WO2013099287A1 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

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田中　良和
中村　彰成
浦田　隆行
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the same, and in particular, generates a reducing agent gas containing hydrogen from a raw material gas, and generates electricity by causing an electrochemical reaction between the reducing agent gas and an oxidant gas.
  • the present invention relates to a fuel cell system used in a fuel cell cogeneration system and an operation method thereof.
  • the control device performs power load following operation in which the power supplied from the fuel cell power generation device to the external load is changed according to the change in the power demand of the external load.
  • the control device adjusts the amount of fuel gas and air supplied to the fuel cell stack following the power change, and changes the output power of the fuel cell stack.
  • the control device stops the operation of the fuel cell power generator.
  • the fuel cell power generation device it is possible to prevent a malfunction of the fuel cell stack due to gas shortage.
  • the supply voltage of fuel gas cannot follow the sudden change in output power temporarily and the measurement voltage drops temporarily, the required amount of fuel gas is supplied to the fuel cell stack soon, and the measurement is performed. The voltage may recover. Even in such a case, if the fuel cell power generation device is stopped as soon as the measurement voltage for each unit cell is reduced to a constant voltage, the stop and start of the fuel cell power generation device are unnecessarily repeated.
  • the fuel cell device may not be able to cope with a sudden change in output power due to aging or usage conditions. In such a case, even if the fuel cell device is restarted after being stopped, if the output power is rapidly changed, the same phenomenon as that before the stop occurs, so the fuel cell power generator is stopped. Therefore, the stop and start of the fuel cell power generator are unnecessarily repeated.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and is capable of reducing the repetition of unnecessary stop and start of the fuel cell while preventing problems associated with changes in the output power of the fuel cell. It aims at providing a battery system and its operating method.
  • a fuel cell system includes a supply device that supplies an oxidant gas, a hydrogen generator that generates a reductant gas containing hydrogen from a raw material gas, the reductant gas, and the oxidant gas.
  • a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction; a voltage measuring instrument that measures the voltage of the fuel cell; and a control device that controls each device, the control device changing output power of the fuel cell.
  • the change rate of the output power is changed to the first predetermined value. Before falling It is configured to perform control to decrease lower than the value.
  • the present invention has the above-described configuration, and can prevent a failure associated with a change in the output power of the fuel cell, and can reduce the repetition of unnecessary stop and start of the fuel cell and its operation There is an effect that a method can be provided.
  • 1 is a block diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2 is a graph schematically showing changes with time in electric power and voltage in the fuel cell system of FIG. 1.
  • 2 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system of FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system according to Modification 1.
  • 10 is a graph schematically showing changes with time in electric power and voltage in a fuel cell system according to Modification 2.
  • 10 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system according to Modification 2. It is a block diagram which shows the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a flowchart which shows an example of operation
  • 10 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system according to Modification 3.
  • 10 is a flowchart showing an example of an operation of a fuel cell system according to Modification 4.
  • 10 is a flowchart showing an example of an operation of a fuel cell system according to Modification 5.
  • a fuel cell system includes a supply device that supplies an oxidant gas, a hydrogen generator that generates a reductant gas containing hydrogen from a raw material gas, and the reductant gas and the oxidant gas electrically A fuel cell for generating electricity by chemical reaction; a voltage measuring device for measuring the voltage of the fuel cell; and a control device for controlling each device, wherein the control device changes the output power of the fuel cell.
  • the control device changes the output power of the fuel cell.
  • the fuel cell system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein after the control device decreases the change rate of the output power, the measurement voltage is smaller than the first predetermined value. When the value further decreases, the fuel cell may be configured to perform control to stop power generation.
  • a fuel cell system according to a third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first or second aspect of the present invention, further comprising a storage device that stores the number of times that the measured voltage has decreased to a first predetermined value. As the number of times stored in the apparatus increases, control may be performed to set the output power change rate to be lower.
  • a fuel cell system is the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, further comprising a storage device for storing a time when the measured voltage has become a third predetermined value or more.
  • a storage device for storing a time when the measured voltage has become a third predetermined value or more.
  • the fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, further comprising a storage device that stores the number of times the measured voltage has become a third predetermined value or more. If the number of times that the measured voltage becomes equal to or greater than a third predetermined value after the change rate of the output power is reduced reaches a predetermined number of times, the change rate of the output power You may be comprised so that control which returns to the value before falling to a predetermined value may be performed.
  • the third predetermined value may be larger than the first predetermined value.
  • the fuel cell system according to a seventh aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the control device changes the output power every second predetermined period after reducing the change speed of the output power.
  • the speed may be controlled to return to a value before the measured voltage is reduced to the first predetermined value.
  • a fuel cell system includes a feeder for supplying an oxidant gas, a hydrogen generator for generating a reductant gas containing hydrogen from a raw material gas, and the reducing agent gas and the oxidant gas electrically A fuel cell for generating electricity by chemical reaction; a voltage measuring device for measuring the voltage of the fuel cell; and a control device for controlling each device, wherein the control device changes the output power of the fuel cell.
  • the change rate of the output power is measured before the rate of decrease in the measured voltage reaches the predetermined rate.
  • the change rate of the output power Lower speed is configured to perform control to decrease lower than the value before reaching the predetermined speed.
  • a fuel cell system operating method comprising: a supply device for supplying an oxidant gas; a hydrogen generator for generating a reductant gas containing hydrogen from a raw material gas; the reductant gas and the oxidant
  • An operation method of a fuel cell system comprising: a fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction of gas; a voltage measuring instrument that measures a voltage of the fuel cell; and a control device that controls each device, the control device If the output voltage of the fuel cell is changed and the voltage measured by the voltage measuring instrument is reduced to a first predetermined value, the change rate of the output power is indicated by the first measurement voltage.
  • the change rate of the output power, in front Measurement voltage is reduced lower than the value before the decrease in the first predetermined value.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell system 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 is connected to a commercial power source and a power load by wiring such as an AC power path 22.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell 1 and supplies electric power generated by the fuel cell 1 to an electric power load in conjunction with a commercial power source.
  • This electric power load is a device that consumes electric power such as household appliances.
  • the fuel cell 1 is a device that generates electric power and heat simultaneously by electrochemically reacting a reducing agent gas and an oxidant gas.
  • a solid polymer type, a phosphoric acid type, a solid electrolyte type, or the like is used as the fuel cell 1.
  • the solid polymer type fuel cell will be described.
  • the fuel cell 1 includes a stack in which a plurality of cells are stacked, and each cell includes a polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane.
  • the polymer electrolyte membrane is a membrane that selectively allows hydrogen ions to pass therethrough and moves between a pair of electrodes.
  • the fuel electrode (anode) and the air electrode (cathode) constituting the pair of electrodes have, for example, a catalyst layer and a gas diffusion layer, respectively.
  • the catalyst layer is a porous layer mainly composed of carbon powder supporting a platinum-based metal catalyst, and is disposed on the polymer electrolyte membrane.
  • the gas diffusion layer is a porous layer having both air permeability and electronic conductivity, and is disposed on the catalyst layer.
  • a reducing agent gas supply path 13 is connected to the anode, and an oxidant gas supply path 15 is connected to the cathode.
  • a reducing agent gas discharge path 14 is connected to the anode, and an oxidant gas discharge path 16 is connected to the cathode.
  • a DC power path 21 is connected to the stack of the fuel cell 1 as a supply path for the power generated by the fuel cell 1.
  • the reducing agent gas supply path 13 has a downstream end connected to the anode of the fuel cell 1 and an upstream end connected to the hydrogen generator 2.
  • the hydrogen generator 2 is an apparatus that generates a reducing agent gas by reforming the steam of the reformed water and the hydrocarbon-based raw material.
  • the reducing agent gas is a gas containing a large amount of hydrogen necessary for power generation of the fuel cell 1, and is supplied to the anode of the fuel cell 1 through the reducing agent gas supply path 13.
  • the hydrogen generator 2 includes, for example, a reactor (not shown) including a reforming catalyst for promoting a reforming reaction, a burner (not shown) and an electric heater (not shown) for heating the reactor, and
  • the heater 8 has a temperature adjustment function, and the steam generator 9 supplies steam necessary for the reforming reaction.
  • the hydrogen generator 2 is not particularly limited to this configuration as long as it generates hydrogen.
  • the heater 8 and the steam generator 9 may be incorporated in the hydrogen generator 2 or may be provided separately from the hydrogen generator 2. Further, when the hydrogen generator 2 generates the reducing agent gas without using water vapor, the steam generator 9 may not be provided in the hydrogen generator 2.
  • the downstream end of the reforming water supply path 12 is connected to the steam generator 9 of the hydrogen generator 2.
  • the upstream end of the reforming water supply path 12 is connected to a pure water source (not shown).
  • a pure water source for example, recovered water in the fuel cell system 100, ion exchange water that has been subjected to ion exchange treatment and supplied from the outside of the system, distilled water that has been subjected to distillation treatment, and the like are used. This pure purity may be as much as required by the steam generator 9 or the reactor of the hydrogen generator 2.
