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JP2018163767A - Power generator, fuel cell controller and fuel cell control program - Google Patents

Power generator, fuel cell controller and fuel cell control program Download PDF

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JP2018163767A
JP2018163767A JP2017059564A JP2017059564A JP2018163767A JP 2018163767 A JP2018163767 A JP 2018163767A JP 2017059564 A JP2017059564 A JP 2017059564A JP 2017059564 A JP2017059564 A JP 2017059564A JP 2018163767 A JP2018163767 A JP 2018163767A
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fuel cell
temperature
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vicinity
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Masanori Suehiro
真紀 末廣
泰孝 秋澤
Yasutaka Akisawa
泰孝 秋澤
鈴木 雅人
Masato Suzuki
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Abstract

【課題】発電効率を高める発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムを提供する。【解決手段】発電装置1は、燃料電池20と、燃料電池20近傍の温度を制御する制御部10と、を備え、制御部10は、燃料電池20の稼働時間に応じて燃料電池20近傍の温度を制御し、燃料電池20の稼働初期の時間区分においては、稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、燃料電池20近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する。【選択図】図1A power generation device, a fuel cell control device, and a fuel cell control program for improving power generation efficiency are provided. A power generation apparatus includes a fuel cell and a control unit that controls a temperature in the vicinity of the fuel cell. The control unit is arranged in the vicinity of the fuel cell in accordance with an operation time of the fuel cell. The temperature is controlled so that the temperature increase in the vicinity of the fuel cell 20 is larger in the time segment in the initial operation of the fuel cell 20 than in the time segment next to the time segment in the initial operation. [Selection] Figure 1

Description

本開示は、発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムに関する。より詳細には、本開示は、燃料電池を備える発電装置、燃料電池の制御装置、および、このような装置に実行させる燃料電池の制御プログラムに関する。   The present disclosure relates to a power generation device, a fuel cell control device, and a fuel cell control program. More specifically, the present disclosure relates to a power generation device including a fuel cell, a fuel cell control device, and a fuel cell control program executed by such a device.

例えば固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell(以下、SOFCと記す))のような燃料電池を備える発電システムでは、一般的に、燃料電池モジュールのセルスタックが発電する際の温度を制御する。例えば、燃料電池モジュールのセルスタックが発電する際の温度が一定に保たれるように、例えばセルスタック近傍などの温度を制御することがある。また、例えば特許文献1は、燃料電池の累積稼働時間が長くなるにつれて、燃料電池の作動の制限温度が高くなるように設定し、この制限温度を超えないように温度制御することを提案している。   For example, in a power generation system including a fuel cell such as a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC), a temperature at which a cell stack of a fuel cell module generates power is generally controlled. . For example, the temperature in the vicinity of the cell stack, for example, may be controlled so that the temperature when the cell stack of the fuel cell module generates power is kept constant. Further, for example, Patent Document 1 proposes that the limit temperature of operation of the fuel cell is set higher as the cumulative operation time of the fuel cell becomes longer, and temperature control is performed so as not to exceed this limit temperature. Yes.

特開2010−114000号公報JP 2010-114000 A

例えばSOFCのような燃料電池においては、発電する際の作動温度は、発電効率に影響する。このため、燃料電池を備える発電システムにおいては、作動温度を適切に制御して、発電効率を高くすることが望ましい。   For example, in a fuel cell such as SOFC, the operating temperature at the time of power generation affects the power generation efficiency. For this reason, in a power generation system including a fuel cell, it is desirable to appropriately control the operating temperature to increase power generation efficiency.

本開示の目的は、発電効率を高める発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムを提供することにある。   An object of the present disclosure is to provide a power generation device, a fuel cell control device, and a fuel cell control program that increase power generation efficiency.

本開示の第1の観点に係る発電装置は、燃料電池と、前記燃料電池近傍の温度を制御する制御部と、を備える。
前記制御部は、前記燃料電池の稼働時間に応じて当該燃料電池近傍の温度を制御する。また、前記制御部は、前記燃料電池の稼働初期の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する。
A power generation device according to a first aspect of the present disclosure includes a fuel cell and a control unit that controls a temperature in the vicinity of the fuel cell.
The control unit controls the temperature in the vicinity of the fuel cell according to the operation time of the fuel cell. Further, the control unit performs control so that the temperature increase in the vicinity of the fuel cell is greater in the time segment in the initial operation period of the fuel cell than in the time segment next to the time segment in the initial operation period.

本開示の第2の観点に係る燃料電池の制御装置は、燃料電池の稼働時間に応じて当該燃料電池近傍の温度を制御する。
前記制御装置は、前記燃料電池の稼働初期の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する。
The fuel cell control device according to the second aspect of the present disclosure controls the temperature in the vicinity of the fuel cell according to the operating time of the fuel cell.
The control device performs control so that the temperature increase in the vicinity of the fuel cell is larger in the time segment in the initial operation period of the fuel cell than in the time segment next to the time segment in the initial operation period.

本開示の第3の観点に係る燃料電池の制御プログラムは、燃料電池を制御する制御装置に、燃料電池の稼働時間に応じて当該燃料電池近傍の温度を制御するステップを実行させる。
また、前記制御プログラムは、前記制御装置に、前記燃料電池の稼働初期の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御するステップを実行させる。
A control program for a fuel cell according to a third aspect of the present disclosure causes a control device that controls the fuel cell to execute a step of controlling the temperature in the vicinity of the fuel cell according to the operating time of the fuel cell.
In addition, the control program causes the control device to increase the temperature in the vicinity of the fuel cell in a time segment in the initial operation period of the fuel cell more than in a time segment next to the time segment in the initial operation period. The control step is executed.

本開示によれば、発電効率を高める発電装置、燃料電池の制御装置、および燃料電池の制御プログラムを提供することができる。   According to the present disclosure, it is possible to provide a power generation device, a fuel cell control device, and a fuel cell control program that increase power generation efficiency.

本開示の実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing roughly the composition of the power generator concerning the embodiment of this indication. 本開示の実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an operation of the power generation device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る目標温度の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the target temperature which concerns on embodiment of this indication. 本開示の実施形態に係る発電装置の他の動作を示すフローチャートである。14 is a flowchart illustrating another operation of the power generation device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る目標温度の他の例を説明する図である。It is a figure explaining other examples of target temperature concerning an embodiment of this indication. 本開示の実施形態に係る発電装置の構成の変形例を概略的に示す機能ブロック図である。FIG. 10 is a functional block diagram schematically showing a modification of the configuration of the power generation device according to the embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本開示の実施形態に係る発電装置の構成を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. First, a configuration of a power generation device according to an embodiment of the present disclosure will be described.

図1は、本開示の実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram schematically illustrating a configuration of a power generation device according to an embodiment of the present disclosure.

図1に示すように、本開示の実施形態に係る発電装置1は、貯湯タンク60と、負荷100と、商用電源(grid)200に接続される。また、図1に示すように、発電装置1は、外部からガスおよび空気が供給されることにより発電し、発電した電力を負荷100等に供給する。   As shown in FIG. 1, the power generation device 1 according to an embodiment of the present disclosure is connected to a hot water storage tank 60, a load 100, and a commercial power supply (grid) 200. As shown in FIG. 1, the power generation apparatus 1 generates power by supplying gas and air from the outside, and supplies the generated power to a load 100 and the like.

図1に示すように、発電装置1は、制御部10と、記憶部12と、燃料電池モジュール20と、供給部30と、インバータ40と、排熱回収処理部50と、循環水処理部52と、を備える。   As shown in FIG. 1, the power generation apparatus 1 includes a control unit 10, a storage unit 12, a fuel cell module 20, a supply unit 30, an inverter 40, an exhaust heat recovery processing unit 50, and a circulating water processing unit 52. And comprising.

発電装置1は、以下にさらに詳細に述べられるように、種々の機能を実行するための制御および処理能力を提供するために、制御部10として少なくとも1つのプロセッサを含む。種々の実施形態によれば、少なくとも1つのプロセッサは、単一の集積回路(IC)として、または複数の通信可能に接続された集積回路ICおよび/またはディスクリート回路(discrete circuits)として実行されてもよい。少なくとも1つのプロセッサは、種々の既知の技術に従って実行されることが可能である。   The power generator 1 includes at least one processor as the controller 10 to provide control and processing capabilities for performing various functions, as will be described in further detail below. According to various embodiments, at least one processor may be implemented as a single integrated circuit (IC) or as a plurality of communicatively connected integrated circuits ICs and / or discrete circuits. Good. The at least one processor can be implemented according to various known techniques.

ある実施形態において、プロセッサは、1以上のデータ計算手続または処理を実行するために構成された、1以上の回路またはユニットを含む。例えば、プロセッサは、1以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはこれらのデバイスもしくは構成の任意の組み合わせ、または他の既知のデバイスもしくは構成の組み合わせを含むことにより、以下に説明する機能を実行してもよい。   In certain embodiments, the processor includes one or more circuits or units configured to perform one or more data computation procedures or processes. For example, a processor may be one or more processors, controllers, microprocessors, microcontrollers, application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors, programmable logic devices, field programmable gate arrays, or any of these devices or configurations The functions described below may be performed by including combinations or combinations of other known devices or configurations.

制御部10は、記憶部12と、燃料電池モジュール20と、供給部30とに接続され、これらの各機能部をはじめとして発電装置1の全体を制御および管理する。制御部10は、記憶部12に記憶されているプログラムを取得して、このプログラムを実行することにより、発電装置1の各部に係る種々の機能を実現する。制御部10から他の機能部に制御信号または各種の情報などを送信する場合、制御部と他の機能部とは、有線または無線により接続されていればよい。制御部10が行う本実施形態に特徴的な制御については、さらに後述する。また、本実施形態において、制御部10は、セルスタック24の稼働時間(例えば発電時間)を計測するなど、所定の時間を計測することができるものとする。   The control unit 10 is connected to the storage unit 12, the fuel cell module 20, and the supply unit 30, and controls and manages the entire power generation apparatus 1 including these functional units. The control unit 10 obtains a program stored in the storage unit 12 and executes this program, thereby realizing various functions related to each unit of the power generation device 1. When transmitting a control signal or various types of information from the control unit 10 to other functional units, the control unit and the other functional units may be connected by wire or wirelessly. Control characteristic of this embodiment performed by the control unit 10 will be further described later. Moreover, in this embodiment, the control part 10 shall measure predetermined time, such as measuring the operation time (for example, power generation time) of the cell stack 24. FIG.

