JP5283571B2 - Fuel cell system control program - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の燃料電池モジュールを備える燃料電池システムを、コンピュータによって制御するための燃料電池システムの制御プログラムに関する。   The present invention relates to a control program for a fuel cell system for controlling, by a computer, a fuel cell system including a plurality of fuel cell modules that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas.

通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。この固体電解質の両側に、アノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定の数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   Usually, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte. An electrolyte / electrode assembly in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the solid electrolyte is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is usually used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

この種の燃料電池スタックを組み込む電力供給システムでは、例えば、電力需要量の変動に対応するために、あるいは、複数の負荷に対応するために、複数の燃料電池スタックを併設する場合がある。   In a power supply system incorporating this type of fuel cell stack, for example, a plurality of fuel cell stacks may be provided side by side in order to cope with fluctuations in power demand or to accommodate a plurality of loads.

特許文献１に開示されている電力供給システムは、データを送受信することが可能な制御手段で受信した信号により発電量が制御される複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池の前記制御手段とを送受信することが可能な制御装置を有している。制御装置は、電力負荷を検出する電力負荷検出手段と、複数の燃料電池毎に発電量を検出する発電量検出手段と、前記発電量検出手段で検出された一定期間の発電量を前記複数の燃料電池毎に累積する一定期間発電量累積手段と、前記一定期間発電量累積手段が累積する発電量が所定の閾値を越えたときに累積する発電量をクリアする累積発電量クリア手段と、前記複数の燃料電池の動作順位を決定する動作順位決定手段と、前記電力負荷検出手段で検出された電力負荷と前記動作順位決定手段で決定された動作順位をもとに前記複数の燃料電池毎の発電量を決定する発電量決定手段と、前記発電量決定手段で決定された発電量を前記複数の燃料電池に係る制御手段へ送信する送信手段を備えている。そして、動作順位決定手段は、一定期間発電量累積手段で累積した発電量が大きい前記複数の燃料電池ほど動作順位を高くしている。   The power supply system disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of fuel cells whose power generation amount is controlled by a signal received by a control unit capable of transmitting and receiving data, and the control unit of the plurality of fuel cells. It has a control device which can transmit and receive. The control device includes: a power load detection unit that detects a power load; a power generation amount detection unit that detects a power generation amount for each of the plurality of fuel cells; and a power generation amount for a certain period detected by the power generation amount detection unit. A power generation amount accumulating means for a fixed period accumulated for each fuel cell, a cumulative power generation amount clearing means for clearing a power generation amount accumulated when the power generation amount accumulated by the power generation amount accumulation means for a certain period exceeds a predetermined threshold, An operation order determining means for determining an operation order of a plurality of fuel cells, an electric power load detected by the power load detecting means, and an operation order determined by the operation order determining means for each of the plurality of fuel cells. A power generation amount determining means for determining the power generation amount, and a transmission means for transmitting the power generation amount determined by the power generation amount determination means to the control means related to the plurality of fuel cells. The operation order determining means sets the operation order higher for the plurality of fuel cells having a larger power generation amount accumulated by the power generation amount accumulation means for a certain period.

これにより、電力需要者毎の電力負荷の変動に対して、複数の燃料電池において動作順位が高いものから発電させることで、最も発電効率がよい最大定格出力で燃料電池相互間で電力補完を実行させるととともに、動作順位を定期的に変えることで、複数の燃料電池の総発電量の平均化により経年劣化を均等化することができ、複数の燃料電池のメンテナンス時期や交換時期等を平均化することが可能となる、としている。   As a result, power supplementation is performed between fuel cells with the maximum rated output with the best power generation efficiency by generating power from the one with the highest operating order in multiple fuel cells in response to fluctuations in the power load for each power consumer. In addition, by periodically changing the operation order, it is possible to equalize aging deterioration by averaging the total power generation of multiple fuel cells, and to average the maintenance and replacement times of multiple fuel cells. It is possible to do that.

また、特許文献２は、複数個の固体酸化物形燃料電池スタックを併置した固体酸化物形燃料電池システムの運転制御プログラムであって、各固体酸化物形燃料電池スタックの燃料流量、空気流量及び負荷量を独立に制御し、システム全体として発電効率を最大にすることを特徴としている。   Patent Document 2 is an operation control program for a solid oxide fuel cell system in which a plurality of solid oxide fuel cell stacks are juxtaposed, and includes a fuel flow rate, an air flow rate of each solid oxide fuel cell stack, and It is characterized by controlling the load amount independently and maximizing the power generation efficiency of the entire system.

特開２００９−０４３５２０号公報JP 2009-043520 A 特開２００７−０５９３５９号公報JP 2007-059359 A

例えば、ＳＯＦＣ等の高温型燃料電池では、燃料電池を効率的に発電させるために、前記燃料電池が熱自立可能な温度範囲にあり、且つ熱自立可能な発電量範囲で発電することが必要である。なお、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。   For example, in a high-temperature fuel cell such as SOFC, in order to generate power efficiently, it is necessary for the fuel cell to be in a temperature range where heat can self-sustain and to generate power in a power generation range where heat can self-sustain. is there. In addition, heat self-sustainment means maintaining the operating temperature of a fuel cell only with the heat generated by itself without applying heat from the outside.

しかしながら、上記の特許文献１では、単に、動作順位を決定して各燃料電池の未発電（未稼動）と発電（稼動）とを切り換えているだけである。このため、燃料電池を予め熱自立可能な温度範囲まで昇温させ、且つ熱自立可能な発電量範囲で発電することが考慮されておらず、ＳＯＦＣの制御に良好に適用させることができないという問題がある。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, the operation order is simply determined to switch between non-power generation (non-operation) and power generation (operation) of each fuel cell. For this reason, it is not considered to raise the temperature of the fuel cell in advance to a temperature range in which heat can be self-supported and to generate power in a power generation amount range in which heat can be self-supported, and cannot be applied well to SOFC control. There is.

また、上記の特許文献２では、各固体酸化物形燃料電池スタックの燃料流量、空気流量及び負荷量を独立に制御するだけである。従って、燃料電池を予め熱自立可能な温度範囲まで昇温させ、且つ熱自立可能な発電量範囲で発電することが考慮されておらず、ＳＯＦＣの制御に良好に適用させることができないという問題がある。   Moreover, in said patent document 2, only the fuel flow rate, air flow rate, and load amount of each solid oxide fuel cell stack are controlled independently. Therefore, it is not considered that the fuel cell is heated in advance to a temperature range in which heat can be self-sustained, and power generation in a power generation range in which heat can be self-sustained. is there.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、複数の燃料電池モジュールを予め熱自立可能な温度範囲まで昇温させ、且つ熱自立可能な発電量範囲で発電させるとともに、負荷追従性の向上を図ることが可能な燃料電池システムの制御プログラムを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and raises the temperature of a plurality of fuel cell modules in advance to a temperature range in which heat can self-sustain, and generates power in a power generation amount range in which heat self-sustainment is possible, and improves load followability. An object of the present invention is to provide a control program for a fuel cell system capable of achieving the above.

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電するｎ（ｎ：２以上の自然数）個の燃料電池モジュールと、ｍ（１≦ｍ＜ｎ：自然数）個目の前記燃料電池モジュールから排ガスを排出させるｍ個目の排ガス排出通路と、ｍ個目の前記排ガス排出通路から分岐するとともに、ｍ個目の前記燃料電池モジュールから（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに前記排ガスを供給して、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールを暖機させるためのｍ個目の排ガス供給通路と、ｍ個目の前記排ガス排出通路からｍ個目の前記排ガス供給通路を通って、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに供給される前記排ガスの流量を制御する排ガス流量制御部とを備える燃料電池システムを、コンピュータによって制御するための燃料電池システムの制御プログラムに関するものである。   The present invention provides n (n: a natural number greater than or equal to 2) fuel cell modules that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and the m (1 ≦ m <n: natural number) fuel cells. The m th exhaust gas exhaust passage for exhausting exhaust gas from the module and the m th exhaust gas exhaust passage branch from the m th fuel cell module to the (m + 1) th fuel cell module. Through the mth exhaust gas supply passage from the mth exhaust gas discharge passage and the mth exhaust gas supply passage for warming up the (m + 1) th fuel cell module. , A fuel cell for controlling a fuel cell system including a flue gas flow rate control unit for controlling a flow rate of the flue gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module by a computer The present invention relates to stem control program.

