(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
他系統電源から負荷へ電力を供給する電力供給ラインに燃料電池に由来する出力電力を供給可能な燃料電池発電システムであって、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池に由来する出力電力を所定の目標電力値となるように制御する電力制御手段と、
前記燃料電池に由来する出力電力が前記目標電力値に制御されているときに前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定する電圧降下判定手段と
を備え、
前記電力制御手段は、前記電圧降下判定手段によって前記燃料電池の出力電圧が降下したと判定されたときには、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御し、前記燃料電池に由来する出力電力が前記暫定電力値で安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力が元の前記目標電力値に略一致するよう制御する手段であり、
前記暫定電力値は、前記燃料電池の出力電圧の降下幅が大きいほど低くなるように段階的に定められる、
燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記電力制御手段は、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御することにより前記燃料電池の出力電圧が安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力を予め定められた微少量ずつ段階的に上げることにより元の前記目標電力値に略一致させる
請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記電圧降下判定手段は、前記電力制御手段によって前記燃料電池に由来する出力電力が前記目標電力値に制御されているときに前記燃料電池の出力電圧が所定の基準電圧値よりも小さくなったか否かにより前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定する
請求項１又は２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記基準電圧値は、前記電力制御手段によって前記燃料電池に由来する出力電力が前記目標電力値に制御されているときに安定していた前記燃料電池の出力電圧である
請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記電圧降下判定手段は、前記電力制御手段によって前記燃料電池に由来する出力電圧が前記目標電力値に制御されているときに前記燃料電池の出力電圧の時間微分値が所定のしきい値よりも小さくなったか否かにより前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定する
請求項１又は２記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記燃料電池は、炭化水素系燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質部から燃料ガスが供給される
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池発電システムであって、
前記燃料電池からの直流電力を前記電力供給ラインに供給する所望の電力に変換する電力変換手段
を備え、
前記燃料電池に由来する出力電力は、前記電力変換手段によって変換された後の電力である
燃料電池発電システム。
【請求項８】
他系統電源から負荷へ電力を供給する電力供給ラインに燃料電池に由来する出力電力を供給可能な燃料電池発電システムの運転方法であって、
前記燃料電池に由来する出力電力を所定の目標電力値となるように制御しているときに前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定し、前記燃料電池の出力電圧が降下したと判定されたときには、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御し、前記燃料電池に由来する出力電力が前記暫定電力値で安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力が元の前記目標電力値に略一致するよう制御するものであり、前記暫定電力値は、前記燃料電池の出力電圧の降下幅が大きいほど低くなるように段階的に定められる、
燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項９】
前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御することにより前記燃料電池の出力電圧が安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力を予め定められた微少量ずつ段階的に上げることにより元の前記目標電力値に略一致させる
