(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えている燃料電池システムであって、
少なくとも前記燃料電池システムが起動する起動時刻及び停止する停止時刻が定められている運転計画と、前記燃料電池システムが発電を行う最も短い時間である最短発電時間と、を記憶する記憶部と、
前記燃料電池システムの発電が禁止される発電禁止状態を検知している場合には前記起動時刻になっても前記燃料電池システムを起動させず、前記発電禁止状態を検知しなくなった後に前記燃料電池システムを起動させるように制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、前記発電禁止状態を検知していることにより前記起動時刻に前記燃料電池システムを起動できず、その後、前記発電禁止状態を検知しなくなっても、前記発電禁止状態を検知しなくなったときから前記停止時刻までの時間が前記最短発電時間よりも短くなるときには、前記燃料電池システムを起動させ、起動させた時刻から前記最短発電時間以上発電するように制御する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発電で発生した熱を蓄える蓄熱器と、
前記蓄熱器に蓄えられている熱量を検知する熱量検知器と、
をさらに備えた燃料電池システムにおいて、
前記発電禁止状態は、前記熱量検知器で検知された熱量が予め定められた第１熱量以上となっている状態である、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電禁止状態は、利用者が前記蓄熱器を利用しない状態で前記燃料電池の運転計画の停止時刻まで発電を継続すると、前記熱量検知器で検知された熱量が予め定められた第１熱量以上となることが予測されるとき、前記燃料電池が前記発電禁止状態にあると判断する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池は一定の発電量で定格運転を行うものとし、
前記制御部は、起動時及び停止時に機器を運転するのに必要なエネルギーロスを発電に拠って回収できる最短時間である前記最短発電時間を設定する請求項１から３のいずれか１項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、電力および熱を発生する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池またはガスエンジンを備えた燃料電池システムにおいては、燃料電池で発生した熱を有効利用すべく、冷却水を供給して回収した熱をお湯としてタンクに蓄熱し、そのお湯を給湯などに利用するものが知られている。しかし、タンク内に蓄熱される熱量には上限があり、タンク内に蓄熱された熱量が上限に達している場合には燃料電池で発生した熱を回収できず発電効率が低下してしまう。このため、過去の運転実績に基づいて将来の電力需要及び熱需要を予測し、予測結果とそのときの燃料電池の状態及び蓄熱量とに基づいて燃料電池の運転計画を複数作成し、複数作成した運転計画のうちエネルギー消費量やコストやＣＯ２排出量等の所定の基準に従って１つを選定し、選定した運転計画に基づいて燃料電池の発電の有無を制御する。しかし、どのような運転計画を作成しようとも、実際の電力及び熱の消費が、適用している運転計画の基となった電力及び熱の需要予測からずれることがあり必ずしも効率的な運転ができない。この課題を解決するために、例えば、特許文献１には、発電制限等の理由により実際の負荷が予測からずれて計画運転を停止した場合に、計画時間帯から外れて再起動を禁止する手段が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、貯湯タンクの温度が高く発電禁止状態、例えば満蓄状態にあることによって、燃料電池システムが発電開始時刻になっても発電を開始できない場合、燃料電池システムの起動が遅れ、発電時間が短くなる。そして、発電時間長さが一定時間以下となる場合には、発電すると燃料電池を起動しない場合よりも省資源性または環境性または経済性が悪化するという課題があった。ここで、「満蓄」とは貯湯タンク内の水が十分に熱されてこれ以上蓄熱ができない状態、即ち、貯湯タンク内の温度が第１許容温度（例えば、７０℃）以上のことをいう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えている燃料電池システムであって、少なくとも前記燃料電池システムが起動する起動時刻及び停止する停止時刻が定められている運転計画と、前記燃料電池システムが発電を行う最も短い時間である最短発電時間と、を記憶する記憶部と、前記燃料電池システムの発電が禁止される発電禁止状態を検知している場合には前記起動時刻になっても前記燃料電池システムを起動させず、前記発電禁止状態を検知しなくなった後に前記燃料電池システムを起動させるように制御する制御部と、を備えている。