JPWO2013094085A1 - 燃料電池システム及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る燃料電池システム（１００）は、スタック（１０）と、凍結予防用ヒータ（２０）と、余剰電力用ヒータ（３０）と、スイッチ部（４０）と、電力変換部（５０）とを備え、系統電源（２００）から凍結予防用ヒータ（２０）への電力供給経路を第１供給経路とし、スタック（１０）から凍結予防用ヒータ（２０）への電力供給経路を第２供給経路とし、スタック（１０）から余剰電力用ヒータ（３０）への電力供給経路を第３供給経路とすると、停電した場合、スイッチ部（４０）によって、第１供給経路が切断された後、スタック（１０）の出力電力が所定値に低下するまでは第２供給経路が切断されるとともに第３供給経路が接続され、スタック（１０）の出力電力が所定値に低下した後は第２供給経路が接続されるとともに第３供給経路が切断される。

Description

本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関し、特に、停電などで系統電源から電力を供給できなくなった場合においても凍結予防用ヒータを正しく動作させることができる燃料電池システムに関する。
従来、この種の燃料電池システムは、気温の低い場所に設置された場合に、筐体内の配管経路やスタック等に含まれる水が凍結してしまう可能性がある。このため、燃料電池システムには、筐体内の内部温度を上昇させるための凍結予防用ヒータが設けられている。凍結予防用ヒータは、スタック等の周囲に配置された温度検知手段が所定の温度以下の温度を検出した場合に作動する。つまり、システムの運転状況に敏感に対応するように構成されており、凍結の可能性があるときにのみ凍結予防用ヒータを作動させている。
例えば、特許文献１には、システム内の凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。図１０は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成を示す図である。
図１０に示すように、従来の燃料電池システム１１００は、筐体内に配置されたスタック１０１０と、配管経路やスタック１０１０に含まれる水の凍結を防ぐための凍結予防用ヒータ１０２０と、スタック１０１０の周囲の温度を検知する温度検知器１０８０と、スタック１０１０の周囲の温度を水が凍結する温度以上に保つように凍結予防用ヒータ１０２０を制御する制御部１０６０とから構成されている。また、凍結予防用ヒータ１０２０は、系統電源（商用電力系統）１２００から電力の供給を受けて動作する。
国際公開第２００９／０３４９９７号
しかしながら、停電などにより系統電源１２００からの電力供給が停止すると、従来の燃料電池システム１１００では凍結予防用ヒータを動作させることができないので、スタック１０１０の周囲が低温となった場合に、配管経路やスタック等に含まれる水を温めることができずに凍結させてしまうという課題を有していた。
本発明は、このような課題を解決するものであり、停電時でも凍結予防用ヒータを正しく動作させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムの一態様は、燃料ガスにより発電を行うスタックと、筐体内の凍結を予防する凍結予防用ヒータと、前記スタックで発電された電力のうち余分な電力を消費する余剰電力用ヒータと、前記凍結予防用ヒータ又は前記余剰電力用ヒータに電力を供給するための電力供給経路を切り換えるスイッチ部と、前記スタックの出力電力を前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換する電力変換部と、を備え、系統電源から前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第１供給経路とし、前記スタックから前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第２供給経路とし、前記スタックから前記余剰電力用ヒータへの電力供給経路を第３供給経路とすると、停電した場合、前記スイッチ部によって、前記第１供給経路が切断され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは前記第２供給経路が切断されるとともに前記第３供給経路が接続され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断されることを特徴とする。
本発明によれば、停電などで系統電源から電力供給が停止している状態において筐体周囲の温度が所定の温度を下回った場合でも、凍結予防用ヒータを正しく動作させることができるので、配管経路やスタック等に含まれる水を凍結させてしまうことを防止することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの非停電時における電力供給経路の接続状態を示す図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの停電直後における電力供給経路の接続状態を示す図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの停電時（電力変換後）における電力供給経路の接続状態を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムにおけるスイッチ部の切り換えタイミングと供給電力とを示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの非停電時における電力供給経路の接続状態を示す図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの停電直後における電力供給経路の接続状態を示す図である。 図６Ｃは、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの停電時（低温時）における電力供給経路の接続状態を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。 図８は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムにおけるスイッチ部の切り換えタイミングと供給電力とを示す図である。 図９は、本発明の実施の形態２の変形例に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。 図１０は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成を示す図である。
（本発明の基礎となった知見）
上述のとおり、図１０に示す従来の燃料電池システム１１００では、凍結予防用ヒータ１０２０は系統電源１２００から電力の供給を受けて動作する。このため、停電などにより系統電源１２００からの電力供給が停止すると凍結予防用ヒータ１０２０を動作させることができないので、筐体周囲の温度が低温となった場合に、配管経路やスタック１０１０内に含まれる水を温めることができずに凍結させてしまうという問題があった。
本発明者らは、従来の燃料電池システムについて、上記の問題が生じることを見いだした。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、停電時でも凍結予防用ヒータを正しく動作させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムの一態様は、燃料ガスにより発電を行うスタックと、筐体内の凍結を予防する凍結予防用ヒータと、前記スタックで発電された電力のうち余分な電力を消費する余剰電力用ヒータと、前記凍結予防用ヒータ又は前記余剰電力用ヒータに電力を供給するための電力供給経路を切り換えるスイッチ部と、前記スタックの出力電力を前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換する電力変換部と、を備え、系統電源から前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第１供給経路とし、前記スタックから前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第２供給経路とし、前記スタックから前記余剰電力用ヒータへの電力供給経路を第３供給経路とすると、停電した場合、前記スイッチ部によって、前記第１供給経路が切断され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは前記第２供給経路が切断されるとともに前記第３供給経路が接続され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断されることを特徴とする。
