JPH097618A

JPH097618A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JPH097618A
Application number: JP7155949A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Nishiyama; 亮治西山; Masanobu Kashiwabara; 正信柏原; Seiji Anzai; 清治安西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ハイブリッド方式の電源を備える電気自動車
等に用い、負荷変動に対して改質器の燃料ガス発生と温
度維持応答速度を燃料電池の発電反応要求応答速度に近
づけ、補助蓄電池の容量を小さく設定できる燃料電池発
電システム制御装置を得る。【構成】改質器に燃料電池の反応排ガスおよび改質付
加熱源を燃料改質熱源として供給するとともに、負荷検
出手段により電気負荷を検出して所定期間毎に積分し電
気負荷平均値を求め、この電気負荷平均値の変化量に基
づいて燃料改質器へ供給する改質原燃料流量および改質
付加熱源投入量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池と補助蓄電
池とを併用するいわゆるハイブリッド方式の燃料電池発
電システムに関するもので、主として電気自動車等に搭
載することを目標とする燃料改質器付燃料電池の発電シ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車による排気ガス公害防止の面から
車両に蓄電池を搭載した電気自動車の開発が進められて
いる。またエネルギー源として燃料電池と補助蓄電池と
からなるハイブリッド方式の電源を搭載する電気自動車
も開発が進められている。一般に、燃料電池と燃料の改
質器を組合せた燃料電池発電システム単独では、改質器
の応答速度が燃料電池本体のそれに比べて遅くこれがシ
ステムの応答速度を規制するため、負荷の急激に変動す
る電気自動車等のエネルギー源としてこれを用いること
は困難である。このため、改質器を用いる代わりに燃料
ガスとして高圧ボンベへ充填した水素ガスを用いるもの
が知られている。この場合でも、燃料ガスが燃料供給系
を通って燃料電池に到達するのに要する時間で決まる時
間遅れの発生は避けられない。

【０００３】そこで、燃料電池の電気出力側に補助蓄電
池を設け、負荷が燃料電池の出力を上回る重負荷状態で
は補助蓄電池からの放電で不足電力を補給し、燃料電池
の電気出力に余裕が生じる場合にその余剰発電能力を活
用して補助蓄電池を回復充電するように構成したハイブ
リッド方式の燃料電池発電システムおよびその制御装置
が特開平４−５１４６６号公報に提案されている。図７
はこの提案に基づく燃料電池のシステム構成図であり、
原燃料である例えばメタノールが原燃料タンク１３に貯
蔵され、燃料ポンプ９を介して改質器２に送られる。こ
の原燃料は水蒸気改質反応によって水素リッチな燃料ガ
スに改質され、燃料電池１の燃料ガス室に送られる。一
方この燃料ガス室とは電解質とこの電解質を挟んだ一対
の電極からなる隔壁となる燃料電池セルで仕切られる酸
化剤ガス室に送風機１２₁ で酸化剤ガスとしての空気を
送り、燃料電池セルの電極部分で電気化学反応に基づく
直接発電が行われる。燃料ガス室からの燃料排出ガスに
は未反応成分を含むため改質器２に設けたバーナに供給
して、送風機１２₂ からの支燃空気と混合し燃焼させて
吸熱反応である水蒸気改質反応に必要な熱源として利用
している。

【０００４】比例積分調節器（ＰＩ制御器）などからな
る制御部１５₁ は、電圧検出器７による補助蓄電池３の
電圧Ｅ_d と電圧設定器１６によるＤＣ／ＤＣ変換器２０
の出力電圧目標値Ｅ_s とを入力として、電圧Ｅ_d と出力
電圧目標値Ｅ_s とを一致させるようにＤＣ／ＤＣ変換器
２０の出力電流Ｉ_f を制御するための電流指令信号Ｉ_s
を出力する。補機制御部１５₂ は指令信号Ｉ_s に基づい
て燃料ポンプ９、送風機１２₁ 、１２₂ 等の補機を燃料
電池１の出力がＤＣ／ＤＣ変換器２０の出力電流Ｉ_f に
追従して増減するよう制御する。

