(57)【要約】【課題】  電力負荷がなく冷凍負荷がある場合に、冷凍負荷を満たし、冷凍負荷がなく電力負荷がある場合に、熱効率を維持したまま、電力負荷を満たすことができる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】  燃料ガスｇ１と酸化剤ガスｋとの電気化学的反応過程で生じる熱により温められた流体ｗ１を排出する燃料電池発電ユニット１２と、排出された流体ｗ１を貯留する貯湯槽１４と、貯湯槽から送られる流体を熱源として利用する吸収冷凍機１３と、貯湯槽の流体の熱量を計測する熱量計測部４０と、前記計測された熱量が第１の所定の値未満である場合に、燃料電池発電ユニットの運転を維持するように第１の制御を行う制御部１５とを備え、貯湯槽に貯留された流体が燃料電池発電ユニットに送られるように構成される。【選択図】  図１
2005108462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応過程で生じる熱により温められた流体を排出する燃料電池発電ユニットと；
前記排出された流体を貯留する貯湯槽と；
前記貯湯槽から送られる流体を熱源として利用する吸収冷凍機と；
前記貯湯槽の流体の熱量を計測する熱量計測部と；
前記計測された熱量が第１の所定の値未満である場合に、前記燃料電池発電ユニットの運転を持続するように第１の制御を行う制御部とを備え；
前記吸収冷凍機に送られた流体がさらに燃料電池発電ユニットに送られて温められるように構成された；
燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記燃料電池発電ユニットが発電した電力を供給する電力系統に接続された燃料電池コージェネレーションシステムであって；
前記電力系統の電力負荷を計測する電力負荷計測部を備え；
前記計測された電力がゼロより大きい場合に、前記制御部が前記第１の制御を行う；
請求項１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３】
前記吸収冷凍機の冷凍負荷を計測する冷凍負荷計測部と；
前記計測された冷凍負荷を記憶する記憶部とを備え；
前記制御部が、過去の前記記憶された冷凍負荷に基づいて現在から所定時間経過までの冷凍負荷を予測し、前記予測された冷凍負荷に基づいて前記所定時間経過後の前記熱量を予測し、前記予測された熱量が第２の所定の値未満である場合に、前記燃料電池発電ユニットの運転を持続するように第２の制御を行う；
請求項１または請求項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】
前記制御部が、前記計測された電力負荷が前記電力系統の単独供給可能電力未満のときに前記第２の制御を行う；
請求項３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５】
供給された燃料ガスを改質し水素を主成分とする改質ガスとする改質部と、前記改質ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電を行う発電部とを有する燃料電池発電ユニットと；
水素ガスを前記発電部に供給する水素ガス供給部と；
前記改質部の温度を計測する温度計測部と；
前記燃料電池発電ユニットを起動させてから前記計測された改質部の温度が所定の温度値に達するまでの間、前記水素ガスを前記燃料電池スタックに所定量供給するよう制御する制御部とを備えた；
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電ユニットと、吸収冷凍機とからなる燃料電池コージェネレーションシステムであって、特に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吸収冷凍機からなる燃料電池コージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、燃料電池発電ユニットは、改質部と発電部とを備え、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）。
【特許文献１】特開平１１−３３７２１１号公報（段落０００９、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、冷房負荷が常時一定であるような場合は少なく変動する場合が多い。一般的には、家庭や事務所ビルのように、ある時間帯に集中して冷房が必要となる場合が多く、かつその負荷量は天候などに左右されるために変動する。
【０００４】
