(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池反応により発電を行う燃料電池本体及び前記燃料電池本体の発電出力を制御する発電出力制御手段を備えた燃料電池と、前記燃料電池の発電出力を消費する電力負荷手段と、パターン電流を発生するパターン電流発生手段と、前記燃料電池に対応して配設された出力電流変換器と、を備え、
前記パターン電流発生手段は、前記燃料電池の発電出力を制御するためのパターンのパターン電流を生成し、前記出力電流変換器は、前記燃料電池からの発電出力ラインを流れる出力電流を検知し、前記発電出力制御手段は、前記パターン電流発生手段からの前記パターン電流及び前記出力電流変換器からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御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２】
前記出力電流変換器に関連して出力変流器が設けられ、前記出力変流器は、前記燃料電池の前記発電出力ラインを流れる出力電流が小さくなるように変流し、前記出力電流変換器は、前記出力変流器により変流された変流電流を検知することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
前記パターン電流発生手段は、前記パターン電流を発生する電流発生器を備え、前記発電出力制御手段は、前記電流発生器からの前記パターン電流及び前記出力電流変換器からの検知電流を合成した前記出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記パターン電流発生手段は、前記出力制御電流を生成するための出力制御信号生成手段を備え、前記出力制御信号生成手段は、パターン電流を発生する電流発生器と、前記出力電流変換器からの検知電流を所用の通りに処理する信号処理手段と、前記電流発生器からの前記パターン電流と前記信号処理手段にて処理された検知電流とを合成して前記出力制御電流を生成する信号合成手段と、を含み、前記発電出力制御手段は、前記出力制御信号生成手段にて生成された前記出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項５】
前記電流発生器に関連して、所望の外部条件を検知するための外部条件検知手段が設けられ、前記電流発生器は、前記パターン電流を調整するための電流調整手段を含んでおり、前記電流調整手段は、前記外部条件検知手段が前記外部条件を検知すると前記外部条件に対応するように前記電流発生器の前記パターン電流を調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項６】
前記外部条件検知手段は、前記燃料電池の運転状態を切り換えるための運転切換検知手段であり、前記電流調整手段は、前記運転切換検知手段が熱主運転条件を検知すると前記電流発生器からの前記パターン電流を前記熱主運転に適するパターンとなるように調整し、また前記運転切換検知手段が電主運転条件を検知すると前記電流発生器からの前記パターン電流を前記電主運転に適するように調整することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
前記パターン電流発生手段は、外部電源からの外部電力が供給される外部電力ラインに接続された外部電力分岐ラインと、前記外部電力ラインに配設された変動電力負荷手段及び外部電流変換器とから構成され、前記外部電流変換器は、前記外部電力分岐ラインを流れる外部電流を検知し、前記外部電流変換器からの検知電流が、前記変動電力負荷手段の負荷パターンに対応した前記パターン電流として前記発電出力制御手段に送給され、前記発電出力制御手段は、前記出力電流変換器の検知電流及び前記外部電流変換器の検知電流を合成した前記出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
前記出力電流変換器は、前記外部電流変換器に対して電気的に並列に逆接続され、前記外部電流変換器の検知電流と前記出力電流変換器の検知電流との差電流が前記出力制御電流として前記発電出力制御手段に送給されることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記電力負荷手段に関連して第１及び第２燃料電池が配設され、前記第１及び第２燃料電池は、相互に電気的に並列に前記電力負荷手段に接続され、前記第１燃料電池の第１発電出力ラインに第１出力電流変換器が配設され、また前記第２燃料電池の第２発電出力ラインに第２出力電流変換器が配設され、更に、前記第１及び第２燃料電池に関連して前記パターン電流発生手段が設けられ、前記第１燃料電池の第１発電出力制御手段は、前記パターン電流発生手段の前記パターン電流と前記第１出力電流変換器の検知電流とを合成した前記出力制御電流に基づいて、前記第１燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御し、前記第２燃料電池の第２発電出力制御手段は、前記パターン電流発生手段の前記パターン電流と前記第２出力電流変換器の検知電流とを合成した前記出力制御電流に基づいて、前記第２燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする請求項１に記載の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】
本発明は、燃料電池反応により発電を行う燃料電池を備え、この燃料電池を外部電源への逆潮流が生じないように運転する燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な燃料電池システムは、外部電源への逆潮流が生じないように運転されている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池システムでは、外部電力ラインに外部電流変換器が設けられ、この外部電流変換器が外部電力ラインを流れる外部電流を検知する。また、この燃料電池システムにおける燃料電池は、発電を行う燃料電池本体と、この燃料電池本体の発電出力を制御する発電出力制御手段とを備え、発電出力制御手段は、外部電力ラインを流れる電流が逆潮流とならない（即ち、外部電流変換器の検知電流が負荷側に流れる）ように燃料電池の発電出力を制御する。
【０００３】
