JP7477037B1 - 燃料電池発電システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー性を確保すること。【解決手段】２以上の整数であるＮ台の燃料電池と、出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させる出力制御装置と、ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる冷却システムと、を備える燃料電池発電システム。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池発電システム及び制御方法に関する。

複数の燃料電池スタックの冷却を図るため、冷媒を循環還流させる冷却システムを有する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１３６２０５号公報

燃料電池の出力電力が変動すると、燃料電池を冷却する能力が不足することがある。しかしながら、燃料電池を冷却する能力に常に余裕を持たせると、省エネルギー性が低下するおそれがある。特に、冷却対象の燃料電池の台数が複数ある場合、燃料電池の台数が増えるほど、省エネルギー性の低下が顕著となるおそれがある。

本開示は、省エネルギー性を確保可能な燃料電池発電システム及び制御方法を提供する。

第１態様の燃料電池発電システムは、
２以上の整数であるＮ台の燃料電池と、
出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させる出力制御装置と、
ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる冷却システムと、を備える。

第２態様は、第１態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第１時間帯の前から増大させる。

第３態様は、第１又は第２態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第１時間帯の後まで増大させる。

第４態様は、第１から第３のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記第２時間帯は、前記Ｎ台の燃料電池の全てが前記出力変動運転を実施しない時間帯である。

第５態様は、第１から第４のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力を一括に増大させる。

第６態様は、第１から第５のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池のいずれか一台以上が前記出力変動運転を実施する時間帯に前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力を、前記Ｎ台の燃料電池の全てが前記出力変動運転を実施しない時間帯での能力よりも増大させる。

第７態様は、第１から第５のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力を個別に増大させる。

第８態様は、第１から第７のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記出力制御装置からの入力情報に基づいて、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる。

第９態様は、第８態様の燃料電池発電システムであって、
前記入力情報は、前記出力変動運転に関する運転情報を含む。

第１０態様は、第８又は第９態様の燃料電池発電システムであって、
前記入力情報は、前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力の調整に関する指示情報を含む。

第１１態様は、第１から第１０のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整する。

第１２態様は、第１１態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させる。

第１３態様は、第１２態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記熱媒を前記Ｎ台の燃料電池に送る共通のポンプを含み、前記第１時間帯での前記ポンプの回転数を前記第２時間帯での前記ポンプの回転数よりも高くする。

第１４態様は、第１２態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々に対して設けられ、対応する燃料電池に前記熱媒を送る複数のポンプを含み、前記複数のポンプの回転数を個別に高くする。

第１５態様は、第１２態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池に供給する前記熱媒の流量を調節する共通の調節弁を含み、前記第１時間帯での前記調節弁の開度を前記第２時間帯での前記調節弁の開度よりも大きくする。

第１６態様は、第１２態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々に対して設けられ、対応する燃料電池に供給する前記熱媒の流量を調節する複数の調節弁を含み、前記複数の調節弁の開度を個別に大きくする。

第１７態様は、第１１から第１６のいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の温度を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の温度よりも低下させる。

第１８態様は、第１７態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記熱媒を冷却する空気を供給するファンを含み、前記第１時間帯での前記ファンの回転数を前記第２時間帯での前記ファンの回転数よりも高くする。

第１９態様は、第１から第１８までのいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記第ｋ燃料電池は、セルスタックと、前記セルスタックの発電動作を補助する補機と、を含み、
前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記セルスタックを冷却する能力を、前記第２時間帯に前記セルスタックを冷却する能力よりも増大させる。

第２０態様は、第１９態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記補機を冷却する能力を、前記第２時間帯に前記補機を冷却する能力よりも増大させない。

第２１態様は、第１から第２０までのいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池との間で循環する熱媒によって前記第ｋ燃料電池を冷却し、前記第ｋ燃料電池から出力される前記熱媒の温度を所定温度以上に維持する。

第２２態様は、第１から第２１までのいずれか一の態様の燃料電池発電システムであって、
前記出力変動運転は、前記第ｋ燃料電池のリフレッシュ運転を含む。

第２３態様は、第２２態様の燃料電池発電システムであって、
前記第ｋ燃料電池が前記リフレッシュ運転を実施する前記第１時間帯は、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第ｋ燃料電池の最大出力の０％以上２０％以下のいずれかである低負荷期間を含み、
前記冷却システムは、前記低負荷期間に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる。

第２４態様は、第２２又は第２３態様の燃料電池発電システムであって、
前記第ｋ燃料電池が前記リフレッシュ運転を実施する前記第１時間帯は、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第ｋ燃料電池の最大出力の０％以上２０％以下のいずれかである低負荷期間と、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第ｋ燃料電池の最大出力の８０％以上１００％以下のいずれかである高負荷期間と、を含み、
前記冷却システムは、前記低負荷期間に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記高負荷期間に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも減少させる。

第２５態様の制御方法は、
２以上の整数であるＮ台の燃料電池の発電及び冷却を制御する方法であって、
出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させ、
ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる。

本開示によれば、省エネルギー性を確保できる。

第１実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示すブロック図である。 第１及び第２実施形態に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートである。 第２実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示すブロック図である。 第３実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示すブロック図である。 第３実施形態に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートである。 第４実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示すブロック図である。 第４及び第５実施形態に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートである。 第５実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる冷却システムに関する変形例を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる冷却システムに関する変形例を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。

以下、複数の実施形態について説明する。

各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。理解の容易化のため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示す図である。図１に示す燃料電池発電システム１は、Ｎ台（この例では、４台）の燃料電池によって発電された電力Ｐｃを、不図示の給電対象に供給するシステムである。Ｎは、２以上の整数である。

燃料電池発電システム１は、４台の燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ、出力制御装置２０及び冷却システム１０１を備える。燃料電池発電システム１は、蓄電池４０又は電力変換装置５０を備えてもよい。

燃料電池発電システム１の各構成要素は、パッケージ２００によりパッケージ化されてもよい。パッケージ化される範囲は、図示の範囲に限られず、仕様等に応じて適宜変更されてもよい。

複数台の燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ（以下、「燃料電池１０ａ等」ともいう）は、それぞれ、水素などの燃料と酸素などの酸化剤との化学反応により電気と熱を発生させる装置である。燃料電池１０ａ等は、それぞれ、一又は複数の燃料電池セルを有する。燃料電池１０ａ等は、それぞれ、一又は複数の燃料電池セルによる発電により得られる電力を出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４として出力する。燃料電池１０ａ等は、共通の出力線５１に給電可能に並列に接続されている。並列に接続される複数の燃料電池の台数は、４台に限られず、２台、３台または５台以上でもよい。燃料電池１０ａ等は、互いに同じ構成を有してもよい。

燃料電池１０ａ等は、例えば、供給される水素と空気に含まれる酸素とを化学反応させることにより電気を発生させる。燃料電池１０ａ等は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）でよいが、これに限られず、リン酸型などの他の形式の燃料電池でもよい。

燃料電池１０ａ等の各々は、例えば、多数の単セルを積層したスタック構造を有する。単セルは、膜－電極アッセンブリ（ＭＥＡ）と、このＭＥＡを両側から挟み込む一対のセパレータとを有する燃料電池セルである。ＭＥＡは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜と、高分子電解質膜の両側面に設けられた一対の電極と、を有する。一対の電極のそれぞれは、多孔質材料により形成される。一対の電極のそれぞれは、例えば、白金系の金属触媒（電極触媒）を担持するカーボン粉末を主成分とする触媒層と、通気性及び電子導電性を併せ持つガス拡散層と、を有する。

