JP2003223912A - 燃料電池システム、コジェネレーションシステム及び燃料電池システム運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池を有するコジェネレーションシステム
において、発生するエネルギーを有効に利用し、システ
ム起動／停止時の運転を適切に制御する。 【解決手段】燃料電池１と、運転制御部８７とを具備す
る燃料電池システムを用いる。ここで、燃料電池１は、
燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力としての燃料電池電
力を発電する。運転制御部８７は、前記燃料電池の運転
状態としての運転情報５２と、前記燃料電池１の運転経
過時間としての時間情報５３と、前記燃料電池の運転温
度としての温度情報５４とに基づいて、前記運転温度
が、予め設定された温度変化レートで変化するように、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの目標値としてのガス
流量情報５５−３を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
及び燃料電池システムを用いたコジェネレーションシス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池システムは、高効率発電が可能
である、環境への負荷が少ない、などの理由により、開
発が進められている。そして、単独で運転する場合だけ
でなく、発生する熱や排ガスを利用するコジェネレーシ
ョンシステムを組むことにより、より高効率なシステム
としての利用が考えられている。作動温度の高い溶融炭
酸塩型や固体電解質型の燃料電池では、発生する高温
（高圧）の排ガスを用いたガスタービンや蒸気タービン
と組み合わせたシステムや、吸収冷凍機、空調システム
や給湯システムと組み合わせたシステムなどが提案され
ている。

【０００３】ここで、溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃
料電池を用いた発電システムは、作動温度が高いため起
動／停止操作に時間を要する。そのため、燃料電池の起
動／停止操作を頻繁に行なうことは、運転コストの上昇
や効率の低下、各機器の劣化の助長などの理由から行い
難い。従って、電力負荷、並びに熱負荷が低下する夜間
においても、一定負荷で運転を継続する場合が多い。こ
のような運転の結果、電力及び熱が過剰となる時間帯が
生じ、時間平均のエネルギー効率をあげることが困難で
あった。電力負荷や熱負荷の少ない時間帯においても、
エネルギーを有効に利用することが可能な技術が求めら
れている。

【０００４】固体酸化物型燃料電池の場合、本体にセラ
ミックス製の部材を用いているため、一部の脆性破壊が
周辺に与える影響が大きく、急激な温度変化による熱応
力は出来るだけ避けることが望ましい。そのため、シス
テム起動／停止時の運転を適切に制御するシステムが望
まれている。十分な昇温／降温と慎重なガス導入操作が
実行可能なシステムが求められている。また、触媒反応
を用いているため、触媒（電極を含む）への影響の面か
らも、温度、ガスを適正に制御することが好ましい。

【０００５】また、起動時に、燃料ガスや酸化剤ガスの
予熱に使用されるバーナーを用いた燃焼器では、失火し
た場合ガス爆発の危険性がある。従って、ガス燃焼器に
おいて、失火した場合でも安全に対処することが可能な
技術が求められている。

【０００６】また、固体電解質型燃料電池では、作動温
度が９００℃以上であり、燃料電池の熱容量が大きいた
め、電力負荷や熱負荷の急激な変動に対しては、追従に
時間が掛かる場合がある。従って、大幅な負荷変動に追
従させるためのシステムが求められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、燃料電池を有するシステムにおいて、電力負荷や熱
負荷の少ない時間帯でも、発生するエネルギーを有効に
利用することが可能な燃料電池システム及びコジェネレ
ーションシステムを提供することである。

【０００８】また、本発明の他の目的は、燃料電池を有
するシステムにおいて、システム起動／停止時の運転を
適切に制御することが可能な燃料電池システム及びコジ
ェネレーションシステムを提供することである。

【０００９】本発明の更に他の目的は、燃料電池を有す
るシステムにおいて、ガスの予熱に使用される燃焼器が
失火した場合でも安全に対処することが可能な燃料電池
システム及びコジェネレーションシステムを提供するこ
とである。

【００１０】本発明の別の目的は、燃料電池を有するシ
ステムにおいて、電力負荷や熱負荷の急激な変動に対し
ても、追従することが可能な燃料電池システム及びコジ
ェネレーションシステムを提供することである。

【００１１】本発明の更に別の目的は、燃料電池を有す
るシステムにおいて、エネルギー効率を向上させ、運転
コストを低減することが可能な燃料電池システム及びコ
ジェネレーションシステムを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１３】従って、上記課題を解決するための本発明
の燃料電池システムは、燃料電池（１）と、運転制御部
（８７）とを具備する。燃料電池（１）は、燃料ガス及
び酸化剤ガスにより電力としての燃料電池電力を発電す
る。運転制御部（８７）は、燃料電池（１）の運転状態
としての運転情報（５２）と、燃料電池（１）の運転経
過時間（ｔ_１）としての時間情報（５３）と、燃料電池
（１）の運転温度（Ｔ _１）としての温度情報（５４）と
に基づいて、運転温度（Ｔ_１）が、予め設定された温度
変化レート（α）で変化するように、その燃料ガス及び
その酸化剤ガスの目標値としてのガス流量情報（５５−
３）を出力する。

