JP6492873B2

JP6492873B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP6492873B2
Application number: JP2015068889A
Authority: JP
Inventors: 明宏正生
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2016189267A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、アノード及びカソードを有する燃料電池（固体酸化物型燃料電池：ＳＯＦＣ（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）等）を備えた燃料電池システムが知られている。燃料電池システムは、燃料電池のアノードに供給されるアノードガスと燃料電池のカソードに供給されるカソードガスとを電気化学的に反応させることによって発電を行う。

燃料電池システムの発電量が増加すると、燃料電池の温度が上昇することがある。燃料電池の温度、特に燃料電池スタックの温度が高くなると、燃料電池システムの発電効率は著しくは低下する。

そこで、冷却した空気を燃料電池に供給することによって、燃料電池の温度が上昇することを抑制する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００４−３４９２１４号公報特開２００９−２３８６２３号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２で提案されている燃料電池システムでは、冷却した空気による冷却が燃料電池スタックの温度上昇に追いつかず、燃料電池スタックの温度上昇が抑制されないことがある。そのため、燃料電池スタックを効果的に冷却することができる燃料電池システムが望まれている。

本発明は、燃料電池を効果的に冷却することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明は、アノード及びカソードを有する燃料電池と、燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Ｃに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓのモル比によって定められるＳ／Ｃを調整するＳ／Ｃ調整部と、前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、前記Ｓ／Ｃ調整部及び前記カソードガス温度調整部を制御する制御部と、を備え、前記Ｓ／Ｃ調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整し、通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件であり、前記制御部は、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを設定し、前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を第１温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを調整するように前記Ｓ／Ｃ調整部を制御し、前記改質器は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスよって前記燃料電池を冷却し、前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を前記第１温度よりも低い第２温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を冷却する燃料電池システムに関する。

また、本発明は、アノード及びカソードを有する燃料電池と、燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Ｃに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓのモル比によって定められるＳ／Ｃを調整するＳ／Ｃ調整部と、前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、負荷機器に供給する定電流を調整可能な電流調整部と、を有し、前記負荷機器に定電流を供給するように制御するパワーコンディショナであって、前記電流調整部により前記負荷機器に供給する定電流を調整して前記燃料電池の発熱量を調整するパワーコンディショナと、前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、前記Ｓ／Ｃ調整部、前記電流調整部及び前記カソードガス温度調整部を制御する制御部と、を備え、前記Ｓ／Ｃ調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整し、通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件であり、前記制御部は、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを設定し、前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を第１温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し且つ前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を第１電流値に調整するように前記電流調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを調整するように前記Ｓ／Ｃ調整部を制御し、前記改質器は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスによって前記燃料電池を冷却し、前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を前記第１温度よりも低い第２温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を冷却し、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を前記第１電流値よりも低い第２電流値に下げるように前記電流調整部を制御し、前記パワーコンディショナは、前記電流調整部により調整された電流値の定電流を前記負荷機器に供給することによって前記燃料電池の発熱量を少なくする燃料電池システムに関する。

また、本発明は、アノード及びカソードを有する燃料電池と、燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Ｃに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓのモル比によって定められるＳ／Ｃを調整するＳ／Ｃ調整部と、前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、負荷機器に供給する定電流を調整可能な電流調整部と、を有し、前記負荷機器に定電流を供給するように制御するパワーコンディショナであって、前記電流調整部により前記負荷機器に供給する定電流を調整して前記燃料電池の発熱量を調整するパワーコンディショナと、前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、前記Ｓ／Ｃ調整部及び前記電流調整部を制御する制御部と、を備え、前記Ｓ／Ｃ調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整し、通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件であり、前記制御部は、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを設定し、前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を第１電流値に調整するように前記電流調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを調整するように前記Ｓ／Ｃ調整部を制御し、前記改質器は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスによって前記燃料電池を冷却し、前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を前記第１電流値よりも低い第２電流値に下げるように前記電流調整部を制御し、前記パワーコンディショナは、前記電流調整部により調整された電流値の定電流を前記負荷機器に供給することによって前記燃料電池の発熱量を少なくする燃料電池システムに関する。

また、前記カソードガス供給部は、第１供給温度を有する第１カソードガスを前記燃料電池に供給する第１カソードガス供給部と、前記第１供給温度よりも低い温度である第２供給温度を有する第２カソードガスを前記燃料電池に供給する第２カソードガス供給部と、を有し、第１カソードガス及び第２カソードガスの一方又は両方をカソードガスとして供給し、前記カソードガス温度調整部は、カソードガスの量に占める第２カソードガスの量の割合を調整することによって、カソードガスの温度を調整することが好ましい。

