JP2009272158A - 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、燃料電池の発電中に系統電源の停電が発生したとき、システムのエネルギー効率を高く維持する。
【解決手段】燃料電池システムは、発電した電力を、系統電源３１に接続された外部電力負荷３３に供給する燃料電池１０と、燃料電池１０と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路１３を少なくとも備え、燃料電池１０の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する排熱回収システム２０と、燃料電池熱媒体循環回路１３上に設けられ供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電気ヒータ１３ｂと、系統電源３１の停電時に、燃料電池１０の出力電力を電気ヒータ１３ｂに供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行うことで燃料電池１０の発電エネルギーを回収する制御手段（電力変換制御装置１７ｄ、システム制御装置１８）と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムとしては、特許文献１に示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、特許文献１の図１に示されているように、系統電源１６の停電発生時に、受電系統を系統電源１６から遮断し、受電系統の自立負荷に非常用電源として燃料電池発電装置より電源を供給するようになっている。このシステムでは、系統電源１６の停電の発生時に、連系用遮断器（電磁接触器５）を遮断すると共にインバータ２を一旦停止させ、燃料電池発電装置が自立負荷（動力負荷３１，３２）に供給できる最大の電気出力に相当する原燃料、反応空気及び改質用蒸気を予め供給し、かつ自立負荷の接続を確認したのちに、インバータ２の再起動を行わせるようになっている。
特開２００５−２０３１４５号公報

しかし、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、停電の発生時に、燃料電池発電装置のインバータを一旦運転停止ししかるのち再起動する際に、燃料電池発電装置の緊急停止を招く要因をできるだけ少なくして、発電を維持することができ、ひいては発電の停止回数を抑制しシステムの起動停止の繰り返しに伴う燃料電池の性能低下を抑制することができる。しかし、発電電力は、動力負荷３１，３２で消費されその消費によるエネルギーは回収されないので、システムとしてエネルギー利用効率がよくないという問題がある。

本発明は、上述した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、燃料電池の発電中に系統電源の異常が発生したとき、システムのエネルギー効率を高く維持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、発電した電力を、系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池と、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、燃料電池の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段と、燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、系統電源の異常時に、燃料電池の出力電力を電力熱変換器に供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで燃料電池の発電エネルギーを回収する制御手段と、を備えたことである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、発電した電力を、系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池と、燃料電池から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して外部電力負荷に出力する機能を少なくとも有する電力変換器と、電力変換器と外部電力負荷との間に開閉可能に設けられた系統開閉器と、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、燃料電池の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段と、燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ、かつ電力変換器内にまたは該電力変換器と系統開閉器との間に接続され、電力変換器から供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、系統電源の異常時に、系統開閉器を開状態とし、燃料電池の出力電力を電力変換器を介して電力熱変換器に供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで燃料電池の発電エネルギーを回収する制御手段と、を備えたことである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、発電した電力を、系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池と、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、燃料電池の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段と、燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、系統電源の異常時に、燃料電池の出力電力を電力熱変換器に供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで燃料電池の発電エネルギーを回収するとともに、異常の種類に応じて該異常時の燃料電池の発電を制御する制御手段と、を備えたことである。

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、回収蓄熱手段は、貯湯水を貯水可能な貯湯槽と、貯湯槽に連通され貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、燃料電池熱媒体循環回路を循環する燃料電池熱媒体と貯湯水循環回路を循環する貯湯水とが熱交換する熱交換器と、貯湯水を循環させる貯湯水循環手段と、をさらに備え、電力熱変換器からの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段を制御する貯湯水流量制御手段、をさらに備えたことである。

また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段をさらに備え、貯湯水流量制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入の状態に応じて貯湯水循環手段による貯湯水の流量を制御することである。

また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項４または請求項５において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて貯湯水循環手段のフィードバック制御を行い、これに加えて、熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環手段のフィードフォワード制御を行うことである。

また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項６において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量を算出し、熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量を算出し、そして、フィードバック操作量とフィードフォワード操作量とを加算した総操作量で貯湯水循環手段を制御することである。

また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、貯湯水流量制御手段は、電力熱変換器による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環手段の制御の変更に係る遅延要素を設定することである。

また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項７または請求項８において、貯湯水流量制御手段は、熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量を減算して得た値をフィードフォワード操作量として算出することである。

また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項６乃至請求項９の何れか一項において、系統電源の異常の継続中であって燃料電池の発電中において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度の差が所定状態となったときに、燃料電池の発電運転を中止すると判断することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、発電した電力を系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池の排熱を回収蓄熱する回収蓄熱手段が、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、かつ、その燃料電池熱媒体循環回路上に、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器が設けられている。制御手段が、系統電源の異常時に、燃料電池の出力電力を電力熱変換器に供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで燃料電池の発電エネルギーを回収する。これにより、燃料電池の発電中に系統電源の異常が発生したとき、燃料電池の出力電力エネルギーを電力熱変換器で熱エネルギーに変換して回収蓄熱手段により回収することにより、システムのエネルギー効率を高く維持することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、発電した電力を系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して外部電力負荷に出力する機能を少なくとも有する電力変換器が備えられている。電力変換器と外部電力負荷との間に、開閉可能な系統開閉器が設けられている。燃料電池の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段が、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備えている。その燃料電池熱媒体循環回路上に、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器が設けられている。その電力熱変換器は、電力変換器内にまたは該電力変換器と系統開閉器との間に接続されている。そして、制御手段は、系統電源の異常時に、系統開閉器を開状態とし、燃料電池の出力電力を電力変換器を介して電力熱変換器に供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで燃料電池の発電エネルギーを回収する。これにより、燃料電池の発電中に系統電源の異常が発生したとき、燃料電池の出力電力エネルギーを電力熱変換器で熱エネルギーに変換して回収蓄熱手段により回収することにより、システムのエネルギー効率を高く維持することができる。これに加えて、電力熱変換器が電力変換器内にまたは該電力変換器と系統開閉器との間に接続されているので、電力変換器と外部電力負荷との間に設けられた開閉可能な系統開閉器を制御することで、燃料電池の運転を停止することなく、システムを適切に運転した上でエネルギー効率を高く維持することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、発電した電力を系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池の排熱を回収蓄熱する回収蓄熱手段が、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、かつ、その燃料電池熱媒体循環回路上に、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器が設けられている。制御手段が、系統電源の異常時に、燃料電池の出力電力を電力熱変換器に供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで燃料電池の発電エネルギーを回収するとともに、異常の種類に応じて該異常時の燃料電池の発電を制御する。これにより、燃料電池の発電中に系統電源の異常が発生したとき、燃料電池の出力電力エネルギーを電力熱変換器で熱エネルギーに変換して回収蓄熱手段により回収することにより、システムのエネルギー効率を高く維持することができる。これに加えて、異常に伴って外部電力負荷の電源がオフされて外部電力負荷での消費電力が低下する場合など要求電力が低下したときにおいて、異常の種類に応じて該異常時の燃料電池の発電運転が制御されるため、要求電力の低下を想定して燃料電池の出力電力を制御できるので、燃料電池に投入される燃料ガスを抑制し、不要なエネルギー消費を抑制することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、貯湯水流量制御手段が、電力熱変換器からの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段を制御する。これにより、電力熱変換器からの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化があっても、これらの状況に応じて貯湯水循環手段を制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とする。したがって、異常が発生したときまたは／および複電したとき、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲となるように適切に制御して、燃料電池の信頼性を高く維持することができる。

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４に係る発明において、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段をさらに備え、貯湯水流量制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入の状態に応じて貯湯水循環手段による貯湯水の流量を制御する。これにより、電力熱変換器からの熱投入を確実に検知することができ、貯湯水の流量を適切に制御しひいては燃料電池熱媒体の温度を適切に制御することができる。

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４または請求項５に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて貯湯水循環手段のフィードバック制御を行い、これに加えて、熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環手段のフィードフォワード制御を行う。これにより、貯湯水循環手段の制御は、基本的には燃料電池熱媒体の温度をフィードバック制御し、熱投入の状態が変化してこれに起因して燃料電池熱媒体の温度が変化する際には、熱投入の状態変化によるフィードフォワード制御を加える。したがって、電力熱変換器からの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化がある場合、これらの状況に応じて貯湯水循環手段を適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。

上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項６に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量を算出し、熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量を算出し、そして、フィードバック操作量とフィードフォワード操作量とを加算した総操作量で貯湯水循環手段を制御するので、貯湯水循環手段の操作量を適切かつ的確に算出し、ひいては貯湯水循環手段を適切かつ的確に制御することができる。

上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項７に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、電力熱変換器による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環手段の制御の変更に係る遅延要素を設定する。これにより、電力熱変換器からの熱投入の開始時または終了時に、その時点に貯湯水循環手段の制御をすぐに変更させるのではなく、所定の遅延時間をおいて貯湯水循環手段の制御を変更させたり、または所定の遅延方法において、貯湯水循環手段の制御を変更させたりすることができる。したがって、電力熱変換器からの熱投入から燃料電池熱媒体の温度変化までに時間のずれ（タイムラグ）が生じるが、これに起因して燃料電池熱媒体の急激な温度変化が生じた場合にも、貯湯水循環手段をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。

上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項７または請求項８に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量を減算して得た値をフィードフォワード操作量として算出する。これにより、熱投入量が変化しても、その変化に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。

上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項６乃至請求項９の何れか一項に係る発明において、系統電源の異常の継続中であって燃料電池の発電中において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度の差が所定状態となったときに、燃料電池の発電運転を中止すると判断する。これにより、別の検出部材を設けることなく簡単な構成かつ低コストで、発電運転の中止時期を確実に判断することができ、ひいては異常中の発電運転をできるだけ長時間継続することができる。

以下、本発明による燃料電池システムの一実施の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、改質器１２、燃料電池熱媒体循環回路１３、貯湯槽１４、貯湯水循環回路１５、熱交換器１６、インバータシステム１７、燃料電池システム制御装置（以下、システム制御装置という。）１８、および通信ライン１９を備えている。

燃料電池１１は、燃料（例えば水素を含む改質ガス）および酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）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。本実施の形態では、燃料電池１１は高分子電解質形を例に挙げて説明する。燃料電池１１は、発電した電力を外部電力負荷３３に供給するものである。例えば、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１２は、原料（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。原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用空気で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原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。

