以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, drawing is a conceptual diagram and does not prescribe | regulate to the dimension of a detailed structure.
＜燃料電池システム１の構成＞
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、筐体１１と、燃料電池モジュール２０と、排熱回収システム３０と、電力変換器５０と、制御装置６０とを備えている。
<Configuration of fuel cell system 1>
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of this embodiment includes a housing 11, a fuel cell module 20, an exhaust heat recovery system 30, a power converter 50, and a control device 60.
（筐体１１）
筐体１１は、燃料電池モジュール２０と、排熱回収システム３０と、電力変換器５０と、制御装置６０とを収容している。筐体１１は、上述した機器を収容することができれば良く、その形状、材質などは限定されない。本実施形態では、筐体１１は、例えば、ステンレス鋼板などの金属材料で、箱状に形成されている。また、筐体１１は、仕切部材１２を備えている。仕切部材１２は、筐体１１内を区画して第一室Ｒ１および第二室Ｒ２を形成する。後述するように、第一室Ｒ１および第二室Ｒ２は、連通可能になっている。
(Case 11)
The housing 11 houses the fuel cell module 20, the exhaust heat recovery system 30, the power converter 50, and the control device 60. The casing 11 only needs to accommodate the above-described devices, and the shape, material, and the like are not limited. In this embodiment, the housing | casing 11 is formed in box shape with metal materials, such as a stainless steel plate, for example. The casing 11 includes a partition member 12. The partition member 12 divides the inside of the housing 11 to form a first chamber R1 and a second chamber R2. As will be described later, the first chamber R1 and the second chamber R2 can communicate with each other.
（燃料電池モジュール２０）
燃料電池モジュール２０は、第一室Ｒ１内において、第一室Ｒ１の内壁面から離間して収容されている。燃料電池モジュール２０は、少なくとも、ケーシング２１と、燃料電池２４とを備えており、ケーシング２１は、少なくとも、燃料電池２４を収容する。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１と、蒸発部２２と、改質部２３と、燃料電池２４とを備えていると好適である。
(Fuel cell module 20)
The fuel cell module 20 is accommodated in the first chamber R1 so as to be separated from the inner wall surface of the first chamber R1. The fuel cell module 20 includes at least a casing 21 and a fuel cell 24, and the casing 21 accommodates at least the fuel cell 24. The fuel cell module 20 preferably includes a casing 21, an evaporation unit 22, a reforming unit 23, and a fuel cell 24.
ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、図示略の支持構造により、第一室Ｒ１内において、第一室Ｒ１の内壁面から離間して仕切部材１２に設置されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２と、改質部２３と、燃料電池２４とが配設されており、ケーシング２１は、蒸発部２２と、改質部２３と、燃料電池２４とを収容している。蒸発部２２および改質部２３は、燃料電池２４の上方に配設されており、蒸発部２２と燃料電池２４との間および改質部２３と燃料電池２４との間には、燃焼部２６である燃焼空間Ｒ３が形成されている。
The casing 21 is formed in a box shape with a heat insulating material. The casing 21 is installed on the partition member 12 in the first chamber R1 so as to be separated from the inner wall surface of the first chamber R1 by a support structure (not shown). An evaporation unit 22, a reforming unit 23, and a fuel cell 24 are disposed in the casing 21, and the casing 21 accommodates the evaporation unit 22, the reforming unit 23, and the fuel cell 24. ing. The evaporation unit 22 and the reforming unit 23 are disposed above the fuel cell 24, and the combustion unit 26 is provided between the evaporation unit 22 and the fuel cell 24 and between the reforming unit 23 and the fuel cell 24. A combustion space R3 is formed.
蒸発部２２は、燃料電池２４の燃焼ガスにより加熱される。これにより、蒸発部２２は、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱する。蒸発部２２は、生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部２３に供給する。改質用原料として、例えば、天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料を用いることができる。また、改質用原料として、例えば、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料を用いることもできる。
The evaporation unit 22 is heated by the combustion gas of the fuel cell 24. Thus, the evaporation unit 22 evaporates the supplied reforming water to generate water vapor, and preheats the supplied reforming raw material. The evaporating unit 22 mixes the generated water vapor and the preheated reforming raw material and supplies them to the reforming unit 23. As the reforming raw material, for example, a reforming gaseous fuel such as natural gas or LP gas can be used. Further, as a reforming raw material, for example, a reforming liquid fuel such as kerosene, gasoline, or methanol can be used.
給水管４１の一端（下端）側は、水タンク１３に接続されており、給水管４１の他端側は、蒸発部２２に接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａと、圧力センサ４１ｂとが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を送出する。圧力センサ４１ｂは、改質水ポンプ４１ａの出力側に設けられ、改質水ポンプ４１ａが送出する改質水の水圧を検出する。改質水ポンプ４１ａおよび圧力センサ４１ｂは、公知の改質水（イオン交換水）用のポンプおよび圧力センサを用いることができる。
One end (lower end) side of the water supply pipe 41 is connected to the water tank 13, and the other end side of the water supply pipe 41 is connected to the evaporation unit 22. The water supply pipe 41 is provided with a reforming water pump 41a and a pressure sensor 41b. The reforming water pump 41 a sends the reforming water to the evaporation unit 22. The pressure sensor 41b is provided on the output side of the reforming water pump 41a and detects the water pressure of the reforming water sent out by the reforming water pump 41a. As the reforming water pump 41a and the pressure sensor 41b, known pumps and pressure sensors for reforming water (ion exchange water) can be used.
改質水ポンプ４１ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、制御装置６０は、改質水の送出量（供給量）が目標送出量（目標供給量）になるように、改質水ポンプ４１ａを駆動制御する。改質水の送出量（供給量）は、例えば、改質水の流量で表すことができ、改質水の流量は、例えば、改質水の単位時間あたりの流量で示すことができる。このようにして、改質水ポンプ４１ａは、水タンク１３に貯蔵されている凝縮水を改質水として蒸発部２２に供給する。
The output of the reforming water pump 41a is controlled by the control device 60. Specifically, the control device 60 drives and controls the reforming water pump 41a such that the reforming water delivery amount (supply amount) becomes the target delivery amount (target supply amount). The delivery amount (supply amount) of the reforming water can be expressed, for example, by the flow rate of the reforming water, and the flow rate of the reforming water can be expressed, for example, by the flow rate per unit time of the reforming water. In this way, the reforming water pump 41a supplies the condensed water stored in the water tank 13 to the evaporation unit 22 as reforming water.
また、蒸発部２２には、改質用原料供給管４２を介して改質用原料が供給される。同図では、改質用原料の供給源を供給源Ｇｓで示している。供給源Ｇｓとして、例えば、都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベなどが挙げられる。改質用原料供給管４２には、原料ポンプ４２ａと、流量センサ４２ｂと、脱硫器４２ｃとが設けられている。原料ポンプ４２ａは、脱硫器４２ｃに改質用原料を送出する。原料ポンプ４２ａは、例えば、ダイヤフラムポンプなどの公知の改質用原料用のポンプを用いることができる。
Further, the reforming material is supplied to the evaporation unit 22 via the reforming material supply pipe 42. In the figure, the supply source of the reforming raw material is indicated by a supply source Gs. Examples of the supply source Gs include a gas supply pipe for city gas and a gas cylinder for LP gas. The reforming material supply pipe 42 is provided with a material pump 42a, a flow sensor 42b, and a desulfurizer 42c. The raw material pump 42a sends the reforming raw material to the desulfurizer 42c. As the raw material pump 42a, for example, a known reforming raw material pump such as a diaphragm pump can be used.
原料ポンプ４２ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、制御装置６０は、改質用原料の送出量（供給量）が目標送出量（目標供給量）になるように、原料ポンプ４２ａを駆動制御する。改質用原料の送出量（供給量）は、例えば、改質用原料の流量で表すことができ、改質用原料の流量は、例えば、改質用原料の単位時間あたりの流量で示すことができる。このようにして、原料ポンプ４２ａは、改質用原料を吸入し、蒸発部２２に送出（圧送）する。
The output of the raw material pump 42 a is controlled by the control device 60. Specifically, the control device 60 drives and controls the raw material pump 42a so that the feed amount (supply amount) of the reforming raw material becomes the target feed amount (target supply amount). The feed rate (supply amount) of the reforming raw material can be represented by, for example, the flow rate of the reforming raw material, and the flow rate of the reforming raw material is represented by, for example, the flow rate per unit time of the reforming raw material. Can do. In this way, the raw material pump 42 a sucks the reforming raw material and delivers (pumps) it to the evaporation unit 22.
流量センサ４２ｂは、改質用原料の流量（単位時間あたりの流量）を検出する。流量センサ４２ｂは、例えば、熱式流量センサなどの公知の流量センサを用いることができる。熱式流量センサとして、例えば、キャピラリ式流量センサ、熱線式流量センサ、フローセンサ式流量センサなどが挙げられる。キャピラリ式流量センサは、改質用原料の流路にバイパス流路を設けて、バイパス流路に発熱部および一対の温度測定部を配設する。熱線式流量センサは、改質用原料の流路に直接、発熱部および一対の温度測定部を配設する。フローセンサ式流量センサは、シリコン基板などの半導体基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜内に発熱部および一対の温度測定部を配設する。
The flow sensor 42b detects the flow rate of the reforming raw material (flow rate per unit time). As the flow sensor 42b, for example, a known flow sensor such as a thermal flow sensor can be used. Examples of the thermal flow sensor include a capillary flow sensor, a hot wire flow sensor, and a flow sensor flow sensor. In the capillary flow sensor, a bypass flow path is provided in the reforming raw material flow path, and a heat generation unit and a pair of temperature measurement units are disposed in the bypass flow path. The hot-wire flow sensor has a heat generating part and a pair of temperature measuring parts arranged directly in the flow path of the reforming raw material. In the flow sensor type flow sensor, an insulating film is formed on a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and a heat generating unit and a pair of temperature measuring units are disposed in the insulating film.
脱硫器４２ｃは、改質用原料に含まれる付臭剤（硫黄化合物などの硫黄成分）を脱硫剤によって除去する。脱硫剤は、公知の脱硫剤を用いることができ、脱硫剤と触媒とを併せて使用することもできる。これにより、付臭剤が吸着（脱硫）された改質用原料が、蒸発部２２に供給される。
The desulfurizer 42c removes an odorant (a sulfur component such as a sulfur compound) contained in the reforming raw material with a desulfurizing agent. As the desulfurizing agent, a known desulfurizing agent can be used, and a desulfurizing agent and a catalyst can be used in combination. As a result, the reforming material on which the odorant is adsorbed (desulfurized) is supplied to the evaporation section 22.
改質部２３は、改質用原料および改質水から燃料を生成して、燃料電池２４に導出する。具体的には、改質部２３は、燃料電池２４の燃焼ガスにより加熱されて、水蒸気改質反応に必要な熱が供給される。これにより、改質部２３は、蒸発部２２から供給された水蒸気と改質用原料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する。改質部２３内には、触媒が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて、水素ガスと一酸化炭素ガスが生成される（いわゆる水蒸気改質反応）。触媒は、例えば、ルテニウム系またはニッケル系の触媒などを用いることができる。
The reforming unit 23 generates fuel from the reforming raw material and reformed water, and guides it to the fuel cell 24. Specifically, the reforming unit 23 is heated by the combustion gas of the fuel cell 24 and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction. Thereby, the reforming unit 23 generates a reformed gas that is a fuel from the steam supplied from the evaporation unit 22 and the mixed gas of the reforming raw material. The reformer 23 is filled with a catalyst, and the mixed gas reacts with the catalyst to be reformed to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas (so-called steam reforming reaction). As the catalyst, for example, a ruthenium-based or nickel-based catalyst can be used.
生成されたガス（いわゆる改質ガス）は、燃料電池２４の燃料極層に導出される。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（例えば、メタンガスなど）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部２３は、改質用原料（原燃料）と改質水とから燃料である改質ガスを生成して燃料電池２４に供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応である。
The generated gas (so-called reformed gas) is led to the fuel electrode layer of the fuel cell 24. The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (for example, methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. As described above, the reforming unit 23 generates a reformed gas that is a fuel from the reforming raw material (raw fuel) and the reformed water, and supplies the reformed gas to the fuel cell 24. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.
