JP2005327494A - 集合住宅用燃料電池発電システム及びこれの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な制御により実用性を向上させることができる集合住宅用燃料電池発電システム及びこれの運転方法を提供することを課題とする。
【解決手段】集合住宅用燃料電池発電システムは、酸化剤及び燃料により発電運転を行う複数の燃料電池１と、燃料電池１の発電運転時に発生した熱エネルギを湯として貯湯する複数の貯湯槽３と、燃料電池１が発電した電気エネルギを複数の電気エネルギ消費部８に給電する給電部４と、複数の燃料電池１の発電を制御する制御部５とを備える。制御部５は、全部の燃料電池１に負荷される総負荷量をＷlordとし、燃料電池１の発電稼働台数をＮとするとき、Ｗlord／Ｎを燃料電池１の１台あたりの基準発電出力Ｗａとし、且つ、基準発電出力Ｗａを貯湯槽３の貯湯能力残量に応じて補正する発電補正処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の集合住宅に適用される集合住宅用燃料電池発電システム及びこれの運転方法に関する。

従来、特許文献１には、エネルギ供給手段に入力される一次エネルギの合計入力量が最小になるように、エネルギ供給手段に入力される一次エネルギの各量と、エネルギ輸送手段により融通し合うエネルギ量とを線形計画法を用いて算出し、その算出結果に基づいてエネルギ供給手段及びエネルギ輸送手段を制御し、エネルギ消費手段で消費されるエネルギをエネルギ供給手段及びエネルギ輸送手段により供給するエネルギ供給システムが提供されている。
特開平６−１３１００４号公報

上記した技術によれば、エネルギ供給手段に入力される一次エネルギの各量と、エネルギ輸送手段により融通し合うエネルギ量とを線形計画法を用いて算出し、その算出結果に基づいてエネルギ供給手段及びエネルギ輸送手段を制御する。しかしながら線形計画法による計算量は膨大になり、実用性が欠けるという問題がある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、線形計画法を用いることなく、簡易な制御により実用性を向上させることができる集合住宅用燃料電池発電システム及び運転方法を提供することを課題とする。

本発明に係る集合住宅用燃料電池発電システムは、酸化剤及び燃料により発電運転を行う複数の燃料電池と、燃料電池の発電運転時に発生した熱エネルギを湯として貯湯する複数の貯湯槽と、燃料電池が発電した電気エネルギを複数の電気エネルギ消費部に給電する給電部と、複数の燃料電池の発電運転を制御する制御部とを具備する集合住宅用燃料電池発電システムにおいて、
制御部は、全部の燃料電池に負荷される総負荷量をＷlordとし、燃料電池の発電稼働台数をＮとするとき、Ｗlord／Ｎを燃料電池の１台あたりの基準発電出力Ｗａとし、且つ、各貯湯槽の貯湯能力残量に応じて基準発電出力Ｗａを補正する発電補正手段を有することを特徴とするものである。

本発明に係る集合住宅用燃料電池発電システムの運転方法は、酸化剤及び燃料により発電運転を行う複数の燃料電池と、燃料電池の発電運転時に発生した熱エネルギを湯として貯湯する複数の貯湯槽と、燃料電池が発電した電気エネルギを複数の電気エネルギ消費部に給電する給電部と、複数の燃料電池の発電を制御する制御部とを具備する集合住宅用燃料電池発電システムの運転方法において、
全部の前記燃料電池に負荷される総負荷量をＷlordとし、燃料電池の発電稼働台数をＮとするとき、Ｗlord／Ｎを燃料電池の１台あたりの基準発電出力Ｗａとする操作と、基準発電出力Ｗａを貯湯槽の貯湯能力残量に応じて補正する操作とを実行する発電補正処理を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、線形計画法を用いることなく、簡易な制御により実用性を向上させることができる集合住宅用燃料電池発電システム、これの運転方法を提供することができる。

本発明によれば、好ましくは、制御部は、貯湯槽の貯湯能力残量が他の貯湯槽よりも相対的に小さいとき、その貯湯槽に熱エネルギを蓄積する燃料電池の発電運転を停止させて燃料電池の発電稼働台数を減少させたり、または、その貯湯槽に熱エネルギを蓄積する燃料電池の発電出力を低下させたりする形態を採用することができる。このため、貯湯能力残量が小さい貯湯槽に熱エネルギが更に蓄積されることが抑制され、貯湯能力残量が小さい貯湯槽の過熱が抑制される。故に、貯湯槽に湯として蓄積されている熱エネルギについて、複数の貯湯槽におけるばらつきを低減させるのに有利となる。

