(57)【要約】【課題】  燃料電池の負荷がゼロから増大する起動時や安定した運転状態から急に電気的な負荷量が変化するなどの遷移状態においても安定した燃料電池の運転を確保できる燃料燃料電池システム及びその運転方法を提供することである。【解決手段】  本発明の燃料電池システムは、燃料電池６と、燃料電池６によって発電された電力が供給される負荷７０に接続され、負荷７０へ電力を供給する二次電池７４と、を備えることを特徴とする。また、この燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池６の発電能力に見合った電力を取り出し、発電により発生する熱によって燃料電池６を昇温することを特徴とする。【選択図】          図３
2006147588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池によって発電された電力が供給される負荷に接続され、前記負荷へ電力を供給する二次電池と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記負荷は、前記燃料電池を作動させるための補機であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムにおいて、
燃料が前記燃料電池へ供給されてから、前記燃料電池によって発電される電力が安定するまでに、
前記二次電池は、前記負荷へ電力を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記負荷が使用する電力が所定の閾値を超えたときに、
前記二次電池は、前記負荷へ電力を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池によって発電される電力が所定の閾値以下であるときに、
前記二次電池は、前記負荷へ電力を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池と前記二次電池とは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の発電能力に見合った電力を取り出し、発電により発生する熱によって前記燃料電池を昇温することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池の温度に応じて、前記燃料電池から取り出す電力を変化させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と該燃料電池を作動するための機器、例えば、ガスポンプや液体ポンプ或いは制御装置や制御弁等の電気機器（以下補機という）とから構成された燃料電池システムに関するものであり、特に、該補機に商用電源または燃料電池システムから電力を供給して燃料電池への水素の供給や燃料電池の温度管理或いはそれらの制御をするようにした燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料ガスとし、空気中の酸素を酸化剤として使用する固体高分子型燃料電池（以下単に燃料電池という）は、酸やアルカリによる腐食の心配がなく寿命が長い特徴を有している。このような、燃料電池システムに使用される補機は商用電源や燃料電池システムから電力の供給を受けて燃料電池への水素ガスや反応空気の供給、燃料電池の冷却或いは原燃料ガスや水素ガスの供給量の制御等を行なうように構成されている。また、燃料電池で発電された電力を外部の系統負荷に供給できるように接続された燃料電池システムにおいては、この系統負荷に電力を供給している商用電源が停電したときは、ブレーカが働いて、燃料電池システムから、系統負荷への出力は行なえなくなる。
【０００３】
商用電源が停電のときは、燃料電池システムから外部負荷への電気出力はゼロとなるばかりでなく、対応して、燃料電池システムを停止するために付随した停止処理の制御も必要になる。さらに、水素（電池の燃料）ガスの供給に改質器を使用した燃料電池システムでは、電気出力と改質器に供給する原燃料の供給とは連動しているので、停電で外部への電気出力が止まると同時に、これと連動して、改質器等に供給する原燃料ガスが停まって、燃料電池システムの運転を停止したり、あるいは、原燃料ガスの量を絞って待機運転に自動的に移行するように構成されている。改質器への原燃料ガス量を絞る待機運転に移行することは、これに応じて関連の全ての機器、例えば、水蒸気の供給やガスの流れを制御する制御弁、燃焼空気や反応空気を送るガスポンプ或いは水蒸気や水を送るポンプ等の機器の制御や調整も並行して行なわれるものである。
