JP2010003459A - 燃料電池発電システムとその制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの意図を反映して燃料電池発電システムの動作音を的確に排除可能であり、所望のタイミングと設定内容で優れた静粛性を発揮することが可能な燃料電池発電システムとその制御方法並びに制御プログラムを提供する。
【解決手段】燃料電池発電ユニット１には、燃料電池発電ユニット１の起動禁止時間帯を設定するリモコン１７が設けられている。燃料電池発電ユニット１の発電制御装置１１は、リモコン１７が設定した起動禁止時間帯内であれば、燃料電池スタック４を停止状態のまま維持する静粛モードで燃料電池スタック４を制御するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池発電システムの制御技術に係り、特に、ユーザの所望するタイミングで低騒音な静粛モードにて運用可能である燃料電池発電システムとその制御方法並びに制御プログラムに関するものである。

一般に、燃料電池発電システムは、優れたエネルギー効率で運用可能であり、環境に対する負荷が低いといったメリットがある。中でも、小出力の燃料電池発電システムは、分散電源に最適であって、個人家屋や小規模オフィス等の一般住宅に設置し、電気及び熱を供給するコージェネレーションシステムとして利用することが見込まれている。

ここで、コージェネレーションシステムである燃料電池発電システムの概要について、図９を用いて具体的に説明する。図９に示すように、燃料電池発電システム２０には、電気エネルギーを取り出す燃料電池発電ユニット１と、熱エネルギーを温水として利用する貯湯ユニット１２とが設けられている。これら燃料電池発電ユニット１及び貯湯ユニット１２は、互いに隣接して住宅等の外壁に近接して配置される。

このうち、燃料電池発電ユニット１は、電気及び熱を発生させる燃料電池スタック４と、燃料電池スタック４に取り付けられる各種の補機（図９中の改質器２等）と、燃料電池スタック４の出力制御を行う発電制御装置１１とから構成されるのが一般的である。このような燃料電池発電ユニット１は、系外から燃料及び空気を取り入れ、燃料電池スタック４で発生させた電気を、屋内に設置された各種電気設備（ＰＣ、テレビ、エアコン、照明、冷蔵庫、電磁調理器具等）に供給するようになっている。また、燃料電池発電ユニット１では、燃料電池スタック４で発生した熱を利用して温水を作るようになっている。

なお、燃料電池スタック４に取り付けられる補機に関しては、図９では改質器２以外は図示していないが、具体的には、燃料電池スタック４に対し燃料を流すためのポンプや、空気を送り込む空気ブロア、余分な熱を系外に放熱する冷却モジュール用の冷却ファン等がある。また、補機のレイアウトは適宜選択可能であり、例えば冷却モジュールが燃料電池発電ユニット１側ではなく、貯湯ユニット１２側に配置されても良い。

貯湯ユニット１２は、燃料電池発電ユニット１側から温水を取り込み、これを貯湯タンク１３に貯えるユニットである。貯湯ユニット１２には貯湯タンク１３の給湯制御を行う給湯制御装置１６が設置されており、給湯制御装置１６の制御により、温水を屋内の給湯設備（風呂やキッチン等）へと供給するように構成されている。

以上のような構成を有する燃料電池発電ユニット１において、ユニット１が停止状態から発電状態に移行する際の起動時には、改質器２の動作温度を、発電に最適な温度まで昇温する必要がある。このため、ポンプや空気ブロア等の発電用の補機は、大きな動作音を発することになる。

また、発電中の燃料電池発電ユニット１を止めようとする制動時には、改質器２の速やかなクールダウンが好ましい。したがって、燃料電池発電ユニット１を停止させる時も、冷却モジュール等の補機は動作音が大きくなる。すなわち、燃料電池発電ユニット１では起動時及び制動時に大きな動作音が生じることになる。

さらに、燃料電池発電ユニット１の発電時の運転音は、従来の大型の発電装置に比べれば小さいものの、発電出力が高くなれば、補機の動作音もそれに比例して大きくなるので、運転音が大きくなることは否めない。このため、住宅密集地に燃料電池発電システム２０を適用する場合には、ユーザの住宅に設置した燃料電池発電システム２０と、隣家との距離が短いので、騒音問題が生じ易い環境でのシステム運用となっていた。

そこで、システム運用時に発生する騒音の低減化を図り、静粛性を高めた燃料電池発電システムが求められている。このようなニーズに応えて、例えば特許文献１に記載の従来技術が提案されている。この技術では、冷却モジュール用の冷却ファンをインバータ制御により可変速運転させる回路を持ち、昼間は高回転数で駆動させ、給湯需要の小さい夜間には冷却ファンの回転数を低速駆動に抑えることができる。これにより、暗騒音の低下した夜間に冷却ファンの動作音を弱めることが可能であり、高い静粛性を発揮することができる。
特開平１０−３３４９３１号公報

ところで、燃料電池発電システムでは、燃料電池スタックから得られる熱エネルギーが使いきれない状態が続くと、経済性を考慮してシステムの出力を低減させることがあり、システムを停止させた方が望ましい場合もある。具体的には、温水需要が少ない場合にはシステムを停止させた方が熱余りによる経済性低下を防止できるとされている。