【０００５】このように、燃料電池は電解質を介して一
対の電極を接触させた燃料電池セルの一方の電極に燃料
ガスを、他方の電極に酸化剤ガスを供給し、燃料ガスを
電気化学的に酸化反応させることにより化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換するものである。燃料電池
には使用する電解質によりいくつかの形式があるが、単
位体積あたりの出力が大きい燃料電池として、電解質に
固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電
池が注目されている。固体高分子電解質型燃料電池の構
成と動作を図８を用いて説明する。燃料電池の基本構成
となる燃料電池セルは３層の積層体であり、中央に電解
質体となるイオン交換膜を、その両面に白金を担持した
カーボンを撥水性のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）粉末とともに多孔性カーボンシート上に分散させ
たガス拡散電極を配置し両者をホットプレスで接合して
ある。ガス拡散電極の一方がアノード（燃料極）に他方
がカソード（酸化剤電極）となる。燃料電池セル単体で
の発生電圧は１Ｖ程度である。実際の燃料電池では、多
数の燃料電池セルを導電体のセパレータを介して積層し
所望の電圧を得ている。アノードに接するセパレータの
一方の面に設けた燃料ガス流路を通して水素ガスを供給
すると、水素ガスは水素イオンと電子に分離する。アノ
ードで生成した水素イオンはイオン交換膜中をカソード
へ移動し、カソードに接するセパレータの面に設けた酸
化剤ガス流路を通して供給する酸素および外部回路を通
って流入する電子と結合し水を生じる。

【０００６】このように固体高分子電解質型燃料電池
は、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
しかしながら、このイオン交換膜は乾燥すると電気抵抗
が高くなるため、作動中は燃料ガスを加湿して供給しイ
オン交換膜の乾燥を防止することが必要である。燃料電
池作動中のイオン交換膜温度は８０℃程度である。アノ
ードで生成した水素イオンは水をともなってイオン交換
膜中をカソードへ移動する。カソードでは上述したよう
に、水素イオンと電子および酸素の結合による水の生成
があるため、燃料電池の運転では電流の取出しととも
に、燃料ガスである水素と酸化剤ガスとなる空気の供
給、生成する水（主に水蒸気）と供給する燃料ガスのう
ち未反応成分（以降、まとめて反応排ガスと呼ぶ）の排
出が必須である。このような燃料電池の構成が、例えば
特開平３−２０５７６３号公報に記載されている。

【０００７】代表的な固体高分子電解質型燃料電池で
は、電極単位面積あたりの出力電流が１Ａ／ｃｍ² 程度
と大きい。発電効率に大きく影響する抵抗損失を低減す
るためには燃料電池セルと導電性セパレータとの接触面
積を大きくとること、燃料電池セルと導電性セパレータ
とからなる燃料電池セルユニットの電流経路を短縮する
こと、いい替えれば燃料電池セルユニットの厚さを小さ
くすることがもっとも重要である。導電性セパレータを
含む単一の燃料電池セル厚さは１ｃｍ以下に形成するの
が一般的である。

【０００８】次に、改質器について述べる。なお、酸化
触媒を用いて反応排ガスと空気を反応させて水蒸気改質
反応の反応エネルギーを供給するようにした改質器が特
開平５−３１９８０１号公報に記載されている。この改
質器は直接火炎を用いないため安全性が高い。すでに述
べたとおり、改質器は原燃料を水蒸気改質して水素リッ
チな燃料ガスを生成するものである。原燃料であるメタ
ノールを水蒸気とともに改質に適した温度２００℃〜３
００℃の改質触媒部に供給すると水素ガスと炭酸ガスと
を生成する。これは吸熱反応のため外部からの反応エネ
ルギーの供給が必要である。なお、この改質反応にとも
なって副次的に一酸化炭素を生成するが、これは水蒸気
および酸素と反応させ水素および炭酸ガスに変換するよ
うに構成している。この改質器の大きさは、固体高分子
電解質型燃料電池の電気出力１ｋＷに対して約８リット
ル程度、またその熱時定数は数分程度である。電気自動
車等の負荷が要求する入力の時定数は数十ｍｓｅｃ程度
であり、電気自動車等に搭載する燃料電池発電システム
の改質器としては、重量の大きい補助蓄電池の容量を低
減するためにも、負荷の要求に応じた燃料電池からの要
求燃料ガス流量を最適に生成する制御が不可欠である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】先に述べた従来の燃料
電池発電システムおよびその制御装置では、改質器に供
給する原燃料供給流量を改質器温度とは無関係に補機制
御部が指令信号Ｉ_s によって制御するため、補助蓄電池
の容量が小さいと、負荷が急増した場合補助蓄電池の電
圧が低下し改質器へ供給する原燃料供給流量が急激に増
加する。原燃料供給流量が急増すると吸熱反応による改
質器温度の低下が顕著になり改質反応効率が低下するた
め、燃料電池への改質ガス供給能力が低下し、燃料電池
出力も減少する。同時に未改質の原燃料が燃料電池の性
能や寿命を損ない、また外部に未燃焼ガスを排出するこ
とになり、燃料利用効率を低下させる。未燃焼の原燃料
を外部に排出することは公害防止の観点からも見過ごし
得ない問題である。また、補助蓄電池の放電時における
電圧降下が小さいため、電圧検出による放電量の把握は
精度が悪く、過放電に陥りやすいという問題点もあっ
た。

