JP5409121B2

JP5409121B2 - 燃料電池装置

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Publication number: JP5409121B2
Application number: JP2009127538A
Authority: JP
Inventors: 英二谷口
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Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: JP2010277760A

Description

本発明は燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス（燃料ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを、集電部材を介して複数個配置し、電気的に接続してなるセルスタックを、燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドに固定してセルスタック装置を構成し、そのセルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような燃料電池装置においては、各燃料電池セルに発電に用いられる燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段および酸素含有ガス（主に空気）供給手段を備えており、燃料電池装置の電流や電圧に応じて、燃料ガス供給手段や酸素含有ガス供給手段から供給される各ガスの流量を制御することが知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。

また、要求負荷の変動にあわせて燃料電池装置の出力電流を減少させる場合や増加させる場合に、燃料ガスや酸素含有ガスの供給量の流量変化の遅れを防止するための方法も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。

特開２００７−５９３７７号公報特開平９−１４７８９３号公報特開２０００−１８２６４８号公報特開２００４−６３３６８号公報

上述のような燃料電池装置においては、燃料電池装置（燃料電池セル）の出力電流が要求負荷に追従するように負荷追従運転を行なう場合に、効率のよい運転を行なうにあたり、その要求負荷に応じて燃料ガス流量や酸素含有ガス流量を低減もしくは増加させることが知られている。

しかしながら、上述のような燃料電池装置において、酸素含有ガス供給手段として空気ブロワを用いる場合に、制御装置が、要求負荷に応じて酸素含有ガス流量を低減させる信号を空気ブロワに発信する場合に、空気ブロワの羽車（インペラ）の回転数が直ちに減少しない場合がある。それに伴い、燃料電池セルに供給される酸素含有ガスと燃料ガスとの比率が変動するおそれがある。

このような場合、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成の燃料電池装置においては、燃料電池セルに供給される燃料ガスと酸素含有ガスとの割合が変化することに伴って失火するおそれがある。

また逆に、燃料電池装置の出力電流を増加させる場合に、要求負荷に応じて酸素含有ガス流量を増加させる信号を空気ブロワに発信する場合に、空気ブロワから供給される酸素含有ガスの流量の増加率が燃料ガスの流量の増加率よりも多い場合には、燃料電池セルに供給される燃料ガスと酸素含有ガスとの割合が変化することに伴って、失火するおそれがある。

それゆえ、本発明においては、負荷追従運転を行なうとともに、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させる構成の燃料電池装置において、失火を抑制することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、燃料電池セルを複数個配列してなる燃料電池セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給ブロワと、前記燃料電池セルスタックで発電した電流を外部負荷に供給するにあたって調整するための供給電流調整手段と、前記燃料ガス供給手段、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび前記供給電流調整手段のそれぞれを制御するための制御装置とを具備するとともに、前記燃料電池セルの発電に使用されなかった前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとを燃焼させる構成の燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記外部負荷に応じて前記燃料電池装置の出力電流を低減させる場合には、前記燃料ガスの流量に対する前記酸素含有ガスの流量の割合である空燃比が増加することを抑制すべく、前記酸素含有ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率が、前記燃料ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率よりも大きくなるように、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび前記燃料ガス供給手段を制御し、前記外部負荷に応じて前記燃料電池装置の出力電流を増加させる場合には、前記酸素含有ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率が、前記燃料ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率よりも小さくなるように、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび前記燃料ガス供給手段を制御することを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、出力電流を低減させる場合には、酸素含有ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率が、燃料ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率よりも大きくなるように、酸素含有ガス供給ブロワおよび燃料ガス供給手段を制御することから、燃料ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の割合が増加することを抑制でき、失火することを抑制することができる。

