JP7244400B2 - Fuel cell system and its control method - Google Patents

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Description

本発明による実施形態は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。 Embodiments according to the present invention relate to fuel cell systems and control methods thereof.

燃料ガスの有している化学エネルギーを直接電気に変換するシステムとして、燃料電池システムが知られている。この燃料電池システム内の燃料電池は、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出すものである。燃料電池システムが発電するためには、十分な燃料と十分な空気（酸素）が必要であり、その必要量は電池電流に比例する。 A fuel cell system is known as a system for directly converting chemical energy of fuel gas into electricity. The fuel cell in this fuel cell system electrochemically reacts hydrogen, which is the fuel, with oxygen, which is the oxidant, and directly extracts electricity. In order for a fuel cell system to generate electricity, sufficient fuel and sufficient air (oxygen) are required, and the required amount is proportional to the cell current.

通常の系統連系運転時には、指定された負荷上昇レートに従って出力が上昇するため、電池電流の上昇はそれ以上の速さにはならない。一方、自立運転時には外部の負荷によって瞬時に発電出力を変化させる必要があり、電池電流が急激に上昇する可能性がある。 During normal grid-connected operation, the output increases according to the specified load increase rate, so the battery current does not increase any faster. On the other hand, during self-sustaining operation, it is necessary to instantaneously change the power generation output according to the external load, and the battery current may rise sharply.

しかしながら、空気をカソードに送り込むブロワは系統連系中の安定運転を目的として時定数の大きいものを使用している場合、自立運転中の電池電流の上昇に追従せずに空気が不足して発電を継続できない可能性がある。 However, if the blower that blows air into the cathode has a large time constant for the purpose of stable operation during grid connection, it will not keep up with the rise in battery current during self-sustained operation, resulting in insufficient air and power generation. may not be able to continue.

特開２０１９－２９１０８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-29108

そこで、本発明による実施形態は、自立運転中における発電量の変化の追従遅れを抑制することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを課題とする。 Accordingly, it is an object of the embodiments of the present invention to provide a fuel cell system and a method of controlling the same that can suppress the delay in following changes in the amount of power generation during self-sustained operation.

本実施形態による燃料電池システムは、燃料電池スタックと、ガス供給部と、流量調整部と、制御部と、を備える。燃料電池スタックは、水素と酸素とを用いて電気を発生させる。ガス供給部は、燃料電池スタックに酸素含有ガスを供給する。流量調整部は、燃料電池スタックとガス供給部との間に設けられ、燃料電池スタックに供給される酸素含有ガスの流量を調整する。制御部は、所定の流量の酸素含有ガスを供給するようにガス供給部を制御するとともに、燃料電池スタックに要求される要求発電量に基づいて、流量調整部を制御する。 The fuel cell system according to this embodiment includes a fuel cell stack, a gas supply section, a flow rate adjustment section, and a control section. A fuel cell stack uses hydrogen and oxygen to generate electricity. The gas supply unit supplies an oxygen-containing gas to the fuel cell stack. The flow rate adjusting section is provided between the fuel cell stack and the gas supply section, and adjusts the flow rate of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell stack. The control unit controls the gas supply unit so as to supply the oxygen-containing gas at a predetermined flow rate, and controls the flow rate adjustment unit based on the required power generation amount required for the fuel cell stack.

第１実施形態による燃料電池システムの構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system according to a first embodiment; FIG. 第１実施形態による燃料電池システムの動作を示すフロー図。FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system according to the first embodiment; FIG. 変形例１による燃料電池システムの構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system according to Modification 1; 第２実施形態による燃料電池システムの構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system according to a second embodiment; FIG. 変形例２による燃料電池システムの構成を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system according to Modification 2; 変形例３による燃料電池システムの構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system according to Modification 3;

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention. The drawings are schematic or conceptual, and the ratio of each part is not necessarily the same as the actual one. In the specification and drawings, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the previous drawings, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system 100 according to the first embodiment.

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、電源装置２と、ブロワ３と、流量調整部４と、電流計５と、制御装置６と、を備える。燃料電池システム１００は、例えば、純水素燃料電池システムである。 The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 1 , a power supply device 2 , a blower 3 , a flow rate adjusting section 4 , an ammeter 5 and a control device 6 . Fuel cell system 100 is, for example, a pure hydrogen fuel cell system.

燃料電池スタック１は、水素と酸素とを用いて電気を発生させる。燃料電池スタック１は、アノード電極（燃料極）１ａと、カソード電極（空気極）１ｂと、を備えている。また、燃料電池スタック１は、燃料ガスの供給源から燃料ガスとして水素を供給され、ブロワ３から空気を供給される。水素は、水素供給系を介してアノード電極１ａに供給され、空気は、空気供給系を介してカソード電極１ｂに供給される。燃料電池スタック１は、水素を空気中の酸素と反応させて水を生成し、この反応により電気を発生させる。この電気は、直流電流として燃料電池スタック１から出力される。燃料電池スタック１は、アノード電極１ａに供給された水素の残りをアノード排気として排出し、カソード電極１ｂに供給された空気の残りをカソード排気として排出する。例えば、アノード排気はアノード電極１ａに再び供給され、カソード排気は燃料電池システム１００の外部に排出される。 The fuel cell stack 1 uses hydrogen and oxygen to generate electricity. The fuel cell stack 1 includes an anode electrode (fuel electrode) 1a and a cathode electrode (air electrode) 1b. Further, the fuel cell stack 1 is supplied with hydrogen as a fuel gas from a fuel gas supply source and is supplied with air from a blower 3 . Hydrogen is supplied to the anode electrode 1a through a hydrogen supply system, and air is supplied to the cathode electrode 1b through an air supply system. The fuel cell stack 1 reacts hydrogen with oxygen in the air to produce water, and this reaction produces electricity. This electricity is output from the fuel cell stack 1 as direct current. The fuel cell stack 1 discharges the remaining hydrogen supplied to the anode electrode 1a as anode exhaust, and the remaining air supplied to the cathode electrode 1b as cathode exhaust. For example, the anode exhaust is resupplied to the anode electrode 1a and the cathode exhaust is discharged to the outside of the fuel cell system 100. FIG.

電源装置２は、燃料電池スタック１のアノード電極１ａおよびカソード電極１ｂに電流取り出し線により接続されており、燃料電池スタック１から電流取り出し線を介して直流電流を取り出す。また、電源装置２は、発電された直流の電気を交流の電気へと変換し、電力系統２００または自立負荷３００に送電する。電源装置２は、燃料電池システム１００が電力系統２００に接続された系統連系運転と、燃料電池システム１００が自立負荷３００に接続された自立運転と、を切り替える。電源装置２は、例えば、電力系統２００の状態を監視して、系統連系運転と自立運転とを切り替える。尚、以下では、特に断りのない限り、自立運転時について説明する。 The power supply device 2 is connected to the anode electrode 1a and the cathode electrode 1b of the fuel cell stack 1 by current extraction lines, and extracts direct current from the fuel cell stack 1 via the current extraction lines. In addition, the power supply device 2 converts the generated direct-current electricity into alternating-current electricity, and transmits the electricity to the power system 200 or the self-supporting load 300 . The power supply device 2 switches between grid-connected operation in which the fuel cell system 100 is connected to the power system 200 and isolated operation in which the fuel cell system 100 is connected to the isolated load 300 . The power supply device 2, for example, monitors the state of the power system 200 and switches between grid-connected operation and isolated operation. In the following description, unless otherwise specified, the self-sustained operation will be described.

ガス供給部としてのブロワ３は、カソード電極１ｂ（燃料電池スタック１）に酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスは、例えば、窒素や酸素を含む空気等である。ブロワ３は、制御装置６により制御される。 A blower 3 as a gas supply unit supplies an oxygen-containing gas to the cathode electrode 1b (fuel cell stack 1). The oxygen-containing gas is, for example, air containing nitrogen or oxygen. Blower 3 is controlled by control device 6 .

