(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、逆潮流が発生したとき、燃料電池の信頼性を高く維持する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１１と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路１３と、貯湯槽１４に連通され貯湯水が循環する貯湯水循環回路１５と、燃料電池熱媒体と貯湯水とが熱交換する熱交換器１６と、貯湯水を循環させる貯湯水循環手段１５ａと、供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器１３ｂと、逆潮流時、余剰電力を電力熱変換器１３ｂへ供給して燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行う熱投入制御手段１７ｄと、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段１５ａを制御する貯湯水流量制御手段１８と、を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電した電力を外部電力負荷に供給する燃料電池と、
前記燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、
貯湯水を貯水可能な貯湯槽と、
前記貯湯槽に連通され前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、
前記燃料電池熱媒体循環回路を循環する前記燃料電池熱媒体と前記貯湯水循環回路を循環する前記貯湯水とが熱交換する熱交換器と、
前記貯湯水を循環させる貯湯水循環手段と、
前記燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ供給された電力を熱に変換して前記燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、
前記燃料電池の発電電力が前記外部電力負荷に供給する負荷電力より大きいとき、その余剰電力を前記電力熱変換器へ供給して前記燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行う前記熱投入制御手段と、
前記電力熱変換器からの前記熱投入の状態を考慮して、前記燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように前記貯湯水循環手段を制御する貯湯水流量制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段をさらに備え、
前記貯湯水流量制御手段は、前記熱投入状態検知手段によって検知された前記熱投入の状態に応じて前記貯湯水循環手段による前記貯湯水の流量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記熱投入状態検知手段は、前記電力熱変換器からの熱投入量の変化による前記燃料電池熱媒体の温度変化速度と比べて、検知応答速度が速いことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記貯湯水流量制御手段は、前記燃料電池熱媒体の検出温度と前記燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて前記貯湯水循環手段のフィードバック制御を行い、これに加えて、前記熱投入の状態変化に基づいて前記貯湯水循環手段のフィードフォワード制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４において、前記貯湯水流量制御手段は、前記燃料電池熱媒体の検出温度と前記燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量を算出し、前記熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量を算出し、そして、前記フィードバック操作量と前記フィードフォワード操作量とを加算した総操作量で前記貯湯水循環手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５において、前記貯湯水流量制御手段は、前記電力熱変換器による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う前記貯湯水循環手段の制御の変更に係る遅延要素を設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、前記電力熱変換器による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの前記フィードフォワード操作量の絶対値は異なる値に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６において、前記電力熱変換器による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの前記遅延要素は異なるものに設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８の何れか一項において、前記貯湯水流量制御手段は、前記熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量を減算して得た値を前記フィードフォワード操作量として算出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項において、
前記燃料電池からの直流電力を変換して、系統電源および前記外部電力負荷に接続する電源ラインに供給する電力変換装置と、
前記電力変換装置から前記系統電源への逆潮流電力を検知してその検知信号を前記電力変換装置に出力する逆潮流検知手段と、をさらに備え、
前記電力変換装置は、前記逆潮流検知手段および前記熱投入制御手段を含み、前記逆潮流検知手段により前記逆潮流を検知した場合、前記熱投入制御手段により前記余剰電力を前記電力熱変換器へ供給開始することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０の何れか一項において、
前記貯湯水流量制御手段は、前記熱投入制御手段と通信手段を介して互いに通信可能であり、
前記余剰電力を熱変換して前記燃料電池熱媒体循環回路に投入するときには、前記熱投入制御手段は、前記熱投入状態検知手段によって検知された前記熱投入状態を入力し、前記貯湯水流量制御手段に出力することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一項において、
前記電力熱交換器は、前記燃料電池の暖機用としても使用されることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとしては、特許文献１に示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、特許文献１の図１に示されているように、発電した電力を外部電力負荷に供給する燃料電池１と、燃料電池１と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路４と、貯湯水を貯水可能な貯湯槽１０と、貯湯槽１０に連通され貯湯水が循環する貯湯水循環回路１１と、燃料電池熱媒体循環回路４を循環する燃料電池熱媒体と貯湯水循環回路１１を循環する貯湯水とが熱交換する熱交換器６と、貯湯水を循環させる貯湯水循環手段１２と、燃料電池熱媒体循環回路４上に設けられ供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器２３と、を備えている。
【０００３】
このように構成された燃料電池システムにおいては、燃料電池１において発生された電力量が需要電力量を上回った場合（逆潮流発生した場合）に発生する余剰電力量によって加熱装置（電力熱変換器２３）を作動させることができるので、加熱装置において発生された熱を熱伝達媒体（燃料電池熱媒体）に持たせ、その熱伝達媒体が有する熱を蓄熱装置（貯湯槽１０）内の水に渡して、即ち温水にして蓄えるという、燃料電池１における排熱回収という効果が得られるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−９５３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、逆潮流が発生した場合、余剰電力が電力熱交換器で熱消費され、その熱が燃料電池熱媒体および熱交換器を介して貯湯水に回収されるようになっている。しかし、燃料電池熱媒体の温度は、電力熱交換器から投入される熱が外乱となり、所定の温度または所定の温度範囲となるように適切に制御することができないで、燃料電池の信頼性を低下させるというおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、逆潮流が発生したとき、燃料電池の信頼性を高く維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、発電した電力を外部電力負荷に供給する燃料電池と、燃料電池と熱交換する燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、貯湯水を貯水可能な貯湯槽と、貯湯槽に連通され貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、燃料電池熱媒体循環回路を循環する燃料電池熱媒体と貯湯水循環回路を循環する貯湯水とが熱交換する熱交換器と、貯湯水を循環させる貯湯水循環手段と、燃料電池熱媒体循環回路上に設けられ供給された電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱する電力熱変換器と、燃料電池の発電電力が外部電力負荷に供給する負荷電力より大きいとき、その余剰電力を電力熱変換器へ供給して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行う熱投入制御手段と、電力熱変換器からの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段を制御する貯湯水流量制御手段と、を備えたことである。
【０００７】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段をさらに備え、貯湯水流量制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入の状態に応じて貯湯水循環手段による貯湯水の流量を制御することである。
【０００８】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、熱投入状態検知手段は、電力熱変換器からの熱投入量の変化による燃料電池熱媒体の温度変化速度と比べて、検知応答速度が速いことである。
【０００９】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて貯湯水循環手段のフィードバック制御を行い、これに加えて、熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環手段のフィードフォワード制御を行うことである。
【００１０】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量を算出し、熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量を算出し、そして、フィードバック操作量とフィードフォワード操作量とを加算した総操作量で貯湯水循環手段を制御することである。
【００１１】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、貯湯水流量制御手段は、電力熱変換器による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環手段の制御の変更に係る遅延要素を設定することである。
【００１２】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項５または請求項６において、電力熱変換器による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれのフィードフォワード操作量の絶対値は異なる値に設定されることである。
