(57)【要約】【課題】熱効率や発電効率を含めた総合効率を高めることができる燃料電池コジェネレーションシステムを提供する。【解決手段】燃料を改質して水素を得る燃料改質装置１１と、燃料改質装置から水素を供給され発電する燃料電池本体１２と、燃料電池本体及び燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置１４と、燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置１５とを備え、さらに温度センサ２０を備え、制御装置１５は、温度センサの出力で連続運転方式と、１日の中で１回以上の起動と停止を行う間歇運転方式とを切り替える。制御装置は、月日に基づいて運転を切り替えたり、市水の温度に基づき運転を切り替えたり、気温や貯湯槽の状況により運転を切り替える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を改質して水素を得る燃料改質装置と、該燃料改質装置から水素を供給され発電する燃料電池本体と、該燃料電池本体及び前記燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置と、前記燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置とを備える燃料電池コジェネレーションシステムであって、
該システムは、さらに計測手段を備え、
前記制御装置は、前記計測手段の出力に基づき１日中運転している連続運転方式と、１日の中で１回以上の起動と停止を行う間歇運転方式を切り替えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項２】
前記計測手段は、導入される市水の温度を計測し、前記制御装置は、前記計測手段で計測した温度の結果に基づき前記連続運転方式と、前記間歇運転方式を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記計測手段は、気温を計測し、前記制御装置は、前記計測手段で計測した気温の結果に基づき前記連続運転方式と、前記間歇運転方式を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項４】
前記システムは、前記排熱回収装置から回収された排熱を蓄熱する貯湯槽を備え、前記制御装置は、前記計測手段で計測した貯湯槽の温度、湯量等の貯湯状況に基づき前記連続運転方式と、前記間歇運転方式を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項５】
燃料を改質して水素を得る燃料改質装置と、該燃料改質装置から水素を供給され発電する燃料電池本体と、該燃料電池本体及び前記燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置と、前記燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置とを備える燃料電池コジェネレーションシステムであって、
前記制御装置は、カレンダー機能を備えており、月日に基づき前記連続運転方式と、前記間歇運転方式を切り替えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項６】
燃料を改質して水素を得る燃料改質装置と、該燃料改質装置から供給された水素で発電し商用電源に出力する燃料電池本体と、該燃料電池本体及び前記燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置と、前記燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置とを備える燃料電池コジェネレーションシステムであって、
該システムは、導入される商用電源及び燃料の料金の入力部と、該入力部から入力された料金に基づいてエネルギー供給コストを算出する演算手段とをさらに備え、
前記制御装置は、前記エネルギー供給コストを低減するべく前記演算手段の出力に基づいて、該システムを１日中運転している連続運転方式、又は１日の中で１回以上の起動と停止を行う間歇運転方式に切り替えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項７】
