JP5387162B2 - 定置用燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は商用電源との系統連系を考慮した定置用燃料電池システムに関する。

定置用燃料電池システムは、燃料原料からアノードガスを生成させる改質器と、アノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池のスタックと、スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、スタックの発電電力を消費可能な電力消費部とを有する。

このような定置用燃料電池システム（以下、単にシステムともいう）は家庭用または業務用等として設置場所に設置される。この場合、システムは、電力会社の商用電源の商用電力と系統連系されている（特許文献１〜４）。従って家庭用または業務用等の通常電力負荷は、システムの発電電力でも、商用電力からでも給電される。システムが設置場所に設置された後、システムの試運転が実施される。しかしシステムの発電電力を商用電源と系統連系させる場合には、システムが設置される領域における電力会社の立会人の立会いのもとで、系統連系協議の作業が行わななければならない。

従って、システムが設置場所に設置されたとしても、電力会社の立会人との系統連系協議（以下、単に系統連系協議ともいう）が実施される日時までは、設置場所でのシステムの試運転は行えなかった。故に、電力会社との系統連系協議の前まで、設置されたシステムに不具合が発生していないかについて、再確認できないのが現状であった。更に、設置場所に設置されたシステムにおける配線の接続、配管の接続が正しいか否かなどの確認についても、すぐにできないのが現状であった。

上記したように従来では、設置されたシステムは、電力会社が立ち会う系統連系協議において初めて試運転される。このため、万一、システムにおける配線間違いや配管間違い等の不具合などがあった場合には、系統連系協議が中断され、電力会社との系統連系協議が後日に延期される。このため、設置されたシステムの正式稼動が更に遅れるおそれがあった。

特開２００８−１８７８３７号公報 特開２００７−１７９８８６号公報 特開２００７−２０７６６１号公報 特開２００８−２２６５０号公報

本発明は上記した実状に鑑みなされたものであり、電力会社との系統連系協議の前において、設置後のシステムの第１試運転を予め実施でき、これにより系統連系協議の前において、設置後のシステムの状況を再確認できる定置用燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る定置用燃料電池システムは、アノード流体とカソード流体とが供給されて発電する燃料電池のスタックと、スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、スタックの発電電力を消費可能な電力消費部と、商用電源の電力を補機に給電可能な接続形態と商用電源の電力を補機に給電させない非接続形態とに切り替え可能な連系用のスイッチング素子と、スタックの発電運転およびスイッチング素子を制御するための制御部とを具備する定置用燃料電池システムであって、商用電源と系統連系するため電力会社との系統連系協議がされていない状態においてシステムの試運転を開始させるための第１試運転開始操作部が設けられている。

電力会社と系統連系協議がされていない状態において、設置者等により、第１試運転開始操作部が操作されるとき、制御部はシステムの第１試運転を開始する。第１試運転においてスタックが発電した電力は補機を作動させることができる。スタックが発電した電力のうち余剰の電力は、システムに搭載されている電力消費部で消費されるため、システムは強制自立発電が可能である。

（２）様相２に係る定置用燃料電池システムは、アノード流体とカソード流体とが供給されて発電する燃料電池のスタックと、スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、スタックの発電電力を消費可能な電力消費部と、商用電源の電力を補機に給電可能な接続形態と商用電源の電力を補機に給電させない非接続形態とに切り替え可能な連系用のスイッチング素子と、スタックの発電運転およびスイッチング素子を制御するための制御部とを具備する定置用燃料電池システムであって、商用電源と系統連系するため電力会社との系統連系協議がされていない状態においてシステムの試運転を開始させるための第１試運転開始操作部が設けられており、電力会社との系統連系協議がされていない状態において第１試運転開始操作部が操作されるとき、
制御部は、（ｉ）スイッチング素子を接続形態にした状態で、補機の電力を商用電源の電力で賄って補機を作動させてシステムの第１試運転を開始させる第１操作と、
（ｉｉ）第１操作後においてスタックの発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、スイッチング素子を接続状態から非接続状態に切り替え、その状態で、スタックの発電電力で補機の電力を賄って補機を作動させてシステムの第１試運転を実行し、且つ、システムの試運転で発電した発電電力のうち補機に消費されなかった余剰の電力を電力消費部で消費させる第２操作と、
（ｉｉｉ）第２操作におけるシステムの第１試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、スタックの発電電力を低下させると共に、スイッチング素子を非接続状態から接続状態に切り替え、その状態で、補機の電力を商用電源の電力で賄う第３操作を実行する。

本発明によれば、商用電源と系統連系するため電力会社と系統連系協議がされていない状態においてシステムの第１試運転を開始させるための第１試運転開始操作部が設けられている。

ここで、電力会社と系統連系協議がされていない状態において、設置者等により第１試運転開始操作部が操作されるとき、制御部はシステムの第１試運転を実施する。第１試運転では、次の（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）が順に実行される。

（ｉ）電力会社との系統連系協議がされていない状態において、第１試運転開始操作部が操作されると、制御部は、スイッチング素子を接続形態にした状態で、商用電源の電力を補機に給電して補機を作動させてシステムの第１試運転を開始させる第１操作を実行する。この場合、スタックは発電運転しておらず、スタックの発電電力が発生していないか、あるいは、発電電力が低いため、制御部は補機の電力を商用電源の電力で賄う。

（ｉｉ）制御部は、第１操作後においてスタックの発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、スイッチング素子を接続状態から非接続状態に切り替え、その状態で、スタックの発電電力で補機の電力を賄って補機を作動させ、システムの第１試運転の第２操作を実行する。且つ、第２操作において、制御部は、システムの第１試運転で発電した電力のうち補機で消費されなかった余剰の電力を電力消費部に給電して電力消費部で消費させる。この場合、第１試運転は、電力会社と系統連系協議する前に実行される。このため、規制上、システムの第１試運転で発電した余剰の電力を家庭用または業務用等の通常電力負荷に給電しない。そこで、制御部は、スタックが第１試運転において発電した余剰の電力を電力消費部に給電し、電力消費部で消費させる。このようにスタックが第１試運転において発電した余剰の電力をシステムの電力消費部で消費させるため、強制自立発電が可能である。

（ｉｉｉ）制御部は、第２操作におけるシステムの第１試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、スタックの発電電力を低下させると共に、スイッチング素子を非接続状態から接続状態に切り替え、その状態で、商用電源の電力で補機を作動させる第３操作を実行する。システムの第１試運転が良好に実行されたことが確認されたら、システムは正常に発電運転できることが確認される。従って、制御部はスタックの発電電力を低下させる。第３操作においてはスタックの発電電力が低下するため、補機の電力をスタックの発電電力で賄うには限界がある。そこで制御部は、スイッチング素子を非接続状態から接続状態に切り替え、その状態で、システムの補機の電力を商用電源の電力で賄う。

このような本発明によれば、電力会社と系統連系協議する前においても、すなわち、システムが商用電源と系統連系されていない場合においても、システムの設置後において、制御部はシステムの状況を再確認する第１試運転を実行することができる。従って、システムにおける故障、システムにおける配線接続、配管接続等を再確認できる。この場合、システムの第１試運転において発電された電力のうち補機で消費されなかった余剰の電力は、システムに搭載されているヒータ等の電力消費部で消費される。

