JP2011170985A

JP2011170985A - 燃料電池発電装置

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Publication number: JP2011170985A
Application number: JP2010030965A
Authority: JP
Inventors: Shinji Miyauchi; 伸二宮内; Kazuhiro Adachi; 和弘安達; Gendo Kato; 玄道加藤; Yoshikazu Tanaka; 良和田中
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】自動運転モードと手動運転モードを使い分ける装置において、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現することができず、予定された機器寿命を満足することができなかった。
【解決手段】自動運転モードにて燃料電池６０の耐用運転時間に基づいて所定期間の運転時間を予め設定された運転許容時間内に制限する運転を行い、かつ運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になると前記手動運転モードでの運転を控える警告を出力する制御手段８１を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池発電装置に関し、特に、装置が自動で運転を行う自動運転モードと利用者の指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードとを有する燃料電池発電装置に関するものである。

従来、この種の燃料電池発電装置は、図８に示すように、燃料電池１５の耐用年数（例えば、１０年）を満足するように、燃料電池１５の耐用運転時間（例えば、約４万時間）に基づいて予め所定時間あたりの運転許容時間を計画し、この運転計画に基づいて運転するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

図８は特許文献１に記載された従来の燃料電池発電装置の構成図を示すものである。図８において、各機器をつなぐ実線は配管を、一点鎖線は電気ケーブルを、破線は制御信号を表す。燃料電池発電装置１００は、水素に富む改質ガスｇを生成する改質器１１と、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と、冷却水ｃと蓄熱媒体ｗとの間で熱交換をする熱交換器２１と、蓄熱槽としての貯湯タンク３１と、燃料電池発電装置１００を制御する制御装置５０とを備えている。

改質器１１は、原料燃料ｍと水蒸気（図示せず）とを導入し加熱して改質することにより水素に富む改質ガスｇを生成する。改質器１１には、原料燃料ｍを導入するための原料燃料管１２と、改質ガスｇを燃料電池１５に向けて導出する改質ガス管１３が接続されている。また、改質器１１は、改質に必要な改質熱を生成するための加熱部（図示せず）を有している。

燃料電池１５は、固体高分子膜を、改質ガスｇを導入する燃料極と酸化剤ガスｔを導入する空気極とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池１５では、燃料極に供給された改質ガスｇ中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過して空気極に移動すると共に電子が燃料極と空気極とを結ぶ外部電線４１を通って空気極に移動して、空気極に供給された酸化剤ガスｔ中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応における、電子が外部電線４１を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。

燃料電池１５には、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナー４２が接続されている。また、燃料電池１５には、改質ガスｇを導入するための改質ガス管１３と、酸化剤ガスｔ（空気）を導入するための酸化剤ガス管１４とが接続されている。また、燃料電池１５には、電気化学的反応による発熱を奪う冷却水ｃを循環する冷却水管１６が接続されている。冷却水管１６には、冷却水ｃを循環する冷却水ポンプ１８が配設されている。また、燃料電池１５は、制御装置５０との間で制御信号の受け渡しを行うための信号ケーブルが接続されている。

熱交換器２１は、冷却水ｃと蓄熱媒体ｗ（水）との間で熱交換を行わせて、冷却水ｃの温度を下げ、蓄熱媒体ｗの温度を上げる。熱交換器２１には、冷却水ｃを導入し導出する冷却水管１６と、蓄熱媒体ｗを導入し導出する蓄熱媒体管２２とが接続されている。熱交換器２１を用いることにより冷却水管１６を密閉流路とすることができ、これにより酸素や不純物等の混入を防いで燃料電池１５を腐食から保護することができる。また、熱交換器２１を用いることにより、熱需要に送水する温水ｈとなる蓄熱媒体ｗと冷却水ｃとの縁を切ることができる。

貯湯タンク３１は、燃料電池１５における電気化学的反応で発生した熱を蓄える。燃料電池１５で発生した熱は、冷却水ｃ及び熱交換器２１を介して蓄熱媒体ｗに伝達され、蓄熱媒体ｗに保有される形で貯湯タンク３１に蓄えられる。貯湯タンク３１には、蓄熱媒体ｗを導入し導出する蓄熱媒体管２２が接続されている。蓄熱媒体管２２は、蓄熱媒体ｗの導入側は貯湯タンク３１の上部、好適には頂部に接続されており、導出側は貯湯タンク３１の下部、好適には底部に接続されている。このように接続されることにより、貯湯タンク３１内の蓄熱媒体ｗに温度成層が形成される。

貯湯タンク３１にはまた、内部に蓄えられた蓄熱媒体ｗを温水ｈとして熱需要（図示せず）に向けて送水する温水供給管３２と、熱需要に送水して減少した水を補うための補給水を導入する補給水管３３が接続されている。温水供給管３２には、温水ｈを熱需要（図示せず）に向けて圧送する温水ポンプ３４と、熱需要に送られる温水ｈの流量を検出する流量計３５が配設されている。流量計３５には、制御装置５０に流量信号を送信するための信号ケーブルが接続されている。また、温水供給管３２には、熱需要（図示せず）に向けて送水する温水ｈを加熱するバックアップボイラ３６が配設されている。バックアップボイラ３６には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。

貯湯タンク３１には、蓄熱可能量を検出するために貯湯タンク３１内の熱媒体の温度を検出する温度検出器３８が配設されている。温度検出器３８は、貯湯タンク３１内を温度成層が形成される方向に仮想的に分割して蓄熱可能量を算出するために、複数のセンサー３８ａ〜３８ｆを有している。

熱交換器２１より上流側の蓄熱媒体管２２には、蓄熱媒体ｗを熱交換器２１と貯湯タンク３１との間で循環させる蓄熱媒体ポンプ２３が配設されている。熱交換器２１より下流側の蓄熱媒体管２２には、逆潮ヒータ２４が配設されている。逆潮ヒータ２４は、燃料電池１５の発電電力が電力需要を上回っているときに、その上回っている余剰電力が商用電源４５に逆潮流することを防ぐために、余剰電力を熱に変換するために設けられている。

逆潮ヒータ２４の下流側の蓄熱媒体管２２には、三方弁２６が配設されている。三方弁２６の、蓄熱媒体管２２とは接続されていない接続口にはバイパス管２５が接続されている。バイパス管２５の他端は、蓄熱媒体ポンプ２３の吸い込み側の蓄熱媒体管２２に接続されている。バイパス管２５には、放熱器としてのラジエータ２８が配設されている。