ここで、貯湯能力残量とは、貯湯槽にまだ湯として溜めることができる熱エネルギの余裕量をいう。したがって、貯湯槽の貯湯能力残量が大きいとは、貯湯槽にまだ湯として溜めることができる熱エネルギの余裕量が大きいことを意味する。これに対して、貯湯槽の貯湯能力残量が小さいとは、貯湯槽に湯として溜めることができる熱エネルギの余裕量が小さいことをいう。

また本発明によれば、好ましくは、制御部は、基準発電出力Ｗａが最低発電出力未満となる燃料電池が存在するとき、複数の燃料電池のうち１個以上の燃料電池の発電運転を停止させ、燃料電池の発電稼働台数を減少させる形態を採用することができる。最低発電出力は、その出力未満で燃料電池が発電運転を行うと、燃料電池の発電効率が著しく低下する発電出力をいい、燃料電池ごとに予め設定されている。従って燃料電池は、最低発電出力以上で発電運転を行うことが要請されている。

本発明によれば、制御部は、基準発電出力Ｗａが最低発電出力未満の燃料電池が存在するとき、好ましくは、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定すると共に、他の燃料電池の発電出力を減少させる形態を採用することができる。このように本来的に基準発電出力Ｗａが最低発電出力未満の燃料電池が存在するときであっても、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定するため、当該燃料電池の発電効率の大幅な低下を抑えることができる。更に、このように本来的には基準発電出力Ｗａが最低発電出力未満の燃料電池が存在するときであっても、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定するため、発電総出力が過剰となることがあるが、発電総出力が過剰となることを抑えるべく、当該燃料電池以外の他の燃料電池の発電出力を減少させる。これにより複数の燃料電池の発電総出力の過剰化を抑えることができる。

本発明によれば、制御部は、基準発電出力Ｗａが定格出力を越える燃料電池が存在するとき、好ましくは、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えると共に、基準発電出力Ｗａが定格出力を越えていない他の燃料電池の発電出力を増加させる形態を採用することができる。このように本来的には基準発電出力Ｗａが定格出力を越える燃料電池が存在するときであっても、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えるため、当該燃料電池に対する保護性及び耐久性を高めることができる。更に、このように本来的には基準発電出力Ｗａが定格出力を越える燃料電池が存在するときには、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えるため、発電総出力が不足することを抑えるべく、他の燃料電池の発電出力を増加させる。これにより複数の燃料電池の発電総出力を確保することができる。

また本発明によれば、好ましくは、制御部は、貯湯能力残量に応じて基準発電出力Ｗａを補正した補正発電出力Ｗｃが最低発電出力未満となる燃料電池が存在するとき、複数の燃料電池のうち１個以上の燃料電池の発電運転を停止させ、燃料電池の発電稼働台数を減少させる形態を採用することができる。最低発電出力は、その出力未満で燃料電池が発電運転を行うと、燃料電池の発電効率が著しく低下する発電出力をいい、燃料電池ごとに予め設定されている。従って燃料電池は、最低発電出力以上で発電運転を行うことが要請されている。

本発明によれば、制御部は、貯湯能力残量に応じて基準発電出力Ｗａを補正した補正発電出力Ｗｃが最低発電出力未満の燃料電池が存在するとき、好ましくは、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定すると共に、他の燃料電池（補正発電出力Ｗｃが最低発電出力を越えている燃料電池）の発電出力を減少させる形態を採用することができる。このように本来的に補正発電出力Ｗｃが最低発電出力未満の燃料電池が存在するときであっても、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定するため、当該燃料電池の発電効率の大幅な低下を抑えることができる。更に、このように本来的には補正発電出力Ｗｃが最低発電出力未満の燃料電池が存在するときであっても、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定するため、発電総出力が過剰となることがあるが、発電総出力が過剰となることを抑えるべく、当該燃料電池以外の他の燃料電池（補正発電出力Ｗｃが最低発電出力を越えている燃料電池）の発電出力を減少させる。これにより複数の燃料電池の発電総出力の過剰化を抑えることができる。

