(57)【要約】      （修正有）【課題】改質器を備えていても、出力する電力の変動幅が大きく、停電時に迅速に起動できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する、複数の改質器Ｒｎ（ｎ＝１〜３）と、前記改質器Ｒｎから供給される前記改質ガスを用いて発電する、少なくとも１つの燃料電池スタックＦｎ（ｎ＝１〜３）と、前記燃料電池スタックＦｎと並列に接続される蓄電池Ｓ０と、前記蓄電池Ｓ０の充電量に応じて前記改質器Ｒｎの運転を制御する制御器Ｃｔとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する、複数の改質器と、
前記改質器から供給される前記改質ガスを用いて発電する、少なくとも１つの燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックと並列に接続される蓄電池と、
前記蓄電池の充電量に応じて前記改質器の運転を制御する制御器とを備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記燃料電池スタックおよび前記蓄電池の少なくともいずれか一方から負荷へ電力が供給される場合、前記蓄電池の充電量および前記負荷の消費電力に応じて運転する前記改質器の数を変える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記燃料電池スタックおよび前記蓄電池の少なくともいずれか一方から負荷へ電力が供給される場合、前記蓄電池の充電量および前記負荷の消費電力に応じて前記燃料電池スタックの発電量を変える、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数の改質器にそれぞれ対応する複数の前記燃料電池スタックを備えているとともに、
複数の前記改質器と複数の前記燃料電池スタックとをそれぞれ一対一で接続する改質ガス供給ラインをさらに備える、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
複数の前記改質器のそれぞれに対応して設けられ、前記改質ガスを燃焼することにより、対応する当該改質器に熱を供給する熱供給器をさらに備え、
前記改質器に対応する前記熱供給器に、当該改質器で生成された改質ガスを供給する、燃焼ガス供給ラインをさらに備える、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
それぞれの前記改質器で生成された前記改質ガスを、他の前記改質器に対応する前記熱供給器に供給する改質ガス相互利用ラインをさらに備える、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記改質ガス相互利用ラインは、それぞれの前記改質器から前記燃料電池スタックに供給され、かつ、当該燃料電池スタックから排出される改質ガスであるオフガスの一部を他の前記改質器に対応する前記熱供給器に供給する、オフガス相互利用ラインである、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記改質ガス相互利用ラインは、それぞれの前記改質器で生成された前記燃料電池スタックに供給される前記改質ガスの一部を、他の前記改質器に対応する熱供給器に、オフガス相互利用ラインと前記燃焼ガス供給ラインとを介して供給するように構成されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、少なくとも１つの前記改質器を稼働させている間は他の前記改質器を停止させ、停止中の前記改質器のうち少なくとも１つの稼働を開始させる場合に、前記改質ガス相互利用ラインを介して当該稼働を開始させる前記改質器に対応する前記熱供給器に、稼働中の前記改質器で生成された改質ガスを供給して当該稼働を開始させる前記改質器を当該熱供給器により暖機させる制御を行う、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
複数の前記改質器で生成された改質ガスを合流して前記燃料電池スタックに供給するように、前記改質器および前記燃料電池スタックを接続する改質ガス供給ラインをさらに備える、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する、複数の改質器と、前記改質器から供給される前記改質ガスを用いて発電する、少なくとも１つの燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックと並列に接続される蓄電池を備える、燃料電池システムの運転方法であって、
前記蓄電池の充電量に応じて前記改質器の運転を制御する、燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
前記燃料電池スタックおよび前記蓄電池の少なくともいずれか一方から負荷へ電力が供給される場合、前記蓄電池の充電量と前記負荷の消費電力に応じて運転する前記改質器の数および前記燃料電池スタックの発電量を決定する、請求項１１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１３】
前記燃料電池システムが、複数の前記改質器のそれぞれに対応して設けられ、前記改質ガスを燃焼することにより当該改質器に熱を供給する熱供給器と、それぞれの前記改質器で生成された前記改質ガスを、他の前記改質器に対応する前記熱供給器に供給する改質ガス相互利用ラインとをさらに備え、
前記燃料電池スタックの発電量に供する前記改質ガスに比べて多い稼働中の前記改質器で生成される前記改質ガスを、前記改質ガス相互利用ラインを介して停止中の前記改質器に対応する前記熱供給器に供給する、請求項１２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、燃料電池システムおよびその運転方法に関し、特に、商用電源のバックアップ電源として用いられる燃料電池およびその運転方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、通信基地局およびデータセンター等の通信設備、病院ならびに放送局等では、災害等の非常時における停電に対応すべく、バックアップ電源が設置されている。このうち、燃料電池を用いたバックアップ電源としては、水素ボンベに貯蔵した水素を用いて燃料電池で発電を行う構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この構成のバックアップ電源は、燃料電池を迅速に起動できるという利点を有する。しかしながら、水素ボンベ内の水素が全て消費されれば、ユーザは当該水素ボンベを交換しなければならないので、ボンベ交換の手間とコストとが必要になるという難点がある。また、地震、台風、ハリケーン等の大きな災害が発生したときには、道路等の交通網が寸断され、水素ボンベの供給そのものが滞るおそれがある。このような場合、バックアップ電源が特に必要となる災害時の停電に、燃料電池が役に立たなくなる可能性がある。
【０００４】
一方、燃料電池を用いた電源として、水素ボンベを用いない構成のものが知られている。代表的なものとしては、ガス事業者（ガス供給のインフラストラクチャ）により需要に応じて供給される炭化水素系ガスの燃料を利用する構成の電源が挙げられる。この構成では、典型的には、炭化水素系ガスの燃料を改質器で改質して水素を主成分とする改質ガスを生成し、この改質ガスを燃料電池スタックに供給することで、発電が行われる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
前記構成の燃料電池システムの一例について具体的に説明する。図１７に示すように、燃料は、メタノールポンプ３を介して改質器１に供給され、改質器１において水素を主成分とする改質ガスに改質される。改質ガスは、燃料電池スタック１０に供給され、ここで反応に用いられる。燃料電池スタック１０を通過し残った改質ガス（オフガス）は、改質器バーナ６に供給され、燃焼される。この熱によって改質器１が加熱され、改質に必要な熱が供給される。
【０００６】
また、燃料電池スタック１０には、さらにファン１５を介して空気が供給される。この燃料電池スタック１０において改質ガスおよび空気が反応し、電気が発生する。
【０００７】
燃料電池スタック１０の出力は出力コントローラ１７を介して蓄電池１９および負荷２０に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３３３３８６号公報
【特許文献２】特開昭６３−２３６２６９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、改質器を用いた燃料電池システムがバックアップ電源として利用される場合、以下のような課題がある。
【００１０】
第１の課題は、負荷の消費電力に応じて燃料電池から出力される電力の変化量に制限がある。
【００１１】
すなわち、バックアップ電源は、負荷の消費電力に応じた電力を供給することが求められる。これに対し、燃料電池スタックに供給される改質ガスの量により、燃料電池から出力される電力が調整される。このため、負荷の消費電力に応じた量の改質ガスが燃料電池スタックに供給されればよい。
【００１２】
しかしながら、改質ガスは、燃料電池スタックにおける発電だけでなく、改質器の加熱にも用いられている。また、改質ガスの生成量は改質ガスの燃焼による改質器の加熱温度に影響される。このため、改質ガスの生成と改質ガスの燃焼とのバランスをとることが必要である。このバランスが崩れ、改質ガスの燃焼量が多いと、改質器が過熱し、内部の触媒が劣化したり、改質ガスの生成量が過剰になったりする。一方、改質ガスの燃焼量が少ないと、改質器の温度が下がり過ぎて、改質ガス中のＣＯ濃度が上昇したり、改質ガスが不足したりする。
【００１３】
よって、改質器における改質ガスの生成量の変動幅には限度があるため、燃料電池スタックの発電量を大きく変化させることが難しい。それゆえ、負荷の消費電力に応じて燃料電池から出力される電力を大きく変化させることができない。
【００１４】
第２の課題は、停電時に負荷に電力を迅速に供給することができない。
【００１５】
すなわち、バックアップ電源は、通常時には発電を停止し、商用電源からの送電が止まる停電時に起動して発電を行う。このため、停電時には迅速に発電できることが要求される。
【００１６】
これに対し、燃料電池システムの起動には改質器を７００℃程度まで加熱して暖機する必要がある。特に、改質器が停止し室温まで冷却されていれば、改質器の暖機に、通常、約１時間程度の加熱時間がかかる。このように起動時間が長ければ、停電時に即座に発電することができず、迅速な電力のバックアップを実現することが困難となる。
