(57)【要約】【課題】低出力発電運転が長時間継続するときであっても、フラッディングを抑制させるのに有利な燃料電池システムを提供する。【解決手段】システムは、燃料電池１と、燃料電池１のアノード極１０にアノードガスを供給するためのアノードガス供給系２と、燃料電池１のカソード極１１にカソードガスを供給するためのカソードガス供給系５と、アノードガス供給系２およびカソードガス供給系５を制御する制御部７００とをもつ。制御部７００は、フラッディングが発生し易い低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１を経過するとき、燃料電池１におけるアノードガス利用率の低下を抑制するように発電運転しつつ、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２（ｔ１＞ｔ２）実行する第１制御を行う。【選択図】図１
2011060586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスが供給されるアノード極とカソードガスが供給されるカソード極とを有する燃料電池と、
前記燃料電池の前記アノード極にアノードガスを供給するためのアノードガス供給系と、
前記燃料電池の前記カソード極にカソードガスを供給するためのカソードガス供給系と、
前記アノードガス供給系および前記カソードガス供給系を制御する制御部とを具備しており、
前記制御部は、前記燃料電池の内部にフラッディングを発生させ易い低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１以上を経過するとき、前記低出力発電運転に対して前記燃料電池におけるアノードガス利用率の低下を抑制するように発電運転しつつ、前記フラッディングを抑制させるフラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）実行する第１制御を行う燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記フラッディング抑制発電処理において余剰の発電電力を発生させ、発生した前記余剰の発電電力を熱エネルギまたは電気エネルギとして蓄積させるエネルギ蓄積部が設けられている燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記低出力連続実行時間が前記第１所定時間ｔ１を経過する前において、前記低出力発電運転よりも高い出力で発電する高出力発電運転が第３所定時間ｔ３（ｔ１＞ｔ３）以上実行され、その後、前記低出力発電運転に戻ったとき、
前記制御部は、前記高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）に基づいて、前記第１所定時間ｔ１および／または前記第２所定時間ｔ２を補正する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または２において、前記低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１を経過する前において、前記低出力発電運転よりも高い出力で発電する高出力発電運転が第３所定時間ｔ３以上（ｔ１＞ｔ３）実行され、その後、前記低出力発電運転に戻ったとき、
前記制御部は、前記低出力連続実行時間をリセットして、前記低出力連続実行時間の再計測を開始する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１または２において、前記低出力連続実行時間が前記第１所定時間ｔ１を経過する前において、前記低出力発電運転よりも高い出力で発電する高出力発電運転が第４所定時間ｔ４以上（ｔ１＞ｔ４）実行され、その後、前記低出力発電運転に戻ったとき、
前記制御部は、前記高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）と、前記低出力連続実行時間の起算開始時刻から、前記高出力発電運転が開始されるまでの経過時間とに基づいて、前記第１所定時間ｔ１および／または前記第２所定時間ｔ２を補正する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記アノードガス供給系は、原料を改質させることにより前記燃料電池に供給するアノードガスを生成させる前記改質部と、前記改質部を改質反応に適する温度領域に加熱する燃焼部と、前記燃料電池のアノード極から吐出されたアノードオフガスを前記燃焼部に供給して前記燃焼部で燃焼させるアノードオフガス通路とを備えている燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低出力発電運転によりフラッディングが発生するおそれがある燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、アノードガスが供給されるアノード極とカソードガスが供給されるカソード極とを有し且つアノードガスおよびカソードガスで発電する燃料電池と、燃料電池のアノード極にアノードガスを供給するためのアノードガス供給系と、燃料電池のカソード極にカソードガスを供給するためのカソードガス供給系と、アノードガス供給系およびカソードガス供給系を制御する制御部とを備えている。
【０００３】
燃料電池が発電運転するとき、燃料電池の内部に水が溜まり、フラッディングが発生するおそれがある。フラッディングは、燃料電池の内部に形成されている流路を水で狭めて流路抵抗を増加させることをいう。この場合、燃料電池の発電出力が低下するおそれがある。フラッディングは、燃料電池の低出力発電運転が長時間継続されているとき、発生し易い。その理由としては、低出力発電運転では、燃料電池に供給されるアノードガスの単位時間あたりの流量が小さいため、燃料電池の内部に存在する水を燃料電池の外部に持ち出す駆動力が小さいためである。
【０００４】
特許文献１には、フラッディングを抑える燃料電池システムが開示されている。このシステムによれば、低出力発電運転が長時間継続して運転され、低出力発電運転の連続実行時間が第１の時間が経過するとき、第１の時間よりも短い第２の時間ぶん、燃料電池の発電出力を一定に維持しつつ、アノードガス利用率を低減させる利用率低下工程を実施させる。利用率低下工程では、燃料電池に供給されるアノードガスの単位時間当たりの流量が増加するため、アノードガスの流速が早く、燃料電池の内部の水が燃料電池の外部に持ち出され、フラッディングが抑えられる。
【０００５】
特許文献１に示すシステムを、改質器を搭載するタイプの燃料電池システムに適用する場合には、次のような不具合が発生するおそれがある。すなわち、燃料電池の発電出力を一定に維持しつつ、アノードガス利用率を低減させる利用率低下工程を実施させるため、燃料電池に供給されるアノードガスの単位時間当たりの流量が増加し、ひいては燃料電池から吐出されるアノードオフガスに含まれる未反応の活物質（水素）の濃度が増加する。この場合、アノードオフガスを改質器の燃焼部に帰還させて再燃焼させることが多いため、燃焼部の燃焼が激しくなり、燃焼部ひいては改質部の温度が過剰に高温となり、改質温度の精密な制御が困難となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、フラッディング抑制発電処理において燃料電池のアノードガス利用率の低下を抑制しつつ発電運転し、燃料電池から吐出されるアノードオフガスに含まれる未反応の活物質（例えば水素）の濃度が増加することを抑制し、且つ、フラッディングが発生し易い低出力発電運転が長時間継続するときであっても、フラッディングを抑制させるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、アノードガスが供給されるアノード極とカソードガスが供給されるカソード極とを有する燃料電池と、燃料電池のアノード極にアノードガスを供給するためのアノードガス供給系と、燃料電池のカソード極にカソードガスを供給するためのカソードガス供給系と、アノードガス供給系およびカソードガス供給系を制御する制御部とを具備しており、制御部は、燃料電池の内部にフラッディングを発生させ易い低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１以上を経過するとき、低出力発電運転に対して燃料電池におけるアノードガス利用率の低下を抑制するように発電運転しつつ、フラッディングを抑制させるフラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）実行する第１制御を行う。
【０００９】
燃料電池の低出力発電運転では、燃料電池のガス流路を流れるガスの流速が遅いため、生成水がガスにより排出されにくい傾向があり、フラッディングを発生させる頻度が増加する。フラッディング抑制発電処理としては、例えば、燃料電池のガス流路を流れる流速を低出力発電運転よりも速くすることにより行い得る。この場合、生成水が反応ガスにより燃料電池の外部に持ち出され易く、燃料電池のフラッディングが抑えられる。
【００１０】
またフラッディング抑制発電処理としては、発電運転しつつ燃料電池の内部の温度を昇温させることにより行い得る。この場合、燃料電池の内部の液相状の水は気相化されやすいため、フラッディングが抑えられる。また、フラッディング処理としては、燃料電池に供給されるアノードガスおよびカソードガスのうちの少なくとも一方の湿度を低下させることにより行い得る。
【００１１】
上記したようにフラッディングが発生し易い低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１以上を経過するとき、燃料電池の内部にフラッディングが発生する頻度が高くなる。そこで、フラッディングが実際に発生する前に、あるいは、フラッディングが発生したとしてもフラッディングの初期の段階において、制御部は、電力負荷の要求の大小に拘わらず、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）実行する第１制御を行う。この結果、燃料電池のフラッディングが抑えられ、フラッディングに起因する発電電力の低下が抑えられる。なおフラッディング抑制発電処理といえども長時間連続すると、燃料電池における水の残留量が増加する場合には、フラッディング抑制発電処理を既定時間内で済ませることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フラッディングを発生させ易い低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１以上を経過するとき、制御部は、燃料電池におけるアノードガス利用率の低下を抑制させるように発電運転しつつ、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２（ｔ１＞ｔ２）実行する第１制御を行う。このため燃料電池の内部に存在していた水が燃料電池の外部に持ち出され、結果としてフラッディングが抑えられ、フラッディングに起因する発電電力の低下が抑えられる。