燃料電池２４は、複数のセル２４ａが積層されている。複数のセル２４ａの各々は、燃料極層と、酸化剤ガス極層と、両極の間に形成される電解質層とを備える。燃料電池２４は、種々の燃料電池を用いることができる。燃料電池２４として、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）などを用いることができる。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質層として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用する。燃料電池２４の燃料極層には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。複数のセル２４ａの各々の燃料極層側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。複数のセル２４ａの各々の酸化剤ガス極層側には、酸化剤ガスである空気（カソードエアともいう。）が流通する酸化剤ガス流路２４ｃが形成されている。
In the fuel cell 24, a plurality of cells 24a are stacked. Each of the plurality of cells 24a includes a fuel electrode layer, an oxidant gas electrode layer, and an electrolyte layer formed between the electrodes. Various fuel cells can be used as the fuel cell 24. As the fuel cell 24, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) can be used. A solid oxide fuel cell (SOFC) uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte layer. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas, or the like is supplied to the fuel electrode layer of the fuel cell 24 as fuel. On the fuel electrode layer side of each of the plurality of cells 24a, a fuel flow path 24b through which the reformed gas that is fuel flows is formed. An oxidant gas flow path 24c through which air (also referred to as cathode air) as an oxidant gas flows is formed on the oxidant gas electrode layer side of each of the plurality of cells 24a.
燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質ガス供給管４３の一端側が接続されており、改質ガス供給管４３の他端側は、改質部２３と接続されている。これにより、改質部２３から導出された改質ガスは、改質ガス供給管４３を介してマニホールド２５に供給される。燃料流路２４ｂの一端（下端）側は、マニホールド２５の燃料導出口に接続されている。燃料導出口から導出された改質ガスは、燃料流路２４ｂの一端（下端）側から導入され、燃料流路２４ｂの他端（上端）側から導出される。
The fuel cell 24 is provided on the manifold 25. One end side of the reformed gas supply pipe 43 is connected to the manifold 25, and the other end side of the reformed gas supply pipe 43 is connected to the reforming unit 23. As a result, the reformed gas derived from the reforming unit 23 is supplied to the manifold 25 via the reformed gas supply pipe 43. One end (lower end) side of the fuel flow path 24 b is connected to the fuel outlet port of the manifold 25. The reformed gas led out from the fuel outlet is introduced from one end (lower end) side of the fuel flow path 24b and led out from the other end (upper end) side of the fuel flow path 24b.
カソードエア供給管４４の一端側は、酸化剤ガス流路２４ｃの一端（下端）側に接続されており、カソードエア供給管４４の他端側は、流体機器４４ａに接続されている。流体機器４４ａは、発電に使用する流体を燃料電池２４に送出する。本実施形態では、流体は、酸化剤ガスである空気（カソードエア）をいう。流体機器４４ａは、発電に使用する流体を燃料電池２４に送出することができれば良く、その構成は、限定されない。本実施形態では、流体機器４４ａとして、例えば、公知のブロワ（カソードエアブロワ）を用いることができる。流体機器４４ａによって送出された流体（酸化剤ガスである空気）は、カソードエア供給管４４を介して酸化剤ガス流路２４ｃに供給される。流体（酸化剤ガスである空気）は、酸化剤ガス流路２４ｃの一端（下端）側から導入され、酸化剤ガス流路２４ｃの他端（上端）側から導出される。
One end side of the cathode air supply pipe 44 is connected to one end (lower end) side of the oxidant gas flow path 24c, and the other end side of the cathode air supply pipe 44 is connected to the fluid device 44a. The fluid device 44 a sends a fluid used for power generation to the fuel cell 24. In the present embodiment, the fluid refers to air (cathode air) that is an oxidant gas. The fluid device 44a only needs to be able to send the fluid used for power generation to the fuel cell 24, and its configuration is not limited. In the present embodiment, for example, a known blower (cathode air blower) can be used as the fluid device 44a. The fluid (air which is an oxidant gas) sent out by the fluid device 44 a is supplied to the oxidant gas flow path 24 c through the cathode air supply pipe 44. The fluid (air which is an oxidant gas) is introduced from one end (lower end) side of the oxidant gas flow path 24c and led out from the other end (upper end) side of the oxidant gas flow path 24c.
流体機器４４ａは、第二室Ｒ２内に配設されている。流体機器４４ａは、第二室Ｒ２内の流体（酸化剤ガスである空気）を吸入し、燃料電池２４の酸化剤ガス極層に送出する。流体機器４４ａの出力は、制御装置６０によって制御される。具体的には、制御装置６０は、流体（酸化剤ガスである空気）の送出量（供給量）が目標送出量（目標供給量）になるように、流体機器４４ａを駆動制御する。流体（酸化剤ガスである空気）の送出量（供給量）は、例えば、流体（酸化剤ガスである空気）の流量で表すことができ、流体（酸化剤ガスである空気）の流量は、例えば、流体（酸化剤ガスである空気）の単位時間あたりの流量で示すことができる。
The fluid device 44a is disposed in the second chamber R2. The fluid device 44 a sucks the fluid (air which is an oxidant gas) in the second chamber R <b> 2 and sends it to the oxidant gas electrode layer of the fuel cell 24. The output of the fluid device 44 a is controlled by the control device 60. Specifically, the control device 60 drives and controls the fluid device 44a so that the delivery amount (supply amount) of the fluid (air which is an oxidant gas) becomes the target delivery amount (target supply amount). The delivery amount (supply amount) of the fluid (air that is the oxidant gas) can be expressed by, for example, the flow rate of the fluid (air that is the oxidant gas), and the flow rate of the fluid (air that is the oxidant gas) is For example, it can be shown by a flow rate per unit time of fluid (air which is an oxidant gas).
燃料電池２４は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する。具体的には、複数のセル２４ａの各々の燃料極層に供給された燃料と、酸化剤ガス極層に供給された流体（酸化剤ガスである空気）とにより発電が行われる。つまり、燃料極層では、下記化１および化２に示す反応が生じ、酸化剤ガス極層では、下記化３に示す反応が生じる。このように、酸化剤ガス極層で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質層を透過し、燃料極層で水素と反応することにより、電気エネルギーが発生する。なお、発電に使用されなかった改質ガスは、燃料流路２４ｂから導出し、発電に使用されなかった流体（酸化剤ガスである空気）は、酸化剤ガス流路２４ｃから導出する。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
The fuel cell 24 generates power using fuel and oxidant gas. Specifically, power generation is performed by the fuel supplied to the fuel electrode layer of each of the plurality of cells 24a and the fluid (air that is the oxidant gas) supplied to the oxidant gas electrode layer. That is, the reaction shown in the following chemical formula 1 and chemical formula 2 occurs in the fuel electrode layer, and the reaction shown in chemical formula 3 shown below occurs in the oxidant gas electrode layer. Thus, the oxide ions (O 2− ) generated in the oxidant gas electrode layer permeate the electrolyte layer and react with hydrogen in the fuel electrode layer, thereby generating electric energy. The reformed gas that has not been used for power generation is led out from the fuel flow path 24b, and the fluid that has not been used for power generation (air that is oxidant gas) is led out from the oxidant gas flow path 24c.
(Chemical formula 1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e −
(Chemical formula 2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e −
(Chemical formula 3)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2−
燃焼部２６は、燃料のオフガスである燃料オフガスと、酸化剤ガスのオフガスである酸化剤オフガスとが燃焼して、蒸発部２２および改質部２３を加熱する。具体的には、燃焼部２６では、燃料流路２４ｂから導出された発電に使用されなかった改質ガス（燃料オフガス）と、酸化剤ガス流路２４ｃから導出された発電に使用されなかった流体（酸化剤ガスである空気）とが燃焼する。燃焼部２６の燃焼ガスによって、蒸発部２２および改質部２３が加熱される。図１では、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する様子を複数の火炎２７によって模式的に示している。また、燃焼部２６は、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱する。燃焼排ガスは、導出口２１ａから燃料電池モジュール２０の外部に排気される。
The combustion unit 26 heats the evaporation unit 22 and the reforming unit 23 by burning the fuel off-gas that is the off-gas of the fuel and the oxidant off-gas that is the off-gas of the oxidant gas. Specifically, in the combustion section 26, the reformed gas (fuel offgas) that was not used for power generation derived from the fuel flow path 24b and the fluid that was not used for power generation derived from the oxidant gas flow path 24c. (Air, which is an oxidant gas), burns. The evaporation unit 22 and the reforming unit 23 are heated by the combustion gas of the combustion unit 26. In FIG. 1, the combustion of the fuel off-gas and the oxidant off-gas is schematically shown by a plurality of flames 27. The combustion unit 26 heats the inside of the fuel cell module 20 to the operating temperature. The combustion exhaust gas is exhausted to the outside of the fuel cell module 20 from the outlet 21a.
このように、燃焼部２６は、燃料電池２４から未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し、可燃性ガスと酸化剤ガスとが燃焼して燃焼ガスを導出する。なお、燃焼部２６には、オフガスを着火させる一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。また、ケーシング２１内には、温度センサ２９が設けられている。温度センサ２９は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨを検出する。本実施形態では、温度センサ２９は、燃焼部２６に設けられており、燃焼部２６の温度を検出する。温度センサ２９は、熱電対などの公知の温度センサを用いることができる。温度センサ２９によって検出された検出結果（温度検出値）は、制御装置６０に送信される。なお、温度センサ２９は、例えば、蒸発部２２に設けることもでき、改質部２３に設けることもできる。また、温度センサ２９は、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２の近傍に設けることもできる。
Thus, the combustor 26 introduces combustible gas containing unused fuel from the fuel cell 24, and combustible gas and oxidant gas burn to derive combustion gas. The combustion unit 26 is provided with a pair of ignition heaters 26a1 and 26a2 that ignite off-gas. A temperature sensor 29 is provided in the casing 21. The temperature sensor 29 detects the ambient temperature TH in the casing 21. In the present embodiment, the temperature sensor 29 is provided in the combustion unit 26 and detects the temperature of the combustion unit 26. As the temperature sensor 29, a known temperature sensor such as a thermocouple can be used. The detection result (temperature detection value) detected by the temperature sensor 29 is transmitted to the control device 60. The temperature sensor 29 can be provided in the evaporating unit 22 or in the reforming unit 23, for example. The temperature sensor 29 can also be provided in the vicinity of the pair of ignition heaters 26a1 and 26a2.
（排熱回収システム３０）
排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換を行う。これにより、排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱を貯湯水に回収して蓄える。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０の排熱を用いて貯湯水を加熱する熱交換器３３とを備えている。熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から導出された燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換を行う。
(Exhaust heat recovery system 30)
The exhaust heat recovery system 30 exchanges heat between the exhaust heat of the fuel cell 24 and the stored hot water. Thereby, the exhaust heat recovery system 30 recovers and stores the exhaust heat of the fuel cell 24 in the hot water storage. The exhaust heat recovery system 30 includes a hot water tank 31 for storing hot water, a hot water circulation line 32 for circulating the hot water, and a heat exchanger 33 for heating the hot water using the exhaust heat of the fuel cell module 20. ing. The heat exchanger 33 performs heat exchange between the combustion exhaust gas derived from the fuel cell module 20 and the stored hot water.
貯湯槽３１は、柱状容器を備えており、内部に貯湯水が層状に貯留されている。つまり、貯湯槽３１に貯留されている貯湯水は、上部の温度が最も高温であり、下部にいくにしたがって低温となり、下部の温度が最も低温である。貯湯槽３１の柱状容器の下部には、水供給源Ｗｓ（例えば、水道管などの水道設備）が接続されており、水供給源Ｗｓから水（低温の水。例えば、水道水）が補給可能になっている。また、貯湯槽３１の柱状容器の上部には、給湯器Ｈｗｓが接続されており、給湯器Ｈｗｓは、貯湯槽３１に貯留された貯湯水（高温の水。温水）を利用可能になっている。給湯器Ｈｗｓは、例えば、排熱（潜熱）回収型の給湯器であり、貯湯槽３１から供給された貯湯水を必要に応じて加熱することができる。
The hot water tank 31 is provided with a columnar container, and hot water is stored in layers inside. That is, the hot water stored in the hot water storage tank 31 has the highest temperature at the upper part, the lower the temperature as it goes to the lower part, and the lowest temperature at the lower part. A water supply source Ws (for example, a water supply facility such as a water pipe) is connected to the lower part of the columnar container of the hot water storage tank 31, and water (low temperature water, for example, tap water) can be supplied from the water supply source Ws. It has become. A hot water heater Hws is connected to the upper part of the columnar container of the hot water tank 31, and the hot water heater Hws can use hot water stored in the hot water tank 31 (high-temperature water, hot water). . The hot water heater Hws is, for example, an exhaust heat (latent heat) recovery type hot water heater, and can heat the hot water supplied from the hot water tank 31 as necessary.