【００１０】この発明は、ハイブリッド方式の電源を備
える電気自動車等に用い、負荷変動に対して改質器の燃
料ガス発生と温度維持応答速度を燃料電池の発電反応要
求応答速度に近づけ、補助蓄電池の容量を小さく設定で
きる燃料電池発電システム制御装置を得ることを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る燃料電池発電システムは、改質器に燃料電池の反応排
ガスおよび改質付加熱源を燃料改質熱源として供給する
とともに、負荷検出手段により電気負荷を検出して所定
期間毎に積分し電気負荷平均値を求め、この電気負荷平
均値の変化量に基づいて燃料改質器へ供給する改質原燃
料流量および改質付加熱源投入量を制御するものであ
る。

【００１２】請求項２に係る燃料電池発電システムは、
改質原燃料流量を改質付加熱源投入流量より所定時間遅
延させて追従させるものである。

【００１３】請求項３に係る燃料電池発電システムは、
改質付加熱源として改質原燃料の一部および／または改
質原燃料の一部を燃焼させた燃焼ガスを用いるものであ
る。

【００１４】請求項４に係る燃料電池発電システムは、
電圧検出手段により検出する補助蓄電池電圧に基づいて
改質原燃料流量および改質付加熱源投入量を補正制御す
るものである。

【００１５】請求項５に係る燃料電池発電システムは、
温度検出手段により検出する改質器温度に基づいて改質
原燃料流量および改質付加熱源投入量を補正制御するも
のである。

【００１６】

【作用】請求項１に係る発明では、燃料改質器に燃料電
池の反応排ガスおよび改質付加熱源を燃料改質熱源とし
て供給するとともに、燃料電池の電気負荷検出値を積分
して求める平均値の変化量に基づいて改質器へ供給する
改質原燃料流量および改質付加熱源投入流量を制御し
て、燃料電池が必要とする燃料ガス流量を充足させ、か
つ燃料改質器の負担を平均化し燃料改質反応を一定に維
持する。

【００１７】請求項２に係る発明では、改質原燃料流量
を改質付加熱源投入流量より所定時間遅延させて追従さ
せ、燃料改質器の熱時定数に基づく温度変化を抑制す
る。

【００１８】請求項３に係る発明では、改質付加熱源と
して改質原燃料の一部および／または改質原燃料の一部
を燃焼させた燃焼ガスを用い、燃料電池が必要とする燃
料ガス流量を充足させ、かつ燃料改質器の負担を平均化
し燃料改質反応を一定に維持する。

【００１９】請求項４に係る発明では、電圧検出手段に
より検出する補助蓄電池電圧に基づいて改質原燃料流量
および改質付加熱源投入量を補正制御し、補助蓄電池の
充電容量を常に適性値に制御する。

【００２０】請求項５に係る発明では、温度検出手段に
より検出する改質器温度に基づいて改質原燃料流量およ
び改質付加熱源投入量を補正制御し、燃料改質器の温度
変化を抑制する。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下この発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１はこの実施例による燃料電池発電システムの全
体構成図、図２は制御フローチャート、図３は補助蓄電
池電圧による原燃料流量の補正曲線、図４は変動負荷電
流と基本改質ガス流量増減値対応関係を示す図、図５は
改質原燃料の供給流量増減値に対応する予熱要求熱量を
示す図、図６は制御のタイミングチャートである。