【００１３】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項６において、電力熱変換器による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの遅延要素は異なるものに設定されることである。
【００１４】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項５乃至請求項８の何れか一項において、貯湯水流量制御手段は、熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量を減算して得た値をフィードフォワード操作量として算出することである。
【００１５】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項９の何れか一項において、燃料電池からの直流電力を変換して、系統電源および外部電力負荷に接続する電源ラインに供給する電力変換装置と、電力変換装置から系統電源への逆潮流を検知してその検知信号を電力変換装置に出力する逆潮流検知手段と、をさらに備え、電力変換装置は、逆潮流検知手段および熱投入制御手段を含み、逆潮流検知手段により逆潮流を検知した場合、熱投入制御手段により余剰電力を電力熱変換器へ供給開始することである。
【００１６】
また請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１０の何れか一項において、貯湯水流量制御手段は、熱投入制御手段と通信手段を介して互いに通信可能であり、余剰電力を熱変換して燃料電池熱媒体循環回路に投入するときには、熱投入制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入状態を入力し、貯湯水流量制御手段に出力することである。
【００１７】
また請求項１２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１１の何れか一項において、電力熱交換器は、燃料電池の暖機用としても使用されることである。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、熱投入制御手段が、燃料電池の発電電力が外部電力負荷に供給する負荷電力より大きいとき、その余剰電力を電力熱変換器へ供給して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行い、貯湯水流量制御手段が、電力熱変換器からの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段を制御する。これにより、電力熱変換器からの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化があっても、これらの状況に応じて貯湯水循環手段を制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とする。したがって、逆潮流が発生したとき、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲となるように適切に制御して、燃料電池の信頼性を高く維持することができる。
【００１９】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段をさらに備え、貯湯水流量制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入の状態に応じて貯湯水循環手段による貯湯水の流量を制御する。これにより、電力熱変換器からの熱投入を確実に検知することができ、貯湯水の流量を適切に制御しひいては燃料電池熱媒体の温度を適切に制御することができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２に係る発明において、熱投入状態検知手段は、電力熱変換器からの熱投入量の変化による燃料電池熱媒体の温度変化速度と比べて、検知応答速度が速い。これにより、電力熱変換器からの熱投入により燃料電池熱媒体の温度に影響（温度の変動）が発生する前に、その熱投入を確実に検知することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて貯湯水循環手段のフィードバック制御を行い、これに加えて、熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環手段のフィードフォワード制御を行う。これにより、貯湯水循環手段の制御は、基本的には燃料電池熱媒体の温度をフィードバック制御し、熱投入の状態が変化してこれに起因して燃料電池熱媒体の温度が変化する際には、熱投入の状態変化によるフィードフォワード制御を加える。したがって、電力熱変換器からの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化がある場合、これらの状況に応じて貯湯水循環手段を適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項４に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量を算出し、熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量を算出し、そして、フィードバック操作量とフィードフォワード操作量とを加算した総操作量で貯湯水循環手段を制御するので、貯湯水循環手段の操作量を適切かつ的確に算出し、ひいては貯湯水循環手段を適切かつ的確に制御することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項５に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、電力熱変換器による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環手段の制御の変更に係る遅延要素を設定する。これにより、電力熱変換器からの熱投入の開始時または終了時に、その時点に貯湯水循環手段の制御をすぐに変更させるのではなく、所定の遅延時間をおいて貯湯水循環手段の制御を変更させたり、または所定の遅延方法において、貯湯水循環手段の制御を変更させたりすることができる。したがって、電気熱変換器からの熱投入から燃料電池熱媒体の温度変化までに時間のずれ（タイムラグ）が生じるが、これに起因して燃料電池熱媒体の急激な温度変化が生じた場合にも、貯湯水循環手段をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項５または請求項６に係る発明において、電力熱変換器による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれのフィードフォワード操作量の絶対値は異なる値に設定される。これにより、熱投入の開始時の燃料電池熱媒体温度の高くなる側のピークと、熱投入の終了時の低くなる側のピークとでピーク値に相違がある場合でも、それぞれに対してフィードフォワード操作量を適切に設定することが可能となり、貯湯水循環手段をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項６に係る発明において、電力熱変換器による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの遅延要素は異なるものに設定される。これにより、熱投入の開始時の燃料電池熱媒体温度の高くなる側のピークと、熱投入の終了時の低くなる側のピークにおいて、開始時から高くなる側のピークまで、および終了時から低くなる側のピークまでのタイムラグに相違がある場合でも、それぞれに対して遅延要素を適切に設定することが可能となり、貯湯水循環手段をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項５乃至請求項８の何れか一項に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量を減算して得た値をフィードフォワード操作量として算出する。これにより、熱投入量が変化しても、その変化に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項１乃至請求項９の何れか一項に係る発明において、燃料電池からの直流電力を変換して、系統電源および外部電力負荷に接続する電源ラインに供給する電力変換装置と、電力変換装置から系統電源への逆潮流を検知してその検知信号を電力変換装置に出力する逆潮流検知手段と、をさらに備え、電力変換装置は、逆潮流検知手段および熱投入制御手段を含み、逆潮流検知手段により逆潮流を検知した場合、熱投入制御手段により余剰電力を電力熱変換器へ供給開始する。これにより、電力変換装置のみで、逆潮流を検知するとともにその際の余剰電力を電力熱交換器を使用して熱投入することができるので、容易かつ早期に逆潮流を抑制することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項１１に係る発明においては、請求項１乃至請求項１０の何れか一項に係る発明において、貯湯水流量制御手段は、熱投入制御手段と通信手段を介して互いに通信可能であり、余剰電力を熱変換して燃料電池熱媒体循環回路に投入するときには、熱投入制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入状態を入力し、貯湯水流量制御手段に出力する。これにより、貯湯水流量制御手段は、熱投入状態検知手段によって検知された熱投入状態データを、熱投入制御手段から通信手段を介して入力することにより、前記熱投入状態をより早く検知することができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項１２に係る発明においては、請求項１乃至請求項１１の何れか一項に係る発明において、電力熱交換器は、燃料電池の暖機用としても使用されるので、燃料電池の暖機用の加熱手段を別に設けないで、すなわちシステムの大型化・高コスト化を招くことなく、逆潮流が発生したとき燃料電池の信頼性を高く維持することと燃料電池を暖機することを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は燃料電池システムの構成を示す構成ブロック図である。この燃料電池システムは、燃料電池１１、改質器１２、燃料電池熱媒体循環回路１３、貯湯槽１４、貯湯水循環回路１５、熱交換器１６、電力変換装置１７、燃料電池システム制御装置（以下、システム制御装置という。）１８、および通信ライン１９を備えている。
【００３１】
燃料電池１１は、燃料（例えば水素を含む改質ガス）および酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば４０Ｖ）を出力するものである。本実施の形態では、燃料電池１１は高分子電解質形を例に挙げて説明する。燃料電池１１は、発電した電力を外部電力負荷３３に供給するものである。例えば、燃料電池１１の最大出力電力は１０００Ｗであり、最低出力電力は３００Ｗである。
【００３２】
改質器１２は、原料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１１に供給するものであり、バーナ（燃焼部）、改質部、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）から構成されている。原料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがある。
【００３３】
バーナは、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池１１の燃料極からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部に導出するものである。
【００３４】
改質部は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部に導出される。
【００３５】
ＣＯシフト部は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部に導出される。
【００３６】
ＣＯ選択酸化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１１の燃料極に導出される。
【００３７】
燃料電池熱媒体循環回路１３は、燃料電池１１と熱交換する燃料電池熱媒体が循環するものである。貯湯槽１４は、貯湯水を貯水可能なものである。貯湯水循環回路１５は、貯湯槽１４に連通され貯湯水が循環するものである。熱交換器１６は、燃料電池熱媒体循環回路１３を循環する燃料電池熱媒体と貯湯水循環回路１５を循環する貯湯水とが熱交換するものである。燃料電池熱媒体循環回路１３および貯湯水循環回路１５は互いに独立して設けられている。
