(57)【要約】  【課題】商用電源が停電時も運転計画に従った単独運転を継続し、また停止条件が近づけば補機駆動に必要な発電量に変更する燃料電池システムおよびそのプログラムを提供する。  【解決手段】インバータ１１４へ供給すべき直流電力を余剰電力ヒータ１１１で消費させることで、運転計画に従った単独運転が可能となる。またその時、貯湯タンク１０１に配されている残湯量検出手段１０３ａ〜１０３ｅより温度データを入力し、燃料電池の停止条件が近づけば補機駆動に必要な発電量に変更する。【選択図】図１
2009151978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置とを有し、前記燃料電池は、発電した直流電力を商用電源と同位相の交流電力に変換して負荷へ電力を供給するインバータと、前記インバータと商用電源との接続、遮断を行う遮断器と、前記インバータ、遮断器を含む、発電動作に要する補機を制御する制御部とを備え、前記制御部が商用電源の停電を検出すると、前記遮断器により前記インバータと商用電源とを遮断し、前記補機への電力供給を行いシステムの単独運転を継続させるとともに、前記燃料電池が発電した交流または直流電力を消費して熱に変換し、その熱を湯として前記排熱回収装置へ供給する余剰電力ヒータを有し、前記制御部は前記燃料電池の運転計画を算出する運転計画算出手段を備え、前記制御部が商用電源の停電を検出した際、負荷または前記インバータへ供給すべき交流電力を前記余剰電力ヒータで消費させ、前記運転計画算出手段が算出した燃料電池の運転計画に従った発電を維持する燃料電池システム。
【請求項２】
燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置とを有し、前記燃料電池は、発電した直流電力を商用電源と同位相の交流電力に変換して負荷へ電力を供給するインバータと、前記インバータと商用電源との接続、遮断を行う遮断器と、前記インバータ、遮断器を含む、発電動作に要する補機を制御する制御部とを備え、前記制御部が商用電源の停電を検出すると、前記制御部は前記インバータからの出力を停止させ、前記遮断器により前記インバータと商用電源とを遮断し、前記補機への電力供給を行いシステムの単独運転を継続させるとともに、前記燃料電池が発電した交流または直流電力を消費して熱に変換し、その熱を湯として前記排熱回収装置へ供給する余剰電力ヒータを有し、前記制御部は前記燃料電池の運転計画を算出する運転計画算出手段を備え、前記制御部が商用電源の停電を検出した際、前記制御部は前記インバータからの出力を停止させるため、負荷または前記インバータへ供給すべき直流電力を前記余剰電力ヒータで消費させることで、前記運転計画算出手段部が算出した燃料電池の運転計画に従った発電を維持する燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池は前記余剰電力ヒータから供給される湯の温度を検出するヒータ温度検出手段を有し、前記制御部は前記ヒータ温度検出手段から読み込んだ湯温と、前記燃料電池の前記運転計画で有する排熱の目標温度との比較を行うヒータ温度比較手段と、前記余剰電力ヒータに供給する電力の供給量の変更を実行する余剰電力ヒータ制御手段とを備え、前記制御部は前記ヒータ温度検出手段から読み込んだ湯温が前記目標温度と異なる場合、前記余剰電力ヒータに供給する電力の供給量を前記目標温度に到達するために必要な供給量に変更するように前記余剰電力ヒータ制御手段を制御する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、燃料電池の運転を停止させる条件が近づけば、前記余剰電力ヒータへの電力の供給を停止し、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、商用電源の復電を検出した時、前記余剰電力ヒータへの電力の供給を停止させ、前記運転計画に従った発電を維持した状態でシステムの運転が継続する請求項１、２および４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続し、単独運転状態で燃料電池が停止の条件に近づけば発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更することを特徴とした燃料電池システム、及びそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムは、商用電源の停電が検出された時には、補機駆動に必要な電力を燃料電池で発電することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は従来の燃料電池システムの構成図を示すものである。図５に示すように、停電検出器４５９により商用電源４１０の停電が検出された時には、インバータ４５４からの出力を停止すると共に、遮断器４５５により商用電源４１０側と遮断し、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ４５６によるシステムの運転に用いる補機への電力の供給を安定して行うことができる。また、改質器４３０への都市ガスの供給量を補機駆動に必要な電力を燃料電池４４０で発電するのに必要な供給量に変更する。
