WO2025005155A1 - 燃料電池装置 - Google Patents

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temperature
fuel
fuel gas
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一成 杉原
克英 指宿
将也 藏本
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • This disclosure relates to a fuel cell device.
  • a fuel cell device comprises: A fuel cell that generates electricity using a fuel gas and air; a supply device for supplying a fuel gas to the fuel cell; a combustion section for combusting unreacted fuel gas in the fuel cell; a reformer located in a first direction from the combustion section and accommodating a reforming catalyst that is heated by heat generated by combustion in the combustion section; and a control device that executes a first control to reduce the amount of the fuel gas supplied to the fuel cell when the temperature of the combustion section is equal to or higher than a first temperature, and executes a second control in priority to the first control to increase the amount of the fuel gas supplied to the fuel cell when the temperature of the fuel cell is lower than a second temperature or when the temperature of the fuel cell is expected to drop to or below the second temperature.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention
  • 2 is a flowchart for explaining a heating process executed by the control device of FIG. 1
  • 4 is a flowchart for explaining an overheating prevention process executed by the control device of FIG. 1
  • 2 is a flowchart for explaining a heating process executed by the control device of FIG. 1 .
  • a fuel cell device 10 includes a fuel cell 11, a first supply device (supply device) 12, a combustion section 13, a reformer 14, and a control device 15.
  • the fuel cell device 10 may further include a first temperature sensor 16, a second temperature sensor 17, a second supply device 18, and a third supply device 19.
  • the fuel cell 11 generates electricity through an electrochemical reaction using fuel gas and air.
  • the fuel cell 11 may include a fuel cell.
  • the fuel cell 11 may include a plurality of fuel cell cells.
  • the plurality of fuel cell cells may form a cell stack.
  • the cell stack may have any shape, for example, a hollow plate, a flat plate, a metal support, a cylinder, etc.
  • the fuel cell may be a solid oxide fuel cell. In the fuel cell 11, all of the fuel gas and oxygen gas in the air may not undergo an electrochemical reaction, and unreacted fuel gas and oxygen gas may be discharged.
  • the first supply device 12 directly or indirectly supplies fuel gas to the fuel cell 11.
  • the first supply device 12, for example, supplies raw fuel to the reformer 14, thereby supplying fuel gas obtained by reforming the raw fuel as described below to the fuel cell 11.
  • the first supply device 12 may directly or indirectly adjust the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11.
  • the first supply device 12 may, for example, be a pump capable of changing the duty ratio.
  • the combustion unit 13 burns the unreacted fuel gas in the fuel cell 11 using unreacted oxygen gas.
  • the combustion unit 13 can heat the reformer 14 using the heat generated by burning the unreacted fuel gas.
  • the combustion unit 13 may heat the reformer 14 to provide energy for causing a steam reforming reaction in the reformer 14.
  • the reformer 14 is located in a first direction from the combustion section 13. In the fuel cell device 10, the first direction is a direction that is assumed to be oriented vertically upward when the fuel cell device 10 is installed.
  • the reformer 14 contains a reforming catalyst.
  • the reforming catalyst may generate fuel gas by steam reforming using raw fuel and steam.
  • the reforming catalyst is heated by heat generated by combustion in the combustion section 13 to carry out a steam reforming reaction.
  • a Ru-based catalyst may be used as the reforming catalyst.
  • the raw fuel includes light hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane.
  • the raw fuel is, for example, city gas, LPG, biogas, etc., which include the light hydrocarbons.
  • the water vapor may be supplied to the reformer 14 as liquid reforming water and vaporized into water vapor in a vaporization section provided in the reformer 14.
  • the fuel gas includes, for example, hydrogen gas.
  • the first temperature sensor 16 may detect the temperature of the combustion section 13.
  • the second temperature sensor 17 may detect the temperature of the fuel cell 11.
  • the first temperature sensor 16 and the second temperature sensor 17 are, for example, thermocouples.
  • the second supply device 18 may adjust the amount of water supplied to the water reformer 14.
  • the second supply device 18 may be, for example, a pump with a variable duty ratio.
  • the third supply device 19 may adjust the amount of air supplied to the fuel cell 11.
  • the third supply device 19 may be, for example, a blower with a variable duty ratio.
  • the control device 15 is configured to include at least one processor, at least one dedicated circuit, or a combination of these.
  • the processor is a general-purpose processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), or a dedicated processor specialized for specific processing.
  • the dedicated circuit may be, for example, an FPGA (Field-Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), etc.
  • the control device 15 may control the operation of the fuel cell device 10.
  • the control device 15 may control each part of the fuel cell device 10, for example, the voltage or current of the fuel cell 11, and the supply amount from the first supply device 12, the second supply device 18, and the third supply device 19, to generate power of the current value of the required load.
  • the supply amount may mean the flow rate, i.e. the amount flowing per short period of time.
  • the control device 15 executes a first control, a second control, a third control, and a fourth control.
  • the control device 15 controls the first supply device 12 to reduce the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11.
  • the control device 15 controls the first supply device 12 to increase the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11.
  • the control device 15 may execute a third control under conditions different from the second control and the fourth control, as described below, and in the third control, the control device 15 controls the first supply device 12 to increase the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11.
  • the control device 15 executes the first control when the temperature of the combustion section 13 is equal to or higher than the first temperature.
