JP4358825B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents

Description

本発明は、発電装置（システム）及びその運転方法に関し、特に、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システム及びその運転方法に関する。

従来から、高効率な小規模発電が可能な燃料電池発電システムは、発電時に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であると共に、高いエネルギー利用効率が実現できるため、分散型発電システムとして好適に用いられている。

燃料電池発電システムは、その発電部の本体として、燃料電池を有している。この燃料電池としては、例えば、固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池等が一般的に用いられている。そして、これらの燃料電池では、水素を豊富に含有する水素リッチガス（以下、燃料ガスという）と空気（以下、酸化剤ガスという）とが用いられて、発電が行われる。そのため、燃料電池システムには、発電に必要な燃料ガスを生成するための燃料処理器が設けられている。この燃料処理器では、天然ガス等の供給手段から供給される天然ガス等が水蒸気改質反応によって水素ガスに変換されることにより、水素を豊富に含有する燃料ガスが生成される。尚、この際、燃料処理器における水蒸気改質反応が行われる反応空間は、例えば天然ガスを燃焼させて得る熱によって所定の温度に加熱及び保温される。

ところで、燃料電池発電システムを含む従来の発電システムの運用においては、発電に用いる燃料ガス等の無駄な消費を防止するため、その発電システムに接続されている電子機器等の電力負荷（以下、単に電力負荷という）の消費電力に応じて、燃料電池等への燃料ガス等の供給量が適宜制御されることが好ましい。換言すれば、燃料電池発電システムにおいては、燃料ガスを生成するために用いる天然ガス等の無駄な消費を防止するため、電力負荷の消費電力に応じて燃料改質器への天然ガス等の供給量が適宜制御されることが好ましい。

そこで、発電システムに接続されている電力負荷の消費電力が多い時間帯には発電による電力と商用電力とを併用して供給し、電力負荷の消費電力が少ない時間帯には発電を停止させて商用電力のみを供給する発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

又、電力負荷の消費電力が所定の閾値以上である場合には負荷電力検知手段によって検知される電力負荷の消費電力の変動に追従するように出力電力が制御され、電力負荷の消費電力が所定の閾値以下である場合には発電運転を停止する発電システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

これらの提案によれば、電力負荷の消費電力に応じて天然ガス等の発電に必要な原料の消費量が適宜制御されるので、エネルギー利用効率がより一層高い好適な発電システムを構築することが可能になる。

以下、従来の燃料電池発電システムを例に挙げ、その構成及び運転パターンについて、図面を参照しながら説明する。

図６は、従来の燃料電池発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。

図６に示すように、従来の燃料電池発電システム１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池１００ａと、この燃料電池１００ａの出力電力を制御し、かつ燃料電池１００ａの発電運転の起動及び停止を制御する出力制御手段１００ｂと、この出力制御手段１００ｂが燃料電池１００ａの出力電力を制御等するために必要な制御信号を後述する電力負荷１００ｅの消費電力を検知することによって出力する負荷電力検知手段１００ｃと、過剰な出力電力を蓄電するための蓄電池１００ｄとを有している。ここで、蓄電池１００ｄは、出力制御手段１００ｂと負荷電力検知手段１００ｃとの接続部において電気的に接続されている。又、前記接続部には、商用電力１００ｆが更に接続されている。そして、負荷電力検知手段１００ｃには、燃料電池発電システム１００が出力する電力を消費する電子機器等の電力負荷１００ｅが接続されている。

図６に示す従来の燃料電池発電システム１００では、図６では図示しない燃料処理器等の燃料ガス生成手段で生成された燃料ガスと酸化剤ガスとが燃料電池１００ａに供給される。すると、燃料電池１００ａでは、その供給される燃料ガス及び酸化剤ガスが用いられて、発電が行われる。そして、燃料電池１００ａでの発電によって出力される出力電力は、出力制御手段１００ｂ及び負荷電力検知手段１００ｃを介して、電力負荷１００ｅに供給される。電力負荷１００ｅでは、燃料電池発電システム１００から供給される電力が消費される。この時、過剰な出力電力は、蓄電池１００ｄによって蓄電される。又、電力負荷１００ｅの消費電力に対して燃料電池１００ａの出力電力が不足する場合には、商用電力１００ｆから電力の補充が行われる。

ここで、従来の燃料電池発電システムの発電運転に関し、１日における運転パターン例に基づいて詳細に説明する。

図７は、従来の燃料電池発電システムの１日における運転パターンを模式的に例示するパターン図である。尚、図７において、縦軸は電力軸であり、横軸は時刻軸である。

図７において、曲線１１１は電力負荷１００ｅが消費する消費電力の経時的な変化を示しており、曲線１１２は燃料電池１００ａが出力する出力電力の経時的な変化を示している。又、図７において、最大出力電力Ｗ１ｃは、燃料電池１００ａが出力可能な最大の出力電力値を示している。又、最小出力電力Ｗ１ｄは、燃料電池１００ａが出力可能な最小の出力電力値を示している。

図７の曲線１１１に示すように、一般家庭における消費電力は、深夜０時から早朝５時位までの第１の時間帯１０１ａとして示す時間帯においては概して少ないが、起床後から家事等が終了する１３時位までの第２の時間帯１０１ｂとして示す時間帯においては多い。又、１３時から１７時位までの第３の時間帯１０１ｃとして示す時間帯における消費電力は稼働する電力負荷１００ｅの数が減少するため少ないが、１７時から２３時位までの第４の時間帯１０１ｄとして示す時間帯における消費電力は稼働する電力負荷１００ｅの数が増大するため再び多くなる。尚、就寝後の第５の時間帯１０１ｅとして示す時間帯における消費電力は、第１の時間帯１０１ａとして示した時間帯と同様に少ない。

このような１日における消費電力の変動に対して、従来の燃料電池発電システム１００における燃料電池１００ａは、図７の曲線１１２に示すように電力を出力する。具体的には、図７に示す第１の時間帯１０１ａにおいて、燃料電池発電システム１００の負荷電力検知手段１００ｃが、電力負荷１００ｅの消費電力が予め設定されている燃料電池１００ａが発電運転を開始するための閾値である運転開始電力閾値Ｗ１ａを所定の時間Ｔ１ａ以上の間超えたことを検知すると、燃料電池１００ａの発電運転の起動が行われる（第１回目の起動）。すると、燃料電池１００ａは、燃料処理器等における燃料ガス生成等のための運転準備期間Ｔｓの後、曲線１１２の如く電力の出力を開始する。そして、第２の時間帯１０１ｂにおいて、燃料電池１００ａの出力電力が電力負荷１００ｅの消費電力と略同等の電力に達すると、出力制御手段１００ｂが、負荷電力検知手段１００ｃによって検知される電力負荷１００ｅの消費電力の変動に追従するように、燃料電池１００ａの出力電力を最大出力電力Ｗ１ｃと最小出力電力Ｗ１ｄとの間で制御する。この時、電力負荷１００ｅの消費電力が燃料電池１００ａの出力電力を上回る場合には、商用電力１００ｆから不足する電力の補充が行われる。そして、第３の時間帯１０１ｃにおいて示すように、電力負荷１００ｅの消費電力が運転停止電力閾値Ｗ１ｂを所定の時間Ｔ１ｂ以上の間下回った場合には、出力制御手段１００ｂによって燃料電池１００ａの発電運転が停止される。この時、燃料処理器等の燃料ガスを生成するための運転も停止される。尚、この燃料電池１００ａの発電運転が停止された状態における電力負荷１００ｅへの電力供給は、商用電力１００ｆからの電力供給によって行われる。