記憶部12は、制御部10から取得した情報を記憶する。また記憶部12は、制御部10によって実行されるプログラム等を記憶する。その他、記憶部12は、例えば制御部10による演算結果などの各種データも記憶する。さらに、記憶部12は、制御部10が動作する際のワークメモリ等も含むことができるものとして、以下説明する。記憶部12は、例えば半導体メモリまたは磁気ディスク等により構成することができるが、これらに限定されず、任意の記憶装置とすることができる。例えば、記憶部12は、光ディスクのような光学記憶装置としてもよいし、光磁気ディスクなどとしてもよい。   The storage unit 12 stores information acquired from the control unit 10. The storage unit 12 stores a program executed by the control unit 10. In addition, the memory | storage part 12 memorize | stores various data, such as a calculation result by the control part 10, for example. Further, the storage unit 12 will be described below as including a work memory when the control unit 10 operates. The storage unit 12 can be configured by, for example, a semiconductor memory or a magnetic disk, but is not limited thereto, and can be any storage device. For example, the storage unit 12 may be an optical storage device such as an optical disk or a magneto-optical disk.

燃料電池モジュール20は、改質器22と、セルスタック24とを備えている。燃料電池モジュール20のセルスタック24は、供給部30から供給されるガス(燃料ガス)などを用いて発電し、発電した直流電力をインバータ40に出力する。燃料電池モジュール20は、ホットモジュールとも呼ばれる。燃料電池モジュール20において、セルスタック24は、発電に伴い発熱する。本開示において、実際に発電を行うセルスタック24を、適宜、「燃料電池」と記す。また、本開示において、セルスタック24を含めた任意の機能部も、適宜、「燃料電池」と総称することがある。例えば、「燃料電池」としては、他に、単体のセル、または燃料電池モジュールなどが挙げられる。   The fuel cell module 20 includes a reformer 22 and a cell stack 24. The cell stack 24 of the fuel cell module 20 generates power using gas (fuel gas) supplied from the supply unit 30 and outputs the generated DC power to the inverter 40. The fuel cell module 20 is also called a hot module. In the fuel cell module 20, the cell stack 24 generates heat with power generation. In the present disclosure, the cell stack 24 that actually generates power is appropriately referred to as a “fuel cell”. In the present disclosure, any functional unit including the cell stack 24 may be collectively referred to as “fuel cell” as appropriate. For example, as the “fuel cell”, a single cell, a fuel cell module, or the like can be given.

改質器22は、供給部30から供給されるガスおよび改質水を用いて、水素および/または一酸化炭素を生成する。セルスタック24は、改質器22で生成された水素および/または一酸化炭素と、空気中の酸素とを反応させることにより、発電する。すなわち、本実施形態において、燃料電池のセルスタック24は、電気化学反応により発電する。なお、改質器としては、前述の水蒸気改質を行う改質器を例示しているが、他の改質器として、酸素を含む空気等を用いて水素を生成する部分酸化改質(Partial Oxidation(POX))を行う改質器等であってもよい。   The reformer 22 generates hydrogen and / or carbon monoxide using the gas and reformed water supplied from the supply unit 30. The cell stack 24 generates electricity by reacting hydrogen and / or carbon monoxide generated in the reformer 22 with oxygen in the air. That is, in the present embodiment, the cell stack 24 of the fuel cell generates power by an electrochemical reaction. As the reformer, the reformer that performs the above-described steam reforming is illustrated, but as another reformer, partial oxidation reforming (partial reforming) that generates hydrogen using air containing oxygen or the like. A reformer or the like that performs Oxidation (POX) may be used.

以下、セルスタック24は、SOFC(固体酸化物型燃料電池)であるとして説明する。しかしながら、本実施形態に係るセルスタック24はSOFCに限定されない。本実施形態に係るセルスタック24は、例えば固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell(PEFC))、りん酸形燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell(PAFC))、および溶融炭酸塩形燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC))などのような燃料電池で構成してもよい。また、本実施形態において、セルスタック24は、例えば単体で700W程度の発電ができるものを4つ備えてもよい。この場合、燃料電池モジュール20は、全体として3kW程度の電力を出力することができる。しかしながら、本実施形態に係るセルスタック24および燃料電池モジュール20は、このような構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。例えば、本実施形態に係る燃料電池モジュール20は、セルスタック24を1つのみ備えるようにしてもよい。本実施形態において、発電装置1は、ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えていればよい。したがって、例えば、発電装置1は、燃料電池として、セルスタック24ではなく、単に燃料電池セル1つのみを備えるものも想定できる。また、本実施形態に係る燃料電池は、例えばPEFCのように、モジュールのない燃料電池としてもよい。   Hereinafter, the cell stack 24 will be described as an SOFC (solid oxide fuel cell). However, the cell stack 24 according to the present embodiment is not limited to the SOFC. The cell stack 24 according to the present embodiment includes, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and a molten carbonate fuel cell (PAFC). A fuel cell such as Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) may be used. In the present embodiment, the cell stack 24 may include, for example, four cells that can generate about 700 W of power alone. In this case, the fuel cell module 20 can output about 3 kW of electric power as a whole. However, the cell stack 24 and the fuel cell module 20 according to the present embodiment are not limited to such a configuration, and various configurations can be adopted. For example, the fuel cell module 20 according to the present embodiment may include only one cell stack 24. In this embodiment, the electric power generating apparatus 1 should just be provided with the fuel cell which produces electric power using gas. Therefore, for example, the power generation device 1 can be assumed to have only one fuel cell instead of the cell stack 24 as a fuel cell. Further, the fuel cell according to the present embodiment may be a fuel cell without a module such as PEFC.

供給部30は、ガス供給部32と、空気供給部34と、改質水供給部36とを備える。すなわち、供給部30は、セルスタック24にガス、空気、および改質水を供給する。   The supply unit 30 includes a gas supply unit 32, an air supply unit 34, and a reforming water supply unit 36. That is, the supply unit 30 supplies gas, air, and reformed water to the cell stack 24.

ガス供給部32は、セルスタック24にガスを供給する。このとき、ガス供給部32は、制御部10からの制御信号に基づいて、セルスタック24に供給するガスの量を制御する。本実施形態において、ガス供給部32は、例えばガスラインによって構成することができる。またガス供給部32は、ガスの脱硫処理を行ってもよいし、ガスを予備的に加熱してもよい。ガスを加熱する熱源として、セルスタック24の排熱が利用されてもよい。ガスは、例えば、都市ガス、またはLPG等であるが、これらに限定されない。例えば、ガスは、燃料電池に応じて、天然ガスまたは石炭ガスなどとしてもよい。本実施形態において、ガス供給部32は、セルスタック24が発電する際の電気化学反応に用いられる燃料ガスを供給する。   The gas supply unit 32 supplies gas to the cell stack 24. At this time, the gas supply unit 32 controls the amount of gas supplied to the cell stack 24 based on a control signal from the control unit 10. In this embodiment, the gas supply part 32 can be comprised by a gas line, for example. Moreover, the gas supply part 32 may perform the desulfurization process of gas, and may heat gas preliminarily. The exhaust heat of the cell stack 24 may be used as a heat source for heating the gas. The gas is, for example, city gas or LPG, but is not limited thereto. For example, the gas may be natural gas or coal gas depending on the fuel cell. In the present embodiment, the gas supply unit 32 supplies a fuel gas used for an electrochemical reaction when the cell stack 24 generates power.

空気供給部34は、セルスタック24に空気を供給する。このとき、空気供給部34は、制御部10からの制御信号に基づいて、セルスタック24に供給する空気の量を制御する。本実施形態において、空気供給部34は、例えば空気ラインによって構成することができる。また空気供給部34は、外部から取り込んだ空気を予備的に加熱して、セルスタック24に供給してもよい。空気を加熱する熱源として、セルスタック24の排熱が利用されてもよい。本実施形態において、空気供給部34は、セルスタック24が発電する際の電気化学反応に用いられる空気を供給する。   The air supply unit 34 supplies air to the cell stack 24. At this time, the air supply unit 34 controls the amount of air supplied to the cell stack 24 based on a control signal from the control unit 10. In this embodiment, the air supply part 34 can be comprised by an air line, for example. The air supply unit 34 may preliminarily heat the air taken from the outside and supply the air to the cell stack 24. The exhaust heat of the cell stack 24 may be used as a heat source for heating the air. In the present embodiment, the air supply unit 34 supplies air used for an electrochemical reaction when the cell stack 24 generates power.

改質水供給部36は、水蒸気を生成してセルスタック24に供給する。このとき、改質水供給部36は、制御部10からの制御信号に基づいて、セルスタック24に供給する水蒸気の量を制御する。本実施形態において、改質水供給部36は、例えば改質水ラインによって構成することができる。改質水供給部36は、セルスタック24の排気から回収された水を原料として水蒸気を生成してもよい。水蒸気を生成する熱源として、セルスタック24の排熱が利用されてもよい。   The reforming water supply unit 36 generates steam and supplies it to the cell stack 24. At this time, the reforming water supply unit 36 controls the amount of water vapor supplied to the cell stack 24 based on a control signal from the control unit 10. In the present embodiment, the reforming water supply unit 36 can be configured by, for example, a reforming water line. The reforming water supply unit 36 may generate water vapor using water recovered from the exhaust gas of the cell stack 24 as a raw material. The exhaust heat of the cell stack 24 may be used as a heat source for generating water vapor.

インバータ40は、燃料電池モジュール20に接続される。インバータ40は、セルスタック24が発電した直流電力を、交流電力に変換する。インバータ40から出力される直流電力は、分電盤などを介して、負荷100に供給される。負荷100は、分電盤などを介して、インバータ40から出力された電力を受電する。図1において、負荷100は、1つのみの部材として図示してあるが、負荷を構成する任意の個数の各種電気機器とすることができる。また、負荷100は、分電盤などを介して、商用電源200から受電することもできる。図1において、インバータ40と制御部10との接続は図示していないが、インバータ40と制御部10とを接続してもよい。この接続により、制御部10は、インバータ40による交流電力の出力を制御することができる。   The inverter 40 is connected to the fuel cell module 20. The inverter 40 converts the DC power generated by the cell stack 24 into AC power. The DC power output from the inverter 40 is supplied to the load 100 via a distribution board or the like. The load 100 receives the power output from the inverter 40 via a distribution board or the like. In FIG. 1, the load 100 is illustrated as a single member, but can be an arbitrary number of various electrical devices constituting the load. The load 100 can also receive power from the commercial power supply 200 via a distribution board or the like. In FIG. 1, the connection between the inverter 40 and the control unit 10 is not shown, but the inverter 40 and the control unit 10 may be connected. With this connection, the control unit 10 can control the output of AC power by the inverter 40.

排熱回収処理部50は、セルスタック24の発電により生じる排気から、排熱を回収する。排熱回収処理部50は、例えば熱交換器等で構成することができる。排熱回収処理部50は、循環水処理部52および貯湯タンク60に接続される。   The exhaust heat recovery processing unit 50 recovers exhaust heat from the exhaust generated by the power generation of the cell stack 24. The exhaust heat recovery processing unit 50 can be configured with, for example, a heat exchanger. The exhaust heat recovery processing unit 50 is connected to the circulating water processing unit 52 and the hot water storage tank 60.

