(57)【要約】【課題】  温水にするまでの経過を考慮し、電気の使用量に比例した温水の分配を行うことで、各住戸の温水使用料金の公平化を実現する。【解決手段】  システム制御装置９に課金演算を実施する演算部９ａを設け、複数の住戸（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に燃料電池ユニット２による発電電力及び貯湯タンク４の温水を供給する際に、貯湯タンク４の温水使用量に対する課金を、電力消費量に比例した温水使用可能量を各住戸に対して確保し、この使用可能量を越えて使用した住戸に対してはその越えた温水使用量に対して請求が発生するよう課金演算し、確保した使用可能量を下回る住戸に対しては温水未使用量に対して返金が発生するよう課金演算した。【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、燃料電池の発熱を利用して加熱した温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、複数の住戸に燃料電池による発電電力及び前記貯湯タンクの温水を供給する燃料電池発電システムであって、
各住戸の電力消費量を検出する電力量検出手段と、各住戸の温水使用量を検出する温水使用量検出手段と、温水生成のための湯沸かし手段と、前記燃料電池の発電に伴い生成される温水量を記憶すると共に前記湯沸かし手段により生成される温水量を記憶する記憶手段と、個々の住戸の給湯に対する課金を演算する課金演算手段とを有し、
前記課金演算手段は、前記電力量検出手段の検出値を基に各住戸に対して電力消費量に比例した温水使用可能量を演算し、温水の給湯が前記温水使用可能量を越えた住戸に対してはその越えた使用量に対して請求が発生するよう課金演算し、温水の給湯が前記温水使用可能量を下回る住戸に対しては未使用量に対して返金が発生するよう課金演算することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
課金演算手段は、発電に付随して生成された温水の給湯に対する課金と、別途湯沸かし手段により生成された温水の給湯に対する課金とを区別し、湯沸かし手段により生成された温水の生成コストを演算して湯沸かし課金単価を設定し、
各住戸に対して温水使用可能量からの増減分に対して前記湯沸かし課金単価を基に課金演算を実施する請求項１記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池により発電した電力により複数の住戸の需要電力を賄うと共に、発電に伴う発熱で加熱生成した温水を供給する燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムを一般住宅に対して設置する場合、電気と合わせて発電に伴う発熱を利用して温水を供給することでエネルギー供給効率を上げ、高い発電効率を維持するシステムが考えられている。しかし、気候、季節、家族構成、生活様式等で電気の使用量と温水の使用量は常にバランスされているわけではなく、温水が余剰となったり、給湯する為の加熱が行われる場合が発生し、高効率を維持するのは難しいものとなっている。
その点、集合住宅では各住戸で家族構成、生活様式等が異なることから、個別住宅への設置に比べて電気の使用量と温水の使用量を平準化させることが可能となり、高効率の運転が期待されている。
【０００３】
このような燃料電池発電システムに特許文献１に記載されたシステムがある。これは、集合住宅の各フロアに燃料電池発電システムを設置し、各フロアのシステムを互いに補完する運転制御を行うシステムとなっている。各フロアのシステムは、電力及び熱を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電して対応するフロアにある各住戸内の電力負荷に供給する給電手段と、熱電併給装置から発生する熱を回収して給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから各住戸に給湯する給湯回路と、貯湯タンクの貯湯状況を検出する給電状況検出手段等を備え、各フロアの燃料電池発電システム（熱電併給装置）を住戸内の電力負荷状況、給湯状況に合わせて制御し、稼働効率を高めている。
【０００４】
そして、給湯に関する課金は、各住戸での給湯使用が熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か、運転停止かの何れの状況下における貯湯タンクからの給湯によるものなのかを区別する種別信号を各住戸の給湯計に出力し、それらの信号によって区分けされた給湯使用量に状況別に異なる課金単価を掛け合わせ給湯使用料金としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５６８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の場合、給湯は貯湯タンクに貯まっている温水を使用するので、給湯時の熱電併給運転状況と実際の温水使用状況は関連性がなく、上記従来の課金形態では電力使用量と給湯料金のバランスが不自然となり給湯料金の公平化という点で問題があった。
また、温水は基本的に燃料電池の発熱により生成されるため、燃料電池の発電量と生成される温水量とは比例関係にある。そのため、電力使用量が多ければ温水生成コストは低下する、即ち給湯コストは低下するはずであり、この点を加味して課金する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、温水にするまでの経過を考慮し、電気の使用量に比例した温水の分配を行うことで、各住戸の温水使用料金の公平化が可能な燃料電池発電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】
