(57)【要約】  並列に接続された複数の燃料電池システム（１ａ，１ｂ）と、複数の燃料電池システム（１ａ，１ｂ）を制御する制御器（１０１）と、を備え、系統電源（１１）に連系する燃料電池集合システム（１００）である。複数の燃料電池システム（１ａ，１ｂ）には、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム（１ａ）が含まれている。制御器（１０１）は、複数の燃料電池システム（１ａ，１ｂ）を起動させるときに、まず、複数の燃料電池システム（１ａ，１ｂ）の内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム（１ａ）のみを起動させる。制御器（１０１）は、先に起動させた、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム（１ａ）による電力を用いて、複数の燃料電池システム（１ａ，１ｂ）の内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム（１ａ）以外の、残りの少なくとも１台の燃料電池システム（１ｂ）を起動させるよう構成されている。
2017135180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を用いて発電を行う、並列に接続された複数の燃料電池システムと、前記複数の燃料電池システムを制御する制御器とを備え、系統電源に連系する燃料電池集合システムであって、
前記複数の燃料電池システムには、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムが含まれており、
前記制御器は、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、まず、前記複数の燃料電池システムの内、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムのみを起動させるように構成されているとともに、
先に起動させた、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムによる電力を用いて、前記複数の燃料電池システムの内、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システム以外の、少なくとも１台の前記燃料電池システムを起動させるように構成された、
燃料電池集合システム。
【請求項２】
前記複数の燃料電池システムは、少なくとも３台の前記燃料電池システムを含み、
前記制御器は、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、前記複数の燃料電池システムの内で、最も発電出力の小さい燃料電池システムを最初に起動させるように構成された、
請求項１に記載の燃料電池集合システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムを優先して、発電出力の順に、１台ずつ起動させるように構成されるとともに、
前記制御器は、２番目以降に起動させる前記燃料電池システムを、先に起動させた前記燃料電池システムによる電力を用いて、起動させるように構成された、
請求項２に記載の燃料電池集合システム。
【請求項４】
蓄電装置を、さらに備え、
前記制御器は、前記系統電源の停電時に、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、最初に起動させる、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムを、前記蓄電装置の電力を用いて起動させるように構成された、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池集合システム。
【請求項５】
前記複数の燃料電池システムは、それぞれ、原料を改質して前記燃料を生成する改質器と、前記原料および前記燃料の少なくともいずれかを燃焼させて、前記改質器を加熱する燃焼器と、を有する水素生成器を備えた、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池集合システム。
【請求項６】
燃料を用いて発電を行う、並列に接続された複数の燃料電池システムを備え、系統電源に連系する燃料電池集合システムの運転方法であって、
前記複数の燃料電池システムには、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムが含まれており、
複数の前記燃料電池システムを起動させるときに、まず、前記複数の燃料電池システムの内、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムのみを起動させる第１のステップと、
先に起動させた、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムによる電力を用いて、前記複数の燃料電池システムの内、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システム以外の、少なくとも１台の前記燃料電池システムを起動させる第２のステップとを備えた、
燃料電池集合システムの運転方法。
【請求項７】
前記複数の燃料電池システムは、少なくとも３台の前記燃料電池システムを含み、前記第１のステップにおいて、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、前記複数の燃料電池システムの内で、最も発電出力の小さい燃料電池システムを最初に起動させる、
請求項６に記載の燃料電池集合システムの運転方法。
【請求項８】
前記第１のステップにおいて、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムを優先して、発電出力の順に１台ずつ起動させる、
請求項７に記載の燃料電池集合システムの運転方法。
【請求項９】
前記燃料電池集合システムは、蓄電装置を備え、
前記第１のステップにおいて、前記系統電源の停電時に、前記複数の燃料電池システムを起動させるときに、最初に起動させる、前記相対的に発電出力の小さい前記燃料電池システムを、前記蓄電装置の電力を用いて起動させる、
請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料電池集合システムの運転方法。
【請求項１０】
前記複数の燃料電池システムは、それぞれ、原料を改質して前記燃料を生成する改質器と、前記原料および前記燃料の少なくともいずれかを燃焼させて、前記改質器を加熱する燃焼器と、を有する水素生成器を備えた、
請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の燃料電池集合システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システム、および、その運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電し、電気および熱を同時に発生させる装置である。燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく、直接、電気エネルギーを取り出せるので、発電効率が高く、注目されている。【０００３】
