(57)【要約】【課題】蓄熱槽内に蓄熱可能な熱量を考慮して燃料電池システムの運転を効率よく行うことができる燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システムを提供すること。【解決手段】過去の運転実績に基づいて所定時間先までの電力及び熱需要を予測する工程と、需要予測の結果に基づいて運転計画を作成する工程と、運転計画に基づいて燃料電池１５を運転する工程とを備え、運転計画を作成する工程が、蓄熱槽３１に蓄熱可能な燃料電池１５の発熱量の範囲内で燃料電池１５を運転する温熱抑制運転計画が所定の基準に従って算出した値が向上する場合に温熱抑制運転計画を燃料電池１５の運転の基礎となる運転計画とするように構成されている燃料電池システムの運転方法、及びこの運転方法に従って燃料電池システム１００を制御する制御装置５０を備える燃料電池システム。【選択図】図１
2008066016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池と、該燃料電池で発生した熱を蓄える蓄熱槽と、を有する燃料電池システムの運転方法であって；
過去の運転実績に基づいて、所定時間先までの、電力需要及び熱需要を予測する工程と；
前記需要を予測する工程で得た結果に基づいて、前記燃料電池の運転計画を作成する工程と；
前記運転計画に基づいて前記燃料電池を運転する工程とを備え；
前記運転計画を作成する工程が、前記蓄熱槽に蓄熱可能な前記燃料電池の発熱量の範囲内で前記燃料電池を運転する温熱抑制運転計画と、前記蓄熱槽に蓄熱可能な前記燃料電池の発熱量を考慮しない定常運転計画とを作成し、前記定常運転計画通りに前記燃料電池を運転したと仮定したときよりも前記温熱抑制運転計画通りに前記燃料電池を運転したと仮定したときの方が所定の基準に従って算出した値が向上する場合に前記温熱抑制運転計画を前記燃料電池の運転の基礎となる運転計画とするように構成された；
燃料電池システムの運転方法。
【請求項２】
前記所定の基準が、消費エネルギー削減に関する基準、コスト削減に関する基準、排出二酸化炭素削減に関する基準のうちのいずれかである；
請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
前記蓄熱槽に蓄熱可能な熱量が、前記蓄熱槽を所定の数に区分した該区分ごとに算出した蓄熱可能な熱量の和で表される；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池と；
前記燃料電池で発生した熱を蓄える蓄熱槽と；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法に従って燃料電池システムを制御する制御装置とを備える；
燃料電池システム。
【請求項５】
水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池と；
前記燃料電池で発生した熱を蓄える蓄熱槽と；
前記蓄熱槽内の蓄熱媒体を２以上の所定の数に区分した該区分のそれぞれの両端の温度を検出する温度検出器と；
前記温度検出器で検出した前記蓄熱媒体の温度から前記区分ごとに蓄熱可能な熱量を算出し、前記区分ごとの蓄熱可能な熱量を合計して前記蓄熱槽全体の蓄熱可能な熱量を算出し、算出した前記蓄熱槽全体の蓄熱可能な熱量に基づいて前記燃料電池の出力を制限する制御装置とを備える；
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システムに関し、特に蓄熱槽内に蓄熱可能な熱量を考慮して燃料電池システムの運転を効率よく行う燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、地球温暖化抑制に資する燃料電池の普及が期待されている。燃料電池は水素と酸素との電気化学的反応により発電する電力を取り出す装置であり、電気化学的反応を行う際に熱を発生する。燃料電池の発電を継続するには燃料電池を所定の温度に維持する必要があるため、冷却水を供給して発生した熱を奪うことが行われている。そして燃料電池で発生した熱を有効利用すべく、冷却水を供給して奪った熱を蓄熱槽に蓄熱し、必要に応じて熱需要に供給するコージェネレーションシステムを構築するのが一般的である。一般に、蓄熱槽への蓄熱量には上限があり、燃料電池での発熱が熱需要よりも多く蓄熱量が上限に達した場合（このような状態は一般に「満蓄」といわれている。）は、燃料電池の運転を停止するか、燃料電池の運転を継続する場合はラジエータを用いるなどして放熱して燃料電池の冷却を可能な状態を維持する必要がある。あるいは、満蓄になるのを避けるために、燃料電池の発電出力を制限し、燃料電池からの熱回収量を減らすような運転（一般に「温熱抑制」といわれている。）をする必要がある。
【０００３】
従来、蓄熱槽が満蓄状態か否かは、蓄熱槽内に出入りする流体（蓄熱媒体）の温度を温度センサー等でそれぞれ検出して蓄熱槽内の蓄熱媒体の平均温度を求め、これを満蓄時の蓄熱媒体の温度と比較することにより検出されていた。そして、蓄熱槽への蓄熱可能な熱量は、蓄熱槽の、満蓄時の熱量と現在の蓄熱量との差で演算されていた。なお、蓄熱槽の、満蓄時の熱量及び現在の蓄熱量は、以下の式で算出される。ただし、蓄熱槽内の満蓄時の蓄熱媒体の温度をＴｆ、蓄熱媒体の平均温度をＴａ、蓄熱媒体の基準温度をＴｂ、蓄熱槽容量（有効容量）をＶｅ、蓄熱媒体の比熱をＣｗで表す。なお、蓄熱媒体は典型的には水道水であり、このときの基準温度Ｔｂは系外からコージェネレーションシステムに供給される際の水道水の温度である。
（満蓄時の熱量）＝（Ｔｆ―Ｔｂ）×Ｖｅ×Ｃｗ
