JP5119913B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。特に燃料電池で発電した電力のうちの余剰電力を、系統電力へ逆潮流させることなく有効に利用することができる燃料電池システムに関する。

燃料電池は水素リッチな燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギを力学的エネルギに変換することなく直接電気エネルギとして取り出せるので発電効率が高い。また、発電の際に発生する熱を温熱源として有効利用することができ、これを組み合わせることで総合効率が高いシステムを構築することが可能である。

一方、燃料電池はその構成上、電力を使用する側の負荷の急な変動に追随して発電量を調整することができない。そのため、負荷が急に増加した場合は不足分の電力を系統電源から供給を受け、負荷が急に減少した場合は余剰電力として処理している。余剰電力の処理の手段として系統電力に逆潮流することが挙げられるが、系統電力側の事情により電力を逆潮流することが認められていない場合や、逆潮流することが認められたとしても電力を有償で買い取ってもらえない場合があり、このような場合、燃料電池システム設置者は余剰電力を逆潮流する利点がない。そのため、逆潮流させずに余剰電力を処理する手段として、余剰電力をヒータで熱に変換して有効利用するような燃料電池システムが提供されていた（例えば、特許文献１参照）。

図９は、上記のように余剰電力をヒータ等の発熱体で熱に変換して有効利用する従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。

図９における従来の燃料電池システム１０１は燃料電池１２０において、燃料極に導入された燃料ガス中の水素とブロワ等により空気極に導入された酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応により発電し水と熱を発生する。

発電に伴い発熱した燃料電池１２０は、冷却部に冷却水が導入されて冷却される。冷却水は冷却水ポンプ１２２により冷却水流路１２１を循環する。このとき、燃料電池１２０のセルの触媒保護及び発電効率向上の観点から燃料電池１２０を適正温度に保つ必要があるため、制御装置１７５は、燃料電池１２０入口の冷却水温度及び冷却水の流量並びに算出した燃料電池１２０の発熱量から予想される燃料電池１２０出口の冷却水温度を算出し、その値が燃料電池１２０を適正温度に維持するために適切な第１の所定の温度になるように冷却水ポンプ１２２を制御して、冷却水の流量を調整する。

一方、燃料電池１２０から受熱した冷却水は熱交換器１３０にて熱交換し温度が低下し、温度が低下した冷却水は再び冷却部に導入され燃料電池１２０を冷却するのに用いられる。このときの冷却水が交換する熱量は、燃料電池１２０から発生する熱を除去して燃料電池１２０を適正な温度に維持するために適切な冷却水の導入温度にするための熱量であるため、制御装置１７５は、燃料電池１２０入口の冷却水温度が第２の所定の温度になるために熱交換器１３０で除去すべき熱量と、熱交換器１３０に導入される温水流路１３１内の水の温度、及び熱交換器１３０から導出される温水流路１３１内の温水の温度及び温水流量から温水への授与熱量を算出し、これらの熱量が同じになるように排熱回収水ポンプ１３２を制御して温水の流量を調整する。

熱交換器１３０で冷却水と熱交換により温度が上昇した温水は温水流路１３１を流れ、発熱体１５０を通過する。このとき発熱体１５０で発熱（燃料電池１２０での発電電力の一部が余剰電力となっている状態）があれば温水の温度はさらに上昇する。制御装置１７５は、発熱体１５０での発熱量が大きすぎて温度検知器１８８で検知される温水の温度が上昇しすぎたと判断した場合は昇温防止ポンプ１４２を起動して、熱交換器１３０に導入する前の温度が低い温水を第２のバイパス流路１４３を介して発熱体１５０に流入させる。発熱体１５０を通過した温水は貯湯タンク槽１４０の頂部に流入する。貯湯タンク１４０下部の温度が低い温水は、温水流路１４１を通り熱交換器１３０に導入されるが、貯湯タンク１４０下部の温度が所定の温度以上であれば流量調整手段である混合弁１６２を制御して温水流路１３１を流れる温水の一部又は全部を貯湯タンク１４０に流さずに冷却装置１６０に流す。冷却装置１６０から導出された温度が低下した温水は貯湯槽１４０から流出した温水と混合し、熱交換器１３０へ送られ、冷却水と熱交換する。
特開２００６−１２５６３号公報（第５−１３頁、図１、図３−図５）

しかしながら従来の燃料電池システムにおいては、燃料電池１２０出口温度が一定になるように冷却水ポンプ１２２を制御して冷却水流量を調整し、同時に、燃料電池１２０入口温度が一定になるように排熱回収水ポンプ１３２を制御して温水流量を調整する。燃料電池１２０が一定の出力で発電していて、余剰電力がなく発熱体１５０での発熱がない場合は、貯湯タンク１４０下部の低温で一定温度の温水を循環するため、熱交換器１３０出口温度は一定になる。この状態で、発熱体１５０に余剰電力を通電した場合、発熱体１５０出口温度に応じた排熱回収水ポンプの制御は行なわないために、発熱体１５０出口温度は成り行きで温度上昇する。さらに一般家庭などでは負荷１９９は時々刻々大きく変動するため、発熱体１５０へ通電する余剰電力量の変動に応じて温水として回収される温度も変動する。温水の温度が上昇しすぎた場合は昇温防止ポンプ１４２を起動して、熱交換器１３０に導入する前の温度が低い温水を第２のバイパス流路１４３を介して発熱体１５０に流入させることにより温度を下げる保護制御が働くが、保護制御が作動するまでは成り行きで昇温された温水が供給される。また発熱体１５０での発熱量が低下した時には昇温防止ポンプ１４２を停止させるが、この切替え時にも流量変動により、回収される温水温度に変動が生じる。

