(57)【要約】【課題】燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく制御部の設定値を変更する燃料電池システム、及びそのプログラムを提供する。【解決手段】燃料電池１０６と、燃料電池１０６からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置１０２と、燃料電池１０６と排熱回収装置を制御する情報端末装置１０１とを備えた燃料電池システムであって、燃料電池１０６は燃料電池構成部品２０８を操作し、発電能力を制御する制御部２０３と、燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく前記制御部の設定値を変更する設定値変更手段２０４とを備えることを特徴とした燃料電池システムとし、従来設置対象外であった地域でも燃料電池１０６の稼働状況を良好に保つことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置と、前記燃料電池と排熱回収装置を制御する情報端末装置とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池は燃料電池構成部品を操作し、発電能力を制御する制御部と、燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく前記制御部の設定値を変更する設定値変更手段とを備えることを特徴とした燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池は、前記制御部の設定値の変更を燃料電池の外部から行うための外部入力手段を有することを特徴とした請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上させる前記制御部の設定値に初期値を設定後も、前記設定値変更手段は変化する外部環境に応じて前記設定値の変更を行うことを特徴とした請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池は記憶手段を有し、前記外部環境に応じた設定値の変更が完了すれば、前記記憶手段にその設定値を記憶させ、電源の投入時はその記憶情報を読み出し、前記制御部の設定値に用いることを特徴とした請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記設定値変更手段は、設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上させる設定値の上限値を有し、前記外部環境に応じて設定値の変更を行った結果、前記上限値の範囲に前記設定値が収まらない場合、前記制御部は燃料電池を停止するよう制御することを特徴とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記設定値が前記上限値の範囲に前記設定値が収まらず燃料電池を停止させた場合、燃料電池が発電可能な外部環境に条件が整うまで次回起動させないよう制御することを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池は外部ネットワークと通信する外部通信手段を有し、前記ネットワーク経由で発行された指示に従い前記制御部の設定値を変更する設定値変更手段を備えることを特徴とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムの少なくとも一部をコンピュータに実現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、燃料電池システムの設置環境に合わせて制御部の設定値を変更させ、発電能力を維持、または向上させることが可能な燃料電池システム、及びそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムは、ネットワークと通信する通信部と、発電装置の発電能力を制御する制御部とを有し、経年変化による発電能力の低下を補うべく、前記ネットワーク経由で発行された指示に従って、出力を上昇させるように設定を変更して所望の出力を維持させることができるようになっている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４は特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成図を示すものである。図４に示すように、分散発電システム（以下燃料電池システムという）４１２はインターネット４１６を介して管理会社４１８の管理装置４２０へ接続される。管理装置４２０は燃料電池システム４１２の稼働状況を逐次取得し、その状態を監視する。メンテナンスが必要になると、その程度に応じて、燃料電池システム４１２の制御パラメータまたはシーケンスプログラムを直接変更するか、保守会社４２４へ保守依頼をするようになっている。
