JP5352286B2 - Fuel cell system and fuel cell operating method - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell and a fuel cell operating method.

燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.

例えば、固体酸化物型燃料電池(ＳＯＦＣ)等の高温作動型燃料電池は、炭化水素燃料を改質して得られた水素を含有する燃料ガスを利用して発電している。固体酸化物型燃料電池の作動温度は、例えば、６００℃〜１０００℃程度である。   For example, a high temperature operation type fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC) generates power using a fuel gas containing hydrogen obtained by reforming a hydrocarbon fuel. The operating temperature of the solid oxide fuel cell is, for example, about 600 ° C to 1000 ° C.

高温作動型燃料電池では、供給された燃料の一部は未反応燃料としてオフガス燃焼室等で燃焼し、その燃焼熱の一部は燃料電池の高温維持に利用される。また、発電時に生じる熱も燃料電池の高温維持に利用される。   In the high temperature operation type fuel cell, a part of the supplied fuel is burned as an unreacted fuel in an off-gas combustion chamber or the like, and a part of the combustion heat is used for maintaining the high temperature of the fuel cell. The heat generated during power generation is also used for maintaining the high temperature of the fuel cell.

ここで、供給燃料の発熱量（燃焼熱量）に対する、燃料電池の発電反応に相当する熱量（燃料電池の発電電力に相当する熱量と、燃料電池における発熱量に相当する熱量の和）の比は、一般に燃料利用率と呼ばれる。また、燃料電池に供給される酸化剤ガス中の酸素量に対する、発電に用いられる酸素量の比は、一般に酸化剤利用率と呼ばれる。   Here, the ratio of the amount of heat corresponding to the power generation reaction of the fuel cell (the sum of the amount of heat corresponding to the power generated by the fuel cell and the amount of heat corresponding to the amount of heat generated in the fuel cell) to the amount of heat generated by the supplied fuel (the amount of combustion heat) is Commonly referred to as fuel utilization. The ratio of the amount of oxygen used for power generation to the amount of oxygen in the oxidant gas supplied to the fuel cell is generally called the oxidant utilization rate.

高温作動型燃料電池は、温度を所定値以上に維持しながら運転することが一般的である。ここで、一定時間、同一発電負荷を継続可能な運転を、熱自立運転と称する。特許文献１には、燃料量および空気量を制御することによって熱自立運転を可能とする技術が開示されている。   In general, a high-temperature operating fuel cell is operated while maintaining a temperature at a predetermined value or higher. Here, the operation in which the same power generation load can be continued for a certain period of time is referred to as a heat independent operation. Patent Document 1 discloses a technique that enables thermal self-sustained operation by controlling the amount of fuel and the amount of air.

特開２００６−３２２６２号公報JP 2006-32262 A

しかしながら、特許文献１の技術では、燃料量および空気量を制御するに際して数百度の温度検出が可能な温度センサを用いている。このような温度センサは高価であるため、コスト増が課題となる。また、温度センサを用いると、高温に対する耐久性が課題となる。   However, the technique of Patent Document 1 uses a temperature sensor capable of detecting a temperature of several hundred degrees when controlling the amount of fuel and the amount of air. Since such a temperature sensor is expensive, an increase in cost becomes a problem. Further, when a temperature sensor is used, durability against high temperatures becomes a problem.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、温度センサを用いることなく熱自立運転を可能とする燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell operation method that enable a heat independent operation without using a temperature sensor.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の電気負荷の積分値を取得する積分値取得手段と、積分値取得手段の取得結果に基づいて燃料電池の燃料利用率および酸化剤利用率の少なくともいずれか一方を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、積分値取得手段によって取得された電気負荷の積分値が所定値以上であれば、燃料利用率を、燃料電池の熱自立運転可能な基準値以上の値に補正することを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池の電気負荷の積分値に基づいて燃料電池の温度を推定することができ、その推定結果に基づいて燃料利用率および酸化剤利用率を制御することができる。したがって、温度センサを用いることなく、燃料電池の熱自立運転を実現することができる。 A fuel cell system according to the present invention includes an integral value acquisition unit that acquires an integral value of an electric load of a fuel cell, and at least one of a fuel usage rate and an oxidant usage rate of the fuel cell based on an acquisition result of the integration value acquisition unit. Control means for controlling either of them, and the control means is capable of operating the fuel cell as a fuel cell when the integrated value of the electrical load acquired by the integrated value acquiring means is greater than or equal to a predetermined value. It is characterized by correcting to a value equal to or higher than a reference value . In the fuel cell system according to the present invention, the temperature of the fuel cell can be estimated based on the integral value of the electric load of the fuel cell, and the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate are controlled based on the estimation result. Can do. Therefore, it is possible to realize the heat independent operation of the fuel cell without using the temperature sensor.

