(57)【要約】【課題】  最適な給湯機能を実現することができる給湯システムおよび燃料電池システムを提供する。【解決手段】  給湯手段３９を有する給湯システム１２において、情報を受信する通信部５６と、通信部５６を介して受信した情報により給湯手段３９を制御する制御手段３２と、を備える。これにより、受信した情報を基に、この給湯システムを設置した利用者に適した給湯機能を実現することが可能となる。また、燃料電池システム１２において、上記の給湯システムを備えることを特徴とする。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯手段を有する給湯システムにおいて、
情報を受信する通信部と、前記通信部を介して受信した前記情報により前記給湯手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
請求項１記載の給湯システムにおいて、
前記給湯システムを利用する利用者が前記給湯手段の能力を設定する利用者設定部を備え、
前記制御手段は、前記利用者が設定した設定値により前記給湯手段を制御することを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
【請求項３】
前記情報は気象予報であることを特徴とする請求項１または２記載の給湯システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記利用者が設定した前記設定値よりも前記通信部を介して受信した前記情報を優先して前記給湯手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の給湯システム。
【請求項５】
請求項１〜４記載の給湯システムを備え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、給湯システムおよび燃料電池システムに関し、詳細には、最適な給湯機能を実現することができる給湯システムおよび燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＴやバイオなどの新技術が世界規模で展開される時代となったが、そうした状況にあっても、エネルギ産業は最大級の基幹産業であることに変わりはない。最近では、地球温暖化防止をはじめとする環境意識の浸透に伴い、いわゆる新エネルギに対する期待が高まっている。新エネルギは、環境性に加え、電力需要家に近接して分散型で生産できるため、送電損失面と電力供給のセキュリティ面でもメリットがある。また、新エネルギの開発が新たな周辺産業を創出する副次的効果も期待できる。新エネルギに対する取り組みは、約３０年前の石油危機を契機として本格化し、現在では、太陽光発電などの再生可能エネルギ、廃棄物発電などのリサイクルエネルギ、燃料電池などの高効率エネルギ、およびクリーンエネルギカーを代表とする新分野エネルギなどのエネルギが、それぞれ実用化に向けた開発の段階にある。
【０００３】
そうした中でも、燃料電池は業界でもっとも注目されるエネルギのひとつである。燃料電池は、天然ガスやメタノールに水蒸気を混ぜて作った水素と、大気中から採取した酸素を化学反応させて電気と熱を同時に生成するもので、発電による副産物が水だけであり、低出力域でも高効率で、しかも発電が天候に影響されず安定的である。固体高分子形燃料電池は、住居用をはじめとする定置型、および車載型の両用途において次世代のひとつの標準電源と目されている。この定置型の燃料電池システムを、経済的あるいは環境的に最適に発電させるために、各燃料電池システムを、ネットワークを用いて連結して管理会社から各燃料電池システムをコントロールすることが知られている。
【特許文献１】特開２００２−２９１１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これに対し、定置型燃料電池システムから発生する熱については、各燃料電池システムが設置されている家庭あるいは店舗（需要家）が個別に調整するのみであった。燃料電池システムから発生する熱は水と熱交換され、給湯機能として利用されるが、１日あたりの給湯需要量および時間的な給湯需要パターンは、気象条件などに大きく左右されるのに対し、需要家の個別調整ではこのような気象条件を反映させ、最適な熱の利用を実現することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、最適な給湯機能を実現することができる給湯システムおよび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】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、給湯手段を有する給湯システムにおいて、情報を受信する通信部と、通信部を介して受信した情報により給湯手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。