そのため、燃料電池発電システムを運用する際には、過去のデータから最も経済的な運用を選択するように燃料電池スタックの出力レベルを制御するといった、いわゆる学習制御モードで燃料電池スタックを制御することが主流となっている。特に、一般住宅用の燃料電池発電システムでは温水需要が大きい時間帯は朝と夕刻に限られる。すなわち、１日のうちで、時間帯によるエネルギー消費の格差が大きい。

したがって、１日のうちで燃料電池スタックの停止と起動を繰り返した方が経済的な運用となり、学習制御モードでの燃料電池スタックの出力制御が有効である。このような学習制御モードにて運用される燃料電池発電システムでは、熱エネルギーが不要であれば燃料電池スタックを停止させ、熱エネルギーが必要となった時点で燃料電池スタックを再起動することにより、優れた経済性を発揮することができる。

しかしながら、既に述べたように、燃料電池発電システムからの動作音は、補機の動作音の変化時である起動時及び制動時に特に大きくなる。したがって、燃料電池スタックの停止と起動を繰り返した場合、大きいレベルの動作音が頻繁に発生することになり、住宅の密集地では騒音問題に発展し易くなる。

前述の特許文献１に記載の従来技術のように、夜間の動作音を抑える技術も提案されているが、単に冷却ファンの回転数を落とすだけでは動作変化に伴う音が耳障りとなる等、近隣に与える騒音を完全に排除することは困難であった。しかも、住宅地では燃料電池発電システムの動作音が騒音として認識される時間帯や音のレベルが近隣との状況に応じて変化する。したがって、多様なシチュエーションに柔軟に対応可能であり、安定して静粛性を発揮する燃料電池発電システムが強く望まれていた。

本発明は、以上の課題を解決するために提案されたものであり、ユーザの意図を反映して燃料電池発電システムの動作音を的確に排除可能であり、所望のタイミングと設定内容で優れた静粛性を発揮することが可能な燃料電池発電システムとその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段とを有する燃料電池発電ユニットと、前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムにおいて、次のような特徴を有している。

請求項１の発明は、前記燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定する起動禁止時間帯設定手段が具備され、前記発電制御手段は、前記指令送出手段から前記起動指令を受け取った場合でも、前記起動禁止時間帯設定手段が設定した前記起動禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを停止状態のまま維持する静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴としている。

請求項１０の発明は、請求項１の発明を制御方法の観点からとらえたものであり、前記燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定する起動禁止時間帯設定ステップと、前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記起動指令を送る起動指令送出ステップと、前記起動指令送出ステップにて前記発電制御手段に対し前記起動指令を送出した場合でも、前記起動禁止時間帯設定ステップにて設定した前記起動禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを停止状態のまま維持する静粛モードステップ、を含むことを特徴としている。

請求項１３の発明は、請求項１、１０の発明を制御プログラムの観点からとらえたものであって、コンピュータを利用することにより、前記燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定する起動禁止時間帯設定操作と、前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記起動指令を送る起動指令送出操作と、前記起動指令送出操作にて前記発電制御手段に対し前記起動指令を送出した場合でも、前記起動禁止時間帯設定操作にて設定した前記起動禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを停止状態のまま維持する静粛モード操作、をコンピュータに実現させることを特徴とするものである。

これら請求項１、１０、１３の発明では、ユーザ自身が予め燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定しておき、この起動禁止時間帯に該当した時には、システムの停止状態を継続させる。すなわち、学習モード等に基づいて発電制御手段が起動指令を受け取ったとしても、発電制御手段はこの起動指令を無視して燃料電池スタックの停止状態を維持して静粛モードを実現する。このため、停止したままの燃料電池発電ユニットからは起動音が発生することがあり得ない。つまり、燃料電池発電ユニットは、ユーザが設定した起動禁止時間帯が続く限り、停止状態を続けることになり、非常に優れた静粛性を発揮した状態での運用が可能となる。

請求項２の発明は、前記燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定する停止禁止時間帯設定手段が具備され、前記発電制御手段は、前記指令送出手段から前記停止指令を受け取った場合でも、前記停止禁止時間帯設定手段が設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを発電状態のまま維持して制動音の発生を抑える静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴としている。

請求項１１の発明は、請求項２の発明を制御方法の観点からとらえたものであり、前記燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定する停止禁止時間帯設定ステップと、前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記停止指令を送る停止指令送出ステップと、前記停止指令送出ステップにて前記発電制御手段に対し前記停止指令を送出した場合でも、前記停止禁止時間帯設定ステップにて設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを発電状態のまま維持して制動音の発生を抑える静粛モードステップ、を含むことを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項２、１１の発明を制御プログラムの観点からとらえたものであって、コンピュータを利用することにより、前記燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定する停止禁止時間帯設定操作と、前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記停止指令を送る停止指令送出操作と、前記停止指令送出操作にて前記発電制御手段に対し前記停止指令を送出した場合でも、前記停止禁止時間帯設定操作にて設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを発電状態のまま維持して制動音の発生を抑える静粛モード操作、をコンピュータに実現させることを特徴としている。

