(57)【要約】【課題】発電中に停電が発生すると、たとえ原料ガスの供給があったとしても、発電を継続することができない燃料電池発電システムにおいて、停電発生時に安定した燃料生成器１の冷却が可能な燃料電池発電システムおよびそのプログラムを提供すること。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力と熱を発生させる燃料電池２と、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器１と、燃料生成器を冷却する冷却手段１７と、停電を検知する停電検知手段１６と、停電時に冷却手段を動作可能なバックアップ電源１８と、燃料電池や冷却手段などを逐次制御する制御装置１９とを有し、制御装置１９は、停電検知手段１６により停電を検知するとバックアップ電源１８により冷却手段１７を動作するようにした燃料電池発電システムおよびそのプログラムとする。【選択図】図１
2008041601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、前記燃料生成器を冷却する冷却手段と、停電を検知する停電検知手段と、停電時に前記冷却手段を動作可能なバックアップ電源と、前記燃料電池や前記冷却手段などを制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記停電検知手段により停電を検知すると前記バックアップ電源により前記冷却手段を動作する燃料電池発電システム。
【請求項２】
バックアップ電源は充電可能な充電式電池とし、制御装置は燃料電池発電システムが発電している場合、前記充電式電池を充電するようにした請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
バックアップ電源は太陽光により発電可能な太陽光発電パネル用いることを特徴とした請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
燃料生成器の温度を検知する温度検知手段を備え、制御装置は、停電検知時に前記温度検知手段により検知した温度が所定の値に満たない場合、冷却手段を動作させないようにした請求項１〜３いずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
バックアップ電源の使用時間を計測する使用時間計測手段、および、交換時期であることを報知する報知手段を備え、制御装置は、前記使用時間計測手段により計測した時間が所定の時間を超えた場合、前記報知手段にて報知するようにした請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
燃料ガスとして水素を、かつ、酸化剤ガスとして酸素を用いて電力と熱を発生させる請求項１〜５いずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムにて少なくとも一つの手段をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【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させる燃料電池発電システムおよびそれを実行させるプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素などの燃料ガスと酸素などの酸化剤ガスを反応させて発電し、一方で、電力と同時に熱も発生するものである。燃料電池発電システムは、この発生した電力および熱を、家庭電化機器などの電力負荷や、シャワー給湯などの熱負荷からなる外部負荷に供給するものであり（例えば、特許文献１参照）、以下、その構成について説明する。
【０００３】
図６は、従来この種の燃料電池発電システムのシステムブロック図であり、燃料生成器１は、外部より供給された天然ガスなどの原料を水蒸気雰囲気下で加熱して水素リッチな燃料ガスを生成する。燃料電池２には、燃料生成器１により生成された燃料ガスおよびブロア３にて空気などの酸化剤ガスが供給される。燃料電池２で発生した直流電流は図示しないがインバータで交流電流に変換された後、商用電源と系統連系して外部電力負荷４に供給される。他方、燃料電池２で発生した熱は、以下のようにして給湯や暖房などの外部熱負荷５に供給される。冷却水循環ポンプ６は、燃料電池２で発生した熱を回収するために、冷却水循環路７を通して燃料電池２に冷却水を循環させ、熱交換手段８にて放熱する。貯湯水循環ポンプ９は、あらかじめ（市水にて）満水状態にある貯湯槽１０底部より貯湯槽内の一番温度の低い水を抜き出し、貯湯水循環路１１を通して熱交換手段８から熱を回収し、貯湯槽１０の上部へ帰還させる。これにより、貯湯槽１０内部の水は加熱される。このようにして得られた湯水（上限が６０℃程度）は、給湯や暖房などの外部熱負荷５に利用されるが、使用者の温度設定により再加熱手段（バックアップ給湯器）１２を用いて（例えば沸騰水など）より高温の湯水を熱負荷５へ供給可能である。
【０００４】