循環水処理部52は、貯湯タンク60から排熱回収処理部50へ水を循環させる。排熱回収処理部50に供給された水は、排熱回収処理部50で回収された熱によって加熱され、貯湯タンク60に戻る。排熱回収処理部50は、排熱を回収した排気を外部に排出する。また、上述のように、排熱回収処理部50で回収された熱は、ガス、空気、または改質水の加熱などに用いることができる。   The circulating water processing unit 52 circulates water from the hot water storage tank 60 to the exhaust heat recovery processing unit 50. The water supplied to the exhaust heat recovery processing unit 50 is heated by the heat recovered by the exhaust heat recovery processing unit 50 and returns to the hot water storage tank 60. The exhaust heat recovery processing unit 50 exhausts the exhaust from which the exhaust heat has been recovered to the outside. Further, as described above, the heat recovered by the exhaust heat recovery processing unit 50 can be used for heating gas, air, or reformed water.

貯湯タンク60は、排熱回収処理部50および循環水処理部52に接続される。貯湯タンク60は、燃料電池モジュール20のセルスタック24などから回収された排熱を利用して生成された湯を、貯えることができる。   The hot water storage tank 60 is connected to the exhaust heat recovery processing unit 50 and the circulating water processing unit 52. The hot water storage tank 60 can store hot water generated using the exhaust heat recovered from the cell stack 24 of the fuel cell module 20 or the like.

図1に示すように、発電装置1は、セルスタック24が発電する電流を検出する電流センサ70を備えている。電流センサ70は、図1に示すように、燃料電池モジュール20からインバータ40に向けて出力される直流の電流を検出する位置に設置することができる。しかしながら、電流センサ70は、セルスタック24が発電する電流を検出可能な位置であれば、他の位置に設置してもよい。電流センサ70は、例えばCT(Current Transformer)などにより構成することができる。しかしながら、電流センサ70は、CTに限定されず、電流を測定できる部材であれば、任意のものを採用することができる。例えば、電流センサ70は、ホール素子方式、ロゴスキー方式、またはゼロフラックス方式など原理に基づくものとしてもよい。電流センサ70は、制御部10に接続される。電流センサ70は、検出した電流に基づく信号を制御部10に送信する。この信号を受信することで、制御部10は、セルスタック24が発電する電流を把握することができる。   As illustrated in FIG. 1, the power generation device 1 includes a current sensor 70 that detects a current generated by the cell stack 24. As shown in FIG. 1, the current sensor 70 can be installed at a position for detecting a direct current output from the fuel cell module 20 toward the inverter 40. However, the current sensor 70 may be installed at other positions as long as the current generated by the cell stack 24 can be detected. The current sensor 70 can be configured by, for example, a CT (Current Transformer). However, the current sensor 70 is not limited to CT, and any member can be employed as long as it is a member that can measure current. For example, the current sensor 70 may be based on a principle such as a Hall element method, a Rogowski method, or a zero flux method. The current sensor 70 is connected to the control unit 10. The current sensor 70 transmits a signal based on the detected current to the control unit 10. By receiving this signal, the control unit 10 can grasp the current generated by the cell stack 24.

本実施形態において、制御部10は、セルスタック24の温度を制御する。また、本実施形態において、制御部10は、改質器22およびセルスタック24を含めた燃料電池モジュール20の系全体などの温度を制御してもよい。このような、セルスタック24の温度制御によって、セルスタック24の発電効率は変化し得る。制御部10によるセルスタック24の温度制御については、さらに後述する。   In the present embodiment, the control unit 10 controls the temperature of the cell stack 24. In the present embodiment, the control unit 10 may control the temperature of the entire system of the fuel cell module 20 including the reformer 22 and the cell stack 24. Such power control of the cell stack 24 can change the power generation efficiency of the cell stack 24. The temperature control of the cell stack 24 by the control unit 10 will be further described later.

また、図1に示すように、発電装置1は、セルスタック24近傍の温度を検出する温度センサ80を備えている。温度センサ80は、図1に示すように、セルスタック24近傍の温度を検出する位置に設置することができる。ここで、温度センサ80が温度を検出するセルスタック24近傍とは、発電装置1においてセルスタック24の温度制御を行うための基準となる温度の測定に好適な位置、例えばセルスタック24が発生する熱が適度に伝導する位置とすることができる。また、本実施形態において、温度センサ80が温度を検出するセルスタック24近傍とは、セルスタック24そのものが存在する位置であってもよい。また、温度センサ80が温度を検出するセルスタック24近傍とは、例えばセルスタック24の全体、またはセルスタック24内部の一部(例えばセル)などであってもよい。   As shown in FIG. 1, the power generation device 1 includes a temperature sensor 80 that detects the temperature in the vicinity of the cell stack 24. As shown in FIG. 1, the temperature sensor 80 can be installed at a position for detecting the temperature in the vicinity of the cell stack 24. Here, the vicinity of the cell stack 24 where the temperature sensor 80 detects the temperature is a position suitable for measuring a temperature serving as a reference for controlling the temperature of the cell stack 24 in the power generation apparatus 1, for example, the cell stack 24 is generated. It can be a position where heat is conducted appropriately. In the present embodiment, the vicinity of the cell stack 24 where the temperature sensor 80 detects the temperature may be a position where the cell stack 24 itself exists. Further, the vicinity of the cell stack 24 where the temperature sensor 80 detects the temperature may be, for example, the entire cell stack 24 or a part of the cell stack 24 (for example, a cell).

温度センサ80は、例えば熱電対などにより構成することができる。この場合、例えば、セルスタック24に空気を導入する導入板の中に、熱電対が挿入されるようにしてもよい。一方、温度センサ80は、当該温度センサ80を構成する素材によっては、過度の高熱を計測できない場合も想定される。このような場合、温度センサ80は、例えばセルスタック24から離れているが、セルスタック24が発生する熱が伝導する位置における温度を検出してもよい。温度センサ80がセルスタック24から離れている場合、温度センサ80が温度を検出するセルスタック24近傍とは、例えばセルスタック24上方の燃焼部に位置してもよい。また、温度センサ80がセルスタック24から離れている場合、温度センサ80が温度を検出するセルスタック24近傍とは、前記燃焼部上方から少し離れていても、セルスタック24付近の温度を十分に測定できる位置であればよい。   The temperature sensor 80 can be constituted by, for example, a thermocouple. In this case, for example, a thermocouple may be inserted into an introduction plate that introduces air into the cell stack 24. On the other hand, the temperature sensor 80 is assumed to be unable to measure excessively high heat depending on the material constituting the temperature sensor 80. In such a case, the temperature sensor 80 is separated from the cell stack 24, for example, but may detect the temperature at a position where the heat generated by the cell stack 24 is conducted. When the temperature sensor 80 is away from the cell stack 24, the vicinity of the cell stack 24 where the temperature sensor 80 detects the temperature may be located, for example, in the combustion section above the cell stack 24. Further, when the temperature sensor 80 is away from the cell stack 24, the temperature near the cell stack 24 where the temperature sensor 80 detects the temperature is sufficiently high even if the temperature sensor 80 is slightly away from above the combustion part. Any position that can be measured is acceptable.

温度センサ80は、熱電対に限定されず、温度を測定できる部材であれば、任意のものを採用することができる。例えば、温度センサ80は、サーミスタまたは白金測温抵抗体としてもよい。温度センサ80は、制御部10に接続される。温度センサ80は、検出した温度に基づく信号を制御部10に送信する。この信号を受信することで、制御部10は、セルスタック24近傍の温度を把握することができる。   The temperature sensor 80 is not limited to a thermocouple, and any member can be adopted as long as it is a member capable of measuring temperature. For example, the temperature sensor 80 may be a thermistor or a platinum resistance temperature detector. The temperature sensor 80 is connected to the control unit 10. The temperature sensor 80 transmits a signal based on the detected temperature to the control unit 10. By receiving this signal, the control unit 10 can grasp the temperature near the cell stack 24.

温度センサ80は、図1に示すように1つのみ設置する構成に限定されない。例えば、燃料電池モジュール20がセルスタック24を4つ備える場合、それぞれのセルスタック24に温度センサ80を設置してもよい。この場合、制御部10は、それぞれのセルスタック24の温度を個別に把握してもよいし、4つのセルスタック24の温度の平均を把握してもよい。   The temperature sensor 80 is not limited to a configuration in which only one temperature sensor 80 is installed as shown in FIG. For example, when the fuel cell module 20 includes four cell stacks 24, the temperature sensor 80 may be installed in each cell stack 24. In this case, the control unit 10 may grasp the temperature of each cell stack 24 individually or may grasp the average of the temperatures of the four cell stacks 24.

次に、本開示の実施形態に係る発電装置1の動作を説明する。   Next, operation | movement of the electric power generating apparatus 1 which concerns on embodiment of this indication is demonstrated.

本実施形態において、発電装置1は、セルスタック24の積算発電時間に応じて、セルスタック24近傍の温度を制御する。ここで、発電装置1が温度を制御するセルスタック24近傍とは、発電装置1においてセルスタック24の温度制御を行うのに好適な位置、例えば上述した温度センサ80が温度を検出する位置とすることができる。また、燃料電池としての一例が単体セルの場合、発電装置1が温度を制御する単体セル近傍は、単体セルが発生する熱が適度に伝導する位置とすることができる。例えば、単体セルそのものが存在する位置であってもよいし、単体セルの全体、または単体セル内部の一部などであってもよい。また、単体セルが過度の高熱になるため温度を計測できない場合、発電装置1が温度を制御する単体セル近傍とは、例えば単体セルから離れているが、単体セルが発生する熱が伝導する位置であってもよい。燃料電池としての一例がセルスタック24の場合、発電装置1が温度を制御するセルスタック24近傍は、セルスタック24が発生する熱が適度に伝導する位置とすることができる。例えば、セルスタック24そのものが存在する位置であってもよいし、セルスタック24の内部全体、またはセルスタック24のうちいずれかのセルが存在する付近の位置であってもよい。   In the present embodiment, the power generation device 1 controls the temperature in the vicinity of the cell stack 24 according to the accumulated power generation time of the cell stack 24. Here, the vicinity of the cell stack 24 where the power generation device 1 controls the temperature is a position suitable for controlling the temperature of the cell stack 24 in the power generation device 1, for example, a position where the temperature sensor 80 described above detects the temperature. be able to. Moreover, when an example as a fuel cell is a single cell, the vicinity of the single cell in which the power generation device 1 controls the temperature can be a position where heat generated by the single cell is appropriately conducted. For example, it may be a position where the single cell itself exists, or may be the entire single cell or a part of the single cell. Further, when the temperature cannot be measured because the unit cell becomes excessively hot, the vicinity of the unit cell where the power generation device 1 controls the temperature is, for example, a position where the heat generated by the unit cell is conducted away from the unit cell. It may be. When an example of the fuel cell is the cell stack 24, the vicinity of the cell stack 24 where the power generation device 1 controls the temperature can be a position where the heat generated by the cell stack 24 is appropriately conducted. For example, it may be a position where the cell stack 24 itself exists, or may be a position in the vicinity of where the entire cell stack 24 or any cell in the cell stack 24 exists.