  • a raw material gas supply path 11 is connected to the reactor of the hydrogen generator 2.
  • the raw material gas supply path 11 has a downstream end connected to the hydrogen generator 2 and an upstream end connected to a raw material supply source (not shown).
  • the raw material supply source is a natural gas (city gas) infrastructure, an LPG cylinder, or the like.
  • the hydrocarbon-based raw material can generate a hydrogen-containing gas by a steam reforming reaction.
  • natural gas or city gas mainly containing methane, LPG mainly containing butane or propane, kerosene, methanol Alcohol such as dimethyl ether (DME) is used.
  • the oxidant gas supply path 15 has a downstream end connected to the cathode of the fuel cell 1 and an upstream end connected to the air supply device 3.
  • a centrifugal pump, a reciprocating pump, a scroll pump, or the like is used as the air supply device 3.
  • air is used as the oxidant gas, but oxygen or the like can also be used as the oxidant gas.
  • Air from the air supply device 3 is supplied to the cathode of the fuel cell 1 through the oxidant gas supply path 15.
  • the reducing agent gas discharge path 14 has an upstream end connected to the anode of the fuel cell 1 and a downstream end connected to the heater 8 of the hydrogen generator 2.
  • a reducing agent gas that has not been used in the electrochemical reaction in the fuel cell 1 or a hydrocarbon-based raw material that has not been reformed in the hydrogen generator 2 is used as a combustion fuel from the anode to the heater 8 through the reducing agent gas discharge path. 14 is supplied.
  • the heater 8 burns the fuel for combustion and supplies this heat to the reactor and the steam generator 9 of the hydrogen generator 2.
  • the upstream end of the oxidant gas discharge path 16 is connected to the cathode of the fuel cell 1, and the downstream end is open to the atmosphere.
  • This oxidant gas discharge path 16 air that has not been used in the electrochemical reaction in the fuel cell 1 is released into the atmosphere.
  • the DC power path 21 has one end connected to the fuel cell 1 and the other end connected to the power converter 4.
  • the voltage measuring device 6 is provided in the DC power path 21, and the voltage measuring device 6 measures the voltage of the power output from the fuel cell 1 and transmits the measured voltage to the control device 7.
  • the power conversion device 4 converts the DC power output from the fuel cell 1 into AC power having the same frequency as that of the AC power of the commercial power supply.
  • One end of the AC power path 22 is connected to the power converter 4 and the other end is connected to the power load.
  • the AC power path 22 is provided with a power load measuring device 5, which measures the demand amount of the power load and transmits it to the control device 7.
  • the control device 7 is connected to each device such as the hydrogen generator 2 and various sensors (not shown) by signal lines, and controls each device in the fuel cell system 100 by transmitting and receiving signals to and from these devices. For example, the control device 7 determines the target power that the fuel cell 1 generates based on the demand amount of the power load, and the power converter 4, the hydrogen generator 2, and the air supply so that the fuel cell 1 generates the target power. The internal load of the device 3 is controlled.
  • the control device 7 may be configured to perform centralized control with a single controller, or may be configured to perform distributed control with a plurality of controllers.
  • the control device 7 only needs to have a control function, and is configured by, for example, a microcomputer, a processor, a logic circuit, and the like.
  • FIG. 2 is a graph schematically showing temporal changes in power and voltage in the fuel cell system 100.
  • the vertical axis of the upper graph shows the output power and target power of the fuel cell 1. Note that the dotted line in the upper graph indicates the normal output power, the solid line indicates the abnormal output power, and the broken line indicates the target power.
  • the vertical axis of the lower graph indicates the voltage (measurement voltage) of the output power of the fuel cell 1 measured by the voltage measuring device 6, the dotted line indicates the normal voltage, and the solid line indicates the abnormal voltage.
  • the horizontal axis of both graphs indicates time.
  • the fuel cell system 100 When the fuel cell system 100 is activated, AC power from a commercial power source is converted into DC power by the power conversion device 4, and DC power is supplied to internal loads such as the hydrogen generator 2 and the air supply device 3. Thereby, the reactor and the steam generator 9 of the hydrogen generator 2 are heated by the burner and electric heater of the heater 8 to generate water vapor and a reducing agent gas. The reducing agent gas and the air from the air supply device 3 undergo an electrochemical reaction, and the fuel cell 1 generates power.
  • the voltage measuring device 6 measures the voltage of the electric power output from the fuel cell 1 and transmits this measured voltage to the control device 7.
  • the control apparatus 7 measures the electric power supplied to an electric power load by the electric power load measuring device 5, and determines target electric power based on this electric power load demand amount.
  • the control device 7 supplies the hydrocarbon-based raw material and reformed water to the hydrogen generator 2 so that the reductant gas and air necessary for generating the target power are supplied to the fuel cell 1.
  • the drive amount of the air supply device 3 is controlled.
  • the control device 7 When the power load demand is equal to or higher than the rated output of the fuel cell system 100, the control device 7 performs a power generation operation of the fuel cell system 100 using the target power as the rated output, and the power converter 4 uses the output power as a power load. Supply via the AC power path 22. At this time, the shortage of the power load demand is covered by the commercial power source connected to the AC power path 22. On the other hand, when the power load demand is less than the rated output of the fuel cell system 100, the control device 7 performs the power generation operation of the fuel cell system 100 so that the output power becomes the target power corresponding to the power load demand, and this output power. Is supplied to the power load by the power conversion device 4.
  • the target power becomes constant as shown by the broken line at time 0-A in the upper graph in FIG. 2, and the solid line at time 0-A in the lower graph. As shown, the measured voltage is almost unchanged.
  • the control device 7 changes the output power so that the output power of the fuel cell 1 becomes the target power, and controls the hydrogen generator 2 and the like so that the supply amount of the reducing agent gas according to this changes.
  • the amount of each gas corresponding to the change in the output power is generated simultaneously with the change in the output power.
  • the device 2 and the air supply device 3 cannot supply the fuel cell 1.
  • a predetermined change speed for example, 1 W / second, as indicated by a dotted line at time: AB ′ in the upper graph of FIG.
  • the output power is changed to become the target power.
  • the measured voltage gradually decreases at a speed according to the increase in output power.
  • the activity of the reforming catalyst of the hydrogen generator 2 is low and the hydrogen generation capability of the reducing agent gas is low, or the delivery capability of the air supply device 3 is low. There is. In this case, the response delay of each device with respect to the change in output power is large. For this reason, the required amount of reducing agent gas or oxidant gas corresponding to the change in the output power is not supplied to the fuel cell 1, and the amount of each gas in the fuel cell 1 is insufficient.
  • the response delay of each device with respect to changes in output power may be large.
  • the fuel cell system 100 is operated at the lowest output for a long time, only a part of the evaporation part (not shown) of the steam generator 9 is used, and the surface of the evaporation part becomes uneven. There is. In this case, the evaporation amount of the steam generator 9 does not continuously increase as the output power increases, and accordingly, the amount of reducing agent gas generated in the hydrogen generator 2 can follow the increase in output power. Can not. Therefore, the reductant gas is temporarily insufficient in the fuel cell 1.
  • the control device 7 monitors the output voltage of the fuel cell 1 based on the voltage measured by the voltage meter 6.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100.
  • a first predetermined value for example, 85% of the normal voltage at the rated output
  • the control device 7 determines whether or not (step S1).
  • step S1 the control device 7 indicates the output power as shown by the solid line in the upper graph of FIG.
  • the change speed is lowered from 1 W / second to 0.7 W / second (step S2).
  • the amount of each gas required for the output power is reduced, so that the gas shortage is resolved and the fuel cell 1 can stably generate power.
  • the measured voltage recovers and then gradually decreases as the output power increases. Then, after the output power reaches the target power at time C of the upper glass, the measured voltage becomes constant as shown in the lower graph.
  • the change speed of the output power before the reduction is lower than 1 W / second: 0.7 W / second. Reduced the rate of change to seconds.
  • the operation of the fuel cell system 100 can be continued. it can. For this reason, the stop and start of the fuel cell 1 are prevented from being repeated unnecessarily.
  • Modification 1 In the fuel cell system 100 according to the first modification of the first embodiment, when the control device 7 changes the output power of the fuel cell 1, when the measured voltage decreases to the first predetermined value, the control device 7 Stop power generation. When the output power is changed during the operation in which the power generation is resumed after the stop, the change speed of the output power is lowered to be lower than the change speed of the output power before the measured voltage is reduced to the first predetermined value (the absolute speed of change). Decrease the value).
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100 of the first modification.
  • the control device 7 controls the fuel cell 1. Is stopped, and the power generation operation of the fuel cell system 100 is stopped (step S4). Then, the fuel cell system 100 is activated by a restart that is automatically performed after the stop or a power generation request by the user.