本発明によれば、制御部は、補正発電出力Ｗｃが定格出力を越える燃料電池が存在するとき、好ましくは、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えると共に、補正発電出力Ｗｃが定格出力を越えていない他の燃料電池の発電出力を増加させる形態を採用することができる。このように本来的には補正発電出力Ｗｃが定格出力を越える燃料電池が存在するときであっても、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えるため、当該燃料電池に対する保護性及び耐久性を高めることができる。更に、このように本来的には補正発電出力Ｗｃが定格出力を越える燃料電池が存在するときには、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えるため、発電総出力が不足することを抑えるべく、補正発電出力Ｗｃが定格出力を越えていない他の燃料電池の発電出力を増加させる。これにより複数の燃料電池の発電総出力を確保することができる。

以下、本発明の実施例１を図１〜図３を参照して具体的に説明する。本実施例に係る集合住宅用燃料電池発電システムは、図１に示すように、複数の住宅８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ…）からなる集合住宅（団地、マンションなど）に適用されるものである。本システムは、酸化剤ガス（酸素を含有する空気）及び燃料（水素を含有する水素含有ガス）により発電運転を行う複数の燃料電池１と、燃料電池１の発電運転時に発生した熱エネルギを湯として貯湯する複数の貯湯槽３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ…）と、燃料電池１が発電した電気エネルギを各住宅８に給電する給電部としての給電線４と、複数の燃料電池１の発電運転を制御する制御部５とを備えている。住宅８は、燃料電池１で発電された電気エネルギを消費する電気エネルギ消費部として機能することができる。

図１に示すように、給電線４は、複数の住宅８に共通する共通給電線４ａと、各燃料電池１と共通給電線４ａとを個別的に接続すると共に各燃料電池１から共通給電線４ａに給電する第１の個別給電線４ｂと、共通給電線４ａと各住宅８とを個別的に接続すると共に共通給電線４ａから各住宅８に個別的に給電する第２の個別給電線４ｃとを有する。

各住宅８には燃料電池１が設置されている。各燃料電池１には貯湯槽３がそれぞれ設置されている。ここで、各住宅８には燃料電池１が１台設置されている。そして、各燃料電池１について貯湯槽３がそれぞれ１台設置されている。つまり、１つの住宅８について、１台の燃料電池１、１台の貯湯槽３が設置されている。各住宅８の燃料電池１は燃料配管６により接続されている。燃料配管６は、ガス源につながれた共通燃料配管６ａと、共通燃料配管６ａと各燃料電池１とを個別に繋ぐ分配燃料配管６ｂとを有しており、水素含有ガスを各燃料電池１の燃料極にそれぞれ供給する。分配燃料配管６ｂは燃料用の開閉バルブ６０を有する。また、燃料電池１は空気を燃料電池１の酸化剤極に供給する空気用の空気配管６２を有する。空気配管６２は燃料電池１の酸化剤極に空気を搬送する空気搬送源６３を有する。空気搬送源６３としてはファン、コンプレッサなどを例示できる。

各貯湯槽３は各住宅８に給湯管９に繋がれており、各住宅８の湯消費部（風呂場、台所等）に湯を供給する。本実施例によれば、所定の数の貯湯槽３はグループ化されている。たとえば、貯湯槽３ａ，３ｂは接続配管９ａで接続されており、グループ化されている。貯湯槽３ｃ，３ｄ，３ｅは接続配管９ｂで接続されており、グループ化されている。また貯湯槽３ｆ，３ｇ，３ｈは接続配管９ｃで接続されており、グループ化されている。従って複数の住宅８ａ，８ｂは貯湯槽３ａ，３ｂを共用することができる。複数の住宅８ｃ，８ｄ，８ｅは貯湯槽３ｃ，３ｄ，３ｅを共用することができる。複数の住宅８ｆ，８ｇ，８ｈは貯湯槽３ｆ，３ｇ，３ｈを共用することができる。このようにグループ化されている住宅８では、接続配管９ａ，９ｂ，９ｃ等を介して，貯湯槽３の湯を互いに融通しあうことができる。但し、湯を遠隔地まで搬送すると、湯の温度の低下を招くため、貯湯のグループ化は近辺の住宅８に限定されている。

制御部５は、各燃料電池１の発電運転を個別に制御すると共に各貯湯槽３を個別に制御する制御部５０と、個別制御部５０を信号線５１を介して管理する管理制御部５２とで形成されている。