貯湯水循環ライン３２の一端側は、貯湯槽３１の下部に接続され、貯湯水循環ライン３２の他端側は、貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２には、一端側から他端側に向かって順に、貯湯水循環ポンプ３２ａ、自立ヒータ３２ｂ、第一温度センサ３２ｃ、熱交換器３３および第二温度センサ３２ｄが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸引し、貯湯水循環ライン３２を図１の矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出する。貯湯水循環ライン３２を流通する貯湯水の流量（送出量）は、制御装置６０によって制御される。貯湯水循環ポンプ３２ａは、例えば、第二温度センサ３２ｄの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御される。
One end side of the hot water circulating line 32 is connected to the lower part of the hot water tank 31, and the other end side of the hot water circulating line 32 is connected to the upper part of the hot water tank 31. The hot water storage line 32 is provided with a hot water circulating pump 32a, a self-supporting heater 32b, a first temperature sensor 32c, a heat exchanger 33, and a second temperature sensor 32d in order from one end to the other end. The hot water circulating pump 32 a sucks hot water stored in the lower part of the hot water tank 31, passes the hot water circulating line 32 in the direction of the arrow in FIG. 1 and discharges it to the upper part of the hot water tank 31. The flow rate (sending amount) of the hot water flowing through the hot water circulation line 32 is controlled by the control device 60. For example, the amount of hot water stored in the hot water circulating pump 32a is controlled so that the temperature detected by the second temperature sensor 32d (the inlet temperature of the hot water storage hot water tank 31) is within a predetermined temperature or temperature range.
自立ヒータ３２ｂは、自立運転時に、燃料電池２４の余剰電力を消費する。また、自立ヒータ３２ｂは、自立運転時以外にも、燃料電池２４の余剰電力を消費することができる。自立ヒータ３２ｂは、例えば、貯湯水循環ライン３２を加熱して、貯湯水循環ライン３２の凍結を抑制することができる。自立ヒータ３２ｂは、例えば、公知の可変抵抗器を用いることができる。可変抵抗器の抵抗値は、例えば、燃料電池２４の発電電力と、後述する外部負荷５３の消費電力との電力差分の余剰電力を消費可能に、制御装置６０によって設定される。
The self-supporting heater 32b consumes surplus power of the fuel cell 24 during the self-supporting operation. Further, the self-supporting heater 32b can consume surplus power of the fuel cell 24 other than during the self-supporting operation. The self-supporting heater 32b can, for example, heat the hot water circulation line 32 to suppress freezing of the hot water circulation line 32. For example, a known variable resistor can be used as the self-supporting heater 32b. The resistance value of the variable resistor is set by the control device 60 so as to be able to consume the surplus power of the power difference between the generated power of the fuel cell 24 and the power consumption of the external load 53 described later, for example.
第一温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって、熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第一温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の入口温度（すなわち、貯湯槽３１の出口温度）を検出し、検出結果を制御装置６０に送信する。第二温度センサ３２ｄは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第二温度センサ３２ｄは、熱交換器３３の出口温度（すなわち、貯湯槽３１の入口温度）を検出し、検出結果を制御装置６０に送信する。
The first temperature sensor 32 c is a hot water circulation line 32 on the hot water introduction side of the heat exchanger 33, and is disposed between the heat exchanger 33 and the hot water tank 31. The first temperature sensor 32 c detects the inlet temperature of the heat exchanger 33 (that is, the outlet temperature of the hot water tank 31), and transmits the detection result to the control device 60. The second temperature sensor 32 d is disposed in the hot water circulation line 32 on the hot water discharge side of the heat exchanger 33. The second temperature sensor 32 d detects the outlet temperature of the heat exchanger 33 (that is, the inlet temperature of the hot water tank 31), and transmits the detection result to the control device 60.
熱交換器３３は、燃料電池２４の排熱を含む燃焼部２６から排出される燃焼排ガスと、貯湯槽３１の貯湯水との間で熱交換を行う。具体的には、熱交換器３３には、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに、貯湯槽３１から貯湯水が供給される。そして、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する。熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は、仕切部材１２を貫通して第二室Ｒ２に突出している。
The heat exchanger 33 performs heat exchange between the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 26 including the exhaust heat of the fuel cell 24 and the hot water stored in the hot water storage tank 31. Specifically, combustion exhaust gas exhausted from the fuel cell module 20 is supplied to the heat exchanger 33, and hot water is supplied from the hot water storage tank 31. Then, the combustion exhaust gas and the stored hot water exchange heat. The heat exchanger 33 is disposed in the housing 11. In this embodiment, the heat exchanger 33 is provided in the lower part of the fuel cell module 20, and at least the lower part of the heat exchanger 33 penetrates the partition member 12 and protrudes into the second chamber R2.
熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部は、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ、燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通している。ケーシング３３ａの下部には、排気管４５の一端側が接続されている。排気管４５の他端側は、排気口１１ａに接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続される凝縮水供給管４６が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続される熱交換部３３ｂが配設されている。
The heat exchanger 33 includes a casing 33a. The upper part of the casing 33a is provided in the lower part of the casing 21 of the fuel cell module 20, and communicates with the outlet 21a from which the combustion exhaust gas is derived. One end side of the exhaust pipe 45 is connected to the lower part of the casing 33a. The other end side of the exhaust pipe 45 is connected to the exhaust port 11a. A condensed water supply pipe 46 connected to the deionizer 14 is connected to the bottom of the casing 33a. In the casing 33a, a heat exchanging portion 33b connected to the hot water circulation line 32 is disposed.
燃料電池モジュール２０から排出された燃焼排ガスは、導出口２１ａを通ってケーシング３３ａ内に導入される。燃焼排ガスは、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通過する際に、貯湯水との間で熱交換が行われて、凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは、排気管４５を通って排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４６を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
The combustion exhaust gas discharged from the fuel cell module 20 is introduced into the casing 33a through the outlet 21a. When the combustion exhaust gas passes through the heat exchanging portion 33b through which the hot water is circulated, heat is exchanged with the hot water and condensed and cooled. The condensed combustion exhaust gas is discharged outside through the exhaust pipe 45 through the exhaust port 11a. Further, the condensed water condensed is supplied to the pure water device 14 through the condensed water supply pipe 46 (falls by its own weight). On the other hand, the hot water stored in the heat exchanger 33b is heated and discharged.
熱交換器３３の燃焼排ガス導入部であるケーシング２１の導出口２１ａには、第二燃焼部２８が設けられている。第二燃焼部２８は、燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガス（例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など）を導入し、燃焼して導出する。第二燃焼部２８は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒を備えている。燃焼触媒は、例えば、白金、パラジウムなどの貴金属をセラミックの単体などに担持させて生成することができる。燃焼触媒は、ペレット状のものを充填しても良く、セラミック・メタルのハニカムや発泡金属上に担持させることもできる。第二燃焼部２８には、燃焼触媒ヒータ２８ａが設けられている。燃焼触媒ヒータ２８ａは、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃性ガスを燃焼させる。燃焼触媒ヒータ２８ａは、制御装置６０から出力される指令にしたがって、加熱される。
A second combustion section 28 is provided at the outlet 21 a of the casing 21 that is the combustion exhaust gas introduction section of the heat exchanger 33. The second combustion unit 28 introduces unused combustible gas (for example, hydrogen, methane gas, carbon monoxide, etc.) exhausted from the combustion unit 26, burns it, and derives it. The 2nd combustion part 28 is provided with the combustion catalyst which is a catalyst which burns combustible gas. The combustion catalyst can be produced, for example, by supporting a noble metal such as platinum or palladium on a simple substance of ceramic. The combustion catalyst may be filled with pellets, or may be supported on a ceramic metal honeycomb or foam metal. The second combustion section 28 is provided with a combustion catalyst heater 28a. The combustion catalyst heater 28a burns the combustible gas by heating the combustion catalyst to the activation temperature of the catalyst. The combustion catalyst heater 28 a is heated in accordance with a command output from the control device 60.
燃料電池システム１は、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は、第二室Ｒ２内に配設されている。純水器１４は、例えば、粒状のイオン交換樹脂を内蔵している。純水器１４は、熱交換器３３から排出された凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化する。なお、熱交換器３３から供給される凝縮水の状態によっては、中空糸フィルタなどを設置しても良い。純水器１４は、配管４７を介して水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は、配管４７を介して水タンク１３に導出される。このようにして、純水器１４は、熱交換器３３から排出された凝縮水を純水化して水タンク１３に供給する。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯蔵する。
The fuel cell system 1 includes a water tank 13 and a pure water device 14. The water tank 13 and the deionizer 14 are disposed in the second chamber R2. The pure water device 14 contains, for example, a granular ion exchange resin. The deionizer 14 purifies the condensed water discharged from the heat exchanger 33 with ion exchange resin. Depending on the state of the condensed water supplied from the heat exchanger 33, a hollow fiber filter or the like may be installed. The deionizer 14 communicates with the water tank 13 through a pipe 47, and the deionized water in the deionizer 14 is led to the water tank 13 through the pipe 47. Thus, the deionizer 14 purifies the condensed water discharged from the heat exchanger 33 and supplies it to the water tank 13. The water tank 13 stores the pure water derived from the pure water device 14.
また、燃料電池システム１は、空気導入口１１ｂと、空気導出口１１ｃと、換気用空気ブロワ１５とを備えている。空気導入口１１ｂは、第二室Ｒ２を形成する筐体１１に形成されている。空気導出口１１ｃは、第一室Ｒ１を形成する筐体１１に形成されている。換気用空気ブロワ１５は、空気導入口１１ｂに設けられており、筐体１１内を換気する。換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が空気導入口１１ｂを介して換気用空気ブロワ１５に吸入され、第二室Ｒ２に送出される。さらに、第二室Ｒ２内の気体（主として空気）は、仕切部材１２を通って第一室Ｒ１に流れ、第一室Ｒ１内の気体は、空気導出口１１ｃを介して外部に排出される。
The fuel cell system 1 includes an air inlet 11b, an air outlet 11c, and a ventilation air blower 15. The air inlet 11b is formed in the housing 11 that forms the second chamber R2. The air outlet 11c is formed in the housing 11 that forms the first chamber R1. The ventilation air blower 15 is provided in the air introduction port 11 b and ventilates the inside of the housing 11. When the ventilation air blower 15 is activated, the outside air is sucked into the ventilation air blower 15 through the air introduction port 11b and sent to the second chamber R2. Further, the gas (mainly air) in the second chamber R2 flows to the first chamber R1 through the partition member 12, and the gas in the first chamber R1 is discharged to the outside through the air outlet port 11c.
（電力変換器５０）
燃料電池２４は、電力変換器５０を介して電源ライン５２と接続されている。電力変換器５０は、公知の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータ（いずれも図示略）を備えている。電力変換器５０には、燃料電池２４から出力された直流電力が入力される。昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力された直流電力を昇圧する。インバータは、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換して、電源ライン５２に出力する。電源ライン５２には、系統電源５１および外部負荷５３が接続されている。電力変換器５０は、電源ライン５２を介して外部負荷５３に電力を供給する。
(Power converter 50)
The fuel cell 24 is connected to a power supply line 52 via a power converter 50. The power converter 50 includes a known step-up DC / DC converter and an inverter (both not shown). DC power output from the fuel cell 24 is input to the power converter 50. The step-up DC / DC converter boosts input DC power. The inverter converts the DC power boosted by the boost DC / DC converter into AC power and outputs the AC power to the power line 52. A system power supply 51 and an external load 53 are connected to the power supply line 52. The power converter 50 supplies power to the external load 53 via the power line 52.