これら請求項２、１１、１４の発明では、ユーザ自身が予め燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定し、この停止禁止時間帯に該当すれば、システムを停止させて経済性を確保することよりも、システムを停止させないで静粛性を優先させている。すなわち、学習モード等に基づいて発電制御手段が停止指令を受け取ったとしても、発電制御手段はこの停止指令を無視して燃料電池スタックを発電状態のまま維持する。このため、燃料電池発電ユニットは、ユーザが設定した停止禁止時間帯が続く限り、発電状態を続けることになる。したがって、発電状態から停止状態への移行に伴う制動音が発生することがなく、静粛モードでの燃料電池発電ユニットの運用が可能である。

請求項４の発明は、前記燃料電池スタックの出力レベルに関して上限又は出力レベル範囲を設ける出力レベル制約手段が具備され、前記発電制御手段は、前記燃料電池スタックの出力レベルを前記上限以下又は前記出力レベル範囲内とする静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴としている。

請求項１２の発明は、請求項４の発明を制御方法の観点からとらえたものであり、前記燃料電池スタックの出力レベルに関して上限又は出力レベル範囲を設ける出力レベル制約ステップと、前記発電制御手段にて制御される前記燃料電池スタックの出力レベルを前記上限以下又は出力レベル範囲内とする静粛モードステップ、を含めたことを特徴とするものである。

請求項１５の発明は、請求項４、１２の発明を制御プログラムの観点からとらえたものであって、コンピュータを利用することにより、前前記燃料電池スタックの出力レベルに関して上限又は出力レベル範囲を設ける出力レベル制約操作と、前記発電制御手段にて制御される前記燃料電池スタックの出力レベルを前記上限以下又は出力レベル範囲内とする静粛モード操作、をコンピュータに実現させることを特徴としている。

これら請求項４、１２、１５の発明では、前記発電制御手段にて制御される燃料電池スタックの出力レベルに関して、上限又は出力レベル範囲を、ユーザが予め設定しておくので、高出力に伴う動作音の増大を防ぐことができ、優れた静粛性を発揮した状態で燃料電池発電ユニットを運用することが可能である。

以上のような本発明では、ユーザ自身が燃料電池発電ユニットの動作に関して、起動の禁止時間帯、停止の禁止時間帯、出力レベルの上限又は出力レベル範囲といったバリエーションに富んだ設定を行うことができるため、ユーザの望むタイミング及び設定内容に幅広く対応することができ、ユーザの望むタイミング及び設定内容に基づいて燃料電池発電ユニットを静粛モードにて運用可能である。したがって、ユーザの意図を正確に反映でき、効率よく確実に騒音を排除することができる。

本発明の燃料電池発電システムとその制御方法並びに制御プログラムによれば、静粛モードで制御される燃料電池スタックの動作内容を自由に設定することができるため、所望のタイミングと設定内容に従って、燃料電池発電ユニットを静粛モードで運用可能であり、ユーザの意図を的確に実現でき、暗騒音の低下した夜間や住宅密集地等、騒音問題が生じ易い運用環境下であっても、確実に騒音を排除して優れた静粛性を発揮することができる。

（１）代表的な実施形態
（１−１）構成
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図６を用いて具体的に説明する。図１は本実施形態の構成図、図２は本実施形態におけるリモコンの説明図、図３〜図６は本実施形態の静粛モードを説明するためのタイミングチャートである。なお、上述した図９に示した従来例と同一の部分に関しては同一符号を付して説明は省略する。また、本発明は、燃料電池発電システム２０の制御方法及び制御プログラムとしても把握可能であり、制御プログラムはシステム２０に組み込まれたＣＰＵや各種チップセットといった物理的な処理装置を活用することで作用効果を実現する。

（１−１−１）本実施形態の概要
まず、図１を参照して、本実施形態の概要について説明する。図１に示すように、燃料電池発電システム２０は、燃料電池発電ユニット１、貯湯ユニット１２及びリモコン１７とから構成されている。燃料電池発電ユニット１及び貯湯ユニット１２は屋外に配置され、リモコン１７は屋内に配置されている。リモコン１７は本実施形態の主要部であって、後段で詳述するように、リモコン１７に設けられた静粛運転スイッチ２５を操作することにより、燃料電池発電ユニット１が静粛モードを実行するときの動作設定を行うようになっている。

また、燃料電池発電ユニット１は、静粛モードを実行しない場合の通常運用モードとして学習制御モードを実行するようになっている。この学習制御モードを実現するための機能は後述する発電制御装置１１に組み込まれている。学習制御モードとは、ユーザの電力需要にあわせて適切な発電出力レベルと、起動及び停止を含む運転スケジュール（１日単位や１週間単位等）を学習しながら決定し、運転スケジュールに沿って燃料電池スタック４を制御するモードである。

（１−１−２）燃料電池発電ユニット１
燃料電池発電ユニット１には、電力と熱を供給する燃料電池スタック４と、発電制御装置１１が内蔵されている。燃料電池発電ユニット１における動作音の発生源としては、燃料電池発電ユニット１側に含まれる発電用の補機（改質器２、ＣＯ変成・除去器３、排ガス凝縮熱交換器５、水タンク６、電池冷却水ポンプ７、改質器ポンプ８、排熱回収ポンプ９、空気ブロア１０）に加えて、貯湯ユニット１２側に配置された冷却モジュール１４がある。本実施形態では、レイアウトの関係上、冷却モジュール１４が貯湯ユニット１２側に配置されているが、燃料電池発電ユニット１側に組み込まれていても構わない。