（３）様相３に係る定置用燃料電池システムは、アノード流体とカソード流体とが供給されて発電する燃料電池のスタックと、スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、スタックの発電電力を消費可能な電力消費部と、第３電源の電力を前記補機に給電可能な接続形態と第３電源の電力を補機に給電させない非接続形態とに切り替え可能な連系用のスイッチング素子と、スタックの発電運転およびスイッチング素子を制御するための制御部とを具備する定置用燃料電池システムであって、第３電源と系統連系するための電力会社との系統連系協議がされていない状態においてシステムの試運転を開始させるための第１試運転開始操作部が設けられており、
電力会社との系統連系協議がされていない状態において第１試運転開始操作部が操作されるとき、
制御部は、（ｉ）スイッチング素子を接続形態にした状態で、補機の電力を第３電源の電力で賄って補機を作動させてシステムの第１試運転を開始させる第１操作と、
（ｉｉ）第１操作後においてスタックの発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、スイッチング素子を接続状態から非接続状態に切り替え、その状態で、スタックの発電電力で補機の電力を賄って補機を作動させてシステムの第１試運転を実行し、且つ、システムの試運転で発電した発電電力のうち補機で消費されなかった余剰の電力を電力消費部に給電して電力消費部で消費させる第２操作と、
（ｉｉｉ）第２操作におけるシステムの第１試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、スタックの発電電力を低下させると共に、スイッチング素子を非接続状態から接続状態に切り替え、その状態で、補機の電力を第３電源の電力で賄う第３操作を実行する。

このような様相３によれば、電力会社と系統連系協議する前においても、すなわち、システムが商用電源と系統連系されていない場合においても、システムの設置後において、制御部はシステムの状況を再確認する第１試運転を実行することができる。従って、システムにおける故障、システムにおける配線接続、配管接続等を再確認できる。この場合、システムの第１試運転において発電された電力のうち補機で消費されなかった余剰の電力は、システムに搭載されているヒータ等の電力消費部で消費される。第３電源とは、商用電源以外の電源であり、蓄電池、キャパシタ、小型発電機等が例示される。

本発明によれば、電力会社と系統連系協議する前においても、設置後におけるシステムの第１試運転を実行することができる。この場合、システムの第１試運転において発電された電力のうち、補機で消費されなかった余剰の電力は、システムに搭載されているヒータ等の電力消費部で消費される。

上記したように本発明によれば、システムの第１試運転においては商用電源に系統連系させない状態で、システムの状況を再確認する第１試運転が可能である。このため、システムを設置する設置業者は、電力会社との系統連系の協議を実施する日時に拘わらず、システムの設置後において系統連系の協議を待つことなく、システムにおける故障、システムにおける配線接続、配管接続を再確認でき、作業効率が向上できる。

本発明によれば、スタックが発電した電力のうちの余剰電力を消費するための電力消費部と、連系用のスイッチング素子を使用するが、これらはシステムにおいて従来から搭載されているため、特殊な追加部品が抑えられ、コストアップを抑えることができる。

実施形態１に係り、燃料電池システムを示す図である。 実施形態１に係り、スタックと商用電源とを電気的に接続している部分を示す図である。 他の実施形態に係り、制御部のＣＰＵが実行する第１試運転を表すフローチャートである。 他の実施形態に係り、制御部のＣＰＵが実行する第２試運転を表すフローチャートである。 他の実施形態に係り、制御部のＣＰＵが実行するフローチャートである。 別の実施形態に係り、燃料電池システムを示す図である。

電力消費部はシステムに搭載されており、スタックの電力のうち余剰電力を消費できるものであれば良く、ヒータ、キャパシタ、蓄電池などを例示できる。

本発明の好ましい形態によれば、システムの運転を強制的に停止させる強制停止操作部が設けられており、制御部は、第１試運転における第１操作〜第３操作を実行しているとき、強制停止操作部以外の操作を受け付けない。この場合、システムが第１試運転しているときにおいて、他のスイッチの誤操作、または、ノイズなどの誤信号が仮に発生したとしても、商用電源と誤って系統連系することが抑制され、且つ、第１試運転が良好に実行される。

本発明の好ましい形態によれば、システムの運転を強制的に停止させる強制停止操作部が設けられており、制御部は、第２試運転における第１手順、第２手順、第３手順を実行しているとき、強制停止操作部以外の操作を受け付けない。この場合、システムが第２試運転しているときにおいて、他のスイッチの誤操作、または、ノイズなどの誤信号が仮に発生したとしても、第２試運転が良好に実行される。

（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。燃料電池システムは家庭や業務で使用される定置用タイプである。便宜上、システムから説明するが、システムの内部構造は図１に限定されるものではない。システムは、改質器１と、固体高分子形の燃料電池のスタック２と、改質器１およびスタック２を収容する収容室３０をもつ筐体３と、温水を貯留する貯湯ユニット４と、貯湯通路５と、貯湯通路５の水を貯湯槽４１に搬送させるための貯湯ポンプ５９（水搬送源）と、貯湯通路５の水温を検知するための水温センサ７１と、外気の温度を検知するための外気温度センサ７２と、水温センサ７１の温度信号、外気温度センサ７２の温度信号に応じて貯湯ポンプ５９を制御する制御部８とを有する。筐体３は発電ユニットの外箱を形成する。

外気温度センサ７２は、筐体３の収容室３０の下部のうち側壁３ｓ付近に設けられており、実質的に外気温度とみなし得る温度を検知する。なお、外気温度センサ７２を筐体３の外面に取り付けると、外気温度センサ７２が損傷するおそれがあるため、外気温度センサ７２は筐体３の収容室３０において実質的に外気温度と近似できる温度を検知できる位置に設けられている。

スタック２は、イオン伝導性を有する有機系の電解質を挟むアノード２０およびカソード２１と、スタック２を温度調整する温調媒体としての水が通過する通路２２とを有する。改質器１は、改質触媒を有する改質部１０と、改質反応に適するように改質部１０を加熱させる燃焼部１２とを有する。

燃料原料源９０ｃに繋がる原料通路９０から、分岐通路９１が分岐されている。ブロア１２ｘ（空気搬送源）が駆動すると、燃焼用の空気が燃焼部１２に供給される。このため分岐通路９１を流れる燃料原料は燃焼部１２で燃焼用空気により燃焼され、改質部１０を加熱させる。燃焼部１２で燃焼された燃焼排ガスは、燃焼排ガス通路９２および第８熱交換器６８を経て排気部９９に排出される。

改質水ポンプ５６ｐが駆動して改質水タンクの改質水が蒸発部１０ｗを介して改質部１０に水蒸気として供給される。また、原料通路９０からバルブ９０ｖを介して供給された燃料原料は、改質部１０で水蒸気で改質され、アノードガス（水素含有ガス，アノード流体）となる。発生したアノードガスは、アノードガス通路９３から第９熱交換器６９および入口バルブ２０ｉを介してスタック２のアノード２０に供給される。燃料原料としてはガス状または液状でも良く、天然ガス、バイオガス、アルコール、ＬＰＧ、灯油、ガソリン等が例示される。

カソードガスポンプ９５（カソードガス搬送源）が作動すると、空気であるカソードガス（カソード流体）は、筐体３の吸気口３１、カソードガス通路９４および入口バルブ２１ｉを介してスタック２のカソード２１に供給される。カソードガスおよびアノードガスでスタック２が発電する。

カソードオフガス通路９６は出口バルブ２１ｐおよび第７熱交換器６７を介してスタック２のカソード２１と排気部９９とを繋いでいる。アノードオフガス通路９７は、出口バルブ２０ｐ，第２熱交換器６２を介してスタック２のアノード２０の出口と改質器１の燃焼部１２の入口ポート１２ｉとを繋ぐ。

スタック２の温度を温調させるスタック温調回路２３が設けられている。スタック温調回路２３はループ状をなしており、スタック２の内部の通路２２と、温調媒体としての水を搬送させる温調ポンプ２４（温調媒体搬送源）と、電力消費部として機能する電気式のヒータ２５と、第４熱交換器６４と、第９熱交換器６９とを繋ぐ。

システムの起動時にはスタック２の温度は低いため、発電運転の安定性を向上させる必要がある。このため、起動時にヒータ２５を発熱させた状態で温調ポンプ２４が駆動すると、ヒータ２５で加熱された水がスタック温調回路２３を流れ、スタック２の通路２２に至り、スタック２を昇温させ、スタック２の発電運転の安定化を図り得る。