又、第３の時間帯１０１ｃにおいて示すように、燃料電池発電システム１００の負荷電力検知手段１００ｃが、電力負荷１００ｅの消費電力が運転開始電力閾値Ｗ１ａを所定の時間Ｔ１ａ以上の間超えたことを再び検知すると、燃料電池１００ａの発電運転が再起動される（第２回目の起動）。すると、第１回目の起動時と同様に、運転準備期間Ｔｓの後、燃料電池１００ａは曲線１１２の如く電力の出力を再開する。又、第２の時間帯１０１ｂの場合と同様、第４の時間帯１０１ｄにおいて示すように、出力制御手段１００ｂが、負荷電力検知手段１００ｃによって検知される電力負荷１００ｅの消費電力の変動に追従するように、燃料電池１００ａの出力電力を最大出力電力Ｗ１ｃと最小出力電力Ｗ１ｄとの間で制御する。

又、第５の時間帯１０１ｅにおいて示すように、再び電力負荷１００ｅの消費電力が運転停止電力閾値Ｗ１ｂを所定の時間Ｔ１ｂ以上の間下回った場合には、出力制御手段１００ｂによって燃料電池１００ａの発電のための運転が再び停止される。この時、第３の時間帯１０１ｃの場合と同様、燃料処理器等の運転も同時に停止される。尚、この際も、電力負荷１００ｅに対する電力の供給は、商用電力１００ｆからの電力供給によって行われる。

このように、従来の燃料電池発電システム１００では、電力負荷１００ｅの消費電力の変動に追従するように、燃料電池１００ａの出力電力が制御される。又、電力負荷１００ｅの消費電力が第２の時間帯１０１ｂ等のように多い状態から第３の時間帯１０１ｃ等のように少ない状態に移行する際、運転停止電力閾値Ｗ１ｂ以下の消費電力が所定時間Ｔ１ｂ以上継続した場合には、燃料電池１００ａの発電運転、及び燃料処理器等の運転の停止が行われる。
特開２０００−２９９１１６号公報 特開２００２−３５２８３４号公報

しかしながら、上述した従来の燃料電池発電システム１００では、例えば図７に例示した運転パターンの発電運転が行われる場合には、第２回目の起動によって天然ガス等が無駄に消費されるという問題があった。

具体的に説明すると、従来の燃料電池発電システム１００では、燃料電池１００ａや燃料処理器等の起動を、第１回目の起動及び第２回目の起動のように１日に２回行う。この場合、第５の時間帯１０１ｅから第１の時間帯１０１ａのように比較的長時間に渡って燃料電池１００ａの発電運転を停止させる際には、エネルギー利用効率の観点から、燃料電池１００ａ及び燃料処理器等の運転を停止させることには意義がある。しかし、第３の時間帯１０１ｃの場合のように、比較的短時間に渡って燃料電池１００ａの発電運転を停止させる場合は、燃料電池１００ａ及び燃料処理器等を起動するために必要なエネルギーの方が、燃料電池１００ａの発電運転を継続させた場合に消費するエネルギーよりも多い。

即ち、電力負荷１００ｅの消費電力の少ない時間が比較的短時間である場合には、燃料電池１００ａの発電運転を継続させた方が、総合的なエネルギー利用効率が良い。

このような観点によれば、従来の燃料電池発電システム１００の運用では、本来は不要である燃料電池１００ａ及び燃料処理器等の起動のために無駄に天然ガス等を消費することになるので、総合的なエネルギー利用効率が悪化するという問題があった。そして、このような不要な起動動作は、特に天然ガス（都市ガス）等の原料を改質して燃料ガスを生成する燃料電池発電システムでは、他の発電システム、例えば、エンジン発電システム等と比較するとその起動時間が長いため、無駄なエネルギー消費がより一層多く発生し、総合的なエネルギー利用効率の更なる悪化の原因となっていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、人間の活動サイクル等に応じて発電部の運転停止判断の条件を変更することにより不要な発電運転の停止を防止し、これによって無駄なエネルギー消費を抑えることが可能なエネルギー利用効率の優れた発電装置、及びその運転方法を提供することを目的とする。

そして、これらの目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、燃料電池である発電部と、該発電部を含む電源から負荷に供給される負荷電力を検知する負荷電力検知手段と、該負荷電力検知手段が検知する前記負荷電力と停止条件とに基づいて前記発電部の発電運転を停止する運転停止判定手段と、前記停止条件を設定するための停止条件設定手段とを備える発電装置であって、前記運転停止判定手段が、（ｉ）前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が瞬時電力閾値を下回る時間が、所定の時間以上継続する場合に、前記発電部の発電運転を停止する、（ｉｉ）所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力の積算電力量が、積算電力閾値を下回る場合に、前記発電部の発電運転を停止する、又は、（ｉｉｉ）所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が瞬時電力閾値を下回る頻度が、所定の頻度以上の場合に、前記発電部の発電運転を停止し、前記停止条件設定手段は、（ｉｖ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、前記瞬時電力閾値又は前記積算電力閾値が小さい設定、（ｖ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、前記所定の時間が長い設定、及び、（ｖｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、前記所定の頻度が大きい設定、の少なくとも何れか１つを設定する。かかる構成とすると、各々の時間帯に適した個別の停止条件を定めるので、発電が必要な時間帯における発電装置の不必要な停止を防止することができると共に、発電が不必要な時間帯における発電装置の不必要な運転を防止できるという効果が得られる。

又、前記時間帯が、少なくとも２時を含む時間帯と少なくとも１４時を含む時間帯との１日を２分割してなる２つの時間帯である。又、前記時間帯が、少なくとも２時を含む時間帯と少なくとも１０時を含む時間帯と少なくとも１８時を含む時間帯との１日を３分割してなる３つの時間帯である。又、前記時間帯が、少なくとも２時を含む時間帯と少なくとも８時を含む時間帯と少なくとも１４時を含む時間帯と少なくとも２０時を含む時間帯との１日を４分割してなる４つの時間帯である。かかる構成とすると、一般的に電力需要が少なくなる２時を基点に１日を２分割又は３分割又は４分割するので、２つ又は３つ又は４つの時間帯において発電部の発電運転の停止に係る判定を効果的に行うことができるという効果が得られる。

又、前記時間帯及び前記停止条件が予め設定されている。かかる構成とすると、時間帯及び停止条件が予め設定されているので、簡易な構成によって発電装置の不必要な運転を防止できるという効果が得られる。ここで、前記時間帯及び前記停止条件が予め設定されている状態とは、発電装置の出荷時において時間帯及び停止条件が初期値として設定されている状態をいう。

又、前記負荷電力検知手段により検知される前記負荷電力のデータの蓄積に基づいて少なくとも前記時間帯及び前記停止条件を学習する学習手段を更に備え、前記学習により得られた前記時間帯及び前記停止条件を前記停止条件設定手段が設定する。かかる構成とすると、データの蓄積に基づく学習によって得られた時間帯及び停止条件を用いることにより様々な電力需要に対しても対応することができるので、より一層効果的に、発電装置の不必要な停止を防止することができると共に、発電が不必要な時間帯における発電装置の不必要な運転を防止できるという効果が得られる。