前記燃料は、ガス燃料又は液体燃料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池コ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、都市ガス等の燃料を使用する燃料電池コジェネレーションシステムに係り、特に総合的な効率を向上でき、ランニングコストを低減できる燃料電池コジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池コジェネレーションシステムとして、特開平１１−３１７２３３号公報に記載の燃料電池発電システムがある。このシステムは、水素原料及び水へ所定の反応熱を供給し水素原料に含まれる炭化水素又はアルコールを水と反応させて水素を発生する改質器と、改質器から供給された水素を空気中の酸素と反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池と、改質器へ供給する水を蓄えた貯水タンクへ配置され、駆動電流が供給されると共に貯水タンク内の水を昇温するヒータと、を有し、ヒータを所定の深夜時間帯内のみ駆動可能とし、深夜時間帯に貯水タンク内の水が予め設定された目標温度となるようにヒータの駆動を制御するヒータ制御手段を有することを特徴とする。
【０００３】
燃料電池から得られた直流の電気は、インバータで交流に変換されたあと、商用電力に連系され、家庭内の電力として利用される。また、燃料電池と改質器から回収された排熱は貯湯タンクに蓄えられ、給湯などに利用される。
【０００４】
前記の発電システムにおいては、深夜時間帯にヒータが貯水タンク内の水を目標温度へ昇温することにより、改質器へは十分な熱量が予め供給された水を天然ガスと共に供給できるので、改質器が水及び天然ガスへ所要の反応熱を供給するために消費する天然ガスを減少できる。この結果、改質器から排出される熱量が少ない発電開始直後の期間に、改質器へ供給される水の温度が低くなり改質器により消費される天然ガスが増大することを防止できるので、システムの発電効率の低下を効果的に防止できるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した燃料電池発電システムにおいては、改質器は数１００℃という高温で運転するため、停止状態から再起動する時には大量のエネルギーを投入して昇温する必要がある。このような起動される際のエネルギー投入が起動損となり、結果的にこのような燃料発電システムの総合効率を低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、季節による気温の変化や、導入される市水の変化に対応して運転方式を切り替えることにより、熱効率や発電効率を含めた総合効率を高めることができる燃料電池コジェネレーションシステムを提供することにある。また、ランニングコストを低減できる燃料電池コジェネレーションシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料を改質して水素を得る燃料改質装置と、燃料改質装置から水素を供給され発電する燃料電池本体と、燃料電池本体及び燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置と、燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置とを備え、さらに計測手段を備え、制御装置は、計測手段の出力に基づき１日中運転している連続運転方式と、１日の中で１回以上の起動と停止を行う間歇運転方式を切り替えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの好ましい具体的な態様としては、計測手段は導入される市水の温度を計測し、制御装置は計測手段の結果に基づき連続運転方式と、間歇運転方式を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの好ましい具体的な他の態様としては、計測手段は、室内及び／又は室外の気温を計測し、制御装置は、計測手段の結果に基づき連続運転方式と、間歇運転方式を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの好ましい具体的なさらに他の態様としては、前記システムは、排熱回収装置から回収された排熱を蓄熱する貯湯槽を備え、制御装置は計測手段で計測した貯湯槽の温度、湯量等の貯湯状況に基づき連続運転方式と、間歇運転方式を切り替えることを特徴とする。
【００１１】
このように構成された本発明の燃料電池コジェネレーションシステムは、計測手段の出力に基づき連続運転方式と、間歇運転方式を切り替えるため、システムの起動損等を少なくでき、総合効率を向上させることができる。また、市水の温度を計測し、市水の温度が所定温度より高いときには連続運転から間歇運転に切り替えるので、熱余りを防止でき効率を高めることができる。室内、室外の気温を計測することにより、温暖期か寒冷期かを判断し、連続運転から間歇運転に切り替えることにより、システムの総合効率を高めることができる。