JP6758232B2 - 発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムに関する。より詳細には、本開示は、燃料電池を備える発電装置、燃料電池の制御装置、および、このような装置に実行させる燃料電池の制御プログラムに関する。

例えば固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell（以下、ＳＯＦＣと記す））のような燃料電池を備える発電システムでは、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を制御することで、発電する電力を調整することができる。また、このような発電システムにおいては、燃料電池に供給される燃料ガスのうち、燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合（以下、燃料利用率と記す）を制御することがある。例えば特許文献１は、燃料電池の燃料利用率が高い状態で運転すると、セル特性が低下するなどの悪影響があるため、燃料利用率が過度に上昇しないように制御する技術を提案している。

特開２０１２−５９６１４号公報

例えば、上述のように燃料利用率が過度に上昇しないように制御する際、燃料利用率の上限を設定することが考えられる。このような燃料利用率の上限を正しく設定できれば、発電効率を有利に高めることができる。

本開示の目的は、発電効率を有利に高める発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムを提供することにある。

本開示の第１の観点に係る発電装置は、燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備える。
前記発電装置は、前記燃料電池に供給される燃料ガスのうち当該燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定し、当該上限値を所定の期間ごとに補正するように制御する制御部を備える。
前記制御部は、第１期間における前記燃料電池の発電効率と、前記第１期間の後の第２期間における前記燃料電池の発電効率とに基づいて、前記第２期間の後の第３期間における前記上限値を補正する。

本開示の第２の観点に係る燃料電池の制御装置は、燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池に供給される燃料ガスのうち当該燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定する。
前記制御装置は、当該上限値を所定の期間ごとに補正するように制御する。
また、当該装置は、第１期間における前記燃料電池の発電効率と、前記第１期間の後の第２期間における前記燃料電池の発電効率とに基づいて、前記第２期間の後の第３期間における前記上限値を補正する。

本開示の第３の観点に係る燃料電池の制御プログラムは、
燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を制御する制御装置に、
前記燃料電池に供給される燃料ガスのうち当該燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定するステップを実行させる。
前記制御プログラムは、前記制御装置に、前記設定ステップにおいて設定された前記上限値を所定の期間ごとに補正するように制御するステップを実行させる。
また、前記制御プログラムは、前記制御装置に、第１期間における前記燃料電池の発電効率と、前記第１期間の後の第２期間における前記燃料電池の発電効率とに基づいて、前記第２期間の後の第３期間における前記上限値を補正するステップを実行させる。

本開示によれば、発電効率を有利に高める発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムを提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る発電装置の補正レベルの例を示す図である。 第１実施形態に係る発電装置の動作の例を示す図である。 第１実施形態に係る発電装置の動作の例を示すグラフである。 第２実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る発電装置の動作の例を示す図である。 第２実施形態に係る発電装置の動作の例を示すグラフである。 第１実施形態に係る発電装置の構成の変形例を概略的に示す機能ブロック図である。

（第１実施形態）
以下、本開示の第１実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成を説明する。

図１は、本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る発電装置１は、貯湯タンク６０と、負荷１００と、商用電源（grid）２００に接続される。また、図１に示すように、発電装置１は、外部からガスおよび空気が供給されることにより発電し、発電した電力を負荷１００等に供給する。

図１に示すように、発電装置１は、制御部１０と、記憶部１２と、燃料電池モジュール２０と、供給部３０と、インバータ４０と、排熱回収処理部５０と、循環水処理部５２と、を備える。

発電装置１は、以下にさらに詳細に述べられるように、種々の機能を実行するための制御および処理能力を提供するために、制御部１０として少なくとも１つのプロセッサを含む。種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路（ＩＣ）として、または複数の通信可能に接続された集積回路ＩＣおよび／またはディスクリート回路（discrete circuits）として実行されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、種々の既知の技術に従って実行されることが可能である。

ある実施形態において、プロセッサは、１以上のデータ計算手続または処理を実行するために構成された、１以上の回路またはユニットを含む。例えば、プロセッサは、１以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはこれらのデバイスもしくは構成の任意の組み合わせ、または他の既知のデバイスもしくは構成の組み合わせを含むことにより、以下に説明する機能を実行してもよい。

制御部１０は、記憶部１２と、燃料電池モジュール２０と、供給部３０、インバータ４０とに接続され、これらの各機能部をはじめとして発電装置１の全体を制御および管理する。制御部１０は、記憶部１２に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することにより、発電装置１の各部に係る種々の機能を実現する。制御部１０から他の機能部に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御部と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。制御部１０が行う本実施形態に特徴的な制御については、さらに後述する。また、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４の稼働時間（例えば発電時間）を計測するなど、所定の時間を計測することができるものとする。

記憶部１２は、制御部１０から取得した情報を記憶する。また記憶部１２は、制御部１０によって実行されるプログラム等を記憶する。その他、記憶部１２は、例えば制御部１０による演算結果などの各種データも記憶する。さらに、記憶部１２は、制御部１０が動作する際のワークメモリ等も含むことができるものとして、以下説明する。記憶部１２は、例えば半導体メモリまたは磁気ディスク等により構成することができるが、これらに限定されず、任意の記憶装置とすることができる。例えば、記憶部１２は、光ディスクのような光学記憶装置としてもよいし、光磁気ディスクなどとしてもよい。

燃料電池モジュール２０は、改質器２２と、セルスタック２４とを備えている。燃料電池モジュール２０のセルスタック２４は、供給部３０から供給されるガス（燃料ガス）などを用いて発電し、発電した直流電力をインバータ４０に出力する。燃料電池モジュール２０は、ホットモジュールとも呼ばれる。燃料電池モジュール２０において、セルスタック２４は、発電に伴い発熱する。本開示において、実際に発電を行うセルスタック２４を、適宜、「燃料電池」と記す。また、本開示において、セルスタック２４を含めた任意の機能部も、適宜、「燃料電池」と総称することがある。例えば、「燃料電池」としては、他に、単体のセル、または燃料電池モジュールなどが挙げられる。

改質器２２は、供給部３０から供給されるガス、および改質水を用いて、水素および／または一酸化炭素を生成する。セルスタック２４は、改質器２２で生成された水素および／または一酸化炭素と、空気中の酸素とを反応させることにより、発電する。すなわち、本実施形態において、燃料電池のセルスタック２４は、電気化学反応により発電する。なお、改質器としては、前述の水蒸気改質を行う改質器を例示しているが、他の改質器として、酸素を含む空気等を用いて水素を生成する部分酸化改質（Partial Oxidation（ＰＯＸ））を行う改質器等であってもよい。

以下、セルスタック２４は、ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）であるとして説明する。しかしながら、本実施形態に係るセルスタック２４はＳＯＦＣに限定されない。本実施形態に係るセルスタック２４は、例えば固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell（ＰＥＦＣ）））、りん酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell（ＰＡＦＣ））、および溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell（ＭＣＦＣ））などのような燃料電池で構成してもよい。また、本実施形態において、セルスタック２４は、例えば単体で７００Ｗ程度の発電ができるものを４つ備えてもよい。この場合、燃料電池モジュール２０は、全体として３ｋＷ程度の発電を行うことができる。しかしながら、本実施形態に係るセルスタック２４および燃料電池モジュール２０は、このような構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。例えば、本実施形態に係る燃料電池モジュール２０は、セルスタック２４を１つのみ備えるようにしてもよい。本実施形態において、発電装置１は、ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えていればよい。したがって、例えば、発電装置１は、燃料電池として、セルスタック２４ではなく、単に燃料電池セル１つのみを備えるものも想定できる。また、本実施形態に係る燃料電池は、例えばＰＥＦＣのように、モジュールのない燃料電池としてもよい。