ラジエータ２８は、貯湯タンク３１内がもはや蓄熱できないほど蓄熱されているが燃料電池１５の運転を継続させる必要があるときに、冷却水ｃを燃料電池１５の冷却に必要な温度にするための冷熱を保有する蓄熱媒体ｗを熱交換器２１に供給すべく、蓄熱媒体ｗを強制的に冷却する装置である。ラジエータ２８には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。ラジエータ２８は、バイパス管２５に配設されたフロースイッチ（図示せず）とインターロックされているファンを有している。

蓄熱媒体ｗが貯湯タンク３１とバイパス管２５のいずれに導かれるかは、三方弁２６を切り替えることにより決まる。三方弁２６には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。

パワーコンディショナー４２には、燃料電池１５と接続されている外部電線４１の他に、交流電力を送電するケーブル４３及びケーブル４９が接続されている。ケーブル４３は、商用電源４５と電力負荷とを接続するケーブル４４に接続されている。すなわち、燃料電池による発電電力は系統電力と連系されている。

連系点より上流のケーブル４４には、電力を検出する電力計４８が配設されている。電力計４８は、順潮流及び逆潮流の両方の電力を検出することができるように構成されている。電力計４８には、制御装置５０に電力信号を送信するための信号ケーブルが接続されている。ケーブル４９は逆潮ヒータ２４に接続されており、系統電力への逆潮流が許されていないときに燃料電池１５で発生した余剰電力を逆潮ヒータ２４に送電できるように構成されている。

制御装置５０は、燃料電池発電装置１００の運転を制御するための、計時手段、演算手段、データ保持手段を有している。典型的には、計時手段はタイマー、演算手段はＣＰＵ及びメモリー、データ保管手段はメモリーで構成されている。制御装置５０は、燃料電池１５、三方弁２６、ラジエータ２８、流量計３５、バックアップボイラ３６、温度検出器３８、電力計４８と、それぞれ信号ケーブルで接続されている。

以上のように構成された従来の燃料電池発電装置１００について、以下その動作について説明する。燃料電池発電装置１００が起動すると、改質器１１に原料燃料ｍと水蒸気（図示せず）とが導入され加熱されて、改質ガスｇが生成される。改質器１１の起動直後は改質ガスｇの組成が安定しないため、燃料電池１５に送らずに、改質器１１の加熱部（図示せず）に送って燃焼させ、改質熱を生成する。

改質器１１で生成される改質ガスｇの組成が安定してきたら、改質ガスｇを燃料電池１５に導入すると共に、酸化剤ガスｔを燃料電池１５に導入する。すると燃料電池１５では、改質ガスｇ中の水素と酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電し、発熱する。発電した直流電力はパワーコンディショナー４２で交流電力に変換されて、系外の電力需要に送電され、あるいは酸化剤ガスｔを燃料電池１５に送気するブロワ（図示せず）や燃料電池発電装置１００の冷却水ポンプ１８の動力として用いられる。

他方、冷却水ポンプ１８で圧送された冷却水ｃが燃料電池１５に導入され、電気化学的反応により発生した熱を奪い、温度が上昇して燃料電池１５から導出される。温度が上昇した冷却水ｃは熱交換器２１に導入され、ここで蓄熱媒体ｗと熱交換して温度が下がって熱交換器２１から導出され、再び燃料電池１５に導入される。熱交換器２１で冷却水ｃと熱交換して温度が上昇した蓄熱媒体ｗは、蓄熱媒体管２２を流れて貯湯タンク３１にその上部から導入される。冷却水ｃと熱交換器２１で熱交換するための温度が低い蓄熱媒体ｗは、貯湯タンク３１の下部から導出される。

貯湯タンク３１に導入された温度が上昇した蓄熱媒体ｗは、温水ｈとして系外の熱需要に温水ポンプ３４にて圧送される。このとき、温水ｈの温度が系外の熱需要が要求する温度に達していない場合は、バックアップボイラ３６で加熱される。貯湯タンク３１内には、系外の熱需要に送水されることにより減少した水量に相当する蓄熱媒体ｗ（典型的には補給水）が補給水管３３より補充される。

貯湯タンク３１内に温度が高い蓄熱媒体ｗが蓄えられ、冷却水ｃを冷却できるほど低い温度の蓄熱媒体ｗがないが燃料電池１５の運転を継続したい場合、制御装置５０は三方弁２６を切り替えて蓄熱媒体ｗを、貯湯タンク３１をバイパスしてラジエータ２８に流し、放熱させて所定の温度に降下させた後、熱交換器２１に導く。貯湯タンク３１内に冷却水ｃを冷却することができる温度の蓄熱媒体ｗが残存しているか否かは、温度検出器３８によって検出される。

上記のような燃料電池発電装置１００の運転は、電力需要が大きいときのみ発電を行う運転（電主熱従運転）あるいは貯湯量が少なくなると燃料電池発電装置を起動し、貯湯量が多くなり、これ以上貯湯できない状態（満蓄）になると停止する運転（熱主電従運転）を行うと制御が簡便になる。

しかしながら、現在、燃料電池は、１０年の耐用年数が予定されている一方で、現状の燃料電池は、約４万時間の耐用運転時間を開発目標としている。例えば一般家庭に設置される燃料電池について、標準的な家庭の消費電力及び消費熱量を基に最適な運転を行った場合の運転時間を試算すると、１年間の運転時間が約６千時間となる。この試算によれば、需要のままに燃料電池を運転すると、運転年数は約６．７年となり、予定されている１０年の寿命がないこととなる。

また燃料電池には、起動回数についても耐用起動回数が存在するため、この観点からも寿命を考慮する必要がある。このような事情から、以下に示すように、第１の所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で燃料電池１５が運転するように、及び／又は第２の所定の単位時間あたりの許容起動回数の範囲内で燃料電池１５が運転するように制御する。

制御装置５０が過去の運転実績を記録しているデータ保持手段からの運転実績に基づいて運転許容時間を設定し、運転計画を作成したのち運転計画による運転を開始する。その後、第１の所定単位時間を経過すると、実運転時間を運転許容時間と比較し、運転許容時間未満であれば、運転許容時間と実運転時間との差分を求め、次回の運転許容時間にその差分を加えた運転計画を作成する。