（１−１−３）発電制御装置１１
発電制御装置１１は、燃料電池発電ユニット１用に特化したプログラムを記憶させたマイコンにより実現される。この発電制御装置１１には、学習制御モードを実行するためのプログラムが予め組み込まれているが、リモコン１７から静粛モードを実行するための制御信号を受け取ると、学習制御モードに優先して静粛モードを実行するように構成されている。

発電制御装置１１には、燃料電池スタック４の出力制御を行う発電制御部１１ａと、この発電制御部１１ａに対し起動指令、停止指令及び出力レベル指令を送る指令送出部１１ｂが設けられている。発電制御部１１ａは、燃料電池スタック４の出力レベルを制御する部分であり、指令送出部１１ｂからの起動指令を受けて燃料電池スタック４の起動動作を開始し、停止指令を受けて燃料電池スタック４の発電停止するように構成されている。

指令送出部１１ｂは、最低出力指令から最高出力指令までの出力指令を発電制御部１１ａに送るようになっている。発電制御部１１ａはこれらの指令を指令送出部１１ｂから受け取り、各指令に応じて燃料電池スタック４の出力レベルを制御するようになっている。

（１−１−４）貯湯ユニット１２
貯湯ユニット１２には、図９に示したものと同じく貯湯タンク１３が設置されている。また温水が足りなくなった場合に使用するバックアップ給湯器３０が、貯湯タンク１３に取り付けられている。さらに、貯湯ユニット１２には給湯制御装置１６が配置されている。

給湯制御装置１６は、ユーザの温水需要にあわせて貯湯タンク１３の給湯制御を行う装置である。給湯制御装置１６は、貯湯ユニット１２用に特化したプログラムを記憶させたマイコンにより実現される。さらに、貯湯ユニット１２には、前記冷却モジュール１４及び温度センサ１５が設けられている。

（１−１−５）リモコン１７
屋内に配置されたリモコン１７は、燃料電池発電ユニット１の発電制御装置１１及び貯湯ユニット１２の給湯制御装置１６に電気的に接続されており、ユーザ操作に基づく制御信号を、各制御装置１１、１６に送信するように構成されている。このリモコン１７が、燃料電池発電ユニット１及び貯湯ユニット１２の動作設定を行うための動作設定手段となっている。

図２に示すように、リモコン１７は、上半分に横長の表示パネル１９が設けられ、下半分に操作スイッチ群が配置されている。操作スイッチ群は、中央部分に、２つの長方形のスイッチとして、切換スイッチ２１及び確定スイッチ２２が配置され、その上下に、三角形のプラスボタン２３及びマイナスボタン２４が設置されている。これらのボタン２３、２４は、時間等の数字や表示の順番を変更するためのものである。

切換スイッチ２１及び確定スイッチ２２の左右には、やや大き目の正方形のスイッチ２５〜２８が配置されている。これらのスイッチ２５〜２８は、燃料電池発電システム２０の主要な機能を指示するためのスイッチである。このうち、スイッチ２６は燃料電池発電ユニット１の主電源となるＦＣ停止スイッチ、スイッチ２７は貯湯ユニット１２の主電源となる給湯入／切スイッチ、スイッチ２８は風呂の湯面レベルの維持及び湯温の維持を自動的に行うためのふろ自動スイッチである。

静粛運転スイッチ２５は、燃料電池発電ユニット１の静粛モードの動作内容を決めるためのスイッチであって、静粛モードを実施する際の動作設定として、燃料電池発電ユニット１の起動、停止及び高出力動作を禁止する時間帯の設定と、燃料電池発電ユニット１の出力範囲の設定を行う。

（１−１−６）リモコン１７による静粛モード時の動作設定の手順
続いて、リモコン１７による静粛モード時の動作設定の手順の一例について、説明する。静粛運転スイッチ２５を押した場合、表示パネル１９にまず「静粛運転時間」という表示がなされ、切換スイッチ２１を押すと、「禁止動作」、「出力制限範囲」が順次表示される（図２参照）。

表示パネル１９に「静粛運転時間」を表示した状態で、ユーザがプラスボタン２３及びマイナスボタン２４を操作すると、静粛運転開始時間と静粛運転終了時間の選択が可能であり、時間を選択し終えてから確定スイッチ２２を押すことで、静粛モードを実施する時間帯が確定する。

また、表示パネル１９に「禁止動作」を表示した状態で、ユーザがプラスボタン２３及びマイナスボタン２４を操作すると、「起動」、「停止」、「高出力」という動作状態を示す文字が順次点滅し、さらに文字が点滅している状態で確定スイッチ２２を押すことにより、点滅している動作状態を禁止することになる。

「禁止動作」の選択に際して、「高出力」動作を禁止することを選択した場合、表示パネル１９の表示は「出力制限範囲」に切り替わる。表示パネル１９に「出力制限範囲」を表示した状態で、ユーザがプラスボタン２３及びマイナスボタン２４を操作すると、燃料電池発電ユニット１の出力制限範囲を選択可能であり、出力制限範囲の数値を選択し終えた時点で確定スイッチ２２を押すことにより、出力制限範囲が確定する。