又、本発明に係る発電装置の運転方法は、燃料電池である発電部と、該発電部を含む電源から負荷に供給される負荷電力を検知する負荷電力検知手段とを備える発電装置の運転方法であって、（ｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、瞬時電力閾値又は積算電力閾値が小さい設定、（ｉｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、所定の時間が長い設定、及び、（ｉｉｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、所定の頻度が大きい設定、の少なくとも何れか１つが設定されており、上記設定に基づき、（ｉｖ）前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が前記瞬時電力閾値を下回る時間が、前記所定の時間以上継続する場合に、前記発電部の発電運転を停止する、（ｖ）前記所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力の積算電力量が、前記積算電力閾値を下回る場合に、前記発電部の発電運転を停止する、又は、（ｖｉ）前記所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が前記瞬時電力閾値を下回る頻度が、前記所定の頻度以上の場合に、前記発電部の発電運転を停止する。かかる構成とすると、各々の時間帯に適した個別の停止条件を定めるので、発電が必要な時間帯における発電装置の不必要な停止を防止することができると共に、発電が不必要な時間帯における発電装置の不必要な運転を防止できるという効果が得られる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明によれば、人間の活動サイクル等に応じて発電部の運転停止判断の条件を変更することにより不要な発電運転の停止を防止し、これによって無駄なエネルギー消費を抑えることが可能なエネルギー利用効率の優れた発電装置、及びその運転方法を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、発電システムの一例として燃料電池発電システムを挙げ、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１では、燃料電池発電システムの使用状況に応じて燃料電池の発電運転に係る電力閾値条件を変化させる実施形態について説明する。

先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの構成について、図面を参照しながら説明する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。

図５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００は、水蒸気改質反応によって天然ガス等の原料を水素に変換して水素を豊富に含有する燃料ガスを生成しかつ後述する燃料電池２０２に供給する燃料処理器２０１と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池２０２に供給する空気ブロア２０３と、燃料処理器２０１から供給される燃料ガスと空気ブロア２０３から供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池２０２と、この燃料電池２０２で発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ２０４と、このインバータ２０４から出力される交流電力を消費する電力負荷２１３の消費電力を検知可能な負荷電力検知手段２０５と、この負荷電力検知手段２０５の出力信号に基づいて燃料電池発電システム２００の運転の開始及び停止、及び運転開始から発電開始までの一連の動作、並びに発電開始後の燃料電池２０２の発電動作等を制御する制御部２０６とを有している。尚、図５に示すように、負荷電力２１３は商用電力２１４にも接続されている。

制御部２０６は、負荷電力検知手段２０５によって検知された電力負荷２１３の消費電力に追従するように燃料電池発電システム２００の出力電力量を変更する電力量変更手段２０７を有している。又、制御部２０６は、負荷電力検知手段２０５によって検知された電力負荷２１３の消費電力が、燃料電池２０２の発電運転を停止させるための予め設定した電力閾値を予め設定した所定時間の間下回った場合、或いは、その所定時間内における予め設定した所定頻度を下回った場合等において燃料電池２０２の発電運転を停止させる運転停止判定手段２０９を有している。又、この制御部２０６は、現在時刻の認識に基づいて時間帯の設定（本実施の形態では、昼間又は夜間の時間帯の設置）を行う時間帯設定手段２０８を有している。又、この制御部２０６は、所定の期間における電力負荷２１３の消費電力パターンを記憶及び学習する学習手段２１５を有している。更に、制御部２０６は、時間帯設定手段２０８又は学習手段２１５の出力信号に基づいて、運転停止判定手段２０９に対して燃料電池２０２の発電運転を停止させるための各条件である電力閾値条件、時間条件、頻度条件等を各々設定する、電力閾値設定手段２１０、時間設定手段２１１、及び頻度設定手段２１２を有している。これらの電力閾値設定手段２１０、時間設定手段２１１、及び頻度設定手段２１２には予め複数の電力閾値条件、時間条件、頻度条件等が記憶されており、時間帯設定手段２０８又は学習手段２１５の出力信号に応じて、状況に適した最適な電力閾値条件、時間条件、頻度条件等を運転停止判定手段２０９に設定する。ここで、制御部２０６は、例えばマイコンで構成され、このマイコンのメモリに格納されたソフトウェアによって、各手段２０７〜２１２及び２１５が実現されている。又、各手段２１０〜２１２及び２１５によって、条件設定手段２２０が構成されている。

尚、上述したように、負荷電力検知手段２０５には、電力負荷２１３が接続されている。この電力負荷２１３は、燃料電池発電システム２００で発電した電力又は商用電力２１４の何れかを少なくとも消費する電力負荷である。この電力負荷２１３としては、家庭用の電子機器等が挙げられる。

図５に示す燃料電池発電システム２００では、燃料処理器２０１で生成された燃料ガスと空気ブロア２０３から供給される酸化剤ガスとが、燃料電池２０２に供給される。すると、燃料電池２０２では、その供給される燃料ガス及び酸化剤ガスが用いられて、直流電力を出力するべく発電が行われる。この燃料電池２０２から出力される直流電力は、インバータ２０４に入力される。インバータ２０４は、燃料電池２０２から供給される直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ２０４が出力する交流電力は、負荷電力検知手段２０５を介して、電力負荷２１３に供給される。電力負荷２１３では、燃料電池発電システム２００から供給される電力が消費される。この時、過剰な出力電力は、図５では特に図示しない蓄電池等によって蓄電される。又、電力負荷２１３の消費電力に対して燃料電池２０２の出力電力が不足する場合には、商用電力２１４から電力の補充が行われる。又、燃料電池２０２の発電状態は、制御部２０６によって適宜制御される。

次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの発電運転に関し、１日における運転パターン例に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターンを模式的に例示するパターン図である。尚、図１において、縦軸は電力軸であり、横軸は時刻軸である。

図１において、曲線３１１は電力負荷２１３が消費する消費電力の経時的な変化を示しており、曲線３１２は燃料電池２０２が出力する出力電力の経時的な変化を示している。又、図１において、最大出力電力Ｗ１ｃは、燃料電池２０２が出力可能な最大の出力電力値を示している。又、最小出力電力Ｗ１ｄは、燃料電池２０２が出力可能な最小の出力電力値を示している。

図１の曲線３１１に示すように、一般家庭における消費電力は、深夜０時から早朝６時までの第１の時間帯３０１ａとして示す時間帯においては概して少ない。しかし、早朝６時から昼１２時までの第２の時間帯３０１ｂとして示す時間帯においては、家事等によって電力負荷２１３が多用されるので、消費電力は多い。一方、昼１２時から夕方１８時までの第３の時間帯３０１ｃとして示す時間帯においては、稼働する電力負荷２１３の数が減少するため、消費電力は少ない。しかし、夕方１８時から深夜２３時までの第４の時間帯３０１ｄとして示す時間帯においては、家事等によって稼働する電力負荷２１３の数が増大するため、消費電力は再び多くなる。尚、深夜２３時から深夜０時までの第５の時間帯３０１ｅとして示す時間帯においては、就寝等により、電力負荷２１３の消費電力は少ない。

このような１日における電力負荷２１３の消費電力の変動に対し、本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００における燃料電池２０２は、図１の曲線３１２に示すように電力を出力する。具体的には、図１に示すように、第１の時間帯３０１ａにおいて電力負荷２１３の消費電力が予め設定されている燃料電池２０２が発電運転を開始するための電力閾値である運転開始電力閾値Ｗ１ａを所定の時間Ｔ１ａ以上の間超えたことを燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が検知すると、燃料電池２０２の発電運転が起動される。すると、燃料電池２０２は、燃料処理器２０１における燃料ガス生成等のための運転準備期間Ｔｓが経過した後、曲線３１２の如く電力の出力を開始する。そして、第２の時間帯３０１ｂにおいて、燃料電池２０２の出力電力が電力負荷２１３の消費電力と略同等の電力に達すると、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ１ｃと最小出力電力Ｗ１ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

