(57)【要約】【課題】触媒等を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する方式の燃料電池発電システムにおける電力系統への供給電力の変動を少なくする。【解決手段】燃料電池（２）の発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統（５）に供給する電力変換器（３）と個別ヒータ制御回路（４ａ、４ｂ）とを備えて構成し、各個別ヒータ制御回路は、電源を電力変換器の出力側と前記燃料電池の出力側との間で選択切り換えすると共に、検出したヒータ温度に従って個別にＯＮ／ＯＦＦ制御する。起動開始から燃料電池の発電開始までは電力変換器の出力側を選択し、燃料電池が発電を開始した後においては、前記電力変換器の出力側を選択した状態においてＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以下になった場合には燃料電池の出力側に、その状態でＯＮデューティが所定値以上になった場合には電力変換器の出力側に電源を選択切り換えする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒等の温度を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する燃料電池発電システム（１）であって、一つ以上の電気ヒータ（６ａ、６ｂ）を有する燃料電池（２）と、該燃料電池の発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統（５）に供給する電力変換器（３）と、ヒータ制御回路（４）とを備えて構成され、該ヒータ制御回路は、前記各電気ヒータに対して前記電力変換器の出力側と前記燃料電池の出力側とを選択的に切り換えて電源供給する電源切換回路（７ａ、７ｂ）を個別に備えると共に、各電気ヒータにより加熱される触媒等の被加熱物の温度を温度検出器（９ａ、９ｂ）にて検出し、検出温度を個別の設定温度と比較して個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池発電システムであって、前記個別に備えられた各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、起動開始から燃料電池（２）が発電を開始するまでの間は前記電力変換器の出力側を選択し、燃料電池（２）が発電を開始した後においては、前記電力変換器の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以下になった場合には前記燃料電池の出力側に、前記燃料電池の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記電力変換器の出力側に、電源を選択切り換えするように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
複数の電気ヒータを有する請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムであって、一部の電気ヒータは前記ヒータ制御回路（４）内の個別に備えられた電源切換回路（７ａ）により電源が選択供給され、残りの電気ヒータは常に前記電力変換器の出力側から電源供給されるように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
触媒等の温度を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する燃料電池発電システムであって、複数の電気ヒータを有する燃料電池（２）と、該燃料電池の発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統（５）に供給する電力変換器（３）と、ヒータ制御回路（４）とを備えて構成され、
該ヒータ制御回路は、１式の電源切換回路（７）と各電気ヒータに対応して設けられた個別ヒータ温度制御回路（１１ａ、１１ｂ）とを備え、該個別ヒータ温度制御回路は、各電気ヒータにより加熱される被加熱物の温度を各温度検出器（９ａ、９ｂ）にて検出し、検出温度を個別の設定温度と比較して個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するように構成されており、前記電源切換回路（７）は、全電気ヒータに必要な電源を前記電力変換器の出力側と前記燃料電池の出力側との間で一括して選択的に切り換えるように構成されていて、起動開始から燃料電池（２）が発電を開始するまでの間は前記電力変換器の出力側を選択し、燃料電池（２）が発電を開始した後においては、前記電力変換器の出力側を選択した状態において全ての電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以下になった場合には前記燃料電池の出力側に、前記燃料電池の出力側を選択した状態において何れかのＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記電力変換器の出力側に、電源を選択切り換えするように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池発電システムであって、前記電力変換器（３）は、前記燃料電池の発電した直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）と、該ＤＣ／ＤＣ変換器の出力する直流電力を交流電力に変換する回路であってフライホィールダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子で構成したフルブリッジ回路を出力回路として有するインバータ回路（３ｂ）とにより構成されたものであって、前記電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、前記電力変換器の出力側に代えて前記インバータ回路の入力側を選択し、前記燃料電池の出力側との間で選択的に切り換えて電源供給するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池発電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の入力電源線の一線と出力線の一線とを共通に接続し、前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は該ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の共通接続されていない他の出力線と他の入力電源線とを選択的に切り換えて電源供給するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池発電システムであって、前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、前記電気ヒータに前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の入力電源線と共通接続されていない他の出力線から電源供給する第１のスイッチ（ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ）と、該ＤＣ／ＤＣ変換器の出力線と共通接続されていない他の入力電源線から電源供給する第２のスイッチ（ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ）とを備え、該ＤＣ／ＤＣ変換器の他の出力線から電源供給する場合には、前記第２のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第１のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