つまり、余剰電力が発生し発熱体１５０に通電したときに貯湯タンク１４０へ供給する温水の温度変動が大きくなるという課題があった。そのため、貯湯タンク１４０上部に流入した温水は給湯などに利用されるが、従来の燃料電池システムのように温水温度が変動しているときに給湯利用すると、予め設定している水温よりも高温水を供給する、バックアップバーナなどを用いた再加熱が起動・停止を繰り返す等、不安定な給湯運転を引き起こす原因にもなる。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムの発電量の変動に伴い、余剰電力ヒータへの通電量が変動した場合においても貯湯タンクへ供給する貯湯水温度の変動を抑制する燃料電池システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、第１の本発明は、燃料電池と、燃料電池を冷却するための第１の熱媒体が流れる第１の熱媒体流路と、第１の熱媒体流路に設けられた熱交換器と、熱交換器を介して第１の熱媒体と熱交換する第２の熱媒体が流れる第２の熱媒体流路と、第２の熱媒体流路に設けられ、第２の熱媒体の流量を調整するための流量調整器と、熱交換された第２の熱媒体を貯える蓄熱器と、熱交換器と蓄熱器との間に設けられ、熱交換器で熱交換された熱媒体を燃料電池の余剰電力で加熱するためのヒータと、制御器とを備え、制御器は、流量調整器により熱交換器の出口温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるよう第２の熱媒体の流量を制御する第１の温度制御モードと、流量調整器によりヒータの出口温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるよう第２の熱媒体の流量を制御する第２の温度制御モードとを有し、熱交換器の出口温度Ｔａもしくはヒータの出口温度Ｔｂに基づき第１の温度制御モードと第２の温度制御モードとを切替えることを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、検知温度ＴａとＴｂに基づいて第１の温度制御モードと第２の温度制御モードとを切替えることにより、ヒータへの通電によって第２の熱媒体がオーバーシュート・アンダーシュートする前に各々適切な温度制御モードで制御を行なうことができるために、蓄熱器へに貯えられる第２の熱媒体温度の温度変動を抑制した運転を実現することができる。

また、第２の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、制御器は、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２である第３の閾値Ｔ３に対してＴｂ＞Ｔ３であり、かつＴ１＜Ｔ４＜Ｔ３である第４の閾値Ｔ４に対してＴａ＜Ｔ４であると、第１の温度制御モードから第２の温度制御モードに切替えることを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、第１の温度制御モードで制御しているときにヒータに余剰電力分が通電されるとＴａはＴ１になるように温度制御されている状態でＴｂ温度が上昇し、ＴｂがＴ３を超えると第２の温度制御モードに切り替り、ＴｂはＴ２になるように温度制御されるため、Ｔｂはオーバーシュートなく安定した状態で蓄熱器への第２の熱媒体温度の温度変動を抑制した運転、すなわち蓄熱器への安定した温度での第２の熱媒体供給を実現することができる。

また、第３の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、制御器は、Ｔ４＜Ｔ５＜Ｔ３である第５の閾値Ｔ５に対してＴｂ＜Ｔ５であると第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えることを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、第２の温度制御モードで制御しているときにヒータに余剰電力分の通電が遮断されてもＴｂはＴ２になるように温度制御されているため、ヒータの余熱の減少に応じて第２の熱媒体の流量を調整するための流量調整器の操作量が徐々に減少する。さらにヒータの余熱が減少しＴｂがＴ５を下回ると第１の温度制御モードに切り替り、ＴａはＴ１になるように温度制御されるため、温度制御モード切替え過程におけるＴｂのオーバーシュートもなく、また、ヒータの余熱の減少に応じて第２の熱媒体の流量を調整するための流量調整器の操作量が徐々に減少することにより、温度制御モードの切替え前にＴａの温度がヒータに余剰電力分の通電が遮断する前と比べて高い状態になっているためアンダーシュートすることもない温度変動が抑制された第２の熱媒体を蓄熱器に蓄えることが可能になる。

また、第４の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、制御器は、Ｔａ≧Ｔ４であると第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えることを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、第２の温度制御モードで制御しているときにＴａがＴ４以上となると第１の温度制御モードに切り替り、ＴａはＴ１になるように第２の熱媒体の流量を調整するための流量調整器の操作量を増加させて温度制御するため熱交換器で第１の熱媒体から第２の熱媒体に回収する熱量も増加する。そのため、第１の熱媒体温度の温度変動を抑制するように制御することが可能となり、燃料電池の安定した発電が実現されるとともに、蓄熱器に貯えられる第２の熱媒体温度の変動も抑制することが可能になる。

また、第５の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、制御器は、Ｔ６＜Ｔ２−Ｔ１である第６の閾値Ｔ６に対して、Ｔｂ−Ｔａ＜Ｔ６であると第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えることを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、第２の温度制御モードで制御しているときにＴｂ−ＴａがＴ６より小さくなると第１の温度制御モードに切り替り、ＴａはＴ１になるように第２の熱媒体の流量を調整するための流量調整器の操作量を増加させて温度制御するため熱交換器で第１の熱媒体から第２の熱媒体に回収する熱量も増加する。そのため、第１の熱媒体温度のの温度変動を抑制するように制御することが可能となり、燃料電池の安定した発電を実現されるとともに、蓄熱器に貯えられる第２の熱媒体の変動も抑制することが可能になる。

また、第６の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、ヒータに通電される電力を検知する第１の電力検知器を備え、制御器は、第２の温度制御モードにおいて第１の電力検知器で検出される電力値も考慮して制御を行うことを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、ヒータへの通電量変動に対して、第２の熱媒体の流量を調整されるので、実際にヒータの温度変化を検知してから第２の熱媒体の流量を調整する場合に比べて、より第２の熱媒体の温度変動が抑制された状態で、蓄熱器に蓄えられる。

また、第７の本発明は、前記制御器は、前記燃料電池から出力される電流値又は電力値も考慮して前記制御を行うことを特徴とする。

このように構成すると、燃料電池の発電量の変動に伴う燃料電池の排熱量の変動に対して第２の熱媒体流量が調整されるので、実際に燃料電池の冷却水の温度変動を検知してから第２の熱媒体の流量を調整する場合に比べて、より第２の熱媒体の温度変動が抑制された状態で、蓄熱器に蓄えられる。

また、第８の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータを備え、制御器は、前記インバータから出力される電流値又は電力値も考慮して制御を行うことを特徴とする燃料電池システムである。

このように構成すると、燃料電池の発電量の変動に伴う燃料電池の排熱量の変動に対して第２の熱媒体流量が調整されるので、実際に燃料電池の冷却水の温度変動を検知してから第２の熱媒体の流量を調整する場合に比べて、より第２の熱媒体の温度変動が抑制された状態で、蓄熱器に蓄えられる。

