JP2010040378A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池の劣化を抑制する技術を提供すること。
【解決手段】燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池からの排熱を利用して、低温流体を昇温させ、高温流体とする排熱利用部と、高温流体の消費量を予測して、燃料電池の運転温度を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池と、燃料電池からの排熱を利用して低温流体（例えば、常温水）を昇温させ高温流体（例えば、お湯）とする排熱利用部と、を備えた燃料電池システムが知られている（下記特許文献１参照）。

特開２００６−２４４３０号公報

上記燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電効率を上昇させるためには、燃料電池を比較的高温域で運転させる必要があった。このように、燃料電池を比較的高温域で運転させると、例えば、電極接合部の金属材料が酸化することによって、燃料電池が劣化するおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池システムにおいて、燃料電池の劣化を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

[適用例１]
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池からの排熱を利用して、低温流体を昇温させ、高温流体とする排熱利用部と、前記高温流体の消費量を予測して、前記燃料電池の運転温度を制御する制御部と、を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池の劣化を抑制することができる。

[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池で負荷要求に応じた電力を発電させる場合において、前記燃料電池の運転温度を低温域に設定する低発電効率モードと、前記燃料電池で負荷要求に応じた電力を発電させる場合において、前記燃料電池の運転温度を前記低発電効率モードよりも高温域に設定する高発電効率モードと、を有しており、前記高温流体の前記消費量が多いと予測した場合には、前記低発電効率モードで前記燃料電池の運転温度を制御することを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、総合効率の低下を抑制しつつ、燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、電気化学反応に供された後の燃料ガスおよび酸化ガスを、混合して燃焼させる燃焼部を備え、前記排熱利用部は、前記燃焼部で生じる燃焼熱を利用して、前記低温流体を昇温させて前記高温流体とすることを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、総合効率を上昇させることができる。

[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする燃料電池システム。

固体酸化物型燃料電池は、運転温度が比較的高温であり、燃料電池の劣化をより抑制することができる。

[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、 前記高温流体の消費量の予測は、位置情報、日時情報、曜日情報、休日情報、天気情報、前記高温流体の消費速度情報、前記低温流体温度情報、および、前記高温流体の残量情報、の少なくともいずれか一つに基づくことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料電池の劣化を抑制することができる。

[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記高温流体の消費量の予測は、前記排熱利用部で生成する前記高温流体を利用するユーザから入力される入力情報に基づくことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料電池の劣化を抑制することができる。

[適用例７]
適用例６に記載の燃料電池システムにおいて、前記入力情報は、前記高温流体の残量が多い日時を表す残量過多情報、または、ユーザ数情報であることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料電池の劣化を抑制することができる。

[適用例８]
適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記流体は、水であることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料電池の劣化を抑制することができる。

なお、本発明は、上記した燃料電池システムの他、排熱利用装置など、他の装置発明の態様として実現することが可能である。また、燃料電池システムの制御方法など、方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００は、主に、燃料電池１０と、制御回路１５と、排熱利用部２０と、改質器３０と、ガス量調整弁３１と、ブロワ４０と、温度センサ５１と、温度センサ５２と、湯タンク６０と、貯水量センサ６１と、温度センサ６２と、湯循環ポンプ７０と、水供給弁８０と、湯排出弁９０と、を備えている。

燃料電池１０は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である。燃料電池１０は、燃料電池セル（図示せず）が複数積層されたスタック構造を有し、燃料ガスとして、水素および一酸化炭素が、酸化ガスとして、空気（酸素）が導入される。