（現在の熱量）＝（Ｔａ―Ｔｂ）×Ｖｅ×Ｃｗ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来は、簡易的な温熱抑制の方法として蓄熱槽内の蓄熱媒体の平均温度が閾値を超えた場合に燃料電池の発電出力を抑制することがあったが、熱需要が小さい場合などは燃料電池の発電出力を抑制して運転時間を延長するよりも抑制させない方がシステムの発電効率及び熱回収効率共に高くなる（したがって省エネルギー性が高くなる）場合もあり、簡易的な温熱抑制は必ずしも効果的であるということはできなかった。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、蓄熱槽内に蓄熱可能な熱量を考慮して燃料電池システムの運転を効率よく行うことができる燃料電池システムの運転方法及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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図１及び図２に示すように、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と、燃料電池１５で発生した熱を蓄える蓄熱槽３１と、を有する燃料電池システム１００の運転方法であって；過去の運転実績に基づいて、所定時間先までの、電力需要及び熱需要を予測する工程（Ｓ１０）と；前記需要を予測する工程で得た結果に基づいて、燃料電池１５の運転計画を作成する工程（Ｓ２０）と；前記運転計画に基づいて燃料電池１５を運転する工程（Ｓ３０）とを備え；前記運転計画を作成する工程が、蓄熱槽３１に蓄熱可能な燃料電池１５の発熱量の範囲内で燃料電池１５を運転する温熱抑制運転計画と、蓄熱槽３１に蓄熱可能な燃料電池１５の発熱量を考慮しない定常運転計画とを作成し、前記定常運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定したときよりも前記温熱抑制運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定したときの方が所定の基準に従って算出した値が向上する場合に前記温熱抑制運転計画を燃料電池１５の運転の基礎となる運転計画とするように構成されている。
【０００７】
このように構成すると、定常運転計画通りに燃料電池を運転したと仮定したときよりも温熱抑制運転計画通りに燃料電池を運転したと仮定したときの方が所定の基準に従って算出した値が向上する場合に温熱抑制運転計画を燃料電池の運転の基礎となる運転計画とするので、燃料電池システムを効率よく運転することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記所定の基準が、消費エネルギー削減に関する基準、コスト削減に関する基準、排出二酸化炭素削減に関する基準のうちのいずれかである。
【０００９】
このように構成すると、消費エネルギー削減に関する基準、コスト削減に関する基準、排出二酸化炭素削減に関する基準のうちから選択した要素に対して効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法となる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法において、蓄熱槽３１に蓄熱可能な熱量が、蓄熱槽３１を所定の数に区分した該区分ごとに算出した蓄熱可能な熱量の和で表される。
【００１１】
このように構成すると、蓄熱槽に蓄熱可能な熱量が、蓄熱槽を所定の数に区分した該区分ごとに算出した蓄熱可能な熱量の和で表されるので、蓄熱槽内の温度分布が崩れた場合でも適切な蓄熱可能熱量を算出することができる。
【００１２】
前記蓄熱槽を区分する際は、前記蓄熱媒体の導入口と導出口とを結ぶ線上で区分するようにしてもよい。
【００１３】
このように構成すると、蓄熱槽に形成された温度成層に沿った適切な蓄熱可能熱量を算出することができる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と；燃料電池１５で発生した熱を蓄える蓄熱槽３１と；請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法に従って燃料電池システム１００を制御する制御装置５０とを備える。
【００１５】
このように構成すると、高効率運転が可能な燃料電池システムとなる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と；燃料電池１５で発生した熱を蓄える蓄熱槽３１と；蓄熱槽３１内の蓄熱媒体ｗを２以上の所定の数に区分した該区分のそれぞれの両端の温度を検出する温度検出器３８と；温度検出器３８で検出した蓄熱媒体ｗの温度から前記区分ごとに蓄熱可能な熱量を算出し、前記区分ごとの蓄熱可能な熱量を合計して蓄熱槽１３全体の蓄熱可能な熱量を算出し、算出した蓄熱槽１３全体の蓄熱可能な熱量に基づいて燃料電池１５の出力を制限する制御装置５０とを備える。
【００１７】
このように構成すると、蓄熱槽内の温度分布が崩れた場合でも適切な蓄熱可能熱量を算出して運転することができる燃料電池システムとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、定常運転計画通りに燃料電池を運転したと仮定したときよりも温熱抑制運転計画通りに燃料電池を運転したと仮定したときの方が所定の基準に従って算出した値が向上する場合に温熱抑制運転計画を燃料電池の運転の基礎となる運転計画とするので、燃料電池システムを効率よく運転することができる。また、蓄熱槽に蓄熱可能な熱量が、蓄熱槽を所定の数に区分した該区分ごとに算出した蓄熱可能な熱量の和で表される場合は、蓄熱槽内の温度分布が崩れた場合でも適切な蓄熱可能熱量を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２０】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００を説明する系統図である。図１中、各機器をつなぐ実線は配管を、一点鎖線は電気ケーブルを、破線は制御信号を表す。燃料電池システム１００は、水素に富む改質ガスｇを生成する改質器１１と、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と、冷却水ｃと蓄熱媒体ｗとの間で熱交換をする熱交換器２１と、蓄熱槽としての貯湯タンク３１と、燃料電池システム１００を制御する制御装置５０とを備えている。
【００２１】
