(57)【要約】  燃料電池システム（１Ａ）が備える制御器（８１）は、燃料電池（６０）の単位期間あたりの運転時間を単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、燃料電池の単位期間あたりの運転回数を単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち少なくとも一方の運転条件を満たすように燃料電池（６０）を運転させる通常モードと、第１運転条件及び前記第２運転条件のうち少なくとも一方の条件による制約を受けずに燃料電池（６０）を運転させる特殊モードと、の間で切り換えて燃料電池（６０）を運転させる。
2012114391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
少なくとも該燃料電池の起動及び停止を制御する制御器と、
該制御器によって少なくとも起動及び停止が制御される補機と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御器は、
前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように前記燃料電池を運転させる通常モードと、
前記第１運転条件及び前記第２運転条件のうち少なくとも一方の条件による制約を受けずに前記燃料電池を運転させる特殊モードと、
の間で切り換えて前記燃料電池を運転させる、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記燃料電池に対して前記通常モードでの運転を実行しているのと同じ単位期間中に、該通常モードに切り換えて前記特殊モードでの運転を実行可能であり、且つ、前記特殊モードでの運転を実行している単位期間が終了すると、次の単位期間では前記特殊モードから前記通常モードに切り換えて運転するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
少なくとも前記燃料電池及び前記補機への商用電源からの電力の供給及び遮断を切り換える主電源スイッチを更に備え、
前記制御器は、前記主電源スイッチがオフからオンに切り換わって前記商用電源からの電力供給が開始された場合に、前記主電源スイッチがオンになった時点が属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記特殊モードでの運転を開始する場合にオペレータに操作されるオペレータ操作部を更に備え、
前記制御器は、前記オペレータ操作部が操作されて前記特殊モードでの運転が開始された場合に、前記オペレータ操作部の操作時点が属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可する、請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の運転条件を指定するためにユーザーが操作するスイッチを含む複数のスイッチを有するユーザー操作部を更に備え、
前記制御器は、前記ユーザー操作部が有する所定のスイッチが所定時間だけ長押し操作された場合、又は、前記ユーザー操作部が有する所定の複数のスイッチが同時押し操作された場合に、当該操作時点の属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可する、請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記特殊モードでの運転を実行する場合、
該特殊モードを開始してから、前記単位期間より短く設定された特殊モード許容時間を経過するまでは、前記単位許容運転時間を超えた前記燃料電池の運転を許可し、又は、
前記特殊モードを開始してから、所定の特殊モード許容回数を消化するまでは、前記単位許容運転回数を超えた前記燃料電池の運転を許可する、請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、
前記特殊モードでの運転により１の単位期間中に前記単位許容運転時間を超えて前記燃料電池を運転した単位超過時間を、経過した単位期間分だけ累積した超過累積時間、及び、１の単位期間中に前記単位許容運転回数を超えて前記燃料電池を運転した単位超過回数を、経過した単位期間分だけ累積した超過累積回数、を記憶し、
前記超過累積時間が所定の超過上限累積時間に達した場合、及び、前記超過累積回数が所定の超過上限累積回数に達した場合、のうち少なくとも一方の場合に、前記特殊モードを前記通常モードに強制的に切り換える、請求項１乃至６の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池の運転条件を指定するためにユーザーが操作するスイッチを含む複数のスイッチを有するユーザー操作部を更に備え、
該ユーザー操作部は、
前記制御器が、前記超過累積時間が所定の超過上限累積時間に達した場合、及び、前記超過累積回数が所定の超過上限累積回数に達した場合、のうち少なくとも一方の場合であって、前記特殊モードを前記通常モードに強制的に切り換える際に、
前記制御器からの指示に基づいて、前記特殊モードから前記通常モードへの切り換えを、音声出力又は表示出力する出力部を有する、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記単位許容運転時間は、１年間のうち熱需要が低い時期ほど短くなるように設定されている、請求項１乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記補機は、前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための水素生成器を含む、請求項１乃至９の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池及び補機を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように、前記燃料電池を通常モードで運転させるステップ、
前記第１運転条件及び前記第２運転条件のうち少なくとも一方の条件による制約を受けずに前記燃料電池を特殊モードで運転させるステップ、及び
前記通常モードと前記特殊モードとの間で運転を切り換えるステップ、
を備える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、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と制御器とを備える燃料電池システムに関する。特に、耐用総運転時間又は耐用総運転回数から求められる単位時間当たりの許容運転時間又は許容運転回数に基づいて運転する燃料電池システムにおける、試運転やメンテナンス時の運転等の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムには、ユーザーが期待する耐用年数の間、確実に燃料電池を駆動させるために、策定した運転計画に基づいてシステムを運転するようにしたものがある。例えば特許文献１には、ユーザーが期待する燃料電池の耐用年数（例えば、１０年）を超えて発電運転を可能とするために、燃料電池の耐用総運転時間（例えば、約４万時間）に基づき、予め所定期間当たりの許容運転時間を計画し、この運転計画に基づいて運転するようになっている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