【００１４】また、本発明の燃料電池システムは、運転
制御部（８７）が、温度設定部（５６）と、温度制御部
（５８）とを具備する。温度設定部（５６）は、運転情
報（５２）と時間情報（５３）と温度情報（５４）とに
基づいて、運転温度（Ｔ_１）が温度変化レート（α）で
変化する場合の、予め設定された時間間隔（Δｔ）後の
その運転温度の目標値（Ｔ）としての目標温度情報（５
５−１）を出力する。温度制御部（５８）は、目標温度
情報（５５−１）と時間間隔（Δｔ）後の温度情報（５
４）とに基づいて、ガス流量情報（５５−３）を出力す
る。

【００１５】また、本発明の燃料電池システムは、運転
経過時間（ｔ_１）が、燃料電池（１）の運転モード毎に
計測される。そして、温度設定部（５６）は、運転経過
時間（ｔ_１）と温度変化レート（α）とに基づいて求ま
る許容運転温度（Ｔ_０）と、運転温度（Ｔ_１）との差の
絶対値が、予め設定された第１温度差（ΔＴ_Ｓ１）以上
の場合、運転温度（Ｔ_１）を目標値（Ｔ）とする。

【００１６】また、本発明の燃料電池システムにおい
て、温度制御部（５８）は、目標値（Ｔ）と時間間隔
（Δｔ）後の運転温度（Ｔ_１）との差が、予め設定され
た第２温度差（ΔＴ_Ｓ２）以上の場合、第２温度差（Δ
Ｔ_Ｓ２）に基づいて、ガス流量情報（５５−３）を出力
する。

【００１７】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
電池（１）と、運転補正部（９７）とを具備する。燃料
電池（１）は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
ての燃料電池電力を発電する。運転補正部（９７）は、
燃料電池（１）の発電の際に生成される熱を利用する熱
利用設備（４８）の熱負荷の状態としての熱負荷情報
（７４）と、熱負荷の需要の予測値（８４，８５，８
６）とに基づいて、燃料電池（１）の運転条件の補正と
しての運転補正情報（４２）を出力する。

【００１８】更に、本発明の燃料電池システムは、運転
補正部（９７）が、１次補正部（７８）と、２次補正部
（７９）と、３次補正部（８０）と、補正制御部（４
９）とを具備する。１次補正部（７８）は、予め設定さ
れた過去の日における実際の１日の熱負荷の需要の変化
に基づいて、予測対象日の１日の熱負荷の需要の予測を
行ない、予測の結果としての１次補正情報（８４）を出
力する。２次補正部（７９）は、その予測対象日の特殊
事情に基づいて、その特殊事情による熱負荷の需要の予
測を行ない、予測の結果としての２次補正情報（８５）
を出力する。３次補正部（８０）は、直前の予め設定さ
れた時間前における実際の熱負荷の需要の変化に基づい
て、予め設定された時間毎の熱負荷の需要の予測を行な
い、予測の結果としての第３補正情報（８６）を出力す
る。補正制御部（４９）は、熱負荷情報（７４）と、１
次補正情報（８４）と、２次補正情報（８５）と、３次
補正情報（８６）とに基づいて、運転補正情報（４２）
を出力する。

【００１９】更に、本発明の燃料電池システムは、燃焼
器（７）と、燃料電池（１）と、非常制御部（９８）と
を具備する。燃焼器（７）は、燃料ガス及び酸化剤ガス
の少なくとも一方の予熱を行なう。燃料電池（１）は、
その燃料ガス及びその酸化剤ガスにより電力としての燃
料電池電力を発電する。非常制御部（９８）は、燃焼器
（７）の火炎の状態としての火炎情報（９３）と、その
燃料ガス及びその酸化剤ガスの燃焼器（７）内での濃度
としてのガス濃度情報（９４）と、燃焼器（７）内の温
度としての温度情報（９５）とに基づいて、その火炎の
失火の判定を行ない、失火と判定した場合に、その燃料
ガス及びその酸化剤ガスの目標値としてのガス対処情報
（９２）と、燃料電池（１）の運転を制御する機器対処
情報（９１）とを出力する。

【００２０】更に、本発明の燃料電池システムは、非常
制御部（９８）が、燃焼器失火判定部（８８）と、非常
停止制御部（８９）とを具備する。燃焼器失火判定部
（８８）は、火炎情報（９３）と、ガス濃度情報（９
４）と、温度情報（９５）とに基づいて、その火炎の失
火の判定を行ない、失火と判定した場合に、失火情報
（９０）を出力する。非常停止制御部（８９）は、失火
情報（９０）に基づいて、ガス対処情報（９２）と、機
器対処情報（９１）とを出力する。

【００２１】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
電池（１）が、固体酸化物型燃料電池である。

【００２２】上記課題を解決するための本発明のコジェ
ネレーションシステムは、上記各項のいずれか一項に記
載の燃料電池システムと、燃料電池（１）の発電の際に
生成される熱を利用する熱利用設備（４８）とを具備す
る。