  • the target power is changed in accordance with the amount of power demanded by the external load in a state where the fuel cell 1 is generating power, the output power is changed to be the target power.
  • the change speed of the output power is set to a change speed of the output power before the measurement voltage drops to the first predetermined value: lower than 1 W / second, for example, 0.7 W / second (step S5).
  • the control device 7 changes the output power of the fuel cell 1 in accordance with the set change speed of the output power.
  • the rate of change is reduced.
  • the malfunction by gas shortage is avoided.
  • the power generation operation of the fuel cell system 100 can be continued by suppressing the occurrence of gas shortage.
  • the control device 7 reduces the change rate of the output power because the measurement voltage has reached the first predetermined value, and then the measurement voltage becomes the first predetermined voltage. When it further falls to the second predetermined value smaller than the value, the power generation of the fuel cell 1 is stopped.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing temporal changes in power and voltage of the fuel cell system 100 according to Modification 2.
  • the vertical axis of the upper graph shows the output power and target power of the fuel cell 1. Note that the dotted line in the upper graph indicates the normal output power, the solid line indicates the abnormal output power, and the broken line indicates the target power.
  • the vertical axis of the lower graph indicates the voltage (measurement voltage) of the output power of the fuel cell 1 measured by the voltage measuring device 6, the dotted line indicates the normal voltage, and the solid line indicates the abnormal voltage.
  • the horizontal axis of both graphs indicates time.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100.
  • the target power changes according to the transition of the power demand of the external load. Accordingly, as indicated by the solid line, the output power is changed at a predetermined change rate, for example, 1 W / second, taking into account a response delay with respect to a change in the target power inherent in the fuel cell system 100.
  • the measured voltage gradually decreases as the output power increases.
  • the measurement voltage starts to drop suddenly.
  • step S6 When the measured voltage reaches the first predetermined value at time B in the lower graph (step S6: YES), the control device 7 sets the change rate of the output power to, for example, 1 W / second as shown by the solid line in the upper graph. The second time is reduced to 0.7 W / second (step S7). Thereby, although the amount of each gas which the fuel cell 1 requires decreases, the supply amount of each gas is not satisfy
  • a second predetermined value for example, 75% of the normal voltage at the rated output
  • the power generation of the fuel cell 1 is stopped after attempting to solve the gas shortage by lowering the change speed of the output power by making the second predetermined value lower than the first predetermined value. For this reason, while increasing the opportunity which can continue a power generation driving
  • the control device 7 when the measured voltage is reduced to the first predetermined value when the output power is changed, the control device 7 reduces the change speed of the output power. On the other hand, when the output power is changed, the measurement voltage decreases, and when the decrease speed of the measurement voltage increases and reaches the first predetermined speed, the control device 7 decreases the change speed of the output power. May be.
  • the control device 7 when the measured voltage further decreases to a second predetermined value smaller than the first predetermined value after decreasing the change speed of the output power, the control device 7 causes the fuel cell to 1 power generation was stopped. On the other hand, if the measurement voltage decreases to the first predetermined speed after the change speed of the output power is lowered, and the decrease speed of the measurement voltage further increases and reaches the second predetermined speed, the control device 7 May stop the power generation of the fuel cell 1.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a fuel cell system 100 according to the second embodiment.
  • the fuel cell system 100 according to Embodiment 2 further includes a storage device 10 that stores the number of times the measured voltage has decreased to the first predetermined value, and the storage device 10 is provided in the control device 7. It has been.
  • the storage device 10 further stores the relationship between the voltage drop number and the output voltage change rate. This relationship is a mathematical formula, database, or the like, and is expressed so that the number of voltage drops corresponds to the change rate of the output voltage. Based on this relationship, the control device 7 sets the change rate of the output power so as to decrease as the number of times stored in the storage device 10 increases.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100.
  • the control device 7 sets the target power according to the transition of the power demand of the external load, and changes the output power so that the output power of the fuel cell 1 becomes the target power.
  • the control device 7 monitors whether or not the measured voltage reaches the first predetermined value after the output power starts changing until the target power is reached (step S21).
  • the control device 7 adds “+1” to the number of times the voltage has been stored and stores it in the storage device 10 (step S22).
  • the voltage decrease count is stored for the first time (first time)
  • the voltage decrease count already stored in the storage device 10 is “0”. For this reason, when “1” is added, the number of times the voltage stored in the storage device 10 decreases is “1”.
  • the control device 7 obtains the change rate of the output power according to the number of reductions based on the relationship between the number of voltage reductions stored in the storage device 10 and the change rate of the output voltage (step S23). For example, when the number of voltage drops is “1”, the change rate of the output voltage is reduced from 1.0 W / second to 0.8 W / second. In accordance with the reduced change speed, the control device 7 changes the output power of the fuel cell 1 to the target power and performs a power generation operation.
  • step S21 when the measured voltage reaches the first predetermined value during the period from the start of the change in output power to the achievement of the target power during the power generation operation or during the next power generation operation after the stop (step S21). ), The control device 7 adds “+1” to the already stored voltage drop count and records it in the storage device 10 (step S22).
  • the change rate of the output voltage is reduced from 0.8 W / second to 0.5 W / second, and the power generation operation is performed at this change rate: 0.5 W / second.
  • step S23 when the number of voltage drops is “2”, the change rate of the output voltage is reduced from 0.8 W / second to 0.5 W / second, and the power generation operation is performed at this change rate: 0.5 W / second.
  • the power generation operation can be continued even in a state where the response delay has increased. it can.
  • the number of times the measured voltage is reduced to the first predetermined value is measured in one operation from the start to the stop of power generation of the fuel cell 1, and the number of times is decreased according to the number of times.
  • the rate of change of output power was set.
  • the number of times that the measured voltage has decreased to the first predetermined value may be measured, and the change rate of the output power may be set so as to decrease according to the number of times of operation.
  • the storage device 10 is configured such that the voltage of the fuel cell 1 measured by the voltage measuring device 6 is a third predetermined value (for example, a normal voltage at the rated output). 90%) or more is stored.
  • the control device 7 reduces the measurement voltage to the first predetermined value when the time when the measurement voltage becomes equal to or higher than the third predetermined value reaches the first predetermined period after reducing the change rate of the output power. Return the change speed of output power to the previous change speed.
  • the third predetermined value is larger than the first predetermined value.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100.
  • the control device 7 determines whether or not the measured voltage is equal to or greater than a third predetermined value (step S31). The time during which the measured voltage is equal to or greater than the third predetermined value is measured, and this duration is recorded in the storage device 10 (step S32).
  • the control device 7 sets the change speed of the output power of the fuel cell 1 to the initial speed (for example, 1 W / The power generation operation is continued (step S34).
  • the initial speed is a predetermined speed in consideration of a response delay with respect to a change in target power inherent in the fuel cell system 100.
  • control device 7 can determine that the gas shortage has been resolved when the period in which the power generation voltage (measurement voltage) of the fuel cell 1 is equal to or greater than the third predetermined value reaches the first predetermined period. it can.
  • the control device 7 can determine that the gas shortage has been resolved when the period in which the power generation voltage (measurement voltage) of the fuel cell 1 is equal to or greater than the third predetermined value reaches the first predetermined period. it can.
  • control device 7 performs the processing based on the flowchart shown in FIG. 9 after reducing the change rate of the output power according to the flowchart shown in FIG.
  • control device 7 may perform the processing based on the flowchart shown in FIG. 9 after reducing the change speed of the output power according to the flowchart shown in FIG. 3, FIG. 4, or FIG. 6.
  • the change speed of the output power is returned to the initial speed in step S34.
  • the value of the returned change speed can be the reduction speed of the output power before the measurement voltage drops to the first predetermined value.
  • the value of the change speed to be returned may be a value larger than the change speed before being returned.
  • the storage device 10 stores the number of times that the measured voltage has become equal to or greater than the third predetermined value.
  • the control device 7 outputs the output before the measured voltage decreases to the first predetermined value. Return the output power change rate to the power change rate.
  • the third predetermined value is larger than the first predetermined value.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100.
  • the control device 7 starts power generation of the fuel cell 1 (step S41), and the power generation voltage (measurement voltage) of the fuel cell 1 measured by the voltage measuring device 6 is a third predetermined value (for example, the control device 7 determines whether or not 90% of the normal voltage at the rated output has been reached (step S42).
  • the control device 7 determines whether or not 90% of the normal voltage at the rated output has been reached (step S42).
  • the control device 7 determines whether or not 90% of the normal voltage at the rated output has been reached (step S42).
  • the measured voltage becomes less than the third predetermined value (step S42: NO).
  • the change speed of the output power is determined based on the relationship between the number of voltage drops and the change speed in step S23 of FIG. 8, and is reduced from the initial speed (for example, 1 W / second).
  • the subsequent change speed of the output power is set to a value lower than the initial speed based on the flowchart of FIG.
  • the number of operations stored in the storage device 10 when the measured voltage reaches the third predetermined value may be reset to “0”.