スタック２が発電運転に移行すると、スタック２は次第に昇温される。スタック２が過剰に高温になると、スタック２の発電出力が低下する傾向がある。そこでスタック２が発電運転しているときには、制御部８は、ヒータ２５の発熱を停止させた状態で温調ポンプ２４を駆動させ、スタック温調回路２３の水を循環させる。これによりスタック２の過熱が抑えられると共に、スタック温調回路２３の水が加熱される。スタック温調回路２３の水の熱は、第４熱交換器６４を介して貯湯通路５の水に伝熱される。これにより貯湯通路５の水は昇温される。

図１に示されるように、貯湯ユニット４は筐体３から空間３９（ΔＬ）を介して分離されて配置されている。貯湯ユニット４は、貯留できる貯湯室４０をもつ貯湯槽４１と、貯湯槽４１を収容するハウジング４２と、温水消費部４３ａに繋がる給湯通路４３と、貯湯槽４１および給湯通路４３に繋がる補水通路４４とをもつ。貯湯槽４１の水が消費されると、補水通路４４から水が貯湯槽４１に補充され、貯湯槽４１の貯湯室４０の水量が一定に維持されることが好ましい。貯湯槽４１の内部には、これの高さ方向に沿って複数個の貯湯槽温度センサ４１ｒが設けられている。

図１に示すように、貯湯通路５は、迂回通路５０ｅをもつループ状の循環通路５０と、筐体３の収容室３０内において循環通路５０に設けられた貯湯ポンプ５９（水搬送源）と、循環通路５０から貯湯槽４１の上部に繋がるようにハウジング４２内に設けられた温水通路５１と、迂回通路５０ｅの流れと温水通路５１の流れとを切り替える迂回バルブ５２とを備えている。迂回バルブ５２は、温水通路５１を開放させるポート５２ａと、迂回通路５０ｅを開放させるポート５２ｂと、循環通路５０に繋がるポート５２ｃとを有する。

迂回バルブ５２は、水循環形態と貯湯形態とに切替可能とされている。迂回バルブ５２が水循環形態に切り替えられる場合には、迂回バルブ５２のポート５２ｃ，５２ｂが開放され、ポート５２ａが閉鎖される。このため、貯湯通路５の水は循環通路５０および迂回通路５０ｅを循環するものの、温水通路５１から貯湯槽４１の入口ポート４１ｉには供給されない。また迂回バルブ５２が貯湯形態に切り替えられている場合には、迂回バルブ５２のポート５２ａ，５２ｃが開放され、ポート５２ｂが閉鎖される。このため、貯湯通路５の循環通路５０において熱回収して加熱された水は、温水通路５１を流れて入口ポート４１ｉから貯湯槽４１に供給される。

システムが発電運転しているときには、貯湯通路５における熱回収量が期待できるため、迂回バルブ５２は貯湯形態に切り替えられる。よって、貯湯通路５の循環通路５０において熱回収して加熱された水は、温水通路５１を流れて入口ポート４１ｉから貯湯槽４１に供給される。これに対して、システムの発電運転が停止されているときには、貯湯通路５における熱回収量が低下するため、迂回バルブ５２は循環形態に切り替えられている。よって、貯湯通路５の循環通路５０における水は温水通路５１を流れない。これにより貯湯槽４１における温水の低温化が抑えられる。図１に示すように、貯湯通路５の水温を検知するための水温センサ７１が設けられている。

システムで発生したガス系の排熱を回収するループ状の熱回収通路４８が設けられている。熱回収通路４８は、熱回収ポンプ４９（熱回収媒体搬送源）、第２熱交換器６２、第７熱交換器６７、第８熱交換器６８、第１０熱交換器６０とを繋ぐ。熱回収ポンプ４９が駆動すると、熱回収通路４８の水（熱回収媒体）が循環する。従って、熱回収通路４８の水は、アノードオフガス通路９７を流れるアノードオフガスの排熱を第２熱交換器６２から回収し、且つ、カソードオフガス通路９６を流れるカソードオフガスの排熱を第７熱交換器６７から回収し、且つ、燃焼排ガス通路９２を流れる燃焼排ガスの排熱を第８熱交換器６８から回収する。この結果、熱回収通路４８の水は昇温される。

制御部８は、ＣＰＵ、入力処理回路、出力処理回路、メモリをもつ。水温センサ７１、外気温度センサ７２等の温度信号が制御部８のＣＰＵに入力される。制御部８は、貯湯ポンプ５９、温調ポンプ２４、熱回収ポンプ４９、カソードガスポンプ９５、迂回バルブ５２、ヒータ２５を制御させる。筐体３の収容室３０には収容室用温度センサ３０ｒが配置されている。収容室用温度センサ３０ｒ、貯湯槽温度センサ４１ｒの温度信号は制御部８のＣＰＵに入力される。

図２は、スタック２と商用電源１００との接続部分を示す。図２に示すように、商用電源１００はブレーカ１０１を介して、家庭用または業務用の通常電力負荷１１０に電気的に接続されている。図２に示すように、制御部８は、スタック２と商用電源１００との間にパワーコンデショナー１２０と、パワーコンデショナー１２０に電気的に接続された制御基板１３０と、制御基板１３０に電気的に接続されたスイッチ設定基板１４０とを備えている。

図２に示すように、パワーコンデショナー１２０は、第１スイッチング素子１５１と、充電式の第２スイッチング素子１５２と、電力消費部としてのヒータ２５を作動させるためのヒータ駆動回路１５と、ヒータ２５およびヒータ駆動回路１５に対する給電および遮断を切り替えるためのヒータ用第３スイッチング素子１５３と、商用電源１００と補機１３５との間に設けられ商用電力の交流電力を直流電力に変換させるための整流回路１６と、スタック２の発電した直流の発電電力を異なる電圧をもつ直流電力に変換させるためのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ変換器）１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７で変換された直流の発電電力を交流電力に変換させるためのＤＣ／ＡＣインバータ１８（ＤＣ／ＡＣ変換器）と、パワーコンデショナー用の制御回路１９とを有する。

ＤＣ／ＡＣインバータ１８は、電力の高調波波形を抑えて電力を安定化させるＰＦＣ回路１８ｃを内蔵する。ヒータ２５に給電するための給電線２５ｍは、交流電力をヒータ２５に給電できるように。ＤＣ／ＡＣインバータ１８と第１スイッチング素子１５１との間の配線１８０，１８２の部位１８０ａ，１８２ｂに接続されている。整流回路１６に繋がる給電線１６ｍは、第１スイッチング素子１５１の入力側の配線１６０，１６２の部位１６０ａ，１６２ｂに接続されている。

第１スイッチング素子１５１は商用電源１００と系統連系するためスイッチング素子である。第１スイッチング素子１５１は、商用電源１００の商用電力とスタック２の発電電力とを電気的に接続させる接続形態と、スタック２と商用電源１００との間を電気的に遮断させる非接続形態とに切り替え可能とされている。第１スイッチング素子１５１は、複数のスイッチ１５１ａ，１５１ｃを直列に配置して構成されている。スイッチ１５１ａ，１５１ｃはリレースイッチで形成できるが、半導体スイッチでも良い。

更に、制御基板１３０は、補機１３５を作動させるための駆動回路を搭載する補機駆動電源１３１と、補機駆動電源１３１を介して補機１３５を制御するＣＰＵをもつ制御回路１３２と、設置者や使用者が操作可能なスイッチ設定基板１４０とをもつ。補機駆動電源１３１に給電する給電線１３５ｍは、補機駆動電源１３１に直流電力を給電できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＤＣ／ＡＣインバータ１８との間の配線１７０，１７２の部位１７０ａ，１７２ｂに整流子１７４を介して接続されている。スイッチ設定基板１４０は、第１試運転開始スイッチ２０１（第１発電運転開始操作部）と、第２試運転開始スイッチ２０２（第２発電運転開始操作部）と、強制停止スイッチ２０３（強制停止操作部）を有する。第１試運転開始スイッチ２０１および第２試運転開始スイッチ２０２は互いに独立しているが、これに限らず、単数のスイッチの操作位置の相違によって、第１試運転開始スイッチ２０１の機能および第２試運転開始スイッチ２０２の機能を果たすことにしても良い。