図１１は、この特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成を示す模式図である。この燃料電池システムでは、制御装置５０が、データ保持手段にて記憶している過去の運転実績に基づいて、燃料電池１５の許容運転時間を設定して燃料電池１５の運転計画を作成する。そして、この運転計画による燃料電池１５の運転を開始する。その後、所定の単位期間が経過すると、実運転時間を許容運転時間と比較し、実運転時間が許容運転時間未満であれば両者の差分値を求める。そして、既に作成していた運転計画を、次回の許容運転時間に上記差分値を加えたものを内容とする新たな運転計画に更新する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２３８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の燃料電池システムの構成では、例えば燃料電池システムの施工時やメンテナンス時の試運転においても、ユーザーが使用する通常の発電運転を対象に設定された許容運転時間内での運転に制限されてしまう。このために、例えば、ユーザーの使用による発電運転によって、その日に割り当てられた許容運転時間の残時間が少なくなっている場合には、燃料電池システムの試運転を十分に行えない可能性がある。他方、試運転によってその日に割り当てられた許容運転時間を使い切ってしまった場合には、その後、燃料電池システムを引き渡されたユーザーは次の日までシステムを発電運転できない、といった事態になる可能性もある。【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ユーザーの使用形態である発電運転の運転時間に拘わらず、燃料電池システムの施工後やメンテナンス終了後の試運転を実行できると共に、試運転後であってもユーザーによる発電運転時間を確保することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、少なくとも該燃料電池の起動及び停止を制御する制御器と、該制御器によって少なくとも起動及び停止が制御される補機と、を備える燃料電池システムであって、前記制御器は、前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように前記燃料電池を運転させる通常モードと、前記第１運転条件及び前記第２運転条件のうち少なくとも一方の条件による制約を受けずに前記燃料電池を運転させる特殊モードと、の間で切り換えて前記燃料電池を運転させる。【０００８】
ここで、本明細書の以下の説明では説明の便宜上から、ユーザーが通常使用する場合の運転を「通常運転」と称する。この「通常運転」には、燃料電池が発電を行う定常運転の他、停止状態の燃料電池を発電状態とするための起動動作中の運転や、発電状態の燃料電池を停止状態とするための停止動作中の運転も含む。また、例えばオペレータが施工時やメンテナンス時に行う試運転など、上記「通常運転」とは区別される運転を「特殊運転」と称する。【０００９】
上述したような構成とすることにより、ユーザーが使用する場合の通常運転時には、第１運転条件及び／又は第２運転条件に従う通常モードで運転することにより、耐用年数にわたる燃料電池の使用を確保する。一方でオペレータが試運転する場合のような特殊運転時には、前記条件の制約を受けない特殊モードで運転することにより、必要なだけ運転を継続することができ、適切な試運転を行うことができるようになる。また、試運転後も特殊モードが継続されている間は前記条件の制約を受けないため、ユーザーは燃料電池システムを駆動して発電運転等の通常運転を行うことができる。【００１０】
また、前記制御器は、前記燃料電池に対して前記通常モードでの運転を実行しているのと同じ単位期間中に、該通常モードに切り換えて前記特殊モードでの運転を実行可能であり、且つ、前記特殊モードでの運転を実行している単位期間が終了すると、次の単位期間では前記特殊モードから前記通常モードに切り換えて運転するよう構成されていてもよい。【００１１】
このような構成とすることにより、例えば同日（同じ単位期間）中に通常モードから特殊モードに切り換わることにより、それまでの通常運転時間にかかわらず特殊運転を行うことができる。そして、特殊運転を終了した後も、翌日（次の単位期間）までは特殊モードが継続されるため、ユーザーによる通常運転が可能である。更に、翌日になると特殊モードから通常モードへと自動的に切り換わるため、翌日においては第１条件又は第２条件に基づいて運転時間を制限し、燃料電池の耐用年数を考慮した適切な運転計画を実行することができる。【００１２】
また、少なくとも前記燃料電池及び前記補機への商用電源からの電力の供給及び遮断を切り換える主電源スイッチを更に備え、前記制御器は、前記主電源スイッチがオフからオンに切り換わって前記商用電源からの電力供給が開始された場合に、前記主電源スイッチがオンになった時点が属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可するように構成されていてもよい。【００１３】
このような構成とすることにより、燃料電池システムの施工時やメンテナンス時の試運転を行う場合に、オペレータが燃料電池システムの主電源をオフからオンに切り換えることにより、燃料電池システムは特殊モードとなる。従って、試運転等の特殊運転を、通常モードでの時間の制約にかかわらず実行することができる。【００１４】
また、前記特殊モードでの運転を開始する場合にオペレータに操作されるオペレータ操作部を更に備え、前記制御器は、前記オペレータ操作部が操作されて前記特殊モードでの運転が開始された場合に、前記オペレータ操作部の操作時点が属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可するように構成されていてもよい。【００１５】
このような構成とすることにより、燃料電池システムの施工時やメンテナンス時に特殊運転を行う際に、オペレータ操作部を操作することによって、燃料電池システムを特殊モードに切り換えることができる。【００１６】
また、前記燃料電池の運転条件を指定するためにユーザーが操作するスイッチを含む複数のスイッチを有するユーザー操作部を更に備え、前記制御器は、前記ユーザー操作部が有する所定のスイッチが所定時間だけ長押し操作された場合、又は、前記ユーザー操作部が有する所定の複数のスイッチが同時押し操作された場合に、当該操作時点の属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可するように構成されていてもよい。【００１７】
このような構成とすることにより、特殊運転を行う場合には、所定のスイッチを長押しするか、又は、所定の複数のスイッチを同時押しすることで、燃料電池システムを特殊モードに切り換えることができる。【００１８】
また、前記制御器は、前記特殊モードでの運転を実行する場合、該特殊モードを開始してから、前記単位期間より短く設定された特殊モード許容時間を経過するまでは、前記単位許容運転時間を超えた前記燃料電池の運転を許可し、又は、前記特殊モードを開始してから、所定の特殊モード許容回数を消化するまでは、前記単位許容運転回数を超えた前記燃料電池の運転を許可するように構成されていてもよい。【００１９】
このような構成とすることにより、特殊モードに切り換わった後、特殊モード許容時間又は特殊モード許容回数によって定められた時点までは、単位許容運転時間又は単位許容運転回数に制約されずに運転することができる。従って、この時点までは、オペレータによる特殊運転を実行することができ、特殊運転が終了した後も引き続きユーザーによる通常運転を実行することができる。【００２０】
また、前記制御器は、前記特殊モードでの運転により１の単位期間中に前記単位許容運転時間を超えて前記燃料電池を運転した単位超過時間を、経過した単位期間分だけ累積した超過累積時間、及び、１の単位期間中に前記単位許容運転回数を超えて前記燃料電池を運転した単位超過回数を、経過した単位期間分だけ累積した超過累積回数、を記憶し、前記超過累積時間が所定の超過上限累積時間に達した場合、及び、前記超過累積回数が所定の超過上限累積回数に達した場合、のうち少なくとも一方の場合に、前記特殊モードを前記通常モードに強制的に切り換えるように構成されていてもよい。【００２１】
このような構成とすることにより、仮に、特殊モードでの運転が多発したことによって超過累積時間又は超過累積回数が増加した場合においても、一定の閾値（超過上限累積時間又は超過上限累積回数）に達した場合に、特殊モードから通常モードへと強制的に切り換える。これにより、長期間の継続運転を抑制し、耐用年数にわたる燃料電池の使用を保証することができる。【００２２】
また、前記燃料電池の運転条件を指定するためにユーザーが操作するスイッチを含む複数のスイッチを有するユーザー操作部を更に備え、該ユーザー操作部は、前記制御器が、前記超過累積時間が所定の超過上限累積時間に達した場合、及び、前記超過累積回数が所定の超過上限累積回数に達した場合、のうち少なくとも一方の場合であって、前記特殊モードを前記通常モードに強制的に切り換える際に、前記制御器からの指示に基づいて、前記特殊モードから前記通常モードへの切り換えを、音声出力又は表示出力する出力部を有していてもよい。【００２３】
