(57)【要約】【課題】商用交流電力系統の停電時においても、燃料電池発電システムの安定した発電運転および電力供給を行う。【解決手段】実施形態によれば、燃料電池発電システムは、商用交流電力系統の停電時に、商用交流電力系統とは独立して燃料電池本体による自立運転を行う運転部と、自立運転中に、燃料電池本体から発電電力の供給を受ける電気負荷の消費電力が燃料電池本体から電気負荷に供給される発電電力より小さいときに、燃料電池本体からの発電電力を利用して、補機の消費電力を上昇させる制御手段とをもつ。【選択図】      図１
2014192006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料を使用して発電する燃料電池本体と、
商用交流電力系統の停電時に、前記燃料電池本体による、前記商用交流電力系統とは独立した自立運転を行う運転部と、
前記自立運転中に、前記燃料電池本体から発電電力の供給を受ける電気負荷の消費電力が前記燃料電池本体から前記電気負荷に供給される発電電力より小さいときに、前記燃料電池本体からの発電電力を利用して、補機の消費電力を上昇させる制御手段と
を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記補機は、
前記燃料電池本体からの排熱を回収するための水循環を発生させる排熱回収水ポンプ、前記燃料電池本体に空気を供給するブロア、および、原燃料を前記水素を含む燃料に改質する改質器に改質水を供給する改質水ポンプのうち少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記補機の消費電力を上昇させた後に、前記消費電力が前記発電電力より小さいときに、前記燃料電池本体からの発電電力を利用して、前記燃料電池本体からの排熱を回収する外部装置の電気負荷を動作させる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記商用交流電力系統が通電している際に前記商用交流電力系統および前記燃料電池本体からの発電電力の供給を受けるための前記電気負荷の第１の接続端子と、
前記自立運転を行う際に前記燃料電池本体からの発電電力の供給を受けるための前記電気負荷の第２の接続端子と、
前記商用交流電力系統が停電した際に、前記電気負荷の接続先の端子を前記第１の端子から前記第２の接続端子に切り替える負荷切替器とをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記負荷切替器と複数の前記電気負荷のそれぞれとの間にスイッチが設けられ、
前記制御手段は、
前記電気負荷の接続先の端子を前記第２の接続端子に切り替えた状態で、前記消費電力が前記発電電力より大きいときに、前記スイッチのいずれかを開く
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記消費電力が発電電力より大きいときに、前記スイッチの全てを開いた上で、前記消費電力が前記発電電力より大きくならないように、前記開いたスイッチのうちいずれかを閉じる
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
水素を含む燃料を使用して発電する燃料電池本体を有する燃料電池発電システムに用いられる燃料電池発電方法であって、
商用交流電力系統の停電時に、前記燃料電池本体により、前記商用交流電力系統とは独立した自立運転を行ない、
前記自立運転中に、前記燃料電池本体から発電電力の供給を受ける電気負荷の消費電力が前記燃料電池本体から前記電気負荷に供給される発電電力より小さいときに、前記燃料電池本体からの発電電力を利用して、補機の消費電力を上昇させる
ことを特徴とする燃料電池発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、燃料電池発電システムおよび燃料電池発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化が大きな話題となり、二酸化炭素排出量に注目が集まっている中、都市ガス、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas：液化石油ガス）などの炭化水素系燃料を原燃料とする省エネ性に優れた燃料電池発電システムが実用化されている。
【０００３】
燃料電池発電システムは、原燃料から取り出した水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて反応ガスのもつ化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する。このシステムは、高い効率で電気エネルギーを得ることができるとともに、電気化学的反応により生成するものは水のみであり、有害な排ガスを出さず、かつ騒音を発しないという、環境性に優れた特徴を有するシステムである。最近では小型のＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）の開発が加速し、家庭用燃料電池発電システムの販売が開始されている。
