WO2009104419A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2009104419A1
WO2009104419A1 PCT/JP2009/000746 JP2009000746W WO2009104419A1 WO 2009104419 A1 WO2009104419 A1 WO 2009104419A1 JP 2009000746 W JP2009000746 W JP 2009000746W WO 2009104419 A1 WO2009104419 A1 WO 2009104419A1
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fuel cell
electric heater
power generation
cell system
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田口清
田村佳央
田中良和
保田繁樹
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パナソニック株式会社
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    • Y02P20/10—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system including a hydrogen generator having a combustor for supplying heat for a reforming reaction.
  • a conventional fuel cell system includes a hydrogen generator 81 that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a hydrogen-containing organic compound such as city gas as a raw material, and hydrogen supplied from the hydrogen generator 81. And a fuel cell 82 that generates electric power using the contained gas and the oxidant gas.
  • This fuel cell system is usually configured to combust combustible anode off-gas discharged from the fuel cell 82 in a combustor and supply heat necessary for the reforming reaction to the hydrogen generator 81.
  • a CO sensor 85 is usually used.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in a form using an electric heater that heats a CO sensor provided in a combustion exhaust gas path of a combustor that burns anode off gas of a fuel cell, the power generation operation of the fuel cell
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing the condensation of the CO sensor in the inside as compared with the conventional case.
  • the present inventors have found that even when the amount of flammable gas in the anode off-gas is large and the amount of water in the combustion exhaust gas is estimated to be large, the power generation amount of the fuel cell is high. It was found that when the amount is maintained at the high level, condensation is unlikely to occur, and condensation is likely to occur in the CO sensor in the process of increasing the power generation amount. This is because when the amount of power generated by the fuel cell is low, the amount of heat contained in the combustion exhaust gas is small, so the temperature of the CO sensor itself tends to decrease. When the temperature of this sensor is low, the amount of power generated by the fuel cell increases. It is presumed that the combustion exhaust gas having a high temperature and a high water vapor content comes into contact with the CO sensor and is likely to cause condensation.
  • the fuel cell system of the present invention includes a hydrogen generator having a reformer that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material, and the hydrogen A fuel cell that generates electricity using a hydrogen-containing gas supplied from a generator; a combustor that burns anode off-gas discharged from the fuel cell and heats the reformer; and the exhaust that is discharged from the combustor
  • a CO detector for detecting the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas, an electric heater for heating the CO detector, and a controller, the controller responding to an increase in power generation amount of the fuel cell
  • the electric heater is configured to increase the energization amount.
  • the fuel cell system according to the present invention further includes a power generation amount controller that controls an amount of electric power extracted from the fuel cell, and the controller controls the electric power when the power generation amount command value to the power generation amount controller increases. You may be comprised so that the energization amount to a heater may be raised.
  • the controller is configured to increase the energization amount to the electric heater when the power consumption amount of the power load is larger than the power generation amount of the fuel cell. May be.
  • the controller may be configured to increase an energization amount to the electric heater when the power generation amount of the fuel cell is increasing.
  • increasing the amount of current supplied to the electric heater includes switching the operation of the electric heater from OFF to ON.
  • the controller when the electric heater is turned on, the controller continues the ON state of the electric heater for a predetermined holding time regardless of the subsequent increase or decrease in the amount of power generated by the fuel cell.
  • the electric heater may be controlled.
  • This configuration reduces the number of times the electric heater is turned on and off, thereby improving the durability of the electric heater.
  • an average energization amount of the electric heater during power generation operation of the fuel cell system may be lower than an average energization amount of the electric heater during start-up processing of the fuel cell system.
  • an average energization amount of the electric heater during power generation operation of the fuel cell system may be lower than a maximum energization amount of the electric heater during start-up processing of the fuel cell system.
  • the base energization amount of the electric heater before increasing the energization amount of the electric heater during the power generation operation of the fuel cell system is equal to the electric power during the start-up process of the fuel cell system. It may be lower than the base energization amount of the heater.
  • the base energization amount of the electric heater before increasing the energization amount of the electric heater during the power generation operation of the fuel cell system may be zero.
  • the controller may be configured to turn off the operation of the electric heater after continuing the ON state of the electric heater for the predetermined time.
  • the fuel cell system of the present invention when the power generation amount of the fuel cell rises, moisture contained in the combustion exhaust gas is prevented from being condensed on the CO detector, and the combustor that heats the reformer It becomes possible to monitor combustion stability more stably.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing changes over time in the power generation amount of the fuel cell system and the ON operation of the electric heater in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of electric heater control of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing temporal changes in the amount of power generated by the fuel cell system and the ON operation of the electric heater according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of electric heater control of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing changes over time in the power generation amount of the fuel cell system and the ON operation of the electric heater in Embodiment 1 of the
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing changes over time in the amount of power generated by the fuel cell system and the ON operation of the electric heater according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of electric heater control of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing changes over time in the amount of power generated by the fuel cell system and the ON operation of the electric heater according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing changes over time in the power generation amount of the fuel cell system of the modification and the ON operation of the electric heater.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 100 of Embodiment 1 uses a raw material supplied from a raw material supplier 12 and water supplied from a water supplier 13 to generate a hydrogen-containing gas by a steam reforming reaction.
  • a hydrogen generator 1 having a reformer 1a to be generated; a fuel cell 2 that generates electricity using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 1 and an oxidant gas supplied from an oxidant gas supply 14;
  • a combustor 3 for combusting anode off-gas discharged from the battery 2 and supplying heat for the steam reforming reaction to the reformer 1a; a combustion exhaust gas path 4 through which combustion exhaust gas discharged from the combustor 3 flows;
  • the first heat exchanger 5 that condenses the moisture in the flue gas flowing through the flue gas path 4, the condensed water tank 6 that stores the condensed water condensed in the first heat exchanger 5, Removed combustion exhaust
  • a CO detector 7 that detects the concentration of carbon monoxide contained in the fuel cell 2, an electric heater 8 that is provided in
  • the cooling water path 9 through which the cooling water for cooling the water flows, the second heat exchanger 10 for recovering heat from the cooling water, and the hot water storage for storing the heat recovered by the first heat exchanger 5 and the second heat exchanger 10 as hot water A tank 11, a power generation controller 15 that controls the amount of power extracted from the fuel cell 2, a first current detector 16 installed between a connection point between the fuel cell 2 and the system power supply, and the system power supply, The second current detector 17 that detects the amount of current output from the power generation amount controller 15, the inflow destination of the hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generator 1, the fuel cell 2, and a route that bypasses the fuel cell 2 A switch 18 for switching between and the fuel cell system 100 And a controller 19 for controlling the operation of each device.
  • the hydrogen generator 1 is not limited to the reformer 1a, but also by a shifter (not shown) or an oxidation reaction for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the reformer 1a by a shift reaction. It has a CO remover (not shown) for reduction.
  • the raw material supplier 12 supplies a hydrogen-containing organic compound such as city gas as a raw material to the hydrogen generator 1, and the power generation amount controller 15 is an inverter as an orthogonal converter that converts the direct current power of the fuel cell 2 into alternating current power.