【００１３】
本発明によれば、フラッディング抑制発電処理において、燃料電池におけるアノードガス利用率の低下を抑制しつつ発電運転する。このため、燃料電池のアノード極から吐出されるアノードオフガスに含まれる未反応の活物質（例えば水素）の濃度が増加することを抑制することができる。従って改質器を搭載しているタイプのシステムに適用するとき、フラッディング抑制発電処理において、アノードオフガスに含まれる未反応の活物質（水素）が多量に改質器の燃焼部に供給されることが抑えられ、燃焼部の温度を制御する制御性が確保される。更に、改質器を搭載せずに、燃料ガス（アノードガスともいう）を貯蔵する貯蔵部を搭載するタイプのシステムに適用するとき、フラッディング抑制発電処理において、アノードオフガスに含まれる未反応の活物質（例えば水素）が多量に燃料電池のアノード極に供給されることが抑えられ、燃料電池の発電出力を制御する制御性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】システムの概念を模式的に示す図である。
【図２】熱交換通路の構造を模式的に示す配管図である。
【図３】制御部を示すブロック図である。
【図４】他の実施形態に係る制御部が実行するフローチャートである。
【図５】別の実施形態に係り、スタックと商用電源との接続関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池の発電運転は、低出力発電運転と、低出力発電運転よりも高い出力で運転する高出力発電運転とに大別される。高出力発電運転は、第１高出力発電運転および第２高出力発電運転に大別される。フラッディング抑制発電処理は、第１高出力発電運転および／または第２高出力発電運転とすることができる。
【００１６】
本発明の一視点によれば、定格発電出力が例えば１０００Ｗのとき、低出力発電運転は最低発電出力〜４００Ｗ以下にでき、第１高出力発電運転は４００Ｗ超え〜８００Ｗ以下、第２高出力発電運転は８００Ｗ超え〜定格発電出力が例示される。換言すると、定格発電出力を１００％とすると、低出力発電運転は最低発電出力〜４０％以下にでき、第１高出力発電運転は４０％超え〜８０％以下、第２高出力発電運転は８０％超え〜１００％が例示される。燃料電池の種類によっては、定格発電出力が１０００Ｗのとき、低出力発電運転は最低発電出力〜３００Ｗ以下にでき、第１高出力発電運転は３００Ｗ超え〜８００Ｗ以下、第２高出力発電運転は８００Ｗ超え〜定格発電出力が例示される。換言すると、定格発電出力を１００％とすると、低出力発電運転は最低発電出力〜３０％以下にでき、第１高出力発電運転は３０％超え〜８０％以下、第２高出力発電運転は８０％超え〜１００％が例示される。あるいは、定格発電出力を１００％とすると、低出力発電運転は最低発電出力〜３５％以下にでき、第１高出力発電運転は３５％超え〜７５％以下、第２高出力発電運転は７５％超え〜１００％が例示される。ここで、最低発電出力は、これ以上低いと、燃料電池の発電運転が継続しない出力をいう。定格発電出力とは、指定された条件の下で製造者が連続して運転を保証する使用上の限界をいい、一般的には、銘板やカタログ等に記載されている。
【００１７】
フラッディングを発生させ易い低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１以上を経過するとき、制御部は、ユーザ等による電力負荷の要求の大小に拘わらず、高出力発電運転を第２所定時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）実行することによりフラッディング抑制発電処理を実行することが好ましい。フラッディング抑制発電処理は、アノードガス利用率の低下を抑制しつつ行う。ここで、アノードガス利用率とは、燃料電池のアノード極に供給されたアノードガスの含まれる全活物質のうち、発電反応として消費されたアノードガスの活物質の割合（モル％）を意味する。上記のフラッディング抑制発電処理では、電力負荷の要求の大小に拘わらず、低出力発電運転の場合よりも燃料電池の発電電力を増加させる。従って、フラッディング抑制発電処理では、低出力発電運転の場合よりも、燃料電池に供給される単位時間あたりのアノードガスおよびカソードガスの流量は増加する。この結果、燃料電池のガス流路を流れる流速を低出力発電運転よりも速くする。これにより生成水が反応ガスにより燃料電池の外部に持ち出され易く、燃料電池のフラッディングが抑えられる。この場合、アノードガス利用率の低下を抑制されている。この場合、電力負荷で消費される電力よりも余剰の発電電力が発生するおそれがある。なお、ｔ２／ｔ１＝０．００１〜０．１の範囲内、０．０１〜０．１の範囲内、０．０２〜０．１の範囲内で適宜設定できる。
【００１８】
本発明の一視点によれば、フラッディング抑制発電処理において発生した余剰の発電電力を熱エネルギまたは電気エネルギとして蓄積させるエネルギ蓄積部が設けられている。この場合、余剰の発電電力を電気ヒータで発熱させて温水を直接的または間接的に生成し、その温水を貯湯槽に蓄積できる。また、蓄電池やキャパシタ等の蓄電要素に蓄電できる。
【００１９】
上記した第１所定時間ｔ１の長さは、低出力発電運転によって燃料電池の内部に生成された水によりフラッディングが発生して燃料電池の発電電力が低下する時間に相当するように、燃料電池の種類、低出力発電運転における発電条件等によって決定される。第１所定時間ｔ１としては、例えば１時間以上、３時間以上、５時間以上、８時間以上、１０時間以上、２０時間以上等に適宜設定される。
【００２０】
フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）の長さは、燃料電池の内部に存在する液相または気相状の水を、高出力発電運転における反応ガスにより燃料電池から持ち出させ、フラッディングの発生を抑制できる時間に相当するように、燃料電池の種類、発電条件等によって決定されることが好ましい。第２所定時間ｔ２としては第１所定時間ｔ１よりも短いものであり、例えば１分間以上、５分間以上、１０分間以上、２０分間以上等に設定される。第２所定時間ｔ２が過剰に長いと、余剰の発電電力が増加する可能性が高く、更に生成水が増加する可能性が高いことがある。このため、第２所定時間ｔ２の上限値として１０分間、１５分間、２０分間、３０分間とすることができる。
【００２１】
本発明の一視点によれば、低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第３所定時間ｔ３（ｔ１＞ｔ３）以上実行され、その後、低出力発電運転に戻ったとき、制御部は、高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ３）に基づいて、第１所定時間ｔ１および第２所定時間ｔ２を補正することが好ましい。第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第３所定時間ｔ３（ｔ１＞ｔ３）以上実行されるときがある。この場合、高出力発電運転が過剰に長時間でなければ、低出力発電運転により燃料電池の内部に発生していた水が高出力発電運転により燃料電池外に吐出され、フラッディングが発生しにくくなる。このため、制御部は、高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ３）に基づいて、第１所定時間ｔ１および／または第２所定時間ｔ２を補正することが好ましい。
【００２２】
例えば、高出力発電運転の実行時間ｔａが長くなると、燃料電池の内部に発生していた水が高出力発電運転により燃料電池外に持ち出され、フラッディングが発生しにくくなる。これを考慮し、制御部は、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、現在計測されている第１所定時間ｔ１を延長させ、第１所定時間ｔ１の終期を遅くするように補正することが好ましい。また、制御部は、次回のフラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を短縮させるように補正できる。
【００２３】
本発明の一視点によれば、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第３所定時間ｔ３以上（ｔ１＞ｔ３）実行され、その後、低出力発電運転に戻ったとき、制御部は、高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ３）に基づいて、第１所定時間ｔ１の計測をリセットして、第１所定時間ｔ１の再計測を開始することができる。ここで、前述したように、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第３所定時間ｔ３（ｔ１＞ｔ３）以上実行されるときがある。この場合、低出力発電運転により燃料電池の内部に発生していた水が、高出力発電運転により燃料電池外に持ち出され、フラッディングが発生しにくくなる。このため、制御部は、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において第１所定時間ｔ１の計測をリセットして、第１所定時間ｔ１を最初から再計測することが好ましい。例えば、高出力発電運転の実行時間ｔａが既定時間以内で長くなると、燃料電池の内部に発生していた水が高出力発電運転により燃料電池外に吐出される量が増加するため、これを考慮し、制御部は、第１所定時間ｔ１の計測をリセットする。
【００２４】