行し、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の他の入力電源線から電源供給する場合には、前記第１のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第２のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池発電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側に、該ＤＣ／ＤＣ変換器の直流出力を入力とし、該ＤＣ／ＤＣ変換器の前記共通に接続された入力電源線と出力線にその入力電源線の一線と出力線の一線とが接続され、該ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力電圧より低い直流電圧を発生する第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）を設けると共に、前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）に該第２のＤＣ／ＤＣ変換器から電源供給する第３のスイッチ（ＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂ）を追加し、
前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、起動開始から燃料電池（２）が発電を開始するまでの間においては、燃料電池（２）の出力側に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択し、
燃料電池（２）が発電を開始した後においては、燃料電池（２）の出力側に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以下になった場合には前記燃料電池（２）の出力側を選択し、該選択状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以上になった場合には燃料電池（２）の出力側に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択し、前記燃料電池の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）の出力側を選択し、該選択状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記燃料電池の出力側を選択するような選択動作を行い、
これらの選択動作において、燃料電池（２）の出力側に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択した場合には、前記第２、第３のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第１のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行し、燃料電池（２）の出力側を選択した場合には、前記第１、第３のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第２のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行し、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）の出力側を選択した場合には、前記第１、第２のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第３のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒等を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する方式の燃料電池発電システムにおいて、各電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ動作による燃料電池発電システム内消費電力の変動を少なくして電力系統への供給電力の変動を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、一般に水素と酸素との電気化学反応により燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、高い発電効率を得ることができる。この燃料電池を用いた発電システムは、内部に燃焼サイクルを持たないためＳＯｘ、ＮＯｘの排出が少なく環境への影響が少ない利点もあるため、新しい発電システムとして現在盛んに開発が進められている。
【０００３】
燃料電池の燃料となる水素ガスは、一般的には天然ガス中のメタンやプロパンを元に水蒸気改質技術により生成される。このメタン、プロパンの改質過程自体や、改質過程にて生成される燃料電池にとって有害な一酸化炭素を除去するプロセス等には触媒が使用される。触媒は、周知の如く最適な温度範囲に維持しないとその機能を十分に発揮させることができない。この温度維持、制御のためには電気ヒータが使用される場合が多い。また、水蒸気の生成、温度制御のためにも電気ヒータが使用される場合がある。
【０００４】
図９は、その発電した電力を電力系統に供給する方式を採用している従来の燃料電池発電システムの構成例である。燃料電池発電システム５０は、燃料電池５１と、その燃料電池５１により発電された直流電力を所定の周波数及び位相の交流電力に変換して電力系統５２に連系運転を行なう電力変換器５３と、ヒータ温度制御回路５４を備える。
【０００５】
ヒータ温度制御回路５４は、燃料電池発電システム５０の運転に必要な前記触媒等の温度を電気ヒータ５５により制御するためのものである。電気ヒータ５５は通常、複数存在し、ヒータ温度制御回路５４は各電気ヒータ５５に対応して個別に設けられる。触媒等の温度は温度検出器５６にて検出され、温度調節計５７にて別の設定温度ＴＳと比較してＯＮ／ＯＦＦ制御信号が生成され、その制御信号にてヒータ制御スイッチＳＷ５０がＯＮ／ＯＦＦすることによって制御される。
【０００６】
ところで、燃料電池発電システム５０では、システム起動時には燃料電池５１自体は発電状態でないため、電気ヒータ５５の電力は電力系統５２から受けるように構成される。この電気ヒータ５５の消費電力Ｐｈは、触媒やその収納容器などが完全に冷えている状態から起動（コールドスタート）する場合があることから、起動時間短縮のためある程度大きな値にされている。その値は電力変換器５３の出力する交流電力Ｐａｃの１０〜２０％程度に選定される場合がある。
【０００７】
