JP2017098153A

JP2017098153A - 燃料電池装置及びその制御方法

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Publication number: JP2017098153A
Application number: JP2015230915A
Authority: JP
Inventors: 正憲西森; Masanori Nishimori
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: JP6618788B2

Abstract

【課題】燃料の無駄遣いを低減する
【解決手段】燃料電池装置１００は、自立運転が可能である。燃料電池装置１００は、供給される燃料により電力を発電するホットモジュール１０６と、負荷機器を接続する自立運転出力端子１１０と、燃料の流量を制御する制御部１０４とを備える。制御部１０４は、所定の条件であると判定した場合、燃料の流量を増やすよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池装置及びその制御方法に関する。

自立運転を行うことができる燃料電池装置は、商用交流電力系統が停電すると、自立運転に切り替わる。そして、燃料電池装置の発電電力は、燃料電池装置の自立運転出力端子に接続された家庭内等の負荷機器に供給される。

燃料電池装置は、発電電力を急に増やすことができず、負荷追従性が悪い。そのため、自立運転時に燃料電池装置の発電電力以上の電力を消費する負荷機器が燃料電池装置の自立運転出力端子に接続されると、燃料電池装置は、過負荷運転となり停止してしまう。このような事態を防ぐために、燃料電池装置では、予め燃料を多めに入れて対応している。

その一方で、燃料電池装置の発電電力が自立運転出力端子に接続された負荷機器の消費電力より大きくなる場合、電力に変換されない燃料は熱に変換されるため、燃料電池装置内の熱バランスを維持するための制御をすることが必要となる。そのような制御方法として、例えば、燃料電池装置の発電電力が自立運転出力端子に接続された負荷機器の消費電力より大きくなる場合に、燃料電池装置の補機の回転数を上げることによって、燃料電池装置の発電電力の余剰分を自己消費する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２０１４−１９２００６号公報

しかしながら、従来の方法では、負荷機器の消費電力が小さい場合であっても、常に、燃料電池装置に燃料を多めに入れているため、燃料が無駄になっていた。

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、燃料の無駄遣いを低減することができる燃料電池装置及びその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置は、自立運転が可能な燃料電池装置であって、供給される燃料により電力を発電するホットモジュールと、負荷機器を接続する自立運転出力端子と、前記燃料の流量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、所定の条件であると判定した場合、前記燃料の流量を増やすよう制御することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る燃料電池装置の制御方法は、自立運転が可能な燃料電池装置を制御する制御方法であって、所定の条件であるか否か判定するステップと、前記所定の条件であると判定した場合に、前記燃料電池装置のホットモジュールに供給される燃料の流量を増やすよう制御するステップと、を含む。

本発明の一実施形態に係る燃料電池装置及びその制御方法によれば、燃料の無駄遣いを低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の構成の一例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の動作の一例を示すフローチャートである。過負荷異常を検出した際の燃料の流量の時間変化の一例を示す図である。過負荷異常を検出した際に燃料の流量を段階的に減らした場合の燃料の流量の時間変化の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置の動作の一例を示すフローチャートである。負荷機器接続を検出した際の燃料の流量の時間変化の一例を示す図である。負荷機器接続を検出した際に燃料の流量を段階的に減らした場合の燃料の流量の時間変化の一例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置の動作の一例を示すフローチャートである。計画停電時の燃料の流量の時間変化の一例を示す図である。計画停電時において燃料の流量を段階的に減らした場合の燃料の流量の時間変化の一例を示す。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
［燃料電池装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置１００の構成の一例を示す図である。燃料電池装置１００は、商用交流電力系統２００に接続されており、商用交流電力系統２００が停電すると、自立運転に切り替わる。また、燃料電池装置１００での発電に伴って生じた熱によりお湯が生成され、生成されたお湯は、貯湯タンク３００に貯められる。貯湯タンク３００に貯められたお湯は、例えば、家庭内で給湯やお風呂に使用される。