【０００４】
この家庭用燃料電池発電システムは、発電による電力と発電に伴う排熱とを供給する熱電併給、いわゆるコージェネレーション装置として使用される。現在は、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系燃料により発電する燃料電池発電システムを中心に開発、商品化が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８３７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池発電システムは、商用交流電力系統に電気的に接続されている。この商用交流電力系統が停電すると、燃料電池発電システムの運転は、商用交流電力系統とは独立した自立運転に切り替わる。このとき、燃料電池発電システムからの発電電力は、家庭内などに設けられた電気負荷を自立運転時に接続するための自立運転用電気負荷接続端子に供給される。
【０００７】
しかし、家庭内などに設けられた電気負荷が自立運転用電気負荷接続端子に接続されていないときは、燃料電池発電システムの発電電力をシステム内部で自己消費する必要がある。発電電力を自己消費する方法としては、燃料電池発電システム内部の電気ヒータを投入する方法が考えられるが、システム内部での電気ヒータの投入量が大きくなると燃料電池発電システム内の熱バランスが崩れ、安定運転ができなくなる。
【０００８】
また、自立運転中に、燃料電池発電システムが発電する電力以上の電力を消費する電気負荷が燃料電池発電システムに接続されると過負荷運転となり、発電継続が困難になる。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、商用交流電力系統の停電時においても、安定した発電運転および電力供給を行うことが可能な燃料電池発電システムおよび燃料電池発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、燃料電池発電システムは、商用交流電力系統の停電時に、商用交流電力系統とは独立して燃料電池本体による自立運転を行う運転部と、自立運転中に、燃料電池本体から発電電力の供給を受ける電気負荷の消費電力が燃料電池本体から電気負荷に供給される発電電力より小さいときに、燃料電池本体からの発電電力を利用して、補機の消費電力を上昇させる制御手段とをもつ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、商用交流電力系統の停電時においても、燃料電池発電システムの安定した発電運転および電力供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における燃料電池発電システムの構成例を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態における燃料電池発電システムの負荷接続の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態における燃料電池発電システムの制御装置の機能構成例を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態における燃料電池発電システムの停電時の動作手順の一例を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態における燃料電池発電システムの負荷接続の一例を示す図。
【図６】第２の実施形態における燃料電池発電システムの負荷接続の一例を示す図。
【図７】第２の実施形態における燃料電池発電システムの制御装置の機能構成例を示すブロック図。
【図８】第２の実施形態における燃料電池発電システムの停電時の動作手順の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。  
図１は、第１の実施形態における家庭用の燃料電池発電システムの構成例を示すブロック図である。  
図１に示すように、燃料電池発電システム２０は、燃料処理装置１、燃料電池本体２、酸化剤ガスブロワ３、冷却水ポンプ４、水タンク５、電池冷却水熱交換器６、排熱回収水ポンプ７、改質水ポンプ９、制御装置１０を有する。排熱回収水ポンプ７、酸化剤ガスブロワ３、冷却水ポンプ４および改質水ポンプ９は、燃料電池発電システム２０の補機である。
【００１４】
原燃料は燃料処理装置１に供給される。燃料処理装置１は原燃料の改質器である。原燃料の改質に必要な改質水は改質水ポンプ９によって燃料処理装置１に導かれる。この燃料処理装置１は、原燃料を改質して、純水素あるいは水素を豊富に含む水素リッチガスとする。以下、改質された燃料を燃料ガスと称する。