  • Step S42 YES
  • the control device 7 stores the number of times that the measured voltage has reached the third predetermined value (step S). At this time, “1” is added to the number of operations already stored in the storage device 10, and the number of operations is stored in the storage device 10.
  • step S45: NO If the number of operations stored in the storage device 10 is less than a predetermined number (for example, 3 times) (step S45: NO), the change speed of the output power is maintained at a value lower than the initial speed. On the other hand, if the number of operations is equal to or greater than the predetermined number (step S45: YES), the control device 7 sets the change speed of the output power of the fuel cell 1 to the initial speed (for example, 1 W / second), assuming that the gas shortage has been resolved. Return (step S46). Then, after stopping, the fuel cell system 100 is started again, and the power generation of the fuel cell 1 is started (step S41). At this time, the output power is changed at the initial speed.
  • a predetermined number for example, 3 times
  • the power generation voltage of the fuel cell 1 becomes the third predetermined value or more
  • a third predetermined value that is a criterion for increasing the change rate of the output power is set larger than a first predetermined value that is a criterion for decreasing the change rate of the output power. For this reason, even if the change speed of the output power is increased, a situation in which the power generation voltage of the fuel cell 1 is rapidly reduced is unlikely to occur. Therefore, it is possible to reduce repetition of unnecessary stop and start of the fuel cell 1 while preventing problems associated with a decrease in the output power of the fuel cell 1.
  • the change speed of output electric power was reduced according to the flowchart shown in FIG.
  • the change speed of the output power may be reduced according to the flowchart shown in FIG. 3, FIG. 4, or FIG.
  • the change speed of the output power is returned to the initial speed in step S46.
  • the value of the returned change speed can be the reduction speed of the output power before the measurement voltage drops to the first predetermined value.
  • the value of the change speed to be returned may be a value larger than the change speed before being returned.
  • the number of operations when the measured voltage reaches the third predetermined value is measured, and when the number of operations reaches the predetermined number, the change speed of the output power is returned to the initial speed.
  • the number of times that the measurement voltage reaches the third predetermined value in one operation from the start to the stop of power generation of the fuel cell 1 may be measured. In this case, when the measured number reaches the predetermined number, the changing speed of the output power is returned to the initial speed.
  • the control device 7 reduces the change rate of the output power and then decreases the measurement voltage to the first predetermined value every second predetermined period.
  • the output power change speed is returned to the previous output power change speed.
  • the storage device 10 stores the elapsed time since the change rate of the output power is reduced.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system 100.
  • the control device 7 measures a period from a predetermined time point and stores this elapsed period in the storage device 10 (step S51).
  • the predetermined time points include, for example, when the fuel cell system 100 is energized, when power generation of the fuel cell 1 is started, when the output power is changed, when the change speed of the output power is reduced, and when the measurement voltage is The time when it falls to the 1st predetermined value etc. are mentioned.
  • the control device 7 determines whether or not the elapsed period has reached a second predetermined period (for example, one week) (step S52). When the elapsed period reaches the second predetermined period (step S52: YES), the control device 7 returns the change speed of the output power of the fuel cell 1 to the initial speed (for example, 1 W / second), assuming that the gas shortage has been resolved. (Step S53) After the elapsed period of the storage device 10 is reset to zero (Step S54), the power generation operation is continued.
  • the initial speed is a reduction speed of the output power before the measurement voltage drops to the first predetermined value.
  • control device 7 performs the processing based on the flowchart shown in FIG. 11 after reducing the change rate of the output power according to the flowchart shown in FIG.
  • control device 7 may perform the processing based on the flowchart shown in FIG. 11 after reducing the change speed of the output power according to the flowchart shown in FIG.
  • the change speed of the output power is returned to the initial speed in step S53.
  • the value of the returned change speed can be the reduction speed of the output power before the measurement voltage drops to the first predetermined value.
  • the value of the change speed to be returned may be a value larger than the change speed before being returned.
  • the control device 7 may reduce the change speed of the output power. Further, after the output voltage change rate is lowered, the measurement voltage decreases to the first predetermined speed, and when the measurement voltage decreases further and reaches the second predetermined speed, the control device 7 The power generation of the battery 1 may be stopped.