また、電力負荷と冷房負荷とは一致するとは限らない。冷房が必要なときに燃料電池（燃料電池発電ユニット）を運転していないと、熱源として熱を供給する温水が吸収冷凍機に供給されず、吸収冷凍機の運転ができない。また、冷房が不要なときに燃料電池を運転すると、燃料電池から排出される温水を冷却することができず、温水を冷却せずにそのまま燃料電池に戻すことになり、燃料電池の温度上昇により燃料電池の運転ができなくなる。温水を外部の冷却源で冷却することができるが、この場合には、熱を外部に無駄に捨てることになる。
【０００５】
そこで本発明は、電力負荷がなく冷凍負荷がある場合に、冷凍負荷を満たし、冷凍負荷がなく電力負荷がある場合に、熱効率を維持したまま、電力負荷を満たすことができる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。
【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に係る発明による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、燃料ガスｇ１と酸化剤ガスｋとの電気化学的反応過程で生じる熱により温められた流体ｗ１を排出する燃料電池発電ユニット１２と；排出された流体ｗ１を貯留する貯湯槽１４と；貯湯槽１４から送られる流体ｗ１を熱源として利用する吸収冷凍機１３と；貯湯槽１４の流体ｗ１の熱量を計測する熱量計測部４０と；前記計測された熱量が第１の所定の値未満である場合に、燃料電池発電ユニット１２の運転を持続するように第１の制御を行う制御部１５とを備え；吸収冷凍機１３に送られた流体ｗ１がさらに燃料電池発電ユニット１２に送られて温められるように構成される。
【０００７】
このように構成すると、貯湯槽１４と、吸収冷凍機１３と、熱量計測部４０と、制御部１５とを備えるので、熱量計測部４０で貯湯槽１４の流体ｗ１の熱量を計測し、計測された貯湯槽１４の熱量（貯湯槽１４の流体ｗ１の熱量）が第１の所定の値未満である場合に、制御部１５によって燃料電池発電ユニット１２の運転を持続するように第１の制御を行う。燃料電池発電ユニット１２の運転を持続するので、燃料電池発電ユニット１２から流体ｗ１が排出され続け、排出された流体ｗ１が貯湯槽１４で貯留され、貯湯槽１４の熱量を増加させることができる。よって、発電負荷がなく、冷凍負荷が旺盛なときでも、吸収冷凍機１３は、貯湯槽１４から送られる流体ｗ１を熱源として利用し、冷凍負荷を満たすことができる。
【０００８】
さらに、吸収冷凍機１３に送られた流体ｗ１が燃料電池発電ユニット１２に送られるので、流体ｗ1を燃料電池発電ユニット１２と貯湯槽１４と吸収冷凍機１３との間を循環させることができ、冷凍負荷がなく電力負荷がある場合に、流体中の熱量を外部に廃棄することなく燃料電池発電ユニット１２を運転し、電力負荷を燃料電池発電ユニット１２によって満たすことができる。
【０００９】
請求項２に係る発明による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、請求項１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、燃料電池発電ユニット１２が発電した電力を供給する電力系統に接続された燃料電池コージェネレーションシステムであって；前記電力系統の電力負荷を計測する電力負荷計測部４２を備え；前記計測された電力がゼロより大きい場合に、制御部１５が前記第１の制御を行う。
【００１０】
このように構成すると、電力負荷計測部４２を備えるので、電力負荷計測部４２によって、発電した電力を供給する電力系統の電力負荷を計測し、計測された電力負荷がゼロより大きい場合に、すなわち電力負荷がある場合に、前記第１の制御を行い、燃料電池発電ユニット１２の運転を持続することができ、貯湯槽１４の熱量を増加させることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明による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、請求項１または請求項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、吸収冷凍機１３の冷凍負荷を計測する冷凍負荷計測部３９と；前記計測された冷凍負荷を記憶する記憶部１５とを備え；制御部１５が、過去の前記記憶された冷凍負荷に基づいて現在から所定時間経過までの冷凍負荷を予測し、前記予測された冷凍負荷に基づいて前記所定時間経過後の前記熱量を予測し、前記予測された熱量が第２の所定の値未満である場合に、燃料電池発電ユニット１２の運転を持続するように第２の制御を行う。
【００１２】