【００３８】
燃料電池熱媒体循環回路１３上には、燃料電池１１を起点に上流から下流に向かって順番に、第１温度センサ１３ａ、電気ヒータ１３ｂ、熱交換器１６、燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃ、および第２温度センサ１３ｄが配設されている。
【００３９】
第１および第２温度センサ１３ａ，１３ｄは、燃料電池熱媒体循環回路１３の燃料電池１１の出口温度Ｔ１および入口温度Ｔ２をそれぞれ検出するものであり、それら検出結果がシステム制御装置１８に入力されるようになっている。
【００４０】
電気ヒータ１３ｂは、電力変換装置１７から供給される電力量に従って制御されるものであり、供給された電力を熱に変換するものすなわち通電されて発熱する電力熱変換器である。電気ヒータ１３ｂは、燃料電池１１と熱交換器１６との間であって燃料電池１１の下流かつ熱交換器１６の上流に配設されていることが好ましい。電気ヒータ１３ｂは、逆潮流時には、燃料電池１１で発電された電力のうち余剰電力が通電されてその電力を熱に変換して燃料電池熱媒体を加熱するものである。また、電気ヒータ１３ｂは、燃料電池システムの起動時に燃料電池熱媒体（燃料電池１１本体）が所定温度以下の場合（燃料電池１１が暖機中である場合）には、通電されて燃料電池熱媒体の加熱ひいては燃料電池１１の暖機を行うものである。
【００４１】
燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃは、燃料電池熱媒体循環回路１３で燃料電池熱媒体を図示矢印方向へ循環させるものであり、システム制御装置１８によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。
【００４２】
貯湯槽１４は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽１４の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽１４に貯留された高温の温水が貯湯槽１４の柱状容器の上部から導出されるようになっている。
【００４３】
貯湯水循環回路１５の一端および他端は貯湯槽１４の下部および上部に接続されている。貯湯水循環回路１５上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ１５ａおよび熱交換器１６が配設されている。貯湯水循環ポンプ１５ａは、貯湯槽１４の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環回路１５を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽１４の上部に送出するものであり、システム制御装置１８によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。
【００４４】
上述した燃料電池１１、燃料電池熱媒体循環回路１３、貯湯槽１４、貯湯水循環回路１５、熱交換器１６から排熱回収システムが構成されている。この排熱回収システムにより、発電時においては基本的に、燃料電池１１の発電にて発生した排熱（熱エネルギー）は、まず燃料電池熱媒体に回収され、そして熱交換器１６を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。発電時において逆潮流が発生した場合には、燃料電池１１で発電された電力のうち余剰電力が電気ヒータ１３ｂに通電されてその電力を熱に変換して燃料電池熱媒体が加熱され、その熱は熱交換器１６を介して貯湯水に回収される。
【００４５】
電力変換装置１７は、燃料電池１１から出力される直流電力（直流電圧）を所定の交流電力（交流電圧）に変換して系統電源３１に接続されている電源ライン３２に出力（供給）する第１機能と、燃料電池１１からの発電電力の余剰分を内部負荷（例えば、電気ヒータ１３ｂ）に出力する（直流または交流にて）第２機能と、を有している。内部負荷とは、燃料電池システム内に設置され、電力が供給されてその電力を消費するものであり、電気ヒータ１３ｂの他にポンプや電磁弁（補機）がある。
【００４６】
電力交換装置１７は、系統電源３１の交流電力を直流電力に変換して燃料電池システム内の内部負荷に供給する機能を有していてもよい。内部負荷（電気ヒータ１３ｂおよび補機）の電力として、直流を使用する場合と交流を使用する場合がある。直流を使用する場合は、電力変換装置１７に、系統電源３１の交流電力を直流電力に変換して燃料電池システム内の内部負荷に供給する機能を持たせる。一方、交流を使用する場合は、電力変換装置１７に前記機能は必要ない。本実施の形態では、電気ヒータ１３ｂは交流電力を使用しており、補機は直流電力を使用している。したがって、本実施の形態では、電力変換装置１７は前記機能を有する。
【００４７】
電力変換装置１７は、燃料電池１１から電力変換装置１７に入力される発電電力を検知する電力センサ１７ａと、電力変換装置１７から電源ライン３２を介して外部電力負荷３３または系統電源３１に出力される電力、および系統電源３１から電源ライン３２を介して電力変換装置１７に入力される電力を検知する電力センサ１７ｂと、電力変換装置１７から電気ヒータ１３ｂに出力される電力を検知する電力センサ１７ｃと、上記第１および第２機能を実行するための制御装置である電力変換制御装置１７ｄと、を備えている。電力変換制御装置１７ｄには、各電力センサ１７ａ〜１７ｃが検知した検知結果が入力されている。
【００４８】
電力センサ１７ｃは、電気ヒータ１３ｂに出力される電力を検知することにより、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段である。この電力センサ１７ｃは、電気ヒータ１３ｂから燃料電池熱媒体への熱投入量の変化による燃料電池熱媒体の温度変化速度と比べて、検知応答速度が速いものである。
【００４９】
電力変換制御装置１７ｄには、電源ライン３２に設けられ系統電源３１に対する電力の入出力および電力量を検知する電力センサ３２ａが接続されており、その検知結果が電力変換制御装置１７ｄに入力されている。電力センサ３２ａは、電力変換装置１７から系統電源３１への逆潮流電力、および系統電源３１から電力変換装置１７への順潮流電力を検知してその検知信号を電力変換装置１７すなわち電力変換制御装置１７ｄに出力する逆潮流検出手段である。
【００５０】
電力変換制御装置１７ｄは、燃料電池１１が発電可能な状態において、電力センサ１７ｂにより検知される電力変換装置１７からの出力電力、および電力センサ３２ａにより検知される系統電源３１に入出する電力に基づいて外部電力負荷３３で消費される消費電力を算出する。例えば、電力変換装置１７からの出力電力と系統電源３１に入出する電力との和が消費電力として算出される。電力変換制御装置１７ｄは、その消費電力および燃料電池１１の発電電力をシステム制御装置１８に通信ライン１９を介して送信するようになっている。システム制御装置１８は、燃料電池１１の発電電力が、入力した消費電力となるように、改質器１２に供給する原料、水などの供給量を制御する。なお、消費電力が燃料電池１１の最大発電電力を超える場合には、燃料電池１１は最大発電電力で運転される。
【００５１】
電力変換制御装置１７ｄは、燃料電池１１が発電可能な状態において、燃料電池１１の発電電力が外部電力負荷３３に供給する負荷電力より大きいとき（すなわち逆潮流時）、その余剰電力を電気ヒータ１３ｂへ供給して燃料電池熱媒体循環回路への熱投入を行う。なおこのときの外部電力負荷３３に供給する負荷電力は、外部電力負荷３３が消費する消費電力である。この場合、電力変換制御装置１７ｄは、電気ヒータ１３ｂの制御権をシステム制御装置１８から移行されてシステム制御装置１８からの指示がなくても、独立して電気ヒータ１３ｂの制御を行うことができる。すなわち、電力変換制御装置１７ｄは、電力センサ３２ａからの検知信号により逆潮流の発生の有無を判断する。系統電源３１に向って電力が流れていることを電力センサ３２ａにより検知すると、電力変換制御装置１７ｄは、逆潮流の発生を検知する。例えば、燃料電池１１の出力電力の定格の５％すなわち本実施の形態では５０Ｗ（＝最大発電量１０００Ｗ×５％）以上の系統電源３１への流入を検出すると、逆潮流が発生したと検出する。
【００５２】
電力変換制御装置１７ｄは、逆潮流を検知すると、余剰電力を算出し、その余剰電力を電気ヒータ１３ｂに供給する。余剰電力の算出は、逆潮流が発生した時点から所定時間内（例えば、０．５秒以内）に行われることが望ましい。燃料電池１１からの余剰電力が系統電源３１へ逆潮流するのをできるだけ短時間に抑制するためである。余剰電力の算出は、例えば、所定の短時間毎に行われており、逆潮流の検出直前の電力（電力センサ３２ａの検出電力）から直後の電力を減じて算出すればよい。このとき、検出直前所定時間（逆潮流を検出して時点以前の所定時間）の電力（電力センサ３２ａの検出電力）の平均値を検出直前の電力としてもよく、検出直後所定時間の電力（電力センサ３２ａの検出電力）の平均値を検出直後の電力としてもよい。
【００５３】
なお、電力変換制御装置１７ｄによる電気ヒータ１３ｂの制御内容は、システム制御装置１８に通信ライン１９を介して通知されている。制御内容は、電気ヒータ１３ｂの起動・停止、供給電力量などである。
【００５４】
システム制御装置１８は、燃料電池システムの全体的な制御を、電力変換制御装置１７ｄと協調して行うものである。システム制御装置１８は、上述したように、燃料電池１１の発電電力が外部電力負荷３３の消費電力となるように、上記燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃ、貯湯水循環ポンプ１５ａや、改質器１２に原料、水などを供給するためのポンプ、電磁弁（図示省略）を直接制御する。
【００５５】
システム制御装置１８は、燃料電池熱媒体（燃料電池１１）の温度Ｔ１，Ｔ２を入力し、両温度差が所定温度差内に収まるように燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃを制御し、温度Ｔ１（または温度Ｔ２）が所定温度となるように（または所定温度範囲に収まるように）貯湯水循環ポンプ１５ａを制御する。
【００５６】
システム制御装置１８は、システム起動時や、燃料電池１１の発電状態であって逆潮流状態でない状態において、電気ヒータ１３ｂの制御権がシステム制御装置１８に移行されて、電気ヒータ１３ｂの制御を通信ライン１９を介して電力変換制御装置１７ｄに指示する。そのシステム制御装置１８からの指示によって電力変換制御装置１７ｄが電気ヒータ１３ｂの制御を行う。
【００５７】
通信ライン１９は、電力変換制御装置１７ｄ（図示しない電力変換制御装置１７ｄ内のマイクロプロセッサ）とシステム制御装置１８のマイクロプロセッサ１８ａとを互いに通信可能に電気的に接続するものである。
【００５８】
システム制御装置１８のマイクロプロセッサ１８ａは、図２に示すように、第１および第２制御部２１，２２を備えている。
【００５９】
第１制御部２１は、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａのフィードバック制御を行うものである。第１制御部２１は、減算器２１ａ、制御器２１ｂ、加算器２１ｃおよび上下限処理器２１ｄを備えている。
【００６０】
減算器２１ａは、燃料電池熱媒体の検出温度として燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を温度センサ１３ｄから入力し、燃料電池熱媒体の目標温度として燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２の目標温度Ｔ２ｔａを入力し、入口温度Ｔ２から目標温度Ｔ２ｔａを減算してそれら入力した両温度の偏差ｅ（＝Ｔ２ｔａ−Ｔ２）を算出する。目標温度Ｔ２ｔａは、出力電力によりマップにて定義する。
【００６１】
制御器２１ｂは、フィードバック制御を行う制御器である。制御器２１ｂは、減算器２１ａで算出した偏差ｅを入力し、その偏差ｅに基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａの回転数（ポンプの吐出量（流量））である操作量を算出する。この場合、貯湯水循環ポンプ１５ａがＰＷＭ制御されていれば、操作量はＰＷＭ制御のデューティ比（Ｄｕｔｙ）である。
【００６２】