【００１５】
燃料電池本体２は、燃料極２ａ、酸化剤極２ｂ、冷却系２ｃを有する。燃料ガスは燃料電池本体２内部の燃料極２ａへ導かれ、発電に使われる。発電の為の空気はブロアによって、燃料電池本体２内部の酸化剤極２ｂに導かれる。ここでは、酸化剤ガスが酸化剤ガスブロワ３によって燃料電池本体２内部の酸化剤極２ｂに導かれる。燃料極２ａへ導かれた燃料ガス中の水素と酸化剤極２ｂに供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により、直流電力と水が発生する。発電により消費されずに燃料極２ａから排出されるガスは燃料処理装置１の昇温のために使われる。
【００１６】
また、燃料電池発電システム２０は、燃料電池本体２における電気化学反応により発生する熱を燃料電池本体２から除去するための電池冷却水ラインを具備する。この電池冷却水ラインは、水タンク５から冷却水ポンプ４、燃料電池本体２内部の冷却系２ｃ、および電池冷却水熱交換器６を介して水タンク５に戻る循環路である。  
具体的には、水タンク５に貯えられた冷却水が冷却水ポンプ４によって冷却系２ｃに供給される。この冷却水は、電池冷却水熱交換器６を介して水タンク５に戻される。
【００１７】
また、燃料電池発電システム２０には、燃料電池本体２による発電に伴って発生した熱を外部の熱利用システム８に蓄えるための循環路が形成される。この循環路は、排熱回収水ポンプ７から電池冷却水熱交換器６、熱利用システム８を介して排熱回収水ポンプ７に戻る。燃料電池本体２による発電に伴って発生した熱は、冷却系２ｃから電池冷却水熱交換器６を介して、排熱回収水ポンプ７による水循環により熱利用システム８に蓄えられる。
【００１８】
図２は、第１の実施形態における燃料電池発電システムの負荷接続の一例を示す図である。  
図２に示すように、燃料電池発電システム２０は、インバータ１１を備える。このインバータ１１は、燃料電池本体２の発電によって発生した直流電力を、商用交流電力系統１６と同じ品質の交流電力に変換する。商用交流電力系統１６は、交流電力を供給する系統である。インバータ１１は、負荷接続部１２を介して商用交流電力系統１６の位相と同期をとって連系させる。
【００１９】
本実施形態では、商用交流電力系統１６の通電時において、家庭内などに設けられた全ての電気負荷は負荷接続部１２に接続されているとする。つまり、商用交流電力系統１６の通電時は、インバータ１１や商用交流電力系統１６から、これら接続した電気負荷に電力が供給される。以下、家庭内の電気負荷を単に電気負荷と称する。また、商用交流電力系統１６からの交流電力は、燃料電池本体２の起動時のためにインバータ１１にも供給される。
【００２０】
制御装置１０は、商用交流電力系統１６中の図示しない停電検出器による検出結果に基づいて、商用交流電力系統１６の停電を検出する機能を有する。制御装置１０は、停電を検出した際に、燃料電池発電システム２０の運転を、商用交流電力系統１６と連系した運転と、商用交流電力系統１６と独立した自立運転との間で切り替える機能を有する。
【００２１】
商用交流電力系統１６が停電すると、制御装置１０は、燃料電池発電システム２０と商用交流電力系統１６とを切り離して、燃料電池発電システム２０の運転を自立運転に切り替える。自立運転が開始されると、燃料電池本体２による発電電力のうち、燃料電池発電システム２０による自己消費電力を除いた電力はインバータ１１から図２示した自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される。
【００２２】
図２では、制御装置１０をインバータ１１、負荷接続部１２、自立運転用電気負荷接続端子１５に並べて示しているが、本実施形態では、制御装置１０は、電気負荷と負荷接続部１２、自立運転用電気負荷接続端子１５間との接続の切り替えは行わない。なお、後述する第２の実施形態では、本実施形態では、制御装置１０は、電気負荷と負荷接続部１２、自立運転用電気負荷接続端子１５間との接続の切り替えを行う。
【００２３】
本実施形態では、商用交流電力系統１６の通電時に図２に示した負荷接続部１２に接続されていた電気負荷のうち、停電時でも動作が必要な電気負荷を、当該電気負荷を利用するエンドユーザの手動で自立運転用電気負荷接続端子１５に接続し直す事ができる。これにより、停電時でも動作が必要な電気負荷に対して燃料電池本体２による発電電力を供給できる。
【００２４】
図３は第１の実施形態における燃料電池発電システムの制御装置の機能構成例を示すブロック図である。  
図３に示すように、制御装置１０は、負荷検出部１０ａ、発電電力検出部１０ｂ、判定部１０ｃ、回転数制御部１０ｄを有する。
【００２５】