このような燃料電池の発電出力の負荷追従性を確認しようとすると、例えば、燃料電池システム１０２を図１０に示す通りに構成して運転するようになる。図１０において、この燃料電池システム１０２は、燃料電池１０４及びＤＣ／ＡＣ変換器１０６を備える燃料電池ユニット１０８を備え、この燃料電池１０４は、燃料電池本体１１０及び発電出力制御手段１１２を含んでいる。この燃料電池１０４の発電出力ライン１１４には、第１ブレーカ１１６が配設される。また、外部電源１３０からの外部電力ライン１１８は、第２ブレーカ１２０を介して構内電力負荷１２２に電気的に接続される。この外部電力ライン１１８には、キュービクル１３２が設けられ、このキュービクル１３２は、逆潮流検知センサ１３４及びトランス１３６を備え、また逆潮流検知センサ１３４に関連して、外部電力分岐ライン１２４に解列リレー１３８が設けられる。
【０００４】
また、燃料電池ユニット１０８に関連して変動電力負荷１２３（変動電力負荷手段）が設けられ、例えば定格出力３ｋＷの燃料電池ユニット１０８（例えば、固体酸化物形燃料電池）を用いる場合、変動電力負荷１２３は、この燃料電池ユニット１０８の定格出力（３ｋＷ）以上のものが用いられ、例えば３ｋＷの変動電力負荷（例えば、電子負荷）が用いられる。
【０００５】
更に、変動電力負荷１２３に接続された外部電力分岐ライン１２４には、第３ブレーカ１２６が設けられるとともに、第３ブレーカ１２６の上流側に外部電流変換器１２８が設けられ、この外部電流変換器１２８は外部電力分岐ライン１２４を流れる外部電流を検知し、この外部電流変換器１２８の検知電流が燃料電池１０４（具体的には、発電出力制御手段１１２）に送給される。また、燃料電池ユニット１０８からの発電出力ライン１１４は、外部電力分岐ライン１２４における第３ブレーカ１２６の下流側に電気的に接続される。
【０００６】
この燃料電池システム１０２においては、キュービクル１３２にて変圧された外部電力の一部が外部電力ライン１１８及び外部電力分岐ライン１２４を介して変動電力負荷１２３に送給されるとともに、この外部電力の残部が外部電力ライン１１８を通して構内電力負荷１２２に送給される。また、燃料電池１０４からの発電出力が発電出力ライン１１４及び外部電力分岐ライン１２４を介して変動電力負荷１２３に送給される。
【０００７】
このような電力供給状態においては、外部電流変換器１２８からの検知電流が出力制御電流として燃料電池１０４の発電出力制御手段１１２に送給され、発電出力制御手段１１２は、この出力制御電流に基づいて燃料電池１０４の発電出力を制御する。例えば、外部電力分岐ライン１２４を通して供給される外部電力（所謂、購入電力）が所定電力（例えば、７０Ｗ）となるように設定する場合、外部電力分岐ライン１２４を流れる電力をＺとし、発電出力ライン１１４を流れる発電電力（即ち、出力電力）をＰとし、また変動電力負荷１２３に流れる電力（即ち、負荷電力）をＲとすると、
Ｚ＝Ｒ−Ｐ      ・・・（１）
が成立し、この電力Ｚ（Ｚ＝Ｒ―Ｐ）が所定電力（例えば、７０Ｗ）となるように、発電出力制御手段１１２は出力制御電流に基づいて燃料電池１０４の発電出力を上下変動させ、このように発電出力を制御することによって、燃料電池１０４は、変動電力負荷１２３の負荷変動に追従して運転される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１０３０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した運転方法では、変動電力負荷１２３の電力負荷に追従して燃料電池システム１０２の燃料電池１０４を運転しようとすると、この燃料電池ユニット１０８の定格出力（例えば、３ｋＷ）以上の変動電力負荷１２３が必要となる。それ故に、燃料電池ユニット１０８の定格出力が大きくなると、大電力負荷の変動電力負荷１２３が必要となり、その設備が大型化するとともに、設備費用も高額となる問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、燃料電池の定格出力が大きくてもその定格出力範囲内においてその発電出力を変動させて運転することができる燃料電池システム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】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池反応により発電を行う燃料電池本体及び前記燃料電池本体の発電出力を制御する発電出力制御手段を備えた燃料電池と、前記燃料電池の発電出力を消費する電力負荷手段と、パターン電流を発生するパターン電流発生手段と、前記燃料電池に対応して配設された出力電流変換器と、を備え、
前記パターン電流発生手段は、前記燃料電池の発電出力を制御するためのパターンのパターン電流を生成し、前記出力電流変換器は、前記燃料電池からの発電出力ラインを流れる出力電流を検知し、前記発電出力制御手段は、前記パターン電流発生手段からの前記パターン電流及び前記出力電流変換器からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記出力電流変換器に関連して出力変流器が設けられ、前記出力変流器は、前記燃料電池の前記発電出力ラインを流れる出力電流が小さくなるように変流し、前記出力電流変換器は、前記出力変流器により変流された変流電流を検知することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記パターン電流発生手段は、前記パターン電流を発生する電流発生器を備え、前記発電出力制御手段は、前記電流発生器からの前記パターン電流及び前記出力電流変換器からの検知電流を合成した前記出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記パターン電流発生手段は、前記出力制御電流を生成するための出力制御信号生成手段を備え、前記出力制御信号生成手段は、パターン電流を発生する電流発生器と、前記出力電流変換器からの検知電流を所用の通りに処理する信号処理手段と、前記電流発生器からの前記パターン電流と前記信号処理手段にて処理された検知電流とを合成して前記出力制御電流を生成する信号合成手段と、を含み、前記発電出力制御手段は、前記出力制御信号生成手段にて生成された前記出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記電流発生器に関連して、所望の外部条件を検知するための外部条件検知手段が設けられ、前記電流発生器は、前記パターン電流を調整するための電流調整手段を含んでおり、前記電流調整手段は、前記外部条件検知手段が前記外部条件を検知すると前記外部条件に対応するように前記電流発生器の前記パターン電流を調整することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記外部条件検知手段は、前記燃料電池の運転状態を切り換えるための運転切換検知手段であり、前記電流調整手段は、前記運転切換検知手段が熱主運転条件を検知すると前記電流発生器からの前記パターン電流を前記熱主運転に適するように調整し、また前記運転切換