【００２２】図１において、１は燃料電池、２は酸化触
媒を用いて燃料電池１からの反応排ガスと空気を反応さ
せて水蒸気改質反応の反応エネルギーを供給するように
した改質器（以下単に改質器と呼ぶ）、３は補助蓄電
池、４は負荷、５は燃料電池１の出力電流を検出する電
流センサ、６は補助蓄電池３の電流を検出する電流セン
サ、７は補助蓄電池３の電圧センサ、８は改質原燃料予
熱器（以下単に予熱器と呼ぶ）、９は改質原燃料ポンプ
（以下単に燃料ポンプと呼ぶ）、１０は予熱燃料ポンプ
（以下単に予熱ポンプと呼ぶ）、１１は水ポンプ、１２
は送風機、１３は原燃料タンク、１４は水タンク、１５
は制御装置である。なお、予熱器６の直前に内燃機関に
用いられるのと同じ原理の気化器を設けてもよい。

【００２３】燃料電池１および改質器２の動作は従来と
同一であり、説明を省略する。原燃料タンク１３から予
熱ポンプ１０により予熱燃料を予熱器８の燃焼室に供給
し送風機１２からの支燃空気と混合して燃焼させる。ま
た、燃料ポンプ９によって改質原燃料を予熱器８の加熱
室に供給し加熱気化させ改質器２に供給する。予熱器８
で生じる燃焼ガスは燃料電池１からの未反応成分を含む
反応排ガスとともに改質反応熱源として改質器２に供給
し、送風機１２からの空気と酸化触媒によって反応させ
改質反応エネルギーを得る。改質器２で改質生成した水
素リッチ燃料ガスと送風機１２からの空気を燃料電池１
に供給し、電気化学反応による電力を発生する。燃料電
池１からの電気出力は一般には各種の変換器によって利
用しやすい形態に変換され、例えば電動機などに供給さ
れるが、ここでは燃料電池出力の供給先は変換器や電動
機等を含めて単に負荷４として扱いその中身については
触れない。

【００２４】燃料電池１の電流Ｉ_f は電流センサ５によ
って、補助蓄電池３の電流Ｉ_b は電流センサ６でそれぞ
れ検出し、制御装置１４に入力し、負荷電流Ｉ_l を求め
る。補助蓄電池３の電圧は電圧センサ７で検出し制御装
置１５に入力する。燃料ポンプ９、予熱ポンプ１０、水
ポンプ１１、送風機１２等は制御装置１５からの制御信
号により所望の状態に制御する。制御装置１５はマイク
ロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種センサおよび駆動
回路との入出力回路、Ａ／Ｄ変換器、電源回路等からな
り、基本構成は周知の内燃機関用制御装置と同様であ
る。

【００２５】この実施例による燃料電池発電システムは
後述するフローチャートに従って動作する。この動作に
対応するプログラムおよび各種定数テーブルはＲＯＭ中
に保持しており、またプログラム中で使用する各種変数
は必要に応じて随時ＲＡＭに格納し、または読出す。各
センサからの入力に従ってマイクロプロセッサが演算を
行い、得られる結果を各ポンプの制御信号として出力回
路から出力し、これに基づいて図示を省略したポンプ駆
動回路が各ポンプに対し原燃料、水あるいは空気を所定
の流量になるよう調整する。燃料電池１、改質器２およ
び予熱器８へは送風機１２が空気を供給する。改質器２
および予熱器８への送風量は燃料電池１への送風量の１
／７〜１／９であり、この配分比が一定となるように配
管内にはオリフィスを設けてある。

【００２６】まず、動作の概要を説明する。所定の周期
Ｔ毎に、この周期Ｔを所定数に等分する第２の周期ｔ毎
に検出する負荷電流から期間平均負荷電流を求める。つ
いで、この期間平均負荷電流について先行する期間を含
めた所定の加重平均値を求め、この荷重平均値と期間平
均負荷電流との差をもって変動負荷電流とする。この変
動負荷電流に応じた改質原燃料の供給流量増減値および
予熱燃料の供給流量増減値を求め、予熱燃料および改質
原燃料の供給流量を制御する。もちろん、補助蓄電池の
充電量制御は別途周知の方法によって行われる。なお、
周期Ｔは５〜１０分、周期ｔは１秒程度にとるのが好ま
しい。