供給部３０は、ガス供給部３２と、空気供給部３４と、改質水供給部３６とを備える。供給部３０は、燃料電池モジュール２０にガス、空気、および改質水を供給する。

ガス供給部３２は、セルスタック２４にガスを供給する。このとき、ガス供給部３２は、制御部１０からの制御信号に基づいて、セルスタック２４に供給する燃料ガスの量を制御する。本実施形態において、ガス供給部３２は、例えばガスラインによって構成することができる。またガス供給部３２は、ガスの脱硫処理を行ってもよいし、ガスを予備的に加熱してもよい。ガスを加熱する熱源として、セルスタック２４の排熱が利用されてもよい。ガスは、例えば、都市ガス、またはＬＰＧ等であるが、これらに限定されない。例えば、ガスは、燃料電池に応じて、天然ガスまたは石炭ガスなどとしてもよい。本実施形態において、ガス供給部３２は、セルスタック２４が発電する際の電気化学反応に用いられる燃料ガスを供給する。

また、本実施形態において、ガス供給部３２は、燃料ガスをセルスタック２４に供給するために、例えば燃料ガスポンプなどの供給機能を適宜有する機能部として説明する。この燃料ガスポンプは、制御部１０と、有線または無線により接続され、制御部１０からの制御信号を受信する。この接続により、制御部１０は、ガス供給部３２は、セルスタック２４に供給する燃料ガスの流量を制御することができる。

さらに、本実施形態において、ガス供給部３２は、上述した燃料ガスポンプからセルスタック２４に供給される燃料ガスの流量を計測する燃料流量計も備えるものとして説明する。すなわち、ガス供給部３２は、ガス供給部３２が供給する燃料ガスの流量を計測することができる。ガス供給部３２が計測した燃料ガスの流量は、制御部１０に通知される。したがって、制御部１０は、ガス供給部３２からセルスタック２４に供給される燃料ガスの流量値（燃料流量値）を把握することができる。したがって、本実施形態において、ガス供給部３２は、セルスタック２４に供給される燃料ガスの量を計測する「ガス計測部」としても機能する。

空気供給部３４は、セルスタック２４に空気を供給する。このとき、空気供給部３４は、制御部１０からの制御信号に基づいて、セルスタック２４に供給する空気の量を制御する。本実施形態において、空気供給部３４は、例えば空気ラインによって構成することができる。また空気供給部３４は、外部から取り込んだ空気を予備的に加熱して、セルスタック２４に供給してもよい。空気を加熱する熱源として、セルスタック２４の排熱が利用されてもよい。本実施形態において、空気供給部３４は、セルスタック２４が発電する際の電気化学反応に用いられる空気を供給する。

改質水供給部３６は、水蒸気を生成してセルスタック２４に供給する。このとき、改質水供給部３６は、制御部１０からの制御信号に基づいて、セルスタック２４に供給する水蒸気を生成し、供給する水蒸気の量を制御する。本実施形態において、改質水供給部３６は、例えば改質水ラインによって構成することができる。改質水供給部３６は、セルスタック２４の排気から回収された水を原料として水蒸気を生成してもよい。水蒸気を生成する熱源として、セルスタック２４の排熱が利用されてもよい。

インバータ４０は、燃料電池モジュール２０に接続される。インバータ４０は、セルスタック２４が発電した直流電力を、交流電力に変換する。インバータ４０から出力される直流電力は、分電盤などを介して、負荷１００に供給される。負荷１００は、分電盤などを介して、インバータ４０から出力された電力を受電する。図１において、負荷１００は、１つのみの部材として図示してあるが、負荷を構成する任意の個数の各種電気機器とすることができる。また、負荷１００は、分電盤などを介して、商用電源２００から受電することもできる。図１に示すように、インバータ４０は、制御部１０に接続される。この接続により、制御部１０は、インバータ４０による交流電力の出力を制御することができる。

排熱回収処理部５０は、セルスタック２４の発電により生じる排気から、排熱を回収する。排熱回収処理部５０は、例えば熱交換器等で構成することができる。排熱回収処理部５０は、循環水処理部５２および貯湯タンク６０に接続される。

循環水処理部５２は、貯湯タンク６０から排熱回収処理部５０へ水を循環させる。排熱回収処理部５０に供給された水は、排熱回収処理部５０で回収された熱によって加熱され、貯湯タンク６０に戻る。排熱回収処理部５０は、排熱を回収した排気を外部に排出する。また、上述のように、排熱回収処理部５０で回収された熱は、ガス、空気、または改質水の加熱などに用いることができる。

貯湯タンク６０は、排熱回収処理部５０および循環水処理部５２に接続される。貯湯タンク６０は、燃料電池モジュール２０のセルスタック２４などから回収された排熱を利用して生成された湯を、貯えることができる。

図１に示すように、発電装置１は、セルスタック２４が発電する電流を検出する電流センサ７０を備えている。電流センサ７０は、図１に示すように、燃料電池モジュール２０からインバータ４０に向けて出力される直流の電流を検出する位置に設置することができる。しかしながら、電流センサ７０は、セルスタック２４が発電する電流を検出可能な位置であれば、他の位置に設置してもよい。電流センサ７０は、例えばＣＴ（Current Transformer）などにより構成することができる。しかしながら、電流センサ７０は、ＣＴに限定されず、電流を計測できる部材であれば、任意のものを採用することができる。例えば、電流センサ７０は、ホール素子方式、ロゴスキー方式、またはゼロフラックス方式など原理に基づくものとしてもよい。電流センサ７０は、制御部１０に接続される。電流センサ７０は、検出した電流に基づく信号を制御部１０に送信する。この信号を受信することで、制御部１０は、セルスタック２４が発電する電流の値（電流値）を把握することができる。

次に、本実施形態に係る発電装置１の動作を説明する。

まず、本実施形態における燃料流量の制御について説明する。本実施形態において、発電装置１は、燃料利用率の目標を設定する。この時、発電装置１は、発電効率を有利に高めることができるように、燃料利用率の上限を超えないようにして、燃料利用率の目標を設定する。そして、発電装置１は、このように設定した燃料利用率の目標に向けて、セルスタック２４に供給する燃料の流量を制御する。以下、発電装置１の上述した動作を、より詳細に説明する。上述したように、燃料利用率とは、セルスタック２４に供給される燃料ガスのうち、セルスタック２４の発電に利用される燃料ガスの割合を意味する。

図２は、本実施形態に係る発電装置１の動作を示すフローチャートである。図２は、主として、発電装置１における燃料流量の制御について説明する図である。

図２に示す動作が開始する時点で、発電装置１は、すでに作動中で発電を行っているものとする。したがって、この時点で、ガス供給部３２は、セルスタック２４に燃料ガスを供給しており、セルスタック２４は、発電による電流を出力しているものとする。このように、燃料電池が発電を行う動作は、一般的な燃料電池の制御と同様に行うことができるため、より詳細な説明は省略する。

