JP2008108484A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、系統電源が停電した場合、内部負荷が高温となることなく、燃料電池の出力電力を適切に消費する。
【解決手段】 燃料電池システムは、燃料電池１１と、系統電源１２と、インバータシステム１５と、燃料電池１１に燃料ガスを供給量を調整可能に供給する燃料ガス供給装置と２０、を備え、外部負荷１９の電力消費中に系統電源１２が停電した場合、燃料電池１１の出力電力または外部負荷１９の消費電力に応じて、内部負荷（抵抗器４１）での電力消費および燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更するように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システムの停電時の制御に関する。

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムは、燃料電池１の直流出力端に並列に接続された低抵抗値及び高抵抗値をもつ燃料電池停止時残留電圧放電用の２つの抵抗器１０，１５と、高抵抗値をもつ抵抗器１５に接続され、この抵抗器１５を入切する第１の無通電閉型開閉器１４と、低抵抗値をもつ抵抗器１０に接続され、この抵抗器１０を入切する無通電開型開閉器９と、を備えたものである。

これによれば、制御電源停電時に、開閉器操作により停電直後高抵抗器１５と低抵抗器１０の両者を投入し、速やかに残留電圧を電源保護の電位迄低下させ、その後、低抵抗器１０を開放して緩やかに残留電圧を低下させるようになっている。
特公平０８−２１４０８号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、停電した際の燃料電池１の出力電圧（または電力系統負荷での消費電圧）に関係なく残留電圧を低下（電力を消費）させているので、適切に残留電圧を低下できないおそれがあった。また、長時間抵抗器１０，１５で電力を消費すると抵抗器１０，１５が高温となるという問題があった。

本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、系統電源が停電した場合、内部負荷が高温となることなく、燃料電池の出力電力を適切に消費することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電し出力電力を当該燃料電池システムの内外にそれぞれ配設されている内部負荷および外部負荷に供給可能な燃料電池と、内部負荷および外部負荷に電力を供給可能な系統電源と、燃料電池から出力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して系統電源に接続されている電源ラインに出力する第１機能と、電源ラインからの交流電圧を所定の直流電圧に変換して内部負荷に出力する第２機能と、燃料電池からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して内部負荷に出力する第３機能と、を有するインバータシステムと、燃料電池に燃料ガスを供給量を調整可能に供給する燃料ガス供給装置と、を備え、外部負荷の電力消費中に系統電源が停電した場合、燃料電池の出力電力または外部負荷の消費電力に応じて、内部負荷での電力消費および燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更するように制御することである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、内部負荷の電力消費の変更は、内部負荷と相関のある温度、または、内部負荷での電力消費の継続時間に基づいて実施されることである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、内部負荷は抵抗器であることである。

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、抵抗器は複数互いに並列に設けられ、該各抵抗器に直列にそれぞれ設けられ該各抵抗器への非通電・通電を切り換えるスイッチが設けられていることである。

また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項３または請求項４において、抵抗器は燃料電池とインバータシステムの間にインバータシステムと並列に配設されていることである。

また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、内部負荷は当該燃料電池システムを加熱するために既設の加熱装置であることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料電池システムにおいて、外部負荷の電力消費中に系統電源が停電した場合、燃料電池の出力電力または外部負荷の消費電力に応じて、内部負荷での電力消費および燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更するように制御する。これにより、燃料電池の出力電力または外部負荷の消費電力に応じて適切に燃料電池の出力電力を消費することができる。また、内部負荷での電力消費および燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更することにより、燃料電池の出力電力を消費することができるので、内部負荷が温度上昇することを抑制でき、ひいては周辺機器の劣化を抑制できる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、内部負荷の電力消費の変更は、内部負荷と相関のある温度、または、内部負荷での電力消費の継続時間に基づいて実施されるので、内部負荷が温度上昇することをより抑制でき、ひいては周辺機器の劣化を抑制できる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、内部負荷は抵抗器であるので、部品点数増大ひいてはコスト増大を抑制しつつ、簡単な構成で適切に燃料電池の出力電力を消費することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項３に係る発明において、抵抗器は複数互いに並列に設けられ、該各抵抗器に直列にそれぞれ設けられ該各抵抗器への非通電・通電を切り換えるスイッチが設けられているので、燃料電池の出力電力または外部負荷の消費電力に応じて簡単な構成で確実に燃料電池の出力電力の消費を調整することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項３または請求項４に係る発明において、抵抗器は燃料電池とインバータシステムの間に配設されている。これにより、燃料電池の出力電力をインバータシステムを介さないで直接消費することができるので、インバータシステムに関係なく、確実に燃料電池の出力電力を消費することができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１または請求項２において、内部負荷は当該燃料電池システムを加熱するために既設の加熱装置であるので、部品点数の増大、コスト増大を伴うことなく、適切に燃料電池の出力電力を消費することができる。