尚、アノード電極１ａに供給される水素は、例えば、所定の圧力になるように調整される。この場合、反応により水素が消費されると、所定の圧力を維持するように、水素がアノード電極１ａに供給される。従って、図１に示す例では、水素を送り込むブロワ等は設けられていない。また、水素の供給源は、例えば、水素貯蔵タンクである。水素貯蔵タンクは、燃料電池システム１００の内部にあってもよく、外部にあってもよい。 The hydrogen supplied to the anode electrode 1a is adjusted, for example, to have a predetermined pressure. In this case, when hydrogen is consumed by the reaction, hydrogen is supplied to the anode electrode 1a so as to maintain a predetermined pressure. Therefore, in the example shown in FIG. 1, a blower or the like for sending hydrogen is not provided. Also, the source of hydrogen is, for example, a hydrogen storage tank. The hydrogen storage tank may be internal or external to the fuel cell system 100 .

流量調整部４は、燃料電池スタック１とブロワ３との間に設けられ、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を調整する。また、流量調整部４は、分岐部４１と、第１流路部４１ａと、第２流路部４１ｂと、第１調整弁４２と、を有する。 The flow rate adjusting unit 4 is provided between the fuel cell stack 1 and the blower 3 and adjusts the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1 . Further, the flow rate adjusting portion 4 has a branch portion 41 , a first flow path portion 41 a, a second flow path portion 41 b, and a first adjustment valve 42 .

分岐部４１は、ブロワ３と接続する第１流路部４１ａ上に設けられ、第１流路部４１ａから第２流路部４１ｂに分岐させる。 The branching portion 41 is provided on the first channel portion 41a connected to the blower 3, and branches from the first channel portion 41a to the second channel portion 41b.

第１流路部４１ａは、ブロワ３から供給される酸素を燃料電池スタック１に流す。第１流路部４１ａは、カソード電極１ｂに接続されている。第１流路部４１ａは、例えば、ガス管である。 The first flow path portion 41 a allows the oxygen supplied from the blower 3 to flow to the fuel cell stack 1 . The first channel portion 41a is connected to the cathode electrode 1b. The first flow path portion 41a is, for example, a gas pipe.

第２流路部４１ｂは、第１流路部４１ａから分岐して、空気の一部を燃料電池スタック１以外に流す。すなわち、第２流路部４１ｂは、第１流路部４１ａを流れる空気の一部を燃料電池スタック１に流さないようにする。第２流路部４１ｂを通過する空気は、例えば、大気開放される。また、第２流路部４１ｂを通過する空気は、カソード電極１ｂを通過した空気と合流してもよい。第２流路部４１ｂは、例えば、第１流路部４１ａと同様のガス管でよい。尚、第１流路部４１ａから分流される空気の量を調整するため、第２流路部４１ｂの接続先が負圧になっていてもよく、第２流路部４１ｂのガス管の径が変更されてもよい。 The second flow path portion 41b branches off from the first flow path portion 41a and allows part of the air to flow outside the fuel cell stack 1 . That is, the second flow path portion 41 b prevents part of the air flowing through the first flow path portion 41 a from flowing to the fuel cell stack 1 . The air passing through the second flow path portion 41b is, for example, released to the atmosphere. Also, the air passing through the second flow path portion 41b may join with the air passing through the cathode electrode 1b. The second channel portion 41b may be, for example, the same gas pipe as the first channel portion 41a. In addition, in order to adjust the amount of air diverted from the first flow path portion 41a, the connection destination of the second flow path portion 41b may have a negative pressure, and the diameter of the gas pipe of the second flow path portion 41b may be may be changed.

第１調整弁４２は、第２流路部４１ｂ上に設けられ、空気の流量が調整可能である。第１調整弁４２は、制御装置６により制御される。以下では、特に断りのない限り、第１調整弁４２は、開閉可能な弁とする。この場合、第１調整弁４２は、ＯＮ／ＯＦＦのようにデジタル式で調整される。第１調整弁４２は、例えば、電磁弁等の高応答速度で動作可能な弁である。第１調整弁４２は、開閉により、空気を通過させ、または、空気の通過を遮断する。 The first adjustment valve 42 is provided on the second flow path portion 41b and can adjust the flow rate of air. The first regulating valve 42 is controlled by the controller 6 . Hereinafter, unless otherwise specified, the first adjustment valve 42 is a valve that can be opened and closed. In this case, the first control valve 42 is digitally adjusted such as ON/OFF. The first regulating valve 42 is, for example, a valve such as an electromagnetic valve that can operate at a high response speed. The first adjustment valve 42 allows air to pass through or blocks the passage of air by opening and closing.

ブロワ３は、空気を供給し、例えば、１００Ｌ／ｍｉｎの空気を供給する。第１調整弁４２が閉じている場合、空気は第２流路部４１ｂを通過しない。例えば、第１流路部４１ａには１００Ｌ／ｍｉｎの空気が流れ、第２流路部４１ｂには空気は流れない。一方、第１調整弁４２が開いている場合、空気の一部は第２流路部４１ｂを通過する。例えば、分岐部４１通過後の第１流路部４１ａには６０Ｌ／ｍｉｎの空気が流れ、第２流路部４１ｂには４０Ｌ／ｍｉｎの空気が流れる。従って、流量調整部４は、第１調整弁４２を開くことにより、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を１００Ｌ／ｍｉｎから６０Ｌ／ｍｉｎに減少させる。また、流量調整部４は、第１調整弁４２を閉じることにより、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を６０Ｌ／ｍｉｎから１００Ｌ／ｍｉｎに増加させる。 The blower 3 supplies air, for example, 100 L/min. When the first regulating valve 42 is closed, air does not pass through the second channel portion 41b. For example, 100 L/min of air flows through the first channel portion 41a, and no air flows through the second channel portion 41b. On the other hand, when the first regulating valve 42 is open, part of the air passes through the second channel portion 41b. For example, 60 L/min of air flows through the first channel portion 41a after passing through the branch portion 41, and 40 L/min of air flows through the second channel portion 41b. Therefore, the flow rate adjusting section 4 opens the first adjusting valve 42 to reduce the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 from 100 L/min to 60 L/min. Further, the flow rate adjusting unit 4 closes the first adjusting valve 42 to increase the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 from 60 L/min to 100 L/min.

発電量検出部としての電流計５は、燃料電池スタック１から出力される出力発電量を検出する。より詳細には、出力発電量は、燃料電池スタック１から出力される電流の値である。電流計５は、例えば、電流取り出し線に設置されており、燃料電池スタック１から出力される電流の値を計測する。図１に示す例では、電流計５は、アノード電極１ａと電源装置２との間に設けられる。尚、電流計５は、出力側、すなわち、自立負荷３００と電源装置２との間に設けられてもよい。しかし、より正確な発電量を得るため、電流計５は燃料電池スタック１と電源装置２との間に設けられることが好ましい。また、電流計５は、検出した電流値を制御装置６に送る。 An ammeter 5 as a power generation amount detector detects the output power generation amount output from the fuel cell stack 1 . More specifically, the output power generation amount is the value of the current output from the fuel cell stack 1 . The ammeter 5 is installed, for example, on a current take-out line, and measures the value of the current output from the fuel cell stack 1 . In the example shown in FIG. 1 , the ammeter 5 is provided between the anode electrode 1 a and the power supply device 2 . The ammeter 5 may be provided on the output side, that is, between the self-supporting load 300 and the power supply device 2 . However, the ammeter 5 is preferably provided between the fuel cell stack 1 and the power supply device 2 in order to obtain a more accurate power generation amount. The ammeter 5 also sends the detected current value to the controller 6 .