【００２３】また、本発明のコジェネレーションシステ
ムは、燃料電池（１）と、逆潮流システム（６８）と、
２次電池（６５）と、水素製造装置（６６）と、水素貯
蔵装置（６７）と、エネルギー配分制御部（６２）とを
具備する。燃料電池（１）は、燃料ガス及び酸化剤ガス
により電力としての燃料電池電力を発電し、電力負荷へ
供給する。逆潮流システム（６８）は、その燃料電池電
力の内、電力負荷で使用されない余剰電力を、電力会社
の電力供給系統へ逆潮流する。２次電池（６５）は、そ
の余剰電力を蓄電する。水素製造装置（６６）は、その
余剰電力を用い、水素の製造を行なう。水素貯蔵装置
（６７）は、その水素を貯蔵する。エネルギー配分制御
部（６２）は、その余剰電力をその逆潮流、その余剰電
力の蓄電、その水素の製造の優先度で分配する。

【００２４】また、本発明のコジェネレーションシステ
ムは、燃料電池（１）が、水素貯蔵装置（６７）に貯蔵
されたその水素をその燃料ガスとして使用する。

【００２５】上記課題を解決するための本発明の燃料電
池システム運転方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより
電力としての燃料電池電力を発電する燃料電池（１）の
運転状態としての運転情報（５２）と、燃料電池（１）
の運転経過時間としての時間情報（５３）と、燃料電池
（１）の運転温度としての温度情報（５４）とを取得す
るステップと、運転情報（５２）と時間情報（５３）と
温度情報（５４）とに基づいて、運転温度（Ｔ_１）が温
度変化レート（α）で変化する場合の、予め設定された
時間間隔（Δｔ）後のその運転温度の目標値（Ｔ）とし
ての目標温度情報（５５−１）を出力するステップと、
目標温度情報（５５−１）と時間間隔（Δｔ）後の温度
情報（５４）とに基づいて、ガス流量情報（５５−３）
を出力するステップとを具備する。

【００２６】また、本発明の燃料電池システム運転方法
は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力としての燃料電
池電力を発電する燃料電池（１）の発電の際に生成され
る熱を利用する熱利用設備（４８）の熱負荷の状態とし
ての熱負荷情報（７４）を取得するステップと、予め設
定された過去の日における実際の１日の熱負荷の需要の
変化に基づいて、予測対象日の１日の熱負荷の需要の予
測を行ない、予測の結果としての１次補正情報（８４）
を算出するステップと、熱負荷情報（７４）と１次補正
情報との差分である第１差分（７５）を算出するステッ
プと、その予測対象日の特殊事情に基づいて、その特殊
事情による熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果と
しての２次補正情報（８５）を出力するステップと、第
１差分（７５）と、２次補正情報（８５）との差分であ
る第２差分（７６）を算出するステップと、直前の予め
設定された時間前における実際の熱負荷の需要の変化に
基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の需要の予測
を行ない、予測の結果としての３次補正情報（８６）を
算出するステップと、第２差分（７６）と、３次補正情
報（８６）との差分である第３差分（７７）を算出する
ステップと、第３差分（７７）に基づいて、燃料電池
（１）の運転条件の補正としての運転補正情報（４２）
を算出するステップとを具備する。

【００２７】また、本発明の燃料電池システム運転方法
は、燃料電池に用いる燃料ガス及び酸化剤ガスの少なく
とも一方の予熱を行なう燃焼器（７）の火炎の状態とし
ての火炎情報（９３）と、その燃料ガス及びその酸化剤
ガスの燃焼器（７）内での濃度としてのガス濃度情報
（９４）と、燃焼器（７）内の温度としての温度情報
（９５）とに基づいて、その火炎の失火の判定を行なう
ステップと、失火と判定した場合に、その燃料ガス及び
その酸化剤ガスを、予め設定された手順に基づいて停止
するステップと、燃料電池（１）の運転を、予め設定さ
れた手順に基づいて停止するステップとを具備する。

【００２８】上記課題を解決するための本発明のコジェ
ネレーションシステム運転方法は、燃料ガス及び酸化剤
ガスにより燃料電池（７）が発電した電力としての燃料
電池電力を電力負荷へ供給するステップと、その燃料電
池電力の内、その電力負荷で使用されない電力としての
第１余剰電力を、電力会社の電力供給系統に逆潮流する
ステップと、その電力供給系統に供給できない分のその
第１余剰電力としての第２余剰電力を、２次電池（６
５）へ供給するステップと、２次電池（６５）に供給で
きない分のその第２余剰電力としての第３余剰電力を、
水素製造装置（６６）へ供給するステップと、水素製造
装置（６６）で生成された水素を水素貯蔵装置（６７）
に貯蔵するステップとを具備する。

【００２９】上記課題を解決するための本発明のプログ
ラムは、上記各項のいずれか一項に記載の方法をコンピ
ュータに実行させる。

【００３０】ただし、上記各方法、プログラムの各ステ
ップは、互いに矛盾が生じない限り、順番の交換が可能
である。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明である燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムについて、添付の図面を
用いて説明する。本実施例において、温水を用いる吸収
冷凍機と燃料電池システムとを有するコジェネレーショ
ンシステムを例に示して説明する。ただし、他の温水を
利用する設備と燃料電池システムとを有するコジェネレ
ーションシステムにおいても適用可能である。