制御手段は、積分値取得手段によって取得された電気負荷の積分値が大きいほど燃料利用率および酸化剤利用率の少なくともいずれか一方をより大きい値に補正してもよい。電気負荷は、燃料電池の発電電流であってもよい。   The control means may correct at least one of the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate to a larger value as the integral value of the electric load obtained by the integral value obtaining unit is larger. The electric load may be a generated current of the fuel cell.

本発明に係る燃料電池の運転方法は、燃料電池の電気負荷の積分値を取得する積分値取得ステップと、積分値取得ステップにおける取得結果に基づいて燃料電池の燃料利用率および酸化剤利用率の少なくともいずれか一方を制御する制御ステップと、を含み、制御ステップは、積分値取得ステップにおいて取得された電気負荷の積分値が所定値以上であれば、燃料利用率を、燃料電池の熱自立運転可能な基準値以上の値に補正するステップであることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の運転方法においては、燃料電池の電気負荷の積分値に基づいて燃料電池の温度を推定することができ、その推定結果に基づいて燃料利用率および酸化剤利用率を制御することができる。したがって、温度センサを用いることなく、燃料電池の熱自立運転を実現することができる。 An operation method of a fuel cell according to the present invention includes an integration value acquisition step of acquiring an integral value of an electric load of the fuel cell, and the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate of the fuel cell based on the acquisition result in the integration value acquisition step. viewed including a control step for controlling at least one, the, control step, if the integrated value of the electric load obtained in the integration value acquisition step is greater than a predetermined value, the fuel utilization ratio, the fuel cell of the thermally self The step is a step of correcting to a value that is equal to or higher than a drivable reference value . In the fuel cell operation method according to the present invention, the temperature of the fuel cell can be estimated based on the integral value of the electric load of the fuel cell, and the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate are controlled based on the estimation result. can do. Therefore, it is possible to realize the heat independent operation of the fuel cell without using the temperature sensor.

制御ステップは、積分値取得ステップにおいて取得された電気負荷の積分値が大きいほど燃料利用率をより大きい値に補正するステップであってもよい。電気負荷は、燃料電池の発電電流であってもよい。   The control step may be a step of correcting the fuel utilization rate to a larger value as the integrated value of the electric load acquired in the integrated value acquiring step is larger. The electric load may be a generated current of the fuel cell.

本発明によれば、温度センサを用いることなく熱自立運転を可能とする燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system and the operation method of a fuel cell which enable a heat independent operation without using a temperature sensor can be provided.