また、電力変換器５０は、公知のＡＣ／ＤＣコンバータ（図示略）を備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータは、系統電源５１から供給された交流電力を直流電力に変換して、補機、制御装置６０に出力する。補機として、例えば、既述の改質水ポンプ４１ａ、原料ポンプ４２ａおよび流体機器４４ａなどが挙げられる。また、補機として、例えば、既述の貯湯水循環ポンプ３２ａおよび換気用空気ブロワ１５などが挙げられる。さらに、補機として、例えば、既述の温度センサ２９、第一温度センサ３２ｃ、第二温度センサ３２ｄ、圧力センサ４１ｂおよび流量センサ４２ｂなどの各種センサなどが挙げられる。また、補機として、例えば、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、燃焼触媒ヒータ２８ａおよび自立ヒータ３２ｂなどの各種ヒータなどが挙げられる。なお、補機は、上述した補機に限定されるものではない。
The power converter 50 includes a known AC / DC converter (not shown). The AC / DC converter converts AC power supplied from the system power supply 51 into DC power and outputs the DC power to the auxiliary device and the control device 60. Examples of the auxiliary machine include the above-described reformed water pump 41a, raw material pump 42a, and fluid device 44a. Moreover, as an auxiliary machine, the hot water circulating pump 32a mentioned above, the air blower 15 for ventilation, etc. are mentioned, for example. Further, examples of the auxiliary machine include various sensors such as the temperature sensor 29, the first temperature sensor 32c, the second temperature sensor 32d, the pressure sensor 41b, and the flow rate sensor 42b described above. Examples of the auxiliary machine include various heaters such as a pair of ignition heaters 26a1 and 26a2, a combustion catalyst heater 28a, and a self-supporting heater 32b. In addition, an auxiliary machine is not limited to the auxiliary machine mentioned above.
系統電源５１は、例えば、電気事業者（例えば、電力会社など）が保有する商用の配電線網から供給される交流電源をいう。系統電源５１は、単相であっても、多相（例えば、三相）であっても良い。系統電源５１は、外部負荷５３に電力を供給する。外部負荷５３は、電力を駆動源とする負荷であり、例えば、家庭用電気機器（電化製品など）、産業用電気機器（ロボットなど）が挙げられる。
The system power source 51 refers to an AC power source supplied from a commercial distribution network owned by an electric power company (for example, an electric power company). The system power supply 51 may be single phase or multiphase (for example, three phases). The system power supply 51 supplies power to the external load 53. The external load 53 is a load that uses electric power as a drive source, and examples thereof include household electric appliances (electric appliances and the like) and industrial electric appliances (robots and the like).
（制御装置６０）
図２に示すように、制御装置６０は、公知の中央演算装置６０ａ、記憶装置６０ｂおよび入出力インターフェース６０ｃを備えており、これらは、バス６０ｄを介して電気的に接続されている。制御装置６０は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、補機を含む外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。
(Control device 60)
As shown in FIG. 2, the control device 60 includes a known central processing unit 60a, a storage device 60b, and an input / output interface 60c, which are electrically connected via a bus 60d. The control device 60 can perform various arithmetic processes using these, and can exchange input / output signals with an external device including an auxiliary device.
中央演算装置６０ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置６０ｂは、第一記憶装置６０ｂ１および第二記憶装置６０ｂ２を備えている。第一記憶装置６０ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置６０ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。入出力インターフェース６０ｃは、補機を含む外部機器との間で、入出力信号を送受信する。
The central processing unit 60a is a CPU: Central Processing Unit, and can perform various arithmetic processes. The storage device 60b includes a first storage device 60b1 and a second storage device 60b2. The first storage device 60b1 is a readable / writable volatile storage device (RAM: Random Access Memory), and the second storage device 60b2 is a read-only nonvolatile storage device (ROM: Read Only Memory). is there. The input / output interface 60c transmits and receives input / output signals to and from external devices including auxiliary equipment.
例えば、中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている流体機器４４ａの駆動制御プログラムを第一記憶装置６０ｂ１に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置６０ａは、当該駆動制御プログラムに基づいて、流体機器４４ａの駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、入出力インターフェース６０ｃおよびドライバ回路（図示略）などの駆動回路を介して、流体機器４４ａに付与される。このようにして、流体機器４４ａは、制御装置６０によって駆動制御される。上述したことは、他の補機の制御についても同様に言え、電力変換器５０などの制御についても同様に言える。
For example, the central processing unit 60a reads the drive control program for the fluid device 44a stored in the second storage device 60b2 to the first storage device 60b1, and executes the drive control program. The central processing unit 60a generates a drive signal for the fluid device 44a based on the drive control program. The generated drive signal is given to the fluid device 44a via a drive circuit such as an input / output interface 60c and a driver circuit (not shown). In this way, the fluid device 44a is driven and controlled by the control device 60. The same can be said for the control of other auxiliary machines, and the same can be said for the control of the power converter 50 and the like.
＜制御装置６０による制御＞
図３に示すように、制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、目標流量設定部６１と、温度取得部６２と、流体機器制御部６３と、相関関係規定部６４と、制御統括部６５とを備えている。また、制御装置６０は、図４に示すフローチャートに従って、流体機器４４ａの駆動制御プログラムを実行する。目標流量設定部６１は、ステップＳ１１およびステップＳ１４に示す処理を行う。温度取得部６２は、ステップＳ１２に示す処理を行う。流体機器制御部６３は、相関関係規定部６４によって規定された基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒを参照しつつ、ステップＳ１５〜ステップＳ１７に示す処理を行う。制御統括部６５は、流体機器４４ａの駆動制御を統括し、ステップＳ１０およびステップＳ１９に示す処理、並びに、ステップＳ１３およびステップＳ１８に示す判断を行う。
<Control by control device 60>
As shown in FIG. 3, when the control device 60 is regarded as a control block, the target flow rate setting unit 61, the temperature acquisition unit 62, the fluid device control unit 63, the correlation defining unit 64, and the control control unit 65 It has. The control device 60 executes a drive control program for the fluid device 44a according to the flowchart shown in FIG. The target flow rate setting unit 61 performs the processes shown in step S11 and step S14. The temperature acquisition unit 62 performs the process shown in step S12. The fluid device control unit 63 performs the processes shown in steps S15 to S17 while referring to the basic correlation Bcr and the corrected correlation Hcr defined by the correlation defining unit 64. The control supervision unit 65 supervises the drive control of the fluid device 44a, and performs the processes shown in Step S10 and Step S19 and the determinations shown in Step S13 and Step S18.
制御統括部６５は、所定時間ＰＴ１を計時するタイマを設定し（図４のステップＳ１０）、所定時間ＰＴ１が経過するまで（図４のステップＳ１８でＹｅｓになるまで）、目標流量設定部６１、温度取得部６２、流体機器制御部６３および相関関係規定部６４による処理を実行させる。以下、各制御部および制御フローについて、図４〜図７Ｂを参照しつつ詳細に説明する。
The control supervision unit 65 sets a timer for measuring the predetermined time PT1 (step S10 in FIG. 4), and until the predetermined time PT1 elapses (until Yes in step S18 in FIG. 4), the target flow rate setting unit 61, The processing by the temperature acquisition unit 62, the fluid device control unit 63, and the correlation definition unit 64 is executed. Hereafter, each control part and control flow are demonstrated in detail, referring FIGS. 4-7B.
（目標流量設定部６１）
目標流量設定部６１は、流体機器４４ａが送出する流体の目標送出量（目標供給量）を設定する。既述したように、本実施形態では、流体は、酸化剤ガスである空気なので、目標流量設定部６１は、酸化剤ガスである空気の目標送出量を設定する。また、既述したように、流体の送出量は、流量（単位時間あたりの流量）で示すことができる。よって、本実施形態では、目標流量設定部６１は、流体の目標送出量として、酸化剤ガス流量ＱＡ（酸化剤ガスである空気の単位時間あたりの流量）を設定する。
(Target flow rate setting unit 61)
The target flow rate setting unit 61 sets a target delivery amount (target supply amount) of the fluid delivered by the fluid device 44a. As described above, in the present embodiment, since the fluid is air that is an oxidant gas, the target flow rate setting unit 61 sets a target delivery amount of air that is an oxidant gas. Further, as described above, the amount of fluid delivered can be indicated by a flow rate (flow rate per unit time). Therefore, in the present embodiment, the target flow rate setting unit 61 sets the oxidant gas flow rate QA (flow rate per unit time of air as the oxidant gas) as the target delivery amount of the fluid.
目標流量設定部６１は、酸化剤ガス流量ＱＡ以外にも、改質用原料の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。燃料流量ＱＦは、原料ポンプ４２ａが送出する改質用原料の目標送出量（目標供給量）であり、改質用原料の単位時間あたりの流量で示すことができる。また、目標流量設定部６１は、改質水の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。改質水流量ＱＷは、改質水ポンプ４１ａが送出する改質水の目標送出量（目標供給量）であり、改質水の単位時間あたりの流量で示すことができる。
The target flow rate setting unit 61 can set the target feed amount (target supply amount) of the reforming raw material in addition to the oxidant gas flow rate QA. The fuel flow rate QF is a target delivery amount (target supply amount) of the reforming raw material delivered by the raw material pump 42a, and can be expressed as a flow rate per unit time of the reforming raw material. Further, the target flow rate setting unit 61 can set a target delivery amount (target supply amount) of reforming water. The reforming water flow rate QW is a target delivery amount (target supply amount) of reforming water sent out by the reforming water pump 41a, and can be expressed as a flow rate per unit time of reforming water.
具体的には、目標流量設定部６１は、まず、燃料電池２４の発電（運転）状態を取得する（図４のステップＳ１１）。燃料電池２４の発電（運転）状態は、例えば、上位の制御装置から取得することができる。目標流量設定部６１は、例えば、燃料電池２４が発電する発電電力の掃引電流Ｉｄｃ（第一掃引電流Ｉｄｃ１）を取得する。また、目標流量設定部６１は、後述する温度取得部６２によって取得されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（第一雰囲気温度ＴＨ１）を取得する。
Specifically, the target flow rate setting unit 61 first acquires the power generation (operation) state of the fuel cell 24 (step S11 in FIG. 4). The power generation (operation) state of the fuel cell 24 can be acquired from, for example, a host control device. The target flow rate setting unit 61 acquires, for example, the sweep current Idc (first sweep current Idc1) of the generated power generated by the fuel cell 24. Further, the target flow rate setting unit 61 acquires the ambient temperature TH (first ambient temperature TH1) in the casing 21 acquired by the temperature acquisition unit 62 described later.
制御統括部６５は、燃料電池２４の発電（運転）状態が正常であるか否かを判断する（図４のステップＳ１３）。制御統括部６５は、例えば、発電電力に対して、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（第一雰囲気温度ＴＨ１）が適切な温度範囲にあるか否かによって、燃料電池２４の発電（運転）状態が正常であるか否かを判断することができる。燃料電池２４の発電（運転）状態が正常の場合（Ｙｅｓの場合）、目標流量設定部６１は、目標送出量（目標供給量）である目標流量（燃料流量ＱＦ、改質水流量ＱＷおよび酸化剤ガス流量ＱＡ）を設定する（ステップＳ１４）。
The control supervision unit 65 determines whether or not the power generation (operation) state of the fuel cell 24 is normal (step S13 in FIG. 4). For example, the control supervision unit 65 determines whether the power generation (operation) state of the fuel cell 24 depends on whether or not the ambient temperature TH (first ambient temperature TH1) in the casing 21 is within an appropriate temperature range with respect to the generated power. Whether it is normal or not can be determined. When the power generation (operation) state of the fuel cell 24 is normal (in the case of Yes), the target flow rate setting unit 61 sets the target flow rate (the fuel flow rate QF, the reforming water flow rate QW, and the oxidation) as the target delivery amount (target supply amount). The agent gas flow rate QA) is set (step S14).