  • the control device 7 returns the decreasing rate of the output power to the initial speed based on the time and the number of times when the measured voltage becomes equal to or higher than the third predetermined value. It was. On the other hand, when the measured voltage rises and the measured voltage rise speed reaches the third predetermined speed, the decreasing output power change speed is controlled to the initial speed based on the time and frequency. Device 7 may be returned.
  • the fuel cell system of the present invention is useful as a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system that can reduce the repetition of unnecessary stop and start of the fuel cell while preventing problems associated with changes in output power of the fuel cell. is there.

Abstract

　本発明の燃料電池システムは、供給器、水素生成装置、燃料電池、電圧計測器および制御装置を備え、制御装置は、燃料電池の出力電力を変化したとき、電圧計測器による計測電圧が第一の所定値に低下した場合、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の変化速度より低く出力電力の変化速度を下げる制御、または、燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において出力電力を変化するとき、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の変化速度より低く出力電力の変化速度を下げる制御を行うように構成されている。

Description

燃料電池システムおよびその運転方法
　本発明は、燃料電池システムおよびその運転方法に関し、特に、原料ガスから水素を含む還元剤ガスを生成し、この還元剤ガスおよび酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する、たとえば、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムに用いられる、燃料電池システムおよびその運転方法に関する。
　従来、燃料電池の出力電力が変化する際に燃料電池の不具合が発生することを防止する燃料電池システムが知られている。たとえば、特許文献１に示す燃料電池発電装置では、燃料処理装置において炭化水素系燃料から水素リッチな燃料ガスを改質反応により生成している。そして、複数の単位セルの積層体からなる燃料電池スタックにおいて、燃料ガスと空気とを化学反応することにより発電し、各単位セルに設けられた電圧検出器が単位セル毎の計測電圧を検出している。
　制御装置は、外部負荷の電力需要量の変化に応じて燃料電池発電装置から外部負荷へ供給する電力を変化させる、電力負荷追従運転を実施している。この場合、制御装置は、電力変化に追従して燃料電池スタックに供給される燃料ガスや空気の量を調整し、燃料電池スタックの出力電力を変化させている。ただし、出力電力が急激に上昇する場合、その上昇に対応して燃料ガスなどの供給量が増加せず、燃料電池スタックにガス不足が発生することがある。これを回避するため、単位セル毎の計測電圧が一定電圧に低下した場合、制御装置は燃料電池発電装置の運転を停止している。
特開平６－２４３８８２号公報
　上記燃料電池発電装置では、ガス不足に起因する燃料電池スタックの不具合を防止することができる。ただし、出力電力の急激な変化に燃料ガスの供給量が一時的に追随できずに、計測電圧が一時的に低下するものの、間もなく必要な量の燃料ガスが燃料電池スタックに供給されて、計測電圧が回復することがある。このような場合でも、単位セル毎の計測電圧が一定電圧に低下した途端に燃料電池発電装置を停止すると、燃料電池発電装置の停止および起動が不必要に繰り返されてしまう。
　また、経年劣化や使用状態などにより燃料電池装置が出力電力の急激な変化に対応することができない場合がある。このような場合、燃料電池装置を停止後に再運転しても、出力電力を急激に変化させると、停止前と同様の現象が生じるため、燃料電池発電装置が停止される。よって、燃料電池発電装置の停止および起動が不必要に繰り返されることになる。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の出力電力の変化に伴う不具合を防止しながら、燃料電池の不必要な停止および起動の繰り返しを低減し得る、燃料電池システムおよびその運転方法を提供することを目的としている。
　本発明のある態様に係る、燃料電池システムは、酸化剤ガスを供給する供給器と、原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、各機器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が第一の所定値に低下した場合には、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる制御、または、前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる制御を行うように構成されている。
　本発明は、以上に説明した構成を有し、燃料電池の出力電力の変化に伴う不具合を防止しながら、燃料電池の不必要な停止および起動の繰り返しを低減し得る、燃料電池システムおよびその運転方法を提供することができるという効果を奏する。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムを示すブロック図である。 図１の燃料電池システムにおける電力および電圧の経時変化を模式的に示すグラフである。 図１の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 変形例１に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 変形例２に係る燃料電池システムにおける電力および電圧の経時変化を模式的に示すグラフである。 変形例２に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムを示すブロック図である。 図５の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 変形例３に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 変形例４に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 変形例５に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
　第１の本発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガスを供給する供給器と、原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、各機器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が第一の所定値に低下した場合には、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる制御、または、前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる制御を行うように構成されている。
　第２の本発明に係る燃料電池システムは、第１の発明において、前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後に、前記計測電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値にさらに低下した場合、前記燃料電池の発電を停止する制御を行うように構成されていてもよい。
　第３の本発明に係る燃料電池システムは、第１または第２の発明において、前記計測電圧が第一の所定値に低下した回数を記憶する記憶装置をさらに備え、前記制御装置は、前記記憶装置に記憶される前記回数が増加するに従って、前記出力電力の変化速度をより低く設定する制御を行うように構成されていてもよい。
　第４の本発明に係る燃料電池システムは、第１～第３のいずれかの発明において、前記計測電圧が第三の所定値以上になった時間を記憶する記憶装置をさらに備え、前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後に、前記計測電圧が第三の所定値以上になった時間が第一の所定期間に達した場合、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値に戻す制御を行うように構成されていてもよい。
　第５の本発明に係る燃料電池システムは、第１～第３のいずれかの発明において、前記計測電圧が第三の所定値以上になった回数を記憶する記憶装置をさらに備え、前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後に、前記計測電圧が第三の所定値以上になった回数が所定回数に達した場合、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値に戻す制御を行うように構成されていてもよい。
　第６の本発明に係る燃料電池システムは、第４または第５の発明において、前記第三の所定値が、前記第一の所定値よりも大きくてもよい。
　第７の本発明に係る燃料電池システムは、第１～第６の発明において、前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後、第二の所定期間毎に、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値に戻す制御を行うように構成されていてもよい。
　第８の本発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガスを供給する供給器と、原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、各機器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が低下し、前記計測電圧の低下速度が所定速度に達した場合には、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧の低下速度が所定速度に達する前の値よりも低く下げる制御、または、前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧の低下速度が所定速度に達する前の値よりも低く下げる制御を行うように構成されている。
　第９の本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、酸化剤ガスを供給する供給器と、原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、各機器を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が第一の所定値に低下した場合には、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる、または、前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００を示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、商用電源および電力負荷と交流電力経路２２などの配線により相互に接続されている。燃料電池システム１００は、燃料電池１を備え、燃料電池１で発電された電力を商用電源と連係して電力負荷に供給している。この電力負荷は、家庭の電化製品などの電力を消費する機器である。
　燃料電池１は、還元剤ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、電力および熱を同時に発生させる装置である。燃料電池１としては、固体高分子型、リン酸型、固体電解質型などが用いられるが、ここでは、固体高分子型燃料電池について説明する。燃料電池１は複数のセルが積層されたスタックを備え、各セルは高分子電解質膜と、高分子電解質膜を間に挟む一対の電極を含んでいる。高分子電解質膜は、含有する水により水素イオンを選択的に通過させ、一対の電極間を移動させる膜である。一対の電極を構成する燃料極（アノード）および空気極（カソード）は、たとえば、触媒層およびガス拡散層をそれぞれ有している。この触媒層は、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とした多孔質層であって、高分子電解質膜上に配されている。ガス拡散層は、通気性および電子導電性を併せ持つ多孔質層であって、触媒層上に配されている。