以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について図面を参照して説明する。図１は燃料電池システムの構成を示す構成ブロック図である。この燃料電池システムは、燃料電池１１、系統電源１２、電源ライン１３、補機１４、インバータシステム１５、燃料電池システム制御装置１７、改質器２１、貯湯槽３１、抵抗器４１から構成されている。

燃料電池１１は、燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば４０Ｖ）を出力するものである。燃料電池１１の最大出力電力は１０００Ｗであり、最低出力電力は３００Ｗである。

改質器２１は、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１１に供給するものであり、バーナ（燃焼部）、改質部、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがある。

バーナは、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池１１の燃料極からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部に導出するものである。

改質部は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部に導出される。

ＣＯシフト部は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部に導出される。

ＣＯ選択酸化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１１の燃料極に導出される。

改質器２１に供給される燃料（改質用燃料）、改質水（水）および空気（ＣＯ浄化用）は、それぞれ燃料ポンプ２２、改質水ポンプ２３および空気ポンプ２４によって供給されており、その供給量は燃料電池システム制御装置１７の指令に基づいて制御されている。燃料ポンプ２２、改質水ポンプ２３および空気ポンプ２４の供給量を制御することにより、改質器２１から供給される改質ガス（燃料ガス）の供給量は調整することができる。

上述した改質器２１、燃料ポンプ２２、改質水ポンプ２３および空気ポンプ２４から燃料ガス供給装置２０が構成されている。なお、燃料ガス供給装置２０は、水素ガスボンベ（水素ガスタンク、水素ガス供給管）と水素ガスボンベからの供給量を調整する調整弁とから構成するようにしてもよい。

系統電源（または商用電源）１２は、該系統電源１２に接続された電源ライン１３を介して外部負荷１９に電力を供給するものである。燃料電池１１はインバータシステム１５を介して電源ライン１３に接続されている。外部負荷１９は、当該燃料電池システムの外に配設されている電力負荷であり、例えば家庭内に配設されているテレビなどの家電製品である。

内部負荷の一つである補機１４は、改質器２１に燃料、水、空気を供給するためのモータ駆動の各ポンプ２２〜２４および電磁式バルブ、燃料電池１１に改質ガス、空気（酸素）を供給するための電磁式バルブなどから構成されている。この補機１４は直流電圧にて駆動されるものであり、その駆動電圧は補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆから供給されるようになっている。補機１４と燃料電池システム制御装置１７の消費電力は合わせて約１００Ｗである。内部負荷は、当該燃料電池システムの内に配設されている電力負荷であり、補機１４、燃料電池システム制御装置１７、加熱装置１１ａ，３１ａ、抵抗器４１を含んでいる。

インバータシステム１５は、燃料電池１１から出力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して系統電源１２に接続されている電源ライン１３に出力する機能と、電源ライン１３からの交流電圧を所定の直流電圧に変換して補機１４、燃料電池システム制御装置１７、加熱装置１１ａ，３１ａなど抵抗器４１以外の内部負荷に出力する機能と、燃料電池１１からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して上記抵抗器４１以外の内部負荷に出力する機能と、を有している。

具体的には、インバータシステム１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａ、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂ、系統連系インバータ制御装置１５ｃ、およびインバータ用電源ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｄ、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆから構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａは、燃料電池１１から出力される直流電圧（例えば４０Ｖ）を所定の直流電圧（例えば３５０Ｖ）に変換するものである。ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａから出力される直流電圧を交流電圧（例えば２００Ｖ）に変換して電源ライン１３に出力するか、または電源ライン１３からの交流電圧（例えば２００Ｖ）を所定の直流電圧（例えば３５０Ｖ）に変換するものである。ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂは、系統電源１２からの交流電圧を測定する機能を有しており、測定結果を系統連系インバータ制御装置１５ｃに送信するようになっている。