制御装置６は、図１の燃料電池システム１００の種々の動作を制御する。制御装置６の例は、プロセッサ、制御回路、コンピュータなどである。制御装置６は、例えば、燃料電池スタック１の発電動作を制御したり、燃料電池システム１００の状態を示す情報を表示、保存、発信するなど、燃料電池システム１００に関する種々の情報を出力したりする。この情報は、燃料電池システム１００内の機器に出力してもよいし、燃料電池システム１００外の機器に出力してもよい。 Controller 6 controls various operations of fuel cell system 100 of FIG. Examples of controller 6 are processors, control circuits, computers, and the like. The control device 6 outputs various information related to the fuel cell system 100, such as controlling the power generation operation of the fuel cell stack 1, displaying, storing, and transmitting information indicating the state of the fuel cell system 100, for example. . This information may be output to equipment within the fuel cell system 100 or may be output to equipment outside the fuel cell system 100 .

制御装置６は、設定部６ａと、制御部６ｂと、を有する。 The control device 6 has a setting section 6a and a control section 6b.

設定部６ａは、燃料電池システム１００の動作制御に必要な設定値を設定する。設定値は、例えば、自立運転時における、ブロワ３の流量（出力）や、燃料電池スタック１に供給される空気の流量、流量調整部４による流量の切り替えを行うための電流値等が含まれる。設定値は、例えば、燃料電池スタック１ごとに変更されてもよい。設定部６ａは、例えば、設定値が予め記憶された記憶装置（図示せず）から設定値を読み出してもよく、作業者から設定値を受け付けてもよい。 The setting unit 6 a sets a set value necessary for controlling the operation of the fuel cell system 100 . The set values include, for example, the flow rate (output) of the blower 3 during self-sustained operation, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1, the current value for switching the flow rate by the flow rate adjustment unit 4, and the like. . The set value may be changed for each fuel cell stack 1, for example. The setting unit 6a may, for example, read setting values from a storage device (not shown) in which setting values are stored in advance, or may receive setting values from an operator.

制御部６ｂは、所定の流量の空気を供給するようにブロワ３を制御するとともに、燃料電池スタック１に要求される要求発電量に基づいて、流量調整部４を制御する。所定の流量は、例えば、燃料電池スタック１の発電量が最大になる酸素の流量である。所定の流量は、例えば、１００Ｌ／ｍｉｎである。より詳細には、制御部６ｂは、要求発電量に基づいて、第１調整弁４２（の開閉）を制御する。 The control unit 6b controls the blower 3 so as to supply a predetermined flow rate of air, and controls the flow rate adjustment unit 4 based on the required power generation amount required of the fuel cell stack 1. FIG. The predetermined flow rate is, for example, the flow rate of oxygen that maximizes the power generation amount of the fuel cell stack 1 . A predetermined flow rate is, for example, 100 L/min. More specifically, the controller 6b controls (opens/closes) the first regulating valve 42 based on the required power generation amount.

また、制御部６ｂは、出力発電量に基づいて、流量調整部４を制御する。すなわち、要求発電量を出力発電量（電流値）としてもよい。これは、電源装置２によって取り出される電流は、自立負荷３００の負荷の大きさに比例するためである。従って、制御部６ｂは、電流計５が検出する電流値を流量調整部４の制御に用いる。 Further, the control unit 6b controls the flow rate adjustment unit 4 based on the output power generation amount. That is, the requested power generation amount may be used as the output power generation amount (current value). This is because the current drawn by the power supply device 2 is proportional to the load magnitude of the self-supporting load 300 . Therefore, the control unit 6b uses the current value detected by the ammeter 5 to control the flow rate adjustment unit 4. FIG.

系統連系運転時において、制御部６ｂは、第１調整弁４２を閉じて、ブロワ３の流量を制御する。制御部６ｂは、例えば、指定された負荷上昇レートに従って、空気の供給量を変化させるようにブロワ３を制御する。一方、自立運転時では、制御部６ｂは、上記のように、ブロワ３の流量を略一定にして、電流値に基づいて第１調整弁４２の開閉で流量を調整する。また、流量調整部４は、例えば、ブロワ３よりも高速で空気の流量を調整可能である。すなわち、第１調整弁４２は、高応答速度で動作する。これにより、自立運転中における発電量の変化の追従遅れを抑制することができる。 During grid-connected operation, the controller 6 b closes the first adjustment valve 42 to control the flow rate of the blower 3 . The control unit 6b controls the blower 3 so as to change the amount of air supplied, for example, according to the designated load increase rate. On the other hand, during self-sustained operation, the controller 6b keeps the flow rate of the blower 3 substantially constant as described above, and adjusts the flow rate by opening and closing the first adjustment valve 42 based on the current value. Further, the flow rate adjusting unit 4 can adjust the flow rate of air at a higher speed than the blower 3, for example. That is, the first regulating valve 42 operates at a high response speed. As a result, it is possible to suppress the delay in following the change in the power generation amount during the self-sustained operation.

次に、燃料電池システム１００の制御方法について説明する。 Next, a control method for the fuel cell system 100 will be described.

図２は、第１実施形態による燃料電池システム１００の動作を示すフロー図である。尚、燃料電池システム１００は、自立運転時の状態である。 FIG. 2 is a flow diagram showing the operation of the fuel cell system 100 according to the first embodiment. Note that the fuel cell system 100 is in a state of self-sustained operation.

まず、設定部６ａは、所定の閾値、第１流量および第２流量を設定する。所定の閾値は、流量調整部４により流量を切り替えるための電流値の閾値である。第１流量および第２流量は、燃料電池スタック１に供給される空気の流量の設定値である。第１流量は、第１調整弁４２が閉じている場合における流量である。第２流量は、第１流量よりも低く、第１調整弁４２が開いている場合における流量である。第１流量および第２流量は、例えば、上記のように、それぞれ１００Ｌ／ｍｉｎおよび６０Ｌ／ｍｉｎである。設定部６ａは、例えば、所定の閾値、第１流量および第２流量を記憶装置から読み出す。 First, the setting unit 6a sets a predetermined threshold value, first flow rate, and second flow rate. The predetermined threshold is a threshold of the current value for switching the flow rate by the flow rate adjusting section 4 . The first flow rate and the second flow rate are set values for the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1 . The first flow rate is the flow rate when the first regulating valve 42 is closed. The second flow rate is lower than the first flow rate and is the flow rate when the first control valve 42 is open. The first flow rate and the second flow rate are, for example, 100 L/min and 60 L/min, respectively, as described above. The setting unit 6a reads, for example, a predetermined threshold value, the first flow rate, and the second flow rate from the storage device.

次に、ブロワ３は、発電量が最大になる流量の空気を燃料電池スタック１に供給する（Ｓ２０）。制御部６ｂは、例えば、ブロワ３に制御信号を送る。ブロワ３は、例えば、１００Ｌ／ｍｉｎの酸素を供給する。次に、電流計５は、燃料電池スタック１から出力される電流を検出する（Ｓ３０）。次に、制御部６ｂは、電流値が所定の閾値以上か否かを判定する（Ｓ４０）。 Next, the blower 3 supplies air to the fuel cell stack 1 at a flow rate that maximizes the power generation amount (S20). The controller 6b sends a control signal to the blower 3, for example. The blower 3 supplies 100 L/min of oxygen, for example. Next, the ammeter 5 detects the current output from the fuel cell stack 1 (S30). Next, the controller 6b determines whether or not the current value is equal to or greater than a predetermined threshold (S40).

電流値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ４０のＹＥＳ）、流量調整部４は、燃料電池スタック１に第１流量（１００Ｌ／ｍｉｎ）の空気が供給されるように流量を調整する（Ｓ５０）。すなわち、制御部６ｂは、電流値（出力発電量）が所定の閾値以上である場合、第１流量の空気を燃料電池スタック１に供給するように流量調整部４を制御する。 If the current value is equal to or greater than the predetermined threshold value (YES in step S40), the flow rate adjusting unit 4 adjusts the flow rate so that the air of the first flow rate (100 L/min) is supplied to the fuel cell stack 1 (S50 ). That is, the control unit 6b controls the flow rate adjustment unit 4 to supply the air at the first flow rate to the fuel cell stack 1 when the current value (output power generation amount) is equal to or greater than a predetermined threshold value.