このように構成すると、制御部１５が、冷凍負荷を予測し、予測した冷凍負荷に基づいて貯湯槽１４内の熱量を予測し、予測された熱量が第２の所定の値未満である場合に、燃料電池発電ユニット１２の運転を持続するように第２の制御を行うので、貯湯槽１４の熱量を増加させることができ、現在から所定時間経過後の間に行なわれる将来の冷凍負荷をまかなうための吸収冷凍機１３の運転に備えることができる。所定時間とは、システムの使用状況によって冷凍負荷の予測が求められる期間をいう。例えば、現時点より３時間後程度とするが、設定時間は設備の大きさによる他、同一の設備でも夏季であるかあるい冬季であるか等の条件や、設備の設置場所が地理的に北方か南方か等の条件によってかなり異なるため、任意の時間設定が可能なタイマー等によって設定される。
【００１３】
請求項３に記載の燃料電池コージェネレーションシステム１は、外気の温度を計測する外気温度計測部５１をも備え；記憶部１５が、前記計測された外気温度をも記憶し；制御部１５が、さらに過去の前記記憶された外気温度にも基づいて現在から前記所定時間経過までの冷凍負荷を予測するものであってもよい。
【００１４】
請求項３に記載の燃料電池コージェネレーションシステム１は、さらに外気の湿度を計測する外気湿度計測部５２をも備え；記憶部１５が、前記計測された外気湿度をも記憶し；制御部１５が、さらに過去の前記記憶された湿度にも基づいて現在から前記所定時間経過までの冷凍負荷を予測するものであってもよい。
【００１５】
請求項４に係る発明による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、請求項３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、制御部１５が、前記計測された電力負荷が前記電力系統の単独供給可能電力未満のときに前記第２の制御を行う。
【００１６】
このように構成すると、燃料電池発電ユニット１２によって発電される電力を優先して使い、燃料電池発電ユニット１２によって排出された流体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。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による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、供給された燃料ガスｇ１を改質し水素を主成分とする改質ガスｇ２とする改質部１６と、改質ガスｇ２と酸化剤ガスｋとの電気化学的反応により発電を行う発電部１７とを有する燃料電池発電ユニット１２と；水素ガスｈを発電部１７に供給する水素ガス供給部２２と；前記改質部１６の温度を計測する温度計測部４３と；燃料電池発電ユニット１２を起動させてから前記計測された改質部１６の温度が所定の温度値に達するまでの間、水素ガスｈを燃料電池発電ユニット１２に第１の所定量供給するよう制御する制御部１５とを備える。
【００１８】
このように構成すると、改質部１６と発電部１７とを有する燃料電池発電ユニット１２と、水素ガス供給部２２と、温度計測部４３と、制御部１５とを備えるので、改質部１６の温度を温度計測部４３で計測し、燃料電池発電ユニット１２を起動させてから計測された改質部１６の温度が所定の温度値に達するまでの間、水素ガス供給部２２により水素ガスｈを燃料電池発電ユニット１２に第１の所定量供給するよう、制御部１５により制御することができる。よって、燃料電池発電ユニット１２を起動させた直後に発電部１７に水素ガスｈを供給し、改質部１６の温度が所定の温度値に達するまで水素ガスｈで発電を行なうことができる。
第１の所定量とは、発電部１７の発電に必要な水素ガスｈの供給量をいう。例えば、５〜２０Ｌ／ｍｉｎ・Ｋｗ、好ましくは１０〜１５Ｌ／ｍｉｎ・Ｋｗであるが、改質部１６の温度が所定の温度値に達するまでに供給される水素供給量は、設備の大きさによる他、同一の設備でも夏季であるかあるい冬季であるか等の条件や、設備の設置場所が地理的に北方か南方か等の条件によってかなり異なるため、任意の供給量設定が可能な流量調節器等によって設定される。
【００１９】
請求項５に記載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、燃料ガスｇ１の改質部１６への供給量が第２の所定量以下に減少したことを計測する燃料供給減少計測部４４をさらに備え；制御部１５が、改質部１６の温度が前記所定の温度値に達した後、燃料ガスｇ１の前記供給量の減少が計測された場合に、水素ガスｈを燃料電池発電ユニット１２に第３の所定量供給するようさらに制御してもよい。
【００２０】
このように構成すると、燃料供給減少計測部４４によって、燃料ガスｇ１の改質部１６への供給量の第２の所定量以下の減少を計測し、改質部１６の温度が所定の温度値に達した後、燃料ガスｇ１の供給の減少が計測された場合に、水素ガスｈを燃料電池発電ユニット１２に第３の所定量供給するよう、制御部１５により制御し、燃料ガスｇ１の供給量の第２の所定値以下の減少に対処することができる。
