WO2011118158A1 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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中村　彰成
浦田　隆行
繁樹 保田
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that supplies air at an appropriate flow rate to each of a selective oxidation unit of a fuel processor and a fuel cell with one air supply unit.
  • Fuel cells generate electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
  • air is supplied to the fuel cell, and oxygen in the air is used for power generation.
  • the hydrogen used for power generation of the fuel cell uses a fuel processor that generates fuel gas (hydrogen-rich fuel gas) mainly composed of hydrogen from the raw material, and the hydrogen-rich fuel gas generated by this fuel processor. Is often provided by supplying fuel cells.
  • fuel gas hydrogen-rich fuel gas
  • it is common to supply water and air at the same time.
  • FIG. 8 a conventional fuel cell system described in Patent Document 1 is shown in FIG.
  • the flow rate of air supplied from the compressor 115 to the fuel processor 113 is read from the air flow meter 121, and the read actual air flow rate matches the target air flow rate. Feedback control for correcting the opening degree of the air control valve 117 was performed.
  • Patent Document 2 discloses a fuel cell system in which an air supply device supplies air to an air electrode of a fuel cell main body and also supplies it to a reforming reactor and a CO remover.
  • the flow rate of air to be supplied to the reforming reactor can be obtained by feedback control so that the estimated peak temperature of the reforming reactor becomes the target management temperature. .
  • both the fuel gas flow rate supplied from the fuel processor 113 to the fuel cell 119 and the air flow rate supplied from the compressor 115 to the fuel cell 119 are increased or decreased. It is necessary to let That is, it is necessary to make the direction of increase / decrease in the air flow supplied to the fuel processor 113 coincide with the direction of increase / decrease in the air flow supplied to the fuel cell 119. Furthermore, in order to reliably reduce carbon monoxide, the flow rate of air supplied to the selective oxidation unit needs to be precisely controlled.
  • control is performed so as to correct the opening degree of the air control valve 117 so that the actual air flow rate matches the target air flow rate. That is, when the generated power increases and the target amount of air flow supplied to the fuel processor 113 increases, the actual air flow rate is increased by opening the air control valve 117. Thereby, the ratio of the channel resistance of the channel flowing to the fuel cell 119 to the channel resistance flowing to the fuel processor 113 is increased. In other words, since the flow resistance of the flow path for supplying air to the fuel processor 113 decreases as the opening of the air control valve 117 increases, the flow path that flows to the fuel cell 119 with respect to this flow path resistance as a result. As a result, the ratio of the flow path resistance increases.
  • the flow rate of air supplied to the fuel cell 119 cannot be increased. That is, the amount of air supplied to the fuel cell 119 is reduced by the amount of increase in the amount of air supplied to the fuel processor 113. Conversely, when the generated power decreases and the target amount of air flow supplied to the fuel processor 113 decreases, the actual air flow rate is reduced by closing the opening of the air control valve 117. Thereby, the ratio of the channel resistance of the channel flowing to the fuel cell 119 to the channel resistance flowing to the fuel processor 113 is reduced.
  • Patent Document 2 the fuel cell system disclosed in Patent Document 2 is provided with a flow sensor in front of an air flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of air flowing into the reforming reactor.
  • a flow sensor for measurement is not provided.
  • Patent Document 2 describes that the opening of the air flow rate control valve and the driving force of the compressor are controlled so that the air flow rates in the reforming reactor, the CO remover, and the air electrode become target values, respectively.
  • this control is difficult as shown below.
  • the air flow rate may not be sufficient only by controlling the opening of the air flow control valve.
  • this air supply amount is controlled based on a flow rate sensor that measures the flow rate of air flowing through the reforming reactor. For this reason, the air supply amount of the compressor continues to fluctuate for a predetermined time until the value measured by the flow sensor is stabilized at the predetermined value.
  • the air flow rate supplied to the CO eliminator also fluctuates while the air supply amount of the compressor is changing, the air flow rate for controlling the air flow rate supplied to the CO eliminator to match this change.
  • the control valve must also be controlled.
  • the air flow rate control valve is controlled in this way to vary the air flow rate sent to the CO remover, the air flow rate supplied to the reforming reactor will vary according to this variation. For this reason, it is necessary to adjust the air flow rate control valve for controlling the air flow rate supplied to the reforming reactor every time the air flow rate fluctuates. As a result, the reforming reactor, the CO remover, and the air electrode It is difficult to control so that the air flow rate at each becomes a target value. For this reason, it becomes difficult to precisely adjust the flow rate of the air sent to the CO remover, and carbon monoxide cannot be appropriately reduced in the CO remover. As a result, the fuel cell is deteriorated by carbon monoxide. Furthermore, when air (oxygen) is sent to the CO remover in excess of the desired flow rate, hydrogen used as fuel for the fuel cell is consumed, and power generation efficiency is reduced.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and improves the performance of a fuel cell during power generation in a fuel cell system that supplies air from one air supply unit to both the fuel cell and the selective oxidation unit.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method for the fuel cell system.
  • a fuel cell system includes a fuel cell that generates power using fuel gas and air, and a reformed gas mainly composed of hydrogen from raw material and water.
  • a reforming unit that generates, and a selective oxidation unit that is arranged downstream of the reforming unit and that generates a fuel gas by performing a selective oxidation reaction that causes carbon monoxide contained in the reformed gas to react with oxygen in the air
  • a fuel processor an air supply device for sending air used for power generation to the cathode of the fuel cell and for sending air used for a selective oxidation reaction to the selective oxidation unit, and one end of the cathode of the fuel cell The other end is connected to the selective oxidation unit, and the other end is connected to a branching point that becomes a branching point with the first air channel.
  • a second air flow path connected to the second air flow path;
  • a first flow rate measuring device that is disposed in the flow path and that measures an air flow rate supplied to the selective oxidation unit; and a controller that controls the air supply unit, wherein the air flow rate sent to the selective oxidation unit is
  • the first and second air flow paths are formed to be smaller than the air flow rate sent to the cathode, and the controller is sent to the selective oxidation unit when the fuel cell is generating power.
  • the supply capacity of the air supply unit is fed back based on the air flow rate to the selective oxidation unit measured by the first flow rate measuring device so that the air flow rate becomes a target value determined based on the generated power of the fuel cell. Air is supplied to the cathode and the selective oxidation unit under control.
  • the above-mentioned downstream means the downstream side in the direction in which the reformed gas flows.
  • the second air flow path is formed by branching from the first air flow path, and air can be sent to the cathode of the fuel cell and the selective oxidation unit only by the air supply device.
  • the first flow rate measuring device is disposed in the second air flow path, the flow rate of air sent to the selective oxidation unit through the second air flow path can be accurately grasped.
  • a controller can control the supply capability of an air supply device on the basis of the air flow rate sent to a selective oxidation part so that it may become the target value defined based on the generated electric power of a fuel cell. That is, it can be adjusted with priority over the flow rate of air sent to the cathode of the fuel cell so that the air sent to the selective oxidation unit has an appropriate flow rate.
  • the air flow required by the cathode also changes, but the air flow sent to the selective oxidation unit is smaller than the air flow sent to the cathode. Since the first and second air flow paths are formed, the fluctuation is small compared to the fluctuation of the air flow required by the selective oxidation unit. For this reason, it is the air flow rate sent to the selective oxidation unit that needs to adjust the air flow rate more precisely in accordance with fluctuations in the power generated by the fuel cell.
  • the flow rate of air sent to the selective oxidation unit can be precisely adjusted, and carbon monoxide can be reliably reduced by the selective oxidation reaction in the selective oxidation unit. Moreover, since carbon monoxide can be reliably reduced in this way, deterioration due to carbon monoxide in the fuel cell can be suppressed.
  • the flow rate of the air sent to the selective oxidation unit can be precisely adjusted, the air (oxygen) is sent excessively, and hydrogen used as fuel for the fuel cell is consumed, thereby reducing the power generation efficiency. Invitation can also be prevented. That is, the fuel cell system can improve performance during power generation.
  • the fuel cell system according to the present invention has the effect of improving the performance of the fuel cell during power generation in the fuel cell system that supplies air from one air supply unit to both the fuel cell and the selective oxidation unit. Play.
  • the performance of the fuel processor during power generation can be improved. Play.
  • Embodiment 1 is a block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Control flow chart of fuel cell system in Embodiment 3 of the present invention
  • the block diagram of the fuel cell system in Embodiment 4 of this invention. 10 is a control flowchart of the fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a first invention includes a fuel cell that generates power using fuel gas and air, a reforming unit that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen from raw materials and water, and a downstream side of the reforming unit.
  • a fuel processor having a selective oxidation unit for generating a fuel gas by performing a selective oxidation reaction in which carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with oxygen in the air, and to the cathode of the fuel cell
  • An air supplier that sends air used for power generation and sends air used for the selective oxidation reaction to the selective oxidation unit, one end connected to the cathode of the fuel cell, and the other end connected to the air supplier.
  • a first air flow path one end of which is connected to a branch portion which becomes a branch point with the first air flow path, and the other end of which is connected to the selective oxidation section, and the second air.
  • An air flow rate arranged in the flow path and supplied to the selective oxidation unit is measured.
  • a controller for controlling the air supply unit wherein the first and second air flow rates sent to the selective oxidation unit are smaller than air flow rates sent to the cathode.
  • An air flow path is formed, and when the fuel cell is generating power, the controller sets the flow rate of air sent to the selective oxidation unit to a target value determined based on the generated power of the fuel cell.
  • the fuel for supplying air to the cathode and the selective oxidation unit by feedback-controlling the supply capability of the air supply unit based on the air flow rate to the selective oxidation unit measured by the first flow rate measuring device. It is a battery system.
  • the second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, further comprising a flow resistance variable device that is disposed in the second air flow path and changes the flow resistance of the second air flow path.
  • the controller controls the first flow rate measurement by controlling the flow rate resistance in the second air flow path to be reduced by the flow path resistance variable device.
  • the flow resistance control device is used to control to reduce the supply capacity of the air supply device and to increase the air flow rate sent to the fuel cell.
  • the control means of It is a fuel cell system which controls to increase the feed capacity.
  • the flow resistance in the second air flow path is controlled to be reduced by the flow resistance changer.
  • the air flow rate measured by the first flow rate measuring instrument increases.
  • a controller can be controlled to reduce the supply capability of the air supply device according to the measurement result.