本実施の形態では、制御器２１ｂは、ＰＩＤ制御（速度形）を行うものである。制御器２１ｂは、偏差ｅに比例した出力値を出力する比例動作器、偏差ｅの時間積分に比例した出力値を出力する積分動作器、および偏差ｅの時間変化率に比例した出力値を出力する微分動作器（それぞれ図示省略）を有している。制御器２１ｂは、比例動作器、積分動作器および微分動作器による各出力値を加算した値を、貯湯水循環ポンプ１５ａのフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａとして算出する。このように、制御器２１ｂは、燃料電池熱媒体の検出温度と燃料電池熱媒体の目標温度とに基づいてフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａを算出するものである。
【００６３】
なお、制御器２１ｂでは、ＰＩＤ制御の代わりに、Ｐ制御（比例動作器の機能のみ作用する。）を行うようにしてもよく、またＰＩ制御（比例動作器および積分動作器の機能のみ作用する。）を行うようにしてもよい。いずれもフィードバック操作量を算出するものである。
【００６４】
加算器２１ｃは、制御器２１ｂから入力したフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａと、第２制御部２２から入力したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（後述する）とを加算するものである。この加算値（＝Ｄｕｔｙ＿Ａ＋Ｄｕｔｙ＿Ｂ）が貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量（総操作量）Ｄｕｔｙである。
【００６５】
上下限処理器２１ｄは、加算器２１ｃから入力した加算値を上下限処理して出力するものである。なお、上下限処理は、加算値が所定の上限値（例えば１００％）以上となった場合には入力した値を上限値に変更設定し、所定の下限値（例えば０％）以下となった場合には入力した値を下限値に変更設定し、加算値がそれら上下限値内である場合にはそのまま出力する処理のことである。
【００６６】
第２制御部２２は、燃料電池熱媒体への電気ヒータ１３ｂによる熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａのフィードフォワード制御を行うためのものである。第２制御部２２は、第１演算器２２ａおよび第２演算器２２ｂを備えている。
【００６７】
第１演算器２２ａは、燃料電池熱媒体への電気ヒータ１３ｂによる熱投入量（熱投入電力量）を入力し、その投入電力に基づいてフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。具体的には、第１演算器２２ａは、図３に示すフローチャートに沿ってフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。第１演算器２２ａは、所定の短時間毎に（例えば、５００ｍｓｅｃ）図３に示すフローチャートを繰り返し実行する。
【００６８】
第１演算器２２ａは、ステップ１０２において、ヒータ投入電力値（電力変換装置１７から電気ヒータ１３ｂへ投入された電力値）を電力変換装置１７から入力し（例えば、数百ｍｓｅｃの通信速度で入力する。）、そのヒータ投入電力値を投入電力の今回値として記憶するとともに、前回の処理時に記憶しておいた投入電力の前回値を記憶装置から読み込む。そして、第１演算器２２ａは、ステップ１０４において、投入電力の今回値と前回値を比較する。なお、記憶装置は、マイクロコンピュータ１８ａに内蔵されていたり、マイクロコンピュータ１８ａとは別にシステム制御装置１８に内蔵されていたりする。
【００６９】
投入電力の今回値と前回値が同じである場合（熱投入量が変化しない場合）、第１演算器２２ａは、ステップ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、フィードフォワード操作量は０％であると算出し（ステップ１０６）、投入電力の今回値を前回値として記憶装置に記憶した後（ステップ１０８）、本演算を一旦終了する（ステップ１１０）。なお、図面では「フィードフォワード」、「フィードバック」をそれぞれ「ＦＦ」、「ＦＢ」と省略する場合がある。
【００７０】
投入電力の今回値と前回値が異なる場合（熱投入量が変化した場合）であって、今回値が前回値より大きい場合（すなわち、逆潮流が増大する場合）、第１演算器２２ａは、今回以前に第２演算器２２ｂにより算出された遅れ要素を初期化（ステップ１１２）した後で、ステップ１１４にて「ＹＥＳ」と判定し、投入電力（熱投入量）の増大量に応じたフィードフォワード操作量を算出する（ステップ１１６）。このときのフィードフォワード操作量は、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を増大させるものである。
【００７１】
第１演算器２２ａは、ステップ１１６において、具体的には次のとおりの処理を行う。第１演算器２２ａは、投入電力の今回値と図４に示すマップとから投入電力の今回値に相当するフィードフォワード操作量（貯湯水循環ポンプ１５ａのデューティ比）である今回値＿ｄｕｔｙを算出する。さらに、投入電力の前回値と図４に示すマップとから投入電力の前回値に相当するフィードフォワード操作量である前回値＿ｄｕｔｙを算出する。そして、今回値＿ｄｕｔｙから前回値＿ｄｕｔｙを減算してフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。算出したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは正の値である。
【００７２】
今回値＿ｄｕｔｙは、熱投入量が変化したときの変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量であり、前回値＿ｄｕｔｙは、熱投入量が変化したときの変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量である。
【００７３】
例えば、投入電力が０Ｗから１０００Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する１０％であり、前回値＿ｄｕｔｙは０Ｗに相当する０％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは１０％（＝１０％−０％）となる。また、投入電力が５００Ｗから１０００Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する１０％であり、前回値＿ｄｕｔｙは５００Ｗに相当する４％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは６％（＝１０％−４％）となる。
【００７４】
図４に示すマップは、ヒータ投入電力（Ｗ）とフィードフォワード操作量（デューティ比：％）との関係を示すものである。このマップは、投入電力が増大変化する場合に使用する第１関係ｆ１と投入電力が減少変化する場合に使用する第２関係ｆ２を有している。第１関係ｆ１は、投入電力が大きくなるにしたがってデューティ比が大きくなる関係を有している。このとき、デューティ比は０％および正の値を取る。本実施の形態では、０〜２５０Ｗにおいてはデューティ比は０％であり、２５０Ｗ〜１０００Ｗにおいてはデューティ比は０％から１０％まで正比例に大きくなっている（必ずしも、２５０〜１０００Wの領域において正比例である必要はない）。ここでは最大出力電力が１０００Wであるため、仮に１０００Wを４等分して制御量を決めている。５００Ｗではデューティ比は４％（ｄｕｔｙ１）であり、７５０Ｗではデューティ比は７％（ｄｕｔｙ２）であり、１０００Ｗではデューティ比は１０％（ｄｕｔｙ３）である。
【００７５】
第２関係ｆ２は、投入電力が大きくなるにしたがってデューティ比が小さくなる関係を有している。このとき、デューティ比は０％および負の値を取る。この第２関係ｆ２は、上述した第１関係ｆ１に対して正負の違いがあるものの、投入電力が同一の場合、同一のデューティ比である。すなわち、ｆ１（ｘ）の絶対値とｆ２（ｘ）の絶対値は等しい関係にある。ｘは任意の投入電力である。本実施の形態では、０〜２５０Ｗにおいてはデューティ比は０％であり、２５０Ｗ〜１０００Ｗにおいてはデューティ比は０％から−１０％まで逆比例に小さくなっている。５００Ｗではデューティ比は−４％（ｄｕｔｙ４）であり、７５０Ｗではデューティ比は−７％（ｄｕｔｙ５）であり、１０００Ｗではデューティ比は−１０％（ｄｕｔｙ６）である。
【００７６】
マップの第１関係ｆ１の算出は、燃料電池システムの実機を使用する。変化量を変えてヒータ投入電力を変化させて、変化量毎に燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が所定温度または所定の温度範囲となるような貯湯水循環ポンプ１５ａのデューティ比を実験で求め、変化量とデューティ比との関係から第１関係ｆ１を算出する。変化量を変える場合とは、例えば０Ｗから２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗにそれぞれ変える場合である。第２関係ｆ２も第１関係ｆ１と同様に算出する。
【００７７】
投入電力の今回値と前回値が異なる場合（熱投入量が変化した場合）であって、今回値が前回値より小さい場合（すなわち、逆潮流が減少する場合）、第１演算器２２ａは、上述と同様に遅れ要素を初期化（ステップ１１２）した後で、ステップ１１４，１１８にてそれぞれ「ＮＯ」，「ＹＥＳ」と判定し、投入電力（熱投入量）の減少量に応じたフィードフォワード操作量を算出する（ステップ１２０）。このときのフィードフォワード操作量は、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を減少させるものである。
【００７８】
第１演算器２２ａは、ステップ１２０において、上述したステップ１１６と同様な処理を行う。第１演算器２２ａは、投入電力の今回値と図４に示すマップとから今回値＿ｄｕｔｙを算出し、投入電力の前回値と図４に示すマップとから前回値＿ｄｕｔｙを算出し、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出する。算出したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは負の値である。
【００７９】
例えば、投入電力が１０００Ｗから０Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは０Ｗに相当する０％であり、前回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する−１０％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは−１０％（＝−１０％−０％）となる。また、投入電力が１０００Ｗから５００Ｗに変化した際には、今回値＿ｄｕｔｙは５００Ｗに相当する−４％であり、前回値＿ｄｕｔｙは１０００Ｗに相当する−１０％であるので、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは−６％（＝−１０％−（−４％））となる。
【００８０】
なお、第１演算器２２ａは、ステップ１１６、１２０の各処理後は、投入電力の今回値を前回値として記憶装置に記憶するとともに、今回値＿ｄｕｔｙを前回値＿ｄｕｔｙとして記憶した後（ステップ１０８）、本演算を一旦終了する（ステップ１１０）。
【００８１】
第２演算器２２ｂは、フィードフォワード制御を遅延させる遅延処理を行うもの（遅延処理器）であり、本実施の形態では、第１演算器２２ａから入力したフィードフォワード操作量を、熱投入が開始（または終了）された時点から遅延時間だけ遅らせて加算器２１ｃに出力するものである。すなわち、この遅延処理は、入力した信号（値）を遅延時間だけ遅らせて入力信号をそのままの値で出力する処理（すなわちステップ状に変化させる処理）である。例えば、本実施の形態では、熱投入開始時の遅延時間を１８秒に設定しており、熱投入が開始された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは出力を抑制され（フィードバック制御のみが実行され）、遅延時間経過した時点に、熱投入が開始された時点に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（正の値）が出力される。このとき、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うこととなる。
【００８２】
熱投入が終了された際も、開始時と同様な処理が行われる。熱投入終了時の遅延時間を２０秒に設定しており、熱投入が終了された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂは出力を抑制され、遅延時間経過した時点に、熱投入が終了された時点に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（負の値）が出力される。