検知手段が電主運転条件を検知すると前記電流発生器からの前記パターン電流を前記電主運転に適するように調整することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記パターン電流発生手段は、外部電源からの外部電力が供給される外部電力ラインに接続された外部電力分岐ラインと、前記外部電力ラインに配設された変動電力負荷手段及び外部電流変換器とから構成され、前記外部電流変換器は、前記外部電力分岐ラインを流れる外部電流を検知し、前記外部電流変換器からの検知電流が、前記変動電力負荷手段の負荷パターンに対応した前記パターン電流として前記発電出力制御手段に送給され、前記発電出力制御手段は、前記出力電流変換器の検知電流及び前記外部電流変換器の検知電流を合成した前記出力制御電流に基づいて、前記燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記出力電流変換器は、前記外部電流変換器に対して電気的に並列に逆接続され、前記外部電流変換器の検知電流と前記出力電流変換器の検知電流との差電流が前記出力制御電流として前記発電出力制御手段に送給されることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の請求項９に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記電力負荷手段に関連して第１及び第２燃料電池が配設され、前記第１及び第２燃料電池は、相互に電気的に並列に前記電力負荷手段に接続され、前記第１燃料電池の第１発電出力ラインに第１出力電流変換器が配設され、また前記第２燃料電池の第２発電出力ラインに第２出力電流変換器が配設され、更に、前記第１及び第２燃料電池に関連して前記パターン電流発生手段が設けられ、前記第１燃料電池の第１発電出力制御手段は、前記パターン電流発生手段の前記パターン電流と前記第１出力電流変換器の検知電流とを合成した前記出力制御電流に基づいて、前記第１燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御し、前記第２燃料電池の第２発電出力制御手段は、前記パターン電流発生手段の前記パターン電流と前記第２出力電流変換器の検知電流とを合成した前記出力制御電流に基づいて、前記第２燃料電池の発電出力を前記パターン電流のパターンに対応して変動するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池は、燃料電池反応により発電を行う燃料電池本体及び燃料電池本体の発電出力を制御する発電出力制御手段を備え、この燃料電池の発電出力（所謂、発電電力）が電力負荷手段で消費される。この燃料電池に対応して出力電流変換器が配設され、出力電流変換器は、燃料電池からの発電出力ラインを流れる出力電流を検知する。また、燃料電池の発電出力を制御するためのパターンのパターン電流を発生するパターン電流発生手段が設けられ、発電出力制御手段は、パターン電流発生手段からのパターン電流と出力電流変換器からの検知電流とを合成した出力制御電流に基づいて、燃料電池の発電出力をパターン電流のパターンに対応して変動するように制御するので、燃料電池からの発電出力が電力負荷手段により消費され、またその出力制御はパターン電流発生手段からのパターン電流のパターンに対応し、燃料電池の定格出力範囲においてその発電出力をパターン電流のパターンに対応させて変動させることができる。
【００２１】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、出力電流変換器に関連して設けられた出力変流器が発電出力ラインを流れる出力電流を変流し、出力電流変換器がこの変流された変流電流を検知するので、この出力変流器の変流比を適宜の値に設定することにより、パターン電流発生手段からのパターン電流及び出力電流変換器からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、パターン電流発生手段は、パターン電流を発生する電流発生器を備え、この電流発生器にて生成されたパターン電流が発電出力制御手段に送給されるので、電流発生器からのパターン電流及び出力電流変換器からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて、燃料電池の発電出力を電流発生器にて生成されたパターン電流のパターンに対応させて変動させることができる。
【００２３】
また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、パターン電流発生手段の出力制御信号生成手段は、パターン電流を発生する電流発生器と、出力電流変換器からの検知電流を処理する信号処理手段と、前記パターン電流と信号処理手段にて処理された検知電流とを合成して出力制御電流を生成する信号合成手段とを含んでいるので、信号合成手段にて合成された出力制御電流に基づいて、燃料電池の発電出力をこの電流発生器にて生成されたパターン電流信号のパターンに対応させて変動させることができる。
【００２４】
また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、所望の外部条件を検知するための外部条件検知手段が設けられ、電流発生器は、パターン電流を調整するための電流調整手段を含み、外部条件検知手段が所望の外部条件を検知すると、この電流調整手段が電流発生器のパターン電流をこの外部条件に対応するように調整するので、電流発生器にて発生されるパターン電流をこのように調整することにより、この燃料電池の運転状態を変えることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、外部条件検知手段が燃料電池の運転状態を切り換えるための運転切換検知手段であり、この運転切換検知手段が熱主運転条件を検知すると、電流調整手段は、電流発生器からのパターン電流を熱主運転に適するように調整し、また運転切換検知手段が電主運転条件を検知すると、電流調整手段は、このパターン電流を電主運転に適するように調整するので、燃料電池の運転状態を熱主運転及び電主運転に切り換えて運転することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、パターン電流発生手段が、外部電力ラインに接続された外部電力分岐ラインと、この外部電力ラインに配設された変動電力負荷手段及び外部電流変換器から構成され、この外部電流変換器は、外部電力分岐ラインを流れる外部電流を検知し、この外部電流変換器からの検知電流が、変動電力負荷手段の負荷パターンに対応したパターン電流として発電出力制御手段に送給されるので、外部電流変換器からの検知電流及び出力電流変換器からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて、燃料電池の発電出力を変動電力負荷の負荷パターンに対応したパターン電流のパターンに対応させて変動させることができる。
