(57)【要約】【課題】  燃料電池の出力する電力および熱をそれぞれの負荷に供給するシステムにおいて、貯湯量を適正に管理することで電力と熱の負荷に追従し、運転効率の低下を防止することが可能となる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池と、この燃料電池の発電運転にともなう発熱で温められる温水が蓄えられる貯湯タンクと、この貯湯タンクの蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段を備え、発電運転は、増減する負荷電力に相当した出力を発電する通常運転と、前記通常運転の出力よりも小さい発電に出力を抑える発熱抑制出力運転とを有すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、この燃料電池の発電運転にともなう発熱で温められる温水が蓄えられる貯湯タンクと、この貯湯タンクの蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段を備え、
前記発電運転は、増減する負荷電力に相当した出力を発電する通常運転と、前記通常運転の出力よりも小さい発電に出力を抑える発熱抑制出力運転とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記通常運転は、増減する負荷電力に相当するよう予め定められた運転スケジュールに基づき低出力から高出力までの発電を運転するスケジュール運転を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
増減する負荷電力を検出する負荷電力検出手段を備え、
前記通常運転は、前記負荷電力検出手段で検出した負荷電力に相当するよう低出力から高出力までの発電を運転する負荷電力追従出力運転を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記通常運転と前記発熱抑制出力運転を択一する出力運転択一手段を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記通常運転と前記発熱抑制出力運転は、所定の時間間隔ごとに選択され、前記選択は前記所定間隔の一つ前の時間間隔における運転情報をもとに決定されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と、この燃料電池の発電運転にともなう発熱で温められる温水が蓄えられる貯湯タンクと、この貯湯タンクの蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段を備え、
前記蓄熱量が所定量になったら前記発電運転を停止させる蓄熱閾値と、運転停止後の発電再開が直に行われる発電運転停止時間限度の停止許容時間閾値とを設け、
前記通常運転に際し、前記蓄熱閾値で停止した発電運転停止時間が前記停止許容時間閾値を上回ったときは、次に来る出力運転を発熱抑制出力運転に移行させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
前記発電運転の推移を２４時間の区切で管理し、前記区切で得られた前記蓄熱量，前記発電運転停止時間、および前記発電の出力に関する運転情報が２４時間の整数倍周期で更新されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
外気温と前記貯湯タンクの温度差を計り、その温度差値に応じて前記蓄熱閾値を選択することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
カレンダー機能を備え、
前記カレンダー機能の時刻および日付に関する情報をもとに前記蓄熱閾値を選択することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
燃料電池システムが稼動する１日の時間を２時間乃至３時間ずつ等分した複数の時間割に区分し、この区分に給湯を利用する頻度の高い給湯時間帯を割り当て、この給湯の区分では前記蓄熱閾値が高く設定されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
前記給湯時間帯をニ種類（第１／第２の給湯時間帯）設け、
第１の給湯時間帯は１日経過すると割り当て効力が失われ、第２の給湯時間帯は１日経過後も割り当て効力が失われずに継続することを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