以下、本発明に係る燃料電池装置１００の各機能を説明するが、燃料電池装置１００が備える他の機能を排除することを意図したものではないことに留意する。

燃料電池装置１００は、ガス処理部１０１、空気処理部１０２、改質水処理部１０３、制御部１０４、記憶部１０５、ホットモジュール１０６、インバータ１０７、排熱回収処理部１０８、循環水処理部１０９、自立運転出力端子１１０、通信部１１１を有する。

ガス処理部１０１は、制御部１０４の制御に基づき、外部から供給されたガスをホットモジュール１０６に供給する。ガスは、例えば、都市ガス、プロパンガス等である。また、ガスの代わりに灯油を用いることもできる。

空気処理部１０２は、制御部１０４の制御に基づき、外部から供給された空気をホットモジュール１０６に供給する。

改質水処理部１０３は、制御部１０４の制御に基づき、改質水をホットモジュール１０６に供給する。なお、改質水は、図示しない熱交換器等での熱交換処理によって生成され、改質水処理部１０３に供給される。

ここで、燃料電池装置１００では、所定の割合で配合されたガス、空気及び改質水を燃料として用いた電気化学反応の生起により、電力を発電している。そこで、以下では、所定の割合で配合されたガス、空気及び改質水を、単に「燃料」と称するものとする。

制御部１０４は、燃料電池装置１００全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部１０４は、記憶部１０５に記憶されているプログラムを読み出して実行し、様々な機能を実現させる。

制御部１０４は、所定の条件であると判定した場合、燃料の流量を増やすようにガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３を制御する。この機能の詳細については後述する。

記憶部１０５は、燃料電池装置１００の制御に用いる情報や、燃料電池装置１００の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを記憶している。

ホットモジュール１０６は、改質器やセルスタック等を含む。ホットモジュール１０６は、ガス処理部１０１、空気処理部１０２、改質水処理部１０３から供給される燃料によって電気化学反応を生起させ、直流電力を発電する。ホットモジュール１０６は、発電した直流電力を、インバータ１０７に供給する。また、発電に伴って生じた排気は、排熱回収処理部１０８に排出される。

インバータ１０７は、ホットモジュール１０６から供給された直流電力を交流電力に変換し、自立運転時には、変換した交流電力を自立運転出力端子１１０に供給する。

排熱回収処理部１０８は、ホットモジュール１０６での発電に伴って生じた排気の熱を回収する。回収された熱は、循環水処理部１０９から循環する水との間で熱交換され、その後、熱交換された水（お湯）は、貯湯タンク３００に貯められる。また、排熱回収処理部１０８は、熱回収済みの排気を、燃料電池装置１００の外部に排出する。

循環水処理部１０９は、貯湯タンク３００の水を排熱回収処理部１０８に循環させる。

自立運転出力端子１１０は、燃料電池装置１００が自立運転に切り替わった際に、家電等の負荷機器が接続される端子である。

通信部１１１は、図示しないＨＥＭＳ（Home Energy Management System）等の機器と通信する。

以下、第１の実施形態に係る制御部１０４の機能の詳細を説明する。第１の実施形態に係る上記の所定の条件（制御部１０４がホットモジュール１０６に供給する燃料の流量を増やすと判定する条件）は、過負荷異常である。過負荷異常とは、燃料電池装置１００で発電している電力よりも大きい電力を消費する負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続され、燃料電池装置１００が過負荷運転となった状態である。この過負荷異常になると、燃料電池装置１００は運転を停止するが、過負荷異常が解除された後、負荷機器を使用したいユーザが、再度、負荷機器を自立運転出力端子１１０に接続させることが想定される。そこで、第１の実施形態では、制御部１０４は、過負荷異常を検出した場合に、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やすよう制御する。

まず、制御部１０４は、過負荷異常を検出したか否か判定する。制御部１０４は、過負荷異常を検出したと判定した場合、燃料電池装置１００の運転を停止させる。そしてその後、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やすよう制御する。制御部１０４は、例えば、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給される。なお、以下では、制御部１０４の制御によってホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、定格値まで増やされるものとして説明するが、通常値の定数倍まで増やすようにしてもよいし、自立運転出力端子１１０に接続される家電等の負荷機器の消費電力を考慮した値まで増やすようにしてもよい。

