JP4662850B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。
従来の燃料電池システムとしては、経済的に発電運転を行うため、電力負荷や熱負荷の状況に応じて運転を変更するものがあった。例えば、電力負荷で必要とする電力を供給する場合に、その電力を燃料電池が発電するために要するコストと電力系統が供給するために要するコストを比較して、燃料電池が供給するか否かを判断して燃料電池の運転の是非を判断する燃料電池システムが記載されている（例えば、特許文献１）。
図１７は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。図１７において、燃料生成装置１１は、天然ガスなどの原料を水蒸気を含む雰囲気下で改質反応を行い水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池１３に供給する。燃料電池１３は、燃料生成装置１１から供給された燃料ガスと酸化剤供給手段１２により供給された空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生させる。発生した電力は、電力供給手段１５により電力負荷１４に供給される。電力値検出手段１６は、電力負荷１４で使用される電力を検出し、制御装置２３は、検出された電力を燃料電池１３が発電し供給する場合のコストと電力系統が供給する場合のコストとを比較し、安い電力供給源を判定する。燃料電池１３が発電する場合の方が安ければ、電力供給手段１５は電力負荷１４に燃料電池１３から電力を供給する。
特開２００２−１９０３０８号公報
他方で、燃料電池システムは、発電を開始するまでに燃料電池などを含む各部の温度を発電可能な温度まで上げる必要があり、そのためのエネルギーが必要となる。しかしながら、上記のような従来の燃料電池システムでは、起動に必要とされるエネルギーが考慮されておらず、起動及び停止の回数が多い場合には実際のコストと算出されるコストとの乖離が大きくなるという問題があった。
本発明は、起動に係るエネルギーを考慮して合理的に燃料電池を運転させる燃料電池システムを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、第１の本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池システムの供給対象が発生させる電力又は熱の負荷の負荷値を検出する負荷値検出手段と、前記負荷値検出手段によって検出される前記負荷値の履歴を記憶する負荷値蓄積手段と、前記負荷値の履歴に基づいて、今後発生しうる負荷値を予測して、その予測負荷値を負荷値データとして記憶する負荷値予測手段と、前記負荷値データに基づいて、前記燃料電池の起動予定時刻を決定する、燃料電池システムである。これによって、燃料電池システムは、電力供給対象の電力負荷を予測して起動予定時刻を決定することができるので、省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面で有利な場合に燃料電池を運転する燃料電池システムを提供することができる。ここで、燃料電池の起動には、燃料電池自体のみならず燃料電池の起動に必要な諸設備、例えば、燃料生成装置、酸化剤供給手段等の起動も含まれる。
第２の発明は、前記負荷値は、前記燃料電池システムの電力供給対象の電力負荷である電力値であり、前記負荷値データが電力値データである、燃料電池システムである。
第３の発明は、電力供給に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する算出手段をさらに備え、前記算出手段が、所定の時間帯の前記電力値データに基づいて、前記燃料電池によって電力供給をする場合と電力系統によって電力供給をする場合とにおける、それぞれの前記一次エネルギー量、前記二酸化炭素量あるいは前記コストのいずれかを算出し、前記算出手段による算出値を比較し、前記電力系統によって電力供給をする場合の方が算出値が大きい場合には、前記時間帯の開始時刻を前記起動予定時刻として決定する、燃料電池システムである。
第４の発明及び第１６の発明は、前記算出手段は、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを考慮して、前記燃料電池によって電力供給、あるいは電力供給及び熱供給をする場合における電力供給、あるいは電力供給及び熱供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、燃料電池システムである。また、第５の発明及び第１７の発明は、前記算出手段は、前記燃料電池の温度に基づいて、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、燃料電池システムである。これによって、燃料電池システムは、燃料電池の起動から発電開始までに費やされる一次エネルギー等を予測することができるので、より的確な運転の判断を行う燃料電池システムを提供することができる。
第６の発明及び第１８の発明は、原料から水素を含む燃料を生成する燃料生成装置をさらに備え、前記算出手段は、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを考慮して、前記燃料電池によって電力供給、あるいは電力供給及び熱供給をする場合における電力供給あるいは電力供給及び熱供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する燃料電池システムである。また、第７の発明及び第１９の発明は、前記算出手段は、前記燃料生成装置の温度に基づいて、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、燃料電池システムである。これによって、燃料電池システムは、燃料生成装置の暖機も含めて、燃料電池の起動から発電開始までに費やされる一次エネルギー等を予測することができるので、より的確な運転の判断を行う燃料電池システムを提供することができる。
第８の発明及び第２０の発明は、入力手段をさらに備え、前記入力手段によって、前記算出手段の算出項目を一次エネルギー、二酸化炭素あるいはコストから選択することができる、燃料電池システムである。これによって、使用者が選好して燃料電池システムの動作を切り換えることができるので、使用者の省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面への関心を呼び起こすことができる。
第９の発明及び第２１の発明は、表示手段をさらに備え、前記算出手段の算出値を用いて、前記燃料電池によって電力供給、あるいは電力供給及び熱供給をする場合と、電力系統によって電力供給、あるいは電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合とにおける一次エネルギー、二酸化炭素量あるいはコストのいずれかの差分を算出し、前記表示手段が、その差分を表示する、燃料電池システムである。これによって、使用者は、省エネルギー、地球温暖化の防止あるいは経済性を具体的な数字によって認知できるので、使用者の省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面への関心を呼び起こすことができる。
第１０の発明は、前記燃料電池の排熱を回収して蓄える蓄熱手段と、前記蓄熱手段の蓄熱を外部に熱供給する熱供給手段とをさらに備え、前記算出手段は、前記時間帯の前記電力値データに基づいて、前記蓄熱手段によって回収される熱量と、該熱量が外部の熱供給手段によって供給される場合において該熱量の供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかとをさらに算出することによって、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合と電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合とにおける、それぞれの前記一次エネルギー量、前記二酸化炭素量あるいは前記コストのいずれかを算出し、前記算出手段による算出値を比較し、前記電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合の方が算出値が大きい場合には、前記時間帯の開始時刻を前記起動予定時刻として決定する、燃料電池システムである。これによって、熱電併給をする燃料電池システムにおいても、燃料電池の起動から停止までが省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面で有利な場合に燃料電池を運転する燃料電池システムを提供することができる。
第１１の発明は、前記起動予定時刻は、所定の更新時間毎に更新される、燃料電池システムである。これによって、定期的に動作の適否が判断されるので、より的確な運転の判断を行う燃料電池システムを提供することができる。
第１２の発明は、表示手段をさらに備え、前記表示手段は、前記起動予定時刻を表示する、燃料電池システムである。これによって、使用者は、燃料電池の起動停止を把握できるので、使用者の省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面への関心を呼び起こすことができる。
第１３の発明は、前記表示手段は、過去の運転履歴を表示する、燃料電池システムである。これによって、使用者は、燃料電池の起動及び停止を把握できるので、使用者の省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面への関心を呼び起こすことができる。
第１４の発明は、前記燃料電池の排熱を回収して蓄える蓄熱手段と、前記蓄熱手段の蓄熱を外部に熱供給する熱供給手段と、前記蓄熱手段の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段とをさらに備え、前記負荷値は、前記燃料電池システムの熱供給対象の熱負荷である熱量値である、燃料電池システムである。これによって、熱電併給をする燃料電池システムが熱負荷に追従して燃料電池を運転する場合においても、燃料電池の起動から停止までが省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面で有利な場合に燃料電池を運転する燃料電池システムを提供することができる。
第１５の発明は、熱供給及び電力供給に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する算出手段をさらに備え、前記算出手段が、所定の時間帯の前記熱量値データに基づいて、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合と電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合とにおける、それぞれの前記一次エネルギー量、前記二酸化炭素量あるいは前記コストのいずれかを算出し、前記算出手段による算出値を比較し、前記電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合の方が算出値が大きい場合には、前記時間帯の開始時刻を前記起動予定時刻として決定する、燃料電池システムである。