上述したように、セルスタック24が発電する際の作動温度は、セルスタック24の発電効率に影響する。特に、セルスタック24が発電を開始した初期においては、セルスタック24の初期劣化が発生する。したがって、セルスタック24が発電する際の作動温度を適切に制御しないと、発電効率が充分高くならない。このため、本実施形態においては、セルスタック24の発電効率を高めるために、セルスタック24が発電する際の作動温度を制御する。以下、発電装置1の動作をより詳細に説明する。   As described above, the operating temperature at which the cell stack 24 generates power affects the power generation efficiency of the cell stack 24. In particular, at the initial stage when the cell stack 24 starts power generation, the initial deterioration of the cell stack 24 occurs. Therefore, unless the operating temperature when the cell stack 24 generates power is appropriately controlled, the power generation efficiency is not sufficiently high. For this reason, in this embodiment, in order to increase the power generation efficiency of the cell stack 24, the operating temperature when the cell stack 24 generates power is controlled. Hereinafter, operation | movement of the electric power generating apparatus 1 is demonstrated in detail.

図2は、本実施形態に係る発電装置1の動作を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the power generation device 1 according to this embodiment.

まず、本実施形態における目標温度の算出処理について説明する。本実施形態において、発電装置1の制御部10は、セルスタック24が発電する電流と、セルスタック24の発で時間とに応じて、セルスタック24の温度制御を行うための目標温度を算出する。   First, target temperature calculation processing in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the control unit 10 of the power generation apparatus 1 calculates a target temperature for performing temperature control of the cell stack 24 according to the current generated by the cell stack 24 and the time from the start of the cell stack 24. .

図2に示す動作が開始するのは、発電装置1が発電を開始する時点、すなわちセルスタック24が発電を開始する時点とすることができる。図2に示す動作が開始すると、制御部10は、セルスタック24が発電を開始するように制御する(ステップS11)。ステップS11においては、制御部10は、セルスタック24が発電を開始するように、改質器22および供給部30などを制御する。このように、セルスタック24が発電を開始する動作は、一般的な燃料電池の制御と同様に行うことができるため、より詳細な説明は省略する。   The operation shown in FIG. 2 can be started when the power generation device 1 starts power generation, that is, when the cell stack 24 starts power generation. When the operation shown in FIG. 2 starts, the control unit 10 controls the cell stack 24 to start power generation (step S11). In step S11, the control unit 10 controls the reformer 22, the supply unit 30, and the like so that the cell stack 24 starts power generation. Thus, since the operation | movement which the cell stack 24 starts electric power generation can be performed similarly to control of a general fuel cell, more detailed description is abbreviate | omitted.

ステップS11においてセルスタック24が発電を開始したら、制御部10は、電流センサ70が検出した直流電流の電流値を取得する(ステップS12)。   When the cell stack 24 starts power generation in step S11, the control unit 10 acquires the current value of the direct current detected by the current sensor 70 (step S12).

ステップS12において電流値を取得したら、制御部10は、セルスタック24の積算発電時間を取得する(ステップS13)。ステップS13においてセルスタック24の積算発電時間を取得するために、制御部10は、セルスタック24が発電を開始してからの発電時間を、所定のタイミングで検出する。本実施形態において、セルスタック24の発電時間とは、厳密にセルスタック24が発電を行っている時間に限定されるものではない。例えば、セルスタック24が発電している時間の代わりに、燃料電池モジュール20が作動している時間、または燃料電池セルが発電している時間などとしてもよい。本開示において、ステップS13で取得するのは、「燃料電池の積算稼働時間」のように総称することができる。具体的には、本実施形態において、燃料電池の稼働時間とは、セルスタック24が発電している発電時間とすることができる。この発電時間は、セルスタック24などの温度が所定以上となった際にカウントされる時間とすることができる。また、この発電時間は、例えばセルスタック24が発電する電流(または電力)が所定以上となった際にカウントされる時間とすることができる。   When the current value is acquired in step S12, the control unit 10 acquires the accumulated power generation time of the cell stack 24 (step S13). In order to obtain the accumulated power generation time of the cell stack 24 in step S13, the control unit 10 detects the power generation time after the cell stack 24 starts power generation at a predetermined timing. In the present embodiment, the power generation time of the cell stack 24 is not strictly limited to the time during which the cell stack 24 is generating power. For example, instead of the time when the cell stack 24 is generating power, the time when the fuel cell module 20 is operating or the time when the fuel cell is generating power may be used. In the present disclosure, what is acquired in step S13 can be collectively referred to as “accumulated operating time of the fuel cell”. Specifically, in the present embodiment, the operation time of the fuel cell can be the power generation time during which the cell stack 24 generates power. The power generation time can be a time counted when the temperature of the cell stack 24 or the like becomes equal to or higher than a predetermined temperature. The power generation time can be a time counted when, for example, the current (or power) generated by the cell stack 24 exceeds a predetermined value.

また、本実施形態において、セルスタック24の積算発電時間とは、セルスタック24から電力が出力されている時間のみを積算したものに限定されない。例えば、燃料電池は、所定期間連続で運転を継続した場合、安全機能を正常に作動させる等の目的で、発電を停止することがある。したがって、本実施形態において、積算発電時間とは、例えば、このような発電が停止している時間を含めたものとしてもよいし、このような発電が停止している時間を除いたものとしてもよい。   Further, in the present embodiment, the accumulated power generation time of the cell stack 24 is not limited to a value obtained by integrating only the time during which power is output from the cell stack 24. For example, when the fuel cell continues to operate for a predetermined period, the fuel cell may stop power generation for the purpose of normally operating the safety function. Therefore, in the present embodiment, the accumulated power generation time may include, for example, the time when such power generation is stopped, or may exclude the time when such power generation is stopped. Good.

制御部10は、このようにして検出したセルスタック24の発電時間を、記憶部12に記憶しておくことができる。この場合、制御部10は、記憶部12から、セルスタック24の積算発電時間を取得することができる。また、例えば、セルスタック24において、発電時間を積算して記録する機構を備えるようにしてもよい。この場合、制御部10は、セルスタック24から、積算発電時間を直接取得することができる。   The control unit 10 can store the power generation time of the cell stack 24 detected in this way in the storage unit 12. In this case, the control unit 10 can acquire the accumulated power generation time of the cell stack 24 from the storage unit 12. For example, the cell stack 24 may include a mechanism for accumulating and recording the power generation time. In this case, the control unit 10 can directly acquire the accumulated power generation time from the cell stack 24.

ステップS13において積算発電時間を取得したら、制御部10は、ステップS12で取得した電流値、およびステップS13で取得した積算発電時間に基づいて、これらに対応する目標温度を算出する(ステップS14)。ここで、目標温度とは、セルスタック24の温度制御を行う際に到達を目指す温度である。目標温度に向けて行うセルスタック24の温度制御の具体例については、後述する。   When the integrated power generation time is acquired in step S13, the control unit 10 calculates a target temperature corresponding to the current value acquired in step S12 and the integrated power generation time acquired in step S13 (step S14). Here, the target temperature is a temperature aimed at reaching when the temperature control of the cell stack 24 is performed. A specific example of the temperature control of the cell stack 24 performed toward the target temperature will be described later.

ステップS14において目標温度を算出するために、発電装置1は、セルスタック24が発電している電流値と、セルスタック24の積算発電時間と、に対応する目標温度を設定し、記憶部12に記憶しておく。ここで、発電装置1は、セルスタック24が発電している電流の電流値と、セルスタック24の積算発電時間とに応じた目標温度を、ルックアップテーブル(LUT)のような対応表として、記憶部12に記憶することができる。また、発電装置1は、セルスタック24が発電している電流の電流値に応じて、目標温度の計算式を、セルスタック24の積算発電時間の関数として、記憶部12に記憶してもよい。さらに、発電装置1は、セルスタック24が発電している電流の電流値に応じて、代表的ないくつかの積算発電時間についての目標温度を記憶部12に記憶してもよい。この場合、制御部10は、現在のセルスタック24の積算発電時間に最も近い代表的な積算発電時間の目標温度を読み出し、実際の積算発電時間を考慮して、読み出した目標温度を補正してもよい。   In order to calculate the target temperature in step S14, the power generation apparatus 1 sets a target temperature corresponding to the current value generated by the cell stack 24 and the accumulated power generation time of the cell stack 24, and stores the target temperature in the storage unit 12. Remember. Here, the power generation device 1 uses a target temperature corresponding to the current value of the current generated by the cell stack 24 and the accumulated power generation time of the cell stack 24 as a correspondence table such as a lookup table (LUT). It can be stored in the storage unit 12. Further, the power generation apparatus 1 may store the calculation formula for the target temperature in the storage unit 12 as a function of the accumulated power generation time of the cell stack 24 according to the current value of the current generated by the cell stack 24. . Further, the power generation apparatus 1 may store the target temperature for some typical integrated power generation times in the storage unit 12 according to the current value of the current generated by the cell stack 24. In this case, the control unit 10 reads the target temperature of the representative accumulated power generation time closest to the current accumulated power generation time of the cell stack 24 and corrects the read target temperature in consideration of the actual accumulated power generation time. Also good.

図3は、ステップS14において算出する目標温度の具体例を説明する図である。以下、本実施形態における目標温度について、さらに説明する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the target temperature calculated in step S14. Hereinafter, the target temperature in the present embodiment will be further described.

図3は、セルスタック24が発電している電流の代表的ないくつかの電流値について、セルスタック24の積算発電時間に対応する目標温度の例を、グラフで示している。図3に示すグラフの横軸は、セルスタック24の積算発電時間を示している。また、図3に示すグラフの縦軸は、セルスタック24の目標温度を示している。   FIG. 3 is a graph showing an example of the target temperature corresponding to the accumulated power generation time of the cell stack 24 for several representative current values of the current generated by the cell stack 24. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the accumulated power generation time of the cell stack 24. Further, the vertical axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the target temperature of the cell stack 24.