【０００８】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、燃料電池と、燃料電池の発熱を利用して加熱した温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、複数の住戸に燃料電池による発電電力及び前記貯湯タンクの温水を供給する燃料電池発電システムであって、各住戸の電力消費量を検出する電力量検出手段と、各住戸の温水使用量を検出する温水使用量検出手段と、温水生成のための湯沸かし手段と、前記燃料電池の発電に伴い生成される温水量を記憶すると共に前記湯沸かし手段により生成される温水量を記憶する記憶手段と、個々の住戸の給湯に対する課金を演算する課金演算手段とを有し、前記課金演算手段は、前記電力量検出手段の検出値を基に各住戸に対して電力消費量に比例した温水使用可能量を演算し、温水の給湯が前記温水使用可能量を越えた住戸に対してはその越えた使用量に対して請求が発生するよう課金演算し、温水の給湯が前記温水使用可能量を下回る住戸に対しては未使用量に対して返金が発生するよう課金演算することを特徴とする。
この発明により、電気の使用量に比例するよう温水の分配を行うため、発電に伴う副産物である温水を公平に分配することができる。また、個々の住戸に元々設置されている湯量計と積算電力計を利用することで課金演算が可能であり、従来の燃料電池発電システムに対して僅かな追加機器で実施できる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、課金演算手段は、発電に付随して生成された温水の給湯に対する課金と、別途湯沸かし手段により生成された温水の給湯に対する課金とを区別し、湯沸かし手段により生成された温水の生成コストを演算して湯沸かし課金単価を設定し、各住戸に対して温水使用可能量からの増減分に対して前記湯沸かし課金単価を基に課金演算を実施することを特徴とする。
この発明により、給湯している温水が、発電に付随して得た温水か、そうでない温水か区別されて課金計算されるので、精度が高く且つ公平な課金ができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気の使用量に比例するよう温水の分配を行うため、発電に伴う副産物である温水を公平に分配することができる。また、個々の住戸に元々設置されている湯量計と積算電力計を利用することで課金演算が可能であり、従来の燃料電池発電システムに対して僅かな追加機器で実施できる。
また、貯湯タンクに貯湯している温水が、発電に付随して得た温水か、そうでない温水か区別されて課金されるので、精度が高く且つ公平な課金ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池発電システムの一例を示す構成図であり、４戸の住戸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる４世帯集合住宅１に電力及び温水を供給するシステムとなっている。図１において、２は燃料電池ユニット、３は発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ、４は燃料電池ユニット２の発電に伴い発生する熱で生成された温水を貯湯する貯湯タンク、５は各住戸毎に設けられている電気負荷６に燃料電池ユニット２の発電電力を供給する電力線網、７は化石燃料から水素リッチガスを生成する改質器、８は化石燃料である例えば灯油を貯蔵する灯油タンク、９は燃料電池ユニット２を制御すると共に課金演算を実施するシステム制御装置、１０は個々の住戸の使用電力を計測する積算電力計、１１は個々の住戸の熱負荷１２に供給する給湯量を計測する湯量計である。
【００１２】
尚、電力線網５は、引込盤１４を介して商用電力系統１５に接続され、インバータ３は商用電力系統１５に連系運転されている。また、貯湯タンク４には加熱装置（湯沸かし手段）４ａが設けられ、単独で温水を生成可能に構成されているし、各住戸の熱負荷（浴槽、洗面等）１２は貯湯タンク４にパイプ１６で繋がっており、温水を自由に貯湯タンク４から供給可能となっている。
また、システム制御装置９において、９ａは個々の住戸の給湯に対する課金を演算すると共に、電力料金を演算する演算部（課金演算手段）、９ｂは燃料電池ユニット２の発電に伴う温水量、加熱装置４ａにより生成された温水量、各住戸の給湯量、消費電力量を記憶する記憶部（記憶手段）を示している。
【００１３】
燃料電池ユニット２は、並列接続された高分子電解質型の４つの発電モジュール２ａ〜２ｄ、この発電モジュール２ａ〜２ｄや改質器７で発生する排熱を利用して加熱した温水を回収するための熱交換器（図示せず）を備えている。また、個々の発電モジュール２ａ〜２ｄは個々に独立に運転され、システム制御装置９の制御により、売電が発生しないよう各発電モジュール２ａ〜２ｄは起動・停止を繰り返しながら、総需要電力量に見合う電力を発電している。
また、発電モジュール２ａ〜２ｄを冷却する冷却水（水道水）は、各発電モジュール２ａ〜２ｄで熱を回収すると共に熱交換器等で熱を回収して温水が生成され、貯湯タンク４に貯湯される。
【００１４】