本発明によれば、燃料電池を効果的に冷却することが可能な燃料電池システムを提供することができる。

本発明の実施形態の燃料電池システム１を示す概略図である。本発明の実施形態の燃料電池システム１における制御部５０の第１制御を示すフローチャートである。本発明の実施形態の燃料電池システム１における制御部５０の第２制御を示すフローチャートである。本発明の実施形態の燃料電池システム１における制御部５０の第３制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態の燃料電池システム１を示す概略図である。図１において、実線はラインを示し、点線は電気的な接続（有線又は無線）を示し、二重線は、電気的な接続（電力を供給するための接続）を示している。また、以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１１と、改質器１２と、燃焼器１３と、燃料ガス供給部１４と、改質水供給端１５Ａと、Ｓ／Ｃ調整部としての改質水量調整ポンプ１５Ｂと、第１カソードガス供給部１６と、第２カソードガス供給部１７と、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａと、第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａと、温度センサ１８と、パワーコンディショナ３１と、制御部５０と、を備える。

また、燃料電池システム１は、燃料ガス供給ラインＬ１と、改質水供給ラインＬ２と、アノードガス供給ラインＬ３と、カソードガス供給ラインＬ４と、アノードオフガスラインＬ５と、カソードオフガスラインＬ６と、排ガスラインＬ７と、導線Ｌ８と、電圧供給ラインＬ９と、を備える。

燃料ガス供給ラインＬ１の上流側端部は、燃料ガス供給部１４に接続されている。燃料ガス供給ラインＬ１の下流側端部は、改質器１２に接続されている。燃料ガス供給ラインＬ１には、燃料ガス供給部１４から改質器１２に供給される燃料ガスＧ１が流通する。

改質水供給ラインＬ２の上流側端部は、改質水供給端１５Ａに接続されている。改質水供給ラインＬ２の下流側端部は、改質器１２に接続されている。改質水供給ラインＬ２の途中には、改質水量調整ポンプ１５Ｂが設けられている。改質水供給ラインＬ２には、改質水供給端１５Ａから改質器１２に供給される改質水Ｗ１が流通する。また、改質水量調整ポンプ１５Ｂは、入力される制御信号に応じて、改質器１２に供給される改質水Ｗ１の供給量を調整する。なお、改質水供給端１５Ａ及び改質水量調整ポンプ１５Ｂは、改質水供給部１５を構成する。

アノードガス供給ラインＬ３の上流側端部は、改質器１２に接続されている。アノードガス供給ラインＬ３の下流側端部は、燃料電池１１に接続されている。アノードガス供給ラインＬ３には、改質器１２において生成されたアノードガス（改質ガス）Ｇ２が、燃料電池１１に向けて流通する。アノードガス（改質ガス）Ｇ２には、水素や一酸化炭素、未反応のメタン、未利用の水蒸気等が含まれる。

カソードガス供給ラインＬ４は、第１カソードガス供給ラインＬ４１と、第２カソードガス供給ラインＬ４２と、第３カソードガス供給ラインＬ４３と、カソードガス合流部Ｊ２を備える。

第１カソードガス供給ラインＬ４１の上流側端部は、第１カソードガス供給部１６に接続されている。第１カソードガス供給ラインＬ４１の下流側端部は、カソードガス合流部Ｊ２に接続されている。第１カソードガス供給ラインＬ４１の途中には、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａが設けられている。第１カソードガス供給ラインＬ４１には、第１カソードガス供給部１６から燃料電池１１のカソードに供給される第１カソードガスとしての第１空気Ａ１１が、カソードガス合流部Ｊ２に向けて流通する。第１空気Ａ１１は、第１供給温度Ｔｋ１の空気である。また、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａは、入力される制御信号に応じて、カソードガス合流部Ｊ２に向けて流通する第１空気Ａ１１の量を調整する。

第２カソードガス供給ラインＬ４２の上流側端部は、第２カソードガス供給部１７に接続されている。第２カソードガス供給ラインＬ４２の下流側端部は、カソードガス合流部Ｊ２に接続されている。第２カソードガス供給ラインＬ４２の途中には、第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａが設けられている。第２カソードガス供給ラインＬ４２には、第２カソードガス供給部１７から燃料電池１１のカソードに供給される第２カソードガスとしての第２空気Ａ１２が、カソードガス合流部Ｊ２に向けて流通する。第２空気Ａ１２は、第１供給温度Ｔｋ１よりも低い温度である第２供給温度Ｔｋ２の空気である。第２カソードガス供給部１７は、冷却器（不図示）を備えており、冷却器（不図示）によって第２供給温度Ｔｋ２に冷却した空気を第２空気Ａ１２として供給する。また、第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａは、入力される制御信号に応じて、カソードガス合流部Ｊ２に向けて流通する第２空気Ａ１２の量を調整する。

第３カソードガス供給ラインＬ４３の上流側端部は、カソードガス合流部Ｊ２に接続されている。第３カソードガス供給ラインＬ４３の下流側端部は、燃料電池１１に接続されている。第１カソードガス供給ラインＬ４１を流通する第１空気Ａ１１と、第２カソードガス供給ラインＬ４２を流通する第２空気Ａ１２とは、カソードガス合流部Ｊ２で合流して混合され、カソードガスＡ１となる。第３カソードガス供給ラインＬ４３には、カソードガスＡ１が、燃料電池１１に向けて流通する。