【００８３】
このように、電気ヒータ１３ｂによる熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量（吐出量（回転数）、流量）の変更に係る遅延要素である遅延時間を設定することになる。
【００８４】
次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。燃料電池１１が最大発電量である１０００Ｗで発電中（例えば、外部電力負荷３３の消費電力に追従して発電するのではなく、予め設定された運転計画に沿って発電する場合）において、時刻ｔ１にて外部電力負荷３３での消費電力が０Ｗとなった場合、時刻ｔ１（例えば図５に示す時刻ｔ１）にて逆潮流（１０００Ｗ）が発生する。このとき、電力変換制御装置１７ｄは電力センサ３２ａにより逆潮流の発生を検出する。
【００８５】
電力変換制御装置１７ｄは、逆潮流の発生を検出すると、余剰電力を算出し、その余剰電力を電気ヒータ１３ｂに供給する。本ケースでは、逆潮流の検知直前の電力センサ３２ａによる検出値が０Ｗであり、逆潮流の検知直後の電力センサ３２ａによる検出値（すなわち逆潮流電力）が１０００Ｗであるので、電力変換制御装置１７ｄは、余剰電力を１０００Ｗとして算出する。そして、電力変換制御装置１７ｄは、算出した余剰電力を電気ヒータ１３ｂに供給する。このとき、電力変換制御装置１７ｄは、電気ヒータ１３ｂに出力されている電力を電力センサ１７ｃによって検知し、先に算出した余剰電力となるように電気ヒータ１３ｂへの電力を調整している。このように、時刻ｔ１にて逆潮流が検出されると、同時に（0.5sec以内に）余剰電力が電気ヒータ１３ｂに投入されるようになっている。
【００８６】
一方、燃料電池熱媒体循環回路１３においては、燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃによって燃料電池熱媒体が図１に示す矢印の向きに循環している。燃料電池１１の発電中においては、その発電に伴って発生する熱が燃料電池熱媒体に回収され、その回収された熱が熱交換器１６を介して貯湯水に回収される。このとき、システム制御装置１８は、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が目標温度（例えば６５．５℃）または目標温度範囲内（６５．５±２℃）となるように、貯湯水循環ポンプ１５ａの循環流量を調整している（第１制御部２１）。
【００８７】
このとき、最初に、上述した第２制御部２２によるフィードフォワード制御が行われない場合について、図５を参照して説明する。図５では、電気ヒータへの余剰電力の供給量をｇ１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ３およびｇ４でそれぞれ示している。
【００８８】
電気ヒータ１３ｂに熱投入が開始されると（時刻ｔ１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して強制的な熱投入が開始される。この熱投入により発生した熱は、循環する燃料電池熱媒体に回収され、その結果燃料電池熱媒体の温度は上昇し始める。詳細には、燃料電池熱媒体の温度の立上りは、熱投入開始時点（時刻ｔ１）より遅れている。これは次の理由による。熱投入開始時点以降であって、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体が温度センサ１３ｄを通り過ぎるまでの間においては、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体は電気ヒータ１３ｂによって加熱されていないからである。
【００８９】
電気ヒータ１３ｂによって加熱された燃料電池熱媒体が最初に温度センサ１３ｄに到達すると（時刻ｔ２）、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が上昇し始める。すなわち、入口温度Ｔ２が熱投入開始時点から遅れて立ち上がる。
【００９０】
時刻ｔ２以降では、第１制御部２１のフィードバック制御によって貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数）が制御される。しかし、このフィードバック制御は、検出された燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２と目標温度との偏差に基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量を制御するものである。このため、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂの起動（オン）から遅れて立ち上がり（時刻ｔ２）正のピーク値（６８．２℃；許容温度範囲の上限値（６７．５℃）より０．７℃高い温度である。）を取り（時刻ｔ３）その後負のピーク値を取って（時刻ｔ４）目標温度に収束する。なお、ピーク値の正負は、目標温度より大きい場合が正であり、小さい場合が負である。
【００９１】
これは次の理由による。第１制御部２１のフィードバック制御の特性により、偏差（計測温度Ｔ２−目標温度）が正である場合には、操作量Ｄｕｔｙは所定の第1操作量から増大する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは増大の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると増大の変化率は小さくなっている。また、偏差が負である場合には、操作量Ｄｕｔｙは減少する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは減少の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると減少の変化率は小さくなっている。さらに、偏差が０である場合には、操作量Ｄｕｔｙは変化しないで、所定の第２操作量（所定の第１操作量から２２％加算された値）に維持される。
【００９２】
このように、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量は、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２の検出結果に基づいてフィードバック制御されているので、入口温度Ｔ２が電気ヒータ１３ｂによる熱投入により温度上昇をして始めて貯湯水循環ポンプ１５ａの制御が開始される。貯湯水循環ポンプ１５ａの立ち上がりは、入口温度Ｔ２が電気ヒータ１３ｂによる熱投入により温度上昇を開始すること、すなわち、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの経路長および燃料電池熱媒体の流量（燃料電池熱媒体循環ポンプ１３ｃの吐出量）によって決定される。本実施の形態では、電気ヒータ１３ｂをオンした時点（時刻ｔ１）から貯湯水循環ポンプ１５ａの立ち上がる時点までにかかる時間は、約３０秒である。
【００９３】
電気ヒータ１３ｂによる熱投入が開始された場合、電気ヒータ１３ｂのオンから遅れて時刻ｔ３に発生する燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値と電気ヒータ１３ｂの投入熱量との関係ｆ３を図６に示す。関係ｆ３によれば、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値は、電気ヒータ１３ｂから投入される熱量が大きいほど大きい値をとることになる。図６において、横軸は電気ヒータ１３ｂからの投入熱量（Ｗ）を示し、縦軸は燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２を目標温度に対する温度差（ΔＴ℃）で示している。
【００９４】
図６に示すように、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える場合がある。すなわち、熱投入量が約６５０Ｗ以上である場合（例えば熱投入量が７５０、１０００Ｗの場合）には、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える。この場合、燃料電池１１の信頼性が低下するおそれがある。これは以下の理由による。許容温度範囲は燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２の目標温度（本実施の形態では６５．５℃）に対して±所定温度（本実施の形態では２℃）の範囲内となるように設定されている。この許容温度範囲は、燃料電池１１が効率よく発電して高い信頼性を維持して発電する温度（６５．５±２℃）に設定されている。
【００９５】
その後、外部電力負荷３３での電力消費が始まるなどして逆潮流が終了し、電気ヒータ１３ｂに余剰電力供給が終了されると（時刻ｔ１１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して熱投入が終了される。本ケースにおいては、熱投入開始から１０分後に終了されるとする。この熱投入の終了により、燃料電池熱媒体に熱が投入されなくなり、その結果燃料電池熱媒体の温度は下降し始める。詳細には、燃料電池熱媒体の温度の立上りは、熱投入終了時点（時刻ｔ１１）より遅れている。これは次の理由による。熱投入終了時点以降であって、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体が温度センサ１３ｄを通り過ぎるまでの間においては、電気ヒータ１３ｂから温度センサ１３ｄまでの燃料電池熱媒体は電気ヒータ１３ｂによって加熱されているからである。
【００９６】
電気ヒータ１３ｂによって加熱されなくなった燃料電池熱媒体（電気ヒータ１３ｂのオフ時に電気ヒータ１３ｂの直上流位置にあった燃料電池熱媒体）が最初に温度センサ１３ｄに到達すると（時刻ｔ１２）、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２が下降し始める。すなわち、入口温度Ｔ２が熱投入終了時点から遅れて立ち下がる。
【００９７】
時刻ｔ１２以降でも、第１制御部２１のフィードバック制御によって貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数）が制御される。しかし、このフィードバック制御は、検出された燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２と目標温度との偏差に基づいて貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量を制御するものである。このため、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂの非通電（オフ）から遅れて立ち下がり（時刻ｔ１２）負のピーク値（６３．３℃；許容温度範囲の下限値（６３．５℃）より０．２℃低い温度である。）を取り（時刻ｔ１３）その後正のピーク値を取って（時刻ｔ１４）目標温度に収束する。
【００９８】
これは次の理由による。第１制御部２１のフィードバック制御の特性により、偏差（計測温度Ｔ２−目標温度）が負である場合には、操作量Ｄｕｔｙは上記所定の第２操作量から減少する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは減少の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると減少の変化率は小さくなっている。また、偏差が正である場合には、操作量Ｄｕｔｙは増大する。この場合、偏差がピーク値に達するまでは増大の変化率は大きくなっているが、ピーク値を超えると増大の変化率は小さくなっている。さらに、偏差が０である場合には、操作量Ｄｕｔｙは変化しないで、上記所定の第１操作量に維持される。
【００９９】
電気ヒータ１３ｂによる熱投入が終了された場合、電気ヒータ１３ｂのオフから遅れて時刻ｔ１３に発生する燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値と電気ヒータ１３ｂの投入熱量との関係ｆ４を図６に示す。関係ｆ４によれば、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値は、電気ヒータ１３ｂから投入されていた熱量が大きいほど大きい値をとることになる。
【０１００】
