特許 6912928 発電装置、制御装置、および制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6912928

(24)【登録日】2021年7月13日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】発電装置、制御装置、および制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04701 20160101AFI20210727BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20210727BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20210727BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04701

   H01M8/04 Z

   !H01M8/12

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-87676(P2017-87676)

(22)【出願日】2017年4月26日

(65)【公開番号】特開2018-186010(P2018-186010A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2019年7月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100153017

【弁理士】

【氏名又は名称】大倉 昭人

(74)【代理人】

【識別番号】100188307

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】秋澤 泰孝

(72)【発明者】

【氏名】山根 毅史

(72)【発明者】

【氏名】後藤 亮

(72)【発明者】

【氏名】末廣 真紀

【審査官】 今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６６５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１６１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２１４３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３４２８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４−８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池を含む複数の発電部を備える第１発電部と、
燃料電池を含む複数の発電部を備える第２発電部と、
前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行う場合に、前記第１発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第１発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第１発電部近傍の温度の平均と、前記第２発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第２発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第２発電部近傍の温度の平均との差に基づいて、前記第１発電部に供給されるガスの流量および前記第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行う制御部と、
を備える発電装置であって、
前記制御部は、前記調整をすることにより、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち高温側の発電部近傍の温度の平均は変化させず、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち低温側の発電部近傍の温度の平均を前記高温側の発電部近傍の温度の平均に近付けるように制御する、発電装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１発電部近傍の温度の平均と前記第２発電部近傍の温度の平均との差が所定の閾値以上になったら、前記調整を開始する、請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１発電部近傍の温度の平均と前記第２発電部近傍の温度の平均との差が所定の閾値以下になったら、前記調整を開始する前の状態に戻す、請求項１または２に記載の発電装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記第１発電部近傍の温度の平均と前記第２発電部近傍の温度の平均との高低が逆転したら、前記調整を開始する前の状態に戻す、請求項１または２に記載の発電装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記第１発電部に供給される燃料ガスの流量および前記第２発電部に供給される燃料ガスの流量の少なくとも一方の調整を行う、請求項１から４のいずれかに記載の発電装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記第１発電部または前記第２発電部に供給される燃料ガスのうち発電に利用される燃料ガスの割合を変化させることにより、前記調整を行う、請求項５に記載の発電装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記第１発電部に供給される空気の流量および前記第２発電部に供給される空気の流量の少なくとも一方の調整を行う、請求項１から４のいずれかに記載の発電装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１発電部または前記第２発電部に供給される空気のうち発電に利用される空気の割合を変化させることにより、前記調整を行う、請求項７に記載の発電装置。

【請求項9】

燃料電池を含む複数の発電部を備える第１発電部および燃料電池を含む複数の発電部を備える第２発電部を制御する制御装置であって、
前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行う場合に、前記第１発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第１発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第１発電部近傍の温度の平均と、前記第２発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第２発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第２発電部近傍の温度の平均との差に基づいて、前記第１発電部に供給されるガスの流量および前記第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行うことにより、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち高温側の発電部近傍の温度の平均は変化させず、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち低温側の発電部近傍の温度の平均を前記高温側の発電部近傍の温度の平均に近付けるように制御する、制御装置。

【請求項10】

燃料電池を含む複数の発電部を備える第１発電部および燃料電池を含む複数の発電部を備える第２発電部を制御する制御装置に、
前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行うステップと、
前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行う場合に、前記第１発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第１発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第１発電部近傍の温度の平均と、前記第２発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第２発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第２発電部近傍の温度の平均との差に基づいて、前記第１発電部に供給されるガスの流量および前記第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行うステップと、
前記調整をすることにより、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち高温側の発電部近傍の温度の平均は変化させず、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち低温側の発電部近傍の温度の平均を前記高温側の発電部近傍の温度の平均に近付けるように制御するステップと、
を実行させる、制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電装置、制御装置、および制御プログラムに関する。より詳細には、本開示は、燃料電池を含む発電部を備える発電装置、燃料電池を含む発電部の制御装置、および、このような装置に実行させる制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

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。また、セルスタックが１つのみならず、複数のセルスタックを備える発電システムもある。このように、セルスタックを複数備える発電システムにおいては、発電効率およびセルスタックの耐久性などの観点から、各セルスタックの温度の差が大きくならないように温度を制御することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１７０９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の発電装置は、複数のセルスタック間の温度の差が広がりにくくするために、各セルスタックの温度を変化させるための措置として、それぞれのセルスタックに抵抗変化部を接続している。このように専用の部材を別途追加せずとも、各セルスタックの温度の差が大きくならないように温度を制御できれば、有利である。

【0005】

本開示の目的は、発電効率を高める有利な発電装置、制御装置、および制御プログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の観点に係る発電装置は、燃料電池を含む複数の発電部を備える第１発電部と、燃料電池を含む複数の発電部を備える第２発電部と、制御部と、を備える。
前記制御部は、前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行う場合に、前記第１発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第１発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第１発電部近傍の温度の平均と、前記第２発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第２発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第２発電部近傍の温度の平均との差に基づいて、前記第１発電部に供給されるガスの流量および前記第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行う。
また、前記制御部は、前記調整をすることにより、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち高温側の発電部近傍の温度の平均は変化させず、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち低温側の発電部近傍の温度の平均を前記高温側の発電部近傍の温度の平均に近付けるように制御する。

【0007】

本開示の第２の観点に係る燃料電池を含む発電部の制御装置は、燃料電池を含む複数の発電部を備える第１発電部および燃料電池を含む複数の発電部を備える第２発電部を制御する。
前記制御装置は、前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行う場合に、前記第１発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第１発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第１発電部近傍の温度の平均と、前記第２発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第２発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第２発電部近傍の温度の平均との差に基づいて、前記第１発電部に供給されるガスの流量および前記第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行うことにより、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち高温側の発電部近傍の温度の平均は変化させず、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち低温側の発電部近傍の温度の平均を前記高温側の発電部近傍の温度の平均に近付けるように制御する。