　燃料電池１において電気化学反応に必要なガスの供給経路として、還元剤ガス供給経路１３がアノードに接続され、酸化剤ガス供給経路１５がカソードに接続されている。また、燃料電池１において電気化学反応に不要なガスの排出経路として、還元剤ガス排出経路１４がアノードに接続され、酸化剤ガス排出経路１６がカソードに接続されている。さらに、燃料電池１で発電した電力の供給経路として直流電力経路２１が燃料電池１のスタックに接続されている。
　還元剤ガス供給経路１３は、その下流端が燃料電池１のアノードに接続され、上流端が水素生成装置２に接続されている。水素生成装置２は、添加した改質水の水蒸気と炭化水素系原料とを改質反応させて、還元剤ガスを生成する装置である。還元剤ガスは、燃料電池１の発電に必要な水素を多く含むガスであって、還元剤ガス供給経路１３により燃料電池１のアノードに供給される。水素生成装置２は、たとえば、改質反応を促進する改質触媒を含む反応器（図示せず）と、反応器を加熱するバーナ（図示せず）および電気ヒータ（図示せず）を含みかつ温度調整機能を有する加熱器８と、改質反応に必要な水蒸気を供給する蒸気発生器９とにより構成されている。ただし、水素生成装置２は、水素を生成するものであれば特にこの構成に限定されない。また、加熱器８および蒸気発生器９は、水素生成装置２に組み込まれていてもよいし、水素生成装置２と別に設けられていてもよい。また、水素生成装置２が水蒸気を用いずに還元剤ガスを生成する場合、蒸気発生器９が水素生成装置２に設けられなくてもよい。
　水素生成装置２の蒸気発生器９に改質水供給経路１２の下流端が接続されている。改質水供給経路１２の上流端は、純水源（図示せず）に接続されている。純水としては、たとえば、燃料電池システム１００内の回収水、イオン交換処理がなされてシステム外部から供給されるイオン交換水、蒸留処理がなされた蒸留水などが用いられる。この純粋の純度は、蒸気発生器９や水素生成装置２の反応器で要求される程度であればよい。この水素生成装置２の反応器に原料ガス供給経路１１が接続されている。
　原料ガス供給経路１１は、その下流端が水素生成装置２に接続され、上流端が原料供給源（図示せず）に接続されている。原料供給源は、天然ガス（都市ガス）のインフラストラクチャ、ＬＰＧのボンベなどである。炭化水素系原料は、水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成できるものであって、たとえば、メタンを主成分とする天然ガスや都市ガス、ブタンやプロパンなどを主成分とするＬＰＧ、灯油、メタノールなどのアルコール、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）が用いられる。
　酸化剤ガス供給経路１５は、その下流端が燃料電池１のカソードに接続され、上流端が空気供給装置３に接続されている。空気供給装置３としては、たとえば、遠心ポンプや往復ポンプ、スクロールポンプなどが用いられる。この場合、酸化剤ガスとして空気が用いられるが、この他に酸素なども酸化剤ガスとして用いることができる。空気供給装置３からの空気は、酸化剤ガス供給経路１５によって燃料電池１のカソードに供給される。
　還元剤ガス排出経路１４は、その上流端が燃料電池１のアノードに接続され、下流端が水素生成装置２の加熱器８に接続されている。燃料電池１で電気化学反応に用いられなかった還元剤ガスや、水素生成装置２で改質されなかった炭化水素系原料が、燃焼用の燃料として、アノードから加熱器８へ還元剤ガス排出経路１４を通って供給される。加熱器８は、これらの燃焼用の燃料を燃焼させて、この熱を水素生成装置２の反応器や蒸気発生器９に供給する。
　酸化剤ガス排出経路１６は、その上流端が燃料電池１のカソードに接続され、下流端が大気に開放されている。この酸化剤ガス排出経路１６により、燃料電池１で電気化学反応に用いられなかった空気が大気中に放出される。
　直流電力経路２１は、その一端が燃料電池１に接続され、他端が電力変換装置４に接続されている。この直流電力経路２１に電圧計測器６が設けられており、電圧計測器６は燃料電池１から出力される電力の電圧を計測し、計測電圧を制御装置７に伝達する。
　電力変換装置４は、燃料電池１から出力された直流電力を、商用電源の交流電力の周波数と同じ周波数を持つ交流電力に変換する。この電力変換装置４に交流電力経路２２の一端が接続され、他端が電力負荷に接続される。この交流電力経路２２には電力負荷計測器５が設けられ、電力負荷計測器５は電力負荷の需要量を計測して制御装置７に伝達する。
　制御装置７は、水素生成装置２などの各機器や各種センサ（図示せず）と信号線で接続され、これらと信号を送受信することにより燃料電池システム１００における各機器を制御する。たとえば、制御装置７は、電力負荷の需要量に基づいて燃料電池１が発電する目標電力を決定し、かつ燃料電池１が目標電力を発電するよう電力変換装置４、水素生成装置２や空気供給装置３などの内部負荷を制御する。制御装置７は、単独の制御器で集中制御を行うように構成されていてもよく、複数の制御器で分散制御を行うように構成されていてもよい。制御装置７は、制御機能を有すればよく、たとえば、マイクロコンピュータ、プロセッサ、論理回路等で構成される。
　次に、上記燃料電池システム１００の動作（運転方法）を説明する。図２は、燃料電池システム１００における電力および電圧の経時変化を模式的に示すグラフである。上段のグラフの縦軸は燃料電池１の出力電力および目標電力を示している。なお、上段のグラフ中の点線は通常時の出力電力、実線は異常時の出力電力、破線は目標電力を示している。また、下段のグラフの縦軸は電圧計測器６により計測された燃料電池１の出力電力の電圧（計測電圧）を示し、点線は通常時の電圧、実線は異常時の電圧を示している。そして、両方のグラフの横軸は時刻を示す。
　燃料電池システム１００の起動時には、商用電源からの交流電力が電力変換装置４で直流電力に変換されて、直流電力が水素生成装置２や空気供給装置３などの内部負荷に供給される。これにより、水素生成装置２の反応器や蒸気発生器９は加熱器８のバーナや電気ヒータにより加熱されて、水蒸気および還元剤ガスが生成される。この還元剤ガスと、空気供給装置３からの空気とが電気化学反応し、燃料電池１は発電する。そして、電圧計測器６は、燃料電池１から出力される電力の電圧を計測し、この計測電圧を制御装置７に送信する。また、制御装置７は、電力負荷に供給される電力を電力負荷計測器５によって計測し、この電力負荷需要量に基づいて目標電力を決定する。制御装置７は、この目標電力を発電するために必要な量の還元剤ガスおよび空気が燃料電池１へ供給されるように、水素生成装置２への炭化水素系原料および改質水の供給量、空気供給装置３の駆動量などを制御する。
　そして、電力負荷需要量が燃料電池システム１００の定格出力以上である場合、制御装置７は目標電力を定格出力として燃料電池システム１００を発電運転し、この出力電力を電力負荷に電力変換装置４が交流電力経路２２を介して供給する。このとき、電力負荷需要量の不足分は、交流電力経路２２に接続されている商用電源により賄う。一方、電力負荷需要量が燃料電池システム１００の定格出力未満である場合、制御装置７は電力負荷需要量相当の目標電力に出力電力がなるように燃料電池システム１００を発電運転し、この出力電力を電力負荷へ電力変換装置４が供給する。
　この発電運転時、電力負荷需要量が一定である場合、図２の上段グラフの時刻：０－Ａにおいて破線で示すように目標電力が一定になり、下段グラフの時刻：０－Ａにおいて実線で示すように計測電圧はほぼ変化しない。
　図２の各グラフにおける時刻：Ａで電力負荷需要量が上昇すると、これに伴い、上段グラフの破線で示すように目標電力が高く設定される。これに従って、制御装置７は、燃料電池１の出力電力が目標電力になるように出力電力を変化させるとともに、これに応じた還元剤ガスの供給量になるように水素生成装置２などを制御する。しかし、炭化水素系原料、還元剤ガスおよび酸化剤ガスは各経路１１、１３、１５を介して供給されるという物理的要因により、出力電力の変化と同時にそれに見合った量の各ガスを水素生成装置２および空気供給装置３が燃料電池１に供給することができない。また、加熱により水蒸気が蒸気発生器９で生成されたり、改質反応により還元剤ガスが水素生成装置２で生成されたりするという化学的要因により、出力電力の変化と同時にそれに見合った量の還元剤ガスを燃料電池１に供給することができない。このような燃料電池システム１００の固有の出力電力の変化に対する応答遅れを考慮し、図２の上段グラフの時刻：Ａ－Ｂ’において点線で示すように、所定の変化速度、たとえば、１Ｗ／秒で、出力電力を目標電力になるように変化させていく。この場合、図２の下段グラフの時刻：Ａ－Ｂ’において点線で示すように、計測電圧は出力電力の上昇に従った速度で徐々に減少していく。そして、上段グラフの時刻：Ｂ’で出力電力が目標電力に達して一定になると、下段グラフで示すように、計測電圧も一定になる。
　これに対して、燃料電池システム１００の経年劣化などによって、水素生成装置２の改質触媒の活性が低く還元剤ガスの水素生成能力が低かったり、空気供給装置３の送出能力が低かったりすることがある。この場合、出力電力の変化に対する各装置の応答遅れが大きくなっている。このため、出力電力の変化に応じた還元剤ガスまたは酸化剤ガスの必要量が燃料電池１に供給されず、燃料電池１における各ガスの量が不足する。
　また、燃料電池システム１００の使用状態などによって、出力電力の変化に対する各装置の応答遅れが大きくなっていることがある。たとえば、長期間、最低出力で燃料電池システム１００が運転されると、蒸気発生器９の蒸発部（図示せず）の一部しか使用されず、蒸発部の表面が不均一な状態になることがある。この場合、蒸気発生器９の蒸発量は出力電力の上昇に応じて連続的に増加せず、これに伴い、水素生成装置２における還元剤ガスの生成量も出力電力の上昇に追随することができない。よって、燃料電池１において還元剤ガスが一時的に不足してしまう。
　このようなガス不足の場合、燃料電池１の出力電圧は出力電力の上昇に従った一定の速度で徐々に減少せずに、急激に低下する。このため、電圧計測器６による計測電圧に基づいて、制御装置７は燃料電池１の出力電圧を監視する。
　図３は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、出力電力が変化開始してから目標電力に達するまでの間に、計測電圧が第一の所定値（たとえば、定格出力時の正常電圧の８５％）に達したか否かを制御装置７は判定する（ステップＳ１）。図２の下段グラフの時刻：Ａ’でガス不足が生じると、実線で示すように計測電圧が落ち始める。そして、図２の下段グラフの時刻：Ｂで計測電圧が第一の所定値に達すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御装置７は、図２の上段グラフの実線に示すように、出力電力の変化速度を、たとえば、１Ｗ／秒から０．７Ｗ／秒へ下げる（ステップＳ２）。これにより、出力電力に必要な各ガスの量が減少するため、ガス不足が解消して、燃料電池１は安定して発電することができるようになる。このため、下段グラフに示すように、計測電圧は回復し、その後、出力電力の上昇に従って徐々に減少していく。そして、上段グラスの時刻：Ｃで出力電力が目標電力に達してから、下段グラフで示すように、計測電圧は一定になる。
　このように、電圧計測器６により計測された燃料電池１の出力電圧が第一の所定値に低下した場合、この低下前の出力電力の変化速度：１Ｗ／秒より低い速度：０．７Ｗ／秒に変化速度を下げた。これにより、経年劣化や使用状態などにより各ガスの供給能力が低く、出力電力の急激な変化に各ガスの供給量が対応できない場合であっても、燃料電池システム１００の運転を継続することができる。このため、燃料電池１の停止および起動が不必要に繰り返されることが防止される。
　また、一時的にガス不足が生じても、出力電力の変化速度を下げて、燃料電池１に必要な各ガスの量を減少させることにより、ガス不足が解消される。よって、ガス不足による燃料電池１の不具合が発生することを防止することができる。
　（変形例１）
　実施の形態１における変形例１に係る燃料電池システム１００では、制御装置７は、燃料電池１の出力電力を変化させたとき、計測電圧が第一の所定値に低下した場合、燃料電池１の発電を停止させる。そして、停止後に発電を再開した運転時において出力電力を変化させるときには、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の変化速度より低く出力電力の変化速度を下げる（変化速度の絶対値を小さくする）。
