WO2005011034A1

WO2005011034A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2005011034A1
Application number: PCT/JP2004/010992
Authority: WO
Inventors: Yoshikazu Tanaka; Takashi Nishikawa; Masataka Ozeki; Akinari Nakamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2005-02-03
Also published as: US7951497B2; JP4662850B2; EP1662593B1; US20060051633A1; EP1662593A1; CN100438163C; EP1662593A4; CN1706060A; JPWO2005011034A1

Abstract

本発明の燃料電池システムは、燃料電池（１３）と、燃料電池システムの供給対象（１４）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（１６）と、負荷値検出手段（１６）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（１７）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（１８）と、前記負荷値データに基づいて、燃料電池（１３）の起動予定時刻を決定する、燃料電池システムである。

Description

明細書

燃料電池システム

〔技術分野〕

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。〔技術背景〕

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、特開 2 0 0 2 - 1 9 0 3 0 8号公報）。

図 1 7は、特開 2 0 0 2— 1 9 0 3 0 8号公報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 1 7 において、燃料生成装置 1 1 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 1 3 に供給する。燃料電池 1 3は、燃料生成装置 1 1から供給された燃料ガスと酸化剤供給手段 1 2 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 1 5により電力負荷 1 4に供給される。電力値検出手段 1 6は、電力負荷 1 4で使用される電力を検出し、制御装置 2 3は、検出された電力を燃料電池 1 3が発電し供給する場合のコス卜と電力系統が供給する場合のコス卜とを比較し、安い電力供給源を判定する。燃料電池 1 3が発電する場合の方が安ければ、電力供給手段 1 5は電力負荷 1 4に燃料電池 1 3から電力を供給する。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、そのためのェネルギ一が必要となる。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卜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つた。

〔発明の開示〕

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。

上記目的を達成するために、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。これによつて、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一夕である、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、それによつ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卜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卜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 1 6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、それによつ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卜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 1 7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、それによつ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。これによつて、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 1 8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、それによつ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、前記燃料電池によつて電力供給、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、それによつ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 1 9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、それによつ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。これによつて、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 2 0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 2 1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。これによつて、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さる。

第 1 0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卜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。これによつて、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 1 1 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。これによつて、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 1 2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。これによつて、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 1 3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。これによつて、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 1 4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。これによつて、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 1 5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、それによつ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卜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 2 2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。これによつて、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 2 3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 2 4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。これによつて、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。

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。

〔図面の簡単な説明〕

図 1 は、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。

図 2 は、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卜である。

図 3は、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。

図 4は、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。

図 5は、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。

図 6は、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。

図 7は、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。

図 8は、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。

図 9は、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。

図 1 0は、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。

図 1 1 は、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ヤ一トである。

図 1 2は、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ヤ一トである。

図 1 3は、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。

図 1 4は、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ヤ一卜である。

図 1 5は、本発明の実施の形態 1 0による燃料電池システムの構成図である。

図 1 6は、本発明の実施の形態 1 0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。

図 1 7は、従来の燃料電池システムの構成図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

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 1 1 と、酸化剤を供給する酸化剤供給手段 1 2 と、燃料生成装置 1 1から供給される燃料ガスと酸化剤供給手段 1 2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 1 3 と、燃料電池 1 3で発生した電力をエアコンや冷蔵庫などの電力負荷 1 4に供給する電力供給手段 1 5 と、電力負荷 1 4で使用する電力を検出する電力値検出手段 1 6 と、燃料電池システムの動作を制御する制御装置 2 3 とで構成されている。

電力供給手段 1 5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 2 3は、電力値検出手段 1 6の検出値を蓄積する電力値蓄積手段 1 7と、記憶された電力値の履歴から電力負荷 1 4で使用される電力値 W _t ( t分後の電力値 W _t) を予測し、その電力値 W _t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 1 8と、運転制御手段 1 9と、表示手段 4 2とを有する。ここで、燃料電池 1 3の起動には、燃料電池 1 3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 1 1、酸化剤供給手段 1 2等も含まれる。

運転制御手段 1 9は、電力値予測手段 1 8により記憶された電力値デ一夕に基づいて燃料電池の起動予定時刻 Tい発電開始予定時刻 T ₂及び停止予定時刻 T ₃を決定するとともに、これら時刻 Τ ₁ T ₂及び T ₃に基づいて、燃料電池 1 3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 2 3は、電力値データに基づく演算を行つて演算結果を運転制御手段 1 9に提供する算出手段 2 0、 2 1、 2 2 を備えている。第 1の算出手段 2 0は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池 1 3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 2 1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 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1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一量を算出する。

また、運転制御手段 1 9は、タイマ一（図示せず）を備え、所定の更新時間毎に、運転制御手段 1 9が、起動予定時刻 Τい発電開始予定時刻 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃を更新するように動作させる。これによつて、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 4 2は、運転制御手段 1 9に設定されている起動予定時刻 Τ い発電開始予定時刻 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃を表示する。さらに、表示手段 4 2は、電力値蓄積手段 1 7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 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃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 4 2は、後述するステツプ S 1 4 A、 S 1 4 Bあるレま S 1 4 Cにおいて比較される値の間の差分を運転制御手段 1 9が演算し、その演算結果を表示する。これによつて、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 2 3内は、例えばマイコンで構成されている。そして、制御装置 2 3が有する各手段 1 7乃至 2 2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 C P Uが実行することによって実現される。そして、この時刻決定プロダラムの実行において、必要なデ一夕は、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ヤ一卜である。

図 2に示すように、ステップ S 1 において、電力値検出手段 1 6は、継続的に電力値を検出し、電力値蓄積手段 1 7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 1 6は、 1秒間隔毎に電力値を検出する。