本発明の一視点によれば、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第４所定時間ｔ４以上（ｔ１＞ｔ４）実行され、その後、低出力発電運転に戻ったとき、制御部は、高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）と、第１所定時間ｔ１の起算開始時刻から、高出力発電運転が開始されるまでの経過時間ｔｘとに基づいて、第１所定時間ｔ１および／または第２所定時間ｔ２を補正することが好ましい。ここで、低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第４所定時間ｔ４以上（ｔ１＞ｔ４）実行されたとき、低出力発電運転により燃料電池の内部に発生していた生成水が、高出力発電運転により燃料電池外に持ち出され、フラッディングが発生しにくくなる。このため、制御部は、高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）と、経過時間ｔｘとに基づいて、第１所定時間ｔ１および／または第２所定時間ｔ２を補正することが好ましい。例えば、高出力発電運転に係る実行時間ｔａが長いと、これが既定時間以内であれば、燃料電池の内部の生成水が持ち出される可能性が高いため、フラッディングが発生しにくくなり、第１所定時間ｔ１を延長させるように補正するか、あるいは、第２所定時間ｔ２を短縮させるように補正することが好ましい。経過時間ｔｘが長い程、現時点では燃料電池の内部は過剰な湿潤ではなく、適度な湿潤であると推定されるため、第１所定時間ｔ１を延長させるように補正するか、あるいは、第２所定時間ｔ２を短縮させるように補正することが好ましい。上記した各補正は時間の他に発電出力の大きさを考慮することができる。
【００２５】
本発明の一視点によれば、スタック冷却水でスタックを冷却させる場合には、フラッディング抑制発電処理を実行するとき、スタック冷却水の流量（リットル／秒）を低出力発電運転よりも増加させ、ひいては貯湯槽に蓄熱させることにしても良い。
【００２６】
本発明の一視点によれば、アノードガス供給系は、原料を改質させることにより燃料電池に供給するアノードガスを生成させる改質部と、改質部を改質反応に適する温度領域に加熱する燃焼部と、燃料電池のアノード極から吐出されたアノードオフガスを燃焼部に供給して燃焼部で燃焼させるアノードオフガス通路とを備えていることが好ましい。ただし この構造に限定されるものではない。 
【００２７】
（実施形態１）
図１は実施形態１を示す。燃料電池システム（以下システムともいう）は、燃料電池で形成されたスタック１と、アノードガスをスタック１のアノード極１０に供給するアノードガス供給系２と、カソードガスをスタック１のカソード極１１に供給するカソードガス供給系５と、スタック１を冷却させる冷却系６と、制御部７００とを有する。アノードガス供給系２は、原料源２１とスタック１のアノード極１０とを繋ぐアノードガス供給通路２０と、アノードガス供給通路２０に設けられた原料バルブ２２および原料ポンプ２３（原料搬送源）と、アノードガス供給通路２０に設けられ原料を水蒸気で改質させてガス状のアノードガス（水素含有ガス、アノードガス）を形成する改質器２４と、改質器２４の出口側のバルブ２５ｖと、アノードガス供給通路２０に設けられガス状のアノードガスの水分を低下させる凝縮器２７と、アノードガス供給通路２０を開閉させる入口バルブ２８と、スタック１のアノード極１０から排出されたアノードガスのオフガスを燃焼部２６に供給させるアノードオフガス通路２９と、アノードオフガス通路２９に設けられた出口バルブ３０と、オフガスの水分を低下させる凝縮器２９ｈとを有する。アノードガス供給通路２０には脱硫器９７（有害成分低減器）が設けられている。脱硫器９７の脱硫材９７ａ（有害成分低減材）は、改質部２５に供給される前の原料に含まれている有害成分としての硫黄成分を低減させる機能を有する。アノードガス供給通路２０には、バイパスバルブ４５をもつバイパス通路４６が設けられている。
【００２８】
スタック１は多数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を有する。ＭＥＡは、アノード極１０及びカソード極１１に挟持された固体高分子型のイオン伝導膜１２（例えば炭化フッ素系、炭化水素系またはガラス系）を有する。従って実施形態１に用いた燃料電池は固体高分子型燃料電池である。燃料電池は酸化還元反応により電気エネルギを発生させるものである。ＭＥＡは、シート型でも良いし、チューブ型でも良い。アノード極１０内の圧力を検知するセンサ１０ｓ、カソード極１１内の圧力を検知するセンサ１１ｓとが設けられている。スタック１は、遮断機能および接続機能をもつブレーカ４７およびインバータ４８を介して商用電源４９と接続されて系統連系されている。インバータ４８はインバータコントローラ７をもつ。スタック１の電力で不足するときには、商用電源４９の電力で電力負荷４９ｘ（例えば、システムの内部に設けられている内部負荷、システムの外部に設けられている外部負荷）を作動させる。
【００２９】
図１に示すように、改質器２４は、原料を気相状または液相状の水で改質させる改質部２５と、改質反応に適するように改質部２５を加熱させる燃焼部２６（加熱部）とを有する。改質部２５内の圧力を検知するセンサ２５ｓが設けられている。図１に示すように、改質部２５に改質用の気相状または液相状の水を供給する改質水系３４が設けられている。
【００３０】
改質水系３４は、システムの凝縮水を改質用の水として貯留するタンク３５と、タンク３５と改質部２５とを繋ぐ改質水通路３６と、改質水通路３６に設けられた水ポンプ３７（水搬送源）および水バルブ３８と、液相状の水を気相化させて水蒸気とする蒸発部３９とを有する。タンク３５の水量を検知するセンサ９３，９４が設けられている。蒸発部３９は改質器２４と別体でも良いし、改質器２４に一体に搭載されていても良い。
【００３１】
改質水系３４には水精製系９が接続されている。水精製系９は、タンク３５に供給する原料水を精製させるものであり、原料水を供給するバルブ９０と、イオン交換樹脂等の水精製作用を有する第１水精製材９１ａを有する第１水精製部９１と、イオン交換樹脂等の水精製作用を有する第２水精製材９２ａを有する第２水精製部９２とをもつ。システムの各凝縮器で生成された凝縮水は、重力等により水精製部９１，９２に供給されるようになっている。
【００３２】
更に図１に示すように、アノードガス供給系２は、アノードガス供給通路２０と燃焼部２６とを連通させるバルブ４０ａをもつ分岐路４０と、空気通路４１と、空気通路４１に設けられたポンプ４２（燃焼用空気搬送源）とを有する。空気通路４１は、カソードガス供給通路５２と連通していても良い。原料源２１の原料は分岐路４０から燃焼ガスとして燃焼部２６に供給される。ポンプ４２が作動すると、燃焼用空気が燃焼部２６に供給される。ひいては燃焼ガスが燃焼部２６で燃焼され、改質部２５を加熱させる。なお、改質部２５で改質される原料はガス状でも良いし、液状でも良いが、都市ガス等のガス状が好ましい。場合によっては、原料としては、都市ガスに代えて、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が例示できる。燃焼部２６で燃焼された排ガスは、排気路４３に放出され、凝縮器４３ｈにより水分を低下させた後に外部に排出される。
【００３３】
図１に示すように、カソードガス供給系５は、加湿路５０ａおよび吸湿路５０ｂを区画する水分保持部材５０ｃをもつ加湿器５０と、カソードガス（空気）をフィルタ５１（浄化材）で浄化させた後に加湿器５０の加湿路５０ａを介してスタック１のカソード極１１に供給するカソードガス供給通路５２と、カソードガス供給通路５２に設けられたカソードガスポンプ５３（カソードガス搬送源）と、カソードガス供給通路５２を開閉させる入口バルブ５４と、スタック１のカソード極１１から吐出された湿ったカソードオフガスを加湿器５０の吸湿路５０ｂおよび凝縮器５５ｈを介して水分を低下させた後に外部に吐出させるカソードガス吐出通路５５と、カソードガス吐出通路５５に連通し加湿器５０の吸湿路５０ｂを迂回させる復路用の迂回路５６と、スタック１のカソード極１１から吐出されたカソードオフガスを迂回路５６に流す復路用の迂回バルブ５７とを有する。カソードガス供給通路５２には、これを流れるカソードガス（空気）の単位時間あたりの流量を検知するセンサ５２ｓが設けられている。
【００３４】
水分保持部材５０ｃは、水分保持性およびガスバリヤ性を有しており、例えばイオン交換膜等で形成されている。図１から理解できるように、迂回バルブ５７は、加湿器５０の吸湿路５０ｂに流れる流量と迂回路５６に流れる流量との比を可変にできる。更に、カソードガス供給通路５２に連通し加湿器５０の加湿路５０ａを迂回させる往路用の迂回路５８と、スタック１のカソード極１１に供給される直前のカソードガスを迂回路５８に流す往路用の迂回バルブ５９とを有する。迂回バルブ５９は、加湿器５０の加湿路５０ａに流れる流量と迂回路５８に流れる流量との比を可変にできる。なお、場合によっては、往路用の迂回路５８と往路用の迂回バルブ５９とを廃止することもできる。
【００３５】
冷却系６は、スタック１の内部に形成されている冷媒通路１３に連通する循環通路６０と、冷媒（冷却水等の冷却液）を循環通路６０において循環させる冷媒ポンプ６１（冷媒搬送源）と、循環通路６０に設けられ循環通路６０の冷媒の温度を検知する温度センサ６２と、循環通路６０の冷媒を加熱させるヒータ６３（電力消費要素）とを有する。なお、スタック１の起動時に、制御部７００は商用電源４９または蓄電要素７９の電力によりヒータ６３を発熱させて循環通路６０の冷媒を予熱させ、スタック１を予熱させることができる。循環通路６０の冷媒の温度は、スタック１の運転温度に実質的に相当する。更に冷却系６は、循環通路６０から分岐する分岐路６５と、冷媒処理部６６と、冷媒処理部６６に流れる流量を検知する流量センサまたは冷媒処理部６６内の液位を検知する液位センサで形成されたセンサ６７とを有する。冷媒処理部６６の冷媒処理材６６ａは、冷媒（例えば冷却水等の冷却液）に含まれている不純物を低減させて冷媒の電気絶縁性を高めるように、イオン交換樹脂等で形成されている。冷媒ポンプ６１が作動すれば、冷媒が循環通路６０およびスタック１の冷媒通路１３に循環し、スタック１の熱を奪うことができる。このとき、冷媒は冷媒処理材６６ａにより電気絶縁性が高められる。
【００３６】
貯湯系８が設けられている。貯湯系８は、貯湯通路８０と、循環通路６０と貯湯通路８０とを熱交換させる熱交換器８１と、貯湯通路８０の水を搬送させるポンプ８２（貯湯水搬送源）と、貯湯通路８０に繋がる貯湯槽８５と、貯湯槽８５内の水が不足したら補充水（例えば水道水）を補充する補充通路８４と、貯湯槽８５の温水を消費させる温水消費通路８５ｘとを有する。ポンプ８２が作動すれば、貯湯通路８０の水が搬送され、循環通路６０の熱エネルギが貯湯通路８０に伝達され、貯湯通路８０の水温が上昇し、ひいては貯湯槽８５の熱エネルギが上昇する。熱交換器８１と貯湯槽８５との間に設けられているラジエータ装置８９が設けられている。ラジエータ装置８９は、ラジエータファン８９ａをもつ。貯湯槽８５の温水が満タンであるとき、ラジエータファン８９ａが回転駆動して送風し、ラジエータ装置８９の放熱を促進させ、貯湯通路８０の水温を低下させることができる。
【００３７】
