JP2014075266A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予約運転に上限発電時間の制約を組み合わせたことで運転開始時刻のみ指定する手動運転モードや運転開始時刻のみ指定して満蓄まで運転を続ける手動運転モードにおいて、ユーザーが運転して欲しくない時間帯に燃料電池ユニットが運転しないように構成すること。
【解決手段】制御器２４は、手動運転モードで燃料電池ユニット１を運転する場合には、カレンダー部が特定した日時に基づいて上限発電時間を決定し、設定された運転開始時刻から上限発電時間後の運転終了時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は禁止時間帯より前になるように設定させるように燃料電池システム１００を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットを備えている燃料電池システムと、当該燃料電池ユニットの運転方法と、に関する。

燃料電池ユニットは発電するとともに熱を発生させることができ、発生した熱を蓄える貯湯タンクと組み合わせてコージェネレーションシステムを構成することができる。発電とともに発生した熱を利用することで、エネルギーの有効利用を行うことができる。特に家庭では発生した熱を給湯として利用することが容易であることから、家庭用のコージェネレーションシステムの普及が期待されている。また、貯湯タンクには熱を蓄えられる限度があり、この限度に達した状態は満蓄と呼ばれている。満蓄になったときは運転を停止させるか、ラジエータで放熱させながら運転を続ける。

一般的に、燃料電池ユニットが発生する電気と熱の発生パターンとユーザーの電気と熱の消費パターンは一致しないことが多い。このため、燃料電池ユニットを有効に運転するためには、ユーザーの電気と熱の消費パターンに合わせて燃料電池ユニットの運転時間帯を決定する必要がある。

運転時間帯を決定する方法の例として学習運転と手動の運転がある。学習運転とはユーザーの電気と熱の過去の使用実績に基づいて、制御器がユーザーの将来の電気と熱の使用量を予測し、所定の導入効果（例えば省エネルギー性）を最大化できるように燃料電池ユニットの運転時間帯を制御器が自動的に決定する運転方法である。

手動運転にはいくつか種類があり、例としてユーザーが燃料電池ユニットの運転する時間帯をリモコンなどで設定する予約運転と呼ばれる運転モード（第１の手動運転モード）や運転開始時刻はユーザーが設定し、前述の満蓄になった時に運転を停止させる運転モード（第２の手動運転モード）が挙げられる。

ところで、ユーザーには運転をして欲しくない時間帯が存在する場合がある。例えば深夜に運転すると騒音の問題が生じる場合などである。学習運転では制御器が運転する時間帯を自動で決定するためユーザーが運転して欲しくない時間帯に運転をする場合がある。

このため、家庭用の燃料電池発電システムにおいては運転を禁止する時間帯を設定する機能を備えている場合がある（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の方法によれば学習運転をする場合において設定された運転禁止時間帯は運転しないことを前提に運転時間帯を決定する方法が提案されている。

特開２００４−２６４０１０号公報 特開２００７−３２３８４３号公報

しかしながら、本願発明者らは、学習運転をする運転モードではなく、ユーザーが運転時間帯を指定して運転が行われる第１の手動運転モード（予約運転）が行われる場合については、従来の燃料電池システムでは運転禁止時間帯の設定は反映されずに運転されてし
まうことについて下記の課題があることを見出した。

まず、従来の手動運転モードにおいて運転禁止時間帯の設定が反映されない理由は、手動運転モードではユーザーが運転時間帯を設定するものであるため、当然、もともと設定されていた運転禁止時間帯を意識して手動運転モードの運転時間帯を設定すると考えられていた。

しかしながら、第１の手動運転モードでは、運転開始時刻は設定できるが運転終了時刻が設定できない。この理由は、燃料電池ユニットには特有の寿命があるため、予め定められた耐用年数（例えば１０年間）まで使用するために、所定の期間（例えば１日）における上限発電時間を定めているためである（例えば特許文献２を参照）。特許文献２によれば１日の上限発電時間は季節により変えたり運転時間が余った場合に繰り越す処理をしたりすることにより変化させる方法が提案されている。