  • the controller 19 outputs a power generation amount command value to the power generation amount controller 15 so as to follow this power consumption based on the power consumption of the power load.
  • the controller 19 controls ON / OFF of the operation of the electric heater 8 based on the power generation amount command value.
  • a sheath heater or the like is used as the electric heater 8, and the installation mode of the electric heater 8 is not particularly limited as long as the CO detector 7 can be heated.
  • FIG. 2 shows the change over time in the power consumption of the power load, the change over time in the amount of power generated by the fuel cell 2 in the fuel cell system 100 of the first embodiment, and the ON state of the electric heater 8 relative to the amount of power generated in the fuel cell 2. It is a figure which shows / OFF operation control.
  • the fuel cell system 100 performs combustion discharged from the combustor 3 by turning on the operation of the electric heater 8 when the power generation amount of the fuel cell 2 is increased.
  • the occurrence of condensation on the CO detector 7 is suppressed.
  • Whether to increase the power generation amount of the fuel cell 2 is determined based on the power generation amount command value output from the controller 19 to the power generation amount controller 15. Further, once the electric heater 8 is turned on, the electric heater 8 is frequently turned on by continuing the ON operation for a predetermined holding time T1 regardless of the increase / decrease in the power generation amount command value of the fuel cell 2 thereafter. / OFF operation is suppressed, leading to suppression of deterioration of the electric heater 8.
  • the controller 19 turns on the operation of the electric heater 8 to suppress the occurrence of condensation on the CO detector 7. Then, when the temperature raising step of the hydrogen generator 1 is completed and the carbon monoxide in the hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generator 1 is sufficiently reduced, the controller 19 switches the switch 18, The inflow destination of the hydrogen-containing gas delivered from the hydrogen generator 1 is switched from the bypass path to the fuel cell 2 side, the startup process of the fuel cell system 100 is terminated, and the power generation operation of the fuel cell 2 is started.
  • the power generation amount command value is output from the controller 19 to the power generation amount controller 15 every predetermined time.
  • the previous power generation amount command value at the present time predetermined time. It is determined whether or not the amount of change with respect to the power generation amount command value is a positive value, that is, whether or not the power generation amount of the fuel cell 2 is increased by the controller 19 (step S31). When it is determined that the amount command value increases, the operation of the electric heater 8 is turned on (step S32). If it is not determined that the power generation amount increases, the process returns to step S31 to determine whether the power generation amount of the fuel cell 2 is increased every predetermined time.
  • step S33 when the operation of the electric heater 8 is turned on, the operation of the electric heater 8 is turned on (step S33) and then the operation of the electric heater 8 is turned off (step S33) until a predetermined holding time T1 elapses. S34).
  • the process returns to step S31 and the above operations are repeated.
  • the control of the ON / OFF operation of the electric heater 8 based on whether or not the power generation amount of the fuel cell 2 is increased has been described.
  • the electric heater 8 is steadily turned on, and the electric heater is changed in accordance with the increase or decrease in the power generation amount of the fuel cell 2 (power generation amount command value or detection current value of the second current detector 17). You may comprise so that the energization amount to 8 may be increased / decreased.
  • the CO detector 7 Since it is estimated that the temperature of the flue gas passing through the gas and the amount of water vapor increase, the amount of current supplied to the electric heater 8 is increased and the amount of heating of the electric heater 8 is increased. Further, when the power generation amount command value of the fuel cell 2 decreases, it is estimated that the temperature of the flue gas passing through the CO detector 7 and the amount of water vapor will decrease, so that the amount of current supplied to the electric heater 8 is decreased.
  • the “energization amount” is the amount of power supplied to the electric heater 8 per unit time.
  • the increase / decrease of the energization amount may be performed by increasing / decreasing the amount of heat generated by the electric heater 8. Therefore, a mode in which the voltage supplied to the electric heater 8 is continuously increased or decreased may be employed.
  • a predetermined voltage pulse that periodically turns on and off may be applied to the electric heater 8 to increase or decrease the energization amount at a ratio of the ON time per cycle.
  • the controller 19 controls the electric heater 8 to turn on the electric heater 8 for 100 milliseconds and to apply a voltage pulse having a one-second period to operate with the remaining 900 milliseconds OFF
  • the ON time within the one-second period When the time is set to 50 milliseconds, the amount of energization can be reduced, and when the ON time within one second period is set to 150 milliseconds, the amount of energization can be increased.
  • the controller 19 controls the electric heater 8 based on whether or not the power generation amount of the fuel cell 2 is increased.
  • the controller 19 is not limited to this, and increases or decreases the power generation amount of the fuel cell 2.
  • the control value of the physical quantity controlled accordingly for example, the control value of the raw material supply amount to the hydrogen generator 1, the control value of the water supply amount to the hydrogen generator 1, the air supply amount supplied to the cathode of the fuel cell 2)
  • each detector (not shown) of a physical quantity controlled in accordance with increase or decrease in the power generation amount of the fuel cell 2 for example, detection for detecting the flow rate of the raw material supplied from the raw material supply device 12 to the hydrogen generator 1
  • the electric heater 8 may be controlled based on detection values of a detector, a detector for the amount of water supplied to the hydrogen generator 1, a detector for the amount of air supplied to the cathode of the fuel cell 2, and the like.
  • the controller 19 replaces the power generation amount of the fuel cell 2 used in the first embodiment with the raw material flow rate, water flow rate or air flow rate detected by each detector, or the flow rate command to each supply unit.
  • the electric heater 8 may be controlled based on the value.
  • the controller 19 turns on the operation of the electric heater 8 when the raw material flow rate, the water flow rate or the air flow rate detected by each detector, or the flow rate command value to each feeder increases.
  • a mode of increasing the energization amount of the electric heater 8 that is steadily turned on even during the power generation operation may be employed.
  • “when the increase in the power generation amount of the fuel cell is started” defined in the present invention refers to a case where the power generation amount of the fuel cell 2 is increased, that is, directly or indirectly to the power generation amount of the fuel cell 2.
  • the control value of the physical quantity that correlates with each other for example, the power generation amount command value, the control value of the raw material supply amount, the control value of the water supply amount, the control value of the air supply amount, etc.
  • detection values of physical quantities that directly or indirectly correlate with the power generation amount for example, detection values of current amount, raw material flow rate, water flow rate, air flow rate, etc.
  • step S31 when it is determined that the amount of change in the power generation amount command value of the fuel cell 2 is increased, the electric heater 8 is quickly turned on again, and the electric heater 8 has substantially continued for longer than the holding time T1. Is shown.
  • the fuel cell system 100 suppresses the decrease in energy efficiency due to the power consumption of the electric heater 8, while the moisture contained in the anode off-gas of the fuel cell 2 is supplied to the CO detector 17. Condensation is suppressed, and the combustion stability of the combustor 3 can be monitored more stably. Moreover, once the electric heater 8 is turned on, the controller 19 controls the fuel cell 2 so that it continues for a predetermined holding time T1 regardless of the increase / decrease in the power generation amount command value of the fuel cell 2, thereby frequently turning on the electric heater 8. / OFF operation is suppressed, and deterioration of the electric heater 8 can be suppressed.