【0008】

本開示の第３の観点に係る制御プログラムは、燃料電池を含む複数の発電部を備える第１発電部および燃料電池を含む複数の発電部を備える第２発電部を制御する制御装置に、
前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行うステップと、
前記第１発電部および前記第２発電部を用いて発電を行う場合に、前記第１発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第１発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第１発電部近傍の温度の平均と、前記第２発電部に備えられる前記複数の発電部から離れている位置であって前記第２発電部に備えられる前記発電部の温度を検出できる位置である第２発電部近傍の温度の平均との差に基づいて、前記第１発電部に供給されるガスの流量および前記第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行うステップと、
前記調整をすることにより、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち高温側の発電部近傍の温度の平均は変化させず、前記第１発電部近傍および前記第２発電部近傍のうち低温側の発電部近傍の温度の平均を前記高温側の発電部近傍の温度の平均に近付けるように制御するステップと、
を実行させる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、発電効率を高める有利な発電装置、制御装置、および制御プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１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。

【図2】第１実施形態に係る発電装置の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。

【図3】第１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。

【図4】第２実施形態に係る発電装置の一部を示す機能ブロック図である。

【図5】第３実施形態に係る発電装置の一部を示す機能ブロック図である。

【図6】第４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。

【図7】第１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。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１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。また、図２は、第１実施形態に係る発電装置の構成の一部を、より詳細に示す機能ブロック図である。

【0013】

図１に示すように、本開示の第１実施形態に係る発電装置（発電ユニット）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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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、燃料電池モジュール２０に含まれるセルスタックの稼働時間（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。

【0018】

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。

【0019】

図１に示す燃料電池モジュール２０は、図２により詳細に示すように、改質器２２と、セルスタック２４とを備えている。図２は、図１に示した発電装置１において、制御部１０、燃料電池モジュール２０、およびガス供給部３２のみを示し、その他の機能部は省略している。図２に示すように、本実施形態において、燃料電池モジュール２０は、２つの改質器２２Ａおよび２２Ｂと、２つのセルスタック２４Ａおよび２４Ｂとを備えている。以下、改質器２２Ａと改質器２２Ｂとを特に区別しない場合、単に、改質器２２のように総称する。同様に、以下、セルスタック２４Ａとセルスタック２４Ｂとを特に区別しない場合、単に、セルスタック２４のように総称する。

【0020】

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、実際に発電を行う燃料電池を含むセルスタック２４を、適宜、「発電部」と記す。また、本開示において、「発電部」とは、発電を行う各種の機能部としてもよい。例えば、「発電部」として、セルスタックの他に、単体のセル、または燃料電池モジュールなどとしてもよい。本実施形態において、セルスタック２４Ａを第１発電部とし、セルスタック２４Ｂを第２発電部とする。すなわち、本実施形態に係る発電装置１は、燃料電池を含む第１発電部（セルスタック２４Ａ）と、燃料電池を含む第２発電部（セルスタック２４Ｂ）と、を備える。

【0021】

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。

【0022】

図２に示すように、改質器２２Ａおよび改質器２２Ｂは、それぞれ別個にガス供給部３２から燃料ガスを供給される。また、図２に示すように、改質器２２Ａはセルスタック２４Ａに接続され、改質器２２Ｂはセルスタック２４Ｂに接続される。これらの接続により、改質器２２Ａおよび改質器２２Ｂは、それぞれセルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂに、水素および／または一酸化炭素を供給することができる。

【0023】

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。本実施形態に係る発電装置１は、図２に示すように、２つのセルスタック２４Ａおよび２４Ｂを備えている。しかしながら、後述するように、他の実施形態において、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。

【0024】

本実施形態に係る燃料電池モジュール２０およびセルスタック２４は、上述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。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発電部を２つ以上備えていればよい。また、例えば、発電装置１は、発電部として、セルスタック２４ではなく、単に、燃料電池のセル１つのみを備えるものも想定できる。また、本実施形態に係る発電部は、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。

【0025】

図１に示すように、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。

【0026】

図１に示すガス供給部３２は、図２により詳細に示すように、流量計９２と、ガスポンプ９４とを備えている。図２に示すように、本実施形態において、ガス供給部３２は、２つの流量計９２Ａおよび９２Ｂと、２つのガスポンプ９４Ａおよび９４Ｂとを備えている。以下、流量計９２Ａと流量計９２Ｂとを特に区別しない場合、単に、流量計９２のように総称する。同様に、以下、ガスポンプ９４Ａとガスポンプ９４Ｂとを特に区別しない場合、単に、ガスポンプ９４のように総称する。

【0027】

ガス供給部３２は、燃料電池モジュール２０のセルスタック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。

【0028】

図２に示すように、ガス供給部３２に供給されるガスは、１つの供給源から２つの経路に分岐されて、それぞれ流量計９２Ａおよび流量計９２Ｂに供給される。また、図２に示すように、流量計９２Ａはガスポンプ９４Ａに接続され、流量計９２Ｂはガスポンプ９４Ｂに接続される。これらの接続により、ガスポンプ９４Ａおよびガスポンプ９４Ｂは、それぞれ流量計９２Ａおよび流量計９２Ｂを経たガスを、それぞれ改質器２２Ａおよび改質器２２Ｂに供給することができる。図２に示す例においては、１つの供給源から２つの経路に分岐されたガスが、それぞれ流量計９２Ａおよび９２Ｂに供給されている。しかしながら、例えば流量計９２Ａおよび９２Ｂには、それぞれ別個の供給源からガスが供給されるようにしてもよい。