この制御プログラムは、ｎ個の燃料電池モジュールの内、稼動中であるｍ個目の前記燃料電池モジュールを検出する第１のステップと、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの目標発電量を設定する第２のステップと、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの現在発電量を検出する第３のステップと、前記目標発電量と前記現在発電量とを比較する第４のステップと、前記第４のステップの比較結果に基づいて、前記現在発電量と予め設定された第１発電量設定値とを比較する第５のステップと、前記第５のステップの比較結果に基づいて、未稼動である（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの温度を検出する第６のステップと、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの前記温度と予め設定された温度設定値とを比較する第７のステップと、前記第７のステップの比較結果に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの燃料利用率を、予め設定された燃料利用率設定値よりも低くするとともに、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに前記排ガスの供給を開始又は前記排ガスの流量を増加する第８のステップと、前記第７のステップの比較結果に基づいて、前記現在発電量と予め設定された前記第１発電量設定値よりも大きな第２発電量設定値とを比較する第９のステップと、前記第９のステップの比較結果に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの発電量が少なくなるように制御するとともに、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの発電量が多くなるように制御する第１０のステップと、前記第１０のステップの後、前記第４のステップの比較結果又は前記第５のステップの比較結果のいずれかに基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの燃料利用率を前記燃料利用率設定値にするとともに、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールへの前記排ガスの供給を停止する第１１のステップとを実行させている。   The control program sets a first step of detecting an m-th fuel cell module in operation among n fuel cell modules and a target power generation amount of the m-th fuel cell module. A second step; a third step of detecting a current power generation amount of the m-th fuel cell module; a fourth step of comparing the target power generation amount with the current power generation amount; Based on the comparison result of the fifth step and the fifth step of comparing the current power generation amount with a preset first power generation amount setting value based on the comparison result of the step, the system is not operating ( a sixth step of detecting the temperature of the (m + 1) th fuel cell module, and a seventh step of comparing the temperature of the (m + 1) th fuel cell module with a preset temperature setting value; , Based on the comparison result of the seventh step, the fuel usage rate of the mth fuel cell module is made lower than a preset fuel usage rate setting value, and the (m + 1) th fuel cell module Based on a comparison result between the eighth step of starting supply of the exhaust gas to the module or increasing the flow rate of the exhaust gas and the seventh step, the current power generation amount and the preset first power generation amount setting value Based on the comparison result of the ninth step and the second power generation amount setting value that is larger than the ninth step, control is performed so that the power generation amount of the mth fuel cell module is reduced. , The tenth step of controlling the power generation amount of the (m + 1) th fuel cell module to increase, and after the tenth step, the comparison result of the fourth step or the tenth step Based on one of the comparison results of the steps, the fuel utilization rate of the mth fuel cell module is set to the fuel utilization rate setting value, and the exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module is And an eleventh step of stopping the supply.

また、この制御プログラムは、第４のステップで、目標発電量が現在発電量超過であるとされた際、第５のステップを実行させることが好ましい。このため、目標発電量が現在発電量超過である際に、前記現在発電量と予め設定された第１発電量設定値とが比較され、適切な処理を実行させることができる。   The control program preferably causes the fifth step to be executed when the target power generation amount is determined to exceed the current power generation amount in the fourth step. For this reason, when the target power generation amount exceeds the current power generation amount, the current power generation amount is compared with the preset first power generation amount setting value, and appropriate processing can be executed.

さらに、この制御プログラムは、第４のステップで、目標発電量が現在発電量以下であるとされた際、第１１のステップを実行させることが好ましい。従って、目標発電量が現在発電量以下である際に、無駄なステップを省くことが可能になり、処理の迅速化が容易に図られる。   Furthermore, this control program preferably causes the eleventh step to be executed when the target power generation amount is determined to be equal to or less than the current power generation amount in the fourth step. Therefore, when the target power generation amount is equal to or less than the current power generation amount, it is possible to omit a useless step, and the processing can be facilitated quickly.

しかも、各燃料電池モジュールの燃料利用率が、予め設定された燃料利用率設定値に戻されるため、各燃料電池モジュールの発電効率が向上する。その上、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールに供給する排ガスの流量が停止されるため、各燃料電池モジュールの熱自立が可能になり、燃料電池システムの熱効率が向上する。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。   In addition, since the fuel utilization rate of each fuel cell module is returned to a preset fuel utilization rate setting value, the power generation efficiency of each fuel cell module is improved. In addition, since the flow rate of exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module is stopped, each fuel cell module can be thermally independent, and the thermal efficiency of the fuel cell system is improved. Here, the heat self-sustained means that the operating temperature of the fuel cell is maintained only by the heat generated by itself without applying heat from the outside.

さらにまた、この制御プログラムは、第５のステップで、現在発電量が第１発電量設定値以上であるとされた際、第６のステップを実行させることが好ましい。これにより、現在発電量が第１発電量設定値以上である際に、未稼動である（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度が検出されるため、適切な処理を実行させることができる。   Furthermore, it is preferable that the control program causes the sixth step to be executed when the current power generation amount is determined to be greater than or equal to the first power generation amount set value in the fifth step. Thus, when the current power generation amount is equal to or greater than the first power generation amount setting value, the temperature of the (m + 1) th fuel cell module that is not in operation is detected, so that appropriate processing can be executed.

また、この制御プログラムは、第５のステップで、現在発電量が第１発電量設定値未満であるとされた際、第１１のステップを実行させることが好ましい。このため、現在発電量が第１発電量設定値未満である際に、無駄なステップを省くことが可能になり、処理の迅速化が容易に図られる。   The control program preferably causes the eleventh step to be executed when the current power generation amount is less than the first power generation amount setting value in the fifth step. For this reason, when the current power generation amount is less than the first power generation amount set value, it is possible to omit a useless step, and it is possible to easily speed up the process.

しかも、各燃料電池モジュールの燃料利用率が、予め設定された燃料利用率設定値に戻されるため、各燃料電池モジュールの発電効率が向上する。その上、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールに供給する排ガスの流量が停止されるため、各燃料電池モジュールの熱自立が可能になり、燃料電池システムの熱効率が向上する。   In addition, since the fuel utilization rate of each fuel cell module is returned to a preset fuel utilization rate setting value, the power generation efficiency of each fuel cell module is improved. In addition, since the flow rate of exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module is stopped, each fuel cell module can be thermally independent, and the thermal efficiency of the fuel cell system is improved.

さらに、この制御プログラムは、第７のステップで、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度が温度設定値以上であるとされた際、前記第９のステップを実行させることが好ましい。従って、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度が温度設定値以上である際に、現在発電量と第２発電量設定値とが比較されるため、適切な処理を実行させることができる。   Furthermore, it is preferable that the control program causes the ninth step to be executed when the temperature of the (m + 1) th fuel cell module is equal to or higher than the temperature set value in the seventh step. Therefore, when the temperature of the (m + 1) th fuel cell module is equal to or higher than the temperature setting value, the current power generation amount and the second power generation amount setting value are compared, and therefore appropriate processing can be executed.

さらにまた、この制御プログラムは、第７のステップで、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度が温度設定値未満であるとされた際、第８のステップを実行させることが好ましい。これにより、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度が温度設定値未満である際に、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに排ガスの供給が開始又は前記排ガスの流量が増加されるため、適切な処理を実行させることが可能になる。   Furthermore, this control program preferably causes the eighth step to be executed when the temperature of the (m + 1) th fuel cell module is determined to be lower than the temperature set value in the seventh step. Thus, when the temperature of the (m + 1) th fuel cell module is lower than the temperature setting value, supply of exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module is started or the flow rate of the exhaust gas is increased. It is possible to execute appropriate processing.

しかも、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールに排ガスの供給が開始又は前記排ガスの流量が増加されるため、未稼動である（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの温度を熱自立可能な温度範囲に昇温することができる。   Moreover, since the supply of exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module is started or the flow rate of the exhaust gas is increased, the temperature of the (m + 1) th fuel cell module that is not operating can be thermally independent. The temperature can be raised to the range.