燃料電池熱媒体循環回路１３は、燃料電池１１と熱交換する燃料電池熱媒体が循環するものである。貯湯槽１４は、貯湯水を貯水可能なものである。貯湯水循環回路１５は、貯湯槽１４に連通され貯湯水が循環するものである。熱交換器１６は、燃料電池熱媒体循環回路１３を循環する燃料電池熱媒体と貯湯水循環回路１５を循環する貯湯水とが熱交換するものである。燃料電池熱媒体循環回路１３および貯湯水循環回路１５は互いに独立して設けられている。

燃料電池熱媒体循環回路１３上には、燃料電池１１を起点に上流から下流に向かって順番に、第１温度センサ１３ａ、電気ヒータ１３ｂ、熱交換器１６、燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃ、および第２温度センサ１３ｄが配設されている。

第１温度センサ１３ａは燃料電池熱媒体循環回路１３の燃料電池１１の出口温度Ｔ１を検出するものであり、第２温度センサ１３ｄは燃料電池熱媒体循環回路１３の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を検出するものである。第１温度センサ１３ａ、第２温度センサ１３ｄの検出結果はシステム制御装置１８に入力されるようになっている。

電気ヒータ１３ｂは、インバータシステム１７から供給される電力量に従って制御されるものであり、供給された電力を熱に変換するものすなわち通電されて発熱する電力熱変換器である。電気ヒータ１３ｂは、燃料電池１１と熱交換器１６との間であって燃料電池１１の下流かつ熱交換器１６の上流に配設されていることが好ましい。電気ヒータ１３ｂは、系統電源３１の停電時には、燃料電池１１で発電された電力のうち燃料電池システムを運転させるのに必要な補機４２（内部負荷でもある）で消費される電力を差し引いた電力（以下、余剰電力という）が通電されてその電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱するものである。また、電気ヒータ１３ｂは、燃料電池システムの起動時に燃料電池熱媒体（燃料電池１１本体）が所定温度以下の場合（燃料電池１１が暖機中である場合）には、通電されて燃料電池熱媒体の加熱ひいては燃料電池１１の暖機を行うものである。また、電気ヒータ１３ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂと系統開閉器１７ｋとの間に限られないで、電圧変換器１７ｃ内に接続されるようにしてもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａとＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂとの間や燃料電池開閉器１７ｊとＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａとの間であればよい。

燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃは、燃料電池熱媒体循環回路１３で燃料電池熱媒体を図示矢印方向へ循環させるものであり、システム制御装置１８によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。

貯湯槽１４は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽１４の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽１４に貯留された高温の温水が貯湯槽１４の柱状容器の上部から導出されるようになっている。

貯湯水循環回路１５の一端は貯湯槽１４の下部に、他端は貯湯槽１４の上部に接続されている。貯湯水循環回路１５上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ１５ａおよび熱交換器１６が配設されている。貯湯水循環ポンプ１５ａは、貯湯槽１４の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環回路１５を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽１４の上部に送出するものであり、システム制御装置１８によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。

上述した燃料電池１１、燃料電池熱媒体循環回路１３、貯湯槽１４、貯湯水循環回路１５、熱交換器１６から排熱回収システム２０（回収蓄熱手段である。）が構成されている。この排熱回収システム２０は、燃料電池１１の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱し、ひいては貯湯槽１４に回収蓄熱するものである。排熱回収システム２０は、燃料電池熱媒体循環回路１３を少なくとも備えることが好ましい。この排熱回収システム２０により、発電運転中においては基本的に、燃料電池１１の発電にて発生した排熱（熱エネルギー）は、まず燃料電池熱媒体に回収され、そして熱交換器１６を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。発電運転中において系統電源３１の停電が発生した場合には、燃料電池１１で発電された電力のうち余剰電力が電気ヒータ１３ｂに通電されてその電力を熱に変換して燃料電池熱媒体が加熱され、その熱は熱交換器１６を介して貯湯水に回収される。

インバータシステム１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａとＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂから構成されている電力変換器１７ｃ、電力変換制御装置１７ｄおよび整流回路１７ｅを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ）１７ａは、燃料電池１１から出力される直流電圧（例えば４０Ｖ）を入力し所定の直流電圧（例えば３５０Ｖ）に変換して出力するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａは、本燃料電池システムを運転させるためのシステム制御装置１８および補機４２に、燃料電池１１から入力した直流電圧を所定の直流電圧に変換して補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して出力するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａは、例えばトランスを構成要素として構成され入力側と出力側が絶縁されている絶縁型であることが好ましい。

なお、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａ、ＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂ、整流回路１７ｅから出力される直流電力を入力し所定の直流電力に変換して補機４１、システム制御装置１８に出力するものである。

ＤＣ／ＡＣインバータ（インバータ）１７ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａから出力される直流電圧（例えば３５０Ｖ）を入力し交流電圧（例えば２００Ｖ）に変換して電源ライン３２に出力し、かつ電源ライン３２から入力した系統電源３１からの交流電圧（例えば２００Ｖ）を所定の直流電圧（例えば３５０Ｖ）に変換して補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して補機４２に出力するものである。このように、ＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂは、直流を交流に変換する機能と、交流を直流に変換する機能とを有している。なお、ＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂは、直流を交流に変換する機能と交流を直流に変換する機能の両機能を内蔵した一つの機器で構成しているが、それぞれの機能を別の機器で構成するようにしてもよい。この場合、電流センサ１７ｇは、それぞれ別の機器に予め備えられていることが望ましい。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａとＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂとからなる電力変換器１７ｃは、燃料電池１１から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して外部電力負荷３３に出力する機能を少なくとも有するものである。なお、電力変換器１７ｃは、本実施の形態のようにコンバータ器とインバータ器の両方で構成しないで、インバータ器のみで構成するようにしてもよい。

インバータシステム１７は、燃料電池１１から出力される直流電力（直流電圧）を所定の交流電力（交流電圧）に変換して系統電源３１に接続されている電源ライン３２に出力（供給）する第１機能と、系統電源３１の停電時における燃料電池１１からの発電電力の余剰電力分を内部負荷（例えば、電気ヒータ１３ｂ）に出力する（直流または交流にて）第２機能と、を有している。内部負荷とは、燃料電池システム内に設置され、電力が供給されてその電力を消費するものであり、電気ヒータ１３ｂの他に、燃料電池システムの運転に関わるポンプや電磁弁などの補機４２がある。

インバータシステム１７は、系統電源３１の交流電力を直流電力に変換して燃料電池システム内の内部負荷に供給する機能を有していてもよい。内部負荷（電気ヒータ１３ｂおよび補機４２）の電力として、直流を使用する場合と交流を使用する場合がある。直流を使用する場合は、インバータシステム１７に、系統電源３１の交流電力を直流電力に変換して燃料電池システム内の内部負荷に供給する機能を持たせる。一方、交流を使用する場合は、インバータシステム１７に前記機能は必要ない。本実施の形態では、電気ヒータ１３ｂは交流電力を使用しており、補機は直流電力を使用している。したがって、本実施の形態では、インバータシステム１７は前記機能を有する。

インバータシステム１７は、電流センサ１７ｆ〜１７ｉを備え、開閉器１７ｊ〜１７ｌをさらに備えている（電流センサにより電力を求めている）。

電流センサ１７ｆは、燃料電池１１からインバータシステム１７（より具体的には電力変換器１７ｃ）に入力される発電電力を検知する。電流センサ１７ｇは、インバータシステム１７（より具体的には電力変換器１７ｃ）から電源ライン３２を介して外部電力負荷３３に出力される電力、および系統電源３１から電源ライン３２を介してインバータシステム１７（電力変換器１７ｃおよび／または整流回路１７ｅ）に入力される電力を検知する。電流センサ１７ｇは、ＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂに内蔵されていてもよく、ＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂから分離独立したものでもよい。

電流センサ１７ｈは、インバータシステム１７から電気ヒータ１３ｂに出力される電力を検知する。電流センサ１７ｈは、電気ヒータ１３ｂに出力される電力を検知することにより、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段である。この電流センサ１７ｈは、電気ヒータ１３ｂから燃料電池熱媒体への熱投入量の変化による燃料電池熱媒体の温度変化速度と比べて、検知応答速度が速いものである。

電流センサ１７ｉは、インバータシステム１７から補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１、ひいてはシステム制御装置１８および補機４２に出力される電力を検知する。各電流センサ１７ｆ〜１７ｉが検知した各検知結果は、電力変換制御装置１７ｄに入力されるようになっている。

開閉器１７ｊは、燃料電池１１と電力変換器１７ｃとの間に配設され、燃料電池１１と電力変換器１７ｃとを連通・遮断するもの（燃料電池開閉器）である。開閉器１７ｊと電流センサ１７ｆの位置は図示する位置と逆になってもよい。開閉器１７ｋは、電力変換器１７ｃと系統電源３１（外部電力負荷３３）との間に配設され、電力変換器１７ｃと系統電源３１（外部電力負荷３３）とを連通・遮断するもの（系統開閉器）である。開閉器１７ｌは、電力変換器１７ｃと電気ヒータ１３ｂとの間に配設され、電力変換器１７ｃと電気ヒータ１３ｂとを連通・遮断するもの（電気ヒータ開閉器）である。開閉器１７ｌと電流センサ１７ｈの位置は図示する位置と逆になってもよい。各開閉器１７ｊ〜１７ｌは、電力変換制御装置１７ｄからの指示（システム制御装置１８の指示であって電力変換制御装置１７ｄ経由のものも含む。）にしたがって開閉制御されるようになっている。

なお、インバータシステム１７は、電力変換器１７ｃおよび整流回路１７ｅに電流が逆流するのを防ぐために各ダイオード１７ｍ，１７ｎがそれぞれ備えられている。

また、インバータシステム１７は、電圧センサ３２ｂを備えている。電圧センサ３２ｂは、開閉器１７ｋおよび整流回路１７ｅと電源ライン３２との間に設けられ、インバータシステム１７から電源ライン３２へ、または電源ライン３２からインバータシステム１７への電力の電圧を検出するものである。電圧センサ３２ｂの検出結果は、電力変換制御装置１７ｄに入力されるようになっている。