なお、制御装置１３は、マイコンなどからなる制御手段１４などから構成し、電力負荷検知手段１５により外部電力負荷４の消費電力を検知しつつ、燃料生成器１、燃料電池２、ブロア３、冷却水循環ポンプ６、貯湯水循環ポンプ９などを逐次制御するものである。また、停電検知手段１６は商用電源の電力供給が停止した（停電になった）ことを検知するものであり、冷却手段１７は燃料生成器１を冷却するもので、燃料電池が発電中には燃焼室に空気を送ることにより燃焼させ、燃料電池の発電が終了すると同じように空気を燃焼生成器に送り込み、燃焼生成器を冷却するように作用するもので、具体的にはシロッコファンなどにより送風される。
【０００５】
次に、上記構成において動作を図６および図７のフローチャートを用いて説明する。燃料電池発電システムを設置し、燃料生成器１へ原料（例えば都市ガスなど）と水を供給する配管工事を終え、図６の貯湯槽１０を（市水にて）満水にしてから、制御装置１３に商用電源の通電を行うと制御手段（マイコン）１４が起動してシステム動作を開始する。
【０００６】
図７のフローチャートに示すように、システム動作を開始すると、Ｓ１にて起動行程を開始し、燃料生成器１の内部を（原料ガスから燃料ガスを生成可能な温度である）６５０℃程度まで昇温させた後、Ｓ２にて発電処理（燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池２へ供給して発電を行う処理）に移行する。その後、半日以上の発電運転を行い、Ｓ３にて日々の運転終了予定時刻（例えば午後８時）になった場合、あるいは、使用者が（図示はしないが）運転操作盤により運転終了操作を行った場合、Ｓ５にて発電終了処理（発電を停止するのと平行して高温状態にある燃料生成器１を冷却手段１７により冷却させる後処理）を行った後、システムの状態としては待機状態に移行し、一連のシステム動作を終了する。なお、Ｓ５を終えてから再び運転を開始する場合にはＳ１に戻ると考えて良い。
【０００７】
一方で、発電中に停電が発生した場合、つまり、Ｓ４にて停電検知手段１６により停電を検知すると（使用者が運転操作盤により運転終了操作を行ったのと同様に）Ｓ５の発電終了処理に移行させていた。
【特許文献１】特開２００４−５３１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、制御手段１４は発電中に停電が発生したことを知ると、直ちに発電行程をやめて発電終了処理に移行させ、燃料生成器１を冷却手段１７により冷却する処理を開始するが、実際には、停電状態に陥ると制御手段１４や冷却手段１７に対する商用電源の供給は数秒以内に停止してしまうので、冷却手段１７による冷却動作も中断され、燃料生成器１は高温状態のまま放置される。その結果、燃料生成器１内部に溜まった原料ガスは急速に炭化され、燃料生成の中核部品である触媒部品の著しい劣化を引き起こすという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、発電中に停電が発生すると、たとえ原料ガスの供給があったとしても、発電を継続することのできない燃料電池発電システムであっても、停電発生時に安定した燃料生成器の冷却が可能な燃料電池発電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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電システムは、停電検知手段により停電を検知した場合、バックアップ電源を用いて冷却手段を動作するようにしたものである。
【００１１】
これにより、発電中に停電が発生すると、たとえ原料ガスの供給があったとしても発電を継続することのできない燃料電池発電システムであっても、停電発生時においても安定した燃料生成器の冷却ができ、ひいては燃料生成器内部に溜まった原料ガスの炭化を抑えることができるため燃料生成器の劣化を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発電中に停電が発生すると、たとえ原料ガスの供給があったとしても発電を継続することのできない燃料電池発電システムであっても、停電発生時においても安定した燃料生成器の冷却ができ、ひいては燃料生成器内部に溜まった原料ガスの炭化を抑えることができるため燃料生成器の劣化を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、前記燃料生成器を冷却する冷却手段と、停電を検知する停電検知手段と、停電時に前記冷却手段を動作可能なバックアップ電源と、前記燃料電池や前記冷却手段などを制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記停電検知手段により停電を検知すると前記バックアップ電源により前記冷却手段を動作する燃料電池発電システムとしたことにより、発電中に停電が発生すると、たとえ原料ガスの供給があったとしても発電を継続することのできない燃料電池発電システムにおいて、停電発生時においても安定した燃料生成器の冷却ができ、ひいては燃料生成器内部に溜まった原料ガスの炭化を抑えることができるため燃料生成器の劣化を抑えることが可能となる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池発電システムにて、バックアップ電源は充電可能な充電式電池（二次電池）とし、制御装置は、燃料電池発電システムが発電している場合、前記充電式電池を充電するようにしたことにより、停電発生時に燃料生成器の冷却にバックアップ電源を使い切った場合においても、次回発電時に発電した電力を用いてバックアップ電源を充電することによりバックアップ電源の再利用が可能であり、環境にも優しい。