そして、特に、前記制御部は、前記発電禁止状態を検知していることにより前記起動時刻に前記燃料電池システムを起動できず、その後、前記発電禁止状態を検知しなくなっても、前記発電禁止状態を検知しなくなったときから前記停止時刻までの時間が前記最短発電時間よりも短くなるときには、前記燃料電池システムを起動させ、起動させた時刻から前記最短発電時間以上発電するように制御するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、発電禁止状態を検知していることにより前記起動時刻に前記燃料電池システムを起動できず、その後、前記発電禁止状態を検知しなくなっても、前記発電禁止状態を検知しなくなったときから前記停止時刻までの時間が前記最短発電時間よりも短くなるときには、前記燃料電池システムを起動させない、または最短発電時間を守れるように停止時刻を延長するように制御することにより、省資源性または環境性または経済性が悪化することのない運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシステムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における発電制限が起きない場合の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における発電制限が運転計画の起動時刻前に起き、最短発電時間前に解除され、燃料電池が起動した一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における発電制限が運転計画の起動時刻前に起き、最短発電時間後に解除され、燃料電池が起動しなかった一例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における制御部の処理を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態１における発電制限が運転計画の起動時刻前に起き、最短発電時間後に解除され、燃料電池が起動し停止時刻を延長して発電した一例を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における制御部の図６における処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００８】
第１の発明は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えている燃料電池システムであって、少なくとも前記燃料電池システムが起動する起動時刻及び停止する停止時刻が定められている運転計画と、前記燃料電池システムが発電を行う最も短い時間である最短発電時間と、を記憶する記憶部と、前記燃料電池システムの発電が禁止される発電禁止状態を検知している場合には前記起動時刻になっても前記燃料電池システムを起動させず、前記発電禁止状態を検知しなくなった後に前記燃料電池システムを起動させるように制御する制御部と、を備えている。そして、特に、前記制御部は、前記発電禁止状態を検知していることにより前記起動時刻に前記燃料電池システムを起動できず、その後、前記発電禁止状態を検知しなくなっても、前記発電禁止状態を検知しなくなったときから前記停止時刻までの時間が前記最短発電時間よりも短くなるときには、前記燃料電池システムを起動させ、起動させた時刻から前記最短発電時間以上発電するように制御する、燃料電池システムである。
【００１１】
第１の発明により、停止時刻までの時間が最短発電時間よりも短い場合には停止時間を延長することで、発電効率の悪い運転を避けることができる。
【００１２】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記燃料電池の発電で発生した熱を蓄える蓄熱器と、前記蓄熱器に蓄えられている熱量を検知する熱量検知器と、をさらに備えた燃料電池システムにおいて、前記発電禁止状態は、前記熱量検知器で検知された熱量が予め定められた第１熱量以上となっている満畜状態であるものとした。
【００１３】
ここで、熱量検知器は蓄熱器に備えられた温度センサーでも良いし、冷却水の温度を測定する温度センサーでも良い。他にも、発電量を調べて畜熱量を推察する方法でも良い。
【００１４】
第３の発明は、特に第２の発明において、前記発電禁止状態は、利用者が前記蓄熱器を利用しない状態で前記燃料電池の運転計画の停止時刻まで発電を継続すると、前記熱量検知器で検知された熱量が予め定められた第１熱量以上となることが予測されるとき、前記燃料電池が前記発電禁止状態にあると判断するものとした。
【００１５】