図６に示すように、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える場合がある。すなわち、熱投入量が約９００Ｗ以上である場合（例えば熱投入量が１０００Ｗの場合）には、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２のピーク値が、燃料電池熱媒体の許容温度範囲を超える。この場合、燃料電池１１の信頼性が低下するおそれがある。
【０１０１】
次に、上述した第２制御部２２によるフィードフォワード制御も行われる場合について、図７を参照して説明する。図７では、電気ヒータへの余剰電力の供給量をｇ１１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ１２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ１３およびｇ１４でそれぞれ示している。
【０１０２】
電気ヒータ１３ｂに熱投入が開始されると（時刻ｔ２１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して強制的な熱投入が開始されることは、上述したとおりである。ところで、電力変換制御装置１７ｄにより電気ヒータ１３ｂに熱投入が開始されると（時刻ｔ２１）、電力変換制御装置１７ｄは電気ヒータ１３ｂに熱投入を開始した制御内容（熱投入の開始・その熱投入量（供給電力量））が通信ライン１９を介してシステム制御装置１８に通知する。これにより、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂへの供給電力量すなわち熱投入量（熱投入電力量）を認識することができる。本実施の形態では、時刻ｔ２１にて、投入電力量が０Ｗから１０００Ｗに増大することを認識する。
【０１０３】
システム制御装置１８は、この投入電力量の増大を認識すると、第２制御部２２の第１演算器２２ａによって投入電力の変化量に基づいてフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出するとともに、第２演算器２２ｂによって遅延処理を実行する。
【０１０４】
本実施の形態では、熱投入（投入電力量の０Ｗから１０００Ｗへの増大）を認識した時点（時刻ｔ２１）の貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を例えば２０％とする。この操作量は、フィードフォワード操作量を含んでいないフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａのみを含むものである。
【０１０５】
投入電力量は０Ｗから１０００Ｗに増大しているので、第１演算器２２ａは、図４に示す第１関係ｆ１を使用してフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂが１０％（＝１０％−０％）であることを算出する。さらに、第２演算器２２ｂは、熱投入開始時の遅延時間を１８秒に設定しており、熱投入が開始された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂの出力を抑制する（フィードバック制御のみが実行される）。すなわち、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２に変動がなければ、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は２０％のままである。
【０１０６】
そして、遅延時間経過した時点（時刻ｔ２２）に、熱投入が開始された時点（時刻ｔ２１）に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（正の値）が出力される。このとき、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うこととなる。すなわち、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、熱投入開始直前のフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａである２０％に、先に算出して記憶しておいたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂである１０％を加算した値（３０％）である。これにより、システム制御装置１８は、遅延時間経過した時点（時刻ｔ２２）に貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を３０％に強制的に切り替える。
【０１０７】
そして、その切り替え後、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化がある場合を除き、フィードフォワード制御を行うことなく、フィードバック制御のみを実行する。換言すると、システム制御装置１８は、切り替え後、フィードバック制御のみを実行しているが、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化があると、変化があったときにはその時点から遅延時間経過時点のみにフィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を実行する。
本実施の形態では、前述した切り替え後、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、フィードバック制御により所定の第３操作量（例えば３３％）に収束される。
【０１０８】
このように、電気ヒータ１３ｂのオン時点（時刻ｔ２１）から遅延時間を経過した時点（時刻ｔ２２）にて、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を、フィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａにフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを加えて得た値に切り替える。これにより、電気ヒータ１３ｂの投入熱による燃料電池熱媒体の温度の挙動より先行して貯湯水循環ポンプ１５ａを制御することができる。すなわち、電気ヒータ１３ｂの熱投入開始による燃料電池熱媒体の急激な温度上昇を、加算したフィードフォワード操作量に相当する貯湯水の循環流量の増量でできるだけ回収することができる。これにより、燃料電池熱媒体の最初の温度変化を小さく抑制することができる。したがって、その切り替え後のフィードバック制御において、燃料電池熱媒体の温度変化が小さいのでフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａも小さく抑制できる。その結果、燃料電池熱媒体の温度、ひいては燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を上述した許容温度範囲内に収めることができ、燃料電池１１の信頼性を低下させることなく高く維持することができる。なお、本実施の形態では、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂの起動（オン）から遅れて立ち上がり（時刻ｔ２２）正のピーク値（６６．３℃；許容温度範囲の上限値（６７．５℃）より１．２℃低い温度である。）を取りその後目標温度に収束する。
【０１０９】
なお、遅延時間は、実験で得たデータまたはシミュレーションにより決定することができる。遅延時間は、フィードフォワード制御の効果を十分発揮させることにより、電気ヒータ１３ｂからの熱投入による燃料電池熱媒体の温度の変動をできるだけ抑制するように設定されている。遅延時間が短いと、貯湯水循環ポンプ１５ａによる流量の増大または減少の開始が早くなり、フィードフォワード制御の効果を十分に得ることができない。また、遅延時間が長いと、貯湯水循環ポンプ１５ａによる流量の増大または減少の開始が早くなり、フィードバック制御による影響が発生し燃料電池熱媒体の温度の変動が大きくなってしまい、フィードフォワード制御の効果を十分に得ることができない。
【０１１０】
その後、外部電力負荷３３での電力消費が始まるなどして逆潮流が終了し、電気ヒータ１３ｂへの余剰電力供給が終了されると（時刻ｔ３１）、燃料電池熱媒体循環経路１３に対して熱投入が終了される。本ケースにおいては、熱投入開始から１０分後に終了されるとする。この熱投入の終了により、燃料電池熱媒体に熱が投入されなくなり、その結果燃料電池熱媒体の温度は下降し始める。
【０１１１】
ところで、電力変換制御装置１７ｄにより電気ヒータ１３ｂへの熱投入が終了されると（時刻ｔ３１）、電力変換制御装置１７ｄは電気ヒータ１３ｂに熱投入を終了した制御内容（熱投入の終了・終了前後の熱投入量（供給電力量））が通信ライン１９を介してシステム制御装置１８に通知する。これにより、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂへの供給電力量すなわち熱投入量（熱投入電力量）を認識することができる。本実施の形態では、時刻ｔ３１にて、投入電力量が１０００Ｗから０Ｗに減少することを認識する。
【０１１２】
システム制御装置１８は、この投入電力量の減少（熱投入の終了）を認識すると、第２制御部２２の第１演算器２２ａによって投入電力の変化量に基づいてフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出するとともに、第２演算器２２ｂによって遅延処理を実行する。
【０１１３】
本実施の形態では、熱投入（投入電力量の１０００Ｗから０Ｗへの減少）を認識した時点（時刻ｔ３１）の貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は上述したように例えば３３％である。この操作量は、フィードフォワード操作量を含んでいないフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａのみを含むものである。
【０１１４】
投入電力量は１０００Ｗから０Ｗに減少しているので、第１演算器２２ａは、図４に示す第２関係ｆ２を使用してフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂが−１０％（＝−１０％−０％）であることを算出する。さらに、第２演算器２２ｂは、熱投入開始時の遅延時間を２０秒に設定しており、熱投入が終了された時点から遅延時間が経過するまではフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂの出力を抑制する（フィードバック制御のみが実行される）。すなわち、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２に変動がなければ、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は３３％のままである。
【０１１５】
そして、遅延時間経過した時点（時刻ｔ３２）に、熱投入が終了された時点（時刻ｔ３１）に第１演算器２２ａで演算されたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（負の値）が出力される。このとき、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うこととなる。すなわち、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、熱投入終了直前のフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａである３３％に、先に算出して記憶しておいたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂである−１０％を加算した値（２３％）である。これにより、システム制御装置１８は、遅延時間経過した時点（時刻ｔ３２）に貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を２３％に強制的に切り替える。
【０１１６】
そして、その切り替え後、システム制御装置１８は、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化がある場合を除き、フィードフォワード制御を行うことなく、フィードバック制御のみを実行する。換言すると、システム制御装置１８は、切り替え後、フィードバック制御のみを実行しているが、電気ヒータ１３ｂによる熱投入量に変化があると、変化があったときにはその時点から遅延時間経過時点のみにフィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を実行する。