また、この制御プログラムは、第８のステップの後、第２のステップに戻ることが好ましい。このため、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度が発電効率のよい温度に昇温するまで、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールが稼動することがなく、燃料電池システムの発電効率の向上が図られる。   The control program preferably returns to the second step after the eighth step. For this reason, the (m + 1) th fuel cell module is not operated until the temperature of the (m + 1) th fuel cell module rises to a temperature with good power generation efficiency, and the power generation efficiency of the fuel cell system is reduced. Improvement is achieved.

さらに、この制御プログラムは、第９のステップで、現在発電量が第２発電量設定値以上であるとされた際、第１０のステップを実行させることが好ましい。従って、現在発電量が第２発電量設定値以上である際に、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの発電量が多くなるように制御するため、適切な処理を実行させることが可能になる。   Furthermore, it is preferable that the control program causes the tenth step to be executed when the current power generation amount is determined to be greater than or equal to the second power generation amount setting value in the ninth step. Therefore, when the current power generation amount is equal to or greater than the second power generation amount setting value, control is performed so that the power generation amount of the (m + 1) th fuel cell module is increased, so that appropriate processing can be executed. .

さらにまた、この制御プログラムは、第９のステップで、現在発電量が第２発電量設定値未満であるとされた際、第２のステップに戻ることが好ましい。これにより、現在発電量が第２発電量設定値未満である際に、無駄なステップを省くことが可能になり、処理の迅速化が容易に図られる。しかも、ｍ個目及び（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールを熱自立可能な発電量範囲で発電することができ、燃料電池システムの発電効率の向上が図られる。   Furthermore, this control program preferably returns to the second step when the current power generation amount is determined to be less than the second power generation amount setting value in the ninth step. As a result, when the current power generation amount is less than the second power generation amount setting value, it is possible to omit a useless step, and the processing can be facilitated. In addition, the m-th and (m + 1) -th fuel cell modules can generate power within a power generation amount range in which heat can be self-supported, and the power generation efficiency of the fuel cell system can be improved.

また、この制御プログラムは、燃料電池モジュールが、固体酸化物形燃料電池モジュールであることが好ましい。これにより、高温型燃料電池モジュールに最適に採用することができる。   In the control program, the fuel cell module is preferably a solid oxide fuel cell module. Thereby, it can employ | adopt optimally for a high temperature type fuel cell module.

本発明によれば、ｎ個の燃料電池モジュールを備えているため、運転範囲（発電量範囲）を良好に拡大させることができ、汎用性の向上が図られる。   According to the present invention, since n fuel cell modules are provided, the operating range (power generation amount range) can be expanded well, and versatility is improved.

また、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールを稼動させる前に、稼動中であるｍ個目の前記燃料電池モジュールの排ガスを介して、予め（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールを暖機することが可能になる。これにより、稼動台数の増加（負荷増加）時に、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの起動エネルギを最小化することができるとともに、負荷追従性の向上が図られる。   Further, before the (m + 1) th fuel cell module is operated, the (m + 1) th fuel cell module is warmed up in advance through the exhaust gas of the mth fuel cell module in operation. It becomes possible. As a result, when the number of operating units increases (load increase), the startup energy of the (m + 1) th fuel cell module can be minimized and load followability can be improved.

さらに、ｍ個目の燃料電池モジュールの現在発電量と、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの温度に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの燃料利用率が減少され、且つ（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに排ガスの供給が開始又は排ガスの流量が増加される。   Further, based on the current power generation amount of the mth fuel cell module and the temperature of the (m + 1) th fuel cell module, the fuel utilization rate of the mth fuel cell module is reduced, and (m + 1) ) Supply of exhaust gas to the first fuel cell module is started or the flow rate of exhaust gas is increased.

従って、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度を増加させることが可能になる。これにより、未稼動状態の（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度を、熱自立可能な温度範囲まで昇温させることができる。   Therefore, the temperature of the (m + 1) th fuel cell module can be increased. As a result, the temperature of the (m + 1) th fuel cell module in the non-operating state can be raised to a temperature range in which heat self-sustainability can be achieved.

さらにまた、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの温度と、ｍ個目の燃料電池モジュールの現在発電量に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの発電量が減少される一方、（ｍ＋１）個目の前記電池モジュールの発電量が増加される。このため、ｍ個目及び（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールを、熱自立可能な発電量範囲で発電させることが可能になる。   Furthermore, the power generation amount of the mth fuel cell module is reduced based on the temperature of the (m + 1) th fuel cell module and the current power generation amount of the mth fuel cell module, while (m + 1) ) The power generation amount of the battery module is increased. For this reason, the m-th and (m + 1) -th fuel cell modules can be generated within a power generation amount range in which heat can self-support.

また、第１０のステップの後、各燃料電池モジュールの燃料利用率を、燃料利用率設定値に戻すため、各燃料電池モジュールの発電効率が向上する。しかも、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールに供給する排ガスの流量が停止されるため、各燃料電池モジュールの熱自立が可能になり、燃料電池システムの熱効率の向上が図られる。   Further, after the tenth step, the fuel utilization rate of each fuel cell module is returned to the fuel utilization rate set value, so that the power generation efficiency of each fuel cell module is improved. In addition, since the flow rate of the exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module is stopped, each fuel cell module can be thermally independent, and the thermal efficiency of the fuel cell system can be improved.

さらに、第１発電量設定値（排ガスによる暖機開始用閾値）は、第２発電量設定値（稼動開始用閾値）未満である。このため、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールを稼動させる前に、稼動中であるｍ個目の前記燃料電池モジュールの排ガスを介して、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールを予め暖機することができる。従って、稼動台数の増加（負荷増加）時に、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュールの起動エネルギを最小化することが可能になるとともに、負荷追従性の向上が図られる。   Furthermore, the first power generation amount set value (threshold for starting warm-up due to exhaust gas) is less than the second power generation amount set value (operation start threshold). Therefore, before the (m + 1) th fuel cell module is operated, the (m + 1) th fuel cell module is warmed up in advance through the exhaust gas of the mth fuel cell module in operation. can do. Accordingly, when the number of operating units increases (load increase), it is possible to minimize the startup energy of the (m + 1) th fuel cell module and to improve load followability.

本発明の実施形態に係る制御プログラムが適用される燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system to which a control program according to an embodiment of the present invention is applied. 前記燃料電池システムの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの制御プログラムを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control program of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの運転状況の説明図である。It is explanatory drawing of the driving | running state of the said fuel cell system. 前記制御プログラムにおける個別出力及び総合出力の関係説明図である。It is an explanatory view of the relationship between individual output and total output in the control program. 前記制御プログラムにおける起動順序の説明図である。It is explanatory drawing of the starting order in the said control program.

図１に示すように、本発明の実施形態に係る制御プログラムが適用される燃料電池システム１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電するｎ（ｎ：２以上の自然数）個の燃料電池モジュール１２ａ〜１２ｎと、前記燃料電池モジュール１２ａ〜１２ｎの発電量を制御する制御装置１４とを備える。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 10 to which a control program according to an embodiment of the present invention is applied includes n (n: a natural number of 2 or more) that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas. Fuel cell modules 12a to 12n and a control device 14 for controlling the power generation amount of the fuel cell modules 12a to 12n.

図１及び図２に示すように、燃料電池モジュール１２ａ〜１２ｎ（以下、単に燃料電池モジュール１２ともいう）は、複数の固体酸化物形の燃料電池１６が積層される固体酸化物形の燃料電池スタック１８を備える。燃料電池１６は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を備える。電解質・電極接合体は、円板状に形成されるとともに、シールレスタイプの燃料電池を構成する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell modules 12a to 12n (hereinafter also simply referred to as fuel cell modules 12) are solid oxide fuel cells in which a plurality of solid oxide fuel cells 16 are stacked. A stack 18 is provided. The fuel cell 16 includes, for example, an electrolyte / electrode assembly (MEA) in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both surfaces of an electrolyte composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia. The electrolyte / electrode assembly is formed in a disc shape and constitutes a sealless type fuel cell.