燃料電池を適用できる負荷は、家庭用の１ｋＷ相当から産業用の数百ｋＷまで多岐にわたる。このため、例えば、３ｋＷ級の燃料電池システムとして、１ｋＷの燃料電池が３台並列接続された燃料電池集合システムが考えられている。【０００４】
例えば、複数台の燃料電池と蓄電装置とを備え、複数台の燃料電池のうちの一部を起動させ、先に起動した燃料電池の電力を利用して、他の燃料電池を起動させる燃料電池集合システムが知られている。また、複数台の燃料電池のうちの一部を、蓄電装置の電力を利用して起動させ、先に起動した燃料電池の電力を利用して、他の燃料電池を起動させる燃料電池集合システムが知られている（例えば、特許文献１）。【０００５】
しかしながら、上述した従来の構成では、複数台の燃料電池システムそれぞれの発電出力は、全て同程度である。このため、先に起動した燃料電池システムの発電電力で、他の燃料電池システムを起動させる場合、先に起動した燃料電池システムの発電電力が不必要に大きくなり、発電出力に比例する燃料電池システムの起動電力を小さくすることはできない。【０００６】
また、蓄電装置を備えた構成では、系統電源からの電力供給がない場合でも、起動処理が可能となるが、発電出力が同程度である燃料電池の起動電力分の大容量の蓄電装置を確保する必要がある。【０００７】
このため、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムの起動電力の観点、および、燃料電池集合システムのコストおよび小型化の観点で課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１４６２５８号公報
【発明の概要】
【０００９】
本開示は、燃料電池集合システムの起動電力および起動時間を最小化し、コストダウンおよび小型化を可能とする燃料電池集合システムおよびその運転方法を提供するものである。
【００１０】
本開示は、燃料を用いて発電を行う、並列に接続された複数の燃料電池システムと、複数の燃料電池システムを制御する制御器とを備え、系統電源に連系する燃料電池集合システムである。複数の燃料電池システムには、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムが含まれている。制御器は、複数の燃料電池システムを起動させるときに、まず、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい１台の燃料電池システムのみを起動させるように構成されている。制御器は、先に起動させた、相対的に発電出力が小さい燃料電池システムによる電力を用いて、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム以外の、残りの少なくとも１台の燃料電池システムを起動させるように構成されている。
【００１１】
また、本開示は、燃料を用いて発電を行う、並列に接続された複数の燃料電池システムを備え、系統電源に連系する燃料電池集合システムの運転方法である。複数の燃料電池システムには、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムが含まれている。そして、複数の燃料電池システムを起動させるときに、まず、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムのみを起動させる第１のステップを有している。そして、先に起動させた、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムによる電力を用いて、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム以外の、少なくとも１台の燃料電池システムを起動させる第２のステップを備えている。
【００１２】
この構成および方法により、燃料電池集合システムの起動電力および起動時間を最小化でき、燃料電池集合システムのコストダウンおよび小型化が可能となる。
【００１３】
本開示の燃料電池集合システムおよびその運転方法によれば、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムにおいて、まず、発電出力の小さい、１台の燃料電池システムのみを起動させることで、燃料電池システムの起動電力を最小化することが可能となる。また、発電出力の小さい燃料電池システムを備えることで、短時間で燃料電池集合システムを起動させることが可能となり、系統電源からの電力供給時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
さらに、先に起動させた燃料電池システムによる電力を用いて、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム以外の、少なくとも１台の燃料電池システムを起動させることにより、１台目の燃料電池システムの起動電力以外の、系統電源からの電力供給は不要となる。これにより、系統電源からの電力供給量を最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の第１の実施の形態に係る燃料電池集合システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本開示の第２の実施の形態に係る燃料電池集合システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本開示の第３の実施の形態に係る燃料電池集合システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】図４は、本開示の第４の実施の形態に係る燃料電池集合システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の第１の態様は、燃料を用いて発電を行う、並列に接続された複数の燃料電池システムと、複数の燃料電池システムを制御する制御器とを備え、系統電源に連系する燃料電池集合システムである。複数の燃料電池システムには、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムが含まれている。制御器は、複数の燃料電池システムを起動させるときに、まず、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムのみを起動させるように構成されている。また、制御器は、先に起動させた、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムによる電力を用いて、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム以外の、少なくとも１台の燃料電池システムを起動させるように構成されている。
【００１７】