　具体的には、図４は、変形例１の燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、出力電力が変化開始してから目標電力に達するまでの間に、計測電圧が第一の所定値に達すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御装置７は、燃料電池１を停止し、燃料電池システム１００の発電運転を停止する（ステップＳ４）。そして、停止後に自動的に行われる再起動またはユーザによる発電要求により燃料電池システム１００が起動させられる。そして、燃料電池１が発電している状態において、外部負荷の需要電力量に伴い目標電力が変えられると、この目標電力になるように出力電力が変化させられる。このとき、出力電力の変化速度は、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の変化速度：１Ｗ／秒より低く、たとえば、０．７Ｗ／秒に設定される（ステップＳ５）。この設定された出力電力の変化速度に従って、制御装置７は燃料電池１の出力電力を変化させる。
　このように、燃料電池システム１００の発電運転を停止させた後、次回の運転時に出力電力を変化させる際、その変化速度を低下させる。これにより、ガス不足による不具合が回避される。また、再運転時において停止前と同様の現象が生じるような場合であっても、ガス不足の発生が抑えられることにより、燃料電池システム１００の発電運転を継続することができる。
　（変形例２）
　実施の形態１における変形例２に係る燃料電池システム１００では、制御装置７は、計測電圧が第一の所定値に達したために出力電力の変化速度を下げた後に、計測電圧が第一の所定値より小さい第二の所定値にさらに低下した場合、燃料電池１の発電を停止する。
　具体的には、図５は、変形例２に係る燃料電池システム１００の電力および電圧の経時変化を模式的に示すグラフである。上段のグラフの縦軸は燃料電池１の出力電力および目標電力を示している。なお、上段のグラフ中の点線は通常時の出力電力、実線は異常時の出力電力、破線は目標電力を示している。また、下段のグラフの縦軸は電圧計測器６により計測された燃料電池１の出力電力の電圧（計測電圧）を示し、点線は通常時の電圧、実線は異常時の電圧を示している。そして、両方のグラフの横軸は時刻を示す。図６は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。
　図５の上段グラフにおける破線で示すように、時刻：Ａで外部負荷の電力需要量の推移に応じて目標電力が変化する。これに伴い、実線で示すように、燃料電池システム１００の固有の目標電力の変化に対する応答遅れを考慮した、所定の変化速度、たとえば、１Ｗ／秒で、出力電力を変化させていく。この場合、下段グラフの時刻：Ａ－Ａ’において実線で示すように、計測電圧は出力電力の上昇に従って徐々に減少していく。しかしながら、下段グラフの時刻：Ａ’でガス不足が生じると、計測電圧が急に落ち始める。そして、下段グラフの時刻：Ｂで計測電圧が第一の所定値に達すると（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御装置７は、上段グラフの実線に示すように、出力電力の変化速度をたとえば１Ｗ／秒から０．７Ｗ／秒へ下げる（ステップＳ７）。これにより、燃料電池１が必要とする各ガスの量が減少するが、この減少した量に対しても各ガスの供給量が満たさず、ガス不足が依然継続する場合がある。この場合、計測電圧は下がり続け、下段グラフの時刻Ｃにおいて第二の所定値（たとえば、定格出力時の正常電圧の７５％）に達する（ステップＳ８：ＹＥＳ）。ここで、制御装置７は、燃料電池１の発電を停止し、燃料電池システム１００の発電運転を停止する（ステップＳ９）。
　このように、出力電力の変化速度を下げても、ガス不足が解消しない場合、燃料電池１の発電を停止することにより、ガス不足による燃料電池１の不具合を防止することができる。
　また、第二の所定値を第一の所定値よりも低くすることで、出力電力の変化速度を下げることによるガス不足の解消を試みた上で、燃料電池１の発電を停止する。このため、発電運転を継続できる機会を増やすとともに、燃料電池１の損傷を防止することができる。
　（その他の変形例）
　上記実施の形態１およびその変形例では、出力電力を変化させたときに計測電圧が第一の所定値に低下した場合、制御装置７は出力電力の変化速度を下げた。これに対して、出力電力を変化させたときに計測電圧が低下し、この計測電圧の低下速度が大きくなって第一の所定速度に達した場合、出力電力の変化速度を制御装置７は下げてもよい。
　また、上記実施の形態１の変形例２では、出力電力の変化速度を下げた後に、計測電圧が第一の所定値より小さい第二の所定値にさらに低下した場合、制御装置７は燃料電池１の発電を停止した。これに対し、出力電力の変化速度を下げた後に、計測電圧が第一の所定速度まで低下し、この計測電圧の低下速度がさらに大きくなって第二の所定速度に達した場合、制御装置７は燃料電池１の発電を停止してもよい。
　（実施の形態２）
　図７は、実施の形態２に係る燃料電池システム１００を示すブロック図である。実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、図７に示すように、計測電圧が第一の所定値に低下した回数を記憶する記憶装置１０をさらに備え、記憶装置１０は制御装置７に設けられている。記憶装置１０は、この電圧の低下回数に加えて、電圧の低下回数と出力電圧の変化速度との関係をさらに記憶している。この関係は、数式やデータベースなどであって、電圧の低下回数と出力電圧の変化速度とが対応するように表されているものである。そして、この関係に基づいて、制御装置７は、記憶装置１０に記憶される回数が増加するに従って低くなるように出力電力の変化速度を設定する。
　次に、上記燃料電池システム１００の動作（運転方法）を説明する。図８は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。
　制御装置７は、外部負荷の電力需要量の推移に応じて目標電力を設定し、この目標電力に燃料電池１の出力電力がなるように、出力電力を変化させる。出力電力を変化させた際、この変化に伴って電圧計測器６による計測電圧が低下していく。ただし、この計測電圧がガス不足で急激に低下し、低下速度が大きくなることがある。このため、制御装置７は、出力電力が変化開始してから目標電力に達するまでの間に、計測電圧が第一の所定値に達するが否かを監視する（ステップＳ２１）。そして、計測電圧が第一の所定に達すると（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御装置７は、既に記憶されている電圧の低下回数に“＋１”を加算して記憶装置１０に記憶する（ステップＳ２２）。ここで、初めて（１回目に）電圧の低下回数を記憶する場合、記憶装置１０に既に記憶されている電圧の低下回数は“０”である。このため、“１”を加算すると、記憶装置１０に記憶される電圧の低下回数は“１”となる。
　制御装置７は、記憶装置１０に記憶されている電圧の低下回数と出力電圧の変化速度との関係とに基づいて、低下回数に応じた出力電力の変化速度を求める（ステップＳ２３）。たとえば、電圧の低下回数が“１”である場合、出力電圧の変化速度は、１．０Ｗ／秒から０．８Ｗ／秒に低下させる。この低下させた変化速度に従って、制御装置７は燃料電池１の出力電力を目標電力まで変化させ、発電運転を行う。
　さらに、発電運転の継続中に、または、停止後の次回以降の発電運転中に、出力電力の変化開始から目標電力達成までの間に計測電圧が第一の所定値に達した場合（ステップＳ２１）、制御装置７は、既に記憶されている電圧低下回数に“＋１”を加算して記憶装置１０に記録する（ステップＳ２２）。ここで、電圧の低下回数が“２”である場合、出力電圧の変化速度は、０．８Ｗ／秒から０．５Ｗ／秒に低下させ、この変化速度：０．５Ｗ／秒で発電運転を継続する（ステップＳ２３）。
　このように、計測電圧が第一の所定値に低下した回数が増加するのに従って低く出力電力の変化速度を設定することにより、応答遅れが拡大したような状態においても発電運転を継続することができる。
　なお、上記実施の形態２では、燃料電池１の発電開始から停止までの間の１回の運転において、計測電圧が第一の所定値に低下した回数を計測し、その回数に従って低くなるように出力電力の変化速度を設定した。これに対して、計測電圧が第一の所定値に低下した運転回数を計測し、この運転回数に従って低くなるように出力電力の変化速度を設定してもよい。
　（変形例３）
　実施の形態２における変形例３に係る燃料電池システム１００では、記憶装置１０は、電圧計測器６により計測された燃料電池１の電圧が第三の所定値（たとえば、定格出力時の正常電圧の９０％）以上である期間を記憶する。制御装置７は、出力電力の変化速度を下げた後に、計測電圧が第三の所定値以上になった時間が第一の所定期間に達した場合、計測電圧が第一の所定値に低下する前の変化速度に出力電力の変化速度を戻す。なお、第三の所定値は、第一の所定値より大きな値である。
　具体的には、図９は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。たとえば、図８に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した後、燃料電池１におけるガス不足が解消すると、低下していた出力電力が上昇する。このため、制御装置７は、図９に示すように、計測電圧が第三の所定値以上か否かを判定する（ステップＳ３１）。計測電圧が第三の所定値以上である時間を計測し、この継続時間を記憶装置１０に記録する（ステップＳ３２）。継続期間が第一の所定期間（たとえば、１週間）に達した時（ステップＳ３３）、ガス不足が解消したとして、制御装置７は燃料電池１の出力電力の変化速度を初期速度（たとえば１Ｗ／秒）に戻し、発電運転を継続する（ステップＳ３４）。なお、この初期速度は、燃料電池システム１００の固有の目標電力の変化に対する応答遅れを考慮した、所定の速度である。
　このように、制御装置７は、燃料電池１の発電電圧（計測電圧）が第三の所定値以上になる期間が第一の所定期間に達することにより、ガス不足が解消したと判定することができる。このような十分な検証期間を設けたことにより、出力電力の変化速度を初期速度に戻しても、ガス不足が再度発生することを抑えられ、安定して発電運転を継続することができる。
　なお、上記変形例３では、図８に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した後に図９に示すフローチャートに基づいた処理を制御装置７が実施した。これに対して、たとえば、図３、図４または図６に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した後に、図９に示すフローチャートに基づいた処理を制御装置７が実施してもよい。
　また、上記変形例３では、ステップＳ３４において出力電力の変化速度が初期速度に戻された。これに対して、この戻される変化速度の値は、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の低下速度とすることができる。要は、戻される変化速度の値は、戻される前の変化速度よりも大きい値であればよい。
　（変形例４）
　実施の形態２における変形例４に係る燃料電池システム１００では、記憶装置１０は、計測電圧が第三の所定値以上になった回数を記憶する。制御装置７は、出力電力の変化速度を下げた後に、計測電圧が第三の所定値以上になった回数が所定回数に達した場合、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の変化速度に出力電力の変化速度を戻す。ここで、第三の所定値は、第一の所定値より大きな値をとる。
　具体的には、図１０は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。図１０に示すように、制御装置７は、燃料電池１の発電を開始し（ステップＳ４１）、電圧計測器６により計測された燃料電池１の発電電圧（計測電圧）が第三の所定値（たとえば、定格出力時の正常電圧の９０％）に達したか否かを制御装置７は判定する（ステップＳ４２）。ここで、たとえば、燃料電池１の出力電力を変化させた際に、ガス不足により計測電圧が第一の所定値まで低下すると、計測電圧が第三の所定値未満になる（ステップＳ４２：ＮＯ）。このとき、たとえば、図８のステップＳ２３における、電圧低下回数と変化速度との関係に基づいて出力電力の変化速度を定め、初期速度（たとえば１Ｗ／秒）から低下させる。その後の出力電力の変化速度は、図８のフローチャートに基づき初期速度より低い値に設定される。なお、このとき、記憶装置１０に記憶されている、計測電圧が第三の所定値に達した運転回数を“０”にリセットしてもよい。
　このように、たとえば、出力電力の変化速度が下げられることにより燃料電池１の発電に必要なガスの供給量が減少し、ガス不足が解消すると、計測電圧が第三の所定値以上に回復する（ステップＳ４２：ＹＥＳ）。この状態で、燃料電池１の発電が停止されると（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、計測電圧が第三の所定値に達した運転回数を制御装置７は記憶する（ステップＳ）。このとき、記憶装置１０に既に記憶されている運転回数に“１”を加算して、この運転回数を記憶装置１０に記憶する。