電力変換制御装置１７ｄには、電源ライン３２に設けられ系統電源３１に対する電力の入出力および電力量を検知する電流センサ３２ａが接続されており、その検知結果が電力変換制御装置１７ｄに入力されている。電流センサ３２ａは、インバータシステム１７から系統電源３１への逆潮流電力、系統電源３１からインバータシステム１７への順潮流電力、および系統電源３１の停電を検知してその検知信号をインバータシステム１７すなわち電力変換制御装置１７ｄに出力する停電検出手段である。

なお、電流センサ３２ａと電圧センサ３２ｂは、単相３線である系統電源３１のＲ相、Ｓ相を片方ずつ検出している。電流センサ３２ａと電圧センサ３２ｂは、Ｒ相、Ｓ相用にそれぞれ２個のセンサを有している。インバータシステム１７から電源ライン３２へ、または電源ライン３２からインバータシステム１７への電力は、Ｒ相の電流と電圧との積、およびＳ相の電流と電圧との積を加算して得ることができる。

また、電力変換制御装置１７ｄは、電流センサ３２ａ、電圧センサ３２ｂからの検出信号のうち停電に関するものに基づいて停電の種類を判断することができる。電力変換制御装置１７ｄは、電流センサ３２ａ、電圧センサ３２ｂからの検出信号から停電であることを検出する。この場合、電圧センサ３２ｂによって検出された系統電源３１からの電圧が所定電圧以下（例えば、定格の１／１０以下）であることによって検出する。停電の種類は、例えば停電継続時間の長短によって区別される。

さらに、電力変換制御装置１７ｄは、電流センサ３２ａ、電圧センサ３２ｂからの検出信号のうち系統電源３１の電力に関するものに基づいて、停電、停電の種類を判断するだけでなく、系統電源３１の異常を検出することができる。電圧異常の場合、定格電圧によって決まっている規格範囲外（規格によって決められている）であることによって検出する。周波数異常の場合、電圧または電流の周波数が決められている規格範囲外（規格によって決められている）であることによって検出する。これにより、系統電源３１の停電以外に、電圧や周波数が所定の規格範囲外になったときも検出することができる。つまり、系統電源３１の品質が悪くなったときも検出することができる。

さらに、電力変換制御装置１７ｄは、燃料電池１１が発電可能な状態において、電流センサ１７ｇにより検知されるインバータシステム１７からの出力電力、および電流センサ３２ａにより検知される系統電源３１に入出する電力に基づいて外部電力負荷３３で消費される消費電力を算出する。例えば、インバータシステム１７からの出力電力と系統電源３１に入出する電力との和が消費電力として算出される。電力変換制御装置１７ｄは、その消費電力および燃料電池１１の発電電力をシステム制御装置１８に通信ライン１９を介して送信するようになっている。システム制御装置１８は、燃料電池１１の発電電力が、入力した消費電力となるように、改質器１２に供給する原料、水などの供給量を制御する。なお、消費電力が燃料電池１１の最大発電電力を超える場合には、燃料電池１１は最大発電電力で運転される。

電力変換制御装置１７ｄは、燃料電池１１の発電運転中において、系統電源３１の停電が発生すると、燃料電池１１の出力電力を電気ヒータ１３ｂに供給するように制御して、燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行うことで、燃料電池１１の発電エネルギーを排熱回収システム２０に回収している。この場合、電力変換制御装置１７ｄは、電気ヒータ１３ｂの制御権をシステム制御装置１８から移行されてシステム制御装置１８からの指示がなくても、独立して電気ヒータ１３ｂの制御を行うことができる。

なお、電力変換制御装置１７ｄによる電気ヒータ１３ｂの制御内容は、システム制御装置１８に通信ライン１９を介して通知されている。制御内容は、電気ヒータ１３ｂの起動・停止、供給電力量などである。

整流回路１７ｅは、電源ライン３２と補機４２との間にＤＣ／ＡＣインバータ１７ｂに並列に設けられ、電源ライン３２からの交流電圧を整流して直流電圧に変換して補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して補機４２およびシステム制御装置１８に供給可能なものである。整流回路１７ｅの入力は、系統開閉器１７ｋと電源ライン３２との間に接続されている。例えば、整流回路１７ｅ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。整流回路１７ｅは、系統開閉器１７ｋの開閉に関係なく系統電源３１からの電力を補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を経てシステム制御装置１８および補機４２に供給することができる。

システム制御装置１８は、燃料電池システムの全体的な制御を、電力変換制御装置１７ｄと協調して行うものである。システム制御装置１８は、上述したように、燃料電池１１の発電電力が外部電力負荷３３の消費電力となるように、上記燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃ、貯湯水循環ポンプ１５ａや、改質器１２に原料、水などを供給するためのポンプ、電磁弁（図示省略）を直接制御する。

システム制御装置１８は、燃料電池熱媒体（燃料電池１１）の温度Ｔ１，Ｔ２を入力し、両温度差が所定温度差内に収まるように燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃを制御し、温度Ｔ１（または温度Ｔ２）が所定温度となるように（または所定温度範囲に収まるように）貯湯水循環ポンプ１５ａを制御する。

システム制御装置１８は、システム起動時や、燃料電池１１の発電状態であって系統電源３１が停電でない状態において、電気ヒータ１３ｂの制御権がシステム制御装置１８に移行されて、電気ヒータ１３ｂの制御を通信ライン１９を介して電力変換制御装置１７ｄに指示する。そのシステム制御装置１８からの指示によって電力変換制御装置１７ｄが電気ヒータ１３ｂの制御を行う。

通信ライン１９は、電力変換制御装置１７ｄ（図示しない電力変換制御装置１７ｄ内のマイクロプロセッサ）とシステム制御装置１８のマイクロプロセッサ１８ａとを互いに通信可能に電気的に接続するものである。

次に、このように構成した燃料電池システムの作動のうち発電運転中に停電が発生した場合の作動について図２〜図４を参照して説明する。以下に説明する、停電発生の検出、停電種類の判断、停電における系統開閉器１７ｋおよびヒータ開閉器１７ｌの制御、復電の判断、再連系の制御は、電力変換制御装置１７ｄの指示により行われる。なお、これらの処理および制御は、電力変換制御装置１７ｄを主としてシステム制御装置１８と協調して行われるものである。また、システム制御装置１８を主として電力変換制御装置１７ｄと協調して行うようにしてもよい。

電力変換制御装置１７ｄは、燃料電池１０が発電運転中であるか否かを、システム制御装置１８からの信号に基づいて判定する（ステップ１０２）。電力変換制御装置１７ｄは、発電運転中でなければ、ステップ１０２にて、「ＮＯ」の判定を繰り返す。発電運転中であれば、電力変換制御装置１７ｄは、ステップ１０４にて、系統電源３１で停電または系統異常（周波数異常や電圧異常）が発生したか否かを、電流センサ３２ａからの信号または電圧センサ３２ｂで測定する系統電圧（系統電源３１の電圧を測定できるならどこでも良い）より判定する。

具体的には、電力変換制御装置１７ｄは、電流センサ３２ａ、電圧センサ３２ｂからの検出信号から停電であることを検出する。この場合、電圧センサ３２ｂによって検出された系統電源３１からの電圧が所定電圧以下（例えば、定格の１／１０以下）であることによって検出（判定）する。停電の種類は、例えば停電継続時間の長短によって区別される。

さらに、電力変換制御装置１７ｄは、電流センサ３２ａ、電圧センサ３２ｂからの検出信号のうち系統電源３１の電力に関するものに基づいて、停電、停電の種類を判断するだけでなく、系統電源３１の異常を検出（判定）することができる。電圧異常の場合、定格電圧によって決まっている規格範囲外（規格によって決められている）であることによって検出（判定）する。周波数異常の場合、電圧または電流の周波数が決められている規格範囲外（規格によって決められている）であることによって検出（判定）する。これにより、系統電源３１の停電以外に、電圧や周波数が所定の規格範囲外になったときも検出（判定）することができる。つまり、系統電源３１の品質が悪くなったときも検出（判定）することができる。系統電源３１の異常を検出した場合にも、停電を検出した場合と同様な処理が行われる。系統電源３１の異常に停電も含まれている。

電力変換制御装置１７ｄは、停電の発生を検出すると、ステップ１０４で「ＹＥＳ」と判定し、系統開閉器１７ｋをオフする（開状態とする。ステップ１０６）とともに、ヒータ開閉器１７ｌをオンする（閉状態とする。ステップ１０８）。これにより、燃料電池１０で発電された電力は、電力変換器１７ｃを通って電気ヒータ１３ｂに供給され消費される。すなわち、停電発生時点の燃料電池１０の出力電力は電気ヒータ１３ｂに供給され、その結果燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入が行われることで、停電時に発電された燃料電池１０の発電エネルギーは貯湯水に回収されることとなる。

さらに、システム制御装置１８は、停電の継続時間の長短によって（停電の種類に応じて）燃料電池１０の発電運転を制御する。２つの場合について説明する。
第１に、停電継続時間が所定時間（例えば、数秒）より短い場合には、系統電源３１が復電するまで燃料電池１０の出力電力を停電直前の電力値に維持（固定）するように燃料電池システムを制御する。すなわち、電力変換制御装置１７ｄは、停電の発生を検出した時点（図３の時刻ｔ１）から系統電源３１が復電するまでの時間が所定時間より短い場合には、ステップ１１０で「ＮＯ」、ステップ１１４で「ＮＯ」と判定し、停電中に燃料電池１０の出力電力を停電直前の電力値に維持（固定）するように燃料電池システムを制御する（ステップ１１２）。ステップ１１２では、電力変換制御装置１７ｄは、所定時間経過前の停電中であることをシステム制御装置１８に送信する。システム制御装置１８は、それに応じて停電直前の電力値を維持するように、改質用燃料、改質水などの供給量を制御する。なお、ステップ１１４では、電流センサ３２ａによる検出電圧が上記判定電圧範囲に収まれば、系統電源３１の停電が解除されて復電したと判定する。