  • the first temperature is set to a temperature that can suppress deterioration of the reforming catalyst.
  • the first temperature may be set according to the type of reforming catalyst, and is, for example, 700 to 750°C for the above-mentioned Ru-based catalyst.
  • the control device 15 may execute the first control when the current of the power generated by the fuel cell 11 is equal to or lower than the current threshold.
  • the control device 15 may acquire the current of the power generated by the fuel cell 11 as information from a current sensor or an external device.
  • the control device 15 may acquire the current from, for example, a current sensor built into the fuel cell device 10 or a current sensor provided outside the fuel cell device 10.
  • the control device 15 may also acquire the current of the power generated by the fuel cell 11 from, for example, another information processing device.
  • the control device 15 executes the second control in priority over the first control. In other words, even if the temperature of the combustion section 13 is higher than the first temperature, if the temperature of the fuel cell 11 is lower than the second temperature, or if the temperature of the fuel cell 11 is expected to drop below the second temperature, the control device 15 executes the second control without executing the first control.
  • the second temperature may be determined, for example, based on the temperature of the fuel cell 11 when the fuel cell device 10 starts generating electricity.
  • the drop in temperature of the fuel cell 11 below the second temperature may occur, for example, when the necessary fuel gas is not supplied to the fuel cell 11 due to an error in the gas flow meter or a gas leak caused by a crack in the fuel cell 11. Furthermore, if the necessary fuel gas is not supplied to the fuel cell 11, a misfire occurs and the temperature of the combustion section 13 drops. Therefore, if the drop in the temperature of the combustion section 13 detected by the first temperature sensor 16 continues, it can be expected that the fuel cell 11 will drop below the second temperature.
  • the control device 15 may execute a third control if the temperature of the combustion section 13 falls below the first temperature after execution of the first control.
  • the control device 15 may increase the fuel gas so that the increase in the fuel gas in the third control is less than the decrease in the fuel gas in the first control executed immediately before the third control.
  • control device 15 may increase the fuel gas so that the time for which the fuel gas is increased in the third control is less than the time for which the fuel gas was decreased in the first control executed immediately before the third control.
  • the absolute value of the increase in the amount of fuel gas supply in the third control in other words the increase in the flow rate
  • the absolute value of the decrease in the amount of fuel gas supply in the first control in other words the decrease in the flow rate
  • control device 15 may increase the fuel gas so that the time for which the fuel gas is increased in the third control is equal to or longer than the time for which the fuel gas was decreased in the first control executed immediately before the third control.
  • the absolute value of the increase in the amount of fuel gas supply in the third control may be greater than the absolute value of the decrease in the amount of fuel gas supply in the first control.
  • the control device 15 may also execute the fourth control in priority over the first control until a predetermined time has elapsed since the fuel cell 11 started generating electricity.
  • the control device 15 may return the increased amount of fuel gas supply to the original amount.
  • the heating process executed by the control device 15 in this embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG. 2.
  • the heating process is started, for example, periodically while the fuel cell device 10 is in operation.
  • step S100 the control device 15 determines whether the temperature of the fuel cell 11 is less than the second temperature. If it is less than the second temperature, the process proceeds to step S101. If it is not less than the second temperature, the heating process ends.
  • step S101 the control device 15 determines whether the first control is being executed. If it is being executed, the process proceeds to step S102. If it is not being executed, the process proceeds to step S103.
  • step S102 the control device 15 stops the first control. In other words, the control device 15 stops the reduction in the gas supply amount that is being performed in step S204 of the superheat suppression control described below, and restores the gas supply amount before the reduction. After the reduction, the process proceeds to step S103.
  • step S103 the control device 15 stores the amount of gas supplied. After storing, the process proceeds to step S104.
  • step S104 the control device 15 increases the amount of gas supplied by a predetermined increment. After the increase, the process proceeds to step S105.
  • step S105 the control device 15 waits for a predetermined waiting time. After the waiting time has elapsed, the process proceeds to step S106.
  • step S106 the control device 15 determines whether the temperature of the fuel cell 11 is less than the second temperature. If it is less than the second temperature, the process returns to step S105. If it is not less than the second temperature, the process proceeds to step S107.
  • step S107 the control device 15 returns the gas supply amount to the supply amount stored in step S103. After returning it, the heating process ends.
  • the overheating prevention process executed by the control device 15 in this embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG. 3.
  • the overheating prevention process is started, for example, periodically while the fuel cell device 10 is in operation.
  • step S200 the control device 15 determines whether the current of the fuel cell 11 is less than the current threshold. If it is not less than the current threshold, the overheating prevention process ends. If it is less than the current threshold, the process proceeds to step S202.
  • step S201 the control device 15 determines whether the temperature of the combustion section 13 is equal to or higher than a first temperature. If it is equal to or higher than the first temperature, the process proceeds to step S202. If it is not equal to or higher than the first temperature, the overheating prevention process ends.
  • step S202 the control device 15 determines whether the second control is being executed. If it is not being executed, the process proceeds to step S203. If it is being executed, the overheating prevention process ends.
  • step S203 the control device 15 stores the amount of gas supplied. After storing, the process proceeds to step S204.
  • step S204 the control device 15 reduces the amount of gas supplied by a predetermined amount. After this, the process proceeds to step S205.
  • step S205 the control device 15 waits for a predetermined waiting time. After the waiting time has elapsed, the process proceeds to step S206.