【特許文献１】特開２００３−１９７２３１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、前記従来の構成では、商用電源の停電を検出すれば即座に補機駆動にのみ必要な都市ガスの供給量に変更しているため、燃料電池の運転により省エネ効果を発揮するために、制御部が算出した運転計画に従った運転が維持されず、使用者が現在必要な発電電力量と貯湯タンクに蓄積する湯の確保について十分考慮されていないという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、商用電源が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続し、単独運転状態で燃料電池が停止の条件に近づけば発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更する燃料電池システム、及びそのプログラ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】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置とを有し、前記燃料電池は、発電した直流電力を商用電源と同位相の交流電力に変換して負荷へ電力を供給するインバータと、前記インバータと商用電源との接続、遮断を行う遮断器と、前記インバータ、遮断器を含む、発電動作に要する補機を制御する制御部を備え、前記制御部が商用電源の停電を検出すると、前記遮断器により前記インバータと商用電源とを遮断し、前記補機への電力供給を行いシステムの単独運転を継続させるとともに、前記燃料電池が発電した交流または直流電力を消費して熱に変換し、その熱を湯として前記排熱回収装置へ供給する余剰電力ヒータを有し、前記制御部は前記燃料電池の運転計画を算出する運転計画算出手段を備え、前記制御部が商用電源の停電を検出した際、負荷または前記インバータへ供給すべき交流電力を前記余剰電力ヒータで消費させ、前記運転計画算出手段が算出した燃料電池の運転計画に従った発電を維持する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池システムおよびそのプログラムは、商用電源が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続することができ、使用者が現在必要な発電電力量と貯湯タンクに蓄積する湯の確保ができ、省エネ効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明は、燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置とを有し、燃料電池は、発電した直流電力を商用電源と同位相の交流電力に変換して負荷へ電力を供給するインバータと、インバータと商用電源との接続、遮断を行う遮断器と、インバータ、遮断器を含む、発電動作に要する補機を制御する制御部を備え、制御部が商用電源の停電を検出すると、遮断器によりインバータと商用電源とを遮断し、補機への電力供給を行いシステムの単独運転を継続させるとともに、燃料電池が発電した交流または直流電力を消費して熱に変換し、その熱を湯として排熱回収装置へ供給する余剰電力ヒータを有し、制御部は燃料電池の運転計画を算出する運転計画算出手段を備え、制御部が商用電源の停電を検出した際、負荷またはインバータへ供給すべき交流電力を余剰電力ヒータで消費させ、運転計画算出手段が算出した燃料電池の運転計画に従った発電を維持する燃料電池システムであり、商用電源が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続することができ、使用者が現在必要な発電電力量と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を蓄積することができ、省エネ効果を発揮することができる。
【０００９】