このような構成とすることにより、特殊モードでの運転の多発によって特殊モードから通常モードへと強制的に切り換えられた場合に、これをユーザーが認識可能なように報知することができる。また、ユーザーに対して報知することにより、耐用年数に基づいて燃料電池の運転時間又は運転回数が制限されていることを、ユーザーに容易に理解してもらえるため、燃料電池システムを運転計画に基づいて運転するにあたり、ユーザーの理解を得ることができる。【００２４】
また、前記単位許容運転時間は、１年間のうち熱需要が低い時期ほど短くなるように設定されていてもよい。【００２５】
例えば、一般的に冬季に比べて夏期の方が熱需要は低いので、冬季に比べて夏期の方が単位許容運転時間を短く設定する。これにより、冬季においてはユーザーの需要に応じて燃料電池システムの長時間運転を可能とする一方、夏期においては燃料電池システムの使用時間を抑制することで、耐用年数を保証することができる。【００２６】
また、前記補機は、前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための水素生成器を含んでいてもよい。【００２７】
水素生成器は、発電状態と停止状態とで温度差が比較的大きいため、運転回数が増すにつれて熱膨縮による筐体の疲労が蓄積される。従って、水素生成器を補機として扱うことにより、その運転回数を運転計画に基づいてコントロールできるため、水素生成器の耐用年数を保証することができる。【００２８】
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池及び補機を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように、前記燃料電池を通常モードで運転させるステップ、前記第１運転条件及び前記第２運転条件のうち少なくとも一方の条件による制約を受けずに前記燃料電池を特殊モードで運転させるステップ、及び前記通常モードと前記特殊モードとの間で運転を切り換えるステップ、を備える。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る燃料電池システムによれば、耐用総運転時間又は耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転時間内又は単位許容運転回数内での運転に制限する通常モード下で、燃料電池システムの通常運転を実行させる。他方で、通常運転とは異なる特殊運転の場合には、単位許容運転時間又は単位許容運転回数の制約を受けない特殊モード下で運転することが許容される。【００３０】
従って、通常モードでは運転時間又は運転回数を制約することで燃料電池システムの耐用年数を保証することができる。他方で、特殊モードにおいては、運転時間又は運転回数の制約を受けず、適切な試運転等の特殊運転を行うことができる。更に、特殊モードにおいて特殊運転を終了した後は、所定のタイミングまで通常運転を行うことができるため、試運転等によってその後の通常運転が実行できなくなるのを防止できる。即ち、試運転等の特殊運転の直後であっても、ユーザーによる通常運転の実行を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】図１の燃料電池システムが備える制御器の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図１の燃料電池システムの運転計画の一例を説明するためのグラフである。
【図４】燃料電池システムでの運転モードの切り換え動作を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池システムでの運転モードお切り換え動作の他の例を示すフローチャートである。
【図６】燃料電池システムにおいて、通常モードから特殊モードへ運転モードを切り換えるか否かを判定する処理を示すフローチャートである。
【図７】燃料電池システムが備えるユーザー操作器の拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図９】特殊モードを終了させる場合の燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】特殊モードを終了させる場合の燃料電池システムの他の動作を示すフローチャートである。
【図１１】従来の燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態によって限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。この図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１Ａは、燃料電池６０を有して主として発電を行うための発電システム２、及び、該発電システム２の発電の際に生じた熱を回収する排熱回収システム３を備えている。
【００３４】
このうち発電システム２は、燃料電池６０の他、燃料ガス供給手段６１，酸化剤ガス供給手段６２，インバータ６３，熱交換器６６等を備えている。より詳しく説明すると、燃料電池６０には、燃料ガス供給配管を介して燃料ガス供給手段６１が接続されており、この燃料ガス供給手段６１は、例えば都市ガスインフラ等の原料供給源に接続された原料供給器６１ａと、改質器６１ｂとを備えている。そして、原料供給器６１ａから供給された燃料ガスは、改質器６１ｂにて水素含有ガスである改質ガスへと改質され、この改質ガスが燃料電池６０へ供給される。
【００３５】
また、燃料電池６０には、酸化剤ガス供給配管を介して酸化剤ガス供給手段６２が接続されている。この酸化剤ガス供給手段６２は、例えばブロア等で構成され、外部から取り込んだ空気（酸化剤ガス）を燃料電池６０へと供給する。燃料電池６０では、このようにして供給された燃料ガス及び酸化剤ガスを用い、電気化学的な反応によって電気を発生させることができ、その電力はインバータ６３へ送られる。インバータ６３の出力は、ユーザーが使用する電力負荷８３に接続された商用電力系統８２に対し、系統連係するように接続されている。従って、燃料電池６０で発生した直流電力は、このインバータ６３にて交流電力に変換された後、ユーザーの需要に応じて電力負荷８３での消費に供される。
【００３６】
一方、燃料電池６０には、閉回路を成して冷却水が循環する冷却水経路６４が接続されており、該冷却水経路６４上には冷却水循環ポンプ６５と熱交換器６６とが設けられている。また、この熱交換器６６には、冷却水が通流する排熱回収配管６７が上記冷却水経路６４とは独立して通され、該排熱回収配管６７上には貯湯ポンプ６８が設けられている。従って、冷却水循環ポンプ６５を駆動することにより、燃料電池６０の発電によって生じた熱は冷却水経路６４内の冷却水に回収され、更に、熱交換器６６において排熱回収配管６７内の冷却水へと伝達されるようになっている。
【００３７】
次に、排熱回収システム３について説明する。排熱回収システム３は、上下方向に所定の寸法を有する貯湯タンク６９を備えており、その内部は冷却水でほぼ満たされた状態になっている。貯湯タンク６９の上部及び下部には冷却水の回収口が設けられており、上部の回収口には配管７１の下流端が接続され、下部の回収口には配管７２の下流端が接続されている。また、これらの配管７１，７２の上流端は、三方弁７０を介して上記排熱回収配管６７の下流端に接続されている。この三方弁７０は、排熱回収配管６７に対して配管７１，７２の何れか一方を択一的に連通させるものであり、排熱回収配管６７を通じて送られてきた冷却水の温度が所定の閾値以上であれば上側の配管７１に連通し、閾値未満であれば下側の配管７２に連通するようになっている。なお、排熱回収配管６７の上流端は、貯湯タンク６９の下部に設けられた冷却水の送出口に接続されている。
【００３８】
このような構成により、燃料電池６０での発電に伴う熱により昇温された排熱回収配管６７内の冷却水は、閾値以上であれば配管７１を通じて貯湯タンク６９の上層に回収され、閾値未満であれば配管７２を通じて貯湯タンク６９の下層に回収される。貯湯タンク６９内の冷却水は、相対的に高温であるほど上層に向かうため、上記のように冷却水の温度に応じて回収位置を上下に振り分けることにより、貯湯タンク６９内の上層に高温水を保持し、下層に低温水を保持することができる。そして、熱交換器６６へは、貯湯タンク６９の下層の比較的低温の冷却水を、排熱回収配管６７を通じて供給することができる。
【００３９】