さらに、貯湯状況に基づき、すなわち貯湯量が予め設定した水準以上、例えば所定温度以上のときは間歇運転とし、それ以外のときは連続運転とすることにより、導入されるエネルギーを削減できシステムの総合効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る他の燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料を改質して水素を得る燃料改質装置と、燃料改質装置から水素を供給され発電する燃料電池本体と、燃料電池本体及び燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置と、燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、カレンダー機能を備えており、月日の情報に基づき連続運転方式と、間歇運転方式を切り替えることを特徴とする。この構成によれば、カレンダー機能の月日の情報で、例えば５月〜１０月の期間は間歇運転を行い、１１月〜４月の期間は連続運転を行うように運転方式を切り替え、起動損を少なくでき、熱余りを防止できるためシステム全体の総合的な効率を高めることができる。
【００１３】
本発明に係るさらに他の燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料を改質して水素を得る燃料改質装置と、燃料改質装置から供給された水素で発電し交流に変換して商用電源に出力する燃料電池本体と、燃料電池本体及び燃料改質装置から発生する排熱を回収する排熱回収装置と、燃料改質装置、燃料電池本体及び排熱回収装置を制御する制御装置とを備え、このシステムは導入される商用電源及び燃料の料金の入力部と、該入力部から入力された料金に基づいてエネルギー供給コストを算出する演算手段とをさらに備え、制御装置はエネルギー供給コストを低減するべく前記演算手段の出力に基づいて、このシステムを１日中運転している連続運転方式、又は１日の中で１回以上の起動と停止を行う間歇運転方式に切り替えることを特徴とする。前記の入力部は、手動入力部とネットワーク経由で公共料金データベースから入力できるＤＢ入力部を備えることが好ましい。また、燃料は都市ガス等のガス燃料の他に、ガソリン、灯油等の液体燃料が好適である。
【００１４】
このように構成された燃料電池コジェネレーションシステムは、システムに導入される電力料金とガス料金から、料金体系が異なる時間帯別や、熱電を供給するコジェネレーション状態と電気のみを供給するモノジェネレーション状態といった稼動状況別に算出、比較し、エネルギー供給コストを最も低減できるように運転方式を切り替えることができ、システムのランニングコストを低減できる。また、ガソリンや灯油の価格が変動しても、変動した価格を入力してエネルギー供給コストを低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第１の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムの概略構成図である。
【００１６】
図１において、燃料電池コジェネレーションシステムは、商用電源１及び燃料ガスとして都市ガス２、プロパンガス等が供給され、供給される都市ガス２からコジェネレーション装置１０で電気と熱とを生成して出力し、出力された電気と熱を商用電源１と共に外部に出力するシステムであり、コジェネレーション装置１０は、燃料改質装置１１、燃料電池本体１２、インバータ１３及び排熱回収装置１４を備え、これらは制御装置１５により制御される。
【００１７】
燃料改質装置１１は高温の状態で燃料ガス２の炭化水素に水蒸気を加えることによって改質し、水素を得る装置である。燃料電池本体１２は固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）であって、電解質としてポリマーを使用し、約１００℃以下の低い運転温度と、３０〜４０％の高いエネルギー変換効率（発電効率）を持つ燃料電池である。燃料電池本体１２で発生された直流電気はインバータ１３に供給され、交流に変換されて商用電源１の幹線ライン４に出力される。
【００１８】
排熱回収装置１４は燃料電池本体１２の反応熱回収の他に、燃料改質装置１１の排熱回収を行い、温水を循環させて排熱を市水３が導入された貯湯槽１６に蓄熱し、冷暖房や給湯等の熱源として利用する。幹線ライン４は各種電気機器等の電気負荷５に接続され、貯湯槽１６から給湯器、床暖房等の熱負荷６に熱媒（湯）用の配管が接続される。なお、都市ガス２は、天然ガスを用いてもよい。
【００１９】
制御装置１５はマイクロコンピュータ等で構成され、電気負荷５や熱負荷６に対応して、コジェネレーション装置１０を起動、停止させ、要求される電力や熱を発生させるものであり、プログラムタイマー機能を備えている。プログラムタイマーは、１日の時刻を計測すると共に、例えば所定の時刻にシステムを起動させ、他の所定時刻にシステムを停止させることができる。
【００２０】
このシステムは、制御装置１５に信号を入力する温度計測手段である温度センサ２０を備えている。温度センサ２０は、室外の温度、室内の温度、あるいはシステムに導入される市水の温度等を計測するものであり、複数の計測温度の平均値を算出する機能を備えているとともに、任意の基準値より例えば高い場合に信号を発する機能を備えている。