【００３２】図２は、本発明である燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの実施の形態における構
成を示す図である。コジェネレーションシステムは、熱
利用設備４８とそれ以外の部分の燃料電池システムとを
具備する。

【００３３】先ず、燃料電池システムについて説明す
る。燃料電池システムは、制御装置として、燃料電池制
御部５０を具備する。また、燃料電池本体２、燃料温度
計１１−１及び空気温度計１１−２を有する燃料電池１
を具備する。

【００３４】燃料電池システムは、燃料ガス（燃料用ガ
ス）に関わる構成として、燃料供給弁４、排ガス昇温熱
交換部５、燃料エジェクタ６、起動燃焼部７、再生熱交
換部１０、燃料圧力計８−１、濃度計９を具備する。配
管として、燃料供給ラインＡ３１−１〜燃料供給ライン
Ｉ３１−９、燃料循環ライン３４を具備する。

【００３５】また、起動燃焼部７に関わる構成として、
パイロット燃料供給弁２５、起動空気供給ファン２６、
起動空気供給弁２７、パイロット空気供給弁２８、パイ
ロット燃焼部２９、メイン燃焼部３０を具備する。配管
として、起動燃料供給ラインＡ３２−１、起動燃料供給
ラインＢ３２−２、起動空気供給ラインＡ３３−１〜起
動空気供給ラインＥ３３−５を具備する。

【００３６】一方、酸化剤ガス（空気）に関わる構成と
して、空気供給ファン１５、空気供給弁１６、空気バイ
パス弁４４、空気予熱部Ｂ４３、温水／空気切換弁Ａ４
５、温水熱交換部１４、温水／空気切換弁Ｂ４６、イン
テーク空気冷却部１７、空気予熱部Ａ１３、スタック冷
却部１８、再生熱交換部１０（燃料ガス側と共通）、空
気圧力計８−２を具備する。配管として、空気供給ライ
ンＡ３５−１〜空気供給ラインＩ３５−９、空気バイパ
スラインＡ３９−１〜空気バイパスラインＣ３９−３、
空気予熱ラインＡ３７−１、温水／空気ラインＡ３７−
２、温水／空気ラインＢ３７−３、空気予熱ラインＢ３
７−４、を具備する。

【００３７】また、排ガス処理に関わる構成として、排
ガス燃焼部１２、空気予熱部Ａ１３（酸化剤ガス側と共
通）、温水熱交換部１４（酸化剤ガス／温水側と共
通）、空気予熱部Ｂ４３（酸化剤ガス側と共通）、排ガ
ス再循環ファン２１、排ガスエジェクタ流調弁２３、排
ガスエジェクタ２４、燃料ガスエジェクタ流調弁２２、
補助燃料供給部１９、補助燃料供給弁２０を具備する。
配管として、排ガスラインＡ４０−１〜排ガスラインＤ
４０−４、排ガス再循環ラインＡ４１−１〜排ガス再循
環ラインＧ４１−７、補助燃料供給ラインＡ３６−１、
補助燃料供給ラインＢ３６−２を具備する。

【００３８】一方、温水に関わる構成として、温水／空
気切換弁Ａ４５（酸化剤ガスと共通）、温水熱交換部１
４（排ガス側と共通）、温水／空気切換弁Ｂ４６（酸化
剤ガスと共通）、温水流調弁４７を具備する。配管とし
て、温水循環ラインＡ３８−１〜温水循環ラインＣ３８
−３、温水／空気ラインＡ３７−２（酸化剤ガスと共
通）、温水／空気ラインＢ３７−３（酸化剤ガスと共
通）を具備する。

【００３９】以下、図２の各構成について、説明する。
燃料電池制御部５０は、図２に示す燃料電池システム全
体（各機器）の制御を行なう、パーソナルコンピュータ
に例示される情報処理装置である。各機器とはケーブル
５１により接続している。また、燃料電池システムを含
むコジェネレーションシステム全体を制御することとし
ても良い。

【００４０】燃料電池１は、燃料電池本体２、燃料温度
計１１−１及び空気温度計１１−２を含む。燃料電池本
体２の運転及びその制御に必要な各種機器を有する。

【００４１】燃料電池本体２は、燃料電池１に含まれ、
燃料供給ラインＨ３１−８経由で燃料ガスを、空気供給
ラインＨ３５−８経由で酸化剤ガスの供給を受け、それ
らを用い電気化学反応（電池反応）により発電を行な
う。燃料電池本体２は、固体電解質型（内部改質型）の
燃料電池で例示される。本体温度計９６は、燃料電池本
体２に属し、運転温度を測定する。測定結果は、燃料電
池制御部５０へ出力される。燃料温度計１１−１は、燃
料供給ラインＨ３１−８に接続され、燃料電池本体２へ
入る燃料ガスの温度を計測する。空気温度計１１−２
は、空気供給ラインＨ３５−８に接続され、燃料電池本
体２へ入る酸化剤ガスの温度を計測する。燃料温度計１
１−１及び空気温度計１１−２は、熱電対に例示され
る。測定結果は、燃料電池制御部５０へ出力される。