  • the configuration of the fuel cell system 100 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the ON / OFF control of the electric heater 8 by the controller 19 is different, so that point will be described in detail.
  • FIG. 4 shows the change over time in the power consumption of the power load, the change over time in the power generation amount of the fuel cell 2 in the fuel cell system 100 of the second embodiment, and the ON of the electric heater 8 with respect to the power generation amount of the fuel cell 2. It is a figure which shows / OFF operation
  • the power generation of the fuel cell 2 follows the power consumption of the electric load.
  • the power generation amount command value of the fuel cell 2 output from the controller 19 is likely to increase, and the operation of the electric heater 8 is turned on. That is, “when the increase in the power generation amount of the fuel cell is started” defined in the present invention includes a case where an increase in the power generation amount of the fuel cell 2 is predicted. However, even if the power consumption of the power load is larger than the power generation amount of the fuel cell 2, if the difference is small, the power generation amount of the fuel cell 2 is not expected to increase continuously.
  • ⁇ W1 which is the difference between the power generation amount of the fuel cell 2 and the power generation amount of the fuel cell 2, is greater than or equal to a first threshold at which a continuous increase in the power generation amount of the fuel cell 2 is expected. It is preferable to do.
  • the controller 19 calculates the difference between the power consumption of the power load and the power generation amount of the fuel cell 2. It is determined whether or not a certain ⁇ W1 is 150 W or more (step S51).
  • the power consumption of the power load is the sum of the power generation amount command value output by the controller 19 and the current value detected by the first current detector 16, and the power generation amount of the fuel cell 2 is the controller 19.
  • the power consumption of the power load is calculated using the current value detected by the second current detector 17 provided in the electric path between the power generation amount controller 15 and the interconnection point instead of the power generation amount command value.
  • the power generation amount of the fuel cell 2 may be used.
  • the first current detector 16 and the second current detector 17 constitute the load power detector of the present invention
  • the second current detector 17 constitutes the power generation amount detector of the fuel cell of the present invention.
  • step S51 when it is determined in step S51 that ⁇ W1 is 150 W or more, the operation of the electric heater 8 is turned on (step S52). If it is determined in step S51 that ⁇ W1 is less than 150 W, the process returns to step S51, and it is determined every predetermined time whether ⁇ W1 is 150 W or more.
  • step S53 when the operation of the electric heater 8 is turned on, the operation of the electric heater 8 is turned on (step S53) and then the operation of the electric heater 8 is turned off (step S53) until a predetermined holding time T1 elapses. S54).
  • the process returns to step S51 and the above operations are repeated.
  • the electric heater 8 is turned on / off based on whether or not the difference ⁇ W1 between the power consumption of the load power and the power generation amount of the fuel cell 2 is 150 W or more.
  • the control of the operation has been described, like the fuel cell system 100 of the first embodiment, after the electric heater is once turned on, the subsequent power generation amount of the fuel cell 2 (power generation amount command value or second current detector)
  • the amount of energization to the electric heater 8 may be increased / decreased according to the increase / decrease of the 17 detection currents).
  • the fuel cell system 100 of the second embodiment controls the operation of the electric heater 8 to be turned on when it is assumed that the power generation amount of the fuel cell 2 continuously increases and becomes high output. Therefore, in the case of the first embodiment in which the electric heater 8 is simply turned on when the power generation amount command value of the fuel cell 2 simply increases regardless of whether or not the output of the fuel cell is expected to increase continuously thereafter. In comparison, since the operation is performed only when the electric heater 8 needs to be turned on, the operation frequency of the electric heater 8 is reduced, leading to an increase in the efficiency of the fuel cell system 100 and an improvement in the durability of the electric heater 8.
  • the configuration of the fuel cell system 100 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the ON / OFF control of the electric heater 8 by the controller 19 is different, so that point will be described in detail.
  • FIG. 6 shows the change over time in the power consumption of the power load, the change over time in the amount of power generated by the fuel cell 2 in the fuel cell system 100 according to the third embodiment, and the ON state of the electric heater 8 relative to the amount of power generated in the fuel cell 2. It is a figure which shows / OFF operation
  • the operation of the electric heater 8 is turned on when the increase amount ⁇ W2 of the power generation amount of the fuel cell 2 within a predetermined time is equal to or greater than the second threshold value.
  • the second threshold value is preferably a predetermined value that is equal to or less than the upper limit of the amount of increase in the power generation amount of the fuel cell 2 that does not cause condensation on the CO detector 7.
  • the power generation amount of the fuel cell 2 is continuously increased not only when the power generation amount of the fuel cell 2 is continuously increased, but also within the predetermined time even if there is a slight increase or decrease within the predetermined time. In addition, the case where the power generation amount of the fuel cell 2 tends to increase is also included.
  • the controller 19 causes the power generation amount of the fuel cell 2 to increase by ⁇ W2 within a predetermined time. Is determined to be 150 W or more (step S71).
  • the power generation amount of the fuel cell 2 is detected by the power generation amount command value output by the controller 19 or the second current detector 17 provided on the electric path between the power generation amount controller 15 and the interconnection point. Current value is used.
  • the controller 19 also serves as the power generation amount detector of the fuel cell 2 of the present invention, or the second current detector 17 constitutes the power generation amount detector of the fuel cell of the present invention.
  • step S71 when it is determined in step S71 that ⁇ W2 is 150 W or more, the operation of the electric heater 8 is turned on (step S72). If it is determined in step S71 that ⁇ W2 is less than 150 W, the process returns to step S71, and it is determined every predetermined time whether ⁇ W2 is 150 W or more.
  • step S73 when the operation of the electric heater 8 is turned on, the operation of the electric heater 8 is turned on (step S73) and then the operation of the electric heater 8 is turned off (step S73) until a predetermined holding time T1 elapses. S74).
  • the process returns to step S71 and the above operations are repeated.
  • the ON / OFF operation of the electric heater 8 is performed based on whether or not the increase amount ⁇ W2 of the power generation amount of the fuel cell 2 within a predetermined time is 150 W or more.
  • the control has been described, like the fuel cell system 100 of the first embodiment, after the electric heater is once turned on, the power generation amount of the fuel cell 2 thereafter (the power generation amount command value or the second current detector 17) You may comprise so that the energization amount to the electric heater 8 may be increased / decreased according to increase / decrease in detection electric current.
  • the fuel cell system 100 of the third embodiment described above it is possible to further suppress a decrease in energy efficiency due to power consumption of the electric heater 8 as compared with the fuel cell system 100 of the second embodiment. That is, since the fuel cell system 100 according to the third embodiment controls that the operation of the electric heater 8 is turned on after confirming that the power generation amount of the fuel cell 2 has continuously increased, The electric heater is operated only when the electric heater 8 needs to be turned on as compared with the second embodiment in which the electric heater 8 is turned on simply because an increase in the output of the fuel cell 2 is expected. The useless ON operation of 8 is reduced, leading to an increase in the efficiency of the fuel cell system 100 and an improvement in the durability of the electric heater 8.
  • ⁇ W1 is the first value.