また、貯湯タンク６９の上部には冷却水の排出口が設けられており、該排出口には配管７３の上流端が接続され、配管７３の下流端は混合弁７５が有する入力ポートに接続されている。また、貯湯タンク６９の下部には水道水を導く配管が接続され、該配管から分岐した配管７４の下流端は、上記混合弁７５が有するもう１つの入力ポートに接続されている。そして、混合弁７５の出力ポートからは配管７６が延設され、該配管７６の下流端は加熱手段７７に接続されており、該加熱手段７７から延設された配管７９は給湯カラン（faucet）に至るように構成されている。
【００４０】
従って、貯湯タンク６９の上層に貯まった相対的に高温の湯と低温の水道水とを、混合弁７５にて適宜の割合で混合することにより、任意の温度の湯を給湯カランから出すことができる。また、貯湯タンク６９の上層の湯温度以上の湯を出す必要がある場合には、加熱手段７７にて加熱することにより、所望の温度の湯を出すことができる。なお、貯湯タンク６９には、複数の温度センサ６９ａ〜６９ｆが上下方向に配設されている。従って、この温度センサ６９ａ〜６９ｆが検出する温度に基づき、貯湯タンク６９内の上層のどの位置まで高温の湯が貯まっているかを把握できるため、それに基づいて残湯量を取得できるようになっている。また、給湯カランから湯が出された場合には、貯湯タンク６９の下部から水道水が冷却水として補充されるようになっている。
【００４１】
このような燃料電池システム１Ａは、更に制御器８１及びユーザー操作器７８を備えている。制御器８１は、主電源スイッチ８１ａを介して電源に接続されており、この主電源スイッチ８１ａがオンのときに、上述した発電システム２及び排熱回収システム３を含む燃料電池システム１Ａ全体の動作を制御する。例えば、制御器８１は、燃料ガス供給手段６１による燃料ガスの供給量、及び酸化剤ガス供給手段６２による酸化剤ガスの供給量を調整することで、燃料電池６０での発電量を制御する。また、冷却水循環ポンプ６５，貯湯ポンプ６８，三方弁７０，混合弁７５，加熱手段７７等の動作を制御する。
【００４２】
なお、混合弁７５の下流側に位置する配管７６上には混合温度検出手段７６ａが設けられ、給湯カランへ繋がる配管７９上には、熱需要量（即ち、熱負荷での単位時間あたりの使用熱量）を検出する熱負荷検出手段８０が設けられ、更に、商用電力系統８２上には、電力負荷８３に対応する受電点の電力を測定するために電力負荷検出手段８４が設けられている。そして、これらの検出手段７６ａ，８０，８４が検出した信号や、上述した温度センサ６９ａ〜６９ｆが検出した信号は、制御器８１へ送られるようになっている。
【００４３】
このような制御器８１及び主電源スイッチ８１ａは、一般的に、燃料電池システム１Ａを利用するユーザーが操作することは想定されておらず、メーカ等のメンテナンス作業員や、システム１Ａの施工者が操作することが想定される。
【００４４】
一方、ユーザー操作器７８は一般的にはリモコンと称されるものであり、一般ユーザーによって操作されることを想定しており、例えば家屋内の壁面などに設けられている。このユーザー操作器７８は、複数のスイッチ等から成る操作部７８ａ，液晶ディスプレイ等から成る表示部（出力部）７８ｂ，及びスピーカ等から成る報知部（出力部）７８ｃを備え、制御器８１との間で通信可能に接続されている。
【００４５】
操作部７８ａは、ユーザーが操作することにより、燃料電池６０による発電の開始や停止、給湯温度、風呂に湯をはる時間の予約、などの各種の設定を行うことができる。例えば操作部７８ａの操作により発電開始が指示された場合、その指示を受けた制御器８１が発電システム２を起動して発電を開始させる。また、操作部７８ａの操作により給湯温度が設定され、給湯カランから湯が出される場合には、制御器８１が、混合温度検出手段７６ａでの湯温の検出値と設定された給湯温度との差に基づき、混合弁７５及び加熱手段７７を適宜制御する。
【００４６】
即ち、湯温の検出値が設定された給湯温度より高い場合は、配管７４からの水道水の割合が大きくなるように混合弁７５を制御し、湯温の検出値が設定された給湯温度より低い場合は、配管７４からの水道水の割合が小さくなるように混合弁７５を制御する。更に、配管７４からの水道水の割合をゼロにしても、依然として湯温の検出値が設定された給湯温度より低い場合は、加熱手段７７を駆動して湯を設定温度まで昇温する。
【００４７】
表示部７８ｂは、燃料電池６０による発電電力量、エラー情報、残湯量などの各種の情報を、文字，記号，イラスト等を用いて表示することができる。更に、その日の運転累積時間、直近１週間，１ヶ月，１年間の運転累積時間、あるいは、システム１Ａの施工後からの運転累積時間などを、適宜切り換えて表示することができる。
【００４８】
また、報知部７８ｃは、音声やアラーム音などを出力することができ、例えば、風呂の湯はりが完了した旨を音声等により出力し、ユーザーに報せることができる。その他、燃料電池システム１Ａの状態を音声で報せるなど、各種の情報をユーザー等へ報せることができる。このような、報知部７８ｃによる出力や、上記表示部７８ｂによる表示は、ユーザーによる操作部７８ａの操作に応じて、あるいは、制御器８１からの指示に基づいて実行される。
【００４９】
図２は、上述した制御器８１の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように制御器８１は、その機能として、運転計画策定手段８５，負荷状態検出手段８６，操作情報入出力手段８７，負荷履歴記憶手段８８，及び運転制御手段８９を備えている。
【００５０】
運転計画策定手段８５は、燃料電池システム１Ａの運転計画を策定するものであり、後述するように、燃料電池６０又は他の補機（例えば、改質器６１ｂなど）のスペックとして設定された耐用総運転時間又は耐用総運転回数に基づき、例えば季節毎の１日あたりの運転可能な時間を設定する（図３参照）。負荷状態検出手段８６は、熱負荷検出手段８０及び電力負荷検出手段８４からの検出値を取得し、これを運転計画策定手段８５へ出力する。運転計画策定手段８５は、取得した負荷に関する検出値に基づき、既に策定した運転計画を適宜修正するなどして更新する。
【００５１】
操作情報入出力手段８７は、ユーザー操作器７８に対してユーザーが操作入力した各種の操作情報の入力を受け付け、あるいは、ユーザー操作器７８の表示部７８ｂ又は報知部７８ｃにて表示又は報知すべき情報を、ユーザー操作器７８に対して出力するものである。負荷履歴記憶手段８８は、負荷状態検出手段８６を介して取得した電力需要量及び熱需要量と、各需要のあった時刻との関係を示す情報を記憶する。この情報は運転計画策定手段８５により適宜参照される。即ち、運転計画策定手段８５は、負荷履歴記憶手段８８に記憶された過去の需要及び時刻の関係示す情報に基づき、将来における電力需要量及び熱需要量の経時変化を予測し、運転計画を更新する。
【００５２】
運転制御手段８９は、運転計画策定手段８５が策定した運転計画に基づき、燃料ガス供給手段６１，酸化剤ガス供給手段６２，インバータ６３を含む発電システム２の動作を制御すると共に、排熱回収システム３の動作を制御する。
【００５３】
［運転計画について］
図３は、燃料電池システム１Ａの運転計画の一例を説明するためのグラフである。このグラフでは、横軸は１〜１２月の各月を表し、縦軸は単位許容運転時間を表している。ここで、「単位許容運転時間」について説明する。燃料電池システム１Ａの構成物には、定期的なメンテナンス時や比較的短期間の使用により交換することが想定されている耐用年数の短い所謂「消耗品」と、このような消耗品とは違って長期使用が前提とされているもの（少なくともユーザーからはそのように認識されているもの）とが存在する。後者には燃料電池６０や改質器６１ｂも含まれ、これらはユーザーの認識と一致させるために、例えば少なくとも１０年程度の継続使用に耐えること、即ち、１０年程度の耐用年数を保証することが望まれる。
【００５４】
しかしながら実際には、燃料電池６０の場合であれば耐用総運転時間として例えば４万時間といった制限があり、改質器６１ｂの場合であれば耐用総運転回数として例えば４千回といった制限がある。そのため、燃料電池システム１Ａを毎日長時間運転するような使用形態であると、１０年を待たずして耐用総運転時間に達し、燃料電池６０の寿命が尽きて所望の性能を発揮できなくなってしまう可能性がある。同様に、燃料電池システム１Ａを１日に何度も発電及び停止を繰り返すような使用形態であると、１０年を待たずして耐用総運転回数に達し、改質器６１ｂの寿命が尽きて所望の性能を発揮できなくなってしまう可能性がある。
【００５５】