また、第２の発明は、燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池からの排熱を回収し、貯湯タンクに蓄積した湯を給湯する排熱回収装置とを有し、燃料電池は、発電した直流電力を商用電源と同位相の交流電力に変換して負荷へ電力を供給するインバータと、インバータと商用電源との接続、遮断を行う遮断器と、インバータ、遮断器を含む、発電動作に要する補機を制御する制御部とを備え、制御部が商用電源の停電を検出すると、制御部はインバータからの出力を停止させ、遮断器によりインバータと商用電源とを遮断し、補機への電力供給を行いシステムの単独運転を継続させるとともに、燃料電池が発電した交流または直流電力を消費して熱に変換し、その熱を湯として排熱回収装置へ供給する余剰電力ヒータを有し、制御部は燃料電池の運転計画を算出する運転計画算出手段を備え、制御部が商用電源の停電を検出した際、制御部はインバータからの出力を停止させるため、負荷またはインバータへ供給すべき直流電力を余剰電力ヒータで消費させることで、運転計画算出手段部が算出した燃料電池の運転計画に従った発電を維持する燃料電池システムであり、商用電源が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続することができ、使用者が現在必要な発電電力量と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を蓄積することができ、省エネ効果を発揮することができる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池は余剰電力ヒータから供給される湯の温度を検出するヒータ温度検出手段を有し、制御部はヒータ温度検出手段から読み込んだ湯温と、燃料電池の運転計画で有する排熱の目標温度との比較を行うヒータ温度比較手段と、余剰電力ヒータに供給する電力の供給量の変更を実行する余剰電力ヒータ制御手段とを備え、制御部はヒータ温度検出手段から読み込んだ湯温が目標温度と異なる場合、余剰電力ヒータに供給する電力の供給量を目標温度に到達するために必要な供給量に変更するように前記余剰電力ヒータ制御手段を制御するものであり、インバータへ供給するべき直流電力を余剰電力ヒータで消費させ熱に変換していることから、ヒータ温度検出手段が検出する温度は、本来運転計画で有する排熱の目標温度より高めになった場合は、余剰電力ヒータに供給する電力の供給量を減少させ、運転計画で有する排熱の目標温度を維持させることができ、運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を確保することができる。
【００１１】
また、冬場や寒冷地で運転し、制御部が算出した運転計画に従って湯を蓄えている最中に目標となる温度で湯が回収できなくなったとしても、余剰電力ヒータに供給する電力の供給量を増加させることで高い熱を発生させ、運転計画で有する排熱の目標温度を維持させることができることから、同様に運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を確保することができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、制御部は、燃料電池の運転を停止させる条件が近づけば、余剰電力ヒータへの電力の供給を停止し、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更するものであり、単独運転状態で貯湯タンクに湯が満蓄になり燃料電池の運転を停止させる場合であるが、運転計画に従って湯を満蓄にする発電量の状態で発電を突然停止してしまうと、水素を保持した状態の燃料電池スタックや、高温状態である改質器への負荷が大きく機器の不安全を招く恐れがあるが、第４の発明のように、燃料電池の運転を停止させる条件が近づいたことを検出し、余剰電力ヒータへの電力の供給停止と、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更して、燃料電池の発電を停止させることにより、機器への負担を小さくすることができ、機器の不安全状態を回避することができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１、第２および第４のいずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、制御部は、商用電源の復電を検出した時、余剰電力ヒータへの電力の供給を停止させ、運転計画に従った発電を維持した状態でシステムの運転が継続するものであり、単独運転時に発電電力量を補機駆動にのみ必要な電力量まで出力を下げないことから、商用電源の停電前、停電時、複電の時も、運転計画に従った運転が継続され、使用者が現在必要な発電電力と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を蓄積することができ、省エネ効果を継続することができる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第１から５のいずれか１つの発明の燃料電池システムの機能の少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラムである。このように第６の発明は、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明の燃料電池システムの少なくとも一部を容易に実現することができるとともに、記録媒体に記録したり通信回線を用いて配信したりすることでプログラムの配布・更新やインストール作業が簡単にできる。
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図であり、図２は本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図を示すものである。
【００１７】
図１において、燃料電池１０４は都市ガス（１３Ａ）の供給を受けて都市ガスを水素（燃料ガス）に改質する改質器１０９と、燃料ガスと空気との供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池スタック１１０が配され、燃料電池スタック１１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１１３とシステムを運転させるための補機１１８に発電電力を供給する。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３は発電した直流電力の電圧及び電流を調整して所望の直流出力に変換し、インバータ１１４へ電力を供給する。インバータ１１４は商用電源１１７とインバータ１１４の接続と遮断を行う遮断器１１５を介して負荷１１９に電力を供給する。なお、商用電源１１７が停電した場合は、停電検出器１１６が検知する。
【００１９】
改質器１０９の都市ガスの改質、及び燃料電池スタック１１０の発電の際に発生した熱は冷却水ポンプ１０８により冷却管１０７を流れる水により回収され、熱交換器１０５へ送られる。
【００２０】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３は余剰電力ヒータ１１１とも接続されており、余剰電力ヒータ１１１はＤＣ／ＤＣコンバータ１１３から電力を受けた場合は発熱し、冷却管１０７を流れる水が余剰電力ヒータ１１１の熱を回収する。冷却管１０７を流れる水が回収した熱量は、冷却管１０７に設けられたヒータ温度検出手段が検出した温度から推定する。
【００２１】
一方、熱交換器１０５へ送られた熱は、排熱回収ポンプ１０６により排熱回収管１０２を流れる水により回収され、排熱回収装置１００を構成する貯湯タンク１０１に、湯として蓄積される。そして、使用者は貯湯タンク１０１の湯を利用する。なお、貯湯タンク１０１の残湯量は、貯湯タンク１０１の壁面に配された残湯量検出手段１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅが検出する貯湯タンク１０１の壁面温度により推定する。
【００２２】
以上のように構成された燃料電池システムについて、図１の燃料電池システムの構成を例として以下その動作、作用を説明する。
【００２３】
図２において、燃料電池１０４の制御部２００には運転計画算出手段２０２を備えている。燃料電池１０４は、発電と電気化学反応時に発生する熱も回収利用することにより、高いエネルギー効果を発生するシステムであるが、運転計画算出手段２０２は燃料電池システムを、より省エネ性、経済性を発揮できる時間帯に運転させるよう、所定の期間単位で燃料電池１０４の運転計画を算出する。
【００２４】
この所定期間とは、例えば１日単位から週単位といった長い期間でもよい。本発明ではこの運転計画の算出ロジックの詳細説明はしないが、一例として、１日の中で使用者の家庭で消費する電気と湯の負荷をデータ収集し、最も負荷が大きい時間帯を見計らって湯の蓄積と、発電が行われているように発電の開始時刻と終了時刻を算出する。そしてその発電時間内の発電電力指示値（発電電力量）を算出する。
【００２５】
この発電電力指示値は更に発電時間内の負荷１１９の変動に同期して大きさを変更してもよい。この運転計画に従って燃料電池１０４が運転することによって、燃料電池１０４は使用者の家庭の負荷が大きい時、すなわち湯と電気の消費量が大きい時に十分な湯と発電による電力を供給することができることから、ガスを燃焼させた湯の生成と、購入電力を軽減させることができ、省エネ性、経済性を発揮することができる。