そして、系統電源３１が復電すると（図３の時刻ｔ２）、電力変換制御装置１７ｄは、復電を検出し（ステップ１１４で「ＹＥＳ」と判定し）、電圧変換器１７ｃを電源ライン３２を介して系統電源３１および／または外部電力負荷３３に接続する（再連系する。ステップ１１６）。復電の情報はシステム制御装置１８に送信されるので、システム制御装置１８は、通常の発電運転を再開する。すなわち、システム制御装置１８は、燃料電池１１の発電電力が外部電力負荷３３の消費電力となるように、上記燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃ、貯湯水循環ポンプ１５ａや、改質器１２に原料、水などを供給するためのポンプ、電磁弁（図示省略）を制御する。電力変換制御装置１７ｄおよびシステム制御装置１８は、停電となるまで（ステップ１０４で「ＹＥＳ」と判定するまで）発電運転を継続する。なお、図３、４において、停電中の燃料電池１０の出力電力を破線で示し、通常時の燃料電池１０の出力電力を実線で示している。

ところで、前記所定時間の短時間で系統電源３１が停電から復旧した場合には、外部電力負荷３３での消費も停電直前と変更はない可能性が高いので、燃料電池１０の要求電力も停電直前とほとんど変わらないと想定できる。したがって、このように復電後、即再連系した場合、外部電力負荷３３の要求電力に応じた速やかな電力供給を行うことができる。

第２に、停電継続時間が所定時間以上の場合には、系統電源３１が復電するまで燃料電池１０の出力電力を停電直前の電力値から燃料電池１０の最低出力電力への変更を開始し、最低出力電力に達した後その値を維持するように燃料電池システムを制御する。すなわち、電力変換制御装置１７ｄは、停電の発生を検出した時点（図４の時刻ｔ１１）から系統電源３１が復電するまでの時間が所定時間以上の場合には、ステップ１１０で「ＹＥＳ」と判定した後、ステップ１２０で「ＮＯ」の判定を繰り返す。これにより、停電中に燃料電池１０の出力電力を停電直前の電力値から最低出力電力に徐々に低減し、最低出力電力となった後は最低出力電力に維持（固定）するように燃料電池システムを制御する（ステップ１１８）。ステップ１１８では、電力変換制御装置１７ｄは、所定時間経過後の停電中であることをシステム制御装置１８に送信する。システム制御装置１８は、それに応じて出力電力を停電直前から低減し最終的に最低出力電力に維持するように、改質用燃料、改質水などの供給量を制御する。なお、ステップ１２０では、電流センサ３２ａによる検出値が正常範囲に収まれば、系統電源３１の停電が解除されて復電したと判定する。

そして、系統電源３１が復電すると（図４の時刻ｔ１２）、電力変換制御装置１７ｄは、復電を検出し（ステップ１２０で「ＹＥＳ」と判定し）、その後待ち時間（例えば、５分）だけ待って（ステップ１２２。時刻ｔ１３）、電圧変換器１７ｃを電源ライン３２を介して系統電源３１および／または外部電力負荷３３に接続する（再連系する。ステップ１１６）。復電の情報はシステム制御装置１８に送信されるので、システム制御装置１８は、通常の発電運転を再開する。すなわち、システム制御装置１８は、燃料電池１１の発電電力が外部電力負荷３３の消費電力となるように、上記燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃ、貯湯水循環ポンプ１５ａや、改質器１２に原料、水などを供給するためのポンプ、電磁弁（図示省略）を制御する。電力変換制御装置１７ｄおよびシステム制御装置１８は、停電となるまで（ステップ１０４で「ＹＥＳ」と判定するまで）発電運転を継続する。

ところで、前記所定時間の短時間より長く停電が継続して系統電源３１が停電から復旧した場合には、外部電力負荷３３が長い停電時間により自身の電源が自動的に切れるなどして外部電力負荷３３での消費電力が減少する可能性が高いので、燃料電池１０の要求電力も停電直前と比べて減少すると想定できる。したがって、本実施の形態によれば、このように停電中に要求電力が減少する場合に適切に対応することができ、停電中および再連系に無駄に発電を行うことなく、エネルギー効率を高く維持することができ、また、停電中に燃料電池熱媒体循環回路１３への過剰な熱投入を抑制することができる。

なお、停電の種別を、停電時間を一つの所定時間で区別するようにしたが、２つの異なる所定時間（１つは数秒、もう一つは数分）を設けて区別するようにしてもよい。

システム制御装置１８のマイクロプロセッサ１８ａは、図５に示すように、第１および第２制御部２１，２２を備えている。
第１制御部２１は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａのフィードバック制御を行うものである。第１制御部２１は、減算器２１ａ、制御器２１ｂ、加算器２１ｃおよび上下限処理器２１ｄを備えている。

減算器２１ａは、燃料電池熱媒体の検出温度として燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を温度センサ１３ｄから入力し、燃料電池熱媒体の目標温度として燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２の目標温度Ｔ２ｔａを入力し、入口温度Ｔ２から目標温度Ｔ２ｔａを減算してそれら入力した両温度の偏差ｅ（＝Ｔ２ｔａ−Ｔ２）を算出する。目標温度Ｔ２ｔａは、出力電力によりマップにて定義する。

制御器２１ｂは、フィードバック制御を行う制御器である。制御器２１ｂは、減算器２１ａで算出した偏差ｅを入力し、その偏差ｅに基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａの回転数（ポンプの吐出量（流量））である操作量を算出する。この場合、貯湯水循環ポンプ１５ａがＰＷＭ制御されていれば、操作量はＰＷＭ制御のデューティ比（Ｄｕｔｙ）である。

本実施の形態では、制御器２１ｂは、ＰＩＤ制御（速度形）を行うものである。制御器２１ｂは、偏差ｅに比例した出力値を出力する比例動作器、偏差ｅの時間積分に比例した出力値を出力する積分動作器、および偏差ｅの時間変化率に比例した出力値を出力する微分動作器（それぞれ図示省略）を有している。制御器２１ｂは、比例動作器、積分動作器および微分動作器による各出力値を加算した値を、貯湯水循環ポンプ１５ａのフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａとして算出する。このように、制御器２１ｂは、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａを算出するものである。

なお、制御器２１ｂでは、ＰＩＤ制御の代わりに、Ｐ制御（比例動作器の機能のみ作用する。）を行うようにしてもよく、またＰＩ制御（比例動作器および積分動作器の機能のみ作用する。）を行うようにしてもよい。いずれもフィードバック操作量を算出するものである。

加算器２１ｃは、制御器２１ｂから入力したフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａと、第２制御部２２から入力したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（後述する）とを加算するものである。この加算値（＝Ｄｕｔｙ＿Ａ＋Ｄｕｔｙ＿Ｂ）が貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量（総操作量）Ｄｕｔｙである。

上下限処理器２１ｄは、加算器２１ｃから入力した加算値を上下限処理して出力するものである。なお、上下限処理は、加算値が所定の上限値（例えば１００％）以上となった場合には入力した値を上限値に変更設定し、所定の下限値（例えば０％）以下となった場合には入力した値を下限値に変更設定し、加算値がそれら上下限値内である場合にはそのまま出力する処理のことである。

第２制御部２２は、燃料電池熱媒体への電気ヒータ１３ｂによる熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａのフィードフォワード制御を行うためのものである。第２制御部２２は、第１演算器２２ａおよび第２演算器２２ｂを備えている。

第１演算器２２ａは、燃料電池熱媒体への電気ヒータ１３ｂによる熱投入量（熱投入電力量）を入力し、その投入電力に基づいてフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。具体的には、第１演算器２２ａは、図６に示すフローチャートに沿ってフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。第１演算器２２ａは、所定の短時間毎に（例えば、５００ｍｓｅｃ）図６に示すフローチャートを繰り返し実行する。

第１演算器２２ａは、ステップ２０２において、ヒータ投入電力値（インバータシステム１７から電気ヒータ１３ｂへ投入された電力値）をインバータシステム１７から入力し（例えば、数百ｍｓｅｃの通信速度で入力する。）、そのヒータ投入電力値を投入電力の今回値として記憶するとともに、前回の処理時に記憶しておいた投入電力の前回値を記憶装置から読み込む。そして、第１演算器２２ａは、ステップ２０４において、投入電力の今回値と前回値を比較する。なお、記憶装置は、マイクロコンピュータ１８ａに内蔵されていたり、マイクロコンピュータ１８ａとは別にシステム制御装置１８に内蔵されていたりする。

投入電力の今回値と前回値が同じである場合（熱投入量が変化しない場合）すなわち発電運転中の非停電時の場合、第１演算器２２ａは、ステップ２０４にて「ＹＥＳ」と判定し、フィードフォワード操作量は０％であると算出し（ステップ２０６）、投入電力の今回値を前回値として記憶装置に記憶した後（ステップ２０８）、本演算を一旦終了する（ステップ２１０）。なお、図面では「フィードフォワード」、「フィードバック」をそれぞれ「ＦＦ」、「ＦＢ」と省略する場合がある。

投入電力の今回値と前回値が異なる場合（熱投入量が変化した場合）であって、今回値が前回値より大きい場合（すなわち、停電が開始した場合）、第１演算器２２ａは、今回以前に第２演算器２２ｂにより算出された遅れ要素を初期化（ステップ２１２）した後で、ステップ２１４にて「ＹＥＳ」と判定し、投入電力（熱投入量）の増大量に応じたフィードフォワード操作量を算出する（ステップ２１６）。このときのフィードフォワード操作量は、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を増大させるものである。

第１演算器２２ａは、ステップ２１６において、具体的には次のとおりの処理を行う。第１演算器２２ａは、投入電力の今回値と図７に示すマップとから投入電力の今回値に相当するフィードフォワード操作量（貯湯水循環ポンプ１５ａのデューティ比）である今回値＿ｄｕｔｙを算出する。さらに、投入電力の前回値と図７に示すマップとから投入電力の前回値に相当するフィードフォワード操作量である前回値＿ｄｕｔｙを算出する。そして、今回値＿ｄｕｔｙから前回値＿ｄｕｔｙを減算してフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。算出したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは正の値である。

今回値＿ｄｕｔｙは、熱投入量が変化したときの変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量であり、前回値＿ｄｕｔｙは、熱投入量が変化したときの変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量である。