第２２の発明は、前記燃料電池の排熱を回収して蓄える蓄熱手段と、前記蓄熱手段の蓄熱を外部に熱供給する熱供給手段と、前記蓄熱手段の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段と、選択手段とをさらに備え、前記選択手段によって、前記負荷値を、前記燃料電池システムの熱供給対象の熱負荷である熱量値、あるいは前記燃料電池システムの電力供給対象の電力負荷である電力値から選択し、該選択によって前記負荷値データが電力値データあるいは熱量値データのいずれかから選択される、燃料電池システムである。これによって、燃料電池システムの使用状況に応じて、熱負荷追従運転あるいは電力負荷追従運転を選択することができる。
第２３の発明は、前記負荷値蓄積手段は、在宅時及び留守時を区別して前記負荷値を蓄積し、前記選択手段によって、前記燃料電池の起動予定時刻の決定を、在宅時における前記電力値データに基づく決定と、留守時における前記電力値データに基づく決定と、在宅時における前記熱量値データに基づく決定と、留守時における前記熱量値データに基づく決定とから任意に選択することができる、燃料電池システムである。これによって、電力値及び熱量値の予測をより的確にすることができる。
第２４の発明は、前記燃料電池の起動予定時刻を任意に設定することができる運転時刻設定手段をさらに備える、燃料電池システムである。これによって、使用者の行動予定も考慮して燃料電池の起動を設定することができるので、より的確に燃料電池システムを運転させることができる。
以上のように、本発明に係る燃料電池システムは、省エネルギー、地球温暖化の防止及び経済性の面で有利な場合に燃料電池を運転させることができるという効果を有する。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す構成図である。本実施の形態における燃料電池システムは、天然ガスなどの原料から水素を含む燃料ガスを生成する燃料生成装置１１と、酸化剤を供給する酸化剤供給手段１２と、燃料生成装置１１から供給される燃料ガスと酸化剤供給手段１２から供給される空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応により電力と熱を発生させる燃料電池１３と、燃料電池１３で発生した電力をエアコンや冷蔵庫などの電力負荷１４に供給する電力供給手段１５と、電力負荷１４で使用する電力を検出する電力値検出手段１６と、燃料電池システムの動作を制御する制御装置２３とで構成されている。
電力供給手段１５は、インバーター、開閉器などによって構成されている。
制御装置２３は、電力値検出手段１６の検出値を蓄積する電力値蓄積手段１７と、記憶された電力値の履歴から電力負荷１４で使用される電力値Ｗt（ｔ分後の電力値Ｗt）を予測し、その電力値Ｗtによって構成される電力値データを記憶する電力値予測手段１８と、運転制御手段１９と、表示手段４２とを有する。ここで、燃料電池１３の起動には、燃料電池１３自体のみならず燃料電池の起動に必要な諸設備、例えば、燃料生成装置１１、酸化剤供給手段１２等も含まれる。
運転制御手段１９は、電力値予測手段１８により記憶された電力値データに基づいて燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2及び停止予定時刻Ｔ3を決定するとともに、これら時刻Ｔ1、Ｔ2及びＴ3に基づいて、燃料電池１３を起動、発電開始及び停止させる。
さらに、ここでは、制御装置２３は、電力値データに基づく演算を行って演算結果を運転制御手段１９に提供する算出手段２０、２１、２２を備えている。第１の算出手段２０は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池１３により発電して供給する場合に費やされる一次エネルギー量を算出する。第２の算出手段２１は、電力値データの所定の時間帯の電力値を電力系統が供給する場合に費やされる一次エネルギー量を算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際に費やされる一次エネルギー量を算出する。
また、運転制御手段１９は、タイマー（図示せず）を備え、所定の更新時間毎に、運転制御手段１９が、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を更新するように動作させる。これによって、定期的に動作の適否が判定されるので、より的確な燃料電池システムの動作を実現することができる。
表示手段４２は、運転制御手段１９に設定されている起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を表示する。さらに、表示手段４２は、電力値蓄積手段１７に蓄積されている電力値の履歴の中から、過去の発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の間、すなわち燃料電システムの発電による電力値履歴を表示する。さらに、表示手段４２は、後述するステップＳ１４Ａ、Ｓ１４ＢあるいはＳ１４Ｃにおいて比較される値の間の差分を運転制御手段１９が演算し、その演算結果を表示する。これによって、使用者のエネルギー資源、環境負荷あるいは経済性への関心を呼び起こすことができる。
制御装置２３内は、例えばマイコンで構成されている。そして、制御装置２３が有する各手段１７乃至２２は、このマイコンの内部メモリに格納された所定のプログラム（以下時刻決定プログラムという）をＣＰＵが実行することによって実現される。そして、この時刻決定プログラムの実行において、必要なデータは、例えば、マイコンの内部メモリに記憶される。
以上のように構成された本実施の形態について、燃料電池の起動を開始するまでの動作を説明する。図２および図３は燃料電池システムの制御の流れ、すなわち時刻決定プログラムの内容を示すフローチャートである。
図２に示すように、ステップＳ１において、電力値検出手段１６は、継続的に電力値を検出し、電力値蓄積手段１７が、その検出された電力値を蓄積して記憶する。ここでは、電力値検出手段１６は、１秒間隔毎に電力値を検出する。
ステップＳ２において、電力値予測手段１８は、電力値蓄積手段１７に蓄積された電力値の履歴に基づいて、今後２４時間先までに電力負荷１４で使用されるであろう１分単位の電力値Ｗtを予測して、電力値データとして記憶する。
次に、運転制御手段１９は、電力値予測手段１８に記憶されている電力値データに基づいて、所定の値、ここでは燃料電池１３の最低発電量Ｗminより高い電力値が多く分布する時間帯を選定する。
ここでは、ステップＳ３において、運転制御手段１９が、時刻Ｔに現在時刻Ｔ0を代入する。
ステップＳ４において、運転制御手段１９が、Ｔから所定時間Ｘ1（例えば３０分間）後までの電力値Ｗt（ＷT〜ＷT+30までの３０個）のＹ1％以上（例えば８０％、２４個以上）が燃料電池システムの最低発電量Ｗmin以上であるかどうかを判定する。ＹｅｓならばステップＳ５で、Ｔを起動予定時刻Ｔ1と仮定する。Ｎｏならば、ステップＳ６で、Ｔから１分後の時刻をＴとし（Ｔ＝Ｔ＋１min）、ステップＳ４に戻る。
ステップＳ７−１では、運転制御手段１９が、起動所要時間Ｔs（例えば６０分間）を時刻Ｔに加え発電開始予定時刻Ｔ2と仮定する。
ステップＳ７−２において、運転制御手段１９が、Ｔに発電開始予定時刻Ｔ2を代入する。
ステップＳ７−３において、運転制御手段１９が、Ｔから所定時間Ｘ1（例えば３０分間）後までの電力値Ｗt（ＷT〜ＷT+30までの３０個）のＹ1％以上（例えば８０％、２４個以上）が燃料電池システムの最低発電量Ｗmin以上であるかどうかを判定する。ＹｅｓならばステップＳ８に進む。Ｎｏならば、ステップＳ７−４で、Ｔから（起動所要時間Ｔs―１分）前の時刻をＴとし、ステップＳ４に戻る。
ステップＳ８では、運転制御手段１９が、Ｔから所定時間Ｘ2（例えば６０分間）後までの電力値Ｗt（ＷT〜ＷT+60までの６０個）のＹ2％以上（例えば８０％、４８個以上）が燃料電池システムの最低発電量Ｗmin未満であるかどうかを判定する。ＹｅｓならばステップＳ９で、Ｔを停止予定時刻Ｔ3と仮定する。Ｎｏならば、ステップＳ１０で、Ｔから１分後の時刻をＴとし、ステップＳ８に戻る。
以上のようにして、燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図２のＩに続く図３のＩ以降のステップに進み、消費される一次エネルギー量を考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定される。
ステップＳ１１Ａにおいて、第１の算出手段２０は、燃料電池１３が発電して供給する場合に、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtの発電に必要な原料ガス量ＱGFCEtを、燃料電池１３、燃料生成装置１１などを含めた燃料電池システムの発電効率ＥWEに基づいて（１）式により算出する。そして、単位原料ガス当たりの一次エネルギー量ＡGFCBに基づいて、発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間を燃料電池システムが発電して電力供給する場合に費やされる一次エネルギー量ＡFCEtを（２Ａ）式により算出し、ＡFCEtをＴ2からＴ3まで積算した値を燃料電池発電一次エネルギー量ＡFCEとする。
ＱGFCEt ＝ Ｗt ／ ＥWE （１）
ＡFCEt ＝ ＱGFCEt ・ ＡGFCB （２Ａ）
ステップＳ１２Ａにおいて、第３の算出手段２２は、燃料電池システムを起動する際に費やされる一次エネルギー量を算出し、燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCSとする。そして、運転制御手段１９が、第１の算出手段２０から出力された燃料電池発電一次エネルギー量ＡFCEと第３の算出手段２２から出力された燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCSとを合計して第１の燃料電池一次エネルギー量ＡFC1とする。
ステップＳ１３Ａにおいて、第２の算出手段２１が、電力系統の単位電力当たりの一次エネルギー量ＡEBに基づいて、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtを電力系統が供給する場合に費やされる一次エネルギー量ＡEtを（３Ａ）式により算出し、ＡEtをＴ2からＴ3まで積算した値を電力系統一次エネルギー量ＡEとする。
ＡEt ＝ Ｗt ・ ＡEB （３Ａ）