なお、第１カソードガス供給部１６、第２カソードガス供給部１７、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａ、第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａ及びカソードガス供給ラインＬ４（第１カソードガス供給ラインＬ４１、第２カソードガス供給ラインＬ４２及び第３カソードガス供給ラインＬ４３）は、カソードガス供給部２１を構成する。

カソードガスＡ１の温度は、第３カソードガス供給ラインＬ４３を流通するカソードガスＡ１の量に占める第２空気Ａ１２の量の割合Ｒ（又は、第１カソードガス供給ラインＬ４１を流通する第１空気Ａ１１の量と第２カソードガス供給ラインＬ４２を流通する第２空気Ａ１２の量との比）によって、調整される。そして、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａ及び第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａは、第３カソードガス供給ラインＬ４３を流通するカソードガスＡ１の量に占める第２空気Ａ１２の量の割合Ｒ（又は、第１カソードガス供給ラインＬ４１を流通する第１空気Ａ１１の量と第２カソードガス供給ラインＬ４２を流通する第２空気Ａ１２の量との比）を調整することが可能である。よって、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａ及び第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａは、カソードガス温度調整部２２を構成する。

なお、Ｒの上限は１００％であり、下限は０％である。Ｒ＝１００％の場合、カソードガスＡ１はすべて第２空気Ａ１２となるため、カソードガスＡ１の供給温度は、Ｔｋ２となる。また、Ｒ＝０％の場合、カソードガスＡ１はすべて第１空気Ａ１１となるため、カソードガスＡ１の供給温度は、Ｔｋ１となる。すなわち、Ｒの値が変化すると、カソードガスＡ１の温度が変化する。

アノードオフガスラインＬ５の上流側端部は、燃料電池１１に接続されている。アノードオフガスラインＬ５の下流側端部は、燃焼器１３に接続されている。アノードオフガスラインＬ５には、燃料電池１１から排出されるアノードオフガスＧ３が、燃焼器１３に向けて流通する。

カソードオフガスラインＬ６の上流側端部は、燃料電池１１に接続されている。カソードオフガスラインＬ６の下流側端部は、燃焼器１３に接続されている。カソードオフガスラインＬ６には、燃料電池１１から排出されるカソードオフガスＧ４が、燃焼器１３に向けて流通する。

排ガスラインＬ７の上流側端部は、燃焼器１３に接続されている。排ガスラインＬ７の下流側端部は、熱交換器等（不図示）に接続されている。排ガスラインＬ７には、燃焼器１３から排出される排ガスＧ５が流通する。

燃料電池１１は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）である。燃料電池１１は、複数の燃料電池セルが積層配置されて、燃料電池スタック（不図示）とされたものである。燃料電池１１は、改質器１２から供給されたアノードガスＧ２及びカソードガス供給部２１から供給されたカソードガスＡ１を使用して発電する。より具体的には、燃料電池１１は、アノードガスＧ２に含まれる水素及びカソードガスＡ１に含まれる酸素を使用して発電する。

改質器１２は、燃料ガス供給部１４から供給される燃料ガスＧ１及び改質水供給部１５から供給される改質水Ｗ１を所定の熱量で加熱して触媒上で反応させ、水（水蒸気）が含まれるアノードガスＧ２を生成する。このアノードガスＧ２は、燃料電池１１に供給される。燃料ガス供給部１４から供給される燃料ガスＧ１の量及び改質水供給部１５から供給される改質水Ｗ１の量は、改質器１２がアノードガスＧ２を生成するために最適な量に設定される。例えば、燃料ガス供給部１４から供給される燃料ガスＧ１の量及び改質水供給部１５から供給される改質水Ｗ１の量は、改質器１２に供給される燃料ガスＧ１のカーボン量Ｃに対する改質器１２に供給される改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓのモル比（以下、Ｓ／Ｃという。）が所定のＳ／Ｃとなる量である。

改質水Ｗ１の供給量が相対的に多くなると、改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓが多くなるため、Ｓ／Ｃが大きくなる。Ｓ／Ｃを大きくすることで吸熱反応が進行して吸熱量が大きくなるため、アノードガスＧ２の温度は、相対的に低くなる。すなわち、改質水Ｗ１の供給量が相対的に多くなると、アノードガスＧ２により、燃料電池スタック（不図示）は、効果的に冷却されることになる。
本実施形態においては、例えば、Ｓ／Ｃの値の最適な範囲を、３．０〜３．５の範囲とする。