【特許文献１】特開２００２−３２４５６６号公報
【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、前記従来の構成では、燃料電池システムの経年変化による発電能力の低下に対し、出力を上昇させる方策については述べているが、燃料電池が様々な環境条件下に設置された場合でも発電能力を維持、または向上させる方策について十分考慮されていない。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく制御部の設定値を変更する燃料電池システム、及びそのプログラ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】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、前記燃料電池は燃料電池構成部品を操作し、発電能力を制御する制御部と、燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく前記制御部の設定値を変更する設定値変更手段とを備えることを特徴としたものである。
【０００７】
これによって、設置環境条件に合わせて燃料電池構成部品の制御を変更させることができることから、従来設置対象外であった地域でも燃料電池の発電能力を維持させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池システム、及びそのプログラムは、燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく制御部の設定値を変更することが可能となり、従来設置対象外であった地域でも燃料電池の発電能力を維持させることができる。また、安全のため、制御部の設定値が上限値の範囲に収まらない場合は、燃料電池を停止させ、燃料電池が発電可能な外部環境に条件が整うまで次回起動させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、燃料電池と、前記燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置と、前記燃料電池と排熱回収装置を制御する情報端末装置を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池は燃料電池構成部品を操作し、発電能力を制御する制御部と、燃料電池システムの設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上すべく前記制御部の設定値を変更する設定値変更手段とを備える燃料電池システムであることを特徴とし、例えば、地上数千メートルといった高地では、気圧の低下が原因で改質部の燃焼に十分な酸素が供給できず原料の不完全燃焼を招くが、このような環境条件下でも、通常より酸素供給ファンの回転を制御する制御部の設定値を通常より大きめに変更する対処が可能となる。すなわち、設置環境条件に合わせて燃料電池構成部品の制御を変更させ、従来設置対象外であった地域でも燃料電池の発電能力を維持させることができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、前記制御部の設定値の変更を燃料電池の外部から行うための外部入力手段を有することを特徴とし、燃料電池システム毎に制御プログラムを作成する必要がなくなることから、制御プログラムの管理が容易となり、制御プログラム品質を確保することができることや、また燃料電池システムの設置環境下毎に任意に制御部の設定値を変更させることができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上させる前記制御部の設定値に初期値を設定後も、前記設定値変更手段は変化する外部環境に応じて前記設定値の変更を行うことを特徴とし、燃料電池システムの設置に施工者の現場での調節工数を軽減させることができることから、例えば、経験未熟な施工者でも施工に立ち会わせることができ、保守、施行会社の施工効率の高速化と効率化を向上させることができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第３の発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は記憶手段を有し、前記外部環境に応じた設定値の変更が完了すれば、前記記憶手段にその設定値を記憶させ、電源の投入時はその記憶情報を読み出し、前記制御部の設定値に用いることを特徴とし、燃料電池システムの電源のＯＦＦ／ＯＮにより制御部の設定値の再設定の必要がなくなることから、前記設定値変更手段が変化する外部環境に応じて前記設定値の変更を初めから行う必要がなくなり、現場での施工効率の高速化と効率化を向上させることができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、前記設定値変