次に、制御部１０４は、タイマＴを設定する。そしてその後、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔａ以上であるか否か判定する。所定の時間Ｔａは、例えば、制御等によって、燃料電池装置１００内の熱バランスを維持できる範囲で設定する。

制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔａ以上であると判定した場合、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されているか否か判定する。なお、この所定の時間Ｔａが経過するまでに、制御部１０４によって、燃料電池装置１００の過負荷異常による停止は解除される。また、燃料電池装置１００の過負荷異常が解除された後は、負荷機器を自立運転出力端子１１０に接続させて使用することが可能になる。そのため、ユーザが負荷機器を使用したい場合、再び、ユーザによって負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続される。

制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていないと判定した場合、燃料の流量を減らして、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が通常値まで徐々に減るよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、ホットモジュール１０６に供給される燃料は、通常値まで徐々に減らされる。なお、燃料電池装置１００の運転状況の安定性を考慮し、燃料の流量を段階的に減らしてもよい。

［燃料電池装置の動作］
以下、第１の実施形態に係る燃料電池装置１００の動作について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、制御部１０４は、過負荷異常を検出したか否か判定する（ステップＳ１０１）。制御部１０４は、過負荷異常を検出していないと判定した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を通常値にしたままの状態で、処理を終了する。一方、制御部１０４は、過負荷異常を検出したと判定した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、燃料電池装置１００の運転を停止させた後、ステップＳ１０２の処理に進む。

ステップＳ１０２の処理では、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給される。

図３に、過負荷異常を検出した際の燃料の流量の時間変化の一例を示す。図３において、横軸は時間を示し、縦軸はホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を示す。図３の例では、時刻Ｔ１で燃料電池装置１００の過負荷異常が検出されたものとする。時刻Ｔ１後、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすように制御する。その後、この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給されている。

このようにステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理により、燃料電池装置１００において過負荷異常が検出された場合に、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が増やされる。これにより、ホットモジュール１０６に、常に、多くの燃料を供給しておくことがないので、燃料の無駄遣いを低減することができる。

次に、制御部１０４は、タイマＴを設定する（ステップＳ１０３）。そしてその後、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔａ以上であるか否か判定する（ステップＳ１０４）。制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔａ以上ではないと判定した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返し行う。一方、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔａ以上であると判定した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５の処理に進む。なお、この所定の時間Ｔａが経過するまでに、制御部１０４によって、燃料電池装置１００の過負荷異常は解除される。図３の例では、時刻Ｔ２で燃料電池装置１００の過負荷異常が解除されているものとする。また、燃料電池装置１００の過負荷異常が解除された後は、負荷機器を自立運転出力端子１１０に接続させて使用することが可能になる。そのため、ユーザが負荷機器を使用したい場合、再び、ユーザによって負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続される。

ステップＳ１０５の処理では、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されているか否か判定する。制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていると判定した場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やしたままの状態で、処理を終了する。一方、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていないと判定した場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０６の処理に進む。

このようにステップＳ１０５（Ｙｅｓ）の処理によって負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続されていると判定された場合、過負荷異常が検出された時よりも多い燃料の流量で、燃料電池装置１００の運転が継続される。これにより、再び、過負荷異常が検出されることなく、負荷機器を自立運転出力端子１１０に接続させて使用することができる。さらに、過負荷異常を再び起こすことが防止されるので、ホットモジュール１０６に含まれるセルスタックの過負荷異常による劣化の加速を低減することができる。

ステップＳ１０６の処理では、制御部１０４は、燃料の流量を減らして、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が通常値まで徐々に減るよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、ホットモジュール１０６に供給される燃料は、通常値まで徐々に減らされる。図３の例では、時刻Ｔ３後、燃料の流量が通常値まで徐々に減らされている。なお、燃料電池装置１００の運転状況の安定性を考慮し、燃料の流量を段階的に減らしてもよい。図４に、過負荷異常を検出した際に燃料の流量を段階的に減らした場合の燃料の流量の時間変化の一例を示す。なお、図４において、図３に示す要素と同一の要素には同一符号を付している。