燃料電池１０ａ等は、それぞれ、一又は複数の燃料電池セルにより発生した電力を昇圧する昇圧コンバータを有してもよい。燃料電池１０ａ等の各々は、例えば、一又は複数の燃料電池セルにより発生した電力が当該昇圧コンバータにより昇圧された電力を出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４として出力する。

出力制御装置２０は、燃料電池１０ａ等の発電を制御するコントローラである。出力制御装置２０の例として、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラなどが挙げられる。

出力制御装置２０は、燃料電池１０ａ等の各動作データを取得してもよい。例えば、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａ等から出力される各電圧の検出値を電圧センサにより取得し、燃料電池１０ａ等から出力される各電流の検出値を電流センサにより取得する。出力制御装置２０は、各電圧の検出値と各電流の検出値を用いて、燃料電池１０ａ等の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を測定する。

出力制御装置２０は、時間を計測するためのタイマーを備えてもよい。出力制御装置２０は、例えば、タイマーを用いて、所定の時間が経過したかどうかを判定する。出力制御装置２０は、タイマーからの割り込みにより時間を計測してもよいし、タイマーのカウント値を逐次参照して、時間が経過したかどうかを判定してもよい。

出力制御装置２０の機能（出力制御装置２０が行う処理）は、例えば、メモリに記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが動作することにより実現される。出力制御装置２０の機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によって実現されてもよい。

出力制御装置２０は、燃料電池１０ａ等の各々の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の指令値（出力設定値）を決定してもよい。出力制御装置２０は、例えば、燃料電池１０ａ等の各々の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が、対応する出力設定値となるように、燃料電池１０ａ等の発電を制御する。出力制御装置２０は、出力線５１に出力すべき電力として燃料電池発電システム１に要求される電力（要求出力電力）に応じて、燃料電池１０ａ等の各々の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の指令値（出力設定値）を決定してもよい。

出力制御装置２０は、要求出力電力に応じた負荷電流が出力線５１に流れるように、出力線５１に介在する電力変換装置５０を制御してもよい。例えば、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａ等の各々の出力電流に応じた空気量及び水素量が燃料電池１０ａ等に供給され、かつ、出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が、対応する出力設定値となるように、燃料電池１０ａ等の発電を制御する。出力制御装置２０は、燃料電池１０ａ等の各々の出力電流の測定値を取得可能である。

電力変換装置５０は、入力される電力Ｐａを、不図示の給電対象に供給される電力Ｐｃに変換する装置である。電力変換装置５０は、例えば、燃料電池１０ａ等の発電により得られた直流電力を交流電力に変換して給電対象に供給するインバータである。インバータの具体例として、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System）、系統連系インバータなどが挙げられる。給電対象がモータの場合、電力変換装置５０は、モータを駆動するインバータでもよい。電力変換装置５０は、燃料電池１０ａ等の発電により得られた直流電力の電圧を、異なる電圧の直流電力に変換して給電対象に供給するコンバータでもよい。

蓄電池４０は、燃料電池１０ａ等の発電により得られた直流電力により充電される。蓄電池４０から放電される電力Ｐｂは、電力変換装置５０を介して給電対象に供給される。蓄電池４０は、給電対象等の外部装置から電力変換装置５０を介して入力される電力により充電されてもよい。

蓄電池４０は、燃料電池１０ａ等に不図示のＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されてもよい。例えば、蓄電池４０の充電又は放電は、出力制御装置２０からの駆動制御信号により動作する当該ＤＣ／ＤＣコンバータにより制御される。

蓄電池４０の例として、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどが挙げられる。

燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と蓄電池４０において入出力される電力Ｐｂとを合わせた電力Ｐａを出力する。燃料電池発電システム１は、蓄電池４０を備えることにより、電力Ｐａ及び電力Ｐｃを安定して出力できる。

出力制御装置２０は、出力線５１から外部へ供給される電力Ｐａ又はＰｃを略一定の所定値に維持する制御を行ってもよい。例えば、出力制御装置２０は、電力Ｐａ又はＰｃが一定の目標値（要求出力電力の一例）に維持されるように、燃料電池１０ａ等の発電を制御する。

冷却システム１０１は、燃料電池１０ａ等を冷却する。この例では、冷却システム１０１は、冷却装置３３と燃料電池１０ａ等との間で循環する熱媒ＲＦによって燃料電池１０ａ等を冷却する。熱媒ＲＦは、燃料電池１０ａ等を冷却するための流体である。熱媒ＲＦは、例えば、水等の冷却液である。

冷却システム１０１は、冷却装置３３から流路３４を通って供給される熱媒ＲＦ（熱媒ＲＦ１）を用いて燃料電池１０ａ等を冷却する。冷却システム１０１は、燃料電池１０ａ等を冷却して温度が上昇した熱媒ＲＦ（熱媒ＲＦ２）を流路３６を通して冷却装置３３に戻す。

冷却システム１０１は、燃料電池１０ａ等を、冷却装置３３から供給される熱媒ＲＦ（熱媒ＲＦ１）によって冷却する。燃料電池１０ａ等は、熱媒ＲＦ（熱媒ＲＦ１）により直接的に冷却されてもよいし、熱交換器において熱媒ＲＦ（熱媒ＲＦ１）と熱交換した別の熱媒によって冷却されることにより、熱媒ＲＦ（熱媒ＲＦ１）により間接的に冷却されてもよい。

冷却システム１０１は、例えば、流路３４，流路３６、冷却装置３３、ポンプ３０、インバータ３１及び冷却制御装置３２を含む。

流路３４及び流路３６は、冷却装置３３と燃料電池１０ａ等とを接続する。流路３４及び流路３６の各々は、１本の配管又は複数の配管を接続して形成されてもよい。例えば、配管は、ステンレス、アルミニウム、銅もしくは鋼等の金属、または樹脂により形成される。

流路３４は、冷却装置３３から燃料電池１０ａ等に供給される熱媒ＲＦである熱媒ＲＦ１が流れる。流路３４は、冷却装置３３に接続される主流路３５と、主流路３５から分岐するＮ本（この例では、４本）の支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄとを含む。冷却装置３３から主流路３５に流出する熱媒ＲＦ１は、複数の支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄのうち対応する支流路を経由して、燃料電池１０ａ等の各々に供給される。

流路３６は、燃料電池１０ａ等から冷却装置３３に回収される熱媒ＲＦである熱媒ＲＦ２が流れる。流路３６は、冷却装置３３に接続される主流路３７と、主流路３７から分岐するＮ本（この例では、４本）の支流路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄとを含む。燃料電池１０ａ等から複数の支流路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄに流出する熱媒ＲＦ２は、主流路３７を経由して、冷却装置３３に供給される。

冷却装置３３は、燃料電池１０ａ等（特に、燃料電池１０ａ等の内部にある燃料電池セル）を冷却するための熱媒ＲＦを燃料電池１０ａ等に供給する。冷却装置３３は、燃料電池１０ａ等を冷却した熱媒ＲＦを燃料電池１０ａ等から回収し、回収した熱媒ＲＦを冷却する。

冷却装置３３は、例えば、冷却塔（クーリングタワー）である。冷却塔は、冷却水等の熱媒ＲＦを空気と接触させて、熱媒ＲＦの気化熱により、熱媒ＲＦを冷却する。冷却装置３３の冷却方式は、これに限られない。例えば、冷却装置３３は、海水、河川水、地下水、池水又は湖水などの冷却水を熱媒ＲＦとして使用してもよいし、熱交換器において当該冷却水と熱交換した熱媒を熱媒ＲＦとして使用してもよい。冷却装置３３は、海、川、地下、池又は湖などの水源から、海水、河川水、地下水、池水又は湖水などの冷却水をくみ上げて熱媒ＲＦとして使用してもよく、燃料電池１０ａ等を冷却して温度が上昇した冷却水を水源に排出してもよい。