更手段は、設置環境に合わせて発電能力を維持、または向上させる設定値の上限値を有し、前記外部環境に応じて設定値の変更を行った結果、前記上限値の範囲に前記設定値が収まらない場合、前記制御部は燃料電池を停止するよう制御することを特徴とし、例えば気圧の変化で酸素供給量が少なくなり、外部環境が燃料電池の発電環境でなくなったにも関わらず燃料電池の運転を継続することがないため、燃料電池の安全を確保することができる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記設定値が前記上限値の範囲に前記設定値が収まらず燃料電池を停止させた場合、燃料電池が発電可能な外部環境に条件が整うまで次回起動させないよう制御することを特徴とし、外部環境が燃料電池の発電環境でないにも関わらず燃料電池の運転を開始することがないため、燃料電池の安全を確保することができる。
【００１５】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は外部ネットワークと通信する外部通信手段を有し、前記ネットワーク経由で発行された指示に従い前記制御部の設定値を変更する設定値変更手段を備えることを特徴
とし、遠隔操作にて燃料電池の稼働状況を良好に保つことができることから、保守会社の保守作業の高速化と効率化を向上させ、また運用上のコストも削減させることができる。
【００１６】
第８の発明は、特に、第１〜７の発明の燃料電池システムの機能の少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラムである。そして、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明の燃料電池システムの少なくとも一部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・更新やインストール作業が簡単にできる。
【００１７】
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。
【００１８】
（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システムの構成図、図２は本発明の第１の実施の形態における燃料電池のブロック図を示すものであるである。
【００１９】
図１において、排熱回収装置１０２は燃料電池１０６の発電の際に発生した排熱を回収し、貯湯タンクに湯として蓄積し使用者に給湯を行う。図２における排熱回収装置１０２の排熱回収装置制御部２０１は、通信手段２０２から燃料電池１０６の発電の開始を検出し、排熱の回収を始める。燃料電池１０６は発電が開始すると、通信手段２０７と機内通信回線２１０を介して排熱回収装置１０２の通信手段２０２に発電の開始を通知する。情報端末装置１０１は、燃料電池１０６と宅内通信回線１０５によって接続され、燃料電池の制御を行う構成になっている。機内通信回線２１０と宅内通信回線１０５は無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または特定小電力無線など無線を媒体として利用することも可能で、その場合、情報端末装置１０１、燃料電池１０６それぞれは無線通信ユニットを装着する必要がある。
【００２０】
情報端末装置１０１は、燃料電池１０６の発電の開始や停止、給湯温度、風呂の沸かし上げや風呂の沸かし上げ予約といった設定機能や、異常コードの表示、発電電力量、受電電力量の表示機能を備えている。
【００２１】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２２】
図２において、燃料電池１０６は水素と酸素を化学反応させ、直接電気エネルギーを発生させると同時に、反応時に発生する熱も回収利用することにより高いエネルギー効果が実現できるシステムである。現在開発が進められている家庭用燃料電池システムの多くは、都市ガスなどの原料ガスを改質し、水素を取り出し燃料電池１０６の燃料とする方向で進められている。原料ガスを改質する、または水素と酸素を化学反応させる時にはファン、バーナー、弁など燃料電池構成部品２０８を制御部２０３が緻密な制御を行い、発電能力を維持させているが、設置環境の影響で十分な能力が発揮できない場合がある。
【００２３】
ここで設置環境の要因としては、設置する場所の標高の違いによる外気圧の相違、設置する地域に流通している燃料ガスの成分の違い、寒冷地などの外気温の低い場所の場合などがあげられる。
【００２４】
以下、本実施の形態では、設置する場所の標高の違いによる外気圧の相違を要因とする地上数千メートルの高地に設置する場合を例に説明する。
【００２５】
燃料電池１０６には作動温度が８０℃から９５０℃まで様々なタイプが存在しているが