補機１３５はシステムの発電運転に伴う動作を行う機器である。従って、補機１３５としては、前記した図１に示す筐体３の収容室３０の内部に配置されている温調ポンプ２４、熱回収ポンプ４９、カソードガスポンプ９５、貯湯ポンプ５９、迂回バルブ５２、さらにはバルブ２０ｉ，２０ｐ，２１ｉ，２１ｐ，９０ｖ，９１ｖが挙げられる。これらは個別に駆動回路を有する。但し、便宜上、本明細書では、これらを補機１３５としてまとめる。補機１３５は直流電力で駆動される。

第１試運転開始スイッチ２０１は、スタック２を商用電源１００に系統連系するための系統連系協議がされていない状態において、システムの第１試運転を開始させるためのスイッチである。第２試運転開始スイッチ２０２は、スタック２を商用電源１００に系統連系するための系統連系協議を実行する際にスタック２の試運転を開始させるためのスイッチである。第１試運転開始スイッチ２０１および第２試運転開始スイッチ２０２は互いに独立して操作可能である。強制停止スイッチ２０３は、非常時等においてシステムの運転を強制的に停止させるためのスイッチである。

ここで、システムが設置場所に設置されたとき、システムの配線接続および配管接続が良好であるか否かを再確認することが好ましい。従来では、前述したように、電力会社の立会人の立ち会いのもとで系統連系協議が実行され、系統連系協議においてシステムを初めて試運転させる。このため、万一、システムにおける配線間違いや配管間違い等の不具合が存在した場合には、電力会社との系統連系協議が後日に延期されるため、システムの正式稼動が更に遅れるおそれがあった。

そこで電力会社との系統連系協議がされる前の状態において、設置者等によりシステムの運転の状況を予め確認することが好ましい。そこで本実施形態によれば、システムが設置された場合、系統連系協議がされる前であるにも拘わらず、設置者などにより第１試運転開始スイッチ２０１が操作されると、制御部８のＣＰＵは第１試運転を開始する。この場合、制御部８のＣＰＵは、次の（ｉ）の第１操作、（ｉｉ）の第２操作、（ｉｉｉ）の第３操作を実行する。

（ｉ）商用電源１００と系統連系するため電力会社との系統連系協議がされていない状態において、第１試運転開始スイッチ２０１が操作されると、制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続形態に切替えると共に、ＰＦＣ回路１８ｃの駆動指令を出力する。その状態では、商用電源１００の交流の商用電力は、部位１６０ａ，１６２ｂを介して，整流回路１６に至り、直流電力に変換された後、給電線１３５ｍｏ，１３５ｍを介して補機駆動源１３１に直流電力として給電され、補機１３５を駆動させる。この場合、スタック２が発電していないため、補機１３５が消費する電力は商用電源１００で（商用電源１００のみで）賄われ、補機１３５が作動してシステムの第１試運転が開始される。このようにシステムの第１試運転を起動させるにあたり、まだスタック２の発電電力が発生していないため、制御部８のＣＰＵは、補機１３５の電力を商用電源１００の電力で賄ってシステムの第１試運転を開始させる。

すなわち、商用電力で、システムの発電起動暖機制御が実行される。発電起動暖機制御においては、具体的には、制御部８のＣＰＵは、ブロア１２ｘ（補機）を作動させて燃焼用空気を燃焼部１２に供給し、且つ、バルブ９０ｖ（補機）を閉鎖させた状態でバルブ９１ｖ（補機）を開放させ、燃料原料源９０ｃの燃料原料を燃焼部１２に供給して燃焼部１２にて燃焼させ、改質部１０を改質反応に適するように昇温させて暖機させる。このように改質部１０が暖機された状態で、制御部８のＣＰＵがバルブ９０ｖ（補機）を開放して燃料原料を改質部１０に供給させる。更に制御部８のＣＰＵは改質水ポンプ５６ｐ（補機）を作動させて改質水タンク５６の改質水を改質部１０に供給させる。これにより改質部１０において水蒸気を利用した改質反応が発生し、水素含有ガスであるアノードガスが改質部１０において生成される。更に制御部８のＣＰＵはバルブ２０ｉ，２０ｐ，２１ｉ，２１ｐ（補機）を開放させ、アノードガスをアノードガス通路９３を介してスタック２２のアノード２０に供給させる水素投入処理を実行すると共に、カソードガスポンプ９５（補機）を駆動させてカソードガスとしての空気をスタック２２のカソード２１に供給させる。これにより時間経過につれてスタック２の発電電力は次第に上昇する。

（ｉｉ）第１操作後においてスタック２の発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を接続状態から非接続状態に切り替え、更に第２スイッチング素子１５２をオンにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７に内蔵されている充電回路を充電開始させる。充電回路の充電量が所定量となると、第４スイッチング素子１５４がオンとなり、スタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とが電気的に接続される。この状態でスタック２の発電電力が所定の電力以上に上昇すると、部位１７０ａ，１７２ｂ，給電線１３５ｍを介してスタック２の発電電力（直流）が補機駆動電源１３１に給電され、補機１３５の電力が賄われ、補機１３５の作動が継続される。これによりシステムの第１試運転が継続される。

上記したようにスタック２の発電電力が所定の電力以上に上昇すると、制御部８のＣＰＵは、ヒータ駆動回路１５を作動させてヒータ２５に給電する。これによりシステムの第１試運転で発電した電力のうち補機１３５で消費されなかった余剰の電力を、ヒータ２５（電力消費部）の発熱で消費させる。これによりスタック温調回路２３の水が昇温される。この場合、スタック２の発電電圧は、補機１３５を作動できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７により昇圧される。なおヒータ２５はスタック温調回路２３の水を加熱させるが、これに限定されず、貯湯通路５の水を加熱するヒータでも、貯湯室４０の水を加熱させるヒータでも良い。このようにしてシステムの強制自立運転が可能となる。

このような第１試運転は、システムの設置後、電力会社と系統連系協議する前において実行される。このため、規制上、システムの第１試運転では、スタック２が発電した余剰の電力を、家庭用または業務用等の通常電力負荷１１０に給電しない。そこで制御部８のＣＰＵは、スタック２が第１試運転において発電した電力のうち補機１３５で消費されなかった余剰の電力をヒータ２５に給電し、ヒータ２５の発熱で消費させる。この場合、余剰の発電電力（直流電力）はＤＣ／ＡＣインバータ１８で交流電力に変換され、部位１８０ａ，１８２ｂ，給電線２５ｍ、第３スイッチング素子１５３，ヒータ駆動回路１５を介してヒータ２５に給電されて、ヒータ２５の発熱として消費される。なおヒータ２５に給電されるときには、第３スイッチング素子１５３はオンとなる。

（ｉｉｉ）システムの第１試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、あるいは、発電運転の開始後に所定時間Ｍ２経過すると、システムの配線接続および配管接続は良好であると考えられる。制御部８のＣＰＵは、第１試運転を終了すべくスタック２の発電電力を低下させる。この場合、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続状態に切り替えると共にＰＦＣ回路１８ｃを駆動させ、商用電源１００の商用電力で補機１３５を作動させる。このように第３操作を実行する。