【0029】

流量計９２Ａおよび９２Ｂは、それぞれを経て流れるガスの流量を測定する。ここで、流量計９２Ａおよび９２Ｂがそれぞれ計測するガスの流量とは、例えば、単位時間あたりにガスが流量計９２Ａまたは９２Ｂを経て移動する量とすることができる。流量計９２Ａおよび９２Ｂは、ガスの流量を計測できるものであれば、任意のものを採用することができる。

【0030】

ガスポンプ９４Ａおよび９４Ｂは、それぞれ流量計９２Ａおよび９２Ｂを経たガスを、燃料電池モジュール２０の改質器２２Ａおよび改質器２２Ｂにそれぞれ送出する。ガスポンプ９４Ａおよび９４Ｂは、改質器２２Ａおよび２２Ｂにガスを送出できるものであれば、任意のものを採用することができる。

【0031】

図２に示すように、ガス供給部３２は、制御部１０と有線または無線により通信可能に接続される。流量計９２Ａおよび流量計９２Ｂがそれぞれ計測したガスの流量の情報は、制御部１０に送信される。これにより、制御部１０は、流量計９２Ａおよび流量計９２Ｂがそれぞれ計測したガスの流量を把握することができる。また、制御部１０は、ガス供給部３２と通信可能に接続されることにより、ガスポンプ９４Ａおよび９４Ｂがそれぞれ改質器２２Ａおよび２２Ｂに送出するガスの流量を調整（増減）することができる。したがって、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４Ａに供給されるガスの流量およびセルスタック２４Ｂに供給されるガスの流量を調整することができる。

【0032】

本実施形態に係る発電装置において、ガス供給部３２は、図２に示すような構成に限定されるものではない。例えば、図２に示すガス供給部３２においては、流量計９２は、ガスポンプ９４によって送出される前のガスの流量を測定している。しかしながら、ガス供給部３２において、流量計９２は、ガスポンプ９４によって送出された後のガスの流量を測定してもよい。

【0033】

図１に示すように、空気供給部３４は、燃料電池モジュール２０のセルスタック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。

【0034】

改質水供給部３６は、水蒸気を生成して燃料電池モジュール２０のセルスタック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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

図１に示すように、発電装置１は、セルスタック２４が発電する電流の総量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。

【0040】

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。

【0041】

また、図２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。図２に示すように、本実施形態において、燃料電池モジュール２０は、２つの温度センサ８０Ａおよび８０Ｂを備えている。図２に示すように、温度センサ８０Ａはセルスタック２４Ａ近傍に設置され、温度センサ８０Ｂはセルスタック２４Ｂ近傍に設置される。以下、温度センサ８０Ａと温度センサ８０Ｂとを特に区別しない場合、単に、温度センサ８０のように総称する。

【0042】

温度センサ８０は、図２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。例えば、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、発電するセルスタック２４の中心の温度としてもよい。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。

【0043】

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。

【0044】

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。このため、図２に示すように、燃料電池モジュール２０は、制御部１０と有線または無線により通信可能に接続される。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。

【0045】

次に、本実施形態に係る発電装置１の動作を説明する。

【0046】

図２に示したように、例えば２つのセルスタック２４Ａおよび２４Ｂのような複数のセルスタックを用いて発電を行う場合、複数のセルスタックの間で、それぞれの温度が異なることがある。すなわち、複数のセルスタックを用いて発電を行うと、セルスタックの間に温度差が生じることがある。セルスタックの間に温度差が生じると、温度の低い方のセルスタックにおいて電解質のイオン伝導性が小さくなるため、当該セルスタックの内部抵抗が大きくなってしまう。一般的に、セルスタックの内部抵抗が小さい方が、セルスタック内部の電流は流れ易くなる。このため、内部抵抗が小さいセルスタックは、エネルギーが熱ではなく電気として放出され易くなり、発電効率を向上させることができる。また、このように発電効率を向上させることにより、セルスタックの耐久性も向上する。

【0047】

そこで、本実施形態においては、２つのセルスタック２４Ａ近傍および２４Ｂ近傍の間の温度差が所定以上になる場合、その温度差が小さくなるように制御を行う。このような制御について、以下、さらに説明する。

【0048】

図３は、第１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。

【0049】

図３に示す動作が開始する時点で、発電装置１において、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂは、すでに運転を開始しており、それぞれ発電を行っているものとする。したがって、図３に示す動作が開始する時点で、制御部１０は、ガス供給部３２がセルスタック２４Ａおよび２４Ｂにそれぞれ燃料ガスを供給するように制御している。同様に、図３に示す動作が開始する時点で、制御部１０は、空気供給部３４がセルスタック２４Ａおよび２４Ｂにそれぞれ空気を供給するように制御している。また、図３に示す動作が開始する時点で、制御部１０は、改質水供給部３６がセルスタック２４Ａおよび２４Ｂにそれぞれ改質水を供給するように制御している。発電装置１において、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂが運転を開始して発電する動作は、一般的なＳＯＦＣの発電ユニットと同様に行うことができる。したがって、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂが運転を開始して発電を行う動作について、より詳細な説明は省略する。

【0050】

図３に示す処理が開始すると、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍およびセルスタック２４Ｂ近傍（各発電部近傍）の温度をそれぞれ取得するように制御する（ステップＳ１１）。具体的には、ステップＳ１１において、温度センサ８０Ａが、セルスタック２４Ａ近傍の温度を検出する。また、温度センサ８０Ｂが、セルスタック２４Ｂ近傍の温度を検出する。したがって、制御部１０は、温度センサ８０Ａおよび温度センサ８０Ｂから、それぞれセルスタック２４Ａ近傍の温度およびセルスタック２４Ｂ近傍の温度を取得することができる。