系統連系インバータ制御装置１５ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂの駆動を制御するものである。この系統連系インバータ制御装置１５ｃは、燃料電池システム制御装置１７と互いに通信可能に接続されており、燃料電池システム制御装置１７の指示にしたがってＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂの駆動を制御する。

また、系統連系インバータ制御装置１５ｃは、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂからの系統電源１２の測定電圧に基づいて系統電源１２が停電状態であるか否かを判定することができる。系統連系インバータ制御装置１５ｃは、系統電源１２が停電状態であると判定すると、停電時遮断リレー１５ｇを開状態に切り換える。系統連系インバータ制御装置１５ｃは、系統電源１２が停電状態でない場合には停電時遮断リレー１５ｇを閉状態に切り換える。

インバータ用電源ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａまたはＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂからの直流電圧を入力して所定の直流電圧に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂと系統連系インバータ制御装置１５ｃに電源電圧（駆動電圧）として供給するものである。

整流回路１５ｅは、電源ライン１３と補機１４との間にインバータシステム１５に並設されかつ整流素子から構成され、当該燃料電池システムの発電前に、電源ライン１３からの交流電圧を整流して直流電圧に変換して補機１４に供給可能なものである。例えば、整流回路１５ｅは、整流素子である４つのダイオードから構成され、ダイオードブリッジ回路から構成されている。トランスと組み合わせてもよく、平滑化のため抵抗、コンデンサ、コイルなどと組み合わせてもよい。

補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａ、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂまたは整流回路１５ｅからの直流電圧を入力して所定の直流電圧（例えば２４Ｖ）に変換して、補機１４に電源電圧として供給するものである。

停電時遮断リレー１５ｇは、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂと系統電源１２（または電源ライン１３）との間に配設されており、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂと系統電源１２とを系統連系インバータ制御装置１５ｃの指示によって連通・遮断するものである。

燃料電池システム制御装置１７は、燃料電池システムの全体的な制御を一括集中して行うものであり、補機１４の駆動を制御したり、インバータシステム１５の駆動を制御したりする。燃料電池システム制御装置１７には、待機時でも運転時（起動運転と発電運転を含む）でも常に電圧が供給されている。

抵抗器４１は、内部負荷の一つであり、燃料電池１１とインバータシステム１５の間にインバータシステム１５と並列に一つだけ配設されている。すなわち、抵抗器４１は、燃料電池１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとの間にＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａと並列に設けられている。この抵抗器４１の容量（消費電力）は３００Ｗに設定されている。この抵抗器４１には抵抗器用リレー４２が直列に接続されている。この抵抗器用リレー４２は燃料電池システム制御装置１７の指示にしたがって開閉を制御されるものである。系統連系インバータ制御装置１５ｃによって系統電源１２が停電状態であると判定されると、抵抗器用リレー４２が閉状態に切り換えられ、これにより燃料電池１１の出力電力が抵抗器４１で消費される。系統連系インバータ制御装置１５ｃによって系統電源１２が停電状態でないと判定されると、抵抗器用リレー４２が開状態に切り換えられ、これにより燃料電池１１の出力電力が抵抗器４１で消費されない。

また、抵抗器４１にはその温度を検出するための温度センサ４１ａが設けられている。温度センサ４１ａの検出結果は燃料電池システム制御装置１７に送信されている。

貯湯槽３１は、燃料電池１１の排熱によって加熱された貯湯水を貯めておくものである。貯湯槽３１には、貯湯水または貯湯槽３１を加熱する加熱装置（例えば電気ヒータ）３１ａが設けられている。加熱装置３１ａは、燃料電池システム制御装置１７の指示にしたがって駆動が制御されるものである。加熱装置３１ａのヒータ容量は数百Ｗであることが望ましい。この加熱装置３１ａは、内部負荷の一つである。