図２は燃料電池１で発電運転時において発生した熱エネルギを湯として溜める貯湯槽３付近を示す。図２に示すように、燃料電池１のスタックには、冷却水搬送源７１（例えばポンプ手段）をもつ冷却水通路７０が配設されている。冷却水搬送源７１が駆動すると、燃料電池１で加熱された冷却水は熱交換器７２の熱交換通路７２ａを通過するように冷却水通路７０を循環するため、燃料電池１の過熱は防止される。図２に示すように、貯湯槽３は、貯湯室３０と、上部に形成された入口３１と、下部に形成された出口３２と、下部に形成された給水口３３と、出湯口３４とをもつ。出湯口３４は給湯管９に繋がれており、住宅８の風呂場の蛇口、シャワー、台所の蛇口等といった湯消費部に湯を供給する。給水口３３は、水道管に繋がる給水通路３８に接続されている。貯湯室３０の湯が消費されると、水道水は給水通路３８を介して貯湯室３０に供給される。従って貯湯室３０は常に満水となるようにされている。

貯湯槽３の出口３２及び入口３１は、搬送駆動源３９ａ（たとえばポンプ手段）をもつ循環通路３９により繋がれている。ここで、搬送駆動源３９ａが駆動すると、貯湯槽３の貯湯室３０の水または湯は貯湯槽３の出口３２から吐出されて循環通路３９を流れ、循環通路３９の熱交換器７２の熱交換通路７２ｂを流れるとき、冷却水通路７０の熱交換通路７２ａと熱交換して加熱されて昇温し、貯湯槽３の入口３１から貯湯室３０に帰還する。このようにして貯湯槽３の貯湯室３０の湯は昇温化され、燃料電池１の発電運転時に生成した熱エネルギを湯として貯湯槽３は貯留する。貯湯槽３の入口３１は貯湯槽３の上部に設けられていると共に、給水口３３は貯湯槽３の下部に設けられているため、高温の湯は貯湯槽３の貯湯室３０の上部に溜まると共に、温度が低い湯または水は貯湯槽３の下部に溜まる。貯湯室３０の内部には、貯湯室３０の湯または水の温度を検出する複数の温度センサ３００が貯湯室３０の高さ方向に沿って並設されている。複数の温度センサ３００の信号は個別制御部５０に入力される。従って、制御部５は個別制御部５０の信号に応じて各貯湯槽３における貯湯能力残量を認識することができる。

ここで、前述したように、貯湯槽３の貯湯能力残量とは、貯湯槽３の貯湯室３０にまだ湯として溜めることができる熱エネルギの余裕量をいう。したがって、貯湯槽３の貯湯能力残量が大きいとは、貯湯室３０の湯の温度が低いことを意味し、貯湯槽３の貯湯室３０にまだ湯として溜めることができる熱エネルギ量が大きいことを意味する。これに対して、貯湯槽３の貯湯能力残量が小さいとは、貯湯槽３の貯湯室３０に湯として溜めることができる熱エネルギ量が小さいことをいい、換言すれば、貯湯室３０の湯の温度が既に高くなっていることを意味する。

本システムによれば、全部の燃料電池１に負荷される総負荷量をＷlordとし、全部の燃料電池１の発電稼働台数（設置台数）をＮとする。制御部５は、ＷlordをＮで除算した（Ｗlord／Ｎ）の値を燃料電池１の１台あたりの基準発電出力Ｗａとし、且つ、貯湯槽３の貯湯能力（貯湯能力残量）に応じて基準発電出力Ｗａを補正する発電補正処理を実行する。なお、給電線４に設置されている電力計４ｘ（全負荷検出手段）により、全部の燃料電池１に負荷される総負荷量Ｗlordを検出することができる。あるいは、各住宅８のそれぞれに電力計を設け、その電力計の合計を総負荷量Ｗlordとしても良い。

発電補正処理においては、貯湯槽３に蓄積されている熱エネルギが相対的に他の貯湯槽３よりも大きいとき、つまり、他の貯湯槽３よりも高温の湯が貯留されている貯湯槽３については、当該貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電運転を停止させたり、または、その貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電出力を低下させたりする。このように貯湯槽３に蓄積されている熱エネルギが相対的に他の貯湯槽３よりも大きいときには、つまり、貯湯能力残量が小さいときには、その貯湯槽３に更に蓄積させることができる熱エネルギ量は小さいため、その貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電運転を停止させたり、または、その貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電出力を低下させたりする。このため、湯として貯湯槽３に蓄積されている熱エネルギについて、複数の貯湯槽３におけるばらつきを低減させるのに有利となる。