この場合、燃料電池発電システム５０から電力系統５２に供給される燃料電池発電システム５０としての発電電力Ｐｏｕｔは、電気ヒータ５５がＯＮ／ＯＦＦする度に１０〜２０％変動することになる。加えて、電気ヒータ５５は、燃料電池５１内に複数設けられる場合が多く、それらの電気ヒータも同様にＯＮ／ＯＦＦ制御されているため、ＯＮ／ＯＦＦ動作の重なり具合によっては、電力系統５２に供給される燃料電池発電システム５０としての発電電力Ｐｏｕｔの変動は一層大きなものとなる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１３４１４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような、電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ動作に基づく電気ヒータの消費電力の変動は、上述のように燃料電池発電システムから電力系統に供給される電力に大幅な変動をもたらす。加えて、電気ヒータの発熱量の大幅変動は、燃料電池自身の発電効率の低下、燃料電池の制御の複雑化をもたらす上、燃料電池の動作の安定性にも悪影響を及ぼすことが想定される。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、触媒等の温度を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する方式の燃料電池発電システムにおいて、電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ動作による燃料電池発電システム内消費電力の変動を少なくして電力系統への供給電力の変動を抑制すると共に、燃料電池の発電効率の低下、動作の不安定化を防止することができる燃料電池発電システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、触媒等の温度を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する燃料電池発電システム（１）であって、一つ以上の電気ヒータ（６ａ、６ｂ）を有する燃料電池（２）と、該燃料電池の発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統（５）に供給する電力変換器（３）と、ヒータ制御回路（４）とを備えて構成され、該ヒータ制御回路は、前記各電気ヒータに対して前記電力変換器の出力側と前記燃料電池の出力側とを選択的に切り換えて電源供給する電源切換回路（７ａ、７ｂ）を個別に備えると共に、各電気ヒータにより加熱される触媒等の被加熱物の温度を温度検出器（９ａ、９ｂ）にて検出し、検出温度を個別の設定温度と比較して個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池発電システムであって、前記個別に備えられた各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、起動開始から燃料電池（２）が発電を開始するまでの間は前記電力変換器の出力側を選択し、燃料電池（２）が発電を開始した後においては、前記電力変換器の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以下になった場合には前記燃料電池の出力側に、前記燃料電池の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記電力変換器の出力側に、電源を選択切り換えするように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、複数の電気ヒータを有する請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムであって、一部の電気ヒータは前記ヒータ制御回路（４）内の個別に備えられた電源切換回路（７ａ）により電源が選択供給され、残りの電気ヒータは常に前記電力変換器の出力側から電源供給されるように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、触媒等の温度を電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により制御し、発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する燃料電池発電システムであって、複数の電気ヒータを有する燃料電池（２）と、該燃料電池の発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統（５）に供給する電力変換器（３）と、ヒータ制御回路（４）とを備えて構成され、
該ヒータ制御回路は、１式の電源切換回路（７）と各電気ヒータに対応して設けられた個別ヒータ温度制御回路（１１ａ、１１ｂ）とを備え、該個別ヒータ温度制御回路は、各電気ヒータにより加熱される被加熱物の温度を各温度検出器（９ａ、９ｂ）にて検出し、検出温度を個別の設定温度と比較して個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するように構成されており、前記電源切換回路（７）は、全電気ヒータに必要な電源を前記電力変換器の出力側と前記燃料電池の出力側との間で一括して選択的に切り換えるように構成されていて、起動開始から燃料電池（２）が発電を開始するまでの間は前記電力変換器の出力側を選択し、燃料電池（２）が発電を開始した後においては、前記電力変換器の出力側を選択した状態において全ての電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以下になった場合には前記燃料電池の出力側に、前記燃料電池の出力側を選択した状態において何れかのＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記電力変換器の出力側に、電源を選択切り換えするように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池発電システムであって、前記電力変換器（３）は、前記燃料電池の発電した直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）と、該ＤＣ／ＤＣ変換器の出力する直流電力を交流電力に変換する回路であってフライホィールダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子で構成したフルブリッジ回路を出力回路として有するインバータ回路（３ｂ）とにより構成されたものであって、前記電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、前記電力変換器の出力側に代えて前記インバータ回路の入力側を選択し、前記燃料電池の出力側との間で選択的に切り換えて電源供給するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の燃料電池発電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の入力電源線の一線と出力線の一線とを共通に接続し、前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は該ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の共通接続されていない他の出力線と他の入力電源線とを選択的に切り換えて電源供給するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の燃料電池発電システムであって、前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、前記電気ヒータに前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の入力電源線と共通接続されていない他の出力線から電源供給する第１のスイッチ（ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ）と、該ＤＣ／ＤＣ変換器の出力線と共通接続されていない他の入力電源線から電源供給する第２のスイッチ（ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ）とを備え、該ＤＣ／ＤＣ変換器の他の出力線から電源供給する場合には、前記第２のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第１のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行し、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の他の入力電源線から電源供給