本態様によれば、停電により系統電源から凍結予防用ヒータへの電力供給が停止した場合、第１供給経路が切断されて第２供給経路が接続されることにより、スタックから凍結予防用ヒータに電力が供給される。これにより、停電した場合であっても凍結予防用ヒータに電力を供給することができるので、筐体周囲の温度が低下した場合に凍結予防用ヒータを動作させることができる。したがって、配管経路やスタック内に含まれる水が凍結することを防止することができる。
さらに、本態様では、スタックの出力電力が凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは、第２供給経路が切断されるとともに第３供給経路が接続され、スタックの出力電力が凍結予防用ヒータの動作に必要な電圧に変換された後で、第２供給経路が接続されるとともに第３供給経路が切断される。つまり、停電時に凍結予防用ヒータにスタックの電力を供給する場合、スタックの出力電圧が凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後で凍結予防用ヒータへの電力供給を行っている。このように、スタックの出力電力が凍結予防用ヒータに適した電力に変換されるまでは凍結予防用ヒータへの電力供給が行われないように制御しているので、スペック以上の負荷が与えられて凍結予防用ヒータが劣化してしまうことを防ぐことができ、凍結予防用ヒータをスペック内で正しく動作させることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの一態様において、前記スイッチ部は、前記第１供給経路を切断又は接続する第１スイッチ器と、前記第２供給経路と前記第３供給経路とを切り換える第２スイッチ器とを有し、停電した場合、前記第１スイッチ器によって前記第１供給経路が切断され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は、前記第２スイッチ器によって前記第３供給経路から前記第２供給経路に切り換えられる、とすることができる。
本態様によれば、第１スイッチ器と第２スイッチ器とによって余剰電力用ヒータ又は凍結予防用ヒータへの電力供給経路を切り替えることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの一態様において、さらに、前記筐体周囲の温度を検知する温度検知器を備え、停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が所定の温度以下である場合には、前記スイッチ部によって前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断され、停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が前記所定の温度より高い場合には、前記スイッチ部によって前記第２供給経路が切断されるとともに前記第３供給経路が接続されることが好ましい。
本態様によれば、筐体周囲の温度に応じて凍結予防用ヒータへの電力供給が行われる。これにより、停電時でも筐体周囲の温度が所定の温度よりも高い場合には凍結予防用ヒータへの電力供給が行われないので、不必要に凍結予防用ヒータが動作することを防止できる。
また、本発明に係る燃料電池システムの一態様において、前記停電前に前記凍結予防用ヒータが動作している場合、前記温度検知器の検知結果にかかわらず前記停電後も継続して前記凍結予防用ヒータが動作するように、前記スイッチ部によって前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断されることが好ましい。
本態様によれば、停電前に凍結予防用ヒータが動作している場合、温度検知器の検知結果にかかわらず停電後も継続して凍結予防用ヒータを動作させることができる。つまり、停電直前に既に凍結予防用ヒータが動作している場合には、温度検知器で温度を測定することなくスタックの電力の供給先を余剰電力用ヒータではなく凍結予防用ヒータにする。これにより、凍結予防用ヒータを停止させることがないので、停電前後において凍結予防用ヒータのオン状態を継続させることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法の一態様は、燃料ガスにより発電を行うスタックと、筐体内の凍結を予防する凍結予防用ヒータと、前記スタックで発電された電力のうち余分な電力を消費する余剰電力用ヒータと、前記凍結予防用ヒータ又は前記余剰電力用ヒータに電力を供給するための電力供給経路を切り換えるスイッチ部とを備える燃料電池システムの運転方法であって、系統電源から前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第１供給経路とし、前記スタックから前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第２供給経路とし、前記スタックから前記余剰電力用ヒータへの電力供給経路を第３供給経路とすると、停電した場合、前記スイッチ部によって、前記第１供給経路を切断し、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは前記第２供給経路を切断するとともに前記第３供給経路を接続し、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は前記第２供給経路を接続するとともに前記第３供給経路を切断することを特徴とする。
本態様によれば、停電により系統電源から凍結予防用ヒータへの電力供給が停止した場合、第１供給経路を切断して第２供給経路を接続することにより、スタックから凍結予防用ヒータに電力を供給する。これにより、停電した場合であっても凍結予防用ヒータに電力を供給することができるので、筐体周囲の温度が低下した場合に凍結予防用ヒータを動作させることができる。したがって、配管経路やスタック内に含まれる水が凍結することを防止することができる。
さらに、本態様では、スタックの出力電力が凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは、第２供給経路を切断するとともに前記第３供給経路を接続し、スタックの出力電力が凍結予防用ヒータの動作に必要な電圧に変換された後で、第２供給経路を接続するとともに第３供給経路を切断する。このように、スタックの出力電力が凍結予防用ヒータに適した電力に変換されるまでは凍結予防用ヒータへの電力供給が行われないように制御しているので、凍結予防用ヒータをスペック内で正しく動作させることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法の一態様において、前記スイッチ部は、前記第１供給経路を切断又は接続する第１スイッチ器と、前記第２供給経路と前記第３供給経路とを切り換える第２スイッチ器とを有し、停電した場合、前記第１スイッチ器によって前記第１供給経路を切断し、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は、前記第２スイッチ器によって前記第３供給経路から前記第２供給経路に切り換える、とすることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法の一態様において、燃料電池システムは、さらに、前記筐体周囲の温度を検知する温度検知器を備え、停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が所定の温度以下である場合においては、前記スイッチ部により前記第２供給経路を接続するとともに前記第３供給経路を切断し、停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が前記所定の温度より高い場合においては、前記スイッチ部により前記第２供給経路を切断するとともに前記第３供給経路を接続することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法の一態様において、前記停電前に前記凍結予防用ヒータが動作している場合、前記温度検知器の検知結果にかかわらず前記停電後も継続して前記凍結予防用ヒータを動作させるように、前記スイッチ部によって前記第２供給経路を接続するとともに前記第３供給経路を切断することが好ましい。