【特許文献１】特開平０８−１４８１７３号公報
【特許文献２】特開平０６−２７４２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような燃料電池システムに接続されている電気負荷側で、使用電力の急激な増加があったような場合に、燃料電池と負荷との間の回路の電流が増え、この増大を感知した制御装置は、燃料電池からの出力を増加させるように作動する。しかし、このような電流の増大を感知して、改質器に供給される原燃料ガスが増えても直ちに発電量が増える訳ではない。電気負荷における使用電力量が燃料電池の対応能力を越えて急激に増大したときは、燃料電池を過負荷運転の状態にするおそれがある。
【０００５】
この発明は、このような従来技術の問題点を解決するものであり、その目的は、燃料電池で発生した電力を負荷量が変動する電気負荷に供給できるように構成された燃料電池システムにおいて、前記電気負荷の使用電力量が燃料電池のその時の発電量（限界能力）や燃料電池の定格出力を越えて急激に増大したときに、燃料電池の限界能力や定格出力以上に燃料電池から電気が出力されないように抑制しつつ、電気負荷側で必要とされる電力を負荷に供給できるようにようにするなど、燃料電池の負荷がゼロから増大する起動時や安定した運転状態から急に電気的な負荷量が変化するなどの遷移状態においても安定した燃料電池の運転を確保できる燃料燃料電池システム及びその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される負荷に接続され、前記負荷へ電力を供給する二次電池と、を備えることを特徴とする。これにより、安定した運転状態から急に電気的な負荷量が変化するなどの遷移状態においても安定した燃料電池の運転を確保できる。そして、請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記負荷は、前記燃料電池を作動させるための補機であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の燃料電池システムにおいて、燃料が前記燃料電池へ供給されてから、前記燃料電池によって発電される電力が安定するまでに、前記二次電池は、前記負荷へ電力を供給することを特徴とする。これにより、燃料が燃料電池の燃料極に供給されて燃料電池が安定した出力状態になるまでの間、負荷への電力供給の一部を二次電池から供給するように制御すれば、過負荷による燃料電池の損傷を防止することができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記負荷が使用する電力が所定の閾値を超えたときに、前記二次電池は、前記負荷へ電力を供給することを特徴とする。また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池によって発電される電力が所定の閾値以下であるときに、前記二次電池は、前記負荷へ電力を供給することを特徴とする。これにより、燃料電池システムに接続されている負荷側で、使用電力の急激な増加があったような場合に、一時的に不足の電力を二次電池で補うことによって電気負荷量の急激な増加を緩和し、燃料電池を過負荷から保護する機能となる。
【０００９】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池と前記二次電池とは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されることを特徴とする。これにより、燃料電池システムと負荷側とをつなぐＤＣ／ＤＣコンバータが二次電池への充電回路を兼ねるので、装置の構成が簡略化される。
【００１０】
請求項７記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電能力に見合った電力を取り出し、発電により発生する熱によって前記燃料電池を昇温することを特徴とし、請求項８記載の発明は、請求項７記載の燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池の温度に応じて、前記燃料電池から取り出す電力を変化させることを特徴とする。