自立運転が開始されると、負荷検出部１０ａは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された全ての電気負荷の消費電力を検出する。例えば、負荷検出部１０ａは、それぞれの電気負荷の消費電力の情報を内部メモリに予め記憶しておき、電気負荷のそれぞれについて、自立運転用電気負荷接続端子１５との接続状態を検出する。そして、負荷検出部１０ａは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続される電気負荷の消費電力の情報を内部メモリから読み出すことで、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力の合計値を検出する。
【００２６】
発電電力検出部１０ｂは、燃料電池本体２と自立運転用電気負荷接続端子１５との間の出力電流と出力電圧を図示しない電流計や電圧計から得る。発電電力検出部１０ｂは、これら得た結果に基づいて、燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力の値を検出する。
【００２７】
判定部１０ｃは、負荷検出部１０ａにより検出した消費電力の値と発電電力検出部１０ｂにより検出した発電電力の値とを比較する。この比較を行う事で、判定部１０ｃは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいか否かを判定する。
【００２８】
例えば、停電により、負荷接続部１２から自立運転用電気負荷接続端子１５に接続し直された電気負荷が全く無いときは、判定部１０ｃは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいと判定する。
【００２９】
自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいと判定部１０ｃにより判定したときに、燃料電池発電システム２０による自己消費電力を増加させるために、回転数制御部１０ｄは、補機である排熱回収水ポンプ７、酸化剤ガスブロワ３、冷却水ポンプ４および改質水ポンプ９の回転駆動系の単位時間当たりの回転数を上昇させる。以下、単位時間当たりの回転数を単に回転数と称する。
【００３０】
このように、燃料電池発電システム２０による自己消費電力を増加させる理由は、燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５へ供給される発電電力を小さくするためである。ここで増加させるべき自己消費電力の値は、燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力と、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力との差分である。
【００３１】
図４は、第１の実施形態における燃料電池発電システムの停電時の動作手順の一例を示すフローチャートである。  
初期状態では、商用交流電力系統１６は通電されており、電気負荷は負荷接続部１２に全て接続されている。  
本実施形態では、燃料電池本体２からの発電電力の一部は、燃料電池発電システム２０内の燃料処理装置１、燃料電池本体２、酸化剤ガスブロワ３、冷却水ポンプ４、排熱回収水ポンプ７、改質水ポンプ９などの各部へ常時供給されている。また、燃料電池発電システム２０内や熱利用システム８内の電気ヒータを投入した際に、この投入した電気ヒータに燃料電池本体２からの発電電力の一部を供給する事ができる。
【００３２】
商用交流電力系統１６の停電を検知すると（ステップＳ１）、制御装置１０は、燃料電池発電システム２０の運転を、商用交流電力系統１６と独立した自立運転に切り替える（ステップＳ２）。制御装置１０は、運転を自立運転に切り替える際に、図示しない連系スイッチを制御して、商用交流電力系統１６からインバータ１１を解列する。
【００３３】
前述のように、本実施形態では、停電が発生して運転が自立運転に切り替わる際に、負荷接続部１２に接続されていた電気負荷のうち、動作が必要な負荷をエンドユーザの手動で自立運転用電気負荷接続端子１５に接続し直す必要がある。しかし、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続されている電気負荷が少なかったり、全く無かったりするときは、燃料電池発電システム２０が発電する電力の一部または全部を燃料電池発電システム２０内部で自己消費する必要がある。
【００３４】
燃料電池発電システム２０内には、図示しない各種の電気ヒータが設置される。電気ヒータは、例えば、燃料処理装置１を加温するための電気ヒータや、発電電力を自己消費して商用交流電力系統１６への逆潮流を防止するための電気ヒータや、凍結防止用の電気ヒータ等である。
【００３５】