そのために、本実施の形態に係る燃料電池システム１Ａでは、単位期間（例：１日）あたりに許容する運転時間又は運転回数を設定した「運転計画」を策定する。そして、本明細書では、このような単位期間あたりに許容する運転時間又は運転回数を、「単位許容運転時間」又は「単位許容運転回数」と称する。なお、本実施の形態では単位期間として「１日」を採用した場合を説明するが、これに限定されず、２日，３日，１週間，１０日，１ヶ月など、必要に応じて任意の期間を採用することができる。
【００５６】
例えば、図３に示すように、熱需要量が大きい冬季では単位許容運転時間を長く設定し、月によって異なるが約１７〜２０［時間／日］の範囲の値に設定している。また、熱需要量が小さい夏期では単位許容運転時間を短くして、約１０〜１３［時間／日］の範囲の値に設定し、これら以外の時期では、約１３〜１７［時間／日］の範囲の値に設定している。そして、ユーザーが燃料電池システム１Ａを使用する場合には、この運転計画に基づき、その日に設定された単位許容運転時間以下での運転のみを許可し、これを超える運転を許可しないようにする。これにより、燃料電池６０の総運転時間が耐用年数（例：１０年）の経過前に耐用総運転時間に到達するのを回避し、１０年間の耐用年数を保証している。
【００５７】
なお、上述した単位許容運転時間の設定値は一例であり、各時期における単位許容運転時間の設定値は、例えば燃料電池システム１Ａを設置する地域の気候環境や、ユーザーの使用態様に応じて適宜変更設定することができる。また、以下では、上述したような単位期間あたりの運転時間を単位許容運転時間以下とする運転条件を、「第１運転条件」と称する。
【００５８】
単位許容運転回数については、熱需要量や電力需要量にかかわらず、例えば１［回／日］と設定し、運転計画を策定することとしている。そして、ユーザーが燃料電池システム１Ａを使用する場合には、この運転計画に基づき、その日に設定された単位許容運転回数以下での運転のみを許可し、これを超える運転を許可しないようにする。これにより、改質器６１ｂの総運転回数が耐用年数（例：１０年）の経過前に耐用総運転回数（例：４千回）に到達するのを回避し、１０年間の耐用年数を保証している。ここで、改質器６１ｂの耐用総運転回数を４千回とした場合、毎日１回運転しても１０年間で約３５０回の余りが生じるが、この余りの回数分はマージンとしている。
【００５９】
なお、上述した単位許可運転回数の設定値も一例であり、燃料電池システム１Ａを設置する地域の気候環境やユーザーの使用態様に応じて適宜変更設定することができる。また、以下では、上述したような単位期間あたりの運転回数を単位許容運転回数以下とする運転条件を、「第２運転条件」と称する。
【００６０】
また、以上の説明では燃料電池６０及び改質器６１ｂを例にしたが、このうち改質器６１ｂに換えて、消耗品ではない他の補機の耐用総運転時間又は耐用総運転回数に基づき、運転計画を策定することとしてもよい。
【００６１】
上述したように、燃料電池システム１Ａは、一般のユーザーが使用するような運転時（以下、「通常運転」）には、第１運転条件及び第２運転条件のうち少なくとも一方の運転条件を満たすように燃料電池６０を制御することで、燃料電池６０及び改質器６１ｂの耐用年数を保証している。しかしながら、燃料電池６０を運転する態様としては、上記通常運転の他、例えば燃料電池システム１Ａの施工時やメンテナンス時の試運転など、特殊な運転態様（以下、「特殊運転」）も行われる。このような特殊運転では、２〜３時間の継続運転が見込まれるため、例えば夏期の７月に１０時間の通常運転が行われた後に特殊運転を行う場合、単位許容運転時間内では十分な運転時間を確保できない（図３参照）。あるいは、８時間の通常運転の後に特殊運転を３時間行った場合、それだけで単位許容運転時間に達してしまうため、その日にユーザーは通常運転を行えなくなってしまう。
【００６２】
そこで本実施の形態に係る燃料電池システム１Ａでは、第１運転条件及び第２運転条件のうち少なくとも一方の運転条件を満たすように燃料電池６０を制御する運転モード（以下、「通常モード」）の他、これらの運転条件のうち少なくとも一方の制約を受けないように燃料電池６０を制御する運転モード（以下、「特殊モード」）を備えている。以下、このような通常モード及び特殊モードを切り換えて燃料電池６０を運転する制御態様について詳述する。
【００６３】
［燃料電池システムの制御態様について］
図４は、燃料電池システム１Ａでの運転モードの切り換え動作を示すフローチャートである。この図４に示すように、燃料電池システム１Ａは、通常モード及び特殊モードのうち何れか一方を実行（ステップＳ１）している間に、所定の条件を満たすことによりモードの切り換えを行い（ステップＳ２：ＹＥＳ）、他方の運転モードを実行する（ステップＳ３）。そして、モードの切り換えがない場合は、現状の運転モードを維持する（ステップＳ２：ＮＯ）。
【００６４】
図５は、燃料電池システム１Ａでの運転モードの切り換え動作の他の例を示すフローチャートである。より具体的には、このフローチャートでは、図４に示した切換処理を応用し、１つの単位期間中において運転モードを切り換える場合の動作を示している。図５に示すように、燃料電池システム１Ａは、単位期間（ここでは、１日）のはじめは通常モードになっている（ステップＳ１０）。そして、燃料電池６０の同日中の運転時間及び運転回数を監視し、運転時間が単位許容運転時間以下であるか（ステップＳ１１）、運転回数が単位許容運転回数以下であるか（ステップＳ１２）を判断する。
【００６５】
ここで、運転時間が単位許容運転時間を超過したと判定した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、又は、運転回数が単位許容運転回数を超過したと判定した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）は、燃料電池６０の運転を許可せず、これを停止させ（ステップ１３）、この状態を次の日になるまで（即ち、次の単位期間が開始するまで）維持する（ステップＳ１４：ＮＯ）。そして、次の日になったと判定した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）は、監視していた運転時間及び運転回数を初期化（ゼロに）して（ステップＳ２０）本フローを終了する。なお、その後である次の単位期間（翌日）では、ステップＳ１０からの動作を再び実行する。
【００６６】
これにより、通常モードにおいては、燃料電池６０と改質器６１ｂ等の補機との耐用年数を保証した燃料電池システム１Ａの運転を行うことができる。
【００６７】
一方、ステップＳ１１，Ｓ１２において、通常モードでの運転時間及び運転回数が、何れも単位許容運転時間以下且つ単位許容運転回数以下であると判定した場合は、モードの切り換えの有無を判定する（ステップＳ１５）。なお、このモードの切り換え有無の判定については後述する（図６参照）。そして、モードの切り換えがないと判定した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）は、再びステップＳ１０からの処理を実行し、モードの切り換えがあると判定した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）は、現状の通常モードから特殊モードへと切り換える（ステップＳ１６）。
【００６８】
この特殊モードに移行した後は、第１運転条件及び／又は第２運転条件の制約を受けない運転（特殊運転及び通常運転）を実行することができ（ステップＳ１７）、この状態を次の日になるまで（即ち、次の単位期間が開始するまで）維持する（ステップＳ１８：ＮＯ）。そして、次の日になったと判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）は、特殊モードを終了し（ステップＳ１９）、監視していた運転時間及び運転回数を初期化（ゼロに）して（ステップＳ２０）本フローを終了する。なお、その後である次の単位期間（翌日）では、ステップＳ１０からの動作、即ち、通常モードでの制御を実行する。
【００６９】
以上に説明した動作を実行することにより、例えば同日（同じ単位期間）中に通常モードから特殊モードに切り換わるので、それまでの通常運転時間や運転回数にかかわらず特殊運転を行うことができる。そして、特殊運転を終了した後も、翌日（次の単位期間）までは特殊モードが継続されるため、ユーザーによる通常運転が可能である。更に、一日の終了時まで特殊モードが維持されても、翌日になると特殊モードから通常モードへと自動的に切り換わる。従って、翌日においては第１条件又は第２条件に基づいて運転時間を制限し、燃料電池の耐用年数を考慮した適切な運転計画を実行することができる。