【００１７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、改質器を備えていても、出力する電力を大きく変化させることが可能な燃料電池システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。また、本発明は、さらに停電時に迅速に起動できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のある形態に係る、燃料電池システムは、原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する、複数の改質器と、前記改質器から供給される前記改質ガスを用いて発電する、少なくとも１つの燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックと並列に接続される蓄電池と、前記蓄電池の充電量に応じて前記改質器の運転を制御する制御器とを備える。
【００１９】
本発明の他の形態に係る燃料電池システムの運転方法は、原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する、複数の改質器と、前記改質器から供給される前記改質ガスを用いて発電する、少なくとも１つの燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックと並列に接続される蓄電池を備える、燃料電池システムの運転方法であって、前記蓄電池の充電量に応じて前記改質器の運転を制御する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以上のように構成され、燃料電池システムおよびその運転方法において、少なくとも、改質器を備えていても、出力する電力を大きく変化させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムを通信基地局のバックアップ電源として用いる場合の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図３】図２に示す燃料電池システムにおける改質器および燃料電池スタックの運転モードの一例を示すフローチャートである。
【図４】図３に示す放電優先モード１における制御器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】図３に示すバランスモード１における制御器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】図３に示す充電優先モード１における制御器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】図２に示す燃料電池システムの発電電力と外部負荷の消費電力との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図９】図８に示す燃料電池システムにおける改質器および燃料電池スタックの運転モードの一例を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示す放電優先モード２における制御器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図９に示すバランスモード２における制御器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図９に示す充電優先モード２における制御器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１０に示す燃料電池システムの発電電力と外部負荷の消費電力との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【図１７】従来の燃料電池システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、燃料電池システムを通信基地局のバックアップ電源として用いる場合の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２５】
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１０は、例えば、通信基地局８１のバックアップ電源として設置される。
【００２６】
通信基地局８１は、電源切換器８２を介して商用電力網８４と燃料電池システム１０とに切換可能に接続されている。
【００２７】
商用電力網８４は商用電源からの電力を供給するための電力系統である。商用電力網８４には停電検知器８３が設けられている。
【００２８】
電源切換器８２は、通信基地局８１の接続先を商用電力網８４と燃料電池システム１０との間で切り替える。停電検知器８３により停電が検知されていない通常時、通信基地局８１が商用電力網８４に接続され、商用電力網８４から通信基地局８１に電力が供給される。一方、停電検知器８３により停電が検知された停電時、通信基地局８１が商用電力網８４に代えて燃料電池システム１０に接続され、燃料電池システム１０から通信基地局８１に電力が供給される。
【００２９】
以下の説明では、通信基地局を「外部負荷」と称する。
【００３０】
なお、外部負荷は、燃料電池システム１０をバックアップ電源として用いる対象であって、通信基地局８１に限定されない。外部負荷は、通常時および停電時に関わらず、電力により稼働する必要がある電力消費設備であればよい。例えば、データセンター等の情報処理設備、病院、放送局、住宅等が外部負荷として挙げられる。
【００３１】
さらに、「外部負荷」として、燃料電池システム１０に抵抗素子等の模擬負荷を備え、後述する出力制御器を、この模擬負荷と電源切換器８２とに切り換えて接続可能な構成としてもよい。
【００３２】
また、燃料電池システム１０は、電力を供給するバックアップ電源として利用されるだけでなく、電力および熱を供給するコジェネレーションシステムとしても利用される。
【００３３】
さらに、通常時に通信基地局８１が接続される給電系統は、商用電力網に限定されず、常時稼働する自家発電装置等であってもよい。
【００３４】
［燃料電池システムの構成］
図２は、燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【００３５】
燃料電池システム１０は、原料を改質して水素を含有する改質ガスを生成する、複数の改質器Ｒｎと、改質器Ｒｎから供給される改質ガスを用いて発電する、少なくとも１つの燃料電池スタックＦｎと、燃料電池スタック（以下、「スタック」と言う。）Ｆｎと並列に接続される蓄電池Ｓ０と、蓄電池Ｓ０の充電量に応じて改質器Ｒｎの運転を制御する制御器Ｃｔとを備える。
【００３６】
燃料電池システム１０は、この他に、脱硫器Ｄ０、酸化剤ガス供給器Ｃ０、および複数の熱供給器Ｂｎを備えている。但し、たとえば、後述する、原料供給ライン１１から供給される原料に硫黄が含まれていない場合、脱硫器Ｄ０は不要である。この硫黄を含まない原料としては、硫黄以外の不臭剤が利用された原料などがある。また、改質器Ｒｎがオートサーマル方式により改質するよう構成されている場合には、熱供給器Ｂｎは不要である。
【００３７】
ここで、これら構成要素の符号について説明する。改質器Ｒ１〜Ｒｎを例に挙げれば、「Ｒ１」は「１つ目」の改質器を指し、「Ｒｎ」は「ｎ個目」の改質器を指している。したがって、「改質器Ｒｎ」は、ｎ個の改質器を備えていることを指す。図２の燃料電池システムは３つの改質器を備えているので、ｎ＝３となる。
【００３８】
なお、以下の説明では、便宜上、ｎ個の改質器のうちいずれでもよい場合を説明するときには、「改質器Ｒｎ」と表現する。
【００３９】
また、以下の説明では、原料またはガスの流れ方向の上流または下流を、単に「上流」または「下流」と表現する。
【００４０】
燃料電池システム１０は、原料供給ライン１１を備えている。
【００４１】
原料供給ライン１１は、原料ガス源（例えば、都市ガスや液化石油ガス（ＬＰＧ）のインフラストラクチャ）に接続され、原料を供給する。原料としては、たとえば、天然ガス等の炭化水素系ガス、プロパンガス等の他の炭化水素系ガス、灯油等の常温で液体の炭化水素系燃料、メタノールなどの炭化水素以外の有機系燃料が挙げられる。
【００４２】
原料供給ライン１１は、３ラインに分岐し、３個の改質器Ｒ１〜Ｒ３に接続される。また、原料供給ライン１１には、分岐点の上流側に脱硫器Ｄ０が設けられ、分岐点から３個の改質器Ｒ１〜Ｒ３までの間に原料遮断弁Ｖａ１〜Ｖａ３がそれぞれ設けられる。
【００４３】
脱硫器Ｄ０は、原料供給ライン１１に接続され、原料に含まれる硫黄成分を除去する。脱硫器Ｄ０としては、例えば、硫黄成分を吸着する吸着剤を備える構成のものが用いられる。脱硫された原料は、原料供給ライン１１および原料遮断弁Ｖａ１〜Ｖａ３を介して改質器Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれに供給される。
【００４４】
改質器Ｒｎは、脱硫器Ｄ０により脱硫された原料を改質し、水素含有ガスである改質ガスを生成する。改質器Ｒｎとしては、例えば、水蒸気改質器が用いられる。この場合、炭化水素系ガスに水蒸気を加えたものが原料として当該改質器Ｒｎに供給される。また、図示しないが、改質器Ｒｎの下流側にＣＯ除去器が設けられてもよい。ＣＯ除去器は、改質器Ｒｎによって生成した改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を減少させるために用いられ、例えば、変成器、選択酸化器、メタン化器等の公知の反応器が用いられる。改質器Ｒ１〜Ｒ３は、改質ガス供給ライン１２−１〜１２−３にそれぞれ接続される。
【００４５】
改質ガス供給ライン１２−ｎは、複数の改質器Ｒｎと複数のスタックＦｎとを一対一で接続する。改質ガス供給ライン１２−ｎは、改質ガスを改質器ＲｎからスタックＦｎに供給する。
【００４６】
複数のスタックＦｎは複数の改質器Ｒｎにそれぞれ対応する。スタックＦｎは、複数の発電セルをスタック化したものである。各発電セルの具体的な種類は特に限定されない。たとえば、固体高分子電解質形、固体酸化物形、りん酸形、溶融炭酸塩形等の公知のものがスタックＦｎとして用いられる。スタックＦｎは、改質器Ｒｎに加えて、酸化剤ガス供給ライン１４を介して酸化剤ガス供給器Ｃ０にも接続される。
【００４７】
酸化剤ガス供給器Ｃ０は、例えば、公知のブロアであって、酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガスとしては、空気および純酸素等が挙げられる。
【００４８】