例えば、投入電力が０Ｗから１０００Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する１０％であり、前回値＿ｄｕｔｙは０Ｗに相当する０％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは１０％（＝１０％−０％）となる。また、投入電力が５００Ｗから１０００Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する１０％であり、前回値＿ｄｕｔｙは５００Ｗに相当する４％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは６％（＝１０％−４％）となる。

図７に示すマップは、ヒータ投入電力（Ｗ）とフィードフォワード操作量（デューティ比：％）との関係を示すものである。このマップは、投入電力が増大変化する場合に使用する第１関係ｆ１と投入電力が減少変化する場合に使用する第２関係ｆ２を有している。第１関係ｆ１は、投入電力が大きくなるにしたがってデューティ比が大きくなる関係を有している。このとき、デューティ比は０％および正の値を取る。本実施の形態では、０〜２５０Ｗにおいてはデューティ比は０％であり、２５０Ｗ〜１０００Ｗにおいてはデューティ比は０％から１０％まで正比例に大きくなっている（必ずしも、２５０〜１０００Wの領域において正比例である必要はない）。ここでは最大出力電力が１０００Wであるため、仮に１０００Wを４等分して制御量を決めている。５００Ｗではデューティ比は４％（ｄｕｔｙ１）であり、７５０Ｗではデューティ比は７％（ｄｕｔｙ２）であり、１０００Ｗではデューティ比は１０％（ｄｕｔｙ３）である。

第２関係ｆ２は、投入電力が大きくなるにしたがってデューティ比が小さくなる関係を有している。このとき、デューティ比は０％および負の値を取る。この第２関係ｆ２は、上述した第１関係ｆ１に対して正負の違いがあるものの、投入電力が同一の場合、同一のデューティ比である。すなわち、ｆ１（ｘ）の絶対値とｆ２（ｘ）の絶対値は等しい関係にある。ｘは任意の投入電力である。本実施の形態では、０〜２５０Ｗにおいてはデューティ比は０％であり、２５０Ｗ〜１０００Ｗにおいてはデューティ比は０％から−１０％まで逆比例に小さくなっている。５００Ｗではデューティ比は−４％（ｄｕｔｙ４）であり、７５０Ｗではデューティ比は−７％（ｄｕｔｙ５）であり、１０００Ｗではデューティ比は−１０％（ｄｕｔｙ６）である。

マップの第１関係ｆ１の算出は、燃料電池システムの実機を使用する。変化量を変えてヒータ投入電力を変化させて、変化量毎に燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が所定温度または所定の温度範囲となるような貯湯水循環ポンプ１５ａのデューティ比を実験で求め、変化量とデューティ比との関係から第１関係ｆ１を算出する。変化量を変える場合とは、例えば０Ｗから２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗにそれぞれ変える場合である。第２関係ｆ２も第１関係ｆ１と同様に算出する。

投入電力の今回値と前回値が異なる場合（熱投入量が変化した場合）であって、今回値が前回値より小さい場合（すなわち、停電後に再連系する場合）、第１演算器２２ａは、上述と同様に遅れ要素を初期化（ステップ２１２）した後で、ステップ２１４，２１８にてそれぞれ「ＮＯ」，「ＹＥＳ」と判定し、投入電力（熱投入量）の減少量に応じたフィードフォワード操作量を算出する（ステップ２２０）。このときのフィードフォワード操作量は、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を減少させるものである。

第１演算器２２ａは、ステップ２２０において、上述したステップ２１６と同様な処理を行う。第１演算器２２ａは、投入電力の今回値と図７に示すマップとから今回値＿ｄｕｔｙを算出し、投入電力の前回値と図７に示すマップとから前回値＿ｄｕｔｙを算出し、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。算出したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは負の値である。

例えば、投入電力が１０００Ｗから０Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは０Ｗに相当する０％であり、前回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する−１０％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは−１０％（＝−１０％−０％）となる。また、投入電力が１０００Ｗから５００Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは５００Ｗに相当する−４％であり、前回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する−１０％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは−６％（＝−１０％−（−４％））となる。

なお、第１演算器２２ａは、ステップ２１６、２２０の各処理後は、投入電力の今回値を前回値として記憶装置に記憶するとともに、今回値＿ｄｕｔｙを前回値＿ｄｕｔｙとして記憶した後（ステップ２０８）、本演算を一旦終了する（ステップ２１０）。

第２演算器２２ｂは、フィードフォワード制御を遅延させる遅延処理を行うもの（遅延処理器）であり、本実施の形態では、第１演算器２２ａから入力したフィードフォワード操作量を、熱投入が開始（または終了）された時点から遅延時間だけ遅らせて加算器２１ｃに出力するものである。すなわち、この遅延処理は、入力した信号（値）を遅延時間だけ遅らせて入力信号をそのままの値で出力する処理（すなわちステップ状に変化させる処理）である。例えば、本実施の形態では、熱投入開始時の遅延時間を１８秒に設定しており、熱投入が開始された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは出力を抑制され（フィードバック制御のみが実行され）、遅延時間経過した時点に、熱投入が開始された時点に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（正の値）が出力される。このとき、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うこととなる。

熱投入が終了された際も、開始時と同様な処理が行われる。熱投入終了時の遅延時間を２０秒に設定しており、熱投入が終了された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは出力を抑制され、遅延時間経過した時点に、熱投入が終了された時点に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（負の値）が出力される。

このように、電気ヒータ１３ｂによる熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量（吐出量（回転数）、流量）の変更に係る遅延要素である遅延時間を設定することになる。

次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。燃料電池１１が最大発電量である１０００Ｗで発電中（例えば、外部電力負荷３３の消費電力に追従して発電するのではなく、予め設定された運転計画に沿って発電する場合）において、時刻ｔ２１にて系統電源３１が停電した場合、電力変換制御装置１７ｄは電流センサ３２ａにより停電の発生を検出する。電力変換制御装置１７ｄは、停電の発生を検出すると、上述したように系統開閉器１７ｋをオフしヒータ開閉器１７ｌをオンして燃料電池１０の出力電力のうち上述した余剰電力を電気ヒータ１３ｂに供給する。

一方、燃料電池熱媒体循環回路１３においては、燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃによって燃料電池熱媒体が図１に示す矢印の向きに循環している。燃料電池１１の発電中においては、その発電に伴って発生する熱が燃料電池熱媒体に回収され、その回収された熱が熱交換器１６を介して貯湯水に回収される。このとき、システム制御装置１８は、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が目標温度（例えば６５．５℃）または目標温度範囲内（６５．５±２℃）となるように、貯湯水循環ポンプ１５ａの循環流量を調整している（第１制御部２１）。

このとき、最初に、上述した第２制御部２２によるフィードフォワード制御が行われない場合について、図８を参照して説明する。図８では、電気ヒータへの余剰電力の供給量をｇ１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ３およびｇ４でそれぞれ示している。

停電により電気ヒータ１３ｂに熱投入が開始されると（時刻ｔ２１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して強制的な熱投入が開始される。この熱投入により発生した熱は、循環する燃料電池熱媒体に回収され、その結果燃料電池熱媒体の温度は上昇し始める。詳細には、燃料電池熱媒体の温度の立上りは、熱投入開始時点（時刻ｔ２１）より遅れている。これは次の理由による。熱投入開始時点以降であって、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体が温度センサ１３ｄを通り過ぎるまでの間においては、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体は電気ヒータ１３ｂによって加熱されていないからである。

電気ヒータ１３ｂによって加熱された燃料電池熱媒体が最初に温度センサ１３ｄに到達すると（時刻ｔ２２）、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が上昇し始める。すなわち、入口温度Ｔ２が熱投入開始時点から遅れて立ち上がる。

時刻ｔ２２以降では、第１制御部２１のフィードバック制御によって貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数）が制御される。しかし、このフィードバック制御は、検出された燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２と目標温度との偏差に基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量を制御するものである。このため、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂの起動（オン）から遅れて立ち上がり（時刻ｔ２２）正のピーク値（６８．２℃；許容温度範囲の上限値（６７．５℃）より０．７℃高い温度である。）を取り（時刻ｔ２３）その後負のピーク値を取って（時刻ｔ２４）目標温度に収束する。なお、ピーク値の正負は、目標温度より大きい場合が正であり、小さい場合が負である。

これは次の理由による。第１制御部２１のフィードバック制御の特性により、偏差（計測温度Ｔ２−目標温度）が正である場合には、操作量Ｄｕｔｙは所定の第1操作量から増大する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは増大の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると増大の変化率は小さくなっている。また、偏差が負である場合には、操作量Ｄｕｔｙは減少する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは減少の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると減少の変化率は小さくなっている。さらに、偏差が０である場合には、操作量Ｄｕｔｙは変化しないで、所定の第２操作量（所定の第１操作量から２２％加算された値）に維持される。

このように、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量は、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２の検出結果に基づいてフィードバック制御されているので、入口温度Ｔ２が電気ヒータ１３ｂによる熱投入により温度上昇をして始めて貯湯水循環ポンプ１５ａの制御が開始される。貯湯水循環ポンプ１５ａの立ち上がりは、入口温度Ｔ２が電気ヒータ１３ｂによる熱投入により温度上昇を開始すること、すなわち、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの経路長および燃料電池熱媒体の流量（燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃの吐出量）によって決定される。本実施の形態では、電気ヒータ１３ｂをオンした時点（時刻ｔ２１）から貯湯水循環ポンプ１５ａの立ち上がる時点までにかかる時間は、約３０秒である。

電気ヒータ１３ｂによる熱投入が開始された場合、電気ヒータ１３ｂのオンから遅れて時刻ｔ２３に発生する燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値と電気ヒータ１３ｂの投入熱量との関係ｆ３を図９に示す。関係ｆ３によれば、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値は、電気ヒータ１３ｂから投入される熱量が大きいほど大きい値をとることになる。図９において、横軸は電気ヒータ１３ｂからの投入熱量（Ｗ）を示し、縦軸は燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２を目標温度に対する温度差（ΔＴ℃）で示している。

