(57)【要約】【課題】燃料電池システムが初期化された場合でも、自立発電機能を有する燃料電池ユニットの発電を継続させること。【解決手段】貯湯ユニット３は、燃料電池システム１が設置されている需要家の熱消費量および電力消費量のうちの少なくとも一方の消費量を記憶して燃料電池ユニット２の起動時刻および停止時刻を設定するように構成されている第１制御器４を備え、第１制御器４は、商用電源１５から貯湯ユニット３へ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニット２が発電をしていない場合には予め定められる初期運転計画を実行し、商用電源１５から貯湯ユニット３へ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニット２が発電をしている場合には電力の供給が開始されてから予め定められる第１時間運転を継続するように構成されている。【選択図】図１
2014175230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックから電力が供給されて動作するように構成されている燃料電池ユニットと、
前記燃料電池スタックが発電をする際に発生する熱を蓄え、商用電源から電力が供給されて動作するように構成されている貯湯ユニットと、
を備えている燃料電池システムであって、
前記貯湯ユニットは、前記燃料電池システムが設置されている需要家の熱消費量および電力消費量のうちの少なくとも一方の消費量を記憶して前記燃料電池ユニットの起動時刻および停止時刻を設定するように構成されている第１制御器を備え、
前記第１制御器は、前記商用電源から前記貯湯ユニットへ電力の供給が開始されたときに前記燃料電池ユニットが発電をしていない場合には予め定められる初期運転計画を実行し、前記商用電源から前記貯湯ユニットへ電力の供給が開始されたときに前記燃料電池が発電をしている場合には電力の供給が開始されてから予め定められる第１時間運転を継続するように構成されている、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池ユニットは、前記第１制御器と通信を行い前記燃料電池ユニットの運転時間を記憶する第２制御器を備え、
前記第１時間は、前記燃料電池ユニットの上限運転時間から前記燃料電池ユニットの運転時間を差し引いて算出されるように構成されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記商用電源が停電したことを検知する停電検知器を備え、前記燃料電池ユニットは、
前記商用電源が停電していない場合には前記商用電源および前記燃料電池スタックから電力が供給されて動作し、前記商用電源が停電している場合には前記燃料電池スタックから電力が供給されて動作し、前記第１制御器と通信を行い前記燃料電池ユニットの停電発生時の上限運転時間を記憶する第２制御器を備え、
前記第１時間は、前記燃料電池ユニットの停電発生時の上限運転時間を設定されるように構成されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を用いた燃料電池システムは、主にコジェネレーションシステムなどで使用されており、発電と同時に発生する熱をお湯として回収することでエネルギーを有効に活用でき、高効率の分散型電源として注目されている。
【０００３】
一般的に電力負荷は常時発生し熱負荷は断続的に発生するという特性を持ち、燃料電池システムの発電により瞬間的に回収できる熱量は、断続的に発生する熱負荷の需要量に比べて少ない。このため、前述の燃料電池システムでは、発電に伴って回収した熱を直接供給するのではなく、一度貯湯槽に貯えた後、必要な量を負荷に供給する。このような燃料電池システムでは、家庭の電力需要および熱需要を予測し、要求される時点までに予め必要な量の発電および熱回収が実施できるように運転を行なう自動運転制御を実施することで、エネルギー消費量の削減効果を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された従来の燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、制御器と、制御器へ各設定を入力する入力装置とを備えた燃料電池システムであって、制御器は電力需要および／または熱需要に応じて燃料電池システムの運転開始時間および運転停止時間を計画し運転する自動運転モードと、  入力装置により入力された各設定に応じた条件が満たされた場合に燃料電池システムの運転を開始または停止する手動運転モードから構成される。
【０００５】
また、燃料電池ユニットは商用電源から供給される電力で動作することもできるが、商用電源が停電している場合には燃料電池スタックから電力が供給されて動作する自立発電機能を有している場合がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−６１２４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者らは、従来の構成であっても、燃料電池システムを効率的に動作させるという観点から下記の問題があることを見出した。