これにより、すみやかに燃料電池システムの運転が定常の運転状態に移行できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電気負荷における使用電力量が燃料電池の対応能力を越えて急激に増大したときは、増大した電気負荷量に応じた発電状態になって燃料電池の作動が安定するまでの間、負荷への電力供給の一部を二次電池からも供給するように制御して、過負荷による燃料電池の損傷も防止することができるなど、燃料電池の遷移状態における安定した運転を確保した燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１はポリマ・エレクトロライト・フューエル・セルと称される固体高分子型燃料電池等の燃料電池６及び該燃料電池６に水素ガスを供給するための改質器３、バーナ１２、制御装置９５並びにこれらの機器作動用の補機である送風機等のガスポンプ１０、１１、１４、３７や水ポンプ等の液体ポンプ２２、２３、２４、４８及び制御弁や開閉弁３６、４０、４１、４２、９２、９３等を備えた燃料電池システムを示している。
【００１３】
改質器３は、該改質器３を加熱するためのバーナ１２を有し、原燃料管１から原燃料ガス、水蒸気源である熱交換器１７から水蒸気の供給を受けて、原燃料から高濃度の水素ガス（改質ガス）を生成して燃料極６ａに供給する装置である。原燃料管１、燃料供給制御弁４１経由で燃料電池システムに供給された天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の原燃料ガスは、まず脱硫器２に流入してここで硫黄成分が除去され、次に、熱交換器１７から供給される水蒸気と共に昇圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給される。
【００１４】
熱交換器１７は、例えば、改質器３の排気系３１に設けられ、該改質器３から排出される燃焼ガスで水を加熱する構造を有し、水タンク２１からポンプ２２を介して供給される水をこの熱交換器１７で加熱して水蒸気化させる。改質器３に供給された原燃料ガス及び水蒸気は、バーナ１２から化学反応の熱を得て、水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスに改質される。改質器３を出た改質ガスは、ＣＯ変成器４に供給され、ここでは燃料ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去器５に供給されてガス中の未変成の一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素になる。
【００１５】
ＣＯ除去器５において、一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下に低減された水素濃度の高いガス（改質ガス）が、燃料電池の燃料極６ａに供給される。ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化学反応は発熱反応であるので、例えばＣＯ除去器５では、システム起動時のみバーナ（図示せず）を燃焼させ、このとき発生した燃焼ガスの熱でＣＯ除去器５の温度を反応温度まで上昇させ、その後は、自らの発熱反応の熱により反応温度が維持される。外部からは、必要に応じてＣＯ変成器４及びＣＯ除去器５が反応温度以上に昇温しないように冷却制御（図示せず）が行われる。
【００１６】
燃料電池６は、燃料極６ａ、空気極６ｋ及び冷却部６ｃを有している。燃料極６ａに導入された改質ガスは、ここで発電に使用される一方、燃料極６ａで反応しなかった余剰水素はオフガスとしてオフガス制御弁９２を経て管路１５に排出される。空気極６ｋには、酸化剤としての反応空気が供給され、これと改質ガスとの電気化学反応によって発電が行われる。一方、電気化学反応後の空気は、管路２７を経て大気中に排出される。空気極６ｋへ供給される反応空気は、空気ポンプ１１によって水タンク２１内の水中に泡立てられつつ気相部５３に送出されて加湿が行われる。反応空気はこのように燃料電池６における電気化学反応が適度に維持されるように水分を与えられた後、管路１６を経て燃料電池の空気極６ｋに供給される。燃料電池６では、この電気化学反応時の活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧により電池自体が反応熱を発生し、燃料電池６の作動に必要な温度が維持される。
【００１７】
燃料電池の冷却部６ｃは、燃料電池６が定常の作動状態に移行した後に、反応熱等で燃料電池６が過熱しないように冷却するために設けられた冷却装置であり、燃料電池の燃料極６ａと空気極６ｋとに並置されている。冷却部６ｃにはポンプ４８によって水タンク２１の水が循環され、この冷却水によって、燃料電池６内の温度が発電に適した作動温度、例えば、７０℃〜８０℃に保たれている。これにより、燃料電池６は、電池内の温度が反応熱で過度に上昇して電池の構成材料の機能を低下させたり、電池の固体高分子膜を損傷させたりしないように制御される。