【００２６】
発電の開始時刻が経過すれば、制御部２００は補機１１８を操作し、燃料電池１０４を発電に向けて起動させる。燃料電池１０４は発電が開始するまでの起動に要する電力は、商用電源１１７から電源供給を受け、補機１１８の動作を行っている。しかし、燃料電池１０４が発電を開始すれば燃料電池スタック１１０が出力する直流電力を補機１１８へ供給することができることから、商用電源１１７からの電源供給が不要となる。
【００２７】
すなわち、燃料電池１０４は発電が開始されるまでに商用電源１１７が停電になれば、停電検出器１１６からの信号を制御部２００が受けて、即座にシャットダウンしてしまうが、一旦発電が開始されれば、発電に必要な補機１１８を駆動させる電源は自前で準備できるため、商用電源１１７が停電になっても、燃料電池１０４は運転を継続させることができる。すなわち、単独運転が可能となる。
【００２８】
商用電源１１７が停電すれば、電力会社は復電のための復旧作業を行うわけであるが、仮に商用電源１１７と直結した定置用発電機が存在し、さらに発電を行っていれば、復旧作業時に商用電源１１７を介して作業者が感電する恐れがあるため、燃料電池１０４のような商用電源１１７と直結した定置用発電機は、停電を検出した場合、復電するまでは商用電源１１７から遮断する必要がある。これは定置用発電機が単独運転を行う時には必要な処置である。
【００２９】
制御部２００は燃料電池１０４の発電時に停電検出器１１６からの停電検出信号を検出すれば、直ちにインバータ１１４からの出力を停止させ、遮断器１１５を操作して商用電源１１７とインバータ１１４とを遮断する。このとき、停電を検出してから商用電源１１７とインバータ１１４との遮断に要する時間は、電力会社が定める規定に従うものとする。また、制御部２００は停電検出手段２０１を有し、商用電源１１７に交流の周波数が存在するか否かの判断で停電の検出を行ってもよい。
【００３０】
燃料電池１０４は家庭の電力負荷を全て補うだけの発電能力を有していないが、商用電源１１７が停電した場合も省エネ性、経済性を発揮するため運転計画算出手段２０２が算出した運転計画に従って運転し、湯の蓄積は継続して行う。
【００３１】
商用電源１１７が停電した場合、インバータ１１４からの出力を停止させるが、その時制御部２００は、本来インバータ１１４へ供給するべきだった直流電力を余剰電力ヒータ１１１へ供給を開始する。余剰電力ヒータ１１１は供給を受けた電力を熱に変換し、その熱を冷却管１０７へ供給する。
【００３２】
これによって、燃料電池スタック１１０の発電量を下げることなく、またインバータ１１４へ供給できない直流電力を余剰電力ヒータ１１１へ供給して熱として回収することから、使用者が現在必要な発電電力量と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を蓄積することができ、省エネ効果を発揮することができる。
【００３３】
しかしながら、冷却管１０７には改質器１０９と燃料電池スタック１１０が発する熱に加えて余剰電力ヒータ１１１の熱が加わるため、運転計画で有する排熱の目標温度と異なってくる場合がある。燃料電池１０４は冷却管１０７の余剰電力ヒータ１１１の下流側に、余剰電力ヒータ１１１が供給した湯の温度を検出するヒータ温度検出手段１１２を有し、制御部２００はヒータ温度検出手段１１２から入力した湯温と運転計画が算出した排熱の目標温度とを比較するヒータ温度比較手段２０３を備えている。
【００３４】
更に、制御部２００は余剰電力ヒータ１１１に供給する電力の供給量の変更を行う余剰電力ヒータ制御手段２０４を有し、ヒータ温度検出手段１１２から入力した湯温と運転計画が算出した排熱の目標温度が異なる場合、前記した目標温度に到達するよう余剰電力ヒータ１１１に供給する電力量を変更して、目標温度を生成する。例えば、目標温度より低い場合は供給電力量を大きく、目標温度より高い場合は供給電力量を小さく変更する。
【００３５】
これによって、運転計画で有する排熱の目標温度を維持させることができ、運転計画算出手段２０２で算出した運転計画の時間通りに貯湯タンクに湯を確保することができる。
【００３６】
余剰電力ヒータ１１１に供給する電力量を小さく変更した時、発電電力の出力は運転計画算出手段２０２が算出した値と相違することになるが、元来、燃料電池１０４は家庭の電力負荷を全て補うだけの発電能力を有していないため、発電電力の確保に関しては割り切りとし、湯の蓄積を優先させる制御にしている。
【００３７】
燃料電池１０４は改質器１０９の都市ガスの改質、及び燃料電池スタック１１０の発電の際に発生した熱を冷却管１０７へ回収させ、これら改質器１０９と燃料電池スタック１１０の冷却を行うことで貯湯タンク１０１に湯を蓄積させるわけであるが、貯湯タンク１０１に所定温度以上の湯で満たされれば、これら改質器１０９、燃料電池スタック１１０の冷却が不可能となり、燃料電池１０４は運転を停止することになる。