改質器１１は、原料燃料ｍと水蒸気（不図示）とを導入し加熱して改質することにより水素に富む改質ガスｇを生成する装置である。水素に富む改質ガスｇとは、水素を４０体積％以上、典型的には７０〜８０体積％程度含んだ、燃料電池１５に供給するガスである。改質ガスｇ中の水素濃度は８０体積％以上でもよく、すなわち燃料電池１５に供給したときに酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。改質器１１には、原料燃料ｍを導入するための原料燃料管１２と、改質ガスｇを燃料電池１５に向けて導出する改質ガス管１３が接続されている。また、改質器１１は、改質に必要な改質熱を生成するための加熱部（不図示）を有している。
【００２２】
燃料電池１５は、典型的には固体高分子型燃料電池である。燃料電池１５は、図１では簡易的に示されているが、実際には、固体高分子膜を、改質ガスｇを導入する燃料極と酸化剤ガスｔを導入する空気極とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池１５では、燃料極に供給された改質ガスｇ中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過して空気極に移動すると共に電子が燃料極と空気極とを結ぶ外部電線４１を通って空気極に移動して、空気極に供給された酸化剤ガスｔ中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応における、電子が外部電線４１を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。燃料電池１５には、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナー４２が接続されている。また、燃料電池１５には、改質ガスｇを導入するための改質ガス管１３と、酸化剤ガスｔ（典型的には空気が用いられる）を導入するための酸化剤ガス管１４とが接続されている。また、燃料電池１５には、電気化学的反応による発熱を奪う冷却水ｃを循環する冷却水管１６が接続されている。冷却水管１６には、冷却水ｃを循環する冷却水ポンプ１８が配設されている。また、燃料電池１５は、制御装置５０との間で制御信号の受け渡しを行うための信号ケーブルが接続されている。
【００２３】
熱交換器２１は、冷却水ｃと蓄熱媒体ｗ（典型的には液体である水）との間で熱交換を行わせて、冷却水ｃの温度を下げ、蓄熱媒体ｗの温度を上げる機器である。熱交換器２１は、典型的にはプレート熱交換器が用いられるが、シェルアンドチューブ型、その他の熱交換器を用いてもよい。熱交換器２１には、冷却水ｃを導入し導出する冷却水管１６と、蓄熱媒体ｗを導入し導出する蓄熱媒体管２２とが接続されている。熱交換器２１を用いることにより冷却水管１６を密閉流路とすることができ、これにより酸素や不純物等の混入を防いで燃料電池１５を腐食から保護することができる。また、熱交換器２１を用いることにより、熱需要に送水する温水ｈとなる蓄熱媒体ｗと冷却水ｃとの縁を切ることができる。
【００２４】
貯湯タンク３１は、燃料電池１５における電気化学的反応で発生した熱を蓄えるタンクである。燃料電池１５で発生した熱は、冷却水ｃ及び熱交換器２１を介して蓄熱媒体ｗに伝達され、蓄熱媒体ｗに保有される形で貯湯タンク３１に蓄えられる。貯湯タンク３１には、蓄熱媒体ｗを導入し導出する蓄熱媒体管２２が接続されている。蓄熱媒体管２２は、蓄熱媒体ｗの導入側は貯湯タンク３１の上部、好適には貯湯タンク３１内の液面の直下部分に接続されており、導出側は貯湯タンク３１の下部、好適には底部に接続されている。このように接続されることにより、貯湯タンク３１内の蓄熱媒体ｗに温度成層が形成される。また、蓄熱媒体ｗが貯湯タンク３１に導入される際の動圧により、及び貯湯タンク３１内の一部分のみから蓄熱媒体ｗが導出されることにより温度成層を崩さないため、貯湯タンク３１への蓄熱媒体管２２の接続口を複数設け及び／又は貯湯タンク３１の内部の上下に蓄熱媒体管２２の接続口を囲うように堰を設けることが好ましい。貯湯タンク３１にはまた、内部に蓄えられた蓄熱媒体ｗを温水ｈとして熱需要（不図示）に向けて送水する温水供給管３２と、熱需要に送水して減少した水を補うための補給水を導入する補給水管３３が接続されている。温水供給管３２には、温水ｈを熱需要（不図示）に向けて圧送する温水ポンプ３４と、熱需要に送られる温水ｈの流量を検出する流量計３５が配設されている。流量計３５には、制御装置５０に流量信号を送信するための信号ケーブルが接続されている。また、温水供給管３２には、熱需要（不図示）に向けて送水する温水ｈを加熱するバックアップボイラ３６が配設されている。バックアップボイラ３６には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。
【００２５】
貯湯タンク３１には、蓄熱可能量を検出するために貯湯タンク３１内の熱媒体の温度を検出する温度検出器３８が配設されている。温度検出器３８は、貯湯タンク３１内を温度成層が形成される方向に仮想的に分割して蓄熱可能量を算出するために、複数のセンサー３８ａ〜３８ｆを有している。本実施の形態では、貯湯タンク３１内を仮想的に５分割とし、仮想的に区分した領域の境界にセンサーを配置したため、センサーを６個有している。センサーは、貯湯タンク３１内の仮想の分割数に応じた適切な数を設ければよい。
【００２６】
熱交換器２１より上流側の蓄熱媒体管２２には、蓄熱媒体ｗを熱交換器２１と貯湯タンク３１との間で循環させる蓄熱媒体ポンプ２３が配設されている。熱交換器２１より下流側の蓄熱媒体管２２には、逆潮ヒータ２４が配設されている。逆潮ヒータ２４は、燃料電池１５の発電電力が電力需要を上回っているときに、その上回っている余剰電力が商用電源４５に逆潮流することを防ぐために、余剰電力を熱に変換するために設けられている。
【００２７】
逆潮ヒータ２４の下流側の蓄熱媒体管２２には、三方弁２６が配設されている。三方弁２６の、蓄熱媒体管２２とは接続されていない接続口にはバイパス管２５が接続されている。バイパス管２５の他端は、蓄熱媒体ポンプ２３の吸い込み側の蓄熱媒体管２２に接続されている。バイパス管２５には、放熱器としてのラジエータ２８が配設されている。ラジエータ２８は、貯湯タンク３１内がもはや蓄熱できないほど蓄熱されている（満蓄）が燃料電池１５の運転を継続させる必要があるときに、冷却水ｃを燃料電池１５の冷却に必要な温度にするための冷熱を保有する蓄熱媒体ｗを熱交換器２１に供給すべく、蓄熱媒体ｗを強制的に冷却する装置である。ラジエータ２８には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。ラジエータ２８は、バイパス管２５に配設されたフロースイッチ（不図示）とインターロックされているファンを有している。蓄熱媒体ｗが貯湯タンク３１とバイパス管２５のいずれに導かれるかは、三方弁２６を切り替えることにより決まる。三方弁２６には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。