図２に示すように、燃料電池スタック１８の中心部には、燃料ガス供給連通孔２０が積層方向（矢印Ａ方向）に延在して設けられ、前記燃料ガス供給連通孔２０から各燃料電池１６のアノード電極に燃料ガスが供給される。   As shown in FIG. 2, a fuel gas supply communication hole 20 is provided at the center of the fuel cell stack 18 so as to extend in the stacking direction (arrow A direction). Fuel gas is supplied to the 16 anode electrodes.

燃料電池スタック１８の中央縁部には、燃料ガス供給連通孔２０を中心に同心円上に複数の酸化剤ガス供給連通孔２２が設けられ、この酸化剤ガス供給連通孔２２から各燃料電池１６のカソード電極に空気が供給される。排ガス連通孔２４は、アノード電極で使用された燃料ガス及びカソード電極で使用された空気を排出する。   A plurality of oxidant gas supply communication holes 22 are provided concentrically around the fuel gas supply communication hole 20 at the center edge of the fuel cell stack 18, and each fuel cell 16 is connected through the oxidant gas supply communication hole 22. Air is supplied to the cathode electrode. The exhaust gas communication hole 24 discharges the fuel gas used in the anode electrode and the air used in the cathode electrode.

燃料電池スタック１８の積層方向一端側には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック１８に供給する前に加熱する熱交換器２６と、原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器２８と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器３０とが配設される。   At one end in the stacking direction of the fuel cell stack 18, water is used to generate a heat exchanger 26 that heats the oxidant gas before being supplied to the fuel cell stack 18 and a mixed fuel of raw fuel and steam. An evaporator 28 for evaporating and a reformer 30 for reforming the mixed fuel to generate a reformed gas are disposed.

燃料電池スタック１８の積層方向他端側には、必要に応じて燃焼器３２が配設される。燃料電池スタック１８には、燃料電池モジュール１２の温度を検出するための温度センサ３３が装着される。   A combustor 32 is disposed on the other end side in the stacking direction of the fuel cell stack 18 as necessary. A temperature sensor 33 for detecting the temperature of the fuel cell module 12 is attached to the fuel cell stack 18.

改質器３０は、都市ガス（原燃料）中に含まれるエタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の高級炭化水素（Ｃ2+）を、主としてメタン（ＣＨ4）、水素、ＣＯを含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。 The reformer 30 removes higher hydrocarbons (C 2+ ) such as ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and butane (C 4 H 10 ) contained in city gas (raw fuel). , A pre-reformer for steam reforming to a fuel gas mainly containing methane (CH 4 ), hydrogen, and CO, and is set to an operating temperature of several hundred degrees Celsius.

燃料電池１６は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素、ＣＯが得られ、この水素、ＣＯがアノード電極に供給される。   The operating temperature of the fuel cell 16 is as high as several hundred degrees Celsius. In the electrolyte / electrode assembly, methane in the fuel gas is reformed to obtain hydrogen and CO, and this hydrogen and CO are supplied to the anode electrode. The

熱交換器２６は、燃料電池スタック１８から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガスともいう）を流すための排ガス通路３４と、被加熱流体である空気を排ガスと対向流に流すための空気通路３６とを有する。空気通路３６の下流側は、燃料電池スタック１８の酸化剤ガス供給連通孔２２に連通する。空気通路３６の上流側は、空気供給管３８を介して酸化剤ガス供給装置４０に連通する。   The heat exchanger 26 includes an exhaust gas passage 34 for flowing used reaction gas (hereinafter also referred to as exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 18, and air for flowing air to be heated in a counterflow with the exhaust gas. And a passage 36. The downstream side of the air passage 36 communicates with the oxidant gas supply communication hole 22 of the fuel cell stack 18. The upstream side of the air passage 36 communicates with the oxidant gas supply device 40 via the air supply pipe 38.

蒸発器２８の入口側は、原燃料通路４２及び水通路４４を介して原燃料供給装置４６及び水供給装置４８に接続される。蒸発器２８の出口側は、改質器３０に連通するとともに、前記改質器３０は、燃料ガス供給連通孔２０に連通する。   The inlet side of the evaporator 28 is connected to the raw fuel supply device 46 and the water supply device 48 via the raw fuel passage 42 and the water passage 44. The outlet side of the evaporator 28 communicates with the reformer 30, and the reformer 30 communicates with the fuel gas supply communication hole 20.

熱交換器２６には、新たな空気と熱交換された排ガスを、燃料電池モジュール１２から排出させる排ガス排出通路５０（５０ａ〜５０ｎ）が設けられる。図１に示すように、排ガス排出通路５０（５０ａ〜５０ｎ）は、流量調整弁（開閉弁も含む）５２（５２ａ〜５２ｎ）を介して排ガス供給通路５４（５４ａ〜５４ｎ）が分岐する。   The heat exchanger 26 is provided with an exhaust gas discharge passage 50 (50a to 50n) for discharging the exhaust gas heat-exchanged with new air from the fuel cell module 12. As shown in FIG. 1, in the exhaust gas discharge passage 50 (50a to 50n), the exhaust gas supply passage 54 (54a to 54n) branches through a flow rate adjusting valve (including an on-off valve) 52 (52a to 52n).

ｍ（１≦ｍ＜ｎ：自然数）個目の燃料電池モジュール１２ｍは、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍから排ガスを排出させるｍ個目の排ガス排出通路５０ｍと、ｍ個目の前記排ガス排出通路５０ｍから分岐するとともに、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍから（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に前記排ガスを供給して、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を暖機させるためのｍ個目の排ガス供給通路５４ｍとを備える。   The m (1 ≦ m <n: natural number) th fuel cell module 12m includes an mth exhaust gas discharge passage 50m for discharging exhaust gas from the mth fuel cell module 12m, and the mth exhaust gas discharge. The exhaust gas is branched from the passage 50m, and the exhaust gas is supplied from the mth fuel cell module 12m to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1), so that the (m + 1) th fuel cell module 12 ( m + 1) exhaust gas supply passage 54m for warming up m + 1).

ｍ個目の排ガス供給通路５４ｍは、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を構成する（ｍ＋１）個目の燃料電池スタック１８に連通して前記燃料電池スタック１８に排ガスを供給する。なお、ｍ個目の排ガス供給通路５４ｍは、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を構成する（ｍ＋１）個目の熱交換器２６に連通して前記熱交換器２６に排ガスを供給してもよい。また、ｍ個目の排ガス供給通路５４ｍは、切換弁５６を介装して排ガスを燃料電池スタック１８と熱交換器２６とに選択的に供給するように構成してもよい。   The mth exhaust gas supply passage 54m communicates with the (m + 1) th fuel cell stack 18 constituting the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) and supplies exhaust gas to the fuel cell stack 18. . The mth exhaust gas supply passage 54m communicates with the (m + 1) th heat exchanger 26 constituting the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1), and exhausts the exhaust gas to the heat exchanger 26. You may supply. The mth exhaust gas supply passage 54m may be configured to selectively supply exhaust gas to the fuel cell stack 18 and the heat exchanger 26 via a switching valve 56.

ｎ個目の燃料電池モジュール１２ｎでは、ｎ個目の排ガス供給通路５４ｎの一端は、ｎ個目の前記燃料電池モジュール１２ｎのｎ個目の排ガス排出通路５０ｎから分岐するとともに、ｎ個目の前記排ガス供給通路５４ｎの他端は、１個目の燃料電池モジュール１２ａの少なくとも燃料電池スタック１８又は熱交換器２６のいずれかに連通する。   In the nth fuel cell module 12n, one end of the nth exhaust gas supply passage 54n branches from the nth exhaust gas discharge passage 50n of the nth fuel cell module 12n and The other end of the exhaust gas supply passage 54n communicates with at least either the fuel cell stack 18 or the heat exchanger 26 of the first fuel cell module 12a.

図２に示すように、制御装置１４は、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの発電量及び（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率を制御する燃料利用率制御部６０と、ｍ個目の排ガス排出通路５０ｍからｍ個目の排ガス供給通路５４ｍを通って、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に供給される排ガスの流量を制御する排ガス流量制御部６２と、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍ及び（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の発電量を制御する発電量制御部６４とを備える。   As shown in FIG. 2, the control device 14 determines the mth fuel cell based on the power generation amount of the mth fuel cell module 12m and the temperature of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1). The fuel usage rate control unit 60 for controlling the fuel usage rate of the module 12m and the (m + 1) th fuel cell module 12 (through the mth exhaust gas discharge passage 50m through the mth exhaust gas supply passage 54m) The exhaust gas flow rate control unit 62 that controls the flow rate of the exhaust gas supplied to m + 1) and the power generation that controls the power generation amount of the mth fuel cell module 12m and the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1). A quantity control unit 64.