【００２１】
なお、所定の温度値とは、改質部１６が燃料ガスｇ１の改質反応を適切に行なうことができる温度の下限値（例えば、６００℃）をいう。また、第２の所定量とは、改質部１６へ供給する必要がある燃料ガスｇ１の流量の下限値をいう。第３の所定量とは、燃料ガスｇ１の通常供給する流量と、実際の燃料ガスｇ１の流量との差に相当する水素ガスｈの流量をいう。
【発明の効果】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以上のように貯湯槽と、吸収冷凍機と、燃料電池発電ユニットを備えるので、貯湯槽の温水を燃料電池発電ユニットに供給し、燃料電池発電ユニットから排出された温水の熱量を貯湯槽に蓄積させるので、電力負荷があり冷凍負荷がない場合に、吸収冷凍機を運転せずに燃料電池発電ユニットを運転し、熱効率を維持したまま発電をすることができる。
【００２３】
また、貯湯槽と、吸収冷凍機と、熱量計測部と、制御部とを設けたので、熱量計測部で貯湯槽の流体の熱量を計測し、計測された貯湯槽の熱量が第１の所定の値未満である場合に、制御部によって燃料電池発電ユニットの運転を維持するように第１の制御を行う。燃料電池発電ユニットの運転を維持することにより、燃料電池発電ユニットから流体が排出され続け、排出された流体が貯湯槽で貯留され、貯湯槽の熱量を増加させることができる。よって、発電負荷がなく、冷凍負荷が旺盛なときでも、吸収冷凍機は、貯湯槽から送られる流体を熱源として利用し、冷凍負荷を満たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１は、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の構成を示す模式図である。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１２と、吸収冷凍機１３と、貯湯槽１４と、本発明の制御部および記憶部としての制御部１５とを備える。
【００２６】
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の流量を計測する燃料供給減少計測部としての流量計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。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。
【００２７】
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に設置される調節弁２４であって発電部７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
発電部１７に供給される温水ｗ１の温度は５０〜６０℃、発電部１７での温水ｗ１の温度上昇は６０〜６５℃、吸収冷凍機１３に供給される温水ｗ１の温度は６０〜６５℃、吸収冷凍機１３での温水ｗ１の温度下降は３〜５℃である。
【００３０】
燃料電池コージェネレーションシステム１は、吸収冷凍機１３が送り出す冷水ｗ２を冷房需要２に供給する第１冷水搬送ライン３６と、冷房需要２から送り返された冷水ｗ２を吸収冷凍機１３に送る第２冷水搬送ライン３７と、第１冷水搬送ライン３６に設置された冷水ｗ２を搬送する冷水ポンプ３８と、冷水ポンプ３８を駆動するモータ（不図示）を制御するモータ制御盤３８Ａと、冷凍負荷としての冷房負荷を計測する冷凍負荷計測部としての冷房負荷計測部３９とを備える。冷房負荷計測部３９は、冷水ｗ２の冷房需要２への温度を計測する温度計測部３９Ａと、冷水ｗ２の冷房需要２からの温度を計測する温度計測部３９Ｂと、冷水ｗ２の流量を計測する流量計測部３９Ｃとを含んで構成される。温度計測部３９Ａと、流量計測部３９Ｃとは、第１冷水搬送ライン３６に設置され、温度計測部３９Ｂは、第２冷水搬送ライン３７に設置されている。
吸収冷凍機１３から供給される冷水ｗ２の温度は７〜１０℃、冷房需要２での冷水ｗ２の温度上昇は３〜５℃である。
【００３１】
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に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は、電力需要３が要求する電力負荷を計測する電力負荷計測部４２が設置されている。電力負荷計測部４２は、電圧を計測する電圧計測部４２Ａと、電流を計測する電流計測部４２Ｂとを含んで構成される。
【００３２】
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、図に示すように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。