特開２００７−３２３８４３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、利用者が任意に運転開始や運転停止といった発電時間を設定する予約運転モードや貯湯タンク３１等の排熱回収手段へ所望の貯湯量を確保するべく排熱回収量の設定、すなわち排熱回収量運転開始レベルと排熱回収量運転停止レベルを設定する排熱回収量設定運転モードなどの手動運転モードと運転計画を立案し運転計画に基づいた運転をする自動運転モードとを有する燃料電池発電装置に対応したものではなく、運転計画に基づいた運転を行う自動運転モードのみを有する装置にしか適用されず、両運転モードを使い分ける装置においては、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現することができず、予定された機器寿命を満足することができなかった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、利用者が任意に発電時間を設定する予約運転モードや排熱回収手段へ所望の貯湯量を確保する排熱回収量設定運転モードなどの手動運転モードと運転計画に基づいた運転をする自動運転モードとの両者を有する燃料電池発電装置において、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現し、予定された機器寿命を満足することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段と、報知部または表示部の少なくともどちらか一方と操作部を備えた操作手段と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と前記燃料電池の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと前記操作部からの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで前記燃料電池と前記排熱回収手段とを制御して装置の運転を行う制御手段とを備えた燃料電池発電装置であって、前記制御手段は、前記自動運転モードでは、所定期間毎に単位時間あたりの運転時間を予め設定された運転許容時間内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を控える警告を前記報知部または前記表示部の少なくともどちらか一方から出力する構成となっている。

上記構成において、利用者が、操作手段の操作部から燃料電池発電装置の運転の開始または停止を指示して手動運転モードで燃料電池発電装置を運転した結果、自動運転モードで燃料電池発電装置を運転した場合よりも運転経過期間に対する累積運転時間の割合が高くなり、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になると、制御手段は手動運転モードでの運転を控える警告を操作手段の報知部または表示部の少なくともどちらか一方から出力する。

利用者は、この警告により、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が高いことを認識し、長時間にわたる手動運転モードによる燃料電池発電装置を運転を控える可能性が高くなる。長時間にわたって手動運転モードを自動運転モードに切り換えると、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が減ってくる。その結果、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現し、予定された機器寿命を満足することができる。

なお、警告が出た段階では、まだ手動運転モードによる燃料電池発電装置の運転は可能であるので、利用者は、しばらくの間、自動運転モードの場合よりも運転時間が短くなるように手動運転モードで燃料電池発電装置を運転することもでき、また、家を日単位で留守にしている間は燃料電池発電装置の運転を停止することもでき、それらの場合は、手動運転モードを自動運転モードに切り換えた場合よりも、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が早く減り、その場合も、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現し、予定された機器寿命を満足することができる。

本発明の燃料電池発電装置は、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になると手動運転モードでの運転を控えるよう警告を出力することにより、利用者は手動運転モードの運転を控える警告を認識し、手動運転を控えたり、自動運転モードの場合よりも運転時間が短くなるようにしたりする可能性が高くなる。

従って、自動運転モードと手動運転モードの２つの運転モードを使い分けながら、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現することができ、予定された機器寿命を満足することができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の構成図同実施の形態の燃料電池発電装置における制御手段の制御ブロック図同実施の形態の燃料電池発電装置の月毎の運転許容時間を示す特性図同実施の形態の燃料電池発電装置の運転経過期間に対する累積運転時間を説明する特性図同実施の形態の燃料電池発電装置の制御手段と操作手段の動作を説明するためのフローチャート本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の運転経過期間に対する累積運転回数を説明する特性図同実施の形態の燃料電池発電装置の制御手段と操作手段の動作を説明するためのフローチャート従来の燃料電池発電装置の構成図

第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段と、報知部または表示部の少なくともどちらか一方と操作部を備えた操作手段と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と前記燃料電池の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと前記操作部からの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで前記燃料電池と前記排熱回収手段とを制御して装置の運転を行う制御手段とを備えた燃料電池発電装置であって、前記制御手段は、前記自動運転モードでは、所定期間毎に単位時間あたりの運転時間を予め設定された運転許容時間内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を控える警告を前記報知部または前記表示部の少なくともどちらか一方から出力することを特徴とする燃料電池発電装置である。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記制御手段が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が前記第１の所定レベルを超える第２の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を禁止することを特徴とする。

上記構成において、利用者が、手動運転モードでの運転を控える警告を無視して、手動運転モードでの燃料電池発電装置の運転を継続した結果、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベルを超える第２の所定レベル以上になると、制御手段は手動運転モードでの運転を禁止する。利用者は、手動運転モードでの運転ができないことから、自動運転モードに切り換える。すると、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が減ってくる。

このように、利用者が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が警告レベルの第１の所定レベル以上で手動運転を継続した場合には、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第２の所定レベル、すなわち手動運転モードの運転禁止レベルに達した段階で強制的に手動運転モードを禁止することにより、手動運転による運転時間の増加を抑制することが可能となる。その結果、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現し、予定された機器寿命を満足することができる。

なお、手動運転モードでの運転が禁止されている場合に、そのことを操作手段の表示部に表示したり、利用者が、操作部の操作で手動運転モードで運転しようとした時に、手動運転モードでの運転が禁止されていることを操作手段の報知部または表示部の少なくともどちらか一方から知らせるようにすることが好ましい。

第３の発明は、特に、第１の発明において、前記手動運転モードが、前記操作部で所定の操作を行うことにより、運転開始時刻と運転停止時刻を設定できる予約運転モードを有することを特徴とする。

この構成により、利用者は所望の運転時間を設定した手動運転が可能となり、発電装置に対して任意の時間指定運転が可能となる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、前記手動運転モードが、前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記排熱回収手段の所定の運転開始排熱回収レベルと運転停止排熱回収レベルを設定できる排熱回収レベル運転モードを有することを特徴とする。

この構成により、利用者は所望の排熱回収手段への排熱回収運転が可能となり、発電装置に対して任意の排熱回収量を確保する運転が可能となり、コージェネレーション装置としての排熱回収量の実績を目視確認し熱利用することにより省エネ機器としての運転効果を実感することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明において、前記制御手段が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が前記第１の所定レベル未満の第３の所定のレベル以下になると前記手動運転モードでの運転を控える警告を解除することを特徴とする。

上記構成により、制御手段が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル未満の第３の所定のレベル以下になると手動運転モードでの運転を控える警告を解除するので、手動運転モードでの運転を控える警告が解除されると、利用者は、警告が解除されたことにより、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現する運転状態に戻ったことを知って安心することになる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

第６発明は、特に、第２発明において、前記制御手段が、運転経過期間に対する累積転時間の割合が前記第２の所定レベル未満で第１の所定レベル以上である第４の所定レベル以下になると前記手動運転モードでの運転禁止を解除することを特徴とする。