電流値が所定の閾値以上である場合、自立負荷３００の負荷が大きく、燃料電池スタック１から多くの電流が取り出される。この場合、空気の供給量が少ないと、電池電流の上昇に追従せずに空気が不足して、発電が継続できない可能性がある。そこで、制御部６ｂは、第１調整弁４２を閉じるように制御する。これにより、第１流量（１００Ｌ／ｍｉｎ）の空気を燃料電池スタック１に供給することができる。また、１００Ｌ／ｍｉｎは、燃料電池スタック１の発電量が最大になる酸素の流量でもある。従って、流量調整部４は、必要な発電量が大きくなっても、安定して運転を継続させることができるように、十分な量の空気を供給する。尚、ステップＳ５０において流量調整部４がすでに第１流量の空気を供給している場合、流量調整部４は、空気の供給を継続すればよい。 When the current value is equal to or greater than the predetermined threshold, the self-sustained load 300 has a large load and a large amount of current is drawn from the fuel cell stack 1 . In this case, if the amount of air supplied is small, there is a possibility that the air will be insufficient to keep up with the increase in the battery current, making it impossible to continue power generation. Therefore, the controller 6b controls the first adjustment valve 42 to close. As a result, air at the first flow rate (100 L/min) can be supplied to the fuel cell stack 1 . 100 L/min is also the oxygen flow rate at which the amount of power generated by the fuel cell stack 1 is maximized. Therefore, the flow rate adjusting unit 4 supplies a sufficient amount of air so that the operation can be stably continued even if the required power generation amount increases. If the flow rate adjusting unit 4 has already supplied the first flow rate of air in step S50, the flow rate adjusting unit 4 may continue to supply the air.

一方、電流値が所定の閾値よりも低い場合（ステップＳ４０のＮＯ）、流量調整部４は、燃料電池スタック１に第２流量（６０Ｌ／ｍｉｎ）の空気が供給されるように流量を調整する（Ｓ６０）。すなわち、制御部６ｂは、出力発電量が所定の閾値よりも低い場合、第１流量よりも少ない第２流量の空気を燃料電池スタック１に供給するように流量調整部４を制御する。 On the other hand, when the current value is lower than the predetermined threshold value (NO in step S40), the flow rate adjusting unit 4 adjusts the flow rate so that the second flow rate (60 L/min) of air is supplied to the fuel cell stack 1. (S60). That is, the control unit 6b controls the flow rate adjustment unit 4 to supply the fuel cell stack 1 with air at a second flow rate, which is less than the first flow rate, when the output power generation amount is lower than a predetermined threshold value.

電流値が所定の閾値より低い場合、自立負荷３００の負荷が小さく、燃料電池スタック１から取り出される電流は少ない。燃料電池スタック１は、通常、反応によって高温（例えば、約７０℃～約９０℃）になってしまう。従って、燃料電池システム１００では、例えば、水を循環させて高温の燃料電池スタック１を冷却する。また、燃料電池スタック１の反応により生成される水も、回収されて冷却水として利用される。さらに、カソード排気中には揮発した冷却水が含まれ、水蒸気を凝縮させることによっても、水を回収することができる。しかし、大量の空気が継続して供給されると、冷却水および生成される水が揮発しやすくなり、また、流速が高くカソード排気からの水回収が困難になる。従って、冷却水が不足してしまう可能性がある。そこで、制御部６ｂは、自立負荷３００の負荷が小さい場合、燃料電池スタック１への空気の供給量を減少させる。これにより、冷却水の減少を抑制することができる。尚、ステップＳ６０において流量調整部４がすでに第２流量の空気を供給している場合、流量調整部４は、空気の供給を継続すればよい。 When the current value is lower than the predetermined threshold, the load of the self-supporting load 300 is small and the current drawn from the fuel cell stack 1 is small. The fuel cell stack 1 usually reaches a high temperature (for example, about 70° C. to about 90° C.) due to the reaction. Therefore, in the fuel cell system 100, for example, water is circulated to cool the high-temperature fuel cell stack 1. FIG. Also, water generated by reactions in the fuel cell stack 1 is recovered and used as cooling water. Furthermore, the cathode exhaust contains volatilized cooling water, and the water can also be recovered by condensing water vapor. However, if a large amount of air is continuously supplied, the cooling water and the produced water are likely to volatilize, and the high flow velocity makes it difficult to recover the water from the cathode exhaust. Therefore, the cooling water may run short. Therefore, the control unit 6b reduces the amount of air supplied to the fuel cell stack 1 when the load of the self-supporting load 300 is small. As a result, a decrease in cooling water can be suppressed. If the flow rate adjusting unit 4 has already supplied the second flow rate of air in step S60, the flow rate adjusting unit 4 may continue to supply the air.

ステップＳ５０またはステップ６０の後、再びステップＳ３０、Ｓ４０が実行される。ステップＳ３０～Ｓ６０は、例えば、所定の周期で繰り返し実行される。所定の周期は、例えば、自立負荷３００の負荷の変動に追従するように設定されればよい。 After step S50 or step 60, steps S30 and S40 are executed again. Steps S30 to S60 are, for example, repeatedly executed at a predetermined cycle. The predetermined period may be set, for example, so as to follow fluctuations in the load of the self-supporting load 300 .

以上のように、第１実施形態によれば、流量調整部４は、燃料電池スタック１とブロワ３との間に設けられ、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を調整する。また、制御部６ｂは、所定の流量の酸素を供給するようにブロワ３を制御するとともに、燃料電池スタック１に要求される要求発電量に基づいて、流量調整部４を制御する。通常の系統連系運転時では、指定された負荷上昇レートに従って出力が上昇するため、電池電流の上昇はそれ以上の速さにはならない。一方、自立運転時では、接続される負荷（自立負荷３００）によって瞬時に発電出力を変化させる必要があり、電池電流が急激に上昇する可能性がある。第１実施形態では、流量調整部４により空気の流量を調整することができる。これにより、系統連系運転中の安定運転を目的として時定数の大きいブロワ３が用いられる場合であっても、自立運転中の必要な発電量の変化に対応することができる。この結果、自立運転中における発電量の変化の追従遅れを抑制することができる。また、ブロワ３の性能によらず、発電量の変化の追従遅れを抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment, the flow rate adjusting section 4 is provided between the fuel cell stack 1 and the blower 3 and adjusts the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1 . The control unit 6b also controls the blower 3 so as to supply oxygen at a predetermined flow rate, and also controls the flow rate adjustment unit 4 based on the required power generation amount required of the fuel cell stack 1. FIG. During normal grid-connected operation, the output increases according to the specified load increase rate, so the battery current does not increase any faster. On the other hand, during self-sustaining operation, it is necessary to instantaneously change the power generation output according to the connected load (self-sustaining load 300), and the battery current may rise sharply. In the first embodiment, the air flow rate can be adjusted by the flow rate adjusting section 4 . As a result, even when the blower 3 with a large time constant is used for the purpose of stable operation during grid-connected operation, it is possible to cope with changes in the required power generation amount during the isolated operation. As a result, it is possible to suppress the delay in following the change in the power generation amount during the self-sustained operation. In addition, regardless of the performance of the blower 3, it is possible to suppress the delay in following the change in the power generation amount.