スタック１の発電運転時には、スタック１と電力負荷４９ｘとを電気接続した状態で、制御部７００は、アノードガスバルブ２２を開放した状態でポンプ２３を作動させて、原料源２１のガス状の原料を改質器２４の改質部２５に供給し、更に、水ポンプ３７を作動させ、タンク３５の改質用水を蒸発部３９により水蒸気化した後に改質部２５に供給する。この結果、原料は改質部２５で水蒸気改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。そのアノードガスは凝縮器２７で過剰の水分を落とした後、開放している入口バルブ２８からスタック１のアノード極１０に供給される。更に、制御部７００は、バルブ５４，５７，５９を開放した状態でカソードガスポンプ５３を作動させて、カソードガス（空気）をフィルタ５１を通過させ、加湿器５０の加湿路５０ａで加湿させた後、スタック１のカソード極１１の入口に供給する。これによりスタック１が発電運転する。
【００３８】
但し、起動当初では、改質器２４で改質されたアノードガスの組成の安定性が充分でないときがあるため、制御部７００は、入口バルブ２８および出口バルブ３０を閉鎖した状態で、バイパスバルブ４５を開放し、アノードガスをバイパス通路４６を介して燃焼部２６に流して燃焼部２６で燃焼させ、スタック１のアノード極１０に流さない。改質されたアノードガスの組成が安定すると、制御部７００は、入口バルブ２８および出口バルブ３０を開放させ、パスバルブ４５を閉鎖し、アノードガスをバイパス通路４５ではなくスタック１のアノード極１０に供給する。
【００３９】
発電運転において、スタック１のアノード極１０の出口から吐出されたアノードガスのオフガスは、可燃成分（未反応水素）を有するため、アノードオフガス通路２９を流れ、凝縮器２９ｈで水分を低下させた後、燃焼部２６に吐出され、燃焼される。燃焼排ガスは排気路４３から外方に排出される。これに対して、スタック１のカソード極１１の出口から吐出されたカソードオフガスは、カソードガス吐出通路５５から加湿器５０の吸湿路５０ｂに流れる。迂回バルブ５７の制御により、カソードオフガスが加湿器５０の吸湿路５０ｂに流れる流量と、カソードオフガスが迂回路５６に流れる流量との比率を可変に制御できる。上記したシステムの各機器および各要素は、筐体５００の収容室５０１に収容されている。
【００４０】
図２に示すように、凝縮器２７，４３ｈ，２９ｈ，５５ｈは、熱交換器の１種であり、これらの凝縮器２７，４３ｈ，２９ｈ，５５ｈを通過するガスに含まれている水蒸気を冷却により凝縮させる。凝縮器２７，４３ｈ，２９ｈ，５５ｈを冷却させるための熱交換媒体（冷却水）が流れる熱交換通路５２０がポンプ５２１（熱交換媒体搬送源）と共に設けられている。これにより熱交換通路５２０を流れる熱交換媒体はシステムで発生する排熱を回収し、その排熱を熱交換器８７を介して貯湯通路８０の水に伝達させる。これにより貯湯槽８５に温水として蓄積される熱エネルギを高める。
【００４１】
図３に示すように、制御部７００は、入力処理回路７０と、タイマー機能をもつＣＰＵ７１と、メモリとしてのメモリ７２，７３と、出力処理回路７４とを有する。制御部７００は、バルブ２２，２５ｖ，２８，３０，４０ａ，９０，５４，５７，５９、ポンプ２３，３７，４２，６１，５３，８２，５２１、ヒータ６３，ラジエータファン８９ａといった補機等を制御する。これらの各補機を駆動させる電力は、基本的には、スタック１の発電電力により賄われ、不足するときには商用電源４９の電力を消費させる。
【００４２】
ところで本実施形態によれば、スタック１の発電運転は、低出力側から、低出力発電運転、第１高出力発電運転および第２高出力発電運転に大別される。定格発電出力が１０００Ｗのとき、低出力発電運転は最低発電出力〜４００Ｗ以下にでき、第１高出力発電運転は４００Ｗ超え〜８００Ｗ以下、第２高出力発電運転は８００Ｗ超え〜定格発電出力とされる。換言すると、定格発電出力を１００％とすると、低出力発電運転は最低発電出力〜４０％以下にでき、第１高出力発電運転は４０％超え〜８０％以下、第２高出力発電運転は８０％超え〜１００％とされる。
【００４３】
本実施形態によれば、低出力発電運転はフラッディングを発生させ易い傾向がある。アノードガスやカソードガスの流速が遅いため、スタック１の内部の水をスタック１の外部に持ち出すことが容易ではないためである。低出力発電運転の低出力連続実行時間が長い時間、すなわち、第１所定時間ｔ１（以上）を経過するときがある。例えば、夜間における連続的な発電運転である。また、システムの発電電力で駆動される電力負荷４９ｘのうちの一部のみ使用されている場合である。このように低出力発電運転が長時間にわたり連続する場合、フラッディングが発生する確率が高いと推定される。そこで、低出力発電運転が第１所定時間ｔ１継続するときには、制御部７００は、ユーザ等による電力負荷４９ｘの要求の有無および要求の大きさに拘わらず、高出力発電運転を第２所定時間ｔ２（ｔ１＞ｔ２）実行することによりフラッディング抑制発電処理を実行する。高出力発電運転は発電出力をできるだげ一定に維持することが好ましい。フラッディング抑制発電処理を構成する高出力発電運転においては、スタック１の内部に供給される反応ガス（アノード極１０に供給されるアノードガス、カソード極１１に供給されるカソードガス）の単位時間あたりの流量が大きく、且つ、ガスの流速が速く、スタック１の内部のガス流路に存在する水をスタック１の外部に持ち出し易い。このため高出力発電運転を実行すれば、スタック１の内部の過剰湿潤状態を乾燥方向に移行させることができる。但し、高出力発電運転は連続して過剰に長時間運転されると、余剰の熱や余剰の電力を発生させるおそれがあるため、フラッディング抑制発電処理の時間の上限を規定することが好ましい。
【００４４】
上記したフラッディング抑制発電処理では、スタック１におけるアノードガス利用率の低下を抑制しつつ、つまり、低出力発電運転に対してアノードガス利用率の低下を抑制しつつ行う。このようにフラッディング抑制発電処理では、制御部７００は、低出力発電運転に対してアノードガス利用率の低下を抑制するため、ユーザ等による電力負荷４９ｘの要求の大小に拘わらず、低出力発電運転の場合よりもスタック１の発電電力が増加する。従って、本実施形態に係るフラッディング抑制発電処理においては、低出力発電運転の場合よりも、スタック１に供給される単位時間あたりのアノードガス（燃料ガス）およびカソードガス（酸化剤ガス）の単位時間当たりの流量は増加する。従って、電力負荷４９ｘで消費される電力よりも余剰の発電電力が発生するおそれがある。
【００４５】
そこで本実施形態によれば、フラッディング抑制発電処理において発生した余剰の発電電力を熱エネルギまたは電気エネルギとして蓄積させるエネルギ蓄積部が設けられている。この場合、余剰の発電電力を電気ヒータ６３で発熱させて温水を直接的または間接的に生成し、その温水を熱交換器８１および貯湯通路８０を介してエネルギ蓄積部としての貯湯槽８５に蓄積する蓄熱操作を実行できる。また、スイッチング素子７９ａをオンにし、エネルギ蓄積部として機能する蓄電池および／またはキャパシタからなる蓄電要素７９に電気エネルギを蓄電する蓄電操作を実行できる。この場合、冬季や寒冷地等では、余剰の発電電力を利用すべく、ヒータ６３をオンさせて温水を生成し、その温水をエネルギ蓄積部としての貯湯槽８５に蓄積させる蓄熱操作を優先させ、貯湯槽８５の温水が満タンのときに、二義的に、蓄電要素７９に蓄電させる蓄電操作を行うことにしても良い。あるいは、夏季や酷暑地では、余剰の発電電力を蓄電要素７９に蓄電させる蓄電操作を優先させ、蓄電要素７９が満充電のときに、二義的に、余剰の発電電力をヒータ６３で発熱させた温水の熱エネルギをエネルギ蓄積部としての貯湯槽８５に温水として蓄積する蓄熱操作を実行することにしても良い。また、蓄電要素７９が満充電であり、且つ、貯湯槽８５の温水が満タンであるときには、熱交換器８１と貯湯槽８５との間に設けられているラジエータ装置８９のラジエータファン８９ａを回転駆動させて、ラジエータ装置８９の放熱を促進させ、貯湯通路８０の熱交換器８１の上流の水温を低下させることにしても良い。
【００４６】
本実施形態によれば、上記した第１所定時間ｔ１は、低出力発電運転によってスタック１の内部に生成された水によりフラッディングが発生してスタック１の発電電力が低下する時間に相当するように、スタック１の種類、低出力発電運転における発電条件等によって決定されることが好ましい。第１所定時間ｔ１は、基本的には例えば３時間、５時間、８時間、１０時間等として予め設定されている。
【００４７】
また、フラッディング抑制発電処理が実行される時間である第２所定時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）は、高出力発電運転によってスタック１の内部に存在する液相または気相状の水を反応ガスによりスタック１から吐出させて、フラッディングの発生を抑制できる時間に相当するように、スタック１の種類、発電条件等によって決定されることが好ましい。第２所定時間ｔ２は、スタック１の種類等に応じて、例えば１分間、５分間、１０分間、２０分間等と予め設定されている。第２所定時間ｔ２が過剰に長いと、余剰の発電電力が増加する可能性が高い。
【００４８】
さて本実施形態の要部について更に説明を加える。フラッディングが発生し易い低出力発電運転が連続して行われているとき、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１を経過するとき、制御部７００は、このままではフラッディングが発生するおそれがあると推定し、ユーザ等による電力負荷４９ｘの要求の大小に拘わらず、高出力発電運転を第２所定時間ｔ２（ｔ１＞ｔ２）実行することによりフラッディング抑制発電処理を実行する。フラッディング抑制発電処理では、アノードガス利用率の低下を抑制しつつ、つまり、低出力発電運転に対してアノードガス利用率を維持しつつ、スタック１のアノード極１０に供給するアノードガスの単位時間当たりの流量、スタック１のカソード極に供給するカソードガス（空気）の単位時間当たりの流量を増加させる。この場合、改質部２５に供給される改質水の単位時間あたりの流量を増加させる。
【００４９】
この結果、フラッディング抑制発電処理では、低出力発電運転の場合よりも、スタック１に供給される単位時間あたりのアノードガスおよびカソードガスの流量は増加する。従って、電力負荷４９ｘで消費される電力よりも余剰の発電電力が発生するおそれがある。そこで、フラッディング抑制発電処理において発生した余剰の発電電力を熱エネルギまたは電気エネルギとして蓄積させるエネルギ蓄積部としての貯湯槽８５と蓄電要素７９とが設けられている。この場合、余剰の発電電力を電気ヒータ６３で発熱させて循環通路６０の水を加熱させ、ひいては熱交換器８１を介して貯湯槽８５に温水として蓄積できる。また、余剰の発電電力を電気エネルギとしてスタック１に繋がる蓄電要素７９にも蓄電できる。