請求項８記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムおよびその運転方法に関し、詳しくは、他系統電源から負荷へ電力を供給する電力供給ラインに燃料電池に由来する出力電力を供給可能な燃料電池発電システムおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コージェネレーションシステムとして、環境問題を考慮して燃料電池を組み入れた発電システムが提案されている。また、燃料電池としては、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とこのアノード電極およびカソード電極に燃料ガスと空気とを供給すると共にセル間の隔壁をなすセパレータとからなる単セルを複数積層してなる固体高分子電解質型の燃料電池が知られている。このような固体高分子電解質型の燃料電池の運転制御として、特開平７−２７２７３６号公報には、燃料電池からの出力電力を負荷に供給する際に燃料電池の出力電圧をモニタし、その出力電圧が異常に低いときには負荷に与える電流を遮断する制御が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に記載された燃料電池の運転制御では、燃料電池の出力電圧が異常に低いときには負荷に与える電流を遮断してしまうため、コージェネレーションシステムとしての作動状況に支障が生じることがある。
【０００４】
本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであり、燃料電池の出力電圧が降下したときに作動状況に大きな影響を与えることなく対処することのできる燃料電池発電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。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述した目的を達成するために、本発明の第１は、他系統電源から負荷へ電力を供給する電力供給ラインに燃料電池に由来する出力電力を供給可能な燃料電池発電システムであって、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池に由来する出力電力を所定の目標電力値となるように制御する電力制御手段と、
前記燃料電池に由来する出力電力が前記目標電力値に制御されているときに前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定する電圧降下判定手段と
を備え、
前記電力制御手段は、前記電圧降下判定手段によって前記燃料電池の出力電圧が降下したと判定されたときには、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御し、前記燃料電池に由来する出力電力が前記暫定電力値で安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力が元の前記目標電力値に略一致するよう制御する手段であり、
前記暫定電力値は、前記燃料電池の出力電圧の降下幅が大きいほど低くなるように段階的に定められるものである。
【０００６】
この燃料電池発電システムでは、燃料電池に由来する出力電力を所定の目標電力値となるように制御しているときに燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定し、燃料電池の出力電圧が降下したと判定されたときには燃料電池の出力電圧が安定するまで燃料電池に由来する出力電力を目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御する。即ち、燃料電池の出力電圧の降下は一時的に見られることが多いため、燃料電池の出力電力を一時的に低く下げて燃料電池の出力電圧が安定化するのを待つ。したがって、この燃料電池発電システムによれば、燃料電池の出力電圧が降下したときに作動状況に大きな影響を与えることなく対処することができる。また、暫定電力値は、燃料電池の出力電圧の降下幅に応じて段階的に定められているため、出力電圧の降下幅に応じた適切な暫定電力値を定めることができる。この暫定電力値は、燃料電池の出力電圧の降下幅が大きいほど低くなるように定められている。降下幅が大きいと燃料電池の出力電圧が安定しにくい傾向にあるため、暫定電力値を低くしてできるだけ早く燃料電池の出力電圧を安定化させる一方、降下幅が小さいと燃料電池の出力電圧が安定しやすい傾向にあるため、暫定電力値を目標電力値に近い値にしてできるだけ早く元の目標電力値に戻す。なお、燃料電池の出力電圧の降下幅は、例えば燃料電池の出力電圧が降下したか否かを基準電圧値と出力電圧との差である電圧降下度によって判定する場合にはその電圧降下度の大きさであり、出力電圧の時間微分値によって判定する場合にはその時間微分値の大きさである。
【０００７】
なお、「燃料電池の出力電圧」は、複数の単セルがスタックされた燃料電池の場合にはスタック電圧（複数の単セルを挟み込んだ集電板間の電圧）であってもよいし、各セルごとのセル電圧であってもよい。
【０００８】