このような構成の、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムにおいて、まず、発電出力の小さい、１台の燃料電池システムのみを起動させることにより、燃料電池集合システムの起動電力を小さくすることが可能となる。また、発電出力の小さい燃料電池システムを備えることで、短時間で燃料電池集合システムを起動させることが可能となる。これにより、系統電源からの電力受給時間を短縮することが可能となる。
【００１８】
さらに、先に起動させた燃料電池システムの電力を用いて、残りの燃料電池システムを起動させることにより、系統電源からの電力受給量を抑制することが可能となる。そのため、起動電力が小さく、起動時間の短い燃料電池集合システムを実現することが可能となる。
【００１９】
第２の態様は、第１の態様において、複数の燃料電池システムは、少なくとも３台の燃料電池システムを含む。そして、制御器は、複数の燃料電池システムを起動させるときに、複数の燃料電池システムの内で、最も発電出力の小さい燃料電池システムを最初に起動させるように構成されていてもよい。
【００２０】
このような構成によれば、さらに、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムにおいて、まず、発電出力の最も小さい、１台の燃料電池システムのみを起動させることにより、燃料電池集合システムの起動電力および起動時間を最小化することが可能となる。このため、より起動電力の小さく、起動時間の短い燃料電池集合システムを提供することが可能となる。
【００２１】
第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、制御器は、複数の燃料電池システムを起動させるときに、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムを優先して、発電出力の順に、１台ずつ起動させるように構成されていてもよい。
【００２２】
また、制御器は、２番目以降に起動させる燃料電池システムを、先に起動させた燃料電池システムによる電力を用いて、起動させるように構成されていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、さらに、発電出力の小さく、起動時間の短い燃料電池システムの順に起動させることが可能となり、燃料電池集合システムとしての起動時間を短縮することが可能となる。そのため、より起動時間の短い燃料電池集合システムを提供することが可能となる。
【００２４】
第４の態様は、第１の態様から第３の態様までのいずれかの態様において、蓄電装置をさらに備えていてもよい。そして、制御器は、系統電源の停電時に、複数の燃料電池システムを起動させるときに、最初に起動させる、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムを、蓄電装置の電力を用いて、起動させるように構成されていてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、さらに、蓄電装置の電力を用いて燃料電池システムを起動させることが可能となるので、停電時でも、燃料電池集合システムを起動させることが可能となる。さらに、最初に起動させる燃料電池システムは、相対的に発電出力が小さいので、起動完了までに必要な電力量が少なくなる。このため、必要な蓄電装置の電力量を最小限とすることが可能となる。そのため、燃料電池集合システムのコストダウンおよび小型化が可能となる。
【００２６】
第５の態様は、第１の態様から第４の態様までのいずれかの態様において、複数の燃料電池システムは、それぞれ、原料を改質して燃料を生成する改質器と、原料および燃料の少なくともいずれかを燃焼させて、改質器を加熱する燃焼器と、を有する水素生成器を備えた構成であってもよい。
【００２７】
一般に、燃料電池の発電出力が相対的に小さい燃料電池システムの水素生成装置は、燃料電池の発電出力が相対的に大きい燃料電池システムの水素生成装置よりも、起動時間が短い。よって、起動時間の短い、発電出力の小さい燃料電池システムから順に起動させるようにすれば、燃料電池集合システムとしての起動時間をさらに短縮することが可能となる。そのため、水素生成器を備えた燃料電池集合システムにおいても、より起動電力が小さく、起動時間の短い燃料電池集合システムを提供することが可能となる。
【００２８】
第６の態様は、燃料を用いて発電を行う、並列に接続された複数の燃料電池システムを備え、系統電源に連系する燃料電池集合システムの運転方法である。複数の燃料電池システムには、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムが含まれている。そして、複数の燃料電池システムを起動させるときに、まず、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムのみを起動させる第１のステップを有している。そして、先に起動させた、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムによる電力を用いて、複数の燃料電池システムの内、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム以外の、少なくとも１台の燃料電池システムを起動させる第２のステップを備えている。
【００２９】
このような方法によれば、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムにおいて、まず、発電出力の小さい、１台の燃料電池システムのみを起動させる。これにより、燃料電池集合システムの起動電力を小さくすることが可能となる。また、発電出力の小さい燃料電池システムを備えることにより、短時間で燃料電池集合システムを起動させることが可能となる。これにより、系統電源からの電力受給時間を短縮することが可能となる。
【００３０】
さらに、先に起動させた燃料電池システムの電力を用いて、残りの燃料電池システムを起動させることにより、系統電源からの電力受給量を抑制することが可能となる。そのため、燃料電池集合システムの起動電力を小さく、起動時間を短くすることができる。
【００３１】
第７の態様は、第６の態様において、複数の燃料電池システムは、少なくとも３台の燃料電池システムを含み、第１のステップにおいて、複数の燃料電池システムを起動させるときに、複数の燃料電池システムの内で、最も発電出力が小さい燃料電池システムを最初に起動させてもよい。
【００３２】
複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムにおいて、まず、発電出力の最も小さい、１台の燃料電池システムのみを起動させる。これにより、燃料電池集合システムの起動電力および起動時間を最小化することが可能となる。このため、燃料電池集合システムの起動電力を小さく、起動時間を短くすることができる。
【００３３】
第８の態様は、第６の態様または第７の態様の、第１のステップにおいて、複数の燃料電池システムを起動させるときに、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムを優先して、発電出力の順に１台ずつ起動させてもよい。
【００３４】