本実施の形態では、燃料電池２０２の発電運転を停止させるための運転停止電力閾値として、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯のための運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄと、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯のための運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎとが、電力閾値設定手段２１０に各々予め記憶されている。ここで、本実施の形態では、図１に示すように、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄと運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎとを比較した場合、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄの方が運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎよりも低く設定されている。ところで、一般的には、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯は昼間であり、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯は夜間である。そこで、本実施の形態では、現在時刻が第２〜３の時間帯３０１ｂ〜３０１ｃとして示す６時〜１８時である場合には昼間と判断し、現在時刻が第１の時間帯３０１ａ及び第４〜５の時間帯３０１ｄ〜３０１ｅとして示す１８時〜６時である場合には夜間と判断するように、予め時間帯設定手段２０８が設定されている。そして、図１に示すように、現在時刻の認識に基づいて時間帯設定手段２０８が昼間の時間帯であると判断した場合には運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄを、又、現在時刻の認識に基づいて時間帯設定手段２０８が夜間の時間帯であると判断した場合には運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎを、電力閾値設定手段２１０が運転停止判定手段２０９に対して設定する。又、何れの場合においても、時間設定手段２１１は、所定の時間Ｔ１ｂを運転停止判定手段２０９に対して設定する。ここで、上述したように、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄと運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎとを比較した場合、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄの方が運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎよりも低く設定されている。そして、このように２つの相異なる運転停止電力閾値を設定することによって、一般的に電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する昼間の時間帯において、燃料電池２０２の発電運転が頻繁に停止されないように配慮している。つまり、図１に示す第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄを下回った場合でも、その下回っている時間が所定の時間Ｔ１ｂ未満であるため、燃料電池２０２の発電運転が停止されることはない。又、この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止されることはない。そして、図１の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、燃料電池２０２は、最小出力電力Ｗ１ｄで電力を出力し続ける。尚、この第３の時間帯３０１ｃにおいては、最小出力電力Ｗ１ｄは電力負荷２１３の消費電力を上回っているが、この燃料電池２０２が最小出力電力Ｗ１ｄで電力を出力し続ける場合に発生する過剰な電力は、図５では特に図示しない蓄電池等によって蓄電される。

又、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が、電力負荷２１３の消費電力が再び上昇したことを検知すると、燃料電池２０２は曲線３１２の如く電力の出力を増加（上昇）する。この場合、第２の時間帯３０１ｂの場合と同様、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ１ｃと最小出力電力Ｗ１ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

一方、第５の時間帯３０１ｅにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎを所定の時間Ｔ１ｂ以上の間下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合には、運転停止判定手段２０９によって燃料電池２０２の発電運転が停止される。この時、燃料処理器２０１の運転も同時に停止される。尚、この際の電力負荷２１３に対する電力の供給は、商用電力２１４からの電力供給によって行われる。

このように、本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００では、電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力が制御される。そして、電力負荷２１３の消費電力が第２の時間帯３０１ｂ等のように多い状態から第３の時間帯３０１ｃ等のように少ない状態に移行する場合でも、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄ以下の消費電力が所定の時間Ｔ１ｂ以上継続しない場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。一方、電力負荷２１３の消費電力が第４の時間帯３０１ｄ等のように多い状態から第５の時間帯３０１ｅ等のように少ない状態に移行する場合、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎ以下の消費電力が所定の時間Ｔ１ｂ以上継続する場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。

本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００によれば、燃料電池２０２の発電運転を停止させるための条件である運転停止電力閾値Ｗ１ｂとして、電力値がＷ１ｂｄ＜Ｗ１ｂｎの如く異なる運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄ又は運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎが時間帯設定手段２０８の判断に基づいて運転停止判定手段２０９に設定される。そのため、第３の時間帯３０１ｃとして示す時間帯のように電力負荷２１３の消費電力が少なくなる時間帯においても、燃料電池２０２の発電運転の不要な停止を防止することが可能になる。そして、これにより、燃料電池２０２の発電運転の起動に係る無駄なエネルギー消費（特に、燃料処理器２０１の起動に係る運転準備期間Ｔｓにおけるエネルギー消費）を削減することができるので、エネルギー利用効率の高い良好な発電運転を継続することが可能になる。

尚、本実施の形態において、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄ及び運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎは、燃料電池発電システム２００の利用者（又は、運転者、管理者）が図５では特に図示しない入力手段を介して独自に設定しても良いし、１週間単位（又は、１ヶ月単位、季節単位）の電力負荷２１３の消費電力パターンを学習手段２１５が記憶及び学習することによって電力閾値設定手段２１０に設定しても良い。この場合、例えば、学習手段２１５が、図１における電力負荷２１３の消費電力が少ない時間帯である第３の時間帯３０１ｃ及び第５の時間帯３０１ｅを抽出し、これらの内、相対的に消費電力量の多い第３の時間帯３０１ｃには相対的に小さい運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄを設定し、相対的に消費電力量の少ない第５の時間帯３０１ｅには相対的に大きい運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎを設定するように構成すれば良い。

又、本実施の形態では、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯が昼間であり、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯が夜間であると仮定して説明している。そして、本実施の形態では、時間帯設定手段２０８によって昼夜の判断が行われているが、燃料電池発電システム２００の利用者（又は、運転者、管理者）が判断し図５では特に図示しない入力手段を介して独自に設定しても良い。

又、本実施の形態では、昼間の時間帯と夜間の時間帯とを各々１２時間として設定しているが、昼間の時間帯を１２時間以上に長く設定しても良いし、夜間の時間帯を１２時間以上に長く設定しても良い。

又、本実施の形態では、１日を１２時間毎に２分割しているが、このような分割方法に限定されることはなく、如何なる分割形態を採っても良い。

又、人間の活動サイクル等によっては、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯が夜間であり、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯が昼間となることもあり得る。又、電力負荷２１３の消費電量が、昼夜の時間帯とは全く無関係に変動することも考えられる。このような場合には、学習手段２１５がその学習機能によって電力負荷２１３の消費電力の変動パターンを認識し、この認識に基づいて運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄか運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎかを選択して運転停止判定手段２０９に設定する。このような構成とすることにより、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯の燃料電池２０２の発電運転の不要な停止を防止することが可能になる。

又、本実施の形態では、時間帯設定手段２０８又は学習手段２１５の出力信号に基づいて運転停止電力閾値の設定が行われる形態を示しているが、運転停止電力閾値の設定を、燃料電池発電システム２００の利用者（又は、運転者、管理者）が図５では特に図示しない入力手段を介して独自に行っても良い。

又、本実施の形態では、運転停止電力閾値Ｗ１ｂｄ及び運転停止電力閾値Ｗ１ｂｎを瞬時電力量に対する閾値として説明したが、所定の時間Ｔ１ｂにおいて負荷電力検知手段２０５が検知した積算電力量に対する閾値としても良い。このような構成としても、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能になる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、燃料電池発電システムにおける燃料電池の運転条件に関し、燃料電池の発電運転の起動又は停止に係る条件に頻度条件を付加した実施形態について説明する。

本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの構成は、実施の形態１で示した燃料電池発電システム２００の構成と同様である。従って、ここでは、本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの構成に関する説明は省略する。又、本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターン例は、実施の形態１で示した運転パターン例と類似している。そのため、本実施の形態では、実施の形態１に対する相違点について詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターンを模式的に例示するパターン図である。尚、図２において、縦軸は電力軸であり、横軸は時刻軸である。

