(57)【要約】【課題】複数台の燃料電池発電ユニットを用いて必要発電量と必要熱需要量を賄う場合に、省エネルギー性に優れ、信頼性、安全性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４並びに吸収冷凍機１３を備えている。燃料電池発電ユニット１２は、必要発電量と必要熱需要量を賄うもので、複数台設けられている。貯湯槽１４は、燃料電池発電ユニットから排出された流体を貯留するもので、一台、複数台又は燃料電池発電ユニット毎に設けられている。吸収冷凍機１３は、貯湯槽１４から送られる流体を熱源として利用するするもので、一台設けられている。制御ユニット１５は、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４並びに吸収冷凍機１３相互間の安全性、信頼性又は省エネ性の少なくとも一つを最適化する。【選択図】  図１
2004221021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電ユニット、貯湯槽、並びに吸収冷凍機を備える燃料電池コージェネレーションシステムであって；
必要発電量と必要熱需要量を賄う複数台の前記燃料電池発電ユニットと；
前記燃料電池発電ユニットから排出された流体を貯留する前記貯湯槽であって、一台、複数台、又は前記燃料電池発電ユニット毎に設けられた前記貯湯槽と；
前記貯湯槽から送られる流体を熱源として利用する一台の前記吸収冷凍機と；
前記燃料電池発電ユニット、前記貯湯槽、並びに前記吸収冷凍機相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つを最適化する制御ユニットと；
を備える燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項２】
燃料電池発電ユニット、貯湯槽、吸収冷凍機、並びに熱交換器を備える燃料電池コージェネレーションシステムであって；
必要発電量と必要熱需要量を賄う複数台の前記燃料電池発電ユニットと；
前記燃料電池発電ユニットから排出された流体を貯留する前記貯湯槽であって、一台、複数台、又は前記燃料電池発電ユニット毎に設けられた前記貯湯槽と；
前記貯湯槽から送られる流体を熱源として利用して、熱媒体を冷却する一台の前記吸収冷凍機と；
前記貯湯槽から送られる流体を熱源として利用して、熱媒体を温める一台の前記熱交換器と；
前記燃料電池発電ユニット、前記貯湯槽、前記吸収冷凍機、並びに前記熱交換器相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つを最適化する制御ユニットと；
を備える燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記制御ユニットは、電力需要に応じて前記燃料電池発電ユニットの運転台数を制御する台数制御ユニットを有する；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記燃料電池発電ユニット毎に設けられた貯湯槽を有する請求項１又は請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて；
前記制御ユニットは、前記貯湯槽のうち温水貯湯量の少ない貯湯槽に連結された燃料電池発電ユニットを優先的に運転する運転制御ユニットを有する燃料電池コージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電ユニット、貯湯槽、並びに吸収冷凍機を備える燃料電池コージェネレーションシステムに関し、特に複数台の燃料電池発電ユニットと燃料電池発電ユニットから排出される温水を熱源として利用する一台の吸収冷凍機を備える燃料電池コージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池発電ユニットと吸収冷凍機とを備えている。ここで、燃料電池発電ユニットは、改質部と発電部とを備えるもので、改質部で燃料ガスから改質された改質ガスと、酸化剤ガスとの電気化学的反応過程により、発電部で発電が行なわれる。吸収冷凍機は、燃料電池発電ユニットの発電部から排出される温水を導入して熱源として利用し、冷水を製造し、製造された冷水は冷房などの目的に利用される（例えば、特許文献１）。このような燃料電池コージェネレーションシステムでは、家庭用や小規模店舗・オフィス用に必要とされる発電量と熱需要量を、一台の燃料電池発電ユニット、一台の貯湯槽、並びに冷水供給・冷房用の吸収冷凍機と温水供給・暖房用の熱交換器による賄うのが一般的である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３７２１１号公報（段落０００２、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池コージェネレーションシステムを一台の燃料電池発電ユニット、一台の貯湯槽、並びに冷水供給・冷房用の吸収冷凍機と温水供給・暖房用の熱交換器の各一台を用いて構成する場合には、以下の課題がある。