ステップＳ１４Ａにおいて、運転制御手段１９が、第１の燃料電池一次エネルギー量ＡFC1と電力系統一次エネルギー量ＡEとを比較する。第１の燃料電池一次エネルギー量ＡFC1が電力系統一次エネルギー量ＡE以下ならば、ステップＳ１５Ａに進み、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ１７Ａにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、第１の燃料電池一次エネルギー量ＡFC1が電力系統一次エネルギー量ＡEより大きければ、ステップＳ１６Ａに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ１８Ａにおいて運転制御手段１９が時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図３のＩＩに続く図２のＩＩからステップＳ４に戻り、以降のステップをくり返す。
以上により、燃料電池の起動時において費やされる一次エネルギー量も含めた燃料電池システムによって消費される一次エネルギー量と、電力系統によって消費される一次エネルギー量とを比較して燃料電池システムの運転及び停止の判断を行うことができる。これによって、燃料電池システムが頻繁に起動・停止をくり返すような運転状態においても、無駄なエネルギーの消費を抑制して燃料電池システムを運転させることが可能となる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態２は、実施の形態１における燃料電池システムの運転制御手段１９が二酸化炭素（以下ＣＯ2と略す）の発生量において比較をして起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定するように構成されている。すなわち、第１の算出手段２０は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池１３により発電して供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。第２の算出手段２１は、電力値データの所定の時間帯の電力値を電力系統が供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際に発生するＣＯ2量を算出する。
したがって、実施の形態２における燃料電池システムの構成及び燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートは、実施の形態１の図１及び図２と同じ構成であるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図４に示すように、ステップＳ１１Ｂにおいて、第１の算出手段２０は、燃料電池１３が発電して供給する場合に、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtの発電に必要な原料ガス量ＱGFCEtを、燃料電池システムの発電効率ＥWEに基づいて（１）式により算出する。そして、単位原料ガス当たりのＣＯ2発生量ＢGFCBに基づいて、発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間を燃料電池システムが発電して電力供給する場合に発生するＣＯ2量ＢFCEtを（２Ｂ）式により算出し、ＢFCEtをＴ2からＴ3まで積算した値を燃料電池発電ＣＯ2発生量ＢFCEとする。
ＢFCEt ＝ ＱGFCEt ・ ＢGFCB （２Ｂ）
ステップＳ１２Ｂにおいて、第３の算出手段２２は、燃料電池システムを起動する際に発生するＣＯ2量を算出し、燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCSとする。そして、運転制御手段１９が、第１の算出手段２０から出力された燃料電池発電ＣＯ2発生量ＢFCEと第３の算出手段２２から出力された燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCSとを合計して第１の燃料電池ＣＯ2発生量ＢFC1とする。
ステップＳ１３Ｂにおいて、第２の算出手段２１が、電力系統の単位電力当たりのＣＯ2発生量ＢEBに基づいて、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtを電力系統が供給する場合に発生するＣＯ2量ＢEtを（３Ｂ）式により算出し、ＢEtをＴ2からＴ3まで積算した値を電力系統ＣＯ2発生量ＢEとする。
ＢEt ＝ Ｗt ・ ＢEB （３Ｂ）
ステップＳ１４Ｂにおいて、運転制御手段１９が、第１の燃料電池ＣＯ2発生量ＢFC1と電力系統ＣＯ2発生量ＢEとを比較する。第１の燃料電池ＣＯ2発生量ＢFC1が電力系統ＣＯ2発生量ＢE以下ならば、ステップＳ１５Ｂに進み、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ１７Ｂにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、第１の燃料電池ＣＯ2発生量ＢFC1が電力系統ＣＯ2発生素量ＢEより大きければ、ステップＳ１６Ｂに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ１８Ｂにおいて、運転制御手段１９は時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図３のＩＩに続く図２のＩＩからステップＳ４に戻り、以降のステップをくり返す。
以上により、燃料電池の起動時において発生するＣＯ2量も含めた燃料電池システムにおいて発生するＣＯ2量と、電力系統において発生するＣＯ2量とを比較して燃料電池システムの運転及び停止の判断を行うことができる。これによって、燃料電池システムが頻繁に起動・停止をくり返すような運転状態においても、ＣＯ2の発生を抑制し、ひいては地球温暖化の防止に貢献するようにして、燃料電池システムを運転させることが可能となる。
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態３は、実施の形態１における燃料電池システムの運転制御手段１９がコストにおいて比較をして起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定するように構成されている。すなわち、第１の算出手段２０は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池１３が発電して供給する場合にかかるコストを算出する。第２の算出手段２１は、電力値データの所定の時間帯の電力値を電力系統が供給する場合にかかるコストを算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際にかかるコストを算出する。
したがって、実施の形態３における燃料電池システムの構成及び燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートは、実施の形態１の図１及び図２と同じ構成であるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図５に示すように、ステップＳ１１Ｃにおいて、第１の算出手段２０は、燃料電池１３が発電して供給する場合に、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtの発電に必要な原料ガス量ＱGFCEtを、燃料電池システムの発電効率ＥWEに基づいて（１）式により算出する。そして、原料ガスの従量料金ＣGFCBに基づいて、発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間を燃料電池システムが発電して電力供給する場合にかかるコストＣFCEtを（２Ｃ）式により算出し、ＣFCEtをＴ2からＴ3まで積算した値を燃料電池発電コストＣFCEとする。
ＣFCEt ＝ ＱGFCEt ・ ＣGFCB （２Ｃ）
ステップＳ１２Ｃにおいて、第３の算出手段２２は、燃料電池システムを起動する際にかかるコストを算出し、燃料電池起動コストＣFCSとする。そして、運転制御手段１９が、第１の算出手段２０から出力された燃料電池発電コストＣFCEと第３の算出手段２２から出力された燃料電池起動コストＣFCSとを合計して第１の燃料電池コストＣFC1とする。
ステップＳ１３Ｃにおいて、第２の算出手段２１が、電力系統の従量料金ＣEBに基づいて、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtを電力系統が供給する場合にかかるコストＣEtを（３Ｃ）式により算出し、ＣEtをＴ2からＴ3まで積算した値を電力系統コストＣEとする。
ＣEt ＝ Ｗt ・ ＣEB （３Ｃ）
ステップＳ１４Ｃにおいて、運転制御手段１９が、第１の燃料電池コストＣFC1と電力系統コストＣEとを比較する。第１の燃料電池コストＣFC1が電力系統コストＣE以下ならば、ステップＳ１５Ｃに進み、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ１７Ｃにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、第１の燃料電池コストＣFC1が電力系統コストＣEより大きければ、ステップＳ１６Ｃに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ１８Ｃにおいて、運転制御手段１９は、時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図３のＩＩに続く図２のＩＩからステップＳ４に戻り、以降のステップをくり返す。
以上により、燃料電池の起動時におけるコストも考慮した燃料電池システムのコストと、電力系統コストとを比較して燃料電池システムの運転及び停止の判断を行うことができる。これによって、燃料電池システムが頻繁に起動・停止をくり返すような運転状態においても、燃料電池システムを経済的に運転させることが可能となる。
また、制御装置２３は、切換スイッチ、キーボード、マウス等の入力手段（図示せず）と、実施の形態１乃至実施の形態３のそれぞれの第１乃至第３の算出手段と、運転制御手段１９と、表示手段４２とを備え、入力手段によって、実施の形態１乃至実施の形態３を選択できるようにするとよい。これによって、使用者の選好によって燃料電池システムの動作を切り換えることができる。
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムを示す構成図である。実施の形態１と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