一般的には、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいときは、燃料電池発電システム２０による発電電力の少なくとも一部を前述した電気ヒータ等で自己消費させる手法が用いられてきた。しかし、発電電力を電気ヒータで自己消費させると、その自己消費量によっては、電気ヒータ加温部の過上昇を生じさせたり、燃料電池発電システム２０全体の熱バランスが崩れたりして、燃料電池発電システム２０自体が保護停止する可能性がある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、燃料電池発電システム２０の運転が自立運転に切り替わったときに、制御装置１０の判定部１０ｃは、負荷検出部１０ａにより検出した消費電力と発電電力検出部１０ｂにより検出した発電電力とを比較する。これにより判定部１０ｃは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３７】
自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいと判定部１０ｃにより判定したときは（ステップＳ３のＹＥＳ）、回転数制御部１０ｄは、燃料電池本体２からの発電電力を利用して、燃料電池発電システム２０内部に設置される補機（回転機）である排熱回収水ポンプ７、酸化剤ガスブロワ３、冷却水ポンプ４および改質水ポンプ９のうち少なくとも１つの回転数を上昇させる（ステップＳ４）。これにより当該補機の消費電力が上昇するので、燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力を減少させることができる。
【００３８】
Ｓ４の後で、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力以上であると判定部１０ｃにより判定したときは（ステップＳ５のＮＯ）、処理を終了する。
【００３９】
また、Ｓ４で各種補機の回転数を上昇させた後で、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より依然として小さいと判定部１０ｃにより判定したときは（ステップＳ５のＹＥＳ）、制御装置１０は、燃料電池本体２からの発電電力を利用して、燃料電池発電システム２０内や熱利用システム８の電気ヒータを起動させる（ステップＳ６）。熱利用システム８内部の電気ヒータを起動させる際は、制御装置１０は、熱利用システム８内部の補機の回転数を上昇させるための指令を熱利用システム８に送る。
【００４０】
Ｓ４では、各種補機の回転数を１度だけ上昇させてもよいし、以下の手順を用いても良い。この手順では、各種補機の回転数を一定値だけ上昇させた後で、判定部１０ｃは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力と燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力とを再度比較する。
【００４１】
判定部１０ｃが、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より依然として小さいと判定したときは、回転数制御部１０ｄは、各種補機の仕様により許容される所定値を上限として、各種補機の回転数をさらに一定値だけ上昇させる。以降、前述した消費電力が前述した発電電力以上となるか、各種補機の回転数が上限に達するまで、回転数の上昇が繰り返される。各種補機の回転数が上限に達した際は、Ｓ６に移行して電気ヒータの起動がなされる。
【００４２】
以上説明したように、第１の実施形態における燃料電池発電システムは、停電にともなう自立運転時に自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より小さいときは、各種補機の回転数を上昇させる。
【００４３】
よって、燃料電池発電システム２０の自己電気消費量を高める事ができるので、各種補機の回転数を上昇させないときと比較して、燃料電池発電システム内部に具備する電気ヒータの投入量を低減する、もしくは投入自体を行わないようにすることができる。このため、電気ヒータ加温部が過上昇したり、燃料電池発電システム全体の熱バランスが崩れたりする事に起因する、燃料電池発電システムの保護停止を回避する事ができる。  
このようにして、商用交流電力系統１６の停電時においても、燃料電池発電システムの安定した発電運転および安定電力供給が可能となる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態における燃料電池発電システムの構成のうち図１に示したものと同一部分の説明は省略する。  
図５は、第２の実施形態における燃料電池発電システムの負荷接続の一例を示す図である。  