スタックＦｎには、改質器Ｒｎからの改質ガスと、酸化剤ガス供給器Ｃ０からの酸化剤ガスが流入する。そして、スタックＦｎにおいて改質ガスおよび酸化剤ガスが反応し、発電が行われる。
【００４９】
燃焼ガス供給ライン１６−ｎは、改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに、当該改質器Ｒｎで生成し、スタックＦｎで発電に供された残りの改質ガス（オフガス）を供給する。燃焼ガス供給ライン１６−ｎは、たとえば、燃焼ガス弁Ｖｂｎを介してスタックＦｎと熱供給器Ｂｎとをそれぞれ接続する。スタックＦｎで発電に用いられなかった改質ガス、すなわち、オフガスは、燃焼ガスとしてスタックＦｎから燃焼ガス供給ライン１６−ｎに排出される。したがって、この燃焼ガスすなわちオフガスも改質ガスである。
【００５０】
複数の熱供給器Ｂｎは、複数の改質器Ｒｎのそれぞれに対応して設けられ、改質ガスを燃焼することにより、対応する当該改質器Ｒｎに熱を供給する。具体的には、熱供給器Ｂｎは、改質器Ｒｎの近傍に配置され、スタックＦｎから排出されるオフガスを燃焼して、改質器Ｒｎに熱を与える。これにより、改質器Ｒｎの温度は改質反応に必要な温度に保持される。この熱は、水蒸気改質器などの改質器Ｒｎにおける水蒸気改質反応などの吸熱反応に利用される。この改質反応に好ましい温度としては、典型的には、７００℃程度を挙げることができ、熱供給器Ｂｎは、この温度を実現できる火力を備えていればよい。
【００５１】
原料供給ライン１１、改質ガス供給ライン１２−ｎ、酸化剤ガス供給ライン１４としては、公知の配管が用いられるが、配管以外の他の公知の流路構築部材を用いてもよい。
【００５２】
原料遮断弁Ｖａｎおよび燃焼ガス弁Ｖｂｎとしては、公知の開閉弁等が用いられる。
【００５３】
なお、スタックＦｎには水通流経路が設けられているが、図２においては、水通流経路の具体的な構成については、その記載を省略している。水通流経路としては、改質水供給経路、冷却水循環経路、回収水循環経路、貯湯水循環経路等が挙げられるが、特に限定されない。
【００５４】
図２に示すように、改質器ＲｎとスタックＦｎとは改質ガス供給ライン１２−ｎにより一対一で接続され、１つの改質器Ｒｎから１つのスタックＦｎに改質ガスが供給される。この一対の改質器ＲｎおよびスタックＦｎは、発電ユニットＵｎを構成する。燃料電池システム１０は、複数の発電ユニットＵ１〜Ｕｎを備えている。
【００５５】
燃料電池システム１０は、さらに、出力制御器Ｉｎを備えている。出力制御器Ｉｎは、発電ユニットＵ１〜ＵｎのスタックＦ１〜Ｆｎおよび蓄電池Ｓ０のそれぞれの電気出力端子に接続されている。また、出力制御器Ｉｎは、図１に示す切換器８２に接続されている。出力制御器Ｉｎは、外部負荷が通信基地局のように直流負荷である場合には、たとえばＤＣ−ＤＣコンバータで構成される。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子にスタックＦ１〜Ｆｎのそれぞれの電気出力端子が接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子に蓄電池Ｓ０と切換器８２が接続される。なお、外部負荷が交流負荷である場合には、出力制御器Ｉｎには、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子に蓄電池Ｓ０と並列にインバータが接続され、このインバータの出力端子に切換器８２が接続される。なお、制御器Ｉｎにおいて、良く知られているように、蓄電池Ｓ０とＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子との間に昇降圧コンバータを設けてもよい。そのように構成すると、蓄電池Ｓ０の充放電制御を容易に行うことができる。これらの構成を用いて蓄電池Ｓ０の充放電を制御する方法は周知であるので、その説明を省略する。
【００５６】
上述の発電ユニットＵ１〜Ｕｎと出力制御器Ｉｎとは制御器Ｃｔにより制御される。
【００５７】
制御器Ｃｔは、発電ユニットＵ１〜Ｕ３および出力制御器Ｉｎを含む燃料電池システム１０全体の運転を制御する。制御器Ｃｔは、マイクロコントローラ、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)等の公知の制御器で構成される。制御器Ｃｔは、集中制御を行う単独の制御器で構成されてもよく、分散制御を行う複数の制御器で構成されてもよい。
【００５８】
具体的には、制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する検知部として機能する。停電時に図１に示す切換器８２を介して外部負荷（通信基地局８１）に接続されると、外部負荷の消費電力を検知する。外部負荷の消費電力は公知の方法により検知される。たとえば、商用電力網８４と切換器８２との間に設置された電流センサ（図示せず）によって検知された電流値、および外部負荷からの運転状態の情報などがデータ伝達経路を介して制御器Ｃｔに入力され、これらの検知データに基づいて、制御器Ｃｔは消費電力を検知する。
【００５９】
制御器Ｃｔは、蓄電池Ｓ０の充電量を検知する検知部として機能する。充電量は、蓄電池Ｓ０の電圧や蓄電池内の電解質の比重を検知する等、公知の方法により検知され、それがデータ伝達経路を介して制御器Ｃｔに入力される。この検知データに基づいて、制御器Ｃｔは蓄電池Ｓ０の充電量を検知する。
【００６０】
制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力および蓄電池Ｓ０の充電量に応じて、出力制御器Ｉｎにより外部負荷へ出力する電力を調整する。この出力電力の調整に合わせて、発電ユニットＵｎの燃焼ガス弁Ｖｂｎを開閉して、原料供給ライン１１からの原料供給量を制御する。これにより、発電ユニットＵ１〜Ｕｎの発電運転、すなわち、改質器ＲｎおよびスタックＦｎの運転が制御される。
【００６１】
なお、脱硫器Ｄ０、酸化剤ガス供給器Ｃ０、改質器Ｒｎ、スタックＦｎ、熱供給器Ｂｎ、各ラインおよび各弁の具体的構成は特に限定されない。たとえば、改質器Ｒｎは熱供給器Ｂｎを備えるものに限定されず、オフガスまたは改質ガスまたは原料ガスを燃料として熱を発生させる公知の熱供給器を備えるものが用いられる。
【００６２】
［燃料電池システムの運転方法］
図３は、燃料電池システムにおける改質器ＲｎおよびスタックＦｎの運転モードの一例を示すフローチャートである。なお、以下では、蓄電池Ｓ０の充電量を許容充電量（定格充電量）に対するパーセンテージで表す。また、改質器Ｒｎの運転状態を、定格ガス供給量（スタックＦｎの定格発電量（電力）に対応して定められた改質ガス供給量）に対する当該運転状態における改質ガス供給量のパーセンテージで表す。
【００６３】
制御器Ｃｔは、スタックＦｎおよび蓄電池Ｓ０の少なくともいずれか一方から負荷へ電力が供給される場合、蓄電池Ｓ０の充電量および外部負荷の消費電力に応じて運転する改質器Ｒｎの数を変える。
【００６４】
制御器Ｃｔは、スタックＦｎおよび蓄電池Ｓ０の少なくともいずれか一方から外部負荷へ電力が供給される場合、蓄電池Ｓ０の充電量および外部負荷の消費電力に応じてスタックＦｎの発電量を変える。
【００６５】
具体的には、まず、制御器Ｃｔは蓄電池の充電量を検知する（Ｓ１００）。この蓄電池Ｓ０の充電量に応じて、図３に示す改質器ＲｎおよびスタックＦｎの運転モードを制御器Ｃｔは選択する。
【００６６】
蓄電池Ｓ０の充電量が多い、たとえば８０％以上である場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、放電優先モード１を実行する（Ｓ１０２）。蓄電池Ｓ０の充電量が中程度、たとえば２０％以上８０％未満である場合（Ｓ１０１：ＮＯ、Ｓ１０３：ＹＥＳ）、バランスモード１を実行する（Ｓ１０４）。蓄電池Ｓ０の充電量が少ない、たとえば２０％未満である場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、充電優先モード１を実行する（Ｓ１０５）。
【００６７】
このように選択した運転モードに従って後述するように改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。この運転中に蓄電池Ｓ０の充電量が適宜検知され、充電量に基づいて運転モードが選択される。選択した運転モードが実行中の運転モードと異なる場合、運転モードが切り替えられる。
【００６８】
［放電優先モード１の運転方法］
図４は、放電優先モード１における制御器Ｃｔの制御の一例を示すフローチャートである。図７（ａ）は、放電優先モード１において燃料電池システムから出力される電力と、外部負荷の消費電力との関係を示す面グラフである。図７（ａ）において、燃料電池システムの出力電力が縦軸に示され、外部負荷の消費電力が横軸に示される。なお、燃料電池システムの出力電力には、スタックＦｎの発電による電力と、蓄電池Ｓ０の放電による電力とがある。
【００６９】
放電優先モード１では、制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する（Ｓ２００）。
【００７０】
外部負荷の消費電力が小さい、たとえば、１ｋＷ未満である場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１〜Ｒ３を運転せず、外部負荷の消費電力に応じて蓄電池を放電する（Ｓ２０２）。
【００７１】
具体的には、外部負荷の消費電力に相当する量の電流を蓄電池Ｓ０から出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。図７（ａ）に示すように、外部負荷の消費電力に等しい量の電力が燃料電池システム１０の出力制御器Ｉｎから外部負荷に出力される。このように、燃料電池システム１０から外部負荷に供給する電力が蓄電池の充電量に比べて十分に小さい場合、外部負荷の電力は蓄電池の放電のみでまかなわれる。
【００７２】
外部負荷の消費電力が、たとえば１ｋＷ以上２ｋＷ未満の場合（Ｓ２０１：ＮＯ、Ｓ２０３：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１を１００％で運転する（Ｓ２０４）。
【００７３】
改質器Ｒ１が１００％で運転されると、スタックＦ１の定格電力の発電に必要な改質ガス量と、熱供給器Ｂ１で改質反応の加熱に必要な改質ガス量とをまかなうガス量が改質器Ｒ１で生成される。そして、制御器Ｃｔは、１ｋＷに相当する電流をスタックＦ１から出力制御器Ｉｎに流すように、出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、スタックＦ１では、定格電力、たとえば、１ｋＷの発電が行われる（Ｓ２０５）。
【００７４】