する場合には、前記第１のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第２のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の燃料電池発電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側に、該ＤＣ／ＤＣ変換器の直流出力を入力とし、該ＤＣ／ＤＣ変換器の前記共通に接続された入力電源線と出力線にその入力電源線の一線と出力線の一線とが接続され、該ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力電圧より低い直流電圧を発生する第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）を設けると共に、前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）に該第２のＤＣ／ＤＣ変換器から電源供給する第３のスイッチ（ＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂ）を追加し、
前記各電源切換回路（７ａ、７ｂ）は、起動開始から燃料電池（２）が発電を開始するまでの間においては、燃料電池（２）の出力側に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択し、
燃料電池（２）が発電を開始した後においては、燃料電池（２）の出力側に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以下になった場合には前記燃料電池（２）の出力側を選択し、該選択状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以上になった場合には燃料電池（２）の出力側に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択し、前記燃料電池の出力側を選択した状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）の出力側を選択し、該選択状態において前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以上になった場合には前記燃料電池の出力側を選択するような選択動作を行い、
これらの選択動作において、燃料電池（２）の出力側に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器（３ａ）の出力側を選択した場合には、前記第２、第３のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第１のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行し、燃料電池（２）の出力側を選択した場合には、前記第１、第３のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第２のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行し、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）の出力側を選択した場合には、前記第１、第２のスイッチは常にＯＦＦにした状態で前記第３のスイッチをＯＮ／ＯＦＦして前記電気ヒータの前記ＯＮ／ＯＦＦ制御を実行するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１を参照して説明する。本燃料電池発電システム１は、燃料電池２と、電力変換器３と、ヒータ制御回路４とを備えて構成される。燃料電池２は、周知のように都市ガス等の原燃料を燃料改質装置で水素リッチガスに改質し、その改質ガスを燃料電池の燃料極に供給するとともに、空気極には空気を供給し、燃料極と空気極との間に配設された電解質膜を介して改質ガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとで電気化学反応を生じさせることにより直流電力を生成するものである。
【００２０】
燃料電池２で生成された直流電力は、電力変換器３により電力系統５の電圧とと同じ周波数、同じ位相の交流電力に変換されて電力系統５に供給される。ところで、燃料電池２が前記電気化学反応を行なう際には触媒が使用される。触媒は周知の如く最適な温度範囲に維持しないと十分に機能を発揮しないため、この触媒の温度維持、制御のために一つ以上の電気ヒータ６ａ、６ｂが用いられる。更に、燃料電池２の運転に必要な水蒸気の生成、その温度制御等のためにも電気ヒータが使用される場合がある。図１は、電気ヒータが２個の場合を例示したものである。
【００２１】
この電気ヒータ６ａ、６ｂは、ヒータ制御回路４により制御される。ヒータ制御回路４は、電気ヒータ６ａ、６ｂへの電源供給とヒータの温度制御を行なう回路で、個別ヒータ制御回路４ａ、４ｂにより構成される。個別ヒータ制御回路は、電気ヒータ１式について１式必要である。図１は電気ヒータが２式の場合を例示しているので、個別ヒータ制御回路も２式となっている。個別ヒータ制御回路４ａ、４ｂは同じ回路であるので、個別ヒータ制御回路４ａについて、その回路構成を説明する。
【００２２】
個別ヒータ制御回路４ａは、電源切換回路７ａと、それ以外の回路であって電気ヒータ６ａの温度制御を行なう回路部分とにより構成される。電源切換回路７ａは、電気ヒータ６ａに供給する電源を選択して切り換える回路であって、電磁接触器ＳＷ１ａとその切り換えを制御する切換制御回路７ａとにより構成される。
【００２３】
電磁接触器ＳＷ１ａは、２ａ、２ｂの４接点を有する電磁接触器で、切換制御回路７ａからの選択信号により電気ヒータ６ａに供給する電源を、電力変換器３の出力側と、燃料電池２の出力側とで切り換えて供給する。
【００２４】
個別ヒータ制御回路４ａ内の温度制御を行なう回路部分は、それにより加熱される触媒、水蒸気等の温度（以下、簡単のため電気ヒータ６ａの温度という。）を検出し、その検出温度ＴＥ１と設定温度ＴＳ１とを温度調節計１０ａにて比較し、電気ヒータ６ａに直列に接続されたリレーＳＷ２ａをＯＮ／ＯＦＦ制御して温度調節を行なう。この場合、リレーＳＷ２ａの頻繁な開閉を避けるために若干のヒステリシスが設けられる。リレーＳＷ２ａとしては、有接点リレー又は無接点リレーを使用する。なお、温度調節計１０ａからはリレーＳＷ２ａのＯＮ／ＯＦＦの状態信号ＤＵＴＹ１が切換制御回路８ａに送られる。
【００２５】
次に、以上のような回路構成の下での本燃料電池発電システム１の動作について説明する。なお、この場合も２つの個別ヒータ制御回路４ａ、４ｂに関しては、同じ動作を行なうので個別ヒータ制御回路４ａについてのみ説明する。
【００２６】
まず、燃料電池発電システム１が発電を開始するまでの間の個別ヒータ制御回路４ａの動作について説明する。運転を開始するときは、最初に燃料電池発電システム１の図示しない操作盤からの操作によりシステムに起動がかけられる。この起動直後には燃料電池２はまだ発電状態にないため、電気ヒータ６ａの電源は電力系統５より供給する必要がある。このため電源切換回路７ａ内の切換制御回路８ａは操作盤からの起動信号を受けて、電気ヒータ６ａに電力変換器３の出力側から電源を供給するように電磁接触器ＳＷ１ａを切り換える。電力変換器３の出力は電力系統５に接続されているので、これにより電気ヒータ６ａには電力系統５から電力が供給される。電気ヒータ６ａは発熱し、電気ヒータ６ａの温度が上昇を開始する。
【００２７】
電気ヒータ６ａの温度は、温度検出器９ａで検出され、検出された温度ＴＥ１は温度調節計１０ａ内で設定温度ＴＳ１と比較され、温度制御のためのＯＮ／ＯＦＦ制御信号が生成される。そして、そのＯＮ／ＯＦＦ制御信号にて電気ヒータ６ａに直列に接続されたリレーＳＷ２ａの開閉が行なわれ、電気ヒータ６ａの温度は設定温度ＴＳ１に制御される。