燃料電池セルは、膜電極接合体（図示せず）と、アノード側セパレータ（図示せず）と、電極側セパレータ（図示せず）と、を備えている。膜電極接合体は、電解質膜（図示せず）と、電極であるカソード（図示せず）およびアノード（図示せず）と、ガス拡散層（図示せず）と、を備え、電極およびアノードが表面に形成された電解質膜を、ガス拡散層で挟持して構成される。燃料電池セルは、この膜電極接合体を、さらにアノード側セパレータおよび電極側セパレータで挟持して構成される。電解質膜としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）やペロブスカイト酸化物などのイオン伝導性セラミックを用いることができる。カソードとしては、例えば、ランタンマンガナイト系の導電性セラミックを用いることができる。アノードとしては、例えば、ＮｉＯ-ＹＳＺ、ＮｉＯ-ＳｃＳＺなどの酸化ニッケルと導電性セラミックとの複合材料を用いることができる。

また、燃料電池１０は、燃焼部１１を備えている。燃焼部１１は、アノードおよびカソードで電気化学反応に供された後の水素および空気（酸素）が導入され、これらを混合し、燃焼させる。燃焼部１１において、燃焼により高温となった高温ガスは、高温ガス排出流路１２に排出される。

改質器３０は、燃料ガス供給流路３２を介して燃料電池１０に接続される。改質器３０は、都市ガス（主に、メタンガス）と水が導入され、都市ガスと水の改質反応により、水素および一酸化炭素を生成し、生成した水素および一酸化炭素を燃料ガスとして、燃料ガス供給流路３２を介して燃料電池１０のアノードに供給する。燃料ガス供給流路３２上には、改質器３０に都市ガスの導入量を調整可能なガス量調整弁３１が設けられている。また、改質器３０は、水ライン（図示せず）が接続され、水ライン上には、水供給ポンプ（図示せず）が設けられる。改質器３０において、改質反応に供される水は、水供給ポンプによって、水ラインを介して導入される。

ブロワ４０は、酸化ガス供給流路４１を介して燃料電池１０に接続され、空気を圧縮し酸化ガスとして、燃料電池１０のカソードに供給する。ブロワ４０は、燃料電池１０に供給する空気量を制御することにより、燃料電池１０の燃料電池温度［℃］を調整する。

温度センサ５１は、燃料電池１０の燃料電池温度［℃］を検出するためのセンサである。
温度センサ５２は、燃料電池１０の外部の外気温度［℃］を検出するためのセンサであり、燃料電池１０の発熱の影響を受けない位置に配置される。

湯タンク６０は、水を貯留するためのタンクである。湯タンク６０は、湯循環流路７１と、水供給流路８１と、湯排出流路９１と接続される。水供給弁８０は、水供給流路８１上に設けられ、開弁により、湯タンク６０に水（比較的低温）を供給可能となっている。湯排出流路９１は、燃料電池システム１００の外部であって、湯を消費する消費部とも接続される。湯排出弁９０は、湯排出流路９１上に設けられ、開弁により、消費部に湯タンク６０内の水（お湯）を供給可能となっている。

湯循環流路７１は、後述する排熱利用部２０を通過する。湯循環ポンプ７０は、湯循環流路７１上に設けられ、湯タンク６０内の水（お湯）を湯循環流路７１に導出させ、排熱利用部２０を通過させた後、再び湯タンク６０内に導入する。

貯水量センサ６１は、湯タンク６０の底辺付近に設けられ、湯タンク６０内の貯水量［ｍ³］を検出するためのセンサである。温度センサ６２は、湯タンク６０の貯留水の温度［℃］を検出するためのセンサである。

排熱利用部２０は、高温ガス排出流路１２、および、湯循環流路７１が通過し、これらの流路を流れる流体間で熱交換を行う熱交換器である。具体的には、排熱利用部２０において、高温ガス排出流路１２を流れる高温ガスと、湯循環流路７１を流れる水と、の間で熱交換が行われる。これに伴い、湯循環流路７１を流れる水は温められ、湯タンク６０に戻される。湯タンク６０の戻った水は、再び、排熱利用部２０で暖められ、湯タンク６０に戻される。このように、湯タンク６０の貯留水は、排熱利用部２０に暖められては、湯タンク６０内に戻されることを繰り返され、高温の水、すなわち、お湯となる。高温ガス排出流路１２において、排熱利用部２０で熱交換を行った後のガスは、燃料電池システム１００の外部に排出される。