  • step S206 the control device 15 determines whether the temperature of the combustion section 13 is equal to or higher than the first temperature. If it is equal to or higher than the first temperature, the process returns to step S205. If it is not equal to or higher than the first temperature, the process proceeds to step S207.
  • step S207 the control device 15 detects the time that has elapsed since the amount of gas supply was reduced in step S204. Furthermore, the control device 15 determines the heating time based on the calculated elapsed time. After the determination, the process proceeds to step S208.
  • step S208 the control device 15 increases the gas supply amount from the gas supply amount stored in step S203 by an increase amount that is the same as the predetermined decrease amount by which the gas supply amount was decreased in step S204. After the increase, the process proceeds to step S209.
  • step S209 the control device 15 waits until the heating time determined in step S207 has elapsed. After the heating time has elapsed, the process proceeds to step S210.
  • step S210 the control device 15 returns the gas supply amount to the supply amount stored in step S203. After returning it, the overheating prevention process ends.
  • the heating process executed by the control device 15 in this embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG. 4.
  • the heating process is started, for example, periodically while the fuel cell device 10 is in operation.
  • step S300 the control device 15 determines whether a predetermined time has elapsed since the fuel cell 11 started generating power. If the predetermined time has not elapsed, the process proceeds to step S301. If the predetermined time has elapsed, the heating process ends.
  • step S301 the control device 15 stores the amount of gas supplied. After storing, the process proceeds to step S302.
  • step S302 the control device 15 increases the amount of gas supplied by a predetermined increment. After the increase, the process proceeds to step S303.
  • step S303 the control device 15 waits for a predetermined waiting time. After the waiting time has elapsed, the process proceeds to step S304.
  • step S304 the control device 15 determines whether the temperature of the fuel cell 11 is less than the second temperature. If it is less than the second temperature, the process returns to step S303. If it is not less than the second temperature, the process proceeds to step S305.
  • step S305 the control device 15 returns the gas supply amount to the supply amount stored in step S301. After returning it, the heating process ends.
  • the fuel cell device 10 of this embodiment configured as described above executes a first control to reduce the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11 when the temperature of the combustion section 13 is equal to or higher than a first temperature, and executes a second control to increase the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11 in preference to the first control when the temperature of the fuel cell 11 is lower than a second temperature or when the temperature of the fuel cell 11 is expected to drop to or below the second temperature.
  • the temperature of the combustion section 13 becomes high, the reformer 14 is overheated, which causes the deterioration of the reforming catalyst contained in the reformer 14 to progress, and the fuel gas discharged from the reformer 14 becomes hotter, which causes the temperature difference between different parts of the fuel cell 11 to increase.
  • the fuel cell device 10 it is desired to prioritize the amount of power generation and power generation efficiency over suppressing both the deterioration of the reforming catalyst and the increase in the temperature difference in the fuel cell 11.
  • the fuel cell device 10 having the above-described configuration can determine the situation in which it is desirable to improve the amount of power generated and the efficiency of power generation in the fuel cell 11, and prioritize execution of the second control, while suppressing deterioration of the reforming catalyst and the increase in the temperature difference in the fuel cell 11 when this control is feasible. Therefore, the fuel cell device 10 can suppress deterioration of parts other than the fuel cell 11.
  • the fuel cell device 10 of this embodiment executes the first control when the current of the electric power generated by the fuel cell 11 is equal to or less than the current threshold. In other words, the fuel cell device 10 does not execute the first control when the current of the electric power generated by the fuel cell 11 is greater than the current threshold. If the amount of fuel gas is reduced when the current is not equal to or less than the current threshold, there is a risk of misfire. In such an event, the fuel cell device 10 having the above-described configuration can reduce the possibility of misfire.
  • the fuel cell device 10 of this embodiment executes a third control to increase the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11 if the temperature of the combustion section 13 drops below the first temperature after the first control is executed.
  • An excessive drop in temperature of the combustion section 13 causes a drop in the temperature of the fuel cell 11.
  • the drop in temperature of the fuel cell 11 makes it difficult to respond to fluctuations in load.
  • the fuel cell device 10 having the above-described configuration can bring the combustion section 13 closer to an appropriate temperature in response to an excessive drop in temperature of the combustion section 13 caused by the execution of the first control.
  • the fuel cell device 10 makes it easier to respond to load fluctuations.
  • the fuel cell device 10 of this embodiment increases the fuel gas so that the increase in the fuel gas in the third control is less than the decrease in the fuel gas in the first control executed immediately before the third control.
  • the temperature of the combustion section 13 may again reach or exceed the first temperature, after which the temperature of the combustion section 13 may repeatedly drop and rise.
  • the fuel cell device 10 having the above-described configuration can reduce the possibility that the temperature of the combustion section 13 will again reach or exceed the first temperature. Therefore, the fuel cell device 10 contributes to stabilizing the temperature of the combustion section 13.
  • the fuel cell device 20 of this embodiment increases the fuel gas so that the time for increasing the fuel gas in the third control is less than the time for decreasing the fuel gas in the first control executed immediately before the third control.
  • the fuel cell device 10 can suppress the increase in the fuel gas in the third control to less than the decrease in the fuel gas in the first control executed immediately before the third control in a simplified configuration, such as a configuration in which the absolute values of the increase and decrease in the fuel gas supply amount (flow rate) are the same.