【００２８】
２つの電気ヒータ６ａ、６ｂの温度がそれぞれの所定温度以上に達した時点で、操作盤からの操作あるいは自動操作により燃料電池２が発電を開始する。次に、燃料電池２が発電を開始した後の個別ヒータ制御回路４ａの動作について説明する。
【００２９】
切換制御回路８ａには、温度調節計１０ａよりリレーＳＷ２ａのＯＮ／ＯＦＦの状態信号ＤＵＴＹ１が送られている。従って、切換制御回路８ａはリレーＳＷ２ａのＯＮデューティの値を計算することができる。切換制御回路８ａは計算したＯＮデューティの値に基づいて、電磁接触器ＳＷ１ａにより電気ヒータ６ａに供給する電源を次のように選択して切り換える。
【００３０】
すなわち、電源として電力変換器３の出力側を選択した状態において、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが所定値以下（例えば、２５％以下）になった場合には、電源を前記燃料電池２の出力側に切り換える。反対に、この燃料電池２の出力側を選択した状態において、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮデューティが所定値以上（例えば、９８％以上）になった場合には、前記電力変換器３の出力側に電源を切り換える。このように、それぞれの選択状態においてＯＮデューティが所定の値以下または以上になった時に、電源を電力変換器３の出力側と燃料電池２の出力側とで切り換える動作を行なう。
【００３１】
次に、燃料電池２が発電を開始した後に上述のような切り換え動作を行なうことを特徴とする本実施形態の効果について説明する。電気ヒータ６ａの電気抵抗をＲ（Ω）、電力系統５の実効電圧をＶａｃ（Ｖ）、燃料電池２の出力直流電圧をＶｄｃ（Ｖ）とする。電気ヒータ６ａが電力系統５から電源供給を受けている場合の消費電力をＰｈ（Ｗ）、燃料電池２の出力から電源供給を受けている場合の消費電力をＰｌ（Ｗ）とすると、それらは次のように表わされる。
Ｐｈ＝Ｖａｃ２／Ｒ                                    （１）式
Ｐｌ＝Ｖｄｃ２／Ｒ                                    （２）式
【００３２】
燃料電池２は１Ｖ程度を発電するセルを多数直列接続して直流電圧を出力する電池であるため、その直流出力電圧はあまり高くできない。このため、電力変換器３は昇圧機能も有しており、燃料電池２の出力電圧Ｖｄｃは電力系統５の実効電圧Ｖａｃよりは低く、Ｖａｃ＞Ｖｄｃ  の関係にある。従って、（１）、（２）式で表わされる電気ヒータ６ａの消費電力には  Ｐｈ＞Ｐｌ  なる関係があり、電力系統５より電源供給を受けている場合の方が消費電力は大きい。
【００３３】
燃料電池発電システム１から電力系統５に供給される電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）は、燃料電池２の発電電力Ｐｄｃ（Ｗ）から、各々の電気ヒータが消費している電力の総和Ｐｈｔ（Ｗ）と電力変換器３の損失Ｐｌｏｓｓ（Ｗ）を差し引いた次の値となる。
Ｐｏｕｔ＝Ｐｄｃ−（Ｐｈｔ＋Ｐｌｏｓｓ）                        （３）式
【００３４】
ここで、電力変換器３の損失Ｐｌｏｓｓ（Ｗ）は、小さいと仮定して無視することとする。すると、電力系統５に供給しうる電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）の瞬間的な最大供給電力Ｐｏｕｔｍａｘ（Ｗ）は、たまたま全ての電気ヒータがＯＦＦしてその消費電力Ｐｈｔ（Ｗ）がゼロとなった時の値となり、その値は燃料電池２の発電電力Ｐｄｃ（Ｗ）に等しい。
【００３５】
この最大供給電力Ｐｏｕｔｍａｘ（Ｗ）を基準として、電気ヒータ６ａがＯＮ／ＯＦＦした時に電力系統５への供給電力が変動する割合（供給電力変動率）を考える。その値は、電気ヒータ６ａが電力系統５から電源供給を受けている場合には、Ｐｈ／Ｐｄｃ  であり、燃料電池２の出力から電源供給を受けている場合には、Ｐｌ／Ｐｄｃ  となる。
【００３６】
先に説明したように、  Ｐｈ＞Ｐｌ  なる関係があるため、結局、電気ヒータ６ａが燃料電池２の出力から電源供給を受けている場合の方が、燃料電池発電システム１から電力系統５に供給される電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）の変動率が低くなる。
【００３７】
電力系統５に供給される電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）は、できる限り変動が少ないことが電力系統の運用のために好ましい。また、燃料電池２にとっても、電気ヒータ６ａのＯＮ／ＯＦＦによりその消費電力（発熱量）が大きく変動することは、好ましいことではない。発熱量の変動が大きく変動することは、電気化学的反応を不安定にし、発電効率を低下させるためである。このような観点から、電気ヒータ６ａへの電源供給は、可能である限りは、電源電圧の低い燃料電池２の出力から供給するのが好ましいといえる。
【００３８】
上述した本実施形態の燃料電池発電システム１は、このような好ましい動作を実現するものである。すなわち、電力変換器３の出力側を選択した状態においてＯＮ／ＯＦＦ制御によるＯＮデューティが「所定値以下（例えば、２５％以下）」になった場合には、電源を電圧の低い燃料電池２の出力側に切り換えた。この切り換えのタイミングは、次のようにして電圧の低い燃料電池２の出力側に切り換えても、電気ヒータ６ａに必要な消費電力（発熱量）が確保される時点となるようにする。
【００３９】
電気ヒータ６ａに燃料電池２の出力側から電源を供給した状態で、ＯＮデューティを例えば９０％でＯＮ／ＯＦＦした場合の、比較的短い時間ｔ内の平均消費電力（発熱量）は、０．９×Ｐｌ（Ｗ）として計算で求まる。一方、電気ヒータ６ａに電力系統５からの電源供給している場合の消費電力Ｐｈ（Ｗ）は（１）式から計算で求まる。従って、電力系統５から電源供給している状態でＯＮデューティが、１００×（０．９×Ｐｌ）／Ｐｈ（％）になった時点で燃料電池２の出力側に電源を切り換えるようにすれば、以後は燃料電池２の出力側電圧でもって、電気ヒータ６ａに必要な消費電力を確保していけることになる。前述した「所定値以下（例えば、２５％以下）」の所定値とは、この「１００×（０．９×Ｐｌ）／Ｐｈ（％）」に相当する値のことである。
【００４０】
以上のような計算によって燃料電池２の出力側に電源を切り換えるタイミングのＯＮデューティを決定して切り換えたとしても、燃料電池２内の反応状況によっては、燃料電池２の出力電圧による消費電力（発熱量）では、電気ヒータ６ａの温度を設定温度ＴＳ２に維持できない場合が起こる場合もありうる。その場合は、ＯＮデューティの値が上昇して１００％に近づく。従って、前述したように、例えばＯＮデューティが「所定値以上（例えば、９８％以上）」になった場合には、電源供給を電力系統５側に戻す切り換えを行なう。そして、その後に再びＯＮデューティが「所定値以下（例えば、２５％以下）」になったならば、燃料電池２の出力側に切り換える。
【００４１】
このように切り換えると、電力系統５側と燃料電池２の出力側との間で、切り換えが頻繁に起こる事態が発生するようにも思われる。しかし、温度調節計１０ａからのＯＮ／ＯＦＦの状態信号ＤＵＴＹ１を基にＯＮデューティを求めるには、当然にある程度の時間が必要であり、その時間がヒステリシスのように働くため頻繁な切り換えは生じない。どうしても、頻繁な切り換えが生ずる場合には、燃料電池２の出力側に切り換える時点のＯＮデューティである前記「所定値以下（例えば、２５％以下）」を、１回目は２５％、２回目は２０％というように変更してヒステリシスを設けることで容易に回避することができる。
【００４２】