【００２７】次に、燃料電池発電システムの動作を図２
のフローチャートを用いてより詳しく説明する。図中、
ｍは周期Ｔ毎に、ｋは周期ｔ毎にそれぞれ更新されるカ
ウンタを示している。なお、このフローチャートに示す
動作は制御装置内のＲＯＭに保持しているプログラム
に、燃料電池と改質器が起動し電気自動車として予め定
められた所定の定格値を出力する条件を満足したのち実
施されるよう予め設定してある。

【００２８】ブロック１０１では周期ｔ毎に燃料電池１
の電流Ｉ_f と補助蓄電池３の電流Ｉ_b とから負荷電流Ｉ
_l を求め、周期Ｔ内での負荷電流Ｉ_l の平均値を求める
ため次の事前処理を行う。 △Ｉ_l(k)＝Ｉ_l(k) ｔ／Ｔ電流計測および演算の回数ｎと周期Ｔ、ｔは、ｎ＝Ｔ／
ｔの関係にある。

【００２９】ブロック１０２では、周期ｔ毎に求めた△
Ｉ_l(k)から期間平均負荷電流Ｊ（ｍ）を求め、加重平均
値Ｊ_mean（ｍ）を用いて変動負荷電流△Ｊ（ｍ）を求め
る。加重平均値Ｊ_mean（ｍ）を求める際に用いる係数α
は０．８〜０．９５とするのが好ましい。なお、変動負
荷電流△Ｊ（ｍ）が適当に定めた値△Ｊ₀ より小さい場
合は改質器に対する制御パラメータの更新は行わない。

【００３０】ブロック１０３では補助蓄電池３の端子電
圧Ｖ_b による制御パラメータの補正係数を求め、補助蓄
電池３が過充電または過放電にならないよう、端子電圧
Ｖ_bと目標電圧Ｖ_r の差△Ｖによって決まる補正係数Ｋ_b
を求める。補正係数Ｋ_b は補助蓄電池の端子電圧と目
標電圧との差△Ｖに対応して予めＲＯＭ中にテーブルと
して設定してある。図３に△ＶとＫ_b の関係を示す。

【００３１】ブロック１０４では、補助蓄電池電圧に基
づく補正を含めて基本改質ガス流量の増減値△Ｇ_H2、改
質原燃料の供給流量増減値△Ｇ_mix 、改質原燃料と改質
反応水の供給流量増減値である△Ｇ_fuelおよび△Ｇ_H2O
を求める。△Ｇ_H2は変動負荷電流△Ｊ（ｍ）の関数とし
て予めＲＯＭ中に設定してあるテーブルに基づいて求め
る。△Ｊ（ｍ）と△Ｇ_H2との関係を図４に示す。△Ｊ
（ｍ）が小さい範囲で△Ｇ_H2の増分を小さく、△Ｊ
（ｍ）の大きい範囲で△Ｇ_H2の増分を小さくすることに
よって、燃料電池１での反応排ガス中の未反応部分を有
効に利用でき、かつ燃料電池の過負荷を防止できる。△
Ｇ_mix 、△Ｇ_fuelおよび△Ｇ_H2O はフローチャート記載
の通り △Ｇ_mix＝Ｋ_g Ｋ_b △Ｇ_Ｈ２ △Ｇ_ｆｕｅｌ＝△Ｇ_mix／（１＋β） △Ｇ_H2O ＝β△Ｇ_mix／（１＋β）として求める。Ｋ_g は定数である。なお、△Ｇ_fuelと△
Ｇ_H2O との体積比βは２〜４とし、改質反応水を過剰な
状態に維持する。これは燃料電池１に加湿した燃料ガス
を供給するためである。

【００３２】ブロック１０５では予熱燃料の供給流量増
減値△Ｑを求める。△Ｑは改質原燃料の供給流量増減値
△Ｇ_H2に対応する改質原燃料の予熱要求熱量に相当する
もので、△Ｑと△Ｇ_H2とは図５に示すような関係にあ
り、予めＲＯＭ中にテーブルとして設定してある。△Ｇ
_H2の大きい範囲で△Ｑの増分を低減しているのは上に述
べた△Ｊ（ｍ）と△Ｇ_H2の関係と同趣旨の手段であり、
改質器の過熱防止に有効である。