制御回路１５は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。そして、この制御回路１５は、ガス量調整弁３１、ブロワ４０、湯循環ポンプ７０、水供給弁８０、湯排出弁９０を制御する。制御回路１５は、燃料電池システム１００外部からの負荷要求がなされると、燃料電池１０の発電量が、負荷要求に応じた要求電力量となるように各部位の制御を行う。

また、制御回路１５は、後述するお湯生成処理を実行する。制御回路１５は、湯沸かし処理において、温度センサ５１、温度センサ５２、および、貯水量センサ６１から、それぞれ、燃料電池温度、外気温度、および、貯水量を検出する。

本実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１０からの排熱によってお湯を沸かす湯沸かし処理を実行する。

Ａ２．湯沸かし処理：
図２は、湯沸かし処理のフローチャートである。この湯沸かし処理は、燃料電池１０の発電開始後に、燃料電池１０の発電が安定してきた際に行われる。この処理の前提条件は、以下の通りである。すなわち、ガス量調整弁３１は、開度が調整され、燃料電池１０には負荷要求に対して必要相当量の都市ガスを改質器３０に供給している。水供給弁８０および湯排出弁９０は、閉弁されている。湯循環ポンプ７０は、停止している。

また、ブロワ４０は、以下（１）および（２）の条件を満たす量の空気を供給している。
（１）負荷要求に対する必要相当量。
（２）燃料電池１０が、発電効率が最も良くなる温度となるような流量。

湯沸かし処理において、制御回路１５は、まず、温度センサ５２から外気温度Ｔｓを検出する（ステップＳ１０）。

制御回路１５は、外気温度Ｔｓが閾値Ｔｔｈ１より低いか否かを判断する（ステップＳ２０）。なお、閾値Ｔｔｈ１は、燃料電池システム１００の具体的設計に基づいて、適宜決定される。例えば、閾値Ｔｔｈ１を、１０［℃］としてもよい。

制御回路１５は、外気温度Ｔｓが閾値Ｔｔｈ１より低い場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）には、お湯の消費量が比較的多いと判断（予測）し、低発電効率モードを実行する。

制御回路１５は、低発電効率モードにおいて、まず、湯タンク６０の貯水量Ｚが、比較的大容量であるＨ１［ｍ³］となるように制御する（ステップＳ３０）。具体的には、制御回路１５は、貯水量センサ６１から検出する貯水量ＺがＨ１となるまで、水供給弁８０を開弁する。このＨ１は、後述する高発電効率モードのＨ２よりも大きい値である。

制御回路１５は、湯循環ポンプ７０を駆動し、湯タンク６０内の水を循環させる（ステップＳ３５）。

制御回路１５は、負荷要求に応じた要求電力Ｗｔを検出する（ステップＳ４０）。続いて、制御回路１５は、燃料電池１０の発電電力Ｗｆが、要求電力Ｗｔとなるように制御しつつ、燃料電池温度Ｔｆが、閾値Ｔｔｈ２となるように制御する（ステップＳ５０）。具体的には、制御回路１５は、発電電力Ｗｆが要求電力Ｗｔとなると共に、燃料電池温度Ｔｆを温度センサ５１から検出し、燃料電池温度Ｔｆが閾値Ｔｔｈ２となるように、ガス量調整弁３１およびブロワ４０を制御する。閾値Ｔｔｈ２は、後述する閾値Ｔｔｈ４より小さい値であり、燃料電池システム１００の具体的設計に基づいて、適宜決定される。例えば、閾値Ｔｔｈ２を、７００［℃］としてもよい。