上記したようにシステムの第１試運転が良好に実行されたことが確認されたら、システムは正常に発電運転できることになる。従って、制御部８のＣＰＵは、スタック２の発電停止指令を出力し、スタック２の発電電力を次第に低下させる。この場合、スタック２の発電電力が低下するため、補機１３５の電力をスタック２の発電電力で賄うには限界がある。そこで、制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続状態に切り替えると共にＰＦＣ回路１８ｃを駆動させると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の駆動を停止させる。これにより商用電源１００の交流電力が、部位１６０ａ，１６２ｂ，給電線１６ｍを介して整流回路１６に至り、整流回路１６で直流電力に変換された後、給電線１３５ｍｏ，１３５ｍを介して補機駆動電源１３１に給電される。よってシステムの補機１３５の電力を商用電源１００の電力で賄い、システムの補機１３５を作動させる。

以上説明したように本実施形態によれば、電力会社と系統連系協議する前においても、設置後におけるシステムの第１試運転を実行することができる。この場合、システムの第１試運転において発電された電力のうち、補機１３５で消費されなかった余剰の電力は、ヒータ２５の発熱として消費される。

上記したように本実施形態によれば、システムの第１試運転においては商用電源１００に系統連系させない状態で、システムの第１試運転が可能であり、システムを設置する設置業者は、電力会社との系統連系の協議を実施する日時に拘わらず、システムの設置後において系統連系の協議を待つことなく、システムにおける故障、システムにおける配線接続、配管接続を再確認でき、作業効率が向上できる。

また本実施形態によれば、本発明に係る制御を行うための構成としては、余剰電力を消費するためのヒータ２５と、連系用の第１スイッチング素子１５１を使用するが、これらはシステムにおいて従来から搭載されていることが多いため、特殊な追加部品が抑えられ、コストアップを抑えることができる。

加えて本実施形態によれば、第１試運転開始スイッチ２０１が操作されて第１試運転の第１操作〜第３操作が実行されているとき、制御部８のＣＰＵは、強制停止スイッチ２０３以外の操作を受け付けない。従って、第１試運転開始スイッチ２０１が操作され、第１試運転を構成する（ｉ）の第１操作、（ｉｉ）の第２操作、（ｉｉｉ）の第３操作が実行されている場合において、第２試運転開始スイッチ２０２等の他のスイッチが誤って操作されたとしても、制御部８のＣＰＵは、第２試運転開始スイッチ２０２等の他のスイッチの操作を無視する。これにより電力会社との連系協議前において、第１試運転開始スイッチ２０１の操作に基づく第１試運転が良好に実行される。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用する。本実施形態によれば、実施形態１と同様に、電力会社と系統連系協議がされていない状態において、設置者等により第１試運転開始スイッチ２０１が操作されると、制御部８のＣＰＵは第１試運転を実施する。この場合、制御部８のＣＰＵは、前記した（ｉ）の操作、（ｉｉ）の操作、（ｉｉｉ）の操作を実行する。このような本実施形態によれば、実施形態１と同様に、システムの第１試運転においては商用電源１００に系統連系させない状態で、システムの第１試運転が可能である。このため、システムを設置する設置業者は、電力会社との系統連系の協議を実施する日時に拘わらず、システムの設置後において系統連系の協議を待つことなく、システムにおける故障、システムにおける配線接続、配管接続を再確認でき、作業効率が向上できる。

さて、上記した第１試運転後に、電力会社の立ち会いのもとで系統連系協議が実施される。ここで、系統連系協議において第２試運転開始スイッチ２０２が操作されると、制御部８のＣＰＵは次の（ａ）（ｂ）（ｃ）を実行し、システムの第２試運転を実施する。

（ａ）制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続形態に切替え、その状態で、補機１３５の電力を商用電源１００の電力で賄って補機１３５を作動させてスタック２の発電運転を開始させる第１手順を実行する。この場合、スタック２は発電運転しておらず、スタック２の発電電力が発生していないので、制御部８のＣＰＵは、商用電源１００の電力を補機１３５に給電して補機１３５を作動させてシステムの第２試運転を開始させる。

（ｂ）制御部８のＣＰＵは、第１手順後においてスタック２の発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、第１スイッチング素子１５１を接続状態から非接続状態に切り替える。その状態で、制御部８のＣＰＵは、スタック２の発電電力で補機１３５の電力を賄うことにより補機１３５を作動させてシステムの第２試運転を実行する第２手順を実行する。第２手順においては、スタック２が発電運転しているため、制御部８のＣＰＵは、システムの第２試運転で発電した電力を通常電力負荷１１０に給電させる。この場合、電力会社と系統連系協議しているため、スタック２の試運転で発電した電力のうち補機１３５に消費されなかった余剰の電力を、家庭用または業務用等の通常電力負荷１１０に給電することができる。そこで、スタック２が第２試運転において発電した余剰の電力を、商用電源１００と電気的に接続されている通常電力負荷１１０に給電させて消費させる。通常電力負荷１１０で消費できなければ、制御部８はヒータ駆動回路１５によりヒータ２５を駆動させて発熱させる。

（ｃ）第２手順におけるシステムの第２試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、制御部８のＣＰＵは、スタック２の発電電力を低下させると共に、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続状態に切り替え、その状態で、補機１３５の電力を商用電源１００の電力で賄って補機１３５を作動させる第３手順を実行する。この場合、第２手順におけるシステムの第２試運転が良好に実行されたことが確認されたら、システムは正常に発電運転できることが確認されている。従って、制御部８のＣＰＵはスタック２の発電電力を低下させる。この場合、スタック２の発電電力が低下するため、スタック２の発電電力に基づいてシステムの補機１３５を作動させるには限界がある。そこで制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続状態に切り替え、その状態で、商用電源１００の商用電力でシステムの補機１３５を作動させる第３手順を実行する。

（実施形態３）
図３は実施形態３に係る制御部８のＣＰＵが実行するフローチャートを示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用することができる。まず、システムの設置が完了すると、商用電源１００とスタック２とを系統連系させるため、電力会社との系統連系協議がなされる。

電力会社との系統連系協議がなされる前の段階において、設置者等はシステムの第１試運転を開始させ、システムの配線接続および配管接続を予め再確認することが好ましい。そこで、実施形態１と同様に、電力会社と系統連系協議がされていない状態において、設置者等により第１試運転開始スイッチ２０１が操作されるとき、制御部８のＣＰＵは第１試運転モードを実施する。この場合、制御部８のＣＰＵは、前記した（ｉ）の第１操作、（ｉｉ）の第２操作、（ｉｉｉ）の第３操作を実行する。（ｉ）の第１操作はステップＳ１０２〜ステップＳ１１８に相当する。（ｉｉ）の第２操作はステップＳ１２２〜ステップＳ１４８に相当する。（ｉｉｉ）の第３操作はステップＳ１５０〜ステップＳ１６６に相当する。

すなわち、第１試運転開始スイッチ２０１がオン操作されているか否か判定する（ステップＳ１０２）。第１試運転開始スイッチ２０１がオン操作されていれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１をオンさせ（ステップＳ１０４）、商用電力でＰＦＣ回路１８ｃを駆動させる（ステップＳ１０６）。更に、商用電力で、補機１３５を作動させてシステムの発電起動暖機制御を実行する（ステップＳ１０８）。

発電起動暖機制御においては、具体的には、ブロア１２ｘ（補機）を駆動させて燃焼用空気を燃焼部１２に供給し、且つ、バルブ９０ｖ（補機）を閉鎖させた状態でバルブ９１ｖ（補機）を開放させ、燃料原料源９０ｃの燃料原料を燃焼部１２に供給して燃焼部１２にて燃焼させ、改質部１０を改質反応に適するように昇温させて暖機させる。このように改質部１０が暖機された状態で、制御部８のＣＰＵがバルブ９０ｖ（補機）を開放して燃料原料を改質部１０に供給させる。更に制御部８のＣＰＵは改質水ポンプ５６ｐ（補機）を作動させて改質水タンク５６の改質水を改質部１０に供給させる。これにより改質部１０において水蒸気を利用した改質反応が発生し、水素含有ガスであるアノードガスが改質部１０において生成される。