【００３８】
燃料電池１０４の停止とは、改質器１０９の都市ガスの改質を停止し、燃料電池スタック１１０の発電も停止させ、補機１１８の冷却や残留燃料の掃気など所定の停止工程を実施し、そして次の運転、すなわち運転計画算出手段２０２が有する次の運転計画まで待機させる状態へ移行させる処理を行うことである。
【００３９】
商用電源１１７が停電時も運転計画算出手段２０２が算出した運転計画で運転を継続するわけであるが、やがてタンクに所定温度以上の湯が蓄積されれば商用電源１１７が停電時も同様に燃料電池１０４を停止させねばならない。
【００４０】
商用電源１１７が停電でなければ、所定の停止工程は商用電源１１７からの電力供給を受けられるので、補機１１８の駆動が可能となり、所定の停止工程を実施することが可能であるが、単独運転の場合、すなわち商用電源１１７が停電状態で発電している場合、燃料電池スタック１１０の発電を停止させた瞬間に燃料電池１０４がシャットダウンすることになる。
【００４１】
すなわち、シャットダウンの直前まで運転を継続していたため、水素を保持した状態の燃料電池スタック１１０や、高温状態である改質器１０９といった状態でシャットダウンされるため補機への負荷が大きくなり、機器の不安全を招く恐れがある。
【００４２】
本燃料電池１０４の制御部２００は、燃料電池１０４が運転中には貯湯タンク１０１に配されている残湯量検出手段１０３ａ〜１０３ｅからの温度データを入力し、所定温度の湯が貯湯タンク１０１のどのあたりまで蓄積されているかを監視し、貯湯タンク１０１に所定温度の湯がまもなく満蓄となるか否かを判断する。貯湯タンク１０１への湯の蓄積は貯湯タンク１０１の上部から行われ、すなわち残湯量検出手段１０３ａから１０３ｂといった順に所定温度を検出していく。
【００４３】
例えば、残湯量検出手段１０３ａから１０３ｄの順番に所定温度を検出していき、最後、残湯量検出手段１０３ｅを検出すればまもなく満蓄ということになる。すなわち燃料電池１０４の運転を停止させる条件が近づいたと判断することができ、この判断をした制御部２００は余剰電力ヒータ１１１への電力の供給停止と、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更する。
【００４４】
発電電力指示値を小さくすれば改質器１０９やスタック１１０の出力も小さくすることができることから、商用電源１１７が停電の状態で運転しているとき、すなわち単独運転状態で突然発電を停止させたとしても、最大出力で動作している時より、燃料電池スタック１１０や改質器１０９への負担を小さくすることができ、機器の不安全状態を招く心配がなくなる。
【００４５】
燃料電池１０４は運転計画算出手段２０２が算出した運転計画での運転を実行することで省エネ性、経済性を発揮する。商用電源１１７の停電前、停電時にそれを実現させる動作は上記してきた通りであるが、制御部２００が商用電源の復電を検出した時、制御部２００は直ちに余剰電力ヒータ１１１への電力の供給を停止させ、インバータ１１４へ直流電力を供給し、インバータ１１４は遮断器１１５を介して負荷１１９に電力を供給し、燃料電池１０４の運転を継続させる。
【００４６】
従って、制御部２００は商用電源の停電前、停電時、複電の時も、運転計画に従った運転が継続されることから、使用者が現在必要な発電電力量と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を蓄積することができ、省エネ効果を継続することができる。
【００４７】
図３は本実施の形態の燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【００４８】
制御部２００は運転計画算出手段２０２での運転計画の算出が終了しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。
【００４９】
運転計画が算出されていなければ（ＳＴＥＰ１、Ｎｏ）運転計画算出手段２０２は運転計画を算出する（ＳＴＥＰ１６）。運転計画が算出されていれば（ＳＴＥＰ１、Ｙｅｓ）現在の時刻が発電開始時刻か否かを判定する（ＳＴＥＰ２）。
【００５０】
発電開始時刻であれば（ＳＴＥＰ２、Ｙｅｓ）制御部２００は補機１１８を駆動させ、発電を開始する（ＳＴＥＰ３）。発電が開始されれば、制御部２００は現在の時刻が運転計画算出手段２０２の算出した運転計画の終了時刻であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ４）。
【００５１】