本実施の形態における燃料電池システムは、図１の燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池１３を所定の温度に維持する冷却水を循環する冷却水経路２４と、冷却水経路２４に冷却水を通流する冷却水ポンプ２５と、蓄熱手段２７と、冷却水が燃料電池１３より回収した熱を貯湯水に伝熱する熱交換器２６と、貯湯水により燃料電池１３から熱を回収し温水として蓄熱手段２７に蓄積する貯湯水経路２８と、貯湯水経路２８に貯湯水を通流させる貯湯水ポンプ２９と、蓄熱手段２７から給湯や暖房などの熱負荷３０に供給する熱供給手段３１とをさらに備えている。
制御装置２３は、電力値データに基づく演算を行って演算結果を運転制御手段１９に提供する第４の算出手段３６をさらに備えている。
第４の算出手段３６は、電力値データの所定の時間帯の電力値に応じて燃料電池システムにおいて回収される熱量に相当する熱量を、熱供給系統３５が供給する場合に費やされる一次エネルギー量を算出する。ここで、熱供給系統３５は、スチームラインやガス給湯器など外部の熱供給手段によって構成されている。
以上のように構成された実施の形態４について、燃料電池の起動を開始するまでの動作を説明する。図７は燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態４における燃料電池システムの動作は、ステップ１１１Ａ以前の動作は、ステップＳ１０までの燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャート、すなわち実施の形態１の図２と同じであるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図２のステップＳ１０までにおいて、燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図２のＩに続く図７のＩ以降のステップに進み、消費される一次エネルギー量を考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定される。
ステップＳ１１１ＡからＳ１１３Ａまでは、実施の形態１、すなわち図３のステップＳ１１ＡからＳ１３Ａと同じであり、説明を省略する。
ステップＳ１１４Ａにおいて、第４の算出手段３６は、電力値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの電力値Ｗtを燃料電池システムが発電して供給する場合に、発電に伴って回収される回収熱量ＨFCtを、熱回収効率ＥWHに基づいて（４）式により算出する。
ＨFCt ＝ Ｗt ／ ＥWE ・ ＥWH （４）
ステップＳ１１５Ａにおいて、第４の算出手段３６は、回収熱量ＨFCtを熱供給系統３５が供給する場合に必要な熱供給系統熱量ＱGHtを、熱供給系統熱効率ＥHに基づいて（５）式により算出する。ここで、熱供給系統熱量ＱGHtは都市ガスで供給される場合には都市ガス量、スチームで供給される場合にはスチーム量として算出される。そして、熱供給系統３５の単位熱量当たりの一次エネルギー量ＡGHBに基づいて、ＨFCtを熱供給系統３５が供給する場合に費やされる一次エネルギー量ＡHtを（６Ａ）式により算出し、ＡHtをＴ2からＴ3まで積算した値を熱供給系統一次エネルギー量ＡHとする。
ＱGHt ＝ ＨFCt ／ ＥH （５）
ＡHt ＝ ＱGHt ・ ＡGHB （６Ａ）
ステップＳ１１６Ａにおいて、運転制御手段１９が、電力系統一次エネルギー量ＡE及び熱供給系統一次エネルギー量ＡHの和と、第１の燃料電池一次エネルギー量ＡFC1とを比較する。ＡFC1がＡE＋ＡH以下ならば、ステップＳ１１７Ａに進み、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ１１９Ａにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、ＡFC1がＡE＋ＡHより大きければ、ステップＳ１２０Ａに進み、運転制御手段１９は起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ１２０Ａにおいて、運転制御手段１９は時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図７のＩＩに続く図２のＩＩからステップＳ４に戻り、以降のステップをくり返す。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃料電池システムでの発電に伴って発生する熱を回収して使用する場合においては、実施の形態１で述べた効果とともに、回収熱を供給することによって削減される熱供給系統の一次エネルギー量も反映させることができ、無駄なエネルギーの消費を抑制して燃料電池システムを運転させることが可能となる。
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態５は、実施の形態４における燃料電池システムの運転制御手段１９がＣＯ2の発生量において比較をして起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定するように構成されている。すなわち、第１の算出手段２０は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池１３が発電して供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。第２の算出手段２１は、電力値データの所定の時間帯の電力値を電力系統が供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際に発生するＣＯ2量を算出する。第４の算出手段３６は、電力値データの所定の時間帯の電力値に応じて燃料電池システムにおいて回収される熱量に相当する熱量を、熱供給系統３５が供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。
したがって、実施の形態５における燃料電池システムの構成及び燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートは、実施の形態４の図６及び実施の形態１の図２と同じであるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図２のステップＳ１０までにおいて、燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図２のＩに続く図８のＩ以降のステップに進み、発生するＣＯ2量を考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定される。
ステップＳ１１１ＢからＳ１１３Ｂまでは、実施の形態２、すなわち図４のステップＳ１１ＢからＳ１３Ｂと同じであり、説明を省略する。
ステップＳ１１４Ｂは、実施の形態４、すなわち図７のステップＳ１１１４Ａと同じであり、説明を省略する。
ステップＳ１１５Ｂにおいて、第４の算出手段３６は、回収熱量ＨFCtを熱供給系統３５が供給する場合に必要な熱供給系統熱量ＱGHtを、熱供給系統熱効率ＥHに基づいて（５）式により算出する。そして、熱供給系統３５の単位熱量当たりのＣＯ2発生量ＢGHBに基づいて、ＨFCtを熱供給系統３５が供給する場合に発生するＣＯ2量ＢHtを（６Ｂ）式により算出し、ＢHtをＴ2からＴ3まで積算した値を熱供給系統ＣＯ2発生量ＢHとする。
ＢHt ＝ ＱGHt ・ ＢGHB （６Ｂ）
ステップＳ１１６Ｂにおいて、運転制御手段１９が、電力系統ＣＯ2発生量ＢE及び熱供給系統ＣＯ2発生量ＢHの和と、第１の燃料電池ＣＯ2発生量ＢFC1とを比較する。ＢFC1がＢE＋ＢH以下ならば、ステップＳ１１７Ｂに進み、運転制御手段１９が、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ１１９Ｂにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、ＢFC1がＢE＋ＢHより大きければ、ステップＳ１２０Ｂに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ１２０Ｂにおいて、運転制御手段１９は時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図８のＩＩに続く図２のＩＩからステップＳ４に戻り、以降のステップをくり返す。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃料電池システムでの発電に伴って発生する熱を回収して使用する場合においては、実施の形態２で述べた効果とともに、回収熱を供給をすることによって削減される熱供給系統のＣＯ2発生量も反映させることができ、ひいては地球温暖化の防止に貢献するようにして燃料電池システムを運転させることが可能となる。
（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６における燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態６は、実施の形態４における燃料電池システムの運転制御手段１９が、コストにおいて比較をして起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定するように構成されている。すなわち、第１の算出手段２０は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池１３が発電して供給する場合にかかるコストを算出する。第２の算出手段２１は、電力値データの所定の時間帯の電力値を電力系統が供給する場合にかかるコストを算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際にかかるコストを算出する。第４の算出手段３６は、電力値データの所定の時間帯の電力値に応じて燃料電池システムにおいて回収される熱量に相当する熱量を、熱供給系統３５が供給する場合にかかるコストを算出する。
したがって、実施の形態６における燃料電池システムの構成及び燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートは、実施の形態４の図６及び実施の形態１の図２と同じであるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図２のステップＳ１０までにおいて、燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図２のＩに続く図９のＩ以降のステップに進み、費やされるコストを考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定される。
ステップＳ１１１ＣからＳ１１３Ｃまでは、実施の形態３、すなわち図５のステップＳ１１ＣからＳ１３Ｃと同じであり、説明を省略する。
ステップＳ１１４Ｃは、実施の形態４、すなわち図７のステップＳ１１１４Ａと同じであり、説明を省略する。