図５Ａの曲線Ｌ１１は、掃引電流Ｉｄｃと燃料流量ＱＦとの間の相関関係の一例を示している。同図の横軸は、掃引電流Ｉｄｃを示し、縦軸は、燃料流量ＱＦを示している。目標流量設定部６１は、曲線Ｌ１１に示す相関関係に基づいて、第一掃引電流Ｉｄｃ１に対応する燃料流量ＱＦである第一燃料流量ＱＦ１を取得する。目標流量設定部６１は、原料ポンプ４２ａが送出する改質用原料の目標送出量（目標供給量）として、第一燃料流量ＱＦ１を設定する。
A curve L11 in FIG. 5A shows an example of a correlation between the sweep current Idc and the fuel flow rate QF. In the figure, the horizontal axis represents the sweep current Idc, and the vertical axis represents the fuel flow rate QF. The target flow rate setting unit 61 acquires the first fuel flow rate QF1 that is the fuel flow rate QF corresponding to the first sweep current Idc1 based on the correlation shown in the curve L11. The target flow rate setting unit 61 sets the first fuel flow rate QF1 as the target delivery amount (target supply amount) of the reforming raw material delivered by the raw material pump 42a.
図５Ｂの曲線Ｌ１２は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨとＳ／Ｃ比との間の相関関係の一例を示している。同図の横軸は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨを示し、縦軸は、Ｓ／Ｃ比を示している。Ｓ／Ｃ比は、水蒸気改質反応の際に供給する水蒸気と、改質用原料に含まれる炭素とのモル比をいう。目標流量設定部６１は、曲線Ｌ１２に示す相関関係に基づいて、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（第一雰囲気温度ＴＨ１）に対応するＳ／Ｃ比である第一値ＳＣ１を取得する。目標流量設定部６１は、上述した第一燃料流量ＱＦ１と第一値ＳＣ１とから、このときの改質水流量ＱＷである第一改質水流量ＱＷ１を導出することができる。目標流量設定部６１は、改質水ポンプ４１ａが送出する改質水の目標送出量（目標供給量）として、第一改質水流量ＱＷ１を設定する。
A curve L12 in FIG. 5B shows an example of a correlation between the ambient temperature TH in the casing 21 and the S / C ratio. The horizontal axis of the figure shows the ambient temperature TH in the casing 21, and the vertical axis shows the S / C ratio. The S / C ratio refers to the molar ratio of the steam supplied during the steam reforming reaction and the carbon contained in the reforming raw material. The target flow rate setting unit 61 acquires a first value SC1 that is an S / C ratio corresponding to the ambient temperature TH (first ambient temperature TH1) in the casing 21 based on the correlation shown in the curve L12. The target flow rate setting unit 61 can derive the first reformed water flow rate QW1, which is the reformed water flow rate QW at this time, from the first fuel flow rate QF1 and the first value SC1 described above. The target flow rate setting unit 61 sets the first reformed water flow rate QW1 as the target delivery amount (target supply amount) of the reformed water delivered by the reforming water pump 41a.
図５Ｃの曲線Ｌ１３は、掃引電流Ｉｄｃと酸化剤ガス流量ＱＡとの間の相関関係の一例を示している。同図の横軸は、掃引電流Ｉｄｃを示し、縦軸は、酸化剤ガス流量ＱＡを示している。目標流量設定部６１は、曲線Ｌ１３に示す相関関係に基づいて、第一掃引電流Ｉｄｃ１に対応する酸化剤ガス流量ＱＡである第一酸化剤ガス流量ＱＡ１を取得する。目標流量設定部６１は、流体機器４４ａが送出する酸化剤ガスである空気の目標送出量（目標供給量）として、第一酸化剤ガス流量ＱＡ１を設定する。
A curve L13 in FIG. 5C shows an example of a correlation between the sweep current Idc and the oxidant gas flow rate QA. In the figure, the horizontal axis represents the sweep current Idc, and the vertical axis represents the oxidant gas flow rate QA. The target flow rate setting unit 61 acquires a first oxidant gas flow rate QA1 that is the oxidant gas flow rate QA corresponding to the first sweep current Idc1 based on the correlation shown in the curve L13. The target flow rate setting unit 61 sets the first oxidant gas flow rate QA1 as the target delivery amount (target supply amount) of air that is the oxidant gas delivered by the fluid device 44a.
以上により、目標流量設定部６１は、燃料電池２４の発電電力に応じた改質用原料の目標送出量（目標供給量）を設定することができ、燃料電池２４の発電電力に応じた酸化剤ガスである空気の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。また、目標流量設定部６１は、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨおよび燃料電池２４の発電電力に応じた改質水の目標送出量（目標供給量）を設定することができる。
As described above, the target flow rate setting unit 61 can set the target feed amount (target supply amount) of the reforming raw material according to the generated power of the fuel cell 24, and the oxidant according to the generated power of the fuel cell 24. A target delivery amount (target supply amount) of air as gas can be set. Further, the target flow rate setting unit 61 can set a target supply amount (target supply amount) of reforming water according to the ambient temperature TH in the casing 21 and the generated power of the fuel cell 24.
なお、図５Ａの曲線Ｌ１１、図５Ｂの曲線Ｌ１２および図５Ｃの曲線Ｌ１３で示す相関関係は、予め、シミュレーション、実機による検証などによって取得しておき、テーブル、マップ、関係式などに変換して、図２の第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。目標流量設定部６１は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているこれらの相関関係を第一記憶装置６０ｂ１に読み出して参照することができる。また、上述した目標送出量（目標供給量）の設定方法は、一例であり、上述した方法に限定されるものではない。目標送出量（目標供給量）は、例えば、燃料電池モジュール２０の特性、安全性、各種動作条件、補機の動作状況などを考慮して、設定することができる。
The correlation shown by the curve L11 in FIG. 5A, the curve L12 in FIG. 5B, and the curve L13 in FIG. 5C is acquired in advance by simulation, verification by an actual machine, etc., and converted into a table, map, relational expression, etc. The second storage device 60b2 in FIG. The target flow rate setting unit 61 can read and refer to these correlations stored in the second storage device 60b2 in the first storage device 60b1. Moreover, the method for setting the target delivery amount (target supply amount) described above is an example, and is not limited to the method described above. The target delivery amount (target supply amount) can be set in consideration of, for example, characteristics of the fuel cell module 20, safety, various operating conditions, operating conditions of the auxiliary machines, and the like.
（温度取得部６２）
温度取得部６２は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨを取得する（図４のステップＳ１２）。既述したように、本実施形態では、温度センサ２９は、燃焼部２６の温度を検出するので、温度取得部６２は、燃焼部２６の温度を取得する。
(Temperature acquisition unit 62)
The temperature acquisition unit 62 acquires the atmospheric temperature TH in the casing 21 detected by the temperature sensor 29 (step S12 in FIG. 4). As described above, in the present embodiment, the temperature sensor 29 detects the temperature of the combustion unit 26, so the temperature acquisition unit 62 acquires the temperature of the combustion unit 26.
ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）は、燃料電池２４の発電（運転）状態が一定であっても、若干、変動している。そのため、温度取得部６２は、温度センサ２９に対して、所定時間間隔でケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を検出させて、温度センサ２９によって検出された複数の温度検出値から、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得すると好適である。
The ambient temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion unit 26) varies slightly even when the power generation (operation) state of the fuel cell 24 is constant. Therefore, the temperature acquisition unit 62 causes the temperature sensor 29 to detect the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21 at predetermined time intervals, and a plurality of temperature detection values detected by the temperature sensor 29. From this, it is preferable to obtain the atmospheric temperature TH (temperature of the combustion section 26) in the casing 21.
例えば、図６に示すように、温度取得部６２は、図２に示す第一記憶装置６０ｂ１において、温度センサ２９によって検出された複数の温度検出値を格納する複数（同図では、２０個）の連続する記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）を備えている。記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）は、例えば、先入れ先出し（ＦＩＦＯ：Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）方式で構成されている。
For example, as shown in FIG. 6, the temperature acquisition unit 62 stores a plurality of temperature detection values detected by the temperature sensor 29 in the first storage device 60b1 shown in FIG. 2 (20 in the figure). Storage areas (M1 to M20). The storage areas (M1 to M20) are configured in, for example, a first-in first-out (FIFO) system.
具体的には、温度センサ２９によって検出された温度検出値は、まず、記憶領域Ｍ１に格納される。次に、温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出されると、記憶領域Ｍ１に格納されていた温度検出値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく検出された温度検出値は、記憶領域Ｍ１に格納される。次に、温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出されると、記憶領域Ｍ２に格納されていた温度検出値は、記憶領域Ｍ３に移動され、記憶領域Ｍ１に格納されていた温度検出値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく検出された温度検出値は、記憶領域Ｍ１に格納される。これを温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出される度に繰り返す。
Specifically, the temperature detection value detected by the temperature sensor 29 is first stored in the storage area M1. Next, when the ambient temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion unit 26) is detected by the temperature sensor 29, the temperature detection value stored in the storage area M1 is moved to the storage area M2. The newly detected temperature detection value is stored in the storage area M1. Next, when the ambient temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion unit 26) is detected by the temperature sensor 29, the temperature detection value stored in the storage area M2 is moved to the storage area M3, and the storage area M1. The temperature detection value stored in is moved to the storage area M2. The newly detected temperature detection value is stored in the storage area M1. This is repeated every time the ambient temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion part 26) is detected by the temperature sensor 29.
記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）の全ての記憶領域において、温度検出値が格納された後に、温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出されると、最も古い検出値である記憶領域Ｍ２０に格納されていた温度検出値が破棄されて、次に古い検出値である記憶領域Ｍ１９に格納されていた温度検出値が、記憶領域Ｍ２０に移動される。記憶領域Ｍ１８〜記憶領域Ｍ１に格納されていた温度検出値についても同様に、一つずつ移動される。そして、新しく検出された温度検出値は、記憶領域Ｍ１に格納される。これを温度センサ２９によってケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が検出される度に繰り返す。
In all the storage areas (M1 to M20), after the temperature detection value is stored, if the temperature sensor 29 detects the ambient temperature TH (the temperature of the combustion unit 26) in the casing 21, the oldest detection occurs. The temperature detection value stored in the storage area M20 as a value is discarded, and the temperature detection value stored in the storage area M19 as the next oldest detection value is moved to the storage area M20. Similarly, the temperature detection values stored in the storage areas M18 to M1 are moved one by one. The newly detected temperature detection value is stored in the storage area M1. This is repeated every time the ambient temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion part 26) is detected by the temperature sensor 29.
また、複数（例えば、１０個）の温度検出値を平均して平均値を算出してから、当該平均値を記憶領域Ｍ１に格納することもできる。次に、複数（１０個）の温度検出値の平均値が算出されると、記憶領域Ｍ１に格納されていた複数（１０個）の温度検出値の平均値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく算出された複数（１０個）の温度検出値の平均値は、記憶領域Ｍ１に格納される。以降、上述した方法と同様にして、複数（１０個）の温度検出値の平均値を、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）に格納することができる。
Further, after averaging a plurality of (for example, 10) temperature detection values to calculate an average value, the average value can be stored in the storage area M1. Next, when the average value of a plurality (ten) of temperature detection values is calculated, the average value of the plurality (ten) temperature detection values stored in the storage area M1 is moved to the storage area M2. . Then, the newly calculated average value of a plurality (ten) of temperature detection values is stored in the storage area M1. Thereafter, in the same manner as described above, an average value of a plurality (ten) of temperature detection values can be stored in the storage area (M1 to M20).
温度取得部６２は、例えば、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）に記憶されている複数（２０個）の温度検出値を平均して、複数（２０個）の温度検出値の平均値をケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）として取得することができる。なお、時系列データを平滑化することができれば良く、算出方法などは、限定されない。例えば、平均は、個々のデータに重み付けを行わない単純平均であっても良く、個々のデータに重み付けを行う加重平均であっても良い。
For example, the temperature acquisition unit 62 averages a plurality (20) of temperature detection values stored in the storage areas (M1 to M20), and calculates an average value of the plurality (20) of temperature detection values in the casing 21. Can be obtained as the ambient temperature TH (temperature of the combustion section 26). Note that the calculation method is not limited as long as the time series data can be smoothed. For example, the average may be a simple average that does not weight individual data, or may be a weighted average that weights individual data.
また、例えば、燃料電池２４の発電状態が大きく変化している状態では、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）の変化量も大きくなる。このときに、温度取得部６２がケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得すると、燃料電池２４の発電電力に応じたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得することが困難になる可能性がある。
Further, for example, in a state where the power generation state of the fuel cell 24 is greatly changed, the amount of change in the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21 detected by the temperature sensor 29 also increases. At this time, when the temperature acquisition unit 62 acquires the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21, the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21 according to the generated power of the fuel cell 24. Can be difficult to get.