この燃料電池発電システムにおいて、前記電力制御手段は、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御することにより前記燃料電池の出力電圧が安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力を予め定められた微少量ずつ段階的に上げることにより元の前記目標電力値に略一致させるようにしてもよい。こうすれば、燃料電池の燃料ガスの供給量を増加するのに応答遅れが生じるような場合であっても、燃料電池に由来する出力電力を元の目標電力値までスムーズに戻すことができる。特に、燃料電池が炭化水素系燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質部から燃料ガスの供給を受ける場合、燃料ガスの供給量を増加するには改質部への炭化水素系燃料の供給量を増やす必要があり応答遅れが生じやすいため、燃料電池に由来する出力電力を徐々に上げて元の目標電力値に戻す意義が大きい。
【０００９】
この燃料電池発電システムにおいて、前記電圧降下判定手段は、前記電力制御手段によって前記燃料電池に由来する出力電力が前記目標電力値に制御されているときに前記燃料電池の出力電圧が所定の基準電圧値よりも小さくなったか否かにより前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定するようにしてもよい。こうすれば、燃料電池の出力電圧と所定の基準電圧値とを比較することにより容易に出力電圧が降下したか否かを判定できる。このとき、燃料電池は温度などの運転条件に応じて出力特性が変わることが多いことから、燃料電池の運転条件ごとに基準電圧値を設定しておくことが好ましいが、そのように基準電圧値を設定する作業は煩雑である。そこで、基準電圧値は、電力制御手段によって燃料電池に由来する出力電力が目標電力値に制御されているときに安定していた燃料電池の出力電圧とすることが好ましい。こうすれば、そのときの運転条件における最適な基準電圧値を容易に設定することができるため、燃料電池の出力電圧が降下したか否かの判定を適切に行うことができる。
【００１０】
この燃料電池発電システムにおいて、前記電圧降下判定手段は、前記電力制御手段によって前記燃料電池に由来する出力電力が前記目標電力値に制御されているときに前記燃料電池の出力電圧の時間微分値が所定のしきい値よりも小さくなったか否かにより前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定するようにしてもよい。こうすれば、燃料電池の出力電圧の時間変化に応じて燃料電池の出力電圧が降下したか否かの判定を行うため、燃料電池の出力電圧が降下したことを比較的迅速に捉えることができる。
【００１２】
この燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池からの直流電力を前記電力供給ラインに供給する所望の電力に変換する電力変換手段を備え、前記燃料電池に由来する出力電力は、前記電力変換手段によって変換された後の電力としてもよい。こうすれば、電力変換手段によって変化された後の電力（例えば交流電力）を目標電力値となるように制御することができる。
【００１３】
本発明の第２は、他系統電源から負荷へ電力を供給する電力供給ラインに燃料電池に由来する出力電力を供給可能な燃料電池発電システムの運転方法であって、
前記燃料電池に由来する出力電力を所定の目標電力値となるように制御しているときに前記燃料電池の出力電圧が降下したか否かを判定し、前記燃料電池の出力電圧が降下したと判定されたときには、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御し、前記燃料電池に由来する出力電力が前記暫定電力値で安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力が元の前記目標電力値に略一致するよう制御するものであり、前記暫定電力値は、前記燃料電池の出力電圧の降下幅が大きいほど低くなるように段階的に定められるものである。この燃料電池発電システムの運転方法によれば、燃料電池の出力電圧が降下したときに作動状況に大きな影響を与えることなく対処することができる。
【００１４】
この燃料電池発電システムの運転方法において、前記燃料電池に由来する出力電力を前記目標電力値よりも低い暫定電力値となるように制御することにより前記燃料電池の出力電圧が安定したあと、前記燃料電池に由来する出力電力を予め定められた微少量ずつ段階的に上げることにより元の前記目標電力値に略一致させるようにしてもよい。こうすれば、例えば燃料電池の燃料ガスの供給量を増加するのに応答遅れが生じるような場合であっても、燃料電池に由来する出力電力をもとの目標電力値までスムーズに戻すことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、燃料電池発電システム２０の構成の概略を示す構成図である。この燃料電池発電システム２０は、図示するように、ガス配管２２から都市ガス（１３Ａ）の供給を受けて都市ガスを水素リッチな改質ガスに改質する改質器３０と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガスとするＣＯ選択酸化部３４と、燃料ガスと空気との供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池４０と、燃料電池４０の冷却水と貯湯槽４４の低温水との熱交換を行う熱交換器４２と、燃料電池４０からの直流電力の電圧および電流を調整して所望の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、変換された直流電力を商用電源１０と同位相の交流電力に変換して商用電源１０から遮断器１４を介して負荷１６へ電力を供給する電力ライン１２に遮断器５５を介して供給するインバータ５４と、電圧または電流が調整された直流電力の一部を降圧して補機電源として機能するＤＣ／ＤＣコンバータ５６と、負荷１６で消費する負荷電力を検出する負荷電力計５８と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット６０とを備える。