  • the electric heater 8 will not be turned on as soon as it does not exceed the threshold value, and the condensation to the CO detector 17 may not be prevented.
  • the fuel cell system 100 of the third embodiment does not use the actual fuel. Since the ON / OFF operation of the electric heater 8 is controlled based on the power generation amount of the battery 2, it is possible to more reliably suppress the condensation on the CO detector 17.
  • the operation control of the electric heater 8 includes both the operation control of the electric heater in the fuel cell system 100 of the second embodiment and the operation control of the electric heater 8 of the fuel cell system 100 of the present embodiment. 100 may be configured.
  • the fuel cell system 100 of the fourth embodiment is the same as the configuration of the first embodiment, and the controller 19 determines the average energization amount to the electric heater 8 during the power generation process of the fuel cell system 100 during the startup process. Control is performed so as to reduce the average amount of electricity supplied to the electric heater 8.
  • the temperature of each device such as the CO detector 7 is lower than that during the power generation operation, and the operation of the fuel cell system 100 is stopped and the next start-up process is started.
  • the temperature may be reduced to about the outside temperature. For this reason, when the fuel cell system 100 is started, dew condensation is likely to occur in the CO detector 7, so it is necessary to heat the CO detector 7 with the electric heater 8.
  • the startup process is performed in order to suppress condensation on the CO detector 7.
  • the electric heater 8 starts up the average energization amount to the electric heater 8 during the power generation operation of the fuel cell system 100 by the controller 19. Control is performed to reduce the average energization amount during processing.
  • FIG. 9 shows the change over time in the power consumption of the power load, the change over time in the amount of power generated by the fuel cell 2 in the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment, and the startup process of the fuel cell system 100. It is a figure which shows operation
  • the controller 19 has a unit time to the electric heater 8 during the power generation operation of the fuel cell system 100 rather than an average energization (ON operation) time per unit time of the electric heater 8 during the startup process of the fuel cell system 100.
  • the average energization amount to the electric heater 8 during the start-up process of the fuel cell system 100 is larger than during the power generation operation of the fuel cell system 100. Control is performed such that the average energization amount to the electric heater 8 is lower.
  • the fuel cell system 100 starts the ON operation of the electric heater 8 with the start of the start-up process, the temperature raising process of the hydrogen generator 1 is completed during the start-up process, and the switch 10 is switched to switch the fuel cell. Until the hydrogen-containing gas 2 can be supplied, the ON operation of the electric heater 8 is continued.
  • the electric heater 8 is appropriately turned on for a predetermined holding time T1.
  • the controller 19 uses the average energization amount to the electric heater 8 during the power generation operation of the fuel cell system 100 rather than the average energization amount to the electric heater 8 during the startup process of the fuel cell system 100.
  • the present invention is not limited to this, and the average energization to the electric heater 8 during the power generation operation of the fuel cell system 100 is larger than the maximum energization amount to the electric heater 8 during the startup process of the fuel cell system 100.
  • the amount may be controlled to be lower.
  • FIG. 10 shows the change over time in the power consumption of the power load, the change over time in the amount of power generated by the fuel cell 2 in the fuel cell system 100 according to the variation, the electric heater 8 during the start-up process of the fuel cell system 100 and during the power generation operation. It is a figure which shows this operation control and the amount of electricity supply to the electric heater 8.
  • the controller 19 controls not only the ON / OFF operation but also the energization amount during the ON operation as the operation control of the electric heater 8. It is configured to be possible. As shown in FIG. 10, unlike the fourth embodiment, the electric heater 8 is turned on during the power generation operation not only when the increase in the power generation amount of the fuel cell 1 is started but also in other states. The However, the energization amount to the electric heater 8 except when the increase in the power generation amount of the fuel cell 1 is started is a constant energization smaller than the energization amount when the increase in the power generation amount of the fuel cell 1 is started. It is controlled by the amount (W2).
  • a constant energization amount other than when the increase in the power generation amount of the fuel cell 2 is started is referred to as a first base energization amount.