そこで、温度取得部６２は、温度検出値の変化量が所定量以下のときに、上述した平均値を算出して、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）として取得すると好適である。温度検出値の変化量の算出方法は、限定されない。温度取得部６２は、例えば、第一移動平均値Ｆａｖｅ１から第二移動平均値Ｆａｖｅ２を減算して、温度検出値の変化量を算出することができる。
Therefore, it is preferable that the temperature acquisition unit 62 calculates the above-described average value and obtains it as the ambient temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion unit 26) when the change amount of the temperature detection value is equal to or less than a predetermined amount. is there. The calculation method of the change amount of the temperature detection value is not limited. For example, the temperature acquisition unit 62 can calculate the amount of change in the temperature detection value by subtracting the second moving average value Fave2 from the first moving average value Fave1.
図６に示すように、第一移動平均値Ｆａｖｅ１は、基準時刻ｔ１０から第一時間Ｔ１経過した第一時刻ｔ１１までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の温度検出値の移動平均をいう。第二移動平均値Ｆａｖｅ２は、第一時刻ｔ１１から第一時間Ｔ１と同一時間経過した第二時刻ｔ１２までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の温度検出値の移動平均をいう。温度取得部６２は、記憶領域（Ｍ１１〜Ｍ２０）に格納されている複数（１０個）の温度検出値の移動平均を算出して、算出結果を第一移動平均値Ｆａｖｅ１とする。また、温度取得部６２は、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ１０）に格納されている複数（１０個）の温度検出値の移動平均を算出して、算出結果を第二移動平均値Ｆａｖｅ２とする。
As shown in FIG. 6, the first moving average value Fave1 is a plurality of (10 in the present embodiment) temperature detection sequentially detected from the reference time t10 to the first time t11 after the first time T1 has elapsed. A moving average of values. The second moving average value Fave2 is a shift of a plurality (ten in this embodiment) of temperature detection values sequentially detected from the first time t11 to the second time t12 when the same time as the first time T1 has elapsed. Mean means. The temperature acquisition unit 62 calculates a moving average of a plurality (ten) of temperature detection values stored in the storage areas (M11 to M20), and sets the calculation result as the first moving average value Fave1. The temperature acquisition unit 62 calculates a moving average of a plurality (ten) of temperature detection values stored in the storage areas (M1 to M10), and sets the calculation result as the second moving average value Fave2.
このように、温度取得部６２は、種々の方法によって、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）を取得することができる。本明細書において、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨは、温度センサ２９によって検出され、温度取得部６２によって取得されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（本実施形態では、燃焼部２６の温度）をいう。
Thus, the temperature acquisition unit 62 can acquire the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21 by various methods. In this specification, the atmospheric temperature TH in the casing 21 detected by the temperature sensor 29 is detected by the temperature sensor 29 and acquired by the temperature acquisition unit 62 (in this embodiment, the combustion temperature TH is the combustion temperature). Temperature of the part 26).
（流体機器制御部６３および相関関係規定部６４）
流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを設定する。既述したように、本実施形態では、燃料電池２４は、ケーシング２１内に収容されている。そのため、燃料電池２４の発電電力の変動に伴って、ケーシング２１内の内圧が変動する。ケーシング２１内の内圧が変動したときに、目標流量設定部６１によって設定された流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を確保するためには、ケーシング２１内の内圧の変動に応じて、流体機器４４ａの出力を増減させる必要がある。
(Fluid device control unit 63 and correlation defining unit 64)
The fluid device control unit 63 sets a control amount DF for driving and controlling the fluid device 44 a based on the atmospheric temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion unit 26) detected by the temperature sensor 29. As described above, in this embodiment, the fuel cell 24 is accommodated in the casing 21. Therefore, the internal pressure in the casing 21 varies as the generated power of the fuel cell 24 varies. In order to secure the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air which is the oxidant gas) set by the target flow rate setting unit 61 when the internal pressure in the casing 21 fluctuates, It is necessary to increase or decrease the output of the fluid device 44a in accordance with the fluctuation of the internal pressure.
上述したことは、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）についても同様に言える。つまり、流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを設定することができる。具体的には、流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が上昇すると、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを増加させる。これにより、流体機器４４ａの出力が上がる。一方、流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が低下すると、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを減少させる。これにより、流体機器４４ａの出力が下がる。
The same can be said for the atmospheric temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion section 26). That is, the fluid device control unit 63 sets the control amount DF for driving and controlling the fluid device 44a based on the atmospheric temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21 detected by the temperature sensor 29. Can do. Specifically, when the atmospheric temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion unit 26) detected by the temperature sensor 29 rises, the fluid device control unit 63 sets the control amount DF for driving and controlling the fluid device 44a. increase. This increases the output of the fluid device 44a. On the other hand, when the atmospheric temperature TH in the casing 21 detected by the temperature sensor 29 (the temperature of the combustion unit 26) decreases, the fluid device control unit 63 decreases the control amount DF when driving the fluid device 44a. Thereby, the output of the fluid apparatus 44a falls.
流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦとして、例えば、流体機器４４ａをパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する際のデューティ比が挙げられる。例えば、制御量ＤＦを増加させる場合、デューティ比を増加させる。これにより、流体機器４４ａが備える電力変換器のスイッチング素子（いずれも図示略）の閉状態の時間を増加前と比べて長くすることができ、流体機器４４ａの出力が上がる。閉状態とは、スイッチング素子の入力端子（例えば、ドレイン端子）と出力端子（例えば、ソース端子）との間が電気的に導通されている状態をいう。上述したことは、流体機器４４ａを周波数制御する場合についても同様に言える。この場合、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦとして、周波数指令が挙げられる。なお、流体機器４４ａの制御は、これらの制御に限定されるものではなく、公知の種々の駆動制御を採用することができる。
Examples of the control amount DF when driving and controlling the fluid device 44a include a duty ratio when the fluid device 44a is subjected to pulse width modulation (PWM) control. For example, when increasing the control amount DF, the duty ratio is increased. Thereby, the time of the closed state of the switching element (both not shown) of the power converter included in the fluid device 44a can be made longer than before the increase, and the output of the fluid device 44a is increased. The closed state refers to a state where an input terminal (for example, drain terminal) and an output terminal (for example, source terminal) of the switching element are electrically connected. The same can be said for the frequency control of the fluid device 44a. In this case, a frequency command is given as the control amount DF when driving and controlling the fluid device 44a. The control of the fluid device 44a is not limited to these controls, and various known drive controls can be employed.
ここで、図１に示す流体機器４４ａを通過する流体（本実施形態では、酸化剤ガスである空気）の入力側圧力Ｐｉｎと出力側圧力Ｐｏｕｔとが同じ圧力のときのケーシング２１内の状態を第一状態とする。また、燃料電池２４の発電に伴ってケーシング２１内の内圧が上昇して流体機器４４ａの入力側圧力Ｐｉｎと比べて出力側圧力Ｐｏｕｔが高くなっているときのケーシング２１内の状態を第二状態とする。
Here, the state in the casing 21 when the input side pressure Pin and the output side pressure Pout of the fluid (in this embodiment, air that is an oxidant gas) passing through the fluid device 44a shown in FIG. Set to the first state. Further, the state in the casing 21 when the internal pressure in the casing 21 increases with the power generation of the fuel cell 24 and the output side pressure Pout is higher than the input side pressure Pin of the fluid device 44a is the second state. And
図１に示すように、カソードエア供給管４４の一端側は、ケーシング２１内（酸化剤ガス流路２４ｃの一端（下端）側）に突出して設けられており、カソードエア供給管４４の他端側は、流体機器４４ａに接続されている。また、流体機器４４ａは、第二室Ｒ２内に配設されている。そのため、流体機器４４ａの入力側圧力Ｐｉｎは、第二室Ｒ２内の気圧（大気圧）と同じ圧力であり、流体機器４４ａの出力側圧力Ｐｏｕｔは、ケーシング２１内の内圧と同じ圧力である。
As shown in FIG. 1, one end side of the cathode air supply pipe 44 protrudes into the casing 21 (one end (lower end) side of the oxidant gas flow path 24 c), and the other end of the cathode air supply pipe 44. The side is connected to the fluid device 44a. The fluid device 44a is disposed in the second chamber R2. Therefore, the input side pressure Pin of the fluid device 44a is the same pressure as the atmospheric pressure (atmospheric pressure) in the second chamber R2, and the output side pressure Pout of the fluid device 44a is the same pressure as the internal pressure in the casing 21.
燃料電池２４が発電を開始する前（オフガスの着火前）は、入力側圧力Ｐｉｎと出力側圧力Ｐｏｕｔとが同じ圧力であり、ケーシング２１内の状態は、第一状態である。このとき、第二室Ｒ２内の雰囲気温度と、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）とは、略同じである。一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２によってオフガスが着火されると、燃焼部２６においてオフガスの燃焼が始まり、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が上昇し始め、ケーシング２１内の内圧が上昇し始める。ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が所定の温度になると、発電（掃引）を開始することができる。このとき、流体機器４４ａの入力側圧力Ｐｉｎと比べて出力側圧力Ｐｏｕｔが高くなっており、ケーシング２１内の状態は、第二状態である。
Before the fuel cell 24 starts power generation (before off-gas ignition), the input side pressure Pin and the output side pressure Pout are the same pressure, and the state in the casing 21 is the first state. At this time, the atmospheric temperature in the second chamber R2 and the atmospheric temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion unit 26) are substantially the same. When off-gas is ignited by the pair of ignition heaters 26a1 and 26a2, the combustion of the off-gas starts in the combustion section 26, the ambient temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion section 26) starts to rise, and the internal pressure in the casing 21 increases. Begins to rise. When the atmospheric temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion unit 26) reaches a predetermined temperature, power generation (sweep) can be started. At this time, the output side pressure Pout is higher than the input side pressure Pin of the fluid device 44a, and the state in the casing 21 is the second state.
燃料電池２４の発電電力に応じて、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）が変動し、ケーシング２１内の内圧が変動する。さらに、燃焼排ガスは、導出口２１ａから燃料電池モジュール２０の外部に排気されるので、ケーシング２１内の内圧は、燃料電池モジュール２０の形状などの影響を受け易い。そのため、燃料電池２４の発電電力と、ケーシング２１内の内圧との間の関係式は、高次の多項式で表される。高次の多項式で表された関係式に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御しようとすると、流体機器４４ａの駆動制御が複雑化する可能性がある。上述したことは、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）についても同様に言える。
Depending on the power generated by the fuel cell 24, the ambient temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion unit 26) varies, and the internal pressure in the casing 21 varies. Furthermore, since the combustion exhaust gas is exhausted from the outlet 21 a to the outside of the fuel cell module 20, the internal pressure in the casing 21 is easily affected by the shape of the fuel cell module 20 and the like. Therefore, the relational expression between the generated power of the fuel cell 24 and the internal pressure in the casing 21 is expressed by a high-order polynomial. If it is attempted to drive and control the fluid device 44a based on a relational expression represented by a high-order polynomial, the drive control of the fluid device 44a may be complicated. The same can be said for the atmospheric temperature TH in the casing 21 (the temperature of the combustion section 26).
そこで、流体機器制御部６３は、基本制御量ＤＦｂと補正制御量ＤＦｈとを加算して、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定すると好適である。基本制御量ＤＦｂは、第一状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦをいう。補正制御量ＤＦｈは、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に応じて設定され、基本制御量ＤＦｂを補正する。これにより、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に依存しない制御量（基本制御量ＤＦｂ）と、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）に依存する制御量（補正制御量ＤＦｈ）とに分離することができる。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、これらの制御量を分離しないで一緒に扱う場合と比べて、流体機器４４ａの駆動制御を簡素化し易い。
Therefore, it is preferable that the fluid device control unit 63 calculates and sets the control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a in the second state by adding the basic control amount DFb and the correction control amount DFh. . The basic control amount DFb is a control amount DF that is necessary when driving the fluid device 44a in the first state. The correction control amount DFh is set according to the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21, and corrects the basic control amount DFb. As a result, the control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a in the second state is a control amount (basic control amount DFb) that does not depend on the ambient temperature TH (temperature of the combustion unit 26) in the casing 21. It can be separated into a control amount (corrected control amount DFh) that depends on the atmospheric temperature TH in the casing 21 (temperature of the combustion section 26). Therefore, the fuel cell system 1 of the present embodiment can easily simplify the drive control of the fluid device 44a compared to the case where these control amounts are handled together without being separated.