【０００８】
まず、燃料電池ユニットは、商用電源が停電している場合に燃料電池スタックから電力が供給されて動作する自立発電機能を有している場合には、商用電源が停電しても燃料電池ユニット自体は発電を継続することができる。
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、燃料電池ユニットとその他の装置（例えば貯湯タンクを備えている貯湯ユニット）の電源の系統が別電源で構成されている。この場合、燃料電池ユニットが発電中に商用電源の瞬停（瞬時停電。つまり短期間の停電。）などが発生すると、燃料電池スタックから電力が供給されている燃料電池ユニットは動作し続けるが、燃料電池スタックから電力が供給されていない貯湯ユニットなどのその他の装置は停止す
る。
【００１０】
そのため、停電が終わり商用電源の電力供給が開始した場合には、貯湯ユニットにはリセットがかかり、再起動を行う。貯湯ユニットが再起動した場合、燃料電池システム全体の再起動を行う必要があるため、燃料電池システム自体も再起動して初期化されていた。
【００１１】
燃料電池システムが初期化された場合には、燃料電池システムは所定の時間帯（例えば、８時から２３時までなど）しか発電が行われないように設定されているため、所定の時間帯から外れた時間帯に燃料電池システムが再起動された場合には、燃料電池ユニットが自立発電機能を発揮して発電を継続していたにも関わらず、燃料電池システムが停止処理に移行して、燃料電池ユニットの発電が継続されない、という課題を有していた。
【００１２】
本発明は、従来のような課題を考慮し、燃料電池スタックから電力が供給されている燃料電池ユニット以外の装置にリセットがかかっても、電源投入時に発電中かどうかを判断し、発電中の場合は発電を継続できる燃料電池コジェネレーションシステムを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックを備え、燃料電池スタックから電力が供給されて動作するように構成されている燃料電池ユニットと、燃料電池スタックが発電をする際に発生する熱を蓄え、商用電源から電力が供給されて動作するように構成されている貯湯ユニットと、を備えている燃料電池システムであって、貯湯ユニットは、燃料電池システムが設置されている需要家の熱消費量および電力消費量のうちの少なくとも一方の消費量を記憶して発電ユニットの起動時刻および停止時刻を設定するように構成されている第１制御器を備え、第１制御器は、商用電源から貯湯ユニットへ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニットが発電をしていない場合には予め定められる初期運転計画を実行し、商用電源から貯湯ユニットへ電力の供給が開始されたときに燃料電池が発電をしている場合には電力の供給が開始されてから予め定められる第１時間運転を継続するものである。
【００１４】
これによって、発電中に貯湯ユニットが再起動しても、発電が継続できる。
【発明の効果】
【００１５】
燃料電池ユニットが発電中に、貯湯ユニットの商用電源の電源供給が途絶えた後、再度電源供給が行われ、貯湯ユニットが立ち上げなおした場合でも、発電を継続する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池コジェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池コジェネレーションシステムの運転制御を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池コジェネレーションシステムの運転制御を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックを備え、燃料電池スタックから電力が供給されて動作するように構成されている燃料電池ユニットと、燃料電池スタックが発電をする際に発生する熱を蓄え、商用電源から電力が供給され
て動作するように構成されている貯湯ユニットと、を備えている燃料電池システムであって、貯湯ユニットは、燃料電池システムが設置されている需要家の熱消費量および電力消費量のうちの少なくとも一方の消費量を記憶して発電ユニットの起動時刻および停止時刻を設定するように構成されている第１制御器を備え、第１制御器は、商用電源から貯湯ユニットへ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニットが発電をしていない場合には予め定められる初期運転計画を実行し、商用電源から貯湯ユニットへ電力の供給が開始されたときに燃料電池が発電をしている場合には電力の供給が開始されてから予め定められる第１時間運転を継続する燃料電池システムである。
【００１８】