【0051】

ステップＳ１１において温度を取得したら、制御部１０は、取得したセルスタック２４Ａ近傍の温度と、取得したセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が所定の温度差（例えば２５℃）以上であるか否か判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理を実行するために、セルスタック２４の発電効率および耐久性などの諸条件を考慮して、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度と所定の温度差を、予め設定しておくのが好適である。すなわち、制御部１０は、セルスタック２４の発電効率および耐久性などが良好な状態を保てる範囲で、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差を設定する。図３に示す例では、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が２５℃未満であれば、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂの発電効率および耐久性などが良好な状態をある程度保てるものとしている。本実施形態において、上述した温度差は、例として２５℃として以下説明するが、セルスタックの特性または仕様などに応じて、所望の温度差とすることができる。このようにして予め設定された所定の温度差は、例えば記憶部１２に記憶しておくことができる。

【0052】

ステップＳ１２においてセルスタック２４近傍の温度差が２５℃以上でないと判定された場合、制御部１０は、ステップＳ１１に戻って処理を続行する。ステップＳ１１において、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍およびセルスタック２４Ｂ近傍（各発電部近傍）の温度をそれぞれ取得するように制御する。

【0053】

一方、ステップＳ１２においてセルスタック２４近傍の温度差が２５℃以上であると判定されたら、制御部１０は、燃料ガスの流量の調整を行う（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において行う燃料ガスの流量の調整とは、制御部１０が、ガス供給部３２を制御して、セルスタック２４Ａに供給される燃料ガスの流量およびセルスタック２４Ｂに供給される燃料ガスの流量の少なくとも一方を調整することである。具体的には、ステップＳ１３において、制御部１０は、ガスポンプ９４Ａおよびガスポンプ９４Ｂの少なくとも一方を制御して、ガスポンプ９４Ａおよび／またはガスポンプ９４Ｂが送出する燃料ガスの流量を調整する。ガスポンプ９４Ａはセルスタック２４Ａに燃料ガスを供給し、ガスポンプ９４Ｂはセルスタック２４Ｂに燃料ガスを供給する。このため、制御部１０は、セルスタック２４Ａに供給される燃料ガスの流量およびセルスタック２４Ｂに供給される燃料ガスの流量の少なくとも一方を調整することができる。

【0054】

このような燃料ガスの流量の調整により、本実施形態に係る発電装置１は、セルスタック２４Ａ近傍の温度およびセルスタック２４Ｂ近傍の温度の少なくとも一方を変化させる。例えば、制御部１０は、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂのうち、低温側のセルスタック近傍の温度を、高温側のセルスタック近傍の温度に近付けるように制御することができる。

【0055】

ここで、ステップＳ１３において行う燃料ガスの流量の調整によって、セルスタック近傍の温度を変化させる原理について、さらに説明する。

【0056】

発電装置１において、燃料電池（セルスタック２４）に供給される燃料ガスのうち、セルスタック２４の発電に利用される燃料ガスの割合を、以下、適宜「燃料利用率」と記す。本実施形態において、制御部１０は、例えば燃料利用率を変化させることにより、燃料ガスの流量の調整を行うことができる。セルスタック２４に供給される燃料ガスのうち、セルスタック２４の発電に利用されない燃料ガスには、例えばセルスタック２４において燃焼される燃料ガスが含まれる。ここで、例えば、セルスタック２４が発電する電力は一定として、燃料利用率を下げることは、セルスタック２４において発電に利用される燃料ガスの量は変えずに、燃焼に利用されるガスを増やすことを意味する。この場合、セルスタック２４近傍の温度は上がることになる。したがって、発電装置１は、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が２５℃以上ある場合、セルスタック２４のうち低温側の燃料利用率を下げることで、そのセルスタック２４近傍の温度を上げることができる。

【0057】

図３に示す例においては、例えばステップＳ１２において２つのセルスタック２４近傍の温度差が２５℃以上である場合、制御部１０は、低温側のセルスタック２４の燃料利用率を例えば１％下げるなどの制御を行う。具体的には、ステップＳ１１においてセルスタック２４Ａの方がセルスタック２５Ｂよりも２５℃以上低温である場合、ステップＳ１３において、制御部１０は、セルスタック２４Ａの燃料利用率を１％下げるように制御する。一方、ステップＳ１１においてセルスタック２４Ｂの方がセルスタック２４Ａよりも２５℃以上低温である場合、ステップＳ１３において、制御部１０は、セルスタック２４Ｂの燃料利用率を１％下げるように制御する。これにより、時間の経過とともに、低温側のセルスタック２４近傍の温度は、高温側のセルスタック２４近傍の温度に徐々に近づく。

【0058】

ステップＳ１３においてガスの流量を調整したら、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍およびセルスタック２４Ｂ近傍（各発電部近傍）の温度をそれぞれ取得するように制御する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において制御部１０が行う処理は、上述したステップＳ１１と同様とすることができる。

【0059】

ステップＳ１４において温度を取得したら、制御部１０は、取得したセルスタック２４Ａ近傍の温度と、取得したセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が所定の温度差（例えば５℃）以下であるか否か判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１３において燃料ガスの流量の調整を行っているため、低温側のセルスタック２４近傍の温度は、徐々に高温側のセルスタック２４近傍の温度に近くなる。

【0060】

ステップＳ１５の処理を実行するために、ステップＳ１２の場合と同様に、セルスタック２４の発電効率および耐久性などの諸条件を考慮して、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度と所定の温度差を、予め設定しておくのが好適である。図３に示す例では、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が５℃以下になれば、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度とは、ほぼ同じとしている。本実施形態において、上述した温度差は、例として５℃として以下説明するが、セルスタックの特性または仕様などに応じて、所望の温度差とすることができる。このようにして予め設定された所定の温度差は、例えば記憶部１２に記憶しておくことができる。