（１−１−７）静粛モード時の発電制御装置１１の動作
ここで、燃料電池発電ユニット１にて動作状態の禁止又は制約を実行する静止モードについて、発電制御装置１１の観点から説明する。すなわち、リモコン１７から燃料電池発電ユニット１の起動の禁止時間帯を設定した旨の制御信号を発電制御装置１１が受け取った場合には、たとえ学習制御モードに沿って指令送出部１１ｂが発電制御部１１ａに起動指令を送ったとしても、起動禁止時間帯内であれば、発電制御部１１ａは、燃料電池スタック４を停止状態のまま維持するようになっている。

また、リモコン１７にて燃料電池発電ユニット１の停止の禁止時間帯を設定した旨の制御信号を発電制御装置１１が受け取った場合には、仮に学習制御モードに沿って指令送出部１１ｂが発電制御部１１ａに停止指令を送ったとしても、停止禁止時間帯内であれば、発電制御部１１ａは、燃料電池スタック４を停止させることなく、燃料電池スタック４を最低出力レベルで出力制御するように構成されている。

さらに、リモコン１７にて燃料電池発電ユニット１の高出力の禁止時間帯を設定し、さらに出力制限範囲を最低出力〜５０％出力として設定した旨の制御信号を発電制御装置１１が受け取ったときは、発電制御部１１ａが指令送出部１１ｂから受け取る指令に関係なく、発電制御部１１ａは燃料電池スタック４の出力レベルに関して最低出力〜５０％出力の出力レベル範囲で燃料電池スタック４を制御するように構成されている。

（１−２）作用
以上の構成を有する本実施形態に係る燃料電池発電システム２０では、ユーザがリモコン１７を用いて、静粛モードを実施する際の燃料電池発電ユニット１の動作設定を行うと、リモコン１７は制御信号を燃料電池発電ユニット１の発電制御装置１１へと送る。発電制御装置１１の発電制御部１１ａは、リモコン１７から受信した制御信号に基づいて、燃料電池スタック４の出力レベルを制御し、燃料電池発電ユニット１を学習制御モードあるいは静粛モードで運用する。

以下、燃料電池発電ユニット１の実動作の一例について、図３〜図６のタイミングチャートを参照して説明する。図３〜図６において、縦軸は発電制御装置１１によって制御される燃料電池スタック４の出力レベルの変化（簡単のため発電停止、最低出力、５０％出力、７５％出力、最高出力の５段階で表示している）、横軸は１日の時刻（０時〜２４時）であり、実線は学習制御モードで制御される場合の燃料電池スタック４の出力レベルである。

経済性を優先させた学習制御モードによる燃料電池スタック４の出力レベルについて、時刻ごとの変化に述べると、前日の２２時〜２時が５０％出力、２時〜７時が発電停止、７時〜８時が５０％出力、８時〜１０時が最高出力、１０時〜１１時が７５％出力、１１時〜１４時が最低出力、１４時〜１９時が発電停止、１９時〜２２時が最高出力である（図３〜図６共通）。

また、図３〜図６において、太点線は静粛モードで制御された際の特徴的な動き（つまり実線で示した学習制御モードと比べて）となる燃料電池スタック４の出力レベルである。さらに、一点鎖線は燃料電池発電ユニット１に関してリモコン１７により動作設定された静粛モードの設定内容を示すものである。

図３は燃料電池発電ユニット１について起動を禁止する時間帯と起動を許可する時間帯、図４は燃料電池発電ユニット１について停止を禁止する時間帯と停止を許可する時間帯、図５は燃料電池発電ユニット１について起動及び停止を禁止する時間帯と起動及び停止を許可する時間帯、図６は燃料電池発電ユニット１における燃料電池スタック４の出力レベル範囲が最低出力〜５０％出力に制約された時間帯と制約が解除される時間帯を示している。

（１−２−１）起動禁止時間帯を含むタイムチャート
まず、図３のタイムチャートでは、リモコン１７によって、静粛モードとして燃料電池発電ユニット１の起動禁止が設定された場合について説明する。ここでは、０時〜８時が静粛モードを実施する燃料電池発電ユニット１の起動禁止時間帯、８時〜２４時（０時）が燃料電池発電ユニット１の起動を許可する時間帯である（一点鎖線参照）。

このような静粛モードにて運用される燃料電池発電ユニット１では、８時までは起動禁止時間帯であるため７時になっても起動することがなく、起動が許可される８時になってから起動を開始することになる。このとき、学習制御モードの８時における出力レベルである最高出力まで一気に燃料電池スタック４の出力レベルを上げる（太点線参照）。また、８時以降は燃料電池発電ユニット１の起動を許可する時間帯なので、燃料電池スタック４の出力レベルは学習制御モードと同様の実動作をとる。

（１−２−２）停止禁止時間帯を含むタイムチャート
続いて、図４のタイムチャートを用いて、リモコン１７によって、静粛モードとして燃料電池発電ユニット１の停止禁止が設定された場合について説明する。ここでは、０時〜８時が静粛モードを実施する燃料電池発電ユニット１の停止禁止時間帯、８時〜２４時（０時）が燃料電池発電ユニット１の停止を許可する時間帯である（一点鎖線参照）。