以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム及びその運転方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を付している。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、需要家が保有する家庭用燃料電池システムであって、スタック１０と、凍結予防用ヒータ２０と、余剰電力用ヒータ３０と、スイッチ部４０と、電力変換部５０と、制御部６０と、インバータ７０とを備える。これらの構成は、筐体（燃料電池ユニット本体）内に収納されている。なお、筐体内には、上記の構成要素の他に、燃料ガス等のガス配管、水やお湯の流路である配管（配管経路）、熱により水をお湯にする熱交換機（排熱回収装置）、及び、発電に必要な空気（酸素）を供給する空気供給装置などが配備されている。
スタック１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う電池スタックである。例えば、スタック１０は、水素ガスと酸素とを反応させることによって直流電力を生成する。本実施の形態において、スタック１０は、７５０Ｗ（ＤＣ１５Ｖ）で一定の直流電力を出力している。なお、このスタック１０の発電と同時に熱が発生し、この熱を利用して水をお湯に温めている。より具体的には、熱交換機によって水がお湯に温められて、貯湯タンクに貯湯される。
凍結予防用ヒータ（凍結予防ヒータ）２０は、筐体周囲の温度を水が凍結する温度以上に保つための加熱器であり、筐体周囲の温度が低温となった時に動作することによって筐体内の配管経路やスタック１０内に含まれる水が凍結してしまうのを未然に防止する。したがって、凍結予防用ヒータ２０は、水が流れる配管やスタック１０など、水が存在する箇所の周辺に１つ又は複数個設けられている。凍結予防用ヒータ２０は、第１スイッチ器４１を介して系統電源２００から電力の供給を受けることが可能となっているとともに、第２スイッチ器４２を介してスタック１０からも電力の供給を受けることが可能となっている。
また、凍結予防用ヒータ２０は、直流電力及び交流電力のいずれでも動作可能なものを用いており、例えばＡＣ２００Ｖ１８０Ｗの抵抗ヒータを用いることができる。本実施の形態において、凍結予防用ヒータ２０は、系統電源２００から供給される交流電力によって動作するとともに、スタック１０から供給される直流電力によっても動作する。
余剰電力用ヒータ（余剰電力ヒータ）３０は、スタック１０で発電された電力のうち余分な電力を消費する余剰電力消費用負荷である。つまり、余剰電力用ヒータ３０は、スタック１０で発電された電力が電力負荷（筐体内に配備される補機などの内部負荷や外部の負荷３００）を上回っている場合に、電力負荷で消費しきれなかった余剰電力を回収して消費する。
余剰電力用ヒータ３０の能力は、スタック１０の出力電力（最大出力電力）を考慮して設定することが好ましくい。本実施の形態では、スタック１０から出力される直流電力が７５０Ｗとなっているので、燃料電池システム１００の内部負荷（補機）による電力消費分を考慮し、余剰電力用ヒータ３０としては、最大消費電力が７１２．５Ｗで直流電力で動作するヒータを用いている。なお、余剰電力用ヒータ３０で消費された電力は熱に変換され、この熱も水を温める熱源として利用される。
スイッチ部４０は、凍結予防用ヒータ２０又は余剰電力用ヒータ３０に電力を供給するための電力供給経路を切り換える切換器である。本実施の形態におけるスイッチ部４０は、第１スイッチ器４１と、第２スイッチ器４２とを有する。
第１スイッチ器４１は、例えば単極単投形の開閉器を用いることができ、系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０への電力供給経路（第１供給経路Ｒ１）を切断又は接続する。例えば、第１スイッチ器４１がオン状態（閉路状態）のときは、系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０に交流電力が供給され、第１スイッチ器４１がオフ状態（開路状態）のときは、系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０への電力供給が停止する。第１スイッチ器４１のオンオフ制御は、制御部６０によって行われる。
第２スイッチ器４２は、例えば単極双投形の開閉器を用いることができ、スタック１０から凍結予防用ヒータ２０への電力供給経路（第２供給経路Ｒ２）と、スタック１０から余剰電力用ヒータ３０への電力供給経路（第３供給経路Ｒ３）とを排他的に切り換える。つまり、第２スイッチ器４２によって第２供給経路が切断されているときは第３供給経路が接続されており、また、第２供給経路が接続されているときは第３供給経路が切断されている。そして、第２スイッチ器４２によって第２供給経路が切断（第３供給経路が接続）されているときは、凍結予防用ヒータ２０への電力供給が停止する。また、第２スイッチ器４２によって第２供給経路が接続（第３供給経路が切断）されているときは、凍結予防用ヒータ２０にスタック１０からの直流電力（変換後の電力）が供給される。なお、第２スイッチ器４２は、例えばリレー又はＦＥＴ等の半導体を用いて構成することができ、第２スイッチ器４２による電力供給経路の切り換え制御は、制御部６０によって行なわれる。
電力変換部５０は、スタック１０の出力電力を変換する電力変換回路である。つまり、電力変換部５０は、第３供給経路における電力値を変更するように構成されており、スタック１０から出力される電力値を所望の電力値に変換する。本実施の形態において、電力変換部５０は、スタック１０からの出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力となるように、スタック１０の出力電力をこれよりも低い電力に変換する。つまり、電力変換部５０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の設定電力と等しくなるまで、スタック１０の出力電力を変換する。
例えば、本実施の形態ではスタック１０の出力電力が７５０Ｗであり凍結予防用ヒータ２０の消費電力が１８０Ｗであるので、電力変換部５０によって、スタック１０から出力される７５０Ｗの直流電力が１８０Ｗの直流電力にダウンコンバートされる。なお、電力変換部５０の制御は制御部６０によって行われており、どの程度まで低い電力に変換するかは、制御部６０によって適宜設定及び調整することができる。
制御部６０は、スイッチ部４０及び電力変換部５０など、筐体内の各種内部装置を制御する制御器である。具体的に、制御部６０は、電力変換部５０を制御することで、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力に変換させている。
また、制御部６０は、スイッチ部４０を制御することで、凍結予防用ヒータ２０を所望に動作させて、スタック１０の周囲の温度を水が凍結する温度以上に保つようにしている。