【００５０】
上記した第１所定時間ｔ１および第２所定時間ｔ２は、マップとして制御部７００のメモリ７２のエリアに予め格納されている。ここで、第２所定時間ｔ２は、高出力発電運転によってスタック１の内部に存在する液相状の水を反応ガスによりスタック１から吐出させて、フラッディングの発生を抑制できる時間に相当するように、スタック１の種類、発電条件等によって決定される。第２所定時間ｔ２は例えば１分間、５分間、１０分間、２０分間等として設定される。ここで、第２所定時間ｔ２が過剰に長い場合には、余剰の発電電力が増加する可能性が高いし、フラッディングの発生させるおそれがある。このため、第２所定時間ｔ２の上限値として、例えば３０分間とすることができる。
【００５１】
さて、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１を経過するとき、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２ぶん実行する。この場合、アノード極１０に供給されるアノードガスの流量（Ｌ／ｓｅｃ）を増加させると共に、カソード極１１に供給されるカソードガスの流量（Ｌ／ｓｅｃ）を増加させることができる。これによりアノード極１０のガス流速、カソード極１１のガス流速が速くなるため、スタック１の内部に存在する水は移動され易くなる。この結果、フラッディング抑制発電処理における反応ガスによりスタック１の外部に吐出され、フラッディングが未然に防止される。また、フラッディングの初期であっても、フラッディング抑制発電処理における反応ガスによりスタック１の外部に吐出され、フラッディングが防止される。なお第２所定時間ｔ２経過すれば、制御部７００は、ユーザの要求に応じて、再び、低出力発電運転を実行させることができる。
【００５２】
フラッディング抑制のために、特許文献１のように、低出力発電運転に対してアノードガス利用率を積極的に低下させつつ、高出力発電運転によりフラッディング抑制発電処理を行うことも考えられる。この場合、スタック１のアノード極１０に供給されるアノードガスの流量を増加させてアノードガスの利用率を低下させるため、スタック１のアノード極１０から吐出されるアノードオフガスに含まれる未反応活物質（水素）の濃度が過剰に増加する。すなわち、アノード極１０からアノードオフガス通路２９を介して改質器２４の燃焼部２６に供給されるアノードオフガス含まれる未反応水素の濃度が増加する。このため、改質器２４の燃焼部２６の燃焼が過剰になり、燃焼部２６の燃焼を厳密に制御しなければ、改質部２５の温度が過剰に高温となるおそれがある。
【００５３】
この点本実施形態によれば、フラッディング抑制発電処理は、低出力発電運転に対してアノードガス利用率の低下を抑制しつつ行われる。よって、スタック１のアノード極１０に供給されるアノードガスの単位時間あたりの流量が増加するものの、アノードガスの活物質（水素）は、スタック１における発電反応として良好に消費される。よってフラッディング抑制発電処理が実行されているときにおいて、スタック１のアノード極１０から吐出されるアノードオフガスに含まれる未反応水素の濃度が過剰に増加することが抑えられる。すなわち、アノードオフガス通路２９から改質器２４の燃焼部２６に供給されるアノードオフガス含まれる未反応水素の濃度が過剰に増加することが抑えられる。このため、改質器２４の燃焼部２６の燃焼が過剰になることが抑えられ、改質部２５の温度が過剰に高温となることが抑えられる。よって改質部２５における改質反応が良好に維持される。
【００５４】
更に、改質器無搭載型のシステムに適用する場合であっても、アノードオフガスに含まれる未反応の活物質（水素）が多量にスタック１のアノード極１０に供給されることが抑えられ、スタック１の発電出力の制御性が良好に確保される。
【００５５】
上記したようにフラッディング抑制発電処理では、アノード極１０に供給されるアノードガスの単位時間あたり流量と、カソード極１１に供給されるカソードガスの単位時間あたりの流量とを増加させる。この場合、ポンプ２３，４２，５３，３７の駆動量（回転数）を低出力発電運転よりも増加させるため、電力の消費量が増加する。しかしながら本実施形態によれば、フラッディング抑制発電処理は余剰の発電電力を生成させ易く、余剰の電力を利用してポンプ２３，４２，５３，３７の駆動量を増加させることができるため、電力の有効利用を図り得る。また、フラッディング抑制発電処理は高発電であるため、スタック１を昇温させるおそれがある。この場合、フラッディング抑制発電処理を実行させるときには、ポンプ６１の単位時間あたりの回転数（駆動量）を低出力発電運転よりも増加させ、循環通路６０を流れるスタック冷却水の流量（リットル／秒）を増加させ、ひいては熱交換器９１を介して貯湯通路８０の温水を昇温させ、貯湯槽８５に蓄熱させることにしても良い。
【００５６】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。低出力発電運転が運転されているとき、低出力発電運転に関する発電履歴情報が制御部７００のメモリ７２のエリアに継続的に格納されている。そして、低出力発電運転のまま、これの運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１が経過するか否か判定する。低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１以上を経過すると、制御部７００は、第１所定時間ｔ１における低出力発電運転の発電電力に関する水分残留推定値αを、低出力発電運転における発電履歴情報に基づいて求める。水分残留推定値αは、スタック１の内部に存在する現在時点の水分量を予測するものであり、基本的には、低出力発電運転における発電電力を時間積分した値に基づいて求められる形態が例示される。また、水分残留推定値αは、基本的には、低出力発電運転における発電電力を時間積分した値と、低出力発電運転においてアノード極１０に供給されるアノードガスの総流量に関する補正係数α１と、低出力発電運転においてカソード極１１に供給されたアノードガスの総流量に関する補正係数α２とに基づいて求められる形態が例示される。
【００５７】
更に、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を、水分残留推定値αに基づいてマップまたは演算式に基づいて求める。マップまたは演算式は、水分残留推定値αと第２所定時間ｔ２との関係を規定しており、推定値が増加すると、第２所定時間ｔ２を既定時間内で長くするように設定されている。そして、第１所定時間ｔ１が経過すると、制御部７００はフラッディング抑制発電処理を開始し、第２所定時間ｔ２ぶん実行する。第２所定時間ｔ２経過すれば、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理を終了する。この場合、ユーザの要求に応じて、再び、低出力発電運転を実行させることができる。
【００５８】
ところで、低出力発電運転が実行されているときにおいて、低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１（例えば３時間）の終期を経過する前に、電力負荷の要求により高出力発電運転が第３所定時間ｔ３以上（ｔ１＞ｔ３，ｔ３＝例えば１０分間）実行されることがある。本実施形態では、基本的に電力負荷に追従して発電出力を制御しているためである。この場合、低出力発電運転によりスタック１の内部に発生していた水が、高出力発電運転時における速いガス流速によりスタック１外に持ち出されたと推定される。このため、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第３所定時間ｔ３以上（例えば５分間，ｔ１＞ｔ３）実行されていれば、制御部７００は、フラッディングがしばらく発生しないと推定し、第１所定時間ｔ１をリセットして０に戻す。この場合、低出力発電運転が継続していれば、制御部７００は第１所定時間ｔ１の再計測を開始する。
【００５９】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態２と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過すると、制御部７００は、第１所定時間ｔ１における低出力発電運転の発電電力に関する水分残留推定値αを求める。更に、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を、水分残留推定値αに基づいてマップまたは演算式から求める。マップまたは演算式は、水分残留推定値αと第２所定時間ｔ２との関係を規定している。そして、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２ぶん実行する。第２所定時間ｔ２経過すれば、制御部７００は、ユーザの要求に応じて、再び、低出力発電運転を実行させることができる。
【００６０】
ところで、低出力発電運転が実行されているときにおいて、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１（例えば３時間）経過する前に、第１所定時間ｔ１の後期において、電力負荷の要求により高出力発電運転が第３所定時間ｔ３以上（ｔ１＞ｔ３，ｔ３＝例えば１０分間）実行されることがある。この場合、低出力発電運転によりスタック１の内部に発生していた水が、第１所定時間ｔ１が計測されている途中の後期において高出力発電運転が実行されると、スタック１外に持ち出される確率が高いと推定される。このため、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、第１所定時間ｔ１の後期において、高出力発電運転が第３所定時間ｔ３以上（例えば３時間，ｔ１＞ｔ３）実行されているときには、制御部７００は、スタック１の水はスタック１外に吐出されたと推定し、第１所定時間ｔ１をリセットして０に戻す。そして制御部７００は第１所定時間ｔ１を０から再計測する。ここで、第１所定時間ｔ１の後期とは、例えば、第１所定時間ｔ１の開始時刻から終了時刻までの時間帯における後半を意味する。但し、これに限定されるものではない。場合によっては、当該時間帯をｎ分割し、最後期としても良い。第１所定時間ｔ１の後期において高出力発電運転が後期に実行されると、スタック１の水はスタック１外に吐出され、スタック１の内部の過剰湿潤状態は解消されていると推定される。
【００６１】