さて、燃料電池システムを耐用年数までに使用するために、この運転時間制限を予約運転に適用すると、一日の上限発電時間が季節などにより変化するため、燃料電池システムを設定された運転時刻どおりに停止させることができないという不都合を生じる。このため、運転時間の制限と予約運転を組み合わせる場合は運転開始時刻のみ設定できるようにし、運転終了時刻はその日の上限発電時間により決定するようにすることが考えられる。しかし、そのような予約運転では、季節の変更などにより上限発電時間が変更されて長くなる場合、上限発電時間の変更前は予約運転をしても運転禁止時間帯になる前に停止していたものが、上限発電時間が長くなったことにより予約運転をした場合に運転禁止時間帯にも運転してしまうという課題が発生することを本願発明者らが見出した。

また、同様の課題は、貯湯タンクに蓄えられる熱が上限に達した場合（以下、適宜「満蓄」という）に燃料電池システムを停止するように制御される第２の手動運転モードでも発生することを本願発明者らは見出した。この第２の手動運転モードでは、満蓄になる時刻はユーザーの熱の使い方や燃料電池ユニットの熱の発生量によって変化する。このため燃料電池ユニットが停止する時刻は一定ではなく、深夜などユーザーが運転して欲しくない時間帯も運転をする場合が発生していた。

上記課題を解決するために、本願発明の第１の形態は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットの起動および停止を制御する制御器と、を備えており、制御器は、時計機能とカレンダー機能とを有しており、燃料電池ユニットが運転を行うときの日時を特定するカレンダー部と、燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部と、燃料電池ユニットが予め定められた単位時間に発電することができる上限の時間である上限発電時間を複数記憶している上限時間記憶部と、燃料電池ユニットがユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して、上限発電時間発電を行って停止するように制御する手動運転モードを記憶する運転モード記憶部と、を備えており、手動運転モードで燃料電池ユニットを運転する場合には、カレンダー部が特定した日時に基づいて上限発電時間を決定し、設定された運転開始時刻から上限発電時間後の運転終了時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は禁止時間帯より前になるように設定させる、燃料電池システムである。

また、本願発明の第２の形態は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットの起動および停止を制御する制御器と、燃料電池ユニットが発生した熱を蓄える貯湯タンクと、備えており、制御器は、燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部と、燃料電池ユニットがユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して、貯湯タンクに貯められた熱
量が上限蓄熱量に達したときに停止するように制御する第２の手動運転モードを備えており、第２の手動運転モードで運転中に、貯湯タンクの熱量が上限蓄熱量に達する前に禁止時間帯になったときは燃料電池ユニットを停止させる、燃料電池システムである。

このように構成することで運転終了時刻が運転禁止時間帯に含まれなくなるため、運転開始時刻は設定できるが運転終了時刻を設定できない予約運転においても、ユーザーが運転をさせたくない時間帯に運転をさせない燃料電池システムを構成することができる。

本発明によれば運転時間制限を予約運転に適用した場合において、ユーザーが運転させたくない時間帯に運転をさせない燃料電池システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１の燃料電池システムを説明するブロック図 同燃料電池システムの制御器および設定装置のブロック図 同燃料電池システムの上限発電時間の設定例を示すテーブルの概念図 同燃料電池システム運転終了時刻の決定方法を示すフローチャート

第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットの起動および停止を制御する制御器と、を備えており、制御器は、時計機能とカレンダー機能とを有しており、燃料電池ユニットが運転を行うときの日時を特定するカレンダー部と、燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部と、燃料電池ユニットが予め定められた単位時間に発電することができる上限の時間である上限発電時間を複数記憶している上限時間記憶部と、燃料電池ユニットがユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して、上限発電時間発電を行って停止するように制御する第１の手動運転モードを記憶する運転モード記憶部と、を備えており、手動運転モードで燃料電池ユニットを運転する場合には、カレンダー部が特定した日時に基づいて上限発電時間を決定し、設定された運転開始時刻から上限発電時間後の運転終了時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は禁止時間帯より前になるように設定させる、燃料電池システムである。