この燃料電池発電システムの発電は、集合住宅１内での使用電力量を燃料電池ユニット２の発電で賄うようシステム制御装置９により制御され、発電量が使用量より多くなった場合は発電量を下げて売電しないよう制御される。また、需要電力に対して発電電力が足りない場合は、商用電力系統１５から買電が成されるよう構成されている。
【００１５】
このように構成された、燃料電池発電システムは次のように給湯に対して課金データを収集し、課金演算が成される。貯湯タンク４が貯湯状態にある場合に、例えば住戸Ａから給湯要求があったら、システム制御装置９の演算部９ａは、住戸Ａの温水使用量検出手段である湯量計１１から給湯前の湯量数値を読み取ってシステム制御装置９の記憶部９ｂに記憶する。そして給湯が終了した時点で、演算部９ａは、再度住戸Ａの湯量計１１の湯量数値を読み取り、この時の給湯量を計算して記憶部９ｂに記憶する。
【００１６】
一方、貯湯タンク４に温水が無い場合に、例えば住戸Ａから給湯要求があったら、上記と同様に演算部９ａは、住戸Ａの湯量計１１から給湯前の湯量数値を読み取って記憶部９ｂに記憶し、給湯が終了した時点で、再度湯量計１１の数値を読んで給湯量を計算する。貯湯タンク４に温水が無い場合は、貯湯タンクに設けられている加熱装置を用いて加熱した温水が貯湯されるため、計算された給湯量に別途湯沸かししたことを示す「湯沸かし情報」を付加して発電に伴う貯湯とは区別して記憶部９ｂに記憶する。
また、給湯の途中で貯湯タンク４に温水が無くなった場合も、貯湯タンク４の貯湯水の使用量と新たに加熱した加熱生成された温水の使用量とを分けて給湯した数値を別に記憶する。こうして温水の課金データは収集される。
【００１７】
ここで、燃料電池ユニット２の発電に伴い生成される温水は、別途湯沸かしのための燃料を必要としない温水であるため、その総量を「温水使用可能量」とし、最低料金の課金対象とする。この温水使用可能量は、集合住宅１の総使用湯量から各住戸の湯沸かし情報の付いた湯量の合計を差し引くことで得られ、各住戸の使用電力は基本的に燃料電池ユニット２の発電で賄われるので、全住戸の温水使用可能量ＷＯ１は、
ＷＯ１＝総使用温水量−湯沸かし情報の付いた温水量
で得られる。
そして、各住戸の温水の使用可能量ＷＯ２は、電力量検出手段である積算電力計１０から得た電力情報を基に、
ＷＯ２＝ＷＯ１×その住戸の使用電力量／全住戸の使用電力量
で演算される。
【００１８】
また、温水の課金単価（Ｐ１）は次のように定める。
Ｐ１＝（湯沸かしのために使用した化石燃料費）／（湯沸かし情報の付いている温水の合計）
一方、発電により生成された温水に対する課金は、基本的に水道料金のみの請求となり、次のように算出される。各住戸の湯量計の総合計（１ヶ月分）が水使用料金の算定対象単位となり、この合計した量に例えば水道料金単価を掛けた金額が全水使用料金（Ｔ１）となる。
そして、この金額から個々の住戸の温水使用量に応じて分配された費用（Ｔ２）が個々の住戸に請求され、
Ｔ２＝Ｔ１×（その住戸の温水使用量／全住戸の温水使用量）
が個々に請求される。
【００１９】
以上から、個々の住戸への給湯に対する請求金額Ｗ１は、
Ｗ１＝（その住戸の温水使用量−ＷＯ２）×Ｐ１＋Ｔ２
となる。この計算を例えば１ヶ月毎に実施して、請求される。
この計算式から、夫々の住戸の温水使用可能量より実際に使用した量が少なければ、その住戸に対しては温水使用可能量と使用量の差分の金額が返還され、逆に温水使用可能量より実際に使用した温水が多い住戸に対しては、差分の金額が徴収されることになる。例えば、全体の温水使用量が発電に伴い生成された温水量より多くなっても、
例えば住戸Ａの需要電力から割り出した温水使用可能量と同量の温水が使用されたならば、住戸Ａへの請求金額（温水使用料金）は、水道料金程度となるし、温水使用可能量より実際の使用湯量が少なければ、その差量に見合う料金が返金される。
【００２０】
このように、電気の使用量に比例するよう温水の分配を行うため、発電に伴う副産物である温水を公平に分配することができる。また、個々の住戸に元々設置されている湯量計と積算電力計を利用することで課金演算が可能であり、従来の燃料電池発電システムに対して僅かな追加機器で実施できる。
そして、給湯している温水が、発電に付随して得た温水か、そうでない温水か区別して課金されるので、精度が高く且つ公平な課金ができる。
【００２１】
尚、使用電力料金は別途請求され、次のように計算して請求すればよい。発電による電気料金は、発電に要した化石燃料の価格をＴ３、燃料電池ユニット２を稼働させるのに要した電気料金をＴ４、買電により発生した電気料金をＴ５とすると、電力料金の課金単価Ｐ２は、
Ｐ２＝（Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５）／（集合住宅全体の使用電力量）
となり、個々の住戸への請求電力料金Ｗ２は次のようになる。
Ｗ２＝Ｐ２×その住戸の消費電力量
この金額が住戸毎に計算されて電力料金として請求される。
また、上記実施形態は、４戸の住戸から成る集合住宅について説明したが、更に多い住戸から成る集合住宅に適用すれば、更に電力の需要や温水の使用量を平準化することが可能となるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１・・集合住宅、２・・燃料電池ユニット、４・・貯湯タンク、４ａ・・加熱装置（湯沸かし手段）、９・・システム制御装置、９ａ・・演算部（課金演算手段）、９ｂ・・記憶部（記憶手段）、１０・・積算電力計（電力量検出手段）、１１・・湯量計（温水使用量検出手段）。
【図１】
2007141525.tif 000003