このような静粛モードにて運用される燃料電池発電ユニット１では、８時までは停止禁止時間帯であるため、学習制御モードとは異なり夜の２時の時点で燃料電池スタック４の出力レベルは発電が停止することがなく、燃料電池スタック４の出力レベルは最低出力まで低下する。

そして、７時以降は燃料電池発電ユニット１の停止を許可する時間帯なので、燃料電池スタック４の出力レベルは学習制御モードと同様の実動作をとる。１５時から２１時は起動禁止時間帯なので、停止を保持し、２１時以降の出力レベルは学習制御モードと同様の実動作をとる。

（１−２−３）起動及び停止の禁止時間帯を含むタイムチャート
次に、図５のタイムチャートを用いて、リモコン１７によって、静粛モードとして燃料電池発電ユニット１の起動及び停止禁止が設定された場合について説明する。ここでは、０時〜８時が静粛モードを実施する燃料電池発電ユニット１の起動及び停止禁止時間帯、８時〜１５時が燃料電池発電ユニット１の停止を許可する時間帯である（一点鎖線参照）。

このような静粛モードにて運用される燃料電池発電ユニット１では、８時までは停止禁止時間帯であるため、学習制御モードとは異なり夜の２時の時点で停止することがなく、燃料電池スタック４の出力レベルが最低出力まで低下する。そして、７時以降は燃料電池発電ユニット１の停止を許可する時間帯なので、燃料電池スタック４の出力レベルは学習制御モードと同様の実動作をとる。

（１−２−４）出力レベルの制約時間帯を含むタイムチャート
図６のタイムチャートは、リモコン１７によって、静粛モードとして燃料電池発電ユニット１の高出力が禁止され、且つ燃料電池スタック４の出力レベル範囲が最低出力〜５０％出力に制約された場合について説明する。ここでは、０時〜１１時と１４時〜２０時が静粛モードを実施する燃料電池スタック４の出力レベルを制約する時間帯、１１時〜１４時と２０〜２４時（０時）が燃料電池スタック４の出力レベルの制約を解除する時間帯である（一点鎖線参照）。

このような静粛モードにて運用される燃料電池発電ユニット１では、１１時までは出力レベルの制約時間帯であるため、学習制御モードとは異なり、夜の２時の時点で停止することがなく、燃料電池スタック４の出力レベルが最低出力となる。この状態が７時まで続き、燃料電池スタック４の出力レベルは上限が５０％出力なので、７時になると最低出力から５０％出力まで上昇する。

ただし、８時以降も出力レベルの制約時間帯が続くので、燃料電池スタック４の出力レベルは５０％出力に抑えられ、出力レベルの制約が解除される１１時までこの状態が継続する。１１時〜１４時までは、燃料電池スタック４の出力レベルの制約が解除される時間帯なので、燃料電池スタック４の出力レベルは学習制御モードと同様の実動作をとる。

１４時になると、再度、燃料電池スタック４の出力レベルを制約する時間帯に入るため、燃料電池スタック４は学習制御モードのように停止するのではなく、その出力レベルは最低出力となり、この状態が１９時まで続く。学習制御モードに従えば、１９時になると燃料電池スタック４の出力レベルは最高出力となるが、１９時以降も出力レベルの制約時間帯が続くので、燃料電池スタック４の出力レベルは５０％出力に抑えられ、この状態が２０時まで続く。そして、出力レベルの制約が解除される２０時となって、はじめて料電池スタック４の出力レベルは最高出力となる。

（１−３）効果
以上述べたように、本実施形態の静粛モードでは、「禁止動作」の選択に際して、燃料電池発電ユニット１の「起動」又は「停止」を禁止することを選択した場合、発電中の燃料電池発電ユニット１は発電状態のままで停止動作に移行することがない。反対に、停止中の燃料電池発電ユニット１は停止状態のままで起動動作に移行することがない。

さらに、静粛モードでの「禁止動作」の選択に際して、燃料電池発電ユニット１の「高出力」を禁止することを選択した場合、「出力制限範囲」でのみ燃料電池発電ユニット１が動作する。このため、燃料電池発電システム２０は高出力状態で運転されることがなく、燃料電池発電ユニット１の動作音を抑えることができる。

このように、本実施形態では燃料電池発電ユニット１の動作状態に変化がなければ、燃料電池発電ユニット１の動作音が変わることがない。したがって、燃料電池発電システム２０を住宅密集地で運用しても、騒音問題が起こることがなく、優れた静粛性を発揮することができる。

上記の本実施形態に係る燃料電池発電システム２０によれば、ユーザがリモコン１７を操作することで、静粛モードで制御される燃料電池スタック４の動作内容を簡単に設定することができる。このため、設定にあわせて運転音を低減又は排除した静粛モードに切り替えることができ、ユーザが望むタイミングと設定内容に基づいて、燃料電池発電ユニット１を運用可能である。したがって、暗騒音の低下した夜間や住宅密集地であっても、ユーザの意図を的確に反映して、起動や停止、高出力運転時の騒音を確実に取り除くことができ、静粛性が向上する。