ステップ S 2において、電力値予測手段 1 8は、電力値蓄積手段 1 7 に蓄積された電力値の履歴に基づいて、今後 2 4時間先までに電力負荷 1 4で使用されるであろう 1分単位の電力値 W _tを予測して、電力値デ一夕として記憶する。

次に、運転制御手段 1 9は、電力値予測手段 1 8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 1 3の最低発電量 W _min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 S 3において、運転制御手段 1 9が、時刻 Tに現在時刻 T 0を代入する。ステップ S 4において、運転制御手段 1 9が、 Tから所定時間 X 1 (例えば 3 0分間）後までの電力値 W _t ( W _T〜W _τ+30までの 3 0個）の Y i % 以上（例えば 8 0 %、 2 4個以上）が燃料電池システムの最低発電量 W _min以上であるかどうかを判定する。 Y e sならばステップ S 5で、 T を起動予定時刻 T 1と仮定する。 N oならば、ステップ S 6で、丁から 1分後の時刻を Tとし（T = T + 1 min) 、ステップ S 4に戻る。

ステップ S 7— 1では、運転制御手段 1 9が、起動所要時間 T _s (例えば 6 0分間）を時刻 Tに加え発電開始予定時刻 T ₂と仮定する。

ステップ S 7— 2において、運転制御手段 1 9が、 Tに発電開始予定時刻 τ ₂を代入する。

ステップ S 7 _ 3において、運転制御手段 1 9が、 Tから所定時間 X ！ (例えば 3 0分間）後までの電力値 W _t ( W _T〜W _τ+30までの 3 0個）の Y i %以上（例えば 8 0 %、 2 4個以上）が燃料電池システムの最低発電量 W _min以上であるかどうかを判定する。 Y e sならばステップ S 8に進む。 N oならば、ステップ S 7— 4で、丁から（起動所要時間 T _s— 1分）前の時刻を Tとし、ステップ S 4に戻る。

ステップ S 8では、運転制御手段 1 9が、 Tから所定時間 X 2 (例えば 6 0分間）後までの電力値 W _t ( W _T〜W _{τ +}6οまでの 6 0個）の Υ ₂ % 以上（例えば 8 0 %、 4 8個以上）が燃料電池システムの最低発電量 W _min未満であるかどうかを判定する。 Y e sならばステップ S 9で、 T を停止予定時刻 T ₃と仮定する。 N oならば、ステップ S 1 0で、 Tから 1分後の時刻を Tとし、ステップ S 8に戻る。

以上のようにして、燃料電池の起動予定時刻 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T 3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 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定される。ステップ S 1 1 Aにおいて、第 1の算出手段 2 0は、燃料電池 1 3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 T ₂から停止予定時刻 T 3までの間の 1分ごとの電力値 w _tの発電に必要な原料ガス量 Q GFCEtを、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1などを含めた燃料電池システムの発電効率 E WE 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 A _GFCBに基づいて、発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃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 A _FCEt を（ 2 A ) 式により算出し、 A _FCEtを T ₂から T ₃まで積算した値を燃料電池発電一次エネルギー量 A _FCEとする。

Q GFCEt = W _t / E WE ( 1 )

A F CE t = Q GF CEt · A GFCB ( 2 A )

ステップ S 1 2 Aにおいて、第 3の算出手段 2 2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 A _FCSとする。そして、運転制御手段 1 9が、第 1の算出手段 2 0から出力された燃料電池発電一次エネルギー量 A _FCEと第 3の算出手段 2 2から出力された燃料電池起動一次エネルギー量 A pes とを合計して第 1の燃料電池一次エネルギー量 A _FC1とする。

ステップ S 1 3 Aにおいて、第 2の算出手段 2 1が、電力系統の単位電力当たりの一次エネルギー量 A _EBに基づいて、電力値デ一夕の発電開始予定時刻 T 2から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの電力値 W _t 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 A _Et を（ 3 A ) 式により算出し、 A _Etを T ₂から T ₃まで積算した値を電力系統一次エネルギー量 A Eとする。

A _Et = W _t - A EB ( 3 A )

ステップ S 1 4 Aにおいて、運転制御手段 1 9が、第 1の燃料電池一次エネルギー量 A Fc iと電力系統一次エネルギー量 A Eとを比較する。第 1の燃料電池一次エネルギー量 A FC Iが電力系統一次エネルギー量 A E以下ならば、ステップ S 1 5 Aに進み、起動予定時刻 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を決定し、ステップ S 1 7 Aにおいて、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 T i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 A _FC1が電力系統一次エネルギー量 A Eより大きければ、ステップ S 1 6 Aに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 T 1 , 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 T 1における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 1 8 Aにおいて運転制御手段 1 9が時刻 Tに運転停止予定時刻 T 3を代入し、図 3の I I に続く図 2の I Iからステップ S 4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。これによつて、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 1 9が二酸化炭素（以下 C 〇₂と略す）の発生量において比較をして起動予定時刻 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 2 0は、電力値デ一夕の所定の時間帯の電力値を燃料電池 1 3により発電して供給する場合に発生する C O ₂量を算出する。第 2の算出手段 2 1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 C 0 ₂量を算出する。第 3の算出手段 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1など燃料電池システムを起動する際に発生する C O ₂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ヤ一トは、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 S 1 1 Bにおいて、第 1の算出手段 2 0 は、燃料電池 1 3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 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの電力値 W_tの発電に必要な原料ガス量 Q GFCEtを、燃料電池システムの発電効率 E WE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 C O

₂発生量 B _GFCBに基づいて、発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T 3 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し〇 ₂里 B FCEtを（ 2 B) 式により算出し、 B FCEt T 2力、ら丄、 3ま C 積算した値を燃料電池発電 C O ₂発生量 B _FCEとする。

D FCEt = GFCEt ' B GFCB \ Δ D )

