な水素を供給するために、未反応水素を含む一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた燃料極排ガス６７の一部を、脱硫器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排ガス６６として脱硫器２にリサイクルする。脱硫器リサイクル用燃料極排ガス６６の供給量は、予め設定された流量制御弁２７の開度（すなわち、天然ガス１の供給量）と流量制御弁６５の開度（すなわち、脱硫器リサクル用燃料極排ガス６６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁６５の開度を制御することによって、天然ガス１の供給量に見合った値に設定する。
【００６７】
脱硫器２で脱硫された脱硫天然ガス２４は、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８で電池反応により生成した水蒸気を含むリサイクル用燃料極排ガス６３と混合した後に、水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス２３として改質器３に供給する。リサイクル用燃料極排ガス６３の供給量は、予め設定された流量制御弁２７の開度（すなわち、天然ガス１の供給量）と流量制御弁６２の開度（すなわち、リサイクル用燃料極排ガス６３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁６２の開度を制御することによって、天然ガス１の供給量に見合った値に設定する。改質器３でつくられた水素リッチな改質ガス２２は、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５に供給する。
【００６８】
固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で電池反応により生成した水蒸気を含む固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極排ガス４２の一部は、前述したように改質器３での炭化水素の水蒸気改質反応に必要な水蒸気を供給するために、リサイクル用燃料極排ガス６３としてリサイクルし、脱硫天然ガス２４と混合した水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス２３を改質器３に供給する。残りは、ＣＯシフトコンバータ用燃料極排ガス６４としてＣＯシフトコンバータ４に供給する。
【００６９】
ＣＯシフトコンバータ用燃料極排ガス６４中には、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６の電極触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、ＣＯシフトコンバータ４で（７）式に示した水性シフト反応を行わせることによって、ＣＯシフトコンバータ用燃料極排ガス６４中に含まれる一酸化炭素濃度を１％以下まで低減させる。
【００７０】
ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた燃料極排ガス６７の一部は、前述したように脱硫器リサイクル用燃料極排ガス６６として脱硫器２に供給し、残りは、一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以上であると、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給した場合に電極触媒の劣化原因となるので、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させるために、ＣＯ選択酸化器用燃料極排ガス６８として、白金、ルテニウム等の貴金属系触媒がＣＯ選択酸化触媒として充填されたＣＯ選択酸化器５に供給する。ＣＯ選択酸化器５では、ＣＯ選択酸化器用燃料極排ガス６８中に含まれる一酸化炭素を、発熱反応である（８）式に示したＣＯ選択酸化反応によりＣＯ選択酸化用空気２６中の酸素と反応させることによって二酸化炭素に変換し、ＣＯ選択酸化器用燃料極排ガス６８中の一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させる。
【００７１】
ＣＯ選択酸化器５でつくられた一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた燃料極排ガス６９に含まれる未反応水蒸気は、凝縮器２９で１００℃以下に冷却することによって、凝縮水３１として回収する。凝縮器２９で未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排ガス７０は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給する。
【００７２】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００７３】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００７４】
図６は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図６において図１、図４及び図５と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図６において、７１は水素分離器用燃料極排ガスである。
【００７５】
以下、図６を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図５に示した燃料電池発電システムとは、図６に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器２９の代わりに水素分離器５３と凝縮器５５を設けた点が大きく異なる。
【００７６】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図６を参照して説明する。水素分離器用燃料極排ガス７１は、パラジウム膜等の水素分離膜を有する水素分離器５３に供給し、水素５８を分離する。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用燃料極排ガス７１の加圧を行う。
【００７７】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触煤や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００７８】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００７９】
図７は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図７において図１、図４、図５及び図６と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
【００８０】
以下、図７を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図５に示した燃料電池発電システムとは、図７に示したように、改質器３が不要で、水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス２３をそのまま固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５に供給し、燃料極３５で天然ガス１に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応を行わせる点が大きく異なる。
【００８１】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図７を参照して説明する。水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス２３を固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５では、燃料極触媒の働きにより天然ガス１に含まれる炭化水素（主にメタン）の水蒸気改質反応が行われ、水素と一酸化炭素が生成する。燃料極３５で生成した水素と一酸化炭素がその場で（３）式及び（４）式に示した燃料極反応により消費され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電が行われる。炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱を、炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱として利用する。固体酸化物燃料電池セルスタック３８の発電温度は、一般的に８００〜１０００℃であり、電池反応による発熱により発電温度が維持されている。このため、固体酸化物燃料電池セルスタック３８の発熱が、前述したように燃料極３５での炭化水素の水蒸気改質反応の反応熱として利用することができる。
【００８２】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００８３】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合に、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合に、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持し、燃料極３５で所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００８４】
図８は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図８において図１、図４、図５、図６及び図７と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
【００８５】
以下、図８を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図７に示した燃料電池発電システムとは、図８に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器２９の代わりに水素分離器５３と凝縮器５５を設けた点が大きく異なる。
【００８６】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図８を参照して説明する。水素分離器用燃料極排ガス７１は、パラジウム膜等の水素分離膜を有する水素分離器５３に供給し、水素５８を分離する。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用燃料極排ガス７１の加圧を行う。
【００８７】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００８８】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が増加した場合に、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８と固体高分子形燃料電池セルスタック９において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端交流出力１９が減少した場合に、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持し、燃料極３５で所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００８９】
図９は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図９において図１、図４、図５、図６、図７及び図８と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。７２はりん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス、７４はりん酸形燃料電池セルスタックであり、このりん酸形燃料電池セルスタック７４は燃料極７５、りん酸電解質７６及び空気極７７を構成要素とする。７５は燃料極、７６はりん酸電解質、７７は空気極、７８はりん酸形燃料電池セルスタック発電用空気、７９はりん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８の流量を制御する流量制御弁、８０は燃料電池直流出力、８１は送電端交流出力、８２は負荷、８３はりん酸形燃料電池セルスタック７４からの排出ガスである燃料極排ガス、８４はりん酸形燃料電池セルスタック７４からの排出ガスである空気極排ガス、８５は出力調整装置を表す。図９において、りん酸形燃料電池セルスタック７４が一組の燃料極７５、りん酸形電解質７６及び空気極７７からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際にはりん酸形燃料電池セルスタック７４は前記単セルを複数積層することによって構成されている。
【００９０】
以下、図９を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図１に示した燃料電池発電システムとは、図９に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器２９が不要で、第二の燃料電池セルスタックとして固体高分子形燃料電池セルスタック９の代りにりん酸形燃料電池セルスタック７４を用いる点が大きく異なる。
【００９１】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図９を参照して説明する。ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス２１の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス７２として第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の燃料極７５に供給する。一方、空気供給用ブロワ１２で取り込んだ空気１４の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８として、りん酸形燃料電池セルスタック７４の空気極７７に供給する。りん酸形燃料電池セルスタック７４の空気極７７へのりん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力８０の電池電流と流量制御弁７９の開度（すなわち、りん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁７９の開度を制御することによって、燃料電池直流出力８０の電池電流に見合った値に設定する。りん酸形燃料電池セルスタック７４の発電温度は、１９０℃が一般的であり、電池反応による発熱により発電温度が維持される。
【００９２】
りん酸形燃料電池セルスタック７４の燃料極７５では、白金系電極触媒の働きで、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス７２に含まれる水素の約８０％が、固体高分子形燃料電池セルスタック９の場合と同様に（９）式に示した燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。
【００９３】
燃料極７５で生成した水素イオンは、りん酸形電解質７６の内部を移動し、空気極７７に到達する。一方、燃料極７５で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極７７に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力８０として取り出すことができる。
【００９４】
りん酸形燃料電池セルスタック７４の空気極７７では、白金系電極触媒の働きで、燃料極７５からりん酸電解質７６の内部を空気極７７に移動してきた水素イオン、燃料極７５から外部回路を空気極７７に移動してきた電子及び空気極７７に供給されたりん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８中の酸素が、固体高分子形燃料電池セルスタック９の場合と同様に（１０）式に示した空気極反応により反応し、水が生成する。
【００９５】
（９）式と（１０）式をまとめると、りん酸形燃料電池セルスタック７４の電池反応は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の場合と同様に（１１）式に示した水素と酸素から水ができる水の電気分解の逆反応として表すことができる。
【００９６】
りん酸形燃料電池セルスタック７４の発電によって得られた燃料電池直流出力８０は、負荷８２に合わせて出力調整装置８５で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力８１として負荷８２に供給する。なお、図９では、出力調整装置８５で直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置８５で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷８２に供給してもよい。
【００９７】
りん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８は、りん酸形燃料電池セルスタック７４の空気極７７で酸素の一部を（１０）式に示した空気極反応により消費した後に、りん酸形燃料電池セルスタック７４の空気極排ガス８４として排出する。一方、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス７２は、りん酸形燃料電池セルスタック７４の燃料極７５で水素の約８０％を（９）式に示した燃料極反応により消費した後に、りん酸形燃料電池セルスタック７４の燃料極排ガス８３として排出する。
【００９８】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８とりん酸形燃料電池セルスタック７４において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【００９９】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタック、すなわちりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が負荷８２の増加に伴い増加した場合には、流量制御弁２７を開けて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を増加させるとともに、流量制御弁４３を閉めて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を減少させることによって空気極３７での酸素利用率を上昇させ、第二の燃料電池セルスタック、すなわちりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が負荷８２の減少に伴い減少した場合には、流量制御弁２７を閉めて燃料供給量、すなわち天然ガス１の供給量を減少させるとともに、流量制御弁４３を開けて第一の燃料電池セルスタック発電用空気の供給量、すなわち固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量を増加させることによって空気極３７での酸素利用率を低下させる。なお、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４に供給するりん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８の供給量は任意に制御することができる。すなわち、りん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１の増減にあわせてりん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８の供給量を増減させることにより空気極７７での酸素利用率が一定になるように制御しても良いし、りん酸形燃料電池セルスタック発電用空気７８の供給量を一定にすることにより空気極７７での酸素利用率が変化するように制御しても良い。
【０１００】
このため、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８とりん酸形燃料電池セルスタック７４において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【０１０１】
図１０は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図１０において図１、図４、図５、図６、図７、図８及び図９と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。７３はりん酸形燃料電池セルスタック用燃料極排ガスを表す。
【０１０２】
以下、図１０を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図５に示した燃料電池発電システムとは、図１０に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器２９が不要で、第二の燃料電池セルスタックとして固体高分子形燃料電池セルスタック９の代りにりん酸形燃料電池セルスタック７４を用いる点が大きく異なる。
【０１０３】
次に、本燃料電池発電システムの運転形態について、図１０を参照して説明する。ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極排ガス６７の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック用燃料極排ガス７３として第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の燃料極７５に供給する。
【０１０４】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８とりん酸形燃料電池セルスタック７４において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【０１０５】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が増加した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を増やすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８とりん酸形燃料電池セルスタック７４において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が減少した場合に、改質器３で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８から改質器３に供給する排熱量を減らすことが可能となり、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、改質器３で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による改質器３の改質触媒や固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、改質器３と固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【０１０６】
図１１は、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。図１１において図１、図４、図５、図６、図７、図８、図９及び図１０と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
【０１０７】