図５に示すように、本実施形態における燃料電池発電システム２０は、負荷切替器１３を有する。この負荷切替器１３は、商用交流電力系統接続端子１４および自立運転用電気負荷接続端子１５を有する。商用交流電力系統接続端子１４は負荷接続部１２に接続される。この商用交流電力系統接続端子１４は、商用交流電力系統１６が通電している際に、この商用交流電力系統１６および燃料電池本体２からの発電電力の供給を受けるための電気負荷の接続端子となる。また、自立運転用電気負荷接続端子１５は、自立運転を行う際に燃料電池本体２からの発電電力の供給を受けるための電気負荷の接続端子となる。電気負荷の接続形態については後述する。
【００４５】
この負荷切替器１３は、電気負荷との接続先を商用交流電力系統接続端子１４と自立運転用電気負荷接続端子１５との間で切り替えるためのスイッチ１３ａを有する。  
商用交流電力系統１６が通電している時は、このスイッチ１３ａは、電気負荷が商用交流電力系統接続端子１４に接続されるように制御装置１０により切り替えられる。
【００４６】
また、商用交流電力系統１６の停電が発生した時は、スイッチ１３ａは、電気負荷が自立運転用電気負荷接続端子１５に接続されるように制御装置１０により切り替えられる。
【００４７】
図６は、第２の実施形態における燃料電池発電システムの負荷接続の一例を示す図である。  
この図６は、図５に示した負荷切替器１３における電気負荷との接続部分を説明する図である。図６に示すように、負荷切替器１３は、複数の電気負荷と１対１で接続するための複数の電気負荷接続端子１７−１〜ｎを有する。電気負荷接続端子１７−１〜ｎのそれぞれとスイッチ１３ａとの間には、電気負荷遮断器１８−１〜ｎが電気負荷接続端子１７−１〜ｎと１対１で設けられる。  
電気負荷遮断器１８−１〜ｎは、制御装置１０からの制御にしたがって開閉状態が個別に切り替えられる。
【００４８】
図７は、第２の実施形態における燃料電池発電システムの制御装置の機能構成例を示すブロック図である。  
図７に示すように、本実施形態では、制御装置１０は、負荷検出部１０ａ、発電電力検出部１０ｂ、判定部１０ｅ、切り替え制御部１０ｆを有する。
【００４９】
判定部１０ｅは、負荷検出部１０ａにより検出した消費電力と発電電力検出部１０ｂにより検出した発電電力とを比較する。判定部１０ｅは、この比較を行う事で、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より大きいか否かを判定する。
【００５０】
燃料電池発電システム２０の運転が自立運転に切り替わった際に、切り替え制御部１０ｆは、負荷切替器１３のスイッチ１３ａの切り替え状態を商用交流電力系統接続端子１４側から自立運転用電気負荷接続端子１５側に切り替える。第１の実施形態では、停電時において、電気負荷を自立運転用電気負荷接続端子１５側にエンドユーザにより手動で接続し直していたが、この第２の実施形態では、停電時において、電気負荷を自立運転用電気負荷接続端子１５側に滞りなく接続する事ができる。
【００５１】
また、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より大きいと判定部１０ｅにより判定したときに、切り替え制御部１０ｆは、過負荷を解消するために、電気負荷遮断器１８−１〜ｎの開閉状態を個別に切り替える。
【００５２】
図８は、第２の実施形態における燃料電池発電システムの停電時の動作手順の一例を示すフローチャートである。  
初期状態では、商用交流電力系統１６は通電されており、負荷切替器１３のスイッチ１３ａの切り替え状態は商用交流電力系統接続端子１４側である。また、負荷切替器１３のスイッチ１３ａの電気負荷遮断器１８−１〜ｎは全て閉状態となっている。また、電気負荷接続端子１７−１〜ｎの全てに電気負荷が接続されている。
【００５３】
商用交流電力系統１６の停電を検知すると（ステップＳ１１）、制御装置１０は、燃料電池発電システム２０の運転を自立運転に切り替える（ステップＳ１２）。  
そして、切り替え制御部１０ｆは、負荷切替器１３のスイッチ１３ａの切り替え状態を商用交流電力系統接続端子１４側から自立運転用電気負荷接続端子１５側に切り替える（ステップＳ１３）。
【００５４】
判定部１０ｅは、負荷検出部１０ａにより検出した消費電力と発電電力検出部１０ｂにより検出した発電電力とを比較する。判定部１０ｅは、この比較を行う事で、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００５５】
自立運転中、例えば燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力が７００Ｗであって、電気負荷接続端子１７−１〜ｎに接続された電気負荷の消費電力の合計が、この７００Ｗより大きいと、燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力を超える電力を消費する電気負荷が自立運転用電気負荷接続端子１５に接続される事になる。このときは、発電電力に対する過負荷となり燃料電池発電システム２０は発電継続できなくなる。このとき、商用交流電力系統１６は停電しているため、燃料電池発電システム２０はブラックアウト停止することになる。