一般に、発電出力の小さい燃料電池システムほど、燃料電池システムの起動時間が短い傾向にある。よって、複数の燃料電池システムを起動させるときに、発電出力の小さい燃料電池システムを優先して、発電出力の順に１台ずつ起動させることにより、起動時間の短い燃料電池システムの順に起動させることが可能となり、燃料電池集合システムとしての起動時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
第９の態様は、第６の態様から第８の態様までのいずれかの態様において、燃料電池集合システムは、蓄電装置を備えていてもよい。また、第１のステップにおいて、系統電源の停電時に、複数の燃料電池システムを起動させるときに、最初に起動させる、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムを、蓄電装置の電力を用いて、起動させてもよい。
【００３６】
これにより、蓄電装置の電力を用いて燃料電池システムを起動させることが可能となる。よって、停電時でも、燃料電池集合システムを起動させることが可能となる。さらに、最初に起動させる燃料電池システムは、相対的に発電出力が小さいことから、起動完了までに必要な電力量が少なくなるため、起動に必要な蓄電装置の電力量を最小限とすることが可能となる。そのため、燃料電池集合システムのコストダウンおよび小型化が可能となる。
【００３７】
第１０の態様は、第６の態様から第９の態様までのいずれかの態様において、複数の燃料電池システムは、それぞれ、原料を改質して燃料を生成する改質器と、原料および燃料の少なくともいずれかを燃焼させて、改質器を加熱する燃焼器と、を有する水素生成器を備えていてもよい。
【００３８】
一般に、燃料電池の発電出力が相対的に小さい燃料電池システムの水素生成装置は、燃料電池の発電出力が相対的に大きい燃料電池システムの水素生成装置よりも、起動時間が短い。よって、起動時間の短く、発電出力の小さい燃料電池システムから順に起動させるようにすれば、燃料電池集合システムとしての起動時間をさらに短縮することが可能となる。
【００３９】
以下、本開示の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一、または、相当部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本開示を説明するために必要となる構成要素のみが抜粋されて図示されており、その他の構成要素については図示が省略されている。さらに、本開示は、以下の各実施の形態に限定されない。
【００４０】
（第１の実施の形態）
［燃料電池集合システムの構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る燃料電池集合システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００４１】
図１に示すように、本開示の第１の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂ、および、制御器１０１を備えている。
【００４２】
燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂそれぞれの燃料電池（図示せず）には、高分子電解質形燃料電池が用いられている。また、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂそれぞれの構成は、一般的な燃料電池システムと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略される。燃料電池システム１ａ、および、燃料電池システム１ｂには、燃料供給部６を介して燃料（本実施の形態では水素）が供給される。
【００４３】
燃料電池集合システム１００は、系統電源１１に連系し、燃料および酸素含有ガスで発電を行う、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂが、燃料電池集合システム１００内で並列に接続されている。燃料電池集合システム１００は、電力調整器（図示せず）により、燃料電池集合システム１００の起動時には、系統電源１１の電力を受給し、発電時には、系統電源１１へ電力を供給する。
【００４４】
本実施の形態の燃料電池集合システム１００では、燃料電池集合システム１００の定格発電出力が３ｋＷに、燃料電池システム１ａの定格発電出力が０．５ｋＷに、燃料電池システム１ｂの定格発電出力が２．５ｋＷに、それぞれ設定されている。また、燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は０．１ｋＷであり、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は０．５ｋＷである。
【００４５】
燃料電池システム１ａの定格発電出力は、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じかそれ以上の電力に設定されている。燃料電池システム１ａの定格発電出力を、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じ電力に設定することにより、燃料電池システム１ｂの起動に際して、燃料電池システム１ａの電力を利用することが可能となる。
【００４６】
制御器１０１は、マイクロプロセッサ、またはＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納するメモリ等から構成される記憶部とを備えている。そして、制御器１０１においては、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行する。これにより、制御器１０１は、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む、燃料電池集合システム１００に関する各種の制御を行う。
【００４７】
［燃料電池集合システムの動作］
次に、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の起動動作について、図１を参照しながら説明する。なお、燃料電池集合システム１００における発電動作は、一般的な燃料電池集合システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略される。
【００４８】
最初に、燃料電池集合システム１００の運転が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ａ，１ｂのうち、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム１ａを、系統電源１１の電力により起動させる。燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は、０．１ｋＷである。
【００４９】
起動完了後、燃料電池システム１ａによる、０．５ｋＷの定格発電が開始される。
【００５０】