本発明にかかる燃料電池システムによれば、熱交換器出口温度を制御する第１の温度制御モードと、余剰電力ヒータ出口温度を制御する第２の温度制御モードを各出口温度に基づき切替えることにより、燃料電池より熱回収する安定した出湯温度を実現することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。

本実施の形態における燃料電池システム１は、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行なう燃料電池２と、燃料電池２が発電した直流電力を交流電力に変換するとともに系統電力３と連系し負荷４に電力供給をするインバータ５と、発電時に発生する熱を回収し燃料電池２の温度制御を行なう冷却水を通流する冷却水流路６と、冷却水を冷却水流路に通流させる冷却水循環ポンプ７と、燃料電池２により加熱された冷却水を冷却する熱交換器８と、冷却水流路６の熱交換器８の上流より分岐して熱交換器８の下流にて合流するバイパス路９と、熱交換器８とバイパス路９に通流させる冷却水量の割合を調整する混合弁１０と、熱交換器８での熱交換により冷却水を冷却する貯湯水を通流する貯湯水流路１１と、貯湯水を蓄水する貯湯タンク１２と、貯湯タンク１２の貯湯水を貯湯水流路１１に循環させる貯湯水循環ポンプ１３と、燃料電池２で発電した電力のうち余剰電力を通電することにより貯湯水を加熱する余剰電力ヒータ１４と、冷却水流路６において燃料電池２入口および出口の冷却水温度を検知する温度検知器１５、１６と、貯湯水流路１１において熱交換器８出口の貯湯水温度を検知する温度検知器１７および余剰電力ヒータ１４出口の貯湯水温度を検知する温度検知器１８と、系統電力３側から負荷４側に供給される電力の向き（系統電力３側から負荷４側へ供給される方向を正、逆方向を負とする）と大きさを検知する電力検知器１９と、一連の冷却水循環、貯湯水循環、インバータ５からの出力電力量、および余剰電力ヒータ１４への通電量を制御する制御器２０とを備えている。

なお、本実施の形態における構成部材としての冷却水流路６、貯湯水流路１１、貯湯水循環ポンプ１３、貯湯タンク１２および、流体としての冷却水、貯湯水は、各々、本発明における第１の熱媒体流路、第２の熱媒体流路、流量調整器、蓄熱器および、第１の熱媒体、第２の熱媒体の具体的な実施の一例である。

次に本実施の形態における燃料電池システム１の具体的動作を説明する。

燃料電池システム１は、水素リッチな燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池２に供給することにより発電を行なう。燃料電池２での発電では直流電力が出力される。出力された直流電力はインバータ５により交流電力に変換された後、系統電力３と連系し、負荷４に電力供給する。ここで制御器２０は、インバータ５に対して交流電力の発電出力値を指令するとともに、インバータ５での発電出力値に応じて燃料ガスおよび酸化剤ガス流量を流量調整器など（図示せず）を用いて適切に制御する。

同時に燃料電池システム１は、系統電力３側から負荷４側への電流を電流検知器１９にて検知している。検知した電流値が負の場合、すなわち、インバータ５からの発電電力よりも負荷４の消費電力が少なく、系統電力３への逆潮流が発生している。そこで電流検知器１９で検知する電流値が逆潮流を起こしていない状態の所定の値（例えば０）になるように、制御器２０では入力された電流検知器１９の検出値に応じて余剰電力ヒータ１４への通電量を制御し、余剰電力として余剰電力ヒータ１４に通電する。

一方、燃料電池２では、発電の際に同時に熱も生成される。燃料電池で生成された熱は、冷却水循環ポンプ７を作動させ、冷却水流路６を循環する冷却水を燃料電池２に通流することにより回収し、燃料電池２を冷却する。燃料電池２との熱交換により加熱された冷却水の少なくとも一部は熱交換器８に通流され、残りはバイパス路９を通流し、冷却水流路６上の混合弁１０で合流する。合流した冷却水は燃料電池２に供給される。このとき制御器２０は、燃料電池２入口の温度検知器１５の検知温度に基づき混合弁１０の混合開度を制御する。たとえば、燃料電池２入口の温度検知器１５の検知温度が所定温度（例えば、６０℃）になるよう制御した場合、温度検知器１５の検知温度が所定温度より高い６２℃になった場合は、混合弁１０を制御して熱交換器８に通流する割合を増加させる。また、温度検知器１５の検知温度が所定温度より低い５８℃になった場合は、混合弁１０を制御してバイパス路９に通流する割合を増加させる。同時に制御器２０は燃料電池２での発電状態を良好に保つため、燃料電池２入口および出口の温度検知器１５、１６でそれぞれ検知される温度の温度差に基づき冷却水循環ポンプ７の操作量を変化させる。例えば、上記温度差が所定温度差（例えば、８℃）になるように冷却水循環ポンプ７の操作量を変化させるよう制御した場合、温度検知器１５、１６の検知温度が６０℃および６６℃のときは、温度差が所定温度差よりひくい６℃であるため、冷却水循環ポンプ７の操作量を低減させることで冷却水循環流量を低減させ、燃料電池２出口温度を上昇させる。また温度検知器１５、１６の検知温度が６０℃および７０℃のときは、冷却水循環ポンプ７の操作量を増加させることで冷却水循環流量を増加させ、燃料電池２出口温度を下降させる。

さらに、燃料電池システム１では、貯湯水循環ポンプ１３を作動することにより、貯湯タンク１２に蓄水している貯湯水を貯湯水流路１１に通流させる。貯湯タンク１２から貯湯水流路１１に導入された貯湯水は、貯湯水循環ポンプ１３を通流後、熱交換器８に供給される。熱交換器８では、冷却水流路６より供給された高温の冷却水と熱交換することにより、貯湯水は加熱される。加熱された貯湯水は、貯湯水流路１１を通じて余剰電力ヒータ１４に通流される。インバータ５からの出力電力と負荷４の消費電力の変動により余剰電力が発生する場合は、貯湯水は余剰電力ヒータ１４によりさらに加熱された後、高温水として貯湯タンク１２に蓄水される。なお、蓄水された高温の貯湯水は、貯湯タンク１２上部より必要に応じて、給湯や温水暖房などの図示していない給湯負荷に供給される。