制御回路１５は、湯タンク６０の貯留水（お湯）の温度Ｔｏを検出する（ステップＳ６０）。制御回路１５は、お湯温度Ｔｏが閾値Ｔｔｈ３以下の場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）には、ステップＳ４０の処理にリターンする。なお、閾値Ｔｔｈ３は、燃料電池システム１００の具体的設計に基づいて、適宜決定される。例えば、閾値Ｔｔｈ３を、９５［℃］としてもよい。

制御回路１５は、お湯温度Ｔｏが閾値Ｔｔｈ３より大きい場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）には、湯循環ポンプ７０を稼働停止し、湯タンク６０内の水の循環を停止させる（ステップＳ７５）。その後、この湯沸かし処理を終了する。

一方、制御回路１５は、外気温度Ｔｓが閾値Ｔｔｈ１以上の場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）には、お湯の消費量が比較的少ないと判断（予測）し、高発電効率モードを実行する。

制御回路１５は、高発電効率モードにおいて、まず、湯タンク６０の貯水量Ｚが、比較的小容量であるＨ２［ｍ³］となるように制御する（ステップＳ８０）。具体的には、制御回路１５は、貯水量センサ６１から検出する貯水量ＺがＨ２となるまで、水供給弁８０を開弁する。このＨ２は、Ｈ１よりも小さい値である。

制御回路１５は、湯循環ポンプ７０を駆動し、湯タンク６０内の水を循環させる（ステップＳ８５）。

制御回路１５は、負荷要求に応じた要求電力Ｗｔを検出する（ステップＳ９０）。続いて、制御回路１５は、燃料電池１０の発電電力Ｗｆが、要求電力Ｗｔとなるように制御しつつ、燃料電池温度Ｔｆが、閾値Ｔｔｈ４となるように制御する（ステップＳ１００）。具体的には、制御回路１５は、発電電力Ｗｆが要求電力Ｗｔとなると共に、温度センサ５１から燃料電池温度Ｔｆを検出し、燃料電池温度Ｔｆが閾値Ｔｔｈ４となるように、ガス量調整弁３１およびブロワ４０を制御する。閾値Ｔｔｈ４は、上記閾値Ｔｔｈ２より大きい値をとり、燃料電池システム１００の具体的設計に基づいて、適宜決定される。例えば、閾値Ｔｔｈ４を、１０００［℃］としてもよい。

制御回路１５は、湯タンク６０の貯留水（お湯）の温度Ｔｏを検出する（ステップＳ１１０）。制御回路１５は、お湯温度Ｔｏが閾値Ｔｔｈ３以下の場合（ステップＳ１２０：Ｎｏ）には、ステップＳ９０の処理にリターンする。

制御回路１５は、お湯温度Ｔｏが閾値Ｔｔｈ３より大きい場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）には、湯循環ポンプ７０を稼働停止し、湯タンク６０内の水の循環を停止させる（ステップＳ１２５）。その後、この湯沸かし処理を終了する。

ところで、燃料電池の排熱を利用してお湯を沸かす燃料電池システムにおいて、お湯を沸かす場合に、燃料電池の発電効率だけではなく、燃料電池の発電効率とお湯を沸かすためのエネルギ効率とを勘案した総合効率の低下を抑制したいという要望があった。また、燃料電池１０において、比較的高温域で長時間運転させると、例えば、カソードやアノードが酸化するなど、燃料電池１０が劣化するおそれがあった。なお、燃料電池の発電効率とは、燃料電池に投入する燃料ガスの熱量に対して、燃料電池で発電した電力量の割合をいう。また、総合効率とは、燃料電池に投入する燃料ガスの熱量に対して、燃料電池で発電した電力量とお湯を沸かす際に消費したエネルギ量との和の割合をいう。

一方、以上のように、本実施例の燃料電池システム１００によれば、外気温度Ｔｓが閾値Ｔｔｈ１より低い場合には、お湯の消費が多いと判断し、燃料電池温度Ｔｆを比較的低温とする低発電効率モードを実行するようにしている。このようにすれば、お湯の消費が多い場合において、燃料電池１０からの排熱量（または熱電比）を上昇させることができ、その結果、総合効率の低下を抑制しつつ、燃料電池１０の劣化を抑制することが可能となる。