このように構成することで運転終了時刻が運転禁止時間帯に含まれなくなるため、運転開始時刻は設定できるが運転終了時刻を設定できない予約運転においてもユーザーが運転をさせたくない時間帯に運転をさせない燃料電池システムを構成することができる。

第２の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットの起動および停止を制御する制御器と、燃料電池ユニットが発生した熱を蓄える貯湯タンクと、を備えており、制御器は、燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部と、燃料電池ユニットがユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して、貯湯タンクに貯められた熱量が上限蓄熱量に達したときに停止するように制御する第２の手動運転モードを備えており、第２の手動運転モードで運転中に、貯湯タンクの熱量が上限蓄熱量に達する前に禁止時間帯になったときは燃料電池ユニットを停止させる、燃料電池システムである。

このように構成することで第２の手動運転モードにおいて、運転禁止時間帯になった場合は満蓄になっていなくても燃料電池ユニットを停止させるため、ユーザーが運転をさせたくない時間帯に運転をさせない燃料電池システムを構成することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、制御器は、手動運転モードにおいて設定
された運転開始時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は、運転開始時刻を禁止時間帯より後の時刻になるように変更する燃料電池システムである。

このように構成することで、ユーザーが設定した運転開始時刻が運転禁止時間帯に含まれている場合においても、運転禁止時間帯の設定を優先させた運転をさせることができる燃料電池システムを構成することができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のうちのいずれかの発明において、制御器は、手動運転モードで燃料電池ユニットを運転する場合には、カレンダー部が特定した日時に基づいて上限発電時間を決定し、設定された運転開始時刻から上限発電時間後の運転終了時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は禁止時間帯より前になるように設定し、起動時刻から運転終了時刻までの時間間隔が予め定められる第１時間値未満の場合には、燃料電池ユニットを運転させないようにする燃料電池システムである。

このように構成することで、燃料電池ユニットの運転時間が短く、発電時のメリットよりも起動停止時に消費する燃料や電力によるデメリットが大きい場合は運転を行わないことで、燃料電池システムの導入効果を向上させることができる。

第５の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットを備えている燃料電池システムの運転方法であって、時計機能とカレンダー機能とから燃料電池ユニットが運転を行うときの日時を特定するステップと、燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するステップと、燃料電池ユニットが予め定められた単位時間に発電することができる上限の時間である上限発電時間を、カレンダー部が特定した日時に基づいて決定するステップと、燃料電池ユニットがユーザーにより設定された起動時刻に起動して、設定された起動時刻から決定された上限発電時間後の運転終了時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は禁止時間帯より前になるように設定させるステップと、を備えている燃料電池システムの運転方法である。

このように構成することで、運転終了時刻を禁止時間帯よりも前の時刻に設定するため、起動時刻は設定できるが、運転終了時刻を設定できない手動運転モードにおいてもユーザーが運転をさせたくない時間帯に運転をさせない燃料電池システムの運転方法を構成することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
まず、図１および図２を参照して、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は実施の形態１における燃料電池システム１００を説明する系統図である。図１および図２で、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、破線は制御信号を示す。

燃料電池システム１００は、電気と熱を発生する燃料電池ユニット１と、燃料電池ユニット１が発生した熱を貯める貯湯タンク１０と、燃料電池ユニット１から貯湯タンク１０へ熱媒体ｗにより熱を移動する配管９と、熱媒体ｗを移動させるポンプ７と、燃料電池システム１００を制御する制御器２４とを備えている。