燃焼器１３は、燃料電池１１から排出されるアノードオフガスＧ３及びカソードオフガスＧ４を燃焼させて、排ガスＧ５として排ガスラインＬ７に排出する。

温度センサ１８は、燃料電池１１の燃料電池スタック（不図示）近傍に設けられている。温度センサ１８は、燃料電池スタック近傍の雰囲気温度を測定する。温度センサ１８は、制御部５０に電気的に接続されている。温度センサ１８は、測定した温度を燃料電池１１の温度Ｔｃとして制御部５０に出力する。なお、「温度センサ１８」が「燃料電池スタックの近傍に設けられている」とは、温度センサ１８が測定する温度が、燃料電池スタックの温度と同視し得るか、又は燃料電池スタックの温度と相関を持つ温度である程度に、「燃料電池スタック」に近い位置（接する位置も含む）に設けられていることを意味する。

導線Ｌ８の一端部は、燃料電池１１に接続されている。導線Ｌ８の他端部は、パワーコンディショナ３１に接続されている。燃料電池１１は、導線Ｌ８を通して、パワーコンディショナ３１へ送電可能である。

パワーコンディショナ３１は、コンバータ部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、インバータ部としての系統連系インバータ３３と、電流調整部３４と、を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と系統連系インバータ３３と電流調整部３４とは、ＤＣバスにより電気的に接続されている。パワーコンディショナ３１（ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、系統連系インバータ３３、電流調整部３４）は、制御部５０に電気的に接続されている。制御部５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、系統連系インバータ３３、電流調整部３４を制御可能である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、燃料電池１１から出力される９０Ｖ〜１６０Ｖ程度の直流電圧を、所定の直流電圧に変換（昇圧）する。所定の直流電圧とは、例えば、系統連系インバータ３３において、電圧供給ラインＬ９を介して、負荷機器４０に供給可能な電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）の生成ができる程度の電圧（例えば、ＤＣ２８０Ｖ）であり、この出力電圧は、固定値である。

従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、燃料電池１１から出力される直流電圧が、最低入力許容電圧値よりも大きいときに、燃料電池１１から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換する。逆に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、燃料電池１１から出力される直流電圧が、最低入力許容電圧値よりも小さいときには、直流電圧を昇圧する変換を停止する。最低入力許容電圧値とは、例えば、８０Ｖである。

系統連系インバータ３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から出力される直流電圧を、負荷機器４０に供給可能な所定の交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換して系統に供給する。系統連系インバータ３３は、交流電圧を負荷機器４０に供給するため、系統連系インバータ３３から出力される交流電圧の値は、固定値である。

電流調整部３４は、系統連系インバータ３３から出力される電流であって負荷機器に供給する電流の電流値が一定の電流値（定電流）となるように調整可能である。

制御部５０は、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａ、第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａ、改質水量調整ポンプ１５Ｂ、温度センサ１８及び電流調整部３４に電気的に接続されている。
制御部５０は、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａ及び第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａを制御することにより、第３カソードガス供給ラインＬ４３を流通するカソードガスＡ１の量に占める第２空気Ａ１２の量の割合Ｒ（又は、第３カソードガス供給ラインＬ４３に供給する第１空気Ａ１１の量と第２空気Ａ１２の量との比）を調整する。また、制御部５０は、第１カソードガス供給ラインＬ４１に流通する第１空気Ａ１１の量、及び第２カソードガス供給ラインＬ４２に流通する第２空気Ａ１２の量も調整することで、カソードガスＡ１の量も調整し得る。

上述したように、第１カソードガス供給量調整ポンプ１６Ａ及び第２カソードガス供給量調整ポンプ１７Ａは、カソードガス温度調整部２２を構成する。制御部５０は、カソードガスＡ１の温度を調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御する。よって、燃料電池１１には、カソードガス温度調整部２２により温度が調整されたカソードガスＡ１が供給される。

改質水量調整ポンプ１５Ｂは、Ｓ／Ｃ調整部を構成する。制御部５０は、温度センサ１８から出力された燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいて、改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御することにより、改質水供給部１５により改質器１２に供給される改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整する。よって、燃料電池１１には、改質水量調整ポンプ１５ＢによりＳ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２が供給される。そのため、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２は、燃料電池（燃料電池スタック）を冷却することになる。

Ｓ／Ｃが増加したアノードガスＧ２による燃料電池１１（燃料電池スタック）の冷却は、燃料電池システム１が動作している限り、行われる冷却である。そのため、以下の説明において、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２による燃料電池１１（燃料電池スタック）の冷却のことを通常冷却ということがある。

また、以下の説明において、制御部５０が、通常冷却で燃料電池１１（燃料電池スタック）を十分に冷却できるか否かを判断する際に使用する条件のことを「通常冷却制御可能条件」ということがある。通常冷却制御可能条件が満たされる場合、制御部５０は、通常冷却で燃料電池１１（燃料電池スタック）を十分に冷却できると判断し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合、制御部５０は、通常冷却では燃料電池１１（燃料電池スタック）を十分に冷却できないと判断する。