【００１６】
改質器３０は、ガス配管２２から調節弁２４と昇圧ポンプ２６と硫黄分を除く脱硫器２７とを介して供給される都市ガスと図示しない配管により供給される水蒸気とによる次式（１）および次式（２）の水蒸気改質反応およびシフト反応により水素リッチな改質ガスを生成する。改質器３０には、こうした反応に必要な熱を供給する燃焼部３２が設けられており、燃焼部３２にはガス配管２２から調節弁２４と昇圧ポンプ２８とを介して都市ガスが供給されるようになっている。また、燃焼部３２には、燃料電池４０のアノード側の排出ガス（アノードオフガス）が供給され、アノードオフガス中の未反応の水素を燃料として用いることができるようになっている。
【００１７】
【数１】
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2    （１）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2      （２）
【００１８】
ＣＯ選択酸化部３４は、図示しない配管による空気の供給を受けて水素の存在下で一酸化炭素を選択して酸化する一酸化炭素選択酸化触媒（例えば白金とルテニウムの合金による触媒）により、改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化して一酸化炭素濃度が極めて低い（本実施形態では数ｐｐｍ程度）水素リッチな燃料ガスとする。
【００１９】
燃料電池４０は、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とこのアノード電極およびカソード電極に燃料ガスと空気とを供給すると共にセル間の隔壁をなすセパレータとからなる単セルを複数積層してなる固体高分子型の燃料電池として構成されており、ＣＯ選択酸化部３４からの燃料ガス中の水素とブロア４１からの空気中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。また、燃料電池４０は複数積層した単セルを挟み込む一対の集電板を備えており、両集電板間の直流電圧を検出する電圧計５１を備えている。燃料電池４０には循環する冷却水の流路が形成されており、冷却水を循環させることによって適温（本実施形態では、８０〜９０℃程度）に保持される。この冷却水の循環流路には、熱交換器４２が設けられており、燃料電池４０の冷却水との熱交換により貯湯槽４４からポンプ４６により供給される低温水が加温されて貯湯槽４４に貯湯されるようになっている。
【００２０】
燃料電池４０の図示しない出力端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２，インバータ５４，遮断器５５を介して商用電源１０から負荷１６への電力ライン１２に接続されており、燃料電池４０からの直流電力が商用電源１０と同位相の交流電力に変換されて商用電源１０からの交流電力に付加されて負荷１６に供給できるようになっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバータ５４は、一般的なＤＣ／ＤＣ／コンバータ回路やインバータ回路として構成されているから、その詳細な説明は省略する。なお、負荷１６は、遮断器１８を介して電力ライン１２に接続されている。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力側から分岐した電力ラインには、調節弁２４のアクチュエータや昇圧ポンプ２６，２８，ブロア４１，ポンプ４６などの補機に直流電力を供給する直流電源として機能するＤＣ／ＤＣコンバータ５６が接続されている。
【００２２】
電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ６２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ６４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ６６と、時間の計測を行うタイマ６８と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット６０には、電圧計５１からの燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃ、図示しないインバータ５４内の電流センサや電圧センサからの出力電流や電圧，負荷電力計５８からの負荷電力Ｐｏ，改質器３０やＣＯ選択酸化部３４，燃料電池４０に取り付けられた図示しない温度センサからの各温度などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット６０からは、調節弁２４のアクチュエータや昇圧ポンプ２６，２８，ブロア４１，循環ポンプ４３，ポンプ４６などへの駆動信号や燃焼部３２への点火信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やＤＣ／ＤＣコンバータ５６への制御信号，インバータ５４へのスイッチング制御信号，遮断器５５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２３】