また、出力電流を増加させる場合には、酸素含有ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率が、燃料ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率よりも小さくなるように、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび燃料ガス供給手段を制御することから、燃料ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の割合が増加することが抑制でき、失火することを抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置によれば、前記制御装置が、前記外部負荷に応じて前記燃料電池装置の出力電流を低減させる場合には、前記燃料ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率が、前記出力電流を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率よりも小さくなるように、前記燃料ガス供給手段および前記供給電流調整手段を制御し、前記外部負荷に応じて、前記燃料電池装置の出力電流を増加させる場合には、前記燃料ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率が、前記出力電流を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率よりも大きくなるように、前記燃料ガス供給手段および前記供給電流調整手段を制御することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、出力電流を低減させる場合には、燃料ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率が、出力電流を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率よりも小さくなるように、燃料ガス供給手段および供給電流調整手段を制御することから、要求負荷に応じた出力電流を得るために必要な量以上の燃料ガス量が供給されることとなり、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させるにあたり、燃料ガス量が不足することを抑制することができる。それにより、失火することを抑制することができる。

また、出力電流を増加する場合には、燃料ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率が、出力電流を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率よりも大きくなるように、燃料ガス供給手段および供給電流調整手段を制御することから、出力電流を得るために必要な量以上の燃料ガス量が供給されることとなり、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させるにあたり、燃料ガス量が不足することを抑制することができる。それにより、失火することを抑制することができる。

本発明の燃料電池装置は、外部負荷に応じて燃料電池装置の出力電流を低減もしくは増加する場合に、燃料電池セルに供給する酸素含有ガスおよび燃料ガスの流量の低減率または増加率を制御することにより、失火することを抑制することができる。

本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。本発明の燃料電池装置の構成の一例を説明するための概略図である。

図１は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。

図１に示す燃料電池システムは、発電を行なう発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間に水を循環させるための循環配管１７とから構成されており、発電ユニットが本発明の燃料電池装置に相当する。

図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）は、複数個の燃料電池セル（図示せず）を組み合わせてなる燃料電池セルスタック１（以下、セルスタックと略す場合がある。）、天然ガス等の原燃料を供給する原燃料供給手段２、セルスタック１を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段３、原燃料と水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。なお、改質器４は、後述する水ポンプ１１により供給される純水を気化し、原燃料供給手段２から供給された原燃料と水蒸気とを混合するための気化部と、内部に改質触媒を備え、混合された原燃料と水蒸気とを反応させて燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質部とを備えている。

また、本発明における燃料ガス供給手段とは、セルスタック１に燃料ガスを供給するための手段をいい、原燃料供給手段２および改質器４を備えている。ここで、燃料電池セルに供給する燃料ガスの流量は、原燃料供給手段２より供給される原燃料の流量により制御される。

また、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、セルスタック１を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器１３、熱交換により生成された凝縮水を処理するための凝縮水処理装置１９、熱交換器１３で生成された凝縮水を凝縮水処理装置１９に供給するための凝縮水供給管２１が設けられており、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水は、水タンク１０に貯水された後、水ポンプ１１により改質器４（気化部）に供給される。

一方、凝縮水処理装置１９に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器４に供給することもでき、図１においては外部から供給される水を純水に処理する手段として各外部水処理装置を具備している。

ここで、外部より供給される水を改質器４に供給するための各外部水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、逆浸透膜装置８および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置９（好ましくは全ての装置）を具備する。そして、イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は水タンク１０に貯水される。なお、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）おいては、外部より供給される水の量を調整するための給水弁６が設けられている。また、凝縮水処理装置１９と水タンク１０とがタンク連結管２０にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器４に供給する場合には、凝縮水処理装置１９と改質器４とを水ポンプ１１を介して接続することも可能である。

また、改質器４に供給する水を純水に処理するための各外部水処理装置および凝縮水処理装置１９を一点鎖線により囲って示している（なお、改質器４と各水処理装置とを接続する給水管５、タンク連結管２０、凝縮水供給管２１も含めて水供給装置Ｘとして示している。）。

なお、燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水とでの熱交換により生成された凝縮水のみで、改質器４での水蒸気改質反応に必要な水（純水）をまかなうことができる場合においては、外部からの水を供給する構成を設けなくてもよい。

さらに図１に示す燃料電池装置は、燃料電池セルにて発電された直流電力を交流電力に切り替えて外部負荷に供給するにあたって調整するための供給電流調整手段１２、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５のほか、制御装置１４が設けられており、循環ポンプ１６とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、図１において、供給電流調整手段１２と外部負荷との接続は省略して示しており、供給電流調整手段１２としてはパワーコンディショナ（パワコン）を例示することができる。以下の説明において、供給電流調整手段１２としてパワーコンディショナを用いて説明する。また制御装置１４については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内（図示せず）に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。また図示していないが、原燃料供給手段２と改質器４との間に、原燃料を加湿するための原燃料加湿器を設けることも可能である。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。