【００２１】
制御装置１５は、温度センサ２０からの信号出力に基づき連続運転と間歇運転とを切り替える。連続運転は、起動、停止を行うことなく、連続的に運転するものであり、常に定格出力で運転する定格運転と、負荷に合わせて出力を変動させる負荷追従運転に分けられる。この負荷追従運転は、電気負荷に追従する電主負荷追従運転と、給湯等の熱負荷に追従する熱主負荷追従運転とがある。
【００２２】
電主負荷追従運転の場合、給湯負荷量に関係なく運転されるため、給湯負荷の小さい温暖期には熱余りを発生させ、総合効率を低下させる可能性がある。また、熱主負荷追従運転の場合、離散的に発生する給湯負荷に追従して運転するため、頻繁に起動、停止が行われ、システムを再起動するために発生するエネルギー損失が多発してシステムの総合効率を低下させる可能性がある。
【００２３】
間歇運転は、連続運転に対して、１日の中で１回以上の起動と停止を行う運転方式であり、ＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ　Ｓｔａｒｔ−Ｕｐ　Ｓｈｕｔｄｏｗｎ）運転とも呼ばれている。間歇運転は、温暖期には熱余りを削減し総合効率を向上させることができるが、寒冷期には前記のメリットよりも、起動、停止を行う際の起動損によるデメリットが大きく、総合効率を低下させる可能性がある。
【００２４】
本実施形態は前記した構成であり、以下に動作について説明する。
温度計測手段は貯湯槽１６の市水導入部に設けた温度センサ２０で水温を計測し、例えば、１時から２３時までの１時間おきに水温を計測し、これらの計測値から１日の平均市水温度を算出する。そして、温度センサ２０は算出した平均市水温度が、例えば１５℃より高ければ温暖期であると判断し、そうでない場合を寒冷期と判断する。
【００２５】
そして、温度センサ２０は、温暖期の場合にはシステムの制御装置１５に信号を送り、制御装置１５は日付が切り替わる際に連続運転から間歇運転に切り替え、寒冷期の場合は連続運転のままとする。すなわち、寒冷期には連続運転方式とし、温暖期には間歇運転方式に切り替える。間歇運転は、例えば０時００分〜５時５９分の間は停止状態とし、６時００分〜２３時５９分の間は連続運転するように設定されている。このように、温暖期には連続運転から間歇運転に切り替えることにより熱余りを防止でき、システム停止時に電気負荷がある場合は買電して対応する。
【００２６】
温度センサ２０は、例えば算出した平均市水温度が１５℃以下であれば寒冷期と判断し、システムの制御装置１５に信号を送らず、連続運転のままとして２４時間連続で運転する。このように、寒冷期には連続運転のままとし、連続運転のメリットが間歇運転の起動損によるデメリットより大きくなる。このため、十分な熱供給が可能となり、給湯や暖房に利用でき、電力供給が使用電力量より多い場合は売電することが可能となる。
【００２７】
このように、温暖期には間歇運転して熱余りを削減し、寒冷期には連続運転して起動損を少なくできるため総合効率の低下を抑えることができる。一般的に、燃料電池コジェネレーションシステムは、電気負荷と熱負荷の両方に対応して駆動しているときは、商用電力や都市ガスより割安となるが、電気負荷のみにより駆動しているときや、熱負荷のみに対応して駆動しているときは割高となるおそれがある。しかし、本実施形態に係るシステムでは、温暖期や寒冷期に対応して運転方式を切り替えることにより熱余りや起動損を防止し、売電、買電を効率よく行うことにより、総合的な効率を高めることができる。
【００２８】
また、市水の温度計測において、１回だけの温度計測に基づいて温暖期や寒冷期を判断して制御を行うと、温度計測値が偶然異常な数値を示したとき、その異常値に基づいてシステム全体が制御されてしまうため、複数回の計測の結果を基に制御することが好ましく、この結果、システムを安定させて作動させることができる。
【００２９】
つぎに、本発明の第２の実施形態を図２に基づき詳細に説明する。図２は本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第２の実施形態の概略構成図である。なお、この実施形態は前記した第１の実施形態に対し、温度センサの計測対象を変更したものであり、特に室内の温度や室外の温度を計測することを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図２において、温度センサ２１は室外に設置されており、例えば、外気温を１時００分から２３時００分まで１時間おきに計測し、これらの値から１日の平均気温を算出する。そして、算出された平均気温が例えば２０℃より高ければ温暖期と判断して制御装置１５に信号を送り、連続運転から間歇運転に切り替える。この場合、２０℃以下のときには温度センサ２１から制御装置１５に信号は送られず、連続運転のままの状態が続く。なお、温度センサは外気温を計測するだけでなく、室内の温度を計測するものでもよく、室外と室内の両方の温度を計測するものでもよい。