この構成により、貯湯ユニットの電源がＯＦＦし、ＯＮした場合でも、燃料電池システムは発電を継続することが可能となる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明において、発電ユニットは、第１制御器と通信を行い発電ユニットの運転時間を記憶する第２制御器を備え、第１時間は、燃料電池ユニットの上限運転時間から発電ユニットの運転時間を差し引いて算出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【００２０】
この構成により、貯湯ユニットの電源がＯＦＦし、ＯＮした場合でも、貯湯ユニットが再起動しても、決められた時間、運転を継続することが可能となる。
【００２１】
第３の発明は、特に第１の発明において、商用電源が停電したことを検知する停電検知器を備え、燃料電池ユニットは、商用電源が停電していない場合には商用電源および燃料電池スタックから電力が供給されて動作し、商用電源が停電している場合には燃料電池スタックから電力が供給されて動作し、第１制御器と通信を行い燃料電池ユニットの停電発生時の上限運転時間を記憶する第２制御器を備え、第１時間は、燃料電池ユニットの停電発生時の上限運転時間を設定されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【００２２】
この構成により、発電中に停電が発生し、貯湯ユニットが再起動することが発生しても、燃料電池システムは、停電発生した場合に対応した時間、発電を継続することが可能となる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池コジェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００２５】
図１において、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタック９を内部に収納している燃料電池ユニット２を備えている。また燃料電池ユニット２は、商用電源１５から供給される電力で動作することもできるが、商用電源１５が停電している場合には燃料電池スタック９から電力が供給されて動作する自立発電機能を有しているように構成されている。
【００２６】
また、燃料電池システム１は、燃料電池スタック９が発電をする際に発生する熱を蓄え、商用電源１５から電力が供給されて動作するように構成されている貯湯ユニット３を備えている。貯湯ユニット３は、燃料電池システム１が設置されている需要家の熱消費量および電力消費量のうちの少なくとも一方の消費量を記憶して燃料電池ユニット２の起動時刻および停止時刻を適切に設定するように構成されている第１制御器４を備えている。
【００２７】
以上のように構成された燃料電池コジェネレーションシステムの発電中の停電時の動作、作用について、図２を参照しながら説明する。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池コジェネレーションシステムの発電中の停電発生時の運転制御を示すフローチャートである。
【００２９】
燃料電池ユニット２は、商用電源１５から供給される電力で動作することもできるが、商用電源１５が停電している場合には燃料電池スタック９から電力が供給されて動作する自立発電機能を有している。
【００３０】
第１制御器４は、商用電源１５から貯湯ユニット３へ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニット２が発電をしていない場合には予め定められる初期運転計画を実行し、商用電源１５から貯湯ユニット３へ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニット２が発電をしている場合には電力の供給が開始されてから予め定められる第１時間運転を継続するように構成されている。第１時間はシミュレーションや直前の計算などにより任意に定めることができる。
【００３１】
燃料電池ユニット２は、貯湯ユニット３の電源が停電などによりＯＦＦになった時（Ｓ１０１）、発電中であれば発電を継続する（Ｓ１０２）。貯湯ユニット３は、商用電源１５から電力の供給を開始され停電復帰した場合（Ｓ１０３）、第１制御器と第２制御器が通信を行い、第１制御器４は第２制御器７から燃料電池ユニット２が発電中かどうかの情報を取得し、燃料電池ユニット２が発電中かどうかの判断を行う（Ｓ１０４）。燃料電池ユニットが発電中の場合、第１制御器４は第２制御器７から運転時間を取得する（Ｓ１０５）。運転時間は、起動時刻からの積算時間でもよいし、発電開始時刻からの積算時間でもよい。第１制御器４は燃料電池の上限の運転時間から既に運転している運転時間を引いた時間を運転時間とする（Ｓ１０６）。第２制御器７で第１時間を計算し第１制御器４に送信しても良い。第１制御器４が第２制御器７から既に運転している時間を取得し、第１制御器４で第１時間の計算を行っても良い。算出した第１時間まで運転を継続する（Ｓ１０７）。燃料電池ユニット２が発電中でない場合、定められる初期運転計画を実行する。初期運転計画の時間内かどうかを判断する（Ｓ１０８）。初期運転計画の時間内であれば運転を開始する（Ｓ１０９）。これにより、燃料電池システム１は、発電中に、瞬停が発生し、貯湯ユニット３が商用電源１５から電力の供給が停止し、再度開始された場合にも、燃料電池ユニットの寿命や特性の低下を招かない範囲で決められた時間発電を継続することができ、お客様は燃料電池システムが生み出すお湯と電気を使用することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池コジェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００３３】