【００２７】
また、本発明の請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、出力電流変換器は、外部電流変換器に対して電気的に並列に逆接続されているので、外部電流変換器の検知電流と出力電流変換器の検知電流との差電流が出力制御電流として燃料電池の発電出力制御手段に送給される。
【００２８】
また、本発明の請求項９に記載の燃料電池システムの運転方法によれば、電力負荷手段に関連して第１及び第２燃料電池が配設され、第１及び第２燃料電池は、相互に電気的に並列に電力負荷手段に接続され、また第１及び第２燃料電池に関連してパターン電流発生手段が設けられているので、第１燃料電池の第１発電出力制御手段は、パターン電流発生手段のパターン電流と第１出力電流変換器の検知電流とを合成した出力制御電流に基づいて、第１燃料電池の発電出力をパターン電流発生手段のパターン電流のパターンに対応して変動するように制御し、また第２燃料電池の第２発電出力制御手段は、パターン電流発生手段のパターン電流と第２出力電流変換器の検知電流とを合成した出力制御電流に基づいて、第２燃料電池の発電出力をこのパターン電流発生手段のパターン電流のパターンに対応して変動するように制御し、これにより、第１及び第２燃料電池を定格出力範囲内においてパターン電流のパターンに対応させて運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に従う運転方法の第１の実施例を適用した燃料電池システムの第１の実施形態を示す簡略図。
【図２】図１の燃料電池システムの燃料電池及びそれに関連する構成を示す簡略図。
【図３】本発明に従う運転方法の第２の実施例を適用した燃料電池システムの第２の実施形態を示す簡略図。
【図４】本発明に従う運転方法の第３の実施例を適用した燃料電池システムの第３の実施形態を示す簡略図。
【図５】本発明に従う運転方法の第４の実施例を適用した燃料電池システムの第４の実施形態を示す簡略図。
【図６】本発明に従う運転方法を適用した燃料電池システムの適用例を示す簡略図。
【図７】図７（ａ）は、本発明に従う運転方法で定格出力３ｋＷの燃料電池の運転をシミュレーションしたときの変動電力負荷手段の負荷変動と燃料電池の発電出力との関係を示す図、また図７（ｂ）は、従来の運転方法で定格出力３ｋＷの燃料電池の運転をシミュレーションしたときの変動電力負荷手段の負荷変動と燃料電池の発電出力との関係を示す図。
【図８】本発明に従う運転方法で定格出力７００Ｗの燃料電池を実際に運転したときの変動電力負荷手段の負荷変動と燃料電池の発電出力との関係を示す図。
【図９】本発明に従う運転方法で定格出力７００Ｗの燃料電池を実際に運転したときの電流発生器が発生するパターン電流の大きさに相当する負荷変動と燃料電池の発電出力との関係を示す図。
【図１０】従来の運転方法を適用した燃料電池システムの一例を示す簡略図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの運転方法について説明する。
【００３１】
〔第１の実施形態〕
まず、図１及び図２を参照して、燃料電池ユニットの運転方法の第１の実施例を適用した燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１及び図２において、図示の燃料電池システム２は、燃料電池４を含む燃料電池ユニット６を備えている。燃料電池４は、燃料電池反応により発電を行う燃料電池本体８と、燃料電池本体８の発電出力を制御する発電出力制御手段１０とを含み、燃料電池ユニット６は、更に、燃料電池４からの発電出力を直流から交流に変換するためのＤＣ／ＡＣ変換器１２を備えている。この燃料電池ユニット６は、例えば固体酸化物形燃料電池などの一般的な燃料電池から構成され、一例として定格出力３ｋＷのものを用いて説明する。
【００３２】
この燃料電池ユニット６は、発電出力ライン１４を介して外部電力ライン１６に電気的に接続され、この外部電力ライン１６は外部電源１８に接続されている。外部電力ライン１６にはキュービクル３１が配設され、このキュービクル３１は、逆潮流を検知するための逆潮流検知センサ３３と、電圧を下げるためのトランス３５を備え、この逆潮流検知センサ３３に関連して、発電出力ライン１４に解列リレー３７が配設されている。
【００３３】
このように構成されているので、外部電源１８（例えば、６６００Ｖ、６０Ｈｚの高圧交流電源）からの外部電力は、トランス３５により電圧が下げられ、このように電圧が下がった外部電力（例えば、２００Ｖ、６０Ｈｚの交流電力）が外部電力ライン１６を通して供給される。また、逆潮流検知センサ３３が逆潮流を検知すると、この逆潮流検知センサ３３の検知信号に基づいて解列リレー３７が開状態になって、発電出力ライン１４の外部電力ライン１６への接続が解除される。
【００３４】
この第１の実施形態においては、電力負荷手段としての構内電力負荷３０が電力負荷ライン３２を介して外部電力ライン１６に電気的に接続されている。この構内電力負荷３０は、例えば、工場の生産設備、照明設備などの大きな電力負荷であり、燃料電池ユニット６の定格出力よりも大きい負荷である。
【００３５】
この実施形態では、発電出力ライン１４に第１ブレーカ２０が配設され、また電力負荷ライン３２に第２ブレーカ３６が配設されている。図１から理解されるように、第１ブレーカ２０が閉（ＯＮ）状態で且つ第２ブレーカ３６が閉（ＯＮ）状態のときには、外部電源１８からの外部電力が外部電力ライン１６及び電力負荷ライン３２を介して構内電力負荷３０（電力負荷手段）に送給されるとともに、燃料電池ユニット６からの発電電力（発電出力）が発電出力ライン１４、外部電力ライン１６及び電力負荷ライン３２を介して構内電力負荷３０に送給される。尚、第１ブレーカ２０が開（ＯＦＦ）状態になると、燃料電池ユニット６からの発電電力（発電出力）の供給が停止され、また第２ブレーカ３６が開（ＯＦＦ）状態になると、構内電力負荷３０（電力負荷手段）への電力供給が停止される。
【００３６】
この第１の実施形態では、燃料電池４の発電出力を制御するために、更に、次のように構成されている。燃料電池ユニット６の燃料電池４の発電出力は一定ではなく、多少のゆらぎが生じ、このようなゆらぎが生じたときにも逆潮流が生じないように、例えば燃料電池ユニット６の定格出力（定格発電出力）の２〜５％程度を購入する（換言すると、定格出力が３ｋＷの燃料電池ユニット６を用いる場合、６０〜１５０Ｗの外部電力を購入する）ように構成されており、この実施形態では、例えば７０Ｗの外部電力を購入するとして説明する。