【００３１】
この実施形態においても、前記した実施形態と同様に、温暖期には間歇運転に切り替えることにより熱余りを防止でき、システムの停止時には買電して対応する。また、寒冷期には連続運転のままとするため、十分な熱供給が可能となり、給湯や暖房に利用でき、連続運転時に電力供給が使用電力量より多い場合は売電することでき、システム全体の総合効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明の第３の実施形態を図３に基づき詳細に説明する。図３は本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第３の実施形態の概略構成図である。なお、この実施形態も前記した実施形態と同様の構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図３において、温度センサ２２は、貯湯槽１６の内部に設置されており、湯温を計測して貯湯状況を検出するものである。温度センサ２２は、貯湯槽が高さ１．５ｍ程度の場合、高さ３０ｃｍ程度のところに設置することが好ましい。なお、湯温と湯量の両方を計測して貯湯状況を検出し、貯湯の熱エネルギーを計測するものでもよい。
【００３３】
この実施形態では、貯湯槽１６内の湯温が例えば４０℃より高ければ貯湯量が水準以上であると判断し、制御装置１５に信号を送信して連続運転から間歇運転に切り替える。湯温が４０℃以下の場合は信号を送らず、連続運転のままとしておく。この構成によれば、湯温が所定の温度より高い場合は、これ以上熱を供給すると無駄になるため間歇運転とし、所定の温度以下のときはシステムから発生する排熱を有効に利用できるため連続運転とする。このようにして、システム全体の総合効率を高めることができ、ランニングコストを低減できる。
【００３４】
本発明の第４の実施形態を図４に基づき詳細に説明する。図４は本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第４の実施形態の概略構成図である。この実施形態のシステムは、計測手段を備えず、制御装置はカレンダー機能を備えており、月日の情報に基づき連続運転方式と、間歇運転方式を切り替えることを特徴とする。
【００３５】
制御装置２５はカレンダー機能を備えており、月日の情報に基づいて運転方式を切り替えるものであり、例えば５月〜１０月の期間は間歇運転とし、１１月〜４月の期間は連続運転とする。このように構成することにより、比較的寒い期間は連続運転として、熱負荷の多い時期に対応して排熱を多くして効率を上げ、暖かい期間には熱負荷が少ないため間歇運転とすることにより熱余りを防止して、システム全体の総合効率を高めることができ、ランニングコストを低減できる。この場合も、間歇運転時の停止時に電気負荷がある場合は買電により対応し、連続運転時に電気負荷が少ない場合は売電することが可能となる。
【００３６】
本発明の第５の実施形態を図５に基づき詳細に説明する。図５は本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第５の実施形態の概略構成図である。この実施形態のシステムは、システムに導入される商用電源及びガス燃料の料金の入力部を備え、入力部から入力された料金に基づいてエネルギー供給コストを演算手段で算出し、制御装置は算出されたエネルギー供給コストを低減するべく、本システムを連続運転方式、又は間歇運転方式に切り替えて運転することを特徴とする。
【００３７】
すなわち、図５において、入力部は商用電源の電力料金や都市ガス料金を手動で入力する入力部３０と、ネットワーク経由で公共料金データベースを参照して入力するＤＢ入力部３１とを備えている。そして、入力部３０、ＤＢ入力部３１から入力された電力料金とガス料金に基づいてエネルギー供給コストを算出する演算手段３２を備えており、演算手段３２では商用電源単価と燃料電池を使用する本システムの発電単価とを比較し、商用電源単価が大きい場合には本システムを連続運転し、逆に商用電源単価が小さい場合には本システムを停止するように制御装置１５に信号を送るように構成されている。
【００３８】
また、システムの稼動状況の把握及び予測を行うために、貯湯槽１６の深さの例えば１／２の位置に温度センサ２２を設置する。この温度センサの感知温度を運転制御のパラメータとして、所定温度未満なら熱余りの可能性が小さいとして熱電を供給するコジェネレーション運転をベースに、所定温度以上なら熱余りの可能性が高いとして電力のみを供給するモノジェネレーション運転をベースにシステムの運転制御を行う。
【００３９】