上記構成により、制御手段が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第２の所定レベル未満で第１の所定レベル以上である第４の所定レベル以下になると手動運転モードでの運転禁止を解除するので、手動運転モードでの運転禁止が解除されると、利用者は、手動運転モードでの運転禁止が解除されたことにより、手動運転が可能となるため、手動運転モードを再開することができる。

なお、手動運転モードでの運転禁止が解除された場合に、そのことを操作手段の報知部または表示部の少なくともどちらか一方から知らせるようにしても構わない。

第７発明は、特に、第５の発明において、前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第１の所定レベルと前記第３の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

この構成により、利用者は、手動運転モードでの警告レベルと警告解除レベルを自らが設定でき、利用者自身の判断で手動運転モードを選択できる自由度と機器寿命を満足する運転許容時間を維持する自動運転モードによる機器寿命確保とのバランスを選択できる。

第８発明は、特に、第６の発明において、前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第２の所定レベルと前記第４の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

この構成により、利用者は、手動運転モードでの運転禁止レベルと運転禁止解除レベルを自らが設定でき、利用者自身の判断で手動運転モードを選択できる自由度と機器寿命を満足する運転許容時間を維持する自動運転モードによる機器寿命確保とのバランスを選択できる。

第９発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段と、報知部または表示部の少なくともどちらか一方と操作部を備えた操作手段と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と前記燃料電池の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと前記操作部からの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで前記燃料電池と前記排熱回収手段とを制御して装置の運転を行う制御手段とを備えた燃料電池発電装置であって、前記制御手段は、前記自動運転モードでは、前記燃料電池の耐用運転回数と予定された耐用年数とを考慮して所定期間の運転回数を予め設定された運転許容回数内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を控える警告を前記報知部または前記表示部の少なくともどちらか一方から出力することを特徴とする燃料電池発電装置である。

上記構成において、利用者が、操作手段の操作部から燃料電池発電装置の運転の開始または停止を指示して手動運転モードで燃料電池発電装置を運転した結果、自動運転モードで燃料電池発電装置を運転した場合よりも運転経過期間に対する累積運転回数の割合が高く（多く）なり、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以上になると、制御手段は手動運転モードでの運転を控える警告を操作手段の報知部または表示部の少なくともどちらか一方から出力する。

利用者は、この警告により、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が高い（多い）ことを認識し、長時間にわたる手動運転モードによる燃料電池発電装置を運転を控える可能性が高くなる。長時間にわたって手動運転モードを自動運転モードに切り換えると、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が減ってくる。その結果、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転回数相当の累積運転回数を実現し、予定された機器寿命を満足することができる。

なお、警告が出た段階では、まだ手動運転モードによる燃料電池発電装置の運転は可能であるので、利用者は、しばらくの間、自動運転モードの場合の運転回数以下の運転回数になるように手動運転モードで燃料電池発電装置を運転することもでき、また、家を日単位で留守にしている間は燃料電池発電装置の運転を停止することもでき、その場合も、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転回数相当の累積運転回数を実現し、予定された機器寿命を満足することができる。

第１０発明は、特に、第９の発明において、前記制御手段が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が前記第５の所定レベルを超える第６の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を禁止することを特徴とする。

上記構成において、利用者が、手動運転モードでの運転を控える警告を無視して、手動運転モードでの燃料電池発電装置の運転を継続した結果、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベルを超える第６の所定レベル以上になると、制御手段は手動運転モードでの運転を禁止する。利用者は、手動運転モードでの運転ができないことから、自動運転モードに切り換える。すると、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が減ってくる。

このように、利用者が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が警告レベルの第５の所定レベル以上で手動運転を継続した場合には、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第６の所定レベル、すなわち手動運転モードの運転禁止レベルに達した段階で強制的に手動運転モードを禁止することにより、手動運転による運転回数の増加を抑制することが可能となる。その結果、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転回数相当の累積運転回数を実現し、予定された機器寿命を満足することができる。

第１１発明は、特に、第９の発明において、前記制御手段が、運転経過期間に対する累積発電回数の割合が前記第５の所定レベル未満の第７の所定のレベル以下になると前記手動運転モードでの運転を控える警告を解除することを特徴とする。

上記構成により、制御手段が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル未満の第７の所定のレベル以下になると手動運転モードでの運転を控える警告を解除するので、手動運転モードでの運転を控える警告が解除されると、利用者は、警告が解除されたことにより、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転回数相当の累積運転回数を実現する運転状態に戻ったことを知って安心することになる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

第１２発明は、特に、第９の発明において、前記制御手段が、運転経過期間に対する累積発電回数の割合が前記第６の所定レベル未満で第５の所定レベル以上である第８の所定レベル以下になると前記手動運転モードでの運転禁止を解除することを特徴とする。

上記構成により、制御手段が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第６の所定レベル未満で第５の所定レベル以上である第８の所定レベル以下になると手動運転モードでの運転禁止を解除するので、手動運転モードでの運転禁止が解除されると、利用者は、手動運転モードでの運転禁止が解除されたことにより、手動運転が可能となるため、手動運転モードを再開することができる。

第１３発明は、特に、第１１の発明において、前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第５の所定レベルと前記第７の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

この構成により、利用者は、手動運転モードでの警告レベルと警告解除レベルを自らが設定でき、利用者自身の判断で手動運転モードを選択できる自由度と機器寿命を満足する運転許容回数を維持する自動運転モードによる機器寿命（耐久性）確保とのバランスを選択できる。

第１４発明は、特に、第１２の発明において、前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第６の所定レベルと前記第８の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

この構成により、利用者は、手動運転モードでの運転禁止レベルと運転禁止解除レベルを自らが設定でき、利用者自身の判断で手動運転モードを選択できる自由度と機器寿命を満足する運転許容回数を維持する自動運転モードによる機器寿命（耐久性）確保とのバランスを選択できる。