  • the controller 10 in the start-up process of the fuel cell system 100, the controller 10 is configured to control the operation of the electric heater 8 so that the second base energization amount W1 is larger than the first base energization amount W2.
  • the energization of the electric heater 8 is started when the increase in the power generation amount of the fuel cell 2 is started as in the first or second embodiment.
  • the form which performs the control which increases quantity is employ
  • the fuel cell system according to the present invention when the power generation amount of the fuel cell increases, the dew condensation on the CO detector of moisture contained in the combustion exhaust gas is suppressed, and the combustion stability of the combustor is more stably monitored. Therefore, it is useful as a fuel cell system for home use.

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Abstract

　本発明の燃料電池システムは、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器（１ａ）を有する水素生成装置（１）と、水素生成装置（１）から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池（２）と、燃料電池（２）より排出されるアノードオフガスを燃焼し、改質器（１ａ）を加熱する燃焼器（３）と、燃焼器（３）から排出された燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器（７）と、ＣＯ検知器（７）を加熱する電気ヒーター（８）と、制御器（１９）とを備え、制御器（１９）は、燃料電池（２）の発電量の上昇に応じて、電気ヒーター（８）の通電量を上昇させるように構成されている。

Description

燃料電池システム
　本発明は、改質反応のための熱を供給する燃焼器を有する水素生成装置を備える燃料電池システムに関する。
　従来の燃料電池システムは、図８に示すように都市ガス等の含水素有機化合物を原料として改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成装置８１と、この水素生成装置８１から供給される水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池８２とを備える。この燃料電池システムは、通常、燃料電池８２から排出された可燃性のアノードオフガスを燃焼器で燃焼し、改質反応に必要な熱を水素生成装置８１に供給するよう構成されているが、この燃焼器８３の燃焼安定性を確認するために通常、ＣＯセンサ８５が用いられる。ただし、このＣＯセンサ８５上に燃焼器８３から排出される燃焼排ガス中の水分が結露すると検知不良が発生するため、ＣＯセンサ８５に至る前の燃焼排ガス流路に凝縮水を排出する排水部８４を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　一方、上記ＣＯセンサに対する結露の問題を解決するために、ＣＯセンサ近傍に電気ヒーターを設ける燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６－２１３５６６号公報 特開平８－０３５６５５号公報
　ここで、上記特許文献１記載の燃料電池システムのＣＯセンサの結露の問題を解決するために、上記特許文献２記載のようにＣＯセンサ近傍に電気ヒーターを設置した場合に、燃料電池システムの起動処理時には、ＣＯセンサを含む燃料電池システム周辺環境の温度が低いため、ＣＯセンサ上に結露が生じないように電気ヒーターでＣＯセンサを加熱する必要がある。一方、発電運転中においては起動処理において既に昇温しているので、通常、ＣＯセンサの加熱量が低減される。ここで、発電運転中に燃料電池の発電量を上昇させると、ＣＯセンサに結露が生じる場合があるという課題があった。
　本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池のアノードオフガスを燃焼する燃焼器の燃焼排ガス経路に設けられたＣＯセンサを加熱する電気ヒーターを用いた形態において、燃料電池の発電運転中におけるＣＯセンサの結露を従来よりも抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
　本発明者等は、上記課題について鋭意検討した結果、アノードオフガス中の可燃性ガス量が多く燃焼排ガス中の水分量が多くなると推定される燃料電池の発電量が高い場合であっても、発電量がその高いレベルで維持されている場合は、結露は生じにくく、発電量が上昇している過程においてＣＯセンサに結露が生じやすいという知見を得た。これは、燃料電池の発電量が低い場合においては、燃焼排ガスに含まれる熱量が小さいためＣＯセンサ自体の温度が低くなりやすく、このセンサの温度が低いときに、燃料電池の発電量が上昇すると温度が高く含水蒸気量の多い燃焼排ガスがＣＯセンサと接触し、結露が生じやすいからであると推定される。
　かかる知見に基づいて、上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出されるアノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器と、前記ＣＯ検知器を加熱する電気ヒーターと、制御器と、を備え、前記制御器は、前記燃料電池の発電量の上昇に応じて、前記電気ヒーターの通電量を上昇させるように構成されている。
　このような構成にすることで、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
　また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池より取り出す電力量を制御する発電量制御器を備え、前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃料電池の発電量よりも電力負荷の消費電力量の方が多い場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記燃料電池の発電量が上昇している場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されていてもよい。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるとは、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦからＯＮに切替ることを含む。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記電気ヒーターをＯＮした場合、その後の前記燃料電池の発電量の増減に拘らず所定の保持時間前記電気ヒーターのＯＮ状態を継続するように前記電気ヒーターを制御してもよい。
　このように構成することで、電気ヒーターのＯＮ－ＯＦＦ回数が低下し、電気ヒーターの耐久性が向上する。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの平均通電量よりも低くてもよい。
　このような構成とすることで、電気ヒーターの電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの最大通電量よりも低くてもよい。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターのベース通電量よりも低くてもよい。
　このような構成とすることで、電気ヒーターの電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池のアノードオフガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露する可能性が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
　また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が０であってもよい。
　さらに、本発明の燃料電池システムでは、前記制御器は、前記電気ヒーターのＯＮ状態を前記所定時間継続した後、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦにするように構成されていてもよい。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
　本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃焼排ガス中に含まれる水分がＣＯ検知器上に結露することが抑制され、改質器を加熱する燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。 図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。 図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。 図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。 図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。 図７は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの電気ヒーター制御のフロー図である。 図８は、従来の燃料電池システムの構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。 図１０は、変形例の燃料電池システムの発電量及び電気ヒーターのＯＮ動作の経時変化を示す概略図である。
符号の説明
　１　　水素生成装置
　２　　燃料電池
　３　　燃焼器
　４　　燃焼排ガス経路
　５　　第１熱交換器
　６　　凝縮水タンク
　７　　ＣＯ検知器
　８　　電気ヒーター
　９　　冷却水経路
　１０　　第２熱交換器
　１１　　貯湯槽
　１２　　原料供給器
　１３　　水供給器
　１４　　酸化剤ガス供給器
　１５　　発電量制御器
　１６　　第１電流検知器
　１７　　第２電流検知器
　１８　　切替器
　１９　　制御器
　８１　　水素生成装置
　８２　　燃料電池
　８３　　燃焼器
　８４　　排水部
　８５　　ＣＯセンサ
　１００　燃料電池システム
　以下、本発明の最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成の概略を示す図である。