図3においては、セルスタック24が発電する電流の代表的ないくつかの電流値として、0[A]の場合、5[A]の場合、そして定格出力の場合(約11[A])について、積算発電時間に応じた目標温度を示してある。図3において、電流値が0[A]の場合の目標温度のグラフは、細かい破線で示してある。また、電流値が5[A]の場合の目標温度のグラフは、粗い破線で示してある。また、電流値が定格(約11[A])の場合の目標温度のグラフは、実線で示してある。   In FIG. 3, some typical current values of the current generated by the cell stack 24 are as follows: 0 [A], 5 [A], and rated output (about 11 [A]). The target temperature according to the accumulated power generation time is shown. In FIG. 3, the graph of the target temperature when the current value is 0 [A] is indicated by a fine broken line. Further, the graph of the target temperature when the current value is 5 [A] is indicated by a rough broken line. Further, the graph of the target temperature when the current value is rated (about 11 [A]) is indicated by a solid line.

図3に示すように、本実施形態においては、セルスタック24の積算発電時間に応じて、目標温度が上昇する大きさが異なるように設定する。図3に示す例では、セルスタック24の積算発電時間を3つの時間区分に分割して、それぞれの時間区分で目標温度が上昇する大きさが異なるようにしている。以下の説明において、セルスタック24の積算発電時間が0〜5000時間の時間区分を、「第1区分」と記す。また、セルスタック24の積算発電時間が5000〜30000時間の時間区分を、「第2区分」と記す。また、セルスタック24の積算発電時間が30000時間以降の時間区分を、「第3区分」と記す。   As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the magnitude of the target temperature rise is set differently according to the accumulated power generation time of the cell stack 24. In the example shown in FIG. 3, the accumulated power generation time of the cell stack 24 is divided into three time segments so that the magnitude of the increase in target temperature is different in each time segment. In the following description, the time section in which the accumulated power generation time of the cell stack 24 is 0 to 5000 hours is referred to as “first section”. In addition, a time section in which the accumulated power generation time of the cell stack 24 is 5000 to 30000 hours is referred to as a “second section”. In addition, a time section in which the accumulated power generation time of the cell stack 24 is 30000 hours or later is referred to as a “third section”.

図3に示す例では、セルスタック24が発電する電流が0[A]の場合、各時間区分において、目標温度を以下のように設定している。
第1区分:640℃から645℃まで上昇
第2区分:645℃から650℃まで上昇
第3区分:650℃に保つ
In the example shown in FIG. 3, when the current generated by the cell stack 24 is 0 [A], the target temperature is set as follows in each time segment.
First division: rise from 640 ° C to 645 ° C Second division: rise from 645 ° C to 650 ° C Third division: keep at 650 ° C

同様に、図3に示す例では、セルスタック24が発電する電流が5[A]の場合、各時間区分において、目標温度を以下のように設定している。
第1区分:655℃から665℃まで上昇
第2区分:665℃から675℃まで上昇
第3区分:675℃に保つ
Similarly, in the example shown in FIG. 3, when the current generated by the cell stack 24 is 5 [A], the target temperature is set as follows in each time segment.
First division: rising from 655 ° C to 665 ° C Second division: rising from 665 ° C to 675 ° C Third division: keeping at 675 ° C

同様に、図3に示す例では、セルスタック24が発電する電流が定格(約11[A])の場合、各時間区分において、目標温度を以下のように設定している。
第1区分:670℃から685℃まで上昇
第2区分:685℃から700℃まで上昇
第3区分:700℃に保つ
Similarly, in the example shown in FIG. 3, when the current generated by the cell stack 24 is rated (about 11 [A]), the target temperature is set as follows in each time segment.
First division: rise from 670 ° C to 685 ° C Second division: rise from 685 ° C to 700 ° C Third division: keep at 700 ° C

図3に示す例においては、いずれの電流値の場合も、例えば所定時間におけるセルスタック24の目標温度の上昇(例えば、温度上昇率)は、第1区分の方が、第2区分よりも大きくなっている。上述したように、セルスタック24が発電を開始した初期においては、セルスタック24の初期劣化が発生する。このため、セルスタック24が発電を開始した初期(稼働初期)の時間区分(第1区分)においては、その次の時間区分(第2区分)よりも、セルスタック24の目標温度の上昇が大きくなるように設定する。このような設定に従ってセルスタック24近傍の温度を制御することで、セルスタック24の発電効率を高めることができる。したがって、セルスタック24が発電を開始した初期の時間区分(第1区分)は、セルスタック24の初期劣化が発生し易い発電を開始した初期の時間区分(例えば積算発電時間0〜5000時間)とするのが好適である。また、セルスタック24の目標温度が上昇する大きさは、セルスタック24の特性など各種要因を考慮して、発電効率が高くなるように適宜設定するのが望ましい。例えば、セルスタック24と同種のセルスタックを稼働(発電)させる試験の結果に基づいて、目標温度が上昇する大きさを適切に設定することができる。   In the example shown in FIG. 3, for any current value, for example, the target temperature increase (for example, the rate of temperature increase) of the cell stack 24 at a predetermined time is larger in the first section than in the second section. It has become. As described above, in the initial stage when the cell stack 24 starts power generation, the initial deterioration of the cell stack 24 occurs. For this reason, in the initial time division (first division) when the cell stack 24 starts generating power, the target temperature of the cell stack 24 increases more than in the next time division (second division). Set as follows. By controlling the temperature in the vicinity of the cell stack 24 according to such settings, the power generation efficiency of the cell stack 24 can be increased. Therefore, the initial time section (first section) at which the cell stack 24 starts power generation is the initial time section (for example, accumulated power generation time 0 to 5000 hours) at which power generation is likely to occur in the cell stack 24. It is preferable to do this. Further, it is desirable that the magnitude of the increase in the target temperature of the cell stack 24 is appropriately set so as to increase the power generation efficiency in consideration of various factors such as the characteristics of the cell stack 24. For example, the magnitude at which the target temperature increases can be appropriately set based on the result of a test for operating (power generation) the same type of cell stack as the cell stack 24.

図3においては、セルスタック24が発電する電流の電流値として、0[A]の場合、5[A]の場合、そして定格出力の場合の例を示してある。上記以外の電流値についても、発電装置1において、図3に示す例と同様に、各時間区分における目標温度を設定して、記憶部12に記憶してもよい。この場合、各電流値について、それぞれの目標温度の値を記憶部12に記憶してもよい。また、それぞれの区分における目標温度の計算式を、各電流値についての関数として記憶してもよい。また、図3に示す例のようないくつかの電流値についての目標温度の値を、各電流値について補正して用いてもよい。また、図3に示されていない電流値または積算発電時間についての目標温度は、例えば線形に内挿する処理などにより算出してもよい。   FIG. 3 shows an example in which the current value generated by the cell stack 24 is 0 [A], 5 [A], and the rated output. As for the current values other than those described above, the power generation device 1 may set the target temperature in each time segment and store it in the storage unit 12 as in the example shown in FIG. In this case, for each current value, each target temperature value may be stored in the storage unit 12. Further, the calculation formula for the target temperature in each section may be stored as a function for each current value. Further, target temperature values for several current values as in the example shown in FIG. 3 may be used after correcting for each current value. Further, the target temperature for the current value or the accumulated power generation time not shown in FIG. 3 may be calculated by, for example, linear interpolation processing.

ステップS14において算出する目標温度は、燃料電池モジュール20が複数のセルスタック24を備える場合、それぞれのセルスタックに応じて異ならせてもよいし、全てのセルスタックにおいて同じにしてもよい。また、燃料電池モジュール20がセルスタック24を例えば4つなど複数備える場合、制御部10は、複数のセルスタック24のうち、最も温度が高いと測定されたものの目標温度を算出してもよい。この場合、セルスタック24内の温度むらを考慮して、負荷が小さい時はセルスタック24内(例えばセルスタック24の中心)の目標温度を下げてもよい。   When the fuel cell module 20 includes a plurality of cell stacks 24, the target temperature calculated in step S14 may be different according to each cell stack, or may be the same for all cell stacks. When the fuel cell module 20 includes a plurality of cell stacks 24 such as four, for example, the control unit 10 may calculate a target temperature of the plurality of cell stacks 24 measured as having the highest temperature. In this case, in consideration of temperature unevenness in the cell stack 24, the target temperature in the cell stack 24 (for example, the center of the cell stack 24) may be lowered when the load is small.

ステップS14において目標温度を算出したら、制御部10は、セルスタック24の発電を終了する指示がされたか否かを判定する(ステップS15)。ステップS15において発電終了の指示がされている場合、制御部S15は、セルスタック24の発電を終了し、図2に示す動作を終了する。一方、ステップS15において発電終了の指示がされていない場合、制御部S15は、ステップS11に戻って処理を続行する。   After calculating the target temperature in step S14, the control unit 10 determines whether or not an instruction to end the power generation of the cell stack 24 has been given (step S15). When an instruction to end power generation is given in step S15, the control unit S15 ends the power generation of the cell stack 24 and ends the operation shown in FIG. On the other hand, if the power generation end instruction is not given in step S15, the control unit S15 returns to step S11 and continues the process.

このように、本実施形態において、制御部10は、セルスタック24の発電時間およびセルスタック24が発電する電流に基づいて、目標温度を設定する。ここで、制御部10は、電流センサ70が検出したセルスタック24が発電する電流に基づいて、目標温度を設定することができる。このような目標温度を参照することにより、制御部10は、セルスタック24近傍の温度を制御する。また、制御部10は、セルスタック24が発電する電流が一定である場合に、セルスタック24が発電を開始した初期の時間区分(第1区分)において、その次の時間区分(第2区分)よりも、目標温度の上昇が大きくなるように設定するのが好適である。   Thus, in the present embodiment, the control unit 10 sets the target temperature based on the power generation time of the cell stack 24 and the current generated by the cell stack 24. Here, the control unit 10 can set the target temperature based on the current generated by the cell stack 24 detected by the current sensor 70. By referring to such a target temperature, the control unit 10 controls the temperature near the cell stack 24. In addition, when the current generated by the cell stack 24 is constant, the control unit 10 performs the next time division (second division) in the initial time division (first division) when the cell stack 24 starts power generation. Rather, it is preferable to set the target temperature so as to increase significantly.

発電装置1が例えば負荷100の消費電力に追従して発電している場合などは、セルスタック24が発電する電力は頻繁に変化し得る。このような場合、目標温度も頻繁に変化し得る。このため、制御部10は、図2に示す目標温度の算出動作を、例えば数ミリ秒ごと等の比較的高頻度のサイクルで行ってもよい。   For example, when the power generation device 1 generates power following the power consumption of the load 100, the power generated by the cell stack 24 can change frequently. In such a case, the target temperature can also change frequently. For this reason, the control unit 10 may perform the target temperature calculation operation shown in FIG. 2 at a relatively high frequency cycle such as every several milliseconds.