以下に、本発明の燃料電池発電装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の構成図である。図１において、燃料電池６０には、燃料ガス供給手段６１からの燃料ガスと酸化剤ガス供給手段６２からの酸化剤ガスが供給され、発電によって発生した直流電力をインバータ６３へ出力すると共に、冷却水経路６４の冷却水を冷却水循環ポンプ６５で循環し熱交換器６６を介して排熱回収配管６７へ排熱回収するように接続されている。排熱回収配管６７で排熱回収された熱を貯湯ポンプ６８で循環し、貯湯タンク６９に貯湯する。貯湯ポンプ６８は貯湯タンク６９の下層の水を排熱回収配管６７ａを介して熱交換器６６に導き、発電に伴う排熱を回収させ貯湯タンク６９に貯湯する。また、排熱回収配管６７で回収された湯の温度とある閾温度（お湯として貯湯タンク６９に貯湯可能な温度）とを比較し、貯湯タンク６９への湯の回収位置を変更する三方弁７０が接続されており、閾値以上であれば配管７１を介して貯湯タンク６９の上層へ回収し、閾値以下であれば配管７２を介して貯湯タンク６９の下層へ回収させる。この動作は、貯湯タンク６９に生成された湯の積層を崩しにくいため、使用者に安定した給湯が行える効果がある。

貯湯タンク６９出口には配管７３を介して貯湯タンク６９の湯と、配管７４から導く市水とを混合する混合弁７５とその下流側に混合温度検出手段７６が配され、加熱手段７７に混合水を供給する。混合弁７５は、操作手段７８により設定された給湯温度になるように貯湯タンク６９の湯と配管７４からの水を混合させるように接続されている。給湯カラン（図示せず）から出湯させれば、混合温度検出手段７６の検出温度が操作手段７８に設定された給湯温度に調整するため、混合弁７５は配管７５からの湯水と配管７４からの市水との混合比を調整する。貯湯タンク６９からの湯と市水からの水を混合し、混合温度を調整するが、混合温度検出手段７６の検出温度が操作手段７８に設定された給湯温度より熱い場合は、混合弁７５は配管７４の市水側へ、反対に冷たい場合は配管７５の湯側へ開く。配管７５側へ一杯に開いてもまだ操作手段７８に設定された給湯温度より冷たい場合は加熱手段７９によって混合水は加熱され、使用者が設定した湯を給湯カラン（図示せず）から出湯するように接続されている。加熱手段７９の下流側には、熱負荷検知手段８０が接続され、制御手段８１に熱需要（利用者の熱負荷）データを出力するように構成されている。

操作手段７８は、一般的にリモコンとして、燃料電池６０の発電の開始や停止、給湯温度、風呂の沸き上げや風呂の沸き上げ時間予約といった設定を行うための操作部７８ａと、エラー表示、発電電力量、貯湯タンク６９に装着された残湯量検出手段６９ａ〜６９ｆが検出する温度から貯湯タンク６９の残湯量などの表示を行う表示部７８ｂと風呂の沸きあがり報知などの報知機能を有した報知部７８ｃを備えており、制御手段８１とデータ通信により制御するように接続されている。

インバータ６３は、燃料電池６０からの直流電力を入力し電力会社の電力系統８２へ系統連系するように接続されている。また、電力系統８２には利用者が電力消費する電力負荷８３が接続され、利用者施設への受電点電力を測定する電力負荷検知手段８４が接続されている。

貯湯タンク６９と三方弁７０と混合弁７５と加熱手段７７とが接続された燃料電池の排熱回収を行う手段を総称して排熱回収手段９０とする。

図２は、本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置における制御手段の制御ブロック図を示すものである。

制御手段８１には、電力負荷８３の電力需要量を検出する電力負荷検知手段８４と熱負荷の熱需要量を検出する熱負荷検知手段８０とからの負荷状態を検知し運転計画手段８５に出力する負荷状態検知手段８６と、利用者の入力操作に基づき燃料電池発電装置に関する様々な情報を設定する操作手段７８からの手動運転モード、自動運転モードの各種設定モードを入力する運転モード入力手段８７と、負荷検知手段８６からの電力需要量および熱需要量とを時刻との関係を持ってデータ記憶する負荷履歴記憶手段８８とを備えている。

運転計画手段８５は、負荷履歴記憶手段８８に記憶された過去の電力需要量データ及び熱需要量データと各時間属性との対応関係に基づき所定の時間属性を有する将来の電力需要量データおよび熱需要量データを予測し、予測された電力需要量データおよび熱需要量データに基づいて燃料電池発電装置の運転を計画し、運転制御手段８９を介して燃料ガス供給手段６１，酸化剤ガス供給手段６２を制御して燃料電池６０の発電を行い、インバータ６３により発電電力を電力系統８２に出力するように接続されている。

図３は、本実施の形態の燃料電池発電装置の月毎の運転許容時間を示す特性図であり、燃料電池発電装置の機器寿命を例えば１０年、累積発電電力時間４００００時間としたとき、標準的な家庭での電力需要と熱需要から１日あたりの運転許容時間を算出した各月別の運転許容時間を示す。

標準家庭では、冬場に熱需要が多く、夏場に熱需要が減少する。機器寿命を１０年で累積運転時間４００００時間とした場合、４０００時間／年となり、１日平均では約１１時間となるが、標準的な家庭での電力需要と熱需要から季節別の熱需要に合わせて運転時間を分配すると、冬場（１、２月：約２０時間／日，１１、１２月：約１７時間／日），夏場（６〜９月：約１０時間／日），中間期（３〜５、１０月：約１４時間／日）となる。

使用者は、操作手段７８により、自動運転モードを選択した場合に、制御手段８１は、図３での運転許容時間の範囲内で運転計画を立てて自動運転を行う。この自動運転モードでの運転にて、ほぼ運転計画通りの実際の電力需要と熱需要が発生した場合は、図３の運転許容時間範囲内での運転を行う。そして、年間を通じて図３の運転許容時間での自動運転が継続した場合は、年間発電時間が約４０００時間となり、この運転を１０年間継続した場合は、図４の実線に示すような標準負荷パターンにおける自動運転モードでの運転特性となり機器寿命１０年を満足する。

次に、使用者が自動運転モードから手動運転モードを選択した場合を説明する。

例えば、夏場や中間期において熱需要が多く発生した場合など、利用者が操作手段７８の操作部７８ａにより運転開始時刻：６：００、運転停止時刻：２２：００（運転時間：１６時間）の予約運転モードを選択した場合ものとする。この場合、図３の夏場や中間期の運転許容時間（１０ｈ／日）を超える運転となり、本実施の形態として、図５のフローチャートのような動作となる。