制御部５０は、例えば、以下の第１制御、第２制御又は第３制御の制御を実行可能である。

制御部５０の第１制御においては、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御し、改質器１２は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を冷却する。
また、制御部５０の第１制御において、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。

制御部５０の第２制御においては、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し且つパワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整するように電流調整部３４を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御し、改質器１２は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を冷却する。
また、制御部５０の第２制御において、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却し、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１よりも低い第２電流値Ｉ２に下げるように電流調整部３４を制御し、パワーコンディショナ３１は、電流調整部３４により調整された電流値の定電流を負荷機器４０に供給することによって燃料電池１１の発熱量を少なくする。

また、制御部５０の第３制御においては、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整するように電流調整部３４を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御し、改質器１２は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を冷却する。
また、制御部５０の第３制御において、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１よりも低い第２電流値Ｉ２に下げるように電流調整部３４を制御し、パワーコンディショナ３１は、電流調整部３４により調整された電流値の定電流を負荷機器４０に供給することによって燃料電池１１の発熱量を少なくする。

次に、本実施形態の燃料電池システム１において、制御部５０が行う第１制御、第２制御及び第３制御について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態の燃料電池システム１における制御部５０の第１制御を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施形態の燃料電池システム１における制御部５０の第２制御を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施形態の燃料電池システム１における制御部５０の第３制御を示すフローチャートである。

まず、制御部５０の第１制御について説明する。
図２に示すように、ステップＳＴ１０１において、制御部５０は、温度センサ１８から出力される燃料電池１１の温度Ｔｃを取得する。

ステップＳＴ１０２において、制御部５０は、取得した燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいて、Ｓ／Ｃを決定する。そして、制御部５０は、Ｓ／Ｃを、第１のＳ／Ｃに設定する制御信号を改質水量調整ポンプ１５Ｂに出力する。例えば、第１のＳ／Ｃを、３．０とする。

なお、Ｓ／Ｃは、以下のような考え方に基づいて決定される。燃料電池１１の温度Ｔｃが相対的に高いほど、燃料電池１１の冷却の必要性は相対的に高くなる。一方、Ｓ／Ｃが相対的に大きいほど、改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓの量は相対的に多くなるため、通常冷却の能力は高くなる。また、Ｓ／Ｃが相対的に小さければ、改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓの量は相対的に少なくなるため、通常冷却の能力は低くなる。よって、制御部５０は、燃料電池１１の温度Ｔｃが大きくなるにしたがってＳ／Ｃを大きくし、カソードガスＡ１の温度を低くする制御を行う。よって、Ｓ／Ｃは、例えば、燃料電池１１の温度ＴｃとＳ／Ｃとを対応させた表や関数等（燃料電池１１の温度Ｔｃが高くなるに従って、Ｓ／Ｃが大きくなる表や関数等）を用いて決定される。

ステップＳＴ１０３において、制御部５０は、通常冷却制御可能条件が満たされているか否かを判断する。ここでは、通常冷却制御可能条件として、第１のＳ／Ｃが基準の基準割合Ｓ／Ｃ以下の割合であるという条件が使用される。

よって、ステップＳＴ１０３において、制御部５０は、第１のＳ／Ｃと予め設定・保持しておいた基準割合Ｓ／Ｃとを比較する。制御部５０により、第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃであると判定された場合（ＹＥＳ）に、処理はステップＳＴ１０４へ移行する。また、制御部５０により、第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃでないと判定された場合（ＮＯ）に、処理はステップＳＴ１０５へ移行する。なお、基準割合Ｓ／Ｃは、許容される燃料電池１１の温度Ｔｃ、燃料ガスＧ１のカーボン量Ｃ及び改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓ等に応じて、適宜決定される。例えば、基準割合Ｓ／Ｃを、３．５とする。

ステップＳＴ１０４において、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整する制御信号をカソードガス温度調整部２２に出力する。
制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度が第１設定温度Ｔｓ１となるように、カソードガスＡ１の量に占める第２空気Ａ１２の量の割合Ｒ（以下、第２空気割合Ｒという。）をＲ１に決定する。そして、制御部５０は、第２空気割合ＲをＲ１に設定する制御信号をカソードガス温度調整部２２に出力する。

ステップＳＴ１０２及びＳＴ１０４では、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御していることになる。よって、改質器１２は、改質水量調整ポンプ１５ＢによりＳ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を通常冷却する。また、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が第１設定温度Ｔｓ１に調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。

ステップＳＴ１０５において、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整する制御信号をカソードガス温度調整部２２に出力する。
よって、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が第２設定温度Ｔｓ２に調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。

制御部５０が、ＳＴ１０４又はＳＴ１０５におけるいずれかの制御を行った後、本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ１０１へリターンする。）。