  • the flow resistance in the second air flow path is controlled to be increased by the flow resistance variable device.
  • the air flow rate measured by the first flow rate measuring instrument is lowered.
  • a controller can control to increase the supply capability of the said air supply device according to this measurement result. Therefore, by adjusting the flow rate of the air sent to the selective oxidation unit and the change timing of the air flow rate, the change rate of the flow rate of air sent to the cathode of the fuel cell and the change timing of the air flow rate can also be adjusted.
  • the third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, further comprising an inverter circuit that converts the direct current power generated by the fuel cell into alternating current power, and outputs the alternating current power.
  • the flow resistance variable device is controlled according to the output of the inverter circuit to control the supply capacity of the air supply device, and the flow rate of air sent to the selective oxidation unit and the fuel cell is changed. is there.
  • the fuel cell system according to the second aspect, wherein the fuel cell is disposed between the branch portion of the first air flow path and the fuel cell in the first air flow path.
  • the controller further includes a valve for supplying and shutting off air to the controller, and the controller opens the valve and starts supplying air to the fuel cell.
  • This is a fuel cell system that controls the flow path resistance in the path to be small.
  • the controller opens the valve to supply air to the fuel cell, and adjusts the flow resistance in the second air flow path to be reduced by the flow resistance changer. be able to.
  • the fuel cell system can maintain the air flow rate to be supplied to the selective oxidation unit even when air is supplied to the cathode of the fuel cell.
  • the fuel cell in the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, is disposed between the branch portion of the first air flow path and the fuel cell in the first air flow path.
  • a second flow rate measuring device that measures an air flow rate to be supplied to the controller, wherein the controller controls the flow path resistance variableer based on the air flow rate measured by the second flow rate measuring device,
  • the air flow rate measured by the first flow rate measuring device is changed, and the supply capacity of the air supply device is controlled according to the changed air flow rate.
  • control unit further changes the air flow rate by the flow resistance variable device based on the respective air flow rates measured by the first flow rate measuring device and the second flow rate measuring device, and supplies the air flow rate from the air supply device.
  • the air flow rate can be controlled.
  • the controller is calculated from an upper limit value of an air flow rate to the fuel cell that is predetermined according to the generated power of the fuel cell.
  • a first flow rate threshold value and a second flow rate threshold value calculated from a lower limit value of the air flow rate to the fuel cell, which is determined in advance according to the generated power of the fuel cell, are stored in advance, and the second flow rate measuring device measures
  • An air flow rate determination unit that compares the measured air flow rate, the first flow rate threshold value, and the second flow rate threshold value, and the air flow rate measured by the second flow rate measuring device is the first flow rate threshold value.
  • the flow resistance changer controls the flow resistance in the second air flow path to be decreased, thereby increasing the flow rate of air flowing through the second air flow path, and Flow meter
  • control is performed so as to reduce the supply capacity of the air supply unit, and the air flow rate measured by the second flow rate measurement unit by the air flow rate determination unit becomes the second flow rate threshold value.
  • the flow rate resistance in the second air flow path is controlled to be increased by the flow path resistance variable device, thereby reducing the flow rate of air flowing through the second air flow path.
  • This is a fuel cell system that controls to increase the supply capacity of the air supply device by detecting this decrease from the measurement result of the flow rate measuring device.
  • the control unit includes the air flow rate determination unit, and determines the supply air flow rate from the air supply unit based on the comparison between the air flow rate measured by the second flow rate measuring device, the first flow rate threshold value, and the second flow rate threshold value. Control. Then, when the air flow rate determination unit determines that the first flow rate threshold value has been exceeded based on the air flow rate measured by the second flow rate measuring device, the flow rate resistance is controlled to be decreased by the flow rate variable device, and the second flow rate threshold value is set. When it is determined that the flow resistance is lower than the value, the flow resistance can be controlled to be increased by the flow resistance variable device.
  • the fuel cell system further includes a voltage measuring device that measures a terminal voltage of the fuel cell, and the controller is configured such that the fuel cell is generating power.
  • the fuel that stops the feedback control on the supply capacity of the air supply device when it is determined that the terminal voltage of the fuel cell has decreased by a predetermined first predetermined value or more based on the measurement result of the voltage measurement device It is a battery system.
  • the controller when the fuel cell is generating electric power, the controller includes a target value of the air flow rate and the first flow rate measuring device. When the difference from the measured air flow rate value is equal to or greater than a predetermined first flow rate value, the fuel cell system stops the feedback control for the supply capacity of the air supply device.
  • the controller has a predetermined difference between a target value of the air flow rate and an air flow rate value measured by the flow rate measuring device.
  • the feedback control for the supply capacity of the air supply device is stopped when the target value of the air flow rate is increased or decreased when the air flow rate is greater than or equal to the first flow rate value.
  • a fuel cell that generates power using fuel gas and air, a reforming unit that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen from a raw material and water, and the reforming unit
  • a fuel processor having a selective oxidation unit that generates a fuel gas by performing a selective oxidation reaction in which carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with oxygen in the air, and the fuel cell.
  • An air supply device for sending air used for power generation to the cathode and sending air used for the selective oxidation reaction to the selective oxidation unit, one end connected to the cathode of the fuel cell, and the other end of the air supply device
  • a first air flow path connected to the first air flow path, one end connected to a branch section that becomes a branch point with the first air flow path, and the other end connected to the selective oxidation section, Empty disposed in the second air flow path and supplied to the selective oxidation unit
  • a fuel cell system comprising a first flow rate measuring device for measuring a flow rate and a controller for controlling the air supply device, wherein an air flow rate sent to the selective oxidation unit is sent to the cathode
  • the first and second air flow paths are formed to be smaller, and a target value in which the flow rate of air sent to the selective oxidation unit by the controller is determined based on the generated power of the fuel cell.
  • a fuel cell that feedback-controls the supply capability of the air supply unit based on
  • the performance of the fuel processor during power generation can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell power generation system includes a fuel cell 1 that generates power using hydrogen-rich fuel gas and oxygen in the air, and hydrocarbon-based raw materials such as city gas and propane gas.
  • a reformer 2 that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming the gas, and a selective oxidizer 3 that generates fuel gas by removing carbon monoxide contained in the reformed gas using air.
  • An air blower 6 for supplying the air, a cathode air flow path (first air flow path) 7 for flowing the air from the air blower 6 to the fuel cell 1, and an air blower branched from the middle of the cathode air flow path 7.
  • Selective oxidation of air from 6 3 a selective oxidation air flow path (second air flow path) 8 that flows through 3
  • a selective oxidation air flow meter 9 that measures the flow rate of air flowing through the selective oxidation air flow path 8
  • a control unit (controller) 10 is provided which controls the air flow rate supplied to the selective oxidizer 3 based on the measured air flow rate by the amount of air supplied from the air blower 6.
  • the air blower 6 functions to supply air to the cathode of the fuel cell 1 and the selective oxidizer 3. Further, the DC power generated by the fuel cell 1 is converted into AC power by an inverter circuit 13 provided in the subsequent stage and supplied to a power load (not shown) or the like.
  • the reformer 2, the selective oxidizer 3, the air blower 6, the selective oxidation air flow meter 9, and the inverter circuit 13 as constituent members in the first embodiment are respectively a reforming unit and a selective oxidation unit in the present invention.
  • This is an example of specific implementation of an air supply unit (air supply means), a first flow rate measuring device (selective oxidized air flow rate detector), and an inverter circuit.
  • the cathode air flow path 7 and the selective oxidation air flow path 8 are formed so that the air flow rate sent from the air blower 6 to the selective oxidizer 3 is smaller than the air flow rate sent to the cathode of the fuel cell 1.
  • the diameter of the selective oxidation air channel 8 is designed to be smaller than the diameter of the cathode air channel 7.
  • the selective oxidation air channel 8 is provided with a fixed orifice having a smaller diameter than that of the cathode air channel 7.
  • this air flow rate can be adjusted by setting as follows. That is, even when the air control valve 12 is opened to the maximum, the gap width between the valve body and the valve seat of the air control valve 12 is set to be smaller than the diameter of the cathode air flow path 7.
  • the air control valve 12 can adjust the flow rate of air flowing through the selective oxidation air flow path 8 to be smaller than the flow rate of air flowing through the cathode air flow path 8.
  • odorous components contained in city gas or propane gas supplied from a raw material supply source are removed by a desulfurizer not shown. Then, the city gas or propane gas from which the odorous components have been removed is supplied to the reformer 2 of the fuel processor 4 as a hydrocarbon-based raw material gas.
  • the reformer 2 is also supplied with water necessary for the reforming reaction. In the reformer 2, the raw material gas and water are mixed, and then steam reforming is performed using a catalyst to generate a hydrogen-rich reformed gas. The produced reformed gas is supplied to the selective oxidizer 3.
  • a part of the air from the air blower 6 is supplied through the selective oxidization air flow path 8, and the catalyst is used to selectively oxidize carbon monoxide in the reformed gas to carbon dioxide. Then, a fuel gas from which carbon monoxide is removed is generated. The fuel gas from which the carbon monoxide generated by the fuel processor 4 is removed is supplied to the fuel cell 1 through the fuel gas passage 5. On the other hand, part of the air from the air blower 6 is supplied to the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7. The fuel cell 1 generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the air.
  • the control unit 10 adjusts the capacity of the air blower 6, and a part of the air from the air blower 6 is supplied to the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7, and the remaining air is selected through the selective oxidation air flow path 8. 3 is supplied.
  • the control unit 10 reads an output signal indicating the actual air flow rate from the selective oxidation air flow meter 9, and the actual air flow rate read from the selective oxidation air flow meter 9 matches the target air flow rate (target value) by feedback control. Thus, the capacity of the air blower 6 is changed.
  • the fuel cell system according to Embodiment 1 is configured to supply air to both the fuel cell 1 and the fuel processor 4 from an air blower 6 that is one air supply unit.
  • the control unit 10 reads an output signal indicating the actual air flow rate from the selective oxidation air flow meter 9, and the actual air flow rate read from the selective oxidation air flow meter 9 is the target air by feedback control.
  • the capacity of the air blower 6 is adjusted to match the flow rate (target value). For this reason, the supply air flow rate to the fuel processor 4 can be controlled. Further, for example, when the generated power in the fuel cell 1 increases and the target value of the air flow rate supplied to the selective oxidizer 3 increases, the control unit 10 controls the air blower 6 to increase its capacity. .