電力料金に関しては、通常の従量料金の他に時間帯別契約の料金体系が設定されており、最も安価な料金は深夜時間帯の料金で、通常従量料金の１／２〜１／３程度となっている。このため、入力部３０、ＤＢ入力部３１は時間帯と、時間帯ごとの料金を入力するものとなっている。また、ガス料金に関しては、ガスによる空調・暖房機器向けに安価な価格が設定されており、その単価は通常の従量料金の６〜８割程度となっている。本実施形態では、このような安価な料金体系を時間帯ごとに有効に利用して、システムのエネルギー供給コストを低減することを目的としている。
【００４０】
この実施形態の動作について以下に説明する。都市ガス２は燃料改質装置１１で改質され、得られた水素は燃料電池本体１２に供給され、燃料電池本体では供給された水素を酸素と反応させ、直流電気が得られる。この直流電気はインバータ１３により交流に変換されて商用電力１の幹線ライン４に出力され、電気負荷５に供給される。燃料改質装置１１で水素を生成するときに発生する排熱と、燃料電池本体１２で発電するときに発生する排熱は排熱回収装置１４に送られ、ここで熱交換された温水は貯湯槽１６内を循環して市水３を加熱して蓄熱される。蓄熱された貯湯槽内の温水は温度センサ２２で計測され、制御装置１５に入力される。貯湯槽１６の温水は必要に応じて熱負荷６に供給される。
【００４１】
ここで、エネルギー供給コストを算出するにあたり、燃料電池の発電効率を３５％、燃料電池の熱効率を３５％、ガス給湯器効率を８０％としている。また、電力需要（ｋＷｈ）をガス量（ｍ３　）に換算するため１ｍ３　の熱量を９．９Ｍｃａｌとすると、１ｋＷｈの電力を発電するガス量は、
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【００４２】
先ず、熱電を供給するコジェネレーション状態について、電力１ｋＷｈと、熱１ｋＷｈを得るのにかかるコストを比較すると、
（１）電力料金が２５円／ｋＷｈ、ガス料金が１３０円／ｍ３　のときは、買電とガス給湯器の場合、（２５＋１３０×０．０８６８５／０．８）＝約３９．１円となる。また燃料電池システムの場合、１３０×０．０８６８５／０．３５＝約３２．３円となる。この場合は、燃料電池システムを運転させた方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力する。
【００４３】
（２）電力料金が２５円／ｋＷｈ、ガス料金が温水床暖契約で９０円／ｍ３　のときは、買電とガス給湯器の場合、（２５＋９０×０．０８６８５／０．８）＝約３４．８円となる。また燃料電池システムの場合、９０×０．０８６８５／０．３５＝約２２．３円となる。この場合には、燃料電池システムを運転させた方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力する。
【００４４】
（３）電力料金が深夜電力等の時間帯割引で１０円／ｋＷｈ、ガス料金が１３０円／ｍ３　のときは、買電とガス給湯器の場合、（１０＋１３０×０．０８６８５／０．８）＝約２４．１円となる。また燃料電池システムの場合、１３０×０．０８６８５／０．３５＝約３２．３円となる。この場合は、燃料電池システムを停止させ商用電源を使用する方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力せず、間歇運転方式で運転する。
【００４５】
このように、電気と熱の両方の需要があり、熱余りが発生していない場合は、深夜電力料金等の安価な電力料金が適用される場合を除いて、燃料電池システムを連続で運転した方がエネルギー供給コストを低減できる。このため、安価な電力料金が適用される時間帯には、連続運転方式から間歇運転方式に切り替える制御を行うとランニングコストを低減できる。
【００４６】
つぎに、電力のみを供給するモノジェネレーション状態について、電力１ｋＷｈを得るのにかかるコストを比較すると、
（４）電力料金が２５円／ｋＷｈ、ガス料金が１３０円／ｍ３　のときは、買電の場合２５円となる。また燃料電池システムの場合、１３０×０．０８６８５／０．３５＝約３２．３円となる。この場合には、燃料電池システムを停止させた方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力せず、間歇運転方式に切り替える。
【００４７】
（５）電力料金が２５円／ｋＷｈ、ガス料金が９０円／ｍ３　のときは、買電の場合２５円となる。また燃料電池システムの場合、９０×０．０８６８５／０．３５＝約２２．３円となる。この場合には、燃料電池システムを運転させた方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力する。
【００４８】
（６）電力料金が深夜電力等の時間帯割引で１０円／ｋＷｈ、ガス料金が１３０円／ｍ３　のときは、買電の場合１０円となる。また燃料電池システムの場合、１３０×０．０８６８５／０．３５＝約３２．３円となる。この場合には、燃料電池システムを停止させた方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力せず、間歇運転方式に切り替える。