冷却装置３３が備える冷却能力（除熱量）は、例えば、燃料電池１０ａ等に必要な総除熱量に、余裕度（例えば、１．２から１．５の定数）を掛けて算出される。燃料電池１０ａ等に必要な総除熱量は、燃料電池１０ａ等の最大出力時における必要な除熱量としてもよい。

ポンプ３０は、流路３４の主流路３５に設けられ、熱媒ＲＦをＮ台の燃料電池１０ａ等に送る共通のポンプである。ポンプ３０は、燃料電池１０ａ等と冷却装置３３との間で熱媒ＲＦを循環させる。ポンプ３０は、冷却装置３３において冷却されて排出された熱媒ＲＦ１を燃料電池１０ａ等に送る。

インバータ３１は、冷却制御装置３２からの制御信号に従って、ポンプ３０の回転数を制御するための装置である。例えば、インバータ３１は、冷却制御装置３２からの制御信号に従ってポンプ３０内のモータを駆動することで、ポンプ３０の回転数を制御する駆動電源である。インバータ３１の例として、ポンプ３０内のモータに印加する交流の駆動信号の電圧と周波数を変化させるＶＶＶＦインバータが挙げられる。

冷却制御装置３２は、燃料電池１０ａ等を冷却する能力を制御するコントローラである。冷却制御装置３２の例として、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラなどが挙げられる。

冷却制御装置３２の機能（冷却制御装置３２が行う処理）は、例えば、メモリに記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが動作することにより実現される。冷却制御装置３２の機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によって実現されてもよい。

冷却制御装置３２は、出力制御装置２０と一体化されたコントローラでもよいし、出力制御装置２０とは別体のコントローラでもよい。

次に、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１の発電及び冷却を制御する方法の一例について、詳細に説明する。

出力制御装置２０は、Ｎ台（この例では、４台）の燃料電池１０ａ等の発電を制御する。出力制御装置２０は、出力電力を変動させる所定の出力変動運転（以下、「出力変動運転Ｄ」ともいう）をＮ台の燃料電池１０ａ等に実施させる。例えば、出力制御装置２０は、出力電力Ｐ１を変動させる出力変動運転Ｄを燃料電池１０ａに実施させる。同様に、出力制御装置２０は、出力電力Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のうち対応する出力電力を変動させる出力変動運転Ｄを燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに実施させる。

冷却制御装置３２は、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の冷却を制御する。冷却制御装置３２は、Ｎ台の燃料電池１０ａ等について、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯に第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施しない第２時間帯に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる。ｋは、１以上Ｎ以下の整数とする。冷却制御装置３２は、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の全てについて、第ｋ燃料電池を冷却する能力をこのように増大させる能力可変制御を実行する。

以下の説明では、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯を「第１時間帯Ｚ１」と称し、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施しない第２時間帯を「第２時間帯Ｚ２」と称する。

能力可変制御により、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施しない第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも高くなる。このため、第ｋ燃料電池の出力電力が第１時間帯Ｚ１に出力変動運転Ｄにより変動（特には、急増）しても、第ｋ燃料電池を冷却する能力が第１時間帯Ｚ１に不足する可能性が低減し、第ｋ燃料電池を冷却する能力は確保される。第ｋ燃料電池を冷却する能力が確保されることで、例えば、第ｋ燃料電池内の過大な温度上昇が抑制され、第ｋ燃料電池内の温度が所定の制約温度を超えることが抑制される。

一方、能力可変制御により、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施しない第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも低くなる。このため、第ｋ運転燃料電池を冷却する能力に第１時間帯Ｚ１及び第２時間帯Ｚ２に亘って常に余裕を持たせる場合に比べて、燃料電池発電システム１の省エネルギー性が向上する。

このように、能力可変制御によれば、Ｎ台の燃料電池１０ａ等を冷却する能力と燃料電池発電システム１の省エネルギー性との両方を確保できる。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも増加させる。これにより、能力可変制御が実現される。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１でのポンプ３０の回転数を第２時間帯Ｚ２でのポンプ３０の回転数よりも高くすることで、能力可変制御を実現する。

第１実施形態に係る能力可変制御により、第１時間帯Ｚ１でのポンプ３０の回転数は、第２時間帯Ｚ２でのポンプ３０の回転数よりも高くなる。これにより、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量は、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも増加する。このため、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも高くなる。よって、第ｋ燃料電池の出力電力が第１時間帯Ｚ１に出力変動運転Ｄにより変動（特には、急増）しても、第ｋ燃料電池を冷却する能力は確保される。一方、第２時間帯Ｚ２でのポンプ３０の回転数は、第１時間帯Ｚ１でのポンプ３０の回転数よりも低くなるので、ポンプ３０の回転数が第１時間帯Ｚ１及び第２時間帯Ｚ２に亘って常に高く設定される場合に比べて、ポンプ３０の省エネルギー性が向上する。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、主流路３５に流れる熱媒ＲＦの流量を調整可能なポンプ３０の回転数を高くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させる。一方、冷却制御装置３２は、主流路３５に流れる熱媒ＲＦの流量を調整可能なポンプ３０の回転数を低くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に低下させる。Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力がＮ台の燃料電池１０ａ等に共通のポンプ３０により一括に調整されることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を調整する構成を簡素化できる。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、出力制御装置２０からの入力情報Ａに基づいて、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させてもよい。冷却制御装置３２は、出力制御装置２０からの入力情報Ａを取得することで、出力制御装置２０が出力変動運転Ｄを燃料電池１０ａ等に実施させる時間帯を正確に特定できる。したがって、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１を含む正確な時間帯に能力可変制御を実行できる。

入力情報Ａは、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々の出力変動運転Ｄに関する運転情報を含んでもよい。運転情報は、例えば、出力制御装置２０が出力変動運転Ｄを実施させているか否かを冷却制御装置３２が判断するための情報である。運転情報の具体例として、出力変動運転Ｄを実施する時間帯の長さ、開始時刻もしくは終了時刻などの時間情報、または出力変動運転Ｄが実施中か否かを表すフラグ情報などが挙げられる。

入力情報Ａは、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力の調整に関する指示情報を含んでもよい。指示情報は、例えば、冷却制御装置３２が能力可変制御を実行するか否かを判断するための情報である。指示情報の具体例として、出力制御装置２０から冷却制御装置３２に対して能力可変制御の実行を指令する信号などが挙げられる。

図２は、第１実施形態（及び後述の第２実施形態）に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートである。出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの出力電力を表す。流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、それぞれ、燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに供給される熱媒ＲＦ（支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに流れる熱媒ＲＦ）の流量を表す。

出力制御装置２０は、時間帯ｔ２－ｔ７において、燃料電池１０ａ、燃料電池１０ｂ、燃料電池１０ｃおよび燃料電池１０ｄの順に出力変動運転Ｄを実施させる。各燃料電池において出力変動運転Ｄが実施されると、出力変動運転Ｄの実施中の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、一時的に大きく変動する。一方、燃料電池発電システム１は、電力Ｐａ又は電力Ｐｃを一定値に維持することが求められる場合がある。

そこで、出力制御装置２０は、図２に示すように、燃料電池１０ａ、燃料電池１０ｂ、燃料電池１０ｃおよび燃料電池１０ｄの順に、出力変動運転Ｄを実施する燃料電池を切り替える。これにより、電力Ｐａ又は電力Ｐｃが一定値に維持される。出力制御装置２０は、出力変動運転Ｄを実施している燃料電池が発電する電力分を、出力変動運転Ｄを実施していない他の燃料電池に振り分けることより、燃料電池発電システム１は、電力Ｐａ又は電力Ｐｃを一定の状態に維持できる。