本実施の形態では、前述した切り替え後、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量は、フィードバック制御により所定の第４操作量（例えば２３％）に収束される。
【０１１７】
このように、電気ヒータ１３ｂのオフ時点（時刻ｔ３１）から遅延時間を経過した時点（時刻ｔ３２）にて、貯湯水循環ポンプ１５ａの操作量を、フィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａにフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを加えて得た値に切り替える。これにより、電気ヒータ１３ｂの投入熱による燃料電池熱媒体の温度の挙動より先行して貯湯水循環ポンプ１５ａを制御することができる。すなわち、電気ヒータ１３ｂの熱投入終了により燃料電池熱媒体が温度下降しても、算出した（加算した）フィードフォワード操作量に相当する貯湯水の循環流量で、必要以上に燃料電池熱媒体から貯湯水へ熱を回収しないようにすることができる。これにより、燃料電池熱媒体の最初の温度変化を小さく抑制することができる。したがって、その切り替え後のフィードバック制御において、燃料電池熱媒体の温度変化が小さいのでフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａも小さく抑制できる。その結果、燃料電池熱媒体の温度、ひいては燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を上述した許容温度範囲内に収めることができ、燃料電池１１の信頼性を低下させることなく高く維持することができる。なお、本実施の形態では、燃料電池熱媒体の入口温度Ｔ２は、電気ヒータ１３ｂのオフから遅れて立ち下がり（時刻ｔ３２）負のピーク値（６４．２℃；許容温度範囲の下限値（６３．５℃）より０．８℃高い温度である。）を取りその後目標温度に収束する。
【０１１８】
また、燃料電池１１の最大発電量である１０００Ｗの発電電力全てが逆潮流分として電気ヒータ１３ｂに投入された場合、燃料電池１１の入口温度Ｔ２の温度変動は許容範囲内に抑制される。そして、燃料電池１１の信頼性を高く維持することができる。したがって、０Ｗから１０００Ｗに最大変化量にて変化した場合でさえ、温度変動を許容範囲内に収めることができるので、変化量が最大変化量より小さい場合でも、温度変動を許容範囲内に収めることができる。
【０１１９】
さらに、電気ヒータ１３ｂにより投入される熱量を段階的に増大する場合における燃料電池システムの動作について図８を参照して説明する。図８では、電気ヒータ１３ｂへの余剰電力の供給量をｇ２１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ２２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ２３およびｇ２４でそれぞれ示している。
【０１２０】
この場合、燃料電池１１は運転計画に従い最低出力３００Wから最高出力１０００Ｗへ出力を上昇させる過渡期において、実際の外部電力負荷３３での消費電力が低い場合、電気ヒータ１３ｂでの消費電力は増加していく（例えば、段階的に２５０W、５００W、７５０W、１０００W）。時刻ｔ４１に電気ヒータ１３ｂへの投入電力が０Ｗから２５０Ｗになり、時刻ｔ４２に投入電力が２５０Ｗから５００Ｗになり、時刻ｔ４３に投入電力が５００Ｗから７５０Ｗになり、時刻ｔ４４に投入電力が７５０Ｗから１０００Ｗになっている。なお、時刻ｔ４１から時刻ｔ４５の間に燃料電池出力を最低出力３００Ｗから最高出力１０００Ｗに上昇させている。換言すると、時刻ｔ４１から出力上昇が開始し、時刻４５に出力上昇が終了する。
【０１２１】
この場合においても、各時刻ｔ４１〜４４において投入電力が増大しても、図４に示す第１関係ｆ１からその増大量に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。その算出したフィードフォワード操作量とこれと並行して算出されるフィードバック操作量とから総操作量を適切に算出することができる。そして、その総操作量で貯湯水循環ポンプ１５ａを制御するので、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を許容温度範囲内に制御することができる。
【０１２２】
さらに、電気ヒータ１３ｂにより投入される熱量を段階的に減少させた場合における燃料電池システムの動作について図９を参照して説明する。図９は、電気ヒータへの余剰電力の供給量をｇ３１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ３２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ３３およびｇ３４でそれぞれ示している。
【０１２３】
この場合、燃料電池１１は運転計画に従い最高出力１０００Ｗから最低出力３００Wへ出力を低下させる過渡期において、実際の外部電力負荷３３での消費電力が低い場合、電気ヒータ１３ｂでの消費電力は低下していく（例えば、段階的に１０００W、７５０W、５００W、２５０W）。時刻ｔ５１に電気ヒータ１３ｂへの投入電力が１０００Ｗから７５０Ｗになり、時刻ｔ５２に投入電力が７５０Ｗから５００Ｗになり、時刻ｔ５３に投入電力が５００Ｗから２５０Ｗになり、時刻ｔ５４に投入電力が２５０Ｗから０Ｗになっている。なお、時刻ｔ５０から時刻ｔ５５の間に燃料電池出力を最低出力１０００Ｗから最高出力３００Ｗに低下させている。換言すると、時刻ｔ５０から出力低下が開始し、時刻５５に出力低下が終了する。
【０１２４】
この場合においても、各時刻ｔ５１〜５４において投入電力が減少しても、図４に示す第２関係ｆ２からその減少量に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。その算出したフィードフォワード操作量とこれと並行して算出されるフィードバック操作量とから総操作量を適切に算出することができる。そして、その総操作量で貯湯水循環ポンプ１５ａを制御するので、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を許容温度範囲内に制御することができる。
【０１２５】
さらに、電気ヒータ１３ｂにより投入される熱量を段階的に増大させて減少させた場合における燃料電池システムの動作について図１０を参照して説明する。図１０では、電気ヒータへの余剰電力の供給量をｇ４１で示し、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数；Ｄｕｔｙ）をｇ４２で示し、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２および出口温度Ｔ１をｇ４３およびｇ４４でそれぞれ示している。
【０１２６】
この場合、燃料電池１１は１０００Ｗを定常に発電し、外部電力負荷３３での消費電力を１０００Ｗ以上から、段階的に７５０Ｗ、５００Ｗ、２５０Ｗ、０Ｗと減少させ、その後、外部電力負荷３３での消費電力を０Ｗから段階的に２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗと増大させる。時刻ｔ６１に電気ヒータ１３ｂへの投入電力が０Ｗから２５０Ｗになり、時刻ｔ６２に投入電力が２５０Ｗから５００Ｗになり、時刻ｔ６３に投入電力が５００Ｗから７５０Ｗになり、時刻ｔ６４に投入電力が７５０Ｗから１０００Ｗになっている。そして、時刻ｔ６５に電気ヒータ１３ｂへの投入電力が１０００Ｗから７５０Ｗになり、時刻ｔ６６に投入電力が７５０Ｗから５００Ｗになり、時刻ｔ６７に投入電力が５００Ｗから２５０Ｗになり、時刻ｔ６８に投入電力が２５０Ｗから０Ｗになっている。
【０１２７】
この場合においても、各時刻ｔ６１〜６４において投入電力が増大しても、図４に示す第１関係ｆ１からその増大量に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。その算出したフィードフォワード操作量とこれと並行して算出されるフィードバック操作量とから総操作量を適切に算出することができる。そして、その総操作量で貯湯水循環ポンプ１５ａを制御するので、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を許容温度範囲内に制御することができる。
【０１２８】
そして、各時刻ｔ６５〜６８において投入電力が減少しても、図４に示す第２関係ｆ２からその減少量に応じてフィードフォワード操作量を適切に算出することができる。その算出したフィードフォワード操作量とこれと並行して算出されるフィードバック操作量とから総操作量を適切に算出することができる。そして、その総操作量で貯湯水循環ポンプ１５ａを制御するので、燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２を許容温度範囲内に制御することができる。
【０１２９】
なお、電力変換制御装置１７ｄが、電気ヒータ１３ｂへの電力供給量を制御して燃料電池熱媒体に投入される熱量を制御する熱投入制御手段であり、システム制御装置１８が、貯湯水循環ポンプ１５ａの吐出量（回転数）を制御して貯湯水循環回路１５を循環する貯湯水流量を制御する貯湯水流量制御手段である。
【０１３０】
上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、熱投入制御手段（電力変換制御装置１７ｄ）が、燃料電池１１の発電電力が外部電力負荷３３に供給する負荷電力より大きいとき、その余剰電力を電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）へ供給して燃料電池熱媒体循環回路１３への熱投入を行い、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）が、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の状態を考慮して、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲とするように貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）を制御する。これにより、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化があっても、これらの状況に応じて貯湯水循環手段１５ａを制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とする。したがって、逆潮流が発生したとき、燃料電池熱媒体の温度を所定の温度または所定の温度範囲となるように適切に制御して、燃料電池１１の信頼性を高く維持することができる。
【０１３１】
また、電力熱変換器１３ｂを貯湯水循環回路１５に設ける場合と比較して、本実施の形態では水道水の比較的高い給水圧がかからないので耐圧性が低い構造とすることができ、逆潮流発生時の熱回収を低コストで達成することが可能となる。
【０１３２】
また、熱投入の状態を検知する熱投入状態検知手段（電力センサ１７ｃ）をさらに備え、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、熱投入状態検知手段１７ｃによって検知された熱投入の状態に応じて貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）による貯湯水の流量を制御する。これにより、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）からの熱投入を確実に検知することができ、貯湯水の流量を適切に制御し、ひいては燃料電池熱媒体の温度を適切に制御することができる。
【０１３３】
また、熱投入状態検知手段（電力センサ１７ｃ）は、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）からの熱投入量の変化による燃料電池熱媒体の温度変化速度と比べて、検知応答速度が速い。これにより、電力熱変換器１３ｂからの熱投入により燃料電池熱媒体の温度に影響（温度の変動）が発生する前に、その熱投入を確実に検知することができる。
【０１３４】