ステップＳＴ１０３において、制御部５０が、第１のＳ／Ｃと基準割合Ｓ／Ｃを比較する理由は、次の通りである。
第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃである場合、第１のＳ／Ｃにおいて改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓの割合は、相対的に小さい。よって、第１のＳ／Ｃが大きくなれば、燃料電池１１の温度Ｔｃは下がる状態である。すなわち、通常冷却の能力に余力がある。よって、第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃである場合、燃料電池１１の冷却は通常冷却で足り、カソードガスＡ１の温度を冷却器（不図示）により下げてまで燃料電池１１の冷却を行う必要はない。

一方、第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃでない場合、第１のＳ／Ｃにおいて改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓの割合は、十分に大きく、第１のＳ／Ｃを大きくしても、燃料電池１１の温度Ｔｃは下がらない状態（又は下がりにくい状態）である。すなわち、通常冷却の能力に余力がない。ここで、第１のＳ／Ｃは、燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいて決められるものであるから、第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃでない場合、燃料電池１１の温度Ｔｃは高い状態になっていることが分かる。すなわち、第１のＳ／Ｃ≦基準割合Ｓ／Ｃでない状態は、通常冷却だけでは、燃料電池１１の温度Ｔｃが十分に下がらない状態である。この場合、カソードガスＡ１の温度を冷却器（不図示）により下げることになっても、冷却を行う必要がある。
よって、ステップＳＴ１０３の処理は、カソードガスＡ１の温度を第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に下げて冷却を行う必要があるか否かを判断するために行われる。

次に、制御部５０の第２制御について説明する。
制御部５０の第２制御については、主に、制御部５０の第１制御と異なる点について説明する。制御部５０の第２制御においては、制御部５０の第１制御におけるステップＳＴ１０４及びＳＴ１０５の動作が異なる。図３に示す第２制御におけるステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０３の動作は、図２に示す第１制御におけるステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３の動作と同様である。そのため、第２制御におけるステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０３の動作の説明は、図２に示す第１制御におけるステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３の動作の説明を援用して、その説明を省略する。

図３に示すように、ステップＳＴ２０４において、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整する制御信号をカソードガス温度調整部２２に出力する。制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度が第１設定温度Ｔｓ１となるように、第２空気割合ＲをＲ１に決定する。そして、制御部５０は、第２空気割合ＲをＲ１に設定する制御信号をカソードガス温度調整部２２に出力する。
また、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整する制御信号を電流調整部３４に出力する。

ステップＳＴ２０２及びＳＴ２０４では、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し且つパワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整するように電流調整部３４を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御していることになる。

よって、改質器１２は、改質水量調整ポンプ１５ＢによりＳ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を通常冷却する。また、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が第１設定温度Ｔｓ１に調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。また、パワーコンディショナ３１は、負荷機器４０に供給する定電流を電流調整部３４により第１電流値Ｉ１に調整することによって、燃料電池１１の発熱量を少なくする。

ステップＳＴ２０５において、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整する制御信号をカソードガス温度調整部２２に出力する。また、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１よりも低い第２電流値Ｉ２に調整する制御信号を電流調整部３４に出力する。

よって、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が第２設定温度Ｔｓ２に調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。また、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第２電流値Ｉ２に調整することによって燃料電池１１の発熱量を、定電流を第１電流値Ｉ１に調整した場合よりも、少なくする。

制御部５０が、ＳＴ２０４又はＳＴ２０５におけるいずれかの制御を行った後、本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ２０１へリターンする。）。

次に、制御部５０の第３制御について説明する。
制御部５０の第３制御については、主に、制御部５０の第１制御と異なる点について説明する。制御部５０の第３制御においては、制御部５０の第１制御におけるステップＳＴ１０４及びＳＴ１０５の動作が異なる。図４に示す第３制御におけるステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０３の動作は、図２に示す第１制御におけるステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３の動作と同様である。そのため、第３制御におけるステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０３の動作の説明は、図２に示す第１制御におけるステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３の動作の説明を援用して、その説明を省略する。

図４に示すように、ステップＳＴ３０４において、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整する制御信号を電流調整部３４に出力する。

ステップＳＴ３０２及びＳＴ３０４では、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整するように電流調整部３４を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御していることになる。

よって、改質器１２は、改質水量調整ポンプ１５ＢによりＳ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を通常冷却する。また、パワーコンディショナ３１は、負荷機器４０に供給する定電流を電流調整部３４により第１電流値Ｉ１に調整することによって、燃料電池１１の発熱量を少なくする。

ステップＳＴ３０５において、制御部５０は、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１よりも低い第２電流値Ｉ２に調整する制御信号を電流調整部３４に出力する。

よって、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第２電流値Ｉ２に調整することによって、定電流を第１電流値Ｉ１に調整した場合よりも、燃料電池１１の発熱量を少なくする。また、改質器１２は、改質水量調整ポンプ１５ＢによりＳ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を通常冷却する。