ステップ S 1 2 Bにおいて、第 3の算出手段 2 2は、燃料電池システムを起動する際に発生する C〇 ₂量を算出し、燃料電池起動 C〇 ₂発生量 B _FCSとする。そして、運転制御手段 1 9が、第 1の算出手段 2 0から出力された燃料電池発電 C O ₂発生量 B FOE と第 3の算出手段 2 2から出力された燃料電池起動 C O ₂発生量 B FCS とを合計して第 1の燃料電池 C O ₂発生量 B _FC1とする。

ステップ S 1 3 Bにおいて、第 2の算出手段 2 1が、電力系統の単位電力当たりの C O ₂発生量 B _EBに基づいて、電力値データの発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの電力値 W_tを電力系統が供給する場合に発生する C〇₂量 B _Etを（ 3 B)式により算出し、 B _Etを T ₂から T ₃まで積算した値を電力系統 C O ₂発生量 B Eとする。

B Et = W _t - B EB ( 3 B )

ステップ S 1 4 Bにおいて、運転制御手段 1 9が、第 1の燃料電池 C 0₂発生量 B _FC1と電力系統 C O ₂発生量 B Eとを比較する。第 1の燃料電池 C〇₂発生量 B _FC1が電力系統 C〇₂発生量 B E以下ならば、ステツプ S 1 5 Bに進み、起動予定時刻 T 発電開始予定時刻 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃を決定し、ステップ S 1 7 Βにおいて、運転制御手段 1 9 が起動予定時刻 Τ 1に燃料電池システムを起動する。他方、第 1の燃料電池 C〇₂発生量 B _{FC 1}が電力系統 C〇₂発生素量 B Eより大きければ、ステップ S 1 6 Bに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 T 1における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 1 8 Bにおいて、運転制御手段 1 9は時刻 Tに運転停止予定時刻 T ₃を代入し、図 3の I I に続く図 2の I Iからステップ S 4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 c o ₂量も含めた燃料電池システムにおいて発生する C O ₂量と、電力系統において発生する C〇₂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。これによつて、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、 C 0 ₂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 1 9がコストにおいて比較をして起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T. ₂および停止予定時刻 T ₃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 2 0 は、電力値デ一夕の所定の時間帯の電力値を燃料電池 1 3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 2 1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 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1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ヤ一トは、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。

図 5に示すように、ステップ S I 1 Cにおいて、第 1の算出手段 2 0 は、燃料電池 1 3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 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの電力値 W _tの発電に必要な原料ガス量 Q GFCEtを、燃料電池システムの発電効率 E WE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 C GFCB に基づいて、発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃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 C FCEt を

( 2 C ) 式により算出し、 C _FCEtを T ₂から T ₃まで積算した値を燃料電池発電コスト c _FCEとする。

し FCEt = Q GFCEt · C GFCB V 2 C )

ステップ S 1 2 Cにおいて、第 3の算出手段 2 2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 C _FCSとする。そして、運転制御手段 1 9が、第 1の算出手段 2 0から出力された燃料電池発電コスト C _FCEと第 3の算出手段 2 2から出力された燃料電池起動コスト C _{F CS}とを合計して第 1の燃料電池コスト C _{FC 1}とする。ステップ S 1 3 Cにおいて、第 2の算出手段 2 1が、電力系統の従量料金 C EBに基づいて、電力値デ一夕の発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T 3までの間の 1分ごとの電力値 W _tを電力系統が供給する場合にかかるコスト C _Etを（ 3 C ) 式により算出し、 C _Etを T ₂から T ₃まで積算した値を電力系統コスト C Εとする。

C Et = W _t - C EB ( 3 C )

ステップ S 1 4 Cにおいて、運転制御手段 1 9が、第 1の燃料電池コスト C _{FC 1}と電力系統コスト C Eとを比較する。第 1の燃料電池コスト C Fciが電力系統コスト C E以下ならば、ステップ S 1 5 Cに進み、起動予定時刻 T 1、発電開始予定時刻 Τ 2および停止予定時刻 Τ ₃を決定し、ステップ S 1 7 Cにおいて、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 Τ 1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 C _{FC 1}が電力系統コスト C _Eより大きければ、ステップ S 1 6 Cに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定取り消し、すなわち起動予定時刻 T 1における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 1 8 Cにおいて、運転制御手段 1 9は、時刻 Tに運転停止予定時刻 T 3を代入し、図 3の I I に続く図 2の I I からステップ S 4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。これによつて、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 2 3は、切換スィッチ、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 1 9 と、表示手段 4 2 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。これによつて、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 1 3を所定の温度に維持する冷却水を循環する冷却水経路 2 4と、冷却水経路 2 4に冷却水を通流する冷却水ポンプ 2 5 と、蓄熱手段 2 7 と、冷却水が燃料電池 1 3より回収した熱を貯湯水に伝熱する熱交換器 2 6 と、貯湯水により燃料電池 1 3から熱を回収し温水として蓄熱手段 2 7に蓄積する貯湯水経路 2 8 と、貯湯水経路 2 8に貯湯水を通流させる貯湯水ポンプ 2 9 と、蓄熱手段 2 7から給湯や暖房などの熱負荷 3 0に供給する熱供給手段 3 1 とをさらに備えている。制御装置 2 3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 1 9に提供する第 4の算出手段 3 6をさらに備えている。

第 4の算出手段 3 6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 3 5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 3 5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 1 1 1 A以前の動作は、ステップ S 1 0までの燃料電池システムの制御の流れを示すフローチヤ一ト、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。

図 2のステップ S 1 0 までにおいて、燃料電池の起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定される。

ステップ S 1 1 1 Aから S 1 1 3 Aまでは、実施の形態 1、すなわち図 3のステップ S 1 1 Aから S 1 3 Aと同じであり、説明を省略する。ステップ S 1 1 4 Aにおいて、第 4の算出手段 3 6は、電力値データの発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの電力値 W _t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 H _FCtを、熱回収効率 E _WHに基づいて（ 4 ) 式により算出する。