以下、図１１を用いて、本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なその他の燃料電池発電システムの一例を説明する。本燃料電池発電システムは、図７に示した燃料電池発電システムとは、図１１に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器２９が不要で、第二の燃料電池セルスタックとして固体高分子形燃料電池セルスタック９の代りにりん酸形燃料電池セルスタック７４を用いる点が大きく異なる。本燃料電池発電システムの運転形態は、図１０に示した燃料電池発電システムと同様である。
【０１０８】
本燃料電池発電システムにおいても、本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が増加した場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も増加するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８とりん酸形燃料電池セルスタック７４において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の送電端交流出力５１が減少した場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進され、また、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発電量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の発熱量も減少するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【０１０９】
また、本燃料電池発電システムに本発明の燃料電池発電システムの制御方法を適用すると、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が増加した場合に、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が増加しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の減少により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が抑制されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８とりん酸形燃料電池セルスタック７４において所定の送電端交流出力での高効率発電が可能となり、システム出力の減少や発電効率の低下を抑制することができる。一方、第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック７４の送電端交流出力８１が減少した場合に、第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の燃料極３５で吸熱反応である天然ガス１の成分である炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱が減少しても、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の空気極３７に供給される固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９の供給量の増加により固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気３９による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の冷却が促進されるので、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度を所定の温度範囲に維持しながら、燃料極３５で安定に所定量の水素と一酸化炭素を生成させることができる。その結果、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の温度上昇による固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の劣化が抑制され、固体酸化物形燃料電池セルスタック３８の寿命低下やシステムの信頼性低下を避けることができる。
【０１１０】
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池セルスタックや改質器の温度を所定の温度範囲に維持しながら燃料電池発電システムの出力を変化させることが可能で、燃料電池セルスタックや改質器の寿命やシステムの信頼性に悪影響を及ぼすことなく、高効率発電を行いながら燃料電池発電システムの出力を負荷変動に追従させることができるという利点がある。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明の実施により、出力が変化した場合でも燃料電池セルスタックや改質器の温度を所定の温度範囲に維持することが可能な燃料電池発電システムの制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効な燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図２】本発明の燃料電池発電システムの制御方法の一例を表すシステムフロー図である。
【図３】本発明の燃料電池発電システムの制御方法の一例を表すシステムフロー図である。
【図４】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効な他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図５】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図６】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図７】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図８】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図９】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図１０】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図１１】本発明の燃料電池発電システムの制御方法が有効なさらに他の燃料電池発電システムの一例を表すシステム構成図である。
【図１２】従来の燃料電池発電システムの制御方法を表すシステムフロー図である。
【図１３】従来の燃料電池発電システムの制御方法を表すシステムフロー図である。
【符号の説明】
１…天然ガス、２…脱硫器、３…改質器、４…ＣＯシフトコンバータ、５…ＣＯ選択酸化器、６…燃料極、７…固体高分子電解質、８…空気極、９…固体高分子形燃料電池セルスタック、１０、１１…流量制御弁、１２…空気供給用ブロワ、１３…空気極排ガス、１４…空気、１５…燃料極排ガス、１６…出力調整装置、１７…負荷、１８…燃料電池直流出力、１９…送電端交流出力、２０…一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた改質ガス、２１…一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス、２２…水素リッチな改質ガス、２３…水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス、２４…脱硫天然ガス、２５…固体高分子形燃料電池セルスタック発電用空気、２６…ＣＯ選択酸化器用空気、２７…流量制御弁、２８…未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス、２９…凝縮器、３０…電池反応による生成水、３１…凝縮水、３２…脱硫器リサイクル用改質ガス、３３…流量制御弁、３４…ＣＯ選択酸化器用改質ガス、３５…燃料極、３６…固体酸化物電解質、３７…空気極、３８…固体酸化物形燃料電池セルスタック、３９…固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気、４０…流量制御弁、４１…改質器リサイクル用燃料極排ガス、４２…燃料極排ガス、４３…流量制御弁、４４…空気極排ガス、４５…排出用燃料極排ガス、４６、４７…流量制御弁、４８…出力調整装置、４９…負荷、５０…燃料電池直流出力、５１…送電端交流出力、５２…水素分離器用改質ガス、５３…水素分離器、５４…水素分離器排ガス、５５…凝縮器、５６…水素分離器乾燥排ガス、５７…凝縮水、５８…水素、５９…燃料極水素排ガス、６０…パージ弁、６１…パージガス、６２…流量制御弁、６３…リサイクル用燃料極排ガス、６４…ＣＯシフトコンバータ用燃料極排ガス、６５…流量制御弁、６６…脱硫器リサイクル用燃料極排ガス、６７…一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた燃料極排ガス、６８…ＣＯ選択酸化器用燃料極排ガス、６９…一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた燃料極排ガス、７０…未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排ガス、７１…水素分離器用燃料極排ガス、７２…りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス、７３…りん酸形燃料電池セルスタック用燃料極排ガス、７４…りん酸形燃料電池セルスタック、７５…燃料極、７６…りん酸電解質、７７…空気極、７８…りん酸形燃料電池セルスタック発電用空気、７９…流量制御弁、８０…燃料電池直流出力、８１…送電端交流出力、８２…負荷、８３…燃料極排ガス、８４…空気極排ガス、８５…出力調整装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method for a fuel cell power generation system, and more particularly to a control method for a fuel cell power generation system that generates power by combining two types of fuel cell stacks.
[0002]
[Prior art]
[Non-patent literature]
“Supervised by Zenichiro Takehara: Fuel Cell Technology and its Applications, pp. 141-142, Techno System (2000)”
A fuel cell power generation system that generates power by combining two types of fuel cell stacks is disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 2002-327233.
[0003]
FIG. 1 shows an example of the configuration of such a fuel cell power generation system that performs high-efficiency power generation by combining two types of fuel cell stacks. In the fuel cell power generation system shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell stack 38 is used as the first fuel cell stack, and a polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the second fuel cell stack. ing. The main components of the fuel cell power generation system shown in FIG. 1 are a desulfurizer 2, a reformer 3, a solid oxide fuel cell stack 38, a CO shift converter 4, a CO selective oxidizer 5, a condenser 29, They are a polymer electrolyte fuel cell stack 9, output regulators 16 and 48, flow control valves (10, 11, 27, etc.), air supply blower 12, and piping.
[0004]
In FIG. 1, 1 is a natural gas as a fuel, 2 is a desulfurizer, 3 is a reformer, 4 is a CO shift converter, 5 is a CO selective oxidizer, 6 is a fuel electrode, 7 is a solid polymer electrolyte, 8 is An air electrode 9 is a polymer electrolyte fuel cell stack which is a second fuel cell stack. The polymer electrolyte fuel cell stack 9 includes a fuel electrode 6, a solid polymer electrolyte 7 and an air electrode 8. It is a component. 10 is a flow rate control valve that controls the flow rate of the polymer electrolyte fuel cell stack power generation air 25, 11 is a flow rate control valve that controls the flow rate of the CO selective oxidizer air 26, 12 is an air supply blower, and 13 is solid. Air electrode exhaust gas discharged from the polymer fuel cell stack 9, 14 is air, 15 is fuel electrode exhaust gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell stack 9, 16 is an output regulator, 17 is a load, 18 Is the fuel cell DC output, 19 is the power transmission end AC output, 20 is the exhaust gas of the CO selective oxidizer 5, the reformed gas with the carbon monoxide concentration reduced to the ppm order, and 21 is the exhaust gas of the CO shift converter 4 The reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less, 22 is a hydrogen-rich reformed gas, 23 is a mixed gas of water vapor and desulfurized natural gas, 24 is desulfurized natural gas, and 25 is solid gas. Polymer fuel cell stack power generation air, 26 is CO selective oxidizer air, 27 is a flow control valve for controlling the flow rate of natural gas 1, 28 is a reformed gas obtained by condensing unreacted water vapor, and 29 is a condenser , 30 is water produced by the battery reaction, 31 is condensed water, 32 is a reformed gas for recycling the desulfurizer, 33 is a flow control valve for controlling the flow rate of the reformed gas 32 for recycling the desulfurizer, and 34 is a modified gas for the CO selective oxidizer. , Gas electrode 35, solid oxide electrolyte 36, air electrode 37, and solid oxide fuel cell stack 38, which is a first fuel cell stack. This solid oxide fuel cell The stack 38 includes a fuel electrode 35, a solid oxide electrolyte 36, and an air electrode 37. 39 is a solid oxide fuel cell stack power generation air, 40 is a flow control valve for controlling the flow rate of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 41, and 41 is a reformer that is discharged from the fuel electrode 35 and used for reformer recycle. The fuel electrode exhaust gas 42 for recycling the quality device, 42 is all the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 35, and this fuel electrode exhaust gas 42 is divided into the fuel electrode exhaust gas 41 for reformer recycling and the fuel electrode exhaust gas 45 for discharge. . 43 is a flow rate control valve for controlling the flow rate of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, 44 is an air electrode exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell stack 38, and 45 is discharged outside the system. Exhaust fuel electrode exhaust gas, 46 is a flow rate control valve for controlling the flow rate of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4, and 47 is the fuel of the solid oxide fuel cell stack 38 of the hydrogen-rich reformed gas 22. A flow rate control valve for controlling the flow rate to the pole 35, 48 an output adjusting device, 49 a load, 50 a fuel cell DC output, and 51 a power transmission end AC output.
[0005]
The above-mentioned “hydrogen rich” means containing hydrogen at a concentration sufficient to contribute to power generation by a battery reaction.
[0006]
In FIG. 1, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is shown as being constituted by a single cell composed of a set of fuel electrode 6, solid polymer electrolyte 7, and air electrode 8. The polymer electrolyte fuel cell stack 9 is formed by stacking a plurality of the single cells. Similarly, the solid oxide fuel cell stack 38 is also shown as being constituted by a single cell comprising a pair of fuel electrode 35, solid oxide electrolyte 36 and air electrode 37, but in practice solid oxide type The physical fuel cell stack 38 is formed by stacking a plurality of the single cells.
[0007]
Hereinafter, an operation mode of a fuel cell power generation system that performs high-efficiency power generation by combining two types of fuel cell stacks will be described with reference to FIG. Fuel natural gas 1 is supplied to a desulfurizer 2. The supply amount of the natural gas 1 has a relationship between the preset battery current of the fuel cell DC output 18 and the battery current of the fuel cell DC output 50 and the opening of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of the natural gas 1). Based on this, the opening degree of the flow control valve 27 is controlled to set a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 18 and the battery current of the fuel cell DC output 50.