（１）燃料電池コージェネレーションシステムを構成する、各機器の何れか一台が故障してしまうと、システム全体が停止してしまう。特に、民生用の場合、システム全体の信頼性が重要であり、システム全体の停止に備えてサービス体制を構築することは、機器製造者にとって事業展開上の負担が大きい。
（２）燃料電池コージェネレーションシステムでは、貯湯槽に所定の温熱が貯まってしまうと、燃料電池発電ユニットの運転ができなくなる構造を採用している場合がある。この運転停止の弊害を防止するために、外部に排熱処理装置を設けることもことも可能であるが、燃料電池発電ユニットの運転に伴って発生する熱が捨てられる構造となる為、エネルギー効率が低下するという課題がある。
【０００５】
また、家庭用や小規模店舗・オフィス用であっても、必要発電量と必要熱需要量が標準に比較して大きい場合には、燃料電池コージェネレーションシステムを複数台の燃料電池発電ユニット、複数台の貯湯槽、並びに冷水供給・冷房用の吸収冷凍機と温水供給・暖房用の熱交換器の各一台を用いて構成する場合がある。この場合、必要発電量と必要熱需要量は定格値として一定ではなく、例えば盛夏の昼間や厳冬期の夕方・早朝のように必要発電量と必要熱需要量が大きい場合と、春秋の昼間のように必要発電量と必要熱需要量が小さい場合がある。このような需要変動に対して、機器の運転を漫然と行っていたのでは、熱が無駄に生成される等のエネルギー効率が低下するという課題があった。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決したもので、複数台の燃料電池発電ユニットを用いて必要発電量と必要熱需要量を賄う場合に、省エネルギー性に優れ、信頼性、安全性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図１に示すように、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４、並びに吸収冷凍機１３を備えている。ここで、燃料電池発電ユニット１２は、必要発電量と必要熱需要量を賄う複数台の燃料電池発電ユニット（１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ）である。貯湯槽１４は、燃料電池発電ユニットから排出された流体を貯留するもので、一台、複数台、又は前記燃料電池発電ユニット毎に設けられた貯湯槽（１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎ）である。吸収冷凍機１３は、貯湯槽１４から送られる流体を熱源として利用する一台の吸収冷凍機である。制御ユニット１５は、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４、並びに吸収冷凍機１３相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つを最適化する。
【０００８】
ここで、燃料電池発電ユニット１２は、例えば図２に示すように、燃料ガスｇ１と酸化剤ガスｋとの電気化学的反応課程で生じる熱により温められた流体ｗ１を排出する。制御ユニット１５における省エネ性とは、例えば運転開始直後に温水満蓄による停止防止機能や貯湯槽の運用管理機能が含まれる。制御ユニット１５における安全性、信頼性とは、例えば故障機の代替運転機能、予防保全機能（燃料電池発電ユニットの発電・排熱効率の低下、排熱温度の低下、吸収冷凍機の成績係数低下、冷水温度出力低下等）、システム異常監視機能（燃料漏洩、漏水、供給温度異常等の異常監視）が含まれる。
【０００９】
このように構成すると、制御ユニット１５により、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４、並びに吸収冷凍機１３相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つが最適化されるので、複数台の燃料電池発電ユニットであっても、必要発電量と必要熱需要量の変動に応じて、効率の良い運転が安定して行える。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図１に示すように、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４、吸収冷凍機１３、並びに熱交換器２５を備えている。