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１の発明の燃料電池発電システムにて、バックアップ電源は太陽光により発電可能な太陽光発電パネル用いるようにしたことにより、屋外に設置した燃料電池発電システムにおいて日中に停電が発生した場合、燃料生成器１冷却に要するバックアップ電源を太陽光発電によりまかなうことが可能となる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれかの発明の燃料電池発電システムにて、燃料生成器の温度を検知する温度検知手段を備え、制御装置は、停電検知時に前記温度検知手段により検知した温度が所定の値に満たない場合、冷却手段を動作させないようにしたことにより、低温の環境下で燃料電池発電システムを使用するなど、燃料生成器が高温でない状態で停電が発生した場合には無駄な冷却動作をせずに済む。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明の燃料電池発電システムにて、バックアップ電源の使用時間を計測する使用時間計測手段、および、交換時期であることを報知する報知手段を備え、制御装置は、前記使用時間計測手段により計測した時間が所定の時間を超えた場合、前記報知手段にて報知するようにしたことにより、バックアップ電源の自然放電などによる使用限度のタイミングを検知して停電になる前にバックアップ電源（あるいは電池）の交換時期を知ることが可能となる。
【００１８】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれかの発明の燃料電池発電システムにて、燃料電池は、燃料ガスとして水素を、かつ、酸化剤ガスとして酸素を用いて電力と熱を発生させるようにしたことにより、効率の良い燃料電池の発電運転ができる。
【００１９】
第７の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の燃料電池発電システムの機能の少なくとも一つをコンピュータに実現させるためのプログラムである。この構成によれば、燃料電池発電システムは、停電検知手段により停電を検知した場合、バックアップ電源（例として後述する冷却手段を数十分程度は動作可能な一次電池）を用いて冷却手段を動作するようにしたものである。
【００２０】
これにより、発電中に停電が発生すると（たとえ原料ガスの供給があったとしても）発電を継続することのできない燃料電池発電システムにおいて、停電発生時においても安定した燃料生成器の冷却ができ、ひいては（燃料生成器内部に溜まった原料ガスの炭化を抑えることができるため）燃料生成器の劣化を抑えることが可能となる。
【００２１】
また、プログラムであるのでマイコンなどを用いて本発明の燃料電池発電システムの一部あるいは全てを容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布が簡単にできる。
【００２２】
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。なお、前記背景技術と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の燃料電池発電システムのシステムブロック図、図２は、制御装置における制御手段の要部動作を示すフローチャートである。
【００２４】
図１において、燃料生成器１は、外部より供給された天然ガスなどの原料を水蒸気雰囲気下で加熱して水素リッチな燃料ガスを生成する。燃料電池２には、燃料生成器１により生成された燃料ガスおよびブロア３にて空気などの酸化剤ガスが供給される。燃料電池２で発生した直流電流は図示しないがインバータで交流電流に変換された後、商用電源と系統連系して外部電力負荷４に供給される。他方、燃料電池２で発生した熱は、以下のようにして給湯や暖房などの外部熱負荷５に供給される。冷却水循環ポンプ６は、燃料電池２で発生した熱を回収するために、冷却水循環路７を通して燃料電池２に冷却水を循環させ、熱交換手段８にて放熱する。貯湯水循環ポンプ９は、あらかじめ（市水にて）満水状態にある貯湯槽１０底部より貯湯槽内の一番温度の低い水を抜き出し、貯湯水循環路１１を通して熱交換手段８から熱を回収し、貯湯槽１０の上部へ帰還させる。これにより、貯湯槽１０内部の水は加熱される。このようにして得られた湯水（上限が６０℃程度）は、給湯や暖房などの外部熱負荷５に利用されるが、使用者の温度設定により再加熱手段（バックアップ給湯器）１２を用いて（例えば沸騰水など）より高温の湯水を熱負荷５へ供給可能である。
【００２５】