[0008]
In the desulfurizer 2, the reformed catalyst of the reformer 3, the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, and the solid oxidation are acted on by the action of the cobalt-molybdenum-based catalyst and the zinc oxide adsorbent of the filled desulfurization catalyst. The sulfur contained in the odorant such as mercaptan in the natural gas 1 that causes deterioration of the electrode catalyst at the fuel electrode 35 of the physical fuel cell stack 38 is adsorbed and removed by hydrodesulfurization. That is, sulfur and hydrogen are first reacted with a cobalt-molybdenum-based catalyst to generate hydrogen sulfide, and then the hydrogen sulfide and zinc oxide are reacted to generate zinc sulfide to remove the sulfur content. In order to supply the hydrogen necessary for the production of hydrogen sulfide, a part of the reformed gas 21 whose hydrogen-rich carbon monoxide concentration discharged from the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less is used for desulfurizer recycling. The reformed gas 32 is recycled to the desulfurizer 2. The supply amount of the reforming gas 32 for recycling the desulfurizer is determined by setting the opening degree of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of natural gas 1) and the opening degree of the flow control valve 33 (that is, modifying the desulfurizer recycling cycle). Based on the relationship of the supply amount of the quality gas 32), the opening degree of the flow control valve 33 is controlled to set a value commensurate with the supply amount of the natural gas 1. The hydrodesulfurization reaction and the formation reaction of zinc sulfide are endothermic reactions, and the reaction heat required for the reaction is desulfurized from the CO shift converter 4 by heat generated by the aqueous shift reaction in the CO shift converter 4 which is an exothermic reaction described later. This can be done by supplying to vessel 2.
[0009]
The desulfurized natural gas 24 desulfurized in the desulfurizer 2 is mixed with the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 41 containing water vapor generated by the battery reaction in the solid oxide fuel cell stack 38, and then the water vapor and the desulfurized natural gas are mixed. The mixed gas 23 is supplied to the reformer 3. The supply amount of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 41 includes the preset opening degree of the flow control valve 27 (that is, supply amount of natural gas 1) and the opening degree of the flow control valve 40 (that is, reformer recycling). By controlling the opening degree of the flow rate control valve 40 based on the relationship of the fuel electrode exhaust gas 41 supply amount), a predetermined steam carbon ratio (steam and natural gas) preset for the supply amount of the natural gas 1 is controlled. The ratio to the carbon in the gas).
[0010]
In the reformer 3, the steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 is performed by the action of the filled reforming catalyst, and the hydrogen-rich reformed gas 22 is produced. The steam reforming reaction of methane, which is the main component of natural gas 1, is expressed by the following equation (1).
[0011]
(Methane steam reforming reaction)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
The steam reforming reaction of hydrocarbon such as the steam reforming reaction of methane shown in the equation (1) is an endothermic reaction, and a reaction necessary from the outside of the reformer 3 to efficiently generate hydrogen. It is necessary to supply heat and maintain the temperature of the reformer 3 at 700 to 750 ° C. For this reason, the high-temperature exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 38 installed near the reformer 3 to be described later and generating power at 800 to 1000 ° C. is used as the reaction heat necessary for the reforming reaction. 3 is supplied.
[0012]
Part of the hydrogen-rich reformed gas 22 produced by the reformer 3 is supplied to the CO shift converter 4, and the rest is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. The supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4 is determined based on the preset DC current of the fuel cell DC output 18 and the opening degree of the flow control valve 46 (that is, the hydrogen-rich reformate gas 22 to the CO shift converter 4). Based on the relationship of the supply amount of the reformed gas 22), the opening degree of the flow control valve 46 is controlled to set a value commensurate with the DC current of the fuel cell DC output 18. On the other hand, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 is determined by the direct current of the fuel cell DC output 50 and the opening degree of the flow control valve 47 (that is, The fuel cell DC output is controlled by controlling the opening degree of the flow rate control valve 47 based on the relationship of the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38). Set to a value commensurate with 50 direct currents.
[0013]
A part of the air 14 taken in using the air supply blower 12 is supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 as the solid oxide fuel cell stack power generation air 39. The supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is determined based on the preset opening degree of the flow rate control valve 47 (that is, hydrogen-rich reforming to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38). The opening degree of the flow control valve 43 is controlled based on the relationship between the supply amount of the gas 22 and the opening degree of the flow rate control valve 43 (that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39). Thus, a value corresponding to the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 is set.
[0014]
In the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, oxygen in the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is expressed by the following equation (2) by the action of the metal oxide electrode catalyst. The reaction reacts with electrons and turns into oxygen ions.
[0015]
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2- (2)
Oxygen ions generated at the air electrode 37 move inside the solid oxide electrolyte 36 such as stabilized zirconia (YSZ) and reach the fuel electrode 35. In the fuel electrode 35, oxygen ions that have moved from the air electrode to the inside of the solid oxide electrolyte 36 by the action of a metal-based electrode catalyst such as nickel-YSZ cermet and ruthenium-YSZ cermet are expressed by the following formula (3). And it reacts with hydrogen and carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas 22 supplied to the fuel electrode 35 by the reaction shown in the equation (4), and steam or carbon dioxide and electrons are generated.
[0016]
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2e − (3)
CO + O 2- → CO 2 + 2e − (4)
Electrons generated at the fuel electrode 35 travel through an external circuit and reach the air electrode 37. The electrons that have reached the air electrode 37 react with oxygen by the air electrode reaction shown in the aforementioned equation (2). Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 50 in the process of the electrons moving through the external circuit.
[0017]
Summarizing the formulas (2) and (3) and the formulas (2) and (4), the battery reaction of the solid oxide fuel cell stack 38 is based on hydrogen and oxygen shown in the following formula (5). It can be expressed as a reverse reaction of electrolysis of water that can produce steam and a reaction in which carbon dioxide is generated from carbon monoxide and oxygen shown in the following formula (6).
[0018]
(Battery reaction)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (5)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (6)
The fuel cell direct current output 50 obtained by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 38 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output adjusting device 48 in accordance with the load 49, and then the power transmission end alternating current. The output 51 is supplied to the load 49. In FIG. 1, the output adjustment device 48 performs conversion from direct current to alternating current. However, only the voltage conversion may be performed by the output adjustment device 48, and the power transmission end DC output may be supplied to the load 49. The power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is generally 800 to 1000 ° C., and the power generation temperature is maintained by heat generated by the battery reaction. For this reason, the high-temperature exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 38 can be used as the reaction heat of the hydrocarbon steam reforming reaction in the reformer 3 as described above.
[0019]
A part of the fuel electrode exhaust gas 42 from the solid oxide fuel cell stack 38 containing water vapor generated by the battery reaction in the fuel electrode 35 is used for the hydrocarbon steam reforming reaction in the reformer 3 as described above. In order to supply the necessary steam, it is mixed with the desulfurized natural gas 24 as the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 41 and supplied to the reformer 3. The remainder of the fuel electrode exhaust gas 42 from the solid oxide fuel cell stack 38 is discharged as a fuel electrode exhaust gas 45 for discharge. By using this exhaust fuel electrode exhaust gas 45 as a heat source for cooling by hot water supply, heating, and an absorption refrigeration machine, it is possible to improve the overall thermal efficiency combining the electrical output and heat utilization of the system. The exhaust gas 44 from the solid oxide fuel cell stack 38 is also used as a heat source for hot water supply, heating, and absorption refrigerators, thereby improving the overall thermal efficiency of the system combined with the electrical output and heat utilization. It is possible.
[0020]
On the other hand, the hydrogen-rich reformed gas 22 contains carbon monoxide which causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, so that the solid oxide fuel cell The hydrogen-rich reformed gas 22 that is not supplied to the fuel electrode 35 of the stack 38 is supplied to the CO shift converter 4 filled with a shift catalyst such as a copper-zinc catalyst, and the following equation (7) is obtained by the action of the shift catalyst. By performing the aqueous shift reaction shown, the carbon monoxide concentration of the hydrogen-rich reformed gas 22 is reduced to 1% or less.
[0021]
(Water-based shift reaction)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (7)
The aqueous shift reaction is an exothermic reaction, and the generated heat is supplied to the desulfurizer 2 and used as the reaction heat of the hydrogen sulfide and zinc sulfide generation reaction of the desulfurizer 2 which is the endothermic reaction described above.
[0022]
A part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the desulfurizer recycle reformed gas 32 as described above, and the rest If the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is 100 ppm or more, it will cause deterioration of the electrode catalyst when supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. In order to reduce it to the order of ppm, it is supplied to the CO selective oxidizer 5 filled with a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium as the CO selective oxidizer reforming gas 34 for the CO selective oxidizer. A part of the air 14 taken in by the air supply blower 12 is supplied to the CO selective oxidizer 5 as CO selective oxidizer air 26. In the CO selective oxidizer 5, carbon monoxide contained in the reformed gas 34 for CO selective oxidizer reacts with oxygen in the CO selective oxidation air 26 by a CO selective oxidation reaction represented by the following formula (8), which is an exothermic reaction. Is converted into carbon dioxide, and the carbon monoxide concentration of the reforming gas 34 for the CO selective oxidizer is reduced to the order of ppm.
[0023]
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (8)
The supply amount of the CO selective oxidizer air 26 is determined based on the preset opening degree of the flow control valve 46 (that is, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4) and the opening degree of the flow control valve 11. Based on the relationship (that is, the supply amount of the CO selective oxidizer air 26), the opening amount of the flow control valve 11 is controlled to meet the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4. Set the value to
[0024]
Unreacted water vapor contained in the reformed gas 20 in which the carbon monoxide concentration produced by the CO selective oxidizer 5 is reduced to the order of ppm is recovered as condensed water 31 by being cooled to 100 ° C. or lower by the condenser 29. To do. The reformed gas 28 obtained by condensing unreacted water vapor in the condenser 29 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. On the other hand, a part of the air 14 taken in by the air supply blower 12 is supplied to the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 as the polymer electrolyte fuel cell stack power generation air 25. The supply amount of the polymer electrolyte fuel cell stack power generation air 25 to the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is determined based on the preset battery current of the fuel cell DC output 18 and the flow rate control valve 10. By controlling the opening of the flow rate control valve 10 based on the relationship of the opening (that is, the supply amount of the solid polymer fuel cell stack power generation air 25), the battery current of the fuel cell DC output 18 is met. Set the value to The power generation temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is generally 60 to 80 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction. In the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, about 80% of the hydrogen contained in the reformed gas 28 in which the unreacted water vapor is condensed by the action of the platinum-based electrode catalyst is expressed by the following equation (9). The fuel electrode reaction shown changes into hydrogen ions and electrons.