これにより、受信した情報を基に、この給湯システムを設置した利用者に適した給湯機能を実現することが可能となる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の給湯システムにおいて、給湯システムを利用する利用者が給湯手段の能力を設定する利用者設定部を備え、制御手段は、利用者が設定した設定値により給湯手段を制御することを特徴とする。そして、請求項３記載に発明は、請求項１または２記載の給湯システムにおいて、情報は気象予報であることを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の給湯システムにおいて、制御手段は、利用者が設定した設定値よりも通信部を介して受信した情報を優先して給湯手段を制御することを特徴とする。これにより、利用者もその日の都合などに合わせ、給湯能力を設定することができ、気象予報や給湯システムを管理する管理会社からの情報により、さらに利用者に適した給湯機能を実現することが可能となる。
【０００８】
請求項５記載の発明は、燃料電池システムにおいて、請求項１〜４記載の給湯システムを備えることを特徴とする。これにより、コジェネレーションシステムとして普及すると思われる定置型の燃料電池システムを、より効率良く運転させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、給湯システムおよび燃料電池システムにおいて、最適な給湯機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、実施の形態に係るエネルギ管理システム１０の全体構成を示す。同図は一般的な通信ネットワークを示し、送電のためのネットワークを示すものではない。エネルギ管理システム１０では、複数のエネルギシステム１２（燃料電池システム１２ａ、冷暖給湯システム１２ｂ、太陽光発電システム１２ｃ）とそれらを統括的に管理する管理装置２０を含む管理会社１８がインターネット１６を介して接続されている。管理会社１８は専用回線で電力会社２２と接続され、電力会社２２の委託を受けた事業を行う。電力会社２２は商用の電力系統１４を通じてエネルギシステム１２をもつ需要家の住宅やビルに電力を供給する。
【００１１】
エネルギ管理システム１０の基本的なビジネスモデルは、真夏などの電力消費ピーク時に管理装置２０が発電機能を有するエネルギシステム１２の発電能力を遠隔から最大に設定し、生じた余剰電力を電力系統１４へ逆潮せしめる点にある。これにより、電力会社２２は民間の設備を利用してピークをしのぎ、発電所の増設等による用地の確保その他コスト面の問題を回避できる。
【００１２】
一方、需要家、特に発電機能を有するエネルギシステム１２（燃料電池システム１２ａあるいは太陽光発電システム１２ｃ）の利用者は、電力会社２２から電力料金の割引を受ける。管理会社１８はそうした手続を電力会社２２のために代行し、利用者または電力会社２２に手数料を課す。電力系統１４への電力の逆潮には法制面での整備が必要ではあるが、電力の需給両者に利する本モデルに対する潜在需要は大きいと考えられる。なお、燃料電池システム１２ａは一般に低負荷時でも高効率なため、この特性を活かし、予め定格の大きなものを利用者へ提供することによって大きな余剰電力を得ることができる点も有利である。
【００１３】
このモデルを実現するために、まず管理会社１８と電力会社２２は、余剰電力の提供と引き替えに、その提供を行ったエネルギシステム１２（燃料電池システム１２ａあるいは太陽光発電システム１２ｃ）の利用者について電力料金を割安に設定する旨を契約で定める。一方、管理会社１８とエネルギシステム１２の利用者の間には、電力料金が割安になる代わりに、管理会社１８によるエネルギシステム１２の発電能力の遠隔操作を認める旨の契約が結ばれる。
【００１４】
また、インターネット１６を介して、複数のエネルギシステム１２へ気象予報などの情報を提供する情報提供装置２６を含む情報提供会社２４も接続され、各エネルギシステム１２が設置されている場所の、現在から２４時間以内の天気、気温、降水確率、湿度、風速などの３時間ごとの予報データを提供している。各エネルギシステム１２が設置されている場所は、エネルギシステム１２を設置する際に、各利用者が、設置する場所の郵便番号などを各エネルギシステム１２に記憶させるか、あるいは、管理会社１８へ連絡して管理装置２０に記憶させることにより、特定可能となる。前者の場合、予報データは、情報提供装置２６から直接各エネルギシステム１２へ送信される。一方、後者の場合、予報データは一度管理装置２０が受信し、管理装置２０が各エネルギシステム１２に必要な予報データを選択して各エネルギシステム１２へ送信するか、あるいは、管理装置２０が受信した予報データに基づいて各エネルギシステム１２を遠隔操作することになる。
【００１５】