ここで制御器２０は、温度変動の抑制された安定した高温水を貯湯タンクに蓄水するために、以下の２つの温度制御モードを備える。まず１つめの温度制御モードは、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１（例えば、６２℃）になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量を変化させることで貯湯水循環流量をフィードバック制御する、第１の温度制御モードである。たとえば、温度検知器１７の検知温度Ｔａが６０℃のときは、貯湯水循環ポンプ１３の操作量を低減させることで貯湯水循環流量を低減させ、熱交換器８出口温度を上昇させる。

また、温度検知器１７の検知温度Ｔａが６４℃のときは、貯湯水循環ポンプ１３の操作量を増加させることで貯湯水循環流量を増加させ、熱交換器８出口温度を下降させる。次に、２つめの温度制御モードは、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２（例えば、７５℃）になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量を変化させることで貯湯水循環流量をフィードバック制御する、第２の温度制御モードである。たとえば、温度検知器１８の検知温度Ｔｂが７３℃のときは、貯湯水循環ポンプ１３の操作量を低減させることで貯湯水循環流量を低減させ、余剰電力ヒータ１４出口温度を上昇させる。また温度検知器１８の検知温度Ｔｂが７７℃のときは、貯湯水循環ポンプ１３の操作量を増加させることで貯湯水循環流量を増加させ、余剰電力ヒータ１４出口温度を下降させる。更に制御器２０は、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａと余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂに基づいて、上記の第１の温度制御モードと第２の温度制御モードを切替える。

従来の燃料電池システムでは、熱交換器出口温度を制御し、余剰電力ヒータ出口温度では制御しないため貯湯タンクに供給される温水の温度は、成り行きのままの状態になり、余剰電力ヒータ通電時には過上昇した温水が貯湯タンクに供給される場合がある。ここで、余剰電力ヒータへの通電が遮断された時には、貯湯タンクに供給される温水の温度は急低下する。このように貯湯タンクへ供給される貯湯水の温度が変動している状態において給湯負荷が発生した場合、貯湯タンク上部から供給する貯湯水温度が大きく変動するため、安定した給湯が実現できない。

しかしながら本実施の形態における燃料電池システム１では、制御器２０は、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａと余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂに基づいて、第１の温度制御モードと第２の温度制御モードを切替える。そのため、第１の温度制御モードで制御中に余剰電力ヒータ１４の通電が発生すると検知温度Ｔｂが上昇するが、検知温度ＴａとＴｂとに基づいて第２の温度制御モード２に切替えることにより、余剰電力ヒータ１４への通電によって貯湯タンク１２に供給される水温（≒Ｔｂ）が過上昇する前に検知温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるようにフィードバック制御を行なう。また、第２の温度制御モードで制御中に余剰電力ヒータ１４への通電遮断が発生すると検知温度Ｔｂが下降するが、検知温度ＴａとＴｂに基づいて第１の温度制御モードに切替えることにより、余剰電力ヒータ１４への通電遮断によって貯湯タンクに供給される水温（≒Ｔｂ）がアンダーシュートする前に検知温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるようにフィードバック制御を行なう。そのため、余剰電力ヒータ１４の通電有無に対しても、貯湯タンクに高温水として蓄水される貯湯水温度の温度変動を抑制した運転、すなわち、従来の燃料電池システムに比べ、貯湯タンクからより安定した温度の温水を出湯することができる。

なお本実施の形態における、第１の温度制御モードと第２の温度制御モードの温度制御モード切替えに関するより効果的な具体的実施の動作形態として、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２である第３の閾値Ｔ３に対してＴｂ＞Ｔ３であり、かつＴ１＜Ｔ４＜Ｔ３である第４の閾値Ｔ４に対してＴａ＜Ｔ４である場合、第１の温度制御モードから第２の温度制御モードに切替えることが、有用であることを以下の通り説明する。

図２に示す具体的な温度制御フローを用いて、温度制御モード切替えに関するより効果的な動作を示す。まず、現在の温度制御モードが第１の温度制御モードであるかどうかを判断する（Ｓ１０１）。第１の温度制御モードの場合は、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度ＴｂがＴ３（例えば７０℃）よりも高く、かつ、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａがＴ４（例えば６４℃）よりも低いかどうかを判断する（Ｓ１０２）。判定結果が否のときは第１の温度制御モードを継続し（Ｓ１０４）、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１０６）。一方、ステップＳ１０１において第２の温度制御モードの場合は第２の温度制御モードを継続し（Ｓ１０３）、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ２を算出する（Ｓ１０７）。また、ステップＳ１０２において判定結果が是のときは第１の温度制御モードから第２の温度制御モードに切替えて（Ｓ１０５）、上述のステップＳ１０７を同様に行なう。ステップＳ１０６またはＳ１０７において算出されたΔＵ１を、貯湯水循環ポンプ１３の前回の制御操作量であるＵoldに加えた制御操作量Ｕを算出し、今回の貯湯水循環ポンプ１３の操作量として変更を行なう（Ｓ１０８）。

一方、例えば「余剰電力ヒータへの通電有無によって温度制御モードを切替える」燃料電池システムの運転を考えると、貯湯タンク１２に蓄水する高温水の温度が大きく変動する。すなわち、第１の温度制御モードで貯湯水温度を制御しているときに余剰電力ヒータ１４に余剰電力分が通電されたときに第２の温度制御モードに切替えた場合、ＴｂはＴ１と同程度の温度であるためＴ３よりも低い。この状態でＴｂをＴ２になるように第２の温度制御モードで温度制御すると、貯湯水循環ポンプ１３の操作量は減少する。しかしながら余剰電力ヒータ１４には余剰電力分が通電されるためＴｂが急上昇し、Ｔ２に対して大きくオーバーシュートする。結果、温度変動の大きい高温水を貯湯タンク１２に蓄水してしまう。