燃料電池システム１ａの定格発電が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ｂに起動運転を開始させる。燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は、０．５ｋＷである。燃料電池システム１ｂは、実質的に先に発電を開始した燃料電池システム１ａの、０．５ｋＷの定格電力を用いて起動される。
【００５１】
起動完了後、燃料電池システム１ｂによる、２．５ｋＷの定格発電が開始され、制御器１０１は、負荷に応じて、燃料電池集合システム１００の運転を制御する。
【００５２】
このように、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、複数台の燃料電池システム１ａ，１ｂが接続された燃料電池集合システム１００において、まず、相対的に発電出力の小さい、１台の燃料電池システム１ａのみを系統電源１１の電力で起動させる。その後、先に起動した燃料電池システム１ａの電力により、残りの燃料電池システム１ｂを起動させる。これにより、燃料電池集合システム１００の起動に必要な電力を、燃料電池システム１ａの起動電力のみとすることができ、起動電力を小さくすることが可能となる。
【００５３】
また、燃料電池システム１ｂよりも発電出力の小さい燃料電池システム１ａを備えることにより、短時間で燃料電池システム１ａを起動させることが可能となる。これにより、系統電源１１からの電力受給時間を短縮することが可能となる。
【００５４】
さらに、先に起動させた燃料電池システム１ａの電力を用いて、残りの燃料電池システム１ｂを起動させることから、系統電源１１からの電力受給量を抑制することが可能となる。このため、起動電力が小さく、起動時間の短い燃料電池集合システム１００を提供することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂの定格発電出力を、それぞれ、０．５ｋＷおよび２．５ｋＷの態様で例示した。しかしながら、本開示はこの例に限定されず、燃料電池システム１ａの定格発電出力が、燃料電池システム１ｂを起動可能な、最小限の定格発電出力となるように構成されていれば、この定格発電出力に限定されず、どのような態様であってもよい。
【００５６】
（第２の実施の形態）
［燃料電池集合システムの構成］
図２は、本開示の第２の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００５７】
図２に示されるように、本開示の第２の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂ、燃料電池システム１ｃ、および、制御器１０１を備えている。
【００５８】
燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂおよび燃料電池システム１ｃそれぞれの燃料電池（図示せず）としては、高分子電解質形燃料電池が用いられる。また、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂおよび燃料電池システム１ｃそれぞれの構成は、一般的な燃料電池システムと同様であるため、その詳細な説明は省略される。
【００５９】
燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂおよび燃料電池システム１ｃそれぞれには、燃料供給部６を介して燃料（本実施の形態では水素）が供給される。
【００６０】
燃料電池集合システム１００は、系統電源１１に連系し、燃料と酸素含有ガスとにより発電を行う、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂおよび燃料電池システム１ｃが、燃料電池集合システム１００内で並列に接続されている。燃料電池集合システム１００は、電力調整器（図示せず）により、燃料電池集合システム１００の起動時には、系統電源１１の電力を受給し、発電時には、系統電源１１へ電力を供給する。
【００６１】
本実施の形態の燃料電池集合システム１００では、燃料電池集合システム１００の定格発電出力が１６ｋＷに、燃料電池システム１ａの定格発電出力が１ｋＷに、燃料電池システム１ｂの定格発電出力が５ｋＷに、燃料電池システム１ｃの定格発電出力が１０ｋＷに、それぞれ設定されている。
【００６２】
また、燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は０．２ｋＷであり、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は１ｋＷであり、燃料電池システム１ｃの起動に必要な最大電力は２ｋＷである。
【００６３】
燃料電池システム１ａの定格発電出力は、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じ電力に設定されている。燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂそれぞれの定格発電出力の合計は、燃料電池システム１ｃの起動に必要な最大電力よりも大きい電力に設定されている。
【００６４】
本実施の形態では、燃料電池システム１ａの定格発電出力が、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じ電力に設定されている。また、燃料電池システム１ａと燃料電池システム１ｂそれぞれの定格発電出力の合計が、燃料電池システム１ｃの起動に必要な最大電力よりも大きい電力に設定されている。これにより、燃料電池システム１ｂの起動に燃料電池システム１ａの電力を利用することができるとともに、燃料電池システム１ｃの起動には、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂの電力を利用することが可能である。
【００６５】
［燃料電池集合システムの動作］
次に、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の起動動作について、図２を参照しながら説明する。なお、燃料電池集合システム１００における発電動作は、一般的な燃料電池集合システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略される。
【００６６】
最初に、燃料電池集合システム１００の運転が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ａ，１ｂ，１ｃのうち、発電出力が最小の燃料電池システム１ａを、系統電源１１の電力により起動させる。燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は、０．２ｋＷである。
【００６７】
起動完了後、燃料電池システム１ａによる、１ｋＷの定格発電が開始される。
【００６８】
燃料電池システム１ａの定格発電が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ａ，１ｂ，１ｃのうち、２番目に発電電力の小さい燃料電池システム１ｂの起動運転を開始させる。燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は１ｋＷであり、燃料電池システム１ｂは、実質的に先に発電を開始した燃料電池システム１ａの、１ｋＷの定格電力を用いて起動される。