このようにステップＳ１０５，Ｓ１０６の処理により、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されない場合、ステップＳ１０２の処理で定格値まで増やされた燃料の流量は、通常値まで徐々に減らされる。これにより、燃料の無駄遣いを低減することができ、さらに、燃料電池装置１００の温度上昇を防ぐことができる。

なお、ステップＳ１０２の処理では、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が定格値になるよう制御しているが、通常値の定数倍となるように制御してもよい。また、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、自立運転出力端子１１０に接続される家電等の負荷機器の消費電力を考慮して設定してもよい。

また、ステップＳ１０５の処理において、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されているか否か判定する代わりに、ＨＥＭＳ（特許請求の範囲における「電力管理装置」）から、通信部１１１を介して負荷機器の使用状況を取得することにより、負荷機器が使用されているか否かを判定してもよい。このとき、ＨＥＭＳと燃料電池装置１００及び負荷機器との間の接続は、例えば、エコーネットライト（ECHONET Lite）（登録商標）やＺｉｇｂｅｅ（登録商標）等の各種プロトコルに準拠したものとしてもよい。またこの際、負荷機器に対応するリモコンのユーザによる操作から、負荷機器が使用されているか否かを判定してもよい。

以上のように、第１の実施形態に係る燃料電池装置１００では、過負荷異常を検出しない場合は、燃料の流量を通常値にしたままの状態で発電を行うが、過負荷異常を検出した場合には、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やす。これにより、ホットモジュール１０６に、常に、多くの燃料を供給しておくことがないので、燃料の無駄使いを低減することができる。

さらに、第１の実施形態に係る燃料電池装置１００では、燃料の流量を増やした後に時間Ｔａが経過した後、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていないと判定した場合に、燃料の流量を減らしている。これにより、燃料の無駄遣いを低減することができ、さらに、燃料電池装置の温度上昇を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
［燃料電池装置の構成］
第２の実施形態に係る燃料電池装置１００は、第１の実施形態に係る燃料電池装置１００と同様の構成を採用できるため、以下では、図１を参照し、第１の実施形態との相違点について主に説明する。

第２の実施形態に係る所定の条件は、自立運転出力端子１１０への負荷機器の接続である。ここで、停電時（すなわち、燃料電池装置１００の自立運転時）に、ユーザは、燃料電池装置１００の自立運転出力端子１１０に複数の負荷機器を次々と続けて接続させて使用することが想定される。このような場合に、燃料電池装置１００で発電している電力よりも、自立運転出力端子１１０に接続される負荷機器の消費電力が大きくなると、燃料電池装置１００は過負荷運転となり停止してしまう。そこで、第２の実施形態では、自立運転出力端子１１０に接続される負荷機器を検出した場合に、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やすように制御する。以下、この制御について説明する。

まず、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されているか否か判定する。制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていると判定した場合、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やすよう制御する。制御部１０４は、例えば、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給される。なお、この後、ユーザが複数の負荷機器を使用したい場合、ユーザによって他の負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続させられる。また、以下では、制御部１０４の制御によってホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、定格値まで増やされるものとして説明するが、通常値の定数倍まで増やすようにしてもよいし、自立運転出力端子１１０に接続される家電等の負荷機器の消費電力を考慮した値まで増やすようにしてもよい。

次に、制御部１０４は、タイマＴを設定する。そしてその後、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔｂ以上であるか否か判定する。所定の時間Ｔｂは、例えば、制御等によって、燃料電池装置１００内の熱バランスを維持できる範囲で設定する。

その後、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔｂ以上であると判定した場合、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されているか否か判定する。

制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されていない判定した場合、燃料の流量を減らして、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を通常値まで徐々に減らすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、通常値まで徐々に減らされる。

［燃料電池装置の動作］
以下、第２の実施形態に係る燃料電池装置１００の動作について説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されているか否か判定する（ステップＳ２０１）。制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていないと判定した場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を通常値にしたままの状態で、処理を終了する。一方、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていると判定した場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２の処理に進む。