【００１８】
また、図１の燃料電池システムにおいては、改質器３とＣＯ変成器４との間、ＣＯ変成器４とＣＯ除去器５との間に、それぞれ熱交換器１８、１９が接続され、各熱交換器１８、１９には水タンク２１から、ポンプ２３、２４を介して水が循環され、改質器３、ＣＯ変成器４を経たガスがそれぞれ冷却される。このようにして改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５及び燃料電池６では、所定の化学反応（改質反応、電気化学反応）が継続され発電が行われる。
【００１９】
改質器のバーナ１２には、燃焼制御弁４２を有する燃料管１３を介して燃料ガスが供給され、かつ、オフガス制御弁９２を有する管路１５を介してオフガスが供給される。一方、燃焼空気はガスポンプ１４によって供給され、これにより、バーナ１２における燃料ガス及びオフガスの燃焼が行われる。
【００２０】
燃料電池システムの起動時には、改質器３及び燃料電池６の温度は低く、オフガスの発生もないので、改質器３のバーナ１２では、燃焼制御弁４２、燃料管１３を経て供給される燃料ガスのみが燃焼されて改質器3の加熱をする。その後、改質器３の温度が上がって、改質ガスが生成され、燃料電池の電極６ａに送られて、燃料電池６における発電が始まると、負荷昇温によって燃料電池６の温度を次第に上昇させることができる。このようにして、改質器３及び燃料電池６の温度が作動温度まで上がって安定し、燃料電池システムが定常の運転状態に移行したときは、燃料電池の燃料極６ａからオフガスが安定して排出されるようになる。
【００２１】
燃料電池システムが定常の運転状態に移行した後は、燃焼制御弁４２は閉じられ、燃料管１３経由の燃料ガスの供給は断たれ、バーナ１２による改質器３の加熱は、オフガス制御弁９２経由で供給されるオフガスの燃焼で行なわれるように切替わる。
【００２２】
次に、この燃料電池システムの起動制御について説明する。図１の９５は、燃料電池システムの制御装置である。燃料電池システムが定常の運転状態に移行した後の制御装置９５によるバーナ１２の燃焼制御は、燃料極６ａから排出されたオフガスを、管路１５経由でバーナ１２に供給して、オフガス中の未反応の水素ガスを燃焼させ、改質器３をオフガスの燃焼で加熱できるように制御する。また、制御装置９５は、改質器３の温度センサ４４及び燃料電池６の温度センサ４５によって、改質器３および燃料電池６の温度を監視しつつ、改質器３に供給される原燃料やバーナ１２に供給される燃料ガスの流れを制御すると同時に、燃料電池６で発電された電力を電気負荷７０、７１、７２に供給する制御も行なっている。なお、４９は、燃料電池６から電気負荷７０、７１、７２に供給される電気の量を検出する電流計である。
【００２３】
制御装置９５による改質ガス及び燃料ガスの流れの制御は、燃料管１３に設けられた燃焼制御弁４２並びに改質ガスが流れる管路６４と３５とに設けられた制御弁９３と開閉弁３６及び、オフガスが流れる管路３８と１５に設けられた制御弁４０とオフガス制御弁９２等の開閉制御によって行なわれる。すなわち、燃料電池システムの起動時には、温度が低く改質反応も充分でないので、制御装置９５は、改質器３等の各反応器の温度が作動温度に達して安定した組成の改質ガスが生成されるようになるまでは、制御弁９３を閉じ、開閉弁３６を開く制御をする。これにより、不安定な組成の改質ガスは燃料電池の電極６ａには供給されず、管路３５経由でＰＧバーナ３４に導かれて、ここで燃焼される。
【００２４】
燃料電池システムの改質器３を起動し、改質器３を含む各反応器の温度や作動が安定した後に、制御装置９５は、開閉弁３６を閉じ、開閉弁４０及び制御弁９３を開いて、改質ガスを燃料電池の燃料極６ａに供給し、燃料電池６における発電を開始させる。改質ガスを導入された当初、燃料極６ａの温度は低く、殆ど発電は行われない。徐々に発電が開始されても、直ちに安定した作動状態になる訳でもない。制御装置９５は、燃料電池の温度が低く、発電量が僅かな中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７や系統連係インバータ１０８を制御して燃料電池６の発電能力に見合った負荷を燃料電池６にかけながら、燃料電池６自身の発熱で燃料電池６の温度が上がるよう（負荷昇温）に制御する。
【００２５】