【００３７】
この実施形態では、燃料電池ユニット６の燃料電池４の発電出力を制御するために、この燃料電池４に対応して出力電流変換器３８が設けられている。出力電流変換器３８は、発電出力ライン１４に配設され、この発電出力ライン１４を流れる出力電流を検知する。この出力電流変換器３８としては、例えば、変流比ｓ１が２０００：１程度（ｓ１＝２０００）のもの（一般的な変流器）を用いることができる。
【００３８】
この出力電流変換器３８に対応して出力変流器４０が配設されている。出力変流器４０は、発電出力ライン１４に配設され、この発電出力ライン１４を流れる交流電流を所定の変流比でもって小さくし、例えば変流比が（３〜１００：１）程度のもの用いることができる。例えば、変流比が４：１（所謂、変流比：４）であるものを用いた場合、発電出力ライン１４を流れる電流が１／４に変流され、出力電流変換器３８は、出力変流器４０により変流された変流電流を検知する。この出力変流器４０として変流比の大きいものを用いた場合、出力電流変換器３８の検知電流が小さくなり、後の説明から理解されるように、変動電力負荷２６（変動電力負手段）として小さい負荷のものを用いてこの変動電力負荷２６の負荷変動のパターンに対応して燃料電池４の発電出力を上下変動させることができる。
【００３９】
また、この出力電流変換器３８に関連して、外部電力ライン１６に接続された外部電力分岐ライン２８が設けられ、この外部電力分岐ライン２８に変動電力負荷２６（変動電力負荷手段を構成する）及び外部電流変換器４２が設けられ、またこの外部電力分岐ライン２８に第３ブレーカ３４が配設され、これら外部電力分岐ライン２８、変動電力負荷２６（変動電力負荷手段）及び外部電流変換器４２が、後述する記載から理解されるように、燃料電池４の発電出力を制御するためのパターン電流を発生するパターン電流発生手段として機能する。この外部電流変換器４２は外部電力分岐ライン２８を流れる電流を検知し、この外部電流変換器４２の検知電流が燃料電池４の発電出力を制御するためのパターン電流として用いる。尚、変動電力負荷２６（変動電力負荷手段）としては、例えば負荷能力１ｋＷのものを用いることができ、また外部電流変換器４２としては、例えば、変流比ｓ２が２０００：１程度（ｓ２＝２０００）のもの（一般的な変流器）を用いることができる。
【００４０】
出力電流変換器３８及び外部電流変換器４２からの検知電流は、燃料電池ユニット６の燃料電池４（具体的には、発電出力制御手段１０）に送給される。この形態では、出力電流変換器３８及び外部電流変換器４２は、図２に示すように発電出力制御手段１０に電気的に接続される。外部電流変換器４２のｋ側出力端子（第１出力端子）が電流ライン４４（第１電流ライン）を介して発電出力制御手段１０のＫ側入力端子（第１入力端子）に接続され、そのｌ側出力端子（第２出力端子）が電流ライン４６（第２電流ライン）を介して発電出力制御手段１０のＬ側入力端子（第２入力端子）に接続され、この外部電流変換器４２からの検知電流が、燃料電池４の発電出力を制御するためのパターン電流として発電出力制御手段１０に送給される。また、出力電流変換器３８は、この外部電流変換器４２に対して電気的に並列に配設されて逆接続され、そのｌ側出力端子（第４出力端子）が電流ライン４４を介して発電出力制御手段１０のＫ側入力端子（第１入力端子）に接続され、そのｋ側出力端子（第３出力端子）が電流ライン４６を介して発電出力制御手段１０のＬ側入力端子（第２入力端子）に接続されている。
【００４１】
外部電流変換器４２及び出力電流変換器３８がこのように接続されているので、燃料電池４の発電出力制御手段１０に入力される電流は、外部電流変換器４２の検知電流（パターン電流）と出力電流変換器３８の検知電流とを合成した合成電流（この合成電流が出力制御電流となる）、即ち外部電流変換器４２の検知電流と出力電流変換器３８の検知電流の検知電流差（所謂、差電流）となり、発電出力制御手段１０は、この差電流（出力制御電流）に基づいて燃料電池４の発電出力を制御する。
【００４２】
図１に示すように、例えば、外部電力分岐ライン２８を流れる電力（所謂、負荷電力）をｒとし、発電出力ライン１４を流れる電力（出力電力）をＰとし、出力変流器４０の変流比をｓとすると、燃料電池４の発電出力制御手段１０は、図２から理解されるように、出力制御電流として（ｒ−Ｐ／ｓ）の電力信号を受け、このとき出力変流器４０の変流比ｓを４（ｓ＝４）とすると、この出力制御電流として（ｒ−Ｐ／４）の電力信号を受ける。
【００４３】
発電出力制御手段１０は、逆潮流が生じることがないように、外部電源１８から降圧された外部電力（例えば、２００Ｖ、６０Ｈｚの交流電力）から外部電力ライン１６を通して所定最小電力（例えば、７０Ｗ）を受けるように制御され（換言すると、この７０Ｗが買電保証値となる）、この所定最小電力を維持するように燃料電池４の発電出力が外部電流変換器４２の検知電流（換言すると、パターン電流発生手段のパターン電流）のパターンに対応して上下変動するように制御され、所定最小電力よりも購入電力が大きくなると燃料電池４の発電出力が大きくなるように制御し、所定最小電力よりも購入電力が小さくなると燃料電池４の発電出力が小さくなるように制御する。このことを式でもって表現すると、
（ｒ−Ｐ／４）＝７０          ・・・（２）
が成立し、この式（２）をＰで示すと、
Ｐ＝（４ｒ−２８０）          ・・・（３）
となる。ここで、上記式（１）におけるＺ（購入電力）を７０Ｗとした変形式（Ｐ＝Ｒ−７０）を上記式（３）に適用すると、
４ｒ−２８０＝Ｒ−７０      ・・・（４）
と示すことができ、この式（４）をｒで示すと、
ｒ＝（Ｒ＋２１０）／４      ・・・（５）
となり、このことは、変動電力負荷２６に（Ｒ＋２１０）／４の電力負荷を付与することにより、燃料電池ユニット６の発電出力よりも小さい変動電力負荷２６を用いてもこの変動電力負荷２６の負荷パターンを変える（これにより、外部電流変換器４２の検知電流も負荷パターンに対応して変動する）ことにより、燃料電池ユニット６の発電出力をこの負荷パターンに対応して変動させることができることを意味している。
【００４４】
この燃料電池システム２では、第１〜第３ブレーカ２０，３４，３６が閉（ＯＮ）状態の状態で燃料電池ユニット６が稼働運転される。このように運転されると、燃料電池ユニット６からの発電電力の一部は、発電出力ライン１４、外部電力ライン１６及び外部電力分岐ライン２８を通して変動電力負荷２６（変動電力負荷手段）に送給され、この発電電力の残部は、発電出力ライン１４、外部電力ライン１６及び電力負荷ライン３２を通して構内電力負荷３０（電力負荷手段）に送給される。このとき、燃料電池ユニット６からの発電電力でもって全ての電力をまかなうことができないので、外部電源１８からの外部電力が外部電力ライン１６を通して供給され、その一部が外部電力分岐ライン２８を通して変動電力負荷２６に供給され、またその一部が電力負荷ライン３２を通して構内電力負荷３０に送給される。