発電終了時刻であれば（ＳＴＥＰ４、Ｙｅｓ）制御部２００は所定の停止工程を実行し、燃料電池の発電を終了させ（ＳＴＥＰ１５）、次の運転計画の算出が終了しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。
【００５２】
現在時刻が発電終了時刻でなければ（ＳＴＥＰ４、Ｎｏ）制御部２００は、燃料電池１０４が運転中には貯湯タンク１０１に配されている残湯量検出手段１０３ａ〜１０３ｅからの温度データを入力し、所定温度の湯が貯湯タンク１０１のどのあたりまで蓄積されているかを監視し、貯湯タンク１０１に所定温度の湯が満蓄であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ５）。
【００５３】
貯湯タンク１０１に所定温度の湯が満蓄であれば（ＳＴＥＰ５、Ｙｅｓ）制御部２００は所定の停止工程を実行し、燃料電池の発電を終了させ（ＳＴＥＰ１５）、次の運転計画の算出が終了しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。貯湯タンク１０１に所定温度以上の湯が満蓄でなければ（ＳＴＥＰ５、Ｎｏ）制御部２００は商用電源１１７が停電であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ６）。
【００５４】
商用電源１１７が停電でなければ（ＳＴＥＰ６、Ｎｏ）制御部２００は運転計画通りに燃料電池１０４の発電を継続させる（ＳＴＥＰ１４）。
【００５５】
制御部２００が商用電源１１７の停電を検出すれば（ＳＴＥＰ６、Ｙｅｓ）直ちにインバータ１１４からの出力を停止させ、遮断器１１５を操作して商用電源１１７とインバータ１１４とを遮断する（ＳＴＥＰ７）。
【００５６】
次にインバータ１１４へ供給するべきだった直流電力を余剰電力ヒータ１１１へ供給を開始する（ＳＴＥＰ８）。余剰電力ヒータ１１１は供給を受けた電力を熱に変換してその熱を冷却管１０７へ供給し、貯湯タンク１０１へ熱として回収させる。
【００５７】
次に、制御部２００のヒータ温度比較手段２０３はヒータ温度検出手段１１２から入力した湯温と運転計画が算出した排熱の目標温度とを比較し（ＳＴＥＰ９）、ヒータ温度検出手段１１２から入力した湯温と運転計画が算出した排熱の目標温度が異なる場合（ＳＴＥＰ９、Ｎｏ）、制御部２００の余剰電力ヒータ制御手段２０４は前記した目標温度に到達するよう余剰電力ヒータ１１１に供給する電力量を変更し、目標温度を生成する（ＳＴＥＰ１０）。
【００５８】
ヒータ温度検出手段１１２から入力した湯温と運転計画が算出した排熱の目標温度が等しければ（ＳＴＥＰ９、Ｙｅｓ）、制御部２００は残湯量検出手段１０３ａ〜１０３ｅより温度データを入力し、所定温度の湯が貯湯タンク１０１のどのあたりまで蓄積されているかを監視し、貯湯タンク１０１に所定温度の湯がまもなく満蓄となるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１１）。
【００５９】
まもなく満蓄であると判断すれば（ＳＴＥＰ１１、Ｙｅｓ）、制御部２００は余剰電力ヒータ１１１への電力の供給停止（ＳＴＥＰ１２）と、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更する（ＳＴＥＰ１３）。
【００６０】
商用電源１１７が停電である（ＳＴＥＰ６、Ｙｅｓ）かつ、貯湯タンク１０１の湯がまだ満蓄に到達しそうになければ（ＳＴＥＰ１１、Ｎｏ）、制御部２００は運転計画通りに燃料電池１０４の発電を継続させる（ＳＴＥＰ１４）。
【００６１】
一旦、商用電源１１７が停電した後に（ＳＴＥＰ６、Ｙｅｓ）、再び商用電源１１７が停電か否かを判定した場合に（ＳＴＥＰ６）、商用電源１１７が停電でないと判断した時（ＳＴＥＰ６、Ｎｏ）、これは復電したことを示すが、その場合も制御部２００は運転計画通りに燃料電池１０４の発電を継続させる（ＳＴＥＰ１４）。
【００６２】
以上のように、本実施の形態においては、商用電源１１７が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続することができ、使用者が現在必要な発電電力量と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を蓄積することができ、省エネ効果を発揮することができる。
【００６３】
また、インバータ１１４へ供給するべき直流電力を余剰電力ヒータ１１１で消費させ熱に変換していることから、ヒータ温度検出手段２０３が検出する温度は、本来運転計画で有する排熱の目標温度より高めになった場合は、余剰電力ヒータ１１１に供給する電力の供給量を減少させ、運転計画で有する排熱の目標温度を維持させることができ、運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を確保することができる。