  • a fourth control that increases the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 11 is executed in preference to the first control until a predetermined time has elapsed after the fuel cell 11 starts generating electricity.
  • the ceramic part of the fuel cell 11 has a low temperature, so the internal resistance is high and the fuel cell 11 cannot output a large current of power. Therefore, early rated power generation is achieved by increasing the amount of fuel gas for a predetermined time from the start of power generation.
  • the temperature of the combustion section 13 may temporarily rise above the first temperature.
  • the fuel cell device 10 it is desired to prioritize the amount of power generation and power generation efficiency over suppressing both the deterioration of the reforming catalyst and the increase in the temperature difference of the fuel cell 11.
  • the fuel cell device 10 having the above-mentioned configuration can execute an operation that prioritizes the amount of power generation and power generation efficiency while having a configuration that executes the first control.
  • the present disclosure can also be embodied as a method or program for implementing the device, or as a storage medium on which a program is recorded (for example, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a magnetic tape, a hard disk, or a memory card, etc.).
  • a storage medium on which a program is recorded for example, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a magnetic tape, a hard disk, or a memory card, etc.
  • the implementation form of the program is not limited to application programs such as object code compiled by a compiler or program code executed by an interpreter, but may be in the form of a program module incorporated into an operating system.
  • the program may or may not be configured so that all processing is performed only by the CPU on the control board.
  • the program may be configured so that part or all of it is executed by another processing unit implemented on an expansion board or expansion unit added to the board as necessary.
  • embodiments of the present disclosure are not limited to the specific configurations of any of the embodiments described above.
  • the embodiments of the present disclosure may extend to any novel feature or combination of features described herein, or any novel method or process step or combination of features described herein.
  • references such as “first” and “second” are identifiers for distinguishing the configuration.
  • Configurations distinguished by descriptions such as “first” and “second” in this disclosure may exchange numbers in the configuration.
  • a first supply device may exchange identifiers “first” and “second” with a second supply device.
  • the exchange of identifiers is performed simultaneously.
  • the configurations remain distinguished even after the exchange of identifiers.
  • Identifiers may be deleted.