燃料電池ユニット１には原料ｍにより発電する燃料電池２が内蔵されており、燃料電池２にて発電時に発生した熱と熱媒体ｗとの間で熱交換する熱交換器６と、燃料電池２にて発電した電力を電力需要で用いる交流電力に変換し、系統連系するためのインバータ３を備えている。燃料電池２は固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）などがあり、どれを用いても良い。燃料電池２は水素と空気中の酸素の電気化学反応により発電するため、原料ｍと水蒸気（不図示）により水素と二酸化炭素に改質する改質器（不図示）を備えている場合が多い。原料ｍは典型的には都市ガス（主成分メタン）であるが、ＬＰＧ（主成分プロパン）や灯油を用いても良い。

熱交換器６は燃料電池２を冷却するための冷却水ｃと熱媒体ｗ（典型的には水）との間で熱交換を行う。熱交換器６には冷却水ｃを導入し、導出する冷却水配管５と熱媒体ｗを導入し、導出する配管９が接続されている。冷却水配管５には冷却水ｃを移動させるポンプ４が、配管９には熱媒体ｗを移動させるためのポンプ７がそれぞれ接続されている。熱交換器６を用いることで、熱需要に送水する温水となる熱媒体ｗが燃料電池を直接通過しなくなるため、熱媒体ｗの劣化を防ぐことができる。

貯湯タンク１０は燃料電池２で発生した熱を蓄えるためのタンクである。燃料電池２で発生した熱は、冷却水ｃ及び熱交換器６を介して熱媒体ｗに伝達され、貯湯タンク１０に蓄えられる。貯湯タンク１０には配管９が接続されており、熱媒体ｗが熱を保有する形で貯湯タンク１０に蓄えられる。貯湯タンク１０に接続している配管９のうち熱媒体ｗの導入路は貯湯タンク１０の上部に接続され、導出路は貯湯タンク１０の下部に接続されている。こうすることで貯湯タンク１０の上部の熱媒体は高温になり、下部は低温になるといった温度成層が形成される。

配管９には三方弁２３が配設されており、貯湯タンク１０を経由する貯湯タンク１０側と貯湯タンク１０を経由しないバイパス側に熱媒体ｗの経路を切り替えることができるようになっている。燃料電池ユニット１の起動時など、熱交換器６で熱交換後の熱媒体ｗの温度が低い場合には三方弁２３はバイパス側になっており、温度が上がると貯湯タンク１０側に切り替わるようになっている。これは温度が低い熱媒体が貯湯タンク１０の上部に搬入されることにより、温度成層が崩れることを防ぐためである。

貯湯タンク１０にはまた、熱需要に対して熱媒体ｗを搬出する温水送水路１６が上部に接続されており、送水により減った熱媒体を補給する補給路１５が下部に接続されている。温水送水路１６にはバックアップボイラ１１が配設されており、貯湯タンク１０から送水される温水の温度が低い場合に、バックアップボイラ１１により温水を加熱している。また温水送水路１６には温度を検出する第２温度検出器１３と流量を検出する流量検出器１４が取り付けられており、補給路１５には補給する熱媒体の温度を計測するための第１温度検出器１２が取り付けられている。第１温度検出器１２、第２温度検出器１３および流量検出器１４はそれぞれ制御器２４と信号ケーブルで繋がれており、検出した温度および流量を制御器２４に送信している。制御器２４では送信されたデータを基に熱需要を計算し、過去の熱需要履歴を蓄積している。貯湯タンク１０には、蓄熱された熱量を検出するために第３温度検出器１７、第４温度検出器１８、第５温度検出器１９、第６温度検出器２０、第７温度検出器２１、及び、第８温度検出器２２が取り付けられている。本実施の形態では温度検出器の数は６個としたが、貯湯タンク１０の大きさや形状により適切な数を設ければ良い。