時間帯ｔ２－ｔ７は、Ｎ台の燃料電池１０ａ等のいずれか一台以上が出力変動運転Ｄを実施する時間帯に相当する。時刻ｔ１以前の時間帯Ｚ２１または時刻ｔ８以後の時間帯Ｚ２２は、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の全てが出力変動運転Ｄを実施しない時間帯に相当する。時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２は、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施しない第２時間帯Ｚ２の一例である。時刻ｔ２から時刻ｔ７までの時間帯又は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの特定の時間帯Ｚ１ａは、燃料電池１０ａが出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の一例である。時刻ｔ２から時刻ｔ７までの時間帯又は時刻ｔ３から時刻ｔ４までの特定の時間帯Ｚ１ｂは、燃料電池１０ｂが出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の一例である。時刻ｔ２から時刻ｔ７までの時間帯又は時刻ｔ４から時刻ｔ５までの特定の時間帯Ｚ１ｃは、燃料電池１０ｃが出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の一例である。時刻ｔ２から時刻ｔ７までの時間帯又は時刻ｔ５から時刻ｔ７までの特定の時間帯Ｚ１ｄは、燃料電池１０ａが出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の一例である。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、時間帯ｔ２－ｔ７にＮ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２での能力よりも増大させる。具体的には、冷却制御装置３２は、時間帯Ｚ１ａを含む時間帯ｔ２－ｔ７に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの流量ｑｕを、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの流量ｑｄよりも増加させる。これにより、能力可変制御が実現される。他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄについても同様に能力可変制御が実現される。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の前から増大させてもよい。これにより、第１時間帯Ｚ１の開始時点において第ｋ燃料電池を冷却する能力をできるだけ増大させることができる。このため、第１時間帯Ｚ１の開始時点での第ｋ燃料電池を冷却する能力が、冷却システム１０１の動作遅延により不足する可能性を低減できる。

図２に示す例では、冷却制御装置３２は、燃料電池１０ａを冷却する能力を、時間帯Ｚ１ａを含む時間帯ｔ２－ｔ７の前の時刻ｔ１から増大させる。冷却制御装置３２は、他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの各々を冷却する能力も、同様に増大させる。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、例えば、１分から１０分までのいずれか、好ましくは、２分である。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の後まで増大させてもよい。これにより、第１時間帯Ｚ１の終了時点において第ｋ燃料電池を冷却する能力をできるだけ増大させることができる。このため、第ｋ燃料電池を冷却する能力が第１時間帯Ｚ１の途中で不足する可能性を低減できる。時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間は、例えば、１分から１０分までのいずれか、好ましくは、２分である。

出力変動運転Ｄは、出力電力が所定の変動パターンで変動する運転でもよく、例えば、第ｋ燃料電池の特性を改善させるリフレッシュ運転を含んでもよい。

例えば、第１リフレッシュ運転として、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を、それぞれ、高出力、低出力、高出力の順で変化させてもよい。言い換えると、第１リフレッシュ運転として、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等における負荷を、高負荷、低負荷、高負荷の順で変化させてもよい。第１リフレッシュ運転において、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等への水素及び空気の供給を停止せずに継続してもよい。

代表して、燃料電池１０ａの第１リフレッシュ運転におけるリフレッシュ処理の流れの一例について以下説明する。

出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、予め定められた出力設定に設定する。図２の例で説明すると、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａの出力を予め定められた設定である出力ｐｒに設定する。

次に、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、高出力設定に設定する。そして、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、高出力設定に設定した状態で一定時間維持する。

図２の例で説明すると、時刻ｔ２において、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａの出力を高出力設定である出力ｐｕに設定する。高出力設定は、例えば、燃料電池１０ａにおける最大出力電力を１００％とすると、８０％から１００％までのいずれかの出力電力である。出力制御装置２０は、期間ｚ１において、燃料電池１０ａにおける出力設定を、高出力設定に設定した状態で維持する。期間ｚ１は、例えば、１０秒から３分までのいずれか、好ましくは、１分である。

燃料電池発電システム１において、一時的に高出力運転（高負荷運転）を行うことにより、燃料電池セルの内部における水分量を、発電により発生する生成水により増加させる。

次に、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、低出力設定に設定する。そして、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、低出力設定に設定した状態で一定時間維持する。

図２の例で説明すると、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａの出力を低出力設定である出力ｐｄに設定する。低出力設定は、例えば、燃料電池１０ａにおける最大出力電力を１００％とすると、０％から２０％までのいずれかの出力電力である。出力制御装置２０は、期間ｚ２において、燃料電池１０ａにおける出力設定を、低出力設定に設定した状態で維持する。期間ｚ２は、例えば、１０秒から３分までのいずれか、好ましくは、１分である。

燃料電池発電システム１において、高出力運転（高負荷運転）を行った後に、低出力運転（低負荷運転）を行うことにより、発電により発生する生成水を燃料電池セルの面において均一化させる。

次に、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、高出力設定に設定する。そして、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａにおける出力設定を、高出力設定に設定した状態で一定時間維持する。

図２の例で説明すると、出力制御装置２０は、燃料電池１０ａの出力を高出力設定である出力ｐｕに設定する。高出力設定は、例えば、燃料電池１０ａにおける最大出力電力を１００％とすると、８０％から１００％までのいずれかの出力電力である。出力制御装置２０は、期間ｚ３において、燃料電池１０ａにおける出力設定を、高出力設定に設定した状態で維持する。期間ｚ３は、例えば、１０秒から３分までのいずれか、好ましくは、１分である。

燃料電池発電システム１において、高出力運転（高負荷運転）、低出力運転（低負荷運転）及び高出力運転（高負荷運転）を順に行うことにより、再度、燃料電池セルにおける水分量を増加させる。燃料電池セルにおける水分量を増加させることにより、連続運転を行うことによって乾燥した燃料電池セルの面内における乾燥部を湿潤化できる。燃料電池セルの面内における乾燥部を湿潤化することにより、燃料電池セルにおける電池特性の低下を抑制できる。

燃料電池発電システム１における第１リフレッシュ運転において、燃料電池１０ａへの水素及び酸素の供給は、継続してもよい。燃料電池１０ａへの水素及び酸素の供給が継続することにより、酸素が欠乏して、燃料電池セルが劣化することを抑制できる。

他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの各々の第１リフレッシュ運転についても、燃料電池１０ａの上述のリフレッシュ処理と同じ流れで実行されてよい。

なお、リフレッシュ運転における出力電力の変動パターンは、第１リフレッシュ運転のパターンに限られない。

例えば、第１リフレッシュ運転の変形例として、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等の出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を、それぞれ、低出力、高出力、低出力の順で変化させてもよい。言い換えると、第１リフレッシュ運転の変形例として、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等における負荷を、低負荷、高負荷、低負荷の順で変化させてもよい。第１リフレッシュ運転の変形例においても、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等への水素及び空気の供給を停止せずに継続してもよい。

あるいは、第２リフレッシュ運転として、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａ等の動作を停止させた後に再起動させてもよい。第２リフレッシュ運転において、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０ａの停止中、燃料電池１０ａ等への水素及び空気の供給を停止してもよい。

図２に示す例において、第ｋ燃料電池がリフレッシュ運転を実施する第１時間帯Ｚ１は、第ｋ燃料電池の出力電力が第ｋ燃料電池の最大出力の０％以上２０％以下のいずれかである低負荷期間として期間ｚ２を含む。期間ｚ２は、第１リフレッシュ運転中の低負荷期間に限られず、第２リフレッシュ運転中の燃料電池の動作停止期間でもよい。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、図２に示すように、燃料電池１０ａ等の冷却を期間ｚ２に停止せずに継続してもよい。これにより、例えば期間ｚ２が比較的短い場合、冷却システム１０１が停止から再起動するまでの遅延により、燃料電池１０ａ等を冷却する能力が期間ｚ２後に不足する可能性を低減できる。