本実施形態においても、前述したように、フラッディング抑制発電処理は、低出力発電運転に対してアノードガス利用率がなるべく低下しないように行われる。よって、フラッディング抑制発電処理では、スタック１のアノード極１０に供給されるアノードガスの単位時間あたりの流量が増加し、増加したアノードガスは基本的にはスタック１における発電反応として消費される。このため、フラッディング抑制発電処理において、スタック１のアノード極１０からアノードオフガス通路２９を介して改質器２４の燃焼部２６に向けて吐出されるアノードオフガスに含まれる未反応水素の濃度が過剰に増加することが抑えられる。このため、フラッディング抑制発電処理において、燃焼部２６の燃焼が過剰になることが抑えられ、改質部２５の温度が過剰に高温となることが抑えられる。よって改質部２５における温度を良好に制御でき、改質反応が良好に維持される利点が得られる。
【００６２】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１が経過すると、制御部７００は、第１所定時間ｔ１における低出力発電運転の発電電力に関する水分残留推定値αを求め、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を、水分残留推定値αに基づいてマップまたは演算式から求める。そして、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２実行する。第２所定時間ｔ２が経過すれば、制御部７００は、ユーザの要求に応じて、再び、低出力発電運転を実行させることができる。
【００６３】
ところで、低出力発電運転が実行されているとき、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１（例えば５時間）経過する前において、電力負荷の要求により高出力発電運転が第４所定時間ｔ４（例えば１５分，ｔ１＞ｔ４）以上実行されるときがある。この場合、低出力発電運転によりスタック１の内部に存在していた水のかなりの部分が、高出力発電運転によりスタック１外に持ち出され、フラッディングが発生しにくくなると推定される。
【００６４】
このため、制御部７００は、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において行われる高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）を求める。制御部７００は、第１所定時間ｔ１の終期が経過する前において、現在計測中の第１所定時間ｔ１と、次回実行されるフラッディング抑制発電処理の第２所定時間ｔ２とを、実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）に基づいて補正する。具体的には、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において行われる高出力発電運転の実行時間ｔａが長いときには、制御部７００は、現在計測中の第１所定時間ｔ１をマップまたは演算式に基づいて求めて延長させ、現在計測中の第１所定時間ｔ１の終期を遅くさせる方向に補正する。あるいは、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２をマップまたは演算式に基づいて短縮させる方向に補正する。その理由としては、第１所定時間ｔ１の終期が経過する前に実行された高出力発電運転の実行時間ｔａにより、スタック１内部のかなりの水がスタック１外部に吐出され、スタック１の内部は適度な湿潤状態（乾燥気味）であると推定されるためである。補正では、実行時間ｔａにおける発電出力の大きさを考慮することが好ましい。具体的には、例えば発電出力が大きいとき、第１所定時間ｔ１を長くさせる。
【００６５】
上記した補正に当たり、高出力発電運転の発電出力値の大きさを考慮することが好ましい。この場合、高出力発電運転の発電出力値が高ければ、スタック１の内部の水が外部に一層持ち出され易いためである。従って、実行時間ｔａにおける高出力発電運転の発電出力の累積値を考慮し、制御部７００は、その累積値が大きいとき、マップまたは演算式に基づいて、現在計測中の第１所定時間ｔ１の終期を遅くさせる方向に補正したり、あるいは、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を短縮させる方向に補正することができる。
【００６６】
ここで、高出力発電運転では、アノード極１０に供給されるアノードガスの流速およびカソード極１１に供給されるカソードガスの流速が早い。このため実行時間ｔａが長ければ、スタック１の内部に存在する水がスタック１の外に吐出された量が多く、フラッディングが発生しにくいと推定される。この場合、第１所定時間ｔ１の終期が到達する前に、現在計測中の第１所定時間ｔ１の延長分を長くし、その終期をそれだけ遅くさせる方向に補正する。あるいは、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を短縮させるように補正する。
【００６７】
更に、高出力発電運転の実行時間ｔａが過剰に短い場合には、スタック１の内部に存在する水がスタック１の外に吐出された量は少ないと推定される。この場合には第１所定時間ｔ１、第２所定時間ｔ２の補正は行わない。なお本実施形態においても、フラッディング抑制発電処理では、低出力発電運転に対してアノードガス利用率の低下を抑制しつつ発電運転される。
【００６８】
（実施形態５）
本実施形態は実施形態４と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。低出力発電運転が実行されているとき、低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１（例えば５時間）経過する前において、且つ、第１所定時間ｔ１の後期において、高出力発電運転が第４所定時間ｔ４（例えば１５分，ｔ１＞ｔ４）以上実行されるときがある。この場合、低出力発電運転により燃料電池の内部に存在していた水のかなりの部分が、高出力発電運転によりスタック１外に持ち出され、フラッディングが発生しにくいと推定される。
【００６９】
このため、制御部７００は、低出力発電運転が実行されているとき、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１を経過する前において、且つ、第１所定時間ｔ１の後期において行われる高出力発電運転の実行時間ｔａ（ｔ１＞ｔａ≧ｔ４）を求める。更に制御部７００は、実行時間ｔａ（既定時間以内）に基づいて、現在計測中の第１所定時間ｔ１およびフラッディング抑制発電処理の第２所定時間ｔ２を補正する。具体的には、低出力発電運転の連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において行われる高出力発電運転の実行時間ｔａが長いときには、スタック１の内部の水がスタック１の外に持ち出され、フラッディングが発生しにくいと推定する。そして、制御部７００は、現在計測中の第１所定時間ｔ１をマップまたは演算式に基づいて延長させて、現在計測中の第１所定時間ｔ１の補正する。あるいは、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２をマップまたは演算式に基づいて補正する。
【００７０】
具体的には、高出力発電運転の実行時間ｔａが規定時間以内で長ければ、スタック１の内部に存在する水はスタック１の外に吐出されたと推定されるため、現在計測中の第１所定時間ｔ１を長く延長させて、現在計測中の第１所定時間ｔ１の終期をそれだけ遅くさせる。あるいは、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を短縮させる。本実施形態においても、フラッディング抑制発電処理は、低出力発電運転に対してアノードガス利用率の低下を抑制しつつ行われる。
【００７１】
（実施形態６）
本実施形態は上記した各実施形態１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。低出力発電運転が実行されているとき、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１が経過すると、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２をマップまたは演算式により求める。そして、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２を実行する。第２所定時間ｔ２経過すれば、制御部７００は、ユーザの要求に応じて、再び、低出力発電運転を実行させることができる。
【００７２】
ところで、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第４所定時間ｔ４以上（ｔ１＞ｔ４）実行されるときがある。この場合、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、低出力発電運転により燃料電池の内部に発生していた水が、高出力発電運転によりスタック１外に持ち出されると推定される。このため、第１所定時間ｔ１の終期を経過する前において、高出力発電運転が第４所定時間ｔ４以上（ｔ１＞ｔ４）実行されたとき、制御部７００は、高出力発電運転の実行時間ｔａと、第１所定時間ｔ１の起算開始時刻から、高出力発電運転が開始されるまでの経過時間ｔｘとを求める。そして制御部７００は、高出力発電運転の実行時間ｔａと、経過時間ｔｘとに基づいて、第１所定時間ｔ１および第２所定時間ｔ２の長さをそれぞれ補正する。
【００７３】
例えば、高出力発電運転の実行時間ｔａが長い程、あるいは、経過時間ｔｘが長い程、スタック１の内部の水が持ち出され、フラッディングが発生しにくい。このため、制御部７００は、現在計測している第１所定時間ｔ１を延長させるように補正するか、あるいは、第２所定時間ｔ２を短縮させるように補正する。
【００７４】
すなわち、本実施形態によれば、高出力発電運転の実行時間ｔａと経過時間ｔｘと第１所定時間ｔ１との関係がマップまたは演算式として設定されている。このマップまたは演算式が制御部７００のメモリ７２のエリアに格納されている。従って、高出力発電運転の実行時間ｔａと経過時間ｔｘとに基づいて、制御部７００は第１所定時間ｔ１を求める。
【００７５】
更に高出力発電運転の実行時間ｔａと経過時間ｔｘと第２所定時間ｔ２との関係がマップまたは演算式として設定されている。このマップまたは演算式が制御部７００のメモリ７２のエリアに格納されている。従って、制御部７００は、実行時間ｔａと経過時間ｔｘとに基づいて、第２所定時間ｔ２を求める。なお本実施形態においても、フラッディング抑制発電処理は、低出力発電運転に対してアノードガス利用率の低下を抑制しつつ行われる。
【００７６】