貯湯タンク１０に蓄えられている熱媒体の温度が所定の値を超えると、燃料電池ユニット１を冷却することができなくなる。この状態を満蓄と呼び、貯湯タンク１０が満蓄になった場合は燃料電池ユニット１の運転を停止するか、運転を継続する場合はラジエータ等で放熱を行う必要がある。ラジエータで放熱した場合はその分の熱は給湯などで有効利用
せずに放棄することとなる。このため燃料電池ユニット１の起動停止回数に制約が無ければ、満蓄になった時点で停止する場合が多い。本実施の形態ではラジエータが無いシステム構成を例にとって説明を行う。

第１電力計測器２７は電力負荷２６を計測している。第２電力計測器２８は電力負荷２６よりも上流側に取り付けられており、燃料電池ユニット１が系統電力側に逆潮流することを防ぐために取り付けられている。第１電力計測器２７、第２電力計測器２８はいずれも制御器２４と信号ケーブルで取り付けられている。第１電力計測器２７で計測した電力需要は過去の電力需要履歴として制御器２４に蓄積されている。

燃料電池ユニット１に内蔵されているインバータ３は燃料電池２、電力系統２５、電力負荷２６および逆潮流防止ヒータ８とケーブルで接続されている。電力負荷２６は燃料電池システム１００の使用者が使っている電気機器の消費電力で、一般家庭の場合はテレビ、冷蔵庫、洗濯機等が該当する。

逆潮流防止ヒータ８は燃料電池ユニット１が系統電力へ逆潮流することを防ぐために配管９に配設されている。第２電力計測器２８で計測している電力が逆潮流しそうと判断される場合に逆潮流防止ヒータ８で電力を消費する事で逆潮流を防いでいる。逆潮流防止ヒータ８で消費された電力は熱となり、貯湯タンク１０に蓄えられる。

制御器２４は、時計機能とカレンダー機能とを有しており燃料電池ユニットが運転を行うときの日時を特定するカレンダー部２４ｃと、燃料電池ユニット１の運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部２４ｅと、を備えている。さらに、制御器２４は、燃料電池ユニット１が予め定められた単位時間に発電することができる上限の時間である上限発電時間を複数記憶している上限時間記憶部２４ｄと、燃料電池ユニット１がユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して上限発電時間発電を行って停止するように制御する第１の手動運転モードを記憶する運転モード記憶部２４ｆと、を備えている。そして、制御器２４は、詳細は後述するが、手動運転モードで燃料電池ユニット１を運転する場合には、カレンダー部が特定した日時に基づいて上限発電時間を決定し、設定された運転開始時刻から上限発電時間後の運転終了時刻が禁止時間帯の範囲内にある場合は禁止時間帯より前になるように設定させる。

また、制御器２４には後述する燃料電池ユニット１の運転モードの設定や、運転禁止時間帯の設定を行うための設定装置２９が接続されている。設定装置２９は典型的には台所などに設置されるリモコンであり、運転禁止時間帯設定（運転禁止開始時刻と運転禁止終了時刻）を入力し、制御器２４に設定された情報を伝達する。

ここで燃料電池ユニット１の運転モードについて説明する。燃料電池ユニット１の運転モードは学習運転のほか、手動運転モードもある。運転モードの設定は設定装置２９で実施し、各運転モードの制御は制御器２４上で実施される。

これらの運転モードのうち、まず学習運転モードについて説明する。学習運転とは使用者の電力需要や熱需要の過去の使用実績を学習して、それを元に所定の期間先（例えば２４時間）までの電力需要と熱需要を予測する運転である。次に予測した電力需要と熱需要を基に所定の基準が最大となる運転計画を作成する。運転計画とは所定の期間先までにおける、発電ユニットが運転を開始する時刻と終了する時刻の組み合わせである。運転計画の作成方法としては、運転開始時刻と運転終了時刻のすべての組み合わせに対して所定の基準を演算し、最も良い運転計画を採用する方法が挙げられる。ただしこの方法は組み合わせ数が多くなり、演算時間が長くなる。このため制御器２４の性能に合わせて組み合わせ数が少なくなる方法を用いる場合がある。なお、運転禁止時間帯が設定されている場合
には運転禁止時間帯に運転する運転計画は排除した上で、運転計画の選定を行う。所定の基準の例としては、省エネルギー性（一次エネルギー使用量の最小化）、環境性（ＣＯ２排出量の最小化）、経済性（ランニングコストの最小化）などが挙げられ、そのどれを用いても良い。