また、セルスタック１と熱交換器１３との間には、燃料電池セルの稼働に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置が設けられている（図示せず）。排ガス処理装置は、収納容器内に一般的に公知の燃焼触媒を収納して構成することができる。

なお、図中の矢印は、原燃料、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送（発信）される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。

ここで、図１に示した燃料電池装置（発電ユニット）においては、外部負荷の要求負荷に応じた出力電流を得るために、原燃料供給手段２および酸素含有ガス供給手段３を制御して、燃料電池セル（セルスタック１）に供給する燃料ガスの流量および酸素含有ガスの流量を制御する。なお、これらの制御についての詳細は後述する。

ここで、図１に示した燃料電池装置（発電ユニット）の運転方法について説明する。燃料電池セルの発電に用いられる燃料ガスを生成するために水蒸気改質を行なうにあたり、改質器４で使用される主な純水は、熱交換器１３において燃料電池セルの稼動に伴って生じた排ガスと循環配管１７を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。なお、循環配管１７を流れて排ガスとの熱交換により温度が上昇た水（即ちお湯）は、給湯タンク１８に貯湯される。熱交換器１３にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管２１を流れて凝縮水処理装置１９に供給される。凝縮水処理装置１９に備える凝縮水処理手段（イオン交換樹脂等）にて処理された凝縮水（純水）は、タンク連結管２０を介して水タンク１０に供給される。水タンク１０に貯水された水は、水ポンプ１１により改質器４に供給され、原燃料供給手段２より供給される原燃料とで水蒸気改質が行われ、生成された燃料ガスが燃料電池セルに供給される。燃料電池セルにおいては、改質器４を介して供給された燃料ガスと、酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われ、燃料電池セルで発電された電流が、パワーコンディショナ（供給電流調整手段）１２を介して外部負荷に供給される。以上の方法により、凝縮水を有効に利用して、水自立運転を行なうことができる。

一方で、凝縮水の生成量が少ない場合や、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を用いることもできる。

この場合においては、まず給水弁６（例えば、電磁弁やエア駆動バルブ等）が開放され、水道水等の外部から供給される水が、給水管５を通して活性炭フィルタ７に供給される。活性炭フィルタ７にて処理された水は、続いて逆浸透膜８に供給される。逆浸透膜８にて処理された水は、引き続きイオン交換樹脂装置９に供給され、イオン交換樹脂装置９で処理されることにより生成された純水が、水タンク１０に貯水される。水タンク１０に貯水された純水は、上述した方法により、燃料電池セルの発電に利用される。

なお、図１において、セルスタック１や改質器４を収納容器内に収納することで、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールが構成される。図１においては、燃料電池モジュールを構成する各装置類を二点鎖線（Ｍ）により囲って示している。

続いて、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュール（以下、モジュールと略す場合がある。）について説明する。図２は、本発明の燃料電池装置を構成するモジュール２２の一例を示す外観斜視図である。

図２に示すモジュール２２においては、収納容器２３の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル２４を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル２４間に集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続してなるセルスタック１を、セルスタック１を構成する各燃料電池セル２４の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド２５に固定してなるセルスタック装置２９を収納して構成されている。また、セルスタック１の両端には、セルスタック１（燃料電池セル）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。

図２においては、燃料電池セル２４として、内部を燃料ガス（水素含有ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層をこの順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セルを例示している。燃料電池セルとして固体酸化物形燃料電池セルを用いることにより、負荷追従運転に適した燃料電池装置とすることができる。

さらに図２においては、燃料電池セル２４の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管３０を介して供給される天然ガス等の原燃料（原燃料）を改質して燃料ガスを生成するための改質器４をセルスタック１（燃料電池セル２４）の上方に配置している。ここで、改質器４は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部２６と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２７とを備えている。また、気化部２６に純水を供給するための給水管３１が接続され、給水管３１と原燃料供給管３０とが別個に設けられているが、原燃料供給管３０と給水管３１とを二重管とすることもできる。