前記給湯時間帯の割り当て設定を行うリモコンを備えたことを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システムの稼動装置。
【請求項１３】
燃料電池と、この燃料電池の発電運転にともなう発熱で温められる温水が蓄えられる貯湯タンクと、前記燃料電池が出力する直流の電力を商用系統電源の周波数に合わせた交流電力に変換する電力変換装置と、前記貯湯タンクの蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段と、供給される前記直流の電力を蓄電したり、蓄電されている電力を放出したりする蓄電池と、この蓄電池の蓄電／放出を行う蓄電池充放電装置とを有する燃料電池システムの稼動装置において、
増減する負荷電力に相当した出力を発電する通常運転と、前記通常運転の出力よりも小さい発電に出力を抑える発熱抑制出力運転とを有することを特徴とする燃料電池システムの稼動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて電気負荷および熱負荷にエネルギーを供給する燃料電池システム、燃料電池システムの稼動装置、および燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅の電力および熱のエネルギー源として燃料電池を用いることが検討されている。燃料電池は化学エネルギーが直接電力に変換されるので優れた変換効率が得られる。また燃料電池の発電に伴う熱を利用してトータルのエネルギー効率を高めることが検討されている。特許文献１には電力および給湯の需要を予測し最適な運転計画を予め設定することで発電および給湯を実現するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９８８８７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、電力および給湯需要の予測を行うと、予測に反した負荷で運転し給湯が過剰となった場合、特に貯湯タンクが満タンになった場合には燃料電池の発電運転を停止するため高効率運転の継続が困難となる。また、負荷電力にのみ燃料電池出力を追従させる方法では、熱供給が負荷に追従出来ないという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記の問題に対処し、発電運転の停止頻度を抑えて高効率運転を計ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池と、この燃料電池の発電運転にともなう発熱で温められる温水が蓄えられる貯湯タンクと、この貯湯タンクの蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段を備え、発電運転には、増減する負荷電力に相当した出力を発電する通常運転と、前記通常運転の出力よりも小さい発電に出力を抑える発熱抑制出力運転とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発熱抑制出力運転により発電運転の停止が抑えられるので、燃料電池の高効率運転を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係わる実施形態について図１〜図８を用いて説明する。
【０００９】
図１に示す本発明の実施形態に係わる燃料電池システムの概要から述べる。
【００１０】
この燃料電池システムは燃料電池１と、直流コンデンサ３と、燃料電池１の出力電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力および直流コンデンサ３の直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ４と、ＤＣ／ＡＣインバータ４の出力側に接続された高調波除去用のリアクトル２０とコンデンサ２１、および遮断投入手段２４と、蓄電池４４と、蓄電池４４の充放電を制御する双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ４５の一方が蓄電池４４に、もう一方が直流コンデンサ３に接続されている。この燃料電池システムは制御装置２９により運転を制御している。