次に、本実施形態における温度制御の動作について説明する。発電装置1において、制御部10は、上述のようにして目標温度を算出したら、算出した目標温度に、セルスタック24近傍の温度が近くなるように制御する。   Next, the temperature control operation in the present embodiment will be described. In the power generation apparatus 1, after calculating the target temperature as described above, the control unit 10 controls the temperature near the cell stack 24 to be close to the calculated target temperature.

図4は、本実施形態に係る発電装置1の動作を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the power generation device 1 according to this embodiment.

図4の動作が開始する時点で、図2および図3において説明したようにして、セルスタック24の目標温度が算出されているものとする。図4に示す動作が開始すると、まず、制御部10は、セルスタック24近傍の温度を取得する(ステップS21)。ステップS21においては、制御部10は、温度センサ80が検出した温度を取得することができる。   It is assumed that the target temperature of the cell stack 24 has been calculated as described in FIGS. 2 and 3 at the time when the operation of FIG. 4 starts. When the operation shown in FIG. 4 starts, first, the control unit 10 acquires the temperature near the cell stack 24 (step S21). In step S21, the control unit 10 can acquire the temperature detected by the temperature sensor 80.

ステップS21においてセルスタック24近傍の温度を取得したら、制御部10は、ステップS21で取得した温度が、図2のステップS14で算出した目標温度よりも大きいか否か判定する(ステップS22)。   If the temperature near the cell stack 24 is acquired in step S21, the control unit 10 determines whether or not the temperature acquired in step S21 is higher than the target temperature calculated in step S14 of FIG. 2 (step S22).

ステップS22において、取得した温度が目標温度よりも高いと判定された場合、制御部10は、セルスタック24近傍の温度を下げるのが望ましい。したがって、この場合、制御部10は、セルスタック24に供給される空気の空気利用率を下降させる(ステップS23)。ここで、空気利用率とは、セルスタック24に供給される空気のうち、実際に発電に利用される空気の割合である。セルスタック24において実際に発電に利用される空気の量は、一般的には、あまり急激に変化しない。このため、セルスタック24において空気利用率が下降するとは、セルスタック24に供給される空気の全体量が多くなることを意味する。セルスタック24に供給される空気の全体量が多くなると、余剰の空気が増大するため、セルスタック24近傍の温度は下がることになる。このように、ステップS23において、制御部10は、空気供給部34がセルスタック24に供給する空気を調整することにより、セルスタック24近傍の温度を制御することができる。   In step S22, when it is determined that the acquired temperature is higher than the target temperature, the control unit 10 desirably lowers the temperature in the vicinity of the cell stack 24. Therefore, in this case, the control unit 10 decreases the air utilization rate of the air supplied to the cell stack 24 (step S23). Here, the air utilization rate is the proportion of the air actually used for power generation out of the air supplied to the cell stack 24. In general, the amount of air actually used for power generation in the cell stack 24 does not change very rapidly. For this reason, decreasing the air utilization rate in the cell stack 24 means that the total amount of air supplied to the cell stack 24 is increased. As the total amount of air supplied to the cell stack 24 increases, excess air increases, and the temperature in the vicinity of the cell stack 24 decreases. Thus, in step S23, the control unit 10 can control the temperature in the vicinity of the cell stack 24 by adjusting the air supplied from the air supply unit 34 to the cell stack 24.

また、ステップS22において、セルスタック24近傍の温度を下げるために、制御部10は、セルスタック24に供給されるガスの流入量を減少させてもよい(ステップS23)。セルスタック24に供給されるガス(燃料ガス)の流入量が減少すると、セルスタック24における燃焼が抑制されるため、セルスタック24近傍の温度は下がることになる。このように、ステップS23において、制御部10は、ガス供給部32が供給するガスを調整することにより、セルスタック24近傍の温度を制御してもよい。この場合、セルスタック24に供給されるガスの流入量が減少し過ぎると、失火のおそれがあることを踏まえた上で、温度制御を行うのが望ましい。   In step S22, in order to lower the temperature near the cell stack 24, the control unit 10 may decrease the amount of inflow of gas supplied to the cell stack 24 (step S23). When the inflow amount of the gas (fuel gas) supplied to the cell stack 24 decreases, combustion in the cell stack 24 is suppressed, so that the temperature in the vicinity of the cell stack 24 decreases. Thus, in step S23, the control unit 10 may control the temperature in the vicinity of the cell stack 24 by adjusting the gas supplied by the gas supply unit 32. In this case, it is desirable to perform temperature control in consideration of the possibility of misfire if the amount of inflow of gas supplied to the cell stack 24 decreases excessively.

ステップS23においてセルスタック24近傍の温度を下げるための処理を行ったら、制御部10は、ステップS21に戻って動作を継続する。   If the process for lowering the temperature near the cell stack 24 is performed in step S23, the control unit 10 returns to step S21 and continues the operation.

一方、ステップS22において、取得した温度が目標温度よりも高くないと判定された場合、制御部10は、ステップS21で取得した温度が、図2のステップS14で算出した目標温度よりも小さいか否か判定する(ステップS24)。   On the other hand, when it is determined in step S22 that the acquired temperature is not higher than the target temperature, the control unit 10 determines whether or not the temperature acquired in step S21 is lower than the target temperature calculated in step S14 of FIG. (Step S24).

ステップS24において、取得した温度が目標温度よりも小さいと判定された場合、制御部10は、セルスタック24近傍の温度を上げるのが望ましい。したがって、この場合、制御部10は、ステップS23とは逆に、セルスタック24に供給される空気の空気利用率を上昇させる(ステップS25)。ここで、セルスタック24において空気利用率が上昇するとは、ステップS23とは逆に、セルスタック24に供給される空気の全体量が少なくなることを意味する。セルスタック24に供給される空気の全体量が少なくなると、余剰の空気が減少するため、セルスタック24近傍の温度は上がることになる。また、ステップS24において、セルスタック24近傍の温度を上げるために、制御部10は、セルスタック24に供給されるガスの流入量を増大させてもよい(ステップS25)。   In step S24, when it is determined that the acquired temperature is lower than the target temperature, the control unit 10 desirably increases the temperature in the vicinity of the cell stack 24. Therefore, in this case, contrary to step S23, the control unit 10 increases the air utilization rate of the air supplied to the cell stack 24 (step S25). Here, the increase in the air utilization rate in the cell stack 24 means that the total amount of air supplied to the cell stack 24 is reduced, contrary to step S23. When the total amount of air supplied to the cell stack 24 decreases, excess air decreases, and the temperature in the vicinity of the cell stack 24 increases. In step S24, the controller 10 may increase the inflow amount of gas supplied to the cell stack 24 in order to increase the temperature in the vicinity of the cell stack 24 (step S25).

ステップS25においてセルスタック24近傍の温度を上げるための処理を行ったら、制御部10は、ステップS21に戻って動作を継続する。また、ステップS24において、取得した温度が目標温度よりも小さくないと判定された場合も、制御部10は、ステップS21に戻って動作を継続する。   If the process for raising the temperature of the cell stack 24 vicinity is performed in step S25, the control part 10 will return to step S21 and will continue operation | movement. Moreover, also when it determines with the acquired temperature not being lower than target temperature in step S24, the control part 10 returns to step S21 and continues operation | movement.

図2に示す目標温度の算出動作は、例えば数ミリ秒ごと等の比較的高頻度のサイクルで行ってもよいと説明した。一方、図4において説明した温度制御の動作に伴うセルスタック24近傍の温度は、急激に変化させることは困難である。このため、制御部10は、図4に示す説明した温度制御の動作を、例えば1分につき1℃程度のように、比較的穏やかに変化させるようにしてもよい。   It has been described that the target temperature calculation operation shown in FIG. 2 may be performed in a relatively high frequency cycle such as every several milliseconds. On the other hand, it is difficult to rapidly change the temperature in the vicinity of the cell stack 24 accompanying the temperature control operation described in FIG. For this reason, the control unit 10 may change the operation of the temperature control illustrated in FIG. 4 relatively gently, for example, about 1 ° C. per minute.

また、図2において説明した目標温度の算出動作と、図4において説明した温度制御の動作とは、制御部10において並行する処理として行うのが望ましい。しかしながら、制御部10の性能によっては、例えば図2に示す目標温度の算出動作を高い頻度で行う中で、所定の間隔で図4において説明した温度制御の動作を割り込ませてもよい。   Further, it is desirable that the target temperature calculation operation described with reference to FIG. 2 and the temperature control operation described with reference to FIG. However, depending on the performance of the control unit 10, for example, the temperature control operation described in FIG. 4 may be interrupted at a predetermined interval while the target temperature calculation operation shown in FIG.

このように、本実施形態において、制御部10は、図2のステップS14において算出した目標温度、および図4のステップS21において温度センサ80が検出した温度に基づいて、セルスタック24近傍の温度を制御する。すなわち、本実施形態において、制御部10は、図2のステップS14において算出した目標温度に向けて、セルスタック24近傍の温度を制御する。したがって、制御部10は、セルスタック24の発電時間に応じて、セルスタック24近傍の温度を制御する。また、制御部10は、第1区分においては、第2区分よりも、セルスタック24近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する。ここで、第1区分は、セルスタック24の初期劣化の影響に基づいて設定されるのが好適である。   Thus, in the present embodiment, the control unit 10 calculates the temperature near the cell stack 24 based on the target temperature calculated in step S14 in FIG. 2 and the temperature detected by the temperature sensor 80 in step S21 in FIG. Control. That is, in the present embodiment, the control unit 10 controls the temperature in the vicinity of the cell stack 24 toward the target temperature calculated in step S14 in FIG. Therefore, the control unit 10 controls the temperature in the vicinity of the cell stack 24 according to the power generation time of the cell stack 24. Further, the control unit 10 performs control so that the temperature increase in the vicinity of the cell stack 24 is larger in the first section than in the second section. Here, the first division is preferably set based on the influence of the initial deterioration of the cell stack 24.

以上説明したように、本実施形態にかかる発電装置1によれば、発電効率を高めることができる。   As described above, according to the power generation device 1 according to the present embodiment, the power generation efficiency can be increased.

次に、図2のステップS14において算出する目標温度の他の具体例について説明する。   Next, another specific example of the target temperature calculated in step S14 of FIG. 2 will be described.

図5は、図3と同様に、セルスタック24が発電している電流の代表的ないくつかの電流値について、セルスタック24の積算発電時間に対応する目標温度の例を、グラフで示している。以下、図3と同様になる説明は、適宜、簡略化または省略する。   FIG. 5 is a graph showing examples of target temperatures corresponding to the accumulated power generation time of the cell stack 24 for several typical current values of the current generated by the cell stack 24, as in FIG. Yes. Hereinafter, descriptions similar to those in FIG. 3 are simplified or omitted as appropriate.