また、外部負荷の消費電力が１ｋＷを超える場合、超える分の電力αに相当する電流を蓄電池Ｓ０から流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する（Ｓ２０６）。これにより、図７（ａ）に示すように、出力制御器Ｉｎを介して燃料電池システム１０から外部負荷に１＋αｋＷの電力が供給される。
【００７５】
このように、外部負荷の消費電力が、１個のスタックＦｎの定格電力以上であって２個のスタックＦｎの定格電力の総和未満である場合、１個の改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。そして、１個のスタックＦｎの定格電力より大きな外部負荷の消費電力は、蓄電池Ｓ０の電力で補われる。
【００７６】
外部負荷の消費電力が、たとえば２ｋＷ以上３ｋＷ未満である場合（Ｓ２０３：ＮＯ、Ｓ２０７：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ２０８）。
【００７７】
この改質器Ｒ１およびＲ２から、定格電力の発電に必要な量の改質ガスをスタックＦ１およびＦ２は受ける。そして、スタックＦ１およびＦ２から合計２ｋＷに相当する電流を出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、２つのスタックＦ１およびＦ２で合わせて２ｋＷの電力の発電が行われる（Ｓ２０９）。
【００７８】
また、スタックＦ１およびＦ２の合計電力の２ｋＷを外部負荷の消費電力が超えると、超える分の電力αに相当する電流を蓄電池Ｓ０から流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する（Ｓ２１０）。そして、図７（ａ）に示すように、２つのスタックＦ１およびＦ２および蓄電池Ｓ０からの電流により、燃料電池システム１０の出力制御器Ｉｎから外部負荷に２＋αｋＷの電力が供給される。
【００７９】
このように、外部負荷の消費電力が、２個のスタックＦｎの定格電力以上であって、３個のスタックＦｎの定格電力未満である場合、２個の改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。そして、２個のスタックＦｎの定格電力より大きな外部負荷の消費電力は、蓄電池Ｓ０の電力で補われる。
【００８０】
外部負荷の消費電力が、たとえば３ｋＷ以上である場合（Ｓ２０７：ＮＯ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ２１１）。
【００８１】
この改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３から、定格電力の発電に必要な量の改質ガスがスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３にそれぞれ供給される。スタックＦ１、Ｆ２およびＦ３から合計３ｋＷに相当する電流を出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、３つのスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３で合わせて３ｋＷの発電が行われる（Ｓ２１２）。
【００８２】
スタックＦ１、Ｆ２およびＦ３の合計電力の３ｋＷを外部負荷の消費電力が超えると、超える分の電力αに相当する電流を蓄電池Ｓ０から流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する（Ｓ２１３）。そして、２つのスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３と蓄電池Ｓ０とからの電流に相当する電力：３＋αｋＷが、燃料電池システム１０の出力制御器Ｉｎから外部負荷に与えられる。
【００８３】
このように、外部負荷の消費電力が、３個のスタックＦｎの合計定格電力以上である場合、３個すべての改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。そして、３個のスタックＦｎの定格電力より大きな外部負荷の消費電力は、蓄電池Ｓ０の電力で補われる。
【００８４】
［バランスモード１の運転方法］
図５は、バランスモード１における制御器Ｃｔの制御の一例を示すフローチャートである。図７（ｂ）は、放電優先モード１において燃料電池システムから出力される電力と、外部負荷の消費電力との関係を示す面グラフである。縦軸および横軸については図７（ａ）と同様である。
【００８５】
制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する（Ｓ３００）。
【００８６】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ未満である場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１を１００％で運転する（Ｓ３０２）。これにより、スタックＦ１の定格電力の発電に必要な改質ガス量と、熱供給器Ｂ１で改質反応の加熱に必要な改質ガス量とをまかなうガス量が改質器Ｒ１で生成される。
【００８７】
制御器Ｃｔは、１ｋＷに相当する電流をスタックＦ１から出力制御器Ｉｎに流すように、出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、スタックＦ１では、定格電力、たとえば、１ｋＷの発電が行われる（Ｓ３０３）。
【００８８】
この発電電力は、図７（ｂ）に示すように、外部負荷の消費電力に比べて大きい。このため、消費電力に等しい電力については、この電力に相当する電流をスタックＦ１から外部負荷へ出力制御器Ｉｎを介して流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。
【００８９】
また、発電電力のうち、消費電力を超える量の電力については、この電力に相当する電流を蓄電池Ｓ０に流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、蓄電池Ｓ０が充電される（Ｓ３０４）。
【００９０】
このように、外部負荷の消費電力が、１個のスタックＦｎの定格電力未満である場合、１個の改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。そして、１個のスタックＦｎの電力は外部負荷へ供給されるとともに、この残りの電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される。
【００９１】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ以上２ｋＷ未満である場合（Ｓ３０１：ＮＯ、Ｓ３０５：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ３０６）。この改質器Ｒ１およびＲ２からの改質ガスはスタックＦ１およびＦ２にそれぞれ供給される。
【００９２】
スタックＦ１およびＦ２から合計２ｋＷに相当する電流を出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これによって、図７（ｂ）に示すように、スタックＦ１およびＦ２において合計２ｋＷの電力が発電される（Ｓ３０７）。
【００９３】
この発電電力のうち、消費電力に等しい電力については、この電力に相当する電流がスタックＦ１およびＦ２から外部負荷へ流される。また、発電電力のうち、消費電力を超える量の電力については、この電力に相当する電流が蓄電池Ｓ０に流される（Ｓ３０８）。
【００９４】
このように、外部負荷の消費電力が、１個のスタックＦｎの定格電力以上であって、２個のスタックＦｎの定格電力未満である場合、２個のスタックＦｎの電力は外部負荷への供給および蓄電池Ｓ０への充電に利用される。
【００９５】
外部負荷の消費電力が、たとえば、２ｋＷ以上３ｋＷ未満である場合（Ｓ３０５：Ｎ０、Ｓ３０９：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ３１０）。この改質器Ｒ１〜Ｒ３からの改質ガスはスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３それぞれに供給される。
【００９６】
スタックＦ１〜Ｆ３から合計３ｋＷに相当する電流を出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。よって、図７（ｂ）に示すように、スタックＦ１〜Ｆ３により合計３ｋＷの電力が発電される（Ｓ３１１）。
【００９７】
この発電電力のうち、消費電力に等しい電力については、この電力に相当する電流がスタックＦ１〜Ｆ３から外部負荷へ流される。また、発電電力のうち、消費電力を超える量の電力については、この電力に相当する電流が蓄電池Ｓ０に流される（Ｓ３１２）。
【００９８】
このように、外部負荷の消費電力が、２個のスタックＦｎの定格電力以上であって、３個のスタックＦｎの定格電力未満である場合、３個のスタックＦｎの電力は外部負荷への供給および蓄電池Ｓ０への充電に利用される。
【００９９】
外部負荷の消費電力が３ｋＷ以上である場合（Ｓ３０９：ＮＯ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ３１３）。この改質器Ｒ１〜Ｒ３からの改質ガスはスタックＦ１〜Ｆ３のそれぞれに供給される。
【０１００】
スタックＦ１〜Ｆ３から合計３ｋＷに相当する電流を流すように、出力制御器Ｉｎは制御される。これにより、図７（ｂ）に示すように、スタックＦ１〜Ｆ３において合計３ｋＷの電力が発電される（Ｓ３１４）。
【０１０１】
この場合、全てのスタックＦ１〜Ｆ３の合計電力は外部負荷の消費電力に足りない。このため、スタックＦ１〜Ｆ３の発電に加えて、蓄電池Ｓ０が放電される（Ｓ３１５）。このスタックＦ１〜Ｆ３からの電流と、蓄電池Ｓ０からの電流とが出力制御器Ｉｎを介して外部負荷に供給される。
【０１０２】
このように、外部負荷の消費電力が、３個のスタックＦｎの定格電力以上である場合、３個のスタックＦｎの電力は外部負荷への供給および蓄電池Ｓ０への充電に利用される。
【０１０３】
［充電優先モード１の運転方法］
図６は、充電優先モード１における制御器Ｃｔの制御の一例を示すフローチャートである。図７（ｃ）は、放電優先モード１において燃料電池システムから出力される電力と、外部負荷の消費電力との関係を示す面グラフである。縦軸および横軸については図７（ａ）と同様である。
【０１０４】
制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する（Ｓ４００）。
【０１０５】