  • a configuration from which an identifier has been deleted is distinguished by a code. Descriptions of identifiers such as “first” and “second” in this disclosure alone should not be used to interpret the order of the configuration or to justify the existence of an identifier with a smaller number.

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Abstract

燃料電池装置は燃料電池と供給装置と燃焼部と改質器と制御装置とを有する。制御装置は燃焼部の温度が第１の温度以上である場合に燃料電池に供給する燃料ガスの量を減少させる第１の制御を実行する。制御装置は燃料電池の温度が第２の温度より低い場合又は第２の温度以下に低下することが予想される場合に燃料電池に供給する燃料ガスの量を増加させる第２の制御を第１の制御よりも優先して実行する。

Description

燃料電池装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２３年６月３０日に日本国に特許出願された特願２０２３－１０８８７４の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本開示は、燃料電池装置に関するものである。
　固体酸化物形燃料電池では、水蒸気改質により原燃料から燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成している。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応に必要な熱は燃料電池セルから排出されるオフガス及びオフガスに含まれる未反応ガスの燃焼により供給される。このような固体酸化物形燃料電池において、燃料電池セルの劣化を抑制するために、特定の条件で原燃料の供給量を調整することが提案されている（特許文献１参照）。
特許第５５９７６２８号公報
　第１の観点による燃料電池装置は、
　燃料ガス及び空気を用いて発電する燃料電池と、
　前記燃料電池に燃料ガスを供給する供給装置と、
　前記燃料電池における未反応の燃料ガスを燃焼する燃焼部と、
　前記燃焼部から第１の方向に位置し、前記燃焼部における燃焼により発する熱で加熱される改質触媒を収容する改質器と、
　前記燃焼部の温度が第１の温度以上である場合に前記燃料電池に供給する前記燃料ガスの量を減少させる第１の制御を実行し、前記燃料電池の温度が第２の温度より低い場合又は前記燃料電池の温度が前記第２の温度以下に低下することが予想される場合に前記燃料電池に供給する前記燃料ガスの量を増加させる第２の制御を前記第１の制御よりも優先して実行する制御装置と、を備える。。
本実施形態に係る燃料電池装置の概略構成を示す構成図である。 図１の制御装置が実行する加熱処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置が実行する過熱抑制処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置が実行する加熱処理を説明するためのフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の図面に示す構成要素において、同じ構成要素には同じ符号を付す。
　図１に示すように、本開示の一実施形態に係る燃料電池装置１０は、燃料電池１１、第１の供給装置（供給装置）１２、燃焼部１３、改質器１４、及び制御装置１５を含んで構成される。燃料電池装置１０は、更に、第１の温度センサ１６、第２の温度センサ１７、第２の供給装置１８、第３の供給装置１９を含んで構成されてよい。
　燃料電池１１は、燃料ガス及び空気を用いて、電気化学反応により発電する。燃料電池１１は、燃料電池セルを含んでよい。燃料電池１１は、複数の燃料電池セルを含んでよい。複数の燃料電池セルは、セルスタックを構成してよい。セルスタックは、例えば、中空平板、平板、メタルサポート、円筒等の任意の形状であってよい。燃料電池セルは、固体酸化物形燃料電池セルであってよい。燃料電池１１において、燃料ガス及び空気中の酸素ガスのすべてが電気化学反応を起こさずに未反応の燃料ガス及び酸素ガスが、排出されてよい。
　第１の供給装置１２は、直接的又は間接的に燃料電池１１に燃料ガスを供給する。第１の供給装置１２は、例えば、改質器１４に原燃料を供給することにより、後述するように原燃料が改質された燃料ガスを燃料電池１１に供給する。第１の供給装置１２は、直接的又は間接的に燃料電池１１に供給する燃料ガスの供給量を調整してよい。第１の供給装置１２は、例えば、デューティー比を変更可能なポンプであってよい。
　燃焼部１３は、燃料電池１１における未反応の燃料ガスを、未反応の酸素ガスを用いて燃焼させる。燃焼部１３は、当該未反応燃料ガスを燃焼させた熱を用いて改質器１４を加熱可能である。燃焼部１３は、改質器１４を加熱することにより、改質器１４における水蒸気改質反応を行わせるエネルギーを付与してよい。
　改質器１４は、燃焼部１３から第１の方向に位置する。燃料電池装置１０において、第１の方向は、燃料電池装置１０の設置に際して鉛直上方に向けられることを想定されている方向である。改質器１４は、改質触媒を収容する。改質触媒は、原燃料及び水蒸気を用いて水蒸気改質することにより燃料ガスを生成してよい。改質触媒は、水蒸気改質反応を行うために、燃焼部１３における燃焼により発する熱で加熱される。改質触媒としては、例えばＲｕ系触媒が用いられてよい。
　原燃料は、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の軽質炭化水素を含む。原燃料は、例えば、当該軽質炭化水素を含む都市ガス、ＬＰＧ、バイオガス等である。水蒸気は、液状の改質水として改質器１４に供給され、改質器１４に設けられる気化部において水蒸気に気化されてよい。燃料ガスは、例えば、水素ガスを含む。
　第１の温度センサ１６は、燃焼部１３の温度を検出してよい。第２の温度センサ１７は、燃料電池１１の温度を検出してよい。第１の温度センサ１６及び第２の温度センサ１７は、例えば、熱電対である。
　第２の供給装置１８は、水の改質器１４への供給量を調整してよい。第２の供給装置１８は、例えば、デューティー比を変更可能なポンプであってよい。
　第３の供給装置１９は、空気の燃料電池１１への供給量を調整してよい。第３の供給装置１９は、例えば、デューティー比を変更可能なブロワであってよい。