次に、こうして構成された燃料電池発電システム２０の動作について説明する。図２は定電力制御プログラムの一例を示すフローチャートであり、図３は所定タイミング（例えば８ｍｓｅｃ毎）で割込処理される電圧降下対処プログラムの一例を示すフローチャートである。
【００２４】
定電力制御プログラムは、電子制御ユニット６０のＲＯＭ６４に記録されている。電子制御ユニット６０は、暖機が終わって通常運転に移ると、この定電力制御プログラムをＲＯＭ６４から読み出してメイン処理として実行する。この定電力制御プログラムの処理が開始されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、運転モードを読み出す（ステップＳ１００）。運転モードとしては、Ｈｉｇｈモード，Ｍｉｄモード，Ｌｏｗモードの３段階のモードが用意され、各モードに対応してインバータ５４から電力ライン１２に出力される電力ｆ（Ｍ）（＝Ｐｉｈ  ｏｒ  Ｐｉｍ  ｏｒ  Ｐｉｌ）が設定されている。運転モードは、負荷電力Ｐｏがどの運転モードＭｐに属するかの判定結果に基づいて決定される。負荷電力Ｐｏが属する運転モードＭｐの判定は、負荷電力Ｐｏと各モードに対応して設定されている電力ｆ（Ｍ）の比較により行われ、具体的には、負荷電力ＰｏがＨｉｇｈモードに対応する電力Ｐｉｈ以上のときにはＨｉｇｈモードと判定し、負荷電力ＰｏがＭｉｄモードに対応する電力Ｐｉｍ以上で電力Ｐｉｈ未満のとにきはＭｉｄモードと判定し、負荷電力Ｐｏが電力Ｐｉｍ未満のときにはＬｏｗモードと判定し、この判定結果に基づいて運転モードＭが決定されてＲＡＭ６６の所定領域に保存される。したがって、ステップＳ１００では、運転モードＭが保存されているＲＡＭ６６の所定領域から現在の運転モードＭを読み出す。
【００２５】
続いて、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、運転モードＭに応じて定められた電力ｆ（Ｍ）を目標出力電力Ｐ＊として、燃料電池４０からの直流電力がインバータ５４で変換されて電力ライン１２に供給される交流電力が目標出力電力Ｐ＊となるように、都市ガスの調節弁２４や昇圧ポンプ２６を制御することにより燃料電池４０への燃料ガスの供給量を制御したり、ブロア４１を制御することにより酸化ガスの供給量を制御したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバータ５４を制御したりする（ステップＳ１１０）。本実施形態では、燃料ガスや酸化ガスの供給量を増加する場合には応答遅れを考慮して段階的に徐々に目標とする供給量まで増加するように制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２についてはインバータ５４へ出力する直流電圧が定電圧となるように制御し、インバータ５４については出力する交流電力が定電力となるように制御する。
【００２６】
その後、インバータ５４から出力される交流電力が目標出力電力Ｐ＊と一致したか否か、即ち交流電力が目標出力電力Ｐ＊の所定の許容範囲内に収まったか否かを判定し（ステップＳ１２０）、一致していないときにはステップＳ１１０に戻り、一致したときには燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを電圧計５１から読み込み、その出力電圧Ｖｆｃが安定しているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。本実施形態では、所定時間継続して燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが所定範囲内に収まった時点で出力電圧Ｖｆｃが安定したと判定している。そして、ステップＳ１３０で出力電圧Ｖｆｃが安定していないときには再びステップＳ１１０に戻り、出力電圧Ｖｆｃが安定したときにはそのときの出力電圧Ｖｆｃを基準電圧値ＶｓとしてＲＡＭ６６の所定領域に保存し（ステップＳ１４０）、その後再びＳ１００に戻る。
【００２７】
次に、図３に例示する電圧降下対処プログラムについて説明する。この電圧降下対処プログラムが割込処理として実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを電圧計５１から読み込み（ステップＳ２００）、続いて基準電圧値Ｖｓから出力電圧Ｖｆｃを減じた値を電圧降下度△Ｖとし（ステップＳ２１０）、その電圧降下度△Ｖの降下幅に応じて目標出力電力の下げ幅を段階的に決定する。ここでは、電圧降下度△Ｖの降下幅を判定する判定値としてＶ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（Ｖ０＞Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３）が予めＲＯＭ６４に記憶され、降下幅に応じた目標出力電力の下げ幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）も予めＲＯＭ６４に記憶されている。
【００２８】