実施例１に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Example 1. FIG. （ａ）は燃料電池に要求される電気負荷を求める際に実行されるフローチャートの一例を示す図であり、（ｂ）は発電電流とｄＩ算出基準値と指標用積分値との関係を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the flowchart performed when calculating | requiring the electric load requested | required of a fuel cell, (b) is a figure which shows the relationship between generated electric current, dI calculation reference value, and the integral value for an indicator. It is. （ａ）は指標用積分値に基づいて燃料利用率を補正する場合に実行されるフローチャートの一例を示す図であり、（ｂ）は燃料電池に要求される要求発電電力と要求発電電流との関係を示すマップの一例であり、（ｃ）は要求発電電流と基本燃料利用率との関係を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the flowchart performed when correct | amending a fuel utilization factor based on the integral value for parameter | indexes, (b) is the figure of the request | required generated power required for a fuel cell, and a request | required generated electric current. It is an example of the map which shows a relationship, (c) is a figure which shows the relationship between a request | requirement electric power generation current and a basic fuel utilization factor. 図２（ｂ）に要求発電電流、判定値および基準値を重ね合わせた関係図の一例である。FIG. 2B is an example of a relationship diagram in which a required power generation current, a determination value, and a reference value are superimposed on FIG.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、実施例１に係る燃料電池システム１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、制御部１０、燃料ガス供給部２０、改質水供給部３０、酸化剤ガス供給部４０、改質器５０、燃料電池６０、電流検知器７０、および熱交換器８０を備える。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell system 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a control unit 10, a fuel gas supply unit 20, a reforming water supply unit 30, an oxidant gas supply unit 40, a reformer 50, a fuel cell 60, and a current detector 70. And a heat exchanger 80.

制御部１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。燃料ガス供給部２０は、炭化水素等の燃料ガスを改質部５１に供給するための燃料ポンプ等を含む。改質水供給部３０は、改質部５１における改質反応に必要な改質水を貯蔵する改質水タンク３１、改質水タンク３１に貯蔵された改質水を改質部５１に供給するための改質水ポンプ３２等を含む。   The control unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and the like. The fuel gas supply unit 20 includes a fuel pump for supplying fuel gas such as hydrocarbons to the reforming unit 51. The reforming water supply unit 30 supplies the reforming water tank 31 that stores the reforming water necessary for the reforming reaction in the reforming unit 51, and supplies the reforming water stored in the reforming water tank 31 to the reforming unit 51. Including a reforming water pump 32 and the like.

酸化剤ガス供給部４０は、カソード６１にエア等の酸化剤ガスを供給するためのエアポンプ等を含む。改質器５０は、改質部５１および燃焼室５２を含む。燃料電池６０は、カソード６１とアノード６２とによって電解質が挟持された構造を有する。電流検知器７０は、燃料電池６０の発電電流を検知するための電流計である。   The oxidant gas supply unit 40 includes an air pump or the like for supplying an oxidant gas such as air to the cathode 61. The reformer 50 includes a reforming unit 51 and a combustion chamber 52. The fuel cell 60 has a structure in which an electrolyte is sandwiched between a cathode 61 and an anode 62. The current detector 70 is an ammeter for detecting the generated current of the fuel cell 60.

続いて、燃料電池システム１００の動作の概要を説明する。燃料ガス供給部２０は、制御部１０の指示に従って必要量の燃料ガスを改質部５１に供給する。改質水ポンプ３２は、制御部１０の指示に従って必要量の改質水を改質部５１に供給する。改質部５１は、燃焼室５２で発生する熱を利用した改質反応によって燃料ガスと改質水とから水素を生成する。生成された水素は、アノード６２に供給される。   Next, an outline of the operation of the fuel cell system 100 will be described. The fuel gas supply unit 20 supplies a required amount of fuel gas to the reforming unit 51 in accordance with instructions from the control unit 10. The reforming water pump 32 supplies a necessary amount of reforming water to the reforming unit 51 in accordance with instructions from the control unit 10. The reforming unit 51 generates hydrogen from the fuel gas and the reformed water by a reforming reaction using heat generated in the combustion chamber 52. The generated hydrogen is supplied to the anode 62.