  • the air flow rate supplied to the fuel cell 1 can also be increased simultaneously.
  • the capacity decreases due to the adjustment of the air blower 6 capacity by the control unit 10 described above.
  • the flow rate of air supplied to 1 can also be reduced at the same time. That is, when the configuration of the fuel cell system in the present embodiment is taken, the flow rate of air supplied to both the fuel cell 1 and the fuel processor 4 is simultaneously increased or decreased by controlling the capacity of the air blower 6 by the control unit 10. be able to.
  • control unit 10 can determine the increase / decrease in the generated power, that is, the increase / decrease in the target value of the air flow rate supplied to the selective oxidizer 3 based on the output power of the inverter circuit 13.
  • the selective oxidation air flow path 8 in the present embodiment is configured to branch from the middle of the cathode air flow path 7, but is not limited to this, and is a discharge port from the air blower 6 or a supply port of the fuel cell 1. It is good also as a structure which branches.
  • the fuel processor 4 in the present embodiment is configured to include the reformer 2 and the selective oxidizer 3.
  • the present invention is not limited to this, and a transformer that generates hydrogen from carbon monoxide and steam using a catalyst. May be provided between the reformer 2 and the selective oxidizer 3 to reduce the concentration of carbon monoxide in the reformed gas.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the fuel cell system according to Embodiment 2 differs from the fuel cell system according to Embodiment 1 in that it further includes an air control valve 12 that adjusts the variable amount of the flow resistance of the selective oxidation air flow path 8.
  • the air control valve 12 as a constituent member according to Embodiment 2 is an example of a specific implementation of the flow resistance variabler (flow resistance variable means) in the present invention.
  • odorous components contained in city gas or propane gas supplied from a raw material supply source are removed by a desulfurizer not shown.
  • the city gas or propane gas from which the odorous components have been removed is supplied to the reformer 2 of the fuel processor 4 as a hydrocarbon-based raw material gas.
  • the reformer 2 is also supplied with water necessary for the reforming reaction.
  • the raw material gas and water are mixed and then steam reformed using a catalyst to generate a hydrogen-rich reformed gas.
  • the produced reformed gas is supplied to the selective oxidizer 3.
  • the control unit 10 adjusts the opening degree of the air control valve 12 to the opening degree at the start-up process of the fuel processor 4 before the power generation in the fuel cell 1 is started.
  • the start-up process of the fuel processor 4 includes various processes that need to be executed when the fuel processor 4 starts operation. This opening degree is set in a range in which a flow rate necessary for supplying air to the selective oxidizer 3 of the fuel processor 4 can be obtained.
  • control unit 10 adjusts the flow rate of air from the air blower 6 and supplies it to the selective oxidizer 3. That is, the control unit 10 reads the output signal of the selective oxidation air flow meter 9 so that the air flow rate supplied to the selective oxidizer 3 becomes a target value determined according to the generated power of the fuel cell 1. Based on the signal value, the air supply capability of the air blower 6 is feedback controlled. In this way, air at an appropriate flow rate is supplied to the selective oxidizer 3. And the selective oxidizer 3 produces
  • the fuel gas from which carbon monoxide is removed which is generated by the fuel processor 4, is supplied to the fuel cell 1 through the fuel gas flow path 5.
  • the fuel gas discharged from the fuel processor 4 depends on the temperature state of the catalyst of the reformer 2 and the selective oxidizer 3 constituting the fuel processor 4. There are times when carbon oxide is not sufficiently removed. For this reason, it is possible to discharge the fuel cell 1 without supplying it to the fuel cell 1 by using a bypass channel (not shown) at this stage.
  • the flow rate of air supplied from the air blower 6 to the selective oxidizer flow path 8 to the selective oxidizer 3 is adjusted by adjusting the opening of the air control valve 12 to the opening during power generation. Finer adjustments can be made.
  • the opening of the air control valve 12 during power generation of the fuel cell 1 is larger than the opening set during the start-up process of the fuel processor 4 in order to supply sufficient fuel gas to the fuel cell 1.
  • the fuel gas from which the carbon monoxide generated by the fuel processor 4 is removed is supplied to the fuel cell 1 through the fuel gas passage 5.
  • part of the air from the air blower 6 is supplied to the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7.
  • the fuel cell 1 generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the air.
  • the control unit 10 adjusts the opening of the air control valve 12 according to the increased or decreased generated power. That is, when the flow rate of air sent to the fuel cell 1 is decreased, the control unit 10 increases the opening degree of the air control valve 12 to control the flow resistance in the selective oxidation air flow path 8. . And the control part 10 reads the output signal of the selective oxidation air flowmeter 9, and confirms that the air flow volume increased by this control. Further, when the flow rate of air sent to the fuel cell 1 is increased, the control unit 10 performs control so that the opening degree of the air control valve 12 is reduced and the flow resistance in the selective oxidation air flow path 8 is increased. And the control part 10 reads the output signal of the selective oxidation air flowmeter 9, and confirms that the air flow volume increased by this control.
  • control part 10 can judge based on the output electric power of the inverter circuit 13 about the increase / decrease in the generated electric power mentioned above.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the fuel cell system according to the third embodiment is different from the fuel cell system according to the first embodiment in that the cutoff valve 11 is arranged in the cathode air flow path 7 and shuts off the supply of air to the fuel cell 1, and the selectively oxidized air. It differs in that it further includes an air control valve 12 that adjusts the variable amount of the channel resistance of the channel 8.
  • shut-off valve 11 and the air control valve 12 as constituent members in the third embodiment are specific implementations of the valve (shut-off valve) and the flow resistance variabler (flow resistance variable means) in the present invention. It is an example.
  • odorous components contained in city gas or propane gas supplied from a raw material supply source are removed by a desulfurizer not shown. Then, the city gas or propane gas from which the odorous components have been removed is supplied to the reformer 2 of the fuel processor 4 as a hydrocarbon-based raw material gas.
  • the reformer 2 is also supplied with water necessary for the reforming reaction. In the reformer 2, the raw material gas and water are mixed and then steam reformed using a catalyst to generate a hydrogen-rich reformed gas. The produced reformed gas is supplied to the selective oxidizer 3.
  • the controller 10 closes the shut-off valve 11 before power generation in the fuel cell 1 is started, and adjusts the opening degree of the air control valve 12 to the opening degree when the fuel processor 4 is started.
  • the start-up process of the fuel processor 4 includes various processes that need to be executed when the fuel processor 4 starts operation. Although details will be described later, at the stage of the start-up process of the fuel processor 4, the shutoff valve 11 is set to the closed state, and only the air control valve 12 is opened. The opening is set in a range where a flow rate required for supplying air only to the fuel processor 4 can be obtained. Thereby, the air from the air blower 6 is supplied to the selective oxidizer 3 through the selective oxidation air flow path 8.
  • the fuel gas from which carbon monoxide is removed, which is generated by the fuel processor 4, is supplied to the fuel cell 1 through the fuel gas flow path 5. Note that the fuel gas discharged from the fuel processor 4 before power generation in the fuel cell 1 is started depends on the temperature state of the catalyst of the reformer 2 and the selective oxidizer 3 constituting the fuel processor 4. There are times when is not fully removed. For this reason, you may discharge
  • an air bleed 14 may be provided which is branched from the selected participating air flow path 8 and connected to the fuel gas flow path 5.
  • the air bleed 14 is a path for supplying a small amount of air to the fuel gas supplied from the selective oxidizer 3.
  • Fuel gas contains carbon monoxide in the order of ppm. For this reason, the carbon monoxide is oxidized at the anode of the fuel cell 1 by the air supplied from the air bleed.
  • the air flow rate measured by the selective oxidation air flow meter 9 is the sum of the air flow rate supplied to the selective oxidizer 3 and the air flow rate passing through the air bleed.
  • the shutoff valve 11 is opened and the opening of the air control valve 12 is adjusted to the opening during power generation, so that a part of the air from the air blower 6 is selectively oxidized air. It is supplied to the selective oxidizer 3 through the flow path 8.
  • the opening of the air control valve 12 during power generation of the fuel cell 1 is larger than the opening set during the start-up process of the fuel processor 4 in order to supply sufficient fuel gas to the fuel cell 1.
  • the fuel gas from which the carbon monoxide generated by the fuel processor 4 is removed is supplied to the fuel cell 1 through the fuel gas passage 5.
  • part of the air from the air blower 6 is supplied to the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7.
  • the fuel cell 1 generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the air.
  • step S101 the start-up process of the fuel processor 4 is started (step S101).
  • the control unit 10 closes the shut-off valve 11 and stops the air blower 6 as shown in step S102.
  • step S103 the supply of air to the selective oxidizer 3 is started (step S103).
  • the control unit 10 adjusts the opening degree of the air control valve 12 to the opening degree U1 at the start-up process of the fuel processor 4 and activates the air blower 6 in step S104.
  • step S105 the control unit 10 opens the shutoff valve 11, and adjusts the opening degree of the air control valve 12 to the opening degree U2 (U2> U1) during power generation. Then, supply of air from the air blower 6 to both the fuel cell 1 and the selective oxidizer 3 is started.
  • control unit 10 performs the following control by configuring the fuel cell system according to Embodiment 2 as described above. That is, at the time of startup processing of the fuel processor 4 before power generation in the fuel cell 1 is started, the control unit 10 adjusts the opening of the air control valve 12 to the opening U1 at startup and The flow rate of air supplied to the selective oxidizer 3 is controlled by the feedback control for the air blower 6 described in the first embodiment.
  • the control unit 10 passes the air used for power generation in the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7. In order to supply 1, the shut-off valve 11 is opened.
  • the total flow resistance of the selective oxidation air flow path 8 and the cathode air flow path 7 is usually obtained. Decreases. As a result, the discharge pressure of the air blower 6 decreases and the flow rate of air supplied to the selective oxidizer 3 decreases.
  • the opening of the air control valve 12 is adjusted to the opening U2 (U2> U1) during power generation in step S106. As a result, the flow resistance on the side of the selective oxidation air flow path 8 can be reduced, and the flow rate of air supplied to the selective oxidizer 3 can be prevented from decreasing.