図２に示す例では、冷却制御装置３２は、期間ｚ１，ｚ２，ｚ３に亘って第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量ｑｕを、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの流量ｑｄよりも増加させる。これにより、期間ｚ１，ｚ２，ｚ３に亘って第ｋ燃料電池を冷却する能力は、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大し、燃料電池１０ａ等の冷却は、期間ｚ２に停止せずに継続する。

図２に示す例において、第ｋ燃料電池がリフレッシュ運転を実施する第１時間帯Ｚ１は、第ｋ燃料電池の出力電力が第ｋ燃料電池の最大出力の８０％以上１００％以下のいずれかである高負荷期間として期間ｚ１または期間ｚ３を含む。

第１実施形態に係る冷却システム１０１において、冷却制御装置３２は、特に図示していないが、燃料電池１０ａ等の冷却を期間ｚ２に抑制または停止してもよい。これにより、ポンプ３０及びインバータ３１の省エネルギー性が向上する。例えば、冷却制御装置３２は、ポンプ３０の回転を期間ｚ２に抑制または停止することで、期間ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量を、期間ｚ１または期間ｚ３に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの流量よりも減少させる（特には、零まで減少させる）。これにより、期間ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、期間ｚ１または期間ｚ３に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも減少し、燃料電池１０ａ等の冷却は、期間ｚ２に抑制または停止する。

≪第２実施形態≫
図３は、第２実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示す図である。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成、作用および効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略する。

第２実施形態に係る燃料電池発電システム２は、調節弁３８を備える点で、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。燃料電池発電システム２は、上記の冷却システム１０１と同様に、燃料電池１０ａ等を冷却する冷却システム１０２を備える。冷却システム１０２は、調節弁３８を備える。冷却システム１０２は、ポンプ３０の回転数を制御するための上記のインバータ３１を備えていない。しかし、冷却システム１０２は、第１実施形態と同様の作用及び効果が得られるように、インバータ３１を備えてもよい。

調節弁３８は、流路３４の主流路３５に設けられ、Ｎ台の燃料電池１０ａ等に供給する熱媒ＲＦの流量を調節する共通の調節弁である。調節弁３８は、燃料電池１０ａ等と冷却装置３３との間で循環する熱媒ＲＦの流量を調節する。調節弁３８は、例えば、パッケージ２００内の熱媒ＲＦの入口に設けられる。調節弁３８の例として、電動調節弁が挙げられる。

次に、第２実施形態に係る燃料電池発電システム２の発電及び冷却を制御する方法の一例について、詳細に説明する。

第２実施形態に係る冷却システム１０２において、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも増加させる。これにより、能力可変制御が実現される。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１での調節弁３８の開度を第２時間帯Ｚ２での調節弁３８の開度よりも大きくすることで、能力可変制御を実現する。

第２実施形態に係る能力可変制御により、第１時間帯Ｚ１での調節弁３８の開度は、第２時間帯Ｚ２での調節弁３８の開度よりも大きくなる。これにより、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量は、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも増加する。このため、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも高くなる。よって、第ｋ燃料電池の出力電力が第１時間帯Ｚ１に出力変動運転Ｄにより変動（特には、急増）しても、第ｋ燃料電池を冷却する能力は確保される。一方、第２時間帯Ｚ２での調節弁３８の開度は、第１時間帯Ｚ１での調節弁３８の開度よりも小さくなるので、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量は、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも減少する。このため、調節弁３８の開度が第１時間帯Ｚ１及び第２時間帯Ｚ２に亘って常に大きく設定される場合に比べて、ポンプ３０の省エネルギー性が向上する。

第２実施形態に係る冷却システム１０２において、冷却制御装置３２は、主流路３５に流れる熱媒ＲＦの流量を調節可能な調節弁３８の開度を大きくすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させる。一方、冷却制御装置３２は、主流路３５に流れる熱媒ＲＦの流量を調節可能な調節弁３８の開度を小さくすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に低下させる。Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力がＮ台の燃料電池１０ａ等に共通の調節弁３８により一括に調整されることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を調整する構成を簡素化できる。

第２実施形態において、冷却制御装置３２は、第１実施形態と同様に、出力制御装置２０からの入力情報Ａに基づいて、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させてもよい。

第２実施形態に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートの説明については、図２についての上述の説明を援用することで省略する。

≪第３実施形態≫
図４は、第３実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示す図である。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成、作用および効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略する。

第３実施形態に係る燃料電池発電システム３は、ファン３３ａ及びインバータ３９を備える点で、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。燃料電池発電システム３は、上記の冷却システム１０１と同様に、燃料電池１０ａ等を冷却する冷却システム１０３を備える。冷却システム１０３は、ファン３３ａ及びインバータ３９を備える。冷却システム１０３は、ポンプ３０の回転数を制御するための上記のインバータ３１を備えていない。しかし、冷却システム１０３は、第１実施形態と同様の作用及び効果が得られるように、インバータ３１を備えてもよい。

ファン３３ａは、熱媒ＲＦを冷却する空気を供給する回転体である。ファン３３ａの回転数が増加するほど、ファン３３ａから供給される空気の風量が増加するので、熱媒ＲＦの温度が低下する、または熱媒ＲＦの温度上昇が抑制される。ファン３３ａの回転数が低下するほど、ファン３３ａから供給される空気の風量が減少するので、熱媒ＲＦの温度が上昇する、または熱媒ＲＦの温度低下が抑制される。

インバータ３９は、冷却制御装置３２からの制御信号に従って、ファン３３ａの回転数を制御するための装置である。例えば、インバータ３９は、冷却制御装置３２からの制御信号に従って、ファン３３ａを回転させるモータを駆動することで、ファン３３ａの回転数を制御する駆動電源である。インバータ３９の例として、ファン３３ａを回転させるモータに印加する交流の駆動信号の電圧と周波数を変化させるＶＶＶＦインバータが挙げられる。

次に、第３実施形態に係る燃料電池発電システム３の発電及び冷却を制御する方法の一例について、詳細に説明する。

第３実施形態に係る冷却システム１０３において、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの温度を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの温度よりも低下させる。これにより、能力可変制御が実現される。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１でのファン３３ａの回転数を第２時間帯Ｚ２でのファン３３ａの回転数よりも高くすることで、能力可変制御を実現する。

第３実施形態に係る能力可変制御により、第１時間帯Ｚ１でのファン３３ａの回転数は、第２時間帯Ｚ２でのファン３３ａの回転数よりも高くなる。これにより、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの温度は、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの温度よりも低下する。このため、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも高くなる。よって、第ｋ燃料電池の出力電力が第１時間帯Ｚ１に出力変動運転Ｄにより変動（特には、急増）しても、第ｋ燃料電池を冷却する能力は確保される。一方、第２時間帯Ｚ２でのファン３３ａの回転数は、第１時間帯Ｚ１でのファン３３ａの回転数よりも低くなるので、ファン３３ａの回転数が第１時間帯Ｚ１及び第２時間帯Ｚ２に亘って常に高く設定される場合に比べて、ファン３３ａの省エネルギー性が向上する。

第３実施形態に係る冷却システム１０３において、冷却制御装置３２は、主流路３５に流れる熱媒ＲＦの温度を調整可能なファン３３ａの回転数を高くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させる。一方、冷却制御装置３２は、主流路３５に流れる熱媒ＲＦの温度を調整可能なファン３３ａの回転数を低くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に低下させる。Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力がＮ台の燃料電池１０ａ等に共通のファン３３ａにより一括に調整されることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を調整する構成を簡素化できる。