本実施例によれば、燃料電池１の発電運転を停止させるには、燃料配管６の開閉バルブ６０を閉じたり，空気配管６２の空気搬送源６３を非作動とすれば良い。また、燃料電池１の発電運転を低下させるには、燃料配管６０の開閉バルブ６０の開口量を小さくしたり，空気配管６２の空気搬送源６３の作動量を低下させれば良い。

ここで、燃料電池１の最低発電出力Ｗminとは、その最低発電出力Ｗmin未満で燃料電池１が発電運転を行うと、燃料電池１の発電効率が著しく低下する発電出力をいう。従って、最低発電出力Ｗmin以上の発電出力を得るように、各燃料電池１の発電運転を行うことが好ましい。この点について本実施例によれば、制御部５は、発電補正処理において、基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満となる燃料電池１が存在するとき、複数の燃料電池１のうち１個以上の燃料電池１の発電運転を停止させ、燃料電池１の発電運転の発電稼働台数Ｎを減少させる。これにより発電運転している燃料電池１について、燃料電池１の最低発電出力Ｗmin以上の発電出力を得るように燃料電池１を発電運転させることができる。この場合、燃料電池１が最低発電出力Ｗmin未満で発電運転されることが防止され、燃料電池１に対する保護性及び耐久性を確保することができる。

上記したように各燃料電池１について、(Ｗlord／Ｎ)の値により、各燃料電池１について基準発電出力Ｗａを設定したとき、基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満の燃料電池１(Ｗａ＜Ｗmin)が存在するおそれがある。この場合、当該燃料電池１(Ｗａ＜Ｗmin)で発電される発電出力を最低発電出力Ｗmin以上に設定する。このように本来的に基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満の燃料電池１(Ｗａ＜Ｗmin)が存在するようなときであっても、当該燃料電池１の発電出力を最低発電出力Ｗmin以上に設定して発電運転するため、当該燃料電池１の発電効率の大幅な低下を抑えることができる。

更に、このように本来的には基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満の燃料電池１が存在するようなときであっても、当該燃料電池１の発電出力を強制的に最低発電出力Ｗmin以上で発電運転するように設定する。このため、本システムが要求している電気エネルギに対して、本システムで発電される発電総出力が過剰となるおそれがある。そこで発電総出力の過剰化を防止すべく、当該燃料電池１以外の他の燃料電池１の発電出力を減少させ。この場合、過剰分が相殺される。この場合、当該燃料電池１以外の他の燃料電池１（Ｗａ＞Ｗminの燃料電池１）について、発電出力を均等に減少させることが好ましい。これにより発電運転する各燃料電池１の発電出力の均等化を図りつつ、発電総出力の過剰化を抑えることができる。

また、燃料電池１は、これの定格出力Ｗmaxを越えないように定格出力Ｗmax以内で発電運転することが好ましい。この点について本実施例によれぱ、制御部５は、発電補正処理において、基準発電出力Ｗａが定格出力Ｗmaxを越える燃料電池１（Ｗａ＞Ｗmax）が存在するときには、当該燃料電池１（Ｗａ＞Ｗmax）の発電出力を低下させ、当該燃料電池１の発電出力が定格出力Ｗmaxを越えることを防止する。このように本来的には基準発電出力Ｗａが定格出力Ｗmaxを越える燃料電池１（Ｗａ＞Ｗmax）が存在するようなときであっても、当該燃料電池１の発電出力を低下させ、当該燃料電池１が定格出力Ｗmaxを越えて発電運転することを防止するため、当該燃料電池１に対する保護性及び耐久性を高めることができる。

更に、このように本来的には基準発電出力Ｗａが定格出力Ｗmaxを越えるような燃料電池１（Ｗａ＞Ｗmax）が存在するようなときであっても、当該燃料電池１の発電出力を強制的に低下させて当該燃料電池１の発電出力が定格出力Ｗmaxを越えることを防止するため、本システムで発電される発電総出力が不足するおそれがある。そこで制御部５は、発電補正処理において、不足分を補うべく、基準発電出力Ｗａが定格出力Ｗmaxを越えていない他の燃料電池１の発電出力を増加させる。この場合、当該燃料電池１以外の他の燃料電池１について発電出力を均等に増加させることが好ましい。これにより発電運転する各燃料電池１の発電出力の均等化を図りつつ、本システムの発電総出力が不足することを防止することができる。