ステップＳ２０２の処理では、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給される。なお、この後、ユーザが複数の負荷機器を使用したい場合、ユーザによって他の負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続させられる。

図６に、負荷機器接続を検出した際の燃料の流量の時間変化の一例を示す。図６において、横軸は時間を示し、縦軸はホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を示す。図６の例では、時刻Ｔ４において自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されたことが検出されたものとする。時刻Ｔ４後、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすように制御する。その後、この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給されている。また、ユーザが複数の負荷機器を使用したい場合、時刻Ｔ４後、ユーザによって他の負荷機器を自立運転出力端子１１０に接続させられる。

このようにステップＳ２０１，Ｓ２０２の処理により、自立運転出力端子１１０に接続される負荷機器が検出された場合に、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が増やされる。これにより、ホットモジュール１０６に、常に、多くの燃料を供給しておくことがないので、燃料の無駄遣いを低減することができる。

次に、制御部１０４は、図２に示すステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理と同様にして、ステップＳ２０３，Ｓ２０４の処理を行う。

ステップＳ２０５の処理では、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されているか否か判定する。制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されていると判定した場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やしたままの状態で、処理を終了する。一方、制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されていないと判定した場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、ステップＳ２０６の処理に進む。

このようにステップＳ２０５（Ｙｅｓ）の処理によって他の負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続されていると判定された場合、最初に負荷機器が検出された時よりも多い燃料の流量で、燃料電池装置１００の運転が継続される。これにより、他の負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続されても、過負荷異常を起こすことなく、負荷機器を使用することができる。さらに、過負荷異常を防ぐことで、ホットモジュール１０６に含まれるセルスタックの過負荷異常による劣化の加速を低減することができる。

制御部１０４は、図２に示すステップＳ１０６の処理と同様にして、ステップＳ２０６の処理を行う。ここで、図６の例では、時刻Ｔ５後、燃料の流量が通常値まで徐々に減らされている。なお、燃料電池装置１００の運転状況の安定性を考慮し、燃料の流量を段階的に減らしてもよい。図７に、負荷機器接続を検出した際に燃料の流量を段階的に減らした場合の燃料の流量の時間変化の一例を示す。なお、図７において、図６に示す要素と同一の要素には同一符号を付している。

このようにステップＳ２０５，Ｓ２０６の処理により、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されない場合、ステップＳ２０２の処理で定格値まで増やされた燃料の流量は、通常値まで徐々に減らされる。これにより、燃料の無駄遣いを低減することができ、さらに、燃料電池装置１００の温度上昇を防ぐことができる。

なお、ステップＳ２０２では、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が定格値になるよう制御しているが、通常値の定数倍となるように制御してもよい。また、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、自立運転出力端子１１０に接続される家電等の負荷機器の消費電力を考慮して設定してもよい。

また、ステップＳ２０１，Ｓ２０５の処理において、制御部１０４は、ステップＳ１０５と同様の方法で負荷機器が使用されているか否かを判定してもよい。またこの際、負荷機器に対応するリモコンのユーザによる操作から、負荷機器が使用されているか否かを判定してもよい。

以上のように、第２の実施形態に係る燃料電池装置１００では、自立運転出力端子１１０へ接続される負荷機器を検出しない場合は、燃料の流量を通常値にしたままの状態で発電を行うが、自立運転出力端子１１０へ接続される負荷機器を検出した場合には、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やす。これにより、ホットモジュール１０６に、常に、多くの燃料を供給しておくことがないので、燃料の無駄使いを低減することができる。

さらに、第２の実施形態に係る燃料電池装置１００では、燃料の流量を増やした後に時間Ｔｂが経過した後、自立運転出力端子１１０に他の負荷機器が接続されていないと判定した場合に、燃料の流量を減らしている。これにより、燃料の無駄遣いを低減することができ、さらに、燃料電池装置の温度上昇を防ぐことができる。

（第３の実施形態）
［燃料電池装置の構成］
第３の実施形態に係る燃料電池装置１００は、第１の実施形態に係る燃料電池装置１００と同様の構成を採用できるため、以下では、図１を参照し、第１の実施形態との相違点について主に説明する。