第３実施形態において、冷却制御装置３２は、第１実施形態と同様に、出力制御装置２０からの入力情報Ａに基づいて、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させてもよい。

図５は、第３実施形態に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートである。出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの出力電力を表す。温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、それぞれ、燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに供給される熱媒ＲＦ（支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに流れる熱媒ＲＦ）の温度を表す。

第３実施形態に係る冷却システム１０３において、冷却制御装置３２は、時間帯ｔ２－ｔ７にＮ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２での能力よりも増大させる。具体的には、冷却制御装置３２は、燃料電池１０ａが出力変動運転Ｄを実施する時間帯Ｚ１ａに燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの温度ｔｄを、燃料電池１０ａが出力変動運転Ｄを実施しない時間帯Ｚ２１またはＺ２２に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの温度ｔｕよりも低下させる。これにより、能力可変制御が実現される。他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄについても同様に能力可変制御が実現される。

第３実施形態において、冷却制御装置３２は、第１実施形態と同様に、第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の前から増大させてもよい。第３実施形態において、冷却制御装置３２は、第１実施形態と同様に、第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第ｋ燃料電池が出力変動運転Ｄを実施する第１時間帯Ｚ１の後まで増大させてもよい。

第３実施形態に係る冷却システム１０３において、冷却制御装置３２は、図５に示すように、燃料電池１０ａ等の冷却を期間ｚ２に停止せずに継続してもよい。これにより、例えば期間ｚ２が比較的短い場合、冷却システム１０３が停止から再起動するまでの遅延により、燃料電池１０ａ等を冷却する能力が期間ｚ２後に不足する可能性を低減できる。

図５に示す例では、冷却制御装置３２は、期間ｚ１，ｚ２，ｚ３に亘って第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの温度ｔｄを、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの温度ｔｕよりも低下させる。これにより、期間ｚ１，ｚ２，ｚ３に亘って第ｋ燃料電池を冷却する能力は、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大し、燃料電池１０ａ等の冷却は、期間ｚ２に停止せずに継続する。

第３実施形態に係る冷却システム１０３において、冷却制御装置３２は、特に図示していないが、燃料電池１０ａ等の冷却を期間ｚ２に抑制または停止してもよい。これにより、ファン３３ａ及びインバータ３９の省エネルギー性が向上する。例えば、冷却制御装置３２は、ファン３３ａの回転を期間ｚ２に抑制または停止することで、期間ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの温度を、期間ｚ１または期間ｚ３に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの温度よりも上昇させる。これにより、期間ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力は、期間ｚ１または期間ｚ３に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも減少し、燃料電池１０ａ等の冷却は、期間ｚ２に抑制または停止する。

≪第４実施形態≫
図６は、第４実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示す図である。第４実施形態において、第１実施形態と同様の構成、作用および効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略する。

第４実施形態に係る燃料電池発電システム４は、複数のポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及び複数のインバータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを備える点で、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。燃料電池発電システム４は、上記の冷却システム１０１と同様に、燃料電池１０ａ等を冷却する冷却システム１０４を備える。

複数のポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、Ｎ台の燃料電池１０ａの各々に対して設けられ、対応する燃料電池に熱媒ＲＦを送る。ポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、それぞれ、支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに設けられる。

複数のインバータ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、冷却制御装置３２からの制御信号に従って、ポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの回転数を制御するための装置である。例えば、インバータ３１ａは、冷却制御装置３２からの制御信号に従ってポンプ３０ａ内のモータを駆動することで、ポンプ３０ａの回転数を制御する駆動電源である。インバータ３１ａの例として、ポンプ３０ａ内のモータに印加する交流の駆動信号の電圧と周波数を変化させるＶＶＶＦインバータが挙げられる。他のインバータ３１ｂ，３１ｃ，３１ｄも、インバータ３１ａと同様に、ポンプ３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを駆動する。

次に、第４実施形態に係る燃料電池発電システム４の発電及び冷却を制御する方法の一例について、詳細に説明する。

第４実施形態に係る冷却システム１０４において、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも増加させる。これにより、能力可変制御が実現される。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１でのポンプ３０ａの回転数を第２時間帯Ｚ２でのポンプ３０ａの回転数よりも高くすることで、能力可変制御を実現する。冷却制御装置３２は、他のポンプ３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの回転数も、ポンプ３０ａと同様に高くすることで、能力可変制御を実現する。

第４実施形態に係る冷却システム１０４において、冷却制御装置３２は、ポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの各々の回転数を個別に高くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を個別に増大させる。これにより、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させる場合に比べて、ポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの各々に流れる熱媒ＲＦの流量が減少するので、ポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの各々の省エネルギー性が向上する。

なお、第４実施形態に係る冷却システム１０４において、冷却制御装置３２は、ポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの各々の回転数を一括に高くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させてもよい。

第４実施形態において、冷却制御装置３２は、第１実施形態と同様に、出力制御装置２０からの入力情報Ａに基づいて、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させてもよい。

図７は、第４実施形態（及び後述の第５実施形態）に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートである。出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの出力電力を表す。流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、それぞれ、燃料電池１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに供給される熱媒ＲＦ（支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに流れる熱媒ＲＦ）の流量を表す。

第４実施形態に係る冷却システム１０４において、冷却制御装置３２は、複数のポンプ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの回転数を個別に高くすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を個別に増大させる。

第４実施形態に係る冷却システム１０４において、冷却制御装置３２は、時間帯Ｚ１ａに燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの流量ｑｕを、時間帯Ｚ２１または時間帯Ｚ２２に燃料電池１０ａに供給する熱媒ＲＦの流量ｑｄよりも増加させる。これにより、能力可変制御が実現される。他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄについても同様に能力可変制御が実現される。

≪第５実施形態≫
図８は、第５実施形態に係る燃料電池発電システムの一構成例を示す図である。第５実施形態において、第１実施形態と同様の構成、作用および効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略する。

第５実施形態に係る燃料電池発電システム５は、複数の調節弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを備える点で、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。燃料電池発電システム５は、上記の冷却システム１０１と同様に、燃料電池１０ａ等を冷却する冷却システム１０５を備える。

複数の調節弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、Ｎ台の燃料電池１０ａの各々に対して設けられ、対応する燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量を調節する。調節弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、それぞれ、支流路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに設けられる。

次に、第５実施形態に係る燃料電池発電システム５の発電及び冷却を制御する方法の一例について、詳細に説明する。

第５実施形態に係る冷却システム１０５において、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦの流量よりも増加させる。これにより、能力可変制御が実現される。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１での調節弁３８ａの開度を第２時間帯Ｚ２での調節弁３８ａの開度よりも大きくすることで、能力可変制御を実現する。冷却制御装置３２は、他の調節弁３８ｂ，３８ｃ，３８ｄの開度も、調節弁３８ａと同様に大きくすることで、能力可変制御を実現する。

第５実施形態に係る冷却システム１０５において、冷却制御装置３２は、調節弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄの各々の開度を個別に大きくすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を個別に増大させる。これにより、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させる場合に比べて、ポンプ３０に流れる熱媒ＲＦの流量が減少するので、ポンプ３０の省エネルギー性が向上する。

なお、第５実施形態に係る冷却システム１０５において、冷却制御装置３２は、調節弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄの各々の開度を一括に大きくすることで、Ｎ台の燃料電池１０ａ等の各々を冷却する能力を一括に増大させてもよい。

第５実施形態において、冷却制御装置３２は、第１実施形態と同様に、出力制御装置２０からの入力情報Ａに基づいて、第１時間帯Ｚ１に第ｋ燃料電池を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２に第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させてもよい。