ステップＳ１１５Ｃにおいて、第４の算出手段３６は、回収熱量ＨFCtを熱供給系統３５が供給する場合に必要な熱供給系統熱量ＱGHtを、熱供給系統熱効率ＥHに基づいて（５）式により算出する。そして、熱供給系統の従量料金ＣGHBに基づいて、ＨFCtを熱供給系統３５が供給する場合にかかるコストＣHtを（６Ｃ）式により算出し、ＣHtをＴ2からＴ3まで積算した値を熱供給系統コストＣHとする。
ＣHt ＝ ＱGHt ・ ＣGHB （６Ｃ）
ステップＳ１１６Ｃにおいて、運転制御手段１９が、電力系統コストＣE及び熱供給系統コストＣHの和と、第１の燃料電池コストＣFC1とを比較する。ＣFC1がＣE＋ＣH以下ならば、ステップＳ１１７Ｃに進み、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ１１９Ｃにおいて、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、ＣFC1がＣE＋ＣHより大きければ、ステップＳ１２０Ｃに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ１２０Ｃにおいて、運転制御手段１９は、時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図９のＩＩに続く図２のＩＩからステップＳ４に戻り、以降のステップをくり返す。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃料電池システムでの発電に伴って発生する熱を回収して使用する場合においては、実施の形態３で述べた効果とともに、回収熱を供給をすることによって削減される熱供給系統のコストも反映させることができ、燃料電池システムを経済的に運転させることが可能となる。
（実施の形態７）
図１０は、本発明の実施の形態７における燃料電池システムを示す構成図である。実施の形態４と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
本実施の形態における燃料電池システムは、図６の燃料電池システムの電力値検出手段１６の代わりに、熱負荷３０で使用する熱量を検出する熱量値検出手段３２を備えている。そして、蓄熱手段２７に蓄えられた熱量を検出する蓄熱量検出手段３９をさらに備えている。
制御装置２３は、電力値蓄積手段１７及び電力値予測手段１８の代わりに、熱量値検出手段３２の検出値を蓄積する熱量値蓄積手段３３と、記憶された熱量値の履歴から熱負荷３０で使用される熱量値Ｈt（ｔ分後の熱量値Ｈt）を予測し、その熱量値Ｈtによって構成される熱量値データを記憶する熱量値予測手段３４とを備えている。そして、熱量値データに基づく演算を行って演算結果を運転制御手段１９に提供する第１乃至第５の算出手段２０，２１，２２，３６，４０を備えている。
第１の算出手段２０は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池１３が蓄熱手段２７に供給する場合に費やされる一次エネルギー量を算出する。第２の算出手段２１は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池１３が供給する際に電力負荷１４へ電力供給する電力量を算出し、その電力量を電力系統が供給する場合に費やされる一次エネルギー量を算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際に費やされる一次エネルギー量を算出する。第４の算出手段３６は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を熱供給系統３５が供給する場合に費やされる一次エネルギー量を算出する。第５の算出手段４０は、蓄熱量検出手段３９の検出値に基づいて取得される蓄熱手段２７の蓄熱量、熱量値データ等に基づいて蓄熱手段２７の蓄熱収支の予測値を算出する。
以上のように構成された本実施の形態について、燃料電池の起動を開始するまでの動作を説明する。図１１および図１２は燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。図１１において、ステップＳ２０２において、熱量値検出手段３２は、継続的に熱量値を検出し、熱量値蓄積手段３３が、その検出された熱量値を蓄積して記憶する。ここでは、熱量値検出手段３２は、１秒間隔毎に熱量値を検出する。
ステップＳ２０４において、熱量値予測手段３４は、熱量値蓄積手段３３に蓄積された熱量値の履歴に基づいて、今後２４時間先までに熱負荷３０で使用されるであろう１分単位の熱量値Ｈtを予測して、熱量値データとして記憶する。
次に、運転制御手段１９は、熱量値予測手段３４に記憶されている熱量値データに基づいて、蓄熱手段２７の蓄熱量が少なくなる時刻を起動予定時刻Ｔ1に仮定する。
ここでは、ステップＳ２０５において、運転制御手段１９が、時刻Ｔに現在時刻Ｔ0を代入する。
ステップＳ２０６において、第５の算出手段が、蓄熱量検出手段３９の検出値に基づいて現在時刻Ｔ0の蓄熱量ＧST0を算出する。そして、時刻Ｔにおける蓄熱量ＧStに蓄熱量ＧST0を代入する。
ステップＳ２０７において、運転制御手段１９は、熱量値データの現在時刻Ｔ0から時刻Ｔまでの間の熱量値Ｈtの積算値ＨTが、蓄熱量ＧStのＹ1％以上（例えば８０％以上）であるかどうかを判定する。ＹｅｓならばステップＳ２０８に進み、Ｔを起動予定時刻Ｔ1と仮定する。Ｎｏならば、ステップＳ２０９に進み、Ｔから１分後の時刻をＴとし（Ｔ＝Ｔ＋１min）、ステップＳ２０７に戻る。
ステップＳ２１０において、運転制御手段１９は、起動所要時間Ｔs（例えば６０分間）を時刻Ｔに加え発電開始予定時刻Ｔ2と仮定する。
次に、熱量値予測手段３４に記憶されている熱量値データに基づいて、蓄熱手段２７の蓄熱量が十分豊富になる時刻が停止予定時刻Ｔ3に仮定される。
ここでは、ステップＳ２１１において、第５の算出手段４０は、起動予定時刻Ｔ1から発電開始予定時刻Ｔ2までの間の熱量値データの熱量値Ｈtを積算して起動時熱量値ＨT1を算出し、ＧStからＨTおよびＨT1を減算したものをＧStに代入する。
ステップＳ２１２において、第５の算出手段４０は、時刻Ｔにおいて、蓄熱量ＧStに燃料電池からの熱回収量ＨRtを加算し、時刻Ｔにおける熱量値データの熱量Ｈtを減算して、蓄熱量ＧStを算出する。
ステップＳ２１３において、運転制御手段１９は、時刻Ｔにおいて蓄熱量ＧStが蓄熱手段２７の最大蓄熱量ＧSmax以上であるかどうかを判定する。ＹｅｓならばステップＳ２１４で、運転制御手段１９は、Ｔを停止予定時刻Ｔ3と仮定する。Ｎｏならば、ステップＳ２１５で、Ｔから１分後の時刻をＴとし、ステップＳ２１２に戻る。
以上のようにして燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図１１のＶに続く図１２のＶ以降のステップに進み、消費される一次エネルギー量を考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定される。
ステップＳ２１６Ａにおいて、第１の算出手段２０は、燃料電池１３が発電して供給する場合に、熱量値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの熱量値Ｈtの発電に必要な原料ガス量ＱGFCHtを、燃料電池１３、燃料生成装置１１などを含めた燃料電池システムの熱回収効率ＥWHに基づいて（７）式により算出する。そして、単位原料ガス当たりの一次エネルギー量ＡGFCBに基づいて、発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間を燃料電池システムが発電して電力供給及び熱供給する場合に費やされる一次エネルギー量ＡFCHtを（８Ａ）式により算出し、ＡFCHtをＴ2からＴ3まで積算した値を燃料電池発電一次エネルギー量ＡFCHとする。
ＱGFCHt ＝ Ｈt ／ ＥWH （７）
ＡFCHt ＝ ＱGFCHt ・ ＡGFCB （８Ａ）
ステップＳ２１７Ａにおいて、第３の算出手段２２は、燃料電池システムを起動する際に費やされる一次エネルギー量を算出し、燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCSとする。そして、運転制御手段１９が、第１の算出手段２０から出力された燃料電池発電一次エネルギー量ＡFCHと第３の算出手段２２から出力された燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCSとを合計して第２の燃料電池一次エネルギー量ＡFC2とする。
ステップＳ２１８Ａにおいて、第４の算出手段は、熱量値Ｈtを熱供給系統３５が供給する場合に必要な熱供給系統熱量ＱGHtを、熱供給系統熱効率ＥHに基づいて（９）式により算出する。そして、熱供給系統の単位熱量当たりの一次エネルギー量ＡGHBに基づいて、Ｈtを熱供給系統３５が供給する場合に費やされる一次エネルギー量ＡHtを（１０Ａ）式により算出し、ＡHtをＴ2からＴ3まで積算した値を熱供給系統一次エネルギー量ＡHとする。
ＱGHt ＝ Ｈt ／ ＥH （９）
ＡHt ＝ ＱGHt ・ ＡGHB （１０Ａ）
ステップＳ２１９Ａにおいて、第２の算出手段２０が、熱量値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの１分ごとの熱量値Ｈtを燃料電池システムが発電して供給する場合に、発電される電力値ＷFCtを、発電効率ＥWEに基づいて（１１）式により算出し、ＷFCtを電力系統が供給する場合の一次エネルギー量ＡEtを（１２Ａ）式から算出し、ＡEtをＴ2からＴ3まで積算して電力系統一次エネルギー量ＡEとする。
ＷFCt ＝ Ｈt ／ ＥWH ・ ＥWE （１１）
ＡEt ＝ＷFCt ・ ＡEB （１２Ａ）
ステップＳ２２０Ａにおいて、運転制御手段１９が、電力系統一次エネルギー量ＡE及び熱供給系統一次エネルギー量ＡHの和と、第２の燃料電池一次エネルギー量ＡFC2とを比較する。ＡFC2がＡE＋ＡH以下ならば、ステップＳ２２１Ａに進み、運転制御手段１９が、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ２２３Ａにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、ＡFC2がＡE＋ＡHより大きければ、ステップＳ２２２に進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ２２４において、運転制御手段１９が時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図１２のＶＩに続く図１１のＶＩからステップＳ２０７に戻り、以降のステップをくり返す。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、熱電併給をする燃料電池システムの熱追従運転時において、削減される電力系統一次エネルギー量も反映することができ、無駄なエネルギーの消費を抑制して燃料電池システムを運転させることが可能となる。