図3において説明した例では、セルスタック24の初期劣化を考慮して、第1区分においては、第2区分よりも、セルスタック24の目標温度の上昇が大きくなるように設定した。一方、例えばSOFCのような燃料電池においては、積算発電時間が90000時間程度で寿命となるものがある。そして、このような燃料電池においては、発電可能な時間の末期に近くなると、セルスタック24の劣化の進行が速くなる傾向にある。このため、セルスタック24が発電可能な時間の末期に近くなる時間区分においては、それまでの時間区分よりも、セルスタック24の目標温度の上昇が大きくなるように設定するのが好適である。このような設定に従ってセルスタック24近傍の温度を制御することで、発電可能な時間の末期が近付いたセルスタック24の発電効率を高めることができる。   In the example described with reference to FIG. 3, in consideration of the initial deterioration of the cell stack 24, the target temperature of the cell stack 24 is set to be larger in the first section than in the second section. On the other hand, some fuel cells, such as SOFC, have a lifetime of about 90,000 hours of accumulated power generation. In such a fuel cell, the cell stack 24 tends to progress more rapidly as it approaches the end of the power generation possible time. For this reason, it is preferable to set the target temperature of the cell stack 24 to be higher in the time section near the end of the time during which the cell stack 24 can generate power than in the previous time section. By controlling the temperature in the vicinity of the cell stack 24 according to such a setting, the power generation efficiency of the cell stack 24 that is approaching the end of the power generation possible time can be increased.

図5は、図3よりも長期の積算発電時間に対応する目標温度の例を示している。図5に示す例では、セルスタック24の積算発電時間を4つの時間区分に分割して、それぞれの時間区分で目標温度の上昇の大きさを設定してある。図5において、セルスタック24の積算発電時間が0〜5000時間の時間区分を、図3と同様に「第1区分」と記す。また、図5において、セルスタック24の積算発電時間が5000〜30000時間の時間区分を、図3と同様に「第2区分」と記す。   FIG. 5 shows an example of the target temperature corresponding to the accumulated power generation time longer than that in FIG. In the example shown in FIG. 5, the accumulated power generation time of the cell stack 24 is divided into four time segments, and the magnitude of the target temperature increase is set for each time segment. In FIG. 5, the time section in which the accumulated power generation time of the cell stack 24 is 0 to 5000 hours is referred to as “first section” as in FIG. 3. Further, in FIG. 5, the time section in which the accumulated power generation time of the cell stack 24 is 5000 to 30000 hours is referred to as “second section” as in FIG. 3.

一方、図5においては、セルスタック24の積算発電時間が30000〜70000時間の時間区分を、「第3区分」と記す。さらに、図5においては、図3とは異なり、セルスタック24の積算発電時間が発電可能な時間の末期に近づく70000時間〜90000時間程度の時間区分を、「第4区分」と記す。   On the other hand, in FIG. 5, the time section in which the accumulated power generation time of the cell stack 24 is 30000-70000 hours is referred to as “third section”. Further, in FIG. 5, unlike FIG. 3, a time section of about 70000 hours to 90000 hours approaching the end of the time during which the accumulated power generation time of the cell stack 24 can generate power is referred to as “fourth section”.

図5に示す例において、セルスタック24が発電する電流の電流値が11[A]の場合、第1区分から第3区分までの間は、図3に示した定格出力の場合に近い目標温度を設定してある。また、図5に示す例において、セルスタック24が発電する電流の電流値が5[A]の場合、第1区分から第3区分までの間は、図3に示した5[A]の場合に近い目標温度を設定してある。また、図5に示す例において、セルスタック24が発電する電流の電流値が0[A]の場合、第1区分から第4区分までの間において、同じ目標温度を設定してある。   In the example shown in FIG. 5, when the current value of the current generated by the cell stack 24 is 11 [A], the target temperature close to the case of the rated output shown in FIG. Is set. In the example shown in FIG. 5, when the current value of the current generated by the cell stack 24 is 5 [A], the period from the first division to the third division is the case of 5 [A] shown in FIG. A target temperature close to is set. In the example shown in FIG. 5, when the current value of the current generated by the cell stack 24 is 0 [A], the same target temperature is set between the first section and the fourth section.

すなわち、図5に示す例では、セルスタック24が発電する電流が0[A]の場合、各時間区分において、目標温度を以下のように設定している。
第1区分〜第4区分:660℃に保つ
That is, in the example shown in FIG. 5, when the current generated by the cell stack 24 is 0 [A], the target temperature is set as follows in each time segment.
1st to 4th divisions: maintained at 660 ° C

また、図5に示す例では、セルスタック24が発電する電流が5[A]の場合、各時間区分において、目標温度を以下のように設定している。
第1区分:665℃から670℃まで上昇
第2区分:670℃から675℃まで上昇
第3区分:675℃に保つ
第4区分:675℃から680℃まで上昇
In the example shown in FIG. 5, when the current generated by the cell stack 24 is 5 [A], the target temperature is set as follows in each time segment.
1st division: rising from 665 ° C to 670 ° C 2nd division: rising from 670 ° C to 675 ° C 3rd division: keeping at 675 ° C 4th division: rising from 675 ° C to 680 ° C

同様に、図5に示す例では、セルスタック24が発電する電流が定格(約11[A])の場合、各時間区分において、目標温度を以下のように設定している。
第1区分:670℃から680℃まで上昇
第2区分:680℃から690℃まで上昇
第3区分:690℃に保つ
第4区分:690℃から700℃まで上昇
Similarly, in the example shown in FIG. 5, when the current generated by the cell stack 24 is rated (about 11 [A]), the target temperature is set as follows in each time segment.
1st division: rising from 670 ° C to 680 ° C 2nd division: rising from 680 ° C to 690 ° C 3rd division: keeping at 690 ° C 4th division: rising from 690 ° C to 700 ° C

このように、本実施形態において、制御部10は、第2区分よりも後の時間区分(例えば第4区分)においては、第2区分よりも、セルスタック24の近傍の温度の上昇が大きくなるように制御してもよい。ここで、第2区分よりも後の時間区分(例えば第4区分)は、セルスタック24の発電可能な時間に基づいて設定されてもよい。また、第4区分は、セルスタック24の発電可能な時間の末期が近付いたことに起因する劣化が発生し易い時間区分(例えば積算発電時間70000時間〜90000時間程度)とするのが好適である。さらに、セルスタック24の目標温度の上昇の大きさは、セルスタック24の特性など各種要因を考慮して、発電効率が高くなるように適宜設定するのが望ましい。例えば、セルスタック24と同種のセルスタックを発電可能な時間の末期まで稼働させた試験の結果に基づいて、目標温度の上昇の大きさを適切に設定することができる。   As described above, in the present embodiment, the control unit 10 increases the temperature in the vicinity of the cell stack 24 in the time segment (for example, the fourth segment) after the second segment than in the second segment. You may control as follows. Here, the time section (for example, the fourth section) after the second section may be set based on the time during which the cell stack 24 can generate power. In addition, the fourth division is preferably a time division in which deterioration due to the end of the power generation possible time of the cell stack 24 approaches (for example, an integrated power generation time of about 70000 hours to 90000 hours). . Furthermore, it is desirable to appropriately set the magnitude of the increase in the target temperature of the cell stack 24 so as to increase the power generation efficiency in consideration of various factors such as the characteristics of the cell stack 24. For example, the magnitude of the increase in the target temperature can be appropriately set based on the result of a test in which a cell stack of the same type as the cell stack 24 is operated until the end of the power generation time.

以上説明したように制御しても、本実施形態にかかる発電装置1によれば、発電効率を高めることができる。   Even if it controls as demonstrated above, according to the electric power generating apparatus 1 concerning this embodiment, electric power generation efficiency can be improved.

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each functional unit, each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of functional units, steps, etc. are combined or divided into one. It is possible. In addition, each of the embodiments of the present invention described above is not limited to being performed faithfully to each of the embodiments described above, and is implemented by appropriately combining the features or omitting some of the features. You can also.

例えば、図3および図5に示した目標温度は、各時間区分ごとに直線状(線型的)に変化するグラフとして示した。しかしながら、図3および図5に示した目標温度は、あくまでも例示であり、例えば、各時間区分ごとに曲線的に変化するグラフとして示すことが可能なように変化してもよい。また、図3および図5において、各電流値ごとに示した目標温度の値も、あくまでも例示である。実際にセルスタックに発電させた試験の結果などを考慮して、セルスタックが行う発電の効率が高くなるように、適宜目標温度を設定するのが好適である。   For example, the target temperature shown in FIGS. 3 and 5 is shown as a graph that changes linearly (linearly) for each time segment. However, the target temperature shown in FIGS. 3 and 5 is merely an example, and may change so as to be able to be shown as a graph that changes in a curved manner for each time segment, for example. In addition, in FIGS. 3 and 5, the target temperature value shown for each current value is merely an example. It is preferable to appropriately set the target temperature so that the efficiency of power generation performed by the cell stack is increased in consideration of the result of the test actually generated in the cell stack.

また、図1に示した発電装置1においては、電流センサ70によって検出される、セルスタック24が発電する「電流」に基づいて、目標温度を設定した。しかしながら、本実施形態にかかる発電装置においては、セルスタック24が発電する「電圧」に基づいて、目標温度を設定してもよい。この場合、電流センサ70に代えて、セルスタック24が発電する電圧を検出可能な位置に、電圧計を設置するのが好適である。また、制御部10は、セルスタック24が発電する電圧が一定である場合に、第1区分において、第2区分よりも、目標温度の上昇が大きくなるように設定してもよい。   In the power generation apparatus 1 shown in FIG. 1, the target temperature is set based on the “current” detected by the current sensor 70 and generated by the cell stack 24. However, in the power generation device according to the present embodiment, the target temperature may be set based on the “voltage” generated by the cell stack 24. In this case, instead of the current sensor 70, it is preferable to install a voltmeter at a position where the voltage generated by the cell stack 24 can be detected. Further, the control unit 10 may set the target temperature to increase more in the first section than in the second section when the voltage generated by the cell stack 24 is constant.

以上の開示においては、本実施形態として、SOFCとするセルスタック24を備える発電装置1について説明した。しかしながら、上述したように、本実施形態に係る発電装置1は、SOFCを備えるものに限定されず、例えばモジュールのないPEFCなど、各種の燃料電池を備えるものとすることができる。本開示において「燃料電池」とは、例えば発電システム、発電ユニット、燃料電池モジュール、ホットモジュール、セルスタック、またはセルなどを意味する。したがって、本開示において、燃料電池近傍とは、例えばセルスタック24の近傍などとすることができる。また、本開示において、燃料電池の稼働時間とは、例えばセルスタック24または燃料電池モジュール20の稼働時間などとすることができる。   In the above disclosure, the power generation apparatus 1 including the cell stack 24 serving as the SOFC has been described as the present embodiment. However, as described above, the power generation device 1 according to the present embodiment is not limited to the one provided with the SOFC, and may include various fuel cells such as a PEFC without a module. In the present disclosure, the “fuel cell” means, for example, a power generation system, a power generation unit, a fuel cell module, a hot module, a cell stack, or a cell. Therefore, in the present disclosure, the vicinity of the fuel cell can be, for example, the vicinity of the cell stack 24. In the present disclosure, the operation time of the fuel cell can be, for example, the operation time of the cell stack 24 or the fuel cell module 20.