【００６９】
そして、燃料電池システム１ｂの起動完了後に、燃料電池システム１ｂによる定格発電が開始される。
【００７０】
次に、燃料電池システム１ｂの５ｋＷの定格発電が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ａ，１ｂ，１ｃのうち、３番目に発電電力の小さい燃料電池システム１ｃの起動運転を開始させる。燃料電池システム１ｃの起動に必要な最大電力は２ｋＷであり、燃料電池システム１ｃは、実質的に先に発電を開始した燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂの合計６ｋＷの定格電力を用いて起動される。
【００７１】
そして、燃料電池システム１ｃの起動完了後に、燃料電池システム１ｃによる、１０ｋＷの定格発電が開始され、制御器１０１は、負荷に応じて、燃料電池集合システム１００の運転を制御する。
【００７２】
このように、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、複数台の燃料電池システム１ａ，１ｂ，１ｃが接続された燃料電池集合システム１００において、まず、発電出力が最も小さい１台の燃料電池システム１ａのみを系統電源１１の電力で起動させる。その後、先に起動させた燃料電池システム１ａの電力により、２番目に発電電力が小さい燃料電池システム１ｂを起動させる。そして、先に起動した燃料電池システム１ａと、２番目に起動した燃料電池システム１ｂの電力により、３番目に発電電力が小さい燃料電池システム１ｃを起動させる。
【００７３】
このため、燃料電池集合システム１００の系統電源１１からの起動に必要な電力は、燃料電池システム１ａの起動電力のみとなり、起動電力を最小化することが可能となる。
【００７４】
また、発電出力が小さく、起動時間の短い順に、燃料電池システム１ａ，１ｂ，１ｃを起動させることが可能となり、燃料電池集合システム１００としての起動時間を短縮することが可能となる。そのため、より起動電力が小さく、起動時間の短い燃料電池集合システム１００を実現することが可能となる。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂおよび燃料電池システム１ｃそれぞれの定格発電出力を、１ｋＷ、５ｋＷおよび１０ｋＷの態様を用いて例示したが、本開示はこの例に限定されない。順番に起動された燃料電池システムの定格発電出力の合計が、次の燃料電池システムを起動可能な、最小限の定格発電出力となるように構成されていれば、この定格発電出力に限定されず、どのような態様であってもよい。
【００７６】
（第３の実施の形態）
［燃料電池集合システムの構成］
図３は、本開示の第３の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００７７】
本開示の第３の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、第１の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００と基本的構成は同じであるが、燃料電池システム１ａに蓄電装置９が設けられているところが異なる。
【００７８】
燃料電池集合システム１００は、系統電源１１に連系し、燃料と酸素含有ガスとで発電を行う、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂが、燃料電池集合システム１００内で並列に接続されている。燃料電池集合システム１００は、電力調整器（図示せず）により、燃料電池集合システム１００の起動時には、蓄電装置９および系統電源１１の電力を受給し、発電時には、蓄電装置９および系統電源１１へ電力を供給する。
【００７９】
本実施の形態では、燃料電池集合システム１００の定格発電出力が３ｋＷとなり、燃料電池システム１ａの定格発電出力が０．５ｋＷとなり、燃料電池システム１ｂの定格発電出力が２．５ｋＷとなり、蓄電装置９の蓄電電力量が０．１ｋＷｈとなるように設定されている。
【００８０】
また、燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は、０．１ｋＷであり、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は、０．５ｋＷであり、燃料電池システム１ａ，１ｂの起動完了までに必要な電力量は、それぞれ、最大０．０５ｋＷｈ、最大０．２５ｋＷｈである。
【００８１】
燃料電池システム１ａの定格発電出力は、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じかそれ以上の電力に設定されている。燃料電池システム１ａの定格発電出力を、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じ電力に設定することにより、燃料電池システム１ｂの起動に際して、燃料電池システム１ａの電力を利用することが可能となっている。
【００８２】
図３に示されるように、本開示の第３の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂ、燃料供給部６、蓄電装置９、および、制御器１０１を備えている。
【００８３】
蓄電装置９は、燃料電池システム１ａを起動させるのに必要な電力量を備えており、本開示の第３の実施の形態に係る蓄電装置９は、二次電池で構成されている。
【００８４】
［燃料電池集合システムの動作］
次に、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の起動動作について、図３を参照しながら説明する。なお、燃料電池集合システム１００における発電動作は、一般的な燃料電池集合システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略される。
【００８５】
最初に、燃料電池集合システム１００の運転が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ａ，１ｂのうち、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム１ａを、蓄電装置９からの電力により起動させる。燃料電池システム１ａの起動完了までに必要な電力量は０．０５ｋＷｈであるため、蓄電装置９の蓄電電力量０．１ｋＷｈを用いて、燃料電池システム１ａの起動工程を完了させることができる。
【００８６】
そして、燃料電池システム１ａの起動完了後に、燃料電池システム１ａによる、０．５ｋＷの定格発電が開始される。
【００８７】
燃料電池システム１ａによる定格発電が開始されると、制御器１０１は、燃料電池システム１ｂに起動運転を開始させる。燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は０．５ｋＷであり、燃料電池システム１ｂは、実質的に先に発電を開始した燃料電池システム１ａの、０．５ｋＷの定格電力を用いて起動される。
【００８８】