第３の実施形態に係る所定の条件は、計画停電である。第３の実施形態では、計画停電のように事前に燃料電池装置１００が自立運転を行うことが分かっている場合、ユーザにより燃料電池装置１００の自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されることが想定されるため、予めホットモジュール１０６に供給する燃料の流量を増やす。以下、この制御について説明する。

まず、制御部１０４は、計画停電開始の所定の時間前であるか否か判定する。所定の時間とは、例えば、数十分、数時間等である。制御部１０４は、計画停電の情報をＨＥＭＳとの通信から取得して、計画停電開始の所定の時間前であるか否か判定してもよい。又は、制御部１０４は、ユーザが燃料電池装置１００に直接入力する計画停電の情報から、計画停電開始の所定の時間前であるか否か判定してもよい。

制御部１０４は、計画停電開始の所定の時間前であると判定した場合、計画停電が開始される前までに、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やすよう制御する。制御部１０４は、例えば、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給される。定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給された後、計画停電が開始される。また、計画停電開始後、燃料電池装置１００は、自立運転に切り替わる。そしてこの後、ユーザは負荷機器を使用したい場合、ユーザによって負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続させられる。なお、以下では、制御部１０４の制御によってホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、定格値まで増やされるものとして説明するが、通常値の定数倍まで増やすようにしてもよいし、自立運転出力端子１１０に接続される家電等の負荷機器の消費電力を考慮した値まで増やすようにしてもよい。

次に、制御部１０４は、タイマＴを設定する。そしてその後、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔｃ以上であるか否か判定する。所定の時間Ｔｃは、例えば、制御等によって、燃料電池装置１００内の熱バランスを維持できる範囲で設定する。

その後、制御部１０４は、タイマＴが所定の時間Ｔｃ以上であると判定した場合、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されているか否か判定する。

制御部１０４は、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていないと判定した場合、燃料の流量を減らして、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が通常値まで徐々に減るよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、ホットモジュール１０６に供給される燃料は、通常値まで徐々に減らされる。

［燃料電池装置の動作］
以下、第３の実施形態に係る燃料電池装置１００の動作について説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、制御部１０４は、計画停電開始の所定の時間前であるか否か判定する（ステップＳ３０１）。制御部１０４は、計画停電の情報をＨＥＭＳとの通信から取得して、計画停電開始の所定の時間前であるか否か判定してもよい。又は、制御部１０４は、ユーザが燃料電池装置１００に直接入力する計画停電の情報から、計画停電開始の所定の時間前であるか否か判定してもよい。制御部１０４は、計画停電開始の所定の時間前ではない判定した場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を通常値にしたままの状態で、処理を終了する。一方、制御部１０４は計画停電開始の所定の時間前であると判定した場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０２の処理に進む。

ステップＳ３０２の処理では、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすよう制御する。この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給される。

図９に、計画停電時の燃料の流量の時間変化の一例を示す。図９において、横軸は時間を示し、縦軸はホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を示す。図９の例では、時刻Ｔ６で制御部１０４によって計画停電開始の所定の時間前であると判定されている。時刻Ｔ６後、制御部１０４は、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を定格値まで増やすように制御する。その後、この制御部１０４の制御に基づき、ガス処理部１０１、空気処理部１０２及び改質水処理部１０３によって、定格値の燃料がホットモジュール１０６に供給されている。また、時刻Ｔ７から計画停電が開始され、燃料電池装置１００は自立運転に切り替わるものとする。そしてこの後、ユーザは負荷機器を使用したい場合、ユーザによって負荷機器が自立運転出力端子１１０に接続させられる。

このようにステップＳ３０１，Ｓ３０２の処理により、計画停電開始の所定の時間前であると判定された場合に、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が増やされる。これにより、ホットモジュール１０６に、常に、多くの燃料を供給しておくことがないので、燃料の無駄遣いを低減することができる。

次に、制御部１０４は、図１に示すステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理と同様にして、ステップＳ３０３〜Ｓ３０６の処理を行う。