【００２８】
パワーコンディショナー４２には、燃料電池１５と接続されている外部電線４１の他に、交流電力を送電するケーブル４３及びケーブル４９が接続されている。ケーブル４３は、商用電源４５と電力負荷とを接続するケーブル４４に接続されている。すなわち、燃料電池による発電電力は系統電力と連系されている。連系点より上流のケーブル４４には、電力を検出する電力計４８が配設されている。電力計４８は、順潮流及び逆潮流の両方の電力を検出することができるように構成されている。電力計４８には、制御装置５０に電力信号を送信するための信号ケーブルが接続されている。ケーブル４９は逆潮ヒータ２４に接続されており、系統電力への逆潮流が許されていないときに燃料電池１５で発生した余剰電力を逆潮ヒータ２４に送電できるように構成されている。
【００２９】
制御装置５０は、燃料電池システム１００の運転を制御するための、計時手段、演算手段、データ保持手段を有している。典型的には、計時手段はタイマー、演算手段はＣＰＵ及びメモリー、データ保管手段はメモリーで構成されている。制御装置５０は、燃料電池１５、三方弁２６、ラジエータ２８、流量計３５、バックアップボイラ３６、温度検出器３８、電力計４８と、それぞれ信号ケーブルで接続されている。
【００３０】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１００の作用について説明する。燃料電池システム１００が起動すると、改質器１１に原料燃料ｍと水蒸気（不図示）とが導入され加熱されて、改質ガスｇが生成される。改質器１１の起動直後は改質ガスｇの組成が安定しないため、燃料電池１５に送らずに、改質器１１の加熱部（不図示）に送って燃焼させ、改質熱を生成することが好ましい。改質器１１で生成される改質ガスｇの組成が安定してきたら、改質ガスｇを燃料電池１５に導入すると共に、酸化剤ガスｔを燃料電池１５に導入する。すると燃料電池１５では、改質ガスｇ中の水素と酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電し、発熱する。発電した直流電力はパワーコンディショナー４２で交流電力に変換されて、系外の電力需要に送電され、あるいは酸化剤ガスｔを燃料電池１５に送気するブロワ（不図示）や燃料電池システム１００の冷却水ポンプ１８の動力として用いられる。
【００３１】
他方、冷却水ポンプ１８で圧送された冷却水ｃが燃料電池１５に導入され、電気化学的反応により発生した熱を奪い、温度が上昇して燃料電池１５から導出される。温度が上昇した冷却水ｃは熱交換器２１に導入され、ここで蓄熱媒体ｗと熱交換して温度が下がって熱交換器２１から導出され、再び燃料電池１５に導入される。熱交換器２１で冷却水ｃと熱交換して温度が上昇した蓄熱媒体ｗは、蓄熱媒体管２２を流れて貯湯タンク３１にその上部から導入される。冷却水ｃと熱交換器２１で熱交換するための温度が低い蓄熱媒体ｗは、貯湯タンク３１の下部から導出される。
【００３２】
貯湯タンク３１に導入された温度が上昇した蓄熱媒体ｗは、温水ｈとして系外の熱需要に温水ポンプ３４にて圧送される。このとき、温水ｈの温度が系外の熱需要が要求する温度に達していない場合は、バックアップボイラ３６で加熱される。貯湯タンク３１内には、系外の熱需要に送水されることにより減少した水量に相当する蓄熱媒体ｗ（典型的には補給水）が補給水管３３より補充される。
【００３３】
貯湯タンク３１内に温度が高い蓄熱媒体ｗが蓄えられ、冷却水ｃを冷却できるほど低い温度の蓄熱媒体ｗがないが燃料電池１５の運転を継続したい場合、制御装置５０は三方弁２６を切り替えて蓄熱媒体ｗを、貯湯タンク３１をバイパスしてラジエータ２８に流し、放熱させて所定の温度に降下させた後、熱交換器２１に導く。貯湯タンク３１内に冷却水ｃを冷却することができる温度の蓄熱媒体ｗが残存しているか否かは、温度検出器３８によって検出される。
【００３４】
次に図２を参照して、燃料電池システムの運転方法について説明する。なお、以下の説明においても適宜図１を参照することとする。図２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を説明するフローチャートである。本発明では、満蓄による燃料電池１５の運転停止やラジエータ２８の稼働によるロスを防ぐために、以下に説明する温熱抑制制御を行う。
【００３５】
まず、制御装置５０は、過去の運転実績に基づいて電力需要及び熱需要の予測をする（Ｓ１０）。電力需要及び熱需要の予測をするのは、燃料電池システムの以下に説明する特性があるからである。燃料電池システム１００は、起動してすぐに燃料電池１５の発電を開始することはできず、改質ガスｇの生成や、燃料電池１５、改質ガスｇ、酸化剤ガスｔを所定の温度にするために１時間程度のリードタイムが必要である。リードタイムの間は燃料を消費する一方で発電及び発熱がないため、燃料ロスが発生する。貯湯タンク３１が満蓄になると、ラジエータ２８を用いる等して熱を系外に棄てない限り燃料電池１５の運転の継続ができなくなる。燃料電池１５を一旦停止した場合は、起動時のリードタイムで消費する、ポンプ等の付帯機器の電力や燃料のロスが発生する。
【００３６】
電力需要が多い時間帯に貯湯タンク３１が満蓄の状態だと、燃料電池１５を停止して商用電源４５から電力の供給を受けるか、あるいはラジエータ２８で放熱しつつ燃料電池１５を運転する必要がある。そこで、本発明では、原則として、電力需要が多い時間帯に貯湯タンク３１が満蓄になることによる燃料電池１５の停止やラジエータ２８の作動を防ぎ、このようなロスの発生を極力防ぐために電力需要及び熱需要を予測することとしている。なお、例えば、電力需要が多くなるまでの時間が比較的長く、電力需要が多くなる時間帯に燃料電池１５を作動させるためにそこに至るまでの時間帯で燃料電池１５の低出力運転を維持すると総合的にみて却ってエネルギーロスが発生する場合（一般に低出力運転は燃料電池の発電効率が低い）は、貯湯タンク３１が満蓄になった時点で燃料電池１５を停止させた方がエネルギーロスを抑制できる場合があり、このような判断をするためにも電力需要及び熱需要を予測する意義がある。