図３は、本実施例に係る制御部５が実行する発電補正処理（発電補正手段）の代表的な制御則を示す。但し、制御部５が実行する発電補正処理は、図３に示すフローチャートに限定されるものではなく、適宜変更することができる。図３に示すように、まず、各住宅８に設置されている各燃料電池１に対応する各貯湯槽３の貯湯能力残量（つまり、各貯湯槽３に湯として更に貯めることができる熱エネルギの余裕量）を求める（ステップＳ１０２）。次に、本シテスムに設置されている全部の燃料電池１に負荷される総負荷量Ｗlord（つまり、全部の住宅８で要請されている電気エネルギ）を求める（ステップＳ１０４）。総負荷量Ｗlordは、全部の住宅８で消費されている電気エネルギの総和として求めることができる。

そして、本システムに設置されている全部の燃料電池１の発電稼働台数をＮとするとき、制御部５は、総負荷量ＷlordをＮで除算した（Ｗlord／Ｎ）の値を燃料電池１の１台あたりの基準発電出力Ｗａとする（ステップＳ１０６）。従って、制御部５は、各燃料電池１について、基本的には、基準発電出力Ｗａが発電出力となるように燃料電池１の発電運転を制御する。

そして 発電補正処理においては、基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満となる燃料電池１（ＦＣ：Fuel Cell）が存在するか否か判定する（ステップＳ１０８）。基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満となる燃料電池１が存在するときには、複数の燃料電池１のうち、貯湯室３０の水温が高くて貯湯能力残量が最も小さい貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電運転を中止させる（ステップＳ１１０）。その理由としては、貯湯能力残量が最も小さい貯湯槽３では、その貯湯槽３に貯留されている湯が既にかなり高温となっており、熱エネルギを湯として更に蓄積させる余裕量が小さいためである。そして燃料電池１の発電稼働台数のカウント数をＮよりも１個減少させる（ステップＳ１１２）。その後、ステップＳ１０６に戻る。

まだ、１台の燃料電池１の発電運転を停止させたとしても、基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満となる燃料電池１がまだ存在するときには、複数の燃料電池１（発電運転を中止した燃料電池１を除く）のうち、貯湯能力残量が最も小さい燃料電池１の発電運転を中止させる（ステップＳ１１０）。そして燃料電池１の発電発電稼働台数のカウント数をＮよりも更に１個減少させる（ステップＳ１１２）。その後、ステップＳ１０６に戻る。

また、基準発電出力Ｗａが最低発電出力Ｗmin未満となる燃料電池１が存在しないときには、貯湯能力残量を示す貯湯能力残量パラメータαiを各貯湯槽３について求める。ここで、貯湯能力残量パラメータαiは、熱エネルギを貯湯槽３に湯として蓄積できる余裕量の割合を意味する。貯湯能力残量パラメータαiは次のように求める。即ち、貯湯槽３に貯留されている所定温度以上の高温の湯の湯量に基づく熱エネルギＢiの総和量を、発電運転している燃料電池１の発電稼働台数Ｎで除算して各貯湯槽３の熱エネルギの平均値Ｂaveを求める。各貯湯槽３の熱エネルギＢiの総和量は、稼働している燃料電池１に対応する貯湯槽３の熱エネルギの総和である。場合によっては、設置している燃料電池１に対応する貯湯槽３についての総和とする形態としても良い。

更に、上記した平均値Ｂaveと、特定の貯湯槽３に貯留されている貯湯量に基づく熱エネルギBiとの比率、つまり、Ｂave／Biの値を求める。この値をその貯湯槽３についての貯湯能力残量パラメータαiとする（ステップＳ１１４）。ここで、αi=１のときには、貯湯槽３の貯湯能力残量は、発電運転している稼働中の燃料電池１に対応する貯湯槽３の平均的な貯湯能力残量を意味する。αi＜１のときには、その貯湯槽３の貯湯能力残量は、発電運転している稼働中の燃料電池１に対応する貯湯槽３の平均的な貯湯能力残量よりも小さいことを意味し、その貯湯槽３に湯としてまだ蓄積できる熱エネルギの余裕量が相対的に小さいことを意味する。これに対して、αi＞１のときには、貯湯槽３の貯湯能力残量は、発電運転している稼働中の燃料電池１に対応する貯湯槽３の平均的な貯湯能力残量よりも大きいことを意味し、その貯湯槽３にまだ湯として蓄積できる熱エネルギの余裕量が相対的に大きいことを意味する。