ここで、燃料電池発電ユニット１２は、必要発電量と必要熱需要量を賄う複数台の燃料電池発電ユニット（１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ）である。貯湯槽１４は、燃料電池発電ユニットから排出された流体を貯留するもので、一台、複数台、又は燃料電池発電ユニット毎に貯湯槽（１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎ）が設けられている。吸収冷凍機１３は、貯湯槽１４から送られる流体を熱源として利用して、熱媒体を冷却する一台の吸収冷凍機である。熱交換器２５は、貯湯槽１４から送られる流体を熱源として利用して、熱媒体を温めるもので、一台の熱交換器である。制御ユニット１５は、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４、吸収冷凍機１３、並びに熱交換器２５相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つを最適化する。
【００１１】
このように構成すると、制御ユニット１５により、燃料電池発電ユニット１２、貯湯槽１４、吸収冷凍機１３、並びに熱交換器２５相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つが最適化されるので、複数台の燃料電池発電ユニットであっても、必要発電量と必要熱需要量の変動に応じて、効率の良い運転が安定して行える。
【００１２】
好ましくは、本発明による燃料電池コージェネレーションシステム１において、制御ユニット１５は、電力需要に応じて燃料電池発電ユニット１２の運転台数を制御する台数制御ユニット１５ａを有する構成とするとよい。すると、電力需要が少ない場合には、全ての燃料電池発電ユニット１２を定格に対して低い出力で運転する場合に比較して、一部の燃料電池発電ユニット１２を定格出力に近い運転をすることで、省エネルギー運転が行える。
【００１３】
好ましくは、本発明による燃料電池コージェネレーションシステム１において、貯湯槽（１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎ）が燃料電池発電ユニット（１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ）毎に設けられており、制御ユニット１５は、貯湯槽１４のうち温水貯湯量の少ない貯湯槽に連結された燃料電池発電ユニット１２を優先的に運転する運転制御ユニット１５ｂを有する構成とするとよい。すると、発電時の排温水を充分に貯湯することができ、燃料電池発電ユニット１２の単独運転を少なくすると共に、運転開始から短時間での満蓄による運転停止を防ぎ、もって省エネルギー運転が行える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示す構成ブロック図である。燃料電池コージェネレーションシステム１は、燃料電池発電ユニット（ＰＥＦＣ）１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ、貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎ、吸収冷凍機１３、熱交換器２５、並びに制御ユニット１５を備える。
【００１６】
燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎは、燃料ガスｇ１と酸化剤ガスｋとの電気化学的反応過程において発電を行うと共に、反応に随伴して生じる熱により暖められた流体ｗ１を排出するものである。燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎは、同一出力特性を有する燃料電池発電ユニットをｎユニット並列に接続したものでも良く、また異なる出力容量の燃料電池発電ユニットをｎユニット並列に接続したものでも良い。燃料ガスｇ１には、都市ガス、水素やメタン発酵などで製造されたバイオガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）のように常温でガスの燃料ガスの他、灯油のように常温では液体であるが加熱により容易にガス化できる燃料液体から生成される燃料ガスが含まれる。燃料ガスｇ１の供給量は、総流量をガス流量計４４で計測し、個別の燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎに供給される個別流量を個別ガス流量計４４ａ、４４ｂ、…、４４ｎで計測する。
【００１７】
貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎは、燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎと一対一に設けられるもので、対応する燃料電池発電ユニットで排出される流体ｗ１を貯留する。貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎと燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎとを接続する管路には、往路に温水ポンプ３４ａ、３４ｂ、…、３４ｎが設けられ、復路には流量計４７ａ、４７ｂ、…、４７ｎが設けられている。温水ポンプ３４ａ、３４ｂ、…、３４ｎには、各温水ポンプ３４ａ、３４ｂ、…、３４ｎを駆動するモータ（不図示）を制御するモータ制御盤４５ａ、４５ｂ、…、４５ｎが設けられている。燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎの管路には、往路出口付近に温度計４６ａ、４６ｂ、…、４６ｎが設けられ、復路入口付近に温度計４８ａ、４８ｂ、…、４８ｎが設けられている。
【００１８】
吸収冷凍機１３は、貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎとの間を往路と復路が別系統の管路によって接続されている。吸収冷凍機１３の入口側往路管路には、第２温水ポンプ３５が設けられている。モータ制御盤４９は、第２温水ポンプ３５を駆動するモータ（不図示）を制御するもので、制御ユニット１５と接続されている。吸収冷凍機１３は、冷房需要２に対して冷房に必要な冷水を供給している。温度計３９は、吸収冷凍機１３から冷房需要２に送られる冷水の温度を計測している。
【００１９】
熱交換器２５は、貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎとの間を往路と復路が別系統の管路によって接続されているもので、この管路は吸収冷凍機１３の管路と一部が共用されている。熱交換器２５は、暖房需要４に対して暖房に必要な温水を供給している。温度計（不図示）は、熱交換器２５から暖房需要４に送られる温水の温度を計測している。
【００２０】
燃料電池コージェネレーションシステム１は、系統連係部４１を備える。系統連係部４１では、外部の商用電源と発電部１７とがそれぞれ電気的に接続され、系統連係部４１から電力需要３に電力が供給されるように構成されている。電力量計４２は、電力需要３が要求する電力負荷を計測するもので、電力需要３に電力を供給する燃料電池コージェネレーションシステム１内の電力供給ラインに設置されている。電力量計４２は、例えば電圧と電流を計測して、電力を求めている。電力量計５０は、燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎから系統連係部４１に供給される総電力量を測定している。
【００２１】
制御ユニット１５は、台数制御ユニット１５ａ、運転制御ユニット１５ｂ、代替運転ユニット１５ｃ、予防保全制御ユニット１５ｄ、異常監視ユニット１５ｅを備えている。台数制御ユニット１５ａは、電力需要に応じて燃料電池発電ユニット１２の運転台数を制御する。運転制御ユニット１５ｂは、貯湯槽１４のうち温水貯湯量の少ない貯湯槽に連結された燃料電池発電ユニット１２を優先的に運転する。代替運転ユニット１５ｃは、故障した燃料電池発電ユニット１２の代替運転する燃料電池発電ユニット１２を定める。予防保全制御ユニット１５ｄは、燃料電池コージェネレーションシステム１の予防保全を行うもので、例えば燃料電池発電ユニット１２の発電・排熱効率の低下、排熱温度の低下、吸収冷凍機１３の成績係数低下、冷水温度出力低下等が発生したときに、劣化したユニットの修理や交換の必要性を認識する。異常監視ユニット１５ｅは、燃料電池コージェネレーションシステム１のシステム異常監視を行うもので、例えば燃料漏洩、漏水、供給温度異常等の異常監視が行われる。
【００２２】
制御ユニット１５は、さらに温度計３９、４６ａ、４６ｂ、…、４６ｎ、４８ａ、４８ｂ、…、４８ｎ、ガス流量計４４、４４ａ、４４ｂ、…、４４ｎ、流量計４７ａ、４７ｂ、…、４７ｎ等の検知端の測定信号を入力し、燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ、モータ制御盤４５ａ、４５ｂ、…、４５ｎ、４９に対して発停制御信号を出力する。
【００２３】
次に、単一の燃料電池発電ユニットと貯湯槽とを組合せたユニットを用いて、燃料電池コージェネレーションシステム１の詳細を説明する。図２は、単一の燃料電池発電ユニットと貯湯槽とを組合せたユニットと吸収冷凍機の詳細を説明する構成ブロック図である。燃料電池発電ユニット１２は、改質部１６と、発電部１７と、改質部１６に燃料ガスとしての都市ガスｇ１を都市ガス源から供給する都市ガス供給ライン１８と、改質ガス供給ライン１９と、発電部１７に酸化剤としての空気ｋを供給する空気供給ライン２０と、都市ガスｇ１の流量を調節する調節弁２１と、都市ガスｇ１の流量を計測する流量計４４と、改質部１６の温度を計測する温度計測部４３とを有する。