H Fct = W _t / E WE * E WH 、 4 )

ステップ S 1 1 5 Aにおいて、第 4の算出手段 3 6は、回収熱量 H _FCt を熱供給系統 3 5が供給する場合に必要な熱供給系統熱量 Q _GHtを、熱供給系統熱効率 E Hに基づいて（ 5 ) 式により算出する。ここで、熱供給系統熱量 Q _GHt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 3 5の単位熱量当たりの一次エネルギー量 A _GHBに基づいて、 H _FCt を熱供給系統 3 5が供給する場合に費やされる一次エネルギー量 A Ht を（ 6 A ) 式により算出し、 A _Htを T ₂から T ₃まで積算した値を熱供給系統一次エネルギー量 A Hとする。

A Ht = Q GHt - A GHB ( 6 A )

ステップ S 1 1 6 Aにおいて、運転制御手段 1 9が、電力系統一次ェネルギー量 A E及び熱供給系統一次エネルギー量 A Hの和と、第 1 の燃料電池一次エネルギー量 A _{FC 1}とを比較する。 A _{FC 1}が A E + A H以下ならば、ステップ S 1 1 7 Aに進み、起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を決定し、ステップ S 1 1 9 Aにおいて、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 T 1に燃料電池システムを起動する。他方、 A _{FC 1}が A E + A Hより大きければ、ステップ S 1 2 0 Aに進み、運転制御手段 1 9は起動予定時刻 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 T 1における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 1 2 0 Aにおいて、運転制御手段 1 9は時刻 Tに運転停止予定時刻 T 3を代入し、図 7の I I に続く図 2の I I からステップ S 4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 1 9が C O ₂の発生量において比較をして起動予定時刻 T 、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 2 0は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池 1 3が発電して供給する場合に発生する C O ₂量を算出する。第 2の算出手段 2 1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 C O ₂量を算出する。第 3の算出手段 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1など燃料電池システムを起動する際に発生する C〇 ₂量を算出する。第 4の算出手段 3 6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 3 5が供給する場合に発生する C〇 ₂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 S 1 0までにおいて、燃料電池の起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 C〇 ₂量を考慮して起動予定時刻 T ！, 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定される。

ステップ S 1 1 1 Bから S 1 1 3 Bまでは、実施の形態 2、すなわち図 4のステップ S 1 I Bから S 1 3 Bと同じであり、説明を省略する。ステップ S 1 1 4 Bは、実施の形態 4、すなわち図 7のステップ S 1 1 1 4 Aと同じであり、説明を省略する。

ステップ S 1 1 5 Bにおいて、第 4の算出手段 3 6は、回収熱量 H _FCt を熱供給系統 3 5が供給する場合に必要な熱供給系統熱量 Q c を、熱供給系統熱効率 E Hに基づいて（ 5 ) 式により算出する。そして、熱供給系統 3 5の単位熱量当たりの C〇 ₂発生量 B GHB に基づいて、 H _FCt を熱供給系統 3 5が供給する場合に発生する C O ₂量8 _Htを（ 6 B ) 式により算出し、 B _Htを T ₂から T ₃まで積算した値を熱供給系統 C〇 ₂ 発生量 B Hとする。

B Ht = Q GHt - B GHB ( 6 B )

ステップ S 1 1 6 Bにおいて、運転制御手段 1 9が、電力系統 C〇 ₂ 発生量 B E及び熱供給系統 C 0₂発生量 B Hの和と、第 1の燃料電池 C O ₂発生量 B _FC1とを比較する。 B _FC1が B E+ B H以下ならば、ステツプ S 1 1 7 Bに進み、運転制御手段 1 9が、起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を決定し、ステップ S 1 1 9 B において、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 T 1に燃料電池システムを起動する。他方、 B _FC1が B E+ B Hより大きければ、ステップ S 1 2 0 Bに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 T Iにおける燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 1 2 0 Bにおいて、運転制御手段 1 9は時刻 Tに運転停止予定時刻 T ₃を代入し、図 8の I I に続く図 2の I Iからステップ S 4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 C O ₂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 1 9が、コストにおいて比較をして起動予定時刻 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 2 0は、電力値データの所定の時間帯の電力値を燃料電池 1 3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 2 1は、電力値デー夕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 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1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 3 6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 3 5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 S 1 0までにおいて、燃料電池の起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定される。

ステップ S 1 1 1 Cから S 1 1 3 Cまでは、実施の形態 3、すなわち図 5のステップ S 1 1 Cから S 1 3 Cと同じであり、説明を省略する。ステップ S 1 1 4 Cは、実施の形態 4、すなわち図 7のステップ S 1 1 1 4 Aと同じであり、説明を省略する。

ステップ S 1 1 5 Cにおいて、第 4の算出手段 3 6は、回収熱量 H _FCt を熱供給系統 3 5が供給する場合に必要な熱供給系統熱量 Q _GHtを、熱供給系統熱効率 E H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 C GHBに基づいて、 H _FCtを熱供給系統 3 5が供給する場合にかかるコスト C _Htを（ 6 C ) 式により算出し、 C _Htを T ₂から Τ ₃まで積算した値を熱供給系統コスト C Ηとする。

^ Ht — Q GHt · C GHB ( 6 C )

ステップ S 1 1 6 Cにおいて、運転制御手段 1 9が、電力系統コスト C E及び熱供給系統コスト C Hの和と、第 1の燃料電池コスト c _{FC 1}とを比較する。 C Fc iが C E + C H以下ならば、ステップ S 1 1 7 Cに進み、起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T 3 を決定し、ステップ S 1 1 9 Cにおいて、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 T 1 に燃料電池システムを起動する。他方、 C _{FC 1}が C E + C H より大きければ、ステップ S 1 2 0 Cに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 T 1における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 1 2 0 Cにおいて、運転制御手段 1 9は、時刻 Tに運転停止予定時刻 T ₃を代入し、図 9の I I に続く図 2の I I からステップ S 4 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 1 0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 1 6の代わりに、熱負荷 3 0で使用する熱量を検出する熱量値検出手段 3 2を備えている。そして、蓄熱手段 2 7に蓄えられた熱量を検出する蓄熱量検出手段 3 9をさらに備えている。