図２に示す動作が開始すると、制御部１０は、電流センサ７０が検出した直流電流の値（電流値Ｉ）を取得する（ステップＳ１１）。また、ステップＳ１１において、制御部１０は、ガス供給部３２の燃料流量計（ガス計測部）が計測した燃料ガスの流量（燃料流量値Ｆ）も取得する。

ステップＳ１１においてＩおよびＦを取得したら、制御部１０は、燃料利用率の目標（目標利用率Ｕｆｒｅｆ）を算出する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、目標利用率Ｕｆｒｅｆの算出は、例えば以下のように行うことができる。すなわち、まず、制御部１０は、電流値Ｉを入力パラメータとして定義される目標利用率の初期値Ｕｆｒｅｆ０を算出する。したがって、Ｕｆｒｅｆ０は、Ｉに応じて変動する関数として表すことができる。次に、制御部１０は、目標利用率の差分ΔＵｆｒｅｆを算出する。ΔＵｆｒｅｆは、後述する燃料利用率Ｕｆの補正レベルをＬとして、Ｋ１を係数として、電流値Ｉを用いて、次の式（１）のように表すことができる。
ΔＵｆｒｅｆ＝Ｌ×Ｉ×Ｋ１ 式（１）

ステップＳ１２において、制御部１０は、目標利用率Ｕｆｒｅｆを、Ｕｆｒｅｆ０とΔＵｆｒｅｆの和、すなわち、次の式（２）のように表すことができる。
Ｕｆｒｅｆ＝Ｕｆｒｅｆ０＋ΔＵｆｒｅｆ 式（２）

ステップＳ１２において目標利用率が算出されたら、制御部１０は、燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）を算出する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、利用率上限Ｕｆｍａｘの算出は、例えば以下のように行うことができる。すなわち、まず、制御部１０は、利用率上限の初期値Ｕｆｍａｘ０を算出する。Ｕｆｍａｘ０は、固定値として表すことができる。次に、制御部１０は、利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘを算出する。ΔＵｆｍａｘは、後述する燃料利用率Ｕｆの補正レベルをＬとして、Ｋ２を係数として、次の式（３）のように表すことができる。
ΔＵｆｍａｘ＝Ｌ×Ｋ２ 式（３）

ステップＳ１３において、制御部１０は、利用率上限Ｕｆｍａｘを、Ｕｆｍａｘ０とΔＵｆｍａｘの和、すなわち、次の式（４）のように表すことができる。
Ｕｆｍａｘ＝Ｕｆｍａｘ０＋ΔＵｆｍａｘ 式（４）

ステップＳ１３において利用率上限が算出されたら、制御部１０は、目標利用率Ｕｆｒｅｆが利用率上限Ｕｆｍａｘを超えているか否か判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において目標利用率Ｕｆｒｅｆが利用率上限Ｕｆｍａｘを超えている場合、制御部１０は、目標利用率Ｕｆｒｅｆの値を利用率上限Ｕｆｍａｘの値に一致させる（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の処理によって、発電装置１は、目標利用率Ｕｆｒｅｆが利用率上限Ｕｆｍａｘを超えた状態で発電を行うことはなくなる。

ステップＳ１５において目標利用率Ｕｆｒｅｆの値を利用率上限Ｕｆｍａｘの値に一致させたら、制御部１０は、燃料流量の目標値（燃料目標値Ｆｒｅｆ）を算出する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、燃料目標値Ｆｒｅｆの算出は、例えば以下のように行うことができる。すなわち、制御部１０は、Ｋ３を係数として、上述の目標利用率Ｕｆｒｅｆ、電流値Ｉ、および燃料平均価数を用いて、次の式（５）のように、Ｆｒｅｆを算出することができる。
Ｆｒｅｆ＝Ｋ３×Ｉ／（Ｕｆｒｅｆ×燃料平均価数） 式（５）

一方、ステップＳ１４において、目標利用率Ｕｆｒｅｆが利用率上限Ｕｆｍａｘを超えていない場合、制御部１０は、ステップＳ１５をスキップしてステップＳ１６の処理を行う。

ステップＳ１６において燃料目標値が算出されたら、制御部１０は、燃料目標値Ｆｒｅｆに向けて、燃料流量値Ｆを制御する。具体的には、制御部１０は、ガス供給部３２の燃料流量計（ガス計測部）が計測する燃料流量値Ｆが、燃料目標値Ｆｒｅｆに近くなるように制御する。制御部１０は、例えば、ガス供給部３２の燃料ガスポンプの回転数を制御するなどして、セルスタック２４に供給される燃料ガスの流量を調節することができる。この場合、例えば、制御部１０は、燃料流量値Ｆと、燃料目標値Ｆｒｅｆとの差ができるだけ小さくなるように、燃料ガスポンプのフィードバック制御を行うことができる。

本実施形態にかかる発電装置１において、制御部１０は、図２に示す動作を定期的に行うのが好適である。

図２に示した動作を行うことで、発電装置１は、燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）を超えないように目標利用率Ｕｆｒｅｆを設定して、セルスタック２４に供給するガスの燃料流量値Ｆを制御することができる。

一方、このような制御を行う際に、燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）が正確でないと、発電装置１は、必ずしも発電効率を有利に高めることができないことが想定される。例えば、ガス供給部３２の燃料流量計（ガス計測部）が誤差を発生する場合などは、燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）が正しく算出できない。このような誤差を含め、種々の要因により、実際の燃料利用率Ｕｆは、必ずしも目標利用率Ｕｆｒｅｆに完全には一致しない。また、実際の燃料利用率Ｕｆと、目標利用率Ｕｆｒｅｆとの間の乖離は、セルスタック２４をはじめ発電装置１を構成する各機能部の個体差または経年変化などによっても変化し得る。このように、燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）が正確でないと、発電装置１の発電効率は低下することになり、要求性能を満たすことができなくなることも想定される。

そこで、本実施形態においては、利用率上限Ｕｆｍａｘを動的に補正することにより、発電装置１の発電効率が高い状態を維持する。以下、このような動作について説明する。

図３は、本実施形態に係る発電装置１の動作を示すフローチャートである。図３は、主として、発電装置１における利用率上限の補正について説明する図である。

図３に示す利用率上限の補正動作は、図２において説明した燃料流量の制御動作とは、制御部１０において並行する処理として行うのが望ましい。しかしながら、制御部１０の性能によっては、例えば図３に示す利用率上限の補正動作を行う中で、所定の間隔で図２において説明した燃料流量の制御動作を割り込ませてもよい。

図３に示す利用率上限の補正動作が開始すると、制御部１０は、前回の補正の処理から所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２１）。図３に示す例においては、所定の時間を２４時間として、利用率上限の補正が１日に一度行われるようにしている。この所定の時間は、必要に応じて、適宜２４時間よりも長くしてもよいし、短くしてもよい。以下、ステップＳ２１における所定の時間は、２４時間として説明する。