【００４２】燃料ガスは、メタンやメタノールなどの炭
化水素系ガスあるいは水素を含むガスに例示される。本
実施例ではメタンである。また、酸化剤ガスは、空気の
ような酸素を含むガスに例示される。本実施例では空気
である。

【００４３】次に、燃料ガス（燃料用ガス）に関わる構
成について説明する。燃料供給弁４は、外部の燃料供給
源から燃料電池システム（のメイン燃焼部３０（後述）
及び燃料電池１）へ供給される燃料ガスの流量を制御す
る。

【００４４】排ガス昇温熱交換部５は、熱交換器であ
る。燃料供給ラインＣ３１−３経由で供給される低温の
燃料用ガスＡ（＝燃料ガス＋再循環排ガス）を、燃料供
給ラインＦ３１−６経由で起動燃焼部７（後述）から送
出される高温の燃料用ガスＣ（燃料用ガスＢ（＝燃料用
ガスＡ＋燃料電池本体２の燃料側の排出ガスである燃料
排ガス）を起動燃焼部７で処理したもの）との熱交換に
より昇温する。

【００４５】燃料エジェクタ６は、燃料供給ラインＤ３
１−４経由で起動燃焼部７（後述）に向かう燃料ガスの
流れを用いて、燃料電池部１から排出された使用済みの
燃料ガスである燃料排ガスの一部を、燃料循環ライン３
４経由で燃料ガスの流れへ引き込む。引き込む流量は、
燃料ガスエジェクタ流調弁２２（後述）により制御され
る。

【００４６】起動燃焼部７は、パイロット燃焼部２９及
びメイン燃焼部３０を具備する。燃料電池１の起動時に
燃料ガスの予熱を行なう。また、供給される燃料ガスの
濃度を測定する燃料濃度計３−２（例示：メタン濃度
計）、酸化剤ガスの濃度を測定する酸化剤濃度計３−３
（例示：酸素濃度計）、燃焼部内の雰囲気温度を測定す
る温度計Ａ３−４（例示：熱電対）、バーナーの火炎の
温度を測定する温度計Ｂ３−５（例示：熱電対）、火炎
の存在を検知するセンサ３−１（例示：フレームロッ
ド）を有し、各測定を行なっている。そして、測定結果
を燃料電池制御部５０に出力している。

【００４７】パイロット燃焼部２９は、小容量バーナー
（パイロットバーナー）を有する。起動空気供給ライン
Ｅ３３−５経由の空気と、起動燃料供給ラインＢ３２−
２経由の燃料ガスの供給を受け、パイロットバーナーを
燃焼する。起動時に、その燃焼排ガスを燃料電池部１及
び燃料系ガスライン中へ供給し、残存する空気をパージ
する。また、メイン燃焼部３０の種火となる。

【００４８】メイン燃焼部３０は、大容量バーナー（メ
インバーナー）を有する。燃料電池１の起動時に、燃料
供給ラインＥ３１−５経由の燃料用ガスＢ（＝燃料ガス
＋再循環排ガス＋燃料排ガス）と、起動空気供給ライン
Ｃ３３−３経由の空気の供給を受ける。そして、メイン
バーナーを燃焼し、燃料用ガスＢのガスの一部を燃焼
し、ガス全体を加熱処理する。処理された燃料用ガスＢ
は、燃料用ガスＣとして、燃料電池部１へ向かい、電池
を加熱する。

【００４９】再生熱交換部１０は、燃料用ガスと酸化剤
ガスとを熱交換する。燃料供給ラインＧ３１−７経由の
燃料用ガスＣと、空気供給ラインＧ３５−７経由の空気
との間の熱交換を行なうことにより、燃料ガスと空気と
の温度差を小さくして、燃料電池１での熱応力を抑制す
る。

【００５０】燃料圧力計８−１は、燃料電池部１直前の
燃料供給ラインＨ３１−８に接続されている。燃料用ガ
スＣの圧力を計測する。濃度計９は、燃料電池部１直前
の燃料供給ラインＨ３１−８に接続されている。燃料ガ
スの濃度を計測する。これらの測定結果は、燃料電池制
御部５０へ出力される。

【００５１】次に、起動燃焼部７へのガス供給に関わる
構成について説明する。起動空気供給ファン２６は、起
動空気供給ラインＡ３３−１経由で外部の空気供給源か
ら空気を引き出す。ファンの回転数などにより、引き出
す空気の流量を制御出来る。パイロット空気供給弁２８
は、起動空気供給ラインＤ３３−４経由で起動空気供給
ファン２６より導入される空気のパイロット燃焼部２９
への流量を制御する。パイロット燃料供給弁２５は、起
動燃料供給ラインＡ３２−１経由の燃料ガスのパイロッ
ト燃焼部２９への流量を制御する。起動空気供給弁２７
は、起動空気供給ラインＢ３３−２経由で起動空気供給
ファン２６より導入される空気のメイン燃焼部３０への
流量を制御する。