【００２４】
改質部１６は、都市ガス供給ライン１８を介して改質部１６に供給された都市ガスｇ１を、内部に充填された改質触媒（不図示）を用いた改質反応により改質し、水素を主成分とする改質ガスｇ２とする。改質部１６で生成された改質ガスｇ２は、改質部１６と発電部１７とを繋ぐ改質ガス供給ライン１９を介して、発電部１７に供給される。発電部１７は、空気供給ライン２０を介して供給された空気ｋと改質ガスｇ２との電気化学的反応により発電を行う。温度計測部４３は改質部１６に設置されている。調節弁２１は都市ガス供給ライン１８に設置され、都市ガス供給ライン１８の調節弁２１の下流側には流量計４４が設置されている。
【００２５】
燃料電池発電ユニット１２は、さらに水素ガス供給部としての水素ボンベ２２と、水素ボンベ２２から水素ガスｈを発電部１７に供給する水素供給ライン２３と、水素供給ライン２３に設置され発電部１７に供給される水素ガスｈの流量を調節する調節弁２４とを有する。水素供給ライン２３は、改質ガス供給ライン１９に接続されている。
【００２６】
燃料電池コージェネレーションシステム１は、発電部１７と貯湯槽１４を繋ぎ、発電部１７が排出する流体としての温水ｗ１を貯湯槽１４に送る第１温水搬送ライン３１と、貯湯槽１４の貯留された温水ｗ１を吸収冷凍機１３に送る第２温水搬送ライン３２と、吸収冷凍機１３で冷却された温水ｗ１を発電部１７に送る第３温水搬送ライン３３と備える。燃料電池コージェネレーションシステム１は、第１温水搬送ライン３１に設置され温水ｗ１を搬送する第１温水ポンプ３４と、第２温水搬送ライン３２に設置され温水ｗ１を搬送する第２温水ポンプ３５と、第１温水ポンプ３４を駆動するモータ（不図示）を制御するモータ制御盤３４Ａと、第２温水ポンプ３５を駆動するモータ（不図示）を制御するモータ制御盤３５Ａとを備える。
【００２７】
発電部１７に供給された温水ｗ１は、発電部１７での改質ガスｇ２と、空気ｋとの電気化学的反応過程で生じる熱を吸収するための冷却に使用され、加熱されて昇温し、再度、発電部１７から排出されて貯湯槽１４に送られ、発電部１７、貯湯槽１４、吸収冷凍機１３の間を循環する。なお、熱交換器２５を有している場合には、発電部１７に供給された温水ｗ１は、発電部１７、貯湯槽１４、吸収冷凍機１３に加えて熱交換器２５の間も循環する。
【００２８】
貯湯槽１４は、貯留した温水ｗ１の熱量を計測する熱量計測部４０を有する。熱量計測部４０は、貯湯槽１４内の温水ｗ１の温度を計測するよう分散して配置された複数（例えば、４個）の温度計測部４０Ａと、貯湯槽１４内の温水ｗ１の水位を計測する水位計測部４０Ｂとを含んで構成される。
【００２９】
温度計測部４３によって計測された改質部１６の温度（典型的には改質触媒の温度）は温度信号として制御ユニット１５に送られる。温度計測部４０Ａによって計測された貯湯槽１４内の温水ｗ１の温度は温度信号として制御ユニット１５に送られる。水位計測部４０Ｂによって計測された貯湯槽内の温水ｗ１の水位は水位信号として制御ユニット１５に送られる。流量計４４によって計測された改質部１６へ供給される都市ガスｇ１の流量は、流量信号として制御ユニット１５に送られる。
【００３０】
吸収冷凍機１３は制御盤１３Ａを有する。制御ユニット１５から制御盤１３Ａに吸収冷凍機１３が冷水を冷却するよう吸収冷凍機１３を運転する制御信号が送られる。発電部１７は制御盤１７Ａを有する。制御ユニット１５から調節弁２１へ都市ガスｇ１の流量を調節する制御信号が送られ、制御盤１７Ａに発電部１７に発電を起こさせる制御信号が送られる。制御信号は、発電部１７のバーナー部（不図示）を点火する信号、発電部の改質ガスｇ２の入口部（不図示）にある導入弁（不図示）を開として改質ガスを発電部１７に導入する信号等である。
【００３１】
制御ユニット１５から第１温水ポンプ３４、第２温水ポンプ３５をそれぞれ駆動するモータ（不図示）を制御するモータ制御盤３４Ａ、３５Ａに制御信号がそれぞれ送られる。
【００３２】
燃料電池コージェネレーションシステム１は、大気温度を計測する温度計測部５１と、大気湿度を計測する湿度計測部５２を備えるようにしてもよい。温度計測部５１によって計測された大気温度は温度信号として、湿度計測部５２によって計測された大気湿度は湿度信号として制御ユニット１５に送られる。
【００３３】