、いずれも安定かつ高い温度を作り出すため、バーナーへ多くの酸素を送り込む必要がある。そのため、制御部２０３は酸素供給ファンを回転させバーナーへ空気を供給するが、燃料電池１０６の設置場所が地上数千メートルといった高地である場合、気圧の低下が原因で空気の流れが低下し十分な酸素が得られないためバーナーの燃焼が安定せず、燃料電池１０６の設置をあきらめざるを得ないという課題があった。このような高地、すなわち気圧の低い地域に設置する燃料電池１０６は酸素供給ファンの回転数を低地に設置する燃料電池１０６より高めに設定し、多くの空気をバーナーへ送り込めば良い。しかし、制御プログラムの管理の観点から通常の低地に設置するものも含め全ての燃料電池１０６に最初から酸素供給ファンの回転数を高地に設置するものと同じように高く設定すると、消費電力が高いシステムとなることや、また設置現場毎に制御部２０３の制御プログラムを作成すると制御プログラムの管理が多くなり、制御プログラム品質の確保が困難である。
【００２６】
本発明の燃料電池１０６は制御部２０３の設定値の変更を行う設定値変更手段２０４とその設定値を任意の値に設定するための外部入力手段２０５を有している。また、設定値変更手段２０４は複数の設定値（例えば高、中、低、の３段階）を有し、そのうちの一つを選択するものであってもよい。
【００２７】
外部入力手段２０５は、ＳＷを用いたテンキーや、または液晶を用いたタッチパネル式のソフトウェアキーボードでも良い。燃料電池１０６を高地に設置した場合、燃料電池構成部品２０８の一つである酸素供給ファンの回転数を高めに設定する。設定値変更手段２０４が複数の設定値を有する場合は、それぞれの設定値に対して決められたファンの回転数に設定することも出来る。
【００２８】
外部入力手段２０５から酸素供給ファンの回転数に上乗せする回転数を入力すると、制御部２０３はまずその入力値を初期値として取り込み、酸素供給ファンを回転させるタイミングではその初期値で回転させる。この初期値を取り込んだ時点から、特殊設定がされた燃料電池１０６となる。特殊設定がされた燃料電池１０６の制御部２０３は、次に、燃料電池構成部品２０８の気圧センサなどを用いて外部環境データを取得する。制御部２０３は現在の設置環境下での燃料電池１０６の気圧を読みとり、設定値変更手段２０４は外部入力手段２０５から入力した初期値を元に、現在の気圧でバーナーへ十分な酸素を供給するための酸素供給ファンの回転数を更に補正する。しかし、ファンには能力的に回転数の上限があり、また能力以内でも回転数を上げすぎると、空気の流れでバーナーの炎を消してしまい、燃料電池１０６の運転を停止させてしまう恐れがある。そのため、設定値変更手段２０４は酸素供給ファンの回転数の上限値を保有している。設定値変更手段２０４は設定値の上限値以内であり、かつバーナーへ十分な酸素を供給するための酸素供給ファンの回転数が決定すれば、制御部２０３へ設定値の変更完了を通知し、制御部２０３はその設定値を記憶手段２０６に保存する。制御部２０３は、電源投入時にこの保存した設定値が読み出せた場合は、特殊設定がされた燃料電池１０６と認識する。これによって、再び外部環境が変化した場合、設定値変更手段２０４は再度バーナーへ十分な酸素を供給するための酸素供給ファンの回転数の補正を行う。設定値変更手段２０４は外部環境に応じて設定値の変更を行った結果、上限値の範囲に設定値が収まらない場合、制御部２０３へ燃料電池１０６の停止指示を行い、これを受けた制御部２０３は燃料電池１０６を停止させるべく燃料電池構成部品２０８を操作する。そして、安全に燃料電池１０６を運転させるため、設定値が上限値の範囲に収まるよう外部環境が整うまで、燃料電池１０６の起動を許可しない。特殊設定していない燃料電池１０６には上記した、外部環境に応じた設定値の変更制御は行わない。それは、燃料電池構成部品２０８を制御する設定値の上限値を過敏に検出し、燃料電池１０６を停止または起動させない状態に入ると、ナンセンスクレームにつながるためである。
【００２９】
また、燃料電池１０６は外部通信手段２０９を有し、外部ネットワーク１０３を介して
保守・管理会社１０４と接続されている。設定値変更手段２０４は外部入力手段２０５から入力した設定値も初期値として取り込むが、外部ネットワーク１０３経由で発行された設定値も初期値として取り込むことができる。これによって、制御部２０３の設定値の変更をせずに一度施工を終了した燃料電池１０６に対しても、遠隔操作にて設定値の変更ができるため、保守・管理会社の保守作業の高速化と効率化を向上させ、また運用上のコストも削減させることができる。
【００３０】