学習運転モードは上述のとおり、制御器２４が自動で運転する時間帯を決定するためユーザーが運転して欲しくない時間帯に運転をする場合がある。例えば家庭用の燃料電池ユニットで深夜に発電すると騒音等の問題が発生する場合である。このため、特許文献１に記載された通り運転禁止時間帯をユーザーが設定して、その時間帯は運転しないという条件下で運転計画を作る学習制御も提案されている。

次に手動運転モードについて説明をする。まず手動運転モードの例として第１の手動運転モード（予約運転）について述べる。第１の手動運転モードではユーザーが燃料電池ユニット１の運転開始時刻または運転終了時刻を入力し、その設定時刻に従って運転をする方法である。運転開始時刻または運転終了時刻の入力は、典型的には設定装置２９を用いて行われる。このように第１の手動運転モードはユーザーが運転する時間帯を予約しておくので、予約運転とも呼ばれる。予約運転はユーザーが電気と熱の使用予定をあらかじめわかっている場合に使用すると効果的である。

ここで、燃料電池ユニット１の運転時間制限について説明を行う。燃料電池ユニット１には運転時間４万時間など固有の寿命がある一方で、１０年間など定められた期間を使用する事が望まれている。このために各単位時間（例えば、月、週、日）ごとに上限の運転時間を定める場合がある。使用者の電気と熱の需要は季節ごとに変化し冬期は熱需要が大きくなるため、冬期の上限発電時間は長くし、夏期は短く配分するのが通例である。

図３は、上限発電時間の設定例を示すテーブルの概念図である。図に示す例では、熱需要の予測により１２月〜２は比較的熱需要が多いこととなったため、１日の上限発電時間を２４時間とし、実質的に上限発電時間の設定を排除している。また、６月〜９月は比較的熱需要が少なくなったため、１日の上限発電時間を５時間としている。その他の月においても、熱需要の予測に応じて、月ごとに、第１の所定の単位時間あたりの上限発電時間を設定している。図３に示す例では、上限発電時間の年間総合計が４０５５時間となるが、上限発電時間は実際の運転時間とは必ずしも一致するものではなく、実際の運転時間は年間総合計の許容設定時間を超えることはないため、燃料電池ユニット１の寿命をほぼ予定されている期間まで延ばすことができる。

また、その日の上限発電時間がその月の上限発電時間の設定値よりも少なかった場合はその差分を翌日の上限発電時間に加算する処理をしている。例えば４月のある日の運転時間が５時間だった場合は、４月の上限発電時間の８時間との差である３時間を翌日の上限発電時間に加算する処理をしている。このため、その日の上限発電時間は加算処理や上限発電時間の設定テーブルにより、変化をする値である。

学習運転において、上限発電時間の範囲内で運転計画を算出する。予約運転において上限発電時間の制限を加えた場合は運転開始時刻のみ設定し、運転終了時刻はその日の上限発電時間に従って制御器２４が決定する方法にするのが良い。

このようにした理由は運転終了時刻をユーザーが設定しても、運転時間の制限によりその時刻まで運転できない場合があるからである。また、その日の上限発電時間の範囲内で運転終了時刻をユーザーに設定させる方法もある。しかし上限発電時間は変化するため、上限発電時間が変化した場合は運転終了時刻を制御器２４が自動的に更新する必要性がある。この方法にした場合はユーザーが設定した運転終了時刻どおりに停止しなくなってし
まうという課題が発生する。このため予約運転に上限発電時間の制限を加える場合は運転開始時刻のみ指定できる方法とすると良い。