電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ０を越えるか否かを判定し（ステップＳ２２０）、越えるとき即ち降下幅が極めて大きいときには、暫定出力電力値をゼロとし、これを目標出力電力Ｐ＊に設定する（ステップＳ２３０）。一方、ステップＳ２２０で電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ０以下のときには、その電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ１を越えるか否かを判定し（ステップＳ２４０）、越えるとき即ち降下幅が大きいときには、暫定出力電力値を現在のモードＭに対応して設定されている電力ｆ（Ｍ）から下げ幅Ｗ１だけ減じた値とし、これを目標出力電力Ｐ＊に設定する（ステップＳ２５０）。一方、ステップＳ２４０で電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ１以下のときには、その電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ２を越えるか否かを判定し（ステップＳ２６０）、越えるとき即ち降下幅が中程度のときには、暫定出力電力値を電力ｆ（Ｍ）から下げ幅Ｗ２だけ減じた値とし、これを目標出力電力Ｐ＊に設定する（ステップＳ２７０）。一方、ステップＳ２６０で電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ２以下のときには、その電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ３を越えるか否かを判定し（ステップＳ２８０）、越えるとき即ち降下幅が小さいときには、暫定出力電力値を電力ｆ（Ｍ）から下げ幅Ｗ３だけ減じた値とし、これを目標出力電力Ｐ＊に設定する（ステップＳ２９０）。一方、電圧降下度△Ｖが判定値Ｖ３以下のとき即ち降下幅が許容範囲内にあるときには、そのままこのプログラムを終了する。このように、電圧降下度△Ｖの降下幅に応じて目標出力電力Ｐ＊が設定され、降下幅が大きいほど目標出力電力Ｐ＊の下げ幅が大きく設定される。
【００２９】
そして、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、ステップＳ２３０，Ｓ２５０，２７０，Ｓ２９０の後、インバータ５４からの交流出力が目標出力電力Ｐ＊となるように、都市ガスの調節弁２４や昇圧ポンプ２６を制御することにより燃料電池４０への燃料ガスの供給量を制御したり、ブロア４１を制御することにより酸化ガスの供給量を制御したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバータ５４を制御したりする（ステップＳ３００）。続いて、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが安定したか否かを判定し（ステップＳ３１０）、出力電圧Ｖｆｃが安定していないときには再びステップＳ３００に戻り、出力電圧Ｖｆｃが安定したときには目標出力電力Ｐ＊を微少量△Ｐだけ増加させ（ステップＳ３２０）、増加後の目標出力電力Ｐ＊が電力ｆ（Ｍ）に達したか否かを判定し（ステップＳ３３０）、達していないときには再びステップＳ３００に戻り、達したときにはこの割込処理を終了する。その後、メイン処理として図２の定電力制御プログラムが実行され、電力ｆ（Ｍ）を目標出力電力Ｐ＊として定電力制御が行われる。
【００３０】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の電圧計５１が本発明の電圧検出手段に相当し、電子制御ユニット６０が電圧制御手段および電圧降下判定手段に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２およびインバータ５４が電力変換手段に相当する。
【００３１】
以上説明した本実施形態の燃料電池発電システム２０によれば、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃの降下は一時的に見られることが多いため、燃料電池４０からの直流電力がインバータ５４で変換されて電力ライン１２に供給される交流電力を一時的に目標出力電力Ｐ＊を電力ｆ（Ｍ）よりも低く下げて燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが安定化するのを待つ。したがって、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが降下したときにシステム全体の作動状況に大きな影響を与えずに対処することができる。
【００３２】
また、インバータ５４からの交流電力を暫定出力電力値となるように制御することにより燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが安定したあと、インバータ５４からの交流電力を徐々に上げることにより元の目標電力値である電力ｆ（Ｍ）に略一致させるため、燃料電池４０の燃料ガスの供給量を増加するのに応答遅れが生じるような場合であっても、インバータ５４からの交流電力を電力ｆ（Ｍ）までスムーズに戻すことができる。特に燃料電池４０は、都市ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する改質器３０から燃料ガスが供給されることから、燃料ガスの供給量を増加するには改質器３０への都市ガスの供給量を増やす必要があり応答遅れが生じやすいため、インバータ５４からの交流電力を徐々に上げて元の電力ｆ（Ｍ）に戻す意義が大きい。