[0025]
(Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e − (9)
Hydrogen ions generated at the fuel electrode 6 move inside the solid polymer electrolyte 7 composed of a fluorine-based polymer having a sulfonic acid group such as Nafion and reach the air electrode 8. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 6 travel through the external circuit and reach the air electrode 8. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 18 in the process of the electrons moving through the external circuit. In the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, hydrogen ions that have moved from the fuel electrode 6 to the air electrode 8 by the action of the platinum-based electrode catalyst, and the fuel electrode 6 to the outside. Electrons that have moved through the circuit to the air electrode 8 and oxygen in the polymer electrolyte fuel cell stack power generation air 25 supplied to the air electrode 8 react by the air electrode reaction shown in the following formula (10), Produces.
[0026]
(Air electrode reaction)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (10)
Summarizing the formulas (9) and (10), the battery reaction of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is expressed as the reverse reaction of the electrolysis of water from water and oxygen shown in the following formula (11). be able to.
[0027]
(Battery reaction)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (11)
The fuel cell direct current output 18 obtained by the power generation of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output adjusting device 16 in accordance with the load 17, and then the alternating current at the power transmission end. The output 19 is supplied to the load 17. In FIG. 1, the output adjustment device 16 performs conversion from direct current to alternating current. However, only the voltage conversion may be performed by the output adjustment device 16 to supply the power transmission end DC output to the load 17.
[0028]
The solid polymer fuel cell stack power generation air 25 is a solid polymer fuel cell stack after a part of oxygen is consumed by the air electrode reaction shown in the equation (10) at the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is discharged as the air electrode exhaust gas 13 of the molecular fuel cell stack. On the other hand, the reformed gas 28 condensed with unreacted water vapor consumes about 80% of hydrogen by the fuel electrode reaction shown in the equation (9) at the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is discharged as a fuel electrode exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.
[0029]
12 and 13 are flowcharts showing a control method of a conventional fuel power generation system. This flowchart is, for example, a flowchart when the conventional fuel cell power generation system control method described in the above non-patent document is applied to the fuel power generation system illustrated in FIG.
[0030]
In the conventional control method of the fuel cell power generation system, as shown in FIG. 12, the power transmission end AC output 51 of the first fuel cell stack, that is, the solid oxide fuel cell stack 38 increases as the load 49 increases. In this case, the flow control valve 27 is opened (that is, the valve opening degree is increased), the fuel supply amount, that is, the supply amount of the natural gas 1 is increased, and the flow control valve 43 is opened and the first flow control valve 43 is opened. The supply amount of the fuel cell stack power generation air, that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is increased, and the first fuel cell stack, that is, the solid oxide fuel cell stack 38 transmits power. When the terminal AC output 51 decreases as the load 49 decreases, the flow control valve 27 is closed (that is, the opening of the valve is reduced), that is, the fuel supply amount, that is, natural gas. And the flow rate control valve 43 was closed to reduce the supply amount of the first fuel cell stack power generation air, that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39. .
[0031]
Further, in the control method of the conventional fuel cell power generation system, as shown in FIG. 13, the transmission end AC output 19 of the second fuel cell stack, that is, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 increases the load 17. When the flow rate increases, the flow control valve 27 is opened to increase the fuel supply amount, that is, the supply amount of the natural gas 1, and the flow control valve 10 is opened to supply the second fuel cell stack power supply amount. That is, the supply amount of the power supply air 25 for the polymer electrolyte fuel cell stack is increased, and the power transmission end AC output 19 of the second fuel cell stack, that is, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is decreased. If it decreases, the flow rate control valve 27 is closed to reduce the fuel supply amount, that is, the supply amount of the natural gas 1, and the flow rate control valve 10 is closed to close the second fuel power. The supply amount of the cell stack generating air, ie had reduced the supply amount of the solid polymer fuel cell stack generating air 25.
[0032]
[Problems to be solved by the invention]
Next, the problems related to the conventional control method of the fuel cell power generation system will be described.
[0033]
In the conventional control method of the fuel cell power generation system shown in FIG. 12, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases, Although the amount of heat generated by the power generation of the oxide fuel cell stack 38 increases, the reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, further increases. Therefore, the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are lowered, and the reformer 3 cannot stably generate predetermined amounts of hydrogen and carbon monoxide, so that the solid oxide fuel In the battery cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9, high-efficiency power generation with a predetermined power transmission end AC output is impossible, and there is a problem that system output and power generation efficiency are lowered. Further, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the amount of heat generated by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 38 decreases. However, since the reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, is further reduced, the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 As the temperature of the reformer 3 increases, the deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is accelerated, and the life of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 decreases. There was a problem that the reliability of the system also deteriorated.
[0034]
Further, in the conventional control method of the fuel cell power generation system shown in FIG. 13, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases, Since the heat of reaction required for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 The reformer 3 cannot stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide, and the predetermined power transmission in the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid polymer fuel cell stack 9 can be prevented. There was a problem that high-efficiency power generation with a terminal AC output became impossible, resulting in a decrease in system output and a decrease in power generation efficiency. In addition, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, which is the second fuel cell stack, decreases, the carbonization that is a component of the natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3. Since the reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrogen is reduced, the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are increased, and the reforming catalyst and the solid oxide fuel of the reformer 3 are increased. Deterioration of the battery cell stack 38 is accelerated, and there is a problem that the life of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is reduced and the reliability of the system is reduced.
[0035]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a fuel capable of maintaining the temperature of the fuel cell stack and the reformer within a predetermined temperature range even when the output changes. It is providing the control method of a battery power generation system.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, as described in claim 1,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the CO shift converter is oxidized with oxygen A CO selective oxidizer that converts to carbon, and a second fuel that generates electricity by causing an electrochemical reaction of hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen In a control method of a fuel cell power generation system having a battery cell stack, when the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, A control method for a fuel cell power generation system is provided, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the first fuel cell stack decreases.
[0037]
In the present invention, as described in claim 2,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the CO shift converter is oxidized with oxygen A CO selective oxidizer that converts to carbon, and a second fuel that generates electricity by causing an electrochemical reaction of hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen In the control method of a fuel cell power generation system having a battery cell stack, when the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, A control method for a fuel cell power generation system is provided, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the second fuel cell stack decreases.
[0038]
In the present invention, as described in claim 3,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and a hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, And a second fuel cell stack that generates power by causing the hydrogen separated by the hydrogen separator to electrochemically react with oxygen. In the system control method, when the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the first fuel cell stack When the output decreases, the fuel cell power generation system control method is configured to increase the supply amount of the power generation air to the first fuel cell stack.
[0039]
In the present invention, as described in claim 4,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and a hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, And a second fuel cell stack that generates power by causing the hydrogen separated by the hydrogen separator to electrochemically react with oxygen. In the system control method, when the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the second fuel cell stack When the output decreases, the fuel cell power generation system control method is configured to increase the supply amount of the power generation air to the first fuel cell stack.
[0040]
In the present invention, as described in claim 5,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel battery cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and one remaining in the exhaust gas of the CO shift converter. A CO selective oxidizer that oxidizes carbon oxide with oxygen and converts it to carbon dioxide, and hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer reacts electrochemically with oxygen. In the control method of the fuel cell power generation system having the second fuel cell stack that generates power by the power generation, the power generation to the first fuel cell stack when the output of the first fuel cell stack increases A fuel cell characterized in that when the output of the first fuel cell stack is decreased, the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack is increased when the output of the first fuel cell stack is decreased A power generation system control method is configured.
[0041]
In the present invention, as described in claim 6,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel battery cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and one remaining in the exhaust gas of the CO shift converter. A CO selective oxidizer that oxidizes carbon oxide with oxygen and converts it to carbon dioxide, and hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer reacts electrochemically with oxygen. In the control method of the fuel cell power generation system having the second fuel cell stack that generates power by the power generation, the power generation to the first fuel cell stack when the output of the second fuel cell stack increases A fuel cell, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output amount of the second fuel cell stack decreases when the supply amount of the supply air is decreased A power generation system control method is configured.
[0042]
In the present invention, as described in claim 7,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; Selecting a CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter Separation hydrogen separator, and a second fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen In the control method of a fuel cell power generation system having a fuel cell stack, when the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the first A control method for a fuel cell power generation system is provided that increases the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack when the output of one fuel cell stack decreases.
[0043]
In the present invention, as described in claim 8,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; Selecting a CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter Separation hydrogen separator, and a second fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen In the control method of the fuel cell power generation system including the fuel cell stack, when the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the first A control method for a fuel cell power generation system is provided, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the second fuel cell stack decreases.
[0044]
In the present invention, as described in claim 9,
Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as the steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the converter with oxygen and converts it to carbon dioxide; In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by causing an electrochemical reaction of hydrogen in exhaust gas of an oxidizer with oxygen, the output of the first fuel cell stack is When the output increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the first fuel cell stack decreases, the power generation to the first fuel cell stack The control method of the fuel cell power generation system is characterized by increasing the supply amount of working air.
[0045]
In the present invention, as described in claim 10,
Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the converter with oxygen and converts it to carbon dioxide; In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the oxidizer with oxygen, the output of the second fuel cell stack is When the output increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the second fuel cell stack decreases, the power generation to the first fuel cell stack The control method of the fuel cell power generation system is characterized by increasing the supply amount of working air.
[0046]
In the present invention, as described in claim 11,
Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the converter, and the hydrogen separated by the hydrogen separator is In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by causing a chemical reaction, when the output of the first fuel cell stack increases, the first fuel cell stack Reducing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack, and increasing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack when the output of the first fuel cell stack decreases. A control method of the fuel cell power generation system is configured.
[0047]
In the present invention, as described in claim 12,
Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the converter, and the hydrogen separated by the hydrogen separator is In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by causing a chemical reaction, when the output of the second fuel cell stack increases, the first fuel cell stack Reducing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack, and increasing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack when the output of the second fuel cell stack decreases. A control method of the fuel cell power generation system is configured.
[0048]
In the present invention, as described in claim 13,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and power generation by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen A control method for a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that performs the operation of the first fuel cell stack. Decreases the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack, and when the output of the first fuel cell stack decreases, the power to the first fuel cell stack A control method for a fuel cell power generation system is provided, characterized in that the supply amount of power generation air is increased.
[0049]
In the present invention, as described in claim 14,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and power generation by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen And a second fuel cell stack having a second fuel cell stack. Decreases the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack and increases the output of the second fuel cell stack to the first fuel cell stack. A control method for a fuel cell power generation system is provided, characterized in that the supply amount of power generation air is increased.
[0050]
In the present invention, as described in claim 15,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter is converted into oxygen In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates power by electrochemical reaction with When the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the first fuel cell stack decreases A control method for a fuel cell power generation system is provided, characterized in that the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack is increased.