  • the opening degree of the air control valve 12 with respect to a decrease in the supply air flow rate to the selective oxidizer 3 generated at the start of cathode air supply at the start of power generation. Can be prevented by adjusting the opening U2 during power generation (U2> U1), and stable fuel gas generation can be realized. That is, even when the supply of air to the cathode of the fuel cell 1 is started, the air flow rate necessary for supplying the selective oxidizer 3 can be maintained.
  • the opening degree U1 of the air control valve 12 at the time of startup and the opening degree U2 at the time of power generation are experimentally obtained in advance and stored in a storage unit (not shown) provided in the control unit 10 in this embodiment. A specific operation of air supply can be carried out.
  • the opening degree of the air control valve 12 can be variably adjusted according to the generated power of the fuel cell 1. That is, the control unit 10 sets the opening degree of the air control valve 12 that is experimentally determined in advance according to the generated power of the fuel cell 1. And the control part 10 adjusts the opening degree of the air control valve 12 in steps according to the electric power generated by the fuel cell 1. Thereby, the flow resistance on the side of the selective oxidation air flow path 8 can be changed, and the air from the air blower 6 can be diverted into the selective oxidation air flow path 8 and the cathode air flow path 7 at an optimum ratio.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the fuel cell system according to the fourth embodiment is different from the fuel cell system according to the first embodiment in that a cathode air flow meter 21 that measures the air flow rate arranged in the cathode air flow path 7 and supplied to the fuel cell 1 is selected. It differs in that it further includes an air control valve 22 that adjusts the variable amount of the channel resistance of the oxidized air channel 8. Furthermore, the control unit 10 holds a first flow rate threshold value calculated from the upper limit flow rate of the air flow rate supplied to the fuel cell 1 according to the output of the fuel cell 1 and a second flow rate threshold value calculated from the lower limit flow rate. Is different in that it includes an air flow rate determination unit (air flow rate determination means) 23 that determines the relationship between the air flow rate supplied to the fuel cell 1, the first flow rate threshold value, and the second flow rate threshold value.
  • air flow rate determination unit air flow rate determination means
  • the cathode air flow meter 21 and the air control valve 22 as constituent members in the fourth embodiment are specific to the second flow rate measuring device (cathode air flow rate detector) and the flow resistance variable device in the present invention, respectively. This is an example of an implementation.
  • odorous components contained in city gas or propane gas supplied from a raw material supply source are removed by a desulfurizer not shown. Then, the city gas or propane gas from which the odorous components have been removed is supplied to the reformer 2 of the fuel processor 4 as a hydrocarbon-based raw material gas.
  • the reformer 2 is also supplied with water necessary for the reforming reaction. In the reformer 2, the raw material gas and water are mixed and then steam reformed using a catalyst to generate a hydrogen-rich reformed gas. The produced reformed gas is supplied to the selective oxidizer 3.
  • the controller 10 adjusts the opening degree of the air control valve 22 to the opening degree during power generation, whereby a part of the air from the air blower 6 is supplied to the selective oxidizer 3 through the selective oxidation air flow path 8. And the selective oxidizer 3 produces
  • the fuel gas from which the carbon monoxide generated by the fuel processor 4 is removed is supplied to the fuel cell 1 through the fuel gas passage 5.
  • part of the air from the air blower 6 is supplied to the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7.
  • the fuel cell 1 generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the air.
  • the control unit 10 adjusts the capacity of the air blower 6, and a part of the air from the air blower 6 is sent to the fuel cell 1 through the cathode air flow path 7, and the remaining air is sent through the selective oxidation air flow path 8 to the selective oxidizer 3. To supply.
  • the control unit 10 reads the output signal from the selective oxidation air flow meter 9 and, by feedback control, the air blower 6 so that the actual air flow rate read from the selective oxidation air flow meter 9 matches the target air flow rate (target value). Change your ability.
  • the air flow rate determination unit 23 of the control unit 10 calculates the first flow rate calculated from the upper limit flow rate (upper limit value) of the supply air flow rate to the fuel cell 1 set in advance in accordance with the generated power of the fuel cell 1 in step S201.
  • the threshold value Q1 and the second flow rate threshold value Q2 calculated from the lower limit flow rate (lower limit value) are acquired.
  • the air flow rate determination unit 23 acquires the actual air flow rate Q from the measurement result (output signal from the cathode air flow meter 21) by the cathode air flow rate type 21. Then, Q and Q1 are compared. When Q> Q1, the air flow rate determination unit 23 proceeds to step S203 and controls to open the opening of the air control valve 22.
  • the air flow rate measured by the selective oxidation air flow meter 9 becomes larger than the target air flow rate (target value). Adjusted to reduce 6 ability. As a result, the actual air flow rate Q measured by the cathode air flow meter 21 also decreases.
  • the process proceeds to step S202 again, and Q and Q1 are compared.
  • Q ⁇ Q1 the process proceeds to step S204, and the air flow rate determination unit 23 compares Q and Q2. If Q ⁇ Q2, the process proceeds to step S205, and the air control valve 22 is controlled so as to close the opening.
  • the opening of the air control valve 22 is closed, the air flow rate measured by the selective oxidation air flow meter 9 becomes smaller than the target air flow rate (target value).
  • the process proceeds to step S204 again, and Q and Q2 are compared.
  • Q ⁇ Q2 the actual air flow rate Q measured by the cathode air flow meter 21 can be adjusted between Q2 ⁇ Q ⁇ Q1, the first flow rate threshold value Q1, and the second flow rate threshold value Q2.
  • the control operation by the determination unit 23 is terminated.
  • the control unit 10 measures the actual air measured by the selective oxidation air flow meter 9.
  • the feed air flow rate to the fuel processor 4 can be controlled by feedback control on the flow rate.
  • the capacity of the air blower 6 by the control unit 10 the air flow rate supplied to both the fuel cell 1 and the fuel processor 4 can be increased or decreased simultaneously, and the following effects can also be obtained.
  • the air flow rate determination unit 23 of the control unit 10 reads the cathode flow rate meter 21 from the cathode air flow meter 21 with respect to the first flow rate threshold value Q1 and the second flow rate threshold value Q2 set in advance according to the generated power of the fuel cell 1.
  • the actual air flow rate Q can be compared.
  • Q ⁇ Q1 is established by opening the air control valve 22, and when Q ⁇ Q2, Q ⁇ Q2 is established by closing the air control valve 22 so that Q2 ⁇ Q ⁇ Q1. Can be adjusted.
  • the fuel cell system can be stably operated.
  • the fuel cell system may be further configured as follows.
  • the fuel cell system further includes a voltage measuring device (not shown) that measures the terminal voltage of the cell stack of the fuel cell 1 and records the measurement result. Then, when the terminal voltage of the cell stack decreases by a predetermined voltage value or more in a predetermined period from the measurement result recorded by the voltage measuring device, the control unit 10 performs feedback control on the air blower 6 for a certain period (for example, 15 seconds). ) Stop.
  • a voltage measuring device not shown
  • the control unit 10 detects a change in the air flow rate from the measurement result of the selective oxidation air flow meter 9, before performing the above-described feedback control on the air blower 6, the measurement result from the voltage measurement device is used. It is determined whether the terminal voltage of the cell stack has decreased by a predetermined voltage value (first voltage value) or more in a predetermined period. That is, it is determined whether or not the relationship of terminal voltage (DC voltage) variation ⁇ V ⁇ ⁇ first voltage value V is satisfied.
  • first voltage value predetermined voltage value
  • the first voltage value is determined based on the measurement result obtained by measuring in advance the width in which the terminal voltage of the cell stack decreases due to the occurrence of water clogging in the air flow path supplied to the cathode. It is done.
  • the predetermined period for measuring the change in the terminal voltage of the cell stack is set to 3 seconds. However, this predetermined period is not limited to 3 seconds. Moreover, although the period which stops feedback control is set to 15 second, it is not limited to this.
  • a second voltage value which is a voltage value slightly smaller than the first voltage value, is set, and the terminal voltage of the cell stack is determined in a predetermined period continuously for a plurality of times (for example, twice) from the measurement result of the voltage measuring device. It may be configured to determine whether or not the voltage value (second voltage value) has decreased. That is, it is determined whether or not the relationship of terminal voltage variation ⁇ V ⁇ ⁇ second voltage value V is satisfied a plurality of times (twice).
  • the target value is a value that is changed according to the increase or decrease of the generated power in the fuel cell 1. Therefore, it is determined whether or not there is a change in the target value from a change width ⁇ R of the target value of the air flow rate supplied to the selective oxidizer 3 for a predetermined period (for example, 3 seconds). That is, it is determined whether or not the relationship ⁇ R ⁇ 0 (NLM: L / min [normal]) is established.
  • the air flow rate measured by the selective oxidation air flow meter 9 and the target value are compared with each other for a predetermined period (3 seconds) to obtain a difference ⁇ Q between the two.
  • the first flow rate value used here is the air flow rate and target value measured by the selective oxidation air flow meter 9 that is generated when water is clogged in the flow path of the air sent to the cathode of the fuel cell 1. Is determined in advance, and the value is set as the first flow rate value.
  • the fuel cell system according to the present invention supplies air to both the fuel cell and the fuel processor from one air supply unit, controls the flow rate of air supplied to the fuel processor, and increases and decreases the generated power. Since the flow rate of air supplied to both of the machines can be increased or decreased, it is useful for a fuel cell system that includes a fuel processor and increases or decreases the generated power.