酸化剤ガス供給部４０は、制御部１０の指示に従って必要量の酸化剤ガスをカソード６１に供給する。それにより、燃料電池６０において発電が行われる。カソード６１から排出されたカソードオフガスおよびアノード６２から排出されたアノードオフガスは、燃焼室５２に流入する。燃焼室５２においては、アノードオフガスがカソードオフガス中の酸素によって燃焼する。燃焼によって得られた熱は、改質部５１および燃料電池６０に与えられる。このように、燃料電池システム１００においては、アノードオフガス中に含まれる水素、一酸化炭素等の可燃成分を燃焼室５２において燃焼させることができる。   The oxidant gas supply unit 40 supplies a necessary amount of oxidant gas to the cathode 61 in accordance with instructions from the control unit 10. Thereby, power generation is performed in the fuel cell 60. The cathode offgas discharged from the cathode 61 and the anode offgas discharged from the anode 62 flow into the combustion chamber 52. In the combustion chamber 52, the anode off gas burns with oxygen in the cathode off gas. The heat obtained by the combustion is given to the reforming unit 51 and the fuel cell 60. Thus, in the fuel cell system 100, combustible components such as hydrogen and carbon monoxide contained in the anode off gas can be burned in the combustion chamber 52.

熱交換器８０は、燃焼室５２から排出された排気ガスと水道水との間で熱交換する。熱交換によって排気ガスから得られた凝縮水は、改質水タンク３１に貯蔵される。電流検知器７０は、燃料電池６０の発電電流を検知し、その結果を制御部１０に与える。制御部１０は、電流検知器７０の結果に応じて燃料利用率および酸化剤利用率の少なくとも一方を制御する。   The heat exchanger 80 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the combustion chamber 52 and tap water. Condensed water obtained from the exhaust gas by heat exchange is stored in the reformed water tank 31. The current detector 70 detects the generated current of the fuel cell 60 and gives the result to the control unit 10. The control unit 10 controls at least one of the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate according to the result of the current detector 70.

ここで、燃料電池６０の発電に伴う発熱について説明する。燃料電池６０は、発電に伴って熱を発生する。この熱は、燃料電池６０の暖機または温度維持に利用される。したがって、燃料電池６０に要求される電気負荷（燃料電池６０の発電電流、発電電圧、および発電電力）の積分値は、燃料電池６０の温度と相関を有する。   Here, heat generation accompanying the power generation of the fuel cell 60 will be described. The fuel cell 60 generates heat along with power generation. This heat is used to warm up or maintain the temperature of the fuel cell 60. Therefore, the integrated value of the electrical load required for the fuel cell 60 (the generated current, the generated voltage, and the generated power of the fuel cell 60) has a correlation with the temperature of the fuel cell 60.

例えば、所定時間内における電気負荷の積分値が大きい場合、燃料電池６０の温度が高くなっている。この場合、燃料電池６０は、十分な余熱を有している。したがって、要求される電気負荷が減少して燃料電池６０の発熱量が減少しても、燃料電池６０は、余熱によって熱自立運転可能である。したがって、燃料電池６０が余熱を有している場合に、燃料ガス供給部２０からの燃料ガス供給量を低減させることによって燃料利用率を上昇させても、燃料電池６０の熱自立運転を維持することができる。この場合、燃料ガスの使用量を低減させることができることから、燃料電池システム１００のシステム効率が向上する。同様に、燃料電池６０が余熱を有している場合に、酸化剤ガス供給部４０からの酸化剤ガス供給量を低減させることによって酸化剤利用率を上昇させた場合、燃料電池システム１００のシステム効率が向上する。   For example, when the integrated value of the electric load within a predetermined time is large, the temperature of the fuel cell 60 is high. In this case, the fuel cell 60 has sufficient residual heat. Therefore, even if the required electric load is reduced and the amount of heat generated by the fuel cell 60 is reduced, the fuel cell 60 can be operated independently by the remaining heat. Therefore, when the fuel cell 60 has residual heat, even if the fuel utilization rate is increased by reducing the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 20, the thermal self-sustained operation of the fuel cell 60 is maintained. be able to. In this case, since the amount of fuel gas used can be reduced, the system efficiency of the fuel cell system 100 is improved. Similarly, when the fuel cell 60 has residual heat and the oxidant utilization rate is increased by reducing the amount of oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit 40, the system of the fuel cell system 100. Efficiency is improved.