　図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システム１００は、原料供給器１２より供給された原料及び水供給器１３より供給された水を用いて水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１ａを有する水素生成装置１と、水素生成装置１より供給される水素含有ガスと酸化剤ガス供給器１４より供給された酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池２と、燃料電池２から排出されたアノードオフガスを燃焼し、改質器１ａに水蒸気改質反応のための熱を供給する燃焼器３と、燃焼器３より排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路４と、燃焼排ガス経路４を流れる燃焼排ガス中の水分を凝縮する第１熱交換器５と、第１熱交換器５で凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンク６と、第１熱交換器５により水分が除去された燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器７と、ＣＯ検知器７の近傍に設けられ、ＣＯ検知器７上に結露が発生するのを抑制するための電気ヒーター８と、燃料電池２を冷却する冷却水が流れる冷却水経路９と、冷却水から熱を回収する第２熱交換器１０と、第１熱交換器５及び第２熱交換器１０で回収した熱を湯として貯える貯湯槽１１と、燃料電池２から取り出す電力量を制御する発電量制御器１５と、燃料電池２と系統電源との連系点と系統電源との間に設置された第１電流検知器１６と、発電量制御器１５より出力される電流量を検知する第２電流検知器１７と、水素生成装置１で生成された水素含有ガスの流入先を、燃料電池２と、燃料電池２をバイパスする経路との間で切替える切替器１８と、燃料電池システム１００内の各機器の動作を制御する制御器１９とを備える。
　なお、水素生成装置１は、改質器１ａのみならず、改質器１ａで生成した水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するための変成器（図示せず）や酸化反応により低減するためのＣＯ除去器（図示せず）を有する。原料供給器１２は、都市ガス等の含水素有機化合物を原料として水素生成装置１に供給し、発電量制御器１５は、燃料電池２の直流電力を交流電力に変換する直交変換器としてのインバータを含み、制御器１９は、電力負荷の消費電力に基づきこの消費電力に追従するように発電量制御器１５へ発電量指令値を出力するが、本実施の形態１の燃料電池システム１００において、制御器１９は、この発電量指令値に基づき電気ヒーター８の動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、電気ヒーター８として、例えば、シースヒーター等が利用され、電気ヒーター８は、ＣＯ検知器７を加熱することができれば、その設置態様は特に限定されない。
　次に、本実施の形態１の燃料電池システム１００の動作について説明する。
　図２は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態１の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。
　本図に示されるように本実施の形態１の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量を増加させる場合に、電気ヒーター８の動作をＯＮ動作することで燃焼器３より排出される燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が増加する過程においてＣＯ検知器７上に結露が生じることを抑制する。燃料電池２の発電量を増加させるか否かは、制御器１９が発電量制御器１５に出力した発電量指令値に基づき判断される。また、一旦、電気ヒーター８がＯＮされると、その後の燃料電池２の発電量指令値の増減にかかわらず、所定の保持時間Ｔ１以上ＯＮ動作を継続することで、電気ヒーター８の頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が抑制され、電気ヒーター８の劣化の抑制につながる。
　上記電気ヒーター８のより具体的な動作として図３に示されるフロー図をもとに説明する。まず、燃料電池システム１００の起動処理が開始されると、制御器１９は、電気ヒーター８の動作をＯＮにして、ＣＯ検知器７上に結露が生じることを抑制する。そして、水素生成装置１の昇温工程が完了し、水素生成装置１で生成される水素含有ガス中の一酸化炭素が十分に低減されると、制御器１９は、切替器１８を切替えて、水素生成装置１から送出される水素含有ガスの流入先をバイパス経路から燃料電池２側に切替え、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、燃料電池２の発電運転を開始する。
　そして、燃料電池２の発電運転中において、制御器１９から発電量制御器１５へ所定時間毎に発電量指令値が出力されるが、現時点での発電量指令値の前回（所定時間前）の発電量指令値に対する変化量が正の値か否か、つまり、燃料電池２の発電量が制御器１９により増加されるのか否かが判定され（ステップＳ３１）、ステップＳ３１において燃料電池２の発電量指令値が増加すると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮする（ステップＳ３２）。発電量が増加すると判定されなかった場合は、ステップＳ３１に戻り、燃料電池２の発電量が増加されるか否かを所定時間毎に判定する。
　次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ３３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ３４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ３１に戻り以上の動作が繰り返される。
　なお、上述の本実施の形態１の燃料電池システム１００においては、燃料電池２の発電量が増加されるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、燃料電池システム１００の発電運転中において、定常的に電気ヒーター８をＯＮ動作させ、燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流値）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。すなわち、燃料電池２の発電量指令値が増加する場合、もしくは、第２電流検知器１７の検知電流値により燃料電池２の発電量の増加開始が検知された場合には、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が増加すると推定されるため電気ヒーター８への通電量を増加させ、電気ヒーター８の加熱量を増加させる。また、燃料電池２の発電量指令値が減少する場合には、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガスの温度及び水蒸気量が減少すると推定されるため電気ヒーター８への通電量を減少させる。なお、上記の「通電量」とは、単位時間当たりに電気ヒーター８に供給される電力量のことであり、上記通電量の増減は、電気ヒーター８が発熱する熱量が増減すればよい。従って、電気ヒーター８へ供給される電圧を連続的に増減させる形態を採用してもよい。また、いわゆるＤｕｔｙ制御、周期的にＯＮ－ＯＦＦする所定の電圧パルスを電気ヒーター８に与えて、１周期当たりのＯＮ時間の比率で通電量の増減、を行ってもよい。例えば、制御器１９が、電気ヒーター８を１００ミリ秒間ＯＮにし、残りの９００ミリ秒間ＯＦＦで動作させる１秒周期の電圧パルスを印加するよう制御している場合に、１秒周期内のＯＮ時間を５０ミリ秒間にすると通電量を低減することができ、１秒周期内のＯＮ時間を１５０ミリ秒間にすると通電量を増加することができる。
　また、制御器１９は、燃料電池２の発電量が増加されるか否かに基づいて、電気ヒーター８の制御を行っているが、これに限定されず、燃料電池２の発電量の増減に応じて制御される物理量の制御値（例えば、水素生成装置１への原料供給量の制御値、水素生成装置１への水供給量の制御値、燃料電池２のカソードへ供給される空気供給量の制御値等）、又は燃料電池２の発電量の増減に応じて制御される物理量の図示されない各検知器（例えば、原料供給器１２から水素生成装置１に供給される原料流量を検知する検知器、水素生成装置１への水供給量の検知器、燃料電池２のカソードに供給される空気供給量の検知器等）の検出値に基づいて、電気ヒーター８の制御を行ってもよい。
　ここで、上述したように、燃料電池２では、原料供給器１２から供給される原料と水供給器１３から供給される水から水素生成装置１で生成された水素含有ガスと、酸化剤ガス供給器１４から供給される酸化剤ガス（ここでは、空気）と、によって発電が行われ、制御器１９は、燃料電池２の発電量に対応するように、これらの供給量を増減させる。このため、制御器１９は、本実施の形態１で用いた燃料電池２の発電量の代わりに、各検知器で検知された原料流量、水流量や空気流量、又は各供給器への流量指令値に基づいて、電気ヒーター８の制御を行ってもよい。すなわち、制御器１９は、各検知器で検知された原料流量、水流量や空気流量、又は各供給器への流量指令値が増加する場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮにする形態または発電運転時においても定常的にＯＮ動作している電気ヒーター８の通電量を増加させる形態を採用してもよい。
　このように、本発明に規定する「燃料電池の発電量の上昇が開始される場合」とは、燃料電池２の発電量を増加させる場合、つまり、燃料電池２の発電量に直接的又は間接的に相関する物理量の制御値（例えば、発電量指令値、原料供給量の制御値、水供給量の制御値、空気供給量の制御値等）が増加開始する場合、または、燃料電池２の発電量に直接的又は間接的に相関する物理量の検出値（例えば、電流量、原料流量、水流量、空気流量の検出値等）が増加開始した場合のいずれも場合も含む。
　また、図２において電気ヒーター８のＯＮ動作が所定の保持時間Ｔ１よりも長く継続している期間があるが、これは、上記のように電気ヒーター８を一旦ＯＦＦしたにも拘わらず、再び戻ったステップＳ３１で燃料電池２の発電量指令値の変化量が増加すると判定され、再度速やかに電気ヒーター８がＯＮされ、実質的に、電気ヒーター８が保持時間Ｔ１よりも長く継続している場合を示すものである。
　以上で説明した本実施の形態１の燃料電池システム１００により、電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しながら、燃料電池２のアノードオフガス中に含まれる水分のＣＯ検知器１７への結露が抑制され、燃焼器３の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になる。また、電気ヒーター８が一旦ＯＮ動作が入ると、制御器１９が、その後の燃料電池２の発電量指令値の増減に拘わらず、所定の保持時間Ｔ１継続させるよう制御することで、頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が抑制され、電気ヒーター８の劣化の抑制することが可能になる。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２における燃料電池システムについて説明する。
　本実施の形態２の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１と同様であり、制御器１９による電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ制御が異なるのでその点について詳述する。