貯湯槽３１と燃料電池１１との間には熱媒体循環路３１ｂが設けられており、熱媒体循環路３１ｂは燃料電池１１の排熱を回収した熱媒体が図示しないポンプにより循環するものである。熱媒体と熱交換することにより貯湯槽３１の貯湯水が加熱される。熱媒体循環路３１ｂには燃料電池１１を熱媒体を介して加熱する加熱装置１１ａが設けられている。加熱装置１１ａは、燃料電池システム制御装置１７の指示にしたがって駆動が制御されるものである。加熱装置１１ａのヒータ容量は数百Ｗであることが望ましい。この加熱装置１１ａは、内部負荷の一つである。なお、加熱装置１１ａは燃料電池１１に設けるようにしてもよい。

なお、加熱装置１１ａ，３１ａは、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆから導出される電力に接続されている。また、加熱装置１１ａ，３１ａは、燃料電池１１とインバータシステム１５（ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａ）とのインバータシステム１５と並列に配設するようにしてもよい。これによれば、低電圧用の抵抗器用リレー４２を使用することができ、低コスト化することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａの後段は高電圧となっているため、高価なリレーを使用する必要が生じるからである。

このように構成された燃料電池システムの作動について説明する。燃料電池システムの発電準備時（起動運転時）には、燃料電池１１は暖機中であるため発電していないので、系統電源１２から燃料電池システムに電力が供給される。すなわち、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａの駆動が、系統連系インバータ制御装置１５ｃの指令（燃料電池システム制御装置１７からの指令による）によって停止される。また、停電時遮断リレー１５ｇは、系統連系インバータ制御装置１５ｃの指令（燃料電池システム制御装置１７からの指令による）によって閉状態にされる。これにより、系統電源１２からの交流電圧が整流回路１５ｅで整流されて直流電圧に変換され、その直流電圧が補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆで降圧されて燃料電池システム制御装置１７や補機１４に供給される。

燃料電池システムの発電運転時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａおよびＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂが、系統連系インバータ制御装置１５ｃの指令（燃料電池システム制御装置１７からの指令による）によって駆動される。また、停電時遮断リレー１５ｇは、閉状態が維持されている。これにより、燃料電池１１からの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａで昇圧されて補機用ＤＣ／ＤＣコンバータひいては燃料電池システム制御装置１７や補機１４に供給される。また、燃料電池１１からの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａおよびＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂを経て外部負荷１９に供給される。

系統電源１２が停電した場合の作動について図２を参照して説明する。燃料電池システムの発電運転中で外部負荷１９で電力が消費されているときに系統電源１２が停電すると、燃料電池システム制御装置１７（系統連系インバータ制御装置１５ｃ）は、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂによって停電であることを検知する（ステップ１０２）。そして、燃料電池システム制御装置１７（系統連系インバータ制御装置１５ｃ）は、第１停電モードの処理を実行する（ステップ１０４）。

具体的には、燃料電池システム制御装置１７は、まず停電時遮断リレー１５ｇを開状態に制御する。これと同時または所定の短時間後（例えば１秒後）に、燃料電池システム制御装置１７は、抵抗器用リレー４２を開状態から閉状態に切り換え制御する。これにより、外部負荷１９の消費電力（例えば１０００Ｗ）に追従して発電していた燃料電池１１からの出力電力は、外部負荷１９に供給されないで抵抗器４１に供給されて抵抗器４１で消費される。なお、燃料電池１１からの出力電力は、抵抗器４１だけでなく発電のために駆動されている補機１４にも供給され消費される。

一方、燃料電池システム制御装置１７は、燃料電池１１への燃料ガスの供給量を減少するように燃料ガス供給装置２０を制御する。燃料ポンプ２２、改質水ポンプ２３、空気ポンプ２４を制御して、改質器２１への燃料、改質水、空気の供給量を調整するようになっている。燃料電池１１への燃料ガスの供給量の減少により、燃料電池１１の発電量は最低出力電力（３００Ｗ）まで減少される。このときの減少速度は、燃料電池１１にダメージを与えないように設定されるのが望ましい。

抵抗器４１で燃料電池１１からの電力が消費されると、抵抗器４１の温度は上昇する。そこで、燃料電池システム制御装置１７は、温度センサ４１ａで抵抗器４１の温度を検出している。抵抗器４１の温度が第１所定温度（例えば９６℃）に到達しないで、停電から第１所定時間（例えば５分）経過するまでに停電が復帰する場合、燃料電池システム制御装置１７は、ステップ１０６，１０８で「ＮＯ」，「ＹＥＳ」と判定し、復帰待機モードの処理を実行する。この復帰待機モードでは、上述した第１停電モードと同様な処理が実行される。