【００３３】
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部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部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部１５に送られる。
【００３４】
温度計測部３９Ａによって計測された冷水ｗ２の温度は温度信号として制御部１５に送られ、温度計測部３９Ｂによって計測された冷水ｗ２の温度は温度信号として制御部１５に送られる。流量計測部３９Ｃによって計測された冷水ｗ２の流量は流量信号として制御部１５に送られる。
【００３５】
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部１５に送られる。
【００３６】
電圧計測部４２Ａによって計測された電力供給ラインの電圧値は電圧信号として制御部１５に送られる。電流計測部４２Ｂによって計測された電力供給ラインの電流値は電流信号として制御部１５に送られる。制御部１５で電流信号と電圧信号からそれぞれ電力が計算される。
【００３７】
吸収冷凍機１３は制御盤１３Ａを有する。制御部１５から制御盤１３Ａに吸収冷凍機１３が冷水ｗ２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。制御部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。当該制御信号は、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。
【００３８】
制御部１５から、モータ制御盤３４Ａ、３５Ａ、３８Ａに、制御信号がそれぞれ送られる。モータ制御盤３４Ａ、３５Ａ、３８Ａは、前述のように、第１温水ポンプ３４、第２温水ポンプ３５、冷水ポンプ３８を駆動する各モータ（不図示）をそれぞれ制御する。
【００３９】
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部１５に送られる。
【００４０】
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。
【００４１】
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、制御部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１９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。
【００４２】
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、３８Ａに制御部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、冷水ポンプ３８が起動し回転数が制御される。なお、モータ制御盤３４Ａ、３５Ａ、３８Ａに送られるモータ駆動用の電源は図１（後述の図４も同様）で省略されている。
【００４３】
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。
【００４４】
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。制御部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部１５に送る。
【００４５】
吸収冷凍機１３を出た冷水ｗ２は、冷水ポンプ３８によって第１冷水搬送ライン３６を介して冷房需要２に送られる。冷水ｗ２は、冷房需要２を冷却し温度を上昇させ第２冷水搬送ライン３７を介して吸収冷凍機１３に送られ、さらに吸収冷凍機１３に冷却され、吸収冷凍機１３と冷房需要２の間を循環する。
【００４６】
第１冷水搬送ライン３６を流れ、冷房需要２に供給される冷水ｗ２の流量は流量計測部３９Ｃによって、温度は温度計測部３９Ａによって計測される。冷房需要２から吸収冷凍機１３に戻る冷水ｗ２の温度は温度計測部３９Ｂによって計測される。制御部１５は、温度計測部３９Ａ、温度計測部３９Ｂ、流量計測部３９Ｃから送られた温度信号、流量信号により冷房負荷量を計算し（冷房負荷量＝水の比熱×温度上昇（戻った冷水ｗ２の温度と供給される冷水ｗ２の温度の差）×流量）、冷房負荷量のデータを制御部１５に送る。
【００４７】
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。
【００４８】