第３の発明により、利用者のお湯の使用の如何にかかわらず運転計画の停止時刻までは満蓄とならずに発電を継続できる。
【００１６】
第４の発明は、特に第１〜第３の発明において、前記燃料電池は一定の発電量で定格運
転を行うものとし、前記制御部は、機器の運転に必要なエネルギーロスに応じて前記最短発電時間を設定するものとした。
【００１７】
第４の発明により、機器の運転に必要なエネルギーロスが小さい場合には最短発電時間を短くして設定できるため、発電予定時間が短くても省資源性または環境性または経済性のメリットを確保して燃料電池を運転することができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明における燃料電池システム１００の構成図である。図１を参照し、本発明の構成について以下に説明する。
【００２０】
図１において、燃料電池システム１００は、電力および熱を供給する燃料電池１０１と、熱電供給装置が供給した熱を蓄熱する蓄熱器１０２と、蓄熱器１０２内の熱量から利用者の消費する熱負荷を検知する熱量検知器１０３と、利用者が発電開始時刻、または発電開始時刻と発電停止時刻の両方を設定するリモコン１０４と、燃料電池を制御する制御部１０５と、を備えている。そして特に、制御部１０５は、利用者の消費するエネルギー負荷である電力負荷及び熱負荷を元に燃料電池の最適な発電開始時刻と停止時刻を決定する運転計画手段１０６と、現在時刻から発電停止時刻までの時間が最短発電時刻より長い場合、発電許可を出す最短発電時間判定手段１０７と、電力負荷及び熱負荷と、発電開始時刻と停止時刻と、を記憶する記憶部１０８と、時計機能とカレンダー機能とを備えている。そして、制御部１０５は、発電禁止状態を検知していることにより起動時刻に燃料電池システムを起動できず、その後、発電禁止状態を検知しなくなった場合にも、最短発電時間判定手段が発電許可を出している間のみ起動するように制御するものである。
【００２１】
蓄熱器は、バーナーを備え、外気温の低下により凍結の恐れがあり凍結を予防する（以後、凍結予防）場合、または蓄熱器の溶媒の衛生状態が劣化している恐れがあり溶媒の殺菌を行う（以後、再加熱）場合、燃料電池のガス消費が少ないためにガスメーターがガス漏洩していると誤審することを防ぐ（以後、ガスメーター遮断回避）場合にはバーナーを点火する。
【００２２】
制御部は、時計機能とカレンダー機能とを備え、発電禁止状態を検知していることにより起動時刻に燃料電池システムを起動できず、その後、発電禁止状態を検知しなくなっても、発電禁止状態を検知しなくなったときから停止時刻までの時間が最短発電時間よりも短くなるときには、燃料電池システムを起動させない、または最短発電時間を守れるように停止時刻を延長するように制御する、燃料電池システムである。
【００２３】
運転計画作成部が利用者の電力負荷及び熱負荷を元に燃料電池の発電開始時刻と停止時刻とを算出する手段としては特許文献２〜特許文献５のように基準パタンを参照する方法と電力負荷または熱負荷から当日の負荷を予測し、予測に基づいて計画を立てる方法がある。
【００２４】
最短発電時間とは、燃料電池を起動しない場合と比較して省資源性または環境性または経済性のメリットを確保できる発電時間の最小値のことである。最短発電時間は運転に必要な機器のエネルギーロスによって決定される。ここで、省資源性とは、例えばエネルギー削減量のことである。環境性とは、例えばＣＯ２削減量のことである。経済性とは、例えばガス料金のことである。
【００２５】
発電禁止状態とは、満蓄状態、凍結予防、再加熱、ガスメーター遮断回避、酷暑対応の夫々の状態に関する情報のことである。
【００２６】
これによって、発電時間長さが一定時間以下となる場合には、燃料電池を起動しない場合よりも省資源性または環境性または経済性が悪化することのない運転をすることができる。
【００２７】
燃料電池システム１００における発電禁止状態を検知しない場合の一例について構成図である図１と、発電制限が起きない場合の一例を示す図２と、制御部の処理を示すフローチャートである図５と、を参照して説明する。
【００２８】
運転計画手段１０６は一定時刻に、例えば１日１回０：００、記憶部１０８に記憶する利用者の電力負荷と熱負荷を下に運転計画として１２：００から２０：００まで発電する計画を出力した場合を示す。制御部の処理は一定時間間隔、例えば５秒、毎に実行する。
【００２９】