図５において、手動運転モードを選択後、制御手段８１は、インバータ６３からの発電電力を入力し、累積運転時間を積算する（ＳＴＥＰ１）。次に、累積運転時間が第１の所定レベル以上であるかを判定する（ＳＴＥＰ２）。もし、累積運転時間が第１の所定レベル未満であればＳＴＥＰ３に進み累積運転時間が第３の所定レベル以上であるかを判定する（ＳＴＥＰ３）。もし、累積運転時間が第３の所定レベル未満であればＳＴＥＰ４に進み手動発電モードを控える警告を解除する。ＳＴＥＰ３で累積運転時間が第３の所定レベル以上であればＳＴＥＰ１に戻る。

ＳＴＥＰ２で累積運転時間が第１の所定レベル以上であれば、ＳＴＥＰ５に進み手動発電モードを控える警告を出力する。さらにＳＴＥＰ６で累積運転時間が第２所定レベル以上かを判定する。

ＳＴＥＰ６で累積運転時間が第２の所定レベル未満であれば、ＳＴＥＰ７に進み累積運転時間が第４の所定レベル以上であるかを判定する（ＳＴＥＰ７）。ＳＴＥＰ７で累積運転時間が第４の所定レベル未満であれば、手動発電モードの禁止を解除する。ＳＴＥＰ６で累積運転時間が第２の所定レベル以上であれば、ＳＴＥＰ９に進み手動発電モードを禁止すると共に手動発電モードを控える警告を解除する。

従って、使用者が自動運転モードから手動運転モードを選択して、例えば、夏場や中間期において熱需要が多く発生した場合など運転開始時刻：６：００、運転停止時刻：２２：００といった図３の運転許容時間を超える１６ｈ／日を選択した場合には、それまでの累積運転時間に手動運転モードでの累積運転時間を積算し、図５のフローチャートに従った制御手段８１の判定により、第１の所定レベル以上になったときに操作手段７８の表示部７８ｂや報知部７８ｃにより手動運転モードを控える警告（「手動運転時間が長くなっております。手動運転をお控え下さい。」といったメッセージ）を出力し手動運転を控えるようにアドバイスすることになる。

この後、さらに使用者がこの手動運転モードの運転を継続して図３の運転許容時間を超える運転状態が続いた場合には、制御手段８１の判定により、第２の所定レベル以上になったときに操作手段７８により手動運転モードを禁止することになる。

この場合は、手動運転モードが禁止され自動運転モードに切り替わりその後の運転許容時間を超える運転はなくなる。さらに、図４の電力需要、熱需要が標準的な標準負荷パターンより少なくなった場合には、累積運転時間が図４の標準負荷パターンにおける自動運転モードでの運転特性線（実線）よりも低い方向に移行するため、運転経過期間に対する累積運転時間が減少する。

そして、図５のフローチャートに従った制御手段８１の判定により、第４の所定レベル未満になったときに操作手段７８により手動運転モードの運転禁止を解除し手動運転モードが復活する。さらに、運転経過期間に対する累積運転時間が減少する状態が継続し第３の所定レベル未満になったときに操作手段７８により手動運転モードの警告を解除することになる。

以上のように、本実施の形態においては、利用者は運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以内で任意に手動運転が可能となり、かつ運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になると手動運転モードの運転を控える警告を認識することにより、運転許容時間以上の手動運転を控えることになる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。また、さらに運転経過期間に対する累積運転時間の割合が警告レベルの第１の所定レベル以上で手動運転を設定継続した場合には、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第２の所定レベル、すなわち手動運転モードの運転禁止レベルに達した段階で強制的に手動運転モードを禁止することにより、手動運転による運転時間の増加を押さえることができ運転経過期間に対する累積運転時間の増加を押さえることが可能となる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

なお、本実施の形態１では、手動運転モードを、運転開始時刻と運転停止時刻を設定する予約運転モードを選択した場合を記載しているが、排熱回収手段の所定の運転開始排熱回収レベルと運転停止排熱回収レベルを設定する排熱回収レベル運転モードを選択した場合も同様の効果があることは言うまでもない。

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。

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。

以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池６０と、燃料電池６０の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段９０と、報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方と操作部７８ａを備えた操作手段７８と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と燃料電池６０の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと操作部７８ａからの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで燃料電池６０と排熱回収手段９０とを制御して装置の運転を行う制御手段８１とを備えた燃料電池発電装置であって、制御手段８１は、自動運転モードでは、所定期間毎に単位時間あたりの運転時間を予め設定された運転許容時間内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になっている場合は手動運転モードでの運転を控える警告を報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方から出力するように構成されている。

上記構成において、利用者が、操作手段７８の操作部７８ａから燃料電池発電装置の運転の開始または停止を指示して手動運転モードで燃料電池発電装置を運転した結果、自動運転モードで燃料電池発電装置を運転した場合よりも運転経過期間に対する累積運転時間の割合が高くなり、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になると、制御手段８１は手動運転モードでの運転を控える警告を操作手段７８の報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方から出力する。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベルを超える第２の所定レベル以上になっている場合は手動運転モードでの運転を禁止するように構成されている。

上記構成において、利用者が、手動運転モードでの運転を控える警告を無視して、手動運転モードでの燃料電池発電装置の運転を継続した結果、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベルを超える第２の所定レベル以上になると、制御手段８１は手動運転モードでの運転を禁止する。利用者は、手動運転モードでの運転ができないことから、自動運転モードに切り換える。すると、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が減ってくる。

なお、手動運転モードでの運転が禁止されている場合に、そのことを操作手段７８の表示部７８ｂに表示したり、利用者が、操作部７８ａの操作で手動運転モードで運転しようとした時に、手動運転モードでの運転が禁止されていることを操作手段７８の報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方から知らせるようにすることが好ましい。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、手動運転モードが、操作部７８ａで所定の操作を行うことにより、運転開始時刻と運転停止時刻を設定できる予約運転モードを有することを特徴とする。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、手動運転モードが、操作部７８ａで所定の操作を行うことにより、排熱回収手段９０の所定の運転開始排熱回収レベルと運転停止排熱回収レベルを設定できる排熱回収レベル運転モードを有することを特徴とする。

この構成により、利用者は所望の排熱回収手段９０への排熱回収運転が可能となり、発電装置に対して任意の排熱回収量を確保する運転が可能となり、コージェネレーション装置としての排熱回収量の実績を目視確認し熱利用することにより省エネ機器としての運転効果を実感することができる。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル未満の第３の所定のレベル以下になると手動運転モードでの運転を控える警告を解除することを特徴とする。