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）、あるいは全発電量Ｗ１のうち電力負荷Ｗ２に相当する発電量を電力需要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）。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。ここで、Ｗ２が本発明の電力負荷であり、Ｗ３が本発明の電力系統の単独供給可能電力である。
【００４９】
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の電圧は電圧計測部４２Ａによって計測され、電流は電流計測部４２Ｂによって計測される。制御部１５は、電圧計測部４２Ａ、電流計測部４２Ｂから送られる電圧信号、電流信号から電力需要３へ供給される電力を計算し、電力データを記憶する。
【００５０】
都市ガスｇ１を改質部１６に供給しても改質部１６の改質触媒（不図示）の温度が改質ガスｇ２を発生させる下限値（例えば、６００℃）以上に上昇するまでは改質ガスｇ２は生成されないので発電部１７に発電させることができない。この場合、制御部１５から制御信号を調節弁２４に送り調節弁２４を開とし水素ガスｈを水素ボンベ２２から水素供給ライン２３、改質ガス供給ライン１９を介して発電部１７に供給し発電させるようにする。発電部１７は、水素を主成分とする改質ガスを用いて発電することができるので、水素ガスｈを用いて発電することができる。この場合、燃料電池発電ユニット１２の発電に必要な量の水素ガスｈを供給する。また、温度計測部４３によって計測された改質部１６の温度が、改質ガスｇ２を発生させることができる下限値に達した場合は、制御部１５は制御信号によって調節弁２４を閉とする。
【００５１】
また水素ボンベ２２からの水素ガスｈを、都市ガスｇ１が供給されない場合、都市ガスｇ１の供給量が不足した場合のバックアップとして利用することができる。すなわち、流量計４４により計測された流量が、改質部１６へ供給する必要がある燃料ガスｇ１の流量の下限値以下になった場合、制御部１５は、制御信号によって調節弁２４を開とし、燃料ガスｇ１の通常流量と実際の流量の差に相当する量の水素ガスｈを水素ボンベ２２から供給することができる。
【００５２】
制御部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。制御部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。
【００５３】
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。
【００５４】
図２（Ａ）（Ｂ）を参照して、適宜図１を参照して、冷房負荷、貯湯槽１４の熱量の予測について説明する。図２（Ａ）中、縦軸は熱量又は冷房負荷量を表し、横軸は時間の経過を表す図２（Ｂ）中、縦軸は熱量の残量を表し、横軸は時間の経過を表す。図２（Ａ）の折れ線Ｒ１は冷房負荷の時刻ごとの予測値を表す。図中、現時刻はｎであり、ｎ＋ｍ（ｍ＝１、２、３）は、現時刻よりｍ時間経過後を、ｎ−１は１時間前を表す。折れ線Ｒ１の実線部は過去より現在まで、破線部は現在より未来を表す。これは後述の折れ線Ｒ２、Ｒ３において同じである。
【００５５】
冷房負荷から吸収冷凍機１３が必要とし温水ｗ１から奪う時刻ごとの熱量が求められ、これを折れ線Ｒ２で表す。温水ｗ１から奪われる熱量の予測と、貯湯槽１４の現在の熱量から、貯湯槽１４の時刻ごと熱量の予測を行なうことができ、これを図２（Ｂ）に折れ線Ｒ３で示す。この予測により、貯湯槽１４内の熱量の残量を求めることができる。熱量の残量とは、現在の貯湯槽の熱量と、貯湯槽１４の温水ｗ１の温度が、吸収冷凍機１３に供給できる温水ｗ１の最低許容温度に等しい場合の貯湯槽１４の熱量との差をいう。図に示す場合は、貯湯槽１４の熱量の残量が３時間後に０以下になる場合である。
【００５６】
次に、図３を参照し、適宜図１を参照して、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１の制御部１５による運転方法を説明する。
【００５７】
スタート後、制御部１５により過去の冷房負荷のデータベースを使用して現在より３時間先までの１時間ごとの冷房負荷を予測する（ステップＳ１）。３時間という数値は、設定調整可能である。また、３時間とは本発明の所定時間である。
【００５８】
現在の貯湯量の計測を行なう（ステップＳ２）。具体的には、温度計測部４０Ａにより貯湯槽１４内の温度を測定し、水位計測部４０Ｂにより貯湯槽の水位を計測し、計測された温度の平均を求め、水位、平均温度、水の比熱、貯湯槽１４の断面積から貯湯槽１４内の熱量を計算する。
そして電力負荷の計測を行なう（ステップＳ３）。具体的には、系統連絡部４１から電力需要３に電力を供給するラインの電圧が電圧計測部４２Ａによって計測され、電流が電流計測部４２Ｂによって計測され、電力（＝電流×電圧）が求められる。