【0061】

ステップＳ１５においてセルスタック２４近傍の温度差が５℃以下でないと判定された場合、制御部１０は、ステップＳ１４に戻って処理を続行する。ステップＳ１４において、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍およびセルスタック２４Ｂ近傍（各発電部近傍）の温度をそれぞれ取得するように制御する。

【0062】

一方、ステップＳ１５においてセルスタック２４近傍の温度差が５℃以下であると判定されたら、制御部１０は、燃料ガスの流量を、ステップＳ１３において調整した前の状態に戻す（ステップＳ１６）。ステップＳ１３において、制御部１０は、ガス供給部３２を制御して、セルスタック２４Ａに供給される燃料ガスの流量およびセルスタック２４Ｂに供給される燃料ガスの流量の少なくとも一方を調整した。したがって、ステップＳ１６において、制御部１０は、ガスの流量を調整したセルスタック２４を、調整前の状態に戻す。具体的には、ステップＳ１６において、制御部１０は、ガスポンプ９４Ａおよびガスポンプ９４Ｂの少なくとも一方を制御して、ガスポンプ９４Ａおよび／またはガスポンプ９４Ｂが送出する燃料ガスの流量を調整前の状態に戻す。このように、制御部１０は、第１発電部（セルスタック２４Ａ）近傍の温度とび第２発電部（セルスタック２４Ｂ）近傍の温度との差が所定の閾値（例えば５℃）以下になったら、ガスの流量の調整を開始する前の状態に戻してもよい。

【0063】

例えばステップＳ１３において低温側のセルスタック２４の燃料利用率を１％下げた場合、制御部１０は、当該セルスタック２４の燃料利用率を１％上げる。セルスタック２４が発電する電力は一定として、燃料利用率を上げることは、セルスタック２４において発電に利用される燃料ガスの量は変えずに、燃焼に利用されるガスを減らすことを意味する。

【0064】

ステップＳ１６においてガスの流量を調整前に戻したら、制御部１０は、図３に示す動作を終了する。以降、発電装置１が動作を継続する場合は、制御部１０は、図３に示す動作を繰り返し行うのが好適である。

【0065】

このように、本実施形態に係る発電装置１において、制御部１０は、第１発電部（セルスタック２４Ａ）に供給されるガスの流量、および第２発電部（セルスタック２４Ｂ）に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行う。ここで、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差に基づいて、上述したガスの流量の調整を行う。本実施形態においては、流量の調整を行うガスとは、例えば水素などの燃料ガスすることができる。また、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が所定の閾値（例えば２５℃）以上になったら、ガスの流量の調整を開始してもよい。一方、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差が所定の閾値（例えば５℃）以下になったら、ガスの流量の調整を開始する前の状態に戻してもよい。

【0066】

以上説明したように、本実施形態に係る発電装置１によれば、セルスタック２４に供給する燃料ガスの流量を調整することにより、２つのセルスタック２４近傍の温度差が所定以上に開くことを抑制する。このため、本実施形態に係る発電装置１によれば、いずれかのセルスタック２４の内部抵抗が大きくなることは抑制される。また、本実施形態に係る発電装置１によれば、セルスタック２４の耐久性を向上させることができる。さらに、本実施形態に係る発電装置１によれば、燃料ガスの流量を調整することによりセルスタック２４近傍の温度を変化させるため、温度制御を行うための機能部を追加する必要はない。したがって、本実施形態に係る発電装置１は、発電効率を有利に高めることができる。

【0067】

上述した実施形態においては、例として、制御部１０は、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂのうち、低温側のセルスタック近傍の温度を、高温側のセルスタック近傍の温度に近付けるように制御した。しかしながら、本実施形態は、このような制御に限定されない。

【0068】

例えば、制御部１０は、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂのうち、高温側のセルスタック近傍の温度を、低温側のセルスタック２４近傍の温度に近付けるように制御してもよい。この場合、高温側のセルスタック２４近傍の温度を下げるために、高温側のセルスタック２４の燃料利用率を上げることになる。高温側のセルスタック２４の燃料利用率を上げるとは、セルスタック２４に供給される燃料ガスのうち発電に利用されず燃焼に利用される燃料ガスを減らす、すなわち燃料ガス全体の供給を減らすことを意味する。燃料ガスの供給を減らす場合、必要な量の燃料ガスを供給しないと、発電するスタックが劣化する原因になり得ることに留意すべきである。

【0069】

また、例えば、制御部１０は、低温側のセルスタック２４近傍の温度を高温側のセルスタック２４の温度に近付けるとともに、高温側のセルスタック２４近傍の温度を低温側のセルスタック２４近傍の温度に近付けるように制御してもよい。

【0070】

また、上述した実施形態においては、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂの２つの発電部を備える構成について説明した。しかしながら、本実施形態は、このような制御に限定されず、３つ以上の発電部を備えてもよい。この場合、各発電部（セルスタック２４）が、それぞれ対応するガスポンプ９４から燃料ガスを供給される構成としてもよい。また、この場合、各セルスタック２４近傍のうち、最も高温なものの近傍と最も低温なものの近傍との差が例えば２５℃のような所定の温度差以上になったら、ガスの流量の調整を行ってもよい。さらに、各セルスタック２４近傍のうち、最も高温なものと最も低温なものとの差が例えば５℃のような所定の温度差以下になったら、ガスの流量の調整を開始する前の状態に戻してもよい。

【0071】

（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に係る発電装置について説明する。

【0072】

第２実施形態に係る発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置１と部分的に同じ構成を採用することができる。したがって、第２実施形態に係る発電装置の構成について、第１実施形態に係る発電装置１と同様の内容の説明は、適宜、簡略化または省略する。