（実施形態７）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。スタック１の種類によっては、スタック１の設置開始から累積された累積発電時間ｔtotalが長くなると、あるいは、スタック１の設置時期からの時間ｔsetが長くなると、スタック１の設置初期に比較して、スタック１の内部が経年変化するため、フラッディングが発生するおそれが高くなることがある。このような場合、制御部７００は、スタック１の累積発電時間ｔtotalおよび／または時間ｔsetを求め、累積発電時間ｔtotalや時間ｔsetが長くなると、累積発電時間ｔtotalおよび／または時間ｔsetの長さに応じて、第１所定時間ｔ１を短縮させると共に、第２所定時間ｔ２を延長させる補正を実行する。これによりフラッディング抑制発電処理が早期に実行される。且つ、フラッディング抑制発電処理が規定時間内において長めに実行される。よってスタック１の内部を適切な湿潤状態に維持できる。但し、フラッディング抑制発電処理といえども長時間連続運転されると、スタック１の内部が過剰湿潤するおそれがあるため、フラッディング抑制発電処理の実行時間である第２所定時間ｔ２は、既定時間（例えば１５分間）以内とする。
【００７７】
（実施形態８）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。第１所定時間ｔ１が経過したとき、フラッディング抑制発電処理を構成する高出力発電運転を実行するにあたり、間欠的に行うことができる。すなわち、第６所定時間Δｔ６（例えば５分間）ぶんの高出力発電運転と、第７所定時間Δｔ７（例えば５分間）ぶんの低出力発電運転とを交互に複数回繰り返すフラッディング抑制発電処理を行うことができる。この場合、スタック１の内部においてガス流速が間欠的に変化するため、持ち出しにくかった液相状の水をスタック１の外部に移動させるのに貢献できる。Δｔ６および／またはΔｔ７について、累積発電時間ｔtotalや低出力発電運転の発電条件等に応じて補正することできる。
【００７８】
（実施形態９）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。図４は、制御部７００のＣＰＵ７１が実行するフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。この場合、低出力発電運転に係る第１所定時間ｔ１が長く設定されており、第１所定時間ｔ１以内に高出力発電運転に係る第３所定時間ｔ３が終了する形態である（ｔ１＞ｔ３）。現在の運転状態が第１高出力発電運転または第２高出力発電運転であれば、フラグＨが立つようにされている。まず、スタック１の現在の発電状態を読み込む（ステップＳ１０２）。次に、フラグＨが立っているか否か、つまり、現在の運転状態が低出力発電運転または高出力発電運転か否かを判定する（ステップＳ１０４）。フラグＨが立っていなければ（ステップＳ１０４のＮＯ）、低出力発電運転の連続実行時間が第１既定時間（例えば５分間）継続しているか否か判定する（ステップＳ１０６）。低出力発電運転の連続実行時間が第１既定時間継続していれば（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、低出力発電運転の継続性がある程度確定されるため、低出力発電運転の開始時刻を起算点とし、第１所定時間ｔ１の計測を開始する（ステップＳ１１０）。第１所定時間ｔ１を経過したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。
【００７９】
ステップＳ１１２における判定の結果、第１所定時間ｔ１の終期を経過していれば（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、第１所定時間ｔ１の計測をリセットして０に戻す（ステップＳ１１４）。更に、低出力発電運転の継続運転における水分残留推定値αを求める（ステップＳ１１６）。更に、水分残留推定値αに基づいてマップまたは演算式から第２所定時間ｔ２を求める（ステップＳ１１８）。次に、フラッディング抑制発電処理を開始する（ステップＳ１２０）。この場合、低出力発電運転に対してアノードガス利用率およびカソードガス利用率の低下を抑制しつつ発電運転するように、スタック１は制御される。つまり、低出力発電運転に対してアノードガス利用率およびカソードガス利用率を維持させる指令を、制御部７００はシステムに出力する。第２所定時間ｔ２の計測を開始する（ステップＳ１２２）。
【００８０】
フラッディング抑制発電処理によれば、基本的には、低出力発電運転に対してアノードガス利用率およびカソードガス利用率の変動を抑えるため、電力負荷４９ｘで消費される電力以上の余剰電力をスタック１が発生させる可能性が高い。このため余剰電力処理を実行する（ステップＳ１２４）。具体的には、スイッチング素子７９ａをオンして余剰電力を蓄電要素７９に蓄電させる蓄電操作、および、ヒータ６３をオンさせて温水エネルギとして貯湯槽８５に蓄積させる蓄熱操作のうちの少なくとも一方を実行する。殊にヒータ６３をオンさせて余剰電力を消費させる場合には、貯湯水の回収温度を上昇させるように制御すれば、循環通路６０の水温が上昇し、スタック１を昇温できるため、スタック１の内部を乾燥方向に移行させるのに貢献でき、余剰電力を利用して過剰のフラッディングを予防するのに有利である。更にフラッディング抑制発電処理では、迂回バルブ５９の開度を制御し、迂回路５８を流れるように加湿器５０を迂回させるカソードガス流量を増加させ、加湿器５０の加湿路５０ａを流れるカソードガス流量を低下させることが好ましい。更にまたフラッディング抑制発電処理では、迂回バルブ５７の開度を制御し、迂回路５６を流れるように加湿器５０を迂回させるカソードガス流量を増加させ、加湿器５０の吸湿路５０ｂを流れるカソードオフガス流量を低下させることが好ましい。これにより加湿器５０の加湿能力が低下する。このためカソード極１１に供給されるカソードガスの湿度が低下される。
【００８１】
第２所定時間ｔ２の終期が経過していなければ、フラッディング抑制発電処理を引き続き継続させる（ステップＳ１２６のＮＯ）。第２所定時間ｔ２の終期を経過していれば（ステップＳ１２６のＹＥＳ）、スタック１の内部が適度な湿潤とされたと推定され、フラッディング抑制発電処理を終了する（ステップＳ１２８）と共に、第２所定時間ｔ２の計測をリセットして０に戻し、メインルーチンにリターンする。再び、低出力発電運転が継続されているときには、ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０８等を経てシステムは制御される。
【００８２】
ステップＳ１１２における判定の結果、第１所定時間ｔ１の終期が経過していなければ（ステップＳ１１２のＮＯ）。第２既定時間（例えば３０秒間）ぶん待機する（ステップＳ１４０）。まだ低出力発電運転が継続しているか判定する（ステップＳ１４２）。低出力発電運転が継続していれば（ステップＳ１４２のＹＥＳ）、低出力発電運転の運転継続性が高いため、第１所定時間ｔ１の計測を継続する。低出力発電運転が継続していなければ（ステップＳ１４２のＮＯ）、現時点で第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が実行されているか否かを判定する。つまり、現時点でフラグＨが立っているか否かを判定する（ステップＳ１４４）。フラグＨが立っていなければ（ステップＳ１４４のＮＯ）、メインルーチンにリターンする。フラグＨが立っていれば（ステップＳ１４４のＹＥＳ）、第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が実行されており、スタック１の内部の過剰の水がスタック１の外部に持ち出されるため、制御部７００は、高出力発電運転の実行時間である第３所定時間ｔ３の計測を開始する（ステップＳ１４６）。第１高出力発電運転または高出力発電運転が継続されている限り（ステップＳ１４８のＮＯ）、メインルーチンにリターンし、再び、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１７０のＹＥＳ、Ｓ１４８と進むと共に、第３所定時間ｔ３の計測が継続される。
【００８３】
ステップＳ１４８の判定の結果、第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が終了し、フラグＨが降りていれば（ステップＳ１４８のＹＥＳ）、第１所定時間ｔ１の起算開始時刻から、第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が開始されるまでの経過時間ｔｘを求める（ステップＳ１５０）。経過時間ｔｘは、第１所定時間ｔ１の終期が終了するまでの間において、スタック１の内部の水を持ち出す作用を発揮する第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が開始された時点を明確にするために設けられたパラメータである。ここで、第１所定時間ｔ１以内の後半期において第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が実行されると、スタック１の水が外部に持ち出されている確率が高く、現時点でのスタック１は適度な湿潤状態または乾燥状態であるといえる。これに対して、第１所定時間ｔ１以内の初期において第１高出力発電運転または第２高出力発電運転が実行された場合には、初期に行われたた高出力発電運転に基づくフラッディング抑制効果が消失しているおそれがある。
【００８４】
更に、スタック１が設置場所に設置されてからのスタック１の累積発電時間ｔtotalを求める（ステップＳ１５２）。そして、高出力発電運転の実行時間ｔａと経過時間ｔｘとに基づいて、更に、累積発電時間ｔtotal、を考慮し、制御部７００は、第１所定時間ｔ１に関する補正値Δｔ１０と、第２所定時間ｔ２に関する補正値Δｔ２０とを、マップまたは演算式により求める（ステップＳ１５４）。更に、第１高出力発電運転または第２高出力発電運転の発電出力値Ｐｗを求める。マップまたは演算式は、実行時間ｔａ、経過時間ｔｘ、累積発電時間ｔtotal、発電出力値Ｐｗに基づいて、補正値Δｔ１０および補正値Δｔ２０を規定する。ここで、実行時間ｔａが規定時間以内で長いと、スタック１から持ち出される水量が多いと考えられる。経過時間ｔｘが長いと、現時点ではフラッディングが発生しにくいと考えられる。累積発電時間ｔtotalが長いと、経年変化によりフラッディングが発生し易いと考えられる。発電出力値Ｐｗが大きいと、基本的には、スタック１から持ち出される水量が多いと考えられる。これらを考慮してマップまたは演算式は設定されている。