ステップＳ２１において前回の補正の処理から２４時間経過していない場合、制御部１０は、前回の補正の処理から、ステップＳ２１における所定の時間よりも短い時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２２）。図３に示す例においては、所定の時間よりも短い時間を５時間としている。この所定の時間は、必要に応じて、適宜５時間よりも長くしてもよいし、短くしてもよいが、ステップＳ２１における所定の時間よりも短い時間とする。以下、ステップＳ２２における時間は、５時間として説明する。

ステップＳ２２において前回の補正の処理から５時間経過していない場合、制御部１０は、ステップＳ２１に戻って処理を続行する。一方、ステップＳ２２において前回の補正の処理から５時間経過している場合、制御部１０は、電流値Ｉ、電力値Ｐ、および燃料流量値Ｆを、それぞれ積算する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３においては、制御部１０は、電流センサ７０が検出した直流電流の電流値Ｉを取得することができる。また、ステップＳ２３において、制御部１０は、例えばインバータ４０から電力値Ｐを取得することができる。しかしながら、ステップＳ２３において、制御部１０は、セルスタック２４が発電する電力の電力値Ｐを取得できるのであれば、他の手段によって取得してもよい。また、ステップＳ２３において、制御部１０は、ガス供給部３２の燃料流量計（ガス計測部）が計測した燃料流量値Ｆを取得することができる。

ステップＳ２１〜ステップＳ２３において、制御部１０は、要するに、前回の補正の処理から５時間経過するまでは、電流値Ｉ、電力値Ｐ、および燃料流量値Ｆを、それぞれ積算せずに無視する（演算において考慮しない）。そして、制御部１０は、前回の補正の処理から５時間経過してから、前回の補正の処理から２４時間経過するまでの間（１９時間）、電流値Ｉ、電力値Ｐ、および燃料流量値Ｆを、それぞれ積算し続ける。発電装置１において、補正の処理を行ってから暫くの期間は、系が安定しないなど不都合が生じるおそれがある。したがって、本実施形態においては、補正の処理を行ってから暫くの期間（例えば５時間）が経過した後に、電流値Ｉ、電力値Ｐ、および燃料流量値Ｆを、それぞれ積算するようにしている。

ステップＳ２１において前回の補正の処理から２４時間経過した場合、制御部１０は、その間に発電した電流の平均が定格の８０％以上であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４において、制御部１０は、ステップＳ２３において積算した電流値Ｉを、積算した時間で除することにより、電流の時間当たりの平均を算出することができる。

ステップＳ２４において電流の平均が定格出力のうち所定の割合（例えば８０％）以上である場合、制御部１０は、ステップＳ２５に進んで利用率上限の補正処理を行う（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において行う利用率上限の補正処理については後述する。図３に示す例においては、定格出力のうち所定の割合を８０％としている。この所定の割合は、必ずしも８０％に限定されない。しかしながら、この所定の割合は、発電装置１の発電効率が良好である状態にするため、比較的高い割合とするのが好適である。以下、ステップＳ２５における所定の割合は、８０％として説明する。

一方、ステップＳ２４において電流の平均が定格の８０％以上でない場合、制御部１０は、ステップＳ２５の処理をスキップして、図３に示す動作を終了する。本実施形態において、制御部１０は、要するに、発電した電流の平均が定格の８０％以上である場合の（考慮に値する）データのみを用いて、ステップＳ２５の利用率上限の補正処理を行う。このように、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４が発電する電流が、定格出力のうち所定の割合以上または当該所定の割合を超えている場合に、利用率上限（上限値）を補正するのが好適である。また、本実施形態において、セルスタック２４が発電する電流が、所定の時間において、所定の閾値以上または所定の閾値を超えている場合に、利用率上限（上限値）を補正してもよい。

本実施形態において、発電装置１は、図３に示す処理を常時行うのが好適である。このようにすれば、発電装置１においては、２４時間ごとに、つまり毎日、（発電した電流の平均が定格の例えば８０％以上であれば）利用率上限の補正処理が行われる。

以下、図３のステップＳ２５における利用率上限の補正処理を、より詳細に説明する。

図４は、図３のステップＳ２５における利用率上限の補正処理を、より詳細に説明する図である。図４は、主として、発電装置１における補正レベルの更新について説明している。

図４に示す補正レベルの更新動作が開始すると、制御部１０は、前回の補正の処理を行ってから２４時間の発電効率Ｅを算出する（ステップＳ３１）。以下、前回の補正の処理を行ってから２４時間の発電効率Ｅを、便宜的に、「今回の発電効率Ｅ」と記す。同様に、制御部１０は、前々回の補正の処理を行ってから２４時間の発電効率Ｅを、「前回の発電効率Ｅ」として算出しているものとする。ステップＳ３１において、制御部１０は、電力値Ｐの平均と、燃料流量値Ｆの平均とから、今回の発電効率Ｅを算出することができる。このように、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４に供給される燃料ガスの量と、セルスタック２４が発電する電流に基づいて、セルスタック２４の発電効率を算出するのが好適である。また、ステップＳ３１において、制御部１０は、算出した今回の発電効率Ｅを、記憶部１２に記憶する（ステップＳ３１）。さらに、記憶部１２には、同様にして算出された前回の発電効率Ｅも記憶しているものとする。

ここで、電力値Ｐの平均は、図３のステップＳ２３において積算した電力値Ｐを、積算した時間で除することにより算出することができる。また、燃料流量値Ｆの平均は、図３のステップＳ２３において積算した燃料流量値Ｆを、積算した時間で除することにより算出することができる。

ステップＳ３１において今回の発電効率Ｅを算出したら、制御部１０は、今回の発電効率Ｅが前回の発電効率Ｅを下回っているか否か判定する（ステップＳ３２）。前回の発電効率Ｅとは、今回の２４時間より前に経過した１９時間（２４時間のうち最初の５時間を除いた時間）の電力値Ｐの平均と、燃料流量値Ｆの平均とから、算出したものとする。

ステップＳ３２において今回の発電効率Ｅが前回の発電効率Ｅを下回っている場合、制御部１０は、次回の補正に用いる補正レベルＬの方向を反転させる（ステップＳ３３）。ここで、補正レベルＬとは、燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）を補正する際に、その補正の度合いを示す値である。補正レベルＬは、利用率上限Ｕｆｍａｘを増大させる補正に用いられる場合と、利用率上限Ｕｆｍａｘを減少させる補正に用いられる場合とがある。したがって、補正レベルＬは方向を有し、利用率上限Ｕｆｍａｘを増大させる補正に用いる場合は正（＋）方向とし、利用率上限Ｕｆｍａｘを減少させる補正に用いる場合は負（−）方向とする。以下、補正レベルＬの方向のことを、適宜、「補正方向」と略記することがある。

図５は、一連の補正レベルＬの例を示す図である。

図５は、補正レベルＬを−６から＋６までの整数とする例を示す。また、図５は、それぞれの補正レベルＬに対応する補正の度合いを、利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘとして示す。上述したように、利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘは、補正レベルＬと、係数Ｋ２との積で表される（式（４）参照）。図５においては、Ｋ２＝０．５として、各補正レベルＬのそれぞれに対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘを示してある。