例えば、制御装置９５は、燃料電池６による発電が開始されてそのオープン電圧を確認したら、直ちにオープン電圧から系統連系インバータ１０８を介した電力系統への連系を行い、発電能力が小さい中から、燃料電池６に電気的な負荷をかけ始める。この過程において、制御装置９５は、温度センサ４５によって燃料電池６の温度を監視し、そのときの電池温度に応じて取出し電流値を増やす形で、燃料電池６に対する電気負荷量を徐々に増大させ、負荷昇温によって、燃料電池の温度をできるだけ早く安定した作動の温度に上げ、すみやかに燃料電池システムの運転が定常の運転状態に移行できるように制御するものである。
【００２６】
燃料電池６で発電に使用されなかった未反応ガスは、管路３８、制御弁４０経由でＰＧバーナ３４に導かれ、ここで燃焼される。燃料電池６の温度が負荷昇温によって上昇して作動温度（例えば、７０℃〜８０℃）に達し、この作動温度近くに温度が安定し、定格出力状態に達した後は、燃料極６ａから排出されるオフガスの組成も安定してくる。燃料電池６が定常の作動状態になった後、制御装置９５は、制御弁４０を閉じ、オフガス制御弁９２を開くことにより、オフガスの流れを管路３８から管路１５に切替え、改質器のバーナ１２でオフガスを燃焼させるようにする。このようにして、燃料電池システムが定常の運転状態に達した後は、改質器のバーナ１２では、管路１５経由で導入されるオフガス中の未反応ガス（水素）が燃焼されて改質器３の加熱を継続するようになる。
【００２７】
このようにして、燃料電池システムの定常の運転状態においては、オフガス制御弁９２と制御弁９３とが開かれ、弁３６、４０が閉じられた状態となり、燃料電池６では、冷却部６ｃによって燃料電池の温度が作動温度（７０℃〜８０℃）に保たれ、連続して定格の発電が行なえるようになる。このような構成の燃料電池システムにおいて、該燃料電池システムの補機として備えられた水ポンプ（液体ポンプ）２２、２３、２４、４８や送風機等のガスポンプ類１０、１１、１４、３７及び制御弁９２、９３や開閉弁３６、４０或いは制御装置９５等の運転のための電力供給は、電力源からみれば、一種の電気負荷（以下これらをまとめて補機負荷７１と総称する）である。
【００２８】
補機負荷７１への給電は、燃料電池システムの起動時は、商用電源によって行われ、燃料電池６の作動が安定した後は、燃料電池システムから給電が行われるように切替えられ、燃料電池システムは商用電源から電力の供給を受けなくても、独立した運転をすることができるようになる。また、燃料電池６で発電された電力は、補機負荷７１や前述の系統負荷７０のみでなく、燃料電池システムを設置している家庭における照明器具や電気機器等の自家の負荷（以下自家負荷７２という）等にも供給される。系統負荷７０に電力を供給したり、自家負荷７２における使用電力量が増減するなどして燃料電池６の発電量を増減する必要があるときは、制御装置９５は、電流センサ４９によってこの変化を検知し、変化した負荷電力量に応じた水素ガスを燃料極６ａに供給できるように改質器３に供給する原燃料ガスの量を調整させる。
【００２９】
燃料電池６で得られる電流量（電力）と燃料極６ａに供給される水素（原燃料）量とは略比例関係にあり、かつ、原燃料管１経由で燃料電池システムに供給される原燃料ガスの量と改質ガス（水素ガス）との関係も略比例関係にあるので、改質器３に供給する原燃料ガスの量を増減させれば、燃料電池６の発電電力（電池電流値）も比例して増減できる。定常の作動状態の燃料電池６においては、得られた電力の大半は、上述のようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０７、系統連系インバータ１０８、分電盤７３経由でこの燃料電池システムに接続された負荷７０、７１、７２に供給される。
【００３０】
制御装置９５は、負荷電力量に応じた改質ガスを燃料極６ａに供給するために、改質器３に供給する原燃料ガスの量を演算して求めて燃料ガス供給制御弁４１の開度を調節すると共に、ポンプ２２を制御して原燃料ガスの量に応じた水蒸気量を改質器３に供給するように調整する。これにより、燃料電池の燃料極６ａでは、電気負荷量の変化に応じた電力を発電することができる。また、バーナ１２及びＰＧバーナ３４に設けられているガスポンプ１４および３７は、それぞれのバーナ１２及び３４に供給される燃料ガスの量に応じた空気をバーナに供給してガスを燃焼させるように制御されるものである。
【００３１】