【００７０】
［運転モードの切り換え判定について］
次に、上記ステップＳ１５に示したモード切り換え判定の具体例について説明する。図６は、通常モードから特殊モードへ運転モードを切り換えるか否かを判定する処理を示すフローチャートである。図６では３つの例を示しているが、これらは排他的に採用されなければならないものではない。即ち、本実施の形態に係る燃料電池システム１Ａは、これらの３つの例うち何れか１の例に示す処理だけを採用してもよいし、２又は３の例を重複して採用してもよい。
【００７１】
図６の例１について説明すると、ここでは、主電源スイッチ８１ａ（図１参照）がオフからオンに切り換わったか否かを判定する（ステップＳ３０−Ａ）。その結果、主電源スイッチ８１ａが切り換わっていない場合には、運転モードの切り換えがないと判定して（ステップＳ３１−Ａ）、通常モードを維持する。一方、主電源スイッチ８１ａが切り換わった場合には、運転モードの切り換えがあると判定して（スイッチＳ３２−Ａ）、通常モードから特殊モードへと切り換える。即ち、この例１の場合、電力供給が遮断されている制御器８１に対する通電が、「モード切り換えあり」を示す指令信号の役割を担うこととなる。
【００７２】
このような態様とすることにより、メンテナンス作業員等のオペレータが試運転等の特殊運転を行う際に、主電源スイッチ８１ａを操作してオフからオンへと切り換えることにより、燃料電池システム１Ａを特殊モードへと切り換えることができ、その後は、第１運転条件及び／又は第２運転条件による制約を受けず、特殊運転を実行することができる。
【００７３】
図６の例２について説明すると、ここでは、ユーザー操作器７８の操作部７８ａが具備する複数のスイッチのうち、所定のスイッチが長押しされたか否かを判定する（ステップＳ３０−Ｂ）。その結果、長押しされていない場合には、運転モードの切り換えがないと判定して（ステップＳ３１−Ｂ）、通常モードを維持する。一方、所定のスイッチが長押しされた場合には、運転モードの切り換えがあると判定して（スイッチＳ３２−Ｂ）、通常モードから特殊モードへと切り換える。なお、「長押し」とは、所定時間だけ継続して押圧する操作態様のことであり、この例２の場合、「長押し」操作時に制御器８１へ入力される信号が、「モード切り換えあり」を示す指令信号の役割を担うこととなる。
【００７４】
このような態様とすることにより、オペレータは、ユーザー操作器７８の所定のスイッチを長押しすることによって、燃料電池システム１Ａを特殊モードへと切り換えることができる。なお、ステップＳ３０−Ｂに付記したように、所定のスイッチを長押しする操作に換えて、所定の複数のスイッチを同時押しする操作の有無に基づいて、モードの切り換えの有無を判定するようにしてもよい。また、図６の例３については後述する。
【００７５】
ところで、モードの切り換えと同時に、ユーザー操作器７８の表示部７８ｂ及び／又は報知部７８ｃにおいて、モードの切り換えが行われたことを出力してもよい。ユーザー操作器７８の拡大図である図７を参照して具体的に説明すると、ユーザー操作器７８の表示部７８ｂにおいて、例えば「メンテナンス中」といった文字列から成るメッセージ９０を、特殊モードへの切り換えと同時に表示してもよい。あるいは、「メンテナンス中です」といった音声案内９１を、特殊モードへの切り換えと同時に報知部７８ｃから発してもよい。また、これらを共に実行するようにしてもよい。更に、このような表示又は音声の出力は、モードの切り換え時点から一定時間だけ継続して行うようにしてもよいし、特殊モードになっている期間中ずっと継続して行うようにしてもよい。
【００７６】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。この図８に示す燃料電池システム１Ｂは、図１に示した燃料電池システム１Ａに対し、メンテナンス操作部（オペレータ操作部）１０１が付加された構成となっている。このメンテナンス操作部１０１は、オペレータ等によって特殊運転が行われる場合にのみ操作されるものであり、制御器８１との間で通信線を介して接続されている。
【００７７】
このような燃料電池システム１Ｂは、実施の形態１において図４及び図５を参照して説明したのと同様の動作を実行可能であり、図６の例１，２を参照して説明したのと同様のモード切り換え判定を行うことも可能である。更に、この燃料電池システム１Ｂの場合、図６の例３に示すモード切り換え判定を行うことができる。
【００７８】
即ち、図６の例３を参照して説明すると、燃料電池システム１Ｂでは、制御器８１において、メンテナンス操作部１０１が操作されたか否かを判定する（ステップＳ３０−Ｃ）。その結果、メンテナンス操作部１０１が操作されていない場合には、運転モードの切り換えがないと判定して（ステップＳ３１−Ｃ）、通常モードを維持する。一方、メンテナンス操作部１０１が操作された場合には、運転モードの切り換えがあると判定して（スイッチＳ３２−Ｃ）、通常モードから特殊モードへと切り換える。即ち、この例３の場合、メンテナンス操作部１０１の操作により制御器８１に入力される信号が、「モード切り換えあり」を示す指令信号の役割を担うこととなる。
【００７９】
このような態様とすることにより、メンテナンス作業員等のオペレータが試運転等の特殊運転を行う際に、メンテナンス操作部１０１を操作することにより、燃料電池システム１Ｂを特殊モードへと切り換えることができ、その後は、第１運転条件及び／又は第２運転条件による制約を受けず、特殊運転を実行することができる。なお、この場合のモード切り換え時においても、図７を参照して説明したのと同様に、ユーザー操作部７８の表示部７８ｂ及び／又は報知部７８ｃにより、モードが切り換わったことを出力してもよい。
【００８０】
また、上記実施の形態１，２では、図５に示すように、燃料電池６０の運転時間が単位許容運転時間以下（ステップＳ１１）、且つ、運転回数が単位許容運転回数以下（ステップＳ１２）の場合にのみ、モード切換判定（ステップＳ１５，図６参照）を行って特殊モードへ移行する態様を示した。しかしながら、例えば燃料電池６０の運転時間及び運転回数にかかわらず、図６で説明したような「モード切り換えあり」を示す指令信号が制御器８１へ入力されたことのみをもって、特殊モードへ移行することとしてもよい。
【００８１】
このような態様とすることにより、仮に、ある単位期間中に単位許容運転時間及び単位許容運転回数を消費してしまっていた場合であっても、それと同じ単位期間中に特殊モードへ移行でき、試運転等の特殊運転を必要に応じて実行することができる。特に、単位期間の後半においては、それまでのユーザーの使用により、単位許容運転時間及び単位許容運転回数の残りが少なくなっている可能性が高くなるが、そのような状況においてもメンテナンスによる試運転等を確実に行えて利便性が高い。
【００８２】
（実施の形態３）
ところで、上述した説明では、特殊モードへ移行した後は当該移行時の属する単位期間の終了時点まで（即ち、次の単位期間が開始されるまで）、その運転モードが維持される態様を示した。しかしながら、このような態様に限られず、特殊モードへの移行時の属する単位期間が終了する前であっても、所定の条件に基づいて特殊モードを終了させてもよい。
【００８３】
例えば、１つの単位期間中に特殊モードを継続することのできる上限時間を設定しておき、特殊モードへ移行してからこの上限時間を経過した時点で特殊モードを終了させることとしてもよい。あるいは、一続きの特殊モードの期間中に、燃料電池６０を運転できる回数（即ち、停止状態から発電状態への移行回数）に上限回数を設定しておき、特殊モードへ移行してからこの上限回数を消化した時点で特殊モードを終了させることとしてもよい。本実施の形態では、この上限時間を単位期間より短い期間として設定すると共に、これを「特殊モード許容時間」と称する。また、上限回数を単位許容運転回数以下の回数として設定すると共に、これを「特殊モード許容回数」を称する。以下、このような判定基準に基づいて特殊モードを終了させる動作について説明する。
【００８４】
図９は、特殊モードを終了させる場合の燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。なお、ここでは燃料電池システム１Ａを例に説明するが、もちろん燃料電池システム１Ｂにも適用可能である。図９に示すように、燃料電池システム１Ａが特殊モードになると（ステップＳ４０）、特殊モード許容時間が経過したか否かを所定の周期で判定する（ステップＳ４１）。即ち、制御器８１は、特殊モードへの移行と同時に経過時間を計測し、これと所定の特殊モード許容時間とを対比する。