【００３７】
過去の運転実績に基づいて電力需要及び熱需要の予測をする工程（Ｓ１０）においては、予測を所定時間先まで行うが、この所定時間は、典型的には２４時間（１日）である。所定時間を２４時間としたのは、例えば家庭においては１日単位のサイクルで電力需要や熱需要が繰り返されることが多いからである。集合住宅や事務所あるいは工場などの場合であっても、一般的には１日単位で電力需要や熱需要が繰り返される。しかしながら、電力需要や熱需要が１日単位ではなく、例えば１週間を最小単位として繰り返されるときには、１週間単位で行ってもよく、あるいは４８時間、７２時間、９６時間、２週間、１ヶ月等、他の時間単位で行ってもよい。また、過去の実績は、季節、曜日、気温、天候等の、電力需要及び熱需要がほぼ同等となると考えられる諸因子を考慮して、その同等となると考えらる条件の範囲内における平均値で決定するとよい。このとき、ユーザーの不在等で、同じ条件下であっても例外的に実測値が予測値と大幅に異なった場合は除外して過去の実績を決定することで予測の精度を高めることができる。
【００３８】
過去の運転実績に基づいて電力需要及び熱需要の予測をしたら、制御装置５０は、次に運転計画を作成する（Ｓ２０）。運転計画は、過去の運転実績から電力需要及び熱需要が発生する時間帯を予測して、電力及び／又は熱の需要が発生する時間と、現在の燃料電池１５の状態及び貯湯タンク３１の蓄熱量の状態と、リードタイムとを考慮しつつ、燃料電池１５を運転する予定時間及び予定発電量並びに上限発電量（燃料電池１５の出力制限）を決定するものである。
【００３９】
予定発電量は、典型的には、電力需要の予測値より所定の分だけ下回った値に設定する。設定する値は、例えば、電力需要の予測値の９０％の値や、電力需要の予測値から１００Ｗ差し引いた値等とする。所定の分だけ下回った値とするのは、燃料電池１５の発電電力が商用電源４５に逆潮流しないことを前提にしているためである。すなわち、一般に、燃料電池は電力需要に完全に追随して発電することができないため、系統電力への逆潮流が許されていない場合は、電力需要が変動しても逆潮流しないように、電力需要よりも所定の分だけ下回った値の電力を発電出力とする場合が多い。また、予定発電量の上限は、上限発電量が設定されない限り、燃料電池１５の定格出力とする。たとえ電力需要の予測値より所定の分だけ下回った値が燃料電池１５の定格出力以上の値であったとしても、定格出力の値を上限とする。定格出力を超えて運転させると、燃料電池１５が損傷するからである。上限発電量が設定される場合はこれを上限とするが、上限発電量はその趣旨から通常は定格出力以下となるので、燃料電池１５の損傷を防ぐことができる。また、使用する燃料電池の特性からみて予定発電量の下限を設けた方がよい場合は、適宜下限を設ける。例えば、定格出力が１ｋＷの燃料電池では、３００Ｗ以下の出力での運転では発電効率が急激に低下し、熱バランスが崩れるため、３００Ｗ以下の出力での運転は適さない。このような場合には、予定発電量の下限を３００Ｗに設定するとよい。
【００４０】
ここで図３を参照して、運転計画を作成する手順について説明する。図３は、運転計画を作成する手順を説明するフローチャートである。制御装置５０は、まず燃料電池１５の冷却可能量を算出する（Ｓ２１）。冷却可能量は、言い換えれば、貯湯タンク３１に蓄熱可能な燃料電池１５の発熱量である。燃料電池１５を冷却するために冷却水ｃとして利用できる温度には上限があり、一般に、燃料電池１５の入口において約５０〜７０℃である。冷却水ｃの温度がこの温度以下であれば、燃料電池１５を冷却して所定の温度に維持することができる。燃料電池１５から熱を奪った冷却水ｃは、６０〜８０℃程度に昇温する。冷却可能量を、単に貯湯タンク３１内の蓄熱媒体ｗの保有熱量で算出することは困難である。熱交換器２１の熱交換効率を考慮すると、貯湯タンク３１内に貯留されている４０〜５０℃以下の蓄熱媒体ｗの量が冷却可能量と相関関係を有することとなる（以下、冷却可能な冷却水温度に熱交換効率を考慮した温度を「導出熱媒体上限温度Ｔｃ」という。）。上部から貯湯タンク３１に導入される蓄熱媒体ｗの温度（以下「導入熱媒体温度Ｔｒ」という。）は、下部から導出される蓄熱媒体ｗの温度よりも高く、貯湯タンク３１には温度成層が形成されているので、温度が低い蓄熱媒体ｗは、貯湯タンク３１の下部に貯留されていることとなる。しかし、貯湯タンク３１に出入りする蓄熱媒体ｗの動圧、その他何らかの原因により、貯湯タンク３１内の温度成層が崩れる場合も起こりうる。従来から用いられている蓄熱槽内の蓄熱媒体の平均温度から蓄熱可能な熱量を求める方法は、蓄熱槽内に温度成層が形成され維持されているときは比較的正しく蓄熱可能な熱量を求めることができるものの、温度成層が崩れた場合には計算上で満蓄となる前に実際には満蓄となる場合が多く、蓄熱可能な熱量を正しく求めることができないことが多い。そこで、以下に説明するように、貯湯タンク３１内を５つに区分して各区分ごとに冷却可能量を算出するとよい。なお、貯湯タンク内を区分する数は、５つに限らず、２以上の他の数に区分してもよい。
【００４１】
区分する際は、貯湯タンク３１の蓄熱媒体ｗの導入口と導出口とを結ぶ線上で行うことが好ましい。例えば、貯湯タンク３１が縦に長く、蓄熱媒体ｗが上部から流入して下部から流出するように温度成層が鉛直方向に形成される場合は、鉛直方向に区分する。貯湯タンク３１が横長で、貯湯タンク３１内での蓄熱媒体ｗの流れが水平方向になるように蓄熱媒体ｗの流入口及び流出口が形成され、温度成層が水平方向に形成される場合は、水平方向に区分する。本実施の形態では、図１に示す貯湯タンク３１内に配設された温度検出器３８のセンサー３８ａ〜３８ｆにより、鉛直方向で５つの領域に区分されている。
【００４２】