図９に示すように、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える場合がある。すなわち、熱投入量が約６５０Ｗ以上である場合（例えば熱投入量が７５０、１０００Ｗの場合）には、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える。この場合、燃料電池１１の信頼性が低下するおそれがある。これは以下の理由による。許容温度範囲は燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２の目標温度（本実施の形態では６５．５℃）に対して±所定温度（本実施の形態では２℃）の範囲内となるように設定されている。この許容温度範囲は、燃料電池１１が効率よく発電して高い信頼性を維持して発電する温度（６５．５±２℃）に設定されているからである。

その後、停電が終了し（復電し）再連系され、電気ヒータ１３ｂへの電力供給が終了されると（時刻ｔ３１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して熱投入が終了される。本ケースにおいては、熱投入開始から１０分後に終了されるとする。この熱投入の終了により、燃料電池熱媒体に熱が投入されなくなり、その結果燃料電池熱媒体の温度は下降し始める。詳細には、燃料電池熱媒体の温度の立上りは、熱投入終了時点（時刻ｔ３１）より遅れている。これは次の理由による。熱投入終了時点以降であって、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体が温度センサ１３ｄを通り過ぎるまでの間においては、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体は電気ヒータ１３ｂによって加熱されているからである。

電気ヒータ１３ｂによって加熱されなくなった燃料電池熱媒体（電気ヒータ１３ｂのオフ時に電気ヒータ１３ｂの直上流位置にあった燃料電池熱媒体）が最初に温度センサ１３ｄに到達すると（時刻ｔ３２）、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が下降し始める。すなわち、入口温度Ｔ２が熱投入終了時点から遅れて立ち下がる。

時刻ｔ３２以降でも、第１制御部２１のフィードバック制御によって貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数）が制御される。しかし、このフィードバック制御は、検出された燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２と目標温度との偏差に基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量を制御するものである。このため、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂの非通電（オフ）から遅れて立ち下がり（時刻ｔ３２）負のピーク値（６３．３℃；許容温度範囲の下限値（６３．５℃）より０．２℃低い温度である。）を取り（時刻ｔ３３）その後正のピーク値を取って（時刻ｔ３４）目標温度に収束する。

これは次の理由による。第１制御部２１のフィードバック制御の特性により、偏差（計測温度Ｔ２−目標温度）が負である場合には、操作量Ｄｕｔｙは上記所定の第２操作量から減少する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは減少の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると減少の変化率は小さくなっている。また、偏差が正である場合には、操作量Ｄｕｔｙは増大する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは増大の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると増大の変化率は小さくなっている。さらに、偏差が０である場合には、操作量Ｄｕｔｙは変化しないで、上記所定の第１操作量に維持される。

電気ヒータ１３ｂによる熱投入が終了された場合、電気ヒータ１３ｂのオフから遅れて時刻ｔ３３に発生する燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値と電気ヒータ１３ｂの投入熱量との関係ｆ４を図９に示す。関係ｆ４によれば、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値は、電気ヒータ１３ｂから投入されていた熱量が大きいほど大きい値をとることになる。

図９に示すように、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える場合がある。すなわち、熱投入量が約９００Ｗ以上である場合（例えば熱投入量が１０００Ｗの場合）には、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える。この場合、燃料電池１１の信頼性が低下するおそれがある。

次に、上述した第２制御部２２によるフィードフォワード制御も行われる場合について、図１０を参照して説明する。図１０では、電気ヒータへの電力の供給量をｇ１１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ１２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ１３およびｇ１４でそれぞれ示している。

電気ヒータ１３ｂに熱投入が開始されると（時刻ｔ４１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して強制的な熱投入が開始されることは、上述したとおりである。ところで、電力変換制御装置１７ｄにより電気ヒータ１３ｂに熱投入が開始されると（時刻ｔ４１）、電力変換制御装置１７ｄは電気ヒータ１３ｂに熱投入を開始した制御内容（熱投入の開始・その熱投入量（供給電力量））が通信ライン１９を介してシステム制御装置１８に通知する。これにより、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂへの供給電力量すなわち熱投入量（熱投入電力量）を認識することができる。本実施の形態では、時刻ｔ４１にて、投入電力量が０Ｗから１０００Ｗに増大することを認識する。

システム制御装置１８は、この投入電力量の増大を認識すると、第２制御部２２の第１演算器２２ａによって投入電力の変化量に基づいてフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出するとともに、第２演算器２２ｂによって遅延処理を実行する。

本実施の形態では、熱投入（投入電力量の０Ｗから１０００Ｗへの増大）を認識した時点（時刻ｔ４１）の貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を例えば２０％とする。この操作量は、フィードフォワード操作量を含んでいないフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａのみを含むものである。

投入電力量は０Ｗから１０００Ｗに増大しているので、第１演算器２２ａは、図７に示す第１関係ｆ１を使用してフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂが１０％（＝１０％−０％）であることを算出する。さらに、第２演算器２２ｂは、熱投入開始時の遅延時間を１８秒に設定しており、熱投入が開始された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂの出力を抑制する（フィードバック制御のみが実行される）。すなわち、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２に変動がなければ、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は２０％のままである。

そして、遅延時間経過した時点（時刻ｔ４２）に、熱投入が開始された時点（時刻ｔ４１）に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（正の値）が出力される。このとき、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うこととなる。すなわち、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、熱投入開始直前のフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａである２０％に、先に算出して記憶しておいたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂである１０％を加算した値（３０％）である。これにより、システム制御装置１８は、遅延時間経過した時点（時刻ｔ４２）に貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を３０％に強制的に切り替える。

そして、その切り替え後、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化がある場合を除き、フィードフォワード制御を行うことなく、フィードバック制御のみを実行する。換言すると、システム制御装置１８は、切り替え後、フィードバック制御のみを実行しているが、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化があると、変化があったときにはその時点から遅延時間経過時点のみにフィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を実行する。
本実施の形態では、前述した切り替え後、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、フィードバック制御により所定の第３操作量（例えば３３％）に収束される。

このように、電気ヒータ１３ｂのオン時点（時刻ｔ４１）から遅延時間を経過した時点（時刻ｔ４２）にて、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を、フィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａにフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを加えて得た値に切り替える。これにより、電気ヒータ１３ｂの投入熱による燃料電池熱媒体の温度の挙動より先行して貯湯水循環ポンプ１５ａを制御することができる。すなわち、電気ヒータ１３ｂの熱投入開始による燃料電池熱媒体の急激な温度上昇を、加算したフィードフォワード操作量に相当する貯湯水の循環流量の増量でできるだけ回収することができる。これにより、燃料電池熱媒体の最初の温度変化を小さく抑制することができる。したがって、その切り替え後のフィードバック制御において、燃料電池熱媒体の温度変化が小さいのでフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａも小さく抑制できる。その結果、燃料電池熱媒体の温度、ひいては燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を上述した許容温度範囲内に収めることができ、燃料電池１１の信頼性を低下させることなく高く維持することができる。なお、本実施の形態では、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂの起動（オン）から遅れて立ち上がり（時刻ｔ４２）正のピーク値（６６．３℃；許容温度範囲の上限値（６７．５℃）より１．２℃低い温度である。）を取りその後目標温度に収束する。

なお、遅延時間は、実験で得たデータまたはシミュレーションにより決定することができる。遅延時間は、フィードフォワード制御の効果を十分発揮させることにより、電気ヒータ１３ｂからの熱投入による燃料電池熱媒体の温度の変動をできるだけ抑制するように設定されている。遅延時間が短いと、貯湯水循環ポンプ１５ａによる流量の増大または減少の開始が早くなり、フィードフォワード制御の効果を十分に得ることができない。また、遅延時間が長いと、貯湯水循環ポンプ１５ａによる流量の増大または減少の開始が早くなり、フィードバック制御による影響が発生し燃料電池熱媒体の温度の変動が大きくなってしまい、フィードフォワード制御の効果を十分に得ることができない。

その後、停電が終了し（復電し）再連系され、電気ヒータ１３ｂへの電力供給が終了されると（時刻ｔ５１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して熱投入が終了される。本ケースにおいては、熱投入開始から１０分後に終了されるとする。この熱投入の終了により、燃料電池熱媒体に熱が投入されなくなり、その結果燃料電池熱媒体の温度は下降し始める。

ところで、電力変換制御装置１７ｄにより電気ヒータ１３ｂへの熱投入が終了されると（時刻ｔ５１）、電力変換制御装置１７ｄは電気ヒータ１３ｂに熱投入を終了した制御内容（熱投入の終了・終了前後の熱投入量（供給電力量））が通信ライン１９を介してシステム制御装置１８に通知する。これにより、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂへの供給電力量すなわち熱投入量（熱投入電力量）を認識することができる。本実施の形態では、時刻ｔ５１にて、投入電力量が１０００Ｗから０Ｗに減少することを認識する。

システム制御装置１８は、この投入電力量の減少（熱投入の終了）を認識すると、第２制御部２２の第１演算器２２ａによって投入電力の変化量に基づいてフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出するとともに、第２演算器２２ｂによって遅延処理を実行する。

本実施の形態では、熱投入（投入電力量の１０００Ｗから０Ｗへの減少）を認識した時点（時刻ｔ５１）の貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は上述したように例えば３３％である。この操作量は、フィードフォワード操作量を含んでいないフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａのみを含むものである。

投入電力量は１０００Ｗから０Ｗに減少しているので、第１演算器２２ａは、図７に示す第２関係ｆ２を使用してフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂが−１０％（＝−１０％−０％）であることを算出する。さらに、第２演算器２２ｂは、熱投入開始時の遅延時間を２０秒に設定しており、熱投入が終了された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂの出力を抑制する（フィードバック制御のみが実行される）。すなわち、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２に変動がなければ、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は３３％のままである。

そして、遅延時間経過した時点（時刻ｔ５２）に、熱投入が終了された時点（時刻ｔ５１）に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（負の値）が出力される。このとき、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うこととなる。すなわち、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、熱投入終了直前のフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａである３３％に、先に算出して記憶しておいたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂである−１０％を加算した値（２３％）である。これにより、システム制御装置１８は、遅延時間経過した時点（時刻ｔ５２）に貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を２３％に強制的に切り替える。