上記構成により、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル未満の第３の所定のレベル以下になると手動運転モードでの運転を控える警告を解除するので、手動運転モードでの運転を控える警告が解除されると、利用者は、警告が解除されたことにより、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現する運転状態に戻ったことを知って安心することになる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積転時間の割合が第２の所定レベル未満で第１の所定レベル以上である第４の所定レベル以下になると手動運転モードでの運転禁止を解除することを特徴とする。

上記構成により、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第２の所定レベル未満で第１の所定レベル以上である第４の所定レベル以下になると手動運転モードでの運転禁止を解除するので、手動運転モードでの運転禁止が解除されると、利用者は、手動運転モードでの運転禁止が解除されたことにより、手動運転が可能となるため、手動運転モードを再開することができる。

なお、手動運転モードでの運転禁止が解除された場合に、そのことを操作手段７８の報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方から知らせるようにしても構わない。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、操作部７８ａで所定の操作を行うことにより、第１の所定レベルと第３の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、操作部７８ａで所定の操作を行うことにより、第２の所定レベルと第４の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の運転経過期間に対する累積運転回数を説明する特性図であり、図７は、同実施の形態の燃料電池発電装置の制御手段と操作手段の動作を説明するためのフローチャートである。なお、本実施の形態において実施の形態１と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

使用者は、操作手段７８により、自動運転モードを選択した場合に、制御手段８１は、図３での運転許容時間の範囲内で運転計画を立てて自動運転を行う。この自動運転モードでの運転にて、ほぼ運転計画通りの実際の電力需要と熱需要が発生した場合は、運転回数としては、１日１回の発電運転を行う。そして、年間を通じて自動運転が継続した場合は、年間運転回数が約４００回となり、この運転を１０年間継続した場合は、図４の実線に示すような標準負荷パターンにおける自動運転モードでの運転特性となり機器寿命１０年にて４，０００回を満足する。

例えば、夏場や中間期において熱需要が多く発生した場合など、利用者が操作手段７８の操作部７８ａにより自動運転モードによる発電運転が停止後に、例えば、急な来客等に対応するために、当日の２回目の手動運転モード（予約運転モード）を選択したものとする。この場合、運転許容回数（１回／日）を超える運転となり、本実施の形態として、図７のフローチャートのような動作となる。

図７において、手動運転モードを選択後、制御手段８１は、インバータ６３からの発電電力を入力し、累積運転回数を積算する（ＳＴＥＰ１１）。次に、累積運転回数が第５の所定レベル以上であるかを判定する（ＳＴＥＰ１２）。もし、累積運転回数が第５の所定レベル未満であればＳＴＥＰ１３に進み累積運転回数が第７の所定レベル以上であるかを判定する（ＳＴＥＰ１３）。もし、累積運転回数が第７の所定レベル未満であればＳＴＥＰ１４に進み手動発電モードを控える警告を解除する。ＳＴＥＰ１３で累積運転回数が第７の所定レベル以上であればＳＴＥＰ１１に戻る。

ＳＴＥＰ１２で累積運転回数が第５の所定レベル以上であれば、ＳＴＥＰ１５に進み手動発電モードを控える警告を出力する。さらにＳＴＥＰ１６で累積運転回数が第６所定レベル以上かを判定する。

ＳＴＥＰ１６で累積運転回数が第６の所定レベル未満であれば、ＳＴＥＰ１７に進み累積運転回数が第８の所定レベル以上であるかを判定する（ＳＴＥＰ１７）。ＳＴＥＰ１７で累積運転回数が第８の所定レベル未満であれば、手動発電モードの禁止を解除する。ＳＴＥＰ１６で累積運転回数が第６の所定レベル以上であれば、ＳＴＥＰ１９に進み手動発電モードを禁止すると共に手動発電モードを控える警告を解除する。

従って、使用者が自動運転モードから手動運転モードを選択して、操作手段７８の操作部７８ａにより自動運転モードによる発電運転が停止後に、例えば、急な来客等に対応するために、当日の２回目の手動運転モードを選択したには、それまでの累積運転回数に手動運転モードでの累積運転回数を積算し、図７のフローチャートに従った制御手段８１の判定により、第５の所定レベル以上になったときに操作手段７８の表示部７８ｂや報知部７８ｃにより手動運転モードを控える警告（「手動運転回数が多くなっております。手動運転をお控え下さい。」といったメッセージ）を出力し手動運転を控えるようにアドバイスすることになる。この後、さらに使用者がこの手動運転モードの運転を継続して運転許容回数を超える運転状態が続いた場合には、制御手段８１の判定により、第６の所定レベル以上になったときに操作手段７８により手動運転モードを禁止することになる。

この場合は、手動運転モードが禁止され自動運転モードに切り替わりその後の運転許容回数を超える運転はなくなる。さらに、図６の電力需要、熱需要が標準的な標準負荷パターンより少なくなった場合には、累積運転回数が図６の標準負荷パターンにおける自動運転モードでの運転特性線（実線）よりも低い方向に移行するため、運転経過期間に対する累積運転回数が減少する。そして、図７のフローチャートに従った制御手段８１の判定により、第８の所定レベル未満になったときに操作手段７８により手動運転モードの運転禁止を解除し手動運転モードが復活する。さらに、運転経過期間に対する累積運転回数が減少する状態が継続し第７の所定レベル未満になったときに操作手段７８により手動運転モードの警告を解除することになる。

以上のように、本実施の形態においては、利用者は運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以内で任意に手動運転が可能となり、かつ運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以上になると手動運転モードの運転を控える警告を認識することにより、運転許容回数以上の手動運転を控えることになる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

また、さらに運転経過期間に対する累積運転回数の割合が警告レベルの第５の所定レベル以上で手動運転を設定継続した場合には、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第６の所定レベル、すなわち手動運転モードの運転禁止レベルに達した段階で強制的に手動運転モードを禁止することにより、手動運転による運転回数の増加を押さえることができ運転経過期間に対する累積運転回数の増加を押さえることが可能となる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

なお、本実施の形態２では、手動運転モードを、運転開始時刻と運転停止時刻を設定する予約運転モードを選択した場合を記載しているが、排熱回収手段の所定の運転開始排熱回収レベルと運転停止排熱回収レベルを設定する排熱回収レベル運転モードを選択した場合も同様の効果があることは言うまでもない。

以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池６０と、燃料電池６０の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段９０と、報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方と操作部７８ａを備えた操作手段７８と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と燃料電池６０の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと操作部７８ａからの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで燃料電池６０と排熱回収手段９０とを制御して装置の運転を行う制御手段８１とを備えた燃料電池発電装置であって、制御手段８１は、自動運転モードでは、燃料電池６０の耐用運転回数と予定された耐用年数とを考慮して所定期間の運転回数を予め設定された運転許容回数内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以上になっている場合は手動運転モードでの運転を控える警告を報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方から出力するように構成されている。