図２において現在時刻が１１：５９の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻は発電開始時刻から発電停止時刻の間かを判定する（Ｓ１０１）。現在時刻１１：５９は発電開始時刻１２：００より前と判断した場合（Ｓ１０１でＮ）、停止指示を出して（Ｓ１０５）、終了する（Ｓ１０６）。図２において現在時刻が１２：００の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１２：００は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断した場合（Ｓ１０１でＹ）、更に発電制限が出ているか否か判断する（Ｓ１０２）。発電制限が出ていない場合（Ｓ１０２でＹ）、発電停止時刻２０：００と最短発電時間２時間から最短発電時間の開始時刻を１８：００と算出する（Ｓ１０３）。現在時刻１２：００は最短発電時間の開始時刻１８：００より前であると判断し（Ｓ１０４）、発電指示を出して（Ｓ１０５）、終了する（Ｓ１０７）。図２において現在時刻が２０：０１の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻２０：０１は発電終了時刻２０：０１より後と判断し（Ｓ１０１）、停止指示を出して（Ｓ１０６）、終了する（Ｓ１０７）。
【００３０】
次に、燃料電池システム１００における発電禁止状態を検知していることにより起動時刻に燃料電池システムを起動できず、その後、発電禁止状態を検知しなくなった場合の一例について構成図である図１と、発電制限が運転計画の起動時刻前に起き、最短発電時間
前に解除され、燃料電池が起動した一例を示す図３と、制御部の処理を示すフローチャートである図５と、を参照して説明する。
【００３１】
運転計画手段１０６は一定時刻に、例えば１日１回０：００、記憶部１０８に記憶する利用者の電力負荷と熱負荷を下に運転計画として１２：００から２０：００まで発電する計画を出力した場合を示す。制御部の処理は一定時間間隔、例えば５秒、毎に実行する。
【００３２】
図３において発電制限が１１：５８に発生し１６：００に解除されている。最短発電時間は２時間とする。現在時刻が１１：５９の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１１：５９は発電開始時刻１２：００より前と判断し（Ｓ１０１）、停止指示を出して（Ｓ１０５）、終了する（Ｓ１０６）。図３において現在時刻が１２：００の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１２：００は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断し（Ｓ１０１）、更に発電制限が出ていると判断し（Ｓ１０２）、停止指示を出して（Ｓ１０５）、終了する（Ｓ１０６）。現在時刻が１６：００の場合、発電制限が解除された後、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１６：００は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断し（Ｓ１０１）、更に発電制限が出ていないと判断し（Ｓ１０２）、発電停止時刻２０：００と最短発電時間２時間から最短発電時間の開始時刻を１８：００と算出する（Ｓ１０３）。現在時刻１６：００は最短発電時間の開始時刻１８：００より前であると判断し（Ｓ１０４）、発電指示を出して（Ｓ１０５）、終了する（Ｓ１０７）。
【００３３】
次に、燃料電池システム１００における発電禁止状態を検知していることにより起動時刻に燃料電池システムを起動できず、その後、発電禁止状態を検知しなくなった場合にも、最短発電時間判定手段が発電許可を出している間のみ起動する処理の一例について構成図である図１と、発電制限が運転計画の起動時刻前に起き、最短発電時間後に解除され、燃料電池が起動しなかった一例を示す図４と、制御部の処理を示すフローチャートである図５と、を参照して説明する。
【００３４】
運転計画手段１０６は一定時刻に、例えば１日１回０：００、記憶部１０８に記憶する利用者の電力負荷と熱負荷を下に運転計画として１２：００から２０：００まで発電する計画を出力した場合を示す。制御部の処理は一定時間間隔、例えば５秒、毎に実行する。
【００３５】
図４において発電制限が１１：５８に発生し１８：０３に解除されている。最短発電時間は２時間とする。現在時刻が１１：５９の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１１：５９は発電開始時刻１２：００より前と判断し（Ｓ１０１）、停止指示を出して（Ｓ１０６）、終了する（Ｓ１０７）。図４において現在時刻が１２：００の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１２：００は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断し（Ｓ１０１）、更に発電制限が出ていると判断し（Ｓ１０２）、停止指示を出して（Ｓ１０６）、終了する（Ｓ１０７）。現在時刻が１８：０３の場合、発電制限が解除された後、制御部の処理を呼び出す（Ｓ１００）と、現在時刻１８：０３は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断し（Ｓ１０１）、更に発電制限が出ていないと判断し（Ｓ１０２）、発電停止時刻２０：００と最短発電時間２時間から最短発電時間の開始時刻を１８：００と算出する（Ｓ１０３）。現在時刻１８：０３は最短発電時間の開始時刻１８：００より後であると判断し（Ｓ１０４）、停止指示を出して（Ｓ１０６）、終了する（Ｓ１０７）。