もし、流量調整部４による流量の調整が行われない場合、自立運転中の最大出力相当の空気を燃料電池スタック１に流し続ける必要がある。しかし、この場合、図２のステップＳ６０において説明したように、冷却水が不足する可能性がある。すなわち、揮発する水の量が回収される水の量よりも大きくなってしまい、燃料電池システム１００が水自立不全となってしまう。水自立は、回収される水の量が揮発する水の量以上であり、外部からの冷却水の補給が不要な状態である。水自立不全になると、例えば、燃料電池スタック１の破損や寿命劣化等につながる可能性がある。従って、冷却水の量を監視する必要がある。 If the flow rate adjustment unit 4 does not adjust the flow rate, it is necessary to continue to flow the air corresponding to the maximum output during the self-sustained operation to the fuel cell stack 1 . However, in this case, as described in step S60 of FIG. 2, there is a possibility that the cooling water will run short. That is, the amount of volatilized water becomes larger than the amount of recovered water, and the fuel cell system 100 becomes water self-sustaining. Water independence is a state in which the amount of recovered water is greater than or equal to the amount of volatilized water, and no external supply of cooling water is required. If water self-sustaining failure occurs, for example, there is a possibility that the fuel cell stack 1 will be damaged or its life will be deteriorated. Therefore, it is necessary to monitor the amount of cooling water.

これに対し、第１実施形態では、必要な発電量に応じて燃料電池スタック１に供給される空気の流量が調整される。従って、冷却水の過剰な揮発を抑制することができ、水自立不全を抑制することができる。 In contrast, in the first embodiment, the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1 is adjusted according to the required power generation amount. Therefore, excessive volatilization of cooling water can be suppressed, and water self-sustainability can be suppressed.

また、所定の流量は、燃料電池スタック１の発電量が最大になるために必要な流量である。上記のように、流量調整部４は、ブロワ３から供給される空気の流量を減少させる。従って、流量調整部４により調整可能な流量の範囲を広くすることができる。 Also, the predetermined flow rate is the flow rate required for maximizing the power generation amount of the fuel cell stack 1 . As described above, the flow rate adjusting section 4 reduces the flow rate of air supplied from the blower 3 . Therefore, the range of the flow rate that can be adjusted by the flow rate adjusting section 4 can be widened.

また、制御部６ｂは、略一定の流量の空気を供給するようにブロワ３を制御する。略一定の流量は、例えば、所定の流量から或る程度の範囲内の流量であればよい。すなわち、ブロワ３の流量の変動が少ないことが好ましい。これにより、燃料電池スタック１に供給される空気の流量をより安定化させることができる。 Further, the control unit 6b controls the blower 3 so as to supply air at a substantially constant flow rate. The substantially constant flow rate may be, for example, a flow rate within a certain range from a predetermined flow rate. That is, it is preferable that the flow rate of the blower 3 fluctuate less. As a result, the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1 can be further stabilized.

尚、第１調整弁４２は、デジタル式の弁に限られない。例えば、第１調整弁４２は、アナログ式の弁であってもよい。すなわち、例えば、第１調整弁４２の流路面積の調整により、開度が調整されてもよい。この場合、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を任意に、また、段階的に調整することができる。 Note that the first adjusting valve 42 is not limited to a digital valve. For example, the first regulating valve 42 may be an analog valve. That is, for example, the degree of opening may be adjusted by adjusting the flow passage area of the first adjustment valve 42 . In this case, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 can be arbitrarily and stepwise adjusted.

（変形例１）
図３は、変形例１による燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。第１実施形態の変形例１は、第１流路部４１ａが複数に分岐される点で、第１実施形態と異なる。 (Modification 1)
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system 100 according to Modification 1. As shown in FIG. Modification 1 of the first embodiment differs from the first embodiment in that the first flow path portion 41a is branched into a plurality of parts.

流量調整部４は、複数の分岐部４１と、複数の第２流路部４１ｂと、複数の第１調整弁４２と、を有する。複数の第１調整弁４２は、それぞれの第２流路部４１ｂ上に設けられる。図３に示す例では、分岐部４１および第２流路部４１ｂは、第１流路部４１ａに沿って設けられる。尚、１つの分岐部４１から分岐するように複数の第２流路部４１ｂが設けられてもよい。 The flow rate adjusting section 4 has a plurality of branching sections 41 , a plurality of second flow path sections 41 b, and a plurality of first adjusting valves 42 . A plurality of first regulating valves 42 are provided on the respective second flow path portions 41b. In the example shown in FIG. 3, the branching portion 41 and the second flow path portion 41b are provided along the first flow path portion 41a. A plurality of second flow path portions 41 b may be provided so as to branch from one branch portion 41 .

図３に示す例では、２つの第２流路部４１ｂおよび２つの第１調整弁４２が設けられている。ブロワ３は、例えば、１００Ｌ／ｍｉｎの空気を供給する。例えば、２つの第１調整弁４２が閉じている場合、燃料電池スタック１に１００Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。また、１つの第２調整弁４５が開いている場合、開いている第１調整弁４２に対応する第２流路部４１ｂに４０Ｌ／ｍｉｎの空気が通過する。従って、燃料電池スタック１に６０Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。また、２つの第１調整弁４２が開いている場合、２つの第２流路部４１ｂにそれぞれ４０Ｌ／ｍｉｎの空気が通過する。従って、燃料電池スタック１に２０Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。 In the example shown in FIG. 3, two second flow path portions 41b and two first regulating valves 42 are provided. The blower 3 supplies 100 L/min of air, for example. For example, when the two first regulating valves 42 are closed, 100 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 . Also, when one second control valve 45 is open, 40 L/min of air passes through the second flow path portion 41b corresponding to the open first control valve 42 . Therefore, 60 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 . Also, when the two first adjustment valves 42 are open, 40 L/min of air passes through each of the two second flow path portions 41b. Therefore, 20 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 .

制御部６ｂは、要求発電量に基づいて、複数の第１調整弁４２（の開閉）を制御する。 The controller 6b controls (opens and closes) the plurality of first regulating valves 42 based on the required power generation amount.

変形例１による燃料電池システム１００のその他の構成は、第１実施形態による燃料電池システム１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the fuel cell system 100 according to Modification 1 are the same as the corresponding configurations of the fuel cell system 100 according to the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.

上記のように、流量調整部４は、複数の第１調整弁４２の開閉により、１００Ｌ／ｍｉｎ、６０Ｌ／ｍｉｎ、２０Ｌ／ｍｉｎの３段階で燃料電池スタック１に供給される空気の流量を調整することができる。従って、電流値の所定の閾値が２つ設定される。２つの所定の閾値を、例えば、第１閾値および第１閾値より低い第２閾値とする。例えば、電流値が第１閾値以上である場合、制御部６ｂは、２つの第１調整弁４２を閉じる。この場合、燃料電池スタック１に１００Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。電流値が第１閾値より低く、第２閾値以上である場合、制御部６ｂは、一方の第１調整弁４２を開け、他方の第１調整弁４２を閉じる。この場合、燃料電池スタック１に６０Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。電流値が第２閾値よりも低い場合、制御部６ｂは、２つの第１調整弁４２を開ける。この場合、燃料電池スタック１に２０Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。尚、さらに複数の第２流路部４１ｂおよび第１調整弁４２が設けられる場合も同様である。 As described above, the flow rate adjustment unit 4 adjusts the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 in three stages of 100 L/min, 60 L/min, and 20 L/min by opening and closing the plurality of first adjustment valves 42. can do. Therefore, two predetermined threshold values for the current value are set. The two predetermined thresholds are, for example, a first threshold and a second threshold lower than the first threshold. For example, when the current value is equal to or greater than the first threshold, the controller 6b closes the two first regulating valves 42 . In this case, 100 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 . When the current value is lower than the first threshold and equal to or higher than the second threshold, the controller 6b opens one of the first adjustment valves 42 and closes the other first adjustment valve 42 . In this case, 60 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 . If the current value is lower than the second threshold, the controller 6b opens the two first regulating valves 42 . In this case, 20 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 . The same applies to the case where a plurality of second flow path portions 41b and first regulating valves 42 are further provided.

このように、変形例では、複数の第１調整弁４２の開閉により、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を段階的に変化させることができる。この場合、所定の閾値は、複数設定される。また、所定の閾値に対応するように、第１流量および第２流量も複数設定されればよい。 Thus, in the modified example, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 can be changed stepwise by opening and closing the plurality of first adjustment valves 42 . In this case, a plurality of predetermined thresholds are set. Also, a plurality of first flow rates and second flow rates may be set so as to correspond to predetermined threshold values.