燃料電池発電ユニット１２が大きな電力を発生し得る能力を有し、吸収冷凍機１３が大きな冷房能力を備える場合は、貯湯槽１４の容量を大きくすればよい。この場合は、同じ発電能力の燃料電池発電ユニット１２と、同じ冷房能力の吸収冷凍機１３を備え、貯湯槽１４を備えない燃料電池コージェネレーションシステム１の場合より、冷房負荷があり電力負荷がない事態が生じたときに、より大きな冷房負荷に対処することができ、電力負荷があり冷房負荷がない場合が生じたときに、より大きな電力負荷に対処することができる。
【００３４】
次に、単一の燃料電池発電ユニットと貯湯槽とを組合せたユニットと吸収冷凍機を組合せた燃料電池コージェネレーションシステムの作用を説明する。都市ガス源から都市ガス供給ライン１８を介して改質部１６に都市ガスｇ１が供給される。改質部１６に供給される都市ガスｇ１は、制御ユニット１５からの制御信号を受けた調節弁２１により流量が制御される。改質部１６は、都市ガスｇ１を改質反応により改質ガスｇ２に改質する。改質ガスｇ２は、改質ガス供給ラインを介して発電部１７に供給される。発電部１７では、空気源から空気供給ライン２０を介して供給された空気ｋと、改質ガスｇ２との電気化学的反応によって発電が行なわれる。
【００３５】
発電部１７で発電が行なわれ、吸収冷凍機１３で冷房が行なわれると、吸収冷凍機１３によって冷却された温水ｗ１が発電部１７に供給され、発電部１７内で加熱され、発電部１７から排出される。発電部１７から排出された温水ｗ１は、第１温水ポンプ３４によって第１温水搬送ライン３１を介して貯湯槽１４に搬送され、貯湯槽１４内の温水ｗ１の温度を上昇させ、貯湯槽１４内に貯留される熱量を増加させる。モータ制御盤３４Ａ、３５Ａに制御ユニット１５から動作信号が送られることにより電源が各モータ（不図示）に供給されて、第１温水ポンプ３４、第２温水ポンプ３５が起動し回転数が制御される。なお、モータ制御盤３４Ａ、３５Ａに送られるモータ駆動用の電源は図２で省略されている。
【００３６】
貯湯槽１４に貯留された温水ｗ１は、第２温水ポンプ３５によって第２温水搬送ライン３２を介して吸収冷凍機１３に搬送され、吸収冷凍機１３内で吸収溶液（不図示）を加熱して冷媒（不図示）を放出するのに利用される。温水ｗ１は、冷却されて吸収冷凍機１３から第３温水搬送ライン３３を介して発電部１７に送られ、発電部１７、貯湯槽１４、吸収冷凍機１３の間を循環する。温水ｗ１内の熱量は吸収冷凍機１３によって奪われ、温水ｗ１は燃料電池発電ユニット１２に熱量を与えられる。
【００３７】
貯湯槽１４内の温水ｗ１の水位は、水位計測部４０Ｂによって計測され、温度は温度計測部４０Ａによって計測される。制御ユニット１５は、水位計測部４０Ｂ、温度計測部４０Ａから送られた水位信号、温度信号により、貯湯槽１４内の熱量を計算し（熱量＝水の比熱×温度平均値（例えば算術平均）×貯湯槽１４の断面積×水位）、熱量のデータを制御ユニット１５に送る。
【００３８】
吸収冷凍機１３を出た冷水は、冷水ポンプと冷水搬送ライン（不図示）を介して冷房需要２に送られる。冷水は、冷房需要２を冷却しすると共に、熱交換によって温度が上昇して、帰還用冷水搬送ライン（不図示）を介して吸収冷凍機１３に帰還される。そこで、冷水は吸収冷凍機１３に冷却される。このようにして、冷水は吸収冷凍機１３と冷房需要２の間を循環する。
【００３９】
続いて、電力制御に関して説明する。燃料電池発電ユニット１２の発電部１７で発電された電力は系統連結部４１を介して電力需要３に供給される。発電部１７で発電されていない場合には、商用電源から系統連結部４１を介して電力需要３に供給される。発電部１７で発電される電力が、電力需要３が要求する電力に満たない場合は、不足分が商用電源から供給される。
【００４０】
燃料電池発電ユニット１２の発電量をＷ１とし、電力負荷をＷ２、商用電源の供給可能電力量をＷ３とする。Ｗ２＞Ｗ１のときは、系統連係部４１は、Ｗ２−Ｗ１（＜Ｗ３）に相当する電力を、商用電源から電力需要３に供給し、Ｗ１＞Ｗ２のときは、Ｗ１−Ｗ２に相当する電力を商用電源側に供給するよう構成されている。また、燃料電池発電ユニット１２が発電を行なっている場合は、Ｗ１＜Ｗ３であっても、燃料電池発電ユニット１２の発電量Ｗ１を電力需要３に供給し（Ｗ１＜Ｗ２の場合）、あるいは発電量Ｗ２を電力需要３に供給し、残りの発電量（Ｗ１−Ｗ２）を商用電源側に供給する（Ｗ１＞Ｗ２の場合）。
【００４１】
このようにすると、燃料電池発電ユニット１２に優先的に発電をさせ、燃料電池発電ユニット１２によって排出された温水ｗ１を貯湯槽１４で貯留し、貯湯槽１４の熱量を増加させることができる。よって、電力負荷がなく冷房負荷がある場合に、貯湯槽１４の温水を吸収冷凍機１３に送り、吸収冷凍機１３を運転し、温水ｗ１の熱量を外部に廃棄することなく冷房負荷に対処することができる。なお、電力負荷がなく暖房負荷がある場合に、貯湯槽１４の温水を熱交換器２５に送り、熱交換器２５を運転し、温水ｗ１の熱量を外部に廃棄することなく暖房負荷に対処することができる。
【００４２】