さて、このように予約運転において運転開始時刻のみ設定できるようにすると、季節の変更などによりユーザーが運転をさせたくない時間帯に運転を行ってしまう場合がある。この課題を解決するために本実施の形態では運転開始時刻のみ設定できる予約運転において、運転禁止時間帯の設定を有効にする方法を提案している。図４は運転開始時刻のみ設定できる予約運転において運転禁止時間帯の設定がされている場合の運転終了時刻の決定方法を示すフローチャートである。

まず設定された運転開始時刻と上限発電時間から運転終了時刻を計算する（Ｓ１０１）。ここで燃料電電池発電ユニットが起動してから発電を開始するまでに時間がかかる場合は、（運転終了時刻）＝（運転開始時刻）＋（上限発電時間）＋（起動時間）とする。次に運転終了時刻が運転禁止時間帯に含まれているかどうかを判定する（Ｓ１０２）。含まれている場合は運転終了時刻を運転禁止開始時刻に設定する（Ｓ１０３）。次に設定された運転開始時刻が運転禁止時間帯に含まれているかどうかを判定する（Ｓ１０４）。含まれている場合は運転開始時刻を運転禁止終了時刻に変更する（Ｓ１０５）。このようにすることで、運転時間制限を予約運転に適用した場合において、ユーザーが運転させたくない時間帯に運転をさせないようにすることができる。

次に手動運転モードの例として第２の手動運転モードについて述べる。第２の手動運転モードは運転開始時刻のみユーザーが指定して、満蓄になった時点で運転を停止させる運転方法である。燃料電池ユニット１はラジエータが無い場合は満蓄になると停止させるため、予約運転において停止時刻を設定できた場合でもその前の時刻に満蓄で停止してしまう場合がある。このため、ユーザーは燃料電池ユニット１の運転モードとして第２の手動運転モードを使用する場合もある。

なお、運転時刻の設定方法として例えば設定装置２９に運転開始ボタンをつけてボタンを押したときに運転を開始する方法としても良い。こうすることで運転開始時刻の入力を省くことができ、ユーザーが運転を開始させたいタイミングで簡単な操作で運転を開始させることができる。

ところで満蓄の発生時刻はユーザーの熱の使い方や燃料電池ユニット１の熱の発生パターンによるため、一定の時刻ではない。このため第２の手動運転モードにおいてもユーザーが運転して欲しくない時間帯に運転をしてしまう場合がある。この課題を解決するためには第２の手動運転モードにおいても、運転禁止時間帯になった場合は運転を停止させれば良い。また予約運転の場合と同様に、設定された運転開始時刻が運転禁止時間帯に含まれている場合は運転開始時刻を運転禁止終了時刻以降に移動する処理をすれば良い。

（実施の形態２）
実施の形態１では予約運転において、運転禁止時間帯を避けるように運転開始時刻または運転終了時刻を調整していた。この結果、運転時間が短くなり燃料電池ユニット１のメリットが得られない場合がある。これは次の理由による。燃料電池ユニット１は起動時および停止時に燃料および電気を消費する。燃料電池ユニット１の運転時間が短い場合、この燃料消費および電力消費のデメリットが運転することによるメリットを上回ってしまうためである。例えば短時間の運転をすることで、前述の省エネルギー性がマイナスになる、すなわちユーザーの消費エネルギーが増加する場合がある。

そのため図４のフローチャートの工程Ｓ１０５の後に運転時間が予め定められる第１時間（例えば３時間）未満かどうかを判定し、第１時間未満の場合は運転をさせない処理を
加えても良い。このようにすることで短時間運転により燃料電池ユニット１の持つメリットが活かされない運転を実施することを防ぐことができる。