しかしながら、本実施の形態における効果的な具体的実施の動作形態に示す燃料電池システム１の動作を実施すると、第１の温度制御モードで貯湯水温度を制御しているときに余剰電力ヒータに余剰電力分が通電されるとＴａはＴ１になるように温度制御されている状態でＴｂが上昇する。次いで、ＴｂがＴ３を超えると第２の温度制御モードに切り替り、ＴｂはＴ２になるように温度制御されるため、Ｔｂはオーバーシュートなく温度変動の抑制された安定した温度の高温水（例えば、７５℃）として貯湯タンク１２に蓄水することができる。すなわち、より安定した高温出湯を実現することができる。

またなお、本実施の形態における、第１の温度制御モードと第２の温度制御モードの温度制御モード切替えに関するより効果的な具体的実施の動作形態として、Ｔ４＜Ｔ５＜Ｔ３である第５の閾値Ｔ５に対してＴｂ＜Ｔ５である場合、第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えることが、有用であることを以下の通り説明する。

図３に示す具体的な温度制御フローを用いて、温度制御モード切替えに関するより効果的な動作を示す。まず、現在の温度制御モードが第２の温度制御モードであるかどうかを判断する（Ｓ１１１）。第２の温度制御モードの場合は、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度ＴｂがＴ５（例えば、６６℃）よりも低いかどうかを判断する（Ｓ１１２）。判定結果が否のときは第２の温度制御モードを継続し（Ｓ１１４）、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１１６）。一方、ステップＳ１１１において第１の温度制御モードの場合は第１の温度制御モードを継続し（Ｓ１１３）、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１１７）。また、ステップＳ１１２において判定結果が是のときは第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えて（Ｓ１１５）、上述のステップＳ１１７を同様に行なう。ステップＳ１１６またはＳ１１７において算出されたΔＵ１を、貯湯水循環ポンプ１３の前回の制御操作量であるＵoldに加えた制御操作量Ｕを算出し、今回の貯湯水循環ポンプ１３の操作量として変更を行なう（Ｓ１１８）。

一方、同様に例えば「余剰電力ヒータへの通電有無によって温度制御モードを切替える」燃料電池システムの運転を考えると、貯湯タンク１２に蓄水する高温水の温度が大きく変動する。すなわち、第２の温度制御モードで貯湯水温度を制御しているときに余剰電力ヒータ１４に余剰電力分の通電が遮断されたときに第１の温度制御モードに切替えた場合、ＴｂはＴ２と同程度の温度である。また、余剰電力ヒータへの通電されていた電力がインバータ５からの出力量の半分以上の時には、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａはＴ１よりも低い状態で維持されている。この状態でＴａをＴ１になるように第１の温度制御モードで温度制御すると、Ｔａを上昇させてＴ１にするために貯湯水循環ポンプ１３の操作量は減少する。しかしながら余剰電力ヒータ１４には余熱があるためＴｂが上昇し、Ｔ２に対して大きくオーバーシュートする。結果、温度変動の大きい高温水を貯湯タンク１２に蓄水してしまう。

しかしながら、本実施の形態における効果的な具体的実施の動作形態に示す燃料電池システム１の動作を実施すると、第２の温度制御モードで貯湯水温度を制御しているときに余剰電力ヒータ１４に余剰電力分の通電が遮断されてもＴｂはＴ２になるように温度制御されているため、余剰電力ヒータ１４の余熱の減少に応じて貯湯水循環ポンプ１３の操作量が徐々に減少する。さらに余剰電力ヒータ１４の余熱が減少しＴｂがＴ５を下回ると第１の温度制御モードに切り替り、ＴａはＴ１になるように温度制御される。そのため、温度制御モード切替え過程におけるＴｂのオーバーシュートもなく、また、余剰電力ヒータ１４の余熱の減少に応じて貯湯水循環ポンプ１３の操作量が徐々に減少することにより、温度制御モードの切替え前にＴａの温度が余剰電力ヒータ１４に余剰電力分の通電が遮断する前と比べて高い状態になっているため、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａがＴ１に対してアンダーシュートすることもない。また第１の制御モードに切り替った後も、余剰電力ヒータ１４の余熱がなくなるまでＴｂの温度はＴａより高くなることにより、温度変動を抑制した安定した温度の高温水を貯湯タンク１２に蓄水することができる。すなわち、より安定した高温出湯を実現することができる。

またなお、本実施の形態における、第１の温度制御モードと第２の温度制御モードの温度制御モード切替えに関するより効果的な具体的実施の動作形態として、Ｔａ≧Ｔ４である場合、第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えることが、有用であることを以下の通り説明する。

図４に示す具体的な温度制御フローを用いて、温度制御モード切替えに関するより効果的な動作を示す。まず、現在の温度制御モードが第２の温度制御モードであるかどうかを判断する（Ｓ１１１）。第２の温度制御モードの場合は、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａがＴ４（例えば６４℃）以上かどうかを判断する（Ｓ１２２）。判定結果が否のときは第２の温度制御モードを継続し（Ｓ１１４）、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１１６）。一方、ステップＳ１１１において第１の温度制御モードの場合は第１の温度制御モードを継続し（Ｓ１１３）、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１１７）。また、ステップＳ１１２において判定結果が是のときは第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えて（Ｓ１１５）、上述のステップＳ１１７を同様に行なう。ステップＳ１１６またはＳ１１７において算出されたΔＵ１を、貯湯水循環ポンプ１３の前回の制御操作量であるＵoldに加えた制御操作量Ｕ算出し、今回の貯湯水循環ポンプ１３の操作量として変更を行なう（Ｓ１１８）。

一方、同様に例えば「余剰電力ヒータへの通電有無によって温度制御モードを切替える」燃料電池システムの運転を考えると、余剰電力ヒータ１４に通電されている場合は第２の温度制御モードで貯湯水温度を制御している。さらに余剰電力ヒータ１４への通電量が非常に少ない場合は、ＴｂがＴ２になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量を減少させる。そのため、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａはＴ４を超えて上昇するとともに、貯湯水循環量が減少するために熱交換器８で冷却水から貯湯水に回収される熱量も減少する。そのため、燃料電池２入口の温度検知器１５で検知する冷却水温度が上昇し、燃料電池２での発電が不安定になる。