例えば、制御部６０は、第１スイッチ器４１を制御することで、系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０への電力供給を開始させたり、系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０への電力供給を停止させたりする。また、制御部６０は、第２スイッチ器４２を制御することで、スタック１０から凍結予防用ヒータ２０への電力供給とスタック１０から余剰電力用ヒータ３０への電力供給との切り換えを行っている。
インバータ７０は、スタック１０が発電した直流電力を交流電力に変換する。インバータ７０からの交流電力は、外部負荷である負荷３００に供給される。なお、インバータ７０には、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）センサが配備されている。
系統電源（商用電力系統）２００は、電気事業者から需要家に交流電力を供給するシステムであり、所定の電圧及び所定の周波数の交流電力を需要家に供給する。系統電源２００によって、例えば、２００Ｖ、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの交流電力が需要家に供給される。燃料電池システム１００は系統電源２００と系統連系されており、本実施の形態では、第１スイッチ器４１を介して系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０に対して交流電力が供給されるように構成されている。
負荷３００は、需要家において電力を消費する一つ又は複数の電力負荷（負荷機器）であり、燃料電池システム１００又は系統電源２００から供給される交流電力を消費する。負荷３００は、例えば、一般家庭で使用される冷蔵庫、エアコン、テレビ、電子レンジ又は照明等の電気製品等の家庭内負荷である。
次に、以上のように構成された燃料電池システム１００の動作（運転方法）について、図２Ａ〜図２Ｃ及び図３を用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、本実施の形態に係る燃料電池システムにおける電力供給経路の接続状態を示す図である。図３は、本実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
まず、通常時（非停電時）の場合、すなわち、需要家が系統電源２００から電力供給を受けることができる状態にある場合、図２Ａに示すように、凍結予防用ヒータ２０への電力供給は、第１供給経路Ｒ１を伝って行われる。したがって、通常時に、筐体周囲の温度が低下して凍結予防用ヒータ２０を動作させる場合、凍結予防用ヒータ２０は、系統電源２００からの交流電力によって動作する。
なお、この場合、図２Ａに示すように、第２スイッチ器４２は余剰電力用ヒータ３０に接続されているので、スタック１０が発電している場合、スタック１０が発電した電力のうちの余分な電力は、第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０によって消費される。なお、このとき、受ける電力の大きさによらず余剰電力用ヒータ３０は正常に動作することができるので、スタック１０の出力電力を電力変換部５０によってダウンコンバートする必要はない。
次に、制御部６０によって、災害や計画停電などによって停電が発生しているか否かを判定する。すなわち、停電中であるか非停電中であるかを判定する（図３のステップＳ１１０）。停電が発生しているか否かは、系統電源２００からのゼロクロス信号（交流電力）の遮断や電圧降下などにより検知することができる。例えば、系統電源２００に連系された検知器（ＣＴセンサなど）を用いて、当該検知器に電流が流れているか否かで停電の発生の有無を検知することができる。
この判定の結果、停電が発生していない場合（図３のＳ１１０でＮｏ）、第１スイッチ器４１のオン状態が継続されて、第１供給経路Ｒ１の接続を維持する（図３のステップＳ１２０）。
一方、上記判定の結果、停電中であることが検知された場合（図３のＳ１１０でＹＥＳ）、すなわち、停電が発生して系統電源２００からの電力供給が停止した場合、系統電源２００からの電力供給が停止するので、系統電源２００からの電力では凍結予防用ヒータ２０を動作させることができなくなる。
このとき、凍結予防用ヒータ２０への電力供給源を系統電源２００からスタック１０に切り換えることで、凍結予防用ヒータ２０を動作させることができる状態とすることができる。しかしながら、スタック１０からの電力をそのまま凍結予防用ヒータ２０に供給してしまうと、スタック１０の出力電力の値によってはスペック以上の負荷が凍結予防用ヒータ２０に与えられてしまい、凍結予防用ヒータ２０をスペック内で正しく動作させることができない場合がある。そこで、本実施の形態では、以下のようにして、凍結予防用ヒータ２０への電力供給源を系統電源２００からスタック１０に切り換えている。
まず、停電が発生した場合、図２Ｂに示すように、第１スイッチ器４１を一旦オフ状態にして第１供給経路Ｒ１を切断する（図３のステップＳ１３０）。さらに、この場合、燃料電池システム１００から負荷３００への電力供給を一旦停止させるとともに、燃料電池システム１００を系統電源２００から一旦切り離す。なお、本実施の形態では、以降、燃料電池システム１００から負荷３００への電力供給は行われず、スタック１０からの電力は、停電中における燃料電池システム１００を保護するために、つまり停電中に筐体内の水が凍結してしまうことを防止するために消費される。
また、停電発生直後においては、図２Ｂに示すように、第２スイッチ器４２によって第３供給経路Ｒ３が接続（第２供給経路が切断）されているので、スタック１０によって発電された電力は、第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０に供給される。このように、本実施の形態では、停電が発生した場合に、スタック１０からの出力電力を直ちに凍結予防用ヒータ２０に供給するのではなく、スタック１０からの電力を凍結予防用ヒータ２０に供給する前に余剰電力用ヒータ３０で消費させている。
そして、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力に変換されるまでは第３供給経路Ｒ３の接続を継続し、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電圧に変換された後は、第２供給経路Ｒ２が接続されるとともに第３供給経路Ｒ３が切断されるように、スイッチ部４０が制御される。
本実施の形態では、電力変換部５０によって、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力に変換される。このとき、制御部６０は、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力である所定の電力値にまで変換されているか否かを判定する（図３のステップＳ１４０）。なお、本実施の形態では、電力変換部５０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の設定電力にほぼ等しくなるまでスタック１０の出力電力を変換する。
その結果、変換後のスタック１０からの電力（電力変換部５０の出力電力）の値が当該所定の電力値よりも大きい場合（図３のＳ１４０でＮＯ）、第２スイッチ器４２による電力供給経路は第３供給経路Ｒ３となり、第３供給経路Ｒ３の接続状態（第２供給経路Ｒ２の切断状態）が維持される（図３のステップＳ１５０）。つまり、スタック１０からの電力は、第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０に供給される。