【００５９】
次に現在電力負荷があるか否かの判定が行なわれる（ステップＳ４）。現在電力負荷がある場合は（ステップＳ４がＹＥＳの場合）、貯湯槽１４の熱量が、第１の所定の値以上か否かの判断が行なわれる（ステップＳ５）。ここでいう第１の所定の値とは、燃料電池発電ユニット１２の冷却に適する温水の上限値として定めた温度を基にして計算した貯湯槽１４の熱量をいう。現在電力負荷がない場合は（ステップＳ４がＮＯの場合）は、後述する。貯湯槽１４の熱量が第１の所定の値未満のときは（ステップＳ５がＮＯの場合）、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（ステップＳ６）。ステップＳ６の後、ステップＳ１の前に戻りステップＳ１から繰り返される。
【００６０】
貯湯槽１４の熱量が第１の所定の値以上のときは（ステップＳ５がＹＥＳの場合）、電力負荷が商用電源によって供給できる最大電力以上か否かが判断される（ステップＳ７）。電力負荷が最大商用電源供給電力以上の場合（ステップＳ７がＹＥＳの場合）、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（ステップＳ８）。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。その後、ステップＳ１の前に戻りステップＳ１から繰り返される。
【００６１】
電力負荷が最大商用電源供給電力未満の場合（ステップＳ７がＮＯの場合）、ステップＳ１で予測された通りに冷房負荷、電力負荷が推移した場合の３時間後の貯湯槽１４の熱量の残量が０以下になるか否かが判断される（ステップＳ９）。貯湯槽１４の熱量の残量が０以下になる場合は（ステップＳ９がＹＥＳの場合）、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（ステップＳ１０）。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。熱量が貯湯槽１４に蓄積されるので、電力負荷がなく冷房負荷がある場合に、燃料電池発電ユニット１２を運転せずに貯湯槽１４から温水ｗ１を供給して吸収冷凍機１３を運転し、冷房負荷に対処することができる。ステップＳ１０の後、ステップＳ１の前に戻りステップＳ１から繰り返される。なお、貯湯槽１４の熱量の残量０が、本発明の第２の所定の値である。
【００６２】
貯湯槽１４の熱量の残量が０にならない場合は（ステップＳ９がＮＯの場合）、燃料電池発電ユニット１２の運転を停止する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ１の前に戻りステップＳ１から繰り返される。
【００６３】
現在電力負荷がない場合は（ステップＳ４がＮＯの場合）は、燃料電池発電ユニット１２の運転を停止する（ステップＳ１２）。その後、ステップＳ１の前に戻りステップＳ１から繰り返される。
【００６４】
なお、前述のステップＳ８とステップＳ１０において、燃料電池発電ユニット１２に供給される温水ｗ１の温度が、最大許容温度を超える場合は、第３温水搬送ライン３３を流れる温水ｗ１を冷却塔（不図示）に導いて冷却し、温水ｗ１の温度を最大許容温度以下に下げるようにするとよい。
【００６５】
以上、冷房負荷を予測し、予測冷房負荷に合致する冷房負荷を満足する吸収冷凍機が温水から奪う熱量を予測して、貯湯槽１４の熱量の残量を求める場合、すなわち電力負荷を考慮しないで、貯湯槽１４の熱量の残量を求める場合を説明した。しかし、貯湯槽１４の熱量の残量を求めるにあたって、さらに電力負荷を予測し、予測電力負荷に基づいて燃料電池発電ユニット１２が温水に与える熱量を予測し、これを考慮にいれて貯湯槽１４の熱量の残量を求めてもよい。
【００６６】
この場合、ステップＳ１では、スタート後、制御部１５により過去の冷房負荷と電力負荷のデータベースを使用して、現在より３時間先までの１時間ごとの冷房負荷と電力負荷とを予測する。
【００６７】
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ｗ１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。
【００６８】
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を運転するときは、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を運転するときは、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。
【００６９】