以下、本実施形態において、補正レベルＬを判定して利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘから、補正された利用率上限を算出する際の処理について説明する。以下説明する例においては、補正された利用率上限を算出する際に、毎回同じ初期値Ｕｆｍａｘ０を用いて算出するものとする。

例えば、現在、補正前の状態であるとして、図５の中央段に示す補正レベルＬ＝０であるとする。ここで、補正レベルＬを正（＋）方向に補正する場合、制御部１０は、補正レベルＬ＝１と判定して、利用率上限Ｕｆｍａｘ（この場合、初期値Ｕｆｍａｘ０）に、利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝０．５を加える。次に、補正レベルＬをさらに正（＋）方向に補正する場合、制御部１０は、補正レベルＬ＝２と判定して、利用率上限Ｕｆｍａｘ（この場合も、初期値Ｕｆｍａｘ０とする）に、利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝１．０を加える。また、例えば、現在、図５に示す補正レベルＬ＝４であるとする。ここで、補正レベルＬを負（−）方向に補正する場合、制御部１０は、補正レベルＬ＝３と判定して、利用率上限Ｕｆｍａｘ（この場合も初期値Ｕｆｍａｘ０とする）に、利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝１．５を加える。

図４に示すステップＳ３２において今回の発電効率Ｅが前回の発電効率Ｅを下回っている場合、制御部１０は、ステップＳ３３に進み、次回の補正に用いる補正レベルＬの補正方向を反転させる。ステップＳ３３において、次回の補正に用いる補正レベルＬの方向を反転させるとは、今回の補正レベルの更新処理として正（＋）方向に補正に行った場合、次回の補正レベルの更新処理は負（−）方向とする。同様に、ステップＳ３３において、今回の補正レベルの更新処理として負（−）方向に補正に行った場合、次回の補正レベルの更新処理は正（＋）方向とする。

ステップＳ３３において次回の補正に用いる補正方向を反転させたら、制御部１０は、補正方向に基づいて今回の補正に用いる補正レベルＬを判定する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４においては、制御部１０は、前回の補正において用いた補正レベルＬと、前回の補正において次回の補正に用いる補正方向として反転させた補正方向とに基づいて、今回の補正に用いる補正レベルＬを判定する。例えば、図５に示すように、前回の補正レベルの更新処理において、正（＋）方向の補正処理で補正レベルＬ＝４になった場合、今回の補正レベルの更新処理においては、負（−）方向の補正処理で補正レベルＬは３と判定する。同様に、例えば、前回の補正レベルの更新処理において、負（−）方向の補正処理で補正レベルＬが１になった場合、今回の補正レベルの更新処理においては、正（＋）方向の補正処理で補正レベルＬは２と判定する。

一方で、ステップＳ３２において今回の発電効率Ｅが前回の発電効率Ｅを下回っていない場合、制御部１０は、ステップＳ３３をスキップし（次回の補正に用いる補正レベルＬの補正方向を反転させずに）、ステップＳ３４に進む。この場合、例えば、図５に示すように、前回の補正レベルの更新処理において、正（＋）方向の補正処理で補正レベルＬが４になった場合、今回の補正レベルの更新処理においては、正（＋）方向の補正処理で補正レベルＬは５と判定する。同様に、例えば、前回の補正レベルの更新処理において、負（−）方向の補正処理で補正レベルＬが１になった場合、今回の補正レベルの更新処理においては、負（−）方向の補正処理で補正レベルＬは０と判定する。

ステップＳ３４において補正レベルＬを判定したら、制御部１０は、判定された補正レベルＬが許容範囲であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５においては、補正レベルＬが妥当な範囲になるように、制御部１０は、ステップＳ３４において判定された補正レベルＬが、所定の上限値と所定の下限値との間に収まっているか否かを判定する。このため、本実施形態に係る発電装置１においては、補正レベルＬが妥当な範囲になるような上限と下限とを、予め設定しておく。

ステップＳ３５において判定された補正レベルＬが許容範囲であれば、制御部１０は、当該補正レベルＬに基づいて利用率上限を算出して、記憶部１２に記憶する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において、制御部１０は、毎回同じ利用率上限の初期値Ｕｆｍａｘ０に、図５に示す各補正レベルＬに対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘを加算する。

ステップＳ３６において利用率上限を算出して記憶したら、制御部１０は、今回の補正における補正レベルＬおよび次回の補正における補正方向を、記憶部１２に記憶する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７の後、制御部１０は、図４に示す処理を終了する。制御部１０は、ステップＳ３７において記憶した今回の補正における補正レベルＬおよび次回の補正における補正方向を、次回の補正レベルの更新に用いることができる。

一方、ステップＳ３５において判定された補正レベルＬが許容範囲でない場合、制御部１０は、補正レベルＬを修正して、さらに次回の補正に用いる補正方向を反転させる（ステップＳ３８）。例えばステップＳ３４において、例えば補正レベルＬが負（−）方向であって、判定された補正レベルが許容範囲の下限を下回ったとする。この場合、ステップＳ３８において、制御部１０は、補正レベルＬを正（＋）方向に１レベル増大させ、さらに次回の補正に用いる補正方向を負（−）方向から正（＋）方向に反転させる。そして、制御部１０は、ステップＳ３６において、この修正した補正レベルに基づいて、利用率上限を算出する。さらに、制御部１０は、ステップＳ３７において、この修正した補正レベルと、次回の補正に用いる反転させた補正方向とを、記憶部１２に記憶する。例えばステップＳ３４において、例えば補正レベルＬが正（＋）方向であって、判定された補正レベルが許容範囲の上限を上回ったとする。この場合、ステップＳ３８において、制御部１０は、補正レベルＬを負（−）方向に１レベル減少させ、さらに次回の補正に用いる補正方向を正（＋）方向から負（−）方向に反転させる。そして、制御部１０は、ステップＳ３６において、この修正した補正レベルに基づいて、利用率上限を算出する。さらに、制御部１０は、ステップＳ３７において、この修正した補正レベルと、次回の補正に用いる反転させた補正方向とを、記憶部１２に記憶する。

以下、図３および図４に示した処理に基づく動作の具体例を示す。図６は、各期間ごとに判定された補正レベルを用いて算出された、利用率上限の例を示す図である。

図６の左端の列に示す期間（第１〜第８）とは、図３において説明したように、それぞれ２４時間を表す。本実施形態においては、図３において説明したように、各期間においては、最初の５時間の各測定値は積算せずに、その後の１９時間の各測定値を積算し、これらの値に基づいて、図４に示した利用率上限の補正処理を行う。

図６に示す期間の右隣の列は、図４のステップＳ３１にて算出した各期間ごとの発電効率Ｅを示す。また、図６に示す発電効率Ｅの右隣の列は、図４のステップＳ３２にて判定する、前回の期間の発電効率Ｅと、今回の期間の発電効率Ｅとの大小関係を示す。また、図６に示す発電効率Ｅの大小関係の右隣の列は、図４のステップＳ２４に判定される補正レベルＬを示す。そして、図６の右端の列は、ステップＳ３６で算出される利用率上限を示す。

図６に示す各期間の発電効率Ｅの値から、制御部１０は、図６に示す発電効率Ｅの大小関係を判定することができる。また、制御部１０は、図６に示す発電効率Ｅの大小関係（図４のステップＳ３２）から、補正レベルＬの補正方向を判定することができる（図４のステップＳ３３をスキップするか否か）。