負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ未満である場合（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１を１００％で運転し（Ｓ４０２）、改質器Ｒ２を外部負荷の消費電力に相当する割合で運転する（Ｓ４０３）。
【０１０６】
制御器Ｃｔは、１ｋＷに相当する電流をスタックＦ１から出力制御器Ｉｎに流すように、出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、改質器Ｒ１からの改質ガスに基づいて、定格電力、たとえば、１ｋＷでスタックＦ１は発電する（Ｓ４０４）。そして、スタックＦ１の発電電力のすべてについては、この電力に相当する電流を蓄電池Ｓ０に流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、１ｋＷの電力が蓄電池Ｓ０に充電される（Ｓ４０６）。このとき、最大充電電流以下で電流がスタックＦ１から蓄電池Ｓ０へ出力制御器Ｉｎを介して流される。最大充電電流に比べて大きな電流が流されると、蓄電池Ｓ０の寿命が短くなってしまう。ただし、最大充電電流に比べて非常に小さな電流で充電されると、充電効率が低くなってしまう。
【０１０７】
なお、最大充電電流は、蓄電池ＳＯの電極材料や構造に依存する。また、蓄電池ＳＯの寿命が短くなることがある程度許容される場合には、蓄電池ＳＯの充電電流を最大充電電流より大きくしてもよい。
【０１０８】
本実施例では、１ｋＷ（最大充電電流×蓄電池電圧＝１ｋＷ）の電力に相当する最大充電電流が例示されている。
【０１０９】
また、制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力に相当する電流をスタックＦ２から出力制御器Ｉｎに流すように、出力制御器Ｉｎを制御する。これによって、改質器Ｒ２からの改質ガスによりスタックＦ２は外部負荷の消費電力に対応する電力で発電する（Ｓ４０５）。この電力に相当する電流をスタックＦ２から外部負荷へ出力制御器Ｉｎを介して流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。
【０１１０】
このように、外部負荷の消費電力が、１個のスタックＦｎの定格電力未満である場合、２個の改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。そして、一方のスタックＦｎの電力は外部負荷へ供給され、他方のスタックＦｎの電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される。
【０１１１】
外部負荷の消費電力が１ｋＷ以上２ｋＷ未満である場合（Ｓ４０１：ＮＯ、Ｓ４０７：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転し（Ｓ４０８）、改質器Ｒ３を外部負荷の消費電力に相当する割合で運転する（Ｓ４０９）。
【０１１２】
スタックＦ１およびＦ２から合計２ｋＷに相当する電流を出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これによって、改質器Ｒ１およびＲ２からの改質ガスにより、定格電力でスタックＦ１およびＦ２が発電する（Ｓ４１０）。スタックＦ１およびＦ２における２ｋＷの発電電力のうち、１ｋＷの電力が蓄電池Ｓ０に最大充電電流で充電される（Ｓ４１２）。残りの１ｋＷの電力が後述するように外部負荷に供給される。
【０１１３】
改質器Ｒ３からの改質ガスによりスタックＦ３は発電する（Ｓ４１１）。この発電電力は、外部負荷の消費電力に対応する電力から１ｋＷの電力を引いた電力である。このため、スタックＦ３の電力と、前述の残りの１ｋＷの電力とを合わせた電力は、外部負荷の消費電力に等しい。この電力が外部負荷に供給される。
【０１１４】
このように、図７（ｃ）に示すように、外部負荷の消費電力：１＋αｋＷが、１個のスタックＦｎの定格電力以上、２個のスタックＦｎの定格電力未満、たとえば、１ｋＷ以上２ｋＷ未満である。この場合、燃料電池システム１０では、３個のスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３の発電電力：２ｋＷと、スタックＦ３の発電電力：αｋＷとの合計電力２＋αｋＷが発電される。この発電電力：２＋αｋＷのうち、１＋αｋＷの電力が外部負荷への供給にあたられ、１ｋＷの電力が蓄電池Ｓ０の充電にあてられる。
【０１１５】
外部負荷の消費電力が２ｋＷ以上３ｋＷ未満である場合（Ｓ４０７：ＮＯ、Ｓ４１３：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ４１４）。改質器Ｒ１〜Ｒ３からスタックＦ１〜Ｆ３に改質ガスがそれぞれ供給される。
【０１１６】
スタックＦ１〜Ｆ３から合計３ｋＷに相当する電流を流すように、出力制御器Ｉｎが制御される。これによって、改質器Ｒ１〜Ｒ３からの改質ガスによりスタックＦ１〜Ｆ３は合計３ｋＷで発電する（Ｓ４１５）。スタックＦ１、Ｆ２およびＦ３における３ｋＷの発電電力のうち、消費電力に相当する電力が外部負荷に供給される。この残りの電力が蓄電池Ｓ０に最大充電電流で充電される（Ｓ４１６）。
【０１１７】
このように、図７（ｃ）に示すように、外部負荷の消費電力：２＋αｋＷが、２個のスタックＦｎの定格電力以上、３個のスタックＦｎの定格電力未満、たとえば、２ｋＷ以上３ｋＷ未満である。この場合、燃料電池システム１０では、３個のスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３により合計で３ｋＷの電力が発電される。この発電電力：３ｋＷのうち、２＋αｋＷの電力が外部負荷へ供給され、１−αｋＷの電力が蓄電池Ｓ０の充電に利用される。
【０１１８】
外部負荷が３ｋＷ以上である場合（Ｓ４１３：ＮＯ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ４１７）。
【０１１９】
改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３からの改質ガスによりスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３において、合計３ｋＷの電力が発電される（Ｓ４１８）。スタックＦ１、Ｆ２およびＦ３における３ｋＷの発電電力に比べて外部負荷の消費電力が大きい。このため、燃料電池システム１０から外部負荷へ供給される電力は不足する。よって、商用電源などの電力供給源から電力を取得することが可能であれば、スタックＦ１、Ｆ２およびＦ３の発電電力に他の電力供給源からの電力を加えた電力が外部負荷に供給される（Ｓ４１９）。一方、他の電力供給源から電力を取得することができなければ、スタックＦ１、Ｆ２およびＦ３の発電電力のみが外部負荷に供給される。
【０１２０】
このように、図７（ｃ）に示すように、外部負荷の消費電力：３＋αｋＷが、３個のスタックＦｎの定格電力以上、たとえば、３ｋＷ以上である。この場合、燃料電池システム１０では、３個のスタックＦ１、Ｆ２およびＦ３の発電電力：３ｋＷが発電される。この発電電力：３ｋＷのすべてが外部負荷へ供給される。
【０１２１】
このように、外部負荷の消費電力に応じて、運転する改質器Ｒｎの数が変化される。このため、燃料電池システム１０における改質器Ｒｎは改質ガスの生成量を大きく変動することができる。これにより、スタックＦｎで発電される発電量も大きく変化させることが可能である。それゆえ、燃料電池システム１０から出力される電力を外部負荷の消費電力に対応させることができる。
【０１２２】
また、各スタックＦｎの発電可能な定格電力より小さな電力は蓄電池Ｓ０からの電力により調整される。このため、各スタックＦｎで定格電力が発電されるように、改質器Ｒｎが１００％で運転される。これにより、単位発電量あたりの改質器Ｒｎの放熱が抑えられ、改質器Ｒｎの効率が高められる。
【０１２３】
さらに、バランスモード１および充電優先モード１では、各スタックＦｎの発電電力のうち外部負荷の消費電力を超える量の電力が充電池Ｓ０の充電に利用される。このため、電力の無駄がなく、燃料電池システム１０における電力が効率的に用いられる。
【０１２４】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る燃料電池システム１０では、燃焼ガス供給ライン１６−１〜１６−３がそれぞれ独立していた。これに対し、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１０では、燃焼ガス供給ライン１６−１〜１６−３がオフガス相互利用ライン１３により互いに接続されている。この点以外は、実施の形態２に係る燃料電池システム１０は実施の形態１の燃料電池システム１０と同様の構成を有する。
【０１２５】
改質ガス相互利用ラインは、それぞれの改質器Ｒｎから燃料電池スタックＦｎに供給され、かつ、当該燃料電池スタックＦｎから排出される改質ガスであるオフガスの一部を他の改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに供給する、オフガス相互利用ライン１３である。
【０１２６】
［燃料電池システムの構成］
図８は、燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【０１２７】
オフガス相互利用ライン１３は、それぞれの改質器Ｒｎで生成された改質ガスを、他の改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに供給する。
【０１２８】
オフガス相互利用ライン１３は、それぞれの改質器ＲｎからスタックＦｎに供給され、かつ、当該スタックＦｎから排出される改質ガスであるオフガスの一部を他の改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに供給する。
【０１２９】
オフガス相互利用ライン１３は、各燃焼ガス供給ライン１６−１〜１６−３を互いに接続する。したがって、各燃焼ガス弁Ｖｂｎの開閉により、スタックＦｎからの燃焼ガスを対応する熱供給器Ｂｎだけでなく、これ以外の熱供給器Ｂｎにも選択的に供給される。
【０１３０】
制御器Ｃｔは、少なくとも１つの改質器Ｒｎを稼働させている間は他の改質器Ｒｎを必要に応じて停止させる。停止中の改質器Ｒｎのうち少なくとも１つについて稼働を開始させる場合に、オフガス相互利用ライン１３を介して当該稼働を開始させる改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに、稼働中の改質器Ｒｎで生成された改質ガスを供給して当該稼働を開始させる改質器Ｒｎを当該熱供給器Ｂｎにより暖機させる制御を行う。