また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、燃料電池熱媒体の検出温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２）と燃料電池熱媒体の目標温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２の目標温度）とに基づいて貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）のフィードバック制御を行い（第１制御部２１）、これに加えて、熱投入の状態変化に基づいて貯湯水循環手段１５ａのフィードフォワード制御を行う（第２制御部２２、図３に示すフローチャート）。これにより、貯湯水循環手段１５ａの制御は、基本的には燃料電池熱媒体の温度をフィードバック制御し、熱投入の状態が変化してこれに起因して燃料電池熱媒体の温度が変化する際には、熱投入の状態変化によるフィードフォワード制御を加える。したがって、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）からの熱投入の開始、終了、および熱投入中の熱投入量の変化がある場合、これらの状況に応じて貯湯水循環手段１５ａを適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度を的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【０１３５】
また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、燃料電池熱媒体の検出温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２）と燃料電池熱媒体の目標温度（燃料電池熱媒体の燃料電池１１の入口温度Ｔ２の目標温度）とに基づいてフィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａを算出し（第１制御部２１）、熱投入量が変化したときに、その変化量に応じたフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを算出し（第２制御部２２）、そして、フィードバック操作量Ｄｕｔｙ＿Ａとフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂとを加算した総操作量Ｄｕｔｙで貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）を制御するので、貯湯水循環手段１５ａの操作量を適切かつ的確に算出し、ひいては貯湯水循環手段１５ａを適切かつ的確に制御することができる。
【０１３６】
また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）による熱投入が開始または終了されたときには、その開始または終了に伴う貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）の制御の変更に係る遅延要素（遅延時間）を設定する。これにより、電力熱変換器１３ｂからの熱投入の開始時または終了時に、その時点に貯湯水循環手段１５ａの制御をすぐに変更させるのではなく、所定の遅延時間をおいて貯湯水循環手段１５ａの制御を変更させたり、または所定の遅延方法において、貯湯水循環手段１５ａの制御を変更させたりすることができる。したがって、電気熱変換器１３ｂからの熱投入から燃料電池熱媒体の温度変化開始までに時間のずれ（タイムラグ）が生じるが、これに起因して燃料電池熱媒体の急激な温度変化が生じた場合にも、貯湯水循環手段１５ａをより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【０１３７】
また、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの遅延要素（遅延時間）は異なるものに設定されている。これにより、熱投入の開始時の燃料電池熱媒体温度の高くなる側のピークと、熱投入の終了時の低くなる側のピークにおいて、開始時から高くなる側のピークまで、および終了時から低くなる側のピークまでのタイムラグに相違がある場合でも、それぞれに対して遅延要素（遅延時間）を適切に設定することが可能となり、貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【０１３８】
また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、熱投入量が変化したときには、変化直後の熱投入量に応じて算出された第１フィードフォワード操作量（今回値＿Ｄｕｔｙ）から変化直前の熱投入量に応じて算出された第２フィードフォワード操作量（前回値＿Ｄｕｔｙ）を減算して得た値をフィードフォワード操作量（Ｄｕｔｙ＿Ｂ）として算出する（ステップ１１６，１２０）。これにより、熱投入量が変化しても、その変化に応じてフィードフォワード操作量（Ｄｕｔｙ＿Ｂを適切に算出することができる。
【０１３９】
また、燃料電池１１からの直流電力を変換して、系統電源３１および外部電力負荷３３に接続する電源ライン３２に供給する電力変換装置１７と、電力変換装置１７から系統電源３１への逆潮流を検知してその検知信号を電力変換装置に出力する逆潮流検知手段（電力センサ３２ａ）と、をさらに備え、電力変換装置１７は、逆潮流検知手段３２ａおよび熱投入制御手段（電力変換制御装置１７ｄ）を含み、逆潮流検知手段３２ａにより逆潮流を検知した場合、熱投入制御手段１７ｄにより余剰電力を電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）へ供給開始する。これにより、電力変換装置１７のみで、逆潮流を検知するとともにその際の余剰電力を電力熱交換器１３ｂを使用して熱投入することができるので、容易かつ早期に逆潮流を抑制することができる。
【０１４０】
また、貯湯水流量制御手段（システム制御装置１８）は、熱投入制御手段（電力変換制御装置１７ｄ）と通信手段（通信ライン１９）を介して互いに通信可能であり、余剰電力を熱変換して燃料電池熱媒体循環回路１３に投入するときには、熱投入制御手段１７ｄは、熱投入状態検知手段（電力センサ１７ｃ）によって検知された熱投入状態を入力し、貯湯水流量制御手段１８に出力する。これにより、貯湯水流量制御手段１８は、熱投入状態検知手段１７ｃによって検知された熱投入状態データを、熱投入制御手段１７ｄから通信手段１９を介して入力することにより、前記熱投入状態をより早く検知することができる。
【０１４１】
また、電力熱交換器（電気ヒータ１３ｂ）は、燃料電池１１の暖機用としても使用されるようにしてもよい。この場合、燃料電池１１の暖機用の加熱手段を別に設けないで、すなわちシステムの大型化・高コスト化を招くことなく、逆潮流が発生したとき燃料電池１１の信頼性を高く維持することと燃料電池１１を暖機することを両立することができる。
【０１４２】
なお、上記実施の形態においては、図４の第１および第２関係ｆ１，ｆ２に示すように、ｆ１（ｘ）の絶対値とｆ２（ｘ）の絶対値は等しい関係にある。ｘは任意の投入電力である。すなわち、電気ヒータ１３ｂによる一定の投入電力（例えば１０００Ｗ）が開始されその後終了される場合、熱投入開始および終了の操作量（フィードフォワード操作量）の絶対値は同一である。これに対し、電力熱変換器（電気ヒータ１３ｂ）による熱投入が開始および終了されたときには、それぞれの前記フィードフォワード操作量の絶対値は異なる値に設定されるようにしてもよい。
【０１４３】
これによれば、熱投入の開始時の燃料電池熱媒体温度の高くなる側のピークと、熱投入の終了時の低くなる側のピークとでピーク値に相違がある場合でも、それぞれに対してフィードフォワード操作量を適切に設定することが可能となり、貯湯水循環手段（貯湯水循環ポンプ１５ａ）をより適切に制御して、燃料電池熱媒体の温度をより的確に所定の温度または所定の温度範囲とすることができる。
【０１４４】
また、上記実施の形態において、遅延処理としては、入力した信号（値）を遅延時間だけ遅らせて入力信号をそのままの値で出力する処理（すなわちステップ状に変化させる処理）を採用したが、これに代えて、一次遅れ処理を採用するようにしてもよい。この場合、図１１に示すように、第２制御部２２の第２演算器２２ｂは、１次遅れ系のマップを使用して第１演算器２２ａで算出したフィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂを処理する。第２演算器２２ｂは、投入開始時（または投入熱量増大時）および投入終了時（または投入熱量減少時）用の２つのマップ（または演算式）を有している。図１１の第２演算器２２ｂ内の上段に示されているマップが投入開始時用のマップであり、下段に示されているマップが投入終了時用のマップである。両マップをそれぞれ示す演算式も第２演算器２２ｂ内に示されている。なお、ｋ１は、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（＋）であり、Ｔ１は時定数であり、ｔは時刻である。また、ｋ２は、フィードフォワード操作量Ｄｕｔｙ＿Ｂ（−）であり、Ｔ２は時定数であり、ｔは時刻である。
【０１４５】
また、燃料電池１１へ燃料を供給する燃料供給元として、改質器１２でなく、水素タンクや水素吸蔵部材を採用した燃料電池システムも本発明を適用することができる。
【０１４６】
なお、上述した実施の形態においては、電力センサ（熱投入状態検知手段）１７ｃは電力変換装置１７に設けられ、その検出結果（電気ヒータ１３ｂの消費電力）が電力変換制御装置（熱投入制御手段）１７ｄに入力され、さらに通信ライン１９を介してシステム制御装置１８に入力されるようになっていたが、図１２に示すように、電力センサ１７ｃをシステム制御装置１８に直接接続し、その検出結果（電気ヒータ１３ｂの消費電力）が直接システム制御装置１８に入力されるようにしてもよい。これによれば、電力変換制御装置１７ｄとシステム制御装置１８と間が通信異常となっても、システム制御装置１８のみの判断で上記フィードフォワード制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示したシステム制御装置の制御ブロック図である。
【図３】図２に示した第１演算器にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図４】ヒータ投入電力とフィードフォワード操作量の関係を示すマップである。
【図５】図２に示した制御ブロック図で第１制御部のみで制御した場合であって、所定の投入電力を開始し終了したもののタイムチャートである。
【図６】図２に示した制御ブロック図で第１制御部のみで制御した場合の投入熱量と燃料電池熱媒体温度との関係を示す図である。
【図７】図２に示した制御ブロック図で第１および第２制御部の両方を使って制御した場合であって、所定の投入電力を開始し終了したもののタイムチャートである。
【図８】図２に示した制御ブロック図で第１および第２制御部の両方を使って制御した場合であって、投入電力を段階的に増大させるもののタイムチャートである。
【図９】図２に示した制御ブロック図で第１および第２制御部の両方を使って制御した場合であって、投入電力を段階的に減少させるもののタイムチャートである。
【図１０】図２に示した制御ブロック図で第１および第２制御部の両方を使って制御した場合であって、投入電力を段階的に増大させて減少させるもののタイムチャートである。
【図１１】図２に示した第２演算器にて実行される他の遅延処理例を示す第２制御部のブロック図である。
【図１２】本発明による燃料電池システムの他の実施の形態の概要を示す概要図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１１…燃料電池、１２…改質器、１３…燃料電池熱媒体循環回路、１３ａ…第１温度センサ、１３ｂ…電気ヒータ（電力熱変換器）、１３ｃ…燃料電池熱媒体循環ポンプ、１３ｄ…第２温度センサ、１４…貯湯槽、１５…貯湯水循環回路、１５ａ…貯湯水循環ポンプ（貯湯水循環手段）、１６…熱交換器、１７…電力変換装置、１７ａ…電力センサ、１７ｂ…電力センサ、１７ｃ…電力センサ（熱投入状態検知手段）、１７ｄ…電力変換制御装置（熱投入制御手段）、１８…燃料電池システム制御装置（システム制御装置：貯湯水流量制御手段）、１８ａ…マイクロプロセッサ、１９…通信ライン（通信手段）、２１，２２…第１および第２制御部、２１ａ…減算器、２１ｂ…制御器、２１ｃ…加算器、２１ｄ…上下限処理器、２２ａ…第１演算器、２２ｂ…第２演算器、３１…系統電源、３２…電源ライン、３２ａ…電力センサ（逆潮流検知手段）、３３…外部電力負荷。
【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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【図１１】
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【図１２】
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