同様に第２の手動運転モードにおいても運転開始時刻と運転禁止時間帯が第１時間未満かどうかを判定し、第１時間未満の場合には運転をさせない処理を行えば良い。

さらに、上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

本発明は燃料電池ユニットを用いた家庭用および業務用の種々のタイプ（固体高分子形や固体酸化物形など）の燃料電池システムに有用である。

１ 燃料電池ユニット
２ 燃料電池
３ インバータ
４ ポンプ
５ 冷却水配管
６ 熱交換器
７ ポンプ
８ 逆潮流防止ヒータ
９ 配管
１０ 貯湯タンク
１１ バックアップボイラ
１２ 第１温度検出器
１３ 第２温度検出器
１４ 流量検出器
１５ 補給路
１６ 温水送水路
１７ 第３温度検出器
１８ 第４温度検出器
１９ 第５温度検出器
２０ 第６温度検出器
２１ 第７温度検出器
２２ 第８温度検出器
２３ 三方弁
２４ 制御器
２５ 電力系統
２６ 電力負荷
２７ 第１電力計測器
２８ 第２電力計測器
２９ 設定装置
１００ 燃料電池システム

Claims (5)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットと、
   前記燃料電池ユニットの起動および停止を制御する制御器と、
   を備えており、
   前記制御器は、
   時計機能とカレンダー機能とを有しており、前記燃料電池ユニットが運転を行うときの日時を特定するカレンダー部と、
   前記燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部と、
   前記燃料電池ユニットが予め定められた単位時間に発電することができる上限の時間である上限発電時間を複数記憶している上限時間記憶部と、
   前記燃料電池ユニットがユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して、前記上限発電時間発電を行って停止するように制御する第１の手動運転モードを記憶する運転モード記憶部と、を備えており、
   前記手動運転モードで前記燃料電池ユニットを運転する場合には、前記カレンダー部が特定した日時に基づいて前記上限発電時間を決定し、設定された前記運転開始時刻から前記上限発電時間後の運転終了時刻が前記禁止時間帯の範囲内にある場合は前記禁止時間帯より前になるように設定させる、
   燃料電池システム。
2. 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットと、
   前記燃料電池ユニットの起動および停止を制御する制御器と、
   前記燃料電池ユニットが発生した熱を蓄える貯湯タンクと、
   を備えており、
   前記制御器は、
   前記燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するための禁止時間帯記憶部と、
   前記燃料電池ユニットがユーザーにより設定された運転開始時刻に起動して、前記貯湯タンクに貯められた熱量が上限蓄熱量に達したときに停止するように制御する第２の手動運転モードを備えており、
   前記第２の手動運転モードで運転中に、前記貯湯タンクの熱量が前記上限蓄熱量に達する前に前記禁止時間帯になったときは前記燃料電池ユニットを停止させる、
   燃料電池システム。
3. 前記制御器は、前記手動運転モードにおいて設定された運転開始時刻が前記禁止時間帯の範囲内にある場合は、前記運転開始時刻を前記禁止時間帯より後の時刻になるように変更する、
   請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御器は、
   前記手動運転モードで前記燃料電池ユニットを運転する場合には、前記カレンダー部が特定した日時に基づいて前記上限発電時間を決定し、設定された前記運転開始時刻から前記上限発電時間後の運転終了時刻が前記禁止時間帯の範囲内にある場合は前記禁止時間帯より前になるように設定し、
   前記起動時刻から前記運転終了時刻までの時間間隔が予め定められる第１時間値未満の場合には、前記燃料電池ユニットを運転させない、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池ユニットを備えている燃料電
   池システムの運転方法であって、
   時計機能とカレンダー機能とから燃料電池ユニットが運転を行うときの日時を特定するステップと、
   前記燃料電池ユニットの運転を禁止する時間帯である禁止時間帯を記憶するステップと、
   前記燃料電池ユニットが予め定められた単位時間に発電することができる上限の時間である上限発電時間を、前記カレンダー部が特定した日時に基づいて決定するステップと、
   前記燃料電池ユニットがユーザーにより設定された起動時刻に起動して、設定された前記起動時刻から決定された前記上限発電時間後の運転終了時刻が前記禁止時間帯の範囲内にある場合は前記禁止時間帯より前になるように設定させるステップと、
   を備えている燃料電池システムの運転方法。

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