熱を供給する機能、多くの場合は給湯機能を有するエネルギシステム１２（燃料電池システム１２ａあるいは冷暖給湯システム１２ｂ）の利用者は、天気、気温などの気象条件、特に体感温度の変化によって、熱（給湯）の需要量および需要パターンが変化する。そこで、上記のような予報データとエネルギシステム１２に設置される制御部が保持する各利用者の需要量および需要パターンのデータとから、その日に利用されるであろう需要量および需要パターンを予測することにより、供給可能な熱が不足することなく、かつ、無駄な熱の発生を最小限に抑えることが可能となる。
【実施例１】
【００１６】
図２は、本発明のエネルギシステム１２の一実施例である燃料電池システム３０の構成を示す。燃料電池システム３０は、天然ガスやメタノールなどと上水から生成した水蒸気を反応させて水素を得る改質器３４と、その水素と酸素を反応させて水と直流電圧を得る燃料電池３６と、その電圧を交流に変換するインバータ３８と、改質器３４あるいは燃料電池３６からの排熱をお湯として貯湯する貯湯タンク３９と、それらを制御する制御部３２を備える。利用者設定部５４は、利用者から発電能力の指示を受け付け、これを制御部３２へ送る。指示はキロワットのオーダで出され、または「最大出力」「中間出力」「出力停止」などの形式で出され、制御部３２がその指示に見合うよう各部を制御する。燃料電池システム３０による電力を利用するか電力系統１４から買電するか、またはそれらを併用するかは、一般に利用者の判断でなされる。ただし、本実施の形態ではさらに、つぎに述べる遠隔からの指示による逆潮の可能性がある。
【００１７】
一方、通信部５６はインターネット１６を介して管理装置２０からの指示を取得し、これを制御部３２へ伝達する。この指示（以下「遠隔指示」という）は燃料電池システム３０の発電能力を「最大」に指定するもので、電力会社２２による電力供給が逼迫する真夏の昼間などに出される。制御部３２は遠隔指示にしたがって各部を制御し、余剰電力を電力系統１４へ逆潮する。なお、制御部３２は必ずしも改質器３４、燃料電池３６、インバータ３８のすべてを制御しなくてもよく、要は発電能力の調整ができればよい。第１の開閉器４０は電力系統１４と負荷４２の経路に間挿され、電力系統１４から買電するとき閉じられる。第２の開閉器４４は燃料電池システム３０と負荷４２の経路に間挿され、燃料電池システム３０から負荷４２へ電力を供給するとき閉じられる。第３の開閉器４６は燃料電池システム３０と電力系統１４の経路に間挿され、逆潮するとき閉じられる。同図の構成では、一般に第１の開閉器４０と第２の開閉器４４の開閉は逆で、第３の開閉器４６は第１の開閉器４０が「開」の場合に限り「閉」になる。これら３つの開閉器は制御部３２から制御される。第１の電力計５０は買電された電力量を計測し、第２の電力計５２は逆潮された電力量を計測する。後者は通信部５６を経て管理装置２０へ通知され、管理装置２０で総逆潮電力量が記録される。
【００１８】
通信部５６はまた、情報提供装置２６から現在から２４時間以内の天気、気温、降水確率、湿度、風速などの３時間ごとの予報データを取得し、これを制御部３２へ伝達する。制御部３２は、燃料電池システム３０の使用開始時から現在までの熱の供給量（給湯量）と気象条件とのデータを保持しているので、取得した予報データと保持している気象条件のデータとを照合することにより、現在から２４時間以内に必要となるであろう熱の需要量を予測し、予め必要となる熱（お湯）を用意する。燃料電池システム３０の場合、熱を用意するためには、発電量を増加させることが基本的になるが、電力が逆潮できない、あるいは、逆潮しても使用する上水やガスに対して経済的なメリットが得られないような場合には、ガスを燃焼させて熱（お湯）を用意することも可能である。
【００１９】
図３は制御部３２の構成を示す。制御部３２の機能は、ハードウエア的には、マイクロコンピュータ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的には発電制御プログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携による機能のみをブロックで示している。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアとソフトウエアのいろいろな組合せで実現できることは当業者には理解されるところである。
【００２０】
第１設定部６０には利用者設定部５４で取得された利用者の指示が設定され、この設定内容がユニット制御機能部６４へ通知される。第２設定部６２には通信部５６経由で取得された遠隔指示が設定され、この設定内容がユニット制御機能部６４へ通知される。第１設定部６０、第２設定部６２はともに発電能力制御のためのシステムレジスタと考えてもよい。ユニット制御機能部６４は、通常は第１設定部６０の設定内容にしたがって各部を制御するが、第２設定部６２に遠隔指示が設定されたときは第１設定部６０の設定内容よりもこれを優先して各部を制御する。
【００２１】
予報データは通信部５６からユニット制御機能部６４へ通知される。ユニット制御機能部６４は、燃料電池システム３０の使用開始時から現在までの熱の供給量（給湯量）と気象条件とのデータを保持している熱供給量記憶部６６から、過去分の気象条件データの中で最も取得した予報データに近い気象条件データのときの給湯量データを呼び出し、このデータに基づいて、燃料電池３６の発電量や貯湯タンク３９内の貯湯量あるいは満水となる時間帯などを制御する。