一方、変換後のスタック１０からの電力の値が当該所定の電力値以下となった場合（図３のＳ１４０でＹＥＳ）、図２Ｃに示すように、第２スイッチ器４２によって電力供給経路が第３供給経路Ｒ３から第２供給経路Ｒ２に切り換えられる（図３のステップＳ１８０）。これにより、スタック１０の電力供給先が余剰電力用ヒータ３０から凍結予防用ヒータ２０に切り換えられる。この結果、スタック１０からの電力が第２供給経路Ｒ２を伝って凍結予防用ヒータ２０に供給され、凍結予防用ヒータ２０を動作（駆動）可能な状態にすることができる。したがって、例えば冬季や寒冷地において筐体周囲の温度が下がって配管経路やスタック１０内の水が凍結してしまう恐れがある場合に、凍結予防用ヒータ２０を動作させることができるので、停電時でも、配管経路（水経路）やスタック１０内の水が凍結してしまうことを防止することができる。
ここで、以上の動作におけるスイッチ部４０の切り換えタイミングについて、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る燃料電池システムにおけるスイッチ部の切り換えタイミングと供給電力とを示す図である。図４において、横軸は時刻（ｔ）、縦軸は電力（Ｗ）を示している。
図４に示すように、停電が発生する時刻ｔａよりも前においては、第１供給経路Ｒ１が接続されており、凍結予防用ヒータ２０には系統電源２００から電力が供給される。このとき、第２スイッチ器４２は第３供給経路Ｒ３に接続されており、電力変換部５０から出力された電力は余剰電力用ヒータ３０に供給される。この場合、スタック１０の出力電力は電力変換部５０によって変換されないので、時刻ｔａの時の電力Ｗａは、スタック１０によって発電された電力のうちの余剰電力である。なお、余剰電力としての電力Ｗａは、負荷３００の使用状態によって変動し、最大でもスタック１０の出力電力（最大出力電力）である。
次に、時刻ｔａで制御部６０が停電を検知した場合、第１接続経路Ｒ１を切断して、電力変換部５０によってスタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力Ｗｂに変換される時刻ｔｂまでは、第２供給経路Ｒ２の切断を維持するとともに第３供給経路Ｒ３の接続を維持する。つまり、電力変換部５０から出力される電力が時刻ｔａの時の電力Ｗａから凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力Ｗｂに安定するまでは、第３供給経路Ｒ３を用いてスタック１０から余剰電力用ヒータ３０に電力供給が行われるようにする。
その後、時刻ｔｂで電力変換部５０から出力される電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力Ｗｂで安定すれば凍結予防用ヒータ２０に電力供給を行うことが可能になるので、第２スイッチ器４２を用いて電力供給経路を第３供給経路Ｒ３から第２供給経路Ｒ２に切り替えて、凍結予防用ヒータ２０へ電力供給が行われるようにする。
以上、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００によれば、停電などで系統電源２００からの電力供給が停止して、系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０への電力供給が停止した場合、第１スイッチ器４１によって第１供給経路Ｒ１を切断した後に、第２スイッチ器４２によって第２供給経路Ｒ２を接続することでスタック１０から凍結予防用ヒータ２０に電力を供給している。これにより、停電した場合であっても凍結予防用ヒータ２０に電力を供給することができるので、筐体周囲の温度が低下した場合に凍結予防用ヒータ２０を動作させることができる。したがって、筐体内の配管経路やスタック１０内に含まれる水を温めることができるので当該水が凍結してしまうことを防止することができる。この結果、停電中であっても燃料電池システムを常に安全な状態に保つことができる。
さらに、本実施の形態に係る燃料電池システム１００によれば、スタック１０から出力される電力の供給先を、余剰電力用ヒータ３０と凍結予防用ヒータ２０とで切り換えている。本実施の形態では、停電時に凍結予防用ヒータ２０へ電力を供給する場合、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力に変換されるまでは、第２スイッチ器４２が切り換わることがなく第２供給経路Ｒ２の切断状態が維持されるとともに第３供給経路Ｒ３の接続状態が維持される。そして、電力変換部５０によってスタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電圧に変換された後は、第２スイッチ器４２によって凍結予防用ヒータ２０への電力供給経路が切り換えられて、第２供給経路Ｒ２が接続されるとともに第３供給経路Ｒ３が切断される。つまり、停電時に凍結予防用ヒータ２０にスタック１０の電力を供給する場合、電力変換部５０によってスタック１０の出力電圧を凍結予防用ヒータの動作に必要な電力にダウンコンバートさせた後で、すなわち、電力変換部５０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に見合った電力にまで下げた後で、凍結予防用ヒータ２０への電力供給を行っている。
このように、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０に適した電力に変換されるまでは凍結予防用ヒータ２０への電力供給が行われないので、凍結予防用ヒータ２０のスペック以上の負荷が当該凍結予防用ヒータ２０に与えられることがなくなる。したがって、スペック以上の負荷が与えられて断線や短絡等が発生する等の凍結予防用ヒータ２０の劣化を防ぐことができ、凍結予防用ヒータ２０をスペック内で正しく動作させることができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１００Ａについて、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
図５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００Ａは、実施の形態１に係る燃料電池システム１００に、筐体周囲の温度を検知する温度検知器８０が備えられたものである。
温度検知器８０は、筐体内部や筐体周辺の温度を測定する温度測定器を備えており、検知した温度情報は制御部６０に出力される。制御部６０は、温度検知器８０によって検知された温度情報に基づいて、凍結予防用ヒータ２０を動作させるか否かを判定し、スイッチ部４０を制御することで凍結予防用ヒータ２０の動作開始を制御する。
具体的に、本実施の形態に係る燃料電池システム１００Ａでは、筐体周囲の温度が低下して温度検知器８０で検知された温度が所定の温度以下となった場合に、配管経路やスタック１０内に含まれる水が凍結してしまうのを防止するために、第２供給経路Ｒ２を用いてスタック１０から凍結予防用ヒータ２０へ電力供給を行うことで、凍結予防用ヒータ２０を動作させる。
例えば、筐体の外気温度が４℃以下にまで低下したときに凍結予防用ヒータ２０の動作を開始させる場合において、温度検知器８０で検知された温度が４℃以下である場合に、凍結予防用ヒータ２０を動作（ヒータオン）させる。
以下、本実施の形態に係る燃料電池システム１００Ａの動作（運転方法）について、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７を用いて説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、本実施の形態に係る燃料電池システムにおける電力供給経路の接続状態を示す図である。図７は、本実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
まず、通常時（非停電時）の場合、実施の形態１と同様に、図６Ａに示すように、凍結予防用ヒータ２０への電力供給は、第１供給経路Ｒ１を伝って行われる。つまり、凍結予防用ヒータ２０には、系統電源２００からの交流電力が供給されている。したがって、筐体周囲の温度が低下して、筐体周囲の温度が所定の温度以下であることを温度検知器８０が検知した場合、凍結予防用ヒータ２０は、系統電源２００からの交流電力によって動作する。
なお、この場合、図６Ａに示すように、第２スイッチ器４２は余剰電力用ヒータ３０に接続されているので、実施の形態１と同様に、スタック１０からの余剰電力は第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０によって消費される。