図３は本実施の形態の燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャートである。燃料電池１０６の制御部２０３は外部入力手段２０５から制御部２０３の設定値入力の有無を判定する（ＳＴＥＰ１）。設定値の入力があれば（ＳＴＥＰ１、Ｙｅｓ）、制御部２０３は設定値変更手段２０４へ入力があったことを通知し、設定値変更手段２０４はその入力値を初期値として取り込む（ＳＴＥＰ２）。そして、燃料電池１０６は制御部２０３の設定値の変更が行われた燃料電池１０６、すなわち特殊設定がされた燃料電池１０６となり、特殊設定ありをプログラム上に記録する（ＳＴＥＰ１３）。次に制御部２０３は燃料電池構成部品２０８を用いて外部環境データを取得する（ＳＴＥＰ３）。そして、設定値変更手段２０４は外部入力手段２０５から入力した初期値を元に、現在の外部環境に応じた制御部２０３の設定値の更なる補正を行う。補正が完了すれば（ＳＴＥＰ４）、その補正値が燃料電池構成部品２０８の能力値、または制御的に変更可能な上限以内か否かを判定する（ＳＴＥＰ５）。変更した設定値が上限以内であれば（ＳＴＥＰ５、Ｙｅｓ）、設定値変更手段２０４は制御部２０３に変更完了を通知し、制御部２０３はその変更した設定値を記憶手段２０６に保存する（ＳＴＥＰ６）。
【００３１】
設定値変更手段２０４は外部環境に応じて設定値の変更を行った結果、上限値の範囲に設定値が収まらない場合（ＳＴＥＰ６、Ｎｏ）、制御部２０３へ燃料電池１０６の停止指示を行い、これを受けた制御部２０３は燃料電池１０６を停止させる（ＳＴＥＰ８）。そして、安全に燃料電池１０６を運転させるため、設定値が上限値の範囲に収まるよう外部環境が整うまで、燃料電池１０６の起動を禁止する（ＳＴＥＰ９）。従って、変更した設定値が上限以内であり（ＳＴＥＰ５、Ｙｅｓ）、その設定値を記憶手段２０６に保存すれば（ＳＴＥＰ６）、燃料電池の起動禁止を解除しておく（ＳＴＥＰ７）。
【００３２】
外部入力手段２０５から制御部２０３の設定値入力の有無の判定結果、設定値の入力がなければ（ＳＴＥＰ１、Ｎｏ）、外部ネットワーク１０３を介して保守・管理会社１０４から設定値の発行の有無を判定する（ＳＴＥＰ１０）。外部ネットワーク１０３を介して保守・管理会社１０４から設定値の発行があれば（ＳＴＥＰ１０、Ｙｅｓ）、設定値変更手段２０４は初期値として取り込み（ＳＴＥＰ１１）、特殊設定ありをプログラム上に記録する（ＳＴＥＰ１４）。そして、更に外部環境に応じて設定値の補正を行う（ＳＴＥＰ３）。
【００３３】
外部入力手段２０５から設定値の入力がされていない（ＳＴＥＰ１、Ｎｏ）かつ外部ネットワーク１０３を介して保守・管理会社１０４から設定値の発行がされていない（ＳＴＥＰ１０、Ｎｏ）場合、設定値変更手段２０４は特殊設定がされているか否かを判定し（ＳＴＥＰ１２）、特殊設定がされていれば（ＳＴＥＰ１２、Ｙｅｓ）外部環境に応じて設定値の補正を行う（ＳＴＥＰ３）。特殊設定がされていなければ（ＳＴＥＰ１２、Ｎｏ）制御部２０３の設定値は何も補正を行わず、工場出荷時に設定されている設定値をそのまま使用する。尚、電源投入時にこの保存した設定値が読み出せた場合は、特殊設定がされた燃料電池１０６と認識し、外部環境に応じて設定値の補正を行う（ＳＴＥＰ３）。
【００３４】
以上のように、本実施の形態においては、例えば、地上数千メートルといった高地では、気圧の低下が原因で改質部の燃焼に十分な酸素が供給できず原料の不完全燃焼を招くが、このような環境条件下でも、通常より酸素供給ファンの回転を制御する制御部の設定値を通常より大きめに変更する対処が可能となる。すなわち、設置環境条件に合わせて燃料電池構成部品２０８の制御を変更させ、従来設置対象外であった地域でも燃料電池の発電能力を維持させることができる。
【００３５】
また、燃料電池１０６は、制御部２０３の設定値の変更を燃料電池１０６の外部から行うための外部入力手段２０５を有することを特徴とし、燃料電池システム毎に制御プログラムを作成する必要がなくなることから、制御プログラムの管理が容易となり、制御プログラム品質を確保することができることや、また燃料電池システムの設置環境下毎に任意に制御部の設定値を変更させることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムであれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信することでプログラムの配布・更新やインストール作業が簡単にできる。
【００３７】
なお、本発明の燃料電池は家庭用に限らずオフィスや工場などの業務用であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる、燃料電池システム、及びそのプログラムは、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート
【図４】従来の燃料電池システムの構成図
【符号の説明】
【００４０】
１０１  情報端末装置
１０２  排熱回収装置
１０３  外部ネットワーク
１０６  燃料電池
２０３  制御部
２０４  設定値変更手段
２０５  外部入力手段
２０６  記憶手段
２０８  燃料電池構成部品
２０９  外部通信手段
【図３】
2008108600.tif 000003
【図４】
2008108600.tif 000004
【図１】
2008108600.tif 000005
【図２】
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