図２において、曲線３２１は電力負荷２１３が消費する消費電力の経時的な変化を示しており、曲線３２２は燃料電池２０２が出力する出力電力の経時的な変化を示している。又、図２において、最大出力電力Ｗ２ｃは、燃料電池２０２が出力可能な最大の出力電力値を示している。又、最小出力電力Ｗ２ｄは、燃料電池２０２が出力可能な最小の出力電力値を示している。

図２の曲線３２１に示すような電力負荷２１３が消費する消費電力の変動に対し、本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００における燃料電池２０２は、図２の曲線３２２に示すように電力を出力する。具体的には、図２に示す第１の時間帯３０１ａにおいて、燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が、電力負荷２１３の消費電力が予め設定されている燃料電池２０２が発電運転を開始するための電力閾値である運転開始電力閾値Ｗ２ａを所定の時間Ｔ２ａ内において所定の頻度Ｆ２ａ以上超えたことを検知すると、燃料電池２０２の発電運転の起動が行われる。ここで、燃料電池２０２の起動条件として頻度Ｆ２ａを追加した理由は、所定の時間Ｔ２ａ内において瞬間的に電力負荷２１３の消費電力が運転開始電力閾値Ｗ２ａを下回った場合でも、燃料電池２０２の発電運転が確実に開始されるようにするためである。

電力負荷２１３の消費電力が運転開始電力閾値Ｗ２ａを所定の時間Ｔ２ａ内において所定の頻度Ｆ２ａ以上超えたか否かの判断は、次のような概念に基づいて実施される。即ち、例えば、所定の時間Ｔ２ａを１時間とし、負荷電力検知手段２０５による電力負荷２１３の消費電力値のサンプリング周期を１回／秒とし、所定の頻度Ｆ２ａを８０％と仮定する。この場合、負荷電力検知手段２０５は、電力負荷２１３の消費電力値を所定の時間Ｔ２ａにおいて合計３６００回サンプリングすることになる。そして、負荷電力検知手段２０５が、運転開始電力閾値Ｗ２ａを超える電力負荷２１３の消費電力値を所定の頻度Ｆ２ａ（ここでは、８０％）に相当する２８８０回以上カウントした場合、燃料電池２０２の発電運転を起動する旨が制御部２０６において決定される。尚、このような燃料電池２０２の発電運転の起動の要否に係る判断は、燃料電池発電システム２００の制御部２０６の動作時において逐次実施される。ここで、制御部２０６は、図５では図示しないが、運転開始電力閾値Ｗ２ａを超える電力負荷２１３の消費電力値をカウントするカウント部と、このカウント部が出力する回数を積算する積算部と、この積算部が出力する出力信号に基づいて燃料電池２０２の発電運転の起動に係る指令を出力する指令部と、この指令部が出力する出力信号に基づいて燃料電池２０２の発電運転を起動する起動部等とを備えている。

燃料電池２０２の発電運転が開始されると、この燃料電池２０２は、燃料処理器２０１における燃料ガス生成等のための運転準備期間Ｔｓが経過した後、曲線３２２の如く電力の出力を開始する。そして、第２の時間帯３０１ｂにおいて、燃料電池２０２の出力電力が電力負荷２１３の消費電力と略同等の電力に達すると、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ２ｃと最小出力電力Ｗ２ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

本実施の形態においても、燃料電池２０２の発電運転を停止させるための運転停止電力閾値として、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯のための運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄと、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯のための運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎとが電力閾値設定手段２１０に各々予め記憶されている。ここで、運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄと運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎとの関係は、実施の形態１の場合と同様である。又、本実施の形態では、時間設定手段２１１及び頻度設定手段２１２に、所定の時間Ｔ２ｂと所定の頻度Ｆ２ｂとが各々予め記憶されている。

そして、実施の形態１の場合と同様にして、時間帯設定手段２０８が現在時刻に基づいて昼間の時間帯であると判断した場合には運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄを、又、夜間の時間帯であると判断した場合には運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎを、電力閾値設定手段２１０が運転停止判定手段２０９に対して設定する。又、この時、何れの場合においても、時間設定手段２１１及び頻度設定手段２１２は、所定の時間Ｔ２ｂと所定の頻度Ｆ２ｂとを運転停止判定手段２０９に対して設定する。そして、図２の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄを下回った場合でも、その下回った頻度が所定の時間Ｔ２ｂ内において所定の頻度Ｆ２ｂ未満である場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止されることはない。この時、運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄを下回った頻度が所定の時間Ｔ２ｂ内において所定の頻度Ｆ２ｂ以上である場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止される。より具体的に説明すると、例えばＦ２ｂ＝７０％とする場合、第３の時間帯３０１ｃにおいて電力消費３２１ｆのように瞬間的に運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄを超える電力消費が発生しても、運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄを所定の時間Ｔ２ｂ内において７０％以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合（即ち、所定の時間Ｔ２ｂ内における電力消費３２１ｆの頻度が３０％未満である場合）には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。そして、燃料電池２０２の発電運転が停止されない場合、図２の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、燃料電池２０２は最小出力電力Ｗ２ｄで電力を出力し続ける。尚、この第３の時間帯３０１ｃにおいては、最小出力電力Ｗ２ｄは電力負荷２１３の消費電力を上回っているが、この燃料電池２０２が最小出力電力Ｗ２ｄで電力を出力し続ける場合に発生する過剰な電力は、実施の形態１の場合と同様、蓄電池等によって蓄電される。

又、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が、電力負荷２１３の消費電力が再び上昇したことを検知すると、燃料電池２０２は曲線３２２の如く電力の出力を増加（上昇）する。この場合、第２の時間帯３０１ｂの場合と同様、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ２ｃと最小出力電力Ｗ２ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

一方、第５の時間帯３０１ｅにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎを所定の時間Ｔ２ｂ内において所定の頻度Ｆ２ｂ以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合には、運転停止判定手段２０９によって燃料電池２０２の発電運転が停止される。この時、燃料処理器２０１の運転も同時に停止される。より具体的に説明すると、例えばＦ２ｂ＝７０％とする場合、第５の時間帯３０１ｅにおいて電力消費３２１ｇのように瞬間的に運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎを超える電力消費が発生しても、運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎを所定の時間Ｔ２ｂ内において７０％以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合（即ち、所定の時間Ｔ２ｂ内における電力消費３２１ｇの頻度が３０％未満である場合）には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。尚、この際の電力負荷２１３に対する電力の供給は、商用電力２１４からの電力供給によって行われる。

このように、本実施の形態では、電力負荷２１３の消費電力が第２の時間帯３０１ｂ等のように多い状態から第３の時間帯３０１ｃ等のように少ない状態に移行する場合でも、運転停止電力閾値Ｗ２ｂｄ以下の消費電力が所定の時間Ｔ２ｂ内において所定の頻度Ｆ２ｂ以上発生しない場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。一方、電力負荷２１３の消費電力が第４の時間帯３０１ｄ等のように多い状態から第５の時間帯３０１ｅ等のように少ない状態に移行する場合、運転停止電力閾値Ｗ２ｂｎ以下の消費電力が所定の時間Ｔ２ｂ内において所定の頻度Ｆ２ｂ以上発生する場合は、燃料電池２０２の発電運転は停止される。