ここで図４を参照して、冷却可能量の算出について説明する。まず、５つに区分した各領域について、図４（ａ）〜（ｃ）のいずれに該当するかを検出する。なお、以下の図４の説明において示す数式では、当該領域の、冷却可能熱量をＱｊ（Ｗｈ）、両端の温度をＴ１、Ｔ２（℃）、蓄熱媒体量をＶ（Ｌ）、比熱をＣ（Ｊ／ｇ・℃）で表す。なお、Ｔ１＜Ｔ２とし、ｊは区分した領域数に応じて整数で表される変数である。また、３．６で除しているのは単位の換算のためである。
【００４３】
図４（ａ）は、区分された領域の両端の温度のいずれもが導出熱媒体上限温度Ｔｃ以下である場合を示している。この場合は、当該領域のすべての蓄熱媒体量を燃料電池１５の冷却に利用することが可能であり、当該領域の冷却可能熱量は以下の（１）式で表される。
Ｑｊ＝｛Ｔｒ−（Ｔ１−Ｔ２）／２｝×Ｖ×Ｃ×（１／３．６）  ・・・（１）
図４（ｂ）は、区分された領域の両端の温度のいずれもが導出熱媒体上限温度Ｔｃを超えている場合を示している。この場合は、燃料電池１５の冷却をすることができず、当該領域の冷却可能熱量は（２）式で表されるように０となる。
Ｑｊ＝０  ・・・（２）
図４（ｃ）は、区分された領域の両端の温度のうち、温度Ｔ１が導出熱媒体上限温度Ｔｃ以下であり、温度Ｔ２が導出熱媒体上限温度Ｔｃを超えている場合を示している。この場合は、当該領域の一部の蓄熱媒体量を燃料電池１５の冷却に利用することが可能であり、当該領域の冷却可能熱量は以下の（３）式で表される。
Ｑｊ＝｛Ｔｒ−（Ｔｃ＋Ｔ１）／２｝×Ｖ×｛（Ｔｃ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）｝×Ｃ×（１／３．６）  ・・・（３）
【００４４】
区分された各領域について、上記（１）〜（３）の式により冷却可能熱量Ｑｊを算出したら、これを合計したものが貯湯タンク３１の冷却可能量となる。すなわち、貯湯タンク３１の冷却可能量Ｑｔは、以下の（４）式で表される。
【数１】
2008066016.tif 000003
図４（ｄ）に、貯湯タンク３１の冷却可能量の例を示す。図４（ｄ）中、Ｔ３８ａ〜Ｔ３８ｆが、それぞれ温度検出手段３８のセンサー３８ａ〜３８ｆが検出した温度である。図中の斜線で囲んだ部分が冷却可能熱量に該当する。
【００４５】
再び図３に戻って運転計画を作成する手順の説明を続ける。上記のように冷却可能量を算出したら、熱需要の予測値から燃料電池１５の必要運転時間（ｈ）を算出する（Ｓ２２）。「必要運転時間」とは、温熱抑制制御の開始以降、燃料電池１５が運転した時点（温熱抑制制御の開始時に燃料電池１５が運転している場合は温熱抑制制御の開始時）から、最初に閾値以上の熱需要が発生するまでの時間であり、余裕時間を加えたものも含む。閾値以上の熱需要がない場合は、所定時間（２４時間）先までで最大の熱需要が発生するまでの時間を必要運転時間とする。
【００４６】
必要運転時間を算出したら、燃料電池１５の上限発電量（Ｗ）を算出する（Ｓ２３）。上限発電量は、前２工程（Ｓ２１、Ｓ２２）で算出した冷却可能量及び必要運転時間と、燃料電池１５固有の発電効率と、燃料電池システム１００の熱回収効率に基づいて、以下のように算出する。
「上限発電量」＝「冷却可能量」×「発電効率」／（「熱回収効率」×「必要運転時間」）
【００４７】
次に、上記のように算出した上限発電量の範囲内で予定発電量を設定して作成した運転計画である温熱抑制運転計画と、上限発電量を考慮せずに作成した運転計画である定常運転計画とを作成する（Ｓ２４）。そして、定常運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定したときよりも温熱抑制運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定したときの方が所定の基準に従って算出した値が向上するか否かを判断する（Ｓ２５）。ここで、各運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定するのは、後述するように、運転計画はあくまでも１つの目安であって実際に燃料電池１５を運転する際は必ずしも運転計画通りに運転するとは限らないからである。また、所定の基準は、省エネルギー性、経済性、環境保全等の観点からみた基準であるが、以下の説明においては消費エネルギー削減に関する基準を例に説明する。所定の基準に従って算出した値（以下「運転計画選択基準値」という。）は、温熱抑制運転計画を採用するか否かの判断を行うための値であり、以下に説明するシミュレーションによって求める。ここでは、運転計画選択基準値が高いほど消費エネルギー削減に資するものとする。
【００４８】
運転計画選択基準値は、現実には様々な形態で消費されているエネルギーに関して、１つの基準に換算した値である。典型的には、燃料電池システム１００に投入される原料燃料ｍや、発電所で発電するために用いるエネルギー等を同一の次元に換算した値が用いられる。運転計画選択基準値を算出するために用いられる数式は、制御装置５０の演算手段に予め記憶されている。制御装置５０は、現在の燃料電池１５の運転状態や貯湯タンク３１の蓄熱量の状態、作成した運転計画の情報を基に運転計画選択基準値を算出する。
【００４９】
図５は、運転計画選択基準値を算出する計算手順を説明するフローチャートである。なお、本実施の形態では、以下のシミュレーションの対象となる範囲は必要運転時間内とする。まず、運転計画の電力需要の予測と予定発電量とから買電量を求める（Ｓ３０１）。通常、電力需要の予測値が予定発電量を上回るように運転計画を作成しているので（段落００３９参照）、買電量は正の値となるが、予定発電量が電力需要の予測値を上回る場合は買電量を０とする。このように、予定発電量が電力需要の予測値を上回る場合は買電量を０とするが、逆潮流が認められる場合は負の値として表してもよい。次に逆潮ヒータ２４の加熱量を算出する（Ｓ３０２）。逆潮ヒータ２４の加熱量は、予定発電量から電力需要の予測値を引いた電力値と、逆潮ヒータ２４の効率と、所定の計算時間間隔（シミュレーションを行う単位であり、例えば１時間）との積で求められる。なお、予定発電量から電力需要の予測値を引いた電力値は、逆潮電力量となる。
【００５０】