【００５６】
よって、過負荷が発生したときは、電気負荷接続端子１７−１〜ｎから電気負荷を切り離す必要があるが、電気負荷を利用するエンドユーザが上記電気負荷を切り離す判断を瞬時に行うことは困難である。
【００５７】
そこで、本実施形態では、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より大きい、つまり発電電力に対する過負荷が発生していると判定部１０ｃにより判定したときは（ステップＳ１４のＹＥＳ）、切り替え制御部１０ｆは、電気負荷遮断器１８−１〜ｎの全てを開放し、全ての電気負荷を自立運転用電気負荷接続端子１５から電気的に切り離す（ステップＳ１５）。
【００５８】
これにより過負荷が解消されるが、このままでは、自立運転中において全ての電気負荷への電力供給が行えなくなる。そこで、本実施形態では、自立運転により自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力以下の範囲で、一部の電気負荷への電力供給を行なえるようにする。
【００５９】
具体的には、Ｓ１５の後で、切り替え制御部１０ｆは、電気負荷遮断器１８−１〜−ｎのうち１つ、例えば電気負荷遮断器１８−１を閉状態に戻す（ステップＳ１６）。これにより、閉状態に戻された電気負荷遮断器１８−１に接続される電気負荷に発電電力が供給されるようになる。
【００６０】
そして、Ｓ１４と同様に、判定部１０ｅは、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より大きいか否かを再度判定する（ステップＳ１７）。
【００６１】
そして、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力以下であると判定部１０ｃにより判定したときは（ステップＳ１７のＮＯ）、Ｓ１６に戻り、切り替え制御部１０ｆは、電気負荷遮断器１８−１〜−ｎのうち開放されている１つをさらに閉状態に戻す。
【００６２】
このように、電気負荷遮断器１８−１〜ｎの全てを開放した後、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力以下のときは、切り替え制御部１０ｆは、電気負荷遮断器１８−１〜−ｎのうち開放されている遮断器を１つずつ閉じていく。このようにして、自立運転中において過負荷が解消された状態で、一部の電気負荷への電力供給を行うことができる。
【００６３】
一方、電気負荷遮断器１８−１〜ｎの一部が開放された結果、自立運転用電気負荷接続端子１５に接続された電気負荷の消費電力が燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力より大きいと判定部１０ｃにより判定したときは（ステップＳ１７のＹＥＳ）、再び過負荷状態となるので、この過負荷を解消するために、切り替え制御部１０ｆは、電気負荷遮断器１８−１〜ｎのうち直前にＳ１６で閉状態とした遮断器のみを瞬時に開放する（ステップＳ１８）。
【００６４】
Ｓ１８で閉じる遮断器は、直前にＳ１６で閉とした遮断器に限らず、電気負荷遮断器１８−１〜ｎのうち、既に開いている遮断器のうち１つであってもよい。ここで、前述のように再び過負荷状態となってから、電気負荷遮断器１８−１〜ｎのうち直前にＳ１６で閉とした遮断器のみが瞬時に開放されるので、発電継続への影響は生じない。
【００６５】
以上説明したように、第２の実施形態における燃料電池発電システムでは、燃料電池発電システム２０から自立運転用電気負荷接続端子１５に供給される発電電力を超える電力を消費する電気負荷が接続された状態を解消することができるため、過負荷により燃料電池発電システム２０の発電が停止することがなくなる。よって、停電時における燃料電池発電システム２０の安定した運転および安定した電力供給を達成できる。
【００６６】
発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１…燃料処置装置、２…燃料電池本体、２ａ…燃料極、２ｂ…酸化剤極、２ｃ…冷却系、３…酸化剤ガスブロワ、４…冷却水ポンプ、５…水タンク、６…電池冷却水熱交換器、７…排熱回収水ポンプ、８…熱利用システム、９…改質水ポンプ、１０…制御装置、１０ａ…負荷検出部、１０ｂ…発電電力検出部、１０ｃ，１０ｅ…判定部、１０ｄ…回転数制御部、１０ｆ…切り替え制御部、１１…インバータ、１２…負荷接続部、１３…負荷切替器、１４…商用交流電力系統接続端子、１５…自立運転用電気負荷接続端子、１６…商用交流電力系統、１７−１〜ｎ…電気負荷接続端子、１８−１〜ｎ…電気負荷遮断器、２０…燃料電池発電システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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