本実施例においては、制御部１０は、所定時間内の燃料電池６０の電気負荷の積分値を指標として、燃料電池６０の熱自立運転を維持しつつ、燃料利用率および酸化剤利用率の少なくとも一方を制御する。本実施例によれば電気負荷の積分値に応じて燃料電池６０の温度を推定することができることから、温度センサを用いる必要がない。したがって、温度センサのコストおよび温度センサの高温耐久性は問題にならない。   In the present embodiment, the control unit 10 uses the integrated value of the electric load of the fuel cell 60 within a predetermined time as an index, and maintains at least the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate while maintaining the thermal self-sustained operation of the fuel cell 60. Control one. According to the present embodiment, since the temperature of the fuel cell 60 can be estimated according to the integrated value of the electric load, it is not necessary to use a temperature sensor. Therefore, the cost of the temperature sensor and the high temperature durability of the temperature sensor are not a problem.

以下、電気負荷の積分値に基づいた燃料利用率の制御について説明する。図２（ａ）は、燃料電池６０の電気負荷を求める際に実行されるフローチャートの一例を示す図である。図２（ａ）のフローチャートは、所定の周期（例えば１００ｍｓごと）に実行される。   Hereinafter, control of the fuel utilization rate based on the integrated value of the electric load will be described. FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a flowchart executed when the electric load of the fuel cell 60 is obtained. The flowchart of FIG. 2A is executed at a predetermined cycle (for example, every 100 ms).

図２（ａ）に示すように、制御部１０は、電流検知器７０の検知結果に基づいて、燃料電池６０の発電電流I_fcを計測する（ステップＳ１）。次に、制御部１０は、下記式（１）に従って電流差分dIを算出する（ステップＳ２）。なお、下記式（１）において、「I_ref」はdI算出基準値である。dI算出基準値I_refは、例えば、燃料電池６０が発電を継続した場合に熱自立運転可能な最小発電電流値（４．５Ａ程度）である。
dI＝I_fc−I_ref （１） As shown in FIG. 2A, the control unit 10 measures the generated current I_fc of the fuel cell 60 based on the detection result of the current detector 70 (step S1). Next, the control unit 10 calculates a current difference dI according to the following equation (1) (step S2). In the following formula (1), “I_ref” is a dI calculation reference value. The dI calculation reference value I_ref is, for example, a minimum generated current value (about 4.5 A) that can be operated in a thermally independent manner when the fuel cell 60 continues to generate power.
dI = I_fc−I_ref (1)

次に、制御部１０は、下記式（２）に従って、燃料電池６０の負荷分布を判断するための指標用積分値ΣdIを算出する（Ｓ１３）。なお、下記式（２）において、「k１」は、指標用積分値ΣdIの桁数が膨大にならないように調整するための係数であり、例えば１０００である。
ΣdI＝ΣdI＋dI／k１ （２） Next, the control unit 10 calculates an index integral value ΣdI for determining the load distribution of the fuel cell 60 according to the following equation (2) (S13). In the following formula (2), “k 1 ” is a coefficient for adjusting the number of digits of the index integral value ΣdI so as not to become enormous, and is 1000, for example.
ΣdI = ΣdI + dI / k 1 (2)

図２（ｂ）は、発電電流I_fcとdI算出基準値I_refと指標用積分値ΣdIとの関係を示す図である。図２（ｂ）に示すように、発電電流I_fcがdI算出基準値I_refを上回る場合には指標用積分値ΣdIは増加し、発電電流I_fcがdI算出基準値I_refを下回る場合には指標用積分値ΣdIは減少する。   FIG. 2B is a diagram illustrating a relationship among the generated current I_fc, the dI calculation reference value I_ref, and the index integral value ΣdI. As shown in FIG. 2B, when the generated current I_fc exceeds the dI calculation reference value I_ref, the indicator integral value ΣdI increases, and when the generated current I_fc falls below the dI calculation reference value I_ref, the indicator integration. The value ΣdI decreases.