制御装置１４は、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの発電量と予め設定された第１発電量設定値Ｐ１との比較、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍの発電量と予め設定された前記第１発電量Ｐ１よりも大きな第２発電量設定値Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）との比較、及び（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度と予め設定された温度設定値Ｔ１との比較を実行させる比較部６６を備える。   The control device 14 compares the power generation amount of the mth fuel cell module 12m with a preset first power generation amount setting value P1, and the power generation amount of the mth fuel cell module 12m. Comparison with the second power generation amount setting value P2 (P1 <P2) larger than the first power generation amount P1, and the temperature of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) and the preset temperature setting value T1 The comparison unit 66 is executed to execute the comparison.

このように構成される燃料電池システム１０の制御プログラムについて、図３に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   A control program of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below along the flowchart shown in FIG.

燃料電池システム１０の運転状況は、例えば、図４に示すように、１個目の燃料電池モジュール１２ａ〜ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍまでが稼動中である。   For example, as shown in FIG. 4, the operating state of the fuel cell system 10 is in operation from the first fuel cell module 12a to the mth fuel cell module 12m.

具体的には、燃料電池モジュール１２ａでは、図２に示すように、原燃料供給装置４６の駆動作用下に、原燃料通路４２には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。一方、水供給装置４８の駆動作用下に、水通路４４には、水が供給されるとともに、空気供給管３８には、酸化剤ガス供給装置４０を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。 Specifically, in the fuel cell module 12a, as shown in FIG. 2, under the driving action of the raw fuel supply device 46, for example, city gas (CH 4 , C 2 H 6 , C Raw fuel such as 3 H 8 and C 4 H 10 is supplied. On the other hand, under the driving action of the water supply device 48, water is supplied to the water passage 44, and oxidant gas is supplied to the air supply pipe 38 via the oxidant gas supply device 40, for example, air Is supplied.

蒸発器２８では、原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、改質器３０に供給される。混合燃料は、改質器３０内で水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする燃料ガス（改質ガス）が得られる。この燃料ガスは、燃料電池スタック１８の燃料ガス供給連通孔２０に供給される。 In the evaporator 28, steam is mixed with the raw fuel to obtain a mixed fuel, and this mixed fuel is supplied to the reformer 30. The mixed fuel is subjected to steam reforming in the reformer 30, and C 2+ hydrocarbons are removed (reformed) to obtain a fuel gas (reformed gas) mainly composed of methane. This fuel gas is supplied to the fuel gas supply passage 20 of the fuel cell stack 18.

一方、空気供給管３８から熱交換器２６に供給される空気は、この熱交換器２６の空気通路３６に沿って移動する際、排ガス通路３４に沿って移動する後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器２６で加温された空気は、燃料電池スタック１８の酸化剤ガス供給連通孔２２に供給される。   On the other hand, when the air supplied from the air supply pipe 38 to the heat exchanger 26 moves along the air passage 36 of the heat exchanger 26, the air is heated between the exhaust gas moving along the exhaust gas passage 34, which will be described later. Exchange is performed and preheated to the desired temperature. The air heated by the heat exchanger 26 is supplied to the oxidant gas supply communication hole 22 of the fuel cell stack 18.

従って、各燃料電池１６のアノード電極に燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極に空気が供給され、化学反応により発電が行われる。反応に使用された燃料ガス及び空気を含む排ガスは、オフガスとして排ガス通路３４を介して熱交換器２６に供給された後、排ガス排出通路５０（５０ａ）に排出される。   Therefore, fuel gas is supplied to the anode electrode of each fuel cell 16 and air is supplied to the cathode electrode to generate power by a chemical reaction. The exhaust gas containing the fuel gas and air used for the reaction is supplied to the heat exchanger 26 through the exhaust gas passage 34 as an off gas, and then discharged to the exhaust gas discharge passage 50 (50a).

制御装置１４では、先ず、燃料電池システム１０内の稼動中の燃料電池モジュール１２の台数ｍを検出する（図３中、ステップＳ１）（第１のステップ）。１個目の燃料電池モジュール１２ａ〜ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍまでが稼動中であることが検出されると、ステップＳ２（第２のステップ）に進んで、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの目標発電量Ｐｔａｒ（ｍ）が設定される。さらに、ステップＳ３（第３のステップ）に進んで、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が検出される。なお、ステップＳ２とステップＳ３とは、逆の順に行ってもよい。   First, the control device 14 detects the number m of fuel cell modules 12 in operation in the fuel cell system 10 (step S1 in FIG. 3) (first step). When it is detected that the first fuel cell module 12a to the mth fuel cell module 12m are in operation, the process proceeds to step S2 (second step), and the mth fuel cell module 12m. Target power generation amount Ptar (m) is set. Further, the process proceeds to step S3 (third step), and the current power generation amount Pnow (m) of the mth fuel cell module 12m is detected. Note that step S2 and step S3 may be performed in the reverse order.

次に、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍにおいて、目標発電量Ｐｔａｒ（ｍ）と現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）とが比較される（ステップＳ４）（第４のステップ）。そして、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、目標発電量Ｐｔａｒ（ｍ）未満であると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５（第５のステップ）に進んで、前記現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、第１発電量設定値Ｐ１と比較される。図４に示すように、第１発電量設定値Ｐ１は、燃料電池モジュール１２の定格の５０％〜７０％、より好ましくは、６０％に設定される。この第１発電量設定値Ｐ１は、排ガスを次段の燃料電池モジュール１２に供給するための熱トリガーとして機能する。   Next, in the mth fuel cell module 12m, the target power generation amount Ptar (m) and the current power generation amount Pnow (m) are compared (step S4) (fourth step). When it is determined that the current power generation amount Pnow (m) is less than the target power generation amount Ptar (m) (YES in step S4), the process proceeds to step S5 (fifth step), and the current power generation amount Pnow (m) is compared with the first power generation amount setting value P1. As shown in FIG. 4, the first power generation amount setting value P1 is set to 50% to 70%, more preferably 60% of the rating of the fuel cell module 12. This first power generation amount setting value P1 functions as a heat trigger for supplying exhaust gas to the fuel cell module 12 at the next stage.

ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍにおいて、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、第１発電量設定値Ｐ１以上であると判断されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ６（第６のステップ）に進んで、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が検出される。   In the m-th fuel cell module 12m, when it is determined that the current power generation amount Pnow (m) is equal to or greater than the first power generation amount setting value P1 (YES in step S5), step S6 (sixth step). Then, the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is detected.

さらに、ステップＳ７（第７のステップ）に進み、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が、温度設定値Ｔ１（図４参照）と比較される。温度Ｔ（ｍ＋１）が、温度設定値Ｔ１未満であると判断されると（ステップＳ７中、ＮＯ）、ステップＳ８（第８のステップ）に進んで、燃料利用率制御部６０は、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率Ｕｆ（ｍ）が低くなるように制御し、且つ排ガス流量制御部６２は、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に排ガスの供給が開始又は前記排ガスの流量が増加されるように制御する。   In step S7 (seventh step), the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is compared with the temperature set value T1 (see FIG. 4). When it is determined that the temperature T (m + 1) is lower than the temperature set value T1 (NO in step S7), the process proceeds to step S8 (eighth step), and the fuel utilization rate control unit 60 determines that the mth The fuel utilization rate Uf (m) of the fuel cell module 12m is controlled to be low, and the exhaust gas flow rate control unit 62 starts supplying exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) or Control the exhaust gas flow rate to be increased.

具体的には、図１に示すように、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍにおいて、ｍ個目の排ガス排出通路５０ｍに配設されている流量調整弁５２ｍの開度が調整され（又は排ガス供給通路５４ｍ側に開放され）、ｍ個目の排ガス供給通路５４ｍに供給される排ガスの流量が多くなるように調整される。上記の処理の後、ステップＳ２に戻される。   Specifically, as shown in FIG. 1, in the mth fuel cell module 12m, the opening degree of the flow rate adjustment valve 52m disposed in the mth exhaust gas discharge passage 50m is adjusted (or the exhaust gas supply). The flow rate of the exhaust gas supplied to the m-th exhaust gas supply passage 54m is adjusted so as to increase. After the above processing, the process returns to step S2.