　記憶装置１０に記憶される運転回数が所定回数（たとえば、３回）未満であれば（ステップＳ４５：ＮＯ）、出力電力の変化速度は初期速度より低い値に維持される。一方、運転回数が所定回数以上になれば（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、ガス不足が解消しているとして、制御装置７は燃料電池１の出力電力の変化速度を初期速度（たとえば１Ｗ／秒）に戻す（ステップＳ４６）。そして、停止後に燃料電池システム１００を再び起動し、燃料電池１の発電を開始する（ステップＳ４１）。このとき、初期速度で出力電力を変化させる。
　このように、燃料電池１の発電電圧が第三の所定値以上となる運転が所定回数以上行われると、燃料電池１におけるガス不足が解消していると判定することができる。このため、出力電力の変化速度を初期速度に戻しても、燃料電池１の発電電圧が再び急激に低下することが低減される。これにより、燃料電池１の発電運転を継続することができる。
　さらに、出力電力の変化速度を上昇させるための判定基準である第三の所定値が、出力電力の変化速度を低下させるための判定基準である第一の所定値よりも大きく設けられている。このため、出力電力の変化速度を上昇させても、燃料電池１の発電電圧の急激な低下を招く事態が起こり難い。よって、燃料電池１の出力電力の低下に伴う不具合を防止しながら、燃料電池１の不必要な停止および起動の繰り返しを低減することができる。
　なお、上記変形例４では、図８に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した。これに対して、たとえば、図３、図４または図６に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下してもよい。
　また、上記変形例４では、ステップＳ４６において出力電力の変化速度が初期速度に戻された。これに対して、この戻される変化速度の値は、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の低下速度とすることができる。要は、戻される変化速度の値は、戻される前の変化速度よりも大きい値であればよい。
　さらに、上記変形例４では、計測電圧が第三の所定値に達した運転回数を計測し、その運転回数が所定回数に達したときに出力電力の変化速度を初期速度に戻した。これに対して、燃料電池１の発電開始から停止までの間の１回の運転において、計測電圧が第三の所定値に達した回数を計測してもよい。この場合、計測した回数が所定回数に達したときに出力電力の変化速度を初期速度に戻す。
　（変形例５）
　実施の形態２における変形例５に係る燃料電池システム１００では、制御装置７は、出力電力の変化速度を下げた後、第二の所定期間毎に、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の変化速度に出力電力の変化速度を戻す。なお、記憶装置１０は、出力電力の変化速度を下げてからの経過時間を記憶する。
　具体的には、図１１は、燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。たとえば、図８に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した後、燃料電池１におけるガス不足が解消すると、低下していた出力電力が上昇する。このため、制御装置７は、図１１に示すように、所定時点からの期間を計測し、この経過期間を記憶装置１０に記憶する（ステップＳ５１）。なお、この所定時点は、たとえば、燃料電池システム１００に通電を開始した時点、燃料電池１の発電を開始した時点、出力電力を変化した時点、出力電力の変化速度を低下した時点、計測電圧が第一の所定値に低下した時点などが挙げられる。
　制御装置７は、経過期間が第二の所定期間（たとえば１週間）に達したか否かを判定する（ステップＳ５２）。経過期間が第二の所定期間に達すると（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、ガス不足が解消したとして、制御装置７は、燃料電池１の出力電力の変化速度を初期速度（たとえば１Ｗ／秒）に戻し（ステップＳ５３）、記憶装置１０の経過期間をゼロにリセットした上で（ステップＳ５４）、発電運転を継続する。なお、この初期速度は、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の低下速度である。
　このように、所定時点からの経過期間が第二の所定期間に達することにより、ガス不足が解消したと判定することができる。このような十分な検証期間を設けたことにより、複雑な判定処理を実施することなく出力電力の変化速度を初期速度に戻しても、ガス不足などの問題が再度発生することを抑え、安定して発電運転を継続することができる。
　なお、上記変形例５では、図８に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した後に図１１に示すフローチャートに基づいた処理を制御装置７が実施した。これに対して、たとえば、図３、図４または図６に示すフローチャートに従って出力電力の変化速度を低下した後に、図１１に示すフローチャートに基づいた処理を制御装置７が実施してもよい。
　また、上記変形例５では、ステップＳ５３において出力電力の変化速度が初期速度に戻された。これに対して、この戻される変化速度の値は、計測電圧が第一の所定値に低下する前の出力電力の低下速度とすることができる。要は、戻される変化速度の値は、戻される前の変化速度よりも大きい値であればよい。
　（その他の変形例）
　上記実施の形態２およびその変形例では、実施の形態１と同様に、出力電力を変化させたときに計測電圧が低下し、この計測電圧の低下速度が大きくなって第一の所定速度に達した場合、出力電力の変化速度を制御装置７は下げてもよい。また、出力電力の変化速度を下げた後に、計測電圧が第一の所定速度まで低下し、この計測電圧の低下速度がさらに大きくなって第二の所定速度に達した場合、制御装置７は燃料電池１の発電を停止してもよい。
　さらに、上記実施の形態２およびその変形例では、計測電圧が第三の所定値以上になった時間や回数に基づいて、低下している出力電力の変化速度を初期速度に制御装置７は戻した。これに対して、計測電圧が上昇し、この計測電圧の上昇速度が第三の所定速度に達した場合、その時間や回数に基づいて、低下している出力電力の変化速度を初期速度に制御装置７は戻してもよい。
　なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明の燃料電池システムは、燃料電池の出力電力の変化に伴う不具合を防止しながら、燃料電池の不必要な停止および起動の繰り返しを低減し得る、燃料電池システムおよびその運転方法等として有用である。
　１　　　燃料電池
　２　　　水素生成装置
　３　　　空気供給装置
　４　　　電力変換装置
　５　　　電力負荷計測器
　６　　　電圧計測器
　７　　　制御装置
　８　　　加熱器
　９　　　蒸気発生器
　１０　　記憶装置
　１１　　原料ガス供給経路
　１２　　改質水供給経路
　１３　　還元剤ガス供給経路
　１４　　還元剤ガス排出経路
　１５　　酸化剤ガス供給経路
　１６　　酸化剤ガス排出経路
　２１　　直流電力経路
　２２　　交流電力経路
　１００　燃料電池システム

Claims (9)

  1. 　酸化剤ガスを供給する供給器と、
    　原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
    　前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、
    　各機器を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が第一の所定値に低下した場合には、
    　前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる制御、または、
    　前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる制御
    　を行うように構成されている、燃料電池システム。
  2. 　前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後に、前記計測電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値にさらに低下した場合、前記燃料電池の発電を停止する制御を行うように構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 　前記計測電圧が第一の所定値に低下した回数を記憶する記憶装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記記憶装置に記憶される前記回数が増加するに従って、前記出力電力の変化速度をより低く設定する制御を行うように構成されている、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記計測電圧が第三の所定値以上になった時間を記憶する記憶装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後に、前記計測電圧が第三の所定値以上になった時間が第一の所定期間に達した場合、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値に戻す制御を行うように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記計測電圧が第三の所定値以上になった回数を記憶する記憶装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後に、前記計測電圧が第三の所定値以上になった回数が所定回数に達した場合、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値に戻す制御を行うように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記第三の所定値が、前記第一の所定値よりも大きい、請求項４または５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記制御装置は、前記出力電力の変化速度を下げた後、第二の所定期間毎に、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値に戻す制御を行うように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  8. 　酸化剤ガスを供給する供給器と、
    　原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
    　前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、
    　各機器を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が低下し、前記計測電圧の低下速度が所定速度に達した場合には、
    　前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧の低下速度が所定速度に達する前の値よりも低く下げる制御、または、
    　前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧の低下速度が所定速度に達する前の値よりも低く下げる制御
    　を行うように構成されている、燃料電池システム。
  9. 　酸化剤ガスを供給する供給器と、
    　原料ガスにより水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
    　前記還元剤ガスおよび前記酸化剤ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測器と、
    　各機器を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    　前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力を変化させたときに、前記電圧計測器による計測電圧が第一の所定値に低下した場合には、
    　前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる、または、
    　前記燃料電池の発電を停止し、停止後に発電を再開した運転時において前記出力電力を変化させるときに、前記出力電力の変化速度を、前記計測電圧が第一の所定値に低下する前の値よりも低く下げる、燃料電池システムの運転方法。
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