図３（ａ）は、指標用積分値ΣdIに基づいて燃料利用率を補正する場合に実行されるフローチャートの一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、制御部１０は、燃料電池６０に要求される要求発電電流I_reqが判定値I_req_refを上回るか否かを判定する（ステップＳ１１）。要求発電電流I_reqは、燃料電池６０に要求される要求発電電力から求めることができる。図３（ｂ）は、燃料電池６０に要求される要求発電電力と要求発電電流I_reqとの関係を示すマップの一例である。図３（ｂ）に示すように、要求発電電流I_reqは、要求発電電力の増加に伴って増加する。判定値I_req_refは、燃料利用率を補正するか否かの要否の基準値（例えば３．０Ａ程度）である。   FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a flowchart executed when the fuel utilization rate is corrected based on the integral value for index ΣdI. As shown in FIG. 3A, the control unit 10 determines whether or not the required power generation current I_req required for the fuel cell 60 exceeds the determination value I_req_ref (step S11). The required generated current I_req can be obtained from the required generated power required for the fuel cell 60. FIG. 3B is an example of a map showing the relationship between the required generated power required for the fuel cell 60 and the required generated current I_req. As shown in FIG. 3B, the required generated current I_req increases as the required generated power increases. The determination value I_req_ref is a reference value (for example, about 3.0 A) as to whether or not to correct the fuel utilization rate.

要求発電電流I_reqが判定値I_req_refを上回っていれば、燃料電池６０が高負荷運転を行っていると判定することができる。この場合、燃料利用率の誤補正を防止するために、燃料利用率の補正制御を行わない。したがって、ステップＳ１１において要求発電電流I_reqが判定値I_req_refを上回っていると判定された場合、制御部１０は、燃料利用率Ufを基本燃料利用率Uf_bseに設定する（ステップＳ１２）。その後、制御部１０は、フローチャートの実行を終了する。なお、基本燃料利用率Uf_bseとは、燃料電池６０の発電量が一定に維持される場合に熱自立運転を維持することができる燃料利用率のことをいう。   If the required power generation current I_req exceeds the determination value I_req_ref, it can be determined that the fuel cell 60 is performing a high load operation. In this case, in order to prevent erroneous correction of the fuel usage rate, the fuel usage rate correction control is not performed. Therefore, when it is determined in step S11 that the required power generation current I_req exceeds the determination value I_req_ref, the control unit 10 sets the fuel utilization rate Uf to the basic fuel utilization rate Uf_bse (step S12). Thereafter, the control unit 10 ends the execution of the flowchart. Note that the basic fuel utilization rate Uf_bse refers to a fuel utilization rate that can maintain the thermal self-sustaining operation when the power generation amount of the fuel cell 60 is maintained constant.

図３（ｃ）は、要求発電電流I_reqと基本燃料利用率Uf_bseとの関係を示す図である。図３（ｃ）に示すように、基本燃料利用率Uf_bseは、要求発電電流I_reqの増加に伴って増加するが、増加率は徐々に減少する。   FIG. 3C is a diagram showing the relationship between the required power generation current I_req and the basic fuel utilization rate Uf_bse. As shown in FIG. 3C, the basic fuel utilization rate Uf_bse increases as the required power generation current I_req increases, but the increase rate gradually decreases.

ステップＳ１１において要求発電電流I_reqが判定値I_req_refを上回っていると判定されなかった場合、制御部１０は、指標用積分値ΣdIが基準値ΣdI_ref以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。基準値ΣdI_refは、燃料利用率Ufが基本燃料利用率Uf_bse以上であっても燃料電池６０が熱自立運転可能であるか否かを判定するための指標である。   When it is not determined in step S11 that the required power generation current I_req exceeds the determination value I_req_ref, the control unit 10 determines whether or not the index integral value ΣdI is equal to or less than the reference value ΣdI_ref (step S13). The reference value ΣdI_ref is an index for determining whether or not the fuel cell 60 can perform the heat independent operation even when the fuel utilization rate Uf is equal to or higher than the basic fuel utilization rate Uf_bse.