そして、改質器４で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管２８を介してマニホールド２５に供給され、マニホールド２５より燃料電池セル２４の内部に設けられたガス流路に供給される。

また図２においては、収納容器２３の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置２９を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール２２においては、セルスタック装置２９を、収納容器２３内にスライドして収納することが可能である。

なお、収納容器２３の内部には、マニホールド２５に並置されたセルスタック１の間に配置され、酸素含有ガス（酸素含有ガス）が集電部材の内部を介して燃料電池セル２４の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材３２が配置されている。

また、燃料電池セル２４のガス流路より排出される余剰な燃料ガスと余剰の酸素含有ガスとを燃料電池セル２４の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル２４の温度を上昇させることができ、セルスタック１の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル２４（セルスタック１）の上方に配置された改質器４を温めることができ、改質器４で効率よく改質反応を行なうことができる。

図３は、本発明の燃料電池装置の構成の一例を説明するための概略図である。図３に示す燃料電池装置３３は、
外装ケース３４内に仕切部材３５を有し、仕切部材３５の上部に、モジュール２２が配置された燃料電池モジュール収納室３６（以下、モジュール収納室という場合がある。）が形成されている。また、仕切部材３５の下部にはモジュール２２を動作するにあたり必要な補機類を収納するための補機収納室３７が形成されている。なお、本発明において補機類とは、モジュール２２を動作するにあたり使用される装置や配管等であって、補機収納室内に収納されるものを意味するものとする。また、仕切部材３５はモジュール収納室３６と補機収納室３７とを区画していればよく、モジュール収納室３６と補機収納室３７とが隙間を有して区画されていてもよい。

また、例えば外装ケース３４を仕切部材３５により左右に区画するとともに、一方がモジュール２２を収納するモジュール収納室３６、他方が補機類を収納する補機収納室３７とした燃料電池装置３３とすることもできる。

なお、図３に示したような仕切部材３５を用いて、外装ケース３４を上下に区画した形状とすることにより、燃料電池装置３３をコンパクトな形状とすることができる。

なお、図３に示した燃料電池装置３３においては、補機収納室３７に、燃料電池セルに燃料ガスを供給するための原燃料供給手段２、燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段３、原燃料供給手段２および酸素含有ガス供給手段３を制御するための制御装置１４、燃料電池セルの発電により生じる電流を外部負荷に供給するにあたって調整するための供給電流調整手段（パワーコンディショナ）１２が配置されている。

なお、原燃料供給手段２としては、一般的に使用されるガスポンプを用いることができ、また、酸素含有ガス供給手段３としては、一般的に使用される遠心型の空気ブロワを用いることができる。以下、酸素含有ガス供給手段３の説明として空気ブロワを用いて説明する。

このような燃料電池装置３３においては、効率よく運転を行なうにあたり、外部負荷の要求負荷に追従する負荷追従運転を行なうように構成することが好ましい。この場合、パワーコンディショナ（供給電流調整手段）１２が検知する外部負荷の要求負荷の変動に追従するために、燃料電池セル２４に供給する燃料ガスの流量や酸素含有ガス（一般に空気である）の流量も要求負荷の変動にあわせて変動するように制御することが好ましい。

例えば、酸素含有ガス供給手段３として空気ブロワを用いる燃料電池装置３３において、要求負荷に追従して燃料電池装置３３（セルスタック１）の出力電流を調整する場合、発電効率を維持したまま外部負荷の要求負荷に追従することが好ましい。

それゆえ、例えば要求負荷が低減した場合には、制御装置１４は、燃料ガス供給手段（原燃料供給手段２）や酸素含有ガス供給手段（空気ブロワ）３に対して、燃料電池セル２４（セルスタック１）に供給される燃料ガスや酸素含有ガス（空気）の流量を低減させることで、発電効率を維持したまま外部負荷の要求負荷にあわせて、燃料電池装置３３（セルスタック１）の出力電流（発電量）を低減させることが好ましい。