　制御装置１５は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの専用回路又はこれらの組み合わせを含んで構成される。プロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の汎用プロセッサ又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等であってもよい。制御装置１５は、燃料電池装置１０の動作を制御してよい。
　制御装置１５は、燃料電池装置１０の起動後、要求される負荷の電流値の電力を発電するように燃料電池装置１０の各部位、例えば、燃料電池１１の電圧又は電流、並びに第１の供給装置１２、第２の供給装置１８、及び第３の供給装置１９による供給量を調整するように制御してよい。本願明細書において以下に記載の供給量は、流量、即ち短時間当たりに流れる量を意味してよい。
　制御装置１５は、第１の制御、第２の制御、第３の制御、及び第４の制御を実行する。制御装置１５は、第１の制御において、燃料電池１１に供給する燃料ガスの供給量を減少させるように、第１の供給装置１２を制御する。制御装置１５は、第２の制御及び第４の制御において、燃料電池１１に供給する燃料ガスの供給量を増加させるように、第１の供給装置１２を制御する。制御装置１５は、後述するように第２の制御及び第４の制御とは異なる条件で第３の制御を実行してよく、第３の制御において、燃料電池１１に供給する燃料ガスの供給量を増加させるように、第１の供給装置１２を制御する。
　制御装置１５は、燃焼部１３の温度が第１の温度以上である場合に、第１の制御を実行する。第１の温度は、改質触媒の劣化を抑制可能な温度に定められる。第１の温度は、改質触媒の種類に応じて定められてよく、例えば、上述のＲｕ系触媒に対しては７００～７５０℃である。
　制御装置１５は、燃料電池１１の発電した電力の電流が電流閾値以下である場合に、第１の制御を実行してよい。制御装置１５は、燃料電池１１の発電した電力の電流を情報として、電流センサ又は外部機器から取得してよい。制御装置１５は、例えば、燃料電池装置１０が内蔵する電流センサ又は燃料電池装置１０の外部に設けられる電流センサから取得してよい。又、制御装置１５は、例えば、他の情報処理装置から燃料電池１１の発電する電力の電流を取得してよい。
　制御装置１５は、燃料電池１１の温度が第２の温度より低い場合、又は燃料電池１１の温度が第２の温度以下に低下することが予想される場合、第２の制御を、第１の制御よりも優先して実行する。言換えると、制御装置１５は、燃焼部１３の温度が第１の温度以上であっても、燃料電池１１の温度が第２の温度より低い場合、又は燃料電池１１の温度が第２の温度以下に低下することが予想される場合、第１の制御を行うことなく、第２の制御を実行する。第２の温度は、例えば、燃料電池装置１０の発電開始時の燃料電池１１の温度に基づいて定められてよい。
　燃料電池１１の第２の温度以下への低下は、例えば、ガス流量計のエラーや、燃料電池１１にクラックが生じることによるガスリークなどから、燃料電池１１に必要な燃料ガスが供給されない場合に生じることが考えられる。又、燃料電池１１に必要な燃料ガスが供給されない場合は、失火が生じ燃焼部１３の温度が低下する。それゆえ、第１の温度センサ１６検出される燃焼部１３の温度の低下が続いた場合、燃料電池１１が第２の温度以下に低下することを予想してよい。
　制御装置１５は、第１の制御の実行後に燃焼部１３の温度が第１の温度未満に低下する場合に、第３の制御を実行してよい。制御装置１５は、第３の制御における燃料ガスの増加量が、当該第３の制御の直前に実行した第１の制御における燃料ガスの減少量未満となるように、燃料ガスを増加させてよい。
　更に、制御装置１５は、第３の制御における燃料ガスを増加させる時間が、当該第３の制御の直前に実行した第１の制御における燃料ガスを減少させた時間未満となるように、燃料ガスを増加させてよい。第３の制御における燃料ガスの増加時間が第１の制御における燃料ガスの減少時間未満に抑えられる場合に、第３の制御における燃料ガスの供給量の増加量、言換えると流量の増加量の絶対値と、第１の制御における燃料ガスの供給量の減少量、言換えると流量の減少量の絶対値は同じであってよい。
　又は、制御装置１５は、第３の制御における燃料ガスを増加させる時間が、当該第３の制御の直前に実行した第１の制御における燃料ガスを減少させた時間以上となるように、燃料ガスを増加させてよい。第３の制御における燃料ガスの増加時間が第１の制御における燃料ガスの減少時間以上となるように制御される場合に、第３の制御における燃料ガスの供給量の増加量の絶対値は、第１の制御における燃料ガスの供給量の減少量の絶対値より大きくてよい。
　又、制御装置１５は、燃料電池１１の発電開始後から所定時間が経過するまで、第４の制御を第１の制御よりも優先して実行してよい。
　制御装置１５は、第２の制御又は第４の制御の実行後、燃料電池１１の温度が第２の温度以上になる場合、増加させた燃料ガスの供給量を基に戻してよい。
　次に、本実施形態において制御装置１５が実行する加熱処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。加熱処理は、燃料電池装置１０の稼働中に、例えば、周期的に開始する。
　ステップＳ１００において、制御装置１５は、燃料電池１１の温度が第２の温度未満であるか否かを判別する。第２の温度未満である場合、プロセスはステップＳ１０１に進む。第２の温度未満でない場合、加熱処理は終了する。
　ステップＳ１０１では、制御装置１５は、第１の制御を実行中であるか否かを判別する。実行中である場合、プロセスはステップＳ１０２に進む。実行中でない場合、プロセスはステップＳ１０３に進む。
　ステップＳ１０２では、制御装置１５は、第１の制御を停止する。言換えると、制御装置１５は、後述する過熱抑制制御のステップＳ２０４において実行されているガスの供給量減少を停止し、減少前のガス供給量に戻す。停止後、プロセスはステップＳ１０３に進む。
　ステップＳ１０３では、制御装置１５は、ガスの供給量を記憶する。記憶後、プロセスはステップＳ１０４に進む。
　ステップＳ１０４では、制御装置１５は、ガスの供給量を所定の増加幅で増加させる。増加後、プロセスはステップＳ１０５に進む。
　ステップＳ１０５では、制御装置１５は、所定の待機時間で待機する。待機時間の経過後、プロセスはステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０６では、制御装置１５は、燃料電池１１の温度が第２の温度未満であるか否かを判別する。第２の温度未満である場合、プロセスはステップＳ１０５に戻る。第２の温度未満でない場合、プロセスはステップＳ１０７に進む。