制御装置 2 3は、電力値蓄積手段 1 7及び電力値予測手段 1 8の代わりに、熱量値検出手段 3 2の検出値を蓄積する熱量値蓄積手段 3 3と、記憶された熱量値の履歴から熱負荷 3 0で使用される熱量値 H _t ( t分後の熱量値 H _t) を予測し、その熱量値 H _tによって構成される熱量値デ一夕を記憶する熱量値予測手段 3 4とを備えている。そして、熱量値デ一夕に基づく演算を行って演算結果を運転制御手段 1 9に提供する第 1 乃至第 5の算出手段 2 0， 2 1， 2 2， 3 6 , 4 0を備えている。

第 1の算出手段 2 0は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池 1 3が蓄熱手段 2 7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 2 1は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池 1 3が供給する際に電力負荷 1 4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 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1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一量を算出する。第 4の算出手段 3 6は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を熱供給系統 3 5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 4 0は、蓄熱量検出手段 3 9の検出値に基づいて取得される蓄熱手段 2 7の蓄熱量、熱量値データ等に基づいて蓄熱手段 2 7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 1 1および図 1 2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 1 1において、ステップ S 2 0 2において、熱量値検出手段 3 2は、継続的に熱量値を検出し、熱量値蓄積手段 3 3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 3 2は、 1秒間隔毎に熱量値を検出する。

ステップ S 2 0 4において、熱量値予測手段 3 4は、熱量値蓄積手段 3 3に蓄積された熱量値の履歴に基づいて、今後 2 4時間先までに熱負荷 3 0で使用されるであろう 1分単位の熱量値 H _t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 1 9は、熱量値予測手段 3 4に記憶されている熱量値データに基づいて、蓄熱手段 2 7の蓄熱量が少なくなる時刻を起動予定時刻 Tェに仮定する。

ここでは、ステップ S 2 0 5において、運転制御手段 1 9が、時刻 T に現在時刻 T Qを代入する。

ステップ S 2 0 6において、第 5の算出手段が、蓄熱量検出手段 3 9 の検出値に基づいて現在時刻 T 0の蓄熱量 G _ST0を算出する。そして、時刻 Tにおける蓄熱量 G _stに蓄熱量 G STOを代入する。

ステップ S 2 0 7において、運転制御手段 1 9は、熱量値データの現在時刻 T 0から時刻 Tまでの間の熱量値 H _tの積算値 H τが、蓄熱量 G _st の Υ ι %以上（例えば 8 0 %以上）であるかどうかを判定する。 Y e sならばステップ S 2 0 8に進み、 Tを起動予定時刻 T ！と仮定する。 N oならば、ステップ S 2 0 9に進み、 Tから 1分後の時刻を Tとし（T = T + 1 min) 、ステップ S 2 0 7に戻る。

ステップ S 2 1 0において、運転制御手段 1 9は、起動所要時間 T s (例えば 6 0分間）を時刻 Tに加え発電開始予定時刻 T ₂と仮定する。次に、熱量値予測手段 3 4に記憶されている熱量値データに基づいて、蓄熱手段 2 7の蓄熱量が十分豊富になる時刻が停止予定時刻 T ₃に仮定される。

ここでは、ステップ S 2 1 1 において、第 5の算出手段 4 0は、起動予定時刻 T 1から発電開始予定時刻 T ₂までの間の熱量値データの熱量値 H _tを積算して起動時熱量値 H _{T 1}を算出し、 G _stから Η τおよび Η _{Τ 1} を減算したものを G _stに代入する。

ステップ S 2 1 2において、第 5の算出手段 4 0は、時刻 Tにおいて、蓄熱量 G stに燃料電池からの熱回収量 H _Rtを加算し、時刻 Tにおける熱量値データの熱量 H _tを減算して、蓄熱量 G _stを算出する。

ステップ S 2 1 3において、運転制御手段 1 9は、時刻 Tにおいて蓄熱量 G _stが蓄熱手段 2 7の最大蓄熱量 G _Smax以上であるかどうかを判定する。 Y e sならばステップ S 2 1 4で、運転制御手段 1 9は、 Tを停止予定時刻 T ₃と仮定する。 N oならば、ステップ S 2 1 5で、丁から 1分後の時刻を Tとし、ステップ S 2 1 2に戻る。

以上のようにして燃料電池の起動予定時刻 Tい発電開始予定時刻 T 2 および停止予定時刻 T ₃が仮定された後、図 1 1の Vに続く図 1 2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 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定される。ステップ S 2 1 6 Aにおいて、第 1の算出手段 2 0は、燃料電池 1 3 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 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの熱量値 H _tの発電に必要な原料ガス量 Q GFCHtを、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1などを含めた燃料電池システムの熱回収効率 E WH 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 A GFCBに基づいて、発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃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

A _{F CHt}を（ 8 A ) 式により算出し、 A _FCHtを T ₂から T ₃まで積算した値を燃料電池発電一次エネルギー量 A _FCHとする。

Q GFCHt = H _t / WH ( 7 )

A FCHt ― Q GFCHt · A GFCB ( 8 A )

ステツプ S 2 1 7 Aにおいて、第 3の算出手段 2 2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 A _FCSとする。そして、運転制御手段 1 9が、第 1 の算出手段 2 0から出力された燃料電池発電一次エネルギー量 A _FCHと第 3 の算出手段 2 2から出力された燃料電池起動一次エネルギー量 A _FCSとを合計して第 2の燃料電池一次エネルギー量 A _FC2とする。