制御部５０が、ＳＴ３０４又はＳＴ３０５におけるいずれかの制御を行った後、本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ３０１へリターンする。）。

本実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば、以下の効果が奏される。
本実施形態の燃料電池システム１においては、アノード及びカソードを有する燃料電池１１と、改質器１２と、改質水供給部１５と、燃料ガス供給部１４と、Ｓ／Ｃを調整する改質水量調整ポンプ１５Ｂと、カソードガス温度調整部２２を有するカソードガス供給部２１と、燃料電池１１の温度Ｔｃを測定する温度センサ１８と、制御部５０と、を備える。そして、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部５０は、カソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御するとともに、燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御し、改質器１２はＳ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を冷却し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部５０は、カソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池１１を効果的に冷却することが可能である。

また、本実施形態の燃料電池システム１においては、改質水量調整ポンプ１５Ｂは、改質水供給部１５により改質器１２に供給される改質水Ｗ１の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整する。そのため、本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池１１の温度を適切に調整することが可能である。

また、本実施形態の燃料電池システム１においては、通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件である。そのため、本実施形態の燃料電池システム１によれば、通常冷却制御可能条件が満たされる場合か又は満たされない場合に応じて、カソードガスＡ１の温度を適切に調整することができる。

また、本実施形態の燃料電池システム１においては、カソードガス供給部２１は、第１供給温度Ｔｋ１を有する第１空気Ａ１１をカソードに供給する第１カソードガス供給部１６と、第１供給温度Ｔｋ１よりも低い温度である第２供給温度Ｔｋ２を有する第２空気Ａ１２をカソードに供給する第２カソードガス供給部１７と、を有し、第１空気Ａ１１及び第２空気Ａ１２の一方又は両方をカソードガスＡ１として供給する。更に、カソードガス温度調整部２２は、カソードガスＡ１の量に占める第２空気Ａ１２の量の割合を調整することによって、カソードガスＡ１の温度を調整する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム１によれば、カソードガスＡ１の温度を適切に調整することが可能である。

また、本実施形態の燃料電池システム１においては、アノード及びカソードを有する燃料電池１１と、改質器１２と、改質水供給部１５と、燃料ガス供給部１４と、Ｓ／Ｃを調整する改質水量調整ポンプ１５Ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と系統連系インバータ３３と負荷機器４０に供給する定電流を調整可能な電流調整部３４とを有し電流調整部３４により負荷機器４０に供給する定電流を調整して燃料電池１１の発熱量を調整するパワーコンディショナ３１と、カソードガス温度調整部２２を有するカソードガス供給部２１と、燃料電池１１の温度Ｔｃを測定する温度センサ１８と、制御部５０と、を備える。そして、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部５０は、カソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し且つパワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１に調整するように電流調整部３４を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御し、改質器１２は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を冷却し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却し、パワーコンディショナ３１が負荷機器４０に供給する定電流を第１電流値Ｉ１よりも低い第２電流値Ｉ２に下げるように電流調整部３４を制御し、パワーコンディショナ３１は、電流調整部３４により調整された電流値の定電流を負荷機器４０に供給することによって燃料電池１１の発熱量を少なくする。
そのため、本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池１１を効果的に冷却することが可能である。

また、本実施形態の燃料電池システム１においては、アノード及びカソードを有する燃料電池１１と、改質器１２と、改質水供給部１５と、燃料ガス供給部１４と、Ｓ／Ｃを調整する改質水量調整ポンプ１５Ｂと、カソードガス温度調整部２２を有するカソードガス供給部２１と、燃料電池１１の温度Ｔｃを測定する温度センサ１８と、制御部５０と、を備える。そして、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部５０は、カソードガスＡ１の温度を第１設定温度（第１温度）Ｔｓ１に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御するとともに、温度センサ１８により測定される燃料電池１１の温度Ｔｃに基づいてＳ／Ｃを調整するように改質水量調整ポンプ１５Ｂを制御し、改質器１２は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスＧ２によって燃料電池１１を冷却し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部５０は、カソードガス供給部２１が供給するカソードガスＡ１の温度を第１設定温度Ｔｓ１よりも低い第２設定温度（第２温度）Ｔｓ２に調整するようにカソードガス温度調整部２２を制御し、カソードガス供給部２１は、カソードガス温度調整部２２により温度が調整されたカソードガスＡ１によって燃料電池１１を冷却する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池１１を効果的に冷却することが可能である。

以上、本発明の本実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において種々に変形可能である。

上記実施形態では、カソードガス供給部２１は、２つのカソードガス供給部（すなわち、第１カソードガス供給部１６及び第２カソードガス供給部１７）を有していたが、これに限定されない。カソードガス供給部２１は、３つ以上のカソードガス供給部を有していてもよい。この場合、３つ以上のカソードガス供給部から供給されるカソードガスの温度は、互いに異なる温度であることが好ましい。