なお、制御装置１９は、マイコンなどからなる制御手段２０などから構成し、電力負荷検知手段１５により外部電力負荷４の消費電力を検知しつつ、燃料生成器１、燃料電池２、ブロア３、冷却水循環ポンプ６、貯湯水循環ポンプ９などを逐次制御するものである。また、停電検知手段１６は商用電源の電力供給が停止した（停電になった）ことを検知するものであり、冷却手段１７は燃料生成器１を冷却するもので、燃料電池が発電中には燃焼室に空気を送ることにより燃焼させ、燃料電池の発電が終了すると同じように空気を燃焼生成器に送り込み、燃焼生成器を冷却するように作用するもので、具体的にはシロッコファンなどにより送風される。また、１８はバックアップ電源（例えば単１電池を直列に８本接続した一次電池）であり、発電中に停電が発生した場合、停電検知手段１６により停電を検知して、冷却手段１７に対する電源の供給源を商用電源側からバックアップ電源１８に切り換え、バックアップ電源１８により冷却手段１７の動作を開始する。
【００２６】
以上のように構成された燃料電池発電システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２７】
従来の構成と同様に、燃料電池発電システムを設置し、燃料生成器１へ原料（例えば都市ガスなど）と水を供給する配管工事を終え、図１の貯湯槽１０を（市水にて）満水にしてから、制御装置１９に商用電源の通電を行うと制御手段（マイコン）２０が起動してシステム動作を開始する。
【００２８】
図２のフローチャートに示すように、システム動作を開始すると、Ｓ１にて起動行程を開始し、燃料生成器１の内部を（原料ガスから燃料ガスを生成可能な温度である）６５０℃程度まで昇温させた後、Ｓ２にて発電処理（燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池２へ供給して発電を行う処理）に移行する。その後、半日以上の発電運転を行い、Ｓ３にて日々の運転終了予定時刻（例えば午後８時）になった場合、あるいは、使用者が（図示はしないが）運転操作盤により運転終了操作を行った場合、Ｓ５にて発電終了処理（発電を停止するのと平行して高温状態にある燃料生成器１を冷却手段１７により冷却させる後処理）を行った後、システムの状態としては待機状態に移行し、一連のシステム動作を終了する。なお、Ｓ５を終えてから再び運転を開始する場合にはＳ１に戻ると考えて良い。
【００２９】
一方で、発電中に停電が発生した場合、つまり、Ｓ４にて停電検知手段１６により停電を検知すると、Ｓ６にて冷却手段１７に対する電源の供給源を商用電源側からバックアップ電源１８に切り換え、Ｓ７にてバックアップ電源１８により冷却手段１７の動作を開始する。
【００３０】
その後の処理は、フローチャートの流れで言うと一旦はＳ５の発電終了処理に移行するが、実際には、即座に停電状態になり制御装置１９への商用電源の供給は停止するので、この時点で一連のフローチャートに示した処理は強制的に終えるが、冷却手段１７はバックアップ電源１８により（その電池が完全に放電するまで）１時間程度の冷却動作を続け、燃料生成器１の内部温度を１５０℃以下に下げることができる。
【００３１】
これにより、発電中に停電が発生すると、たとえ原料ガスの供給があったとしても、発電を継続することのできない燃料電池発電システムにおいて、停電発生時においても安定した燃料生成器１の冷却ができ、ひいては燃料生成器１内部に溜まった原料ガスの炭化を抑えることができるため、燃料生成器１の劣化を抑えることが可能となる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、発電中に停電が発生した場合の例を挙げて説明したが、発電起動時や発電終了処理中に停電が発生した場合も同様にバックアップ１８電源を用いて冷却手段１７を動作させても同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、起動時に燃料生成器１を昇温する目標温度や冷却時の目標温度を具体的な数値を挙げて説明したが、これは本発明を限定するものではない。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態２の燃料電池発電システムのシステムブロック図、および、制御装置における制御手段の要部動作を示すフローチャートは実施の形態１と同じ構成である。
【００３５】
以上のように構成された燃料電池発電システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３６】
本発明の実施の形態１との違いは、バックアップ電源１８を充電可能な充電式電池（二次電池）を用いていることである。つまり、図２フローチャートで言うＳ２にて発電処理に移行すると主目的である発電を行い外部電力負荷４に電力供給を行う一方で、その電力のわずか一部をバックアップ電源１８の充電式電池（二次電池）に１０時間程度かけて充電するものである。
【００３７】
これにより、停電発生時に燃料生成器１の冷却にバックアップ電源１８を使い切った場合においても、次回発電時に発電した電力を用いてバックアップ電源を充電することによりバックアップ電源の再利用が可能であり環境にも優しい。
【００３８】
（実施の形態３）
本実施の形態３の燃料電池発電システムのシステムブロック図、および、制御装置における制御手段の要部動作を示すフローチャートは実施の形態１と同じ構成である。
【００３９】
以上のように構成された燃料電池発電システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４０】