また、本実施例の燃料電池システム１００によれば、外気温度Ｔｓが閾値Ｔｔｈ１以上の場合には、お湯の消費が少ないと判断し、燃料電池温度Ｔｆを比較的高温とする高発電効率モードを実行するようにしている。このようにすれば、お湯の消費が少ない場合において、燃料電池１０の発電効率を上昇させ、熱電比を低下させることができ、その結果、総合効率を上昇させることができる。

本実施例の燃料電池システム１００において、燃料電池１０は、電気化学反応に供された後の反応ガスを燃焼部１１で燃焼させ、燃焼後の高温ガスを排熱利用部２０でお湯を沸かすために利用するようにしている。言い換えれば、燃焼部１１での燃焼熱を排熱利用部２０でお湯を沸かすために利用するようにしている。このようにすれば、総合効率を上昇させることができる。

本実施例において、燃料電池１０は、特許請求の範囲における燃料電池に該当し、排熱利用部２０は、特許請求の範囲における排熱利用部に該当し、制御回路１５は、特許請求の範囲における制御部に該当し、湯沸かし処理（図２）において、湯循環ポンプ７０を駆動させる前における湯タンク６０内の水は、特許請求の範囲における低温流体に該当し、湯循環ポンプ７０を駆動させた後における湯タンク６０内の水（お湯）は、特許請求の範囲における高温流体に該当する。また、外気温度Ｔｓは、お湯の消費が多いか少ないかを予測する予測情報として用いられ、特許請求の範囲における予測情報に該当する。

Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記燃料電池システム１００では、湯沸かし処理において、外気温度Ｔｓを、お湯の消費が多いか少ないかを予測する予測情報として用いて、低発電効率モードか、高発電効率モードかを選択するようにしているが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、以下の（１）〜（１１）に示す情報を予測情報として用いてもよいし、以下の（１）〜（１１）のいずれかの情報を組み合わせた情報を予測情報として用いてもよい。

（１）上記燃料電池システム１００において、日時情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、日時情報が示す日時が、１２月１日〜３月３１日の範囲であれば、冬なのでお湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、４月１日〜１１月３０日の範囲であれば、比較的暖かいのでお湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、日時情報を更新する機能、若しくは、日時情報を外部から取得する機能を有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における日時情報は、特許請求の範囲における予測情報または日時情報に該当する。

（２）上記燃料電池システム１００において、曜日情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、過去のお湯の消費パターンからお湯の消費量が多い曜日を学習し、お湯の消費量が多いと予測して、曜日情報が示す曜日が、学習により消費量が多い曜日と合致した場合には、低発電効率モードを実行し、学習により消費量が多くない曜日である場合には、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、曜日情報を更新する機能、若しくは、曜日情報を外部から取得する機能を有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における曜日情報は、特許請求の範囲における予測情報または曜日情報に該当する。

（３）上記燃料電池システム１００において、休日情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、日時情報が示す日時が、休日情報が示す休日に該当する場合には、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、日時情報が示す日時が、休日情報が示す休日に該当しない場合には、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、日時情報を更新する機能、若しくは、日時情報を外部から取得する機能を有すると共に、休日情報を取得する機能を有するか、若しくは、予め休日情報が保存される。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における休日情報は、特許請求の範囲における予測情報または休日情報に該当する。

（４）上記燃料電池システム１００において、燃料電池システム１００外部の湿度を表す湿度情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、湿度情報が示す湿度が、所定値より低ければ、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、湿度情報が示す湿度が、所定値より高ければ、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、燃料電池システム１００外部の湿度を検出する機能を有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における湿度情報は、特許請求の範囲における予測情報または天気情報に該当する。