そして、燃料電池システム１ｂの起動完了後に、燃料電池システム１ｂによる、２．５ｋＷの定格発電が開始され、制御器１０１は、負荷に応じて、燃料電池集合システム１００の運転を制御する。
【００８９】
このように、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、複数台の燃料電池システム１ａ，１ｂが接続された燃料電池集合システム１００において、まず、相対的に発電出力の小さい、１台の燃料電池システム１ａのみを蓄電装置９からの電力により起動させる。その後、先に起動した燃料電池システム１ａの電力により、残りの燃料電池システム１ｂを起動させることにより、燃料電池集合システム１００を、停電時でも起動させることが可能となる。
【００９０】
また、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム１ａは、起動完了までに必要な電力量も少ない。このため、起動に必要な蓄電装置９の蓄電容量を小さくすることが可能となる。よって、起動電力の小さい燃料電池集合システム１００を提供することが可能となるとともに、燃料電池集合システム１００のコストダウンおよび小型化が可能となる。
【００９１】
つまり、蓄電装置９を備える構成により、最小限の蓄電容量で燃料電池システム１ａを起動させることが可能となるため、燃料電池集合システム１００のコストダウンおよび小型化が可能となる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂの定格発電出力を、それぞれ、０．５ｋＷおよび２．５ｋＷとし、蓄電装置９の蓄電電力量を、０．１ｋＷｈとした態様を示したが、本開示はこの態様に限定されない。蓄電装置９の蓄電電力により燃料電池システム１ａが起動でき、燃料電池システム１ａの発電出力が、燃料電池システム１ｂを起動させることが可能な、最小限の発電出力となるように構成されていれば、上述の発電出力に限定されず、どのような態様であってもよい。
【００９３】
また、蓄電装置９は、燃料電池システム１ａの外部に接続される態様であるとして例示したが、本開示はこの例に限定されない。燃料電池システム１ａの起動電力として利用できれば、蓄電装置９の構成はこれに限定されず、燃料電池システム１ａの内部に設けられていてもよい。
【００９４】
（第４の実施の形態）
［燃料電池集合システムの構成］
図４は、本開示の第４の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００９５】
本開示の第４の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、第１の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００と基本的構成は同じである。しかしながら、燃料電池システム１ａ，１ｂそれぞれに水素生成器３ａ，３ｂが設けられている点、および、燃料電池集合システム１００が電力供給源切替器１０を備えている点で異なる。
【００９６】
燃料電池集合システム１００は、系統電源１１に連系し、燃料と酸素含有ガスとで発電を行う、燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂが、燃料電池集合システム１００内で、電力供給源切替器１０を介して並列に接続されている。燃料電池集合システム１００は、電力調整器（図示せず）により、燃料電池集合システム１００の起動時には、系統電源１１の電力を受給し、発電時には、系統電源１１へ電力を供給する。
【００９７】
本実施の形態では、燃料電池集合システム１００の定格発電出力が５ｋＷとなり、燃料電池システム１ａの定格発電出力が２ｋＷとなり、燃料電池システム１ｂの定格発電出力が３ｋＷとなるように設定されている。
【００９８】
また、燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は、１．４ｋＷであり、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は、２ｋＷである。
【００９９】
燃料電池システム１ａの定格発電出力は、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じ電力に設定されている。燃料電池システム１ａの定格発電出力を、燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力と同じ電力に設定することにより、燃料電池システム１ｂの起動に際して、燃料電池システム１ａの電力を利用することが可能となっている。
【０１００】
図４に示されるように、本開示の第４の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００は、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂ、燃料電池２ａ、燃料電池２ｂ、水素生成器３ａ、水素生成器３ｂ、電力供給源切替器１０、および、制御器１０１を備えている。
【０１０１】
燃料電池システム１ａおよび燃料電池システム１ｂは、図４に示されるように、それぞれ、水素生成器３ａおよび水素生成器３ｂを備えている。水素生成器３ａおよび水素生成器３ｂは、それぞれ、燃料電池２ａおよび燃料電池２ｂが発電するのに必要な燃料供給能力を備えている。水素生成器３ａおよび水素生成器３ｂには、原料供給部７を介して、原料（本実施の形態では都市ガス）が供給される。
【０１０２】
水素生成器３ａ，３ｂは、それぞれ、改質器４ａ，４ｂ、および、改質器４ａ，４ｂを加熱するための燃焼器５ａ，５ｂを有している。
【０１０３】
改質器４ａ，４ｂは、原料ガスと水とを改質反応させて、水素を含む燃料である水素含有ガスを生成するように構成されている。改質器４ａ，４ｂで生成された水素含有ガスは、それぞれ、燃料電池２ａ，２ｂのアノードに供給される。
【０１０４】
水素生成器３ａ，３ｂの改質器４ａ，４ｂには、原料供給部７および水供給器８が接続されている。原料供給部７は、その流量を調整しながら、改質器４ａ，４ｂに、気体状態の原料である原料ガスを供給するように構成されている。原料供給部７は、例えば、流量調整弁とポンプとで構成することができる（図示せず）。
【０１０５】
燃焼器５ａ，５ｂには、燃料電池２ａ，２ｂと燃焼器５ａ，５ｂとを連通させるオフ水素含有ガス経路が接続されている。燃焼器５ａ，５ｂは、オフ水素含有ガス経路を介して、燃料電池２ａ，２ｂから排出される燃料ガスであるオフ水素含有ガスを燃焼させて、オフ燃焼ガスを生成する。
【０１０６】
なお、燃焼器５ａ，５ｂは、原料ガスおよび燃料ガスの少なくともいずれかを燃焼させることにより、改質器４ａ，４ｂを加熱する構成であればよい。
【０１０７】
ここで、水素生成器３ａ，３ｂの燃焼器５ａ，５ｂで生成されたオフ燃焼ガスは、改質器４ａ，４ｂを加熱した後に、オフ燃焼ガス経路に排出されて、燃料電池集合システム１００外に排出される（図示せず）。
【０１０８】
水供給器８は、水蒸気改質反応に必要な水を、改質器４ａ，４ｂに供給する。水供給器８は、改質器４ａ，４ｂに、その流量を調整しながら、水を供給するように構成されている。
【０１０９】