以上説明したようにしてＯＮデューティの「所定値」を決定して、本実施形態の燃料電池発電システム１を動作させれば、電力系統５に供給される電力の変動を少なく抑えることができる。また、各電気ヒータの消費電力（発熱量）の変動が少なくなることによって、燃料電池２の反応の安定化、発電効率の向上にも好影響をもたらすことになる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図２を参照して説明する。なお、本実施形態は第１の実施形態と類似点が多いため、図２中、第１の実施形態の図１と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００４４】
本実施形態の燃料電池発電システム１の構成が第１の実施形態と異なる点は、一部の電気ヒータは第１の実施形態と同じ方式で電源切り換えを行い、残りの電気ヒータは電源切り換えを行なわないように構成した点にある。図２中の電気ヒータ６ａは、第１の実施形態と同じ方式で電源切り換えと温度制御を行なっている。図２中の個別ヒータ制御回路４ａは、図１中の個別ヒータ制御回路４ａと同じ回路であり同じ動作を行なう。なお、この電気ヒータ６ａに相当する電気ヒータは複数であっても構わない。その場合は、各々の電気ヒータに対して個別ヒータ制御回路４ａを設けるようにする。
【００４５】
一方、図２中の電気ヒータ６ｂは、第１の実施形態と異なり、電源の切り換えを行なわず、電源は常に電源系統５より供給される。ただし、温度制御には温度検出器９ｂ、温度調節計１０ｂを使用し、電気ヒータ６ｂに直列に接続されたリレーＳＷ２ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御して行なう構成は同じである。この電気ヒータ６ｂに相当する電気ヒータも複数あっても構わない。電源切り換えを行なわない個別ヒータ制御回路４ｂをその各々の電気ヒータに設けるようにする。
【００４６】
本実施形態を採用する場合には、消費電力の大きい電気ヒータは、電源切り換えを行なう個別ヒータ制御回路４ａの回路方式で制御し、消費電力の小さい電気ヒータは電源切り換えを行なわない個別ヒータ制御回路４ｂの回路方式で制御するように構成する。
【００４７】
本実施形態の場合は、一部の電気ヒータは電源切り換えを行なわず、常に電圧の高い電力系統５から電源供給される。従って、燃料電池発電システム１から電力系統５に供給される電力の変動という点では、第１の実施形態に及ばない。しかし、電源切り換えを行なわない電気ヒータは消費電力の小さい電気ヒータのみとし、消費電力の大きい電気ヒータは電源切り換えを行なう回路方式を採用するので、第１の実施形態と比べてそれ程電力変動で劣ることにならない。消費電力の大きな電気ヒータは電源切り換えを行なうので、第１の実施形態で説明したように、それらも常に電力系統５から電源供給する場合に比べれば、電力変動を小さく抑えられる効果がある。
【００４８】
また、消費電力の小さな電気ヒータは電源切り換えを行なわないため、電源切換回路８ａが不要となり、その分だけ製作コスト削減の効果がある。
【００４９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図３を参照して説明する。なお、本実施形態も第１の実施形態との類似点が多いため、図３中、第１の実施形態の図１と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００５０】
本実施形態の燃料電池発電システム１の構成が第１の実施形態と異なる点は、全ての電気ヒータの電源を、１式の電源切換回７で一括して切り換えるようにしている点にある。すなわち、各電気ヒータ６ａ、６ｂは、それぞれ個別ヒータ温度制御回路１１ａ、１１ｂにより個別に制御され、それらの回路は共通の電源切換回路７内の電磁接触器ＳＷ１ａの負荷側に並列に接続されている。
【００５１】
個別ヒータ温度制御回路１１ａ、１１ｂは、第１の実施形態の温度制御方法と同じく、温度検出器９ａ、９ｂで電気ヒータ６ａ、６ｂの温度を検出し、検出した温度ＴＥ１、ＴＥ２を温度調節計１０ａ、１０ｂ内でそれぞれの設定温度ＴＳ１、ＴＳ２と比較してＯＮ／ＯＦＦ制御信号を生成し、その制御信号で各電気ヒータ６ａ、６ｂに直列に接続されたリレーＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂを開閉して温度制御を行なう。
【００５２】
単一の切換制御回路８ａには、温度調節計１０ａ、１０ｂからＯＮ／ＯＦＦの状態信号ＤＵＴＹ１、ＤＵＴＹ２が入力されている。切換回路８ａの電源切り換えは次のようにして行なわれる。
【００５３】
まず、燃料電池２が発電を開始するまでの間は、電力系統５から電源が供給されるように電磁接触器ＳＷ１ａを切り換える。この点は第１の実施形態の場合と同様である。
【００５４】
燃料電池２が発電を開始した後のロジックは少し異なる。第１の実施形態においては、各電気ヒータのＯＮデューティが、個別に決められた所定値以下になった時点で燃料電池２の出力側に電源を切り換えたが、本実施形態の場合は、全ての電気ヒータの電源を一括して切り換えるために、全ての電気ヒータのＯＮデューティが、個別の所定値以下になった時点で燃料電池２の出力側に切り換えを行なう。
【００５５】
逆に、電源供給を燃料電池２の出力側から電力系統５側に戻す切り換えは、何れかの電気ヒータのＯＮデューティが、個別に決められた所定値以上になった場合に行なう。
【００５６】
本実施形態の電源切り換え方式では、第１の実施形態の場合に比べ、全ての電気ヒータが電圧の低い燃料電池２の出力側から電源供給を受けるようになる時期が遅れることになる。しかし、燃料電池２の出力電圧でもって全ての電気ヒータに十分な電力が発生する段階になった以降は、低い電源電圧が電気ヒータに供給されることとなるため、常に電力系統５から電源供給する方式に比べれば、電力系統５に供給する電力の変動を少なく抑えられる効果がある。
【００５７】
また、電源切換回路７が一式で済むため、第１の実施形態に比べれば、製作コストを削減できる利点がある。
【００５８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を図４を参照して説明する。なお、本実施形態も第１の実施形態との類似点が多いため、図４中、第１の実施形態の図１と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００５９】
本実施形態の燃料電池発電システム１の構成が第１の実施形態と異なる点は、電力系統５からの電源供給に代えて、代わりに電力変換器３の内部から供給するようにした点にある。すなわち、電力変換器３をＤＣ／ＤＣ変換器３ａとインバータ回路３ｂとで構成し、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側から電源を取り出すように変更してある。
【００６０】
ＤＣ／ＤＣ変換器３ａは、燃料電池２の発電した直流電力を入力としてこれを昇圧した直流電力に変換し、インバータ回路３ｂに供給する。インバータ回路３ｂは、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａより直流電圧の供給を受けて、これを電力系統５の電圧、位相と等しい交流電圧に変換して電力系統５に供給する。
【００６１】
ここで、インバータ回路３ｂは図５に一例を示すように、フライホィールダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子で構成したフルブリッジ回路を出力段に有する回路で構成したものである。
【００６２】