また、図示しないが、燃料電池システムが、実施の形態７の構成と実施の形態４の構成とを両方兼ね備えるように構成され、制御装置２３に実施の形態７あるいは実施の形態４を選択する選択スイッチ（図示せず）を設けることもできる。このように構成すると、燃料電池システムの使用状況に応じて、熱負荷追従運転あるいは電力負荷追従運転を選択することができる。
さらに、電力値蓄積手段１７及び熱量値蓄積手段３３に電力値及び熱量値を蓄積するにあたっては、在宅時あるいは留守時の区別をつけて蓄積しておくと、在宅時及び留守時の選択に応じて、電力値予測手段１８及び熱量値予測手段３４が電力値データ及び熱量値データを構築することができる。具体的には、制御装置２３に選択手段を設け、使用者が在宅時及び留守時を選択することによって、電力値蓄積手段１７及び熱量値蓄積手段３３に在宅時及び留守時が区別されて電力値及び熱量値が蓄積されるように構成する。これによって、電力値及び熱量値の予測をより的確にすることができる。
さらに、制御装置２３に運転時刻入力手段（図示せず）を設け、使用者が起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を任意に設定できるように構成しても良い。これによって、使用者の行動予定も考慮して、より的確に燃料電池システムを運転させることができる。
（実施の形態８）
図１３は、本発明の実施の形態８における燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態８は、実施の形態７における燃料電池システムの運転制御手段１９がＣＯ2の発生量において比較をして起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定するように構成されている。すなわち、第１の算出手段２０は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池１３が蓄熱手段２７に供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。第２の算出手段２１は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池１３が供給する際に電力負荷１４へ電力供給する電力量を算出し、その電力量を電力系統が供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際に発生するＣＯ2量を算出する。第４の算出手段３６は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を、熱供給系統３５が供給する場合に発生するＣＯ2量を算出する。
したがって、実施の形態８における燃料電池システムの構成及び燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートは、実施の形態７の図１０及び図１１と同じであるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図１３に示すように、ステップＳ２１６Ｂにおいて、第１の算出手段２０は、燃料電池１３が発電して供給する場合に、熱量値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの熱量値Ｈtの発電に必要な原料ガス量ＱGFCHtを、燃料電池システムの熱回収効率ＥWHに基づいて（７）式により算出する。そして、単位原料ガス当たりのＣＯ2発生量ＢGFCBに基づいて、発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間を燃料電池システムが発電して電力供給及び熱供給する場合に発生するＣＯ2発生量ＢFCHtを（８Ｂ）式により算出し、ＢFCHtをＴ2からＴ3まで積算した値を燃料電池発電ＣＯ2発生量ＢFCHとする。
ＢFCHt ＝ ＱGFCHt ・ ＢGFCB （８Ｂ）
ステップＳ２１７Ｂにおいて、第３の算出手段２２は、燃料電池システムを起動する際に発生するＣＯ2量を算出し、燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCSとする。そして、運転制御手段１９が、第１の算出手段２０から出力された燃料電池発電ＣＯ2発生量ＢFCHと第３の算出手段２２から出力された燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCSとを合計して第２の燃料電池ＣＯ2発生量ＢFC2とする。
ステップＳ２１８Ｂにおいて、第４の算出手段は、熱量値Ｈtを熱供給系統３５が供給する場合に必要な熱供給系統熱量ＱGHtを、熱供給系統熱効率ＥHに基づいて（９）式により算出する。そして、熱供給系統３５の単位熱量当たりのＣＯ2発生量ＢGHBに基づいて、Ｈtを熱供給系統３５が供給する場合に発生するＣＯ2量ＢHtを（１０Ｂ）式により算出し、ＢHtをＴ2からＴ3まで積算した値を熱供給系統発生ＣＯ2量ＢHとする。
ＢHt ＝ ＱGHt ・ ＢGHB （１０Ｂ）
ステップＳ２１９Ｂにおいて、第２の算出手段が、熱量値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの１分ごとの熱量値Ｈtを燃料電池システムが発電して供給する場合に、発電される電力値ＷFCtを、発電効率ＥWEに基づいて（１１）式により算出し、ＷFCtを電力系統が供給する場合のＣＯ2発生量ＢEtを（１２Ｂ）式から算出し、ＢEtをＴ2からＴ3まで積算して電力系統ＣＯ2発生量ＢEとする。
ＢEt ＝ＷFCt ・ ＢEB （１２Ｂ）
ステップＳ２２０Ｂにおいて、運転制御手段１９が、電力系統ＣＯ2発生量ＢE及び熱供給系統ＣＯ2発生量ＢHの和と、燃料電池システムＣＯ2発生量ＢFC2とを比較する。ＢFC2がＢE＋ＢH以下ならば、ステップＳ２２１Ｂに進み、運転制御手段１９が、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ２２３Ｂにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、ＢFC2がＢE＋ＢHより大きければ、ステップＳ２２２Ｂに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ２２４Ｂにおいて、運転制御手段１９は時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図１３のＶＩに続く図１１のＶＩからステップＳ２０７に戻り、以降のステップをくり返す。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、熱電併給をする燃料電池システムでの熱追従運転時において、削減される電力系統でのＣＯ2発生量も反映することができ、ひいては地球温暖化の防止に貢献するようにして燃料電池システムを運転させることが可能となる。
（実施の形態９）
図１４は、本発明の実施の形態９における燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。実施の形態９は、実施の形態７における燃料電池システムの運転制御手段１９がコストにおいて比較をして起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定するように構成されている。すなわち、第１の算出手段２０は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池１３が蓄熱手段２７に供給する場合にかかるコストを算出する。第２の算出手段２１は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池１３が供給する際に燃料電池１３が電力負荷１４へ電力供給する電力量を算出し、その電力量を電力系統が供給する場合にかかるコストを算出する。第３の算出手段２２は、燃料電池１３、燃料生成装置１１など燃料電池システムを起動する際にかかるコストを算出する。第４の算出手段３６は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を、熱供給系統３５が供給する場合にかかるコストを算出する。
したがって、実施の形態９における燃料電池システムの構成及び燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートは、実施の形態７の図１０及び図１１と同じであるので、説明は省略する。
以下、燃料電池システムの制御の流れの後半部を説明する。
図１４に示すように、ステップＳ２１６Ｃにおいて、第１の算出手段２０は、燃料電池１３が発電して供給する場合に、熱量値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間の１分ごとの熱量値Ｈtの発電に必要な原料ガス量ＱGFCHtを、燃料電池システムの熱回収効率ＥWHに基づいて（７）式により算出する。そして、原料ガスの従量料金ＣGFCBに基づいて、発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの間を燃料電池システムが発電して電力供給及び熱供給する場合にかかるコストＣFCHtを（８Ｃ）式により算出し、ＣFCHtをＴ2からＴ3まで積算した値を燃料電池発電コストＣFCHとする。
ＣFCHt ＝ ＱGFCHt ・ ＣGFCB （８Ｃ）
ステップＳ２１７Ｃにおいて、第３の算出手段２２は、燃料電池システムを起動する際にかかるコストを算出し、燃料電池起動コストＣFCSとする。そして、運転制御手段１９が、第１の算出手段２０から出力された燃料電池発電コストＣFCHと第３の算出手段２２から出力された燃料電池起動コストＣFCSとを合計して第２の燃料電池コストＣFC2とする。
ステップＳ２１８Ｃにおいて、第４の算出手段は、熱量値Ｈtを熱供給系統３５が供給する場合に必要な熱供給系統熱量ＱGHtを、熱供給系統熱効率ＥHに基づいて（９）式により算出する。そして、熱供給系統の従量料金ＣGHBに基づいて、Ｈtを熱供給系統３５が供給する場合にかかるコストＣHtを（１０Ｃ）式により算出し、ＣHtをＴ2からＴ3まで積算した値を熱供給系統コストＣHとする。
ＣHt ＝ ＱGHt ・ ＣGHB （１０Ｃ）
ステップＳ２１９Ｃにおいて、第２の算出手段が、熱量値データの発電開始予定時刻Ｔ2から停止予定時刻Ｔ3までの１分ごとの熱量値Ｈtを燃料電池システムが発電して供給する場合に、発電される電力値ＷFCtを、発電効率ＥWEに基づいて（１１）式により算出し、ＷFCtを電力系統が供給する場合のコストＣEtを（１２Ｃ）式から算出し、ＣEtをＴ2からＴ3まで積算して電力系統コストＣEとする。
ＣEt ＝ＷFCt ・ ＣEB （１２Ｃ）
