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公開番号2024072179
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-27
出願番号2022182895
出願日2022-11-15
発明の名称燃料電池システム
出願人株式会社アイシン
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類H01M 8/04746 20160101AFI20240520BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】簡易な構成により燃料電池システムの温度状態をより適切にする。
【解決手段】燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、供給された原燃料ガスをアノードガスに改質する改質部と、燃料電池から排出されたオフガスを燃焼させる燃焼部と、燃焼部または燃焼部で生成された燃焼排ガスの温度を検出する温度センサと、燃料電池システムに要求される要求出力に基づいて燃料電池が発電すると共に温度センサにより検出される温度が目標温度に近づくように原燃料ガス供給部を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部または前記燃焼部で生成された燃焼排ガスの温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池システムに要求される要求出力に基づいて前記燃料電池が発電すると共に前記温度センサにより検出される温度が目標温度に近づくように前記原燃料ガス供給部を制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度よりも低く且つ所定温度以上である場合には、第１の応答速度で前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度に近づくように前記原燃料ガスを増量補正し、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度未満である場合には、前記第１の応答速度よりも速い第２の応答速度で前記原燃料ガスを増量補正する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度よりも低く且つ前記所定温度以上である場合には、前記温度センサにより検出される温度と前記目標温度との偏差に基づいてフィードバック制御により前記原燃料ガスを増量補正し、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度未満である場合には、フィードフォワード制御により前記原燃料ガスを増量補正する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の燃料電池システムであって、
前記所定温度は、前記燃焼部の失火を判定する閾値である、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
改質水を蒸発させて前記アノードガスへの改質に用いる水蒸気を生成する蒸発部と、
前記燃焼部で生成された燃焼排ガスが前記改質部と前記蒸発部とを順に通過して熱交換するように形成された燃焼排ガス流路と、
を備え、
前記温度センサは、前記燃焼排ガス流路における前記改質部および前記蒸発部よりも下流に設置される、
燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、燃料電池システムについて開示する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料ガスと酸素含有ガス（空気）との反応により発電する燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックの近傍の温度（スタック温度）を検出する温度センサと、を備え、スタック温度が適正温度範囲にとなるように酸素含有ガスの供給量を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１２／０４３６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池セルスタックの温度は、燃料電池セルスタックの発電量や、燃焼器でのオフガスの燃焼量、酸素含有ガス（空気）の流量、改質水の流量などの要因によって決まる。これらの量が変化した場合、燃料電池セルスタックの温度に影響が及ぶまで時間を要するため、燃料電池セルスタックの近傍に設けられた温度センサからの温度に基づく制御では、燃料電池セルスタックを含む各部の温度を適正温度範囲内に維持することが困難な場合が生じる。
【０００５】
本開示の燃料電池システムは、簡易な構成により、各部の温度状態をより適切にすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本開示の燃料電池システムは、
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部または前記燃焼部で生成された燃焼排ガスの温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池システムに要求される要求出力に基づいて前記燃料電池が発電すると共に前記温度センサにより検出される温度が目標温度に近づくように前記原燃料ガス供給部を制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
燃料電池システムにおいて、燃料電池や改質部、燃焼部等の各部の状態は、燃焼部や燃焼排ガスの温度によって大きな影響を受けるため、燃焼部または燃焼排ガスの温度を検出する温度センサを設け、当該温度センサにより検出される温度が目標温度となるように原燃料ガスの供給量を制御することで、簡易な構成により燃料電池システムの各部の温度状態をより適切にすることができる。この結果、燃料電池システムをより良好な状態で運転させることができる。
【０００９】
こうした本開示の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度よりも低く且つ所定温度以上である場合には、第１の応答速度で前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度に近づくように前記原燃料ガスを増量補正し、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度未満である場合には、前記第１の応答速度よりも速い第２の応答速度で前記原燃料ガスを増量補正してもよい。こうすれば、オーバーシュートを抑制しつつ、燃焼部や燃焼排ガスの温度を素早く目標温度に近づけることができる。この場合、前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度よりも低く且つ前記所定温度以上である場合には、前記温度センサにより検出される温度と前記目標温度との偏差に基づいてフィードバック制御により前記原燃料ガスを増量補正し、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度未満である場合には、フィードフォワード制御により前記原燃料ガスを増量補正してもよい。更にこれらの場合、前記所定温度は、前記燃焼部の失火を判定する閾値であってもよい。温度センサにより検出される温度が所定温度未満となって燃焼部に失火が発生すると、第２の応答速度で原燃料ガスを増量することで、失火から素早く回復させることができる。
【００１０】
また、本開示の燃料電池システムにおいて、改質水を蒸発させて前記アノードガスへの改質に用いる水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃焼部で生成された燃焼排ガスが前記改質部と前記蒸発部とを順に通過して熱交換するように形成された燃焼排ガス流路と、を備え、前記温度センサは、前記燃焼排ガス流路における前記改質部および前記蒸発部よりも下流に設置されてもよい。こうすれば、温度センサにより検出される温度には、燃焼部の状態だけでなく、改質部や蒸発部の状態も反映させるため、温度センサにより検出される温度が目標温度となるように原燃料ガスの供給量を制御することで、燃料電池システムの各部をより良好な状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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