【００４５】
このような稼働運転状態においては、出力変流器４０が発電出力ライン１４を流れる出力電流を所定の変流比でもって変流し、出力電流変換器３８は、出力変流器４０により変流された変流電流を検知し、この検知電流が燃料電池４の発電出力制御手段１０に送給される。また、外部電流変換器４２は、外部電力分岐ライン２８を流れる外部電流を検知し、この検知電流が発電出力制御手段１０に送給される。発電出力制御手段１０は、出力電流変換器３８及び外部電流変換器４２からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて燃料電池４の発電出力を制御し、このように制御することによって、変動電力負荷２６の負荷を変動させたときに、この負荷変動のパターンに対応させて燃料電池４の発電出力を変動させることができる。特に、変動電力負荷２６の負荷能力（例えば、１ｋＷ）が燃料電池ユニット６の定格出力（例えば、３ｋＷ）よりも小さい場合であっても、この燃料電池ユニット６の定格出力範囲内においてこの変動電力負荷２６の負荷のパターン変動に対応させて燃料電池４の発電出力を上下変動させることができる。
【００４６】
上述した実施形態では、出力変流器４０及び出力電流変換器３８の双方を設けているが、この出力変流器４０は省略するようにしてもよく、この場合、発電出力ライン１４に変流比の大きい出力電流変換器３８（例えば、上述した出力変流器４０の変流比（ｓ＝４）と上述した出力電流変流器３８の変流比（ｓ１＝２０００）とを積算した変流比ｓ３（ｓ３＝８０００）程度のもの）を配設し、この出力電流変換器３８により発電出力ライン１４を流れる出力電流を検知し、この検知電流を発電出力制御手段１０に送給するようにしてもよく、このように構成しても、上述したと同様の効果を達成することができる。
【００４７】
〔第２の実施形態〕
次に、図３を参照して、燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態においては、１つのパターン電流発生手段に対して２つの燃料電池ユニットが設けられている。尚、以下の実施形態において、上述した第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図３において、この第２実施形態の燃料電池システム２Ａでは、パターン電流発生手段を構成する外部電力分岐ライン２８、変動電力負荷２６（変動電力負荷手段）及び外部電流変換器４２ａ、４２ｂに対して２つの燃料電池ユニット６ａ，６ｂが設けられている。第１及び第２燃料電池ユニット６ａ，６ｂ及びこれらに関連する構成は実質上同一であり、それら１つの第１燃料電池ユニット６ａ（第２燃料電池ユニット６ｂ）について説明する。第１燃料電池ユニット６ａ（第２燃料電池ユニット６ｂ）は、第１燃料電池４ａ（第２燃料電池４ｂ）及び第１ＤＣ／ＡＣ変換器１２ａ（第２ＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂ）を備え、第１燃料電池４ａ（第２燃料電池４ｂ）は、第１燃料電池本体８ａ（第２燃料電池本体８ｂ）及び第１発電出力制御手段１０ａ（第２発電出力制御手段１０ｂ）を含んでいる。
【００４９】
また、第１発電出力ライン１４ａ（第２発電出力ライン１４ｂ）に対応して第１出力電流変換器３８ａ（第２出力電流変換器３８ｂ）が配設され、また第１発電出力ライン１４ａ（第２発電出力ライン１４ｂ）に第１出力変流器４０ａ（第２出力変流器４０ｂ）が配設され、第１出力変流器４０ａ（第２出力変流器４０ｂ）は、第１発電出力ライン１４ａ（第２発電出力ライン１４ｂ）を流れる出力電流を変流し、第１出力電流変換器３８ａ（第２出力電流変換器３８ｂ）は、この変流された変流電流を検知する。
【００５０】
また、外部電力分岐ライン２８には、第１外部電流変換器４２ａ（第２外部電流変換器４２ｂ）が配設され、第１外部電流変換器４２ａ（第２外部電流変換器４２ｂ）は、外部電力分岐ライン２８を流れる外部電流を検知する。第１出力電流変換器３８ａ（第２出力電流変換器３８ｂ）からの検知電流及び第１外部電流変換器４２ａ（第２外部電流変換器４２ｂ）からの検知電流（パターン電流）は、第１燃料電池４ａ（第２燃料電池４ｂ）の第１発電出力制御手段１０ａ（第２発電出力制御手段１０ｂ）に送給される。
【００５１】
この実施形態においても、第１出力電流変換器３８ａ（第２出力電流変換器３８ｂ）及び第１外部電流変換器４２ａ（第２外部電流変換器４２ｂ）は、第１発電出力制御手段１０ａ（第２発電出力制御手段１０ｂ）に対して上述したように電気的に接続され、従って、第１発電出力制御手段１０ａ（第２発電出力制御手段１０ｂ）は、第１出力電流変換器３８ａ（第２出力電流変換器３８ｂ）からの検知電流及び第１外部電流変換器４２ａ（第２外部電流変換器４２ｂ）からの検知電流を合成した出力制御電流に基づいて上述した如く第１燃料電池４ａ（第２燃料電池４ｂ）の発電出力を制御する。
【００５２】
この第２実施形態では、第１及び第２燃料電池ユニット６ａ，６ｂからの発電電力（発電出力）の一部は、第１及び第２発電出力ライン１４ａ，１４ｂ、外部電力ライン１６並びに外部電力分岐ライン２８を通して変動電力負荷２６（変動電力負荷手段）に送給されるとともに、その残部は、第１及び第２発電出力ライン１４ａ，１４ｂ、外部電力ライン１６並びに電力負荷ライン３２を通して構内電力負荷３０（電力負荷手段）に送給される。このとき、外部電源１８からの外部電力も、外部電力ライン１６及び外部電力分岐ライン２８を通して変動電力負荷２６に送給されるとともに、外部電力ライン１６及び電力負荷ライン３２を通して構内負荷３０に送給される。
【００５３】
このような燃料電池システム２Ａでは、１つのパターン電流発生手段からのパターン電流でもって、２つの燃料電池、即ち第１及び第２燃料電池４ａ，４ｂの発電出力をそれぞれこのパターン電流のパターンに対応させて上下変動させることができる。
【００５４】
尚、この実施形態においても、第１発電出力ライン１４ａ（第２発電出力ライン１４ｂ）に第１出力変流器４０ａ（第２出力変流器４０ｂ）及び第１出力電流変換器３８ａ（第２出力電流変換器３８ｂ）の双方を設けているが、第１の実施形態において説明したように、第１出力変流器４０ａ（第２出力変流器４０ｂ）については省略することができる。
【００５５】
〔第３の実施形態〕
次に、図４を参照して、燃料電池システムの第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態では、パターン電流発生手段がパターン電流を発生する電流発生器から構成されている。
【００５６】