【００３３】ブロック１０６では、△Ｇ_fuel、△Ｑ、△
Ｇ_H2O および△Ｇ_mix ＋△Ｑに対応して予めテーブルと
してＲＯＭ中に設定してある燃料ポンプ駆動電流増減値
△Ｉ₁ 、予熱ポンプ駆動電流増減値△Ｉ₂ 、送風機駆動
電流増減値△Ｉ₃ および水ポンプ駆動電流増減値△Ｉ_w
に基づいて求める。

【００３４】ブロック１０７では、燃料ポンプ９の駆動
電流Ｉ₁ 、予熱ポンプ１０の駆動電流Ｉ₂ 、送風機１２
の駆動電流Ｉ₃ および水ポンプ１１の駆動電流Ｉ_w を以
下のように求めて、各ポンプおよび送風機を制御する。Ｉ₁ ＝Ｉ₁ ＋△Ｉ₁ Ｉ₂ ＝Ｉ₂ ＋△Ｉ₂ Ｉ₃ ＝Ｉ₃ ＋△Ｉ₃ Ｉ_w ＝Ｉ_w ＋△Ｉ_w

【００３５】この実施例の負荷電流検出による燃料供給
制御では、従来の電圧検出による制御に比べて補助蓄電
池の充放電量をより直接的に把握できるため、補助蓄電
池の充放電制御が精度よく行えるという利点がある。

【００３６】以上の説明では、電気自動車用として好適
な固体高分子電解質型燃料電池を前提として説明した
が、例えば、燐酸塩型燃料電池に適用しても同様の効果
をもたらすことはいうまでもない。もちろん、原燃料と
してメタノールを用いる場合ばかりでなく、発明の趣旨
を逸脱しない範囲で原燃料としてＬＰＧやＬＮＧなどを
用いることが可能なことはいうまでもない。改質器とし
て、改質エネルギーを触媒による酸化反応によって得る
ものを用いることによって、直接火炎を使用する必要が
なくなり安全面で優れ、特に電気自動車用電源には好適
であるが、バーナーでの燃焼を用いるものによってもこ
の発明は実施できる。

【００３７】また、変動負荷電流△Ｊ（ｍ）の検出と同
時に各ポンプの駆動電流を調節することを前提にして説
明したが、燃料ポンプの駆動電流調節を△Ｊ（ｍ）の検
出から所定時間遅らせることによって、改質器の熱時定
数に起因する改質反応効率の変動を防止することがで
き、未燃焼ガスの放出などにともなう排気ガス汚染が未
然に防止できる。図６はこのようにした場合の制御タイ
ミングチャートである。図中、τで時間遅れを示す。

【００３８】以上の説明では、変動負荷電流△Ｊ（ｍ）
を検出してから時間τ経過後に燃料ポンプ９の駆動電流
を調節するものとしたが、改質器２の排出ガス温度を検
出する排出ガス温度検出手段を設け、排出ガス温度検出
手段の検出値に基づいて予熱ポンプ１０の駆動電流を補
正制御することによって、改質器温度を安定化させ未燃
焼ガスの放出などにともなう排気ガス汚染をより確実に
防止できる。もちろん、時間遅れτを考慮しない場合に
適用しても相応の効果が得られる。

【００３９】さらにまた、予熱器２と改質器８とを用い
る場合について説明したが、例えば改質器２の加熱セル
に原燃料をも酸化反応させる触媒を保持させ、改質器２
の熱源として燃料電池１の反応排ガスとともに原燃料の
一部を供給するようにしてもよい。この場合、先に説明
した予熱器８の燃焼室に供給した支燃空気は改質器２に
おける酸化反応用空気とともに供給する必要があること
はいうまでもない。もちろん、予熱器２と改質器２への
原燃料の一部を供給する要素を並存させても差し支えな
い。これは、吸熱反応である燃料改質に必要な熱エネル
ギー源として改質器に導入する燃料電池からの反応排ガ
スに原燃料の一部および／または予熱器２からの燃焼ガ
スを改質付加エネルギー源として投入し、この改質付加
エネルギーの投入量を調整することによって改質反応を
制御するように構成すれば本願発明の目的が達成できる
ことを示している。もちろん、改質付加エネルギーは原
燃料一部および／またはその燃焼ガスに限るものではな
く、例えば燃料電池システムからの電力を用いて加熱し
てもよい。電気加熱を用いることによって原燃料の利用
効率が若干低下するが、燃料電池発電システムの構成が
簡素化でき、かつ燃料電池発電システムの起動を短時間
に行えることが期待でき電気負荷の変動に対する応答時
間も短縮可能となる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、改質器に燃料
電池の反応排ガスおよび改質付加熱源を燃料改質熱源と
して供給するとともに、負荷検出手段により電気負荷を
検出して所定期間毎に積分し電気負荷平均値を求め、こ
の電気負荷平均値の変化量に基づいて燃料改質器へ供給
する改質原燃料流量および改質付加熱源投入量を制御す
るので、燃料電池が必要とする燃料ガス流量が補助蓄電
池を常に適性充電状態に維持できる条件のもとで充足さ
れ、かつ燃料改質器の負担を平均化するため燃料改質反
応を一定に維持でき、小さな補助蓄電池容量で燃料電池
発電システムを実現できる。

