(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池で発生した直流電力を交流に変換するインバータを備え、該インバータ及び配電盤を介して前記燃料電池と商用電源とを連系させた燃料電池発電システムにおいて、
過去の電力使用量に基づいて前記燃料電池の当日の目標連続発電量を決定するとともに、当日における電力使用量が前記目標連続発電量を上回るときはその差分について前記商用電源側から電力を供給し、前記当日における電力使用量が前記発電量を下回るときは前記燃料電池の発電量を減少させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料電池の目標連続発電量は、過去の電力使用量の平均値に基づいて決定される請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記燃料電池の目標連続発電量は、一日のうちの複数の時間帯別に決定される請求項１または２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記一日のうちの複数の時間帯は、食事の前後、夜間及び昼間である請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、家庭で用いられる燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビルや住宅の電力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、周知のように、たとえば酸素と水素とを化学反応させることで生じる起電力を利用するものであり、化学エネルギーが直接的に電気エネルギーに変換されるので優れた変換効率が得られる。
【０００３】
この燃料電池は、起動及び停止が繰り返されるような運転状態や、大幅な発電量の増減が繰り返されるような運転状態が継続されると、その寿命が短くなるという性質を有している。そのため、この燃料電池の寿命を延ばすために、できるだけ発電量の増減幅が少ない状態で連続運転させることが望ましいとされている。
【０００４】
特開平５−１２１０８１公報には、燃料電池の発電した電力を充電可能な二次電池（バッテリー）を備えるとともに、前記燃料電池を定負荷で連続運転するようにしたシステムが開示されている。このシステムでは、前記燃料電池と、該燃料電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータとが、前述のバッテリーを介して接続されるようになっている。そして、前記インバータからの交流電力が、変圧器などを介して負荷側に供給されるようになっている。前記燃料電池は定負荷で連続運転されるようになっており、夜間等の低負荷時には余剰電力により前記バッテリーが充電されるようになっている。一方、ピーク負荷時等において前記燃料電池からの電力供給のみでは不足が生じた場合には、その不足分が前記バッテリーによって補われるようになっている。これにより、前記負荷側への安定した電力供給と、前記燃料電池の寿命の延長が実現可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の構成において備えられたバッテリーは高価なものであり、システムのコストアップの要因となる。また、該バッテリーのみならず該バッテリーの充放電を制御する装置などを設ける必要も生じるため、システムが複雑化するとともに、さらにシステムのコストアップが大幅なものになる。
【０００６】
本発明の目的は、構造が簡単かつ安価で、燃料電池の寿命を延長可能な燃料電池発電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】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池で発生した直流電力を交流に変換するインバータを備え、該インバータ及び配電盤を介して前記燃料電池と商用電源とを連系させた燃料電池発電システムにおいて、過去の電力使用量に基づいて前記燃料電池の当日の目標連続発電量を決定するとともに、当日における電力使用量が前記目標連続発電量を上回るときはその差分について前記商用電源側から電力を供給し、前記当日における電力使用量が前記発電量を下回るときは前記燃料電池の発電量を減少させることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、過去の電力使用量に基づいて決定された燃料電池の当日の目標連続発電量を基準として、前記電力使用量がこれを上回るときのみ、発電量の不足分を商用電源側からの電力で補う。これにより、商用電源側から電力を常時供給する構成に比較して、該商用電源側からの電力供給量を減らすことが可能になる。また、前記電力使用量が前記目標連続発電量を下回るときのみ、前記燃料電池は前記目標連続発電量よりも低い発電量になるように動作する。これにより、前記燃料電池の発電量の増減幅を小さくすることが可能になるとともに、発電量の増減回数を減らすことが可能になる。したがって、前記燃料電池の寿命を延ばすことが可能になる。このシステムでは、二次電池（バッテリー）を用いることなく、実際の電力使用量に対応可能になっているため、前記システムの構造を簡単かつ安価なものとすることができる。なお、本発明における目標連続発電量は、前記燃料電池の連続運転における発電量の目標値を示している。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記燃料電池の目標連続発電量は、過去の電力使用量の平均値に基づいて決定されることを要旨とする。