【実施例２】
【００２２】
実施例１の機能に加え、本実施例において、利用者設定部５４は、利用者から発電能力の指示を受け付けるだけではなく、給湯能力の指示も受け付け、これを制御部３２へ送る。指示はリットルのオーダで出され、または帰宅時間あるいは家族構成人数などの形式で出され、制御部３２がその指示に見合うよう各部を制御する。
【００２３】
例えば、利用者が初期設定として利用者設定部５４より、給湯能力４００リットル、帰宅時間１８時、家族構成人数４人と設定した場合、この初期設定に見合うように、制御部３２は、予め定められたテーブルに沿って、１８時には４００リットルのお湯が供給できるように各部を制御する。これに対し、利用者は１８時に４００リットルのお湯が必要なのではなく、図４に示すように、６時から８時の２時間に３０リットル、１８時から１９時の１時間に５０リットル、２１時から２４時までの３時間に２７０リットルを必要とし、１日の総給湯量として４００リットルを必要とする給湯パターンが２乃至７日連続すると、制御部３２はこれを自己学習し、発電能力とのバランスを取りながら、必要な時間に必要な給湯量を確保できるよう各部を制御する。
【００２４】
また、土日祝日などは別の設定を行えるようにし、来客などにより人数構成が通常と異なる場合には、利用者設定部５４より、特別日の設定として、１乃至７日間、人数構成を６人にする設定を行うと、制御部３２はこれに合わせて各部を制御する。さらには、携帯電話などの携帯通信機器より、利用者設定部５４へ通信可能とし、上記各種設定を携帯通信機器より行うことも可能である。
【実施例３】
【００２５】
体感温度を算出する方法には、大きく分けてミスナール法とリンケ法の２種類があり、ミスナールの体感温度は数１に示すように、気温に加えて湿度を考慮したものとなっている。これに対し、リンケの体感温度は数２に示すように、気温に加えて風速を考慮したものとなっている。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
【数２】
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ここで、Ｔは体感温度（℃）、ｔは気温（℃）、ｈは相対湿度（％）、ｖは風速（ｍ／ｓ）である。ミスナールの体感温度Ｔは、気温ｔが１０℃以上の場合には湿度ｈが上がるほど暑く感じ、１０℃以下の場合には湿度ｈが上がるほど寒く感じることを表している。また、リンケの体感温度Ｔは、風が強くなると体感温度Ｔが下がることを表している。
【００２８】
本実施例では、実施例１で説明したように、天気、気温、降水確率、湿度、風速などの３時間ごとの予報データを取得し、取得した予報データと保持している気象条件のデータとを照合することにより、給湯量を予測するのではなく、情報提供装置２６より現在から２４時間以内の気温、湿度、風速の３時間ごとの予報データを取得し、この３種類の予報データから体感温度Ｔを予測し、必要となるであろう給湯量Ｖ（リットル）を体感温度Ｔ（℃）の関数
【００２９】
【数３】
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に基づいて、制御部３２が必要な時間に必要な給湯量を確保できるよう各部を制御する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
実施例では、燃料電池システムについて説明したが、本発明は、給湯機能を有するエネルギシステムであれば、燃料電池システムに限らず、ガス給湯器、石油給湯器、電気給湯器、コンプレッサを利用する給湯器、太陽熱温水器などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るエネルギ管理システムの構成図である。
【図２】本発明に係るエネルギシステムの構成図である。
【図３】本発明に係るエネルギシステム内の制御部の構成図である。
【図４】利用者の給湯パターンを示す模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  エネルギ管理システム
１２  エネルギシステム
１４  電力系統
１６  インターネット
１８  管理会社
２０  管理装置
２２  電力会社
２４  情報提供会社
２６  情報提供装置
３０  燃料電池システム
３２  制御部
３４  改質器
３６  燃料電池
３８  インバータ
３９  貯湯タンク
４０  第１の開閉器
４２  負荷
４４  第２の開閉器
４６  第３の開閉器
５０  第１の電力計
５２  第２の電力計
５４  利用者設定部
５６  通信部
６０  第１設定部
６２  第２設定部
６４  ユニット制御機能部
６６  熱供給量記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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