尚、それぞれの第１調整弁４２が開くことにより減少する空気の流量は、異なっていてもよい。 In addition, the flow rate of the air that is reduced by opening each of the first adjusting valves 42 may be different.

変形例１による燃料電池システム１００は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例１では、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を、さらに段階的に調整することができる。 The fuel cell system 100 according to Modification 1 can obtain effects similar to those of the first embodiment. Moreover, in Modification 1, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 can be further adjusted stepwise.

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態による燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。第２実施形態は、圧力損失により流量を減少させる点で、第１実施形態と異なる。 (Second embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system 100 according to the second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in that the flow rate is reduced by pressure loss.

流量調整部４は、分岐部４３と、第３流路部４３ａと、第４流路部４３ｂと、圧損要素４４と、第２調整弁４５と、を有する。 The flow rate adjusting portion 4 has a branch portion 43 , a third flow portion 43 a , a fourth flow portion 43 b , a pressure loss element 44 and a second adjustment valve 45 .

分岐部４３は、ブロワ３と接続し、第３流路部４３ａと、第４流路部４３ｂと、に分岐させる。 The branch portion 43 is connected to the blower 3 and branches into a third channel portion 43a and a fourth channel portion 43b.

第３流路部４３ａおよび第４流路部４３ｂは、ブロワ３から供給される空気を、燃料電池スタック１に分岐して流す。第３流路部４３ａおよび第４流路部４３ｂは、例えば、第１流路部４１ａと同様のガス管でよい。 The third channel portion 43 a and the fourth channel portion 43 b branch the air supplied from the blower 3 to the fuel cell stack 1 . The third channel portion 43a and the fourth channel portion 43b may be, for example, gas pipes similar to the first channel portion 41a.

圧力損失部としての圧損要素４４は、第４流路部４３ｂ上に設けられ、通過する空気に圧力損失を生じさせる。圧損要素４４は、ブロワ３により加圧された空気の圧力を圧力損失により減少させる。すなわち、圧損要素４４の下流側の空気の圧力が減少し、流量が減少する。この結果、ブロワ３を通過する空気の流量および燃料電池スタック１に流入する空気の流量が減少する。圧損要素４４は、例えば、配管の流路面積を小さくすればよく、絞り、弁、オリフィスの少なくとも１つである。また、圧損要素４４は、例えば、手動で流路面積を変更する等、外部から圧力損失の高低を調整可能であってもよい。 A pressure loss element 44 as a pressure loss portion is provided on the fourth flow path portion 43b and causes pressure loss in the passing air. The pressure loss element 44 reduces the pressure of the air pressurized by the blower 3 by pressure loss. That is, the pressure of the air on the downstream side of the pressure loss element 44 decreases and the flow rate decreases. As a result, the flow rate of air passing through the blower 3 and the flow rate of air flowing into the fuel cell stack 1 are reduced. The pressure loss element 44, for example, may be at least one of a throttle, a valve, and an orifice, as long as the flow path area of the pipe is reduced. Moreover, the pressure loss element 44 may be able to adjust the level of the pressure loss from the outside, for example, by manually changing the flow path area.

第２調整弁４５は、第３流路部４３ａ上に設けられ、空気の流量が調整可能である。第２調整弁４５は、制御装置６により制御される。第２調整弁４５は、例えば、第１調整弁４２と同様の弁でよい。 The second adjustment valve 45 is provided on the third flow path portion 43a and can adjust the flow rate of air. The second regulating valve 45 is controlled by the controller 6 . The second regulating valve 45 may be, for example, a valve similar to the first regulating valve 42 .

ブロワ３は、例えば、最大流量１００Ｌ／ｍｉｎの空気を供給するように、１００％の出力で空気を供給する。尚、実際にブロワ３を通過する空気の流量は、配管の圧力損失（配管抵抗）によって変化する。第２調整弁４５が開いている場合、圧力損失の低い第３流路部４３ａでは、圧損要素４４が設けられる第４流路部４３ｂよりも流量が大きくなる。第３流路部４３ａおよび第４流路部４３ｂにおける流量の和が、燃料電池スタック１に供給される空気の流量になる。従って、例えば、ブロワ３は１００Ｌ／ｍｉｎの空気を供給し、燃料電池スタック１には１００Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。一方、第２調整弁４５が閉じている場合、空気は圧損要素４４を有する第４流路部４３ｂのみを通過する。従って、例えば、ブロワ３は３０Ｌ／ｍｉｎの空気を供給し、燃料電池スタック１には３０Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。従って、第２調整弁４５の開閉によって、ブロワ３から燃料電池スタック１までの圧力損失（配管抵抗）が変化し、ブロワ３から供給される空気の流量が変化する。 The blower 3 supplies air at 100% output so as to supply air at a maximum flow rate of 100 L/min, for example. Incidentally, the flow rate of the air actually passing through the blower 3 varies depending on the pressure loss (pipe resistance) of the pipe. When the second regulating valve 45 is open, the third channel portion 43a with low pressure loss has a higher flow rate than the fourth channel portion 43b in which the pressure loss element 44 is provided. The sum of the flow rates in the third channel portion 43a and the fourth channel portion 43b is the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1. FIG. Therefore, for example, the blower 3 supplies 100 L/min of air, and the fuel cell stack 1 is supplied with 100 L/min of air. On the other hand, when the second regulating valve 45 is closed, air passes only through the fourth flow path portion 43b having the pressure loss element 44. As shown in FIG. Therefore, for example, the blower 3 supplies 30 L/min of air, and the fuel cell stack 1 is supplied with 30 L/min of air. Therefore, the opening and closing of the second control valve 45 changes the pressure loss (pipe resistance) from the blower 3 to the fuel cell stack 1 and changes the flow rate of the air supplied from the blower 3 .

制御部６ｂは、要求発電量に基づいて、第２調整弁４５（の開閉）を制御する。 The controller 6b controls (opens and closes) the second adjustment valve 45 based on the required power generation amount.

系統連系運転時において、制御部６ｂは、第２調整弁４５を開き、ブロワ３の流量を制御する。一方、自立運転時では、制御部６ｂは、上記のように、ブロワ３の出力（流量）を略一定にして、電流値に基づいて第２調整弁４５の開閉で流量を制御する。 During grid-connected operation, the control unit 6 b opens the second adjustment valve 45 to control the flow rate of the blower 3 . On the other hand, during self-sustained operation, the control unit 6b keeps the output (flow rate) of the blower 3 substantially constant as described above, and controls the flow rate by opening and closing the second adjustment valve 45 based on the current value.

第２実施形態による燃料電池システム１００のその他の構成は、第１実施形態による燃料電池システム１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the fuel cell system 100 according to the second embodiment are the same as corresponding configurations of the fuel cell system 100 according to the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

例えば、電流値が所定の閾値以上である場合、制御部６ｂは、第２調整弁４５を開ける。この場合、燃料電池スタック１に１００Ｌ／ｍｉｎ（第１流量）の空気が供給される。電流値が所定の閾値よりも低い場合、制御部６ｂは、第２調整弁４５を閉じる。この場合、燃料電池スタック１に３０Ｌ／ｍｉｎ（第２流量）の空気が供給される。 For example, when the current value is equal to or greater than a predetermined threshold value, the control section 6b opens the second adjustment valve 45 . In this case, 100 L/min (first flow rate) of air is supplied to the fuel cell stack 1 . When the current value is lower than the predetermined threshold value, the control section 6b closes the second regulating valve 45 . In this case, 30 L/min (second flow rate) of air is supplied to the fuel cell stack 1 .

第２実施形態による燃料電池システム１００は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 The fuel cell system 100 according to the second embodiment can obtain effects similar to those of the first embodiment.