（２）他の実施形態
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、燃料電池発電ユニット１や貯湯ユニット１２の構成要素は適宜変更可能であり、リモコン１７の形状や設置場所等は適宜選択可能である。また、静粛モードにて燃料電池スタック４を制御する時間帯や学習制御モードにて制御する時間帯の設定や、燃料電池スタック４の出力レベル範囲や上限等も、適宜変更自由である。

さらには、以下のような実施形態も包含する。すなちわ、図７に示すように、燃料電池発電ユニット１に燃料電池発電システム２０の周囲の外気温を検知する外気温度センサ１８を設け、リモコン１７で、静粛モードに移行するための基準となる基準外気温の設定を行うようにしてもよい。

この実施形態では、表示パネル１９に「静粛運転移行外気温」を表示した状態で、ユーザがプラスボタン２３及びマイナスボタン２４を操作すると、静粛モードに移行するための基準外気温（例えば、夏日の目安となる気温２５℃）を設定可能であり、基準外気温を設定し終えた時点で確定スイッチ２２を押すことにより、静粛モードに移行するための基準外気温が確定する。

以上の実施形態によれば、外気温が高くなって、窓の開いている家が多い状況となった場合に、仮にユーザが静粛モードの動作設定をし忘れていても、自動的に静粛モードに移行する。このため、燃料電池発電ユニット１の静粛性を高めて運転することが可能である。したがって、住宅密集地へ燃料電池発電システム２０を適用する場合に好適であり、燃料電池発電システム２０と隣家との距離が短くても、騒音問題が起こる心配がない。

また、図８に示すように、燃料電池発電ユニット１に燃料電池発電システムの周囲の騒音を検知する騒音センサ２９を設け、リモコン１７で、静粛モードに移行するための基準騒音レベルの設定を行うようにした実施形態も含まれる。この実施形態では、表示パネル１９に「静粛運転に移行する騒音レベル」を表示した状態で、ユーザがプラスボタン２３及びマイナスボタン２４を操作すると、静粛モードに移行するための基準となる基準騒音レベルを設定可能であり、基準騒音レベルを設定し終えた時点で確定スイッチ２２を押すことにより、静粛モードに移行するための基準騒音レベルが確定する。

上記の実施形態によれば、燃料電池発電ユニット１の運転音に対して、周囲の騒音が十分に小さい場合には自動的に静粛モードに移行することができ、暗騒音に対応して常に優れた静粛性を発揮可能である。したがって、燃料電池発電システム２０は、柔軟な静粛性を持つことができ、住宅の立地条件に対応して、優れた静粛性を維持しつつ、最大限のエネルギー効率を引き出すことが可能である。

本発明に係る燃料電池発電システムの代表的な実施形態の構成図。 本実施形態におけるリモコンの説明図。 本実施形態において起動禁止時間帯を含む際のタイミングチャート。 本実施形態において停止禁止時間帯を含む際のタイミングチャート。 本実施形態において起動及び停止禁止時間帯を含む際のタイミングチャート。 本実施形態において出力レベルの制約時間帯を含む際のタイミングチャート。 本発明に係る他の実施形態を説明するためのリモコンを含めた説明図。 本発明に係る他の実施形態を説明するためのリモコンを含めた説明図。 一般的な燃料電池発電システムの説明図。

符号の説明

１…燃料電池発電ユニット
２…改質器
３…ＣＯ変成・除去器
４…燃料電池スタック
５…排ガス凝縮熱交換器
６…水タンク
７…電池冷却水ポンプ
８…改質水ポンプ
９…排熱回収ポンプ
１０…空気ブロワ
１１…発電制御装置
１１ａ…発電制御部
１１ｂ…指令送出部
１２…貯湯ユニット
１３…貯湯タンク
１４…冷却モジュール
１５…温度センサ
１６…給湯制御装置
１７…リモコン
１８…外気温度センサ
１９…表示パネル
２０…燃料電池発電システム
２５…静粛運転スイッチ
２６…ＦＣ停止スイッチ
２７…給湯入／切スイッチ
２８…ふろ自動スイッチ
２９…騒音センサ
３０…バックアップ給湯器

Claims (15)

1. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段とを有する燃料電池発電ユニットと、
   前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムにおいて、
   前記燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定する起動禁止時間帯設定手段が具備され、
   前記発電制御手段は、前記指令送出手段から前記起動指令を受け取った場合でも、前記起動禁止時間帯設定手段が設定した前記起動禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを停止状態のまま維持する静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴とする燃料電池発電システム。
2. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段とを有する燃料電池発電ユニットと、
   前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムにおいて、
   前記燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定する停止禁止時間帯設定手段が具備され、
   前記発電制御手段は、前記指令送出手段から前記停止指令を受け取った場合でも、前記停止禁止時間帯設定手段が設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを発電状態のまま維持して制動音の発生を抑える静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴とする燃料電池発電システム。
3. 前記発電制御手段は、前記指令送出手段から前記停止指令を受け取った場合でも、前記停止禁止時間帯設定手段が設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記静粛モードにおいて前記燃料電池スタックを最低出力レベルで出力制御するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電システム。
4. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段を有する燃料電池発電ユニットと、
   前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、を備えた燃料電池発電システムにおいて、
   前記燃料電池スタックの出力レベルに関して上限又は出力レベル範囲を設ける出力レベル制約手段が具備され、
   前記発電制御手段は、前記燃料電池スタックの出力レベルを前記上限以下又は前記出力レベル範囲内とする静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴とする燃料電池発電システム。
5. 前記出力レベル制約手段により前記燃料電池スタックの出力レベルが制約される時間帯を設定する出力レベル制約時間帯設定手段が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電システム。
6. 前記起動禁止時間帯設定手段、前記停止禁止時間帯設定手段、前記出力レベル制約手段及び前記出力レベル制約時間帯設定手段の少なくとも一つが家屋内に設置されるリモコンに組み込まれたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
7. 前記燃料電池発電システムの周囲の気温を検知する温度検知手段と、
   基準となる気温を設定する基準気温設定手段と、
   前記基準気温設定手段にて設定した基準気温に基づいて前記温度検知手段の検知した気温を判定する気温判定手段が設けられ、
   前記気温判定手段が前記温度検知手段の検知した気温が前記基準気温を超えたと判定した場合、前記発電制御手段は前記静粛モードで前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
8. 前記燃料電池発電システムが設置されている周辺の騒音を検知する周辺騒音検知手段と、
   基準となる騒音を設定する基準騒音設定手段と、
   前記基準騒音設定手段にて設定した基準騒音に基づいて前記周辺騒音検知手段の検知した周辺騒音を判定する付近騒音判定手段、が設けられ、
   前記周辺騒音判定手段が前記周辺騒音検知手段の検知した周辺騒音が前記基準騒音を超えたと判定した場合、前記発電制御手段は、前記静粛モードにて前記燃料電池スタックを制御するように構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
9. 前記発電制御手段は、過去のデータから最も経済的な運用を選択する学習制御モードにより前記燃料電池スタックを制御するように構成され、且つ前記静粛モードの方が前記学習制御モードよりも優先するように構成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
10. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段とを有する燃料電池発電ユニットと、
    前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムの制御方法であって、
    前記燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定する起動禁止時間帯設定ステップと、
    前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記起動指令を送る起動指令送出ステップと、
    前記起動指令送出ステップにて前記発電制御手段に対し前記起動指令を送出した場合でも、前記起動禁止時間帯設定ステップにて設定した前記起動禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを停止状態のまま維持する静粛モードステップ、を含むことを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
11. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段を有する燃料電池発電ユニットと、
    前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムの制御方法であって、
    前記燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定する停止禁止時間帯設定ステップと、
    前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記停止指令を送る停止指令送出ステップと、
    前記停止指令送出ステップにて前記発電制御手段に対し前記停止指令を送出した場合でも、前記停止禁止時間帯設定ステップにて設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを発電状態のまま維持して制動音の発生を抑える静粛モードステップ、を含むことを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
12. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段とを有する燃料電池発電ユニットと、
    前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、を備えた燃料電池発電システムの制御方法であって、
    前記燃料電池スタックの出力レベルに関して上限又は出力レベル範囲を設ける出力レベル制約ステップと、
    前記発電制御手段にて制御される前記燃料電池スタックの出力レベルを前記上限以下又は出力レベル範囲内とする静粛モードステップ、を含めたことを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
13. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段とを有する燃料電池発電ユニットと、
    前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムに用いられる制御プログラムであって、
    コンピュータを利用することにより、
    前記燃料電池発電ユニットの起動禁止時間帯を設定する起動禁止時間帯設定操作と、
    前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記起動指令を送る起動指令送出操作と、
    前記起動指令送出操作にて前記発電制御手段に対し前記起動指令を送出した場合でも、前記起動禁止時間帯設定操作にて設定した前記起動禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを停止状態のまま維持する静粛モード操作、をコンピュータに実現させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御プログラム。
14. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段と、前記発電制御手段に対し起動指令及び停止指令を送る指令送出手段を有する燃料電池発電ユニットと、
    前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、が設けられた燃料電池発電システムに用いられる制御プログラムであって、
    コンピュータを利用することにより、
    前記燃料電池発電ユニットの停止禁止時間帯を設定する停止禁止時間帯設定操作と、
    前記指令送出手段が前記発電制御手段に対し前記停止指令を送る停止指令送出操作と、
    前記停止指令送出操作にて前記発電制御手段に対し前記停止指令を送出した場合でも、前記停止禁止時間帯設定操作にて設定した前記停止禁止時間帯内であれば、前記燃料電池スタックを発電状態のまま維持して制動音の発生を抑える静粛モード操作、をコンピュータに実現させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御プログラム。
15. 電気及び熱を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力制御を行う発電制御手段とを有する燃料電池発電ユニットと、
    前記燃料電池スタックで発生した熱を利用して作った温水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの給湯制御を行う給湯制御手段とを有する貯湯ユニット、を備えた燃料電池発電システムに用いられる制御プログラムであって、
    コンピュータを利用することにより、
    前記燃料電池スタックの出力レベルに関して上限又は出力レベル範囲を設ける出力レベル制約操作と、
    前記発電制御手段にて制御される前記燃料電池スタックの出力レベルを前記上限以下又は出力レベル範囲内とする静粛モード操作、をコンピュータに実現させることを特徴とする燃料電池発電システムの制御プログラム。

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