図９の例では、時刻Ｔ８後、燃料の流量が通常値まで徐々に減らされている。なお、燃料電池装置１００の運転状況の安定性を考慮し、燃料の流量を段階的に減らしてもよい。図１０に、計画停電において燃料の流量を段階的に減らした場合の燃料の流量の時間変化の一例を示す。なお、図１０において、図９に示す要素と同一の要素には同一符号を付している。

このようにステップＳ３０５，Ｓ３０６の処理により、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されない場合、ステップＳ３０２の処理で定格値まで増やされた燃料の流量は、通常値まで徐々に減らされる。これにより、燃料の無駄遣いを低減することができ、さらに、燃料電池装置１００の温度上昇を防ぐことができる。

なお、ステップＳ３０２の処理では、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量が定格値になるよう制御しているが、通常値の定数倍となるように制御してもよい。また、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量は、自立運転出力端子１１０に接続される家電等の負荷機器の消費電力を考慮して設定してもよい。

また、ステップＳ３０５の処理において、制御部１０４は、ステップＳ１０５と同様の方法で負荷機器が使用されているか否かを判定してもよい。またこの際、負荷機器に対応するリモコンのユーザによる操作から、負荷機器が使用されているか否かを判定してもよい。

以上のように、第３の実施形態に係る燃料電池装置１００では、計画停電開始の所定の時間前ではないと判定した場合は、燃料の流量を通常値にしたままの状態で発電を行うが、計画停電開始の所定の時間前であると判定した場合には、ホットモジュール１０６に供給される燃料の流量を増やす。これにより、ホットモジュール１０６に、常に、多くの燃料を供給しておくことがないので、燃料の無駄使いを低減することができる。

さらに、第３の実施形態に係る燃料電池装置１００では、燃料の流量を増やした後に時間Ｔｃが経過した後、自立運転出力端子１１０に負荷機器が接続されていないと判定した場合に、燃料の流量を減らしている。これにより、燃料の無駄遣いを低減することができ、さらに、燃料電池装置の温度上昇を防ぐことができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１００燃料電池装置
１０１ガス処理部
１０２空気処理部
１０３改質水処理部
１０４制御部
１０５記憶部
１０６ホットモジュール
１０７インバータ
１０８排熱回収処理部
１０９循環水処理部
１１０自立運転出力端子
１１１通信部
２００商用交流電力系統
３００貯湯タンク

Claims

自立運転が可能な燃料電池装置であって、
供給される燃料により電力を発電するホットモジュールと、
負荷機器を接続する自立運転出力端子と、
前記燃料の流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、所定の条件であると判定した場合、前記燃料の流量を増やすよう制御する
ことを特徴とする燃料電池装置。
前記所定の条件は、過負荷異常の検出、前記自立運転出力端子への負荷機器の接続の検出又は計画停電開始の所定の時間前であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記所定の条件は、過負荷異常又は計画停電の開始前であり、前記制御部は、前記燃料の流量を増やした後に所定の時間が経過した後、前記自立運転出力端子に負荷機器が接続されていないと判定した場合、前記燃料の流量を減らすよう制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記所定の条件は、前記自立運転出力端子への負荷機器の接続であり、前記制御部は、前記燃料の流量を増やした後に所定の時間が経過した後、前記自立運転出力端子に他の負荷機器が接続されていないと判定した場合、前記燃料の流量を減らすよう制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記制御部は、前記燃料の流量を段階的に減らすよう制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池装置。
電力管理装置と通信する通信部をさらに備え、
前記所定の条件は、前記負荷機器の使用であり、前記制御部は、前記電力管理装置から、前記通信部を介して前記負荷機器の使用状況を取得することにより、前記負荷機器が使用されているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記制御部は、前記負荷機器に対するリモコンのユーザによる操作から、前記負荷機器が使用されているか否かを判定することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池装置。
自立運転が可能な燃料電池装置の制御方法であって、
所定の条件であるか否か判定するステップと、
前記所定の条件であると判定した場合に、前記燃料電池装置のホットモジュールに供給される燃料の流量を増やすよう制御するステップと、
を含む制御方法。