次に燃料電池１５の発電効率及び熱回収効率を求める（Ｓ３０３）。発電効率及び熱回収効率は、燃料電池１５に固有の値であるが、一般的には一定値ではなく、予定発電量を定格出力値で除した値であるターンダウン比ρ（ρ＝「予定発電量」／「定格出力値」）に伴って変化する場合が多い。そのため発電効率及び熱回収効率の値は各ターンダウン比ρに対応する値としてデータベース化した上で制御装置５０のデータ保持手段に記憶させておき、データベースからその時刻のターンダウン比ρに対応する発電効率及び熱回収効率を算出する。次に熱回収量を求める（Ｓ３０４）。熱回収量は、「熱回収量」＝「予定発電量」×「発電効率」×「所定の計算時間間隔（例えば１時間）」／「熱回収効率」で求められる。次に配管系統熱ロス量を求める（Ｓ３０５）。配管系統熱ロスは、燃料電池１５と熱交換器２１とを接続する冷却水管１６からの放熱、及び熱交換器２１と貯湯タンク３１とを接続する蓄熱媒体管２２からの放熱である。配管系統熱ロス量は、冷却水管１６及び蓄熱媒体管２２の断熱状態等で定まる排熱回収時配管熱ロス率と、前工程で求めた熱回収量との積で求められる。
【００５１】
次に貯湯タンク３１の熱ロス量を求める（Ｓ３０６）。貯湯タンク３１の熱ロス量は、貯湯タンク３１内の蓄熱量と、貯湯タンク３１の断熱状態等で定まる貯湯タンク熱ロス率と、所定の計算時間間隔（例えば１時間）との積で求められる。次に給湯利用前貯湯量を求める（Ｓ３０７）。給湯利用前貯湯量は、貯湯タンク３１内の蓄熱量から貯湯タンク熱ロス率を引いた値と、熱回収量から配管系統熱ロス量を引いた値との和で求められる。次に貯湯タンク３１からの給湯熱量及びバックアップボイラの加熱量を求める（Ｓ３０８）。給湯利用前貯湯量が熱需要の予測値以上のとき、貯湯タンク３１からの給湯熱量は熱需要の値と等しく、バックアップボイラの加熱量は０となる。他方、給湯利用前貯湯量が熱需要の予測値を下回っているとき、貯湯タンク３１からの給湯熱量は給湯利用前貯湯量と等しく、熱需要の予測値と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差がバックアップボイラの加熱量となる。
【００５２】
次に給湯利用後貯湯量及びラジエータ２８の放熱量を求める（Ｓ３０９）。給湯利用前貯湯量と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差が貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値以下の場合、給湯利用後貯湯量は給湯利用前貯湯量と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差で求められ、ラジエータ２８の放熱量は０となる。他方、給湯利用前貯湯量と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差が貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値よりも大きい場合、給湯利用後貯湯量は貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値となり、ラジエータ２８の放熱量は、「ラジエータの放熱量」＝（「給湯前貯湯量」−「貯湯タンク３１からの給湯熱量」）−「貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値」で求められる。なお、貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値は、（「満蓄時の貯湯タンク温度」−「補給水温度」）×「貯湯タンク容量」×「比熱」で求められる。
【００５３】
次にラジエータ２８の消費電力量を求める（Ｓ３１０）。ラジエータ２８の消費電力量は、「ラジエータ消費電力量」＝「ラジエータ放熱量」／「ラジエータ効率」で求められる。ここで「ラジエータ効率」は、単位放熱量当たりに使用する電力量の値で、ラジエータ固有の値である。次に燃料電池システム１００の消費燃料量を求める（Ｓ３１１）。これは、「燃料電池システムの消費燃料量」＝（「発電量」／「発電効率」）×「所定の計算時間間隔（例えば１時間）」／「原料燃料の発熱量」で求められる。次にバックアップボイラ消費燃料量を求める（Ｓ３１２）。これは、「バックアップボイラ消費燃料量」＝（「バックアップボイラ加熱量」／「バックアップボイラ効率」）／「燃料の発熱量」で求められる。
【００５４】
次に、必要運転時間内に予定発電量がない場合（定常運転計画にその可能性がある）に起動時消費電力及び起動時消費燃料量を求める（Ｓ３１３）。必要運転時間内に予定発電量がある場合は、起動時消費電力及び起動時消費燃料量の値は０となる。ここで、起動時消費電力及び起動時消費燃料量の値は燃料電池システム１００に固有の値である。一般に、燃料電池１５の起動時には改質器１１を所定の温度まで昇温する必要があるが、燃料電池１５が停止している時間が短い方が停止している時間が長いよりも改質器１１の温度低下が小さくなるため起動時消費電力及び起動時消費燃料量が少なくなる。逆に燃料電池１５が停止している時間が長いと改質器１１の温度低下が大きくなり、起動時消費電力及び起動時消費燃料量が多くなる。そのため、起動時消費電力及び起動時消費燃料量を燃料電池１５の停止時間に対応する値としてデータベース化した上で制御装置５０のデータ保持手段に記憶させておき、データベースからそのときの起動時消費電力及び起動時消費燃料量を算出する。次に、停止時消費電力及び停止時消費燃料量を求める（Ｓ３１４）。停止時消費電力及び停止時消費燃料量は、燃料電池１５が停止する場合（定常運転計画にその可能性がある）に加算される。停止時消費電力及び停止時消費燃料量は、起動時消費電力及び起動時消費燃料量の算出（Ｓ３１３）と同様に、それぞれ、燃料電池１５が停止している時間からデータベースを参照して算出される。次に待機時消費電力量を算出する（Ｓ３１５）。待機時消費電力量（定常運転計画にその可能性がある）は、燃料電池システム１００に固有の一定の値である。
【００５５】
上述の工程（Ｓ３０１）〜工程（Ｓ３１５）の演算は必要運転時間先まで所定の計算時間間隔で行う。例えば、本実施の形態では必要運転時間先まで１時間間隔で行う。このため、待機時消費電力量の算出（Ｓ３１５）までしたら、必要運転時間先まで演算したか否かの判断を行う（Ｓ３１６）。必要運転時間先までの演算が終了していない場合は買電量を求める工程（Ｓ３０１）に戻って上述の一連の演算を行う。必要運転時間先までの演算が終了した場合は一次エネルギー使用量の合計を求める（Ｓ３１７）。合計一次エネルギーの使用量Ｐｆｃは、電力総使用量Ｅｆｃ、燃料総使用量Ｇｆｃ、電力の一次エネルギー換算係数Ｋｅ、燃料発熱量Ｈｆとを用いて以下のように表される。