［燃料電池集合システムの動作］
次に、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００の起動動作について、図４を参照しながら説明する。なお、燃料電池集合システム１００における発電動作は、一般的な燃料電池集合システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略される。
【０１１０】
まず、燃料電池集合システム１００の運転が開始されると、制御器１０１は、系統電源１１から燃料電池システム１ａに電力が供給されるように電力供給源切替器１０を制御し、燃料電池システム１ａ，１ｂのうち、相対的に発電出力の小さい燃料電池システム１ａを、系統電源１１の電力で起動させる。燃料電池システム１ａの起動に必要な最大電力は、１．４ｋＷである。
【０１１１】
そして、燃料電池システム１ａの起動完了後に、燃料電池システム１ａによる、２ｋＷの定格発電が開始される。
【０１１２】
燃料電池システム１ａによる定格発電が開始されると、制御器１０１からの信号により、系統電源１１からの電力が切り離され、燃料電池システム１ａから燃料電池システム１ｂに電力が供給されるように、電力供給源切替器１０が制御される。そして、燃料電池システム１ａの２ｋＷの定格電力により、燃料電池システム１ｂの起動運転が開始される。
【０１１３】
燃料電池システム１ｂの起動に必要な最大電力は２ｋＷであり、燃料電池システム１ｂは、実質的に先に発電を開始した燃料電池システム１ａの、２ｋＷの定格電力を用いて起動される。
【０１１４】
そして、燃料電池システム１ｂの起動完了後、燃料電池システム１ｂによる、３ｋＷの定格発電が開始され、燃料電池集合システム１００から系統電源１１に電力が供給されるように、電力供給源切替器１０が制御される。そして、制御器１０１は、負荷に応じて、燃料電池集合システム１００の運転を制御する。
【０１１５】
このように、本実施の形態に係る燃料電池集合システム１００によれば、第１の実施の形態に係る燃料電池集合システム１００と同様の作用効果を奏する。さらに、燃料電池の発電出力によって、起動時間が大きく変化する、水素生成器３ａ，３ｂを備えた燃料電池システムにおいて、起動時間の短く、発電出力の小さい燃料電池システム１ａから順に起動させることが可能となり、燃料電池集合システム１００としての起動時間を短縮することが可能となる。
【０１１６】
また、電力供給源切替器１０を備えることにより、先に発電を開始した燃料電池システム１ａで発電された電力のみを利用して、燃料電池システム１ｂを起動させることが可能となる。
【０１１７】
そのため、水素生成器３ａ，３ｂを備えた燃料電池集合システム１００においても、より起動電力の小さく、起動時間の短い燃料電池集合システム１００を提供することが可能となる。
【０１１８】
なお、上述した各実施の形態では、燃料電池システム１ａ、燃料電池システム１ｂおよび燃料電池システム１ｃの燃料電池は、それぞれ、高分子電解質形燃料電池であると例示したが、本開示はこれに限定されない。直接内部改質型固体酸化物形燃料電池、および、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の、各種の燃料電池を用いることができる。
【０１１９】
また、上述した各実施の形態では、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システム１００の態様を例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、複数台の燃料電池が接続されて構成された燃料電池集合システム１００の態様であってもよい。
【０１２０】
さらに、各実施の形態において説明した燃料電池集合システム１００では、複数台の燃料電池システム全ての起動完了後に、系統電源１１に電力が供給される態様を例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、複数台の燃料電池システムの内の、少なくとも１台の起動が完了すれば、系統電源１１に電力が供給される態様であってもよい。
【０１２１】
また、制御器１０１は、燃料電池集合システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような態様であってもよい。制御器１０１は、単独の制御器で構成される態様だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池集合システム１００の制御を実行する制御器群で構成される態様であっても構わない。また、制御器１０１は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、または論理回路等によって構成されていてもよい。
【０１２２】
また、本開示の第３の実施の形態に係る蓄電装置９は、二次電池であると例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、車両用のバッテリ、および乾電池等のうち、少なくとも一つから構成されている態様であってもよい。
【０１２３】
上記の説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良、および、他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の要旨を逸脱することなく、その構造および機能の少なくともいずれかの詳細を実質的に変更できる。また、上記各実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、本開示に係る種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
以上述べたように、本開示の燃料電池集合システムは、複数台の燃料電池システムが接続された燃料電池集合システムにおいて、まず、相対的に発電出力の小さい燃料電池システムのみを起動させることにより、燃料電池集合システムの起動電力および起動時間を最小化することが可能となる。【０１２５】
そのため、起動電力が小さく、起動時間の短い燃料電池集合システムを提供することが可能となるため、特に系統電源の停電時に起動させる用途等に好適に用いることができ、有用である。
【符号の説明】
【０１２６】
１ａ    燃料電池システム
１ｂ    燃料電池システム
１ｃ    燃料電池システム
２ａ    燃料電池
２ｂ    燃料電池
３ａ    水素生成器
３ｂ    水素生成器
４ａ    改質器
４ｂ    改質器
５ａ    燃焼器
５ｂ    燃焼器
６    燃料供給部
７    原料供給部
８    水供給器
９    蓄電装置
１０    電力供給源切替器
１１    系統電源
１００    燃料電池集合システム
１０１    制御器
【図１】
2017135180.tif 000003
【図２】
2017135180.tif 000004
【図３】
2017135180.tif 000005
【図４】
2017135180.tif 000006
【国際調査報告】
2017135180.tif 000007
2017135180.tif 000008