　ステップＳ１０７では、制御装置１５は、ガスの供給量を、ステップＳ１０３において記憶した供給量に戻す。戻した後、加熱処理は終了する。
　次に、本実施形態において制御装置１５が実行する過熱抑制処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。過熱抑制処理は、燃料電池装置１０の稼働中に、例えば、周期的に開始する。
　ステップＳ２００において、制御装置１５は、燃料電池１１の電流が電流閾値未満であるか否かを判別する。電流閾値未満でない場合、過熱抑制処理は終了する。電流閾値未満である場合、プロセスはステップＳ２０２に進む。
　ステップＳ２０１では、制御装置１５は、燃焼部１３の温度が第１の温度以上である下否かを判別する。第１の温度以上である場合、プロセスはステップＳ２０２に進む。第１の温度以上でない場合、過熱抑制処理は終了する。
　ステップＳ２０２では、制御装置１５は、第２の制御を実行中であるか否かを判別する。実行中でない場合、プロセスはステップＳ２０３に進む。実行中である場合、過熱抑制処理は終了する。
　ステップＳ２０３では、制御装置１５は、ガスの供給量を記憶する。記憶後、プロセスはステップＳ２０４に進む。
　ステップＳ２０４では、制御装置１５は、ガスの供給量を所定の減少幅で減少させる。現象後、プロセスはステップＳ２０５に進む。
　ステップＳ２０５では、制御装置１５は、所定の待機時間で待機する。待機時間の経過後、プロセスはステップＳ２０６に進む。
　ステップＳ２０６では、制御装置１５は、燃焼部１３の温度が第１の温度以上であるか否かを判別する。第１の温度以上である場合、プロセスはステップＳ２０５に戻る。第１の温度以上でない場合、プロセスはステップＳ２０７に進む。
　ステップＳ２０７では、制御装置１５は、ステップＳ２０４においてガスの供給量を減少させてからの経過時間を検出する。更に、制御装置１５は、算出した経過時間に基づいて加熱時間を決定する。決定後、プロセスはステップＳ２０８に進む。
　ステップＳ２０８では、制御装置１５は、ステップＳ２０３において記憶したガスの供給量から、ステップＳ２０４でガスの供給量を減少させた所定の減少幅と同じ幅である増加幅で、ガスの供給量を増加させる。増加後、プロセスはステップＳ２０９に進む。
　ステップＳ２０９では、制御装置１５は、ステップＳ２０７で決定した加熱時間が経過するまで待機する。加熱時間の経過後、プロセスはステップＳ２１０に進む。
　ステップＳ２１０では、制御装置１５は、ガスの供給量を、ステップＳ２０３において記憶した供給量に戻す。戻した後、過熱抑制処理は終了する。
　次に、本実施形態において制御装置１５が実行する加熱処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。加熱処理は、燃料電池装置１０の稼働中に、例えば、周期的に開始する。
　ステップＳ３００において、制御装置１５は、燃料電池１１が発電開始後から予め定められた所定時間が経過しているか否かを判別する。所定時間が経過していない場合、プロセスはステップＳ３０１に進む。所定時間が経過している場合、加熱処理は終了する。
　ステップＳ３０１では、制御装置１５は、ガスの供給量を記憶する。記憶後、プロセスはステップＳ３０２に進む。
　ステップＳ３０２では、制御装置１５は、ガスの供給量を所定の増加幅で増加させる。増加後、プロセスはステップＳ３０３に進む。
　ステップＳ３０３では、制御装置１５は、所定の待機時間で待機する。待機時間の経過後、プロセスはステップＳ３０４に進む。
　ステップＳ３０４では、制御装置１５は、燃料電池１１の温度が第２の温度未満であるか否かを判別する。第２の温度未満である場合、プロセスはステップＳ３０３に戻る。第２の温度未満でない場合、プロセスはステップＳ３０５に進む。
　ステップＳ３０５では、制御装置１５は、ガスの供給量を、ステップＳ３０１において記憶した供給量に戻す。戻した後、加熱処理は終了する。
　以上のような構成の本実施形態の燃料電池装置１０は、燃焼部１３の温度が第１の温度以上である場合に燃料電池１１に供給する燃料ガスの量を減少させる第１の制御を実行し、燃料電池１１の温度が第２の温度より低い場合又は燃料電池１１の温度が第２の温度以下に低下することが予想される場合に燃料電池１１に供給する燃料ガスの量を増加させる第２の制御を第１の制御よりも優先して実行する。燃焼部１３の温度が高くなると、改質器１４が過熱されるため、改質器１４に収容される改質触媒の劣化が進行し、改質器１４から排出される燃料ガスが高温化されるため燃料電池１１において部分の違いによる温度差が拡大する。又、燃料電池装置１０では、改質触媒の劣化及び燃料電池１１の温度差の拡大の両者の抑制よりも、発電量及び発電効率を優先させることが望まれている。このような事象及び背景に対して上述の構成を有する燃料電池装置１０は、燃料電池１１が発電量及び発電効率の向上が望まれる状況を判別して第２の制御を優先的に実行しながら、実行可能な状況では改質触媒の劣化及び燃料電池１１における温度差の拡大を抑制し得る。したがって、燃料電池装置１０は、燃料電池１１以外の部分の劣化を抑制し得る。
　又、本実施形態の燃料電池装置１０は、燃料電池１１の発電した電力の電流が電流閾値以下である場合、第１の制御を実行する。言換えると、燃料電池装置１０は、燃料電池１１の発電した電力の電流が電流閾値より大きい場合、第１の制御を実行しない。電流閾値以下でない場合に燃料ガスの量を減少させると、失火の虞がある。このような事象に対して、上述の構成を有する燃料電池装置１０は、失火の可能性を低減し得る。
　又、本実施形態の燃料電池装置１０は、第１の制御の実行後に燃焼部１３の温度が第１の温度未満に低下した場合、燃料電池１１に供給する燃料ガスの量を増加させる第３の制御を実行する。燃焼部１３の温度の過度な低下は、燃料電池１１の温度低下を引起こす。燃料電池１１の温度低下は、負荷の変動への対応を困難にする。このような事象に対して、上述の構成を有する燃料電池装置１０は、第１の制御の実行による燃焼部１３の必要以上の温度低下に対して、燃焼部１３を適切な温度に近づけ得る。したがって、燃料電池装置１０は、負荷変動への対応を容易化する。
　又、本実施形態の燃料電池装置１０は、第３の制御における燃料ガスの増加量が、当該第３の制御の直前に実行した第１の制御における燃料ガスの減少量未満となるように、燃料ガスを増加させる。第３の制御において燃料ガスを増加させると、燃焼部１３の温度が再び第１の温度以上になり得、その後、燃焼部１３の温度下降・上昇が繰返され得る。このような事象に対して、上述の構成を有する燃料電池装置１０は、燃焼部１３の温度が再度第１の温度以上になる可能性を低減し得る。したがって、燃料電池装置１０は、燃焼部１３の温度の安定化に寄与する。