一方、ステップＳ７において、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が、温度設定値Ｔ１以上であると判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ステップＳ９（第９のステップ）に進む。このステップＳ９では、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、第２発電量設定値Ｐ２と比較される。図４に示すように、第２発電量設定値Ｐ２は、燃料電池モジュール１２の定格の９０％〜１００％、より好ましくは、１００％に設定される。この第２発電量設定値Ｐ２は、次段の燃料電池モジュール１２を発電させるための発電トリガーとして機能する。   On the other hand, if it is determined in step S7 that the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is equal to or higher than the temperature set value T1 (YES in step S7), step S9 ( Proceed to the ninth step). In step S9, the current power generation amount Pnow (m) of the mth fuel cell module 12m is compared with the second power generation amount setting value P2. As shown in FIG. 4, the second power generation amount setting value P2 is set to 90% to 100%, more preferably 100% of the rating of the fuel cell module 12. The second power generation amount setting value P2 functions as a power generation trigger for generating power in the fuel cell module 12 at the next stage.

ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍにおいて、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、第２発電量設定値Ｐ２以上であると判断されると（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、ステップＳ１０（第１０のステップ）に進む。このステップＳ１０では、発電量制御部６４は、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの発電量が少なくなるように制御するとともに、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の発電量が多くなるように制御する（図５参照）。   In the m-th fuel cell module 12m, when it is determined that the current power generation amount Pnow (m) is equal to or greater than the second power generation amount setting value P2 (YES in step S9), step S10 (tenth step). Proceed to In step S10, the power generation amount control unit 64 performs control so that the power generation amount of the mth fuel cell module 12m is reduced, and the power generation amount of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is large. It controls so that it may become (refer FIG. 5).

そして、ステップＳ１１に進んで、燃料電池システム１０内の稼動台数が、（ｍ＋１）→ｍに設定された後、ステップＳ１２（第１１のステップ）に進む。なお、このステップＳ１１は、省略してもよい。   Then, the process proceeds to step S11, and after the number of operating units in the fuel cell system 10 is set from (m + 1) → m, the process proceeds to step S12 (11th step). This step S11 may be omitted.

ステップＳ１２では、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率Ｕｆ（ｍ）が、燃料利用率Ｕｆ１に設定されるとともに、流量調整弁５２ｍの開度が調整され、ｍ個目の排ガス供給通路５４ｍへの排ガスの供給が停止される。ここで、燃料利用率Ｕｆ１は、図４に示すように、１０％〜８０％、より好ましくは、７０％に設定される。   In step S12, the fuel utilization rate Uf (m) of the mth fuel cell module 12m is set to the fuel utilization rate Uf1, and the opening degree of the flow rate adjustment valve 52m is adjusted, so that the mth exhaust gas supply passage. Supply of exhaust gas to 54m is stopped. Here, the fuel utilization rate Uf1 is set to 10% to 80%, more preferably 70%, as shown in FIG.

また、ステップＳ４で、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、目標発電量Ｐｔａｒ（ｍ）以上であると判断された際（ステップＳ４中、ＮＯ）、及びステップＳ５で、前記現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が、第１発電量設定値Ｐ１未満であると判断された際（ステップＳ５中、ＮＯ）、ステップＳ１２に進む。   Further, when it is determined in step S4 that the current power generation amount Pnow (m) is equal to or greater than the target power generation amount Ptar (m) (NO in step S4), and in step S5, the current power generation amount Pnow (m) ) Is less than the first power generation amount setting value P1 (NO in step S5), the process proceeds to step S12.

この場合、本実施形態では、燃料電池システム１０は、ｎ個の燃料電池モジュール１２ａ〜１２ｎを備えているため、運転範囲（発電量範囲）を良好に拡大ささせることができ、汎用性の向上が図られる。   In this case, in this embodiment, since the fuel cell system 10 includes n fuel cell modules 12a to 12n, the operating range (power generation amount range) can be expanded well, and versatility is improved. Is planned.

また、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を稼動させる前に、稼動中であるｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの排ガスを介して、予め（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を暖機することが可能になる。これにより、稼動台数の増加（負荷増加）時に、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の起動エネルギを最小化することができるとともに、負荷追従性の向上が図られるという効果が得られる。   In addition, before the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is operated, the (m + 1) th fuel cell module 12m is preliminarily passed through the exhaust gas of the mth fuel cell module 12m in operation. 12 (m + 1) can be warmed up. As a result, when the number of operating units increases (load increase), the startup energy of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) can be minimized, and the load followability can be improved. It is done.

さらに、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）と、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率Ｕｆ（ｍ）が減少され、且つ（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に排ガスの供給が開始又は前記排ガスの流量が増加される。   Further, based on the current power generation amount Pnow (m) of the mth fuel cell module 12m and the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1), the mth fuel cell. The fuel utilization rate Uf (m) of the module 12m is decreased, and the supply of exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is started or the flow rate of the exhaust gas is increased.

従って、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）を増加させることが可能になる。これにより、未稼動状態の（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度を、熱自立可能な温度範囲まで迅速に昇温させることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池１６の動作温度を維持することをいう。   Therefore, the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) can be increased. As a result, the temperature of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) in the non-operating state can be quickly raised to a temperature range in which heat can self-support. Here, the heat self-sustained means that the operating temperature of the fuel cell 16 is maintained only by the heat generated by itself without applying heat from the outside.

さらにまた（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）と、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュール１２ｍの発電量が減少される一方、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の発電量が増加される。このため、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍ及び（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を、熱自立可能な発電量範囲で発電させることが可能になる。   Furthermore, based on the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) and the current power generation amount Pnow (m) of the mth fuel cell module 12m, the mth fuel cell. While the power generation amount of the module 12m is decreased, the power generation amount of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is increased. For this reason, the m-th fuel cell module 12m and the (m + 1) -th fuel cell module 12 (m + 1) can be generated within a power generation amount range in which heat can self-support.

また、ステップＳ１０（第１０のステップ）の後、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率Ｕｆ（ｍ）が、燃料利用率Ｕｆ１に戻されるため、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの発電効率が向上する。しかも、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に供給する排ガスの流量が停止されるため、各燃料電池モジュール１２の熱自立が可能になり、燃料電池システム１０の熱効率の向上が図られる。   In addition, after step S10 (tenth step), the fuel usage rate Uf (m) of the mth fuel cell module 12m is returned to the fuel usage rate Uf1, so that the power generation of the mth fuel cell module 12m is performed. Efficiency is improved. Moreover, since the flow rate of the exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is stopped, each fuel cell module 12 can be thermally independent, and the thermal efficiency of the fuel cell system 10 can be improved. It is done.

しかも、第１発電量設定値（排ガスによる暖機開始用熱トリガー）Ｐ１は、第２発電量設定値（稼動開始用発電トリガー）Ｐ２未満である。このため、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を稼動させる前に、稼動中であるｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの排ガスを介して、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を予め暖機することができる。従って、稼動台数の増加（負荷増加）時に、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の起動エネルギを最小化することが可能になるとともに、負荷追従性の向上が図られる。   Moreover, the first power generation amount set value (heat trigger for starting warm-up due to exhaust gas) P1 is less than the second power generation amount set value (operation start power generation trigger) P2. Therefore, before the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is operated, the (m + 1) th fuel cell module is passed through the exhaust gas of the mth fuel cell module 12m that is in operation. 12 (m + 1) can be warmed up in advance. Accordingly, when the number of operating units increases (load increase), it is possible to minimize the startup energy of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) and to improve load followability.

また、ステップＳ４（第４のステップ）で、目標発電量Ｐｔａｒ（ｍ）が現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）超過であるとされた際、ステップＳ５（第５のステップ）が実行される。このため、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）と予め設定された第１発電量設定値Ｐ１とが比較され、適切な処理を実行させることができる。   Further, when it is determined in step S4 (fourth step) that the target power generation amount Ptar (m) exceeds the current power generation amount Pnow (m), step S5 (fifth step) is executed. For this reason, the current power generation amount Pnow (m) and the preset first power generation amount setting value P1 are compared, and appropriate processing can be executed.