【００３６】
上記のように処理することにより停止時刻までの時間が最短発電時間よりも短い場合には発電しないことで、発電効率の悪い運転を避けることができる。
【００３７】
次に、燃料電池システム１００における発電禁止状態を検知していることにより起動時
刻に燃料電池システムを起動できず、その後、発電禁止状態を検知しなくなった場合にも、最短発電時間判定手段が発電許可を出している間のみ起動する処理の一例について構成図である図１と、発電制限が運転計画の起動時刻前に起き、最短発電時間後に解除され、燃料電池の停止時刻が最短発電時刻を保つように延長して起動した一例を示す図６と、制御部の処理を示すフローチャートである図７と、を参照して説明する。
【００３８】
運転計画手段１０６は一定時刻に、例えば１日１回０：００、記憶部１０８に記憶する利用者の電力負荷と熱負荷を下に運転計画として１２：００から２０：００まで発電する計画を出力した場合を示す。制御部の処理は一定時間間隔、例えば５秒、毎に実行する。
【００３９】
図６において発電制限が１１：５８に発生し１８：０３に解除されている。最短発電時間は２時間とする。現在時刻が１１：５９の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ２００）と、現在時刻１１：５９は発電開始時刻１２：００より前と判断し（Ｓ２０１）、停止指示を出して（Ｓ２０７）、終了する（Ｓ２０８）。図６において現在時刻が１２：００の場合、制御部の処理を呼び出す（Ｓ２００）と、現在時刻１２：００は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断し（Ｓ２０１）、更に発電制限が出ていると判断し（Ｓ２０２）、停止指示を出して（Ｓ２０７）、終了する（Ｓ２０８）。現在時刻が１８：０３の場合、発電制限が解除された後、制御部の処理を呼び出す（Ｓ２００）と、現在時刻１８：０３は発電開始時刻１２：００と発電停止時刻２０：００の間に入ると判断し（Ｓ２０１）、更に発電制限が出ていないと判断し（Ｓ２０２）、発電停止時刻２０：００と最短発電時間２時間から最短発電時間の開始時刻を１８：００と算出する（Ｓ２０３）。現在時刻１８：０３は最短発電時間の開始時刻１８：００より後であると判断し（Ｓ２０４）、現在時刻１８：０３と最短発電時間の２時間を考慮して発電停止時刻を２０：３０に変更し（Ｓ２０５）、終了する（Ｓ２０８）。５秒後に制御部の処理を呼び出す（Ｓ２００）と、現在時刻１８：０３は発電開始時刻１８：００と発電停止時刻２０：３０の間に入ると判断し（Ｓ２０１）、更に発電制限が出ていないと判断し（Ｓ２０２）、発電停止時刻２０：３０と最短発電時間２時間から最短発電時間の開始時刻を１８：３０と算出する（Ｓ２０３）、現在時刻１８：０３は最短発電時間の開始時刻１８：３０より前であると判断し（Ｓ２０４）、発電指示を出して（Ｓ２０５）、終了する（Ｓ２０８）。
【００４０】
上記のように処理することにより運転計画手段が出力した停止時刻までの時間が最短発電時間よりも短い場合には停止時刻を最短発電時間を考慮した時刻まで延長することで、発電効率の悪い運転を避けることができる。
【００４１】
本実施の形態では満蓄情報として貯湯タンク内の水が十分に熱された状態、即ち、貯湯タンク内の温度が第１許容温度以上のこととしたが、発電停止時刻まで最低発電量で運転しても満蓄になると予測できる場合に、発電制限としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、停止時刻までの時間が最短発電時間よりも短い場合には発電しないことで、発電効率の悪い運転を避けることができるため、様々な燃料電池システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  燃料電池システム
１０１  燃料電池
１０２  蓄熱器
１０３  熱量検知器
１０４  リモコン
１０５  制御部
１０６  運転計画手段
１０７  最短発電時間判定手段
１０８  記憶部
【図１】
0006010748.tif 000002
【図２】
0006010748.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006010748.tif 000007
【図７】
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