【００１１】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＡＣインバータ４で電力変換装置を構成する。
【００１２】
遮断投入手段２４を介して高調波除去後のシステム出力は電力系統に連系され、一方は家庭内受電盤２７を介して商用系統電源２８へ、もう一方は家庭内電力負荷２５へ接続される。
【００１３】
商用系統電源２８から家庭内受電盤２７を介して流れる電流を受電電流検出手段２６により受電電流検出値３７として検出する。また、遮断投入手段２４を投入し、系統に連系した場合の系統電圧およびＤＣ／ＡＣインバータ４の出力する系統電流はそれぞれ、リアクトル２０と遮断投入手段２４の接続線上に設けられた交流電圧検出手段２３と連系電流検出手段２２により交流電圧検出値３６および連系電流検出値３５として検出される。
【００１４】
さらに、燃料電池１とＤＣ／ＤＣコンバータ２の接続線上にある、燃料電池電圧検出手段１７および燃料電池電流検出手段１８はそれぞれ、燃料電池電圧検出値３８および燃料電池電流検出値３９を検出する。さらに、蓄電池４４と双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ
４５の接続線上の蓄電池電圧検出手段４７と蓄電池電流検出手段４６はそれぞれ、蓄電池電圧検出値４９および蓄電池電流検出値４８を検出する。さらに直流コンデンサ３の両端に設けられた直流電圧検出手段１９は直流電圧検出値４１を検出する。
【００１５】
なお、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ４５は蓄電池４４に充電／放電を行わせる蓄電池充放電装置である。
【００１６】
また、燃料ガス製造手段１４により発生した燃料ガス１５は、燃料ガス弁１６により適正な流量に制御され、燃料として燃料電池１に供給される。また、上記の各電流検出値，各電圧検出値、および蓄電池４４の充電量５１は制御装置２９に演算パラメータとして入力される。ここで充電量５１は蓄電池の電圧，電流積算値，温度を用いて推定する。
【００１７】
燃料ガス弁１６，ＤＣ／ＤＣコンバータ２，ＤＣ／ＡＣインバータ４，双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、それぞれ制御装置２９から出力される燃料ガス弁開度指令４３，パルス指令４０，４２，５０に基づいて制御を行う。制御装置２９には家庭内に設置された操作リモコン５２が信号線５３により接続され、操作リモコン５２上には操作ボタン
５４を備えている。
【００１８】
操作ボタン５４は燃料電池システムの運転／停止操作機能の他、１日のうち特定の時間帯を利用者が選択する機能を持つ。さらに制御装置２９には外気温検出手段５５として、例えばサーミスタなどの温度センサが接続され、外気温度を測定する。
【００１９】
また、燃料電池１には燃料電池１の冷却を目的とした循環水経路７が接続され、循環水タンク８から出た水が燃料電池１の内部を通過した後に熱交換器６の一次側を通過し、循環水タンク８に戻るように循環水経路７が配管されている。水処理装置１３は純度の高い水を循環水経路７に供給する。
【００２０】
また、家庭の上水道などの取水手段９から取水した水道水を貯める貯湯タンク５があり、貯湯タンク５の底部から出た水は熱交換器６の二次側を通過し貯湯タンク５の頂部に戻り、さらに貯湯タンク５の頂部からは家庭内熱負荷１１へ温水を供給し、家庭内熱負荷
１１へ供給した温水の量に等しい量の水道水が貯湯タンク５の底部に供給され、常に貯湯タンク５には温水と冷水の層を構成した水が充填される。
【００２１】
また、貯湯タンク５の底部から出た水を温め貯湯タンク５の頂部に供給する追焚き装置１０も配管されている。貯湯タンク５には複数個の水温検出器を水温検出手段１２として設け、タンク高さ方向にそれらの水温検出器を配置する。ここで例えば水温検出手段１２にはサーミスタを用い、水温検出手段１２からは水温検出値３０，３１，３２が検出される。
【００２２】
図２に制御装置（システム出力制御装置）２９の詳細図を示す。
【００２３】
交流電圧検出値３６より位相・電圧検出手段１０２は交流電圧位相１０７および交流電圧振幅１０８を検出する。連系電流制御手段１０３は交流電圧位相１０７，交流電圧振幅１０８，連系電流検出値３５および直流電圧検出値４１に基づき、連系電流を制御する
ＤＣ／ＡＣインバータ４に対しパルス指令４２を出力する。
【００２４】