【００５２】次に、酸化剤ガス（空気）に関わる構成に
ついて説明する。空気供給ファン１５は、空気供給ライ
ンＡ３５−１経由で外部の空気供給源から空気を引き出
す。ファンの回転数などにより、引き出す空気の流量を
制御することが可能である。空気供給弁１６は、空気供
給ラインＢ３５−２経由で空気供給ファン１５より導入
される空気の燃料電池部１への流量を制御する。

【００５３】空気バイパス弁４４は、空気バイパスライ
ンＡ３９−１経由で空気供給ファン１５より導入される
空気の空気予熱部Ｂ４３（後述）への流量を制御する。
空気予熱部Ｂ４３は、熱交換器である。空気バイパスラ
インＡ３９−１経由で低温側に供給される低温の空気
を、排ガスラインＣ４０−３経由で高温側に供給される
高温の燃焼排ガスと熱交換し昇温する。定常運転時に
は、空気バイパス弁４４を閉じ、低温側に何も流さず、
熱交換を行なわない。空気予熱部Ａ１３及び温水熱交換
部１４での熱交換で、燃焼排ガスの熱量が低下するから
である。しかし、夜間等の温水使用量の低下時や燃料電
池部１の立ち上げ時には、温水熱交換部１４の低温側へ
の水の供給を無くし、変わりに燃料電池本体２用の酸化
剤ガスを流すこととする。そうすることにより、温水熱
交換部１４での熱交換量が減少するため、空気予熱部Ｂ
４３においても、燃焼排ガス（高温側）と熱交換が可能
となる。その場合、空気バイパス弁４４を開き、燃料電
池本体２用の酸化剤ガスを流し、酸化剤ガスの予熱用を
行なう。

【００５４】温水／空気切換弁Ａ４５は、三方弁であ
る。温水熱交換部１４（後述）へ供給する媒体として、
空気（空気予熱ラインＡ３７−１経由）、又は、温水
（温水循環ラインＡ３８−１経由）を選択し、その供給
を制御する温水／空気切換弁Ｂ７５は、三方弁である。
温水熱交換部１４へ供給された媒体が空気の場合、空気
予熱ラインＢ３７−４へ流し、温水の場合、温水循環ラ
インＢ３８−２へ流し、それらの供給を制御する。

【００５５】温水熱交換部１４は、熱交換器である。温
水／空気ラインＡ３７−２経由で低温側に供給される低
温の空気又は温水を、排ガスラインＢ４０−２経由で高
温側に供給される高温の燃焼排ガスと熱交換し昇温す
る。定常運転時には、低温側に水を流し、温水を製造す
る。夜間等の温水使用量の低下時や燃料電池部１の立ち
上げ時には、低温側に燃料電池本体２用の酸化剤ガスを
流し、酸化剤ガスの予熱用に用いる。それに連動して、
温水／空気切換弁Ａ４５及び温水／空気切換弁Ｂ４６
は、温水熱交換部１４へ水あるいは空気（酸化剤ガス）
を供給する。

【００５６】インテーク空気冷却部１７は、熱交換器で
ある。空気供給ラインＣ３５−３経由で低温側に供給さ
れる空気を、空気供給ラインＥ３５−５経由で高温側に
供給される空気予熱部Ａ１３（後述）を経由した高温の
空気と熱交換し、昇温する。

【００５７】空気予熱部Ａ１３は、熱交換器である。空
気供給ラインＤ３５−４経由で低温側に供給される空気
を、排ガスラインＡ４０−１経由で高温側に供給される
高温の燃焼排ガス（排ガス燃焼部１２（後述）より）と
熱交換し、昇温する。

【００５８】スタック冷却部１８は、インテーク空気冷
却部１７の高温側の空気を、空気供給ラインＦ３５−６
経由で燃料電池部１に導入し、燃料電池部１の辺縁部で
発生する熱と熱交換し、その空気を昇温する。

【００５９】再生熱交換部１０（燃料ガス側と共通）
は、既述の通りなので説明を省略する。空気圧力計８−
２は、燃料電池部１近傍の空気供給ラインＨ３５−８に
接続されている。空気の圧力を計測する。測定結果は、
燃料電池制御部５０へ出力される。

【００６０】次に、排ガス処理に関わる構成（主に、燃
料電池部１後の排ガスに関わるライン）について説明す
る。排ガス燃焼部１２は、燃料排ガスを燃料供給ライン
Ｉ３１−９経由で、使用済み空気を空気供給ラインＩ３
５−９経由で供給され、それらを燃焼する。燃焼は、燃
焼による熱エネルギーの後段の空気予熱部や熱（温水）
利用設備等での利用、及び、排ガス中の有害物質の除去
のために行なう。燃焼排ガスは、排ガスラインＡ４０−
１から送出される。

【００６１】空気予熱部Ａ１３（酸化剤ガス側と共
通）、温水熱交換部１４（酸化剤ガス側と共通）、空気
予熱部Ｂ４３（酸化剤ガス側と共通）は、既述の通りで
あるのでその説明を省略する。