【0073】

第２実施形態に係る発電装置は、図１に示した第１実施形態に係る発電装置１において、燃料電池モジュール２０の構成を変更するものである。

【0074】

第１実施形態に係る発電装置１において、燃料電池モジュール２０は、図２に示したように、２つのセルスタック２４Ａおよび２４Ｂを備えている。第２実施形態に係る発電装置においては、図４に示すように、燃料電池モジュール２０’は、４つのセルスタック（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を備えている。図４は、図２と同様に、図１に示した発電装置１において、制御部１０、燃料電池モジュール２０’、およびガス供給部３２のみを示し、その他の機能部は省略している。以下、セルスタック２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを特に区別しない場合、単に、セルスタック２４のように総称する。それぞれのセルスタック２４は、例えば単体で７００Ｗ程度の発電が可能な場合、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。

【0075】

図４に示すように、燃料電池モジュール２０’において、改質器２２Ａはセルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂに接続され、改質器２２Ｂはセルスタック２４Ｃおよびセルスタック２４Ｄに接続される。これらの接続により、改質器２２Ａおよび改質器２２Ｂは、それぞれセルスタック２４Ａ，２４Ｂおよびセルスタック２４Ｃ，２４Ｄに、水素および／または一酸化炭素を供給することができる。

【0076】

また、図４に示すように、燃料電池モジュール２０’においても、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。図４に示すように、本実施形態において、燃料電池モジュール２０’は、４つの温度センサ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄを備えている。図４に示すように、温度センサ８０Ａはセルスタック２４Ａ近傍に設置され、温度センサ８０Ｂはセルスタック２４Ｂ近傍に設置される。また、温度センサ８０Ｃはセルスタック２４Ｃ近傍に設置され、温度センサ８０Ｄはセルスタック２４Ｄ近傍に設置される。第２実施形態においても、「セルスタック２４近傍」の意味などは、第１実施形態と同様である。

【0077】

図４に示す燃料電池モジュール２０’のように、４つのセルスタック２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを備える場合でも、第１実施形態に係る電子機器１と同様に動作させることができる。図４に示す構成では、ガス供給部３２から燃料電池モジュール２０’に燃料ガスを供給するガスラインは２つの経路を有している。したがって、本実施形態では、ガスポンプ９４Ａによって、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂに供給されるガスの流量を調整することができる。また、本実施形態では、ガスポンプ９４Ｂによって、セルスタック２４Ｃおよびセルスタック２４Ｄに供給されるガスの流量を調整することができる。

【0078】

本実施形態においては、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂを第１発電部として、またセルスタック２４Ｂおよびセルスタック２４Ｄを第２発電部として、第１実施形態に係る発電装置１と同様に動作させることができる。この場合、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度の平均を、第１発電部近傍の温度とすることができる。同様に、セルスタック２４Ｃ近傍の温度とセルスタック２４Ｄ近傍の温度の平均を、第２発電部近傍の温度とすることができる。そして、制御部１０は、第１発電部近傍の温度と第２発電部近傍の温度との差に基づいて、第１発電部に供給されるガスの流量および第２発電部に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行う。その他の動作は、第１実施形態に係る発電装置１と同様に行うことができる。

【0079】

以上説明したように、本実施形態に係る発電装置によれば、セルスタック２４に供給する燃料ガスの流量を調整することにより、４つのセルスタック２４近傍の温度差が所定以上に開くことを抑制する。したがって、本実施形態に係る発電装置は、第１実施形態に係る発電装置１と同様に、発電効率を有利に高めることができる。

【0080】

上述した実施形態では、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂを第１発電部として、またセルスタック２４Ｂおよびセルスタック２４Ｄを第２発電部とした。しかしながら、しかしながら、本実施形態は、このような制御に限定されない。

【0081】

例えば、第１発電部および第２発電部のうち一方のみが、２つのセルスタック２４を備え、他方はセルスタック２４を１つのみ備えるようにしてもよい。また、第１発電部および第２発電部のうち少なくとも一方は、２つより多くのセルスタック２４を備えてもよい。

【0082】

このように、本実施形態に係る発電装置において、第１発電部および第２発電部の少なくとも一方は複数の発電部（例えばセルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂ）を含んでもよい。この場合、制御部１０は、複数の発電部近傍の温度の平均を、第１発電部近傍の温度および／または第２発電部近傍の温度として処理してもよい。

【0083】

（第３実施形態）
次に、本開示の第３実施形態に係る発電装置について説明する。

【0084】

第３実施形態に係る発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置１と部分的に同じ構成を採用することができる。したがって、第２実施形態に係る発電装置の構成について、第１実施形態に係る発電装置１と同様の内容の説明は、適宜、簡略化または省略する。

【0085】

第３実施形態に係る発電装置は、図１に示した第１実施形態に係る発電装置１において、燃料電池モジュール２０および空気供給部３４の構成を変更するものである。

【0086】

第１実施形態に係る発電装置１において、セルスタック２４の温度を制御する際、ガス供給部３２からセルスタック２４に供給される燃料ガスの流量の調整を行った。具体的には、制御部１０は、ガスポンプ９４を制御して、ガスポンプ９４がセルスタック２４に向けて送出する燃料ガスの流量を調整した。第３実施形態に係る発電装置においては、セルスタック２４に供給する燃料ガスの代わりに、空気供給部３４からセルスタック２４に供給する空気の流量を調整する。

【0087】

図５は、本実施形態に係る発電装置において、制御部１０、燃料電池モジュール２０、および空気供給部３４のみを示す図である。図５においては、制御部１０、燃料電池モジュール２０、および空気供給部３４以外の機能部は図示を省略してある。図示を省略した機能部は、図１および図２において説明した第１実施形態１の場合と同様に構成することができる。なお、図５においては図２等に示したような、ガスポンプおよび流量計が記載されていないが、第３実施形態に係る発電装置には、ガスポンプおよび流量計が設けられていてもよい。