（変形例２）
図５は、変形例２による燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。第２実施形態の変形例２は、第３調整弁４６が設けられる点で、第２実施形態と異なる。 (Modification 2)
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system 100 according to Modification 2. As shown in FIG. Modification 2 of the second embodiment differs from the second embodiment in that a third regulating valve 46 is provided.

流量調整部４は、第３調整弁４６をさらに備える。第３調整弁４６は、第４流路部４３ｂ上に設けられ、空気の流量が調整可能である。第３調整弁４６は、制御装置６により制御される。第３調整弁４６は、例えば、第１調整弁４２と同様の弁でよい。 The flow rate adjusting section 4 further includes a third adjusting valve 46 . The third adjusting valve 46 is provided on the fourth flow path portion 43b and can adjust the flow rate of air. The third regulating valve 46 is controlled by the controller 6 . The third regulating valve 46 may be, for example, a valve similar to the first regulating valve 42 .

制御部６ｂは、要求発電量に基づいて、第２調整弁４５および第３調整弁４６（の開閉）を制御する。 The control unit 6b controls (opens and closes) the second control valve 45 and the third control valve 46 based on the required power generation amount.

変形例２による燃料電池システム１００のその他の構成は、第２実施形態による燃料電池システム１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the fuel cell system 100 according to Modification 2 are the same as corresponding configurations of the fuel cell system 100 according to the second embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.

変形例２では、制御部６ｂは、第２調整弁４５が開いている場合に、さらに第３調整弁４６の開閉を制御することができる。すなわち、制御部６ｂは、空気が第３流路部４３ａのみを通過させるようにすることができる。従って、変形例１において説明したように、３段階と段階的に流量を調整することができる。尚、第２調整弁４５が閉じている場合、制御部６ｂは、空気の供給が止まらないように第３調整弁４６を開く。 In Modified Example 2, the controller 6b can further control the opening and closing of the third adjusting valve 46 when the second adjusting valve 45 is open. In other words, the controller 6b can allow air to pass only through the third channel portion 43a. Therefore, as described in Modification 1, the flow rate can be adjusted in three stages. When the second adjusting valve 45 is closed, the controller 6b opens the third adjusting valve 46 so as not to stop the supply of air.

尚、系統連系運転時では、第３調整弁４６の開閉は、いずれでもよい。 It should be noted that the third control valve 46 may be opened or closed during grid-connected operation.

変形例２による燃料電池システム１００は、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例２では、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を、さらに段階的に調整することができる。 The fuel cell system 100 according to Modification 2 can obtain the same effects as those of the second embodiment. Moreover, in Modification 2, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 can be further adjusted stepwise.

（変形例３）
図６は、変形例２による燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。第２実施形態の変形例３は、第４流路部４３ｂが複数設けられる点で、第２実施形態と異なる。 (Modification 3)
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system 100 according to Modification 2. As shown in FIG. Modification 3 of the second embodiment differs from the second embodiment in that a plurality of fourth flow path portions 43b are provided.

流量調整部４は、複数の分岐部４３と、複数の第４流路部４３ｂと、複数の圧損要素４４と、１つまたは複数の第３調整弁４６と、を有する。複数の圧損要素４４は、それぞれの第４流路部４３ｂ上に設けられる。第３調整弁４６は、変形例２による第３調整弁４６と同様である。図６に示す例では、第４流路部４３ｂからさらに分岐するように、分岐部４３および第４流路部４３ｂが設けられる。尚、１つの分岐部４３から複数の第４流路部４３ｂが設けられてもよい。また、圧損要素４４ごとの圧力損失の高さは、異なっていてもよい。 The flow rate adjusting section 4 has multiple branching sections 43 , multiple fourth flow path sections 43 b , multiple pressure loss elements 44 , and one or multiple third adjusting valves 46 . A plurality of pressure loss elements 44 are provided on the respective fourth channel portions 43b. The third regulating valve 46 is the same as the third regulating valve 46 according to the second modification. In the example shown in FIG. 6, a branching portion 43 and a fourth channel portion 43b are provided so as to branch further from the fourth channel portion 43b. A plurality of fourth flow path portions 43 b may be provided from one branch portion 43 . Moreover, the height of the pressure loss for each pressure loss element 44 may be different.

１つまたは複数の第３調整弁４６は、それぞれの第４流路部４３ｂ上に設けられ、空気の流量が調整可能である。図６に示す例では、第４流路部４３ｂと同数である２つの第３調整弁４６が設けられている。しかし、第３調整弁４６は、１つであってもよい。 One or a plurality of third adjustment valves 46 are provided on each fourth flow passage portion 43b to adjust the air flow rate. In the example shown in FIG. 6, two third control valves 46 are provided, which is the same number as the fourth flow path portion 43b. However, the number of the third adjusting valves 46 may be one.

図６に示す例では、２つの第４流路部４３ｂおよび２つの第２調整弁４５が設けられている。ブロワ３は、例えば、１００％の出力で空気を供給する。例えば、第２調整弁４５および２つの第３調整弁４６が開いている場合、燃料電池スタック１に１００Ｌ／ｍｉｎの空気が供給される。いずれかの弁が閉じると、燃料電池スタック１に供給される空気の流量は減少する。尚、配管の圧力損失が高いほど、通過する空気の流量が小さいため、弁が閉じる際における全体の流量の減少は小さくなる。 In the example shown in FIG. 6, two fourth flow path portions 43b and two second regulating valves 45 are provided. Blower 3 supplies air at 100% power, for example. For example, when the second regulating valve 45 and the two third regulating valves 46 are open, 100 L/min of air is supplied to the fuel cell stack 1 . When any valve closes, the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1 decreases. It should be noted that the higher the pressure loss in the piping, the smaller the flow rate of the passing air, so the decrease in the overall flow rate when the valve closes becomes smaller.

制御部６ｂは、要求発電量に基づいて、第２調整弁４５、および、１つまたは複数の第３調整弁４６（の開閉）を制御する。 The controller 6b controls (opens/closes) the second control valve 45 and one or more third control valves 46 based on the required power generation amount.

変形例３では、弁の開いている数によって、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を調整することができる。従って、変形例１において説明したように、段階的に流量を調整することができる。尚、さらに複数の第４流路部４３ｂおよび第３調整弁４６が設けられる場合も同様である。 In Modification 3, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 can be adjusted according to the number of valves that are open. Therefore, as described in Modification 1, the flow rate can be adjusted stepwise. The same applies to the case where a plurality of fourth flow path portions 43b and third regulating valves 46 are further provided.

変形例３による燃料電池システム１００のその他の構成は、第２実施形態による燃料電池システム１００の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the fuel cell system 100 according to Modification 3 are the same as corresponding configurations of the fuel cell system 100 according to the second embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.

制御部６ｂは、変形例１において説明したように、複数の所定の閾値により、第２調整弁４５および第３調整弁４６を制御すればよい。 The control unit 6b may control the second adjustment valve 45 and the third adjustment valve 46 using a plurality of predetermined threshold values, as described in the first modification.