ステップＳ２２０Ｃにおいて、運転制御手段１９が、電力系統コストＣE及び熱供給系統コストＣHの和と、燃料電池システムコストＣFC2とを比較する。ＣFC2がＣE＋ＣH以下ならば、ステップＳ２２１Ｃに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3を決定し、ステップＳ２２３Ｃにおいて、運転制御手段１９が起動予定時刻Ｔ1に燃料電池システムを起動する。他方、ＣFC2がＣE＋ＣHより大きければ、ステップＳ２２２Ｃに進み、運転制御手段１９は、起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻Ｔ1における燃料電池の起動を禁止し、ステップＳ２２４Ｃにおいて、運転制御手段１９は時刻Ｔに運転停止予定時刻Ｔ3を代入し、図１４のＶＩに続く図１１のＶＩからステップＳ２０７に戻り、以降のステップをくり返す。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、熱電併給をする燃料電池システムの熱追従運転時において、削減される電力系統のコストも反映することができ、燃料電池システムをより経済的に運転させることが可能となる。
（実施の形態１０）
図１５は、本発明の実施の形態１０における燃料電池システムを示す構成図である。実施の形態４と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
本実施の形態における燃料電池システムは、図６の燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池の起動時に、燃料電池の起動を律速する部位の温度を直接的もしくは間接的に検出する温度検出手段を備えている。ここでは、燃料生成装置１１の燃料生成装置温度検出手段４１を備えている。あるいは、燃料電池１３に燃料電池温度検出手段を備えるようにしても同様の効果が得られる。
以上のように構成された実施の形態１０について、燃料電池の起動を開始するまでの動作を説明する。図１６は燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートである。図１６において、ステップＳ３０１乃至Ｓ３０８は、実施の形態１、すなわち図２のステップＳ１乃至Ｓ６と同じであり、説明を省略する。
ステップＳ３０９において、第３の算出手段２２が、燃料生成装置温度検出手段４１が現在時刻Ｔ0に検出した検出温度Ｋ0に基づいて起動モードを判別する。ここでは、検出温度Ｋ0が所定温度ＫF以上の場合は短期起動モード、ＫF以下の場合は長期起動モードとする。なお、燃料生成装置１１や燃料電池１３の起動予定時刻Ｔ1における温度は、外気温度と現在時刻Ｔ0から起動予定時刻Ｔ1までの時間との関数である放熱量から推測することが可能である。そこで、起動モードの判別には、それらの関数を用いて推測される起動予定時刻Ｔ1における燃料生成装置１１の温度（起動時温度）Ｋ1と所定温度ＫFとを比較させるようにしてもよい。あるいは、検出温度Ｋ0と外気温度との温度差と現在時刻Ｔ0から起動予定時刻Ｔ1までの時間とを変数とする起動モード対応表を予め作成して第３の算出手段２２に記憶させておいて、第３の算出手段が起動モード対応表から起動モードを選択するようにしてもよい。あるいは、第３の算出手段２２が、起動時温度Ｋ1と発電開始時に必要な温度（発電開始時温度）Ｋ2との温度差に基づいて、起動所要時間ＴSを算出するようにしてもよい。
ステップＳ３１０−１において、運転制御手段１９が、各起動モードに応じてあらかじめ設定された起動所要時間Ｔs（例えば長期起動モード時６０分間、短期起動モード時３０分間）を時刻Ｔに加え、発電開始予定時刻Ｔ2と仮定する。
ステップＳ３１０−２において、運転制御手段１９が、Ｔに発電開始予定時刻Ｔ2を代入する。
ステップＳ３１０−３において、運転制御手段１９が、Ｔから所定時間Ｘ1（例えば３０分間）後までの電力値Ｗt（ＷT〜ＷT+30までの３０個）のＹ1％以上（例えば８０％、２４個以上）が燃料電池システムの最低発電量Ｗmin以上であるかどうかを判定する。ＹｅｓならばステップＳ３１１に進む。Ｎｏならば、ステップＳ３１０−４で、Ｔから（起動所要時間Ｔs―１分）前の時刻をＴとし、ステップＳ３０６に戻る。
ステップＳ３１１乃至Ｓ３１３は、実施の形態１、すなわち図２のステップＳ８乃至Ｓ１０と同じであり、説明を省略する。
以上のようにして燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図１６のＶＩＩに続く図１７のＶＩＩ以降のステップに進み、消費される一次エネルギー量を考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定される。
具体的には、実施の形態４、すなわち図７のステップＳ１１１Ａ乃至Ｓ１２０Ａと同じであり、説明を省略する。
ただし、ステップＳ１１２Ａにおいては、第３の算出手段２２は、起動所要時間Ｔsあるいは起動モードに応じて、燃料電池システムを起動する際に費やされる一次エネルギー量を算出あるいは決定し、燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCSとする。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、実施の形態４で述べた効果とともに、燃料電池システムの温度状態に応じて、起動所要時間Ｔs及び燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCSが予測されて算出されるので、無駄なエネルギーの消費をより一層抑制して燃料電池システムを運転させることが可能となる。
なお、燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図１７のＶＩＩ以降のステップにおいて、実施の形態５、すなわち図８のステップＳ１１１Ｂ乃至Ｓ１２０Ｂと同じ動作によって、発生するＣＯ2の量を考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定されてもよい。ただし、ステップＳ１１２Ｂにおいては、第３の算出手段２２は、起動所要時間Ｔsあるいは起動モードに応じて、燃料電池システムを起動する際に発生するＣＯ2量を算出あるいは決定し、燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCSとする。
これによって、実施の形態５で述べた効果とともに、燃料電池システムの温度状態に応じて、起動所要時間Ｔs及び燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCSが予測されて算出されるので、ＣＯ2発生量を抑制し、ひいては地球温暖化の防止に貢献するようにして燃料電池システムを運転させることが可能となる。
また、燃料電池の起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が仮定された後、図１７のＶＩＩ以降のステップにおいて、実施の形態６、すなわち図９のステップＳ１１１Ｃ乃至Ｓ１２０Ｃと同じ動作によって、コストを考慮して起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3が決定されてもよい。ただし、ステップＳ１１２Ｃにおいては、第３の算出手段２２は、起動所要時間Ｔsあるいは起動モードに応じて、燃料電池システムを起動する際にかかるコストを算出あるいは決定し、燃料電池起動コストＣFCSとする。
これによって、実施の形態６で述べた効果とともに、燃料電池システムの温度状態に応じて、起動所要時間Ｔs及び燃料電池起動コストＣFCSが予測されて算出されるので、燃料電池システムをより経済的に運転させることが可能となる。
ここで、制御装置とは、単独の制御装置だけでなく、複数の制御装置が協働して制御を実行する制御装置群をも含んで意味する。よって、制御装置２３は、単独の制御装置から構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して燃料電池システムの動作を制御するように構成されていてもよい。
なお、発電効率ＥWE、熱回収効率ＥWH、単位原料ガス当たりの一次エネルギー量ＡGFCB、単位電力当たりの一次エネルギー量ＡEB、単位原料ガス当たりのＣＯ2発生量ＢGFCB、単位電力当たりのＣＯ2発生量ＢEB、原料ガスの従量料金ＣGFCB、電力系統の従量料金ＣEB、燃料電池起動一次エネルギー量ＡFCS、燃料電池起動ＣＯ2発生量ＢFCS、燃料電池起動コストＣFCS、熱供給系統３５の単位熱量当たりの一次エネルギー量ＡGHB、熱供給系統３５の単位熱量当たりのＣＯ2発生量ＢGHB、熱供給系統の従量料金ＣGHB、熱供給系統熱効率ＥHおよび起動所要時間Ｔsは制御装置２３に予め設定されていてもよいし、あるいは制御装置２３に入力手段（図示せず）を備え、入力して制御装置２３内のそれらが使用されるそれぞれの手段に記憶、更新できるようにしてもよい。
また、単位原料ガス当たりの一次エネルギー量ＡGFCB は、石油換算当たりの重量単位でもよいし、熱量単位でもよい。
単位原料ガス当たりのＣＯ2発生量ＢGFCBは、石油換算当たりの重量単位でもよいし、熱量単位でもよい。
単位電力当たりのＣＯ2発生量ＢEBは、電力系統の発電設備の種類、発電設備の及び送電設備の熱効率に応じて、予め算出あるいは、電力系統会社から入手することができる。
なお、電力値予測手段１８及び熱量値予測手段３４が電力値データ及び熱量値データを構築するには、電力値蓄積手段１７及び熱量値蓄積手段３３に電力値及び熱量値を蓄積する必要がある。この蓄積には、通常、電力値及び熱量値の検出開始後半月から一ヶ月程度の期間を要するので、運転制御手段による起動予定時刻Ｔ1、発電開始予定時刻Ｔ2および停止予定時刻Ｔ3の決定は、燃料電池システム設置後約半月から一ヶ月経過後となる。あるいは、燃料電池システム設置前に、供給対象の電力値及び熱量値を検出しておき、その履歴を電力値蓄積手段１７及び熱量値蓄積手段３３に予め記憶させておいてもよい。
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。
本発明は、エネルギー資源、環境負荷あるいは経済性に配慮した運転をすることができる燃料電池システム及び燃料電池コージェネレーションシステムとして有用である。
本発明の実施の形態１による燃料電池システムの構成図である。 本発明の実施の形態１による燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４による燃料電池システムの構成図である。 本発明の実施の形態４による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態７による燃料電池システムの構成図である。 本発明の実施の形態７による燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態７による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態８による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態９による燃料電池システムの制御の流れの後半部を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１０による燃料電池システムの構成図である。 本発明の実施の形態１０による燃料電池システムの制御の流れの前半部を示すフローチャートである。 従来の燃料電池システムの構成図である。