【0088】

図５に示すように、本実施形態において、空気供給部３４は、２つの空気ブロワ９６Ａおよび９６Ｂと、２つの流量計９８Ａおよび９８Ｂとを備えている。以下、空気ブロワ９６Ａと空気ブロワ９６Ｂとを特に区別しない場合、単に、空気ブロワ９６のように総称する。同様に、以下、流量計９８Ａと流量計９８Ｂとを特に区別しない場合、単に、流量計９８のように総称する。

【0089】

図５に示すように、本実施形態において、空気供給部３４に供給される空気は、１つの供給源から２つの経路に分岐されて、それぞれ空気ブロワ９６Ａおよび空気ブロワ９６Ｂに供給される。また、図５に示すように、空気ブロワ９６Ａは流量計９８Ａに接続され、空気ブロワ９６Ｂは流量計９８Ｂに接続される。これらの接続により、空気ブロワ９６Ａおよび空気ブロワ９６Ｂは、それぞれ流量計９８Ａおよび流量計９８Ｂを経て、セルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂにそれぞれ空気を供給することができる。図５に示す例においては、１つの供給源から２つの経路に分岐された空気が、それぞれ空気ブロワ９６Ａおよび９６Ｂに供給されている。しかしながら、例えば空気ブロワ９６Ａおよび９６Ｂには、それぞれ別個の供給源から空気が供給されるようにしてもよい。

【0090】

空気ブロワ９６Ａおよび９６Ｂは、空気供給部３４に供給された空気を、それぞれ流量計９８Ａおよび９８Ｂを経て、燃料電池モジュール２０のセルスタック２４Ａおよびセルスタック２４Ｂにそれぞれ送出する。空気ブロワ９６Ａおよび９６Ｂは、セルスタック２４Ａおよび２４Ｂに空気を送出できるものであれば、任意のものを採用することができる。

【0091】

流量計９８Ａおよび９８Ｂは、それぞれを経て流れる空気の流量を測定する。ここで、流量計９８Ａおよび９８Ｂがそれぞれ計測する空気の流量とは、例えば、単位時間あたりに空気が流量計９８Ａまたは９８Ｂを経て移動する量とすることができる。流量計９８Ａおよび９８Ｂは、空気の流量を計測できるものであれば、任意のものを採用することができる。

【0092】

図５に示すように、空気供給部３４は、制御部１０と有線または無線により通信可能に接続される。流量計９８Ａおよび流量計９８Ｂがそれぞれ計測した空気の流量の情報は、制御部１０に送信される。これにより、制御部１０は、流量計９８Ａおよび流量計９８Ｂがそれぞれ計測した空気の流量を把握することができる。また、制御部１０は、空気供給部３４と通信可能に接続されることにより、空気ブロワ９６Ａおよび９６Ｂがそれぞれセルスタック２４Ａおよび２４Ｂに送出する空気の流量を調整（増減）することができる。したがって、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４Ａに供給される空気の流量およびセルスタック２４Ｂに供給される空気の流量を調整することができる。

【0093】

本実施形態に係る発電装置において、空気供給部３４は、図５に示すような構成に限定されるものではない。例えば、図５に示す空気供給部３４においては、流量計９８は、空気ブロワ９６によって送出された後の空気の流量を測定している。しかしながら、空気供給部３４において、流量計９８は、空気ブロワ９６によって送出される前の空気の流量を測定してもよい。

【0094】

次に、第３実施形態に係る発電装置の動作を説明する。

【0095】

第３実施形態に係る発電装置は、図３において説明した第１実施形態に係る発電装置１とほぼ同様に動作させることができる。したがって、以下、第３実施形態に係る発電装置において、第１実施形態に係る発電装置１とは異なる動作を主として説明する。

【0096】

第３実施形態においては、ステップＳ１３において行うガスの流量の調整の際に、燃料ガスの流量に代えて、空気の流量を調整する。

【0097】

以下、例として、ステップＳ１３において、制御部１０が、低温側のセルスタック２４Ａ近傍の温度を、高温側のセルスタック２４Ｂ近傍の温度に近付けるように制御する場合を例として説明する。ステップＳ１３において、低温側のセルスタック２４Ａ近傍の温度を上昇させる場合、制御部１０は、セルスタック２４Ａに供給される空気の空気利用率を上げる。ここで、空気利用率とは、セルスタック２４Ａ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２４Ａ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２４Ａにおいて空気利用率を上げるとは、セルスタック２４に供給される空気の全体量を少なくすることを意味する。セルスタック２４Ａ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２４Ａ近傍の温度は上がることになる。このように、ステップＳ１３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。

【0098】

また、第３実施形態においては、ステップＳ１６において行うガスの流量の調整前の状態に戻す際に、燃料ガスの流量に代えて、空気の流量を調整前の状態に戻す。例えば、上述のように、ステップＳ１３においてセルスタック２４Ａに供給される空気の空気利用率を上げた場合、制御部１０は、上げた分の空気利用率をステップＳ１６において下げる。

【0099】

このように、本実施形態に係る発電装置において、制御部１０は、セルスタック２４Ａに供給される空気の流量およびセルスタック２４Ｂに供給される空気の流量の少なくとも一方の調整を行ってもよい。この場合、制御部１０は、セルスタック２４Ａまたはセルスタック２４Ｂに供給される空気のうち、発電に利用される空気の割合を変化させることにより、空気の流量の調整を行ってもよい。

【0100】

以上説明したように、本実施形態に係る発電装置によれば、セルスタック２４に供給する空気の流量を調整することにより、２つのセルスタック２４近傍の温度差が所定以上に開くことを抑制する。したがって、本実施形態に係る発電装置は、第１実施形態に係る発電装置１と同様に、発電効率を有利に高めることができる。