【０１３１】
出力制御器Ｉｎに複数のＤＣ−ＤＣコンバータが設けられる。複数のＤＣ−ＤＣコンバータは、スタックＦ１〜Ｆｎのそれぞれに対応する。スタックＦ１〜Ｆｎの電気出力端子は、対応するＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子にそれぞれ接続される。これにより、各スタックＦ１〜Ｆｎの発電電力が個別に制御される。このため、後述するバランスモード２において、スタックＦ１を１ｋＷで発電させ、スタックＦ２を０．７５ｋＷで発電させることができる。ただし、実施の形態１と同様に、スタックＦ１〜Ｆｎの全てを１つのＤＣ−ＤＣコンバータに接続されてもよい。この場合、制御器Ｃｔは、スタックＦ１およびＦ２の発電電力を個別に制御することができない。
【０１３２】
［燃料電池システムの運転方法］
図９は、燃料電池システムにおける改質器ＲｎおよびスタックＦｎの運転モードの一例を示すフローチャートである。
【０１３３】
制御器Ｃｔは、少なくとも１つの改質器Ｒｎを稼働させている間は他の改質器Ｒｎを停止させ、停止中の改質器Ｒｎのうち少なくとも１つについて稼働を開始させる場合に、改質ガス相互利用ライン（オフガス相互利用ライン１３）を介して当該稼働を開始させる改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに、稼働中の改質器Ｒｎで生成された改質ガスを供給して当該稼働を開始させる改質器Ｒｎを当該熱供給器により暖機させる制御を行う。
【０１３４】
制御器Ｃｔは、まず、蓄電池の充電量を検知する（Ｓ５００）。この蓄電池Ｓ０の充電量に応じて、図９に示す改質器ＲｎおよびスタックＦｎの運転モードを制御器Ｃｔは判断する。
【０１３５】
具体的には、蓄電池Ｓ０の充電量が多い、たとえば８０％以上である場合（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、運転モードが放電優先モード２であると判断される（Ｓ５０２）。蓄電池Ｓ０の充電量が中程度、たとえば２０％以上８０％未満である場合（Ｓ５０１：ＮＯ、Ｓ５０３：ＹＥＳ）、運転モードがバランスモード２であると判断される（Ｓ５０４）。蓄電池Ｓ０の充電量が少ない、たとえば２０％未満である場合（Ｓ５０３：ＮＯ）、運転モードが充電優先モード２であると判断される（Ｓ５０５）。
【０１３６】
このように判断された運転モードに従って後述するように改質器ＲｎおよびスタックＦｎが運転される。この運転中に蓄電池Ｓ０の充電量が適宜検知され、充電量から運転モードが判断される。判断された運転モードが実行中の運転モードと異なる場合、運転モードが切り替えられる。
【０１３７】
［放電優先モード２の運転方法］
図１０は、放電優先モード２における制御器Ｃｔの制御の一例を示すフローチャートである。図１３（ａ）は、放電優先モード２において燃料電池システムから出力される電力と、外部負荷の消費電力との関係を示す面グラフである。図１３（ａ）において、燃料電池システムの発電電力が縦軸に示され、外部負荷の消費電力が横軸に示される。なお、燃料電池システムにおける発電電力には、スタックＦｎの発電による電力と、蓄電池Ｓ０の放電による電力とがある。
【０１３８】
放電優先モード２では、制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する（Ｓ６００）。
【０１３９】
外部負荷の消費電力が小さい、たとえば、１ｋＷ未満である場合（Ｓ６０１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１を５０％で運転する（Ｓ６０２）。
【０１４０】
具体的には、制御器Ｃｔは原料遮断弁Ｖａ１および燃焼ガス弁Ｖｂ１を開ける。これにより、燃料ガスが、改質器Ｒ１およびスタックＦ１を通過し、熱供給器Ｂ１に供給される。なお、原料遮断弁Ｖａ１および燃焼ガス弁Ｖｂ１を開ける順序は、原料遮断弁Ｖａ１が先であっても、燃焼ガス弁Ｖｂ１が先であっても、これらが同時であってもよい。
【０１４１】
制御器Ｃｔは、熱供給器Ｂ１を点火する。これにより、燃料ガスが燃焼されて、改質器Ｒ１が加熱される。改質反応温度に達した改質器Ｒ１は、改質ガスを生成しスタックＦ１に排出する。ここで、改質器Ｒ１が５０％で運転される。これにより、１００％で運転された改質器Ｒ１が生成する改質ガス量のおおよそ半分の量の改質ガスが生成される。
【０１４２】
この場合、スタックＦ１は発電を行わないので、改質ガスは、スタックＦ１で消費されずに、燃焼ガス供給ライン１６−１を介して熱供給器Ｂ１にオフガスとして供給される。オフガスは熱供給器Ｂ１で燃焼され、改質器Ｒ１の温度が維持される。
【０１４３】
次に、制御器Ｃｔは、発電ユニットＵ２の燃焼ガス弁Ｖｂ２を開ける。これにより、スタックＦ１からのオフガスは、熱供給器Ｂ１だけでなく、オフガス相互利用ライン１３を介して熱供給器Ｂ２にも供給される。なお、このとき、原料遮断弁Ｖａ１は閉じられたままであるので、熱供給器Ｂ２はスタックＦ２からオフガスの供給を受けない。
【０１４４】
制御器Ｃｔは熱供給器Ｂ２を点火する。これにより、燃焼ガスが燃焼されて、改質器Ｒ２が暖機される。
【０１４５】
さらに、制御器Ｃｔは、発電ユニットＵ３の燃焼ガス弁Ｖｂ３を開ける。これにより、スタックＦ１からのオフガスは、オフガス相互利用ライン１３を通り、熱供給器Ｂ３にも供給される。熱供給器Ｂ３が点火されると、オフガスが燃焼し、改質器Ｒ３が暖機される
（Ｓ６０３）。
【０１４６】
また、制御器Ｃｔは蓄電池Ｓ０を放電する（Ｓ６０４）。これにより、外部負荷の消費電力に相当する電流が、蓄電池Ｓ０から出力制御器Ｉｎを介して外部負荷に供給される。
【０１４７】
このように、放電優先モード２では、停電などにより燃料電池システム１０が外部負荷に接続されると、改質器Ｒ１〜Ｒ３の暖機と共に、蓄電池Ｓ０が放電される。このため、外部負荷の消費電力は、蓄電池Ｓ０からの電力により補われる。また、外部負荷の増大に備えて、暖機された改質器Ｒ１〜Ｒ３を待機させておくことができる。そして、外部負荷の消費電力が蓄電池Ｓ０からの電力より大きくなると、燃料電池システム１０から外部負荷へ与えられる電力が不足する。このとき、スタックＦｎの発電が開始される。発電するスタックＦｎの数は、不足電力に応じて変化する。したがって、外部負荷の消費電力の増大に際して迅速に発電を行うことが可能である。
【０１４８】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ以上２ｋＷ未満である場合（Ｓ６０１：ＮＯ、Ｓ６０５：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１を１００％で運転する（Ｓ６０６）。
【０１４９】
このとき、原料遮断弁Ｖａ１が開けられ、原料供給ライン１１からの原料は改質器Ｒ１に供給される。改質器Ｒ１は改質ガスをスタックＦ１に供給する。燃焼ガス弁Ｖｂ１が開けられ、オフガスが熱供給器Ｂ１に供給される。
【０１５０】
ここで、定格電力、たとえば、１ｋＷに相当する電流を流すように出力制御器Ｉｎが制御されると、スタックＦ１では１ｋＷの発電が行われる（Ｓ６０７）。このため、改質器Ｒ１からの改質ガスのほとんど全てが、スタックＦ１の反応および熱供給器Ｂ１の燃焼に使用される。
【０１５１】
また、制御器Ｃｔは、改質器Ｒ２を２５％で運転する（Ｓ６０８）。ここで、原料遮断弁Ｖａ２および燃焼ガス弁Ｖｂ２およびＶｂ３が開けられる。また、スタックＦ２およびＦ３では発電が行われない。よって、改質器Ｒ２からの改質ガスはスタックＦ２を通り熱供給器Ｂ２にオフガスとして与えられる。熱供給器Ｂ２は、オフガスを燃焼し、改質器Ｒ２を暖機する。また、改質器Ｒ２からの改質ガスは、オフガス相互利用ライン１３を通り、熱供給器Ｂ３にも供給される。熱供給器Ｂ３は、オフガスが燃焼し、改質器Ｒ３を暖機する（Ｓ６０９）。
【０１５２】
また、外部負荷の消費電力が１ｋＷを超える場合、超える分の電力：αｋＷに相当する電流が蓄電池Ｓ０から放電される（Ｓ６１０）。そして、図１３（ａ）に示すように、スタックＦ１の電力：１ｋＷおよび蓄電池Ｓ０の電力：αｋＷを合わせた１＋αｋＷの電力が、燃料電池システム１から外部負荷に供給される。
【０１５３】
このように、スタックＦ１および蓄電池Ｓ０の電力が燃料電池システム１０から外部負荷に供給される。これと共に、改質器Ｒ２およびＲ３が暖機される。よって、外部負荷の消費電力がスタックＦ１および蓄電池Ｓ０の電力より大きくなると、改質器Ｒ２およびＲ３の一方または両方が運転される。そして、スタックＦ２および／またはＦ３は、改質器Ｒ２および／またはＲ３からの改質ガスを基に発電する。したがって、外部負荷の消費電力の増大に際して迅速に発電を行うが可能である。
【０１５４】
外部負荷の消費電力が、たとえば、２ｋＷ以上３ｋＷ未満である場合（Ｓ６０５：ＮＯ、Ｓ６１１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ６１２）。このとき、原料遮断弁Ｖａ１およびＶａ２が開けられ、原料は改質器Ｒ１およびＦ２に供給される。燃焼ガス弁Ｖｂ１およびＶｂ２が開けられ、改質器Ｒ１およびＲ２からの改質ガスはスタックＦ１およびＦ２にそれぞれ供給される。このスタックＦ１およびＦ２で合計２ｋＷの電力に相当する電流を流すように出力制御器Ｉｎが制御されると、スタックＦ１およびＦ２で合計２ｋＷの発電が行われる（Ｓ６１３）。
【０１５５】
ここで、原料遮断弁Ｖａ３および燃焼ガス弁Ｖｂ３が開けられる。これにより、燃料ガスがオフガスとして発電していないスタックＦ３を通過し熱供給器Ｂ３に供給される。熱供給器Ｂ３は、オフガスを燃焼し改質器Ｒ３を暖機する（Ｓ６１４）。
【０１５６】
さらに、外部負荷の消費電力がスタックＦ１およびＦ２の合計発電電力を超える場合、制御器Ｃｔは、超える電力：αｋＷで蓄電池Ｓ０を放電させる（Ｓ６１５）。これにより、スタックＦ１およびＦ２からの電力：２ｋＷと、蓄電池Ｓ０からの電力αｋＷとの合計電力：２＋αｋＷが外部負荷に供給される。
【０１５７】
このように、スタックＦ１およびＦ２と、蓄電池Ｓ０との電力により外部負荷の消費電力が補われる。これと共に、改質器Ｒ３が暖機される。よって、外部負荷の消費電力がスタックＦ１およびＦ２と蓄電池Ｓ０との電力より大きくなると、改質器Ｒ３が運転される。そして、スタックＦ３は、改質器Ｒ３からの改質ガスを基に発電する。したがって、外部負荷の消費電力の増大に際し、迅速に発電を行い、外部負荷に供給する電力を増やすことができる。
【０１５８】