受電電力演算手段１０１は、受電電流検出値３７および交流電圧検出値３６の各実効値の積より受電電力１０６を求める。システム出力演算手段１０４は、受電電力１０６，蓄熱量検出値１１２，蓄電池電圧４９および充電量５１に基づき、燃料電池電流指令１０９，蓄電池電流指令１１４および燃料ガス弁開度指令４３を演算する。燃料電池電流制御手段１０５は燃料電池電流指令１０９と燃料電池電流検出値３９に基づきパルス指令４０を出力する。
【００２５】
燃料電池電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ２はパルス指令４０に基づき燃料電池１からの給電を行う。さらに蓄電池電流制御手段１１３は蓄電池電流指令１１４と蓄電池電流検出値４８に基づき、パルス指令５０を出力する。蓄電池電流を制御する双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ４５はパルス指令５０に基づき蓄電池４４の充放電を行う。
【００２６】
蓄熱量判定手段１１０は３つの水温検出値３０，３１，３２より貯湯タンク５の蓄熱量を判断し、蓄熱量検出値１１２を出力する。また、追焚き指令手段１１１は蓄熱量検出値１１２が「低」であった場合に、蓄熱量検出値１１２が「中」もしくは「高」になるまで追焚きを行うことができる。
【００２７】
図３に蓄熱量判定手段１１０の詳細図を示す。
【００２８】
貯湯タンク５の内部には高温と低温の二つの層に水が分布しており、高温の層の水位を検出することで貯湯タンク５の蓄熱量を検出している。貯湯タンク５の水位は水温検出手段１２の位置で複数の蓄熱水位６０３に分割される。本実施例では水温検出手段１２を３点とした場合について述べている。蓄熱量判定手段１１０では、３つの水温検出値３０，３１，３２を所定の水温閾値と比較し、水温閾値の水位が「低」「中」「高」「高高」といった貯湯タンク５内のどの蓄熱水位６０３にあるかを判定し、判定された蓄熱水位603を蓄熱量検出値１１２として出力する。
【００２９】
ここで、例えば判定に用いる水温閾値は６０℃とし、３つの水温検出値３０，３１，
３２の値がそれぞれ６１℃，２５℃，２５℃であれば、６０℃の層が水温検出手段３０と３１の中間にあると判定し、蓄熱水位６０３ｂ「中」が蓄熱量検出値１１２として出力される。
【００３０】
図４にシステム出力演算手段１０４の詳細図を示す。
【００３１】
受電電力１０６と受電電力閾値３１０との差が蓄電池出力電力指令３１１となり、蓄電池電流換算手段３１２へ入力され、蓄電池電流換算手段３１２において電圧検出値４９等の任意の換算係数を乗算または割算することにより蓄電池電流指令１１４に換算され、前記の蓄電池電流制御手段４５に入力される。
【００３２】
燃料電池電力指令３０６と、蓄電池出力電力指令３１１と、受電電力１０６とを加算して得られる負荷電力検出値３０７は急峻な変動を除去するフィルタ３０１を介して負荷電力値３０８に変換され、燃料電池出力演算手段３０２に入力される。
【００３３】
例えばフィルタ３０１には、一次遅れフィルタを用いる。負荷電力値３０８と蓄熱量検出値１１２および充電量５１を用いて燃料電池出力演算手段３０２において演算された燃料電池出力指令３０９は、燃料ガス流量換算手段３０３により燃料ガス弁開度指令４３に変換される。
【００３４】
前記の燃料ガス１５は、変化を指令した後に安定するまで所定の時間が必要なため、燃料電池出力指令３０９は、安定までの時間を考慮した遅延手段３０４を介して燃料電池電力指令３０６として出力される。燃料電池電力指令３０６は燃料電池電流換算手段３０５において電圧検出値３８等の任意の換算係数を乗算または割算することにより燃料電池電流指令１０９に換算され、燃料電池電流制御手段１０５に入力される。
【００３５】
図５に燃料電池出力演算手段３０２の詳細図を示す。
【００３６】
温度差判定手段４０１，日付判定手段４０２，給湯時間判定手段４０３はそれぞれ、貯湯温度と外気温との温度差を基準値との大小，日付が予め定めた寒冷期か否か、時刻がリモコンで選択した給湯時間帯か否かを判定する。条件に該当する場合はそれぞれ蓄熱閾値を変更する。
【００３７】