【0101】

（第４実施形態）
次に、本開示の第４実施形態に係る発電装置について説明する。

【0102】

第４実施形態に係る発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置１と同じ構成を採用することができる。したがって、第４実施形態に係る発電装置の構成についての説明は省略する。以下、第１実施形態と同様の内容の説明は、適宜、簡略化または省略する。

【0103】

第４実施形態に係る発電装置は、第１実施形態で説明した発電装置１において、その制御の一部を変更するものである。第４実施形態においては、第１実施の形態における電子機器１の動作において、ガスの流量を調整した後、ガスの流量を調整する前の状態に戻すための条件を変更する。

【0104】

図６は、第４実施形態に係る発電装置の動作を説明するフローチャートである。図６においては、図３に示した第１実施形態に係る発電装置１の処理として説明したのと同じ内容の処理は、同じステップとして示してある。

【0105】

図３に示したように、第１実施の形態においては、ステップＳ１１において各発電部近傍の温度を取得した後、制御部１０は、２つの発電部近傍の温度差が２５℃以上であるか否かを判定した（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１２において温度差が２５℃以上であれば、制御部１０は、ガスの流量の調整を行った（ステップＳ１３）。

【0106】

第４実施形態においても、ガスの流量の調整を行う条件は、２つの発電部それぞれの近傍の温度差が２５℃以上になるなど、所定の温度差以上になった場合とすることができる。第４実施形態においては、ステップＳ１２の代わりに、図６にステップＳ２１として示すように、制御部１０は、２つの発電部近傍が所定の温度差以上になった否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において２つの発電部近傍が所定の温度差以上になっていないと判定したら、制御部１０は、ステップＳ１１に戻って各発電部近傍の温度を取得する。一方、ステップＳ２１において所定の温度差以上になったと判定したら、制御部１０は、ガスの流量の調整を行う（ステップＳ１３）。ステップＳ２１においては、ステップＳ１２と同様に、所定の温度差を２５℃としてもよいし、それ以外の任意の温度差としてもよい。

【0107】

また、図３に示したように、第１実施の形態においては、ステップＳ１４において各発電部近傍の温度を取得した後、制御部１０は、２つの発電部近傍の温度差が５℃以下であるか否かを判定した（ステップＳ１５）。そして、ステップＳ１５において温度差が５℃以下であれば、制御部１０は、ガスの流量を調整前の状態に戻した（ステップＳ１６）。

【0108】

第４実施形態においては、ガスの流量を調整前の状態に戻す条件を、２つの発電部近傍の温度の高低が逆転した場合とする。図６においては、ステップＳ１５の代わりに、図６にステップＳ２２として示すように、制御部１０は、２つの発電部近傍の温度の高低が逆転したか否かを判定する。

【0109】

ステップＳ２２において２つの発電部近傍の温度の高低が逆転していないと判定したら、制御部１０は、ステップＳ１４に戻って各発電部近傍の温度を取得する。一方、ステップＳ２２において２つの発電部近傍の温度の高低が逆転したと判定したら、制御部１０は、ガスの流量を調整前の状態に戻す（ステップＳ１６）。

【0110】

例えば、ステップＳ１３において、制御部１０が、低温側のセルスタック２４Ａ近傍の温度を、高温側のセルスタック２４Ｂ近傍の温度に近付けるように制御する場合を例として説明する。この場合、ステップＳ２２において、制御部１０は、低温側であったセルスタック２４Ａ近傍の温度が、高温側であったセルスタック２４Ｂ近傍の温度を超えたか否かを判定する。ステップＳ２２において、低温側であったセルスタック２４Ａ近傍の温度が、高温側であったセルスタック２４Ｂ近傍の温度を超えていないと判定した場合、制御部１０は、ステップＳ１４に戻ってセルスタック２４の温度を取得する。一方、ステップＳ２２において、低温側であったセルスタック２４Ａ近傍の温度が、高温側であったセルスタック２４Ｂ近傍の温度を超えたと判定した場合、制御部１０は、ステップＳ１６に進み、ガスの流量を調整前の状態に戻す。

【0111】

このように、本実施形態に係る発電装置において、制御部１０は、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との高低が逆転したら、ガス流量の調整を開始する前の状態に戻してもよい。

【0112】

以上説明したように、本実施形態に係る発電装置によれば、セルスタック２４に供給する燃料ガスの流量を調整することにより、２つのセルスタック２４近傍の温度差が所定以上に開くことを抑制する。したがって、本実施形態に係る発電装置は、第１実施形態に係る発電装置１と同様に、発電効率を有利に高めることができる。

【0113】

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。

【0114】

例えば、以上の開示においては、第１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、本開示の各実施形態は、燃料電池を備える発電装置に限定されるものではない。

【0115】

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７に示す。図７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、本実施形態に係る燃料電池の制御装置２は、第１発電部（セルスタック２４Ａ）に供給されるガスの流量および第２発電部（セルスタック２４Ｂ）に供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行う。ここで、制御装置２は、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差に基づいて、上述したガスの流量の調整を行う。

【0116】

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、制御装置２に、セルスタック２４Ａに供給されるガスの流量およびセルスタック２４Ｂに供給されるガスの流量の少なくとも一方の調整を行うステップを実行させる。ここで、上記制御プログラムは、セルスタック２４Ａ近傍の温度とセルスタック２４Ｂ近傍の温度との差に基づいて、制御装置２に上記ステップを実行させる。

【符号の説明】

【0117】

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
９２ 流量計
９４ ガスポンプ
９６ 空気ブロワ
９８ 流量計
１００ 負荷
２００ 商用電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】