【００１０】
この発明によれば、目標連続発電量が、より実際の電力使用量に即したものとなる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記燃料電池の目標連続発電量は、一日のうちの複数の時間帯別に決定されることを要旨とする。
【００１１】
この発明によれば、燃料電池の当日の目標連続発電量が、１日の中で変化する電力使用量に対して、より沿ったものとなる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記一日のうちの複数の時間帯は、食事の前後、夜間及び昼間であることを要旨とする。
【００１２】
食事の前後と夜間と昼間とは、互いに電力使用量に大きく差が出易い時間帯であるため、この発明によれば、それぞれの時間帯について目標連続発電量を決定することで、該目標連続発電量がより実際の電力使用量に即したものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１に従って説明する。
図１に示すように、燃料電池発電システムは、燃料電池１１、改質器１２及びインバータ１３を備えている。燃料電池１１は例えば固体高分子形の燃料電池からなり、改質器１２で原燃料から改質された改質ガスと、空気とが供給され、改質ガス中の水素を空気中の酸素と反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する。原燃料としては例えば都市ガスやＬＰガス等が使用される。
【００１４】
インバータ１３は入力側が燃料電池１１の出力側に接続され、出力側が配電盤１４を介して負荷１５に接続されている。インバータ１３は、燃料電池１１からの直流電力を交流電力に変換する。その交流電力は、配電盤１４を介して負荷１５側に供給されるようになっている。
【００１５】
配電盤１４は、電力計１６を介して商用電源（系統電源）１７とも接続されている。配電盤１４は、原則的にはインバータ１３からの交流電力を負荷１５側に供給し、この供給電力が負荷１５の要求電力に足りないときには商用電源１７から電力を補うように構成されている。
【００１６】
この燃料電池発電システムには、燃料電池１１側の発電量をコントロール可能な制御装置１８が設けられている。制御装置１８からは、燃料電池１１側の発電量をコントロールするための制御信号が、改質器１２に対して出力されるようになっている。この制御信号により、改質器１２から燃料電池１１に供給される前記改質ガスの量がコントロールされ、燃料電池１１の発電量が増減されるようになっている。
【００１７】
また、制御装置１８には、インバータ１３及び電力計１６から、電力量に関する計測信号が常時入力されるようになっている。インバータ１３からの計測信号は、インバータ１３から負荷１５側に出力された電力量を示すものである。また、電力計１６からの計測信号は、商用電源１７側から負荷１５側に供給された電力量を示すものである。
【００１８】
インバータ１３及び電力計１６からの前記計測信号は、制御装置１８に内蔵された図示しない二つのカウンタによってそれぞれカウントされるようになっている。これらのカウント値（電力量積算値）は、定期的（例えば、１時間毎）に、制御装置１８に内蔵された図示しないメモリーに記憶されるようになっている。該メモリーに記憶されたカウント値により、制御装置１８は、燃料電池１１側及び商用電源１７側から負荷１５側に供給された総電力量（電力使用量）を把握することができるようになっている。制御装置１８は、この把握された負荷１５側の過去の電力使用量に基づいて、燃料電池１１の当日の目標連続発電量を決定するようになっている。ここで言う目標連続発電量は、燃料電池１１の連続運転における発電量の目標値を示している。
【００１９】
制御装置１８は、例えば、過去１ケ月における各日の１日分の電力使用量を、曜日別に集計し、各曜日についての１日当たりの平均電力使用量を算出するようになっている。そして、制御装置１８は、当日と同じ曜日の前記平均電力使用量に基づいて当日の目標連続発電量を決定し、燃料電池１１の発電量がこの目標連続発電量に沿うように、改質器１２に対して制御信号を出力するようになっている。なお、前記目標連続発電量は、終日一定の値を示すものとする。
【００２０】
燃料電池１１は、前記目標連続発電量をその発電量の上限値として運転されるようになっている。当日における負荷１５側の電力使用量が前記目標連続発電量を上回る（燃料電池１１の発電量のみでは負荷１５側の必要電力量に対して電力が不足する）ときは、その差分（不足分）について商用電源１７側から電力が供給されるようになっている。また、当日における負荷１５側の電力使用量が前記目標連続発電量を下回るときは、制御装置１８は、燃料電池１１の発電量がその差分（余剰分）だけ減少するように改質器１２に対してその旨の制御信号を出力するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）  負荷１５側の電力使用量が目標連続発電量を下回るときのみ、燃料電池１１が前記目標連続発電量よりも低い発電量になるように動作するようにした。これにより、燃料電池１１の発電量の増減幅を小さくすることが可能になるとともに、発電量の増減回数を減らすことが可能になる。したがって、燃料電池１１の寿命を延ばすことが可能になる。
【００２２】
（２）  負荷１５側の電力使用量が目標連続発電量を上回るときはその差分について商用電源１７側から電力を供給し、下回るときは燃料電池１１の発電量を減少させることで負荷１５側に電力を安定供給するようにした。つまり、このシステムでは、二次電池（バッテリー）を用いることなく、負荷１５側の変化する電力使用量に対応可能とした。したがって、特開平５−１２１０８１公報に開示されているような、二次電池を用いて負荷側に電力を安定供給する構成に比較して、構造を簡単かつ安価なものとすることができる。