図６に示す例では、利用率上限の初期値Ｕｆｍａｘ０＝７１．０％としている。また、図６に示す例では、第２期間の発電効率Ｅは、第１期間の発電効率Ｅよりも大きい（ステップＳ３２においてＮｏ）。したがって、制御部１０は、次回の補正に用いる補正方向を反転させない（今回の補正方向が維持される）。図６に示す例では、初期状態に用いる（すなわち今回の補正に用いる）補正方向は、正（＋）方向とした。このため、制御部１０は、ステップＳ３４において、補正レベルＬをゼロから正（＋）方向に１つ増大させる。この時、図５から、補正レベルＬ＝１に対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝０．５となる。したがって、上述の式（４）から、利用率上限Ｕｆｍａｘは、図６に示すように７１．０＋０．５＝７１．５％となる。

次に、第３期間においても、前回よりも今回の方が、発電効率Ｅが大きい。したがって、制御部１０は、次回の補正に用いる補正方向を反転させずに（正（＋）方向のまま）、今回の補正に用いる補正レベルＬをゼロから正（＋）方向に１つ増大させる（補正レベルＬ＝２）。図５から、補正レベルＬ＝２に対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝１．０となる。したがって、上述の式（４）から、利用率上限Ｕｆｍａｘは、図６に示すように７１．０＋１．０＝７２．０％となる。

このように、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４に供給される燃料ガスのうちセルスタック２４の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値（利用率上限）を設定し、当該利用率上限を所定の期間ごとに補正するように制御する。特に、制御部１０は、第１期間におけるセルスタック２４の発電効率と、第１期間の後の第２期間におけるセルスタック２４の発電効率とに基づいて、第２期間の後の第３期間における利用率上限を補正するのが好適である。また、制御部１０は、各期間における利用率上限の補正レベルを設定し、この正レベルの増減に応じて、利用率上限を上昇または下降させる。ここで、制御部１０は、補正を初回に行う場合、上限値の補正レベルを増やしてもよい。

図６に示す例では、第４期間においても、前回よりも今回の方が、発電効率Ｅが大きい。したがって、次回の補正に用いる補正方向を反転させずに（正（＋）方向のまま）として、今回の利用率上限の補正処理において、補正レベルＬ＝３となる。図５から、補正レベルＬ＝３に対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝１．５となる。したがって、利用率上限Ｕｆｍａｘは、図６に示すように７１．０＋１．５＝７２．５％となる。

次の第５期間においては、前回よりも今回の方が、発電効率Ｅが小さい（ステップＳ３２においてＹｅｓ）。したがって、制御部１０は、次回の補正に用いる補正方向を反転させる（正（＋）方向から負（−）方向にする）。また、制御部１０は、ステップＳ３４において、補正レベルＬをゼロから正（＋）方向に１つ増大させる（前回（第４期間）における補正処理で、次回（第５期間）の補正に用いる補正方向は正（＋）方向となっている）。この時、図５から、補正レベルＬ＝４に対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝２．０となる。したがって、上述の式（４）から、利用率上限Ｕｆｍａｘは、図６に示すように７１．０＋２．０＝７３．０％となる。

次の第６期間においては、再び、前回よりも今回の方が、発電効率Ｅが大きい（ステップＳ３２においてＮｏ）。したがって、制御部１０は、次回の補正に用いる補正方向を反転させない（負（−）方向のまま）。また、制御部１０は、ステップＳ３４において、補正レベルＬをゼロから負（−）方向に１つ減少させる（前回（第５期間）における補正処理で、次回（第６期間）の補正に用いる補正方向は正（＋）方向となっている）。この時、図５から、補正レベルＬ＝３に対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝１．５となる。したがって、利用率上限Ｕｆｍａｘは、図６に示すように７１．０＋１．５＝７２．５％となる。

次の第７期間においては、前回よりも今回の方が、発電効率Ｅが小さい（ステップＳ３２においてＹｅｓ）。したがって、制御部１０は、次回の補正に用いる補正方向を反転させる（負（−）方向から正（＋）方向にする）。また、制御部１０は、ステップＳ３４において、今回の補正に用いる補正レベルＬ＝２とする。この時の利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘ＝１．０となる。したがって、利用率上限Ｕｆｍａｘは、図６に示すように７１．０＋１．０＝７２．０％となる。

次の第８期間においては、前回よりも今回の方が、発電効率Ｅが大きい（ステップＳ３２においてＮｏ）。したがって、制御部１０は、次回の補正に用いる補正方向を反転させない（正（＋）方向のまま）。また、制御部１０は、ステップＳ３４において、今回の補正に用いる補正レベルＬ＝３とする。この時の利用率上限Ｕｆｍａｘは、７１．０＋１．５＝７２．５％となる。

このように、本実施形態において、制御部１０は、第１期間におけるセルスタック２４の発電効率よりも、第２期間におけるセルスタック２４の発電効率の方が高い場合、第３期間において、利用率上限の補正レベルの増減のうち前回の補正と同じ方を行うのが好適である。一方、制御部１０は、第１期間におけるセルスタック２４の発電効率よりも、第２期間におけるセルスタック２４の発電効率の方が低い場合、第３期間において、利用率上限の補正レベルの増減のうち前回の補正とは逆の方を行うのが好適である。

図７は、図６に示した発電効率Ｅと補正レベルＬとの関係をグラフで示した図である。

図７において、横軸は補正レベルＬを示し、縦軸は発電効率Ｅを示している。図６に示した第１期間から第２期間の間の変化を（１）と記し、これは図７に示すグラフ上における（１）の変化に対応する。同様に、図６に示した第２期間から第８期間の間の変化をそれぞれ（２）〜（７）と記し、これは図７に示すグラフ上における（２）〜（７）の変化にそれぞれ対応する。

図７の（１）から（３）に示すように、発電効率Ｅが上昇しているうちは、補正レベルＬを徐々に大きくすることで、利用率上限を増大させる方向に補正している。一方、図７の（４）に示すように、発電効率Ｅが上昇から下降に転じると、その次に行われる補正は、補正レベルを増大させる正（＋）方向から減少させる負（−）方向になる。その後、図７の（５）に示すように、発電効率Ｅが上昇しているうちは、補正レベルＬを徐々に小さくすることで、利用率上限を増大させる方向に補正している。また、図７の（６）に示すように、発電効率Ｅが上昇から下降に転じると、その次に行われる補正は、補正レベルを減少させる負（−）方向から増大させる正（＋）方向になる。

以上のように、本実施形態によれば、燃料電池に供給する燃料の流量を動的に補正することができる。したがって、セルスタック２４をはじめ発電装置１を構成する各機能部の個体差または経年変化などが生じたとしても、実際の燃料利用率Ｕｆと、目標利用率Ｕｆｒｅｆとの間の乖離は動的に補正される。このため、本実施形態にかかる発電装置１によれば、発電効率を有利に高めることができる。

（第２実施形態）

次に、本開示の第２実施形態に係る発電装置について説明する。

第２実施形態に係る発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置１と同じ構成を採用することができる。したがって、第２実施形態に係る発電装置の構成についての説明は省略する。以下、第１実施形態と同様の内容の説明は、適宜、簡略化または省略する。