このような構成としても、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。つまり、燃料電池２０２の発電運転の起動に係る無駄なエネルギー消費を削減することができるので、エネルギー利用効率の高い良好な発電運転を継続することが可能になる。尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、燃料電池発電システムの使用状況に応じて燃料電池の発電運転に係る時間条件を変化させる実施形態について説明する。

本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの構成も、実施の形態１で示した燃料電池発電システム２００の構成と同様である。従って、ここでも、本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの構成に関する説明は省略する。又、本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターン例は、実施の形態１で示した運転パターン例と類似している。そのため、本実施の形態でも、実施の形態１に対する相違点について詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターンを模式的に例示するパターン図である。尚、図３において、縦軸は電力軸であり、横軸は時刻軸である。

図３において、曲線３３１は電力負荷２１３が消費する消費電力の経時的な変化を示しており、曲線３３２は燃料電池２０２が出力する出力電力の経時的な変化を示している。又、図３において、最大出力電力Ｗ３ｃは、燃料電池２０２が出力可能な最大の出力電力値を示している。又、最小出力電力Ｗ３ｄは、燃料電池２０２が出力可能な最小の出力電力値を示している。

図３の曲線３３１に示すような電力負荷２１３が消費する消費電力の変動に対し、本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００における燃料電池２０２は、図３の曲線３３２に示すように電力を出力する。具体的には、図３に示すように、第１の時間帯３０１ａにおいて電力負荷２１３の消費電力が予め設定されている燃料電池２０２が発電運転を開始するための電力閾値である運転開始電力閾値Ｗ３ａを所定の時間Ｔ３ａ以上の間超えたことを燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が検知すると、燃料電池２０２の発電運転が起動される。すると、燃料電池２０２は、燃料処理器２０１における燃料ガス生成等のための運転準備期間Ｔｓが経過した後、曲線３３２の如く電力の出力を開始する。そして、第２の時間帯３０１ｂにおいて、燃料電池２０２の出力電力が電力負荷２１３の消費電力と略同等の電力に達すると、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ３ｃと最小出力電力Ｗ３ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

本実施の形態においては、燃料電池２０２の発電運転を停止させるための運転停止電力閾値としては、互いに等しい運転停止電力閾値Ｗ３ｂが用いられる。この運転停止電力閾値Ｗ３ｂは、予め電力閾値設定手段２１０に記憶されている。しかし、本実施の形態では、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯のための所定の時間Ｔ３ｂｄと、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯のための所定の時間Ｔ３ｂｎとが時間設定手段２１１に各々予め記憶されている。ここで、所定の時間Ｔ３ｂｄと所定の時間Ｔ３ｂｎとの関係は、所定の時間Ｔ３ｂｄの方が所定の時間Ｔ３ｂｎよりも長く設定されている。

そして、実施の形態１の場合と同様にして、時間帯設定手段２０８が現在時刻に基づいて昼間の時間帯であると判断した場合には所定の時間Ｔ３ｂｄを、又、夜間の時間帯であると判断した場合には所定の時間Ｔ３ｂｎを、時間設定手段２１１が運転停止判定手段２０９に対して設定する。又、この時、何れの場合においても、電力閾値設定手段２１０は運転停止電力閾値Ｗ３ｂを運転停止判定手段２０９に対して設定する。そして、図３の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ３ｂを下回った場合でも、その下回った時間が所定の時間Ｔ３ｂｄ未満である場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止されることはない。この時、運転停止電力閾値Ｗ３ｂを下回った時間が所定の時間Ｔ３ｂｄ以上である場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止される。そして、燃料電池２０２の発電運転が停止されない場合、図３の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、燃料電池２０２は最小出力電力Ｗ３ｄで電力を出力し続ける。尚、この第３の時間帯３０１ｃにおいては、最小出力電力Ｗ３ｄは電力負荷２１３の消費電力を上回っているが、この燃料電池２０２が最小出力電力Ｗ３ｄで電力を出力し続ける場合に発生する過剰な電力は、実施の形態１の場合と同様、蓄電池等によって蓄電される。

又、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が、電力負荷２１３の消費電力が再び上昇したことを検知すると、燃料電池２０２は曲線３３２の如く電力の出力を増加（上昇）する。この場合、第２の時間帯３０１ｂの場合と同様、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ３ｃと最小出力電力Ｗ３ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

一方、第５の時間帯３０１ｅにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ３ｂを所定の時間Ｔ３ｂｎ以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合には、運転停止判定手段２０９によって燃料電池２０２の発電運転が停止される。この時、燃料処理器２０１の運転も同時に停止される。尚、この際の電力負荷２１３に対する電力の供給は、商用電力２１４からの電力供給によって行われる。

このように、本実施の形態では、電力負荷２１３の消費電力が第２の時間帯３０１ｂ等のように多い状態から第３の時間帯３０１ｃ等のように少ない状態に移行する場合でも、運転停止電力閾値Ｗ３ｂ以下の消費電力が所定の時間Ｔ３ｂｄ以上継続しない場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。一方、電力負荷２１３の消費電力が第４の時間帯３０１ｄ等のように多い状態から第５の時間帯３０１ｅ等のように少ない状態に移行する場合、運転停止電力閾値Ｗ３ｂ以下の消費電力が所定の時間Ｔ３ｂｎ以上継続する場合は、燃料電池２０２の発電運転は停止される。

このような構成としても、燃料電池２０２の発電運転の不要な停止を防止することができるので、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることが可能である。

尚、本実施の形態において、所定の時間Ｔ３ｂｄ及び所定の時間Ｔ３ｂｎは、燃料電池発電システム２００の利用者（又は、運転者、管理者）が独自に設定しても良いし、１週間単位（又は、１ヶ月単位、季節単位）の電力負荷２１３の消費電力パターンを学習手段２１５が記憶及び学習することによって時間設定手段２１１に設定しても良い。尚、具体的な設定方法は、実施の形態１で述べた方法と同様の方法である。

又、本実施の形態では、運転停止電力閾値Ｗ３ｂを瞬時電力量に対する閾値として説明したが、所定の時間Ｔ３ｂｄ又は所定の時間Ｔ３ｂｎにおいて負荷電力検知手段２０５が検知した積算電力量に対する閾値としても良い。尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、燃料電池発電システムの使用状況に応じて燃料電池の発電運転に係る頻度条件を変化させる実施形態について説明する。

本発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムの構成も、実施の形態１で示した燃料電池発電システム２００の構成と同様である。従って、ここでも、本発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムの構成に関する説明は省略する。又、本発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターン例も、実施の形態１で示した運転パターン例と類似している。そのため、本実施の形態でも、実施の形態１に対する相違点について詳細に説明する。

図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムの１日における運転パターンを模式的に例示するパターン図である。尚、図４において、縦軸は電力軸であり、横軸は時刻軸である。

図４において、曲線３４１は電力負荷２１３が消費する消費電力の経時的な変化を示しており、曲線３４２は燃料電池２０２が出力する出力電力の経時的な変化を示している。又、図４において、最大出力電力Ｗ４ｃは、燃料電池２０２が出力可能な最大の出力電力値を示している。又、最小出力電力Ｗ４ｄは、燃料電池２０２が出力可能な最小の出力電力値を示している。

図４の曲線３４１に示すような電力負荷２１３が消費する消費電力の変動に対し、本実施の形態に係る燃料電池発電システム２００における燃料電池２０２は、図４の曲線３４２に示すように電力を出力する。具体的には、図４に示す第１の時間帯３０１ａにおいて、燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が、電力負荷２１３の消費電力が予め設定されている燃料電池２０２が発電運転を開始するための電力閾値である運転開始電力閾値Ｗ４ａを所定の時間Ｔ４ａ内において所定の頻度Ｆ４ａ以上超えたことを検知すると、燃料電池２０２の発電運転の起動が行われる。