上記構成において、利用者が、操作手段７８の操作部７８ａから燃料電池発電装置の運転の開始または停止を指示して手動運転モードで燃料電池発電装置を運転した結果、自動運転モードで燃料電池発電装置を運転した場合よりも運転経過期間に対する累積運転回数の割合が高く（多く）なり、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以上になると、制御手段８１は手動運転モードでの運転を控える警告を操作手段７８の報知部７８ｃまたは表示部７８ｂの少なくともどちらか一方から出力する。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベルを超える第６の所定レベル以上になっている場合は手動運転モードでの運転を禁止するように構成されている。

上記構成において、利用者が、手動運転モードでの運転を控える警告を無視して、手動運転モードでの燃料電池発電装置の運転を継続した結果、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベルを超える第６の所定レベル以上になると、制御手段８１は手動運転モードでの運転を禁止する。利用者は、手動運転モードでの運転ができないことから、自動運転モードに切り換える。すると、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が減ってくる。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積発電回数の割合が第５の所定レベル未満の第７の所定のレベル以下になると手動運転モードでの運転を控える警告を解除するように構成されている。

上記構成により、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル未満の第７の所定のレベル以下になると手動運転モードでの運転を控える警告を解除するので、手動運転モードでの運転を控える警告が解除されると、利用者は、警告が解除されたことにより、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転回数相当の累積運転回数を実現する運転状態に戻ったことを知って安心することになる。そして、機器寿命を満足する運転状態に維持することができる。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積発電回数の割合が第６の所定レベル未満で第５の所定レベル以上である第８の所定レベル以下になると手動運転モードでの運転禁止を解除するように構成されている。

上記構成により、制御手段８１が、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第６の所定レベル未満で第５の所定レベル以上である第８の所定レベル以下になると手動運転モードでの運転禁止を解除するので、手動運転モードでの運転禁止が解除されると、利用者は、手動運転モードでの運転禁止が解除されたことにより、手動運転が可能となるため、手動運転モードを再開することができる。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、操作部７８ａで所定の操作を行うことにより、第５の所定レベルと第７の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

また、本実施の形態の燃料電池発電装置は、操作部７８ａで所定の操作を行うことにより、第６の所定レベルと第８の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする。

本発明の燃料電池発電装置は、自動運転モードと手動運転モードの２つの運転モードを使い分けながら、耐用年数相当の運転経過期間で耐用運転時間相当の累積運転時間を実現することができ、予定された機器寿命を満足することができるので、予定された耐用年数まで運転できることが重要な家庭用の燃料電池発電装置に適している。

６０燃料電池
７８操作手段
７８ａ操作部
７８ｂ表示部
７８ｃ報知部
８１制御手段
９０排熱回収手段

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段と、報知部または表示部の少なくともどちらか一方と操作部を備えた操作手段と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と前記燃料電池の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと前記操作部からの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで前記燃料電池と前記排熱回収手段とを制御して装置の運転を行う制御手段とを備えた燃料電池発電装置であって、前記制御手段は、前記自動運転モードでは、所定期間毎に単位時間あたりの運転時間を予め設定された運転許容時間内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転時間の割合が第１の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を控える警告を前記報知部または前記表示部の少なくともどちらか一方から出力することを特徴とする燃料電池発電装置。
前記制御手段は、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が前記第１の所定レベルを超える第２の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を禁止することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
前記手動運転モードは、前記操作部で所定の操作を行うことにより、運転開始時刻と運転停止時刻を設定できる予約運転モードを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
前記手動運転モードは、前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記排熱回収手段の所定の運転開始排熱回収レベルと運転停止排熱回収レベルを設定できる排熱回収レベル運転モードを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
前記制御手段は、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が前記第１の所定レベル未満の第３の所定のレベル以下になると前記手動運転モードでの運転を控える警告を解除することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
前記制御手段は、運転経過期間に対する累積運転時間の割合が前記第２の所定レベル未満で第１の所定レベル以上である第４の所定レベル以下になると前記手動運転モードでの運転禁止を解除することを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電装置。
前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第１の所定レベルと前記第３の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする請求項５記載の燃料電池発電装置。
前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第２の所定レベルと前記第４の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電装置。
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電時の排熱を回収し利用するための排熱回収手段と、報知部または表示部の少なくともどちらか一方と操作部を備えた操作手段と、電力需要と熱需要の少なくともどちらか一方と前記燃料電池の耐用運転時間と予定された耐用年数とを考慮して計画された運転開始時間および停止時間で装置の運転を行う自動運転モードと前記操作部からの指示に従って装置の運転の開始または停止を行う手動運転モードのどちらかの運転モードで前記燃料電池と前記排熱回収手段とを制御して装置の運転を行う制御手段とを備えた燃料電池発電装置であって、前記制御手段は、前記自動運転モードでは、前記燃料電池の耐用運転回数と予定された耐用年数とを考慮して所定期間の運転回数を予め設定された運転許容回数内に制限する運転を行い、かつ最初に運転を開始してからの運転経過期間に対する累積運転回数の割合が第５の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を控える警告を前記報知部または前記表示部の少なくともどちらか一方から出力することを特徴とする燃料電池発電装置。
前記制御手段は、運転経過期間に対する累積運転回数の割合が前記第５の所定レベルを超える第６の所定レベル以上になっている場合は前記手動運転モードでの運転を禁止することを特徴とする請求項９記載の燃料電池発電装置。
前記制御手段は、運転経過期間に対する累積発電回数の割合が前記第５の所定レベル未満の第７の所定のレベル以下になると前記手動運転モードでの運転を控える警告を解除することを特徴とする請求項９記載の燃料電池発電装置。
前記制御手段は、運転経過期間に対する累積発電回数の割合が前記第６の所定レベル未満で第５の所定レベル以上である第８の所定レベル以下になると前記手動運転モードでの運転禁止を解除することを特徴とする請求項９記載の燃料電池発電装置。
前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第５の所定レベルと前記第７の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする請求項１１記載の燃料電池発電装置。
前記操作部で所定の操作を行うことにより、前記第６の所定レベルと前記第８の所定レベルを任意に設定できるように構成したことを特徴とする請求項１２記載の燃料電池発電装置。