ステップ S 2 1 8 Aにおいて、第 4の算出手段は、熱量値 H _tを熱供給系統 3 5が供給する場合に必要な熱供給系統熱量 Q _GHtを、熱供給系統熱効率 E _H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 A _GHBに基づいて、 H _tを熱供給系統 3 5が供給する場合に費やされる一次エネルギー量 A _Ht を（ 1 0 A) 式により算出し、 A _Htを T ₂から T ₃まで積算した値を熱供給系統一次エネルギー量 A Ηとする。

Q GHt = H _t / E _H ( 9 )

A Ht = Q GHt - A GHB ( 1 0 A)

ステップ S 2 1 9 Aにおいて、第 2の算出手段 2 0が、熱量値データの発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの 1分ごとの熱量値 H _t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 W _FCtを、発電効率 E _WEに基づいて（ 1 1 ) 式により算出し、 W _FCtを電力系統が供給する場合の一次エネルギー量 A _Etを（ 1 2 A) 式から算出し、 A _Etを T ₂から T ₃まで積算して電力系統一次エネルギー量 A E とする。

A Et = W pet - A EB ( 1 2 A)

ステップ S 2 2 0 Aにおいて、運転制御手段 1 9が、電力系統一次ェネルギー量 A E及び熱供給系統一次エネルギー量 A Hの和と、第 2の燃料電池一次エネルギー量 A _FC2とを比較する。 A _FC2が A E+ A H以下ならば、ステップ S 2 2 1 Aに進み、運転制御手段 1 9が、起動予定時刻発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を決定し、ステップ S 2 2 3 Αにおいて、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 T iに燃料電池システムを起動する。他方、 A _FC2が A E+ A Hより大きければ、ステツプ S 2 2 2に進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 Tい発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 T 1における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 2 2 4において、運転制御手段 1 9が時刻 Tに運転停止予定時刻 T ₃を代入し、図 1 2の V I に続く図 1 1の V Iからステップ S 2 0 7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 2 3に実施の形態 7あるいは実施の形態 4を選択する選択スィッチ（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 1 7及び熱量値蓄積手段 3 3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 1 8 及び熱量値予測手段 3 4が電力値データ及び熱量値デ一夕を構築することができる。具体的には、制御装置 2 3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 1 7及び熱量値蓄積手段 3 3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。これによつて、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 2 3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 Tい発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を任意に設定できるように構成しても良い。これによつて、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 1 3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 1 9が C〇 ₂の発生量において比較をして起動予定時刻 Tい発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 2 0は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池 1 3が蓄熱手段 2 7に供給する場合に発生する C〇₂量を算出する。第 2の算出手段 2 1は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池 1 3が供給する際に電力負荷 1 4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 C〇 ₂量を算出する。第 3の算出手段 2 2は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1など燃料電池システムを起動する際に発生する C〇 ₂量を算出する。第 4の算出手段 3 6は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を、熱供給系統 3 5が供給する場合に発生する C 0 ₂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卜は、実施の形態 7の図 1 0及び図 1 1 と同じであるので、説明は省略する。

図 1 3に示すように、ステップ S 2 1 6 Bにおいて、第 1の算出手段 2 0は、燃料電池 1 3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 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの熱量値 H _t の発電に必要な原料ガス量 Q GFCHtを、燃料電池システムの熱回収効率 E _WH 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 C〇₂発生量 B _GFCBに基づいて、発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T 3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 C O ₂発生量 B _FCHtを（ 8 B) 式により算出し、 B

FCHtを T ₂から T ₃まで積算した値を燃料電池発電 C O ₂発生量 B _FCHとする。

B FCHt = Q GFCHt · B GFCB 、 8 Dノ

ステップ S 2 1 7 Bにおいて、第 3の算出手段 2 2は、燃料電池システムを起動する際に発生する C O ₂量を算出し、燃料電池起動 C O ₂発生量 B _FCSとする。そして、運転制御手段 1 9が、第 1の算出手段 2 0から出力された燃料電池発電 C〇 ₂発生量 B pen と第 3の算出手段 2 2から出力された燃料電池起動 C O ₂発生量 B res とを合計して第 2の燃料電池 C O ₂発生量 B _FC2とする。

ステップ S 2 1 8 Bにおいて、第 4の算出手段は、熱量値 H _tを熱供給系統 3 5が供給する場合に必要な熱供給系統熱量 Q _GHtを、熱供給系統熱効率 E _Hに基づいて（ 9 ) 式により算出する。そして、熱供給系統 3 5の単位熱量当たりの C〇 ₂発生量 B GHBに基づいて、 H _tを熱供給系統 3 5が供給する場合に発生する C〇₂量8 _Htを（ 1 0 B) 式により算出し、 B _Htを T ₂から T ₃まで積算した値を熱供給系統発生 C O ₂量8 H とする。

B Ht = Q GHt - B GHB ( 1 0 B )

ステップ S 2 1 9 B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 T ₂から停止予定時刻 T ₃ までの 1分ごとの熱量値 H _t 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 W pet を、発電効率 E _WEに基づいて（ 1 1 ) 式により算出し、 W _FCtを電力系統が供給する場合の C〇 ₂発生量 B _Etを（ 1 2 B) 式から算出し、 B _Et を T ₂から T ₃まで積算して電力系統 C O ₂発生量 B Eとする。