変形例３による燃料電池システム１００は、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例３では、燃料電池スタック１に供給される空気の流量を、さらに段階的に調整することができる。 The fuel cell system 100 according to Modification 3 can obtain the same effects as those of the second embodiment. Moreover, in Modification 3, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 can be further adjusted stepwise.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

１００ 燃料電池システム、１ 燃料電池スタック、３ ブロワ、４ 流量調整部、４１ａ 第１流路部、４１ｂ 第２流路部、４２ 第１調整弁、４３ａ 第３流路部、４３ｂ 第４流路部、４４ 圧損要素、４５ 第２調整弁、４６ 第３調整弁、５ 電流計、６ｂ 制御部 REFERENCE SIGNS LIST 100 fuel cell system 1 fuel cell stack 3 blower 4 flow regulating section 41a first flow path section 41b second flow path section 42 first control valve 43a third flow path section 43b fourth flow path Part 44 Pressure Loss Element 45 Second Control Valve 46 Third Control Valve 5 Ammeter 6b Control Part

Claims (12)

水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに酸素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記燃料電池スタックと前記ガス供給部との間に設けられ、前記燃料電池スタックに供給される前記酸素含有ガスの流量を調整する流量調整部と、
所定の流量の前記酸素含有ガスを供給するように前記ガス供給部を制御するとともに、前記燃料電池スタックに要求される要求発電量に基づいて、前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記流量調整部は、前記ガス供給部よりも高速で前記酸素含有ガスの流量を調整可能である、燃料電池システム。 a fuel cell stack that uses hydrogen and oxygen to generate electricity;
a gas supply unit that supplies an oxygen-containing gas to the fuel cell stack;
a flow rate adjusting unit provided between the fuel cell stack and the gas supply unit for adjusting the flow rate of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell stack;
a control unit that controls the gas supply unit to supply the oxygen-containing gas at a predetermined flow rate and that controls the flow rate adjustment unit based on a required power generation amount required for the fuel cell stack;
with
The fuel cell system , wherein the flow rate adjustment section can adjust the flow rate of the oxygen-containing gas at a higher speed than the gas supply section . 前記燃料電池スタックから出力される出力発電量を検出する発電量検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記出力発電量に基づいて、前記流量調整部を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。 further comprising a power generation amount detection unit that detects an output power generation amount output from the fuel cell stack,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein said control unit controls said flow rate adjustment unit based on said output power generation amount. 前記出力発電量は、前記燃料電池スタックから出力される電流の値である、請求項２に記載の燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein said output power generation amount is a value of current output from said fuel cell stack. 前記制御部は、
前記出力発電量が所定の閾値以上である場合、第１流量の前記酸素含有ガスを前記燃料電池スタックに供給するように前記流量調整部を制御し、
前記出力発電量が前記所定の閾値よりも低い場合、前記第１流量よりも少ない第２流量の前記酸素含有ガスを前記燃料電池スタックに供給するように前記流量調整部を制御する、請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。 The control unit
controlling the flow rate adjustment unit to supply a first flow rate of the oxygen-containing gas to the fuel cell stack when the output power generation amount is equal to or greater than a predetermined threshold;
3. Controlling the flow rate adjusting unit to supply the oxygen-containing gas at a second flow rate smaller than the first flow rate to the fuel cell stack when the output power generation amount is lower than the predetermined threshold value. Or the fuel cell system according to claim 3. 前記流量調整部は、
前記ガス供給部から供給される前記酸素含有ガスを前記燃料電池スタックに流す第１流路部と、
前記第１流路部から分岐して、前記酸素含有ガスの一部を前記燃料電池スタック以外に流す第２流路部と、
前記第２流路部上に設けられ、前記酸素含有ガスの流量が調整可能な第１調整弁と、
を有し、
前記制御部は、前記要求発電量に基づいて、前記第１調整弁を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The flow rate adjustment unit is
a first channel portion for flowing the oxygen-containing gas supplied from the gas supply portion to the fuel cell stack;
a second flow path part that branches from the first flow path part and allows a part of the oxygen-containing gas to flow outside the fuel cell stack;
a first regulating valve provided on the second channel portion and capable of adjusting the flow rate of the oxygen-containing gas;
has
5. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein said control unit controls said first regulating valve based on said required power generation amount. 前記流量調整部は、
複数の前記第２流路部と、
それぞれの前記第２流路部上に設けられる複数の前記第１調整弁と、
を有し、
前記制御部は、前記要求発電量に基づいて、複数の前記第１調整弁を制御する、請求項５に記載の燃料電池システム。 The flow rate adjustment unit is
a plurality of second flow path sections;
a plurality of the first regulating valves provided on each of the second flow paths;
has
6. The fuel cell system according to claim 5 , wherein said controller controls said plurality of first regulating valves based on said required power generation amount. 前記流量調整部は、
前記ガス供給部から供給される前記酸素含有ガスを、前記燃料電池スタックに分岐して流す第３流路部および第４流路部と、
前記第４流路部上に設けられ、通過する前記酸素含有ガスに圧力損失を生じさせる圧力損失部と、
前記第３流路部上に設けられ、前記酸素含有ガスの流量が調整可能な第２調整弁と、
を有し、
前記制御部は、前記要求発電量に基づいて、前記第２調整弁を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The flow rate adjustment unit is
a third channel portion and a fourth channel portion that branch and flow the oxygen-containing gas supplied from the gas supply portion to the fuel cell stack;
a pressure loss section provided on the fourth flow path section and causing pressure loss in the passing oxygen-containing gas;
a second regulating valve provided on the third channel portion and capable of adjusting the flow rate of the oxygen-containing gas;
has
5. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein said control unit controls said second control valve based on said required power generation amount. 前記流量調整部は、前記第４流路部上に設けられ、前記酸素含有ガスの流量が調整可能な第３調整弁をさらに備え、
前記制御部は、前記要求発電量に基づいて、前記第２調整弁および前記第３調整弁を制御する、請求項７に記載の燃料電池システム。 The flow rate adjustment unit further includes a third adjustment valve provided on the fourth flow path portion and capable of adjusting the flow rate of the oxygen-containing gas,
8. The fuel cell system according to claim 7 , wherein said controller controls said second regulating valve and said third regulating valve based on said required power generation amount. 前記流量調整部は、
複数の前記第４流路部と、
それぞれの前記第４流路部上に設けられる複数の圧力損失部と、
それぞれの前記第４流路部上に設けられ、前記酸素含有ガスの流量が調整可能な１つまたは複数の第３調整弁と、
を有し、
前記制御部は、前記要求発電量に基づいて、前記第２調整弁、および、１つまたは複数の前記第３調整弁を制御する、請求項７に記載の燃料電池システム。 The flow rate adjustment unit is
a plurality of the fourth flow path sections;
a plurality of pressure loss portions provided on each of the fourth channel portions;
one or more third control valves provided on each of the fourth flow passages and capable of adjusting the flow rate of the oxygen-containing gas;
has
8. The fuel cell system according to claim 7 , wherein said controller controls said second control valve and one or more of said third control valves based on said required power generation amount. 前記所定の流量は、前記燃料電池スタックの発電量が最大になる前記酸素含有ガスの流量である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 10. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9 , wherein the predetermined flow rate is the flow rate of the oxygen-containing gas that maximizes the power generation amount of the fuel cell stack . 前記制御部は、略一定の流量の前記酸素含有ガスを供給するように前記ガス供給部を制御する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10 , wherein the control section controls the gas supply section to supply the oxygen-containing gas at a substantially constant flow rate. 水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに酸素含有ガスを供給するガス供給部と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
所定の流量の前記酸素含有ガスを供給するように前記ガス供給部を制御部により制御し、
前記燃料電池スタックと前記ガス供給部との間に設けられ、前記燃料電池スタックに供給される前記酸素含有ガスの流量を調整する流量調整部を、前記燃料電池スタックに要求される要求発電量に基づいて、前記制御部により制御する、
ことを具備し、
前記流量調整部は、前記ガス供給部よりも高速で前記酸素含有ガスの流量を調整可能である、燃料電池システムの制御方法。 a fuel cell stack that uses hydrogen and oxygen to generate electricity;
a gas supply unit that supplies an oxygen-containing gas to the fuel cell stack;
A control method for a fuel cell system comprising
Controlling the gas supply unit by a control unit so as to supply the oxygen-containing gas at a predetermined flow rate;
A flow rate adjusting section provided between the fuel cell stack and the gas supply section for adjusting the flow rate of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell stack is adjusted to meet the required power generation amount required for the fuel cell stack. Based on, controlled by the control unit,
Equipped with
The method of controlling a fuel cell system , wherein the flow rate adjustment section can adjust the flow rate of the oxygen-containing gas at a higher speed than the gas supply section .
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