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Abstract

　燃料電池（１）と、改質器（２）と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化器（３）とを有する燃料処理機（４）と、燃料電池（１）のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、選択酸化器（３）へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気ブロワ（６）と、一端が燃料電池（１）のカソードに接続され、他端が空気ブロワ（６）に接続されるカソード空気流路（７）と、一端がカソード空気流路（７）との分岐点に接続され、他端が選択酸化器（３）に接続される選択酸化空気流路（８）と、選択酸化器（３）に供給する空気流量を計測する選択酸化空気流量計（９）と、空気ブロワ（６）を制御する制御部（１０）とを備え、選択酸化器（３）に送られる空気流量がカソードに送られる空気流量より小さくなるようにカソード空気流路（７）及び選択酸化空気流路（８）が形成されており、制御部（１０）は、燃料電池（１）の発電時に、選択酸化器（３）に送られる空気流量が目標値となるように、選択酸化空気流量計（９）が計測した空気流量に基づいて空気ブロワ（６）の供給能力をフィードバック制御する燃料電池システム。

Description

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
　本発明は燃料電池システムに関し、特に１つの空気供給部で燃料処理機の選択酸化部および燃料電池の各々に適切な流量の空気を供給する燃料電池システムに関するものである。
　燃料電池は水素と酸素との電気化学的反応により発電する。一般には、燃料電池に空気を供給し、空気中の酸素が発電に用いられる。他方、燃料電池の発電に用いる水素は、原料から水素を主成分とする燃料ガス（水素リッチな燃料ガス）を生成する燃料処理機を用い、この燃料処理機で生成された水素リッチな燃料ガスを燃料電池に供給することで賄うことが多い。燃料処理機において燃料ガスを生成する際には同時に水や空気を供給するのが一般的である。
　従来の燃料電池システムとしては、空気供給部としての１つのコンプレッサを備え、このコンプレッサによって燃料電池および燃料処理機の両方に空気を供給する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　ここで、図８に特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示す。図８に示す従来の燃料電池システムでは、コンプレッサ１１５から燃料処理機１１３に供給される空気の流量を空気流量計１２１から読み込み、読み込まれた実際の空気流量が目標空気流量と一致するように、空気制御バルブ１１７の開度を補正するフィードバック制御をしていた。
　また、特許文献２には、空気供給装置が空気を燃料電池本体の空気極へ供給するとともに、改質反応器、ＣＯ除去器へ供給する燃料電池システムが開示されている。この特許文献２に開示された燃料電池システムでは、推定される改質反応器のピーク温度が目標管理温度となるようにフィードバック制御で改質反応器へ供給すべき空気の流量を求めることができる。
特開２００１－３３２２８４号公報 特開２００３－１１２９０２号公報
　一般的に燃料電池システムの性能向上を図るためには、以下のように構成されている必要がある。すなわち、燃料電池１１９での発電電力（発電量）を増減させる場合、燃料処理機１１３から燃料電池１１９へ供給する燃料ガス流量と、コンプレッサ１１５から燃料電池１１９に供給する空気流量との両方を増減させる必要がある。つまり、燃料処理機１１３へ供給する空気流量の増減の方向と、燃料電池１１９へ供給する空気流量の増減の方向とを一致させることが必要となる。さらに、一酸化炭素を確実に低減させるために選択酸化部に供給する空気の流量は精密に制御する必要がある。
　しかしながら、前述した従来の燃料電池システムの構成では、１つの空気供給部によって燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時における性能を向上させることができないという問題がある。
　より具体的には、特許文献１に示す従来の燃料電池システムでは、実際の空気流量が目標空気流量に一致するように空気制御バルブ１１７の開度を補正するように制御する。つまり、発電電力が増加し燃料処理機１１３へ供給する空気流量の目標量が増加したときには、空気制御バルブ１１７の開度を開けることにより実際の空気流量を増加させる。これにより、燃料処理機１１３へ通流する流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が大きくなる。つまり、空気制御バルブ１１７の開度が大きくなることで燃料処理機１１３に空気を供給する流路の流路抵抗が小さくなるため、結果としてこの流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が大きくなってしまう。このため、発電電力が増加した場合、燃料電池１１９に供給する空気流量を増加させることができない。つまり、燃料処理機１１３へ供給される空気流量が増加した分、燃料電池１１９に供給する空気流量が減ってしまう。また逆に、発電電力が減少し燃料処理機１１３へ供給する空気流量の目標量が減少したときには、空気制御バルブ１１７の開度を閉じることにより実際の空気流量を減少させる。これにより、燃料処理機１１３へ通流する流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が小さくなる。つまり、空気制御バルブ１１７の開度が小さくなることで燃料処理機１１３に空気を供給する流路の流路抵抗が大きくなるため、結果としてこの流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が小さくなってしまう。このため、発電電力が減少した場合、燃料電池１１９に供給する空気流量を減少させることができない。つまり、燃料処理機１１３へ供給される空気流量が減少した分、燃料電池１１９に供給する空気流量が増加してしまう。このため、燃料電池のカソードに適切な流量の空気を送ることができず、この燃料電池における発電効率の低下を招いてしまう。
　また、特許文献２に開示された燃料電池システムは、改質反応器へ流入する空気流量を調整する空気流量調整弁の手前に流量センサが設けられているが、ＣＯ除去器に送る空気流量を測定するための流量センサは設けられていない。このため、ＣＯ除去器に送る空気流量を測定することができないため、ＣＯ除去器に送る空気流量の精密な調整を行うことが困難となる。特許文献２には、改質反応器、ＣＯ除去器、および空気極における空気流量がそれぞれ目標値となるように空気流量制御弁の開度、コンプレッサの駆動力を制御する旨、記載されているが、以下に示すようにこの制御は困難である。
　すなわち、改質反応器に送る空気流量を増やす場合、空気流量制御弁の開度の制御だけでは空気流量が足らないことがある。このような場合、コンプレッサの空気供給量を増やす必要があるが、この空気供給量は、改質反応器に流す空気流量を測定する流量センサに基づいて制御される。このため、流量センサが計測する値が所定の値に安定するまでの所定時間、コンプレッサの空気供給量は変動し続けることになる。しかし、コンプレッサの空気供給量が変動している間は、ＣＯ除去器に供給される空気流量も変動するため、この変動に合わせるようにＣＯ除去器に供給する空気流量を制御するための空気流量制御弁も制御しなければならない。
　このように空気流量制御弁を制御してＣＯ除去器に送られる空気流量を変動させると、この変動に応じて改質反応器へ供給される空気流量が変動してしまう。このため、空気流量の変動のたびに、改質反応器に供給する空気流量を制御するための空気流量制御弁の調整が必要となり、結果として、改質反応器、ＣＯ除去器、および空気極における空気流量がそれぞれ目標値となるように制御することは困難となる。このため、ＣＯ除去器に送る空気の流量を精密に調整することが困難となり、ＣＯ除去器において一酸化炭素を適切に低減させることができない。その結果、燃料電池において一酸化炭素による劣化を招く。さらにまた、所望の流量よりも過剰に空気（酸素）がＣＯ除去器に送られた場合、燃料電池の燃料となる水素を消費してしまい発電効率を低下させてしまう。
　そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時における性能を向上させることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
　上述した従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、前記燃料電池のカソードへ発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められる目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給する。
　ここで、上記した下流とは改質ガスの流れる方向における下流側を意味するものである。
　本構成によると、第１空気流路から分岐して第２空気流路が形成されており、空気供給器だけで前記燃料電池のカソードおよび前記選択酸化部に空気を送ることができる。また、前記第２空気流路には第１流量計測器が配置されているため、第２空気流路を通じて選択酸化部に送る空気の流量を正確に把握することができる。そして、制御器は、燃料電池の発電電力に基づいて定められる目標値になるように、選択酸化部に送られる空気流量を基準にして空気供給器の供給能力を制御することができる。すなわち、選択酸化部に送られる空気が適切な流量となるように燃料電池のカソードに送られる空気の流量よりも優先して調整することができる。
　なお、燃料電池の発電を行っている際に発電電力が変わると、カソードが必要とする空気流量も変動するが、選択酸化部に送られる空気流量がカソードに送られる空気流量より小さくなるように第１及び第２空気流路が形成されているので、その変動は、選択酸化部が必要とする空気流量の変動と比較して小さい。このため、燃料電池の発電電力の変動に伴ってより精密な空気流量を調整する必要があるのは選択酸化部に送る空気流量である。
　したがって、本発明に係る燃料電池システムでは、選択酸化部に送る空気の流量を精密に調整することができ、選択酸化部における選択酸化反応により一酸化炭素を確実に低減させることができる。また、このように一酸化炭素を確実に低減させることができるため、燃料電池における一酸化炭素に起因する劣化を抑制することができる。また、選択酸化部に送る空気の流量を精密に調整することができるため、空気（酸素）を過剰に送ってしまい、燃料電池の燃料となる水素を消費してしまうことで発電効率の低下を招くことも防止することができる。すなわち、燃料電池システムは、発電時における性能を向上させることができる。
　よって本発明に係る燃料電池システムは、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
　本発明の燃料電池システムによれば、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料処理機の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図。 本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図。 本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図。 本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図。 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御フローチャート 本発明の実施の形態４における燃料電池システムのブロック図。 本発明の実施の形態４における燃料電池システムの制御フローチャート。 従来の燃料電池システムのブロック図。
　第１の発明は、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、前記燃料電池のカソードへ発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められる目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給する燃料電池システムである。
　本構成によると、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料処理機の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
　また、第２の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記第２空気流路に配置され、前記第２空気流路の流路抵抗を変える流路抵抗可変器を備え、前記制御器は、前記燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、前記第１流量計測器により計測した空気流量が増加したことを検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、前記燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、前記第１流量計測器の計測した空気流量が低下したことを検知することで、前記制御手段が前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御する燃料電池システムである。
　本構成によると、燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御する。これにより、前記第１流量計測器で計測した空気流量が増加する。そして、制御器がこの計測結果に応じて前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御することができる。また、逆に燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御する。これにより、前記第１流量計測器で計測した空気流量が低下する。そして、制御器がこの計測結果に応じて前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することができる。したがって、選択酸化部に送る空気の流量および空気流量の変更タイミングを調整することで、燃料電池のカソードに送る空気の流量および空気流量の変更タイミングも調整することができる。
　また、第３の本発明は、第２の本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路をさらに備え、前記制御器は、前記インバータ回路の出力に応じて前記流路抵抗可変器を制御することにより前記空気供給器の供給能力を制御して、前記選択酸化部及び前記燃料電池に送る空気流量を変化させる燃料電池システムである。