燃料電池２０２の発電運転が起動されると、この燃料電池２０２は、燃料処理器２０１における燃料ガス生成等のための運転準備期間Ｔｓが経過した後、曲線３４２の如く電力の出力を開始する。そして、第２の時間帯３０１ｂにおいて、燃料電池２０２の出力電力が電力負荷２１３の消費電力と略同等の電力に達すると、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ４ｃと最小出力電力Ｗ４ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

本実施の形態においても、燃料電池２０２の発電運転を停止させるための運転停止電力閾値としては、互いに等しい運転停止電力閾値Ｗ４ｂが用いられる。この運転停止電力閾値Ｗ４ｂは、予め電力閾値設定手段２１０に記憶されている。しかし、本実施の形態では、電力負荷２１３が比較的頻繁に稼働する時間帯のための所定の頻度Ｆ４ｂｄと、電力負荷２１３が余り頻繁に稼働しない時間帯のための所定の頻度Ｆ４ｂｎとが頻度設定手段２１２に各々予め記憶されている。ここで、所定の頻度Ｆ４ｂｄと所定の頻度Ｆ４ｂｎとの関係は、所定の頻度Ｆ４ｂｄの方が所定の頻度Ｆ４ｂｎよりも高い頻度に設定されている。又、本実施の形態では、時間設定手段２１１に、所定の時間Ｔ４ｂが予め記憶されている。

そして、実施の形態１の場合と同様にして、時間帯設定手段２０８が現在時刻に基づいて昼間の時間帯であると判断した場合には所定の頻度Ｆ４ｂｄを、又、夜間の時間帯であると判断した場合には所定の頻度Ｆ４ｂｎを、頻度設定手段２１２が運転停止判定手段２０９に対して設定する。又、この時、何れの場合においても、電力閾値設定手段２１０及び時間設定手段２１１は、運転停止電力閾値Ｗ４ｂ及び所定の時間Ｔ４ｂを運転停止判定手段２０９に対して設定する。そして、図４の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ４ｂを下回った場合でも、その下回った頻度が所定の時間Ｔ４ｂ内において所定の頻度Ｆ４ｂｄ未満である場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止されることはない。この時、運転停止電力閾値Ｗ４ｂを下回った頻度が所定の時間Ｔ４ｂ内において所定の頻度Ｆ４ｂｄ以上である場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。この場合、燃料処理器２０１の燃料ガスを生成するための運転も停止される。より具体的に説明すると、例えばＦ４ｂｄ＝９８％とする場合、第３の時間帯３０１ｃにおいて電力消費３４１ｆのように瞬間的に運転停止電力閾値Ｗ４ｂを超える電力消費が発生しても、運転停止電力閾値Ｗ４ｂを所定の時間Ｔ４ｂ内において９８％以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合（即ち、所定の時間Ｔ４ｂ内における電力消費３４１ｆの頻度が２％未満である場合）には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。そして、燃料電池２０２の発電運転が停止されない場合、図４の第３の時間帯３０１ｃにおいて示すように、燃料電池２０２は最小出力電力Ｗ４ｄで電力を出力し続ける。尚、この第３の時間帯３０１ｃにおいては、最小出力電力Ｗ４ｄは電力負荷２１３の消費電力を上回っているが、この燃料電池２０２が最小出力電力Ｗ４ｄで電力を出力し続ける場合に発生する過剰な電力は、実施の形態１の場合と同様、蓄電池等によって蓄電される。

又、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、燃料電池発電システム２００の負荷電力検知手段２０５が、電力負荷２１３の消費電力が再び上昇したことを検知すると、燃料電池２０２は曲線３４２の如く電力の出力を再開する。この場合、第２の時間帯３０１ｂの場合と同様、第４の時間帯３０１ｄにおいて示すように、電力量変更手段２０７が、負荷電力検知手段２０５によって検知される電力負荷２１３の消費電力の変動に追従するように、燃料電池２０２の出力電力を最大出力電力Ｗ４ｃと最小出力電力Ｗ４ｄとの間で制御する。この時、電力負荷２１３の消費電力が燃料電池２０２の出力電力を上回る場合には、商用電力２１４から不足する電力の補充が行われる。

一方、第５の時間帯３０１ｅにおいて示すように、電力負荷２１３の消費電力が運転停止電力閾値Ｗ４ｂを所定の時間Ｔ４ｂ内において所定の頻度Ｆ４ｂｎ以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合には、運転停止判定手段２０９によって燃料電池２０２の発電運転が停止される。この時、燃料処理器２０１の運転も同時に停止される。より具体的に説明すると、例えばＦ４ｂｎ＝７０％とする場合、第５の時間帯３０１ｅにおいて電力消費３４１ｇのように瞬間的に運転停止電力閾値Ｗ４ｂを超える電力消費が発生しても、運転停止電力閾値Ｗ４ｂを所定の時間Ｔ４ｂ内において７０％以上下回ったことが負荷電力検知手段２０５によって検知された場合（即ち、所定の時間Ｔ４ｂ内における電力消費３４１ｇの頻度が３０％未満である場合）には、燃料電池２０２の発電運転は停止される。尚、この際の電力負荷２１３に対する電力の供給は、商用電力２１４からの電力供給によって行われる。

このように、本実施の形態では、電力負荷２１３の消費電力が第２の時間帯３０１ｂ等のように多い状態から第３の時間帯３０１ｃ等のように少ない状態に移行する場合でも、運転停止電力閾値Ｗ４ｂ以下の消費電力が所定の時間Ｔ４ｂ内において所定の頻度Ｆ４ｂｄ以上発生しない場合には、燃料電池２０２の発電運転は停止されない。一方、電力負荷２１３の消費電力が第４の時間帯３０１ｄ等のように多い状態から第５の時間帯３０１ｅ等のように少ない状態に移行する場合、運転停止電力閾値Ｗ４ｂ以下の消費電力が所定の時間Ｔ４ｂ内において所定の頻度Ｆ４ｂｎ以上発生する場合は、燃料電池２０２の発電運転は停止される。

このような構成としても、燃料電池２０２の発電運転の不要な停止を防止することができるので、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。

尚、本実施の形態において、所定の頻度Ｆ４ｂｄ及び所定の頻度Ｆ４ｂｎは、燃料電池発電システム２００の利用者（又は、運転者、管理者）が独自に設定しても良いし、１週間単位（又は、１ヶ月単位、季節単位）の電力負荷２１３の消費電力パターンを学習手段２１５が記憶及び学習することによって頻度設定手段２１２に設定しても良い。尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。

以上、本発明の実施の形態１〜４では、負荷電力検知手段によって検知された電力負荷の消費電力に基づいて燃料電池の発電運転を停止する実施形態について説明した。ここで、燃料電池の発電運転の停止判定に関しては、電力閾値条件、時間条件、頻度条件を各々単独で、燃料電池発電システムの使用状況に応じて変更する形態について詳細に説明した。しかしながら、燃料電池の発電運転の停止判定においては、電力閾値条件、時間条件、頻度条件の内の２つ以上の条件を燃料電池発電システムの使用状況に応じて同時に変更しても、不要に運転停止する回数を緩和し、燃料電池の起動に係る無駄なエネルギー消費の回数を削減した良好な発電運転を継続することが可能になる。その理由は、燃料電池の発電運転を停止するために用いる電力閾値条件、時間条件、頻度条件の内の２つ以上の条件を燃料電池発電システムの使用状況に応じて同時に変更することにより、燃料電池の発電運転を停止するための条件が相乗的に限定され、その結果、燃料電池の発電運転を不要に停止する回数を飛躍的に緩和することが可能になるからである。