本発明の実施の形態１との違いは、バックアップ電源１８を太陽光により発電可能な太陽光発電パネル用いるようにしたことである。現時点での燃料電池発電システムの設置環境は戸建て住宅の軒先など屋外に限られ、かつ、その使用目的は外部電力負荷４への電力供給もあるが、発電時の排熱を回収して貯湯槽１０に湯水を貯め熱負荷５に利用するウエイトが大きい。従って、熱負荷５の代表格である夕方の入浴に利用する湯水を生成すべく日中に発電を行う場合が多いため、逆の言い方をすれば、日中の発電時に停電が発生した場合、日中なので太陽が出ているため太陽光パネルによる発電が有効であり、この発電電力により冷却手段１７を動作させるものである。
【００４１】
これにより、屋外に設置した燃料電池発電システムにおいて日中に停電が発生した場合、燃料生成器１冷却に要するバックアップ電源１８を太陽光発電によりまかなうことが可能となる。
【００４２】
（実施の形態４）
図３は、本実施の形態４の燃料電池発電システムのシステムブロック図、図４は、制御装置における制御手段の要部動作を示すフローチャートである。なお、制御装置の内部ブロック図にて、２１は燃料生成器１の温度を検知する温度検知手段である。その他は制御装置２２、制御手段２３と表記している以外は実施の形態１と同じ構成である。
【００４３】
以上のように構成された燃料電池発電システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４４】
図４のフローチャートに示すように、本発明の実施の形態１と異なる点は、Ｓ８、Ｓ９を追加した点である。つまり、発電中に停電が発生した場合、Ｓ４にて停電検知手段１６により停電を検知すると、Ｓ８にて温度検知手段２１により燃料生成器１の温度が１５０℃以上の場合はＳ６にて冷却手段１７に対する電源の供給源を商用電源側からバックアップ電源１８に切り換えてＳ７にてバックアップ電源１８により冷却手段１７の動作を開始するが、一方で、Ｓ８にて燃料生成器１の温度が１５０℃に満たない場合はＳ６およびＳ７をスキップする。
【００４５】
これにより、低温の環境下で燃料電池発電システムを使用するなど、燃料生成器１が高温でない状態で停電が発生した場合には無駄な冷却動作をせずに済む。
【００４６】
（実施の形態５）
図５は、本実施の形態５の燃料電池発電システムのシステムブロック図であり、制御装置の内部ブロック図にて、２４はバックアップ電源１８の使用時間を計測する使用時間計測手段であり、２５は交換時期であることを報知する報知手段である。その他は制御装置２６、制御手段２７と表記している以外は実施の形態１と同じ構成である。
【００４７】
以上のように構成された燃料電池発電システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
実施の形態５はフローチャートを用いることなく説明するが、図５の使用時間検知手段２４は燃料電池発電システムに商用電源が通電されている間は時間計測を続け、時間計測の値が２年に達した場合、報知手段２５（電池交換ランプ）を動作させて電池交換を報知する。
【００４９】
これにより、バックアップ電源１８の自然放電などによる使用限度のタイミングを検知して停電になる前にバックアップ電源（あるいは電池）の交換時期を知ることが可能となる。
【００５０】
なお、実施の形態５は、バックアップ電源１８を用いた冷却手段１７の動作を２年の間、一度も行わなかった場合のバックアップ電源の交換（すなわち自由放電した一次電池の交換）を想定しており、ひとたび発電中の停電が発生するなどしてバックアップ電源を使用した場合には、時間計測を継続することなく、報知手段２５をすぐに動作させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明にかかる燃料電池発電システムは、停電が発生してシステムがダウンするプラント制御に対して、高温な機能部位（アクチュエータ）の冷却を制御装置による逐次制御なしで実現するなどの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１〜３の燃料電池発電システムのシステムブロック図
【図２】本発明の実施の形態１〜３の制御手段２０の動作フローチャート
【図３】本発明の実施の形態４の燃料電池発電システムのシステムブロック図
【図４】本発明の実施の形態４の制御手段２３の動作フローチャート
【図５】本発明の実施の形態５の燃料電池発電システムのシステムブロック図
【図６】従来の燃料電池発電システムのシステムブロック図
【図７】従来の燃料電池発電システムの制御手段１４の動作フローチャート
【符号の説明】
【００５３】
１  燃料生成器
２  燃料電池
３  ブロア（送風機）
４  外部電力負荷
５  外部熱負荷
６  冷却水循環ポンプ
７  冷却水循環路
８  熱交換手段
９  貯湯水循環ポンプ
１０  貯湯槽
１１  貯湯水循環路
１２  再加熱手段
１６  停電検知手段
１７  冷却手段
１８  バックアップ電源
１９、２２、２６  制御装置
２０、２３、２７  制御手段
２１  温度検知手段
２４  使用時間計測手段
２５  報知手段
【図１】
2008041601.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008041601.tif 000009