[0051]
In the present invention, as described in claim 16,
A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter is converted into oxygen In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates power by electrochemical reaction with When the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the second fuel cell stack decreases, the A control method for a fuel cell power generation system is provided, characterized in that the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack is increased.
[0052]
In the present invention, as described in claim 17,
Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the converter with oxygen In the control method of the fuel cell power generation system, the first fuel cell is configured to reduce the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack when the output of the first fuel cell stack increases. A control method for a fuel cell power generation system is provided, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the battery cell stack decreases.
[0053]
In the present invention, as described in claim 18,
Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as the steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the converter with oxygen In the control method of the fuel cell power generation system, the second fuel cell is configured to reduce the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack when the output of the second fuel cell stack increases. A control method for a fuel cell power generation system is provided, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the battery cell stack decreases.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
2 and 3 are system flow diagrams showing an example of a control method of the fuel cell power generation system of the present invention. Taking the fuel cell power generation system shown in FIG. 1 as an example, the operation of the control method for the fuel cell power generation system of the present invention shown in FIGS. 2 and 3 will be described. The configuration and operation mode of the fuel cell power generation system shown in FIG. 1 have already been described. In the control method of the fuel cell power generation system of the present invention, as shown in FIG. 2, the power transmission end AC output 51 of the first fuel cell stack, that is, the solid oxide fuel cell stack 38 is increased as the load 49 increases. If increased, the flow control valve 27 is opened to increase the fuel supply amount, that is, the supply amount of the natural gas 1, and the flow control valve 43 is closed to supply the first fuel cell stack power supply amount, In other words, the oxygen utilization rate at the air electrode 37 is increased by reducing the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the first fuel cell stack, that is, the solid oxide fuel cell stack 38. When the power transmission end AC output 51 decreases with the decrease in the load 49, the flow control valve 27 is closed to decrease the fuel supply amount, that is, the natural gas 1 supply amount. Together, the supply amount of the first fuel cell stack generating air by opening the flow control valve 43, i.e. to increase the supply amount of the solid oxide fuel cell stack generating air 39.
[0055]
For this reason, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases, the carbonization which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 Even if the heat of reaction required for the steam reforming reaction of hydrogen increases, the solid oxide fuel cell supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack Due to the decrease in the supply amount of the stack power generation air 39, the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is suppressed, and the solid oxide fuel cell stack 38 The amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 increases as the amount of power generated increases, so the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 stably generates a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. be able to. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 Since the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases due to the decrease in the amount of power generation, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can do. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0056]
Further, in the control method of the fuel cell power generation system of the present invention, as shown in FIG. 3, the power transmission end AC output 19 of the second fuel cell stack, that is, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is the load 17. When the flow rate increases with the increase, the flow control valve 27 is opened to increase the fuel supply amount, that is, the supply amount of the natural gas 1, and the flow control valve 43 is closed to supply the first fuel cell stack power generation air. By reducing the supply amount, that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, the oxygen utilization rate at the air electrode 37 is increased, and the second fuel cell stack, that is, the solid polymer fuel When the power transmission end AC output 19 of the battery cell stack 9 decreases as the load 17 decreases, the flow control valve 27 is closed to reduce the fuel supply amount, that is, the natural gas 1 supply amount. At the same time, the flow rate control valve 43 is opened to increase the supply amount of the first fuel cell stack power generation air, that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39. Reduce oxygen utilization. The supply amount of the polymer electrolyte fuel cell stack power generation air 25 supplied to the polymer electrolyte fuel cell stack 9, which is the second fuel cell stack, can be arbitrarily controlled. That is, the oxygen utilization rate at the air electrode 8 is increased or decreased by increasing or decreasing the supply amount of the polymer polymer fuel cell stack power generation air 25 in accordance with the increase or decrease of the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. May be controlled to be constant, or the oxygen utilization rate at the air electrode 8 may be controlled by changing the supply amount of the solid polymer fuel cell stack power generation air 25 to be constant. Also good.
[0057]
For this reason, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases, the carbonization which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 Even if the heat of reaction required for the steam reforming reaction of hydrogen increases, the solid oxide fuel cell supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack The decrease in the supply amount of the stack power generation air 39 suppresses the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, so the solid oxide fuel cell stack 38 It is possible to increase the amount of exhaust heat supplied to the reformer 3, and the reformer 3 maintains the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Thereby generating a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide to a constant. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack 9 is decreased, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is promoted by the increase in the supply amount of the power generation air 39, the solid oxide fuel cell stack 38 The amount of exhaust heat supplied to the reformer 3 can be reduced, and the reformer 3 is stable while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Thereby generating a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0058]
The control method of the fuel cell power generation system of the present invention is not limited to the fuel cell power generation system whose configuration is shown in FIG. 1, but is also shown in FIGS. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11. This is effective in a fuel cell power generation system having the configuration shown in FIG. The effectiveness of the fuel cell power generation system shown in FIGS. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 and the control method of the fuel cell power generation system of the present invention will be described below. A brief explanation will be given.
[0059]
FIG. 4 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 4 that are the same as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 4, 52 is the reformed gas for the hydrogen separator, which is the exhaust gas of the CO shift converter 4 and is shunted from the reformed gas 21 whose carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less, 53 is a hydrogen separator, 54 Is the hydrogen separator exhaust gas, 55 is the condenser, 56 is the hydrogen separator dry exhaust gas, 57 is the condensed water, 58 is the hydrogen separated by the hydrogen separator 53, 59 is the fuel electrode hydrogen exhaust gas, 60 is the purge valve, 61 is the purge gas It is. In this case, hydrogen 58 is supplied as fuel gas to the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack.
[0060]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. The present fuel cell power generation system is different from the fuel cell power generation system shown in FIG. 1 in that a hydrogen separator 53 and a condenser 55 are provided instead of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 as shown in FIG. The point is very different.
[0061]
Next, an operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. The reformed gas 52 for the hydrogen separator is supplied to the hydrogen separator 53 having a hydrogen separation membrane such as a palladium membrane, and the hydrogen 58 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the reforming gas 52 for the hydrogen separator is pressurized as necessary. Hydrogen 58 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. The fuel electrode hydrogen exhaust gas 59 made of unreacted hydrogen is all recycled to the fuel electrode 9 and used for power generation in order to improve the power transmission end efficiency of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. However, since the fuel electrode hydrogen exhaust gas 59 contains some impurities other than hydrogen, the purge valve 60 is opened intermittently and the purge gas 61 is released. The hydrogen separator exhaust gas 54 is discharged as a hydrogen separator dry exhaust gas 56 after condensing condensed water 57 with a condenser 55.
[0062]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 The cooling of the stack 38 is suppressed, and the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 is increased by increasing the amount of power generated by the solid oxide fuel cell stack 38. Therefore, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 can be increased, and the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are set within a predetermined temperature range. Thus, the reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 Since the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases due to the decrease in the amount of power generation, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can do. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0063]
Further, when the fuel cell power generation system control method of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 Since the cooling of the stack 38 is suppressed, it is possible to increase the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3, and the reformer 3 and the solid oxide form Charge while the temperature of the cell stack 38 and maintained at a predetermined temperature range, it is possible to stably in the reformer 3 is generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack 9 is decreased, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is promoted by the increase in the supply amount of the power generation air 39, the solid oxide fuel cell stack 38 The amount of exhaust heat supplied to the reformer 3 can be reduced, and the reformer 3 is stable while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Thereby generating a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0064]
FIG. 5 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 5, the same components as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and the description of these components is omitted. In FIG. 5, 62 is a flow rate control valve for controlling the flow rate of the recycle fuel electrode exhaust gas 63, 63 is a recycle fuel electrode exhaust gas, 64 is a CO shift converter fuel electrode exhaust gas, and 65 is a desulfurizer recycle fuel electrode exhaust gas 66. A flow rate control valve for controlling the flow rate, 66 is a fuel electrode exhaust gas for recycling the desulfurizer, 67 is an exhaust gas of the CO shift converter 4, a fuel electrode exhaust gas in which the concentration of carbon monoxide is reduced to 1% or less, and 68 is a CO gas The fuel electrode exhaust gas for the selective oxidizer, 69 is the exhaust gas of the CO selective oxidizer 5, the fuel electrode exhaust gas with the carbon monoxide concentration reduced to the order of ppm, and 70 the fuel electrode exhaust gas condensed with unreacted water vapor.
[0065]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. This fuel cell power generation system is significantly different from the fuel cell power generation system shown in FIG. 1 in that the CO shift converter fuel electrode exhaust gas 64 is supplied to the CO shift converter instead of the hydrogen-rich reformed gas 22.
[0066]
Next, an operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. In order to supply the hydrogen necessary for the generation of hydrogen sulfide in the desulfurizer 2, a part of the fuel electrode exhaust gas 67, in which the concentration of carbon monoxide containing unreacted hydrogen is reduced to 1% or less, is used as a solid for desulfurizer recycling. It is recycled to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 66 of the oxide fuel cell stack. The supply amount of the desulfurizer recycle fuel electrode exhaust gas 66 includes the preset opening degree of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of natural gas 1) and the opening degree of the flow control valve 65 (that is, the fuel for desulfurizer recycle). Based on the relationship of the supply amount of the polar exhaust gas 66), the opening degree of the flow control valve 65 is controlled to set a value corresponding to the supply amount of the natural gas 1.
[0067]
The desulfurized natural gas 24 desulfurized in the desulfurizer 2 is mixed with the recycle fuel electrode exhaust gas 63 containing water vapor generated by the battery reaction in the solid oxide fuel cell stack 38, and then mixed with water vapor and desulfurized natural gas. 23 is supplied to the reformer 3. The supply amount of the recycle fuel electrode exhaust gas 63 includes the preset opening degree of the flow control valve 27 (ie, the supply amount of natural gas 1) and the opening degree of the flow control valve 62 (ie, the recycle fuel electrode exhaust gas 63). Based on the relationship of the supply amount), the opening degree of the flow control valve 62 is controlled to set a value corresponding to the supply amount of the natural gas 1. The hydrogen-rich reformed gas 22 produced by the reformer 3 is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38.
[0068]
As described above, a part of the fuel electrode exhaust gas 42 of the solid oxide fuel cell stack 38 containing water vapor generated by the battery reaction in the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 is formed in the reformer 3. In order to supply steam necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, the fuel gas exhaust gas 63 for recycling is recycled, and the mixed gas 23 of steam and desulfurized natural gas mixed with the desulfurized natural gas 24 is supplied to the reformer 3. Supply. The remainder is supplied to the CO shift converter 4 as the fuel electrode exhaust gas 64 for the CO shift converter.
[0069]
The CO shift converter fuel electrode exhaust gas 64 contains carbon monoxide that causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. The concentration of carbon monoxide contained in the fuel electrode exhaust gas 64 for the CO shift converter is reduced to 1% or less by performing the aqueous shift reaction shown in the formula (1).