復帰待機モード中、抵抗器４１の温度が第１所定温度より高温の第２所定温度（例えば１５０℃）に到達していなければ（ステップ１１２で「ＮＯ」）、燃料電池システム制御装置１７は、復電処理すなわち燃料電池１１と電源ライン１３を接続して系統連系をし通常の発電を開始する（ステップ１１４）。一方、抵抗器４１の温度が第１所定温度より高温の第２所定温度（例えば１５０℃）に到達すると（ステップ１１２で「ＹＥＳ」）、燃料電池システム制御装置１７は、全停止モードの処理を実行する（ステップ１２０）。全停止モードでは、全ポンプの駆動を停止し、全バルブを閉状態とする。

また、上記第１停電モードの処理によって、抵抗器４１の温度が第１所定温度（例えば９６℃）に到達した場合、または、抵抗器４１の温度が第１所定温度（例えば９６℃）に到達しなくても、停電から第１所定時間経過するまでに停電が復帰しない場合、燃料電池システム制御装置１７は第２停電モードの処理を実行する。この第２停電モードでは、上述した第１停電モードと同様な処理が実行される。

第２停電モード中、抵抗器４１の温度が第１所定温度より高温の第２所定温度（例えば１５０℃）に到達する場合（ステップ１１８で「ＹＥＳ」）、または、抵抗器４１の温度が第２所定温度に到達しなくても、停電から第１所定時間より長い第２所定時間経過（例えば１０分）するまでに停電が復帰しない場合（ステップ１１８，１２２でそれぞれ「ＮＯ」）、燃料電池システム制御装置１７は、全停止モードの処理を実行する（ステップ１２０）。

一方、第２停電モード中、抵抗器４１の温度が第２所定温度に到達しなくて、停電から第２所定時間経過するまでに停電が復帰した場合（ステップ１１８，１２２で「ＮＯ」、「ＹＥＳ」）、燃料電池システム制御装置１７は、通常停止モードの処理を実行する（ステップ１２４）。この通常停止モードは、所定の順序にしたがって燃料電池システムの運転を停止する処理である。

上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、燃料電池システムにおいて、外部負荷１９の電力消費中に系統電源１２が停電した場合、燃料電池１１の出力電力または外部負荷１９の消費電力に応じて、内部負荷（抵抗器４１、加熱装置１１ａ，３１ａ、補機１４、制御装置１７，１５ｃ）での電力消費および燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更するように制御する。これにより、燃料電池１１の出力電力または外部負荷１９の消費電力に応じて適切に燃料電池１１の出力電力を消費することができる。また、内部負荷での電力消費および燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更することにより、燃料電池１１の出力電力を消費することができるので、内部負荷が温度上昇することを抑制でき、ひいては周辺機器の劣化を抑制できる。

また、内部負荷は抵抗器４１であるので、部品点数増大ひいてはコスト増大を抑制しつつ、簡単な構成で適切に燃料電池１１の出力電力を消費することができる。

また、抵抗器４１は燃料電池１１とインバータシステム１５の間にインバータシステム１５と並列に配設されている。これにより、燃料電池１１の出力電力をインバータシステム１５を介さないで直接消費することができるので、インバータシステム１５に関係なく、確実に燃料電池１１の出力電力を消費することができる。

また、内部負荷は当該燃料電池システムを加熱するために既設の加熱装置１１ａ，３１ａであるので、部品点数の増大、コスト増大を伴うことなく、適切に燃料電池の出力電力を消費することができる。

なお、上述した実施形態においては、燃料電池１１とインバータシステム１５の間にインバータシステム１５と並列に抵抗器４１を一つしか設けなかったが、図３に示すように、複数を互いに並列に設けるようにしてもよい。この場合、各抵抗器４１に直列に抵抗器用リレー４２が接続されるとともに温度センサ４１ａが付設されている。これにより、内部負荷による電力消費を段階的に変更することができる。この内部負荷の電力消費の変更は、内部負荷（抵抗器４１）と相関のある温度（抵抗器４１の直接温度でもよいし、その周辺温度でもよい）、または、内部負荷での電力消費の継続時間に基づいて実施するようにすればよい。