【００２３】
（３）  負荷１５側の電力使用量が燃料電池１１の目標連続発電量を上回るときのみ、発電量の不足分を商用電源１７側からの電力で補うようにした。これにより、商用電源１７側から電力を常時供給した場合に比較して、該商用電源１７側からの電力供給量を減らすことが可能になる。
【００２４】
（４）  燃料電池１１の当日の目標連続発電量を、負荷１５側の過去の電力使用量の平均値に基づいて決定するようにした。これにより、前記目標連続発電量が、より実際の電力使用量に即したものとなる。
【００２５】
（５）  燃料電池１１の当日の目標連続発電量を、負荷１５側の過去の曜日別の電力使用量の平均値に基づいて曜日別に決定するようにした。これにより、前記目標連続発電量が、曜日別の生活習慣（電力消費習慣）を考慮した、より実際の電力使用量に即したものとなる。
【００２６】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
○  燃料電池１１の当日の目標連続発電量は、終日一定値となるように決定されるものでなく、１日のうちの複数の時間帯別に決定されるものであってもよい。例えば、１日を、食事の前後、夜間及び昼間に分けて、これらの時間帯別に前記目標連続発電量を決定するようにしてもよい。このようにすれば、燃料電池１１の当日の目標連続発電量を、１日の中で変化する負荷１５側の電力使用量に対して、より沿ったものとすることができる。また、食事の前後と夜間と昼間とは、互いに前記電力使用量に大きく差が出易い時間帯であるため、それぞれの時間帯について前記目標連続発電量を決定することで、該目標連続発電量がより実際の前記電力使用量に即したものとなる。なお、時間帯の分け方は、上記の分け方に限定されない。
【００２７】
○  前記実施形態では、燃料電池１１の当日の目標連続発電量を、負荷１５側の過去１ケ月における電力使用量に基づいて決定するようにしたが、１ケ月に限定されない。例えば、数日であってもよく、数週間または数ケ月であってもよい。
【００２８】
○  前記実施形態では、インバータ１３及び電力計１６からの計測信号が制御装置１８に常時入力されるようになっているが、常時ではなく、所定時間毎に入力されるようになっていてもよい。
【００２９】
○  前記実施形態では、インバータ１３及び電力計１６からの計測信号のカウンタによるカウント値が１時間毎にメモリーに記憶されるようになっているが、１時間毎でなくてもよい。例えば、秒単位であってもよく、分単位であってもよい。また、１日毎であってもよい。
【００３０】
○  前記実施形態では、燃料電池１１の当日の目標連続発電量を、負荷１５側の過去の曜日別の電力使用量に基づいて曜日別に決定するようにしたが、曜日別でなくてもよい。例えば、全く曜日を考慮しないで決定してもよい。また、平日と休日とに分けて決定するようにしてもよい。
【００３１】
○  前記実施形態で述べたような、制御装置１８にインバータ１３及び電力計１６から計測信号が入力される構成に代えて、図２に示すような構成にしてもよい。図２の構成では、制御装置１８には、インバータ１３からも電力計１６からも計測信号が入力されないようになっている。制御装置１８には、その代わりに、配電盤１４と負荷１５との間に設けられた電力計１９から、配電盤１４から負荷１５側に出力された電力量に関する計測信号が入力されるようになっている。なお、この場合、該計測信号をカウントするカウンタは、一つのみ制御装置１８に内蔵されていればよい。この構成によっても、制御装置１８は、燃料電池１１側及び商用電源１７側から負荷１５側に供給された総電力量（電力使用量）を把握することができる。
【００３２】
○  目標連続発電量は、過去の電力使用量の平均値に基づかなくても、例えば、過去の電力使用量のうち、特異な量を除いた電力使用量の平均値に基づいて決定されてもよい。
【００３３】
次に、前記実施形態から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、その効果とともに以下に記載する。
（１）  前記燃料電池の目標連続発電量は、過去の曜日別の電力使用量に基づいて曜日別に決定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。これにより、前記目標連続発電量が、曜日別の生活習慣（電力消費習慣）を考慮した、より実際の電力使用量に即したものとなる。
【００３４】
（２）  前記燃料電池の目標連続発電量は、平日と休日とに分けた過去の電力使用量に基づいて平日及び休日別に決定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。これにより、前記目標連続発電量が、平日と休日との生活習慣（電力消費習慣）を考慮した、より実際の電力使用量に即したものとなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜４に記載の発明によれば、燃料電池発電システムにおいて、構造が簡単かつ安価で、燃料電池の寿命を延長可能なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の燃料電池発電システムの概略構成図。
【図２】別例の燃料電池発電システムの概略構成図。
【符号の説明】
１１…燃料電池、１３…インバータ、１４…配電盤、１７…商用電源。
【図１】
0004120142.tif 000002
【図２】
0004120142.tif 000003