　図４は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態２の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。
　本図に示されるように本実施の形態２の燃料電池システム１００は、電力負荷の消費電力が燃料電池２の発電量よりも多い場合、電気負荷の消費電力に追従するよう燃料電池２の発電量を制御するため、制御器１９が出力する燃料電池２の発電量指令値は増加する可能性が高く、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる。つまり、本発明に規定する「燃料電池の発電量の上昇が開始される場合」とは、燃料電池２の発電量の増加が予測されるような場合も含む。ただし、電力負荷の消費電力が燃料電池２の発電量より多くてもその差が小さい場合には、燃料電池２の発電量が継続的に上昇することが見込まれないため、電力負荷の消費電力と燃料電池２の発電量との差であるΔＷ１が、燃料電池２の発電量の継続的な上昇が見込まれる第１の閾値以上である場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう構成することが好ましい。
　以下、本実施の形態２の燃料電池システム１００における電気ヒーター８の上記制御動作の詳細について図５に示すフロー図をもとに説明する。まず、実施の形態１で説明した場合と同様の起動処理を経て、燃料電池２の発電運転が開始されると、制御器１９により電力負荷の消費電力と燃料電池２の発電量との差であるΔＷ１が１５０Ｗ以上であるかどうか判定される（ステップＳ５１）。ここで、電力負荷の消費電力は、制御器１９により出力される発電量指令値と第１電流検知器１６により検知される電流値との総和となり、燃料電池２の発電量は、制御器１９より出力される発電量指令値となる。この場合、制御器１９及び第２電流検知器１７が本発明の負荷電力検知器を構成し、制御器１９が本発明の燃料電池の発電量検知器を兼用する。なお、上記発電量指令値に代えて発電量制御器１５と連系点との間の電路に設けられた第２電流検知器１７により検知された電流値を用いて電力負荷の消費電力を算出して、燃料電池２の発電量としても構わない。この場合、第１電流検知器１６及び第２電流検知器１７が本発明の負荷電力検知器、第２電流検知器１７が本発明の燃料電池の発電量検知器を構成する。
　次に、ステップＳ５１においてΔＷ１が１５０Ｗ以上であると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる（ステップＳ５２）。ステップＳ５１においてΔＷ１が１５０Ｗ未満であると判定された場合は、ステップＳ５１に戻り、ΔＷ１が１５０Ｗ以上であるか否かを所定時間毎に判定する。次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ５３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ５４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ５１に戻り以上の動作が繰り返される。
　なお、上述の本実施の形態２の燃料電池システム１００においては、負荷電力の消費電力と燃料電池２の発電量との差ΔＷ１が１５０Ｗ以上であるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に電気ヒーターを一旦ＯＮにした後、その後の燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。
　以上で説明した本実施の形態２の燃料電池システム１００により、実施の形態１における燃料電池システム１００に比べ、より電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制することが可能になる。すわなち、本実施の形態２の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加し、高出力になると想定される場合に、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう制御するため、その後、継続的に燃料電池の出力の増加が見込まれるか否かに拘わらず、単に燃料電池２の発電量指令値が増加する場合に電気ヒーター８をＯＮする実施の形態１の場合に比べより電気ヒーター８のＯＮ動作が必要な場合に限って動作が行われるため電気ヒーター８の動作頻度は低下し、燃料電池システム１００の効率の上昇及び電気ヒーター８の耐久性の向上に繋がる。
　（実施の形態３）
　次に、本発明の実施の形態３における燃料電池システムについて説明する。
　本実施の形態３の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１と同様であり、制御器１９による電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ制御が異なるのでその点について詳述する。
　図６は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態３の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池２の発電量に対する電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を示す図である。
　本図に示されるように本実施の形態３の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加した場合、ＣＯ検知器７上を通過する燃焼排ガス中の水蒸気量の増加量が大きくなり、その分ＣＯ検知器７上に結露する可能性が高くなるため、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる。つまり、所定時間内における燃料電池２の発電量の増加量ΔＷ２が、第２の閾値以上である場合には、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう構成することが好ましい。なお、上記第２の閾値は、ＣＯ検知器７上に結露が生じることのない燃料電池２の発電量の増加量の上限値以下の所定値であることが好ましい。また、上記の燃料電池２の発電量が継続的に増加するとは燃料電池２の発電量が連続的に増加する場合だけでなく、所定時間内に多少の増減があっても所定時間内全体において、燃料電池２の発電量が増加傾向にある場合も含まれる。
　以下、本実施の形態３の燃料電池システム１００における電気ヒーター８の上記制御動作の詳細について図７に示すフロー図をもとに説明する。まず、実施の形態１で説明した場合と同様の起動処理を経て、燃料電池２の発電運転が開始されると、制御器１９により燃料電池２の発電量の所定時間内の増加量であるΔＷ２が１５０Ｗ以上であるかどうか判定される（ステップＳ７１）。ここで、燃料電池２の発電量は、制御器１９により出力される発電量指令値や発電量制御器１５と連系点との間の電路に設けられた第２電流検知器１７により検知された電流値を用いる。この場合、制御器１９が本発明の燃料電池２の発電量検知器を兼用する、もしくは第２電流検知器１７が本発明の燃料電池の発電量検知器を構成することになる。
　次に、ステップＳ７１においてΔＷ２が１５０Ｗ以上であると判定された場合、電気ヒーター８の動作をＯＮさせる（ステップＳ７２）。ステップＳ７１においてΔＷ２が１５０Ｗ未満であると判定された場合は、ステップＳ７１に戻り、ΔＷ２が１５０Ｗ以上であるか否かを所定時間毎に判定する。次に、電気ヒーター８の動作がＯＮされた場合、所定の保持時間Ｔ１が経過するまで、電気ヒーター８の動作がＯＮされた後（ステップＳ７３）、電気ヒーター８の動作がＯＦＦされる（ステップＳ７４）。そして、燃料電池２が発電運転中である場合には、ステップＳ７１に戻り以上の動作が繰り返される。
　なお、上述の本実施の形態３の燃料電池システム１００においては、所定時間内における燃料電池２の発電量の増加量ΔＷ２が１５０Ｗ以上であるか否かに基づき電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することについて説明したが、実施の形態１の燃料電池システム１００と同様に電気ヒーターを一旦ＯＮにした後、その後の燃料電池２の発電量（発電量指令値または第２電流検知器１７の検知電流）の増減に応じて電気ヒーター８への通電量を増減させるよう構成しても構わない。
　以上で説明した本実施の形態３の燃料電池システム１００により、実施の形態２における燃料電池システム１００に比べ、より電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制することが可能になる。すわなち、本実施の形態３の燃料電池システム１００は、燃料電池２の発電量が継続的に増加したことを確認してから、電気ヒーター８の動作をＯＮするよう制御するため、継続的な燃料電池２の出力の増加が見込まれるというだけで、電気ヒーター８をＯＮする実施の形態２の場合に比べより電気ヒーター８のＯＮ動作が必要な場合に限って動作が行われるため電気ヒーター８の無駄なＯＮ動作が低下し、燃料電池システム１００の効率の上昇及び電気ヒーター８の耐久性の向上に繋がる。
　また、実施の形態２における燃料電池システム１００の場合、実際には燃料電池２の発電量が継続的に上昇し、ＣＯ検知器１７上に結露が生じる可能性がある場合でも、ΔＷ１が第１の閾値以上にならないばかりに電気ヒーター８がＯＮ動作せず、ＣＯ検知器１７への結露を防止できない場合が生じる可能性があるが、本実施の形態３の燃料電池システム１００は、実際の燃料電池２の発電量に基づいて電気ヒーター８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するため、より確実にＣＯ検知器１７への結露を抑制することが可能になる。なお、電気ヒーター８の動作制御として、実施の形態２の燃料電池システム１００における電気ヒーターの動作制御と本実施の形態の燃料電池システム１００の電気ヒーター８の動作制御の両方を備えるよう燃料電池システム１００を構成しても構わない。
　（実施の形態４）
　次に、本発明の実施の形態４における燃料電池システムについて説明する。
　本実施の形態４の燃料電池システム１００は、実施の形態１の構成と同様であり、制御器１９が燃料電池システム１００の発電処理中における電気ヒーター８への平均通電量を、起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量に比べて低減させるよう制御することを特徴とする。
　これは、燃料電池システム１００の起動処理前は、ＣＯ検知器７等の各機器の温度は、発電運転中に比べれば低く、燃料電池システム１００の運転が停止して、次の起動処理が開始されるまでの待機時間の長さによっては、外気温度程度にまで低下している場合もある。このため、燃料電池システム１００の起動時には、ＣＯ検知器７で結露が発生しやすいので、電気ヒーター８によるＣＯ検知器７の加熱する必要がある。一方、燃料電池システム１００の発電運転中には、起動処理においてＣＯ検知器７を含む各機器の温度は、既に昇温しているので、ＣＯ検知器７への結露を抑制するために起動処理時と同様の加熱量でＣＯ検知器７を加熱する必要はない。従って、電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制するためにも、電気ヒーター８は、制御器１９により、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量を、起動処理中における平均通電量に比べて低減させるよう制御される。