図４において、この第３実施形態の燃料電池システム２Ｂでは、燃料電池４の発電出力を制御するためのパターン電流を発生する電流発生器５２（パターン電流発生手段を構成する）が設けられ、この電流発生器５２にて生成されたパターン電流が出力電流変換器３８からの検知電流とともに燃料電池４の発電出力制御手段１０に送給され、発電出力制御手段１０は、電流発生器５２からのパターン電流と出力電流変換器３８からの検知電流とを合成した出力制御電流に基づいて燃料電池４の発電出力を制御する。
【００５７】
この電流発生器５２には、外部電力ライン１６からの系統信号が系統信号ライン５４を介して送給される。また、パソコンなどの負荷パターン生成器５６にて生成された負荷パターン信号がパターン付与ライン５８を介して電流発生器５２に送給され、電流発生器５２は、外部電力ライン１６からの系統信号及び負荷パターン生成器５６からの負荷パターン信号に基づいてパターン電流を生成し、発電出力制御手段１０は、この電流発生器５２からのパターン電流と出力電流変換器３８からの検知信号とを合成した出力制御信号に基づいて燃料電池４の発電出力を制御し、このように運転制御することによって、負荷パターン生成器５６により付与される負荷パターン、換言すると電流発生器５２により発生されるパターン電流のパターンに対応して燃料電池４の発電出力を変動させることができる。
【００５８】
このような燃料電池システム２Ｂにおいては、電流発生器５２に関連して、所望の外部条件を検知するための外部条件検知手段６０を設け、また電流発生器５２に、出力電流を調整するための電流調整手段６２を含めることができる。
【００５９】
このような燃料電池システム２Ｂは、温水を貯めるための貯湯装置と組み合わされて設置されることがあり、このような場合、外部条件検知手段６０は、例えば貯湯装置の満水を検知する満水検知手段であり、この満水検知手段が満水を検知すると、電流調整手段６２はこのパターン電流が小さくなるように制御し、このように制御することによって、外部電源１８からの外部電力の送給（所謂、買電電力）が少なくなり、これによって、燃料電池４の発電出力が抑えられ、その結果、燃料電池４の運転状態を発生する温水が少ない状態に切り換えることができる。
【００６０】
また、燃料電池システム２Ｂでは、この燃料電池４を発電出力の発生を主とする電主運転を選択したり、貯湯装置と組み合わせて用いた場合にお湯の発生を主とする熱主運転を選択したりする場合がある。このような場合、外部条件検知手段６０は、運転状態を切り換えるための運転切換検知手段であり、この運転切換検知手段が電主運転（又は熱主運転）を検知すると、電流調整手段６２は、電流発生器５２にて発生されたパターン電流を電主運転（又は熱主運転）に適するように調整して燃料電池４の発電出力制御手段１０に送給し、このようにパターン電流を調整することによって、燃料電池４を電主運転（又は熱主運転）に適した運転状態でもって運転することができる。  尚、このような電流発生器５２は、図３の第２の実施形態におけるパターン電流発生手段として用いることもできる。
【００６１】
〔第４の実施形態〕
次に、図５を参照して、燃料電池システムの第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態では、パターン電流発生手段が出力制御信号生成手段から構成されるが、出力変流器が省略されている。
【００６２】
図５において、この第４実施形態の燃料電池システム２Ｃでは、パターン電流発生手段は出力制御信号生成手段８２を備え、この出力制御信号生成手段８２は、パターン電流を発生する電流発生器５２Ｃと、検知信号を所要の通りに処理するための信号処理手段７２と、信号を合成するための信号合成手段７４とを含み、後述した如くして生成された出力制御信号（即ち、出力制御電流）を発電出力制御手段１０に送給する。
【００６３】
また、この第４の実施形態では、発電出力ライン１４に出力電流変換器３８が設けられ、この出力電流変換器３８からの検知信号（検知電流）が出力制御信号生成手段８２に送給される。また、外部電力ライン１６からの系統信号が系統信号ライン５４を介して出力制御信号生成手段８２に送給される。更に、パソコンなどの負荷パターン生成器５６にて生成された負荷パターン信号（負荷パターン電流）がパターン付与ライン５８を介して出力制御信号生成手段８２に送給される。この第４の実施形態のその他の構成は、上述の第３の実施形態と実質上同一である。
【００６４】
この第４の実施形態では、出力電流変換器３８からの検知信号が出力制御信号生成手段８２に送給され、信号処理手段７２は、この検知信号を所要の通りに処理し、検知電流の大きさが例えば１／４となるようにデジタル処理する。また、外部電力ライン１６からの系統信号及び負荷パターン生成器５６からの負荷パターン信号が出力制御信号生成手段８２に送給され、信号処理手段７２はこれら系統信号及び負荷パターン信号をデジタル処理し、電流発生器５２Ｃは、かかる系統信号及び負荷パターン信号に基づいてパターン電流（即ち、パターン信号）を生成する。そして、信号合成手段７４は、このパターン電流の信号（パターン信号）及び処理された検知信号（検知電流）を合成して出力制御信号（出力制御電流）を生成し、かく生成された出力制御信号が出力制御信号生成手段８２から発電出力制御手段１０に送給される。発電出力制御手段１０は、このようにして生成された出力制御信号（出力制御電流）に基づいて燃料電池４の発電出力を制御し、このように運転制御することによっても、上述したと同様の作用効果が達成される。また、出力変流器を省略し、出力電流変換器３８からの検知信号を出力制御信号生成手段８２の信号処理手段７２にて所要の通りに処理している（この形態では、デジタル処理して大きさを小さくしている）ので、この検知信号（検知電流）のノイズ成分が少なくなり、これによって、出力制御信号生成手段８２からの出力制御信号に基づいて燃料電池４の発電出力をより正確に制御することができる。
【００６５】
〔実施適用例〕
このような燃料電池システムは、工場などで用いる場合、例えば図６に示すように構成される。図６において、この実施形態では、例えば工場における構内電力負荷３０（電力負荷手段）の設置場所と燃料電池ユニット６の設置場所とが離れており、このような場合、図６に二点鎖線で示すように、外部電力ライン１６の構内電力負荷３０に関連して外部電流変換器４２を設けることは難しくなる。これは、外部電流変換器４２の規格、その配線工事などの問題とともに、ノイズの影響を受けやすいという問題があるためでる。
【００６６】
このような場合、図６に示すように、燃料電池ユニット６のグループ（１つの組として設置されている１又は２台以上の燃料電池ユニット）毎に、パターン電流発生手段を構成する変動電力負荷２６（変動電力負荷手段）などを設けるのが好ましく、このように変動電力負荷２６などを設けることによって、各グループにおいて燃料電池ユニット６を定格運転においても安定して運転することができる。