【００８５】
そして、経過時間が特殊モード許容時間に達したと判定した場合（ステップＳ４１：ＹＥＳ）は、特殊モードを終了する（ステップＳ４５）。一方、経過時間が特殊モード許容時間に達していないと判定した場合（ステップＳ４１：ＮＯ）は、続いて、燃料電池６０が停止状態から発電状態へと切り換わるべき指令信号が制御器８１に入力されたか否かを判定する（ステップＳ４２）。このような指令信号は、例えばユーザー又はオペレータが、ユーザー操作器７８の操作部７８ａを用いて発電開始を操作入力することにより、制御器８１へ入力される。
【００８６】
制御器８１は、この指令信号の入力があると判定した場合（ステップＳ４２：ＹＥＳ）は、燃料電池６０の運転回数が特殊モード許容回数に達したか否かを判定する（ステップＳ４３）。即ち、仮に指令信号に従って燃料電池６０の運転を開始した場合に、特殊モードへ移行してからの累積の運転回数が、特殊モード許容回数に達したか否かを判定する。その結果、特殊モード許容回数に達していないと判定した場合（ステップＳ４３：ＮＯ）は現状の特殊モードを維持する（ステップＳ４４）。また、ステップＳ４２にて発電開始の指令信号の入力がないと判定した場合（ステップＳ４２：ＮＯ）も、現状の特殊モードを維持する（ステップＳ４４）。一方、ステップＳ４３にて、特殊モード許容回数に達したと判定した場合（ステップＳ４３：ＹＥＳ）は、特殊モードを終了する（ステップＳ４５）。
【００８７】
なお、このような一連のフローは、例えば図５のステップＳ１６に示す特殊モードの状態において実行される。そして、図９のステップＳ４５に示すように特殊モードを終了した場合には、図５のステップＳ１０へ移行して通常モードでの制御を開始する。
【００８８】
このような態様とすることにより、特殊モードへの切り換え時点から単位期間の終了時点まで長時間ある場合に、その間ずっと特殊モードが維持されることによって燃料電池６０が長時間にわたって運転されるのを防止することができる。あるいは、特殊モードへの切り換え時点から単位期間の終了時点までが短時間であっても、その間に何度も発電及び停止が繰り返される可能性があるが、そのような運転回数の増加を防止することができる。但し、この場合であっても、特殊モードへの切り換え時点から一定時間（特殊モード許容時間）の運転、又は、一定回数（特殊モード許容回数）の運転は保証されるため、特殊運転やその後の通常運転を支障なく行える。
【００８９】
また、上記のように特殊モード許容時間又は特殊モード許容回数に達することで、特殊モードを強制的に終了させる場合（ステップＳ４５）には、ユーザー操作器７８の表示部７８ｂ又は報知部７８ｃにより、その旨を出力することが好ましい。これにより、耐用年数に基づいて燃料電池の運転時間又は運転回数が制限されていることを、ユーザーに容易に理解してもらえるため、燃料電池システムを運転計画に基づいて運転するにあたり、ユーザーの理解を得ることができる。
【００９０】
（実施の形態４）
上述した実施の形態３では、単位期間毎に、特殊モードの継続時間の上限値と特殊モードでの運転回数の上限値とを設定した場合を説明したが、特殊モードを終了するか否かの判定基準はこれに限られない。例えば、単位許容運転時間を超えて運転した時間を単位期間毎に算出して合算し、その合算値が所定の閾値に達した場合には、特殊モードを終了させることとしてもよい。換言すれば、１つの単位期間中に単位許容運転時間を超えて運転した時間（単位超過時間）を、システムの施工後に経過した単位期間分だけ全て累積してその時間（超過累積時間）を取得する。そして、この超過累積時間が所定の上限値（超過上限累積時間）に達した場合に、特殊モードを終了して通常モードへ切り換えるようにしてもよい。
【００９１】
運転回数についても同様のことが言える。即ち、１つの単位期間中に単位許容運転回数を超えて運転した回数（単位超過回数）を、システムの施工後に経過した単位期間分だけ全て累積した回数（超過累積回数）を取得する。そして、この超過累積回数が所定の上限値（超過上限累積回数）に達した場合に、特殊モードを終了して通常モードへ切り換えるようにしてもよい。
【００９２】
図１０は、特殊モードを終了させる場合の燃料電池システムの他の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは燃料電池システム１Ａを例に説明するが、もちろん燃料電池システム１Ｂにも適用可能である。図１０に示すように、燃料電池システム１Ａが特殊モードとなると（ステップＳ５０）、制御器８１は、特殊モードになった時点の属する単位期間中において、単位許容運転時間を超えた運転時間（単位超過時間）を計測すると共に、過去の単位期間にて計測した単位超過時間と合算して超過累積時間を取得する（ステップＳ５１）。そして、この超過累積時間が、予め制御器８１の内部メモリ等に記憶された閾値である超過上限累積時間に達したか否かを判定する（ステップＳ５２）。その結果、超過上限累積時間に達したと判定した場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）は、特殊モードを終了する（ステップＳ５７）。
【００９３】
一方、超過上限累積時間に達していないと判定した場合（ステップＳ５２：ＮＯ）は、燃料電池６０が停止状態から発電状態へと切り換わるべき指令信号が制御器８１に入力されたか否かを判定する（ステップＳ５３）。制御器８１は、この指令信号の入力があると判定した場合（ステップＳ５３：ＹＥＳ）は、特殊モードになった時点の属する単位期間中において、今回の運転が単位許容運転回数を超えるものであれば、これを単位超過回数としてカウントすると共に、過去の単位期間にてカウントした単位超過回数と合算して超過累積回数を取得する（ステップＳ５４）。そして、この超過累積回数が、予め制御器８１の内部メモリ等に記憶された閾値である超過上限累積回数に達したか否かを判定する（ステップＳ５５）。その結果、超過上限累積回数に達したと判定した場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）は、特殊モードを終了する（ステップＳ５７）。一方、超過上限累積回数に達していないと判定した場合（ステップＳ５５：ＮＯ）又は運転開始の指令信号の入力がないと判定した場合（ステップＳ５３：ＮＯ）は、現状の特殊モードを維持する（ステップＳ５６）。
【００９４】
このような態様とすることにより、仮に特殊モードでの運転が多発したことにより、超過累積時間又は超過累積回数が増加した場合であっても、一定の閾値（超過上限累積時間又は超過上限累積回数）に達した場合に、特殊モードから通常モードへと強制的に切り換えることができる。そのため、長時間の継続運転を抑制し、耐用年数にわたる燃料電池の使用を保証することができる。
【００９５】
なお、各実施の形態で説明した制御器８１は、ＣＰＵ（又はマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏ等を備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムであれば、磁気メディアや光メディア等の記録媒体に記録したりインターネット等の通信回線を用いて配信したりすることでプログラムの配布・更新やインストール作業が簡単にできる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の燃料電池システムは、家庭用に限らずオフィスや工場等の業務用にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１Ａ，１Ｂ  燃料電池システム
２          発電システム
３          排熱回収システム
６０        燃料電池
６１        燃料ガス供給手段
６１ｂ      改質器
６２        酸化剤ガス供給手段
６６        熱交換器
６９        貯湯タンク
７８        ユーザー操作器
７８ａ      操作部
７８ｂ      表示部（出力部）
７８ｃ      報知部（出力部）
８１        制御器
８１ａ      主電源スイッチ
１０１      メンテナンス操作部（オペレータ操作部）
【図１】
2012114391.tif 000003
【図２】
2012114391.tif 000004
【図３】
2012114391.tif 000005
【図４】
2012114391.tif 000006