しかしながら、本実施の形態における効果的な具体的実施の動作形態に示す燃料電池システム１の動作を実施すると、第２の温度制御モードで貯湯水温度を制御しているときにＴａがＴ４以上となると第１の温度制御モードに切り替り、ＴａはＴ１になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量を増加させて温度制御する。これにより、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａはＴ１になるように下降するとともに、貯湯水循環量が増加するために熱交換器８で冷却水から貯湯水に回収される熱量も増加する。そのため、燃料電池２入口の温度検知器１５で検知する冷却水温度の温度変動が抑制されるように制御することが可能となり、燃料電池２の安定した発電を実現し、結果、温度変動の抑制されたより安定した温度の高温水を貯湯タンク１２に蓄水することができる。すなわち、より安定した高温出湯を実現することができる。

なお、本実施の形態における、第１の温度制御モードと第２の温度制御モードの温度制御モード切替えに関するより効果的な具体的実施の動作形態として、Ｔ６＜Ｔ２−Ｔ１である第６の閾値Ｔ６に対して、Ｔｂ−Ｔａ＜Ｔ６である場合、第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えることが、有用であることを以下の通り説明する。

図５に示す具体的な温度制御フローを用いて、温度制御モード切替えに関するより効果的な動作を示す。まず、現在の温度制御モードが第２の温度制御モードであるかどうかを判断する（Ｓ１１１）。第２の温度制御モードの場合は、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａと余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂの関係に対してＴｂ−ＴａがＴ６（例えば、１２℃差）よりも低いかどうかを判断する（Ｓ１３２）。判定結果が否のときは第２の温度制御モードを継続し（Ｓ１１４）、余剰電力ヒータ１４出口の温度検知器１８の検知温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１１６）。一方、ステップＳ１１１において第１の温度制御モードの場合は第１の温度制御モードを継続し（Ｓ１１３）、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減分ΔＵ１を算出する（Ｓ１１７）。また、ステップＳ１１２において判定結果が是のときは第２の温度制御モードから第１の温度制御モードに切替えて（Ｓ１１５）、上述のステップＳ１１７を同様に行なう。ステップＳ１１６またはＳ１１７において算出されたΔＵ１を、貯湯水循環ポンプ１３の前回の制御操作量であるＵoldに加えた制御操作量Ｕ算出し、今回の貯湯水循環ポンプ１３の操作量として変更を行なう（Ｓ１１８）。

一方、同様に例えば「余剰電力ヒータへの通電有無によって温度制御モードを切替える」燃料電池システムの運転を考えると、余剰電力ヒータ１４に通電されている場合は第２の温度制御モードで貯湯水温度を制御している。Ｔｂ−ＴａがＴ６より小さい、つまり、余剰電力ヒータへの通電量が少ない場合は、図４を用いた動作説明と同様に、ＴｂがＴ２になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量を減少させる。そのため、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａはＴ４を超えて上昇するとともに、貯湯水循環量が減少するために熱交換器８で冷却水から貯湯水に回収される熱量も減少する。そのため、燃料電池２入口の温度検知器１５で検知する冷却水温度が上昇し、燃料電池２での発電が不安定になる。

しかしながら、本実施の形態における効果的な具体的実施の動作形態に示す燃料電池システム１の動作を実施すると、第２の温度制御モードで貯湯水温度を制御しているときにＴｂ−ＴａがＴ６より小さくなると第１の温度制御モードに切り替り、ＴａはＴ１になるように貯湯水循環ポンプ１３の操作量を増加させて温度制御する。これにより、熱交換器８出口の温度検知器１７の検知温度ＴａはＴ１になるように下降するとともに、貯湯水循環量が増加するために熱交換器８で冷却水から貯湯水に回収する熱量も増加する。そのため、燃料電池２入口の温度検知器１５で検知する冷却水の温度変動が抑制されるよう制御することが可能となり、燃料電池２の安定した発電を実現し、結果、温度変動の抑制された安定した温度の高温水を貯湯タンク１２に蓄水することができる。すなわち、より安定した高温出湯を実現することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。本実施の形態においては、実施の形態１で説明した燃料電池システム１に加えてさらに、余剰電力ヒータ１４に通電される電流値を検知する第１の電流検知器２１と、電流検知器２１で検出された電流値に基づき余剰電力ヒータで消費される電力値を算出する第１電力値算出器２３とを備える。

次に図７を用いて、本実施の形態における貯湯水循環ポンプ１３の制御動作を説明する。

まず第１の電流検知器２１で検知された電流値と余剰電力ヒータの抵抗値に基づき消費電力算出器２３が余剰電力ヒータ１４へ供給される電力値Ｗ１を算出する（Ｓ２０１）。次いで、前回貯湯水循環ポンプ１３の操作量を更新したときの余剰電力ヒータ１４への電力値Ｗ１ｏｌｄと新たに算出されたＷ１から、余剰電力ヒータ１４へ供給される電力値の増減分ΔＷ１を算出する（Ｓ２０２）。算出されたΔＷ１に応じた貯湯水循環ポンプ１３の増減分ΔＵ２を算出し（Ｓ２０３）、実施の形態１で説明したステップＳ１０８またはＳ１１８で算出される貯湯水循環ポンプ１３の操作量ＵにΔＵ２をさらに加えた操作量への更新を実施する（Ｓ２０４）。ここで、ステップＳ２０３におけるΔＵ２算出方法としては、ΔＵ２とΔＷ１の相関式を予め記憶器（図示せず）に記憶させておいて、制御器２０がステップＳ２０３にて記憶された相関式に基づき演算することも可能である。また、ΔＵ２とΔＷ１の相関テーブルを予め記憶器（図示せず）に記憶しておいて、ステップＳ２０３にて相関テーブルから演算することも可能である。

一般的に負荷４での電力需要は時々刻々変動するため、余剰電力ヒータ１４に通電される電力値も変動する。このように変動が大きい場合、一般的には、余剰電力ヒータ１４に通電される電力値の変動は瞬時であるが、水温変動は時間応答性が遅いため、フィードバックによって水温を制御すると場合によっては温度安定性が悪化することも想定される。