　また第４の本発明は、第２の本発明の燃料電池システムにおいて、前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池への空気の供給及び遮断を行なう弁をさらに備え、前記制御器は、前記弁を開放して前記燃料電池への空気の供給を開始する場合、前記流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御する燃料電池システムである。
　本構成によると、発電開始時に制御器は、弁を開放して燃料電池への空気供給を行ない、かつ流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように調整することができる。これにより、燃料電池システムは、燃料電池のカソードへの空気供給時においても、選択酸化部に供給すべき空気流量を維持することができる。
　また第５の本発明は、第２の本発明の燃料電池システムにおいて、前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池に供給する空気流量を計測する第２流量計測器をさらに備え、前記制御器は、前記第２流量計測器で計測した空気流量に基づいて、前記流路抵抗可変器を制御することにより、前記第１流量計測器で計測される空気流量を変更させ、この変更させた空気流量に応じて前記空気供給器の供給能力を制御する燃料電池システムである。
　本構成によると、制御部はさらに、第１流量計測器および第２流量計測器が計測した各々の空気流量に基づいて、流路抵抗可変器によって空気流量を変更させ、空気供給器からの供給空気流量を制御することができる。
　また第６の本発明は、第５の本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の上限値から算出される第１流量閾値と、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の下限値から算出される第２流量閾値とを予め記憶し、前記第２流量計測器が計測した空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値とを比較する空気流量判断部を備え、前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第１流量閾値を越えたと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を増加させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの増加を検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第２流量閾値を下回ったと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を低下させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの低下を検知することで、前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御する燃料電池システムである。
　本構成によると、制御部は空気流量判断部を備え、第２流量計測器が計測した空気流量と第１流量閾値と第２流量閾値との比較に基づいて空気供給器からの供給空気流量を制御する。そして、第２流量計測器により計測した空気流量に基づいて空気流量判断部が第１流量閾値を越えたと判断したときには流路抵抗可変器によって流路抵抗を小さくするよう制御し、第２流量閾値を下回ったと判断したときには流路抵抗可変器によって流路抵抗を大きくするように制御することができる。
　また、第７の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の端子電圧を測定する電圧測定器をさらに備え、前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記電圧測定器の測定結果に基づき燃料電池の端子電圧が予め定められている第１所定値以上、低下したと判定したとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させる燃料電池システムである。
　本構成によると、燃料電池の端子電圧の低下からカソードで水つまりが生じたことを判断することができる。そして、水つまりが生じたと判断した場合、空気供給器の供給能力に対するフィードバック制御を停止させる。このため、カソードでの水つまりに起因し燃料電池に供給する空気流量が低下し、逆に選択酸化器に供給する空気流量が増加してしまうことで空気供給器の供給能力を低減させてしまうことを防ぐことができる。すなわち、燃料電池に供給する空気流量の減少に歯止めをかけ、燃料電池の端子電圧の低下を抑制することができる。
　また、第８の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記空気流量の目標値と前記第１流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上のとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させる燃料電池システムである。
　本構成によると、発電電力に応じて決められている目標値と、第１流量計測器により計測した空気流量値との差が、第１流量値以上のときカソードで水つまりが生じたことを判断することができる。そして、水つまりが生じたと判断した場合、空気供給器の供給能力に対するフィードバック制御を停止させる。このため、カソードでの水つまりに起因し燃料電池に供給する空気流量が低下し、逆に選択酸化器に供給する空気流量が増加してしまうことで空気供給器の供給能力を低減させてしまうことを防ぐことができる。すなわち、燃料電池に供給する空気流量の減少に歯止めをかけ、燃料電池の端子電圧の低下を抑制することができる。
　また、第９の発明は、第８の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記空気流量の目標値と前記流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上の場合で、かつ、前記空気流量の目標値が増減するとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させる燃料電池システムである。
　また、第１０の発明は、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備えている燃料電池システムであって、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、前記制御器により、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記カソードに供給する空気流量に基づくことなく、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御する燃料電池システムの制御方法である。
　本方法によると、１つの空気供給手段から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料処理機の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
　以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　（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を示すブロック図である。
　図１において、本実施の形態１における燃料電池発電システムは、水素リッチな燃料ガスと空気中の酸素とを用いて発電を行なう燃料電池１と、都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質し水素リッチな改質ガスを生成する改質器２と、空気を用いて改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去することにより燃料ガスを生成する選択酸化器３とを備える燃料処理機４と、燃料処理機４で生成された燃料ガスを燃料電池１に通流する燃料ガス流路５と、燃料電池１および選択酸化器３に各々発電用および一酸化炭素除去用の空気を供給する空気ブロワ６と、空気ブロワ６からの空気を燃料電池１に通流するカソード空気流路（第１空気流路）７と、カソード空気流路７の途中から分岐し空気ブロワ６からの空気を選択酸化器３に通流する選択酸化空気流路（第２空気流路）８と、選択酸化空気流路８を通流する空気流量を計測する選択酸化空気流量計９と、選択酸化空気流量計９が計測した空気流量に基づいて選択酸化器３に供給する空気流量を空気ブロワ６からの供給空気量により制御する制御部（制御器）１０とを備えている。このように、空気ブロワ６は、燃料電池１のカソードと選択酸化器３とに空気を供給するように機能している。また、燃料電池１で発電した直流電力は、その後段に備えられたインバータ回路１３により交流電力に変換され不図示の電力負荷等に供給される。
　なお、本実施の形態１における構成部材としての改質器２、選択酸化器３、空気ブロワ６、選択酸化空気流量計９、インバータ回路１３は、各々、本発明における改質部、選択酸化部、空気供給部（空気供給手段）、第１流量計測器（選択酸化空気流量検知器）、インバータ回路の具体的な実施の一例である。また、カソード空気流路７および選択酸化空気流路８は、空気ブロワ６から選択酸化器３に送られる空気流量が燃料電池１のカソードに送られる空気流量より小さくなるように形成されている。具体的には、例えば、選択酸化空気流路８の径がカソード空気流路７の径より小さく設計されている。あるいは、選択酸化空気流路８にカソード空気流路７の径より小さい口径の固定オリフィスが設けられている。あるいは、選択酸化空気流路８に後述する空気制御バルブ１２が取り付けられた構成では以下のように設定することでこの空気流量を調整することもできる。すなわち、空気制御バルブ１２を最大限に開けた場合でも、この空気制御バルブ１２の弁体と弁座との間隙幅が、カソード空気流路７の径より小さくなるように設定されている。このように空気制御バルブ１２により、選択酸化空気流路８に流れる空気流量の方がカソード空気流路８に流れる空気流量よりも小さくなるように調整することができる。
　まず、本実施の形態における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
　図１に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水を混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。選択酸化器３では、空気ブロワ６からの空気の一部が選択酸化空気流路８を通じて供給され、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
　次に、本実施の形態１における燃料電池システムに関して、制御部１０の選択酸化部への空気供給の具体的な制御動作を説明する。
　制御部１０は空気ブロワ６の能力を調整し、空気ブロワ６からの空気の一部を、カソード空気流路７を通じて燃料電池１に、残りの空気を、選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給する。制御部１０は選択酸化空気流量計９から実際の空気流量を示す出力信号を読み込み、フィードバック制御により、選択酸化空気流量計９から読み込んだ実際の空気流量が目標空気流量（目標値）に一致するように空気ブロワ６の能力を変更する。
　本実施の形態１における燃料電池システムは、１つの空気供給部である空気ブロワ６から燃料電池１および燃料処理機４の両方に空気を供給するように構成されている。そして、この燃料電池システムにおいて、制御部１０は選択酸化空気流量計９から実際の空気流量を示す出力信号を読み込み、フィードバック制御により、選択酸化空気流量計９から読み込んだ実際の空気流量が目標空気流量（目標値）に一致するように空気ブロワ６の能力を調整する。このため、燃料処理機４への供給空気流量を制御することができる。また、例えば、燃料電池１における発電電力が増大し、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値が増加した場合、上述した制御部１０によって空気ブロワ６の能力が増加するように制御される。このため、燃料電池１へ供給する空気流量も同時に増加させることができる。一方、燃料電池１における発電電力が低下し、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値が減少した場合、上述した制御部１０による空気ブロワ６能力の調整により能力が減少するため、燃料電池１へ供給する空気流量も同時に減少させることができる。すなわち、本実施の形態における燃料電池システムの構成をとると、制御部１０による空気ブロワ６の能力制御を行なうことにより、燃料電池１および燃料処理機４の両方に供給する空気流量を同時に増減させることができる。
　また、制御部１０は上述した発電電力の増減、すなわち選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値の増減については、インバータ回路１３の出力電力に基づき判断することができる。
　なお、本実施の形態における選択酸化空気流路８は、カソード空気流路７の途中から分岐する構成としたがこの限りではなく、空気ブロワ６からの吐出口または、燃料電池１の供給口で分岐する構成としてもよい。
　また、本実施の形態における燃料処理機４は、改質器２と選択酸化器３とを備える構成としたがこの限りではなく、触媒を用いて一酸化炭素と水蒸気から水素を生成する変成器を改質器２と選択酸化器３の間に設け、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する構成にしてもよい。
　（実施の形態２）
　図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
　実施形態２に係る燃料電池システムは、実施形態１に係る燃料電池システムと比して、選択酸化空気流路８の流路抵抗の可変量を調整する空気制御バルブ１２をさらに備える点で異なる。
　なお、実施の形態２に係る構成部材としての空気制御バルブ１２は、本発明における、流路抵抗可変器（流路抵抗可変手段）の具体的な実施の一例である。
　まず、実施の形態２に係る燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