さらに、ステップＳ４（第４のステップ）で、目標発電量Ｐｔａｒ（ｍ）が現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）以下であるとされた際、ステップＳ１２（第１１のステップ）が実行される。従って、無駄なステップ（ステップＳ５〜ステップＳ１１）を省くことが可能になり、処理の迅速化が容易に図られる。   Furthermore, when it is determined in step S4 (fourth step) that the target power generation amount Ptar (m) is equal to or less than the current power generation amount Pnow (m), step S12 (eleventh step) is executed. Therefore, useless steps (steps S5 to S11) can be omitted, and the processing can be easily speeded up.

しかも、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率Ｕｆ（ｍ）が、予め設定された燃料利用率設定値Ｕｆ１に戻されるため、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの発電効率が向上する。その上、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に供給する排ガスの流量が停止されるため、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の熱自立が可能になり、燃料電池システム１０の熱効率が向上する。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。   Moreover, since the fuel usage rate Uf (m) of the mth fuel cell module 12m is returned to the fuel usage rate setting value Uf1 set in advance, the power generation efficiency of the mth fuel cell module 12m is improved. In addition, since the flow rate of the exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is stopped, the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) can be thermally independent, The thermal efficiency of the fuel cell system 10 is improved. Here, the heat self-sustained means that the operating temperature of the fuel cell is maintained only by the heat generated by itself without applying heat from the outside.

さらにまた、ステップＳ５（第５のステップ）で、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が第１発電量設定値Ｐ１以上であるとされた際、ステップＳ６（第６のステップ）が実行さている。これにより、未稼動である（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が検出されるため、適切な処理を実行させることができる。   Furthermore, when it is determined in step S5 (fifth step) that the current power generation amount Pnow (m) is greater than or equal to the first power generation amount setting value P1, step S6 (sixth step) is executed. As a result, the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) that is not in operation is detected, so that appropriate processing can be executed.

また、ステップＳ５（第５のステップ）で、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が第１発電量設定値Ｐ１未満であるとされた際、ステップＳ１２（第１１のステップ）が実行される。従って、無駄なステップ（ステップＳ６〜ステップＳ１１）を省くことが可能になり、処理の迅速化が容易に図られる。   Further, when it is determined in step S5 (fifth step) that the current power generation amount Pnow (m) is less than the first power generation amount setting value P1, step S12 (eleventh step) is executed. Therefore, useless steps (steps S6 to S11) can be omitted, and the processing can be easily speeded up.

しかも、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの燃料利用率Ｕｆ（ｍ）が、予め設定された燃料利用率設定値Ｕｆ１に戻されるため、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの発電効率が向上する。その上、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に供給する排ガスの流量が停止されるため、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の熱自立が可能になり、燃料電池システム１０の熱効率が向上する。   Moreover, since the fuel usage rate Uf (m) of the mth fuel cell module 12m is returned to the fuel usage rate setting value Uf1 set in advance, the power generation efficiency of the mth fuel cell module 12m is improved. In addition, since the flow rate of the exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is stopped, the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) can be thermally independent, and the fuel The thermal efficiency of the battery system 10 is improved.

さらに、ステップＳ７（第７のステップ）で、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が温度設定値Ｔ１以上であるとされた際、ステップＳ９（第９のステップ）が実行される。従って、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）と第２発電量設定値Ｐ２とが比較されるため、適切な処理を実行させることができる。   Furthermore, when it is determined in step S7 (seventh step) that the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is equal to or higher than the temperature set value T1, step S9 (ninth step) Step) is executed. Accordingly, since the current power generation amount Pnow (m) of the mth fuel cell module 12m is compared with the second power generation amount setting value P2, appropriate processing can be executed.

さらにまた、ステップＳ７（第７のステップ）で、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が温度設定値Ｔ１未満であるとされた際、ステップＳ８（第８のステップ）が実行される。これにより、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に排ガスの供給が開始又は前記排ガスの流量が増加されるため、適切な処理を実行させることが可能になる。   Furthermore, when it is determined in step S7 (seventh step) that the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is lower than the temperature set value T1, step S8 (eighth) Step) is executed. As a result, the supply of exhaust gas is started to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) or the flow rate of the exhaust gas is increased, so that appropriate processing can be executed.

しかも、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）に排ガスの供給が開始又は前記排ガスの流量が増加されるため、未稼動である（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）を熱自立可能な温度範囲に昇温することができる。   In addition, since the supply of exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) starts or the flow rate of the exhaust gas increases, the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) that is not operating. The temperature T (m + 1) can be raised to a temperature range in which heat can be maintained.

また、ステップＳ８（第８のステップ）の後、ステップＳ２（第２のステップ）に戻される。このため、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の温度Ｔ（ｍ＋１）が発電効率のよい温度に昇温するまで、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）が稼動することがなく、燃料電池システム１０の発電効率の向上が図られる。   Further, after step S8 (eighth step), the process returns to step S2 (second step). Therefore, the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) operates until the temperature T (m + 1) of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) rises to a temperature with good power generation efficiency. Thus, the power generation efficiency of the fuel cell system 10 can be improved.

さらに、ステップＳ９（第９のステップ）で、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が第２発電量設定値Ｐ２以上であるとされた際、ステップＳ１０（第１０のステップ）が実行される。従って、現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が第２発電量設定値Ｐ２以上である際に、（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）の発電量が多くなるように制御するため、適切な処理を実行させることが可能になる。   Furthermore, when it is determined in step S9 (9th step) that the current power generation amount Pnow (m) is greater than or equal to the second power generation amount setting value P2, step S10 (tenth step) is executed. Accordingly, when the current power generation amount Pnow (m) is equal to or greater than the second power generation amount setting value P2, control is performed so that the power generation amount of the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) is increased. Processing can be executed.

さらにまた、この制御プログラムは、ステップＳ９（第９のステップ）で、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍの現在発電量Ｐｎｏｗ（ｍ）が第２発電量設定値Ｐ２未満であるとされた際、ステップＳ２（第２のステップ）に戻される。これにより、無駄なステップを省くことが可能になり、処理の迅速化が容易に図られる。しかも、ｍ個目の燃料電池モジュール１２ｍ及び（ｍ＋１）個目の燃料電池モジュール１２（ｍ＋１）を熱自立可能な発電量範囲で発電することができ、燃料電池システム１０の発電効率の向上が図られる。   Furthermore, when it is determined in step S9 (9th step) that the current power generation amount Pnow (m) of the mth fuel cell module 12m is less than the second power generation amount set value P2, The process returns to step S2 (second step). As a result, useless steps can be omitted, and the processing can be facilitated. In addition, the mth fuel cell module 12m and the (m + 1) th fuel cell module 12 (m + 1) can generate power within a power generation amount range in which heat can be self-sustained, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell system 10. It is done.

また、燃料電池モジュール１２（１２ａ〜１２ｎ）は、固体酸化物形燃料電池モジュールであることが好ましい。これにより、高温型燃料電池モジュールに最適に採用することができる。   The fuel cell module 12 (12a to 12n) is preferably a solid oxide fuel cell module. Thereby, it can employ | adopt optimally for a high temperature type fuel cell module.