符号の説明
１１ 燃料生成装置
１２ 酸化剤供給手段
１３ 燃料電池
１４ 電力負荷
１５ 電力供給手段
１６ 電力値検出手段
１７ 電力値蓄積手段
１８ 電力値予測手段
１９ 時刻決定手段
２０ 第１の算出手段
２１ 第２の算出手段
２２ 第３の算出手段
２３ 制御装置
２４ 冷却水経路
２５ 冷却水ポンプ
２６ 熱交換器
２７ 蓄熱手段
２８ 貯湯水経路
２９ 貯湯水ポンプ
３０ 熱負荷
３１ 熱供給手段
３２ 熱量値検出手段
３３ 熱量値蓄積手段
３４ 熱量値予測手段
３５ 熱供給系統
３６ 第４の算出手段
３８ 運転制御手段
３９ 蓄熱量検出手段
４０ 第５の算出手段
４１ 燃料生成装置温度検出手段

Claims (24)

  1. 燃料電池と、
    燃料電池システムの供給対象が発生させる電力又は熱の負荷の負荷値を検出する負荷値検出手段と、
    前記負荷値検出手段によって検出される前記負荷値の履歴を記憶する負荷値蓄積手段と、
    前記負荷値の履歴に基づいて、今後発生しうる負荷値を予測して、その予測負荷値を負荷値データとして記憶する負荷値予測手段と、
    前記負荷値データに基づいて、前記燃料電池の起動予定時刻を決定する、燃料電池システム。
  2. 前記負荷値は、前記燃料電池システムの電力供給対象の電力負荷である電力値であり、前記負荷値データが電力値データである、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 電力供給に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する算出手段をさらに備え、
    前記算出手段が、所定の時間帯の前記電力値データに基づいて、前記燃料電池によって電力供給をする場合と電力系統によって電力供給をする場合とにおける、それぞれの前記一次エネルギー量、前記二酸化炭素量あるいは前記コストのいずれかを算出し、
    前記算出手段による算出値を比較し、前記電力系統によって電力供給をする場合の方が算出値が大きい場合には、前記時間帯の開始時刻を前記起動予定時刻として決定する、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記算出手段は、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを考慮して、前記燃料電池によって電力供給をする場合における電力供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、請求項３に記載の燃料電池システム。
  5. 前記算出手段は、前記燃料電池の温度に基づいて、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 原料から水素を含む燃料を生成する燃料生成装置をさらに備え、
    前記算出手段は、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを考慮して、前記燃料電池によって電力供給をする場合における電力供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する請求項３に記載の燃料電池システム。
  7. 前記算出手段は、前記燃料生成装置の温度に基づいて、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 入力手段をさらに備え、
    前記入力手段によって、前記算出手段の算出項目を一次エネルギー、二酸化炭素あるいはコストから選択することができる、請求項３に記載の燃料電池システム。
  9. 表示手段をさらに備え、
    前記算出手段の算出値を用いて、前記燃料電池によって電力供給する場合と電力系統によって電力供給する場合とにおける一次エネルギー、二酸化炭素量あるいはコストのいずれかの差分を算出し、
    前記表示手段が、その差分を表示する、請求項３に記載の燃料電池システム。
  10. 前記燃料電池の排熱を回収して蓄える蓄熱手段と、
    前記蓄熱手段の蓄熱を外部に熱供給する熱供給手段とをさらに備え、
    前記算出手段は、前記時間帯の前記電力値データに基づいて、前記蓄熱手段によって回収される熱量と、該熱量が外部の熱供給手段によって供給される場合において該熱量の供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかとをさらに算出することによって、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合と電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合とにおける、それぞれの前記一次エネルギー量、前記二酸化炭素量あるいは前記コストのいずれかを算出し、
    前記算出手段による算出値を比較し、前記電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合の方が算出値が大きい場合には、前記時間帯の開始時刻を前記起動予定時刻として決定する、請求項３に記載の燃料電池システム。
  11. 前記起動予定時刻は、所定の更新時間毎に更新される、請求項１に記載の燃料電池システム。
  12. 表示手段をさらに備え、
    前記表示手段は、前記起動予定時刻を表示する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  13. 前記表示手段は、過去の運転履歴を表示する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  14. 前記燃料電池の排熱を回収して蓄える蓄熱手段と、
    前記蓄熱手段の蓄熱を外部に熱供給する熱供給手段と、
    前記蓄熱手段の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段とをさらに備え、
    前記負荷値は、前記燃料電池システムの熱供給対象の熱負荷である熱量値であり、前記負荷値データが熱量値データである、請求項１に記載の燃料電池システム。
  15. 熱供給及び電力供給に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する算出手段をさらに備え、
    前記算出手段が、所定の時間帯の前記熱量値データに基づいて、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合と電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合とにおける、それぞれの前記一次エネルギー量、前記二酸化炭素量あるいは前記コストのいずれかを算出し、
    前記算出手段による算出値を比較し、前記電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合の方が算出値が大きい場合には、前記時間帯の開始時刻を前記起動予定時刻として決定する、請求項１４に記載の燃料電池システム。
  16. 前記算出手段は、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを考慮して、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合における電力供給及び熱供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する請求項１５に記載の燃料電池システム。
  17. 前記算出手段は、前記燃料電池の温度に基づいて、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、請求項１６に記載の燃料電池システム。
  18. 原料から水素を含む燃料を生成する燃料生成装置をさらに備え、
    前記算出手段は、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを考慮して、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合における電力供給及び熱供給に費やされる一次エネルギー、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する請求項１５に記載の燃料電池システム。
  19. 前記算出手段は、前記燃料生成装置の温度に基づいて、前記燃料電池の起動に費やされる一次エネルギー量、それによって発生する二酸化炭素量、あるいはそれに費やされるコストのいずれかを算出する、請求項１８に記載の燃料電池システム。
  20. 入力手段をさらに備え、
    前記入力手段によって、前記算出手段の算出項目を一次エネルギー、二酸化炭素あるいはコストから選択することができる、請求項１５に記載の燃料電池システム。
  21. 表示手段をさらに備え、
    前記算出手段の算出値を用いて、前記燃料電池によって電力供給及び熱供給をする場合と電力系統及び外部の熱供給手段によって電力供給及び熱供給をする場合とにおける一次エネルギー、二酸化炭素量あるいはコストのいずれかの差分を算出し、
    前記表示手段が、その差分を表示する、請求項１５に記載の燃料電池システム。
  22. 前記燃料電池の排熱を回収して蓄える蓄熱手段と、
    前記蓄熱手段の蓄熱を外部に熱供給する熱供給手段と、
    前記蓄熱手段の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段と、
    選択手段とをさらに備え、
    前記選択手段によって、前記負荷値を、前記燃料電池システムの熱供給対象の熱負荷である熱量値、あるいは前記燃料電池システムの電力供給対象の電力負荷である電力値から選択し、該選択によって前記負荷値データが電力値データあるいは熱量値データのいずれかから選択される、請求項１に記載の燃料電池システム。
  23. 前記負荷値蓄積手段は、在宅時及び留守時を区別して前記負荷値を蓄積し、
    前記選択手段によって、前記燃料電池の起動予定時刻の決定を、在宅時における前記電力値データに基づく決定と、留守時における前記電力値データに基づく決定と、在宅時における前記熱量値データに基づく決定と、留守時における前記熱量値データに基づく決定とから任意に選択することができる、請求項２２に記載の燃料電池システム。
  24. 前記燃料電池の起動予定時刻を任意に設定することができる運転時刻設定手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
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