外部負荷の電力が、たとえば３ｋＷ以上である場合（Ｓ６１１：ＮＯ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ６１６）。原料遮断弁Ｖａ１〜Ｖａ３および燃焼ガス弁Ｖｂ１〜Ｖｂ３が開けられている。このため、改質器Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれは、原料を受けて、改質ガスを生成する。スタックＦ１〜Ｆ３から合計３ｋＷに相当する電流を出力制御器Ｉｎに流すように、制御器Ｃｔは出力制御器Ｉｎを制御する。これにより、スタックＦ１〜Ｆ３において、合計で３ｋＷの電力が発電される（Ｓ６１７）。
【０１５９】
また、外部負荷の消費電力がスタックＦ１〜Ｆ３の合計電力を超える場合、制御器Ｃｔは、超える電力：αｋＷで蓄電池Ｓ０を放電させる（Ｓ６１８）。これにより、スタックＦ１〜Ｆ３からの電力：３ｋＷと、蓄電池Ｓ０からの電力αｋＷとの合計電力：３＋αｋＷが外部負荷に供給される。
【０１６０】
このように、スタックＦ１〜Ｆ３と蓄電池Ｓ０との電力により外部負荷の消費電力が補われる。
【０１６１】
［バランスモード２の運転方法］
図１１は、バランスモード２における制御器Ｃｔの制御の一例を示すフローチャートである。図１３（ｂ）は、バランスモード２において燃料電池システムから出力される電力と、外部負荷の消費電力との関係を示す面グラフである。
【０１６２】
制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する（Ｓ７００）。
【０１６３】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ未満である場合（Ｓ７０１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１を１００％で運転する（Ｓ７０２）。このとき、原料遮断弁Ｖａ１および燃焼ガス弁Ｖｂ１が開けられ、改質器Ｒ１は原料から改質ガスを生成している。制御器ＣｔによりスタックＦ１から５００Ｗに相当する電流を流すように、出力制御器Ｉｎが制御される。これにより、改質器Ｒ１からの改質ガスを基にスタックＦ１が５００Ｗで発電する（Ｓ７０３）。
【０１６４】
このとき、改質器Ｒ１は、スタックＦ１が定格電力、たとえば、１ｋＷを発電できる量の改質ガスを生成している。これに対し、スタックＦ１では、この定格電力の半分、たとえば、５００Ｗの電力を発電している。このため、スタックＦ１では、改質器Ｒ１からの改質ガスがすべて消費されていない。スタックＦ１を通過したオフガスには、消費されなかった水素が含まれている。そこで、燃焼ガス弁Ｖｂ１に加えて、Ｖｂ２およびＶｂ３が開けられる。オフガスは、燃焼ガスとしてオフガス相互利用ライン１３および燃焼ガス供給ライン１６−２および１６−３を介して熱供給器Ｂ２およびＢ３に供給される。
【０１６５】
制御器Ｃｔは熱供給器Ｂ２およびＢ３を点火すると、改質器Ｒ２およびＲ３が暖機される（Ｓ７０４）。
【０１６６】
さらに、外部負荷の消費電力がスタックＦ１の発電電力を超える場合、制御器Ｃｔは、超える電力：αｋＷで蓄電池Ｓ０を放電させる（Ｓ７０５）。これにより、スタックＦ１からの電力：０．５ｋＷと、蓄電池Ｓ０からの電力αｋＷとの合計電力：０．５＋αｋＷが外部負荷に供給される。
【０１６７】
一方、外部負荷の消費電力に対してスタックＦ１の発電電力が余る場合、消費電力に相当する電力が外部負荷に供給される。また、余った電力で蓄電池Ｓ０は充電される（Ｓ７０５）。
【０１６８】
このように、外部負荷の消費電力に比べてスタックＦ１の発電電力が大きければ、スタックＦ１の電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される。このため、スタックＦ１の電力が無駄になることがなく、燃料電池システム１０における電力が有効に利用される。
【０１６９】
また、改質器Ｒ２およびＲ３が暖機される。よって、外部負荷の消費電力がスタックＦ１および蓄電池Ｓ０の電力より大きくなると、改質器Ｒ２およびＲ３の一方または両方が運転される。そして、スタックＦ２および／またはＦ３は、改質器Ｒ３からの改質ガスを基に発電する。したがって、外部負荷の消費電力の増大に際し、迅速に発電を行い、外部負荷に供給する電力を増やすことができる。
【０１７０】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ以上２ｋＷ未満である場合（Ｓ７０１：ＮＯ、Ｓ７０６：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ７０７）。このとき、原料遮断弁Ｖａ１およびＶａ２と、燃焼ガス弁Ｖｂ１およびＶｂ２とが開けられる。改質器Ｒ１およびＲ２は、原料から改質ガスを生成し、改質ガスをスタックＦ１およびＦ２にそれぞれ供給する。
【０１７１】
スタックＦ１では１ｋＷで発電が行われる（Ｓ７０８）。このため、改質器Ｒ１からの改質ガスのほとんどは、スタックＦ１の発電および熱供給器Ｂ１の燃焼に利用される。
【０１７２】
スタックＦ２では７５０Ｗで発電が行われる（Ｓ７０８）。よって、改質器Ｒ２からの改質ガスの一部は、スタックＦ２の発電および熱供給器Ｂ２の燃焼で消費されずに残る。そこで、燃焼ガス弁Ｖｂ３が開けられる。スタックＦ２から流出したオフガスは、燃焼ガスとしてオフガス相互利用ライン１３および燃焼ガス供給ライン１６−３を介して熱供給器Ｂ３に供給される。制御器Ｃｔは熱供給器Ｂ３を点火すると、改質器Ｒ３が暖機される（Ｓ７０９）。
【０１７３】
さらに、外部負荷の消費電力がスタックＦ１およびＦ２の合計電力を超える場合、制御器Ｃｔは、超える電力：αｋＷで蓄電池Ｓ０を放電させる（Ｓ７１０）。これにより、スタックＦ１およびＦ２からの電力：１．７５ｋＷと、蓄電池Ｓ０からの電力αｋＷとの合計電力：１．７５＋αｋＷが外部負荷に供給される。
【０１７４】
一方、外部負荷の消費電力に対してスタックＦ１およびＦ２の発電電力が余る場合、消費電力に相当する電力が外部負荷に供給される。また、余った電力で蓄電池Ｓ０は充電される（Ｓ７１０）。
【０１７５】
このように、外部負荷の消費電力に比べてスタックＦ１およびＦ２の発電電力が大きければ、スタックＦ１およびＦ２の電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される。このため、スタックＦ１の電力が無駄になることがなく、燃料電池システム１０における電力が有効に利用される。
【０１７６】
また、改質器Ｒ３が暖機される。よって、外部負荷の消費電力が燃料電池システム１０の電力より大きくなると、改質器Ｒ３が運転される。スタックＦ３は、改質器Ｒ３からの改質ガスを基に発電する。したがって、外部負荷の消費電力の増大に際し、迅速に発電を行い、外部負荷に供給する電力を増やすことができる。
【０１７７】
外部負荷の消費電力が、たとえば、２ｋＷ以上３ｋＷ未満である場合（Ｓ７０６：ＮＯ、Ｓ７１１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ７１２）。このとき、原料遮断弁Ｖａ１〜Ｖａ３と、燃焼ガス弁Ｖｂ１〜Ｖｂ３とが開けられる。改質器Ｒ１〜Ｒ３は、原料から改質ガスを生成し、改質ガスをスタックＦ１〜Ｆ３にそれぞれ供給する。
【０１７８】
スタックＦ１〜Ｆ３のそれぞれにおいて１ｋＷで発電が行われる（Ｓ７１３）。
【０１７９】
また、外部負荷の消費電力に対してスタックＦ１〜Ｆ３の発電電力が余る場合、消費電力に相当する電力が外部負荷に供給される。また、余った電力で蓄電池Ｓ０は充電される（Ｓ７１４）。
【０１８０】
このように、スタックＦ１〜Ｆ３の発電電力のうち、外部負荷の消費電力より大きな電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される。このため、スタックＦ１〜Ｆ３の電力が無駄なく利用される。
【０１８１】
外部負荷の消費電力が、たとえば、３ｋＷ以上である場合（Ｓ７１１：ＮＯ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ７１５）。ここで、原料遮断弁Ｖａ１〜Ｖａ３および燃焼ガス弁Ｖｂ１〜Ｖｂ３が開けられる。改質器Ｒ１〜Ｒ３で生成されたオフガスはスタックＦ１〜Ｆ３にそれぞれ供給される。スタックＦ１〜Ｆ３のそれぞれにおいて、１ｋＷで発電され、合計で３ｋＷの電力が発電される（Ｓ７１６）。
【０１８２】
さらに、外部負荷の消費電力がスタックＦ１〜Ｆ３の合計電力を超える場合、制御器Ｃｔは、超える電力：αｋＷで蓄電池Ｓ０を放電させる（Ｓ７１７）。これにより、図１３（ｂ）に示すように、スタックＦ１〜Ｆ３からの電力：３ｋＷと、蓄電池Ｓ０からの電力αｋＷとの合計電力：３＋αｋＷが、燃料電池システム１０で発電され、外部負荷に供給される。
【０１８３】
［充電優先モード２の運転方法］
図１２は、充電優先モード２における制御器Ｃｔの制御の一例を示すフローチャートである。図１３（ｃ）は、充電優先モード２において燃料電池システムから出力される電力と、外部負荷の消費電力との関係を示す面グラフである。
【０１８４】
制御器Ｃｔは、外部負荷の消費電力を検知する（Ｓ８００）。
【０１８５】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ未満である場合（Ｓ８０１：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ８０２）。このとき、原料遮断弁Ｖａ１およびＶａ２と、燃焼ガス弁Ｖｂ１およびＶｂ２が開けられる、改質器Ｒ１およびＲ２は、原料から改質ガスを生成し、スタックＦ１およびＦ２に供給する。
【０１８６】
改質器Ｒ１からの改質ガスを基にスタックＦ１が定格電力、たとえば、１ｋＷを発電する（Ｓ８０３）。この電力で蓄電池Ｓ０は最大充電電流で充電される（Ｓ８０５）。
【０１８７】
また、スタックＦ２は、改質器Ｒ２からの改質ガスにより発電する（Ｓ８０４）。これにより発電される電力は、外部負荷の消費電力に相当し、外部負荷に供給される。この時に生成する改質ガスは、スタックＦ２の発電電力相当分よりも多いため、改質器Ｒ２からの改質ガスのすべてがスタックＦ２で消費されずに残る。そこで、燃焼ガス弁Ｖｂ３が開けられると、オフガスはオフガス相互利用ライン１３および燃焼ガス供給ライン１６−３を介して熱供給器Ｂ３に供給される。この熱供給器Ｂ３は、オフガスを燃焼し、改質器Ｒ３を暖機する（Ｓ８０６）。
【０１８８】
このように、改質器Ｒ２の改質ガスにより改質器Ｒ３が暖機される。よって、外部負荷の消費電力がスタックＦ１およびＦ２の電力より大きくなると、改質器Ｒ３が運転される。そして、スタックＦ３は、改質器Ｒ３からの改質ガスを基に発電する。したがって、外部負荷の消費電力の増大に際し、迅速に発電を行い、外部負荷に供給する電力を増やすことができる。
【０１８９】