更に制御部８のＣＰＵはバルブ２０ｉ，２０ｐ（補機）を開放させ、アノードガスをアノードガス通路９３を介してスタック２２のアノード２０に供給させる水素投入処理を実行すると共に、バルブ２１ｉ，２１ｐ（補機）を開放させ、且つ、カソードガスポンプ９５（補機）を駆動させてカソードガスとしての空気をスタック２２のカソード２１に供給させる（ステップＳ１１０）。

次に、制御部８のＣＰＵは充電式の第２スイッチング素子１５２をオンさせる（ステップＳ１１２）。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ１７における充電回路（図略）が充電され、第４スイッチング素子１５４がオンする。これよりにスタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とが電気的に接続される。そして、制御部８のＣＰＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の入力電圧Ｖｉが規定値Ｖｓｅｔ以上であるか否か判定する（ステップＳ１１４）。入力電圧Ｖｉが規定値Ｖｓｅｔ以上であれば（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、スタック２が正常である。そして制御部８のＣＰＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を動作させて補機１３５に給電する直流電圧を発生させる（ステップＳ１１６）。直流電圧は部位１７０ａ，１７２ｂ，給電線１３５ｍを介して補機駆動電源１３１に給電される。これによりシステムの補機１３５がスタック２の発電電力により駆動可能となる。更に制御部８のＣＰＵは商用電力を用いないので、ＰＦＣ回路１８ｃの動作を停止させる（ステップＳ１１８）。

更に制御部８のＣＰＵは、スタック２の発電電力のうち補機１３５で消費されなかった余剰電力をヒータ駆動回路１５を介してヒータ２５に給電し、ヒータ２５を駆動させて発熱させる（ステップＳ１２２）。これによりスタック２の発電電力のうち補機１３５で消費されなかった余剰電力がヒータ２５の発熱で消費される。従ってスタック温調回路２３の温調水が加熱される。

上記したようにスタック２の発電電力で補機１３５が駆動されるため、商用電力が不要となる。そこで制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を解列させてオフとさせる（ステップＳ１２４）。更に制御部８のＣＰＵはＤＣ／ＡＣインバータ１８を動作させる（ステップＳ１２６）。この場合、ＤＣ入力電圧に応じてＤＣ／ＡＣインバータ１８は成り行きで動作する。更に、スタック２の運転状況をチェックするため、制御部８のＣＰＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７のＤＣ入力電流Ｉａを所定のステップで、スタック２の発電電力がＷａ［Ｗ］に到達するまで増加させる（ステップＳ１２８，Ｓ１３２）。Ｗａ［Ｗ］はスタック２の定格電力とすることができるが、これに限定されない。

そして、制御部８のＣＰＵは発電電力がＷａ［Ｗ］以上か否か判定する（ステップＳ１３２）。スタック２の発電電力がＷａ［Ｗ］以上であれば（ステップＳ１３２のＹＥＳ）、ＤＣ入力電流Ｉａの増加を停止させる（ステップＳ１３４）。次に制御部８のＣＰＵは発電電力Ｗａで所定時間Ｍ１保持する（ステップＳ１３８）。Ｍ１は例えば２〜１０分間が例示される。スタック２の発電電力がＷａに到達するまでの時間、および、所定時間Ｍ１において、設置者等はシステムの不具合をチェックすることができる。

発電電力Ｗａで所定時間Ｍ１保持されると（ステップＳ１３８のＹＥＳ）、システムの不具合チェックを終了する。そこで、制御部８のＣＰＵは、ＤＣ入力電流Ｉａを所定のステップで減少させる（ステップＳ１４２）。制御部８のＣＰＵは、スタック２の現在の発電電力がＷｃ（Ｗｃ＜Ｗａ，Ｗｃは例えば３００Ｗ）以下となるまで発電電力を低下させる（ステップＳ１４４）。スタック２の発電電力がＷｃ以下になれば（ステップＳ１４４のＹＥＳ）、補機１３５の電力のみ発生させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を作動させる（ステップＳ１４６）。現段階では、第１スイッチング素子１５１がオフとされており、補機１３５と商用電源１００との電気的接続が遮断されているため、スタック２の発電電力で補機１３５を駆動させる必要があるためである。

更に、制御部８のＣＰＵはＤＣ／ＡＣインバータ１８を停止させ（ステップＳ１４８）、次に、ヒータ２５の駆動を停止させてヒータ２５の発熱を停止させる（ステップＳ１５０）。システムのチェックは完了しているためである。次に、制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１をオンにさせ（ステップＳ１５２）、ＰＦＣ回路１８ｃを駆動させる（ステップＳ１５４）。これにより商用電源１００の電力で補機１３５の電力を賄う。更に、スタック２の発電電力を使用しないため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の駆動を停止させ（ステップＳ１５６）、スタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とを繋ぐ第２スイッチング素子１５２をオフとさせる（ステップＳ１６０）。これによりスタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とは断電される。次に、制御部８のＣＰＵはシステムの停止処理を実行する（ステップＳ１６２）。この場合、制御部８のＣＰＵは、ブロア１２ｘ（空気搬送源）により空気を改質器１の燃焼部１２に供給して改質器１を所定温度以下まで強制冷却させる。停止条件が成立すれば（ステップＳ１６４のＹＥＳ）、第１スイッチング素子１５１をオフさせる（ステップＳ１６６）。これにより第１試運転が終了する。第１試運転において、設置者等はシステムの配線接続および配管接続を再確認できる。

さて図４は、実施形態４に係る制御部８のＣＰＵが実行する第２試運転のフローチャートを示す。前述したように、システムの設置が完了すると、第１試運転においてシステムの不具合がチェックされる。システムが正常であれば、次に商用電源１００とスタック２とを系統連系させるため、電力会社との系統連系協議がなされる。電力会社との系統連系協議がなされるときにおいて、電力会社の立会人の立ち会いのもと、設置者または管理等はシステムの第２試運転を開始させ、系統連系の状況を確認する。すなわち、電力会社と系統連系協議がされているとき、設置者等により第２試運転開始スイッチ２０２が操作されるとき、制御部８のＣＰＵは第２試運転を実行する。この場合、制御部８のＣＰＵは、前記した（ａ）（ｂ）（ｃ）を実行する。この制御は図４のフローチャートに示されている。

まず、第２試運転開始スイッチ２０２が操作されているか否か判定する（ステップＳ３０２）。第１試運転開始スイッチ２０１が操作されていれば（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、第１スイッチング素子１５１をオンさせ（ステップＳ３０４）、商用電源１００の商用電力をシステム側に給電し、商用電力でＰＦＣ回路１８ｃを駆動させる（ステップＳ３０６）。更に、第１スイッチング素子１５１を介してシステム側の補機駆動電源１３１に給電される商用電力で、システムの発電起動暖機制御を実行する（ステップＳ３０８）。発電起動暖機制御においては、具体的には、前述同様に、バルブ９０ｖを閉鎖させた状態でバルブ９１ｖを開放させ、燃料原料源９０ｃの燃料原料を燃焼部１２に供給して燃焼部１２にて燃焼させ、改質部１０を改質反応に適するように昇温させて暖機させる。このように改質部１０が暖機された状態で、制御部８のＣＰＵがバルブ９０ｖを開放して燃料原料を改質部１０に供給させる。更に制御部８のＣＰＵは改質水ポンプ５６ｐを作動させて改質水タンク５６の改質水を改質部１０に供給させる。これにより改質部１０において水蒸気を利用した改質反応が発生し、水素含有ガスであるアノードガスが改質部１０において生成される。更に制御部８のＣＰＵはバルブ２０ｉ，２０ｐを開放させ、アノードガスをアノードガス通路９３を介してスタック２２のアノード２０に供給させる水素投入処理を実行すると共に、バルブ２１ｉ，２１ｐを開放させた状態で、カソードガスポンプ９５を駆動させてカソードガスとしての空気をスタック２２のカソード２１に供給させる（ステップＳ３１０）。