【００４１】請求項２の発明によれば、改質原燃料流量
を改質付加熱源投入流量より所定時間遅延させて追従さ
せるので、請求項１に記載の発明による効果に加えて燃
料改質器の熱時定数に基づく温度変化が抑制でき燃料改
質効率がより安定する。

【００４２】請求項３の発明によれば、改質付加熱源と
して改質原燃料の一部および／または改質原燃料の一部
を燃焼させた燃焼ガスを用いるので、請求項１および請
求項２に記載の発明による効果に加えて原燃料のエネル
ギー利用効率が高められる。

【００４３】請求項４の発明によれば、電圧検出手段に
より検出する補助蓄電池電圧に基づいて改質原燃料流量
および改質付加熱源投入量を補正制御するので、請求項
１ないし請求項３に記載の発明による効果に加えて補助
蓄電池の充電容量を常に適性値に制御でき、補助蓄電池
の容量をさらに低減できる。

【００４４】請求項５の発明によれば、温度検出手段に
より検出する改質器温度に基づいて改質原燃料流量およ
び改質付加熱源投入量を補正制御するので、請求項１な
いし請求項３に記載の発明による効果に加えて燃料改質
器の温度変化が抑制でき燃料電池発電システム運転の安
定性がより向上する。。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による燃料電池発電システ
ムの全体構成図である。

【図２】この発明の実施例による燃料電池発電システ
ムの制御フローチャートである。

【図３】この発明による実施例の補助蓄電池電圧の変
化にともなう原燃料流量の補正曲線を示す図である。

【図４】この発明による実施例の変動負荷電流と基本
改質ガス流量増減値対応関係を示す図である。

【図５】この発明による実施例の改質原燃料の供給流
量増減値に対応する予熱要求熱量を示す図である。

【図６】この発明による実施例の制御のタイミングチ
ャートである。

【図７】従来の燃料電池のシステム構成図である。

【図８】従来の固体高分子電解質型燃料電池の構成原
理図である。

【符号の説明】

１燃料電池２改質器３補助蓄
電池４負荷５、６電流センサ７電圧セ
ンサ８予熱器９燃料ポンプ１０予熱ポ
ンプ１１水ポンプ１２送風機１３原燃
料タンク１４水タンク１５制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池と原燃料を改質して前記燃料電
池に供給する燃料改質器と補助蓄電池とを備えた燃料電
池発電システムにおいて、前記燃料改質器に前記燃料電池の反応排ガスおよび改質
付加熱源を燃料改質熱源として供給するとともに、前記
燃料電池発電システムの電気負荷を検出する負荷検出手
段を備え、該負荷検出手段の検出値を所定期間毎に積分
して電気負荷平均値を求め、該電気負荷平均値の変化量
に基づいて前記燃料改質器へ供給する改質原燃料流量お
よび前記改質付加熱源投入流量を制御する燃料流量制御
手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】前記改質原燃料流量を前記改質付加熱源
投入流量より所定時間遅延させて追従させることを特徴
とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】前記改質付加熱源は前記原燃料の一部お
よび／また前記原燃料の一部を燃焼させた燃焼ガスであ
ることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか
に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】前記補助蓄電池の電圧検出手段を設け、
該電圧検出手段の検出値に基づいて前記改質原燃料流量
および前記改質付加熱源投入量を補正制御することを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃
料電池発電システム。
【請求項５】前記燃料改質器に温度検出手段を設け、
該温度検出手段の検出値に基づいて前記改質原燃料流量
および前記改質付加熱源投入量を補正制御することを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃
料電池発電システム。