Ｐｆｃ＝Ｋｅ×Ｅｆｃ＋Ｈｆ×Ｇｆｃ
上式のうち、工程（Ｓ３０１）〜工程（Ｓ３１５）で求めた値を利用して、電力総使用量Ｅｆｃは、Ｅｆｃ＝「買電量」＋「ラジエータ消費電力量」＋「起動時消費電力量」＋「停止時消費電力量」＋「待機時消費電力量」で表される。燃料総使用量Ｇｆｃは、Ｇｆｃ＝「燃料電池消費燃料量」＋「バックアップボイラ燃料消費量」＋「起動時消費燃料量」＋「停止時消費燃料量」で表される。電力の一次エネルギー換算係数Ｋｅとしては、例えば９．８４ｋＪ／Ｗｈという値を用いることができるが、換算係数は複数のものが提唱されているので、適切な値を用いるとよい。
【００５６】
燃料電池システムの運転計画の評価は、電力需要へは系統電力から供給し熱需要へはボイラから供給する従来システムとの比較で行うことが多い。従来システムの一次エネルギー使用量Ｐｐは、電力需要の予測値ＥＬと、燃料の消費量ＧＬと、上述の電力の一次エネルギー換算係数Ｋｅ及び燃料発熱量Ｈｆとを用いて以下のように表される。
Ｐｐ＝Ｋｅ×ＥＬ＋Ｈｆ×ＧＬ
なお、上式において、電力需要の予測値ＥＬは、電力需要への電力がすべて系統電力から供給されることを前提としている。また、燃料の消費量ＧＬは、「熱需要」÷「ボイラ効率」÷「燃料発熱量」で算出され、熱需要への熱がすべてボイラから供給されることを前提としている。上記のようにして求められた合計一次エネルギーの使用量Ｐｆｃと従来システムの一次エネルギー使用量Ｐｐとにより、一次エネルギー削減率ηｅは以下の式により求められる。
ηｅ＝（Ｐｐ−Ｐｆｃ）／Ｐｐ
このようにして算出した一次エネルギー削減率ηｅが運転計画選択基準値となる。なお、一次エネルギー削減率ηｅの概念には様々な考え方があって、その算出には複数の方法が提案されており、そのいずれを用いてもよく、上述の算出方法は１つの例示である。これまで説明したシミュレーションによって温熱抑制運転計画及び定常運転計画のそれぞれについて運転計画選択基準値を算出する。
【００５７】
再び図３に戻って運転計画を作成する手順の説明を続ける。温熱抑制運転計画及び定常運転計画のそれぞれについて運転計画選択基準値を算出したら、温熱抑制運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定したときが定常運転計画通りに燃料電池１５を運転したと仮定したときよりも運転計画選択基準値が向上したか否か（Ｓ２５）がわかるので、向上している場合は温熱抑制運転計画を燃料電池１５の運転の基礎となる運転計画として採用する（Ｓ２６）。運転計画選択基準値が向上していない場合は定常運転計画を燃料電池１５の運転の基礎となる運転計画として採用する（Ｓ２７）。温熱抑制運転計画を採用した場合は貯湯タンク３１が満蓄になることによる燃料電池１５の停止やラジエータ２８の作動を防ぐことができる。定常運転計画を採用した場合は、発電量を制限することによる発電効率や熱回収効率の低下を防ぐことができる。
【００５８】
次に図２に戻って、燃料電池システムの運転方法の説明を続ける。運転計画を作成したら、作成した運転計画に基づいて燃料電池１５の運転を行う（Ｓ３０）。燃料電池１５の運転は、必ずしも作成された運転計画通りに行われるのではなく、温熱抑制が必要ないときは、作成された運転計画を参考にしつつ、実際の電力需要及び熱需要に従った燃料電池１５の出力で運転が行われる。他方、前工程（Ｓ２０）で作成した運転計画中に上限発電量が設定されている場合（温熱抑制が必要な場合）は、上限発電量を超えない範囲で実際の電力需要及び熱需要に従った燃料電池１５の出力で運転が行われる。なお、燃料電池１５の運転を行う工程（Ｓ３０）における「運転」には、電力及び／又は熱の需要がなくなり燃料電池１５を停止する場合も含む。
【００５９】
以上で説明した温熱抑制制御は、適切な間隔で実行することが好ましい。電力需要及び熱需要の予測と、実際の消費電力及び消費熱量とが常に一致するとは限らず、貯湯タンク３１の蓄熱量が予測値から乖離していくことも多い。したがって、適宜、電力需要及び熱需要の予測（Ｓ１０）、運転計画の作成（Ｓ２０）を見直し、現在の貯湯タンク３１の蓄熱量に応じた燃料電池１５の運転（Ｓ３０）を行うことが好ましい。
【００６０】
以上の説明では、燃料電池１５は固体高分子型燃料電池として説明したが、固体高分子型燃料電池の他、りん酸型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、他の種類の燃料電池も用いることができる。しかしながら、固体高分子型燃料電池とすると、比較的低温で運転でき、また装置が小型化できるので、家庭用、小規模集合住宅あるいは小規模事業所用に用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを説明する系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を説明するフローチャートである。
【図３】運転計画を作成する手順を説明するフローチャートである。
【図４】冷却可能量の算出について説明する図である。（ａ）はすべての蓄熱媒体量を燃料電池の冷却に利用することが可能な場合、（ｂ）はすべての蓄熱媒体量を燃料電池の冷却に利用できない場合、（ｃ）は一部の蓄熱媒体量を燃料電池の冷却に利用することが可能な場合、（ｄ）は貯湯タンクの冷却可能量の例を示す図である。
【図５】運転計画選択基準値を算出する計算手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１５  燃料電池
２１  熱交換器
２４  逆潮ヒータ
２８  ラジエータ
３１  貯湯タンク（蓄熱槽）
３８  温度検出器
５０  制御装置
１００  燃料電池システム
【図１】
2008066016.tif 000004
【図２】
2008066016.tif 000005
【図３】
2008066016.tif 000006
【図４】
2008066016.tif 000007
【図５】
2008066016.tif 000008