[0070]
A part of the fuel electrode exhaust gas 67 having the carbon monoxide concentration produced by the CO shift converter 4 reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the desulfurizer recycling fuel electrode exhaust gas 66 as described above, and the rest If the carbon monoxide concentration is 100 ppm or more, it will cause deterioration of the electrode catalyst when supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, so the carbon monoxide concentration is reduced to the ppm order. Therefore, as the fuel electrode exhaust gas 68 for the CO selective oxidizer, the noble metal catalyst such as platinum or ruthenium is supplied to the CO selective oxidizer 5 filled as the CO selective oxidation catalyst. The CO selective oxidizer 5 converts the carbon monoxide contained in the CO selective oxidizer fuel electrode exhaust gas 68 into oxygen in the CO selective oxidation air 26 by the CO selective oxidation reaction shown in the equation (8), which is an exothermic reaction. By converting it to carbon dioxide, the carbon monoxide concentration in the CO selective oxidizer fuel electrode exhaust gas 68 is reduced to the order of ppm.
[0071]
Unreacted water vapor contained in the fuel electrode exhaust gas 69 in which the carbon monoxide concentration produced by the CO selective oxidizer 5 is reduced to the order of ppm is recovered as condensed water 31 by being cooled to 100 ° C. or less by the condenser 29. To do. The fuel electrode exhaust gas 70 in which the unreacted water vapor is condensed by the condenser 29 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.
[0072]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 The cooling of the stack 38 is suppressed, and the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 is increased by increasing the amount of power generated by the solid oxide fuel cell stack 38. Therefore, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 can be increased, and the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are set within a predetermined temperature range. Thus, the reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 Since the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases due to the decrease in the amount of power generation, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can do. As a result, the reforming catalyst of the reformer 3 and the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0073]
Further, when the fuel cell power generation system control method of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 Since the cooling of the stack 38 is suppressed, it is possible to increase the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3, and the reformer 3 and the solid oxide form Charge while the temperature of the cell stack 38 and maintained at a predetermined temperature range, it is possible to stably in the reformer 3 is generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack 9 is decreased, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is promoted by the increase in the supply amount of the power generation air 39, the solid oxide fuel cell stack 38 The amount of exhaust heat supplied to the reformer 3 can be reduced, and the reformer 3 is stable while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Thereby generating a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0074]
FIG. 6 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 1, 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In FIG. 6, 71 is a fuel electrode exhaust gas for a hydrogen separator.
[0075]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. The present fuel cell power generation system is different from the fuel cell power generation system shown in FIG. 5 in that a hydrogen separator 53 and a condenser 55 are provided in place of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 as shown in FIG. The point is very different.
[0076]
Next, an operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. The fuel electrode exhaust gas 71 for the hydrogen separator is supplied to a hydrogen separator 53 having a hydrogen separation membrane such as a palladium membrane to separate the hydrogen 58. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the fuel electrode exhaust gas 71 for the hydrogen separator is pressurized as necessary.
[0077]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 The cooling of the stack 38 is suppressed, and the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 is increased by increasing the amount of power generated by the solid oxide fuel cell stack 38. Therefore, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 can be increased, and the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are set within a predetermined temperature range. Thus, the reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 Since the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases due to the decrease in the amount of power generation, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can do. As a result, the reforming catalyst of the reformer 3 and the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are suppressed, and the reformer 3 Thus, it is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in the reliability of the system.
[0078]
Further, when the fuel cell power generation system control method of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 Since the cooling of the stack 38 is suppressed, it is possible to increase the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3, and the reformer 3 and the solid oxide form Charge while the temperature of the cell stack 38 and maintained at a predetermined temperature range, it is possible to stably in the reformer 3 is generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack 9 is decreased, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is promoted by the increase in the supply amount of the power generation air 39, the solid oxide fuel cell stack 38 The amount of exhaust heat supplied to the reformer 3 can be reduced, and the reformer 3 is stable while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Thereby generating a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0079]
FIG. 7 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 7, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, and 6 are denoted by the same reference numerals, and the description of these components is omitted.
[0080]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. This fuel cell power generation system differs from the fuel cell power generation system shown in FIG. 5 in that the reformer 3 is unnecessary and the mixed gas 23 of water vapor and desulfurized natural gas is used as it is in the solid oxide form as shown in FIG. The difference is that the fuel cell 35 is supplied to the fuel electrode 35 of the fuel cell stack 38 to cause the fuel electrode 35 to perform a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1.
[0081]
Next, an operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. A mixed gas 23 of steam and desulfurized natural gas is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. In the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38, a steam reforming reaction of hydrocarbons (mainly methane) contained in the natural gas 1 is performed by the action of the fuel electrode catalyst to generate hydrogen and carbon monoxide. To do. Hydrogen and carbon monoxide generated in the fuel electrode 35 are consumed on the spot by the fuel electrode reaction shown in the equations (3) and (4), and the solid oxide fuel cell stack 38 is generated. Since the hydrocarbon steam reforming reaction is an endothermic reaction, the heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 is used as the reaction heat necessary for the hydrocarbon steam reforming reaction. The power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is generally 800 to 1000 ° C., and the power generation temperature is maintained by heat generated by the battery reaction. For this reason, the heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 can be used as the reaction heat of the hydrocarbon steam reforming reaction at the fuel electrode 35 as described above.
[0082]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. Even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction, at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 increases, The solid oxide fuel cell stack power generation air is reduced by reducing the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is a cell stack. 39 suppresses the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack 38, and increases the power generation amount of the solid oxide fuel cell stack 38. Since the calorific value of the fuel cell stack 38 also increases, the fuel electrode 35 stably generates a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can be made. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack is decreased, an endothermic reaction occurs at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the hydrocarbon that is a component of the natural gas 1 is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 As the amount of power generation decreases, the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases, so that the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is maintained within a predetermined temperature range. While, can be stable in the fuel electrode 35 to generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed, thereby reducing the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and the system reliability. Can be avoided.
[0083]
Further, when the fuel cell power generation system control method of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases. Furthermore, the reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 which is an endothermic reaction, at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack is increased. Even so, the solid oxide fuel cell stack power generation air is reduced by reducing the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38. 39 suppresses the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by 39, while maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 in a predetermined temperature range. Stably can be generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide in the fuel electrode 35. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack 9 decreases, the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack. Even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction, decreases at the fuel electrode 35, it is supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38. Since the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 increases the cooling rate of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, The temperature of the oxide fuel cell stack 38 is maintained within a predetermined temperature range, and a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide can be generated at the fuel electrode 35. As a result, the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed, thereby reducing the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and the system reliability. Can be avoided.
[0084]
FIG. 8 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 8, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, and 7 are denoted by the same reference numerals, and the description of these components is omitted.
[0085]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. This fuel cell power generation system is different from the fuel cell power generation system shown in FIG. 7 in that a hydrogen separator 53 and a condenser 55 are provided instead of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29, as shown in FIG. The point is very different.
[0086]
Next, an operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. The fuel electrode exhaust gas 71 for the hydrogen separator is supplied to a hydrogen separator 53 having a hydrogen separation membrane such as a palladium membrane to separate the hydrogen 58. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the fuel electrode exhaust gas 71 for the hydrogen separator is pressurized as necessary.
[0087]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons which are components of natural gas 1 which is an endothermic reaction at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 increases, the solid oxide fuel The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 Cooling of the stack 38 is suppressed, and heat generation of the solid oxide fuel cell stack 38 due to an increase in power generation amount of the solid oxide fuel cell stack 38 Since also increases, while maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 to a predetermined temperature range, stably a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide in the fuel electrode 35 can be generated. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack is decreased, an endothermic reaction occurs at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the hydrocarbon that is a component of the natural gas 1 is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 As the amount of power generation decreases, the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases, so that the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is maintained within a predetermined temperature range. While, can be stable in the fuel electrode 35 to generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed, thereby reducing the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and the system reliability. Can be avoided.
[0088]
Further, when the fuel cell power generation system control method of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack increases. Furthermore, the reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 which is an endothermic reaction, at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack is increased. Even so, the solid oxide fuel cell stack power generation air is reduced by reducing the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38. 39 suppresses the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by 39, while maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 in a predetermined temperature range. Stably can be generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide in the fuel electrode 35. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. be able to. On the other hand, when the power transmission end AC output 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 which is the second fuel cell stack 9 decreases, the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack. Even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction, decreases at the fuel electrode 35, it is supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38. Since the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 increases the cooling rate of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, The temperature of the oxide fuel cell stack 38 is maintained within a predetermined temperature range, and a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide can be generated at the fuel electrode 35. As a result, the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed, thereby reducing the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and the system reliability. Can be avoided.
[0089]
FIG. 9 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 9, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, 7, and 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 72 is a reformed gas for a phosphoric acid fuel cell stack, and 74 is a phosphoric acid fuel cell stack. The phosphoric fuel cell stack 74 comprises a fuel electrode 75, a phosphoric acid electrolyte 76, and an air electrode 77. Element. 75 is a fuel electrode, 76 is a phosphoric acid electrolyte, 77 is an air electrode, 78 is a phosphoric acid fuel cell stack power generating air, and 79 is a flow rate control valve for controlling the flow rate of the phosphoric acid fuel cell stack power generating air 78. , 80 is the fuel cell DC output, 81 is the power transmission end AC output, 82 is the load, 83 is the fuel electrode exhaust gas that is the exhaust gas from the phosphoric acid fuel cell stack 74, and 84 is from the phosphoric acid fuel cell stack 74 The air electrode exhaust gas, 85, which is the exhaust gas, represents an output adjusting device. In FIG. 9, the phosphoric acid fuel cell stack 74 is shown as being constituted by a single cell comprising a pair of fuel electrode 75, phosphoric acid electrolyte 76 and air electrode 77. The acid fuel cell stack 74 is configured by stacking a plurality of the single cells.
[0090]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. The present fuel cell power generation system is different from the fuel cell power generation system shown in FIG. 1 in that the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are not required as shown in FIG. The difference is that a phosphoric acid fuel cell stack 74 is used instead of the molecular fuel cell stack 9.
[0091]
Next, an operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. Part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is used as the reformed gas 72 for the phosphoric acid fuel cell stack in the second fuel cell stack. This is supplied to the fuel electrode 75 of a certain phosphoric acid fuel cell stack 74. On the other hand, a part of the air 14 taken in by the air supply blower 12 is supplied to the air electrode 77 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 as phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78. The supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78 to the air electrode 77 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 is determined by the battery current of the fuel cell DC output 80 and the opening degree of the flow control valve 79. By controlling the opening degree of the flow rate control valve 79 based on the relationship (that is, the supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78), a value commensurate with the battery current of the fuel cell DC output 80 is obtained. Set. The power generation temperature of the phosphoric acid fuel cell stack 74 is generally 190 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction.