１０…燃料電池システム
１２、１２ａ〜１２ｎ…燃料電池モジュール
１４…制御装置 １８…燃料電池スタック
２０…燃料ガス供給連通孔 ２２…酸化剤ガス供給連通孔
２４…排ガス連通孔 ２６…熱交換器
２８…蒸発器 ３０…改質器
３２…燃焼器 ３３…温度センサ
３４…排ガス通路 ３６…空気通路
３８…空気供給管 ４０…酸化剤ガス供給装置
４２…原燃料通路 ４４…水通路
４６…原燃料供給装置 ４８…水供給装置
５０、５０ａ〜５０ｎ…排ガス排出通路
５２、５２ａ〜５２ｎ…流量調整弁 ５４、５４ａ〜５４ｎ…排ガス供給通路
５６…切替弁 ６０…燃料利用率制御部
６２…排ガス流量制御部 ６４…発電量制御部
６６…比較部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12, 12a-12n ... Fuel cell module 14 ... Control apparatus 18 ... Fuel cell stack 20 ... Fuel gas supply communication hole 22 ... Oxidant gas supply communication hole 24 ... Exhaust gas communication hole 26 ... Heat exchanger 28 ... Evaporator 30 ... reformer 32 ... combustor 33 ... temperature sensor 34 ... exhaust gas passage 36 ... air passage 38 ... air supply pipe 40 ... oxidant gas supply device 42 ... raw fuel passage 44 ... water passage 46 ... raw fuel supply device 48 ... Water supply device 50, 50a-50n ... Exhaust gas discharge passage 52, 52a-52n ... Flow rate adjustment valve 54, 54a-54n ... Exhaust gas supply passage 56 ... Switching valve 60 ... Fuel utilization rate control unit 62 ... Exhaust gas flow rate control unit 64 ... Power generation amount control unit 66 ... Comparison unit

Claims (11)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電するｎ（ｎ：２以上の自然数）個の燃料電池モジュールと、
ｍ（１≦ｍ＜ｎ：自然数）個目の前記燃料電池モジュールから排ガスを排出させるｍ個目の排ガス排出通路と、
ｍ個目の前記排ガス排出通路から分岐するとともに、ｍ個目の前記燃料電池モジュールから（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに前記排ガスを供給して、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールを暖機させるためのｍ個目の排ガス供給通路と、
ｍ個目の前記排ガス排出通路からｍ個目の前記排ガス供給通路を通って、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに供給される前記排ガスの流量を制御する排ガス流量制御部と、
を備える燃料電池システムを、コンピュータによって制御するための燃料電池システムの制御プログラムであって、
ｎ個の前記燃料電池モジュールの内、稼動中であるｍ個目の前記燃料電池モジュールを検出する第１のステップと、
ｍ個目の前記燃料電池モジュールの目標発電量を設定する第２のステップと、
ｍ個目の前記燃料電池モジュールの現在発電量を検出する第３のステップと、
前記目標発電量と前記現在発電量とを比較する第４のステップと、
前記第４のステップの比較結果に基づいて、前記現在発電量と予め設定された第１発電量設定値とを比較する第５のステップと、
前記第５のステップの比較結果に基づいて、未稼動である（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの温度を検出する第６のステップと、
（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの前記温度と予め設定された温度設定値とを比較する第７のステップと、
前記第７のステップの比較結果に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの燃料利用率を、予め設定された燃料利用率設定値よりも低くするとともに、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールに前記排ガスの供給を開始又は前記排ガスの流量を増加する第８のステップと、
前記第７のステップの比較結果に基づいて、前記現在発電量と予め設定された前記第１発電量設定値よりも大きな第２発電量設定値とを比較する第９のステップと、
前記第９のステップの比較結果に基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの発電量が少なくなるように制御するとともに、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの発電量が多くなるように制御する第１０のステップと、
前記第１０のステップの後、前記第４のステップの比較結果又は前記第５のステップの比較結果のいずれかに基づいて、ｍ個目の前記燃料電池モジュールの燃料利用率を前記燃料利用率設定値にするとともに、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールへの前記排ガスの供給を停止する第１１のステップと、
を実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。 N (n: a natural number of 2 or more) fuel cell modules that generate electricity by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas;
an mth exhaust gas discharge passage for exhausting exhaust gas from the mth fuel cell module (1 ≦ m <n: natural number);
The (m + 1) th fuel cell module is branched from the mth exhaust gas discharge passage, and the exhaust gas is supplied from the mth fuel cell module to the (m + 1) th fuel cell module. An mth exhaust gas supply passage for warming up the engine,
an exhaust gas flow rate control unit for controlling the flow rate of the exhaust gas supplied to the (m + 1) th fuel cell module from the mth exhaust gas discharge passage through the mth exhaust gas supply passage;
A fuel cell system control program for controlling a fuel cell system by a computer,
a first step of detecting an m-th fuel cell module in operation among the n fuel cell modules;
a second step of setting a target power generation amount of the mth fuel cell module;
a third step of detecting a current power generation amount of the m-th fuel cell module;
A fourth step of comparing the target power generation amount with the current power generation amount;
A fifth step of comparing the current power generation amount with a preset first power generation amount setting value based on the comparison result of the fourth step;
A sixth step of detecting the temperature of the (m + 1) th fuel cell module that is not operating based on the comparison result of the fifth step;
A seventh step of comparing the temperature of the (m + 1) th fuel cell module with a preset temperature setting value;
Based on the comparison result of the seventh step, the fuel usage rate of the m-th fuel cell module is made lower than a preset fuel usage rate setting value, and the (m + 1) th fuel cell module An eighth step of starting supply of the exhaust gas to the module or increasing the flow rate of the exhaust gas;
A ninth step of comparing the current power generation amount with a second power generation amount setting value larger than the preset first power generation amount setting value based on the comparison result of the seventh step;
Based on the comparison result of the ninth step, the power generation amount of the m-th fuel cell module is controlled to decrease, and the power generation amount of the (m + 1) th fuel cell module is increased. A tenth step to control;
After the tenth step, based on either the comparison result of the fourth step or the comparison result of the fifth step, the fuel usage rate of the mth fuel cell module is set to the fuel usage rate setting. And an eleventh step of stopping the supply of the exhaust gas to the (m + 1) th fuel cell module,
A control program for a fuel cell system, characterized in that 請求項１記載の制御プログラムにおいて、前記第４のステップで、前記目標発電量が前記現在発電量超過であるとされた際、前記第５のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   The control program according to claim 1, wherein the fifth step is executed when the target power generation amount exceeds the current power generation amount in the fourth step. Control program. 請求項１又は２記載の制御プログラムにおいて、前記第４のステップで、前記目標発電量が前記現在発電量以下であるとされた際、前記第１１のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   3. The control program according to claim 1, wherein when the target power generation amount is determined to be equal to or less than the current power generation amount in the fourth step, the eleventh step is executed. System control program. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第５のステップで、前記現在発電量が前記第１発電量設定値以上であるとされた際、前記第６のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   The control program according to any one of claims 1 to 3, wherein in the fifth step, when the current power generation amount is equal to or greater than the first power generation amount setting value, the sixth step is performed. A control program for a fuel cell system, characterized by being executed. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第５のステップで、前記現在発電量が前記第１発電量設定値未満であるとされた際、前記第１１のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   5. The control program according to claim 1, wherein when the current power generation amount is less than the first power generation amount setting value in the fifth step, the eleventh step is performed. A control program for a fuel cell system, characterized by being executed. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第７のステップで、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの前記温度が前記温度設定値以上であるとされた際、前記第９のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   In the control program according to any one of claims 1 to 5, when the temperature of the (m + 1) th fuel cell module is determined to be equal to or higher than the temperature set value in the seventh step, A control program for a fuel cell system, wherein the ninth step is executed. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第７のステップで、（ｍ＋１）個目の前記燃料電池モジュールの前記温度が前記温度設定値未満であるとされた際、前記第８のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   In the control program according to any one of claims 1 to 6, when the temperature of the (m + 1) th fuel cell module is determined to be lower than the temperature set value in the seventh step. A control program for a fuel cell system, wherein the eighth step is executed. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第８のステップの後、前記第２のステップに戻ることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   The control program according to any one of claims 1 to 7, wherein the control program returns to the second step after the eighth step. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第９のステップで、前記現在発電量が前記第２発電量設定値以上であるとされた際、前記第１０のステップを実行させることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   9. The control program according to claim 1, wherein, in the ninth step, when the current power generation amount is equal to or greater than the second power generation amount setting value, the tenth step is performed. A control program for a fuel cell system, characterized by being executed. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記第９のステップで、前記現在発電量が前記第２発電量設定値未満であるとされた際、前記第２のステップに戻ることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   The control program according to any one of claims 1 to 9, wherein when the current power generation amount is less than the second power generation amount setting value in the ninth step, the second step is performed. A control program for a fuel cell system characterized by returning. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御プログラムにおいて、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることを特徴とする燃料電池システムの制御プログラム。   The control program according to any one of claims 1 to 10, wherein the fuel cell module is a solid oxide fuel cell module.
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