【００６２】排ガス再循環ファン２１は、排ガスライン
Ｄ４０−４経由で外部に排出される燃焼排ガスの内、一
部を再循環させるために引き出す。引き出された燃焼排
ガスは、一部は燃料ガスの供給ライン（燃料供給ライン
Ｃ３１−３）へ、残りは排ガス燃焼部１２へ再循環され
る。燃料供給ラインＣ３１−３へ向かう燃焼排ガスは、
燃料エジェクタ６での燃料排ガスの再循環の流量調整
に、排ガス燃焼部１２へ向かう燃焼排ガスは、排ガス燃
焼部１２での燃焼のＮＯｘの低減に使用される。

【００６３】排ガスエジェクタ流調弁２３は、排ガスエ
ジェクタ２４（後述）が吸い出す排ガスの量を、自身を
流れる燃焼排ガスの流量により調整する。排ガスエジェ
クタ２４は、排ガス再循環ファン２１から排ガス燃焼部
１２へ向かうガスの流れを用いて、燃焼排ガスの一部
を、排ガス燃焼部１２へ向かうガスの流れへ引き込む。
引き込む流量は、排ガスエジェクタ流調弁２３により制
御される。

【００６４】燃料ガスエジェクタ流調弁２２は、燃料エ
ジェクタ６経由で燃料電池本体２から吸い出す燃料排ガ
スの流量を調整する。

【００６５】補助燃料供給部１９は、排ガス燃焼部１２
での排ガス燃焼の際、燃料ガスが不足する場合の補助燃
料を供給する。本実施例では、メタンガスボンベであ
る。また、温水熱交換部１４における熱交換により製造
される温水の温度が十分に上がらない場合、補助燃料を
供給する。そうすることにより、燃料排ガスとは独立し
て、熱交換用の高温の燃焼排ガスの製造を促す。補助燃
料供給弁２０は、助燃料供給ラインＡ３６−１経由で補
助燃料供給部１９から排ガス燃焼部１２へ供給される燃
料ガス（補助燃料）の流量を制御する。

【００６６】温水に関わる構成について説明する。温水
／空気切換弁Ａ４５（酸化剤ガスと共通）、温水熱交換
部１４（排ガス側と酸化剤ガスと共通）、温水／空気切
換弁Ｂ４６（酸化剤ガスと共通）は、既述の通りである
のでその説明を省略する。

【００６７】温水流調弁４７は、温水循環ライン（３８
−１〜３）に流れる温水の供給を制御する。温水循環ラ
イン（３８−１〜３）は、熱（温水）利用設備に接続さ
れている。そして、温水は、その熱（温水）利用設備に
利用される。

【００６８】次に、熱利用設備４８について説明する。
熱利用設備４８は、温水循環ラインＣ３８−３から温水
を供給され、その熱を利用する設備である。熱利用設備
４８は、吸収冷凍機や、給湯システムに例示される。例
えば、吸収冷凍機では、温水循環ラインを流れる熱媒体
としての温水を用いて、冷水を製造し、冷房や飲料など
に利用する。給湯システムでは、温水循環ラインを流れ
る熱媒体としての温水の温度を調整し、暖房や飲料など
に利用する。

【００６９】その他に、燃料電池システムを適用したコ
ジェネレーションシステムとしては、温水が、高温高圧
の蒸気の場合には、蒸気タービンとの組み合わせなどが
考えられる。

【００７０】（実施例１）次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第１の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、
第１の実施の形態において適用される運転制御部の構成
を示す図である。

【００７１】運転制御部８７は、温度設定部５６と加算
部５７と温度制御部５８とを具備し、燃料電池制御部５
０に属する。燃料電池制御部５０が、燃料電池システム
の各機器から取得している各種情報（後述）の入力に基
づいて、燃料電池１の燃料ガス及び酸化剤ガスの制御の
目標値としてのガス流量情報５５−３を出力する。

【００７２】温度設定部５６は、燃料電池１の運転状態
としての運転情報５２と、燃料電池１の運転経過時間と
しての時間情報５３と、燃料電池１の運転温度としての
温度情報５４とに基づいて、燃料電池１における運転温
度の制御の目標値としての目標温度情報５５−１を出力
する。ここで、運転情報５２は、燃料電池１の運転モー
ド（運転状態）を示し、起動運転モード（燃料電池１を
起動するための運転）、停止運転モード（燃料電池１を
停止するための運転）、夜間運転モード（燃料電池１を
夜間の低負荷に対応させるための運転）、定常運転モー
ド（燃料電池１を高負荷で運転）等に例示される。時間
情報５３は、燃料電池１の運転を行っている経過時間を
示し、各運転モードにおける運転経過時間（時間、分）
で例示される。温度情報５４は、燃料電池１の運転温度
を示し、燃料電池本体２の本体温度計９６で測定される
温度や、燃料電池本体２の入口にある燃料温度計１１−
１及び空気温度計１１−２で計測される温度に例示され
る。目標温度情報５５−１は、燃料電池１の運転モード
における最適な温度変化レートに基づいて算出される制
御の目標となる運転温度である。ここで、運転モードに
おける最適な温度レートは、例えば、起動（又は停止）
運転モードであれば、燃料電池１で熱応力や劣化等の問
題が起こらない安全最適な昇温（又は降温）レートであ
る。この時、昇温（又は降温）レートは、予め設定され
た温度毎（例示：１０℃毎）の運転温度に対して最適な
値が設定される。例えば、運転温度６１０℃：温度レー
ト１０℃／ｈｏｕｒ、である。この運転モードと最適な
温度レートと運転温度との関係を示す最適温度レートデ
ータは、予め決定され燃料電池制御部５０の記憶部（図
示せず）に格納されている。