【００６４】
また、冬場や寒冷地で運転し、制御部２００が算出した運転計画に従って湯を蓄えている最中に目標となる温度で湯が回収できなくなったとしても、余剰電力ヒータ１１１に供給する電力の供給量を増加させることで高い熱を発生させ、運転計画で有する排熱の目標温度を維持させることができることから、同様に運転計画で算出した時間通りに貯湯タンクに湯を確保することができる。
【００６５】
また、単独運転状態で貯湯タンク１０１に湯が満蓄になり燃料電池１０４の運転を停止させる場合であるが、運転計画に従って湯を満蓄にする発電量の状態で発電を突然停止してしまえば、水素を保持した状態の燃料電池スタック１１０や、高温状態である改質器１０９への負荷が大きく機器の不安全を招く恐れがあるが、燃料電池１０４の運転を停止させる条件が近づいたことを検出し、余剰電力ヒータ１１１への電力の供給停止と、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更して、燃料電池１０４の発電を停止させれば、機器への負担を小さくすることができ、機器の不安全状態を回避することができる。
【００６６】
また、単独運転時に発電電力量を補機駆動にのみ必要な電力量まで出力を下げないことから、商用電源１１７の停電前、停電時、複電の時も、運転計画に従った運転が継続される、使用者が現在必要な発電電力と運転計画で算出した時間通りに貯湯タンク１０１に湯を蓄積することができ、省エネ効果を継続することができる。
【００６７】
図４は本発明の他の実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【００６８】
なお、図４の構成の場合、商用電源１１７が停電時、インバータ１１４から出力の交流電力を余剰電力ヒータ１１１へ供給しながら単独運転を継続する構成となっているだけであって、図４の構成の場合も本実施の形態で説明した図１の構成で得られる効果と同等の効果を得るものとする。
【００６９】
なお、本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムであれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることでプログラムの配布・更新やインストール作業が簡単にできる。
【００７０】
なお、本発明の燃料電池は家庭用に限らずオフィスや工場などの業務用であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明にかかる、本発明の燃料電池システム、及びそのプログラムは、商用電源が停電の時も、運転計画に従った単独運転を継続することができ、使用者が現在必要な発電電力量と貯湯タンクに蓄積する湯の確保ができ、省エネ効果を発揮することができる。また、単独運転時に燃料電池の運転を停止させる条件が近づいた場合、発電電力指示値を補機駆動にのみ必要な値に変更することで、商用電源が停電状態で発電を停止しても、機器への負担を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】同実施の形態における燃料電池システムの要部ブロック図
【図３】同実施の形態における燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート
【図４】本発明の他の実施形態の燃料電池システムの構成図
【図５】従来の燃料電池システムの構成図
【符号の説明】
【００７３】
１００  排熱回収装置
１０１  貯湯タンク
１０２  排熱回収管
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ  残湯量検出手段
１０４  燃料電池
１０５  熱交換器
１０６  排熱回収ポンプ
１０７  冷却管
１０８  冷却水ポンプ
１０９  改質器
１１０  燃料電池スタック
１１１  余剰電力ヒータ
１１２  ヒータ温度検出手段
１１３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１４  インバータ
１１５  遮断器
１１６  停電検出器
１１７  商用電源
１１８  補機
２００  制御部
２０１  停電検出手段
２０２  運転計画算出手段
２０３  ヒータ温度比較手段
２０４  余剰電力ヒータ制御手段
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図４】
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