ステップ S 2 2 0 Bにおいて、運転制御手段 1 9が、電力系統 C〇 ₂ 発生量 B E及び熱供給系統 C 0₂発生量 B Hの和と、燃料電池システム C O ₂発生量 B _FC2とを比較する。 B _FC2が B E+ B H以下ならば、ステップ S 2 2 1 Bに進み、運転制御手段 1 9が、起動予定時刻 Tい発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を決定し、ステップ S 2 2 3 Β において、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 Τ 1に燃料電池システムを起動する。他方、 B FC2が Β Ε + Β Ηより大きければ、ステップ S 2 2 2 Βに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻発電開始予定時刻 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 Τ 丄における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 2 2 4 Bにおいて、運転制御手段 1 9は時刻 Tに運転停止予定時刻 T ₃を代入し、図 1 3の V I に続く図 1 1の V Iからステップ S 2 0 7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 C〇 ₂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 1 4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 1 9がコストにおいて比較をして起動予定時刻 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 2 0は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池 1 3が蓄熱手段 2 7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 2 1は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を燃料電池 1 3が供給する際に燃料電池 1 3が電力負荷 1 4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 2 2 は、燃料電池 1 3、燃料生成装置 1 1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 3 6は、熱量値データの所定の時間帯の熱量値を、熱供給系統 3 5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ヤ一トは、実施の形態 7の図 1 0及び図 1 1 と同じであるので、説明は省略する。

図 1 4に示すように、ステップ S 2 1 6 Cにおいて、第 1の算出手段 2 0は、燃料電池 1 3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 T ₂から停止予定時刻 T ₃までの間の 1分ごとの熱量値 H _t の発電に必要な原料ガス量 Q _GFCHtを、燃料電池システムの熱回収効率 E _WH 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 C _GFCBに基づいて、発電開始予定時刻 T ₂から停止予定時刻 T ₃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卜し FCHtを（ 8 B) 式により算出し、 C FCHtを Γ 2力、ら丄、 3 こ" 積算した値を燃料電池発電コスト C _FCHとする。

C FCHt = Q GFCHt · C GFCB 、 8 しノ

ステップ S 2 1 7 Cにおいて、第 3の算出手段 2 2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 C FCS とする。そして、運転制御手段 1 9が、第 1の算出手段 2 0から出力された燃料電池発電コスト C _FCHと第 3の算出手段 2 2から出力された燃料電池起動コスト C FCSとを合計して第 2の燃料電池コス卜 C _FC2とする。

ステップ S 2 1 8 Cにおいて、第 4の算出手段は、熱量値 H _tを熱供給系統 3 5が供給する場合に必要な熱供給系統熱量 Q _GHtを、熱供給系統熱効率 E H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 C GHBに基づいて、 H _tを熱供給系統 3 5が供給する場合にかかるコスト C _Htを（ 1 0 C) 式により算出し、 C _Htを T ₂から T ₃まで積算した値を熱供給系統コスト C Ηとする。

し Ht = Q GHt · C GHB ( I O C) ステップ S 2 1 9 C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 T ₂から停止予定時刻 T ₃ までの 1分ごとの熱量値 H _t 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 W pet を、発電効率 E WEに基づいて（ 1 1 ) 式により算出し、 W _FCtを電力系統が供給する場合のコスト C _Etを（ 1 2 C) 式から算出し、 C _Etを T ₂ から Τ ₃まで積算して電力系統コスト C Εとする。

C Et =W pet ' C EB ( 1 2 C)

ステップ S 2 2 0 Cにおいて、運転制御手段 1 9が、電力系統コスト

C E及び熱供給系統コスト Hの和と、燃料電池システムコスト C FC2 とを比較する。 C _FC2が C _E+ C H以下ならば、ステップ S 2 2 1 Cに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 Tい発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃を決定し、ステップ S 2 2 3 Cにおいて、運転制御手段 1 9が起動予定時刻 Τ 1に燃料電池システムを起動する。他方、 C FC2が C Ε+ C Ηより大きければ、ステップ S 2 2 2 Cに進み、運転制御手段 1 9は、起動予定時刻 Τい発電開始予定時刻 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃の仮定を取り消し、すなわち起動予定時刻 Τ ！における燃料電池の起動を禁止し、ステップ S 2 2 4 Cにおいて、運転制御手段 1 9は時刻 Τに運転停止予定時刻 Τ 3を代入し、図 1 4の V I に続く図 1 1の V I からステップ S 2 0 7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 1 0 )

図 1 5は、本発明の実施の形態 1 0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 1 1の燃料生成装置温度検出手段 4 1を備えている。あるいは、燃料電池 1 3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 1 0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 1 6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 1 6において、ステップ S 3 0 1乃至 S 3 0 8は、実施の形態 1、すなわち図 2のステップ S 1乃至 S 6と同じであり、説明を省略する。

ステップ S 3 0 9において、第 3の算出手段 2 2が、燃料生成装置温度検出手段 4 1が現在時刻 T Qに検出した検出温度 K Qに基づいて起動モードを判別する。ここでは、検出温度 K 0が所定温度 K _F以上の場合は短期起動モード、 K F以下の場合は長期起動モードとする。なお、燃料生成装置 1 1や燃料電池 1 3の起動予定時刻 T 1における温度は、外気温度と現在時刻 T 0から起動予定時刻 T 1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 T 1における燃料生成装置 1 1の温度（起動時温度） K 1と所定温度 K _Fとを比較させるようにしてもよい。あるいは、検出温度 K 0と外気温度との温度差と現在時刻 T 0から起動予定時刻 T 1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 2 2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 2 2が、起動時温度 K 1と発電開始時に必要な温度（発電開始時温度） K 2 との温度差に基づいて、起動所要時間 T _s を算出するようにしてもよい。

ステップ S 3 1 0— 1において、運転制御手段 1 9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 T _s (例えば長期起動モード時 6 0分間、短期起動モード時 3 0分間）を時刻 Tに加え、発電開始予定時刻 T ₂と仮定する。