図１において、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、燃料と酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタック９を備え、商用電源１５から供給される電力で動作することもできるが、商用電源１５が停電している場合には燃料電池スタック９から電力が供給されて動作する自立発電機能を有しているように構成されている燃料電池ユニット２と、燃料電池スタック９が発電をする際に発生する熱を蓄え、商用電源１５から電力が供給されて動作するように構成されている貯湯ユニット３と、を備え、貯湯ユニット３は、燃料電池システム１が設置されている需要家の熱消費量および電力消費量のうちの少なくとも一方の消費量を記憶して燃料電池ユニット２の起動時刻および停止時刻を設定するように構成されている第１制御器４から構成されている。
【００３４】
以上のように構成された燃料電池コジェネレーションシステムの発電中の停電時の動作、作用について、図３を参照しながら説明する。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池コジェネレーションシステムの発電中の停電発生時の運転制御を示すフローチャートである。
【００３６】
燃料電池ユニット２は、商用電源１５から供給される電力で動作することもできるが、商用電源１５が停電している場合には燃料電池スタックか９ら電力が供給されて動作する自立発電機能を有している。
【００３７】
第１制御器４は、商用電源１５から貯湯ユニット３へ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニット２が発電をしていない場合には予め定められる初期運転計画を実行し、商用電源１５から貯湯ユニット３へ電力の供給が開始されたときに燃料電池ユニット２が発電をしている場合には電力の供給が開始されてから予め定められる第１時間運転を継続するように構成されている。
【００３８】
燃料電池ユニット２は、停電が発生したかどうかを判断する（Ｓ２０１）。停電が発生した時、燃料電池ユニット２は、発電中であれば発電を継続する（Ｓ２０２）。貯湯ユニット３は、商用電源１５から電力の供給を開始され停電復帰した場合（Ｓ２０３）、第１制御器と第２制御器が通信を行い、第１制御器４は第２制御器７から燃料電池ユニット２が発電中かどうかの情報を取得し、燃料電池ユニット２が発電中かどうかの判断を行う（Ｓ２０４）。燃料電池ユニットが発電中の場合、第１制御装置は第２制御装置から停電時の上限運転時間運転時間を取得する（Ｓ２０５）。取得した停電時の上限運転時間を第１時間とする。（Ｓ２０６）。停電時の上限時間は第１制御装置に記憶し、第２制御器から停電発生の信号をもらうことで、停電時の上限時間を第１時間に設定しても良い。設定された第１時間まで運転を継続する（Ｓ２０７）。燃料電池ユニット２が発電中でない場合、定められる初期運転計画を実行する。初期運転計画の時間内かどうかを判断する（Ｓ２０８）。初期運転計画の時間内であれば運転を開始する（Ｓ２０９）。これにより、燃料電池システム１は、発電中に、停電が発生し、貯湯ユニット３が商用電源１５から電力の供給が停止し、再度開始された場合にも発電を継続することができ、また、停電と復帰が繰り返される状況であっても、お客様は燃料電池システムが生み出すお湯と電気を使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の燃料電池システムによれば、発電中に瞬停が発生した場合も、適切な発電時間を算出する事で、発電を継続することが出来、商用電源から供給される電力で動作することもできるが、商用電源が停電している場合には燃料電池スタックから電力が供給されて動作する自立発電機能を有している燃料電池ユニットと、商用電源から供給される電力で動作する貯湯ユニットを有する燃料電池システムなどにおいて、有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料電池システム
２  燃料電池ユニット
３  貯湯ユニット
４  第１制御器
７  第２制御器
９  燃料電池スタック
１５  商用電源
【図１】
2014175230.tif 000003
【図２】
2014175230.tif 000004
【図３】
2014175230.tif 000005