また、制御装置６０は、相関関係規定部６４を備えると好適である。相関関係規定部６４は、基本相関関係Ｂｃｒと補正相関関係Ｈｃｒとを規定する。基本相関関係Ｂｃｒは、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）と、基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係をいう。補正相関関係Ｈｃｒは、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）に応じて設定され、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）と補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係をいう。
The control device 60 preferably includes a correlation defining unit 64. The correlation defining unit 64 defines the basic correlation Bcr and the corrected correlation Hcr. The basic correlation Bcr is a correlation between the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a and the basic control amount DFb. The corrected correlation Hcr is set in accordance with the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a, and the ambient temperature TH in the casing 21 (of the combustion unit 26). Temperature) and the correction control amount DFh.
図７Ａの直線Ｌ２１は、基本相関関係Ｂｃｒ（酸化剤ガス流量ＱＡと基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係）の一例を示している。同図の横軸は、目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を示し、縦軸は、基本制御量ＤＦｂを示している。流体機器制御部６３は、基本相関関係Ｂｃｒ（直線Ｌ２１に示す相関関係）に基づいて、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（第一酸化剤ガス流量ＱＡ１）に対応する基本制御量ＤＦｂを取得すると好適である。この場合、流体機器制御部６３は、基本制御量ＤＦｂとして第一基本制御量ＤＦｂ１を取得する（図４のステップＳ１５）。
A straight line L21 in FIG. 7A shows an example of the basic correlation Bcr (correlation between the oxidant gas flow rate QA and the basic control amount DFb). In the figure, the horizontal axis indicates the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA), and the vertical axis indicates the basic control amount DFb. Based on the basic correlation Bcr (correlation indicated by the straight line L21), the fluid device control unit 63 sets the target delivery amount (first oxidant gas flow rate QA1) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a. It is preferable to obtain a basic control amount DFb corresponding to In this case, the fluid device control unit 63 acquires the first basic control amount DFb1 as the basic control amount DFb (step S15 in FIG. 4).
図７Ｂの曲線Ｌ３１〜曲線Ｌ３３は、補正相関関係Ｈｃｒ（ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係）の一例を示している。曲線Ｌ３１は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。曲線Ｌ３２は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第二酸化剤ガス流量ＱＡ２のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。第二酸化剤ガス流量ＱＡ２は、第一酸化剤ガス流量ＱＡ１より大きい（目標送出量が多い）ものとする。曲線Ｌ３３は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第三酸化剤ガス流量ＱＡ３のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。第三酸化剤ガス流量ＱＡ３は、第二酸化剤ガス流量ＱＡ２より大きい（目標送出量が多い）ものとする。同図に示すように、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨがいずれの温度においても、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が増加する程、補正制御量ＤＦｈは、増加している。
Curves L31 to L33 in FIG. 7B show an example of the correction correlation Hcr (correlation between the ambient temperature TH in the casing 21 and the correction control amount DFh). A curve L31 shows an example of the correction correlation Hcr when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a is the first oxidant gas flow rate QA1. Yes. A curve L32 shows an example of the correction correlation Hcr when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a is the second dioxide agent gas flow rate QA2. . The second dioxide gas flow rate QA2 is greater than the first oxidant gas flow rate QA1 (the target delivery amount is large). A curve L33 shows an example of the correction correlation Hcr when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a is the third oxidant gas flow rate QA3. Yes. It is assumed that the third oxidant gas flow rate QA3 is larger than the second dioxide gas flow rate QA2 (the target delivery amount is large). As shown in the figure, the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air which is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a increases regardless of the ambient temperature TH in the casing 21. The correction control amount DFh increases as the time increases.
流体機器制御部６３は、補正相関関係Ｈｃｒに基づいて、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）および温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）の両方に対応する補正制御量ＤＦｈを取得すると好適である。既述した例では、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）は、第一酸化剤ガス流量ＱＡ１である。よって、流体機器制御部６３は、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１のときの補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３１に示す相関関係）を用いる。また、既述した例では、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨ（燃焼部２６の温度）は、第一雰囲気温度ＴＨ１である。よって、流体機器制御部６３は、補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３１に示す相関関係）に基づいて、第一雰囲気温度ＴＨ１に対応する補正制御量ＤＦｈを取得する。この場合、流体機器制御部６３は、補正制御量ＤＦｈとして第一補正制御量ＤＦｈ１を取得する（図４のステップＳ１６）。
Based on the corrected correlation Hcr, the fluid device control unit 63 sets the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is oxidant gas) and the ambient temperature TH in the casing 21 detected by the temperature sensor 29. It is preferable to obtain the correction control amount DFh corresponding to both (temperature of the combustion unit 26). In the example described above, the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air which is the oxidant gas) is the first oxidant gas flow rate QA1. Therefore, the fluid device control unit 63 corrects the correlation Hcr (correlation shown by the curve L31) when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) is the first oxidant gas flow rate QA1. Relationship). In the example described above, the atmospheric temperature TH (the temperature of the combustion unit 26) in the casing 21 detected by the temperature sensor 29 is the first atmospheric temperature TH1. Therefore, the fluid device control unit 63 acquires the correction control amount DFh corresponding to the first ambient temperature TH1 based on the correction correlation Hcr (correlation indicated by the curve L31). In this case, the fluid device control unit 63 acquires the first correction control amount DFh1 as the correction control amount DFh (step S16 in FIG. 4).
流体機器制御部６３は、基本制御量ＤＦｂとして取得した第一基本制御量ＤＦｂ１と、補正制御量ＤＦｈとして取得した第一補正制御量ＤＦｈ１とを加算して、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定する（図４のステップＳ１７）。流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第二酸化剤ガス流量ＱＡ２、第三酸化剤ガス流量ＱＡ３のときも同様に補正制御量ＤＦｈ（順に、第二補正制御量ＤＦｈ２、第三補正制御量ＤＦｈ３）を取得して、同様に、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定することができる。また、例えば、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１より多く、第二酸化剤ガス流量ＱＡ２より少ない場合、例えば、線形補間などの補間を行うと良い。このときの流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を第四酸化剤ガス流量ＱＡ４とする。
The fluid device control unit 63 adds the first basic control amount DFb1 acquired as the basic control amount DFb and the first correction control amount DFh1 acquired as the correction control amount DFh, and drives the fluid device 44a in the second state. A control amount DF necessary for control is calculated and set (step S17 in FIG. 4). Similarly, when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (oxidant gas flow) is the second dioxide gas flow rate QA2 and the third oxidant gas flow rate QA3, the correction control amount DFh (in order, the second correction) Similarly, the control amount DFh2 and the third correction control amount DFh3) are acquired, and similarly, the control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a in the second state can be calculated and set. In addition, for example, when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (oxidant gas air) is larger than the first oxidant gas flow rate QA1 and smaller than the second dioxide gas flow rate QA2, for example, linear interpolation or the like It is good to perform interpolation. A target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air which is an oxidant gas) at this time is defined as a fourth oxidant gas flow rate QA4.
図７Ｂの曲線Ｌ３４は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第四酸化剤ガス流量ＱＡ４のときの補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。曲線Ｌ３４は、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第一酸化剤ガス流量ＱＡ１のときの補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３１に示す相関関係）と、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第二酸化剤ガス流量ＱＡ２のときの補正相関関係Ｈｃｒ（曲線Ｌ３２に示す相関関係）とから、線形補間された補正相関関係Ｈｃｒの一例を示している。この場合も同様に、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）が第四酸化剤ガス流量ＱＡ４のときの補正制御量ＤＦｈ（第四補正制御量ＤＦｈ４）を取得して、同様に、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定することができる。なお、上述したことは、他の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）を補間する場合についても、同様に言える。また、補間は、線形補間に限定されるものではなく、種々の補間を行うことができる。
A curve L34 in FIG. 7B is an example of the correction correlation Hcr when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a is the fourth oxidant gas flow rate QA4. Is shown. A curve L34 indicates a corrected correlation Hcr (correlation indicated by the curve L31) when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (oxidant gas air) is the first oxidant gas flow rate QA1, and the fluid. From the correction correlation Hcr (correlation shown by the curve L32) when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of (air which is the oxidant gas) is the second dioxide gas flow rate QA2, the linearly interpolated correction correlation An example of the relationship Hcr is shown. In this case as well, the correction control amount DFh (fourth correction control amount DFh4) when the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (oxidant gas air) is the fourth oxidant gas flow rate QA4 is obtained. Similarly, the control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a in the second state can be calculated and set. In addition, the above-mentioned thing can be said similarly about the case where the other target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) is interpolated. Interpolation is not limited to linear interpolation, and various interpolations can be performed.
なお、図７Ｂに示すように、曲線Ｌ３１、曲線Ｌ３２、曲線Ｌ３３および曲線Ｌ３４は、いずれも、変化点雰囲気温度ＴＨ０において、補正相関関係Ｈｃｒ（ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係）が変化している。これは、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水の状態（液体または気体）によって、補正相関関係Ｈｃｒが変化することを示している。具体的には、変化点雰囲気温度ＴＨ０より低い温度では、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水は、液体であり、変化点雰囲気温度ＴＨ０より高い温度では、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水は、気体（水蒸気）である。燃料電池モジュール２０内に投入された改質水が液体の場合の補正相関関係Ｈｃｒの傾きは、改質水が気体（水蒸気）の場合と比べて、大きくなっている。つまり、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨの増加量が同じであり、燃料電池モジュール２０内に投入された改質水が液体の場合、改質水が気体（水蒸気）の場合と比べて、補正制御量ＤＦｈの増加量は、大きくする必要がある。
As shown in FIG. 7B, the curve L31, the curve L32, the curve L33, and the curve L34 all have the corrected correlation Hcr (the atmospheric temperature TH in the casing 21 and the corrected control amount DFh at the change point atmospheric temperature TH0. The correlation between the two has changed. This indicates that the correction correlation Hcr changes depending on the state (liquid or gas) of the reforming water charged into the fuel cell module 20. Specifically, the reformed water introduced into the fuel cell module 20 is liquid at a temperature lower than the change point ambient temperature TH0, and is introduced into the fuel cell module 20 at a temperature higher than the change point ambient temperature TH0. The reformed water thus obtained is a gas (water vapor). The inclination of the correction correlation Hcr when the reforming water introduced into the fuel cell module 20 is liquid is larger than that when the reforming water is gas (steam). That is, when the amount of increase in the ambient temperature TH in the casing 21 is the same, and the reforming water introduced into the fuel cell module 20 is liquid, correction control is performed compared to when the reforming water is gas (steam). The increase amount of the amount DFh needs to be increased.
また、図７Ａの直線Ｌ２１で示す基本相関関係Ｂｃｒ（酸化剤ガス流量ＱＡと基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係）は、流体機器４４ａの仕様によって定まるので、予め、テーブル、マップ、関係式などに変換して、図２の第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。図７Ｂの曲線Ｌ３１〜曲線Ｌ３３で示す補正相関関係Ｈｃｒ（ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係）は、予め、シミュレーション、実機による検証などによって取得しておき、テーブル、マップ、関係式などに変換して、図２の第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。流体機器制御部６３は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているこれらの相関関係を第一記憶装置６０ｂ１に読み出して参照することができる。なお、基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒは、テーブルとして、制御装置６０の記憶装置６０ｂに記憶されていると好適である。この場合、流体機器制御部６３は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているテーブル化されたこれらの相関関係を第一記憶装置６０ｂ１に読み出して参照することができる。
In addition, the basic correlation Bcr (correlation between the oxidant gas flow rate QA and the basic control amount DFb) indicated by the straight line L21 in FIG. 7A is determined by the specifications of the fluid device 44a. It is preferable to convert the data into the second storage device 60b2 in FIG. The correction correlation Hcr (correlation between the ambient temperature TH in the casing 21 and the correction control amount DFh) indicated by the curves L31 to L33 in FIG. 7B is acquired in advance by simulation, verification by an actual machine, and the like. It may be converted into a table, map, relational expression, etc. and stored in the second storage device 60b2 of FIG. The fluid device control unit 63 can read out and refer to these correlations stored in the second storage device 60b2 in the first storage device 60b1. The basic correlation Bcr and the corrected correlation Hcr are preferably stored as a table in the storage device 60b of the control device 60. In this case, the fluid device control unit 63 can read and refer to these tabulated correlations stored in the second storage device 60b2 to the first storage device 60b1.