なお、上述の説明で使用した制御弁４０、燃焼制御弁４２、オフガス制御弁９２等の開閉制御は、開閉だけの弁の方が簡便であるが、例えば、管路３８に設けた制御弁４０、管路１３に設けた燃焼制御弁４２および管路１５に設けたオフガス制御弁９２をいずれも、開度が無段階に変えられる弁とし、これらの弁４２、９２の制御によって、改質器３の温度を、常時、一定の作動温度に保つように制御しても良い。さらに、改質器のバーナ１２には、オフガス制御弁９２を経由したオフガスと燃焼制御弁４２を経由した燃料ガスとを同時に供給して燃焼させ、燃料電池システムが安定した運転状態に達した後に、燃焼制御弁４２を閉止し、オフガスのみの燃焼に切替えるようにしてもよい。さらにまた、燃料電池システムが安定した運転状態に達した後でも、オフガス制御弁９２によって、バーナ１２に供給されるオフガスの量を随時制御して改質器３の温度を安定させるようにし、オフガスに余りがあれば、管路３８、制御弁４０経由で余分なオフガスをＰＧバーナ３４に導いて燃焼させるようにしてもよい。
【００３２】
次に、燃料電池システムが安定運転状態に達する前など、燃料電池システムが前記補機への電力供給をする前に、商用電源が停電したときの制御の説明をする。図２及び図３は、いずれも本発明による燃料電池システムの制御装置の要部構成を示す図であり、補機負荷７１の運転電力をバックアップする二次電池（充放電が可能な電池）７４を有した装置の実施形態を示している。
【００３３】
図２において、７４は、補機負荷７１に電力を供給できるようにした二次電池であり、該二次電池７４は、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ（充放電回路）７８及びダイオード７５を介して燃料電池６の電気出力側に接続されると共にＡＣ／ＤＣコンバータ（商用電源を電源とした充電器）７７を介して商用電源に接続されている。
【００３４】
７６は、該二次電池７４からの電力を補機負荷７１に供給するためのコンバータであり、１０７は図１で示したＤＣ／ＤＣコンバータ、１０８は同じくＤＣ／ＡＣインバータ等の系統連系インバータ、７０は系統負荷である。燃料電池６から補機負荷７１への電力供給を行うようになる前に商用電源が停電して、補機負荷７１への給電が止まるときは、二次電池７４からこれら補機負荷７１への運転電力の供給が行なわれるように、制御装置９５は、回路を切替えてこれら燃料電池システムの起動運転が支障を生じないように機器の制御をするものである。
【００３５】
同じく本発明の第２の実施形態を示す図３において、７４は補機負荷７１に電力を供給可能にした二次電池であり、該二次電池７４は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を介して燃料電池６の出力側に接続されると共に、前述したＡＣ／ＤＣコンバータ（商用電源を電源とした二次電池７４への充電器）７７を介して系統負荷７０及び商用電源側に接続されている。
【００３６】
７６は、図２と同様、二次電池７４からの電力を補機負荷７１に供給するためのコンバータであり、１０８は上述した系統連系インバータである。図３の制御装置においても、燃料電池６の作動が一定の運転状態に達し、燃料電池６から補機負荷７１に電力供給を行うようになる前に商用電源が停電して、補機負荷７１への給電が止まるときは、前記補機への運転電力の供給を二次電池７４から行なって、これら燃料電池システムが支障なく起動運転を続け、定常の運転状態になるように制御装置９５がこれらの機器を制御するものである。図３の実施形態においては、燃料電池システムと系統負荷側とをつなぐＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が二次電池７４への充電回路を兼ねている点で、図２の実施形態よりも制御装置の構成が簡略化されている。
【００３７】
このような燃料電池システムの制御装置を用いることにより、燃料電池６から補機負荷７１に電力が供給され燃焼電池システムが補機電力を自前でまかなう運転をするようになる前に商用電源が停電したときは、停電を検知した制御装置９５が、直ちに二次電池７４側に切替えて補機負荷７１への給電を行ない、燃料電池システムを構成する燃料電池６や改質器３が停電による実質的な影響を受けないようにして、補機などへの電力を二次電池７４から供給し、燃料電池システムの運転を支障なく定常状態に移行させることができる。
【００３８】
さらに、本発明の燃料電池システムの制御装置の他の制御機能としては、図２または図３の燃料電池システムの制御装置を用いれば、例えば、地震が発生して、燃料電池システムに取付けられている地震検知器によって、燃料電池６の作動が停止し、その後に、商用電源からの給電が始まらないときに、二次電池７４から補機負荷７１に給電し、燃料電池システムを起動運転することができる。二次電池７４の電気容量を十分に大きくしておけば、燃料電池６の始動のときから、補助電源である二次電池７４によって補機７１への電力供給を自前でまかなうことができるようになり、このような地震等の時にも、制御装置９５が機器を制御して燃料電池システムを独立運転状態にさせることができる。