しかしながら本実施の形態に示す燃料電池システム１では、実施の形態１に示すような貯湯水流路の水温に基づき温度制御モードの切替えを行なう貯湯水循環ポンプ制御に加えて、余剰電力ヒータ１４へ供給される電力変化量に応じての貯湯水循環ポンプ制御を行なう。すなわち、負荷４での需要電力の変動による余剰電力ヒータ１４への電力変動を第１の電流検知器２１で電流値の変化として検知し、その変化から算出される電力値の変化量に応じた貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減値ΔＵ２を実施の形態１に記載の手法で算出される貯湯水循環ポンプ１３の操作量に対してさらに加えた操作量に基づき制御する。そのため、余剰電力ヒータ１４への電力変動に対して予め予測される貯湯水流路の水温の温度変動を考慮した貯湯水循環ポンプ１３の操作量制御を行なうことができる。従って、余剰電力ヒータ１４への電力変動による加熱量の変動に対しても、貯湯水温度の温度変動を抑制した運転、すなわち貯湯タンクのより安定した出湯を実現することができる。

なお、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、消費電力算出値２３により算出される余剰電力ヒータ１４へ供給される電力値も考慮して、制御器２が貯湯水循環ポンプ１３の操作量を更新するよう制御するよう構成されているが、余剰電力ヒータの抵抗値は通常一定値であるため、上記電力値に代えて第１の電流検知器２１で検出される電流値に基づき貯湯水循環ポンプ１３の操作量を制御するよう制御しても構わない。この場合、例えば、上記記憶器（図示せず）にΔＵ２とΔＩ１との相関テーブルを記憶し、この相関テーブルに基づき制御器２が操作量増減量ΔＵ２を決定するよう構成される。また、上記電流値は、制御器２から余剰電力ヒータ１４へ出力される通電流指令値であっても構わない。

すわなち、本発明の「ヒータに供給される電流値又は電力値」は、直接的な電流値または電力値であってもよいし、間接的に関係する値であっても構わない。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図８において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。本実施の形態においては、実施の形態１で説明した燃料電池システム１に加えてさらに、インバータ５が出力する交流電流値を検知する第２の電流検知器２２を備える。

次に図８を用いて、本実施の形態における貯湯水循環ポンプ１３の制御動作を説明する。

まず第２の電流検知器２２で検知された電流値とインバータ５から出力電圧値に基づき出力電力算出器２４がインバータ５の出力電力値Ｗ２を検知する（Ｓ３０１）。次いで、前回温度制御した時の出力電力値Ｗ２ｏｌｄとＷ２との間で予め設定された電力閾値Ｗａを跨いだかどうかの判定を行ない（Ｓ３０２）、跨いだ場合は、電力閾値Ｗａに対して予め設定されている貯湯水循環ポンプ１３の操作量の増減分ΔＵ３を、実施の形態１で説明したステップＳ１０８またはＳ１１８で算出される貯湯水循環ポンプ１３の操作量Ｕにさらに加えた操作量にして変更を実施する（Ｓ３０３）。ここで例えばＷａ＝６００Ｗとして、Ｗ２ｏｌｄ＝５９０ＷからＷ２＝６１０Ｗへとインバータ５の出力電力値Ｗ２が増加したとき（Ｓ３０２−１）、予め設定している貯湯水循環ポンプ１３の操作量の増減設定値Ｕ３に対して増減方向を加味してΔＵ３＝＋Ｕ３と設定する（Ｓ３０３−１）。またＷ２ｏｌｄ＝６１０ＷからＷ２＝５９０Ｗへとインバータ５の出力電力値Ｗ２が減少したとき（Ｓ３０２−２）は、同様にΔＵ３＝−Ｕ３と設定する（Ｓ３０３−２）。ステップＳ３０２で跨がない場合は、ΔＵ３＝０と設定する（Ｓ３０４）。実施の形態１で説明したステップＳ１０８またはＳ１１８で算出される貯湯水循環ポンプ１３の操作量ＵにΔＵ３をさらに加えた操作量への更新を実施する（Ｓ３０５）。なお、電力閾値Ｗａは複数個設定してよい。その場合、Ｗ２ｏｌｄとＷ２が複数の電力閾値Ｗａ（１）、Ｗａ（２）…を同時に跨ぐ場合は、これらの電力閾値を跨いだ場合に対してそれぞれ予め設定されている貯湯水循環ポンプ１３の操作量の複数の増減設定値Ｕ３（１）、Ｕ（２）、…の増減方向を加味した合計値をΔＵ３として設定する。

一般的に、燃料電池２での直流電力値に応じて燃料電池２で生成される熱量も増減する。そのため、燃料電池システムが出力変動運転を行なうと、燃料電池２から回収される熱量も変動し、熱交換器８を介して貯湯水に回収される熱量も変動する。そのため、燃料電池２出力変動の状況と、第１または第２の温度制御モードでのＴａとＴ１または、ＴｂとＴ２の温度関係によっては、温度安定性が悪化することも想定される。

しかしながら本実施の形態に示す燃料電池システム１では、実施の形態１に示すような温度制御モードの切替えを行なう貯湯水循環ポンプ制御に加えて、インバータタ５の出力電力値の変化量に応じて貯湯水循環ポンプ制御を行なう。すなわち、負荷４での需要電力の変動に伴うインバータ５からの出力電力変動を、第２の電流検知器２２で出力電流値の変化として検知して、その変化前後の出力電流値が特定の電力閾値を跨いだかどうかに応じて、貯湯水循環ポンプ１３の操作量増減値ΔＵ３を実施の形態１に記載の手法で算出された貯湯水循環ポンプ１３の操作量に対してさらに加えた操作量に基づき制御することができる。そのため、燃料電池２が出力変動に対して予め予測される、燃料電池２の排熱量も変動を考慮した貯湯水循環ポンプ１３の操作量制御を行なうことができる。従って、燃料電池２の発電量の変動による燃料電池２の排熱量の変動に対しても、貯湯水温度の温度変動を抑制した運転、すなわち貯湯タンクのより安定した出湯を実現することができる。

なお、本実施の形態では、「実施の形態１で説明した燃料電池システム１に加えてさらに、インバータ５が出力する交流電流値を検知する第２の電流検知器２２を備える。」としたが、「実施の形態２で説明した燃料電池システム１に加えてさらに、インバータ５が出力する交流電力値を検知する第２の電力検知器２２を備える。」としても同様に、貯湯タンクのより安定した出湯を実現することができる。なおこの場合の貯湯水循環ポンプ１３の操作量は、Ｕ＝Ｕｏｌｄ＋ΔＵ１＋ΔＵ２＋ΔＵ３に変更する。