　図２に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水とを混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。制御部１０は、燃料電池１での発電が開始される前は空気制御バルブ１２の開度を、燃料処理機４の起動処理時の開度に調整する。なお、燃料処理機４の起動処理には、燃料処理機４が運転を開始するにあたり実行することが必要となる各種処理を含む。この開度は、燃料処理機４の選択酸化器３に空気を供給するにあたり必要な流量が得られる範囲で設定される。
　また、制御部１０は、空気ブロワ６からの空気の流量を調整して選択酸化器３に供給する。すなわち、制御部１０は、選択酸化器３に供給する空気流量を燃料電池１の発電電力に応じて定められている目標値となるように、選択酸化空気流量計９の出力信号を読み込み、この信号値に基づいて、空気ブロワ６の空気の供給能力をフィードバック制御する。このようにして、選択酸化器３に適切な流量の空気が供給される。そして、選択酸化器３は、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された、一酸化炭素が除去された燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。なお、燃料電池１での発電が開始される前の段階では燃料処理機４から排出される燃料ガスは燃料処理機４を構成する改質器２、選択酸化器３の触媒の温度状態により一酸化炭素が十分に除去されていないときがある。このため、この段階では図示していないバイパス流路を用いて、燃料電池１に供給せずに排出してもよい。
　燃料電池１での発電時では、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度に調整することにより、空気ブロワ６から選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される空気流量のより精細な調整を行うことができるようになっている。なお、燃料電池１の発電時における空気制御バルブ１２の開度は、燃料電池１に十分な燃料ガスを供給するために、燃料処理機４の起動処理時に設定された開度よりも大きくなる。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
　また、燃料電池１の発電中において発電電力の増減が生じた場合、制御部１０は、この発電電力の増減に応じて空気制御バルブ１２の開度を調整する。すなわち、制御部１０は、燃料電池１に送る空気流量を減少させる場合は、空気制御バルブ１２の開度を大きくして、選択酸化空気流路８内の流路抵抗を小さくするように制御する。そして、制御部１０は、選択酸化空気流量計９の出力信号を読み込み、この制御により空気流量が増加したことを確認する。また、制御部１０は、燃料電池１に送る空気流量を増加させる場合、空気制御バルブ１２の開度を小さくして選択酸化空気流路８内の流路抵抗を大きくするように制御する。そして、制御部１０は、選択酸化空気流量計９の出力信号を読み込み、この制御により空気流量が増加したことを確認する。
　このように、燃料電池システムでは、空気ブロワ６から選択酸化器３に供給する空気流量の変化およびタイミングの両方を制御することで、結果的に空気ブロワ６から燃料電池１に供給する空気流量の変化およびタイミングを調整することができる。
　なお、制御部１０は上述した発電電力の増減については、インバータ回路１３の出力電力に基づき判断することができる。
　（実施の形態３）
　図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
　実施の形態３における燃料電池システムは、実施の形態１における燃料電池システムと比して、カソード空気流路７に配され燃料電池１への空気の供給遮断を行なう遮断弁１１と、選択酸化空気流路８の流路抵抗の可変量を調整する空気制御バルブ１２とをさらに備える点で異なる。
　なお、実施の形態３における構成部材としての遮断弁１１及び空気制御バルブ１２それぞれは、本発明における、弁（遮断弁）、流路抵抗可変器（流路抵抗可変手段）の具体的な実施の一例である。
　まず、実施の形態３における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
　図３に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水とを混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。制御部１０は、燃料電池１での発電が開始される前は遮断弁１１を閉とし、空気制御バルブ１２の開度を燃料処理機４の起動処理時の開度に調整する。なお、燃料処理機４の起動処理には、燃料処理機４が運転を開始するにあたり実行する必要がある各種処理を含む。また、詳細は後述するが、燃料処理機４の起動処理時の段階では、遮断弁１１は閉状態に設定されており、空気制御バルブ１２のみが開状態となる。また、この開度は、燃料処理機４のみに空気を供給するにあたり必要な流量が得られる範囲で設定される。これにより、空気ブロワ６からの空気が選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される。そして、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された、一酸化炭素が除去された燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。なお、燃料電池１での発電が開始される前において燃料処理機４から排出される燃料ガスは燃料処理機４を構成する改質器２、選択酸化器３の触媒の温度状態により一酸化炭素が十分に除去されていないときがある。このため、図示していないバイパス流路を用いて、燃料電池１に供給せずに排出してもよい。
　さらにまた図４に示すように、選択参加空気流路８から分岐して燃料ガス流路５と接続するエアブリード１４を設けた構成としてもよい。このエアブリード１４は、選択酸化器３から供給される燃料ガスに微量の空気を供給するための経路である。燃料ガスにはｐｐｍオーダーで一酸化炭素が含まれている。このため、このエアブリードから供給される空気によりこの一酸化炭素を燃料電池１のアノードで酸化させる。このように燃料ガスに含まれるｐｐｍオーダーの一酸化炭素についても酸化させることができるため、燃料ガスに含まれる一酸化炭素によるアノード劣化をさらに一層抑制することができる。なお、このように構成される場合、選択酸化空気流量計９で計測した空気流量は、選択酸化器３へ供給する空気流量とエアブリードを通る空気流量との和となる。
　一方、燃料電池１での発電時においては遮断弁１１を開とし、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度に調整することにより、空気ブロワ６からの空気の一部が選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される。なお、燃料電池１の発電時における空気制御バルブ１２の開度は、燃料電池１に十分な燃料ガスを供給するために、燃料処理機４の起動処理時に設定された開度よりも大きくなる。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
　次に、本実施の形態における燃料電池システムの選択酸化器３への空気供給の具体的な動作フローに関して、図５に示す制御フローチャートを用いて説明する。
　燃料電池１での発電が開始される前にまず、燃料処理機４の起動処理が開始される（ステップＳ１０１）。燃料処理機４の起動処理が開始させた時点では、ステップＳ１０２に示すように制御部１０は、遮断弁１１を閉状態とし、空気ブロワ６を停止させている。燃料処理機４の選択酸化器３の触媒が反応可能な温度になると選択酸化器３への空気供給を開始する（ステップＳ１０３）。選択酸化器３への空気供給の開始ではステップＳ１０４で、制御部１０が空気制御バルブ１２の開度を燃料処理機４の起動処理時の開度Ｕ１に調整し、空気ブロワ６を作動させる。なお、選択酸化器３に供給される空気流量は、実施の形態１にて説明したフィードバック制御により制御される。このようにして燃料処理機４の起動処理が完了すると、燃料電池１での発電開始に移行する（ステップＳ１０５）。発電が開始されるとステップＳ１０６で、制御部１０は遮断弁１１を開とし、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度Ｕ２（Ｕ２＞Ｕ１）に調整する。そして、空気ブロワ６からの空気を燃料電池１と選択酸化器３の両方に供給を開始する。
　以上のように、実施の形態２に係る燃料電池システムを上記したような構成とすることで、制御部１０は以下のような制御を行う。すなわち、燃料電池１での発電が開始される前の燃料処理機４の起動処理時は、制御部１０は、空気制御バルブ１２の開度を起動時の開度Ｕ１に調整し、かつ、実施の形態１にて説明した空気ブロワ６に対するフィードバック制御により選択酸化器３に供給される空気流量を制御する。一方、燃料処理機４の起動処理が完了し燃料電池１での発電開始に移行するときは、制御部１０は、燃料電池１での発電に使用する空気を、カソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給するために、遮断弁１１を開にする。このとき、空気ブロワ６からの空気の供給先が燃料電池１と選択酸化器３との２箇所に変わるため、通常なら選択酸化空気流路８とカソード空気流路７との合計の流路抵抗が低下する。これにより、空気ブロワ６の吐出圧が低下し選択酸化器３へ供給される空気流量が低下することとなる。ところが実施の形態３に係る燃料電池システムにおける制御ではステップＳ１０６において、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度Ｕ２（Ｕ２＞Ｕ１）に調整する。これより、選択酸化空気流路８側の流路抵抗を低下させ、選択酸化器３へ供給される空気流量が低下することを防止することができる。すなわち、実施の形態３に係る燃料電池システムの構成をとると、発電開始時でのカソード空気供給開始時に発生する選択酸化器３への供給空気流量の低下に対して空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度Ｕ２（Ｕ２＞Ｕ１）に調整することにより防止し、安定した燃料ガス生成を実現することができる。つまり、燃料電池１のカソードへの空気供給の開始時であっても、選択酸化器３へ供給するために必要な空気流量を維持することができる。
　なお、起動時の空気制御バルブ１２の開度Ｕ１および発電時の開度Ｕ２は予め実験的に求めておき、制御部１０が備える記憶部（不図示）に記憶することにより本実施の形態における空気供給の具体的な動作を実施することができる。
　また、実施の形態３における燃料電池システムの構成をとると、燃料電池１の発電電力に応じて空気制御バルブ１２の開度を可変調整することができる。すなわち、制御部１０は、燃料電池１の発電電力に応じて予め実験的に決定した空気制御バルブ１２の開度に設定する。そして、制御部１０は、燃料電池１の発電電力に応じて空気制御バルブ１２の開度を段階的に調整する。これにより、選択酸化空気流路８側の流路抵抗を変化させ、空気ブロワ６からの空気を選択酸化空気流路８とカソード空気流路７とに最適な割合で分流することができる。
　（実施の形態４）
　図６は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
　実施の形態４における燃料電池システムは、実施の形態１における燃料電池システムと比して、カソード空気流路７に配され燃料電池１に供給する空気流量を計測するカソード空気流量計２１と、選択酸化空気流路８の流路抵抗の可変量を調整する空気制御バルブ２２とをさらに備える点で異なる。さらにまた、燃料電池１の出力に応じて燃料電池１に供給する空気流量の上限流量から算出される第１流量閾値と、下限流量から算出される第２流量閾値とを保持し、制御部１０が燃料電池１に供給する空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値との関係を判断する空気流量判断部（空気流量判断手段）２３を備える点でも異なる。
　なお、実施の形態４における構成部材としてのカソード空気流量計２１、空気制御バルブ２２は、各々、本発明における、第２流量計測器（カソード空気流量検知器）、流路抵抗可変器の具体的な実施の一例である。
　まず、実施の形態４における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
　図６に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水とを混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。制御部１０が空気制御バルブ２２の開度を発電中の開度に調整することにより、空気ブロワ６からの空気の一部が選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される。そして、選択酸化器３は、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
　次に、実施の形態４における燃料電池システムに関して、制御部１０の選択酸化器３への空気供給の具体的な制御動作を説明する。
　制御部１０は空気ブロワ６の能力を調整し、空気ブロワ６からの空気の一部を、カソード空気流路７を通じて燃料電池１に、残りの空気を選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給する。制御部１０は選択酸化空気流量計９からの出力信号を読み込み、フィードバック制御により、選択酸化空気流量計９から読み込んだ実際の空気流量が目標空気流量（目標値）に一致するように空気ブロワ６の能力を変更する。
　さらに実施の形態４における燃料電池システムに関して、制御部１０の空気流量判断部２３による空気供給の具体的な制御動作を、図７に示す制御フローチャートを用いて説明する。
　制御部１０の空気流量判断部２３は、ステップＳ２０１において燃料電池１の発電電力に応じて予め設定されている燃料電池１への供給空気流量の上限流量（上限値）から算出される第１流量閾値Ｑ１と、下限流量（下限値）から算出される第２流量閾値Ｑ２とを取得する。次のステップＳ２０２では、空気流量判断部２３は、カソード空気流量形２１による計測結果（カソード空気流量計２１からの出力信号）から実際の空気流量Ｑを取得する。そしてＱとＱ１とを比較する。空気流量判断部２３は、Ｑ＞Ｑ１の場合はステップＳ２０３に移行し、空気制御バルブ２２の開度を開けるように制御する。空気制御バルブ２２の開度を開けると、選択酸化空気流量計９で計測される空気流量が目標空気流量（目標値）に対して大きくなるため、上述した制御部１０でのフィードバック制御により空気ブロワ６の能力を減少させるように調整される。その結果、カソード空気流量計２１で計測される実際の空気流量Ｑも減少する。次に再度ステップＳ２０２に移行し、ＱとＱ１とを比較する。Ｑ≦Ｑ１の場合はステップＳ２０４に移行し、空気流量判断部２３は、ＱとＱ２とを比較する。そして、Ｑ＜Ｑ２の場合はステップＳ２０５に移行し、空気制御バルブ２２の開度を閉めるように制御する。空気制御バルブ２２の開度を閉めると、選択酸化空気流量計９で計測される空気流量が目標空気流量（目標値）に対して小さくなるため、上述した制御部１０でのフィードバック制御により空気ブロワ６の能力を増加させるように調整される。その結果、カソード空気流量計２１で計測された実際の空気流量Ｑも増加する。次に再度ステップＳ２０４に移行し、ＱとＱ２とを比較する。Ｑ≧Ｑ２の場合は、カソード空気流量計２１で計測された実際の空気流量Ｑが、Ｑ２≦Ｑ≦Ｑ１と第１流量閾値Ｑ１と第２流量閾値Ｑ２の間に調整できているので空気流量判断部２３による制御動作を終了する。