ここで、外気温は外気温検出手段５５から、日付は制御装置２９に内蔵されたカレンダー機能から、給湯時間帯は操作リモコン５２からの情報に基づく。その後、蓄熱量超過タイマ４０４において、蓄熱量が蓄熱閾値を超えた蓄熱超過時間（発電運転停止時間）を所定の時間閾値（停止許容時間閾値）と比較し、時間閾値（停止許容時間閾値）を超えない場合は通常運転４０７とする。ここで、通常運転４０７とは、負荷電力値３０８に相当する燃料電池出力指令３０９を与える運転である。負荷電力に相当する出力とは、家庭で消費される負荷電力の変動に沿うように燃料電池出力を変更することで負荷電力と燃料電池出力の電力の誤差を抑える運転を意味し、例えば負荷電力値３０８に対し燃料電池出力指令３０９を直に対応させる負荷電力追従出力運転や、負荷電力値３０８の過去の記録に基づき現在の負荷電力値３０８を推定した推定値に燃料電池出力指令３０９を対応させるスケジュール運転がある。時間閾値（停止許容時間閾値）を超えた場合は蓄電池充電率判定手段４０５において蓄電池４４の充電量が十分に蓄えられていると判断された場合に、燃料電池の出力を所定の発熱抑制出力４０６とする。通常運転４０７と発熱抑制出力４０６のどちらかを燃料電池の出力を決定する運転出力４１１とする。
【００３８】
なお、停止許容時間閾値は、貯湯タンク５の蓄熱量が蓄熱閾値を超えて停止した燃料電池が直に運転再開するまでの経過時間を言う。停止許容時間閾値は約１時間程度で、燃料電池には余熱が残っており、運転再開によって直ちに通常の発電が行われる。停止許容時間閾値を超えて停止してしまうと、燃料電池が冷え切ってしまい運転を再開しても、通常の発電に立ち上がるまで、時間がかかる。発電運転の停止頻度を抑えることで、燃料電池の発電効率を上げることができるのである。
【００３９】
蓄電池４４を用いない場合は、蓄熱量超過時間が時間閾値を超えた場合に発熱抑制出力４０６とする。また、蓄電池充電率判定手段４０５で判定する充電率は例えば５０％から７０％とする。さらに、操作リモコン５２で選択する給湯時間帯は、１日、すなわち２４時間を２時間ないし３時間で等分した複数の時間帯の中から選択するものとする。
【００４０】
この給湯時間帯は、操作リモコン５２を用いなくとも設定できる。２時間ないし３時間で等分した時間割の区分への給湯時間帯の割り付けは、制御装置２９に設けた入力操作部（図示せず）で行う。また給湯時間帯をニ種類（第１／第２の給湯時間帯）設けることも可能である。第１の給湯時間帯は１日経過すると割り当て効力が失われ、第２の給湯時間帯は１日経過後も割り当て効力が失われずに継続する異なる機能を付加することで、更に使い勝手がよくなる。
【００４１】
図６に、通常運転４０７を負荷電力追従出力運転とした場合に燃料電池出力指令３０９を作成する負荷電力比較器４０９を示す。
【００４２】
図６中の太線で示すように、燃料電池１の定格電力出力を１００％とした場合に２０〜３０％程度の高さ間隔の離散的な値とし、負荷電力値３０８の増加時は図６中の斜線で示す傾き１の直線より下の範囲に収まる太線上を増加方向へ移動、また、負荷電力値３０９の減少時は傾き１の直線より上の範囲の太破線上を減少方向に移動する。
【００４３】
負荷電力比較器４０９の出力は出力指令器４１０において、運転出力４１１に合わせて燃料電池出力指令３０９に変換される。出力指令器４１０は、運転出力４１１が通常運転４０７の場合は負荷電力比較器４０９出力を、運転出力４１１が発熱抑制出力４０６の場合は所定の発熱抑制運転を行う。
【００４４】
また図９に、通常運転４０７をスケジュール運転とした場合に燃料電池出力指令３０９を作成する負荷電力推定器４１２を示す。負荷電力推定器４１２では、過去Ｎ日、例えば１週間の負荷電力３０８の２４時間の時間推移を記録し、過去Ｎ日における平均的な負荷電力スケジュールを得る。当日の負荷電力の時間推移は、この過去Ｎ日の平均的な負荷スケジュールにより特徴が推定されるため、この平均的な負荷電力スケジュールを負荷電力比較器４０９に入力することで、当日の所定時刻の負荷電力に必要な運転スケジュールを得ることが出来る。ここでは、負荷電力推定器４１２において過去の負荷電力３０８の平均を用いて当日の負荷電力３０８を推定したが、ファジィ推論，ニューラルネットワークなど用いた学習手法によって当日の負荷電力３０８を推定する機能を負荷電力推定器412に持たせても良い。負荷電力比較器４０９の出力が運転出力４１１に合わせて燃料電池出力指令３０９に変換されるのは、図６と同様である。
【００４５】
発熱抑制運転とは、通常運転４０７を主（基本）として所定の補正により燃料電池出力を低減し、発電に伴う排熱の発生を抑制する運転を意味する。
【００４６】
通常運転では、低出力（２５％未満）から高出力（７５％以上／１００％以下）まで増減する負荷電力の要求に応じて燃料電池は発電する。発熱抑制出力運転では、増減する負荷電力の要求に対して低出力（２５％未満）から中出力（７５％未満）までの範囲でしか発電されない。つまり、通常運転の出力よりも小さい発電に出力を抑える運転が行われる。