次に、実施の形態１と同様に、制御部６０によって、停電中であるか非停電中であるかを判定する（図７のステップＳ２１０）。停電が発生しているか否かは、実施の形態１と同様に、系統電源２００からのゼロクロス信号の遮断や電圧降下の検知により検知することができる。
この判定の結果、停電が発生していない場合（図７のＳ２１０でＮｏ）、第１スイッチ器４１のオン状態が継続されて、第１供給経路Ｒ１の接続を維持する（図７のステップＳ２２０）。
一方、上記判定の結果、停電中であることが検知された場合（図７のＳ２１０でＹＥＳ）、系統電源２００からの電力供給が停止するので、系統電源２００からの電力では凍結予防用ヒータ２０を動作させることができなくなる。
このとき、実施の形態１と同様に、凍結予防用ヒータ２０への電力供給源を系統電源２００からスタック１０に切り換えるが、本実施の形態では、以下のように、温度検知器８０の検知結果に基づいて凍結予防用ヒータ２０を動作させている。
まず、停電が発生した場合、図６Ｂに示すように、第１スイッチ器４１を一旦オフ状態にして第１供給経路Ｒ１を切断する（図７のステップＳ２３０）。また、停電発生直後においては、図６Ｂに示すように、第２スイッチ器４２によって第３供給経路Ｒ３が接続（第２供給経路が切断）されているので、スタック１０によって発電された電力は、第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０に供給される。このように、本実施の形態でも、停電が発生した場合に、スタック１０からの出力電力を直ちに凍結予防用ヒータ２０に供給するのではなく、スタック１０からの電力を凍結予防用ヒータ２０に供給する前に余剰電力用ヒータ３０で消費させている。
次に、実施の形態１と同様に、電力変換部５０によってスタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力に変換されるまでは第３供給経路Ｒ３の接続を継続し、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電圧に変換された後は、第２供給経路Ｒ２が接続されるとともに第３供給経路Ｒ３が切断されるように制御する。このとき、制御部６０は、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力である所定の電力値以下にまで変換されているか否かを判定する（図７のステップＳ２４０）。なお、本実施の形態でも、電力変換部５０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の設定電力にほぼ等しくなるまでスタック１０の出力電力を変換する。
その結果、変換後のスタック１０からの電力（電力変換部５０の出力電力）の値が当該所定の電力値よりも大きい場合（図７のＳ２４０でＮＯ）、第２スイッチ器４２による電力供給経路は第３供給経路Ｒ３となり、第３供給経路Ｒ３の接続（第２供給経路Ｒ２の切断）が維持される（図７のステップＳ２５０）。つまり、スタック１０からの電力は、第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０に供給される。
一方、変換後のスタック１０からの電力の値が当該所定の電力値以下となった場合（図７のＳ２４０でＹＥＳ）、さらに、温度検知器８０にて筐体周囲の温度を測定し、測定した温度が凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がある所定の温度以下であるかどうかを制御部６０によって判定する（図７のステップＳ２６０）。
その結果、温度検知器８０にて測定された温度が所定の温度より高い場合（図７のＳ２６０でＮＯ）、凍結予防用ヒータ２０を動作させるために凍結予防用ヒータ２０に電力供給を行う必要がない。例えば、凍結予防用ヒータ２０の動作を開始させる所定の温度（閾値）が４℃（外気温）で設定されているとすると、温度検知器８０で検知された筐体周囲（外気）の温度が４℃よりも高い場合には、凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がない。したがって、この場合、第２スイッチ器４２による電力供給経路は第３供給経路Ｒ３となり、第３供給経路Ｒ３の接続状態（第２供給経路Ｒ２の切断状態）が維持される（図７のステップＳ２７０）。つまり、スタック１０からの電力は、第３供給経路Ｒ３を伝って余剰電力用ヒータ３０に供給される。
一方、筐体周囲の温度が下がって温度検知器８０にて測定された温度が所定の温度以下となった場合は（図７のＳ２６０でＹＥＳ）、筐体内部の配管経路やスタック１０内の水が凍結してしまうのを防止するために凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がある。例えば、上述のように凍結予防用ヒータ２０の動作を開始させる所定の温度（閾値）が４℃（外気温）に設定されている場合であって、温度検知器８０で検知された筐体周囲（外気）の温度が４℃以下である場合には、凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がある。したがって、この場合、図６Ｃに示すように、第２スイッチ器４２によって電力供給経路が第３供給経路Ｒ３から第２供給経路Ｒ２に切り換えられる（図７のステップＳ２８０）。これにより、スタック１０の電力供給先が余剰電力用ヒータ３０から凍結予防用ヒータ２０に切り換えられる。この結果、スタック１０からの電力が第２供給経路Ｒ２を伝って凍結予防用ヒータ２０に供給されるので、凍結予防用ヒータ２０の動作を開始させることができる。したがって、停電時でも、配管経路（水経路）やスタック１０内の水が凍結してしまうことを防止することができる。
ここで、以上の動作におけるスイッチ部４０の切り換えタイミングについて、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る燃料電池システムにおけるスイッチ部の切り換えタイミングと供給電力とを示す図である。図８において、横軸は時刻（ｔ）、縦軸は電力（Ｗ）を示している。
図８に示すように、停電が発生する時刻ｔａよりも前においては、実施の形態１と同様に、第１供給経路Ｒ１が接続されており、凍結予防用ヒータ２０には系統電源２００から電力が供給される。このとき、第２スイッチ器４２は第３供給経路Ｒ３に接続されており、電力変換部５０から出力された電力は余剰電力用ヒータ３０に供給される。
次に、時刻ｔａで制御部６０が停電を検知した場合、実施の形態１と同様に、第１接続経路Ｒ１を切断して、電力変換部５０によってスタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力Ｗｂに変換される時刻ｔｂまでは、第２供給経路Ｒ２の切断を維持するとともに第３供給経路Ｒ３の接続を維持する。
そして、本実施の形態では、実施の形態１と異なり、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力Ｗｂに変換された場合であっても、温度検知器８０にて測定された温度が所定の温度以下になる時刻ｔｃまでは、第２供給経路Ｒ２の切断を維持するとともに第３供給経路Ｒ３の接続を維持する。つまり、電力変換部５０から出力される電力が時刻ｔａの時の電力Ｗａから凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力Ｗｂに安定した後も、筐体周囲の温度が凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がある温度以下になるまでは、第３供給経路Ｒ３を用いてスタック１０から余剰電力用ヒータ３０に電力供給が行われるようにする。
そして、時刻ｔｃで温度検知器８０にて測定された温度が所定の温度以下になった場合、第２スイッチ器４２を用いて電力供給経路を第３供給経路Ｒ３から第２供給経路Ｒ２に切り替えて、凍結予防用ヒータ２０への電力供給を行うとともに凍結予防用ヒータ２０の動作を開始させる。