図４を参照して、本発明の他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１０１の構成を説明する。以下、前述の燃料電池コージェネレーションシステム１との相違点を説明する。燃料電池コージェネレーションシステム１０１は、第４温水搬送ライン１５３を備える。第１温水搬送ライン１３１には、第１温水ポンプ３４の下流側に開閉弁１５４が設置されている。第４温水搬送ライン１５３は、第１温水搬送ライン１３１の第１温水ポンプ３４と開閉弁１５４の間から分岐し、貯湯槽１４をバイパスして第２温水搬送ライン３２の第２温水ポンプ３５の上流側に合流する。第４温水搬送ライン１５３には開閉弁１５５が設置されている。
【００７０】
制御部１５から開閉弁１５４と開閉弁１５５へそれぞれを開閉させる動作信号が送られる。通常運転状態では、開閉弁１５４が開、開閉弁１５５が閉となり、温水ｗ１は第１温水搬送ライン１３１から貯湯槽１４に送られ、貯湯槽１４から吸収冷凍機１３に送られる。制御部１５によって開閉弁１５４を閉、開閉弁１５５を開とするよう制御することにより、温水ｗ１は第１温水搬送ライン１３１から貯湯槽１４をバイパスして吸収冷凍機１３に送られる。
【００７１】
よって、貯湯槽１４内の温水ｗ１の温度が低いとき、あるいは冷房需要２が要求する冷房負荷量が大きいため吸収冷凍機１３の負荷が大きい場合に、運転中の燃料電池発電ユニット１２から送られる温度の高い温水ｗ１を、貯湯槽１４をバイパスさせて吸収冷凍機１３に送り、吸収冷凍機１３を運転させることができる。
【００７２】
上記目的を達成するために、例えば図１に示すように、燃料ガスｇ１と酸化剤ガスｋとを電気化学的に反応させ発電を行い、前記反応の過程で生じる熱により流体ｗ１を温め、排出する発電工程と；
前記排出された流体ｗ１を貯留する流体貯留工程と；
前記貯留された流体ｗ１を導入し熱源として利用し、吸収溶液から冷媒を分離させ前記冷媒を用いて冷却流体ｗ２の冷却を行う冷却工程と；
前記貯留された流体ｗ１の熱量を計測する熱量計測工程と；
前記計測された熱量を第１の所定の値と比較する比較工程と；
前記計測された熱量が第１の所定の値未満である場合に前記発電工程を持続するよう制御する制御工程とを備え；
前記冷却工程で導入され利用された流体が、前記発電工程で温められる；
発電方法としてもよい。
【００７３】
上記目的を達成するために、例えば図１に示すように、供給された燃料ガスｇ１を改質部１６で改質し水素を主成分とする改質ガスｇ２とする改質工程と；
改質ガスｇ２と酸化剤ガスｋとを電気化学的に反応させ発電を行なう第１発電工程と；
供給された水素ガスｈを用いて発電を行なう第２発電工程と；
前記改質部１６の温度を測定する温度測定工程と；
前記第１発電工程の開始から、改質部１６の温度が所定の温度値に達するまでの間、水素ガスｈを前記所定量供給するよう制御する制御工程とを備えた；
発電方法としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】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の構成を示す模式図である。
【図２】予測冷房負荷、温水から吸収冷凍機が奪う熱量、貯湯槽の熱量の残量の時刻変化を示すグラフである。
【図３】燃料電池コージェネレーションシステムの運転方法を示すチャートである。
【図４】本発明の他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の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
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
１２  燃料電池発電ユニット
１３  吸収冷凍機
１４  貯湯槽
１５  制御部
１６  改質部
１７  発電部
１８  都市ガス供給ライン
１９  改質ガス供給ライン
２０  空気供給ライン
２１  調節弁
２２  水素ボンベ
２３  水素供給ライン
２４  調節弁
３１  第１温水搬送ライン
３２  第２温水搬送ライン
３３  第３温水搬送ライン
３４  第１温水ポンプ
３５  第２温水ポンプ
３６  第１冷水搬送ライン
３７  第２冷水搬送ライン
３８  冷水ポンプ
３９  冷房負荷計測部
４０  熱量計測部
４１  系統連係部
４２  電力負荷計測部
４４  流量計
５１  温度計測部
５２  湿度計測部
ｇ１  都市ガス
ｇ２  改質ガス
ｈ  水素ガス
ｋ  空気
ｗ１  温水
ｗ２  冷水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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