ここで、酸素含有ガスの流量の低減率が、燃料ガスの流量の低減率よりも小さくなると、燃料ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の割合が増加し、それに伴って、失火するおそれがある。

それゆえ、本発明の燃料電池装置３３において、外部負荷に応じて燃料電池装置３３の出力電流を低減させる場合には、制御装置１４は、酸素含有ガスの流量の低減率が、燃料ガスの流量の低減率よりも大きくなるように、酸素含有ガス供給ブロワ３および燃料ガス供給手段２を制御する。それにより、燃料ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の割合（以下、空燃比という場合がある。）が増加することを抑制でき、失火することを抑制することができる。

なお、燃料ガスの流量の低減率とは、外部負荷の要求電流に応じて燃料電池装置３３の出力電流を低減する場合には、低減する前の燃料ガスの流量から、外部負荷の要求電流に応じて低減した燃料電池装置３３の出力電流を得るための燃料ガスの流量を引いた値を、その低減にかかった時間（秒）で除した値をいい、酸素含有ガスの流量における低減率も同様である。

特に、酸素含有ガス供給手段３として空気ブロワを用いる場合においては、制御装置１４が、要求負荷に応じて酸素含有ガス流量を低減させる目的で、空気ブロワに酸素含有ガス流量を低減させる信号を発信した場合に、空気ブロワの羽車（インペラ）の回転数が直ちに減少しない場合がある（すなわち、実際の酸素含有ガスの低減にタイムラグを生じる場合がある）。

そのような場合は、制御装置１４にて、酸素含有ガスの流量の低減率が、燃料ガスの流量の低減率よりも大きくなるように、酸素含有ガス供給ブロワ３および燃料ガス供給手段２を制御すると良い。

例えば、酸素含有ガスの流量の低減率を、燃料ガスの流量の低減率よりも大きくするように燃料ガス供給手段（原燃料供給手段２）に対して発信する信号を設定するにあたっては、予め供給する酸素含有ガスの量を低減させた場合のタイムラグを計測しておき、そのタイムラグに基づいて低減率を設定することができる。なお、適宜これらの値を制御装置１４に記憶させておくことが好ましい。

一方、要求負荷に応じて燃料電池装置３３の出力電流を増加させる場合には、酸素含有ガス供給ブロワ３から供給される酸素含有ガスの流量が、燃料ガス供給手段２から供給される燃料ガスの流量に対して多くなると（換言すれば、空燃比が大きくなる。）、それに伴って、失火するおそれがある。

それゆえ、本発明の燃料電池装置３３において、外部負荷に応じて、燃料電池装置３３の出力電流を増加する場合には、制御装置１４は、酸素含有ガスの流量の増加率が、燃料ガスの流量の増加率よりも小さくなるように、酸素含有ガス供給ブロワ（空気ブロワ）３および燃料ガス供給手段２を制御する。それにより、燃料ガスの流量に対する酸素含有ガスの流量の割合（以下、空燃比という場合がある。）が増加することを抑制でき、失火することを抑制することができる。

なお、燃料ガスの流量の増加率とは、外部負荷の要求電流に応じて燃料電池装置３３の出力電流を増加する場合に、外部負荷の要求電流に応じて増加した燃料電池装置３３の出力電流を得るための燃料ガス流量から増加する前の燃料ガスの流量を引いた値を、その増加にかかった時間（秒）で除した値をいい、酸素含有ガスの流量における増加率も同様である。

また、制御装置１４にて、酸素含有ガスの流量の増加率が、燃料ガスの流量の増加率よりも小さくなるように、酸素含有ガス供給ブロワ（空気ブロワ）３および燃料ガス供給手段２を制御するにあたっては、例えば、予め供給する酸素含有ガスの量を増加させた場合の増加率を計測しておき、制御装置１４にて、燃料ガスの流量の増加率が酸素含有ガスの流量の増加率よりも大きくなるように、燃料ガス供給手段（原燃料供給手段２）に対して発信する信号を設定すると良い。なお、適宜これらの値を制御装置１４に記憶させておくことが好ましい。