【００４７】
家庭の負荷電力は、所定の時間間隔ごとに例えば、１日，１週間，１年といった２４時間の倍数周期を持って変化している。そこでこれら周期ごとに蓄熱閾値超過時間を測定し、蓄熱閾値超過時間が所定の時間閾値を超えた場合は給湯が過剰と判断できるため、次周期では運転出力４１１を発熱抑制出力４０６とし、前周期よりも発熱を低減することでシステムの停止回数を減らしシステムの稼働率を向上することが出来る。
【００４８】
例えば、複数段の燃料電池出力指令のうちどれか一つ以上の段、例えば最大出力段を禁止し、禁止段よりも低い出力段で運転することにより、燃料電池の発熱を抑制出来る。または発熱抑制出力４０６として、通常運転４０７よりも１段低い段での運転を行っても良い。
【００４９】
図７は、負荷電力３０８の時間変化に対する燃料電池出力指令３０９の変化を示す。
【００５０】
図７では１日周期Ｔ１で蓄熱閾値を超えた蓄熱超過時間（発電運転停止時間）の計測を行った場合に、発電運転停止時間Ｔ３が停止許容時間閾値Ｔ４を超えたため、次周期Ｔ２では発熱抑制出力４０６を出力している。図７の（ａ）（ｂ）はそれぞれ、（ａ）最大出力を禁止した出力と、（ｂ）通常運転より１段低い出力の２通りの発熱抑制出力４０６を示している。
【００５１】
すなわち、１日目周期Ｔ１では、通常運転が行われたが、蓄熱閾値を超えた発電運転停止時間が停止許容時間閾値を超えたため、二日目周期Ｔ２では発熱抑制出力運転が行われる。つまり、前日の運転を調べて次に来る日の運転を選ぶようにしているが、その選定条件は蓄熱閾値を超えた発電運転停止時間が停止許容時間閾値よりも長いか短いかで決めるようにしているので、前日の運転を全体に亘って記憶しておくものに比べて制御が極めて簡単で、制御装置も簡単になるのである。
【００５２】
前日の運転で、蓄熱閾値を超える発電運転停止がなかったり、蓄熱閾値を超えて発電運転停止しても停止許容時間閾値よりも短かったりしたときには場合には翌日は通常運転が実行される。
【００５３】
また二日目周期Ｔ２のように発熱抑制出力運転が選定されたもとで、５０％以下の発電しか行われないときには、その次の運転は通常運転が選ばれる。
【００５４】
このように、発電運転は通常運転を基本とし、貯湯タンクの蓄熱量が蓄熱閾値を超えるような負荷電力が要求されたときは、翌日も同じ負荷電力になる可能性が高いので、発電を中程度の出力に抑える発熱抑制出力運転にすることにより、燃料電池の発電運転を止めずに運転できる。このため、燃料電池の運転効率が向上するのである。
【００５５】
なお、蓄熱閾値や停止許容時間閾値をもとに通常運転，発熱抑制出力運転が選択されるので、蓄熱閾値や停止許容時間閾値は出力運転択一手段として捉えることができる。この通常運転や発熱抑制出力運転は、負荷電力に相当する運転を基本とするも、発電した出力の程度に応じて次に来る出力運転が入れ替えられることで燃料電池の発電運転停止を極力抑え、燃料電池の運転効率の向上に努めることができる。ここで、負荷電力に相当する運転とは、負荷電力追従出力運転やスケジュール運転のように、家庭で消費される負荷電力の変動に沿うように燃料電池出力を変更することで負荷電力と燃料電池出力の電力の誤差を抑える運転を意味する。
【００５６】
さらに本システムにおいて、例えば蓄電池４４が最大蓄電量の５０％以上の蓄電電力量を蓄電している場合など、十分に蓄電池４４が放電出来る場合にのみ、発熱抑制出力406とすれば、燃料電池の出力を減らしても、家庭の受電電力量を増やすことなく発熱のみ抑制することが可能となる。
【００５７】
さらに、１年間のうち晩秋から初春までなどの寒冷期は家庭での熱負荷は増加する。このとき貯湯タンクの蓄熱閾値が低いと家庭の熱負荷に対し供給が不足する。そこで本システムでは外気温検出手段５５において外気温を検出し、タンクの貯湯温度と外気温との温度差が所定の温度差以上となった場合は家庭での熱負荷が増加すると判断し、貯湯タンクの蓄熱閾値を増やし蓄熱量を増加することで家庭の熱負荷への供給を増すことができる。
【００５８】
ここで、例えば、所定の温度差を６５℃以上とする。また、外気温を用いる代わりに、時刻や日付を記憶するカレンダー機能を備え、所定の日付や時刻、例えば１２月から２月までなどを寒冷期として判断し、蓄熱閾値を変化させても良い。
【００５９】
図８は操作リモコン５２の設定による時間帯別運転を示す。
【００６０】