　又、本実施形態の燃料電池装置２０は、第３の制御における燃料ガスを増加させる時間を、当該第３の制御の直前に実行した第１の制御における燃料ガスを減少させた時間未満となるように、燃料ガスを増加させる。このような構成により、燃料電池装置１０は、例えば、燃料ガスの供給量（流量）の増加量及び減少量の絶対値を同一とする構成のように、簡潔化した構成において、第３の制御における燃料ガスの増加量を当該第３の制御の直前に実行した第１の制御における燃料ガスの減少量未満に抑制し得る。
　又、本実施形態の燃料電池装置１０では、燃料電池１１の発電開始後から所定時間が経過するまで、燃料電池１１に供給する燃料ガスの量を増加させる第４の制御を第１の制御よりも優先して実行する。発電開始直後は、燃料電池１１のセラミックス部分は温度が低いため内部抵抗が高くなる内部抵抗が高い状態で、燃料電池１１は電流の大きな電力を出力できない。そのため、発電開始から所定時間は燃料ガスを増量することにより早期の定格電力発電を実現される。このような制御において、一時的に燃焼部１３の温度が第１の温度以上に上昇し得る。しかし、燃料電池装置１０では、改質触媒の劣化及び燃料電池１１の温度差の拡大の両者の抑制よりも、発電量及び発電効率を優先させることが望まれている。このような事象及び要望に対して、上述の構成を有する燃料電池装置１０は、第１の制御を実行する構成を有しながら、発電量及び発電効率を優先させた動作を実行し得る。
　以上、燃料電池装置１０の実施形態を説明してきたが、本開示の実施形態としては、装置を実施するための方法又はプログラムの他、プログラムが記録された記憶媒体（一例として、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、磁気テープ、ハードディスク、又はメモリカード等）としての実施態様をとることも可能である。
　又、プログラムの実装形態としては、コンパイラによってコンパイルされるオブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード等のアプリケーションプログラムに限定されることはなく、オペレーティングシステムに組み込まれるプログラムモジュール等の形態であってもよい。さらに、プログラムは、制御基板上のＣＰＵにおいてのみ全ての処理が実施されるように構成されてもされなくてもよい。プログラムは、必要に応じて基板に付加された拡張ボード又は拡張ユニットに実装された別の処理ユニットによってその一部又は全部が実施されるように構成されてもよい。
　本開示に係る実施形態について説明する図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。
　本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
　本開示に記載された構成要件の全て、及び／又は、開示された全ての方法、又は、処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。又、本開示に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、又は類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一、又は、均等となる特徴の一例にすぎない。
　さらに、本開示に係る実施形態は、上述した実施形態のいずれの具体的構成にも制限されるものではない。本開示に係る実施形態は、本開示に記載された全ての新規な特徴、又は、それらの組合せ、あるいは記載された全ての新規な方法、又は、処理のステップ、又は、それらの組合せに拡張することができる。
　本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１の供給装置は、第２の供給装置と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。
　１０　燃料電池装置
　１１　燃料電池
　１２　第１の供給装置
　１３　燃焼部
　１４　改質器
　１５　制御装置
　１６　第１の温度センサ
　１７　第２の温度センサ
　１８　第２の供給装置
　１９　第３の供給装置

Claims (6)

  1. 　燃料ガス及び空気を用いて発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池に燃料ガスを供給する供給装置と、
    　前記燃料電池における未反応の燃料ガスを燃焼する燃焼部と、
    　前記燃焼部から第１の方向に位置し、前記燃焼部における燃焼により発する熱で加熱される改質触媒を収容する改質器と、
    　前記燃焼部の温度が第１の温度以上である場合に前記燃料電池に供給する前記燃料ガスの量を減少させる第１の制御を実行し、前記燃料電池の温度が第２の温度より低い場合又は前記燃料電池の温度が前記第２の温度以下に低下することが予想される場合に前記燃料電池に供給する前記燃料ガスの量を増加させる第２の制御を前記第１の制御よりも優先して実行する制御装置と、を備える
    　燃料電池装置。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池装置において、
    　前記制御装置は、前記燃料電池の発電した電力の電流が電流閾値以下である場合、前記第１の制御を実行する
    　燃料電池装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の燃料電池装置において、
    　前記制御装置は、前記第１の制御の実行後に前記燃焼部の温度が前記第１の温度未満に低下した場合、前記燃料電池に供給する前記燃料ガスの量を増加させる第３の制御を実行する
    　燃料電池装置。
  4. 　請求項３に記載の燃料電池装置において、
    　前記制御装置は、前記第３の制御における前記燃料ガスの増加量が、該第３の制御の直前に実行した前記第１の制御における前記燃料ガスの減少量未満となるように、前記燃料ガスを増加させる
    　燃料電池装置。
  5. 　請求項４に記載の燃料電池装置において、
    　前記制御装置は、前記第３の制御における前記燃料ガスを増加させる時間を、該第３の制御の直前に実行した前記第１の制御における前記燃料ガスを減少させた時間未満となるように、前記燃料ガスを増加させる
    　燃料電池装置。
  6. 　請求項１に記載の燃料電池装置において、
    　前記制御装置は、前記燃料電池の発電開始後所定時間は、前記燃料電池に供給する前記燃料ガスの量を増加させる第４の制御を前記第１の制御よりも優先して実行する、
    　燃料電池装置。
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