　実施の形態４における燃料電池システムの構成をとる場合であっても、実施の形態１における燃料電池システムで説明した作用効果と同様な効果を得ることができる。すなわち、１つの空気供給部である空気ブロワ６から燃料電池１および燃料処理機４の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、制御部１０は選択酸化空気流量計９で計測された実際の空気流量に対するフィードバック制御により、燃料処理機４への供給空気流量を制御することができる。また、制御部１０による空気ブロワ６の能力制御を行なうことにより、燃料電池１および燃料処理機４の両方に供給する空気流量を同時に増減させることができるとともに、以下の効果も得ることができる。すなわち、制御部１０の空気流量判断部２３により、燃料電池１の発電電力に応じて予め設定される第１流量閾値Ｑ１と、第２流量閾値Ｑ２に対して、カソード空気流量計２１から読み込んだ実際の空気流量Ｑを比較することができる。そして、Ｑ＞Ｑ１のときは空気制御バルブ２２を開けることによりＱ≦Ｑ１とし、またＱ＜Ｑ２のときは空気制御バルブ２２を閉めることによりＱ≧Ｑ２として、Ｑ２≦Ｑ≦Ｑ１となるように調整できる。このように空気流量Ｑを第１流量閾値Ｑ１と第２流量閾値Ｑ２との間となるように調整できるため、燃料電池システムを安定して運転することができる。
　なお、上記した実施の形態１～４における燃料電池システムでは、燃料電池１における電気化学的な反応の進行に伴って、カソード側で水が生じ、反応に必要な空気（酸素）の供給を阻害する場合がある。このようなカソードに送られる空気の供給を阻害する水つまりが生じると、カソード空気流路７において圧損が増加する。これにより、カソードに供給される空気流量が減少してしまうため、その分だけ選択酸化器３に供給される空気流量が増加することとなる。選択酸化空気流量計９の計測結果からこの空気流量の増加を検知すると、制御部１０は、上述したフィードバック制御により空気ブロワ６の空気の供給能力を低下させる。この結果、カソードに供給される空気流量が低下し、これにともない水がさらに一層つまりやすくなるという悪循環が発生する。そして、この悪循環により、燃料電池システムでは、カソードに供給される空気流量が減少してしまい、燃料電池１の端子電圧が大きく下がる等の悪影響が生じる。
　そこで、このような問題に対処するために燃料電池システムはさらに以下のように構成されていてもよい。
　すなわち、燃料電池システムは、燃料電池１のセルスタックの端子電圧を測定し、測定結果を記録する電圧測定器（不図示）をさらに備える。そして、制御部１０は、この電圧測定器により記録された測定結果からセルスタックの端子電圧が所定期間で所定電圧値以上、低下した場合、空気ブロワ６に対するフィードバック制御を一定期間（例えば、１５秒間）停止させる。
　より具体的には、制御部１０が選択酸化空気流量計９の計測結果から空気流量の変動を検知すると、空気ブロワ６に対して上述したフィードバック制御を行う前に、電圧測定器による測定結果からセルスタックの端子電圧が所定期間で所定電圧値（第１電圧値）以上、低下しているか否か判定する。つまり、端子電圧（直流電圧）の変化量ΔＶ≦－第１電圧値Ｖの関係が成り立つか否か判定する。
　なお、この第１電圧値は、カソードに供給される空気の流路に水つまりが発生したことに起因してセルスタックの端子電圧が低下する幅を予め測定しておき、この測定結果から決められる。また、本実施形態ではセルスタックの端子電圧の変化を測定する所定期間として３秒間に設定している。しかしながら、この所定期間は３秒間に限定されるものではない。また、フィードバック制御を停止する期間を１５秒間に設定しているが、これに限定されるものではない。
　あるいは、第１電圧値よりも少し小さい電圧値である第２電圧値を設定し、電圧測定器の測定結果からセルスタックの端子電圧が、複数回（例えば２回）連続して所定期間で所定電圧値（第２電圧値）以上、低下しているか否か判定するように構成されていてもよい。つまり、連続して複数回（２回）端子電圧の変化量ΔＶ≦－第２電圧値Ｖの関係が成り立つか否か判定する。
　あるいは、燃料電池１における発電電力に応じて決められている、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値を利用して以下のようにして水つまりを判定することもできる。
　すなわち、上記目標値は燃料電池１における発電電力の増減に応じて変更される値である。そこで、所定期間（例えば３秒間）、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値の変化幅ΔＲから目標値に変動がないか判定する。すなわちΔＲ≧０（ＮＬＭ：L/min[normal]）の関係が成り立つか否か判定する。そして、目標値に変動がある場合、所定期間（３秒間）に選択酸化空気流量計９で計測した空気流量と目標値とを比較して両者の差ΔＱを求める。そして、この差ΔＱが所定の第１流量値以上となることを複数回（例えば、２回）連続して検知した場合、水つまりが発生していると判定してもよい。つまり、連続して複数回（例えば、２回）差ΔＱ≧第１流量値の関係が成り立つか否か判定する。なお、ここで用いられる第１流量値は、燃料電池１のカソードに送られる空気の流路に水つまりが生じた場合に発生する、選択酸化空気流量計９で計測した空気流量と目標値との誤差を予め調べておき、その値を第１流量値とする。
　もしくは、差ΔＱ≧第１流量値の関係が成り立つか否かだけ判定し、この関係が成り立つ場合には、水つまりが発生しているとする。そして、空気ブロワ６に対するフィードバック制御を一定期間停止するように構成してもよい。
　また、選択酸化部３に供給する空気流量が増え続けており、目標値の変化幅が大きくなった場合、水つまりが発生していると判定してもよい。つまり、今回設定された目標値と前回設定された目標値との差をΔＲ、前回設定された目標値と前々回設定された目標値との差をΔＲ´としたとき、ΔＲ＞０（ＮＬＭ）、かつ、ΔＲ´＞０（ＮＬＭ）の関係が成り立つ場合、水つまりが発生していると判定する。
　本発明にかかる燃料電池システムは、１つの空気供給部から燃料電池および燃料処理機の両方に空気を供給、燃料処理機への供給空気流量制御、発電電力の増減に対して燃料電池および燃料処理機の両方に供給する空気流量を増減、をすることができるため、燃料処理機を備え、発電電力を増減させる燃料電池システムに有用である。
　１　　　燃料電池
　２　　　改質器
　３　　　選択酸化器
　４　　　燃料処理機
　５　　　燃料ガス流路
　６　　　空気ブロワ
　７　　　カソード空気流路
　８　　　選択酸化空気流路
　９　　　選択酸化空気流量計
　１０　　制御部
　１１　　遮断弁
　１２　　空気制御バルブ
　１３　　インバータ回路
　２１　　カソード空気流量計
　２２　　空気制御バルブ
　２３　　空気流量判断部
　１１３　燃料処理機
　１１５　コンプレッサ
　１１７　空気制御バルブ
　１１９　燃料電池
　１２１　空気流量計

Claims (10)

  1. 　燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
    　原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
    　前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
    　一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
    　一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
    　前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
    　前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、
    　前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
    　前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 　前記第２空気流路に配置され、前記第２空気流路の流路抵抗を変える流路抵抗可変器を備え、
    　前記制御器は、
    　前記燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、前記第１流量計測器により計測した空気流量が増加したことを検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
    　前記燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、前記第１流量計測器の計測した空気流量が低下したことを検知することで、前記制御手段が前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 　前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路をさらに備え、
    　前記制御器は、前記インバータ回路の出力に応じて前記流路抵抗可変器を制御することにより前記空気供給器の供給能力を制御して、前記選択酸化部及び前記燃料電池に送る空気流量を変化させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池への空気の供給及び遮断を行なう弁をさらに備え、
    　前記制御器は、前記弁を開放して前記燃料電池への空気の供給を開始する場合、前記流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池に供給する空気流量を計測する第２流量計測器をさらに備え、
    　前記制御器は、前記第２流量計測器で計測した空気流量に基づいて、前記流路抵抗可変器を制御することにより、前記第１流量計測器で計測される空気流量を変更させ、この変更させた空気流量に応じて前記空気供給器の供給能力を制御することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記制御器は、
    　前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の上限値から算出される第１流量閾値と、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の下限値から算出される第２流量閾値とを予め記憶し、前記第２流量計測器が計測した空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値とを比較する空気流量判断部を備え、
    　前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第１流量閾値を越えたと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を増加させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの増加を検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
    　前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第２流量閾値を下回ったと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を低下させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの低下を検知することで、前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記燃料電池の端子電圧を測定する電圧測定器をさらに備え、
    　前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記電圧測定器の測定結果に基づき燃料電池の端子電圧が予め定められている第１所定値以上、低下したと判定したとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記空気流量の目標値と前記第１流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上のとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記制御器は、前記空気流量の目標値と前記第１流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上の場合で、かつ、前記空気流量の目標値が増減するとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 　燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
    　原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
    　前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
    　一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
    　一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
    　前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
    　前記空気供給器を制御する制御器と、を備えている燃料電池システムであって、
    　前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
    　前記制御器により、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記カソードに供給する空気流量に基づくことなく、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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