そして、その切り替え後、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化がある場合を除き、フィードフォワード制御を行うことなく、フィードバック制御のみを実行する。換言すると、システム制御装置１８は、切り替え後、フィードバック制御のみを実行しているが、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化があると、変化があったときにはその時点から遅延時間経過時点のみにフィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を実行する。
本実施の形態では、前述した切り替え後、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、フィードバック制御により所定の第４操作量（例えば２３％）に収束される。

このように、電気ヒータ１３ｂのオフ時点（時刻ｔ５１）から遅延時間を経過した時点（時刻ｔ５２）にて、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を、フィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａにフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを加えて得た値に切り替える。これにより、電気ヒータ１３ｂの投入熱による燃料電池熱媒体の温度の挙動より先行して貯湯水循環ポンプ１５ａを制御することができる。すなわち、電気ヒータ１３ｂの熱投入終了により燃料電池熱媒体が温度下降しても、算出した（加算した）フィードフォワード操作量に相当する貯湯水の循環流量で、必要以上に燃料電池熱媒体から貯湯水へ熱を回収しないようにすることができる。これにより、燃料電池熱媒体の最初の温度変化を小さく抑制することができる。したがって、その切り替え後のフィードバック制御において、燃料電池熱媒体の温度変化が小さいのでフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａも小さく抑制できる。その結果、燃料電池熱媒体の温度、ひいては燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を上述した許容温度範囲内に収めることができ、燃料電池１１の信頼性を低下させることなく高く維持することができる。なお、本実施の形態では、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂのオフから遅れて立ち下がり（時刻ｔ５２）負のピーク値（６４．２℃；許容温度範囲の下限値（６３．５℃）より０．８℃高い温度である。）を取りその後目標温度に収束する。

また、燃料電池１１の最大発電量である１０００Ｗの発電電力全てが余剰電力分として電気ヒータ１３ｂに投入された場合、燃料電池１１の入口温度Ｔ２の温度変動は許容範囲内に抑制される。そして、燃料電池１１の信頼性を高く維持することができる。したがって、０Ｗから１０００Ｗに最大変化量にて変化した場合でさえ、温度変動を許容範囲内に収めることができるので、変化量が最大変化量より小さい場合でも、温度変動を許容範囲内に収めることができる。

さらに、停電が所定時間より長いときに燃料電池１０の出力電力を減少させるように制御する場合について図１１を参照して説明する。図１１は、電気ヒータへの電力の供給量をｇ３１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ３２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ３３およびｇ３４でそれぞれ示している。

この場合、システム制御装置１８は、上述したステップ１１８の処理を行って燃料電池１０の出力を減少させ、最終的に最低出力に維持する。例えば、停電時の出力が最高出力１０００Ｗである場合、最高出力１０００Ｗから段階的に最低出力３００Ｗに低下される。これに伴って、電気ヒータ１３ｂでの消費電力は低下していく（例えば、段階的に１０００W、７５０W、５００W、２５０W）。時刻ｔ６１に電気ヒータ１３ｂへの投入電力が１０００Ｗから７５０Ｗになり、時刻ｔ６２に投入電力が７５０Ｗから５００Ｗになり、時刻ｔ６３に投入電力が５００Ｗから２５０Ｗになり、時刻ｔ６４に投入電力が２５０Ｗから０Ｗになっている。なお、時刻ｔ６０から時刻ｔ６５の間に燃料電池出力を最低出力１０００Ｗから最高出力３００Ｗに低下させている。換言すると、時刻ｔ６０から出力低下が開始し、時刻５５に出力低下が終了する。

この場合においても、各時刻ｔ６１〜ｔ６４において投入電力が減少しても、図７に示す第２関係ｆ２からその減少量に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。その算出したフィードフォワード操作量とこれと並行して算出されるフィードバック操作量とから総操作量を適切に算出することができる。そして、その総操作量で貯湯水循環ポンプ１５ａを制御するので、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を許容温度範囲内に制御することができる。

また、系統電源３１の停電の継続中であって燃料電池の発電中において（図１２に示すステップ３０２で「ＹＥＳ」と判定する場合において）、システム制御装置１８は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度の差が所定状態となったときに（ステップ３０６で「ＹＥＳ」と判定し）、燃料電池の発電運転を中止すると判断する（ステップ３０８）。所定状態は、例えばその差が３℃の状態が２分継続した場合である。なお、所定状態は、温度差と時間あるいは温度差によって検出する。このとき、温度差と時間によって検出する場合には、温度差が小さいときには時間を長く設定する。また、温度差が所定より大きいときには温度差のみを使用する。これにより、別の検出部材を設けることなく簡単な構成かつ低コストで、発電運転の中止時期を確実に判断することができ、ひいては停電中の発電運転をできるだけ長時間継続することができる。

なお、電力変換制御装置１７ｄは、電気ヒータ１３ｂへの電力供給量を制御して燃料電池熱媒体に投入される熱量を制御する熱投入制御手段であり、システム制御装置１８は、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数）を制御して貯湯水循環回路１５を循環する貯湯水流量を制御する貯湯水流量制御手段である。制御手段は、電力変換制御装置１７ｄおよびシステム制御装置１８から構成され、または電力変換制御装置１７ｄおよびシステム制御装置１８のいずれかから構成される。

上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、発電した電力を系統電源３１に接続された外部電力負荷３３に供給する燃料電池１０の排熱を回収蓄熱する回収蓄熱手段２０が、燃料電池１０と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路１３を少なくとも備え、かつ、その燃料電池熱媒体循環回路１３上に、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器（電気ヒータ）１３ｂが設けられている。制御手段（電力変換制御装置１７ｄ、システム制御装置１８）が、系統電源３１の停電時に、燃料電池１０の出力電力を電力熱変換器１３ｂに供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行うことで燃料電池１０の発電エネルギーを回収する。これにより、燃料電池１０の発電中に系統電源３１の停電が発生したとき、燃料電池１０の出力電力エネルギーを電力熱変換器１３ｂで熱エネルギーに変換して回収蓄熱手段２０により回収することにより、システムのエネルギー効率を高く維持することができる。

また、本実施の形態においては、発電した電力を系統電源３１に接続された外部電力負荷３３に供給する燃料電池１０から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して外部電力負荷３３に出力する機能を少なくとも有する電力変換器１７ｃが備えられている。電力変換器１７ｃと外部電力負荷３３との間に、開閉可能な系統開閉器１７ｋが設けられている。燃料電池１０の排熱を燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段２０が、燃料電池１０と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路１３を少なくとも備えている。その燃料電池熱媒体循環回路１３上に、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器（電気ヒータ）１３ｂが設けられている。その電力熱変換器１３ｂは、電力変換器内１７ｃにまたは該電力変換器１７ｃと系統開閉器１７ｋとの間に接続されている。そして、制御手段（電力変換制御装置１７ｄ、システム制御装置１８）は、系統電源３１の停電時に、系統開閉器１７ｋを開状態とし、燃料電池１０の出力電力を電力変換器１７ｃを介して電力熱変換器１３ｂに供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行うことで燃料電池１０の発電エネルギーを回収する。これにより、燃料電池１０の発電中に系統電源３１の停電が発生したとき、燃料電池１０の出力電力エネルギーを電力熱変換器１３ｂで熱エネルギーに変換して回収蓄熱手段２０により回収することにより、システムのエネルギー効率を高く維持することができる。これに加えて、電力熱変換器１３ｂが電力変換器１７ｃ内にまたは該電力変換器１７ｃと系統開閉器１７ｋとの間に接続されているので、電力変換器１７ｃと外部電力負荷３３との間に設けられた開閉可能な系統開閉器１７ｋを制御することで、燃料電池１０の運転を停止することなく、システムを適切に運転した上でエネルギー効率を高く維持することができる。

また、本実施の形態においては、発電した電力を系統電源３１に接続された外部電力負荷３３に供給する燃料電池１０の排熱を回収蓄熱する回収蓄熱手段２０が、燃料電池１０と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路１３を少なくとも備え、かつ、その燃料電池熱媒体循環回路１３上に、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器（電気ヒータ）１３ｂが設けられている。制御手段（電力変換制御装置１７ｄ、システム制御装置１８）が、系統電源３１の停電時に、燃料電池１０の出力電力を電力熱変換器１３ｂに供給するように制御して燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行うことで燃料電池１０の発電エネルギーを回収するとともに、停電の種類に応じて該停電時の燃料電池１０の発電を制御する。これにより、燃料電池１０の発電中に系統電源３１の停電が発生したとき、燃料電池１０の出力電力エネルギーを電力熱変換器１３ｂで熱エネルギーに変換して回収蓄熱手段２０により回収することにより、システムのエネルギー効率を高く維持することができる。これに加えて、停電に伴って外部電力負荷３３の電源がオフされて外部電力負荷３３での消費電力が低下する場合など要求電力が低下したときにおいて、停電の種類に応じて該停電時の燃料電池の発電運転が制御されるため、要求電力の低下を想定して燃料電池１０の出力電力を制御できるので、燃料電池１０に投入される燃料ガスを抑制し、不要なエネルギー消費を抑制することができる。

また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）が、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）を制御する。これにより、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化があっても、これらの状況に応じて貯湯水循環手段１５ａを制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とする。したがって、停電が発生したとき、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲となるように適切に制御して、燃料電池１１の信頼性を高く維持することができる。

また、電力熱変換器１３ｂを貯湯水循環回路１５に設ける場合と比較して、本実施の形態では水道水の比較的高い給水圧がかからないので耐圧性が低い構造とすることができ、停電発生時の熱回収を低コストで達成することが可能となる。

また、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段（電流センサ１７ｈ）をさらに備え、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、熱投入状態検知手段１７ｈによって検知された熱投入の状態に応じて貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）による貯湯水の流量を制御する。これにより、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）からの熱投入を確実に検知することができ、貯湯水の流量を適切に制御し、ひいては燃料電池熱媒体の温度を適切に制御することができる。