尚、本発明の燃料電池発電システムが有する制御部は、ＣＰＵ等の純然たる演算器によって構成されている形態に限らず、ファームウェアやＯＳ、更にはその周辺機器を含む形態であっても良い。又、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。

又、本発明の実施の形態１〜４においては、発電装置として燃料電池発電システムを例に挙げて説明した。しかし、本発明は、エンジン発電システム等の燃料電池発電システム以外の如何なる発電装置に対しても応用可能であり、本発明の実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。

以上、本発明の燃料電池発電システム及びその運転方法によれば、人間の活動サイクル等に応じて発電部の運転停止判断の条件を変更することにより不要な発電運転の停止を防止し、これによって無駄なエネルギー消費を抑えることが可能なエネルギー利用効率の優れた発電装置、及びその運転方法を提供することが可能になる。

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。従って、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態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神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。

本発明に係る発電装置及びその運転方法は、人間の活動サイクル等に応じて発電部の運転停止判断の条件を変更することにより不要な発電運転の停止を防止し、これによって無駄なエネルギー消費を抑えることが可能なエネルギー利用効率の優れた発電装置、及びその運転方法として有用である。

図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの運転パターン例を模式的に示すパターン図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの運転パターン例を模式的に示すパターン図である。 図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電システムの運転パターン例を模式的に示すパターン図である。 図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池発電システムの運転パターン例を模式的に示すパターン図である。 図５は、本発明の実施の形態１〜４に係る燃料電池発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図６は、従来の燃料電池発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図７は、従来の燃料電池発電システムの運転パターン例を模式的に示すパターン図である。

符号の説明

１００ 燃料電池発電システム
１００ａ 燃料電池
１００ｂ 出力制御手段
１００ｃ 負荷電力検知手段
１００ｄ 蓄電池
１００ｅ 電力負荷
１００ｆ 商用電力
１０１ａ 第１の時間帯
１０１ｂ 第２の時間帯
１０１ｃ 第３の時間帯
１０１ｄ 第４の時間帯
１０１ｅ 第５の時間帯
１１１〜１１２ 曲線
２００ 燃料電池発電システム
２０１ 燃料処理器
２０２ 燃料電池
２０３ 空気ブロア
２０４ インバータ
２０５ 負荷電力検知手段
２０６ 制御部
２０７ 電力量変更手段
２０８ 時間帯設定手段
２０９ 運転停止判定手段
２１０ 電力閾値設定手段
２１１ 時間設定手段
２１２ 頻度設定手段
２１３ 電力負荷
２１４ 商用電力
２１５ 学習手段
２２０ 条件設定手段
３０１ａ 第１の時間帯
３０１ｂ 第２の時間帯
３０１ｃ 第３の時間帯
３０１ｄ 第４の時間帯
３０１ｅ 第５の時間帯
３１１〜３１２ 曲線
３２１〜３２２ 曲線
３２１ｆ，３２１ｇ 電力消費
３３１〜３３２ 曲線
３４１〜３４２ 曲線
３４１ｆ，３４１ｇ 電力消費
Ｔｓ 運転準備期間
Ｔ１ａ〜Ｔ４ａ 所定の時間
Ｔ１ｂ〜Ｔ２ｂ，Ｔ４ｂ 所定の時間
Ｔ３ｂｄ 所定の時間
Ｔ３ｂｎ 所定の時間
Ｗ１ａ〜Ｗ４ａ 運転開始電力閾値
Ｗ１ｂ，Ｗ３ｂ〜Ｗ４ｂ 運転停止電力閾値
Ｗ１ｂｄ〜Ｗ２ｂｄ 運転停止電力閾値
Ｗ１ｂｎ〜Ｗ２ｂｎ 運転停止電力閾値
Ｗ１ｃ〜Ｗ４ｃ 最大出力電力
Ｗ１ｄ〜Ｗ４ｄ 最小出力電力

Claims (7)

1. 燃料電池である発電部と、該発電部を含む電源から負荷に供給される負荷電力を検知する負荷電力検知手段と、該負荷電力検知手段が検知する前記負荷電力と停止条件とに基づいて前記発電部の発電運転を停止する運転停止判定手段と、前記停止条件を設定するための停止条件設定手段とを備える発電装置であって、
   前記運転停止判定手段が、
   （ｉ）前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が瞬時電力閾値を下回る時間が、所定の時間以上継続する場合に、前記発電部の発電運転を停止する、
   （ｉｉ）所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力の積算電力量が、積算電力閾値を下回る場合に、前記発電部の発電運転を停止する、又は、
   （ｉｉｉ）所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が瞬時電力閾値を下回る頻度が、所定の頻度以上の場合に、前記発電部の発電運転を停止し、
   前記停止条件設定手段は、
   （ｉｖ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、前記瞬時電力閾値又は前記積算電力閾値が小さい設定、
   （ｖ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、前記所定の時間が長い設定、及び、
   （ｖｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、前記所定の頻度が大きい設定、
   の少なくとも何れか１つを設定する、発電装置。
2. 前記時間帯が、少なくとも２時を含む時間帯と少なくとも１４時を含む時間帯との１日を２分割してなる２つの時間帯である、請求項１記載の発電装置。
3. 前記時間帯が、少なくとも２時を含む時間帯と少なくとも１０時を含む時間帯と少なくとも１８時を含む時間帯との１日を３分割してなる３つの時間帯である、請求項１記載の発電装置。
4. 前記時間帯が、少なくとも２時を含む時間帯と少なくとも８時を含む時間帯と少なくとも１４時を含む時間帯と少なくとも２０時を含む時間帯との１日を４分割してなる４つの時間帯である、請求項１記載の発電装置。
5. 前記時間帯及び前記停止条件が予め設定されている、請求項１記載の発電装置。
6. 前記負荷電力検知手段により検知される前記負荷電力のデータの蓄積に基づいて少なくとも前記時間帯及び前記停止条件を学習する学習手段を更に備え、
   前記学習により得られた前記時間帯及び前記停止条件を前記停止条件設定手段が設定する、請求項１記載の発電装置。
7. 燃料電池である発電部と、該発電部を含む電源から負荷に供給される負荷電力を検知する負荷電力検知手段とを備える発電装置の運転方法であって、
   （ｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、瞬時電力閾値又は積算電力閾値が小さい設定、
   （ｉｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、所定の時間が長い設定、及び、
   （ｉｉｉ）複数の時間帯に対して前記負荷電力の平均値が大きい時間帯の方が、所定の頻度が大きい設定、
   の少なくとも何れか１つが設定されており、
   上記設定に基づき、
   （ｉｖ）前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が前記瞬時電力閾値を下回る時間が、前記所定の時間以上継続する場合に、前記発電部の発電運転を停止する、
   （ｖ）前記所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力の積算電力量が、前記積算電力閾値を下回る場合に、前記発電部の発電運転を停止する、又は、
   （ｖｉ）前記所定の時間における前記負荷電力検知手段が検知した前記負荷電力が前記瞬時電力閾値を下回る頻度が、前記所定の頻度以上の場合に、前記発電部の発電運転を停止する、発電装置の運転方法。

Images