【００８５】
更に、制御部７００は、第１所定時間ｔ１の終期がまだ終了していない条件のもとで、第１所定時間ｔ１に補正値Δｔ１０を加算させ、第１所定時間ｔ１の長さを延長させるように補正する。これにより第１所定時間ｔ１の終期が延長補正される第１補正を実行する。また、第２所定時間ｔ２に補正値Δｔ２０を減算させて第２所定時間ｔ２の長さを短縮補正する第２補正を実行する（ステップＳ１５６）。従って、以後は、延長補正された第１所定時間ｔ１と、短縮補正された第２所定時間ｔ２とに基づいて、システムは制御される。その後、第３所定時間ｔ３をリセットし、メインルーチンにリターンする。第１補正および第２補正のうちの一方を実施しても良い。
【００８６】
なお、ステップＳ１０４における判定の結果、現時点が第１高出力発電運転または高低出力発電運転であれば、フラグＨは立っているため、ステップＳ１０４からステップＳ１７０に進み、第３所定時間ｔ３の計測中か否か判定し、第３所定時間ｔ３の計測中であれば（ステップＳ１７０のＹＥＳ）、ステップＳ１４８に進む。第３所定時間ｔ３の計測中でなければ（ステップＳ１６０のＮＯ）、メインルーチンにリターンする。なお、フラグＨ，第１所定時間ｔ１，第２所定時間ｔ２および第３所定時間ｔ３は、これが不適切なときにはリセットされるようになっている。
【００８７】
なお本実施形態においては、第１所定時間ｔ１内において第１高出力発電運転および／または第２高出力発電運転が複数回実行されたときには、第３所定時間ｔ３の計測値，補正値Δｔ１０，Δｔ２０はこれを考慮するようになっている。
【００８８】
以上のように本実施形態においても、低出力発電運転の低出力連続実行時間が第１所定時間ｔ１の終期を経過すると、制御部７００は、第１所定時間ｔ１における低出力発電運転の発電電力に関する水分残留推定値αを求め、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２を、水分残留推定値αに基づいてマップまたは演算式から求める。そして、制御部７００は、フラッディング抑制発電処理を第２所定時間ｔ２ぶん実行する。第２所定時間ｔ２経過すれば、制御部７００は、ユーザの要求に応じて、再び、低出力発電運転を実行させることができる。
【００８９】
更に本実施形態においても、制御部７００は、高出力発電運転の実行時間ｔａと、第１所定時間ｔ１の起算開始時刻から、高出力発電運転が開始されるまでの経過時間ｔｘとを求める。そして制御部７００は、高出力発電運転の実行時間ｔａと経過時間ｔｘとに基づいて、累積発電時間ｔtotalを考慮し、第１所定時間ｔ１および第２所定時間ｔ２を補正する。例えば、高出力発電運転の実行時間ｔａが長い程、あるいは、経過時間ｔｘが長い程、スタック１の内部の水がスタック１の外部に持ち出されている確率が高いため、制御部７００は、現在計測している第１所定時間ｔ１を延長させるように補正するか、あるいは、第２所定時間ｔ２を短縮させるように補正する。
【００９０】
（実施形態１０）
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有するため、図１〜図４を準用できる。以下、相違する部分を中心として説明する。図５はスタック１と商用電源４９との接続部分を示す。図５に示すように、商用電源４９はブレーカ４９ｅを介して、家庭用または業務用の電力負荷４９ｘに電気的に接続されている。スタック１と商用電源４９との間には、スイッチング素子１５４、パワーコンデショナー１２０と、パワーコンデショナー１２０に電気的に接続された制御基板１３０とが設けられている。パワーコンデショナー１２０は、スイッチング素子１５１と、スイッチング素子１５２と、ヒータ６３を作動させるためのヒータ駆動回路６３０と、ヒータ６３およびヒータ駆動回路６３０に対する給電および遮断を切り替えるためのヒータ用スイッチング素子１５３と、商用電源４９と補機との間に設けられ商用電力の交流電力を直流電力に変換させるための整流回路１６ｗと、スタック１の発電した直流の発電電力を異なる電圧をもつ直流電力に変換させるためのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ変換器）１７ｗと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ｗで変換された直流の発電電力を交流電力に変換させるためのＤＣ／ＡＣインバータ１８ｗ（ＤＣ／ＡＣ変換器）と、パワーコンデショナー用の制御回路１９ｗとを有する。
【００９１】
ヒータ６３に給電するための給電線２５ｍは、交流電力をヒータ６３に給電できるように、ＤＣ／ＡＣインバータ１８ｗと第１スイッチング素子１５１との間の配線１８０，１８２に接続されている。整流回路１６ｗに繋がる給電線１６ｍは、スイッチング素子１５１の入力側の配線１６０，１６２に接続されている。スイッチング素子１５１は商用電源４９と系統連系するためスイッチング素子である。第１スイッチング素子１５１はスイッチ１５１ａ，１５１ｃを直列に配置して構成されている。
【００９２】
更に、制御基板１３０は、補機を作動させるための駆動回路を搭載する補機駆動電源１３１と、補機駆動電源１３１を介して補機を制御するための補機制御回路１３２とをもつ。補機駆動電源１３１に給電する給電線１３５ｍは、補機駆動電源１３１に直流電力を給電できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ｗとＤＣ／ＡＣインバータ１８ｗとの間の配線１７０，１７２に整流子１７４を介して接続されている。
【００９３】
補機はシステムの発電運転に伴う動作を行う機器である。従って、補機としては、前記した図１に示すポンプ２３，３７，４２，６１，５３，８２，５２１、バルブ２２，２５ｖ，２８，３０，４０ａ，９０，５４，５７，５９、ラジエータファン８９ａ等が挙げられる。これらは個別に駆動回路を有する。但し、便宜上、本明細書では、これらを補機としてまとめる。補機は直流電力で駆動される。
【００９４】
図４から理解できるように、スタック１の発電電力（直流）はＤＣ／ＤＣコンバータ１７ｗにより電圧調整された後に、給電線１３５ｍを介して補機駆動電源１３１に給電される。補機駆動電源１３１には、スイッチング素子７９ａおよび蓄電回路７９ｅを介して蓄電要素７９が接続されている。
【００９５】
上記したようにフラッディング抑制発電処理によれば、アノード極１０に供給されるアノードガスの単位時間あたり流量と、カソード極１１に供給されるカソードガスの単位時間あたりの流量とを低出力発電運転よりも増加させつつ発電運転させるため、電力負荷４９ｘで消費される電力よりも余剰の発電電力が生成され易い。ここで、フラッディング抑制発電処理によれば、アノードガスおよびカソードガスの流量を増加させると共に改質水の改質部２５への供給流量も増加させる必要があり、ポンプ２３，４２，５３，３７といった補機の駆動量（回転数）を低出力発電運転よりも増加させるため、補機の消費電力が低出力発電運転よりも増加する。この点について本実施形態によれば、フラッディング抑制発電処理は余剰の発電電力を生成させるが、余剰の発電電力を利用してポンプ２３，４２，５３，３７といった補機の駆動電力として優先的に消費させることができ、余剰の電力の有効活用を図る。殊に、スイッチング素子１５３，７９ａをオフにしておけば、補機の駆動電力として優先的に消費させることができる。更に、余った電力は、二義的に、スイッチング素子１５３のオンにより、ヒータ６３の発熱として消費させて貯湯槽８５に蓄積される温水の熱エネルギとして蓄積させることができる。あるいは、二義的には、スイッチング素子７９ａのオンにより蓄電要素７９に電気エネルギとして蓄電させることができる。
【００９６】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、低出力発電運転によりフラッディングが発生しやすいシステムであれば適用でき、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。システムは図１に示す構造に限定されない。改質器を搭載せずに、アノードガスを貯蔵する貯蔵部を設け、貯蔵部からスタック１のアノード極１０にアノードガスを供給させることにしても良い。加湿器５０が廃止されていても良い。制御部７００は、第１所定時間ｔ１における低出力発電運転の発電電力に関する水分残留推定値αを求め、水分残留推定値αに基づいて、フラッディング抑制発電処理が実行される第２所定時間ｔ２をマップまたは演算式から求めることにしても良い。あるいは、ｔ１＞ｔ２の関係が成立するように、単純に第１所定時間ｔ１の長さから第２所定時間ｔ２を求めることにしても良い。
【００９７】
本明細書の記載から次の技術的思想も把握される。
［付記項１］アノードガスが供給されるアノード極とカソードガスが供給されるカソード極とを有し且つアノードガスおよびカソードガスで発電する燃料電池と、燃料電池の前記アノード極にアノードガスを供給するためのアノードガス供給系と、燃料電池のカソード極にカソードガスを供給するためのカソードガス供給系と、アノードガス供給系およびカソードガス供給系を制御する制御部とを具備する燃料電池システム。燃料電池が発電される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は例えば定置用、電子機器用、電気機器用、車両用、携帯用、可搬用等の燃料電池システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１はスタック（燃料電池）、１０はアノード極、１１はカソード極、１２はイオン伝導膜、１３は冷媒通路、２はアノードガス供給系、２０はアノードガス供給通路、２１はアノードガス供給源、２２はアノードガスバルブ、２３はアノードガスポンプ、２４は改質器、２５は改質部、２６は燃焼部、２９はアノードオフガス通路、２８は入口バルブ、３４は改質水系、３５はタンク、３７は水ポンプ、３８は水バルブ、３９は蒸発部、４２はポンプ、４７はブレーカ、４８はインバータ、４９は商用電源、５はカソードガス供給系、５０は加湿器、５２はカソードガス供給通路、５３はカソードガスポンプ、５４は入口バルブ、５６は迂回路、５７は迂回バルブ、６は冷却系、６０は循環通路、６１は冷媒ポンプ、６２は温度センサ、６３はヒータ、７００は制御部、７９は蓄電要素（エネルギ蓄積部）、９は水精製系、９０はバルブ、９１は第１水精製部、９２は第２水精製部、８は貯湯系、８０は貯湯通路、８２はポンプ、８５は貯湯槽（エネルギ蓄積部）を示す。
【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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