次に制御部８のＣＰＵは充電式の第２スイッチング素子１５２をオンさせる（ステップＳ３１２）。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ１７における充電回路（図略）が充電され、第４スイッチング素子１５４がオンする。これよりにスタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とが電気的に接続される。そして、制御部８のＣＰＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の入力電圧Ｖｉが規定値以上であるか否か判定する（ステップＳ３１４）。入力電圧Ｖｉが規定値以上であれば（ステップＳ３１４のＹＥＳ）、制御部８のＣＰＵはＤＣ／ＤＣコンバータ１７を動作させて補機１３５に給電する直流電圧を発生させる（ステップＳ３１６）。直流電圧は部位１７０ａ，１７２ｂ，給電線１３５ｍを介して補機１３５の補機駆動電源１３１に給電される。これによりシステムの補機１３５がスタック２の発電電力により駆動可能となる。このため、制御部８のＣＰＵはＰＦＣ回路１８ｃの動作を停止させる（ステップＳ３１８）。この場合、スタック２が発電運転しているものの、第１スイッチング素子１５１はオフとされず、オンに維持されている。

更に制御部８のＣＰＵはＤＣ／ＡＣインバータ１８を動作させる（ステップＳ３２６）。この場合、ＤＣ入力電圧Ｖｉに応じてＤＣ／ＡＣインバータ１８は成り行きで動作する。更に、スタック２の運転状況をチェックするため、制御部８のＣＰＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７のＤＣ入力電流を所定のステップで、スタック２の発電電力がＷａ［Ｗ］に到達するまで増加させる（ステップＳ３２８，Ｓ３３２）。Ｗａ［Ｗ］はスタック２の定格電力とすることができる。

そして、制御部８のＣＰＵは発電電力がＷａ［Ｗ］以上か否か判定する（ステップＳ３３２）。スタック２の発電電力がＷａ［Ｗ］以上であれば（ステップＳ３３２のＹＥＳ）、ＤＣ入力電流Ｉａの増加を停止させる（ステップＳ３３４）。次に制御部８のＣＰＵは、ＤＣ入力電流Ｉａを所定のステップで減少させる（ステップＳ３４２）。制御部８のＣＰＵは、スタック２の現在の発電電力がＷｃ（Ｗｃ＜Ｗａ，Ｗｃは例えば３００Ｗ）以下となるまで発電電力を低下させる（ステップＳ３４４）。スタック２の発電電力がＷｃ以下になれば（ステップＳ３４４のＹＥＳ）、補機１３５の電力のみ発生させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を作動させる（ステップＳ３４６）。ここで、現段階では、第１スイッチング素子１５１がオンとされており、補機１３５と商用電源１００とが電気的に接続されている。

更に、制御部８のＣＰＵはＤＣ／ＡＣインバータ１８を停止させ（ステップＳ３４８）、ＰＦＣ回路１８ｃを駆動させる（ステップＳ３５４）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を停止させ（ステップＳ３５６）、更に、スタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とを繋ぐ第２スイッチング素子１５２をオフとさせる（ステップＳ３６０）。これによりスタック２とＤＣ／ＤＣコンバータ１７とは断電される。次に、制御部８のＣＰＵはシステムの停止処理を実行する（ステップＳ３６２）。この場合、制御部８のＣＰＵは、ブロア１２ｘ（空気搬送源）により空気を改質器１の燃焼部１２に供給して改質器１を所定温度以下まで強制的に冷却させる。停止条件が成立すれば（ステップＳ３６４のＹＥＳ）、システムを停止させると共に第１スイッチング素子１５１をオフさせる（ステップＳ３６６）。これにより第２試運転が終了する。第２試運転を実行していているとき、設置者等はシステムの配線接続および配管接続を再確認できると共に、系統連系するための作業をできる。

本実施形態においても、第１試運転開始スイッチ２０１が操作されて第１試運転の第１操作〜第３操作が実行されているとき、制御部８のＣＰＵは、強制停止スイッチ２０３以外の操作を受け付けない。更に、第２試運転開始スイッチ２０２が操作されて第２試運転の第１手順〜第３手順が実行されているとき、制御部８のＣＰＵは、強制停止スイッチ２０３以外の操作を受け付けない。これにより電力会社との連系協議前において、第１試運転開始スイッチ２０１の操作に基づく第１試運転が良好に実行される。

同様に、第２試運転開始スイッチ２０２が操作され、第２試運転を構成する（ａ）の第１手順、（ｂ）の第２手順、（ｃ）の第３手順が実行されている場合において、第１試運転開始スイッチ２０１等の他のスイッチが誤って操作されたとしても、制御部８のＣＰＵは、他のスイッチの操作を無視する。これにより連系協議中において、第２試運転開始スイッチ２０２の操作に起因する第２試運転が良好に実行される。

上記した制御は割込処理により実行される。図５は割込処理のフローチャートを示す。第１試運転および第２試運転している途中において、何らかのスイッチが操作されると、制御部８のＣＰＵは割り込み信号により割込処理を実行する。まず、割込処理では、第１試運転が実行中か否か判定する（ステップＳ４０６）。第１試運転が実行中である場合には、誤って操作された他のスイッチ（強制停止スイッチ２０３以外のスイッチ）の操作をキャンセルさせる指令を出力する（ステップＳ４０６）。第１試運転が実行中でなければ、第２試運転が実行中か否か判定する（ステップＳ４０４）。第２試運転が実行中である場合には、操作されたスイッチ（強制停止スイッチ２０３以外のスイッチ）の操作をキャンセルさせる指令を出力する（ステップＳ４０６）。第１試運転および第２試運転の双方が実行中でなければ、メインルーチンに戻る。

（実施形態４）
図６は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。但し、ヒータ２５は直流用とされている。ヒータ２５への給電線２５ｍは、ヒータ２５に直流電力を給電できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＤＣ／ＡＣインバータ１８との間の配線１７０，１７２の部位１７０ｅ，１７２ｆに接続されている。ヒータ駆動回路１５はＰＷＭ制御等のパルス制御により、ヒータ２５への給電量を調整できる。図６に示されているように、スイッチ設定基板１４０には、商用電源１００と系統連系するための系統連系協議においてシステムの第１試運転を実行させる第１試運転開始スイッチ２０１が設けられている。更に、スイッチ設定基板１４０には、商用電源１００と系統連系するための系統連系協議においてシステムの第２試運転を実行させる第２試運転開始スイッチ２０２が設けられている。

（実施形態５）
本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図６を準用できる。本実施形態によれば、商用電源以外の第３電源が補機に給電可能に設けられている。第３電源として蓄電池、キャパシタ、小型発電機等を例示できる。

電力会社と系統連系協議する前においても、すなわち、システムが商用電源と系統連系されていない場合においても、システムの設置後において、第１試運転開始スイッチ２０１の操作により、制御部８は、実施形態１〜４と同様に、システムの状況を再確認する第１試運転を実行することができる。従って、システムにおける故障、システムにおける配線接続、配管接続等を再確認できる。

すなわち、電力会社との系統連系協議がされる前の状態において、設置者等によりシステムの運転の状況を予め確認することが好ましい。そこで本実施形態によれば、システムが設置された場合、系統連系協議がされる前であるにも拘わらず、設置者などにより第１試運転開始スイッチ２０１が操作されると、制御部８のＣＰＵは第１試運転を開始する。この場合、前記した実施形態と同様に、制御部８のＣＰＵは、（ｉ）の第１操作、（ｉｉ）の第２操作、（ｉｉｉ）の第３操作を実行する。