[0092]
In the fuel electrode 75 of the phosphoric acid fuel cell stack 74, about 80% of the hydrogen contained in the reformed gas 72 for the phosphoric acid fuel cell stack is made into a solid polymer fuel cell by the action of the platinum-based electrode catalyst. As in the case of the cell stack 9, the fuel electrode reaction shown in the formula (9) changes to hydrogen ions and electrons.
[0093]
The hydrogen ions generated at the fuel electrode 75 move inside the phosphoric acid electrolyte 76 and reach the air electrode 77. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 75 move through the external circuit and reach the air electrode 77. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 80 in the process of the electrons moving through the external circuit.
[0094]
In the air electrode 77 of the phosphoric acid fuel cell stack 74, hydrogen ions that have moved from the fuel electrode 75 to the air electrode 77 to the air electrode 77 by the action of the platinum-based electrode catalyst, an external circuit is connected from the fuel electrode 75. Electrons that have moved to the air electrode 77 and oxygen in the phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78 supplied to the air electrode 77 are expressed by the formula (10) as in the case of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. The water reacts by the air electrode reaction shown in 1.
[0095]
When the formulas (9) and (10) are put together, the battery reaction of the phosphoric acid fuel cell stack 74 is similar to that of the solid polymer fuel cell stack 9 in the hydrogen and oxygen shown in the formula (11). Can be expressed as the reverse reaction of electrolysis of water.
[0096]
The fuel cell direct current output 80 obtained by the power generation of the phosphoric acid fuel cell stack 74 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output adjusting device 85 in accordance with the load 82, and then the power transmission end alternating current output. 81 is supplied to the load 82. In FIG. 9, the output adjustment device 85 performs conversion from direct current to alternating current. However, only the voltage conversion may be performed by the output adjustment device 85 to supply the power transmission end DC output to the load 82.
[0097]
Phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78 is a phosphoric acid fuel after consumption of a part of oxygen by the air electrode reaction shown in the equation (10) at the air electrode 77 of the phosphoric acid fuel cell stack 74. The air is discharged as the air electrode exhaust gas 84 of the battery cell stack 74. On the other hand, the reformed gas 72 for the phosphoric acid fuel cell stack consumes about 80% of the hydrogen in the fuel electrode 75 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 by the fuel electrode reaction shown in the equation (9). The fuel electrode exhaust gas 83 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 is discharged.
[0098]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 The cooling of the stack 38 is suppressed, and the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 is increased by increasing the amount of power generated by the solid oxide fuel cell stack 38. Therefore, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 can be increased, and the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are set within a predetermined temperature range. Thus, the reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 74 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. Can do. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 Since the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases due to the decrease in the amount of power generation, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can do. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0099]
Further, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, the transmission end AC output 81 of the second fuel cell stack, that is, the phosphoric acid fuel cell stack 74 is increased in the load 82. When the flow rate increases, the flow control valve 27 is opened to increase the fuel supply amount, that is, the supply amount of natural gas 1, and the flow control valve 43 is closed to supply the first fuel cell stack power generation air. The oxygen utilization rate at the air electrode 37 is increased by decreasing the amount, that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the second fuel cell stack, that is, the phosphoric acid fuel cell. When the power transmission end AC output 81 of the stack 74 decreases as the load 82 decreases, the flow control valve 27 is closed to supply the fuel supply amount, that is, the supply of the natural gas 1. The air electrode is reduced by opening the flow control valve 43 and increasing the supply amount of the first fuel cell stack power generation air, that is, the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39. Reduce oxygen utilization at 37. The supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78 supplied to the phosphoric acid fuel cell stack 74 which is the second fuel cell stack can be arbitrarily controlled. That is, the oxygen utilization rate at the air electrode 77 is constant by increasing or decreasing the supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78 in accordance with the increase or decrease of the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74. Alternatively, the oxygen utilization rate at the air electrode 77 may be changed by making the supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack power generation air 78 constant.
[0100]
For this reason, when the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74, which is the second fuel cell stack, increases, hydrocarbons that are components of the natural gas 1 that is endothermic in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction is increased The cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is suppressed by the decrease in the supply amount of the power generation air 39, so that the solid oxide fuel cell stack 38 The amount of exhaust heat supplied to the reformer 3 can be increased, and the reformer 3 can reduce the heat while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Thereby generating a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 74 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. Can do. On the other hand, when the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 which is the second fuel cell stack decreases, the reformer 3 absorbs hydrocarbons which are components of the natural gas 1 which is an endothermic reaction. Even if the reaction heat required for the steam reforming reaction is reduced, the solid oxide fuel cell stack power generation supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is promoted by the increase in the supply amount of the air 39, the solid oxide fuel cell stack 38 is improved. The amount of exhaust heat supplied to the mass device 3 can be reduced, and the reformer 3 can stably stabilize the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. It can be generated quantification of hydrogen and carbon monoxide. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0101]
FIG. 10 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 10, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, 7, 8, and 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 73 represents an anode exhaust gas for a phosphoric acid fuel cell stack.
[0102]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. This fuel cell power generation system is different from the fuel cell power generation system shown in FIG. 5 in that the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are not required as shown in FIG. The difference is that a phosphoric acid fuel cell stack 74 is used instead of the molecular fuel cell stack 9.
[0103]
Next, the operation mode of the fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. A part of the fuel electrode exhaust gas 67 of the solid oxide fuel cell stack 38 produced by the CO shift converter 4 with the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is used as the fuel cell exhaust gas for the phosphoric acid fuel cell stack. 73 is supplied to the fuel electrode 75 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 which is the second fuel cell stack.
[0104]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons, which are components of natural gas 1 that is an endothermic reaction in the reformer 3, increases, the solid oxide fuel that is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 The cooling of the stack 38 is suppressed, and the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 is increased by increasing the amount of power generated by the solid oxide fuel cell stack 38. Therefore, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 can be increased, and the temperatures of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 are set within a predetermined temperature range. Thus, the reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 74 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. Can do. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack decreases, the hydrocarbon which is a component of the natural gas 1 which is an endothermic reaction in the reformer 3 The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, which is the first fuel cell stack, even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the fuel cell is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 Since the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases due to the decrease in the amount of power generation, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 is reduced. The reformer 3 can stably generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide while maintaining the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. Can do. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0105]
Further, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, when the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 which is the second fuel cell stack increases. Even if the heat of reaction required for the steam reforming reaction of hydrocarbon, which is a component of natural gas 1 which is an endothermic reaction, increases in the reformer 3, the solid oxide fuel cell which is the first fuel cell stack The solid oxide fuel cell stack by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to a decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the cell stack 38 38 is suppressed, the amount of exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3 can be increased, and the reformer 3 and the solid oxide fuel can be increased. While maintaining the temperature of the cell stack 38 to a predetermined temperature range, it is possible to stably in the reformer 3 is generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 74 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. Can do. On the other hand, when the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 which is the second fuel cell stack decreases, the reformer 3 absorbs hydrocarbons which are components of the natural gas 1 which is an endothermic reaction. Even if the reaction heat required for the steam reforming reaction is reduced, the solid oxide fuel cell stack power generation supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is promoted by the increase in the supply amount of the air 39, the solid oxide fuel cell stack 38 is improved. The amount of exhaust heat supplied to the mass device 3 can be reduced, and the reformer 3 can stably stabilize the temperature of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range. It can be generated quantification of hydrogen and carbon monoxide. As a result, deterioration of the reforming catalyst of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the reformer 3 and the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed. It is possible to avoid a decrease in the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and a decrease in system reliability.
[0106]
FIG. 11 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective. 11, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0107]
Hereinafter, an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective will be described with reference to FIG. This fuel cell power generation system differs from the fuel cell power generation system shown in FIG. 7 in that the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are not required, as shown in FIG. The difference is that a phosphoric acid fuel cell stack 74 is used instead of the molecular fuel cell stack 9. The operation mode of this fuel cell power generation system is the same as that of the fuel cell power generation system shown in FIG.
[0108]
Also in the present fuel cell power generation system, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied, the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack increases. In addition, even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of hydrocarbons which are components of natural gas 1 which is an endothermic reaction at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 increases, the solid oxide fuel The solid oxide fuel cell by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 due to the decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the battery cell stack 38 Cooling of the stack 38 is suppressed, and heat generation of the solid oxide fuel cell stack 38 due to an increase in power generation amount of the solid oxide fuel cell stack 38 Since also increases, while maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 to a predetermined temperature range, stably a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide in the fuel electrode 35 can be generated. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 74 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. Can do. On the other hand, when the power transmission end AC output 51 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack is decreased, an endothermic reaction occurs at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. The solid oxide fuel cell stack supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 even if the reaction heat required for the steam reforming reaction of the hydrocarbon that is a component of the natural gas 1 is reduced The increase in the supply amount of the power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39, and the solid oxide fuel cell stack 38 As the amount of power generation decreases, the amount of heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 also decreases, so that the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is maintained within a predetermined temperature range. While, can be stable in the fuel electrode 35 to generate a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide. As a result, the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed, thereby reducing the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and the system reliability. Can be avoided.
[0109]
Further, when the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is applied to the fuel cell power generation system, when the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 which is the second fuel cell stack increases. The reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons which are components of natural gas 1 which is an endothermic reaction increases at the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 which is the first fuel cell stack. However, the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is reduced due to a decrease in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38. Since the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the above is suppressed, while maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 in a predetermined temperature range, Stably can be generated a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide in the charge electrode 35. As a result, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 74 can perform high-efficiency power generation at a predetermined power transmission end AC output, and suppress reduction in system output and power generation efficiency. Can do. On the other hand, when the power transmission end AC output 81 of the phosphoric acid fuel cell stack 74 that is the second fuel cell stack decreases, the solid oxide fuel cell stack 38 that is the first fuel cell stack 38 Even if the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the hydrocarbon, which is a component of the natural gas 1 that is an endothermic reaction, decreases at the fuel electrode 35, it is supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38. The increase in the supply amount of the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 promotes the cooling of the solid oxide fuel cell stack 38 by the solid oxide fuel cell stack power generation air 39. While maintaining the temperature of the physical fuel cell stack 38 within a predetermined temperature range, a predetermined amount of hydrogen and carbon monoxide can be stably generated at the fuel electrode 35. As a result, the deterioration of the solid oxide fuel cell stack 38 due to the temperature rise of the solid oxide fuel cell stack 38 is suppressed, thereby reducing the life of the solid oxide fuel cell stack 38 and the system reliability. Can be avoided.