以上、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１００Ａによれば、実施の形態１と同様に、停電などで系統電源２００からの電力供給が停止して系統電源２００から凍結予防用ヒータ２０への電力供給が停止した場合であっても、第２供給経路Ｒ２を伝ってスタック１０から凍結予防用ヒータ２０に電力を供給している。これにより、筐体周囲の温度が低下して温度検知器８０にて所定の温度以下であることが検知された場合に、凍結予防用ヒータ２０を動作させることで、筐体内の配管経路やスタック１０内に含まれる水が凍結してしまうことを防止することができる。したがって、停電中であっても、燃料電池システムを常に安全な状態に保つことができる
さらに、本実施の形態に係る燃料電池システム１００Ａによれば、スタック１０から出力される電力の供給先を、余剰電力用ヒータ３０と凍結予防用ヒータ２０とで切り換えている。そして、本実施の形態では、停電した場合であってかつ温度検知器８０で検知された温度が所定の温度より高い場合においては、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力に変換されるまでは、第２スイッチ器４２が切り換わることがなく第２供給経路Ｒ２の切断状態が維持されるとともに第３供給経路Ｒ３が接続状態が維持される。また、電力変換部５０によってスタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電圧に変換された後は、温度検知器８０で検知された温度が所定の温度以下である場合、第２スイッチ器４２によって第２供給経路Ｒ２が接続されるとともに第３供給経路Ｒ３が切断される。
このように、本実施の形態においても、停電時に凍結予防用ヒータ２０にスタック１０の電力を供給する場合、電力変換部５０によってスタック１０の出力電圧を凍結予防用ヒータの動作に必要な電力にダウンコンバートさせた後で凍結予防用ヒータ２０への電力供給を行っている。これにより、凍結予防用ヒータ２０にスペック以上の負荷が与えられることがなくなるので、スペック以上の負荷が与えられて断線や短絡等が発生することを防ぐことができるので、凍結予防用ヒータ２０をスペック内で正しく動作させることができる。
さらに、本実施の形態では、停電時であっても温度検知器８０の測定温度が所定の温度よりも高い場合、つまり筐体周囲の温度が所定の温度以上の場合には、凍結予防用ヒータ２０に電力を供給しないので、不必要に凍結予防用ヒータ２０が動作することを防止できる。
（変形例）
次に、本発明の実施の形態２の変形例に係る燃料電池システムについて説明する。本変形例に係る燃料電池システムの構成は図５と同様であるので、その説明は省略する。また、本変形例と実施の形態２とは、燃料電池システムの動作が異なる。以下、本変形例に係る燃料電池システムの動作（運転方法）について、図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２の変形例に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。なお、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
本変形例では、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力である所定の電力値以下にまで変換できているか否かを判定し（図９のステップＳ２４０）、変換後のスタック１０からの電力の値が当該所定の電力値以下となった場合（図９のＳ２４０でＹＥＳ）、さらに、制御部６０によって停電前に凍結予防用ヒータ２０が動作しているか否かを判定する（図９のステップＳ２５５）。
その結果、停電前に凍結予防用ヒータ２０が動作していた場合、制御部６０は、温度検知器８０で筐体周囲の温度を測定することなく停電後も継続して凍結予防用ヒータ２０が動作するようにスイッチ部４０を制御する。すなわち、スイッチ部４０によって、電力供給経路が第３供給経路Ｒ３から第２供給経路Ｒ２に切り換えられる（図９のステップＳ２８０）。本実施の形態では、第２スイッチ器４２によって第２供給経路Ｒ２が接続されるとともに第３供給経路Ｒ３が切断される。
例えば、凍結予防用ヒータ２０を動作させる所定の温度（閾値）が４℃（外気温）で設定されている場合において、停電前に既に凍結予防用ヒータ２０が動作していた場合には、筐体周囲（外気）の温度が４℃よりも高くても（例えば５℃でも）、凍結予防用ヒータ２０の動作を継続させる。
一方、停電前に凍結予防用ヒータ２０が動作していない場合は、実施の形態２と同様に、温度検知器８０にて筐体周囲の温度を測定し、測定した温度が凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がある所定の温度以下であるかどうかを制御部６０によって判定する（図９のステップＳ２６０）。
その結果、温度検知器８０にて測定された温度が所定の温度より高い場合（図９のＳ２６０でＮＯ）、第３供給経路Ｒ３の接続状態（第２供給経路Ｒ２の切断状態）が維持される（図９のステップＳ２７０）。
一方、筐体周囲の温度が下がって温度検知器８０にて測定された温度が所定の温度以下である場合は（図９のＳ２６０でＹＥＳ）、凍結予防用ヒータ２０を動作させて配管経路やスタック１０内の水が凍結してしまうのを防止するために、第２スイッチ器４２によって電力供給経路が第３供給経路Ｒ３から第２供給経路Ｒ２に切り換えられる（図９のステップＳ２８０）。
以上、本変形例によれば、実施の形態２に係る燃料電池システムと同様の効果を奏することができる。
さらに、本変形例によれば、停電前に凍結予防用ヒータ２０が動作している場合には、温度検知器８０の検知結果にかかわらず停電後も継続して凍結予防用ヒータ２０を動作させている。つまり、停電直前に既に凍結予防用ヒータ２０が動作している場合には、温度検知器８０で温度を検知することなくスタック１０の電力の供給先を余剰電力用ヒータ３０ではなく凍結予防用ヒータ２０にする。これにより、停電前後において凍結予防用ヒータ２０のオン状態を継続させて凍結予防用ヒータ２０を停止させることがない。したがって、凍結予防用ヒータ２０のオンオフの繰り返しを防止することができる。
（その他）
以上、本発明に係る電力供給システム及び電力供給方法について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態１、２及び変形例において、第１供給経路Ｒ１にＡＣ／ＤＣコンバータを設けても構わない。これにより、系統電源２００からの交流電力を直流電力に変換することができるので、凍結予防用ヒータ２０を直流電力で動作させるように構成することができる。
また、上記の実施の形態１、２及び変形例において、第２供給経路Ｒ２にインバータを設けても構わない。これにより、スタック１０からの直流電力を交流電力に変換することができるので、凍結予防用ヒータ２０を交流電力で動作させるように構成することができる。
また、上記の実施の形態１、２及び変形例において、スタック１０とインバータ７０との間に、昇圧用ＤＣ／ＤＣコンバータを設けても構わない。これにより、スタック１０の出力電圧を上昇させることができる。
また、上記の実施の形態２及び変形例では、スタック１０の出力電力が凍結予防用ヒータ２０の動作に必要な電力である所定の電力値以下にまで変換できているか否かを判定する電力判定ステップ（Ｓ２４０）と、凍結予防用ヒータ２０を動作させる必要がある所定の温度以下であるかどうかを判定する温度判定ステップ（Ｓ２６０）とは、この順で行ったが、逆の順序で行っても構わない。すなわち、温度判定ステップ（Ｓ２６０）の後に電力判定ステップ（Ｓ２４０）を行っても構わない。但し、実施の形態２のように、温度判定ステップ（Ｓ２６０）よりも先に電力判定ステップ（Ｓ２４０）を行う方が好ましい。これは、電力判定ステップ（Ｓ２４０）を先に行ってスタック１０の出力電力をダウンコンバートしておいた方が、筐体周囲の温度が低下したときに直ぐにスタック１０の電力供給先を余剰電力用ヒータ３０から凍結予防用ヒータ２０に切り換えることができるからである。