図５のインバータ回路３ｂについて説明すると、入力端子Ｎ１、Ｎ２の間には、燃料電池２の発電した直流電圧が印加される。プラス電圧が印加される入力端子Ｎ１につながる直流母線と、マイナス電圧が印加される入力端子Ｎ２につながる直流母線との間には、４個のスイッチング素子としてのトランジスタ２０、２１、２２、２３で構成されるフルブリッジ回路が接続される。なお、スイッチング素子にはバイポーラトランジスタの他に、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を使用することもできる。
【００６３】
各トランジスタには、フライホィールダイオード２４、２５、２６、２７が逆並列に接続されている。各トランジスタのベースは、ベース駆動回路２８により駆動される。ベース駆動回路２８は、フルブリッジ回路の出力ノードＮ５、Ｎ６にＰＷＭ変調された正弦波が現れるように各トランジスタのベースを駆動する。
【００６４】
フルブリッジ回路の出力ノードＮ５、Ｎ６に現れるＰＷＭ変調された正弦波は、インダクタンスＬ１とコンデンサＣ１とからなるローパスフィルタにて高調波成分が除去されて出力端子Ｎ３、Ｎ４に正弦波交流電圧となって現れる。この正弦波交流電圧は、電圧の振幅と位相が電力系統５の電圧と位相に一致するように、ベース駆動回路２８により制御される。
【００６５】
インバータ回路３ｂの入力端子Ｎ１、Ｎ２にＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力電圧が印加されている場合の動作は上述した通りであるが、ここで注意しなければないないのは、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａの動作が停止している状態、すなわち入力端子Ｎ１、Ｎ２に直流電圧が印加されていない場合の動作である。このような状態は、燃料電池２が発電を開始していない場合に生ずる。
【００６６】
このような状態でもインバータ回路３ｂの出力端子Ｎ３、Ｎ４には、電力系統５より交流電圧が印加されている。フルブリッジ回路の４個のトランジスタはＯＦＦしたままである。このような状態では、出力端子Ｎ３、Ｎ４に印加された交流電圧は、フルブリッジ回路のフライホィールダイオード２４、２５、２６、２７により整流されて、インバータ回路３ｂの入力端子Ｎ１、Ｎ２間に全波整流波形の直流電圧が現れる。すなわち、燃料電池２が発電を行なっていない状態では、インバータ回路３ｂの入力端子Ｎ１、Ｎ２には、電力系統５の電圧を全波整流した直流電圧が現れ、燃料電池２が発電している状態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａで昇圧された直流電圧が現れる。いずれの場合も、インバータ回路３ｂの入力端子Ｎ１、Ｎ２間の直流電圧の実効値は、燃料電池２の発電した直流電圧よりも高い値となっている。
【００６７】
本実施形態の図４の中のヒータ制御回路４の構成は、第１の実施形態の図１中のヒータ制御回路４と全く同じ回路で同じ動作を行なう。従って、燃料電池２が発電を開始する前の状態、及び発電を開始した後であって燃料電池２の出力電圧で電気ヒータ６ａ、６ｂに必要な消費電力を確保できない状態では、インバータ回路３ｂの入力端子から電源供給が行なわれる。その後、電気ヒータ６ａ、６ｂに必要な消費電力を確保できるようになった時点で、電源供給が各個別に燃料電池２の出力側に切り換えられる。
【００６８】
このように動作することによって、本実施形態の燃料電池発電システム１は、第１の実施形態の場合と同じ効果を奏することができる。
【００６９】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態を図６を参照して説明する。なお、本実施形態は第４の実施形態との類似点が多いため、図６中、第４の実施形態の図４と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００７０】
本実施形態の燃料電池発電システム１の構成が第４の実施形態と異なる点は、電磁接触器ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂによる電源切り換えを、いわゆる両切りから片切りに変更した点にある。片切りにするために、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａの入力電源線の内の一線と、出力線の内の一線とを共通に接続して、その共通線を各電気ヒータ６ａ、６ｂの片側に直接接続する回路構成にしてある。
【００７１】
ＤＣ／ＤＣ変換器には各種の回路構成があるが、多くは内部に高周波トランスを有し、入力側と出力側とが絶縁された構成となっている。そのようなＤＣ／ＤＣ変換器では、入力電源線の一線と出力線の一線とを共通に接続することには何の問題もない。また、内部に絶縁を兼ねる高周波トランスを有しない回路構成の場合には通常、入力電源線の一線と出力線の一線とは共通に接続されている。従って、図６に示したような回路構成とすることには何の問題もない。
【００７２】
図６に示したような回路構成とすれば、第４の実施形態と同様の効果が得られる他、電気ヒータ６ａ、６ｂをいわゆる片切りでＯＮ／ＯＦＦできるため、電磁接触器ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂに必要とされる接点を１ａ、１ｂの２接点で済ますことができ、製作コストを低減することもできる。
【００７３】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態を図７を参照して説明する。なお、本実施形態は第５の実施形態との類似点が多いため、図７中、第５の実施形態の図６と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００７４】
本実施形態の燃料電池発電システム１の構成が第５の実施形態と異なる点は、例えば図６の個別ヒータ制御回路４ａにおいては、電気ヒータ６ａへの電源供給用として、電源切り換えのための電磁接触器ＳＷ１ａとＯＮ／ＯＦＦ制御の開閉用リレーＳＷ２ａの２個のリレーを用いたが、本実施形態の図６の個別ヒータ制御回路４ａでは、代わりに電源切換とＯＮ／ＯＦＦ制御の開閉との両機能を併せて行なう２個のリレーＳＷ３ａ、ＳＷ４ａに置き換えた点にある。
【００７５】
すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側を電源として選択し、それをＯＮ／ＯＦＦ制御して電気ヒータ６ａに供給する場合には、リレーＳＷ４ａは常にＯＦＦにしておき、リレーＳＷ３ａを温度調節計１０ａからのＯＮ／ＯＦＦ制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦする。燃料電池２の出力側を電源として選択する場合には、リレーＳＷ３ａは常にＯＦＦおしておき、リレーＳＷ４ａを温度調節計１０ａからのＯＮ／ＯＦＦ制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦする。
【００７６】
このような動作を行なわせるために、温度調節計１０ａの出力であるＯＮ／ＯＦＦ制御信号を、切換制御回路８ａに入力している。そして、第４の実施形態の場合（第５の実施形態の場合も同様）と同じ電源選択ロジックによって供給電源を選択し、選択した側のリレーＳＷ３ａまたはＳＷ４ａをそのＯＮ／ＯＦＦ制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦするようにしている。このように制御することで、第４、第５の実施形態の場合と同様の制御を行なうことができ、同様の効果を得ることができる。
【００７７】
本実施形態の回路構成は、第４、第５の実施形態の図４、図６に比べて、リレーが接点１ａのみの２個のリレーに置き換わった点にも利点があり、リレー回路の構成がより簡単になり製造コストを低減できる効果がある。