制御ユニット１５は、過去数日間の冷房負荷データ、電力負荷データを時刻ごと（例えば１時間ごと、あるいは３０分ごと）にデータベースとして記憶し、記憶した冷房負荷データ、電力負荷データを用いて時刻ごとの冷房負荷、電力負荷を予測できるように構成されている。制御ユニット１５は、過去数日間の大気温度データ、大気湿度データを時刻ごとにデータベースとして記憶するようにしてもよい。
【００４３】
一般的に、冷房負荷予測の手法としては、過去の冷房負荷データ、外気温度、外気湿度などから重回帰分析して予想冷房負荷を求める方法、過去の冷房負荷データ、外気温度、外気湿度をデータベース化し、データベースから外気温度、外気湿度を予想し、予想外気温度、予想外気湿度から、データベースを使用しファジー推論により予想冷房負荷を分析して求める方法、過去の冷房負荷データ、外気温度、外気湿度をニューラルネットに学習させ、外気温度、外気湿度を予想し、予想外気温度、予想外気湿度から、ニューラルネットを用いて冷房負荷を予想する方法、過去数日間の冷房負荷データを用いて冷房負荷を予測する方法などがある。
【００４４】
次に、複数台の燃料電池発電ユニットを有する図１の燃料電池コージェネレーションシステムにおける、制御ユニットの作用を説明する。
台数制御ユニット１５ａは、電力需要に応じて燃料電池発電ユニット１２の運転台数を制御する台数制御機能を有する。台数制御ユニット１５ａにより燃料電池発電ユニット１２の運転台数を決定すると、必要熱需要量に対して燃料電池発電ユニット１２で生成される熱量に過不足が生ずる。そこで、燃料電池発電ユニット１２で生成される熱量は、貯湯槽１４で蓄熱しておき、冷房需要と暖房需要に応じて吸収冷凍機１３と熱交換器２５で有効に利用される。
【００４５】
運転制御ユニット１５ｂは、貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎのうち温水貯湯量の少ない貯湯槽に連結された燃料電池発電ユニット１２を優先的に運転する運用制御機能を有する。各貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎに蓄熱できる熱エネルギーは、貯湯槽の容量、熱媒体の熱容量、並びに熱媒体の最高運用温度と最低運用温度との差温度で定まる。従って、貯湯量の少ない貯湯槽に連結された燃料電池発電ユニット１２を優先的に運転することで、発電時の排温水を充分に貯湯することができ、燃料電池発電ユニット１２の単独運転を少なくできる。また、燃料電池発電ユニット１２の運転開始から短時間で、各貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎの満蓄が発生するために、燃料電池発電ユニット１２の運転停止が発生することを防ぐことができ、もって省エネルギー効果を上げることができる。
【００４６】
代替運転ユニット１５ｃは、故障した燃料電池発電ユニット１２の代替運転する燃料電池発電ユニット１２を定める。若し、代替運転する燃料電池発電ユニット１２が存在しない場合でも、運転中の燃料電池発電ユニット１２は継続して運転を行えるように系統連結部４１経由での給電状態を制御する。
【００４７】
予防保全制御ユニット１５ｄは、燃料電池コージェネレーションシステム１の予防保全を行うもので、例えば燃料電池発電ユニット１２の発電・排熱効率の低下、排熱温度の低下等が発生したときに、劣化したユニットの修理や交換の必要性を認識する。例えば、定格運転時に下記の設定値を超えた場合に、警報を発して予防保全に利用する。
▲１▼発電効率＜定格運転時×８０％
▲２▼排熱効率＜定格運転時×８０％
▲３▼排熱温度＞（定格運転時の排熱温度−５℃）
【００４８】
また、予防保全制御ユニット１５ｄは、吸収冷凍機１３の成績係数低下、冷水温度出力低下により、吸収冷凍機１３の予防保全を行う。例えば定格運転時のＣＯＰ（成績係数）、冷水出力温度を監視して異常を予知する。
▲４▼ＣＯＰ＜定格運転時×８０％
▲５▼冷水温度＞（定格運転時の冷水温度＋５℃）
なお、ＣＯＰを計算する為には、冷水供給熱量を計測する必要があるので、吸収冷凍機１３と冷房需要２とを接続する管路の往路側に、温度計３９に加えて流量計５４を設けると共に、復路側に温度計５３を設けると良い。
【００４９】
異常監視ユニット１５ｅは、燃料電池コージェネレーションシステム１のシステム異常監視を行うもので、例えば燃料漏洩、漏水、供給温度異常等の異常監視が行われる。即ち、燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ、貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎ、吸収冷凍機１３、熱交換器２５、系統連結部４１には、各機器毎に充分な安全装置が付加されている。しかし、燃料電池コージェネレーションシステム１のシステム全体としての信頼性を高める為に、以下の安全性向上機能を設ける。