【００３９】
本発明の燃料電池システムの制御装置の他の機能としては、急激な負荷の増大に対する燃料電池の保護機能がある。これは、例えば、燃料電池システムに接続されている電気負荷７０、７１、７２側で、使用電力の急激な増加があったような場合に、一時的に不足の電力を二次電池で補うことによって電気負荷量の急激な増加を緩和し、燃料電池を過負荷から保護する機能となるものである。燃料電池６から電力を供給している電気負荷の量が増大するとき、燃料電池６と負荷との間の回路の電流が増え、この増大を電流計４９で感知した制御装置９５は、燃料供給制御弁４１を開いて燃料電池６からの出力を増加させるように作動する。
【００４０】
しかし、このような電流の増大を感知して燃料供給制御弁４１が開かれ、改質器３に供給される原燃料ガスが増えても直ちに発電量が増える訳ではない。原燃料ガスが改質器３で改質ガスを生成して電池の燃料極６ａに供給されるまでには、少なくとも１分前後の時間遅れが存在する。電気負荷７０、７１、７２における使用電力量が燃料電池６の対応能力を越えて急激に増大したときは、燃料電池６を過負荷運転の状態にするおそれがある。このように急激な電気負荷量の増大の時に、増大した電気負荷量に応じた水素ガスが燃料電池の燃料極６ａに供給されて燃料電池６が安定した出力状態になるまでの間、制御装置９５が、前記負荷への電力供給の一部を二次電池７４から供給するように制御すれば、過負荷による燃料電池６の損傷を防止することができる。
【００４１】
また、燃料電池６から電力の供給を受けている電気負荷７０、７１、７２側において、燃料電池６の定格出力を越えるような電力の使用状態が生じたときも、燃料電池６を過負荷運転状態にするおそれがある。このようなときは、燃料電池６の最大使用電流値を越えているので、通常はブレーカ等の安全装置（図示省略）が働いて負荷への電力供給を止めるのっであるが、過負荷の安全装置も直ちに作動をわけではない。このようなときに、制御装置９５が燃料電池６の出力を定格出力以内に抑え、電気負荷７０、７１、７２への電力の供給の一部を二次電池７４で補うように制御すれば、定格出力を越える電力の使用が一時的に負荷側であったときも、短時間であれば、燃料電池６を保護しつつ、必要な電力を負荷に給電し続けることができる。
【００４２】
本発明の制御装置によれば、停止している燃料電池を起動するときのみならず、安定運転状態にある燃料電池システムに急激な電気的な負荷量の変化を生じるようなときの燃料電池システムの対応、換言すれば、このような、負荷の急激な増加に対する燃料電池の作動の時間遅れの間、適宜、二次電池７４から増大した負荷分の電力供給を行なわせて、燃料電池６への過負荷を緩和させることができるものでもある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
上述の実施の形態では燃料電池システムとして、固体高分子型燃料電池システムを中心に説明をしたが、本発明が使用できる燃料電池システムは、燃料電池と燃料電池を運転させるための補機を有しているその他の燃料電池システムにも使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による起動方法を用いた燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明による制御装置の第一の実施形態の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明による制御装置の第二の実施形態の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  原燃料管
３  改質器
６  燃料電池
６ａ  燃料極
６ｋ  空気極
１２  改質器加熱用のバーナ
１３  燃料管
１５、３５、３８  管路
２１  水タンク
３４  ＰＧバーナ
３６、４０  開閉弁
４１  原燃料供給制御弁
４２  燃焼制御弁
４４、４５  温度センサ
４９  電流計
７０  系統負荷
７１  補機負荷
７２  自家負荷
７４  二次電池
７５  ダイオード
７６  コンバータ
７７  ＡＣ／ＤＣコンバータ
９２  オフガス制御弁
９５  制御装置
１０７  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８  系統連系インバータ
【図１】
2006147588.tif 000003
【図２】
2006147588.tif 000004
【図３】
2006147588.tif 000005