第５実施形態に係る燃料電池発電システムの一制御方法を説明するためのタイミングチャートの説明については、図７についての上述の説明を援用することで省略する。

≪変形例≫
各実施形態に適用可能な変形例について説明する。

＜変形例１＞
図９は、本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる冷却システムに関する変形例を示す図である。熱媒ＲＦ２の温度は、第ｋ燃料電池の出力変動運転Ｄにより変動し得る。この変動を抑えるため、冷却システム１００Ａは、第ｋ燃料電池から出力される熱媒ＲＦ２の温度を所定温度以上に維持する温度制御を行ってもよい。熱媒ＲＦ２の温度を所定温度以上に維持する温度制御が行われることで、熱媒ＲＦ２の温度は高温状態で安定する。このため、高温状態で安定した熱媒ＲＦ２の熱を他の用途に再利用することが容易になる。所定温度は、例えば６０℃に設定される。

例えば、冷却制御装置３２は、温度検出器５５により検出される熱媒ＲＦ２の温度が所定温度まで低下すると、ポンプ３０の回転数を低くする。ポンプ３０の回転数が低くなると、第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦ１の流量は減少する。熱媒ＲＦ１の流量の減少により、第ｋ燃料電池を冷却する能力は低下するので、熱媒ＲＦ２の温度が所定温度以上の高温状態で維持される。

＜変形例２＞
図１０は、本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる冷却システムに関する変形例を示す図である。冷却システム１００Ｂは、第ｋ燃料電池から出力される熱媒ＲＦ２の温度を所定温度以上に維持する温度制御を行ってもよい。これにより、冷却システム１００Ａと同様に、高温状態で安定した熱媒ＲＦ２の熱を他の用途に再利用することが容易になる。所定温度は、例えば６０℃に設定される。

例えば、冷却制御装置３２は、温度検出器５２により検出される熱媒ＲＦ２の温度が所定温度まで低下すると、ファン３３ａの回転数を低くする。ファン３３ａの回転数が低くなると、第ｋ燃料電池に供給する熱媒ＲＦ１の温度は上昇する。熱媒ＲＦ１の温度の上昇により、第ｋ燃料電池を冷却する能力は低下するので、熱媒ＲＦ２の温度が所定温度以上の高温状態で維持される。

＜変形例３＞
図１１は、本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。冷却システム１００Ｃは、燃料電池セルの冷却に熱交換器を用いる。図１１は、燃料電池１０ａの構成について例示するが、他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄも同様の構成でよい。

燃料電池１０ａは、複数の単セルが積層するセルスタック１１と、熱交換器１２と、を備える。熱交換器１２は、熱媒ＲＦと内部熱媒ＲＦｎとの間で熱交換を行う。内部熱媒ＲＦｎは、燃料電池１０ａの内部においてセルスタック１１を冷却するための熱媒である。

＜変形例４＞
図１２は、本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。冷却システム１００Ｄは、燃料電池の冷却に熱交換器を用いる。図１２は、燃料電池１０ａの構成について例示するが、他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄも同様の構成でよい。

冷却システム１００Ｄは、セルスタック１１から熱を奪った後の内部熱媒ＲＦｎの温度を所定温度以上に維持する温度制御を行ってもよい。これにより、冷却システム１００Ａと同様に、高温状態で安定した内部熱媒ＲＦｎの熱を他の用途に再利用することが容易になる。所定温度は、例えば６０℃に設定される。

例えば、冷却制御装置３２は、温度検出器５３により検出される内部熱媒ＲＦｎの温度が所定温度まで低下すると、調節弁３８の開度を小さくする。調節弁３８の開度が小さくなると、熱交換器１２に供給する熱媒ＲＦの流量は減少する。熱媒ＲＦの流量の減少により、セルスタック１１を冷却する能力は低下するので、内部熱媒ＲＦｎの温度が所定温度以上の高温状態で維持される。

＜変形例５＞
図１３は、本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。冷却システム１００Ｅは、燃料電池セル及び補機の冷却に熱交換器を用いる。図１３は、燃料電池１０ａの構成について例示するが、他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄも同様の構成でよい。冷却システム１００Ｅは、セルスタック１１とは別の機器の一例として、補機１４を冷却する。

変形例５において、燃料電池１０ａは、補機１４を冷却するために、熱交換器１３を備える。熱交換器１３は、熱媒ＲＦと内部熱媒ＲＦｍとの間で熱交換を行う。内部熱媒ＲＦｍは、燃料電池１０ａの内部において補機１４を冷却するための熱媒である。補機１４は、セルスタック１１の発電動作を補助する。補機１４は、例えば、セルスタック１１の出力電力を昇圧する昇圧コンバータ、または、セルスタック１１に圧縮した空気を供給するコンプレッサ用モータなどを含む。

冷却システム１００Ｅにおいて、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１にセルスタック１１及び補機１４を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２にセルスタック１１及び補機１４を冷却する能力よりも増大させる。これにより、能力可変制御が実現される。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１での調節弁３８の開度を第２時間帯Ｚ２での調節弁３８の開度よりも大きくすることで、能力可変制御を実現する。

冷却システム１００Ｅは、セルスタック１１から熱を奪った後の内部熱媒ＲＦｎの温度を所定温度以上に維持する温度制御と、補機１４から熱を奪った後の内部熱媒ＲＦｍの温度を所定温度以上に維持する温度制御とを行ってもよい。これにより、冷却システム１００Ａと同様に、高温状態で安定した内部熱媒ＲＦｎ，ＲＦｍの熱を他の用途に再利用することが容易になる。所定温度は、例えば６０℃に設定される。

例えば、冷却制御装置３２は、温度検出器５３により検出される内部熱媒ＲＦｎの温度または温度検出器５４により検出される内部熱媒ＲＦｍの温度が所定温度まで低下すると、調節弁３８の開度を小さくする。調節弁３８の開度が小さくなると、熱交換器１２，１３に供給する熱媒ＲＦの流量は減少する。熱媒ＲＦの流量の減少により、セルスタック１１及び補機１４を冷却する能力は低下するので、内部熱媒ＲＦｎ，ＲＦｍの温度が所定温度以上の高温状態で維持される。

＜変形例６＞
図１４は、本実施形態に係る燃料電池発電システムに用いられる燃料電池に関する変形例を示す図である。冷却システム１００Ｆは、燃料電池セル及び補機の冷却に熱交換器を用いる。図１４は、燃料電池１０ａの構成について例示するが、他の燃料電池１０ｂ，１０ｃ，１０ｄも同様の構成でよい。冷却システム１００Ｆは、セルスタック１１とは別の機器の一例として、補機１４を冷却する。

冷却システム１００Ｆにおいて、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１にセルスタック１１を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２にセルスタック１１を冷却する能力よりも増大させる。これにより、セルスタック１１を冷却する能力を増大させる能力可変制御が行われる。具体的には、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１での調節弁３８の開度を第２時間帯Ｚ２での調節弁３８の開度よりも大きくすることで、セルスタック１１を冷却する能力を増大させる能力可変制御を行う。

一方、冷却制御装置３２は、第１時間帯Ｚ１に補機１４を冷却する能力を、第２時間帯Ｚ２に補機１４を冷却する能力よりも増大させない。これにより、補機１４を冷却する能力を増大させる能力可変制御が行われない。補機１４を冷却する能力を増大させる能力可変制御が行われないことで、冷却システム１００Ｄの消費電力を削減することができる。

なお、熱交換器１３に流れる熱媒ＲＦの流量は、手動弁４１により調整されてもよい。

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、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、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。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共に、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。