【００４９】
（７）電力料金が深夜電力等の時間帯割引で１０円／ｋＷｈ、ガス料金が９０円／ｍ３　のときは、買電の場合１０円となる。また燃料電池システムの場合、９０×０．０８６８５／０．３５＝約２２．３円となる。この場合には、燃料電池システムを停止させた方がコストを低減でき、演算手段３２はシステムを連続運転する信号を制御装置１５に出力せず、間歇運転方式に切り替える。
【００５０】
このように、需要が電気のみで熱余りが発生している状態でも、安価なガス料金が適用される場合には、燃料電池システムで発電した方が割安となり、コストを低減できることが分かる。したがって、間歇運転方式に切り替えず連続運転方式のままの設定としておくとエネルギー供給コストを低減できる。また、安価な電力料金が適用される場合は、演算手段３２は、その時間帯のみシステムを停止するような間歇運転方式を選択する制御を行うように制御装置１５に信号を送ると、コストを低減できる。
【００５１】
つぎに、図６を参照して、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムに使用するインターフェイス部の実施形態を説明する。図６は本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムに使用するインターフェイス部の実施形態の正面図である。図６において、インターフェイス部４０は、電気と熱を生成するコジェネレーション装置１０とユーザーとの間で情報をやりとりするインターフェイスであって、基本的にはインターフェイス部４０からの出力で制御装置１５を制御してシステムを運転するものである。
【００５２】
インターフェイス部４０は、上部に電気及び熱の需要量に関する情報を入力する需要情報入力部４１を備えている。需要情報入力部４１は、明日の家族の行動予定を入力する「明日の行動予定」入力部４１ａと、湯使用情報入力部４１ｂとを備えている。入力部４１ａでは家族の起床予定時刻と就寝予定時刻とを入力し、就寝時間帯と就寝時以外の活動時間帯の予定をバーで表示させるものである。湯使用情報入力部４１ｂでは、明日１日に使用予定の「明日の湯使用量」及び風呂への「湯張り開始時刻」を入力し表示するものである。需要情報入力部４１への入力は図示していないテンキー等の入力部から行うか、又は表示部の前面に装着した図示していないタッチパネルから行う。
【００５３】
需要情報入力部４１の下方に、需要情報入力部の入力の参考とするための、過去の入力済み需要情報表示部４２として、例えば「昨日の行動予定」表示部４２ａと、「昨日の湯使用量」、及び「湯張り開始時刻」の表示部４２ｂを備えている。図６においては、昨日の湯使用量として「３７０」リットルを表示し、湯張り開始時刻として「１８時００分」を表示している。需要情報入力部４１の入力の際、過去の需要情報を参照して行動予定、湯使用量及び湯張り開始時刻を入力できるので、入力作業が容易となる。
【００５４】
また、インターフェイス部４０は、需要情報入力部４１で入力された需要情報からコジェネレーション装置１０の運転方式を設定する運転方式設定手段と、運転状況に応じてコスト低減効果を算出する導入効果算出手段と、コスト低減効果をユーザーに表示する導入効果表示部４３とを備えている。運転方式設定手段からの出力は制御装置１５に入力され、コジェネレーションシステムを連続運転又は間歇運転するように制御する。
【００５５】
導入効果表示部４３は、昨日のコスト低減額を表示する「昨日のメリット」表示部４３ａと、昨日のコスト低減額で可能な最大低減額を表示する「昨日の可能メリット」表示部４３ｂと、昨日実際に使用した湯使用量を示す「昨日の湯使用量」表示部４３ｃを備えている。前記の需要情報入力部４１の表示部、過去の入力済み需要情報表示部４２、及び導入効果表示部４３は、液晶表示装置や発光ダイオードを使用したＬＥＤ表示装置等を使用している。
【００５６】
運転方式設定手段は、需要情報入力部４１によって入力された情報に基づいてコジェネレーション装置１０の運転方式を決定する。具体的には、需要情報入力部４１の情報により、電力機器の使用が少なくなり消費電力量が少なくなる就寝時間帯を特定することができる。また、湯使用情報入力部４１ｂに入力された明日の湯使用量と、貯湯速度から湯張り時刻までに１日の湯使用量を貯湯タンクに貯湯するという条件のもとで、貯湯が終了するまでの時刻と貯湯タンクへの必要貯湯時間数を算定でき、貯湯を開始する時刻も算定できる。
【００５７】
つぎに貯湯は行わず、かつ、就寝時間帯では運転をしないという条件のもとで、コジェネレーション装置１０の停止時間帯を設定できる。これによって、運転方式設定手段は、コジェネレーション装置の起動時刻と停止時刻を設定することができる。制御装置１５は、これらの設定情報に基づいてコジェネレーション装置１０を運転する。
【００５８】