ところで、燃料ガスの流量の低減率が、燃料電池装置３３の出力電流の低減率よりも大きくなる場合には、要求負荷に応じた出力電流を得るために必要な量よりも少ない量の燃料ガスが供給されることとなり、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させるにあたり、燃料ガスの量が不足し、失火するおそれがある。

それゆえ、本発明の燃料電池装置３３においては、外部負荷に応じて、燃料電池装置３３の出力電流を低減させる場合には、燃料ガスの流量の低減率が、出力電流の低減率よりも小さくなるように、燃料ガス供給手段２および供給電流調整手段（パワーコンディショナ）１２を制御することが好ましい。

それにより、要求負荷に応じた出力電流を得るために必要な量以上の燃料ガス量が供給されることとなり、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させるにあたり、燃料ガス量が不足することを抑制することができる。それにより、失火することを抑制することができる。

一方、外部負荷に応じて燃料電池装置３３の出力電流を増加させる場合には、燃料ガスの流量の増加率が、燃料電池装置３３の出力電流の増加率よりも小さくなる場合には、要求負荷に応じた出力電流を得るために必要な量よりも少ない量の燃料ガス量が供給されることとなり、燃料電池セルの発電に利用されなかった燃料ガスを燃焼させるにあたり、燃料ガス量が不足し、失火するおそれがある。

それゆえ、本発明の燃料電池装置３３においては、外部負荷に応じて、燃料電池装置３３の出力電流を増加させる場合には、燃料ガスの流量の増加率が、出力電流の増加率よりも大きくなるように、燃料ガス供給手段２および供給電流調整手段（パワーコンディショナ）１２を制御することが好ましい。

なお、出力電流の低減率とは、外部負荷の要求電流に応じて燃料電池装置３３の出力電流を低減する場合に、低減する前の出力電流から外部負荷の要求電流に応じて低減した出力電流を引いた値を、その低減にかかった時間（秒）で除した値をいい、出力電流の増加率とは、外部負荷の要求電流に応じて燃料電池装置３３の出力電流を増加する場合に、外部負荷の要求電流に応じて増加した出力電流から増加する前の出力電流を引いた値を、その増加にかかった時間（秒）で除した値をいう。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、燃料電池セル２４は、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型とすることができるほか、平板型や円筒型の燃料電池セルを用いることもできる。

１：燃料電池セルスタック
２：原燃料供給手段
３：酸素含有ガス供給ブロワ（空気ブロワ）
１２：供給電流調整手段
１４：制御装置
２４：燃料電池セル
３３：燃料電池装置

Claims

外装ケース内に、燃料電池セルを複数個配列してなる燃料電池セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給ブロワと、前記燃料電池セルスタックで発電した電流を外部負荷に供給するにあたって調整するための供給電流調整手段と、前記燃料ガス供給手段、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび前記供給電流調整手段のそれぞれを制御するための制御装置とを具備するとともに、前記燃料電池セルの発電に使用されなかった前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとを燃焼させる構成の燃料電池装置であって、
前記制御装置は、
前記外部負荷に応じて前記燃料電池装置の出力電流を低減させる場合には、前記燃料ガスの流量に対する前記酸素含有ガスの流量の割合である空燃比が増加することを抑制すべく、前記酸素含有ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率が、前記燃料ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率よりも大きくなるように、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび前記燃料ガス供給手段を制御し、
前記外部負荷に応じて前記燃料電池装置の出力電流を増加させる場合には、前記酸素含有ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率が、前記燃料ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率よりも小さくなるように、前記酸素含有ガス供給ブロワおよび前記燃料ガス供給手段を制御する
ことを特徴とする燃料電池装置。
前記制御装置は、
前記外部負荷に応じて前記燃料電池装置の出力電流を低減させる場合には、前記燃料ガスの流量を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率が、前記出力電流を減らす割合をその低減にかかる時間で除した値である低減率よりも小さくなるように、前記燃料ガス供給手段および前記供給電流調整手段を制御し、
前記外部負荷に応じて、前記燃料電池装置の出力電流を増加させる場合には、前記燃料ガスの流量を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率が、前記出力電流を増やす割合をその増加にかかる時間で除した値である増加率よりも大きくなるように、前記燃料ガス供給手段および前記供給電流調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。