　ここで、図９は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する本実施の形態４の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、及び燃料電池システム１００の起動処理中及び発電運転中における電気ヒーター８の動作制御を示す図である。
　本図に示されるように、本実施の形態４の燃料電池システム１００では、電気ヒーター８の動作制御としてＯＮ／ＯＦＦ制御のみを実行し、単位時間当りのＯＮ時間の長さによって電気ヒーター８への通電量を制御するよう構成されている。ここで、制御器１９は、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８の単位時間当りの平均通電（ＯＮ動作）時間よりも燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への単位時間当りの平均通電（ＯＮ動作）時間の方が短くなるように制御することで、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御している。
　具体的には、燃料電池システム１００は、起動処理開始に伴い電気ヒーター８のＯＮ動作を開始し、起動処理中に水素生成装置１の昇温工程が完了し、切替器１０を切替えて燃料電池２の水素含有ガスを供給可能な状態になるまで、電気ヒーター８のＯＮ動作を継続する。そして、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合において、適宜電気ヒーター８が所定の保持時間Ｔ１の間、ＯＮ動作される。なお、ここでは、制御器１９は、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への平均通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御したが、これに限定されず、燃料電池システム１００の起動処理中における電気ヒーター８への最大通電量よりも、燃料電池システム１００の発電運転中における電気ヒーター８への平均通電量の方が低くなるように制御してもよい。
　これにより、本実施の形態４の燃料電池システム１００では、発電運転中において電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ＣＯ検知器７の結露を抑制することが可能となる。
（変形例）
　図１０は、電力負荷の消費電力の経時変化と、それに対する変形例の燃料電池システム１００における燃料電池２の発電量の経時変化、燃料電池システム１００の起動処理中及び発電運転中における電気ヒーター８の動作制御、及び電気ヒーター８への通電量を示す図である。
　本変形例の燃料電池システム１００は、上記実施の形態４の燃料電池システムと異なり、制御器１９が、電気ヒーター８の動作制御としてＯＮ／ＯＦＦ動作だけでなく、ＯＮ動作時の通電量を制御可能に構成されている。そして、図１０に示すように、実施の形態４と異なり、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合だけでなく、それ以外の状態においても発電運転中において電気ヒーター８がＯＮ動作される。ただし、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合以外での電気ヒーター８への通電量は、燃料電池１の発電量の上昇が開始される場合での通電量よりも小さい一定の通電量（Ｗ２）で制御される。なお、この燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合以外における一定の通電量を第１のベース通電量という、また、本変形例においては、燃料電池システム１００の起動処理において、制御器１０は、第１のベース通電量Ｗ２よりも大きい第２のベース通電量Ｗ１になるよう電気ヒーター８の動作を制御するよう構成されている。これにより、上記実施の形態４と同様に、発電運転中において電気ヒーター８の電力消費によるエネルギー効率の低下を抑制しつつ、ＣＯ検知器７の結露を抑制することが可能となる。
　なお、上記実施の形態４及び上記変形例における燃料電池システム１００について、実施の形態１又は実施の形態２と同様に燃料電池２の発電量の上昇が開始される場合において、電気ヒーター８の通電量を増加させる制御を実行する形態を採用したが、実施の形態３と同様に、燃料電池２の発電量が継続的に上昇している場合に、電気ヒーター８への通電量が上昇する形態を採用しても構わない。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の発電量が上昇したときに、燃焼排ガス中に含まれる水分のＣＯ検知器への結露が抑制され、燃焼器の燃焼安定性をより安定的にモニタすることが可能になるので家庭用の燃料電池システム等として有用である。

Claims (12)

  1. 　原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置と、
    　前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池より排出されるアノードオフガスを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、
    　前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器と、
    　前記ＣＯ検知器を加熱する電気ヒーターと、
    　制御器と、を備え、
    　前記制御器は、前記燃料電池の発電量の上昇に応じて、前記電気ヒーターの通電量を上昇させるように構成されている、燃料電池システム。
  2. 　前記燃料電池の発電量の上昇が開始する場合、前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 　前記燃料電池より取り出す電力量を制御する発電量制御器を備え、
    　前記制御器は、前記発電量制御器への発電量指令値が上昇した場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記制御器は、前記燃料電池の発電量よりも電力負荷の消費電力量の方が多い場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記制御器は、前記燃料電池の発電量が上昇している場合、前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記電気ヒーターへの通電量を上昇させるとは、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦからＯＮに切替ることを含む、請求項１～５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記制御器は、前記電気ヒーターをＯＮした場合、その後の前記燃料電池の発電量の増減に拘らず所定の保持時間前記電気ヒーターのＯＮ状態を継続するように前記電気ヒーターを制御する、請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの平均通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの平均通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターの最大通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が、前記燃料電池システムの起動処理時における前記電気ヒーターのベース通電量よりも低い、請求項１に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記燃料電池システムの発電運転時における前記電気ヒーターの通電量を上昇させる前の前記電気ヒーターのベース通電量が０である、請求項１０に記載の燃料電池システム。
  12. 　前記制御器は、前記電気ヒーターのＯＮ状態を前記所定の保持時間継続した後、前記電気ヒーターの動作をＯＦＦにするように構成されている、請求項７に記載の燃料電池システム。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2734712A1 (en) * 2009-03-23 2010-09-30 Panasonic Corporation Energy supply system
KR101199133B1 (ko) 2009-11-18 2012-11-09 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템 및 그 운전 방법
DE102014217780A1 (de) * 2014-09-05 2016-03-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum prädiktiven Betrieb einer Brennstoffzelle bzw. eines Hochvoltspeichers
US20170283154A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-05 Altria Client Services Llc Refill container for refillable electronic vaping devices

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0835655A (ja) 1994-07-22 1996-02-06 Gastar Corp 燃焼装置
JP2006213567A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成器
JP2006213566A (ja) 2005-02-04 2006-08-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003028418A (ja) 2001-07-11 2003-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｃｏセンサ付き給湯機
JP2003214995A (ja) 2002-01-25 2003-07-30 Nissan Motor Co Ltd 一酸化炭素濃度測定装置及び燃料改質システム
GB2387230B (en) * 2002-02-28 2005-12-21 Ngk Spark Plug Co Prismatic ceramic heater for heating gas sensor element, prismatic gas sensor element in multi-layered structure including the prismatic ceramic heater,
WO2003074997A2 (en) * 2002-02-28 2003-09-12 Hrl Laboratories, Llc Detection of carbon monoxide in hydrogen-based gas streams
KR20070103738A (ko) * 2005-02-18 2007-10-24 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 연료 전지 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0835655A (ja) 1994-07-22 1996-02-06 Gastar Corp 燃焼装置
JP2006213567A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成器
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