第２実施形態に係る発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置１において、その制御の一部を変更するものである。

図８は、主として、第２実施形態に係る発電装置における補正レベルの更新について説明している。第２実施形態においては、第１実施形態において説明した図４に示した動作の代わりに、図８に示す動作を実行する。

第１実施形態においては、図４に示したように、ステップＳ３２において、今回の発電効率Ｅが前回の発電効率Ｅを下回っているか否か判定した。すなわち、ステップＳ３２においては、前回と今回の発電効率Ｅ同士を比較した。これに対し、第２実施形態においては、図８に示すように、ステップＳ３１の次に、発電効率Ｅを補正したもの同士を比較する（ステップＳ４１）。

具体的には、第２実施形態において、制御部１０は、各期間ごとに、発電効率Ｅから、補正レベルＬの所定の係数倍を減じたもの同士を比較する。例えば、今回の発電効率Ｅを補正したものとして、今回の発電効率Ｅ−０．１×今回の補正レベルＬを算出する。また、例えば、前回の発電効率Ｅを補正したものとして、前回の発電効率Ｅ−０．１×前回の補正レベルＬを算出する。そして、図８に示すように、ステップＳ４１で、今回の発電効率Ｅを補正したもの（Ｅ’）≦前回の発電効率Ｅを補正したもの（Ｅ’）である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３３に進み、そうでない場合（Ｎｏ）、ステップＳ３３をスキップしてステップＳ３４に進む。

図９は、図６と同様に、各期間ごとに判定された補正レベルを用いて算出された、利用率上限の例を示す図である。図９に示す各期間において、補正した発電効率Ｅ’＝発電効率Ｅ−０．１×補正レベルＬとして算出する。各期間における補正した発電効率Ｅ’を示すと、以下のようになる。
第１期間：補正した発電効率Ｅ’＝５２．００−０．１×０＝５２．００
第２期間：補正した発電効率Ｅ’＝５２．２７−０．１×１＝５２．１７
第３期間：補正した発電効率Ｅ’＝５２．４６−０．１×２＝５２．２６
第４期間：補正した発電効率Ｅ’＝５２．５５−０．１×３＝５２．２５
第５期間：補正した発電効率Ｅ’＝５２．４６−０．１×２＝５２．２６
第６期間：補正した発電効率Ｅ’＝５２．５０−０．１×１＝５２．４０

図８に示すように、制御部１０は、ステップＳ４１の後、第１実施形態と同様に、補正した発電効率Ｅ’の前回と今回との大小関係の比較に基づいて、次回の補正に用いる補正方向を判定する（図８のステップＳ３３をスキップするか否か）。

また、第１実施形態においては、ステップＳ３６において、制御部１０は、毎回同じ利用率上限の初期値Ｕｆｍａｘ０に、図５に示す各補正レベルＬに対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘを加算した。これに対し、第２実施形態においては、ステップＳ４２において、制御部１０は、図５に示す各補正レベルＬに対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘを加算する際に、それまでの利用率上限の値を引き継ぐものとする。さらに、図５に示す各補正レベルＬに対応する利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘについては、補正レベルＬが変化した際に増減するぶんのみを、それまでの利用率上限の値に加算または減産することにより補正を行う。

例えば、図９に示すように、第２期間における利用率上限Ｕｆｍａｘは７１．５％である。この値は、第１期間の利用率上限Ｕｆｍａｘ＝７１．０％に、利用率上限の増分０．５を加算したものである（第２期間において補正レベルＬが１つ増大）。また、次回（第３期間）の補正方向は正（＋）方向である。

また、第３期間における利用率上限Ｕｆｍａｘは７２．０％である。この値は、第２期間の利用率上限Ｕｆｍａｘ＝７１．５％に、利用率上限の増分０．５を加算したものである（第３期間において補正レベルＬが１つ増大）。また、次回（第４期間）の補正方向は正（＋）方向である。

第４期間における利用率上限Ｕｆｍａｘは７２．５％である。この値は、第３期間の利用率上限Ｕｆｍａｘ＝７２．０％に、利用率上限の増分０．５を加算したものである（第４期間において補正レベルＬが１つ増大）。また、次回（第５期間）の補正方向は負（−）方向である。

第５期間における利用率上限Ｕｆｍａｘは７２．０％である。この値は、第４期間の利用率上限Ｕｆｍａｘ＝７２．５％に、利用率上限の減少分０．５を減算したものである（第５期間において補正レベルＬが１つ減少）。また、次回（第６期間）の補正方向は負（−）方向である。

第６期間における利用率上限Ｕｆｍａｘは７１．５％である。この値は、第５期間の利用率上限Ｕｆｍａｘ＝７２．０％に、利用率上限の減少分０．５を減算したものである（第６期間において補正レベルＬが１つ減少）。また、次回の補正方向は負（−）方向である。

このように、本実施形態において、制御部１０は、各期間におけるセルスタック２４の発電効率を、それぞれの期間における利用率上限の補正レベルに応じて補正した発電効率に基づいて、利用率上限を補正するのが好適である。その他の動作については、第１実施形態と同様に行うことができる。

図１０は、第１実施形態において図７に示したのと同様に、図９に示した発電効率Ｅおよび補正した発電効率Ｅ’と補正レベルＬとの関係をグラフで示した図である。

図９に示した第１期間から第６期間の間の変化をそれぞれ（１）〜（５）と記し、これは図１０に示すグラフ上における（１）〜（５）の変化にそれぞれ対応する。また、図１０においては、補正する前の発電効率Ｅによるグラフを、Ｅ（１）〜Ｅ（４）まで、Ｅ（Ｌ）として破線で示してある。また、図１０においては、補正した発電効率Ｅ’によるグラフを、Ｅ’（１）〜Ｅ’（４）まで、Ｅ’（Ｌ）として実線で示してある。

以上説明したように制御しても、本実施形態にかかる発電装置によれば、発電効率を有利に高めることができる。特に、本実施形態においては、利用率上限Ｕｆｍａｘが過度に高くならないように補正を行うことができる。利用率上限Ｕｆｍａｘが高くなり過ぎないようにすることで、燃料電池に燃料ガスが充分に供給されるようにすることができる。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

例えば、図１は、発電装置１を構成する各機能部を概略的に示すものである。上述した各実施形態において、燃料電池にガスが供給されるとは、例えばガス供給部３２から燃料電池モジュール２０にガスが供給されるものとしてもよい。また、上述した実施形態において、燃料電池にガスが供給されるとは、例えばガス供給部３２からセルスタック２４にガスが供給されるものとしてもよい。

また、図１に示した発電装置１においては、セルスタック２４に供給される燃料ガスの量と、セルスタック２４が発電する「電流」に基づいて、セルスタック２４の発電効率を算出した。しかしながら、本実施形態にかかる発電装置においては、セルスタック２４に供給される燃料ガスの量と、セルスタック２４が発電する「電圧」に基づいて、セルスタック２４の発電効率を算出してもよい。この場合、電流センサ７０に代えて、セルスタック２４が発電する電圧を検出可能な位置に、電圧計を設置するのが好適である。したがって、本開示において、電流センサ７０または上述した電圧計を、単に「発電計測部」と記すことがある。すなわち、本開示において、発電計測部は、セルスタック２４が発電する電流または電圧を計測する。