例えば、第３実施形態に係る能力可変制御は、第１実施形態または第２実施形態に係る能力可変制御と組み合わされてもよい。

上記の実施形態では、冷却システムは、第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒ＲＦによって調整する。しかし、冷却システムは、第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒ＲＦとは異なる手段によって調整してもよい。

１，２，３，４，５ 燃料電池発電システム
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 燃料電池
１１ セルスタック
１２，１３ 熱交換器
１４ 補機
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ ポンプ
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ インバータ
３２ 冷却制御装置
３３ 冷却装置
３３ａ ファン
３４ 流路
３５ 主流路
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ 支流路
３６ 流路
３７ 主流路
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ 支流路
３８，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ 調節弁
３９ インバータ
４０ 蓄電池
４１ 手動弁
５０ 電力変換装置
５１ 出力線
５２，５３，５４，５５ 温度検出器
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ 冷却システム
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ 冷却システム
２００ パッケージ
ＲＦ，ＲＦ１，ＲＦ２ 熱媒
ＲＦｍ，ＲＦｎ 内部熱媒

Claims (28)

1. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池と、
   出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させる出力制御装置と、
   ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる冷却システムと、を備え、
   前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
   前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
   前記第１時間帯は、前記第ｋ燃料電池の出力電力が第１出力電力である第１期間と、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第１出力電力よりも高い第２期間と、を含み、
   前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を前記第１期間と前記第２期間で維持する、燃料電池発電システム。
2. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池と、
   出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させる出力制御装置と、
   ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる冷却システムと、を備え、
   前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
   前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
   前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
   前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させ、
   前記冷却システムは、前記熱媒を前記Ｎ台の燃料電池に送る共通のポンプを含み、前記第１時間帯での前記ポンプの回転数を前記第２時間帯での前記ポンプの回転数よりも高くする、燃料電池発電システム。
3. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池と、
   出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させる出力制御装置と、
   ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる冷却システムと、を備え、
   前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
   前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
   前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
   前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させ、
   前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池に供給する前記熱媒の流量を調節する共通の調節弁を含み、前記第１時間帯での前記調節弁の開度を前記第２時間帯での前記調節弁の開度よりも大きくする、燃料電池発電システム。
4. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池と、
   出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させる出力制御装置と、
   ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる冷却システムと、を備え、
   前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
   前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
   前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
   前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させ、
   前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々に対して設けられ、対応する燃料電池に供給する前記熱媒の流量を調節する複数の調節弁を含み、前記複数の調節弁の開度を個別に大きくする、燃料電池発電システム。
5. 前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第１時間帯の前から増大させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
6. 前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第１時間帯の後まで増大させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
7. 前記第２時間帯は、前記Ｎ台の燃料電池の全てが前記出力変動運転を実施しない時間帯である、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
8. 前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力を一括に増大させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
9. 前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池のいずれか一台以上が前記出力変動運転を実施する時間帯に前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力を、前記Ｎ台の燃料電池の全てが前記出力変動運転を実施しない時間帯での能力よりも増大させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
10. 前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力を個別に増大させる、請求項１または４に記載の燃料電池発電システム。
11. 前記冷却システムは、前記出力制御装置からの入力情報に基づいて、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
12. 前記入力情報は、前記出力変動運転に関する運転情報を含む、請求項１１に記載の燃料電池発電システム。
13. 前記入力情報は、前記Ｎ台の燃料電池の各々を冷却する能力の調整に関する指示情報を含む、請求項１１に記載の燃料電池発電システム。
14. 前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整する、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
15. 前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させる、請求項１４に記載の燃料電池発電システム。
16. 前記冷却システムは、前記Ｎ台の燃料電池の各々に対して設けられ、対応する燃料電池に前記熱媒を送る複数のポンプを含み、前記複数のポンプの回転数を個別に高くする、請求項１５に記載の燃料電池発電システム。
17. 前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
    前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の温度を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の温度よりも低下させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
18. 前記冷却システムは、前記熱媒を冷却する空気を供給するファンを含み、前記第１時間帯での前記ファンの回転数を前記第２時間帯での前記ファンの回転数よりも高くする、請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
19. 前記第ｋ燃料電池は、セルスタックと、前記セルスタックの発電動作を補助する補機と、を含み、
    前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記セルスタックを冷却する能力を、前記第２時間帯に前記セルスタックを冷却する能力よりも増大させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
20. 前記冷却システムは、前記第１時間帯に前記補機を冷却する能力を、前記第２時間帯に前記補機を冷却する能力よりも増大させない、請求項１９に記載の燃料電池発電システム。
21. 前記冷却システムは、前記第ｋ燃料電池との間で循環する熱媒によって前記第ｋ燃料電池を冷却し、前記第ｋ燃料電池から出力される前記熱媒の温度を所定温度以上に維持する、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
22. 前記出力変動運転は、前記第ｋ燃料電池のリフレッシュ運転を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
23. 前記第ｋ燃料電池が前記リフレッシュ運転を実施する前記第１時間帯は、前記第ｋ燃料電池の出力電力が第１出力電力である第１期間と、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第１出力電力よりも高い第２期間と、を含み、
    前記冷却システムは、前記第１期間に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる、請求項２２に記載の燃料電池発電システム。
24. 前記第ｋ燃料電池が前記リフレッシュ運転を実施する前記第１時間帯は、前記第ｋ燃料電池の出力電力が第１出力電力である第１期間と、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第１出力電力よりも高い第２期間と、を含み、
    前記冷却システムは、前記第１期間に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第２期間に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも減少させる、請求項２２に記載の燃料電池発電システム。
25. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池の発電及び冷却を制御する方法であって、
    出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させ、
    ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる方法であり、
    前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
    前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
    前記第１時間帯は、前記第ｋ燃料電池の出力電力が第１出力電力である第１期間と、前記第ｋ燃料電池の出力電力が前記第１出力電力よりも高い第２期間と、を含み、
    前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を前記第１期間と前記第２期間で維持させる、制御方法。
26. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池の発電及び冷却を制御する方法であって、
    出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させ、
    ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる方法であり、
    前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
    前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
    前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
    前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させ、
    前記熱媒を前記Ｎ台の燃料電池に送る共通のポンプの前記第１時間帯での回転数を、前記ポンプの前記第２時間帯での回転数よりも高くする、制御方法。
27. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池の発電及び冷却を制御する方法であって、
    出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させ、
    ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる方法であり、
    前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
    前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
    前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
    前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させ、
    前記Ｎ台の燃料電池に供給する前記熱媒の流量を調節する共通の調節弁の前記第１時間帯での開度を、前記調節弁の前記第２時間帯での開度よりも大きくする、制御方法。
28. ２以上の整数であるＮ台の燃料電池の発電及び冷却を制御する方法であって、
    出力電力を変動させる出力変動運転を前記Ｎ台の燃料電池に実施させ、
    ｋを１以上Ｎ以下の整数とするとき、前記Ｎ台の燃料電池について、第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施する第１時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を、前記第ｋ燃料電池が前記出力変動運転を実施しない第２時間帯に前記第ｋ燃料電池を冷却する能力よりも増大させる方法であり、
    前記出力変動運転は、出力電力を一時的に増加するように変動させることを含み、
    前記第２時間帯は、前記第ｋ燃料電池が一定出力で運転する時間帯であり、
    前記第ｋ燃料電池を冷却する能力を熱媒によって調整し、
    前記第１時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量を、前記第２時間帯に前記第ｋ燃料電池に供給する前記熱媒の流量よりも増加させ、
    前記Ｎ台の燃料電池の各々に対して設けられ、対応する燃料電池に供給する前記熱媒の流量を調節する複数の調節弁の開度を個別に大きくする、制御方法。

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