また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、燃料電池熱媒体の検出温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２）と燃料電池熱媒体の目標温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２の目標温度）とに基づいて貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）のフィードバック制御を行い（第１制御部２１）、これに加えて、熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環手段１５ａのフィードフォワード制御を行う（第２制御部２２、図６に示すフローチャート）。これにより、貯湯水循環手段１５ａの制御は、基本的には燃料電池熱媒体の温度をフィードバック制御し、熱投入の状態が変化してこれに起因して燃料電池熱媒体の温度が変化する際には、熱投入の状態変化によるフィードフォワード制御を加える。したがって、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）からの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化がある場合、これらの状況に応じて貯湯水循環手段１５ａを適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。

また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、燃料電池熱媒体の検出温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２）と燃料電池熱媒体の目標温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２の目標温度）とに基づいてフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａを算出し（第１制御部２１）、熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出し（第２制御部２２）、そして、フィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａとフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂとを加算した総操作量Ｄｕｔｙで貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）を制御するので、貯湯水循環手段１５ａの操作量を適切かつ的確に算出し、ひいては貯湯水循環手段１５ａを適切かつ的確に制御することができる。

また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）の制御の変更に係る遅延要素（遅延時間）を設定する。これにより、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の開始時または終了時に、その時点に貯湯水循環手段１５ａの制御をすぐに変更させるのではなく、所定の遅延時間をおいて貯湯水循環手段１５ａの制御を変更させたり、または所定の遅延方法において、貯湯水循環手段１５ａの制御を変更させたりすることができる。したがって、電力熱変換器１３ｂからの熱投入から燃料電池熱媒体の温度変化開始までに時間のずれ（タイムラグ）が生じるが、これに起因して燃料電池熱媒体の急激な温度変化が生じた場合にも、貯湯水循環手段１５ａをより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。

また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量（今回値＿Ｄｕｔｙ）から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量（前回値＿Ｄｕｔｙ）を減算して得た値をフィードフォワード操作量（Ｄｕｔｙ＿Ｂ）として算出する（ステップ２１６，２２０）。これにより、熱投入量が変化しても、その変化に応じてフィードフォワード操作量（Ｄｕｔｙ＿Ｂを適切に算出することができる。

なお、上記実施の形態においては、図７の第１および第２関係ｆ１，ｆ２に示すように、ｆ１（ｘ）の絶対値とｆ２（ｘ）の絶対値は等しい関係にある。ｘは任意の投入電力である。すなわち、電気ヒータ１３ｂによる一定の投入電力（例えば１０００Ｗ）が開始されその後終了される場合、熱投入開始および終了の操作量（フィードフォワード操作量）の絶対値は同一である。これに対し、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの前記フィードフォワード操作量の絶対値は異なる値に設定されるようにしてもよい。

これによれば、熱投入の開始時の燃料電池熱媒体温度の高くなる側のピークと、熱投入の終了時の低くなる側のピークとでピーク値に相違がある場合でも、それぞれに対してフィードフォワード操作量を適切に設定することが可能となり、貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。

また、上記実施の形態において、遅延処理としては、入力した信号（値）を遅延時間だけ遅らせて入力信号をそのままの値で出力する処理（すなわちステップ状に変化させる処理）を採用したが、これに代えて、一次遅れ処理を採用するようにしてもよい。

また、燃料電池１１へ燃料を供給する燃料供給元として、改質器１２でなく、水素タンクや水素吸蔵部材を採用した燃料電池システムも本発明を適用することができる。

なお、上述した実施の形態においては、電流センサ（熱投入状態検知手段）１７ｈはインバータシステム１７に設けられ、その検出結果（電気ヒータ１３ｂの消費電力）が電力変換制御装置（熱投入制御手段）１７ｄに入力され、さらに通信ライン１９を介してシステム制御装置１８に入力されるようになっていたが、電流センサ１７ｈをシステム制御装置１８に直接接続し、その検出結果（電気ヒータ１３ｂの消費電力）が直接システム制御装置１８に入力されるようにしてもよい。これによれば、電力変換制御装置１７ｄとシステム制御装置１８と間が通信異常となっても、システム制御装置１８のみの判断で上記フィードフォワード制御を実行することができる。

なお、上述した実施の形態においては、系統電源３１の周波数や電圧が所定の規格範囲外になっても、系統電源３１から直接電力供給を受けて作動するインバータシステム１７がその影響を受けることを有効に回避できる。また、系統電源３１からインバータシステム１７を経ないで、直接電力供給を受ける補機が存在する場合においても、その補機が系統電源３１の周波数や電圧が所定の規格範囲外になった場合による影響を受けることを有効に回避できる。

本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。 図１に示した電力変換制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。 燃料電池の発電中に系統電源が短い時間停電した際の制御例を示すタイムチャートである。 燃料電池の発電中に系統電源が長い時間停電した際の制御例を示すタイムチャートである。 図１に示したシステム制御装置の制御ブロック図である。 図２に示した第１演算器にて実行される制御プログラムのフローチャートである。 ヒータ投入電力とフィードフォワード操作量の関係を示すマップである。 図５に示した制御ブロック図で第１制御部のみで制御した場合であって、所定の投入電力を開始し終了したもののタイムチャートである。 図５に示した制御ブロック図で第１制御部のみで制御した場合の投入熱量と燃料電池熱媒体温度との関係を示す図である。 図５に示した制御ブロック図で第１および第２制御部の両方を使って制御した場合であって、所定の投入電力を開始し終了したもののタイムチャートである。 図５に示した制御ブロック図で第１および第２制御部の両方を使って制御した場合であって、投入電力を段階的に減少させるもののタイムチャートである。 図１に示したシステム制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。

符号の説明

１１…燃料電池、１２…改質器、１３…燃料電池熱媒体循環回路、１３ａ…第１温度センサ、１３ｂ…電気ヒータ（電力熱変換器）、１３ｃ…燃料電池熱媒体循環ポンプ、１３ｄ…第２温度センサ、１４…貯湯槽、１５…貯湯水循環回路、１５ａ…貯湯水循環ポンプ（貯湯水循環手段）、１６…熱交換器、１７…インバータシステム、１７ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７ｂ…ＤＣ／ＡＣインバータ、１７ｃ…電力変換器、１７ｄ…電力変換制御装置（熱投入制御手段、制御手段）、１７ｅ…整流回路、１７ｋ…系統開閉器、１７ｌ…ヒータ開閉器、１８…燃料電池システム制御装置（システム制御装置：貯湯水流量制御手段、制御手段）、１８ａ…マイクロプロセッサ、１９…通信ライン（通信手段）、２０…排熱回収システム（回収蓄熱手段）、２１，２２…第１および第２制御部、２１ａ…減算器、２１ｂ…制御器、２１ｃ…加算器、２１ｄ…上下限処理器、２２ａ…第１演算器、２２ｂ…第２演算器、３１…系統電源、３２…電源ライン、３２ａ…電流センサ、３３…外部電力負荷。

Claims (10)

1. 発電した電力を、系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池と、
   前記燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、前記燃料電池の排熱を前記燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段と、
   前記燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ供給された電力を熱に変換して前記燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、
   前記系統電源の異常時に、前記燃料電池の出力電力を前記電力熱変換器に供給するように制御して前記燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで前記燃料電池の発電エネルギーを回収する制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 発電した電力を、系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池と、
   前記燃料電池から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して前記外部電力負荷に出力する機能を少なくとも有する電力変換器と、
   前記電力変換器と前記外部電力負荷との間に開閉可能に設けられた系統開閉器と、
   前記燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、前記燃料電池の排熱を前記燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段と、
   前記燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ、かつ前記電力変換器内にまたは該電力変換器と前記系統開閉器との間に接続され、前記電力変換器から供給された電力を熱に変換して前記燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、
   前記系統電源の異常時に、前記系統開閉器を開状態とし、前記燃料電池の出力電力を前記電力変換器を介して前記電力熱変換器に供給するように制御して前記燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで前記燃料電池の発電エネルギーを回収する制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
3. 発電した電力を、系統電源に接続された外部電力負荷に供給する燃料電池と、
   前記燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路を少なくとも備え、前記燃料電池の排熱を前記燃料電池熱媒体によって回収蓄熱する回収蓄熱手段と、
   前記燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ供給された電力を熱に変換して前記燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、
   前記系統電源の異常時に、前記燃料電池の出力電力を前記電力熱変換器に供給するように制御して前記燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行うことで前記燃料電池の発電エネルギーを回収するとともに、前記異常の種類に応じて該異常時の前記燃料電池の発電を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
   前記回収蓄熱手段は、貯湯水を貯水可能な貯湯槽と、
   前記貯湯槽に連通され前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、
   前記燃料電池熱媒体循環回路を循環する前記燃料電池熱媒体と前記貯湯水循環回路を循環する前記貯湯水とが熱交換する熱交換器と、
   前記貯湯水を循環させる貯湯水循環手段と、をさらに備え、
   前記電力熱変換器からの前記熱投入の状態を考慮して、前記燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように前記貯湯水循環手段を制御する貯湯水流量制御手段、をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項４において、
   前記熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段をさらに備え、
   前記貯湯水流量制御手段は、前記熱投入状態検知手段によって検知された前記熱投入の状態に応じて前記貯湯水循環手段による前記貯湯水の流量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項４または請求項５において、
   前記貯湯水流量制御手段は、前記燃料電池熱媒体の検出温度と前記燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて前記貯湯水循環手段のフィードバック制御を行い、これに加えて、前記熱投入の状態変化に基づいて前記貯湯水循環手段のフィードフォワード制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項６において、前記貯湯水流量制御手段は、前記燃料電池熱媒体の検出温度と前記燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量を算出し、前記熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量を算出し、そして、前記フィードバック操作量と前記フィードフォワード操作量とを加算した総操作量で前記貯湯水循環手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項７において、前記貯湯水流量制御手段は、前記電力熱変換器による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う前記貯湯水循環手段の制御の変更に係る遅延要素を設定することを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項７または請求項８において、前記貯湯水流量制御手段は、前記熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量を減算して得た値を前記フィードフォワード操作量として算出することを特徴とする燃料電池システム。
10. 請求項６乃至請求項９の何れか一項において、前記系統電源の異常の継続中であって前記燃料電池の発電中において、前記貯湯水流量制御手段は、前記燃料電池熱媒体の検出温度と前記燃料電池熱媒体の目標温度の差が所定状態となったときに、前記燃料電池の発電運転を中止すると判断することを特徴とする燃料電池システム。
    
    

Images