【００６７】
〔確認実験〕
本発明に従う燃料電池システムの運転方法を確認するために、次の通りのシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいては、図１に示す形態の燃料電池システムに適用し、燃料電池ユニットとして定格出力３ｋＷの固体酸化物形燃料電池を用い、また変動電力負荷（変動電力負荷手段）として１ｋＷの電子電力負荷を用い、変動電力負荷を１ｋＷの範囲内で変動させてパターン電流のパターンを発生させた。また、変流比４の出力変流器を用い、この出力変流器の変流電流を出力電流変換器（変流比：２０００）で検知し、また変動電力負荷に流れる外部電流を外部電流変換器（変流比：２０００）で検知し、これら出力電流変換器及び外部電流変換器の検知電流を合成した出力制御電流を燃料電池の発電出力制御手段に送給し、かかる出力制御電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御し、燃料電池ユニットの発電出力（発電電力）を変動電力負荷及び構内電力負荷で消費させた。このような条件でシミュレーションしたときの変動電力負荷の負荷変動と燃料電池ユニットの発電出力との関係は、図７（ａ）に示す通りであった。
【００６８】
また、図１０に示す通りの従来の燃料電池システムに適用して運転のシミュレーションしたときの変動電力負荷の負荷変動と燃料電池ユニットの発電出力との関係は、図７（ｂ）に示す通りであった。このとき、燃料電池ユニットとしては、上述の実験と同様の定格出力３ｋＷの固体酸化物形燃料電池を用い、変動電力負荷として４ｋＷの電子電力負荷を用い、この変動電力負荷を４ｋＷの範囲内で変動させた。
【００６９】
この実験結果から、本発明に従う運転方法を用いることによって、燃料電池ユニットの定格出力よりも小さい変動電力負荷を用いて負荷変動させてパターン電流を発生させ、このパターン電流を用いて燃料電池の発電出力を制御しても、従来の運転と同様に、燃料電池の定格出力範囲内でパターン電流のパターンに対応させて燃料電池を運転できることが、上述したシミュレーション結果から確認できた。
【００７０】
更に、図１に示す形態の燃料電池システムを用い、燃料電池ユニットとして定格出力７００Ｗの固体酸化物形燃料電池を用い、実際に稼働運転させて確認実験を行った。変動電力負荷（変動電力負荷手段）として１ｋＷの電子電力負荷を用い、変動電力負荷を１ｋＷの範囲内で変動させてパターン電流のパターンを発生させた。また、変流比４の出力変流器を用い、この出力変流器の変流電流を出力電流変換器（変流比：３０００）で検知し、また変動電力負荷に流れる外部電流を外部電流変換器（変流比：３０００）で検知し、これら出力電流変換器及び外部電流変換器の検知電流を合成した出力制御電流を燃料電池の発電出力制御手段に送給し、かかる出力制御電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御し、燃料電池ユニットの発電出力（発電電力）を変動電力負荷及び構内電力負荷で消費させた。このような条件で実際に稼働運転させたときの変動電力負荷の負荷変動と燃料電池ユニットの発電出力との関係は、図８に示す通りであり、設定した負荷変動は、期間ｔ１：２５０Ｗ、期間ｔ２：２０５Ｗ、期間ｔ３：１８３Ｗ、期間ｔ４：１６６Ｗ、期間ｔ５：１４８Ｗ、期間ｔ６：１３０Ｗ、期間ｔ７：１１１Ｗ、期間ｔ８：９５Ｗ及び期間ｔ９：７９Ｗであった。
【００７１】
また、図４に示す通りの燃料電池システムにおいて実際に運転したときの変動電力負荷の負荷変動と燃料電池ユニットの発電出力との関係は、図９に示す通りであった。このとき、負荷パターン発生器としてパソコンを用い、この負荷パターン信号を電流発生器に送給するとともに、発電出力ラインの出力電流を変流比４の出力変流器を用い、この出力変流器の変流電流を出力電流変換器（変流比：３０００）で検知し、この検知電流を発電出力制御手段に送給して電流発生器からのパターン電流に合成して出力制御電流を生成し、この出力制御電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御し、この発電出力を構内電力負荷で消費させた。燃料電池ユニットとしては、上述の実験と同様の定格出力７００Ｗの固体酸化物形燃料電池を用いた。尚、このときの負荷パターン信号による負荷変動は、期間ｔ１：２５０Ｗ、期間ｔ２：２０５Ｗ、期間ｔ３：１７０Ｗ、期間ｔ４：１３６Ｗ、ｔ５：１０３Ｗ、期間ｔ６：６８Ｗ、期間ｔ７：１２０Ｗ及び期間ｔ８：２５０Ｗ相当であった（即ち、電流発生器が発生するパターン電流の大きさに相当する負荷である）。
【００７２】
これらの実験結果から、燃料電池ユニットの定格出力よりも小さい変動電力負荷を用いて負荷変動させてパターン電流を発生させ、このパターン電流を用いて燃料電池の発電出力を制御しても、燃料電池の定格出力範囲内でパターン電流のパターンに対応させて燃料電池を運転できることが実際の運転でもって確認できた。
【００７３】
また、負荷パターン生成器としてパソコンを用い、パソコンからの負荷パターン信号に基づいて電流発生器にてパターン電流を生成し、このパターン電流と発電出力ラインの出力電流に基づく出力電流変換器からの検知電流とを合成して出力制御電流を生成し、この出力制御電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御しても、燃料電池の定格出力範囲内で負荷パターン信号のパターンに対応させて燃料電池を運転できることが実際の稼働運転でもって確認できた。
【符号の説明】
【００７４】
２、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  燃料電池システム
４，４ａ，４ｂ  燃料電池
６，６ａ，６ｂ  燃料電池ユニット
８，８ａ，８ｂ  燃料電池本体
１０，１０ａ，１０ｂ  発電出力制御手段
２６  変動電力負荷（変動電力負荷手段）
３０  構内電力負荷（電力負荷手段）
３８，３８ａ，３８ｂ  出力電流変換器
４０，４０ａ，４０ｂ  出力変流器
４２，４２ａ，４２ｂ  外部電流変換器
５２，５２Ｃ  電流発生器
６０  外部条件検知手段
６２  電流調整手段
７４  信号合成手段
８２  出力制御信号生成手段
【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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【図９】
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【図１０】
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