また、以上の開示においては、本実施形態として、燃料電池を備える発電装置1について説明した。しかしながら、本開示の実施形態は、燃料電池を備える発電装置1に限定されるものではない。   In the above disclosure, the power generation apparatus 1 including a fuel cell has been described as the present embodiment. However, the embodiment of the present disclosure is not limited to the power generation device 1 including a fuel cell.

例えば、本開示の実施形態は、燃料電池を備えずに、燃料電池を外部から制御する、燃料電池の制御装置として実現することもできる。このような実施形態の一例を、図6に示す。図6に示すように、本実施形態に係る燃料電池の制御装置2は、例えば制御部10と、記憶部12とを含んで構成される。制御装置2は、外部の燃料電池1を制御する。すなわち、本実施形態にかかる燃料電池の制御装置2は、燃料電池の稼働時間に応じて燃料電池近傍の温度を制御する。また、燃料電池の制御装置2は、第1区分においては、第2区分よりも、燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する。   For example, the embodiment of the present disclosure can be realized as a fuel cell control device that controls a fuel cell from the outside without including the fuel cell. An example of such an embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the fuel cell control device 2 according to this embodiment includes, for example, a control unit 10 and a storage unit 12. The control device 2 controls the external fuel cell 1. That is, the fuel cell control device 2 according to the present embodiment controls the temperature in the vicinity of the fuel cell in accordance with the operating time of the fuel cell. Further, the fuel cell control device 2 performs control so that the temperature increase in the vicinity of the fuel cell is larger in the first section than in the second section.

さらに、本開示の実施形態は、例えば、上述したような燃料電池の制御装置2に実行させる制御プログラムとして実現することもできる。すなわち、本実施形態にかかる燃料電池の制御プログラムは、燃料電池を制御する制御装置2に、燃料電池の稼働時間に応じて燃料電池近傍の温度を制御するステップを実行させる。また、この制御プログラムは、制御装置2に、第1区分においては、第2区分よりも、燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御するステップを実行させる。   Furthermore, the embodiment of the present disclosure can also be realized as a control program to be executed by the fuel cell control device 2 as described above, for example. That is, the fuel cell control program according to the present embodiment causes the control device 2 that controls the fuel cell to execute a step of controlling the temperature in the vicinity of the fuel cell according to the operating time of the fuel cell. In addition, the control program causes the control device 2 to execute a step of controlling the temperature in the vicinity of the fuel cell to be greater in the first section than in the second section.

1 発電装置
2 制御装置
10 制御部
12 記憶部
20 燃料電池モジュール
22 改質器
24 セルスタック
30 供給部
32 ガス供給部
34 空気供給部
36 改質水供給部
40 インバータ
50 排熱回収処理部
52 循環水処理部
60 貯湯タンク
70 電流センサ
80 温度センサ
100 負荷
200 商用電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generator 2 Control apparatus 10 Control part 12 Memory | storage part 20 Fuel cell module 22 Reformer 24 Cell stack 30 Supply part 32 Gas supply part 34 Air supply part 36 Reformed water supply part 40 Inverter 50 Waste heat recovery process part 52 Circulation Water treatment unit 60 Hot water storage tank 70 Current sensor 80 Temperature sensor 100 Load 200 Commercial power supply

Claims (12)

燃料電池と、
前記燃料電池近傍の温度を制御する制御部と、
を備える発電装置であって、
前記制御部は、前記燃料電池の稼働時間に応じて当該燃料電池近傍の温度を制御し、前記燃料電池の稼働初期の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する、発電装置。
A fuel cell;
A control unit for controlling the temperature in the vicinity of the fuel cell;
A power generator comprising:
The control unit controls the temperature in the vicinity of the fuel cell according to the operation time of the fuel cell, and in the time segment of the operation initial stage of the fuel cell, compared to the time segment next to the time segment of the initial operation period, A power generation device that controls the temperature of the fuel cell to increase so as to increase.
前記燃料電池の稼働初期の時間区分は、当該燃料電池の初期劣化の影響に基づいて設定される、請求項1に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 1, wherein the time division of the initial operation of the fuel cell is set based on an influence of initial deterioration of the fuel cell. 前記制御部は、前記燃料電池の稼働時間および前記燃料電池が発電する電流または電圧に基づいて設定された目標温度を参照することにより、前記燃料電池近傍の温度を制御する、請求項1または2に記載の発電装置。   The control unit controls a temperature in the vicinity of the fuel cell by referring to a target temperature set based on an operation time of the fuel cell and a current or voltage generated by the fuel cell. The power generator described in 1. 前記制御部は、前記燃料電池が発電する電流または電圧が一定である場合に、前記稼働初期の時間区分において、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記目標温度の上昇が大きくなるように設定する、請求項3に記載の発電装置。   When the current or voltage generated by the fuel cell is constant, the control unit increases the target temperature in the initial time segment more than in the next time segment after the initial operation time segment. The power generation device according to claim 3, which is set to be 前記燃料電池が発電する電流を検出する電流センサを備え、
前記制御部は、前記電流センサが検出した前記燃料電池が発電する電流に基づいて、前記目標温度を設定する、請求項4に記載の発電装置。
A current sensor for detecting a current generated by the fuel cell;
The power generation device according to claim 4, wherein the control unit sets the target temperature based on a current generated by the fuel cell detected by the current sensor.
前記燃料電池近傍の温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記目標温度および前記温度センサが検出した温度に基づいて、前記燃料電池近傍の温度を制御する、請求項3から5のいずれかに記載の発電装置。
A temperature sensor for detecting the temperature in the vicinity of the fuel cell;
The power generation device according to claim 3, wherein the control unit controls a temperature in the vicinity of the fuel cell based on the target temperature and a temperature detected by the temperature sensor.
前記燃料電池が発電する際の電気化学反応に用いられる空気を供給する空気供給部を備え、
前記制御部は、前記空気供給部が供給する空気を調整することにより、前記燃料電池近傍の温度を制御する、請求項1から6のいずれかに記載の発電装置。
An air supply unit for supplying air used for an electrochemical reaction when the fuel cell generates electricity;
The power generation device according to claim 1, wherein the control unit controls the temperature in the vicinity of the fuel cell by adjusting the air supplied by the air supply unit.
前記燃料電池が発電する際の電気化学反応に用いられる原燃料ガスを供給するガス供給部を備え、
前記制御部は、前記ガス供給部が供給するガスを調整することにより、前記燃料電池近傍の温度を制御する、請求項1から7のいずれかに記載の発電装置。
A gas supply unit for supplying raw fuel gas used in an electrochemical reaction when the fuel cell generates power;
The power generation device according to claim 1, wherein the control unit controls a temperature in the vicinity of the fuel cell by adjusting a gas supplied from the gas supply unit.
前記制御部は、前記稼働初期の時間区分の次の時間区分の後の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する、請求項1から8のいずれかに記載の発電装置。   The control unit may increase the temperature in the vicinity of the fuel cell in a time segment subsequent to the time segment next to the initial operation time period than in a time segment subsequent to the initial operation time period. The power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein 前記稼働初期の時間区分の次の時間区分の後の時間区分は、前記燃料電池が稼働可能な時間に基づいて設定される、請求項1から9のいずれかに記載の発電装置。   10. The power generation device according to claim 1, wherein a time segment after a time segment next to the initial operation time segment is set based on a time during which the fuel cell can be operated. 燃料電池の稼働時間に応じて当該燃料電池近傍の温度を制御し、前記燃料電池の稼働初期の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御する、燃料電池の制御装置。   The temperature in the vicinity of the fuel cell is controlled in accordance with the operating time of the fuel cell. A control device for a fuel cell that controls the increase of the fuel cell. 燃料電池を制御する制御装置に、
燃料電池の稼働時間に応じて当該燃料電池近傍の温度を制御するステップと、
前記燃料電池の稼働初期の時間区分においては、当該稼働初期の時間区分の次の時間区分よりも、前記燃料電池近傍の温度の上昇が大きくなるように制御するステップと、
を実行させる、燃料電池の制御プログラム。
In the control device that controls the fuel cell,
Controlling the temperature in the vicinity of the fuel cell according to the operating time of the fuel cell;
In the initial operation time section of the fuel cell, the step of controlling the temperature increase in the vicinity of the fuel cell to be larger than the time section next to the initial operation time section;
A fuel cell control program.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220069972A (en) * 2019-09-26 2022-05-27 제너럴 일렉트릭 캄파니 Systems and methods for thermal control of energy storage systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010114000A (en) * 2008-11-07 2010-05-20 Osaka Gas Co Ltd Solid oxide fuel cell system
JP2010257960A (en) * 2009-03-31 2010-11-11 Toto Ltd Solid electrolyte fuel cell
JP2014072052A (en) * 2012-09-28 2014-04-21 Toto Ltd Solid oxide fuel cell device
JP2014089920A (en) * 2012-10-31 2014-05-15 Panasonic Corp Solid oxide fuel cell system
JP2014212114A (en) * 2013-04-18 2014-11-13 ヘクシス アクチェンゲゼルシャフト Method of operating fuel cell or fuel cell stack and adjusting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010114000A (en) * 2008-11-07 2010-05-20 Osaka Gas Co Ltd Solid oxide fuel cell system
JP2010257960A (en) * 2009-03-31 2010-11-11 Toto Ltd Solid electrolyte fuel cell
JP2014072052A (en) * 2012-09-28 2014-04-21 Toto Ltd Solid oxide fuel cell device
JP2014089920A (en) * 2012-10-31 2014-05-15 Panasonic Corp Solid oxide fuel cell system
JP2014212114A (en) * 2013-04-18 2014-11-13 ヘクシス アクチェンゲゼルシャフト Method of operating fuel cell or fuel cell stack and adjusting device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220069972A (en) * 2019-09-26 2022-05-27 제너럴 일렉트릭 캄파니 Systems and methods for thermal control of energy storage systems
KR102850382B1 (en) * 2019-09-26 2025-08-26 제너럴 일렉트릭 캄파니 Systems and methods for thermal control of energy storage systems
US12476297B2 (en) 2019-09-26 2025-11-18 Ge Grid Solutions Llc Systems and methods for maintaining temperatures of interior housings based on current levels of batteries

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