コジェネレーション装置１０の運転状況に応じて、コスト低減という導入効果を算出する導入効果算定手段では、コジェネレーション装置１０からユーザーに供給された電力量及び熱量を、エネルギー供給者から購入した際にかかる購入コストと、コジェネレーション装置１０の運転に要したコストとの差から、コジェネレーション装置を導入したことによる導入効果、すなわちコスト低減額を算定する。このようにして算定したコスト低減額を導入効果表示部４３で表示し、ユーザーはコスト低減額を具体的に知ることができる。
【００５９】
導入効果表示部４３は、最小コストで運転する理想状態におけるコジェネレーション装置１０の運転に要するであろう導入効果の最大値を表示する最大導入効果部として、「昨日の可能メリット」表示部４３ｂを備えており、実際のコスト低減額である「昨日のメリット」表示部４３ａと比較することにより、その差額を知ることができる。そして、差額を小さくするように例えば生活習慣を改善することで、さらなるコスト低減を達成することができる。具体的には予定していた湯使用量と実際の湯使用量とを比較し、残りの湯量が少なくなるように明日の湯使用量を入力することで、エネルギー消費を削減でき、さらなるコストダウンを達成できる。
【００６０】
このように、ユーザーは需要情報を入力することでコジェネレーション装置の運転方式を決定することができる。コジェネレーション装置は入力された需要情報に適した運転を行うため、入力したとおりに生活すればコストダウン効果が大きくなる。また、導入によるコストダウン効果が表示されることで、過去に入力された需要情報で決定された運転結果の良否を確認することができる。この結果に応じて、さらにコストダウン効果を上げる必要があれば、入力した情報にユーザーの生活を近づけることで可能となる。
【００６１】
なお、間歇運転として、１日に１回起動、停止を行う例を示したが、１日に２回以上起動、停止を行うように制御してもよい。この場合、例えば、熱の使用量の多い時間帯の前に連続運転とし、他の時間帯では停止状態としておくように制御し、電気負荷の増分に対しては買電で対応するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池コジェネレーションシステムは、温度センサ等の計測手段の出力によって温暖期と寒冷期を判断し、季節によって連続運転方式と間歇運転方式を切り替えることにより、熱効率、発電効率を含めた総合効率を向上させることができる。また、市水の温度や気温を温度センサで計測し、その結果に基づいて運転方式を切り替えることにより、システムの総合効率を向上させることができる。さらに、貯湯槽の貯湯状況に基づき運転方式を切り替えることによっても、システム全体の総合効率を向上させることができ、ランニングコストを低減できる。
【００６３】
制御装置にカレンダー機能を持たせ、月日の情報に基づいて運転方式を切り替えることによっても、システム全体の総合効率を向上させることができ、ランニングコストを低減することができる。システムに導入する商用電源の電力料金やガス料金を入力し、これらの料金からエネルギー供給コストを最も低減できるように運転方式を切り替えることができるため、燃料電池システムのランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第１の実施形態の概略構成図。
【図２】本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第２の実施形態の概略構成図。
【図３】本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第３の実施形態の概略構成図。
【図４】本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第４の実施形態の概略構成図。
【図５】本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムの第５の実施形態の概略構成図。
【図６】本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステムに使用するインターフェイス部の正面図。
【符号の説明】
１　商用電源、　　　　２　都市ガス、
３　市水、　　　　　　４　幹線ライン、
５　電気負荷、　　　　６　熱負荷、
１０　コジェネレーション装置、
１１　燃料改質装置、
１２　燃料電池本体、　１３　インバータ、
１４　排熱回収装置、　１５，２５　制御装置、
１６　貯湯槽、
２０，２１，２２　温度センサ、
３０，３１　電力料金とガス料金の入力部、
３２　演算手段、
４０　インターフェイス部、
４１　需要情報入力部、
４２　需要情報表示部、
４３　導入効果表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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