外部負荷の消費電力が、たとえば、１ｋＷ以上２ｋＷ未満である場合（Ｓ８０１：ＮＯ、Ｓ８０７：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１およびＲ２をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ８０８）。改質器Ｒ１およびＲ２からの改質ガスによりスタックＦ１およびＦ２において１ｋＷの電力がそれぞれ発電される（Ｓ８１０）。
【０１９０】
また、制御器Ｃｔは改質器Ｒ３を運転する（Ｓ８０９）。ここで、外部負荷の消費電力のうち、スタックＦ１およびスタックＦ２の発電電力（この場合は２ｋＷ）で補えない電力分を発電するのに必要な改質ガスの量と、改質器Ｒ３の暖機に必要な改質ガスの量とが、改質器Ｒ３で生成される。このため、改質器Ｒ３からの改質ガスにより、スタックＦ３では、外部負荷の消費電力から２ｋＷを引いた電力：αｋＷが発電される（Ｓ８１１）。
【０１９１】
よって、燃料電池システム１０において２＋αｋＷの電力が発電される。この電力のうち、１ｋＷの電力が最大充電電流で蓄電池Ｓ０に充電される（Ｓ８１２）。残りの電力：１＋αｋＷの電力が外部負荷に供給される。
【０１９２】
外部負荷の消費電力が、たとえば、２ｋＷ以上３ｋＷ未満である場合（Ｓ８０７：ＮＯ、Ｓ８１３：ＹＥＳ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ８１４）。このとき、原料遮断弁Ｖａ１〜Ｖａ３と、燃焼ガス弁Ｖｂ１〜Ｖｂ３とが開けられる。改質器Ｒ１〜Ｒ３は、原料から改質ガスを生成し、改質ガスをスタックＦ１〜Ｆ３にそれぞれ供給する。
【０１９３】
スタックＦ１〜Ｆ３のそれぞれにおいて１ｋＷで発電が行われる。これにより、合計で３ｋＷの電力が発電される（Ｓ８１５）。
【０１９４】
このスタックＦ１〜Ｆ３の発電電力は、外部負荷の消費電力より大きい。このため、消費電力に相当する電力は外部負荷に供給され、残る電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される（Ｓ８１６）。
【０１９５】
このように、スタックＦ１〜Ｆ３の発電電力のうち、外部負荷の消費電力より大きな電力は蓄電池Ｓ０の充電に利用される。このため、スタックＦ１〜Ｆ３の電力が無駄なく利用される。
【０１９６】
外部負荷の消費電力が、たとえば、３ｋＷ以上である場合（Ｓ８１３：ＮＯ）、制御器Ｃｔは改質器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３をそれぞれ１００％で運転する（Ｓ８１７）。これにより、改質器Ｒ１〜Ｒ３で生成されたオフガスはスタックＦ１〜Ｆ３にそれぞれ供給される。スタックＦ１〜Ｆ３のそれぞれにおいて、１ｋＷで発電され、合計で３ｋＷの電力が発電される（Ｓ８１８）。
【０１９７】
このスタックＦ１〜Ｆ３の合計電力が外部負荷の消費電力を超える場合、燃料電池システム１０の電力は消費電力に対して不足する。このため、商用電源などの電力を供給するグリッドから電力を受けることができれば、制御器Ｃｔは、不足する電力をグリッドからの電力で補って、外部負荷に供給する。
【０１９８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム１０では、改質ガス相互利用ラインは、それぞれの改質器Ｒｎで生成された燃料電池スタックＦｎに供給される改質ガスを、当該他の燃料電池スタックのオフガスと合わせて、他の改質器Ｒｎに対応する熱供給器Ｂｎに、オフガス相互利用ライン１３および燃焼ガス供給ライン１６−ｎを介して供給するように構成されている。
【０１９９】
図１４は、燃料電池システム１０の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【０２００】
改質ガス利用ライン１７−１は、改質器Ｒ１から三方弁Ｖｃ１で分岐され、燃焼ガス供給ライン１６−１に合流する。同様に、改質ガス利用ライン１７−２、１７−３は、改質器Ｒ２、Ｒ３から三方弁Ｖｃ２、Ｖｃ３で分岐され、燃焼ガス供給ライン１６−２、１６−３にそれぞれ合流する。
【０２０１】
三方弁Ｖｃ１が改質ガス利用ライン１７−１側に切り替えられ、燃焼ガス弁Ｖｂ１が開けられる。これにより、改質器Ｒ１で生成した改質ガスは、燃料電池スタックＦ１に入ることなく、燃焼ガス供給ライン１６−１に合流し、熱供給器Ｂ１に供給されて燃焼される。
【０２０２】
また、改質ガス利用ライン１７−１は燃焼ガス供給ライン１６−１を介してオフガス相互利用ライン１３にも接続している。このため、燃焼ガス弁Ｖｂ２、Ｖｂ３が開けられると、改質器Ｒ１からの改質ガスは、他のスタックＦ２、Ｆ３のオフガスや他の改質器Ｒ２、Ｒ３の改質ガスと合流し、他の熱供給器Ｂ２、Ｂ３にも供給される。
【０２０３】
これにより、スタックＦ１が発電状態にない場合に、スタックＦ１に改質ガスを流すことなく、改質器Ｒ１を暖機できる。また、他の改質器Ｒ２、Ｒ３に改質ガスを供給した場合には、他の改質器Ｒ２、Ｒ３も暖機できる。
【０２０４】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１０では、個々のスタックＦｎが、改質器Ｒｎとともに断熱材Ｈｎにより包まれている。これ以外の点は、実施の形態１および２に係る燃料電池システム１０と同様である。
【０２０５】
図１５は、燃料電池システム１０の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【０２０６】
スタックＦｎには、例えば固体電解質形燃料電池（Ｓ０ＦＣ）が用いられる。スタックＦｎ、改質器Ｒｎおよび熱供給器Ｂｎが断熱材Ｈｎにより覆われている。
【０２０７】
この構成によれば、スタックＦｎは改質器Ｒｎおよび熱供給器Ｂｎとともに断熱材Ｈｎに覆われている。この熱供給器Ｂｎにより改質器Ｒｎが暖機されている際、これらの温度はほぼ一定である。また、断熱材Ｈｎにより熱の出入りが遮られている。このため、スタックＦｎの温度変化は小さい。よって、Ｓ０ＦＣのように、温度変化に応じて膨張および収縮するようなものであっても、頻繁な温度変化によるスタックＦｎのセルが破損する等の劣化が防止される。したがって、燃料電池システム１０において、より安定した運転が可能となる。
【０２０８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る燃料電池システム１０は、複数のスタックＦ１〜Ｆ３に代えて、単一で大型のスタックＦ０を備えている。これ以外の点は、実施の形態１および２に係る燃料電池システム１０と同様である。
【０２０９】
図１６は、燃料電池システム１０の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【０２１０】
改質ガス供給ライン２２は、複数の改質器Ｒｎで生成された改質ガスを合流してスタックＦｎに供給するように、改質器ＲｎおよびスタックＦｎを接続する。
【０２１１】
改質ガス供給ライン２２の下流側の端はスタックＦ０に接続され、上流側の端は３つに分岐されて改質器Ｒ１〜Ｒ３にそれぞれ接続される。改質ガス供給ライン２２は、改質器Ｒ１〜Ｒ３からの改質ガスをまとめて単一のスタックＦ０に供給する。
【０２１２】
酸化剤ガス供給ライン２４の上流側の端は酸化剤ガス供給器ＣＯに接続され、下流側の端は単一のスタックＦＯに接続される。酸化剤ガス供給ライン２４は、酸化剤ガス供給器ＣＯからスタックＦＯに酸化剤ガスを供給する。
【０２１３】
燃料電池システム３０の運転方法では、スタックＦ０の発電量が、実施の形態１〜３のスタックＦ１、Ｆ２、Ｆ３の合計の発電量と同じになるように制御される。
【０２１４】
このような構成によれば、燃料電池システム１０は大型のスタックＦ０を１つのみ備えているため、燃料電池システム１０の全体構成は簡素である。
【０２１５】
また、燃焼ガス弁Ｖｂ１〜Ｖｂ３を開閉することにより、稼働中の改質器Ｒｎからのオフガスを他の停止中の改質器Ｒｎの暖機に用いることができる。
【０２１６】
なお、上記全実施の形態では、各運転モードにおいて蓄電池Ｓ０の最大充電電流が一定に設定された。これに対し、最大充電電流に応じてスタックＦｎの発電電力を変えることが望ましい。すなわち、外部負荷の消費電力と蓄電池Ｓ０の最大充電電流に相当する電力との合計電力に応じて、燃料電池システム１０の発電電力となることが望ましい。これによって、できるだけ早く蓄電池を充電することができる。
【０２１７】
また、上記全実施の形態では、各運転モードにおいて、各スタックＦｎの発電可能な定格電力を１ｋＷと例示したが、この定格電力はこれに限定されない。このため、外部負荷の消費電力を１ｋＷごとに電力の発電および供給の方法が判断されたが、定格電力に応じて電力の発電および供給の方法が判断されてもよい。たとえば、各スタックＦｎあたりの発電可能な定格電力が２ｋＷである場合、外部負荷の消費電力の判断基準は、２ｋＷ、４ｋＷおよび６ｋＷに設定される。
【０２１８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２１９】
本発明の燃料電池システムおよびその運転方法は、改質器を備えていても、出力する電力の変動幅が大きく、停電時に迅速に起動できる燃料電池システムおよびその運転方法として有用である。
【符号の説明】
【０２２０】
Ｂｎ、Ｂ１〜Ｂ３    熱供給器
Ｃｔ    制御器
Ｉｎ    出力制御器
Ｓ０    蓄電池
Ｆ０、Ｆｎ、Ｆ１〜Ｆ３    燃料電池スタック
Ｒｎ、Ｒ１〜Ｒ３    改質器
Ｕｎ、Ｕ１〜Ｕ３    発電ユニット
１０    燃料電池システム
１２−ｎ、１２−１〜１２−３    改質ガス供給ライン
１３    オフガス相互利用ライン（改質ガス相互利用ライン）
１６−ｎ、１６−１〜１６−３  燃焼ガス供給ライン
１７−１〜１７−３  改質ガス利用ライン
２２    改質ガス供給ライン
【図１】
2013105706.tif 000003
【図２】
2013105706.tif 000004
【図３】
2013105706.tif 000005
【図４】
2013105706.tif 000006
【図５】
2013105706.tif 000007
【図６】
2013105706.tif 000008
【図７】
2013105706.tif 000009
【図８】
2013105706.tif 000010
【図９】
2013105706.tif 000011
【図１０】
2013105706.tif 000012
【図１１】
2013105706.tif 000013
【図１２】
2013105706.tif 000014
【図１３】
2013105706.tif 000015
【図１４】
2013105706.tif 000016
【図１５】
2013105706.tif 000017
【図１６】
2013105706.tif 000018
【図１７】
2013105706.tif 000019