ステップ S 3 1 0— 2において、運転制御手段 1 9が、 Tに発電開始予定時刻 T 2を代入する。

ステップ S 3 1 0— 3において、運転制御手段 1 9が、 Tから所定時間 X ！ (例えば 3 0分間）後までの電力値 W _t ( W _T〜W τ+30までの 3 0 個）の Y i %以上（例えば 8 0 %、 2 4個以上）が燃料電池システムの最低発電量 W _min以上であるかどうかを判定する。 Y e sならばステツプ S 3 1 1 に進む。 N oならば、ステップ S 3 1 0 _ 4で、丁から（起動所要時間 T _s— 1分）前の時刻を Tとし、ステップ S 3 0 6に戻る。ステップ S 3 1 1乃至 S 3 1 3は、実施の形態 1、すなわち図 2のステツプ S 8乃至 S 1 0 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 T i、発電開始予定時刻 T ₂ および停止予定時刻 T ₃が仮定された後、図 1 6の V I I に続く図 1 7 の V I 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 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 S 1 1 1 A乃至

S 1 2 O Aと同じであり、説明を省略する。

ただし、ステップ S 1 1 2 Aにおいては、第 3の算出手段 2 2は、起動所要時間 T _s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 A _FCS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 T _s及び燃料電池起動一次エネルギー量 A _{F CS}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 T 発電開始予定時刻 Τ ₂および停止予定時刻 Τ ₃が仮定された後、図 1 7の V I I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 S 1 1 1 B乃至 S 1 2 0 Β と同じ動作によって、発生する C〇₂の量を考慮して起動予定時刻 Τ い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定されてもよい。ただし、ステップ S 1 1 2 Bにおいては、第 3の算出手段 2 2は、起動所要時間 T _s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 C O ₂量を算出あるいは決定し、燃料電池起動 C O ₂発生量 B _FCSとする。

これによつて、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 T _s及び燃料電池起動 C〇 ₂発生量 B _FCSが予測されて算出されるので、 C〇₂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 T 発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が仮定された後、図 1 7の V I I以降のステツプにおいて、実施の形態 6、すなわち図 9のステップ S 1 1 1 C乃至 S 1 2 0 C と同じ動作によって、コストを考慮して起動予定時刻 T い発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃が決定されてもよい。ただし、ステップ S 1 1 2 Cにおいては、第 3の算出手段 2 2は、起動所要時間 T _s 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 C _FCSとする。

これによつて、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 T _s及び燃料電池起動コス卜 C FCS 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 2 3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 E _WE、熱回収効率 E _WH、単位原料ガス当たりの一次エネルギー量 A _GFCB 単位電力当たりの一次エネルギー量 A EB > 単位原料ガス当たりの C 0 ₂発生量 B _GFCB、単位電力当たりの C〇 ₂発生量 B

EB > 原料ガスの従量料金 C _GFCB、電力系統の従量料金 C EB 燃料電池起動一次エネルギー量 A _FCS、燃料電池起動 C〇 ₂発生量 B _FCS、燃料電池起動コスト C _{F CS}、熱供給系統 3 5の単位熱量当たりの一次エネルギー量 A GHB 熱供給系統 3 5の単位熱量当たりの C 0 ₂発生量 B _GHB、熱供給系統の従量料金 C GHB , 熱供給系統熱効率 E Hおよび起動所要時間 T _s は制御装置 2 3に予め設定されていてもよいし、あるいは制御装置 2 3に入力手段（図示せず）を備え、入力して制御装置 2 3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 A GFCBは、 A _{E B}、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 C O ₂発生量 B _GFCB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 C〇 ₂発生量 B EB 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 1 8及び熱量値予測手段 3 4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 1 7及び熱量値蓄積手段 3 3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 T i、発電開始予定時刻 T ₂および停止予定時刻 T ₃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 1 7及び熱量値蓄積手段 3 3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 Z 又は機能の詳細を実質的に変更できる。

〔産業上の利用の可能性〕

本発明に係るは、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エネレーシヨンシステムとして有用である。

Claims

請求の範囲

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、請求の範囲第 1項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、それによつ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卜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一夕に基づいて、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、請求の範囲第 2項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、それによつ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卜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、それによつ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卜のいずれかを算出する、請求の範囲第 3項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、それによつ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、請求の範囲第 4項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、それによつ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、それによつ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卜のいずれかを算出する請求の範囲第 3項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、それによつ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、請求の範囲第 6項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、請求の範囲第 3 項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卜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、請求の範囲第 3項に記載の燃料電池システム。

1 0 . 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卜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一量、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、請求の範囲第 3項に記載の燃料電池システム。

1 1 . 前記起動予定時刻は、所定の更新時間毎に更新される、請求の範囲第 1項に記載の燃料電池システム。

1 2 . 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、請求の範囲第 1項に記載の燃料電池システム。

1 3 . 前記表示手段は、過去の運転履歴を表示する、請求の範囲第 1項に記載の燃料電池システム。

1 4 . 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、前記負荷値デ一夕が熱量値データである、請求の範囲第 1 項に記載の燃料電池システム。

1 5 . 熱供給及び電力供給に費やされる一次エネルギー量、それによつ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卜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、請求の範囲第 1 4項に記載の燃料電池システム。

1 6 . 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一量、それによつ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、それによつ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の範囲第 1 5項に記載の燃料電池システム。

1 7 . 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、それによつ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、請求の範囲第 1 6項に記載の燃料電池システム。

1 8 . 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、それによつ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の範囲第 1 5項に記載の燃料電池システム。

1 9 . 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、それによつ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、請求の範囲第 1 8項に記載の燃料電池システム。

2 0 . 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卜から選択することができる、請求の範囲第 1 5項に記載の燃料電池システム。

2 1 . 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、請求の範囲第 1 5項に記載の燃料電池システム。

2 2 . 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一夕あるいは熱量値データのいずれかから選択される、請求の範囲第 1項に記載の燃料電池システム。

2 3 . 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一夕に基づく決定と、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、請求の範囲第 2 2項に記載の燃料電池システム。

2 4 . 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、請求の範囲第 1項に記載の燃料電池システム。