[0110]
As described above, according to the present invention, it is possible to change the output of the fuel cell power generation system while maintaining the temperature of the fuel cell stack and the reformer within a predetermined temperature range. There is an advantage that the output of the fuel cell power generation system can follow the load fluctuation while performing high-efficiency power generation without adversely affecting the life of the reformer and the reliability of the system.
[0111]
【The invention's effect】
By implementing the present invention, it is possible to provide a control method for a fuel cell power generation system that can maintain the temperature of the fuel cell stack and the reformer in a predetermined temperature range even when the output changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of a fuel cell power generation system in which a control method for a fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 2 is a system flow diagram illustrating an example of a control method for a fuel cell power generation system according to the present invention.
FIG. 3 is a system flow diagram showing an example of a control method of the fuel cell power generation system of the present invention.
FIG. 4 is a system configuration diagram showing an example of another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 5 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 6 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 7 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 8 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 9 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 10 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 11 is a system configuration diagram showing an example of still another fuel cell power generation system in which the control method of the fuel cell power generation system of the present invention is effective.
FIG. 12 is a system flow diagram showing a control method of a conventional fuel cell power generation system.
FIG. 13 is a system flow diagram illustrating a control method of a conventional fuel cell power generation system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Natural gas, 2 ... Desulfurizer, 3 ... Reformer, 4 ... CO shift converter, 5 ... CO selective oxidizer, 6 ... Fuel electrode, 7 ... Solid polymer electrolyte, 8 ... Air electrode, 9 ... Solid high Molecular fuel cell stack 10, 10, 11 ... Flow control valve, 12 ... Air supply blower, 13 ... Air electrode exhaust gas, 14 ... Air, 15 ... Fuel electrode exhaust gas, 16 ... Output adjustment device, 17 ... Load, 18 ... Fuel cell DC output, 19 ... Transmission end AC output, 20 ... Reformed gas with carbon monoxide concentration reduced to ppm order, 21 ... Reformed gas with carbon monoxide concentration reduced to 1% or less, 22 ... Hydrogen Rich reformed gas, 23 ... Mixed gas of water vapor and desulfurized natural gas, 24 ... Desulfurized natural gas, 25 ... Air for power generation of polymer electrolyte fuel cell stack, 26 ... Air for CO selective oxidizer, 27 ... Flow control valve , 28 ... condensed unreacted water vapor Reformed gas, 29 ... Condenser, 30 ... Water produced by battery reaction, 31 ... Condensed water, 32 ... Reformed gas for recycling desulfurizer, 33 ... Flow control valve, 34 ... Reformed gas for CO selective oxidizer, 35 ... Fuel electrode, 36 ... Solid oxide electrolyte, 37 ... Air electrode, 38 ... Solid oxide fuel cell stack, 39 ... Air for power generation of solid oxide fuel cell stack, 40 ... Flow control valve, 41 ... Reforming Recycled fuel electrode exhaust gas, 42 ... Fuel electrode exhaust gas, 43 ... Flow control valve, 44 ... Air electrode exhaust gas, 45 ... Discharge fuel electrode exhaust gas, 46, 47 ... Flow control valve, 48 ... Output adjustment device, 49 ... Load 50 ... Fuel cell DC output, 51 ... Transmission end AC output, 52 ... Hydrogen separator reformed gas, 53 ... Hydrogen separator, 54 ... Hydrogen separator exhaust gas, 55 ... Condenser, 56 ... Hydrogen separator dry exhaust gas, 57 ... condensed water, 58 Hydrogen, 59 ... Fuel electrode hydrogen exhaust gas, 60 ... Purge valve, 61 ... Purge gas, 62 ... Flow control valve, 63 ... Recycle fuel electrode exhaust gas, 64 ... CO shift converter fuel electrode exhaust gas, 65 ... Flow control valve, 66 ... Fuel electrode exhaust gas for desulfurizer recycling, 67 ... Fuel electrode exhaust gas with carbon monoxide concentration reduced to 1% or less, 68 ... Fuel electrode exhaust gas for CO selective oxidizer, 69 ... Fuel with carbon monoxide concentration reduced to ppm order Polar exhaust gas, 70 ... Fuel electrode exhaust gas condensed with unreacted water vapor, 71 ... Fuel electrode exhaust gas for hydrogen separator, 72 ... Reformed gas for phosphoric acid fuel cell stack, 73 ... Fuel for phosphoric acid fuel cell stack Polar exhaust gas, 74 ... phosphoric acid fuel cell stack, 75 ... fuel electrode, 76 ... phosphoric acid electrolyte, 77 ... air electrode, 78 ... phosphoric acid fuel cell stack power generation air 79 ... Flow control valve, 80 ... Fuel cell DC output, 81 ... Power transmission end AC output, 82 ... Load, 83 ... Fuel electrode exhaust gas, 84 ... Air electrode exhaust gas, 85 ... Output adjustment device.

Claims (18)

燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the CO shift converter is oxidized with oxygen A CO selective oxidizer that converts to carbon, and a second fuel that generates electricity by causing an electrochemical reaction of hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen In a control method of a fuel cell power generation system having a battery cell stack, when the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, A control method for a fuel cell power generation system, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the first fuel cell stack decreases. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the CO shift converter is oxidized with oxygen A CO selective oxidizer that converts to carbon, and a second fuel that generates electricity by causing an electrochemical reaction of hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen In the control method of a fuel cell power generation system having a battery cell stack, when the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, A control method for a fuel cell power generation system, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the second fuel cell stack decreases. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and a hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, And a second fuel cell stack that generates power by causing the hydrogen separated by the hydrogen separator to electrochemically react with oxygen. In the system control method, when the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the first fuel cell stack A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that when the output decreases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam, and a hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, And a second fuel cell stack that generates power by causing the hydrogen separated by the hydrogen separator to electrochemically react with oxygen. In the system control method, when the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the second fuel cell stack A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that when the output decreases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel battery cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and one remaining in the exhaust gas of the CO shift converter. A CO selective oxidizer that oxidizes carbon oxide with oxygen and converts it to carbon dioxide, and hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer reacts electrochemically with oxygen. In the control method of the fuel cell power generation system having the second fuel cell stack that generates power by the power generation, the power generation to the first fuel cell stack when the output of the first fuel cell stack increases A fuel cell characterized in that when the output of the first fuel cell stack is decreased, the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack is increased when the output of the first fuel cell stack is decreased Control method of power generation system. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel battery cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and one remaining in the exhaust gas of the CO shift converter. A CO selective oxidizer that oxidizes carbon oxide with oxygen and converts it to carbon dioxide, and hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer reacts electrochemically with oxygen. In the control method of the fuel cell power generation system having the second fuel cell stack that generates power by the power generation, the power generation to the first fuel cell stack when the output of the second fuel cell stack increases A fuel cell, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output amount of the second fuel cell stack decreases when the supply amount of the supply air is decreased Control method of power generation system. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; Selecting a CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter Separation hydrogen separator, and a second fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen In the control method of a fuel cell power generation system having a fuel cell stack, when the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the first A method for controlling a fuel cell power generation system, comprising: increasing the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack when the output of one fuel cell stack decreases. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; Selecting a CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor, and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter Separation hydrogen separator, and a second fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen In the control method of the fuel cell power generation system including the fuel cell stack, when the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and the first A control method for a fuel cell power generation system, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the second fuel cell stack decreases. 燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as the steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the converter with oxygen and converts it to carbon dioxide; In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by causing an electrochemical reaction of hydrogen in exhaust gas of an oxidizer with oxygen, the output of the first fuel cell stack is When the output increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the first fuel cell stack decreases, the power generation to the first fuel cell stack A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that the supply amount of working air is increased. 燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中に残存する一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the converter with oxygen and converts it to carbon dioxide; In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the oxidizer with oxygen, the output of the second fuel cell stack is When the output increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the second fuel cell stack decreases, the power generation to the first fuel cell stack A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that the supply amount of working air is increased. 燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the converter, and the hydrogen separated by the hydrogen separator is In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by causing a chemical reaction, when the output of the first fuel cell stack increases, the first fuel cell stack Reducing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack, and increasing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack when the output of the first fuel cell stack decreases. Control method for a fuel cell power generation system. 燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the converter, and the hydrogen separated by the hydrogen separator is In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates electricity by causing a chemical reaction, when the output of the second fuel cell stack increases, the first fuel cell stack Reducing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack, and increasing the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack when the output of the second fuel cell stack decreases. Control method for a fuel cell power generation system. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and power generation by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen A control method for a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that performs the operation of the first fuel cell stack. Decreases the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack, and when the output of the first fuel cell stack decreases, the power to the first fuel cell stack A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that the supply amount of power generation air is increased. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and power generation by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen And a second fuel cell stack having a second fuel cell stack. Decreases the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack and increases the output of the second fuel cell stack to the first fuel cell stack. A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that the supply amount of power generation air is increased. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter is converted into oxygen In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates power by electrochemical reaction with When the output of the first fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the first fuel cell stack decreases A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased. 燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記改質器にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。A reformer that produces a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of fuel, and an electric power is generated by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen. A first fuel cell stack that supplies exhaust heat generated along with the steam to the reformer and recycles the steam generated by the electrochemical reaction to the reformer as steam necessary for the steam reforming reaction; A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor; and hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter is converted into oxygen In a control method of a fuel cell power generation system having a second fuel cell stack that generates power by electrochemical reaction with When the output of the second fuel cell stack increases, the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is decreased, and when the output of the second fuel cell stack decreases, the A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased. 燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第一の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as the steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the converter with oxygen In the control method of the fuel cell power generation system, the first fuel cell is configured to reduce the amount of power generation air supplied to the first fuel cell stack when the output of the first fuel cell stack increases. A control method for a fuel cell power generation system, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the battery cell stack decreases. 燃料極における燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素とを生成させるとともに、前記水素、もしくは前記水素及び前記一酸化炭素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行い、該発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記水素と前記酸素との電気化学反応によって生成した水蒸気を前記水蒸気改質反応に必要な水蒸気として前記燃料極にリサイクルする第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素とに変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックとを有する燃料電池発電システムの制御方法において、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が増加した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を減少させ、前記第二の燃料電池セルスタックの出力が減少した場合に前記第一の燃料電池セルスタックへの発電用空気の供給量を増加させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。Hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and power is generated by electrochemical reaction of the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and the steam generated by the electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen is recycled to the fuel electrode as the steam necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack, a CO shift converter that converts carbon monoxide in an anode exhaust gas of the first fuel cell stack into water vapor by reacting with water vapor, and the CO shift A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the converter with oxygen In the control method of the fuel cell power generation system, the second fuel cell is configured to reduce the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack when the output of the second fuel cell stack increases. A control method for a fuel cell power generation system, wherein the supply amount of power generation air to the first fuel cell stack is increased when the output of the battery cell stack decreases.
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