上記実施形態では、カソードガス供給部２１は、２つのカソードガス供給源（すなわち、第１カソードガス供給部１６及び第２カソードガス供給部１７）を有しており、カソードガス温度調整部２２は、カソードガスＡ１の量に占める第２空気Ａ１２の量の割合Ｒを調整することによって、カソードガスＡ１の温度を調整していたが、これに限定されない。カソードガス供給部２１は、１つのカソードガス供給源であり、カソードガス温度調整部２２が、１つのカソードガス供給源から供給されるカソードガスの温度を調整する冷却器であってもよい。

１燃料電池システム
１１燃料電池
１２改質器
１４燃料ガス供給部
１５改質水供給部
１５Ｂ改質水量調整ポンプ（Ｓ／Ｃ調整部）
１６第１カソードガス供給部
１７第２カソードガス供給部
１８温度センサ
２１カソードガス供給部
２２カソードガス温度調整部
３１パワーコンディショナ
３２ＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ部）
３３系統連系インバータ（インバータ部）
３４電流調整部
４０負荷機器
５０制御部
Ｇ１燃料ガス
Ｇ２アノードガス（改質ガス）
Ａ１カソードガス
Ａ１１第１空気（第１カソードガス）
Ａ１２第２空気（第２カソードガス）
Ｗ１改質水

Claims

アノード及びカソードを有する燃料電池と、
燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、
改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、
前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Ｃに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓのモル比によって定められるＳ／Ｃを調整するＳ／Ｃ調整部と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記Ｓ／Ｃ調整部及び前記カソードガス温度調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記Ｓ／Ｃ調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整し、
通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件であり、
前記制御部は、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを設定し、
前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を第１温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを調整するように前記Ｓ／Ｃ調整部を制御し、前記改質器は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスよって前記燃料電池を冷却し、
前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を前記第１温度よりも低い第２温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を冷却する
燃料電池システム。
アノード及びカソードを有する燃料電池と、
燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、
改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、
前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Ｃに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓのモル比によって定められるＳ／Ｃを調整するＳ／Ｃ調整部と、
前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、負荷機器に供給する定電流を調整可能な電流調整部と、を有し、前記負荷機器に定電流を供給するように制御するパワーコンディショナであって、前記電流調整部により前記負荷機器に供給する定電流を調整して前記燃料電池の発熱量を調整するパワーコンディショナと、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記Ｓ／Ｃ調整部、前記電流調整部及び前記カソードガス温度調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記Ｓ／Ｃ調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整し、
通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件であり、
前記制御部は、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを設定し、
前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を第１温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し且つ前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を第１電流値に調整するように前記電流調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを調整するように前記Ｓ／Ｃ調整部を制御し、前記改質器は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスによって前記燃料電池を冷却し、
前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を前記第１温度よりも低い第２温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を冷却し、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を前記第１電流値よりも低い第２電流値に下げるように前記電流調整部を制御し、前記パワーコンディショナは、前記電流調整部により調整された電流値の定電流を前記負荷機器に供給することによって前記燃料電池の発熱量を少なくする
燃料電池システム。
アノード及びカソードを有する燃料電池と、
燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、
改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、
前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Ｃに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓのモル比によって定められるＳ／Ｃを調整するＳ／Ｃ調整部と、
前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、負荷機器に供給する定電流を調整可能な電流調整部と、を有し、前記負荷機器に定電流を供給するように制御するパワーコンディショナであって、前記電流調整部により前記負荷機器に供給する定電流を調整して前記燃料電池の発熱量を調整するパワーコンディショナと、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記Ｓ／Ｃ調整部及び前記電流調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記Ｓ／Ｃ調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Ｓを調整することによって、Ｓ／Ｃを調整し、
通常冷却制御可能条件は、Ｓ／Ｃが基準割合以下の割合であるという条件であり、
前記制御部は、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを設定し、
前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を第１電流値に調整するように前記電流調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてＳ／Ｃを調整するように前記Ｓ／Ｃ調整部を制御し、前記改質器は、Ｓ／Ｃが調整されたアノードガスによって前記燃料電池を冷却し、
前記設定したＳ／Ｃが前記基準割合以下の割合であるか否かを判定することで前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を前記第１電流値よりも低い第２電流値に下げるように前記電流調整部を制御し、前記パワーコンディショナは、前記電流調整部により調整された電流値の定電流を前記負荷機器に供給することによって前記燃料電池の発熱量を少なくする
燃料電池システム。
前記カソードガス供給部は、第１供給温度を有する第１カソードガスを前記燃料電池に供給する第１カソードガス供給部と、前記第１供給温度よりも低い温度である第２供給温度を有する第２カソードガスを前記燃料電池に供給する第２カソードガス供給部と、を有し、第１カソードガス及び第２カソードガスの一方又は両方をカソードガスとして供給し、
前記カソードガス温度調整部は、カソードガスの量に占める第２カソードガスの量の割合を調整することによって、カソードガスの温度を調整する
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。