例えば、燃料電池の出力電力または外部負荷の消費電力に応じてオンする抵抗器４１の数を設定する。また、停電後の燃料電池１１の減少される出力に応じてオンしている抵抗器４１の数を減少するようにしてもよい。また、抵抗器４１の温度の低下に応じてオンしている抵抗器４１の数を減少するようにしてもよいし、逆に時間の経過にしたがって温度が高くなる場合には、オフしている抵抗器４１の数を増加するようにしてもよい。また、内部負荷での電力消費の継続時間に基づいてすなわち所定時間ごとにオンしている抵抗器４１の数を減少するようにしてもよい。

これによれば、内部負荷が温度上昇することをより抑制でき、ひいては周辺機器の劣化を抑制できる。また、燃料電池の出力電力または外部負荷の消費電力に応じて簡単な構成で確実に燃料電池の出力電力の消費を調整することができる。

また、内部負荷には、貯湯槽３１や燃料電池１１に設けられた加熱装置３１ａ，１１ａ以外の、当該燃料電池システムの構成要素（例えば、改質器２１、改質水タンク（図示しない））を加熱する加熱装置も含まれている。この場合の加熱装置のヒータ容量は数百Ｗであることが望ましい。

なお、上述した実施形態においては、停電時の電力消費させる負荷として、抵抗器４１以外に加熱装置やその他の負荷も同時に使用してもよい。また、停電時の電力消費させる負荷として、抵抗器４１の代わりに加熱装置を使用してもよい。また、抵抗器４１は、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆから導出される電力に接続されてもよい。

本発明による燃料電池システムの一実施形態の構成を示す構成ブロック図である。 燃料電池システム制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 本発明による燃料電池システムの他の実施形態の構成を示す部分拡大ブロック図である。

符号の説明

１１…燃料電池、１１ａ…加熱装置（内部負荷）、１２…系統電源、１３…電源ライン、１４…補機（内部負荷）、１５…インバータシステム、１５ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５ｂ…ＤＣ／ＡＣインバータ、１５ｃ…系統連系インバータ制御装置、１５ｄ…インバータ用電源ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５ｅ…整流回路、１５ｆ…補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５ｇ…停電時遮断用リレー、１７…燃料電池システム制御装置、１９…外部負荷、２０…燃料ガス供給装置、２１…改質器、２２〜２４…ポンプ、３１…貯湯槽、３１ａ…加熱装置（内部負荷）、４１…抵抗器、４１ａ…温度センサ、４２…抵抗器用リレー（スイッチ）。

Claims (6)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電し出力電力を当該燃料電池システムの内外にそれぞれ配設されている内部負荷および外部負荷に供給可能な燃料電池と、
   前記内部負荷および外部負荷に電力を供給可能な系統電源と、
   前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して前記系統電源に接続されている電源ラインに出力する第１機能と、前記電源ラインからの交流電圧を所定の直流電圧に変換して内部負荷に出力する第２機能と、前記燃料電池からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して内部負荷に出力する第３機能と、を有するインバータシステムと、
   前記燃料電池に燃料ガスを供給量を調整可能に供給する燃料ガス供給装置と、を備え、
   前記外部負荷の電力消費中に前記系統電源が停電した場合、前記燃料電池の出力電力または前記外部負荷の消費電力に応じて、前記内部負荷での電力消費および前記燃料ガス供給装置の供給量の少なくとも何れか一方を変更するように制御することを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記内部負荷の電力消費の変更は、前記内部負荷と相関のある温度、または、前記内部負荷での電力消費の継続時間に基づいて実施されることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記内部負荷は抵抗器であることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３において、前記抵抗器は複数互いに並列に設けられ、該各抵抗器に直列にそれぞれ設けられ該各抵抗器への非通電・通電を切り換えるスイッチが設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項３または請求項４において、前記抵抗器は前記燃料電池と前記インバータシステムの間に前記インバータシステムと並列に配設されていることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１または請求項２において、前記内部負荷は当該燃料電池システムを加熱するために既設の加熱装置であることを特徴とする燃料電池システム。

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