【図５】
2012114391.tif 000007
【図６】
2012114391.tif 000008
【図７】
2012114391.tif 000009
【図８】
2012114391.tif 000010
【図９】
2012114391.tif 000011
【図１０】
2012114391.tif 000012
【図１１】
2012114391.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月29日(2013.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
少なくとも該燃料電池の起動及び停止を制御する制御器と、
該制御器によって少なくとも起動及び停止が制御される補機と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御器は、
前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように前記燃料電池を運転させる通常モードと、
前記第１運転条件及び前記第２運転条件の両方の制約を受けずに前記燃料電池を運転させる特殊モードと、
の間で切り換えて前記燃料電池を運転させ、
前記制御器は、前記燃料電池に対して前記通常モードでの運転を実行しているのと同じ単位期間中に、該通常モードに切り換えて前記特殊モードでの運転を実行可能であり、且つ、前記特殊モードでの運転を実行している単位期間が終了すると、次の単位期間では前記特殊モードから前記通常モードに切り換えて運転するよう構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
少なくとも該燃料電池の起動及び停止を制御する制御器と、
該制御器によって少なくとも起動及び停止が制御される補機と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御器は、
前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように前記燃料電池を運転させる通常モードと、
前記第１運転条件及び前記第２運転条件の両方の制約を受けずに前記燃料電池を運転させる特殊モードと、
の間で切り換えて前記燃料電池を運転させ、
少なくとも前記燃料電池及び前記補機への商用電源からの電力の供給及び遮断を切り換える主電源スイッチを更に備え、
前記制御器は、前記主電源スイッチがオフからオンに切り換わって前記商用電源からの電力供給が開始された場合に、前記主電源スイッチがオンになった時点が属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可する、燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
少なくとも該燃料電池の起動及び停止を制御する制御器と、
該制御器によって少なくとも起動及び停止が制御される補機と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御器は、
前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように前記燃料電池を運転させる通常モードと、
前記第１運転条件及び前記第２運転条件の両方の制約を受けずに前記燃料電池を運転させる特殊モードと、
の間で切り換えて前記燃料電池を運転させ、
前記特殊モードでの運転を開始する場合にオペレータに操作されるオペレータ操作部を更に備え、
前記制御器は、前記オペレータ操作部が操作されて前記特殊モードでの運転が開始された場合に、前記オペレータ操作部の操作時点が属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可する、燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の運転条件を指定するためにユーザーが操作するスイッチを含む複数のスイッチを有するユーザー操作部を更に備え、
前記制御器は、前記ユーザー操作部が有する所定のスイッチが所定時間だけ長押し操作された場合、又は、前記ユーザー操作部が有する所定の複数のスイッチが同時押し操作された場合に、当該操作時点の属する単位期間の終了まで、前記燃料電池における前記特殊モードでの運転を許可する、請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記特殊モードでの運転を実行する場合、
前記通常モードが、前記第１運転条件の制約を受ける運転に設定されている場合には、該特殊モードを開始してから、前記単位期間より短く設定された特殊モード許容時間を経過するまでは、前記単位許容運転時間を超えた前記特殊モードでの前記燃料電池の運転を許可し、又は、
前記通常モードが、前記第２運転条件の制約を受ける運転に設定されている場合には、前記特殊モードを開始してから、前記単位許容運転回数以下の値に設定された特殊モード許容回数を消化するまでは、前記単位期間中の運転回数が前記単位許容運転回数を超える場合であっても、前記特殊モードでの前記燃料電池の運転を許可する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、
前記特殊モードでの運転により１の単位期間中に前記単位許容運転時間を超えて前記燃料電池を運転した単位超過時間を、経過した単位期間分だけ累積した超過累積時間、及び、１の単位期間中に前記単位許容運転回数を超えて前記燃料電池を運転した単位超過回数を、経過した単位期間分だけ累積した超過累積回数、を記憶し、
前記超過累積時間が所定の超過上限累積時間に達した場合、及び、前記超過累積回数が所定の超過上限累積回数に達した場合、のうち少なくとも一方の場合に、前記特殊モードを前記通常モードに強制的に切り換える、請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の運転条件を指定するためにユーザーが操作するスイッチを含む複数のスイッチを有するユーザー操作部を更に備え、
該ユーザー操作部は、
前記制御器が、前記超過累積時間が所定の超過上限累積時間に達した場合、及び、前記超過累積回数が所定の超過上限累積回数に達した場合、のうち少なくとも一方の場合であって、前記特殊モードを前記通常モードに強制的に切り換える際に、
前記制御器からの指示に基づいて、前記特殊モードから前記通常モードへの切り換えを、音声出力又は表示出力する出力部を有する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記単位許容運転時間は、１年間のうち熱需要が低い時期ほど短くなるように設定されている、請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記補機は、前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための水素生成器を含む、請求項１乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池及び補機を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の単位期間あたりの運転時間を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転時間に基づいて定められる単位許容運転時間以下とする第１運転条件と、前記燃料電池の単位期間あたりの運転回数を、前記燃料電池及び前記補機のうち少なくとも一方の機器の耐用総運転回数に基づいて定められる単位許容運転回数以下とする第２運転条件と、のうち、少なくとも一方の運転条件を満たすように、前記燃料電池を通常モードで運転させるステップ、
前記第１運転条件及び前記第２運転条件の両方の制約を受けずに前記燃料電池を特殊モードで運転させるステップ、
前記通常モードと前記特殊モードとの間で運転を切り換えるステップ、
前記燃料電池に対して前記通常モードでの運転を実行しているのと同じ単位期間中に、該通常モードに切り換えて前記特殊モードでの運転を実行するステップ、及び
前記特殊モードでの運転を実行している単位期間が終了すると、次の単位期間では前記特殊モードから前記通常モードに切り換えて運転するステップ、
を備える燃料電池システムの運転方法。
【国際調査報告】
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