（５）上記燃料電池システム１００において、燃料電池システム１００外部における不快指数を表す不快指数情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、不快指数情報が示す不快指数が、所定値より低ければ、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、不快指数情報が示す不快指数が、所定値より高ければ、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、燃料電池システム１００外部の不快指数を検出する機能を有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における不快指数情報は、特許請求の範囲における予測情報または天気情報に該当する。

（６）上記燃料電池システム１００において、湯タンク６０内のお湯の消費速度を表す消費速度情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理中において、消費速度情報が示す消費速度が、所定値より高い状態を所定時間継続した場合には、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、その他の状態では、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、湯タンク６０内のお湯の消費速度を検出する機能と、タイマ機能とを有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における消費速度情報は、特許請求の範囲における予測情報または消費速度情報に該当する。

（７）上記燃料電池システム１００において、湯タンク６０内のお湯の残量を表す残量情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、残量情報が示すお湯残量が、所定値より少なくなった場合に、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、その他の状態では、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、お湯残量を貯水量センサ６１から検出する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における残量情報は、特許請求の範囲における予測情報または残量情報に該当する。

（８）上記燃料電池システム１００において、お湯の消費者（ユーザ）によって入力される湯タンク６０内のお湯の残量が多い日時を表す残量過多情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、日時情報が示す日時が、残量過多情報が示すお湯の残量が多い日時である場合には、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、日時情報が示す日時が、残量過多情報が示すお湯の残量が多い日時でない場合には、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、ユーザから残量過多情報の入力を受け付ける機能と、日時情報を更新する機能、または、日時情報を外部から取得する機能と、を有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における残量過多情報は、特許請求の範囲における予測情報または残量過多情報に該当する。

（９）上記燃料電池システム１００において、お湯の消費者（ユーザ）によって入力されるお湯を使うユーザ数を表すユーザ数情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、ユーザ数情報が示すユーザ数が所定人数よりも多い場合には、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、ユーザ数情報が示すユーザ数が所定人数以下の場合には、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、ユーザからユーザ数情報の入力を受け付ける機能を有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例におけるユーザ数情報は、特許請求の範囲における予測情報またはユーザ数情報に該当する。

（１０）上記燃料電池システム１００において、燃料電池システム１００の位置を示す位置情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、位置情報が示す位置が、比較的寒冷である寒冷地を示している場合には、燃料電池システム１００の外気温度は比較的低いと考えられ、お湯の消費量が多いと予測して、低発電効率モードを実行し、位置情報が示す位置が、比較的温暖な温暖地を示している場合には、燃料電池システム１００の外気温度は比較的高いと考えられ、お湯の消費量が少ないと予測して、高発電効率モードを実行する。この場合、燃料電池システム１００は、位置情報を取得する機能（例えば、ＧＰＳ機能）と、位置情報に対応した気候マップとを有する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における位置情報は、特許請求の範囲における予測情報または位置情報に該当する。

（１１）上記燃料電池システム１００において、湯循環ポンプ７０を駆動させる前における湯タンク６０内の水の温度を示す低温水温度情報を予測情報として用いるようにしてもよい。例えば、燃料電池システム１００は、湯沸かし処理において、低温水温度情報が示す水の温度が、所定値よりも低い場合には、お湯を作成するために多くのエネルギが必要であると判断し、低発電効率モードを実行し、低温水温度情報が示す水の温度が、所定値以上の場合には、お湯を作成するためにあまりエネルギが必要でないと判断し、高発電効率モードを実行する。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。本変形例における低温水温度情報は、特許請求の範囲における予測情報または低温流体温度情報に該当する。

Ｂ２．変形例２：
上記燃料電池システム１００は、燃料電池１０として、固体酸化物型燃料電池を用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、燃料電池１０として、固体高分子型燃料電池、水素分離膜型燃料電池、アルカリ水溶液電解質型燃料電池、リン酸電解質型燃料電池、あるいは、溶融炭酸塩電解質型燃料電池を用いるようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。