また、本発明は、燃料電池システム又は燃料電池システムの運転方法として実現できるだけでなく、当該運転方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。さらに、そのようなプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカードなどのメモリカード、半導体メモリ等）に記録したり、インターネット等の伝送媒体を介して流通させたりすることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムを構成する構成要素の一部又は全部は、集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現することもできる。これらの構成要素は、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。集積回路は、集積度の違いにより、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ又はウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
なお、その他に、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明に係る燃料電池システムは、停電中にも凍結予防用ヒータに電力供給することが可能となるので、燃料電池等のコージェネレーションシステム等の用途に広く適用することができる。
１０ スタック
２０ 凍結予防用ヒータ
３０ 余剰電力用ヒータ
４０ スイッチ部
４１ 第１スイッチ器
４２ 第２スイッチ器
５０ 電力変換部
６０ 制御部
７０ インバータ
８０ 温度検知器
１００、１００Ａ 燃料電池システム
２００ 系統電源

Claims (8)

  1. 燃料ガスにより発電を行うスタックと、
    筐体内の凍結を予防する凍結予防用ヒータと、
    前記スタックで発電された電力のうち余分な電力を消費する余剰電力用ヒータと、
    前記凍結予防用ヒータ又は前記余剰電力用ヒータに電力を供給するための電力供給経路を切り換えるスイッチ部と、
    前記スタックの出力電力を前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換する電力変換部と、を備え、
    系統電源から前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第１供給経路とし、
    前記スタックから前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第２供給経路とし、
    前記スタックから前記余剰電力用ヒータへの電力供給経路を第３供給経路とすると、
    停電した場合、
    前記スイッチ部によって、前記第１供給経路が切断され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは前記第２供給経路が切断されるとともに前記第３供給経路が接続され、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断される、
    燃料電池システム。
  2. 前記スイッチ部は、前記第１供給経路を切断又は接続する第１スイッチ器と、前記第２供給経路と前記第３供給経路とを切り換える第２スイッチ器とを有し、
    停電した場合、
    前記第１スイッチ器によって前記第１供給経路が切断され、
    前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は、前記第２スイッチ器によって前記第３供給経路から前記第２供給経路に切り換えられる、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. さらに、前記筐体周囲の温度を検知する温度検知器を備え、
    停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が所定の温度以下である場合には、前記スイッチ部によって前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断され、
    停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が前記所定の温度より高い場合には、前記スイッチ部によって前記第２供給経路が切断されるとともに前記第３供給経路が接続される、
    請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記停電前に前記凍結予防用ヒータが動作している場合、
    前記温度検知器の検知結果にかかわらず前記停電後も継続して前記凍結予防用ヒータが動作するように、前記スイッチ部によって前記第２供給経路が接続されるとともに前記第３供給経路が切断される、
    請求項３に記載の燃料電池システム。
  5. 燃料ガスにより発電を行うスタックと、筐体内の凍結を予防する凍結予防用ヒータと、前記スタックで発電された電力のうち余分な電力を消費する余剰電力用ヒータと、前記凍結予防用ヒータ又は前記余剰電力用ヒータに電力を供給するための電力供給経路を切り換えるスイッチ部とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
    系統電源から前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第１供給経路とし、
    前記スタックから前記凍結予防用ヒータへの電力供給経路を第２供給経路とし、
    前記スタックから前記余剰電力用ヒータへの電力供給経路を第３供給経路とすると、
    停電した場合、前記スイッチ部によって、前記第１供給経路を切断し、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換されるまでは前記第２供給経路を切断するとともに前記第３供給経路を接続し、前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は前記第２供給経路を接続するとともに前記第３供給経路を切断する、
    燃料電池システムの運転方法。
  6. 前記スイッチ部は、前記第１供給経路を切断又は接続する第１スイッチ器と、前記第２供給経路と前記第３供給経路とを切り換える第２スイッチ器とを有し、
    停電した場合、
    前記第１スイッチ器によって前記第１供給経路を切断し、
    前記スタックの出力電力が前記凍結予防用ヒータの動作に必要な電力に変換された後は、前記第２スイッチ器によって前記第３供給経路から前記第２供給経路に切り換える、
    請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
  7. 燃料電池システムは、さらに、前記筐体周囲の温度を検知する温度検知器を備え、
    停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が所定の温度以下である場合においては、前記スイッチ部により前記第２供給経路を接続するとともに前記第３供給経路を切断し、
    停電した場合であってかつ前記温度検知器で検知された温度が前記所定の温度より高い場合においては、前記スイッチ部により前記第２供給経路を切断するとともに前記第３供給経路を接続する、
    請求項５又は６に記載の燃料電池システムの運転方法。
  8. 前記停電前に前記凍結予防用ヒータが動作している場合、
    前記温度検知器の検知結果にかかわらず前記停電後も継続して前記凍結予防用ヒータを動作させるように、前記スイッチ部によって前記第２供給経路を接続するとともに前記第３供給経路を切断する、
    請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
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