各燃料電池１について、基準発電出力Ｗａと貯湯能力残量パラメータαiとを乗算する。つまり、Ｗａ×αiを求める。これを各燃料電池１について補正発電出力Ｗｃとする（ステップＳ１１６）。従って、貯湯槽３に湯としてまだ蓄積できる熱エネルギが大きいときには、その貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電出力を増加させる。貯湯槽３に湯としてまだ蓄積できる熱エネルギが大きいときには、その貯湯槽３に熱エネルギを蓄積する燃料電池１の発電出力を増加させる。貯湯槽３に湯としてまだ蓄積できる熱エネルギが小さいときには、その貯湯槽３に対応する燃料電池１の発電出力を減少させる。

また、燃料電池１は、前述したように、その保護性及び耐久性を高めるためには、定格出力Ｗmaxを越えないように、定格出力Ｗmax以内で発電運転を行うことが好ましい。そこで、発電補正処理では、補正発電出力Ｗｃが定格出力Ｗmaxを越える燃料電池１（FC:Fuel Cell）が存在するときには、ステップＳ１１８からステップＳ１２０に進み、当該燃料電池１（補正発電出力Ｗｃが定格出力Ｗmaxを越える燃料電池１）の発電出力を強制的に低下させ、当該燃料電池１の発電出力が定格出力Ｗmax以下となるように強制的に変更する（ステップＳ１２０）。これにより当該燃料電池１の発電出力が定格出力Ｗmaxを超えることを防止することができ、当該燃料電池１に対する保護性、耐久性を高めることができる。

更に、上記のように本来的には補正発電出力Ｗｃが定格出力Ｗmaxを越えるような燃料電池１が存在するようなときであっても、当該燃料電池１の発電出力を強制的に低下させるため、強制的に低下させる相当ぶん本システムの発電総出力が不足するおそれがある。そこで、補正発電出力Ｗｃが定格出力Ｗmaxを越えていない他の燃料電池１の発電出力を均等増加させる。この場合、不足する発電総出力をδ１とし、現在発電運転している燃料電池１の発電稼働台数をＮとすると、発電運転している各燃料電池１についてδ１／Ｎずつ、発電出力を均等に増加させる。これにより燃料電池１の定格出力Ｗmaxを越えて発電運転することを防止しつつ、本システムの発電総出力が不足することを防止することができる。

また、前述したように、燃料電池１は最低発電出力Ｗmin未満とならないように最低発電出力Ｗmin以上で発電運転を行うことが好ましい。そこで、補正発電出力Ｗｃが最低発電出力Ｗmin未満の燃料電池１が存在するか否かを判定する（ステップＳ１２４）。補正発電出力Ｗｃが最低発電出力Ｗmin未満の燃料電池１が存在するときには、ステップＳ１２４からステップＳ１２６に進み、当該燃料電池１（補正発電出力Ｗｃが最低発電出力Ｗmin未満の燃料電池１）の発電出力を増加させ、当該燃料電池１の発電出力が最低発電出力Ｗmin以上となるように強制的に増加させて変更する（ステップＳ１２６）。これにより当該燃料電池１の発電出力が最低発電出力Ｗmin未満となることを防止することができ、当該燃料電池１に対する保護性、耐久性を高めることができる。

更に、当該燃料電池１の発電出力を強制的に増加させるため、強制的に増加させた相当ぶん、本システムの発電総出力が過剰となるおそれがある。そこで制御部５は、発電補正処理では、補正発電出力Ｗｃが最低発電出力Ｗmin未満ではない他の燃料電池１について、発電出力を均等に減少させる（ステップＳ１２８）。この場合、過剰となる発電総出力をδ２とし、発電運転している燃料電池１の現在の発電稼働台数をＮとすると、発電運転している各燃料電池１についてδ２／Ｎずつ、発電出力を均等に減少させる。これにより燃料電池１の発電出力が最低発電出力Ｗmin未満となることを防止しつつ、本システムの発電総出力が過剰になることを防止することができる。なお、タイムアップしたか否か判定し（ステップＳ１３０）、タイムアップしていれば、ステップＳ１０２にリターンする。なお上記した場合では、Ｗａ×αiを求め、これを各燃料電池１について補正発電出力Ｗｃとしているが、更にＷａ×αi×係数βを求め、これを各燃料電池１について補正発電出力Ｗｃとしても良い。