したがって、指標用積分値ΣdIが基準値ΣdI_ref以下であれば、燃料電池６０の余熱が十分ではないと判断することができる。そこで、ステップＳ１３において指標用積分値ΣdIが基準値ΣdI_ref以下であると判定された場合、制御部１０は、ステップＳ１２を実行する。それにより、燃料利用率Ufは、基本燃料利用率Uf_bseに設定される。   Therefore, if the index integral value ΣdI is equal to or less than the reference value ΣdI_ref, it can be determined that the residual heat of the fuel cell 60 is not sufficient. Therefore, when it is determined in step S13 that the index integral value ΣdI is equal to or less than the reference value ΣdI_ref, the control unit 10 executes step S12. Thereby, the fuel usage rate Uf is set to the basic fuel usage rate Uf_bse.

図４は、図２（ｂ）に、要求発電電流I_req、判定値I_req_refおよび基準値ΣdI_refを重ね合わせた関係図の一例である。   FIG. 4 is an example of a relationship diagram in which the required power generation current I_req, the determination value I_req_ref, and the reference value ΣdI_ref are superimposed on FIG.

指標用積分値ΣdIが基準値ΣdI_refを上回っていれば、燃料電池６０の余熱が十分であると判断することができる。そこで、図３のステップＳ１３において指標用積分値ΣdIが基準値ΣdI_ref以下であると判定されなかった場合、制御部１０は、下記式（３）に従って、燃料利用率Ufを補正する（ステップＳ１４）。
Uf＝Uf_bse（１＋k２×（ΣdI−ΣdI_ref）） （３） If the index integral value ΣdI exceeds the reference value ΣdI_ref, it can be determined that the residual heat of the fuel cell 60 is sufficient. Therefore, if it is not determined in step S13 in FIG. 3 that the index integral value ΣdI is equal to or less than the reference value ΣdI_ref, the control unit 10 corrects the fuel utilization rate Uf according to the following equation (3) (step S14). .
Uf = Uf_bse (1 + k 2 × (ΣdI−ΣdI_ref)) (3)

この場合、燃料利用率Ufを、より大きい値に補正することができる。したがって、燃料電池６０の熱自立運転を維持しつつ、燃料ガス供給部２０からの燃料ガス供給量を低減させることができる。その結果、燃料電池システム１００のシステム効率を向上させることができる。また、上記式（３）によれば、指標用積分値ΣdIの値が大きいほど燃料利用率Ufが大きくなる。この場合、燃料ガス供給部２０からの燃料ガス供給量を効率良く低減させることができる。   In this case, the fuel utilization rate Uf can be corrected to a larger value. Therefore, the fuel gas supply amount from the fuel gas supply unit 20 can be reduced while maintaining the heat independent operation of the fuel cell 60. As a result, the system efficiency of the fuel cell system 100 can be improved. Further, according to the above formula (3), the fuel utilization rate Uf increases as the index integral value ΣdI increases. In this case, the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 20 can be efficiently reduced.

なお、本実施例においては電気負荷として発電電流を採用しているが、発電電圧または発電電力を電気負荷として採用してもよい。また、本実施例においては電気負荷の積分値に応じて燃料利用率を制御しているが、それに限られない。例えば、所定時間内における電気負荷の積分値が所定値以上である場合に電気負荷が減少する場合に、酸化剤利用率を増加させてもよく、燃料利用率および酸化剤利用率の両方を増加させてもよい。   In the present embodiment, the generated current is adopted as the electric load, but the generated voltage or the generated power may be adopted as the electric load. In the present embodiment, the fuel utilization rate is controlled in accordance with the integrated value of the electric load, but the present invention is not limited to this. For example, when the electrical load decreases when the integrated value of the electrical load within a predetermined time is equal to or greater than the predetermined value, the oxidant utilization rate may be increased, and both the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate are increased. You may let them.