【００３３】
更に、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが基準電圧値Ｖｓよりも小さくなったか否かにより出力電圧Ｖｆｃが降下したか否かを判定するため容易に出力電圧が降下したか否かを判定できるし、インバータ５４からの交流電力が電力ｆ（Ｍ）に制御されているときに安定していた出力電圧Ｖｆｃを基準電圧値Ｖｓとしているため、そのときの運転条件における最適な基準電圧値Ｖｓを容易に設定することができ、出力電圧Ｖｆｃが降下したか否かの判定を適切に行うことができる。
【００３４】
更にまた、暫定出力電力値は、出力電圧Ｖｆｃの降下幅に応じて段階的に定められ、具体的には降下幅が大きいほど低くなるように定められている。即ち、降下幅が大きいときには燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが安定しにくい傾向にあるため、暫定出力電力値を低くすることにより、できるだけ早く燃料電池の出力電圧を安定化させることができる。また、降下幅が小さいときには燃料電池の出力電圧Ｖｆｃが安定しやすい傾向にあるため、暫定出力電力値をモードＭに対応する電力ｆ（Ｍ）に近い値にすることにより、できるだけ早く元の電力ｆ（Ｍ）に戻すことができる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【００３６】
例えば、上述した実施形態では、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃとしてスタック電圧を採用したが各セルごとのセル電圧を採用してもよいし、また、インバータ５４からの交流電力を目標出力電力Ｐ＊となるように制御したが、燃料電池からの直流電力が定電力となるように制御してもよい。
【００３７】
また、上述した実施形態では、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃと基準電圧値Ｖｓとを比較して出力電圧Ｖｆｃが降下したか否かを判定したが、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃの時間微分値が所定のしきい値よりも小さくなったか否かにより出力電圧Ｖｆｃが降下したか否かを判定するようにしてもよく、こうすれば出力電圧Ｖｆｃが降下したことを比較的迅速に捉えることができる。このとき、暫定出力電力値は、時間微分値の大きさに応じて段階的に定められている。具体的には時間微分値（負の値）の絶対値が大きいほど低くなるように定められている。
【００３８】
更に、上述した実施形態のステップＳ３１０において、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが安定したか否かの判定は、例えばステップＳ１３０と同様に、所定時間継続して燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが所定範囲内に収まったとき、つまり時間変化に対する出力電圧変化が小さいときに安定したと判定してもよいが、時間変化に対する出力電圧変化が小さいという条件と、燃料電池４０の各単セルの電圧をモニタして各単セルの電圧のバラツキが小さいという条件の両方を満たしたときに出力電圧Ｖｆｃが安定したと判定することが好ましい。このとき、各単セルの電圧のバラツキが小さいか否かは、例えば各単セルの電圧のうち最大値と最小値の差を求め、その差が所定範囲内であればバラツキが小さいと判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である燃料電池発電システム２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット６０により実行される定電力制御プログラムンの一例を示すフローチャートである。
【図３】電子制御ユニット６０により実行される割込処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  商用電源、１２  電力ライン、１４  遮断器、１６  負荷、１８  遮断器、２０  燃料電池発電システム、２２  ガス配管、２４  調節弁、２６，２８昇圧ポンプ、２７  脱硫器、３０  改質器、３２  燃焼部、３４  ＣＯ選択酸化部、４０  燃料電池、４１  ブロア、４２  熱交換器、４３  循環ポンプ、４４  貯湯槽、４６  ポンプ、５１  電圧計、５２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５４インバータ、５５  遮断器、５６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５８  負荷電力計、６０  電子制御ユニット、６２  ＣＰＵ、６４  ＲＯＭ、６６  ＲＡＭ、６８タイマ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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