図４は実施例２を示す。実施例２は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、本発明の実施例１と異なる部分を中心として説明する。上記した実施例１によれば、１つの住宅８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ…）について１台の燃料電池１、１台の貯湯槽３が装備されているが、本実施例によれば、複数（２つ）の住宅８の組について、１台の燃料電池１、１台の貯湯槽３が装備されている。
（他の例）
燃料電池１に改質器を取り付け、都市ガスを改質器で改質して改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池１に供給することにしても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明は、団地やマンションなどの集合住宅に適用される集合住宅用燃料電池発電システムとして利用することができる。

集合住宅用燃料電池発電システムの概念図である。 貯湯槽付近の構成図である。 制御部が実行する制御則を示すフローチャートである。 実施例２に係り、集合住宅用燃料電池発電システムの概念図である。

符号の説明

図中、１は燃料電池、３は貯湯槽、３０は貯湯室、３００は温度センサ、４は給電線（給電部）、５は制御部、８は住宅（電気エネルギ消費部）を示す。

Claims (6)

1. 酸化剤及び燃料により発電運転を行う複数の燃料電池と、前記燃料電池の発電運転時に発生した熱エネルギを湯として貯湯する複数の貯湯槽と、前記燃料電池が発電した電気エネルギを複数の電気エネルギ消費部に給電する給電部と、複数の前記燃料電池の発電運転を制御する制御部とを具備する集合住宅用燃料電池発電システムにおいて、
   前記制御部は、
   全部の前記燃料電池に負荷される総負荷量をＷlordとし、前記燃料電池の発電稼働台数をＮとするとき、Ｗlord／Ｎを燃料電池の１台あたりの基準発電出力Ｗａとし、且つ、各前記貯湯槽の貯湯能力残量に応じて基準発電出力Ｗａを補正する発電補正手段を有することを特徴とする集合住宅用燃料電池発電システム。
2. 請求項１において、前記制御部の前記発電補正手段は、各前記貯湯槽の貯湯能力残量が他の貯湯槽よりも相対的に小さいとき、その貯湯槽に熱エネルギを蓄積する燃料電池の発電運転を停止、または、その貯湯槽に熱エネルギを蓄積する前記燃料電池の発電出力を低下させることを特徴とする集合住宅用燃料電池発電システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記制御部の前記発電補正手段は、基準発電出力Ｗａが最低発電出力未満となる燃料電池が存在するとき、複数の前記燃料電池のうち１個以上の燃料電池の発電運転を停止させ、前記燃料電池の発電稼働台数を減少させることを特徴とする集合住宅用燃料電池発電システム。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記制御部の前記発電補正手段は、貯湯能力残量に応じて補正された補正発電出力Ｗｃが最低発電出力未満となる燃料電池が存在するとき、当該燃料電池の発電出力を最低発電出力以上に設定すると共に、他の燃料電池の発電出力を減少させることを特徴とする集合住宅用燃料電池発電システム。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記制御部の前記発電補正手段は、貯湯能力残量に応じて補正された補正発電出力Ｗｃが定格出力を越える燃料電池が存在するとき、当該燃料電池の発電出力が定格出力を越えることを抑えると共に、補正発電出力Ｗｃが定格出力を越えていない他の燃料電池の発電出力を増加させることを特徴とする集合住宅用燃料電池発電システム。
6. 酸化剤及び燃料により発電運転を行う複数の燃料電池と、前記燃料電池の発電運転時に発生した熱エネルギを湯として貯湯する複数の貯湯槽と、前記燃料電池が発電した電気エネルギを複数の電気エネルギ消費部に給電する給電部と、複数の前記燃料電池の発電を制御する制御部とを具備する集合住宅用燃料電池発電システムの運転方法において、
   全部の前記燃料電池に負荷される総負荷量をＷlordとし、前記燃料電池の発電稼働台数をＮとするとき、Ｗlord／Ｎを燃料電池の１台あたりの基準発電出力Ｗａとする操作と、基準発電出力Ｗａを前記貯湯槽の貯湯能力残量に応じて補正する操作とを実行する発電補正処理を行うことを特徴とする集合住宅用燃料電池発電システムの運転方法。

Images