（ｉ）商用電源１００と系統連系するため電力会社との系統連系協議がされていない状態において、第１試運転開始スイッチ２０１が操作されると、制御部８のＣＰＵは、第１スイッチング素子１５１を非接続状態から接続形態に切替えると共に、ＰＦＣ回路１８ｃの駆動指令を出力する。その状態では、商用電源以外の第３電源の電力は、補機駆動源１３１に直流電力として給電され、補機１３５を駆動させる。この場合、スタック２が発電していないため、補機１３５が消費する電力は第３電源で賄われ、補機１３５が作動してシステムの第１試運転が開始される。このようにシステムの第１試運転を起動させるにあたり、まだスタック２の発電電力が発生していないため、制御部８のＣＰＵは、補機１３５の電力を第３電源の電力で賄ってシステムの第１試運転を開始させる。

（ｉｉ）第１操作後においてスタック２の発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、スタック２の発電電力（直流）が補機駆動電源１３１に給電され、補機１３５の電力が賄われ、補機１３５の作動が継続される。これによりシステムの第１試運転が継続される。

この場合においても、システムの第１試運転において発電された電力のうち補機１３５で消費されなかった余剰の電力は、システムに搭載されているヒータ２５等の電力消費部で消費される。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。システムは図１に示す構造に限定されるものではない。更に、燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質器１が設けられているが、改質器１が設けられておらず、アノードガス貯蔵部に貯蔵されているアノードガスをスタック２のアノードに供給させる燃料電池システムに適用しても良い。スタック２のアノードに供給されるアノード流体としてはアノードガスに限定されず、メタノール、ガソリン、灯油など液体を用いても良い。

上記した実施形態では、第１試運転用の第１試運転開始スイッチ２０１と、第２試運転用の第２試運転開始スイッチ２０２とが設けられているが、これに限らず、第１試運転開始スイッチ２０１のみが設けられていることにしても良い。

燃料電池は固体高分子形に限定されず、ジルコニア系などの電解質を有する固体酸化物形の燃料電池、リン酸を電解質とするリン酸形の燃料電池、炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形の燃料電池に適用しても良い。この場合、ヒータ２５としては、貯湯槽４１の貯湯室４１に溜められている水を温めるヒータでも良いし、循環通路５０の水を加熱させるヒータ２５でも良い試し、凍結防止用のヒータでも良い。本明細書の記載から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］アノード流体とカソード流体とで発電する燃料電池のスタックと、前記スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、前記スタックの発電電力を消費可能なヒータと、前記商用電源の電力を補機に給電可能な接続形態と商用電源の電力を補機に給電させない非接続形態とに切り替え可能な連系用のスイッチング素子と、前記スタックの発電運転を制御するための制御部とを具備する定置用燃料電池システム。

本発明は商用電源や第３電源と系統連系する定置用の燃料電池システムに利用することができる。

１は改質器、１０は改質部、１２は燃焼部、２はスタック、２０はアノード、２１はカソード、２２は通路、２３はスタック温調回路、２４は温調ポンプ（温調媒体搬送源）、２５はヒータ（電力消費部）、３は筐体、３０は収容室、４は貯湯ユニット、４０は貯湯室、４１は貯湯槽、４２はハウジング、４３は給湯通路、４８は熱回収通路、４９は熱回収ポンプ、５は貯湯通路、５０は循環通路、５０ｅは迂回通路、５１は温水通路、５２は迂回バルブ、５９は貯湯ポンプ（水搬送源）、７１は水温センサ、７２は外気温度センサ、８は制御部、１００は商用電源、１１０は通常電力負荷、１２０はパワーコンディショナー、１３１は補機駆動電源、１３５は補機、１４０はスイッチ設定基板、１５１は第１スイッチング素子、１５２は第２スイッチング素子、１５３は第３スイッチング素子、２０１は第１試運転開始スイッチ（第１発電運転開始操作部）、２０２は第２試運転開始スイッチ（第２発電運転開始操作部）と、２０３は強制停止スイッチ（強制停止操作部）を示す。

Claims (3)

1. アノード流体とカソード流体とが供給されて発電する燃料電池のスタックと、前記スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、前記スタックの発電電力を消費可能な電力消費部と、商用電源の電力を前記補機に給電可能な接続形態と商用電源の電力を前記補機に給電させない非接続形態とに切り替え可能な連系用のスイッチング素子と、前記スタックの発電運転および前記スイッチング素子を制御するための制御部とを具備する定置用燃料電池システムであって、
   前記商用電源と系統連系するための電力会社との系統連系協議がされていない状態において前記システムの試運転を開始させるための第１試運転開始操作部が設けられており、
   電力会社との系統連系協議がされていない状態において前記第１試運転開始操作部が操作されるとき、
   前記制御部は、
   前記スイッチング素子を前記接続形態にした状態で、前記補機の前記電力を前記商用電源の電力で賄って前記補機を作動させて前記システムの第１試運転を開始させる第１操作と、
   前記第１操作後において前記スタックの発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、前記スイッチング素子を前記接続状態から前記非接続状態に切り替え、その状態で、前記スタックの発電電力で前記補機の電力を賄って前記補機を作動させて前記システムの前記第１試運転を実行し、且つ、前記システムの試運転で発電した発電電力のうち前記補機で消費されなかった余剰の電力を前記電力消費部に給電して前記電力消費部で消費させる第２操作と、
   前記第２操作における前記システムの前記第１試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、前記スタックの発電電力を低下させると共に、前記スイッチング素子を前記非接続状態から前記接続状態に切り替え、その状態で、前記補機の電力を前記商用電源の電力で賄う第３操作を実行する定置用燃料電池システム。
2. アノード流体とカソード流体とが供給されて発電する燃料電池のスタックと、前記スタックの発電運転に伴う動作を行うための補機と、前記スタックの発電電力を消費可能な電力消費部と、第３電源の電力を前記補機に給電可能な接続形態と前記第３電源の電力を前記補機に給電させない非接続形態とに切り替え可能な連系用のスイッチング素子と、前記スタックの発電運転および前記スイッチング素子を制御するための制御部とを具備する定置用燃料電池システムであって、
   前記第３電源と系統連系するための電力会社との系統連系協議がされていない状態において前記システムの試運転を開始させるための第１試運転開始操作部が設けられており、
   電力会社との系統連系協議がされていない状態において前記第１試運転開始操作部が操作されるとき、
   前記制御部は、
   前記スイッチング素子を前記接続形態にした状態で、前記補機の前記電力を前記第３電源の電力で賄って前記補機を作動させて前記システムの第１試運転を開始させる第１操作と、
   前記第１操作後において前記スタックの発電電力が所定の電力以上に上昇するとき、前記スイッチング素子を前記接続状態から前記非接続状態に切り替え、その状態で、前記スタックの発電電力で前記補機の電力を賄って前記補機を作動させて前記システムの前記第１試運転を実行し、且つ、前記システムの試運転で発電した発電電力のうち前記補機で消費されなかった余剰の電力を前記電力消費部に給電して前記電力消費部で消費させる第２操作と、
   前記第２操作における前記システムの前記第１試運転が良好に実行されたことが確認されるとき、前記スタックの発電電力を低下させると共に、前記スイッチング素子を前記非接続状態から前記接続状態に切り替え、その状態で、前記補機の電力を前記第３電源の電力で賄う第３操作を実行する定置用燃料電池システム。
3. 請求項１〜２のうちのいずれか一項において、前記システムの試運転を強制的に停止させる強制停止操作部が設けられており、前記制御部は、前記第１操作、前記第２操作および前記第３操作のいずれかを実行しているとき、前記強制停止操作部以外の操作を受け付けない定置用燃料電池システム。

Images