制御統括部６５は、所定時間ＰＴ１が経過したか否かを判断する（図４のステップＳ１８）。所定時間ＰＴ１が経過していない場合（Ｎｏの場合）、図４に示す駆動制御は、ステップＳ１１に戻り、所定時間ＰＴ１が経過するまで、既述した処理および判断が繰り返えされる。所定時間ＰＴ１が経過した場合（Ｙｅｓの場合）、図４に示す駆動制御は、一旦、終了する。また、燃料電池２４の発電（運転）状態が異常の場合（ステップＳ１３でＮｏの場合）、制御統括部６５は、燃料電池２４の異常時の処理を行う（ステップＳ１９）。燃料電池２４の異常時の処理として、例えば、燃料電池２４の発電（掃引）の中断、異常状態の記録などが挙げられる。そして、図４に示す駆動制御は、一旦、終了する。制御統括部６５は、タイマを再度、設定して、既述した処理および判断を繰り返し実行することができる。
The control supervision unit 65 determines whether or not the predetermined time PT1 has elapsed (step S18 in FIG. 4). If the predetermined time PT1 has not elapsed (in the case of No), the drive control shown in FIG. 4 returns to step S11, and the above-described processing and determination are repeated until the predetermined time PT1 has elapsed. When the predetermined time PT1 has elapsed (in the case of Yes), the drive control shown in FIG. 4 is temporarily terminated. When the power generation (operation) state of the fuel cell 24 is abnormal (No in step S13), the control supervision unit 65 performs processing when the fuel cell 24 is abnormal (step S19). Examples of processing when the fuel cell 24 is abnormal include interruption of power generation (sweep) of the fuel cell 24 and recording of an abnormal state. And the drive control shown in FIG. 4 is once complete | finished. The control supervision unit 65 can set the timer again and repeatedly execute the processing and determination described above.
本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御装置６０は、流体機器制御部６３を備える。流体機器制御部６３は、温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際の制御量ＤＦを設定する。これにより、制御装置６０は、流量検出手段および圧力検出手段を用いることなく、流体機器４４ａを駆動制御することができる。また、温度センサ２９は、一般に、流量検出手段および圧力検出手段と比べて、小型化および低コスト化が容易である。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、流量検出手段および圧力検出手段に起因する燃料電池システム１の大型化および製造コストの増大を抑制することができる。
According to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the control device 60 includes the fluid device control unit 63. The fluid device control unit 63 sets a control amount DF for driving and controlling the fluid device 44 a based on the atmospheric temperature TH in the casing 21 detected by the temperature sensor 29. Thereby, the control apparatus 60 can drive-control the fluid apparatus 44a, without using a flow volume detection means and a pressure detection means. Further, the temperature sensor 29 is generally easier to reduce in size and cost than the flow rate detection means and the pressure detection means. Therefore, the fuel cell system 1 of the present embodiment can suppress an increase in size and manufacturing cost of the fuel cell system 1 due to the flow rate detection means and the pressure detection means.
また、本実施形態の燃料電池システム１によれば、流体機器制御部６３は、第一状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦである基本制御量ＤＦｂと、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに応じて設定され基本制御量ＤＦｂを補正する補正制御量ＤＦｈとを加算して、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを算出し設定する。これにより、第二状態において流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに依存しない制御量（基本制御量ＤＦｂ）と、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨに依存する制御量（補正制御量ＤＦｈ）とに分離することができる。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、これらの制御量を分離しないで一緒に扱う場合と比べて、流体機器４４ａの駆動制御を簡素化し易い。
Further, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the fluid device control unit 63 includes the basic control amount DFb, which is a control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a in the first state, and the inside of the casing 21. A correction control amount DFh that is set in accordance with the ambient temperature TH and corrects the basic control amount DFb is added to calculate and set a control amount DF that is required when driving the fluid device 44a in the second state. As a result, the control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a in the second state is set to the control amount (basic control amount DFb) independent of the ambient temperature TH in the casing 21 and the ambient temperature TH in the casing 21. Can be separated into a control amount that depends on (correction control amount DFh). Therefore, the fuel cell system 1 of the present embodiment can easily simplify the drive control of the fluid device 44a compared to the case where these control amounts are handled together without being separated.
さらに、本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御装置６０は、相関関係規定部６４を備える。相関関係規定部６４は、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）と基本制御量ＤＦｂとの間の相関関係である基本相関関係Ｂｃｒと、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（酸化剤ガス流量ＱＡ）に応じて設定され、ケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨと補正制御量ＤＦｈとの間の相関関係である補正相関関係Ｈｃｒとを規定する。また、流体機器制御部６３は、基本相関関係Ｂｃｒに基づいて、流体機器４４ａが送出する流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量（第一酸化剤ガス流量ＱＡ１）に対応する基本制御量ＤＦｂ（第一基本制御量ＤＦｂ１）を取得し、補正相関関係Ｈｃｒに基づいて、流体（酸化剤ガスである空気）の目標送出量および温度センサ２９によって検出されたケーシング２１内の雰囲気温度ＴＨの両方に対応する補正制御量ＤＦｈ（第一補正制御量ＤＦｈ１）を取得する。そのため、流体機器制御部６３は、基本相関関係Ｂｃｒを参照することにより、基本制御量ＤＦｂ（第一基本制御量ＤＦｂ１）を容易に取得することができ、基本相関関係Ｂｃｒを用いないで基本制御量ＤＦｂを算出する場合と比べて、演算負荷を軽減することができる。同様に、流体機器制御部６３は、補正相関関係Ｈｃｒを参照することにより、補正制御量ＤＦｈ（第一補正制御量ＤＦｈ１）を容易に取得することができ、補正相関関係Ｈｃｒを用いないで補正制御量ＤＦｈを算出する場合と比べて、演算負荷を軽減することができる。
Furthermore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the control device 60 includes the correlation defining unit 64. The correlation defining unit 64 is a basic correlation Bcr that is a correlation between the target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (oxidant gas flow) delivered by the fluid device 44a and the basic control amount DFb. And a target delivery amount (oxidant gas flow rate QA) of the fluid (air which is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a, and between the ambient temperature TH in the casing 21 and the correction control amount DFh. A corrected correlation Hcr that is a correlation is defined. In addition, the fluid device control unit 63 performs basic control corresponding to the target delivery amount (first oxidant gas flow rate QA1) of the fluid (air that is the oxidant gas) delivered by the fluid device 44a based on the basic correlation Bcr. The amount DFb (first basic control amount DFb1) is acquired, and based on the corrected correlation Hcr, the target delivery amount of the fluid (air which is an oxidant gas) and the ambient temperature TH in the casing 21 detected by the temperature sensor 29 The correction control amount DFh (first correction control amount DFh1) corresponding to both of these is acquired. Therefore, the fluid device control unit 63 can easily acquire the basic control amount DFb (first basic control amount DFb1) by referring to the basic correlation Bcr, and can perform basic control without using the basic correlation Bcr. Compared to the case of calculating the amount DFb, the calculation load can be reduced. Similarly, the fluid device control unit 63 can easily obtain the correction control amount DFh (first correction control amount DFh1) by referring to the correction correlation Hcr, and correct without using the correction correlation Hcr. Compared with the case where the control amount DFh is calculated, the calculation load can be reduced.
また、本実施形態の燃料電池システム１によれば、基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒは、テーブルとして、制御装置６０の記憶装置６０ｂに記憶されている。そのため、本実施形態の燃料電池システム１は、基本相関関係Ｂｃｒおよび補正相関関係Ｈｃｒを関係式などで表して演算する場合と比べて、演算負荷を軽減することができる。
Further, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the basic correlation Bcr and the corrected correlation Hcr are stored in the storage device 60b of the control device 60 as a table. Therefore, the fuel cell system 1 of the present embodiment can reduce the calculation load as compared with the case where the basic correlation Bcr and the corrected correlation Hcr are calculated by representing the relational expression or the like.
さらに、本実施形態の燃料電池システム１によれば、流体は、酸化剤ガスであり、温度センサ２９は、蒸発部２２と燃料電池２４との間および改質部２３と燃料電池２４との間に形成され燃料のオフガスと酸化剤ガスのオフガスとが燃焼する燃焼部２６の温度を検出する。そのため、温度センサ２９は、流体機器４４ａが送出する酸化剤ガスが直接関与する燃焼部２６の温度を検出することができ、流体機器制御部６３は、燃焼部２６の温度に基づいて、流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを設定することができる。よって、本実施形態の燃料電池システム１は、流体が酸化剤ガスの場合に、流体機器４４ａを駆動制御する際に必要な制御量ＤＦを適切に設定することができ、流体機器４４ａを適切に駆動制御することができる。
Furthermore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the fluid is an oxidant gas, and the temperature sensor 29 is between the evaporation unit 22 and the fuel cell 24 and between the reforming unit 23 and the fuel cell 24. The temperature of the combustion portion 26 formed by the combustion of the fuel off-gas and the oxidant gas off-gas is detected. Therefore, the temperature sensor 29 can detect the temperature of the combustion unit 26 in which the oxidant gas delivered by the fluid device 44a is directly involved, and the fluid device control unit 63 can detect the fluid device based on the temperature of the combustion unit 26. It is possible to set the control amount DF necessary for controlling the drive of 44a. Therefore, the fuel cell system 1 of the present embodiment can appropriately set the control amount DF necessary for driving and controlling the fluid device 44a when the fluid is an oxidant gas. The drive can be controlled.
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、流体は、発電に使用する流体であれば良く、酸化剤ガスに限定されるものではない。流体は、例えば、改質用原料または改質水であっても良い。流体機器が改質用原料を送出する場合、温度センサ２９は、改質部２３に設けると良い。流体機器が改質水を送出する場合、温度センサ２９は、蒸発部２２に設けると良い。
<Others>
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention. For example, the fluid may be any fluid used for power generation, and is not limited to the oxidant gas. The fluid may be, for example, a reforming raw material or reforming water. When the fluid device delivers the reforming raw material, the temperature sensor 29 is preferably provided in the reforming unit 23. When the fluid device sends out the reforming water, the temperature sensor 29 is preferably provided in the evaporation unit 22.
また、燃料（改質用原料）および改質水の送出量（供給量）は、水蒸気改質反応を効率良く行わせる観点から、酸化剤ガスと比べて、より正確である必要がある。そのため、既述した実施形態では、改質水ポンプ４１ａには、圧力センサ４１ｂが設けられ、原料ポンプ４２ａには、流量センサ４２ｂが設けられている。例えば、圧力センサ４１ｂおよび流量センサ４２ｂのうちの少なくとも一方が故障したときには、実施形態と同様にして、故障により送出できなくなった流体（燃料および改質水のうちの少なくとも一方）を送出し続けて、燃料電池システム１の運転を継続させることもできる。この場合、制御装置６０は、故障を燃料電池システム１の使用者などに知らせる発報部を備えると好適である。これにより、燃料電池システム１の上述した故障に起因する停止時間を低減するとともに、早急な故障対応を促すことができる。
Further, the delivery amount (supply amount) of fuel (reforming raw material) and reforming water needs to be more accurate than the oxidant gas from the viewpoint of efficiently performing the steam reforming reaction. Therefore, in the embodiment described above, the reforming water pump 41a is provided with the pressure sensor 41b, and the raw material pump 42a is provided with the flow rate sensor 42b. For example, when at least one of the pressure sensor 41b and the flow rate sensor 42b fails, the fluid (at least one of fuel and reformed water) that cannot be sent out due to the failure is continuously sent out as in the embodiment. The operation of the fuel cell system 1 can be continued. In this case, it is preferable that the control device 60 includes a notification unit that notifies the user of the fuel cell system 1 of the failure. As a result, the downtime caused by the above-described failure of the fuel cell system 1 can be reduced and prompt failure response can be promoted.