時間帯別運転とは、給湯が必要になる給湯時間帯を予め利用者が操作ボタン５４を用いて入力しておく運転である。利用者が入力できる給湯時間帯には利用者が普段給湯を利用する時間帯と、入力時刻から２４時間以内の将来で利用者が予測した場合に選択する時間帯の２種類の給湯時間帯を設ける。
【００６１】
これまでの燃料電池システムでは、例えば、蓄熱閾値を蓄熱水位「高」とした場合に、蓄熱量「高」の状態が所定時間続いた場合には出力を低減していたが、給湯時間帯であれば給湯需要が大きく、蓄熱量が閾値を超えることに問題が無いため、一時的に蓄熱閾値を蓄熱水位「高高」に増加することで不要な燃料電池の出力低減を防ぐことができる。図８の時間帯Ａの付近では蓄熱水位が「高」の範囲にあるが、すでに給湯時間帯の範囲に入っており「高高」を蓄熱閾値としているため、燃料電池出力は変更することがない。
【００６２】
また、実施例では、貯湯タンクの蓄熱量検出手段を３点として示したが、点数を増やすことにより、細かい貯湯の管理が可能となる。
【００６３】
以上のように、本燃料電池システムは、負荷電力に相当する燃料電池の出力を基本とした上で、貯湯タンクの蓄熱量を検出し、得られた蓄熱情報に基づき燃料電池の出力を補正することで、熱負荷にも適応した高効率な運転を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係わる燃料電池システムの概要を示す図。
【図２】図１における、システム出力制御装置の詳細図。
【図３】図２における、蓄熱量判定手段の詳細図。
【図４】図２における、システム出力演算手段の詳細図。
【図５】図４における、燃料電池出力演算手段の詳細図（運転選択フロー図）。
【図６】図４における、燃料電池出力演算手段内部の詳細図。
【図７（ａ）】本発明の実施形態に係るもので、燃料電池出力の時間推移を示す図。
【図７（ｂ）】本発明の他の実施形態に係るもので、燃料電池出力の時間推移を示す図。
【図８】本発明の実施形態に係るもので、時間帯別運転を用いた燃料電池出力の時間推移を示す図。
【図９】図４における、燃料電池出力演算手段内部の詳細図。
【符号の説明】
【００６５】
１…燃料電池、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３…直流コンデンサ、４…ＤＣ／ＡＣインバータ、５…貯湯タンク、６…熱交換器、７…循環水経路、８…循環水タンク、９…取水手段、１０…追焚き装置、１１…家庭内熱負荷、１２…水温検出手段、１３…水処理装置、１４…燃料ガス製造手段、１５…燃料ガス、１６…燃料ガス弁、１７…燃料電池電圧検出手段、１８…燃料電池電流検出手段、１９…直流電圧検出手段、２０…リアクトル、
２１…コンデンサ、２２…連系電流検出手段、２３…交流電圧検出手段、２４…遮断投入手段、２５…家庭内電力負荷、２６…受電電流検出手段、２７…家庭内受電盤、２８…商用系統電源、２９…制御装置（システム出力制御装置）、４４…蓄電池、４５…双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ、４６…蓄電池電流検出手段、４７…蓄電池電圧検出手段、５２…操作リモコン、５３…信号線、５４…操作ボタン、５５…外気温検出手段、１０１…受電電力演算手段、１０２…位相・電圧検出手段、１０３…連系電流制御手段、１０４…システム出力演算手段、１０５…燃料電池電流制御手段、１１３…蓄電池電流制御手段、301…フィルタ、３０２…燃料電池出力演算手段、３０３…燃料ガス流量換算手段、３０４…遅延手段、３０５…燃料電池電流換算手段、３１２…蓄電池電流換算手段、３１３…蓄熱閾値、３１４…比較器、３１５…比較出力、３１７…切替スイッチ、４０１…温度差判定手段、４０２…日付判定手段、４０３…給湯時間判定手段、４０４…蓄熱量超過タイマ、４０５…蓄電池充電率判定手段、４０６…発熱抑制出力、４０７…通常運転、６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄ…蓄熱水位。
【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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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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