１０ 制御部
２０ 燃料ガス供給部
３０ 改質水供給部
３１ 改質水タンク
３２ 改質水ポンプ
４０ 酸化剤ガス供給部
５０ 改質器
５１ 改質部
５２ 燃焼室
６０ 燃料電池
６１ カソード
６２ アノード
７０ 電流検知器
８０ 熱交換器
１００ 燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part 20 Fuel gas supply part 30 Reformed water supply part 31 Reformed water tank 32 Reformed water pump 40 Oxidant gas supply part 50 Reformer 51 Reformer 52 Combustion chamber 60 Fuel cell 61 Cathode 62 Anode 70 Current Detector 80 Heat exchanger 100 Fuel cell system

Claims (6)

燃料電池の電気負荷の積分値を取得する積分値取得手段と、
前記積分値取得手段の取得結果に基づいて、前記燃料電池の燃料利用率および酸化剤利用率の少なくともいずれか一方を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記積分値取得手段によって取得された電気負荷の積分値が所定値以上であれば、前記燃料利用率を、前記燃料電池の熱自立運転可能な基準値以上の値に補正することを特徴とする燃料電池システム。 An integral value obtaining means for obtaining an integral value of the electric load of the fuel cell;
Control means for controlling at least one of the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate of the fuel cell based on the acquisition result of the integral value acquisition means ,
If the integrated value of the electrical load acquired by the integrated value acquiring unit is equal to or greater than a predetermined value, the control unit corrects the fuel utilization rate to a value that is equal to or greater than a reference value that allows the fuel cell to perform a heat independent operation. A fuel cell system. 前記制御手段は、前記積分値取得手段によって取得された電気負荷の積分値が大きいほど前記燃料利用率をより大きい値に補正することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the control unit corrects the fuel utilization rate to a larger value as the integrated value of the electric load acquired by the integrated value acquiring unit is larger. 前記電気負荷は、前記燃料電池の発電電流であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 , wherein the electric load is a generated current of the fuel cell. 燃料電池の電気負荷の積分値を取得する積分値取得ステップと、
前記積分値取得ステップにおける取得結果に基づいて、前記燃料電池の燃料利用率および酸化剤利用率の少なくともいずれか一方を制御する制御ステップと、を含み、
前記制御ステップは、前記積分値取得ステップにおいて取得された電気負荷の積分値が所定値以上であれば、前記燃料利用率を、前記燃料電池の熱自立運転可能な基準値以上の値に補正するステップであることを特徴とする燃料電池の運転方法。 An integral value obtaining step for obtaining an integral value of the electric load of the fuel cell;
Based on the obtained result in the integrated value acquiring step, see containing and a control step of controlling at least one of the fuel utilization rate and the oxidant utilization rate of the fuel cell,
In the control step, if the integrated value of the electric load acquired in the integrated value acquiring step is equal to or greater than a predetermined value, the fuel utilization rate is corrected to a value equal to or greater than a reference value that allows the fuel cell to perform thermal self-sustained operation. A method for operating a fuel cell, characterized by comprising steps . 前記制御ステップは、前記積分値取得ステップにおいて取得された電気負荷の積分値が大きいほど前記燃料利用率をより大きい値に補正するステップであることを特徴とする請求項４記載の燃料電池の運転方法。 5. The operation of a fuel cell according to claim 4 , wherein the control step is a step of correcting the fuel utilization rate to a larger value as the integrated value of the electric load acquired in the integrated value acquiring step is larger. Method. 前記電気負荷は、前記燃料電池の発電電流であることを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池の運転方法。 6. The fuel cell operating method according to claim 4 , wherein the electric load is a generated current of the fuel cell.
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