上述した各実施形態においては、ガス供給部３２が「ガス計測部」としても機能する例について説明した。また、上述した各実施形態においては、ガス計測部として機能するガス供給部３２は、セルスタック２４に供給される燃料ガスの量を計測する例について説明した。このようにして、上述した各実施形態においては、ガス供給部３２の燃料流量計（ガス計測部）が計測した燃料ガスの流量に基づいて、制御部１０は、燃料流量値Ｆを取得した。

しかしながら、本実施形態において、ガス計測部として機能するガス供給部３２が計測するのは、セルスタック２４に供給される燃料ガスの量に限定されない。例えば、ガス計測部として機能するガス供給部３２は、セルスタック２４に供給される燃料ガスを改質する前の原燃料ガスの量を計測してもよい。この場合、制御部１０は、ガス供給部３２が計測した原燃料ガスの量と、セルスタック２４が発電する電流または電圧とに基づいて、セルスタック２４の発電効率を算出することができる。

また、上述した各実施形態においては、制御部１０は、各期間における燃料利用率の上限値（利用率上限Ｕｆｍａｘ）の補正レベルＬを設定し、この補正レベルＬの増減に応じて、利用率上限Ｕｆｍａｘを上昇または下降させた。しかしながら、本実施形態において、燃料利用率の上限値を上昇または下降させる際に、上述のような補正レベルを設定する以外の制御を行ってもよい。例えば、制御部１０は、補正レベルＬを介さずに、直接、図５において説明した利用率上限の差分ΔＵｆｍａｘに基づいて、燃料利用率の上限値を上昇または下降させてもよい。

以上の開示においては、本実施形態として、セルスタック２４を備える発電装置１について説明した。しかしながら、本開示の実施形態は、セルスタック２４を備える発電装置１に限定されるものではない。

例えば、本開示の実施形態は、セルスタック２４を備えずに、セルスタック２４を外部から制御する、燃料電池の制御装置として実現することもできる。このような実施形態の一例を、図１１に示す。図１１に示すように、本実施形態に係る燃料電池の制御装置２は、例えば制御部１０と、記憶部１２とを含んで構成される。ここで、制御部１０が内部メモリを有する場合には、制御装置２は記憶部１２を備えなくてもよい。本実施形態にかかる燃料電池の制御装置２は、セルスタック２４に供給される燃料ガスのうちセルスタック２４の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定する。また、燃料電池の制御装置２は、このようにして設定された上限値を、所定の期間ごとに補正するように制御する。

さらに、本開示の実施形態は、例えば、上述したような燃料電池の制御装置（制御部１０）に実行させる制御プログラムとして実現することもできる。すなわち、本実施形態にかかる燃料電池の制御プログラムは、セルスタック２４に供給される燃料ガスのうちセルスタック２４の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定する設定ステップを実行させる。また、この制御プログラムは、制御装置（制御部１０）に、設定ステップにおいて設定された上限値を、所定の期間ごとに補正するように制御する補正制御ステップを実行させる。

１ 発電装置
２ 制御装置
１０ 制御部
１２ 記憶部
２０ 燃料電池モジュール
２２ 改質器
２４ セルスタック
３０ 供給部
３２ ガス供給部
３４ 空気供給部
３６ 改質水供給部
４０ インバータ
５０ 排熱回収処理部
５２ 循環水処理部
６０ 貯湯タンク
７０ 電流センサ
１００ 負荷
２００ 商用電源

Claims (12)

1. 燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池に供給される燃料ガスのうち当該燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定し、当該上限値を所定の期間ごとに補正するように制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、第１期間における前記燃料電池の発電効率と、前記第１期間の後の第２期間における前記燃料電池の発電効率とに基づいて、前記第２期間の後の第３期間における前記上限値を補正する、発電装置。
2. 前記制御部は、各期間における前記上限値の補正レベルを設定し、当該補正レベルの増減に応じて、当該上限値を上昇または下降させる、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記制御部は、各期間における前記燃料電池の発電効率を、それぞれの期間における前記上限値の補正レベルに応じて補正した発電効率に基づいて、前記上限値を補正する、請求項１または２に記載の発電装置。
4. 前記制御部は、前記第１期間における前記燃料電池の発電効率よりも、前記第２期間における前記燃料電池の発電効率の方が高い場合、前記第３期間において、前記上限値の補正レベルの増減のうち前回の補正と同じ方を行う、請求項１から３のいずれかに記載の発電装置。
5. 前記制御部は、前記第１期間における前記燃料電池の発電効率よりも、前記第２期間における前記燃料電池の発電効率の方が低い場合、前記第３期間において、前記上限値の補正レベルの増減のうち前回の補正とは逆の方を行う、請求項１から４のいずれかに記載の発電装置。
6. 前記制御部は、前記補正を初回に行う場合、前記上限値の補正レベルを増やす、請求項１から５のいずれかに記載の発電装置。
7. 前記燃料電池に供給される燃料ガスの量を計測するガス計測部と、
   前記燃料電池が発電する電流または電圧を計測する発電計測部と、を備え、
   前記制御部は、前記燃料電池に供給される燃料ガスの量と、前記燃料電池が発電する電流または電圧とに基づいて、前記燃料電池の発電効率を算出する、請求項１から６のいずれかに記載の発電装置。
8. 前記燃料電池に供給される燃料ガスを改質する前の原燃料ガスの量を計測するガス計測部と、
   前記燃料電池が発電する電流または電圧を計測する発電計測部と、を備え、
   前記制御部は、前記原燃料ガスの量と、前記燃料電池が発電する電流または電圧とに基づいて、前記燃料電池の発電効率を算出する、請求項１から６のいずれかに記載の発電装置。
9. 前記制御部は、前記燃料電池が発電する電流または電圧が、所定の時間において、所定の閾値以上または当該所定の閾値を超えている場合に、前記上限値を補正する、請求項７または８に記載の発電装置。
10. 前記制御部は、前記燃料電池が発電する電流または電圧が、定格出力のうち所定の割合以上または当該所定の割合を超えている場合に、前記上限値を補正する、請求項７から９のいずれかに記載の発電装置。
11. 燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池に供給される燃料ガスのうち当該燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定し、当該上限値を所定の期間ごとに補正するように制御する、燃料電池の制御装置であって、
    第１期間における前記燃料電池の発電効率と、前記第１期間の後の第２期間における前記燃料電池の発電効率とに基づいて、前記第２期間の後の第３期間における前記上限値を補正する、燃料電池の制御装置。
12. 燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を制御する制御装置に、
    前記燃料電池に供給される燃料ガスのうち当該燃料電池の発電に利用される燃料ガスの割合の上限値を設定するステップと、
    前記設定ステップにおいて設定された前記上限値を所定の期間ごとに補正するように制御するステップと、
    第１期間における前記燃料電池の発電効率と、前記第１期間の後の第２期間における前記燃料電池の発電効率とに基づいて、前記第２期間の後の第３期間における前記上限値を補正するステップと、
    を実行させる、燃料電池の制御プログラム。

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