【００７８】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態を図８を参照して説明する。なお、本実施形態は第６の実施形態との類似点が多いため、図８中、第６の実施形態の図７と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００７９】
本実施形態の燃料電池発電システム１の構成が第６の実施形態と異なる点は、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２を追加し、その第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力を電源として選択し、それをＯＮ／ＯＦＦ制御して電気ヒータ６ａ、６ｂに供給できるようにした点にある。
【００８０】
第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２は、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側から電源供給を受ける。その直流出力電圧は、例えば個別ヒータ制御回路４ａの場合についていえば、電気ヒータ６ａの電源としてその第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力を選択した場合には、リレーＳＷ３ａ、ＳＷ４ａは常にＯＦＦ状態とし、リレーＳＷ５ａを温度調節計１０ａの出力するＯＮ／ＯＦＦ制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦして供給する回路構成となっている。
【００８１】
ここで、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力直流電圧は、燃料電池２の出力電圧よりも低い値としてある。すなわち、３種類の直流電源である燃料電池２の出力電圧、ＤＣ／ＤＣ変換器３ａ（以下、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａという。）の出力電圧、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧の大きさは、電圧の高い方から順に、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力、燃料電池２の出力、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力の順となっている。
【００８２】
本実施形態の図８の電源選択ロジックは、第４、第５、第６の実施形態の場合と類似している。すなわち、燃料電池２が発電を開始していな状態では、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側、すなわち、インバータ回路３ｂの入力側から電源供給される。燃料電池２が発電を開始した後の、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側と燃料電池２の出力側との切り換えは、第４、第５、第６の実施形態の場合と同じロジックで行なう。すなわち、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側を選択した状態において温度調節計１０ａの出力するＯＮ／ＯＦＦ制御信号のＯＮデューティの値が所定値以下になった場合には、燃料電池２の出力側に電源を切り換える。その状態でＯＮデューティが１００％に近い所定値以上になった場合には、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａ出力側に選択を戻す動作を行なう。
【００８３】
本実施形態においては上記選択に加えて、燃料電池２の出力側と第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力側との選択ロジックが追加されている。このロジックも、考え方は上記、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３ａの出力側と燃料電池２の出力側との切り換えと同じである。すなわち、燃料電池２を選択して加熱している途中で、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号のＯＮデューティが所定値（例えば、５０％）以下に低下した場合には、さらに供給電圧の低い第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力側に電源を切り換える。その状態で、ＯＮデューティが１００％に近い所定値（例えば、９８％）以上になった場合には、燃料電池２の出力側に選択を戻す動作を行なわせる。
【００８４】
このような回路構成と制御ロジックを採用する利点は、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧が燃料電池２の出力電圧よりも低いため、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２が選択されている状態で電気ヒータ６ａ、６ｂがＯＮ／ＯＦＦされた場合の電気ヒータ６ａ、６ｂの消費電力変動が、燃料電池２が選択されている場合よりも更に小さくなる点にある。従って、電気ヒータ６ａ、６ｂがＯＮ／ＯＦＦされる際に生ずる燃料電池発電システム１から電力系統５への供給電力の変動が一層小さくなる利点がある。また、電気ヒータ６ａ、６ｂの消費電力（発熱量）の変動が更に少なくなることから、燃料電池２内の反応の安定化、発電効率の向上にも更に好影響をもたらす。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料電池発電システムによれば、電力系統に供給する電力の変動を少なく抑えることができる。また、各電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦに伴う消費電力（発熱量）の変動が少なくなるため、燃料電池内の反応の安定化、発電効率の向上にも好影響をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るインバータ回路の一例である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図８】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
【図９】従来技術に係る図１相当図である。
【符号の説明】
図中、１は燃料電池発電システム、２は燃料電池、３は電力変換器、３ａはＤＣ／ＤＣ変換器（第１のＤＣ／ＤＣ変換器）、３ｂはインバータ回路、４はヒータ制御回路、４ａ、４ｂは個別のヒータ制御回路、５は電力系統、６ａ、６ｂは電気ヒータ、７ａ、７ｂは電源切換回路、８ａ、８ｂは切換制御回路、９ａ、９ｂは温度検出器、１１ａ、１１ｂは個別ヒータ温度制御回路、１２は第２のＤＣ／ＤＣ変換器、２０〜２３はスイッチング素子（トランジスタ）、２４〜２７はフライホィールダイオード、ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂは第１のスイッチ、ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂは第２のスイッチ、ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂは電磁接触器、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、はリレー、ＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂは第３のスイッチを示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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