Ｂ３．変形例３：
上記燃料電池システム１００では、湯沸かし処理において、貯水量Ｚを、低発電効率モードではＨ１とし、高発電効率モードではＨ２として、固定しているが、本発明は、これに限られるものではない。燃料電池システム１００において、各モードにおける貯水量Ｚは、消費部における消費量に応じて適宜変更するようにしてもよい。このようにすれば、湯タンク６０内のお湯がなくなることを抑制することができる。

Ｂ４．変形例４：
上記燃料電池システム１００では、閾値Ｔｔｈ１を固定値としているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、閾値Ｔｔｈ１を、上記変形例１における日時情報、曜日情報、休日情報、湿度情報、不快指数情報、消費速度情報、残量情報、残量過多情報、ユーザ数情報、位置情報、または、負荷要求に基づく要求電力Ｗｔ等に応じて、変動させるようにしてもよい。このようにすれば、総合効率の低下および燃料電池１０の劣化をより抑制することが可能となる。

Ｂ５．変形例５：
上記燃料電池システム１００では、湯沸かし処理において、水を昇温させるようにしているが、本発明は、これに限られるものではなく、水以外の流体を昇温させるようにしてもよい。例えば、暖房用媒体等を昇温させるようにしてもよい。

Ｂ６．変形例６：
上記燃料電池システム１００において、燃焼部１１は、燃料電池１０内に配置されているが、本発明は、これに限られるものではない。燃焼部１１は、燃料電池１０の外部に配置されてもよい。例えば、燃焼部１１は、排熱利用部２０の内部に配置されていてもよい。

本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。 湯沸かし処理のフローチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池
１１…燃焼部
１２…高温ガス排出流路
１５…制御回路
２０…排熱利用部
３０…改質器
３１…ガス量調整弁
３２…燃料ガス供給流路
４０…ブロワ
４１…酸化ガス供給流路
５１…温度センサ
５２…温度センサ
６０…湯タンク
６１…貯水量センサ
６２…温度センサ
７０…湯循環ポンプ
７１…湯循環流路
８０…水供給弁
８１…水供給流路
９０…湯排出弁
９１…湯排出流路
１００…燃料電池システム
Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ４…閾値
Ｚ…貯水量
Ｗｆ…発電電力
Ｔｆ…燃料電池温度
Ｔｏ…温度
Ｔｓ…外気温度
Ｗｔ…要求電力

Claims (8)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池からの排熱を利用して、低温流体を昇温させ、高温流体とする排熱利用部と、
   前記高温流体の消費量を予測して、前記燃料電池の運転温度を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記燃料電池で負荷要求に応じた電力を発電させる場合において、前記燃料電池の運転温度を低温域に設定する低発電効率モードと、
   前記燃料電池で負荷要求に応じた電力を発電させる場合において、前記燃料電池の運転温度を前記低発電効率モードよりも高温域に設定する高発電効率モードと、
   を有しており、
   前記高温流体の前記消費量が多いと予測した場合には、前記低発電効率モードで前記燃料電池の運転温度を制御することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   電気化学反応に供された後の燃料ガスおよび酸化ガスを、混合して燃焼させる燃焼部を備え、
   前記排熱利用部は、
   前記燃焼部で生じる燃焼熱を利用して、前記低温流体を昇温させて前記高温流体とすることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記高温流体の消費量の予測は、
   位置情報、日時情報、曜日情報、休日情報、天気情報、前記高温流体の消費速度情報、前記低温流体温度情報、および、前記高温流体の残量情報、の少なくともいずれか一つに基づくことを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記高温流体の消費量の予測は、
   前記排熱利用部で生成する前記高温流体を利用するユーザから入力される入力情報に基づくことを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記入力情報は、
   前記高温流体の残量が多い日時を表す残量過多情報、または、ユーザ数情報であることを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記流体は、水であることを特徴とする燃料電池システム。

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