▲６▼各燃料電池発電ユニットの一台でも通常の運転時の燃料消費量を超過した場合（例えば、定格運転時×１２５％）
▲７▼全体の燃料消費量が異常に増加した場合（例えば、［全体の燃料消費量］／［運転台数］＞［一台の定格運転時］×１２５％）
【００５０】
本発明の実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステム１によれば、貯湯槽１４を備えるので、貯湯槽１４の温水ｗ１を燃料電池発電ユニット１２に供給し、燃料電池発電ユニット１２から排出された温水ｗ１の熱量を貯湯槽１４に蓄積させるので、電力負荷があり冷房負荷がない場合に、吸収冷凍機１３を運転せずに燃料電池発電ユニット１２を運転し、発電をすることができる。また、貯湯槽１４の熱量が所定の値未満のときに、燃料電池発電ユニット１２の運転を持続し発電を持続するので、燃料電池発電ユニット１２の運転中、温度の高い温水ｗ１が貯湯槽１４に送られ貯湯槽１４内の温水ｗ１の温度が上昇し、熱量が貯湯槽１４に蓄積される。よって、電力負荷がなく冷房負荷がある場合に、貯湯槽１４の温水を吸収冷凍機１３に送り、吸収冷凍機１３を運転し、温水ｗ１の熱量を外部に廃棄することなく冷房負荷に対処することができる。
【００５１】
電力負荷があり冷房負荷がない場合に、吸収冷凍機１３を運転せずに燃料電池発電ユニット１２を運転する場合、温水ｗ１が燃料電池発電ユニット１２と貯湯槽１４の間を直接循環するように、貯湯槽１４と燃料電池発電ユニット１２とを繋ぐライン（不図示）を設けてもよい。
冷房負荷があり電力負荷がない場合に、燃料電池発電ユニット１２を運転せずに吸収冷凍機１３を運転する場合、温水ｗ１が吸収冷凍機１３と貯湯槽１４の間を直接循環するように、貯湯槽１４と吸収冷凍機１３とを繋ぐライン（不図示）を設けてもよい。
【００５２】
また上記実施の形態においては、貯湯槽１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎは、燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎと一対一に設けられる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一台の貯湯槽で全ての燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎの排熱を蓄熱してもよく、また複数台の貯湯槽で、燃料電池発電ユニット１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎを適宜に区分して排熱を蓄熱してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、必要発電量と必要熱需要量を賄う複数台の前記燃料電池発電ユニットと、前記燃料電池発電ユニットから排出された流体を貯留する前記貯湯槽であって、一台、複数台、又は前記燃料電池発電ユニット毎に設けられた前記貯湯槽と、前記貯湯槽から送られる流体を熱源として利用する一台の前記吸収冷凍機と、前記燃料電池発電ユニット、前記貯湯槽、並びに前記吸収冷凍機相互間の安全性、信頼性、又は省エネ性の少なくとも一つを最適化する制御ユニットを備えるので、複数台の燃料電池発電ユニットを用いて必要発電量と必要熱需要量を賄う場合に、省エネルギー性に優れ、信頼性、安全性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示す構成ブロック図である。
【図２】単一の燃料電池発電ユニットと貯湯槽とを組合せたユニットと吸収冷凍機の詳細を説明する構成ブロック図である。
【符号の説明】
１  燃料電池コージェネレーションシステム
２  冷房需要
３  電力需要
４  暖房需要
１２ａ、１２ｂ、…、１２ｎ  燃料電池発電ユニット
１３  吸収冷凍機
１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎ  貯湯槽
１５  制御ユニット
１５ａ  台数制御ユニット
１５ｂ  運転制御ユニット
２５  熱交換器
３４、３４ａ、３４ｂ、…、３４ｎ、３５  温水ポンプ
４１  系統連係部
４４、４４ａ、４４ｂ、…、４４ｎ  ガス流量計
４５ａ、４５ｂ、…、４５ｎ、４９  モータ制御盤
４６ａ、４６ｂ、…、４６ｎ  温度計
４７ａ、４７ｂ、…、４７ｎ  流量計
４８ａ、４８ｂ、…、４８ｎ  温度計
ｇ１  都市ガス
ｇ２  改質ガス
ｈ  水素ガス
ｋ  空気
ｗ１  温水
【図１】
2004221021.tif 000003
【図２】
2004221021.tif 000004