また、出力電力算出値２４により算出されるインバータ５の出力電力値も考慮して、制御器２が貯湯水循環ポンプ１３の操作量を更新するよう制御するよう構成されているが、インバータ５の出力電圧は通常一定値であるため、上記電力値に代えて第２の電流検知器２２で検出される電流値に基づき貯湯水循環ポンプ１３の操作量を制御するよう制御しても構わない。この場合、例えば、各電流閾値Ｉａ（１）、Ｉａ（２）…に対してそれぞれ設定された増減設定値Ｕ３（１）、Ｕ（２）、…の増減方向を加味した合計値をΔＵ３として設定し、制御器２が貯湯水循環ポンプ１３の操作量をＳ３０５にて算出された新たな操作量Ｕに更新するよう制御する。また、上記電流値として第２の電流検知器２２で検知される電流値に代えて制御器２からインバータ５へ出力される出力電流指令値に基づき基づき貯湯水循環ポンプ１３の操作量が制御するよう構成されても構わない。すわなち、本発明の「燃料電池から出力される電流値または電力値」は、直接的な電流値または電力値であってもよいし、間接的に関係する値であっても構わない。

また、インバータ５の出力電力値に代えて燃料電池２の直流電力値に基づき、制御器２が貯湯水循環ポンプ１３の操作量を更新するよう制御するよう構成しても構わない。なお、その場合、燃料電池２とインバータ５との間に設けられた電流検知器（図示せず）及び電圧検知器（図示せず）で検出された電流値及び電圧値に基づき出力電力算出器２４が燃料電池２から出力される直流電力を算出し、算出された電力値に基づき本実施の形態の燃料電池システムの図９に示されるフローに基づき貯湯水循環ポンプ１３の操作量が制御される。すなわち、本発明の「燃料電池から出力される電力値」には、インバータ５からの交流出力電力値だけでなく燃料電池２の直流電力も含まれる。

本発明にかかる燃料電池システムは、熱交換器出口の検知温度と余剰電力ヒータ出口の検知温度に基づいて、熱交換器出口温度のフィードバックを行なう第１の温度制御モードと余剰電力ヒータ出口温度のフィードバックを行なう第２の温度制御モードを切替える制御器を有し、系統電力と連系し発電を行なう燃料電池システム等に有用である。また、エンジン等を用いた発電とともに発生する熱を回収するコージェネレーションシステム等の用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における温度制御モード切替えの具体的動作フロー図 本発明の実施の形態１における温度制御モード切替えの具体的動作フロー図 本発明の実施の形態１における温度制御モード切替えの具体的動作フロー図 本発明の実施の形態１における温度制御モード切替えの具体的動作フロー図 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における温度制御の具体的動作フロー図 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における温度制御の具体的動作フロー図 従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図

符号の説明

１，１０１ 燃料電池システム
２，１２０ 燃料電池
３，１９８ 系統電力
４，１９９ 負荷
５，１５１ インバータ
６，１２１ 冷却水流路
７，１２２ 冷却水循環ポンプ
８，１３０ 熱交換器
９，１４３，１６１ バイパス路
１０，１６２ 混合弁
１１，１３１，１４１ 貯湯水流路
１２，１４０ 貯湯タンク
１３，１３２ 貯湯水循環ポンプ
１４ 余剰電力ヒータ
１５，１６，１７，１８，１８１，１８２，１８５，１８８ 温度検知器
１９，１５４ 第１の電流検知器
２０，１７５ 制御器
２１，２２ 第２の電流検知器
２３ 消費電力算出器
２４ 出力電力算出器
１４２ 昇温防止ポンプ
１５５ 開閉器
１６０ 冷却装置

Claims (8)

1. 燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための第１の熱媒体が流れる第１の熱媒体流路と、前記第１の熱媒体流路に設けられた熱交換器と、前記熱交換器を介して前記第１の熱媒体と熱交換する第２の熱媒体が流れる第２の熱媒体流路と、前記第２の熱媒体流路に設けられ、前記第２の熱媒体の流量を調整するための流量調整器と、前記熱交換された第２の熱媒体を貯える蓄熱器と、前記熱交換器と前記蓄熱器との間に設けられ、前記熱交換器で熱交換された熱媒体を前記燃料電池の余剰電力で加熱するためのヒータと、制御器とを備え、
   前記制御器は、前記流量調整器により前記熱交換器の出口温度Ｔａが第１の閾値Ｔ１になるよう前記第２の熱媒体の流量を制御する第１の温度制御モードと、前記流量調整器により前記ヒータの出口温度Ｔｂが第２の閾値Ｔ２になるよう前記第２の熱媒体の流量を制御する第２の温度制御モードとを有し、前記熱交換器の出口温度Ｔａもしくは前記ヒータの出口温度Ｔｂに基づき前記第１の温度制御モードと第２の温度制御モードとを切替えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御器は、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２である第３の閾値Ｔ３に対してＴｂ＞Ｔ３であり、かつＴ１＜Ｔ４＜Ｔ３である第４の閾値Ｔ４に対してＴａ＜Ｔ４であると、前記第１の温度制御モードから前記第２の温度制御モードに切替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記制御器は、Ｔ４＜Ｔ５＜Ｔ３である第５の閾値Ｔ５に対してＴｂ＜Ｔ５であると前記第２の温度制御モードから前記第１の温度制御モードに切替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
4. 前記制御器は、Ｔａ≧Ｔ４であると前記第２の温度制御モードから前記第１の温度制御モードに切替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
5. 前記制御器は、Ｔ６＜Ｔ２−Ｔ１である第６の閾値Ｔ６に対して、Ｔｂ−Ｔａ＜Ｔ６であると前記第２の温度制御モードから前記第１の温度制御モードに切替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
6. 前記制御器は、前記第２の温度制御モードにおいて前記ヒータに供給される電流値又は電力値も考慮して前記制御を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
7. 前記制御器は、前記燃料電池から出力される電流値又は電力値も考慮して前記制御を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータを備え、前記制御器は、前記インバータから出力される電流値又は電力値も考慮して前記制御を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。

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