【００７３】目標温度情報の決定は、例えば、以下のよ
うにして行なう。 （Ａ）目標温度の決定 （Ａ１）運転制御部８７は、運転情報５２から得られる
運転モードと、温度情報５４から得られる運転温度とに
基づいて、最適温度レートデータから、その温度での最
適な温度レートを読み出す。 （Ａ２）温度情報５４から得られる運転温度Ｔ_１と、最
適な温度レートαとに基づいて、予め設定された時間間
隔Δｔ後の次の温度計測時間における、あるべき運転温
度Ｔ（目標温度情報５５−１）を、Ｔ＝Ｔ_１＋αΔｔ、
により決定する。 （Ａ３）その時、時間情報５３の運転経過時間ｔ_１と最
適な温度レートαとから予測されるその時点での許容運
転温度Ｔ_０（＝運転モードの初期温度Ｔ_Ｓ＋ｔ_１×α
（ただし、αが温度により変化する場合には、αのｔ_１
間の積分））と、実際の運転温度Ｔ_１との差（Ｔ_０−Ｔ
_１）の絶対値が、予め設定された第１温度差ΔＴ
_Ｓ１（＞０）以上の場合、運転温度Ｔ_１を、あるべき運
転温度Ｔ（目標温度情報５５−１）に設定する。ただ
し、温度上昇局面で、Ｔ_０＜Ｔ_１、温度下降局面で、Ｔ
_０＞Ｔ_１の場合である。そして、必要に応じて、警報を
発する。温度差ΔＴ_Ｓ１の値は、燃料電池制御部５０の
記憶部（図示せず）に格納されている。

【００７４】加算部５７は、あるべき運転温度（目標温
度情報５５−１）Ｔと、Δｔ後（Δｔは温度設定部５６
での目標温度情報５５−１設定にかかる時間）の温度情
報５４から得られる実際の運転温度Ｔ_２とを比較する
（差を取る）。そして、それらに基づいて、その差分で
ある温度偏差５５−２（ΔＴ）＝Ｔ_２−Ｔを温度制御部
５８へ出力する。なお、加算部５７は、温度制御部５８
に含まれていても良い。

【００７５】温度制御部５８は、ΔＴ（温度偏差５５−
２）の値に基づいて、ＰＩＤ法などの制御方法により、
ΔＴを無くすように、最適な燃料ガスの流量、及び酸化
剤ガスの流量を決定する。そして、それらの最適な燃料
ガスの流量、及び酸化剤ガスの流量を示すガス流量情報
５５−３を出力する。ガス流量情報は、燃料電池制御部
５０において、燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を制御す
るのに用いられる。ただし、ΔＴの絶対値が、予め設定
された第２温度差ΔＴ_Ｓ２（＞０）以上の場合、第２温
度差ΔＴ_Ｓ２を、ΔＴ（温度偏差５５−２）に設定す
る。ただし、温度上昇局面で、Ｔ＜Ｔ_２、温度下降局面
で、Ｔ＞Ｔ_２の場合である。温度差ΔＴ_{Ｓ ２}の値は、燃
料電池制御部５０の記憶部（図示せず）に格納されてい
る。

【００７６】次に、本発明における燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの第１の実施の形態の動
作について説明する。

【００７７】（Ｂ）燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 （Ｂ１）図２に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステムは、然るべき運転モードにおいて、
燃料電池制御部５０により制御されながら運転される。
その際、運転制御部８７は、燃料電池制御部５０から、
予め設定された時間間隔Δｔ毎に、燃料電池１の運転モ
ード（運転情報５２）、燃料電池１の運転温度（温度情
報５４）、その運転モードにおける運転経過時間（時間
情報５３）を取得する。 （Ｂ２）運転制御部８７は、得られた情報に基づいて、
既述の（Ａ）の方法により、あるべき運転温度Ｔ（目標
温度情報）を算出する。 （Ｂ３）その時点で計算される許容運転温度Ｔ_０と、実
際の運転温度Ｔ_１との差の絶対値が、第１温度差ΔＴ
_Ｓ１以上の場合、運転温度Ｔ_１を、あるべき運転温度Ｔ
（目標温度情報５５−１）に設定する。あるいは、警報
を発し、燃料電池システム運転者、管理者等に対処させ
る。 （Ｂ４）運転制御部８７は、あるべき運転温度（目標温
度情報５５−１）Ｔと、Δｔ後の実際の燃料電池１の運
転温度Ｔ_２（温度情報５４）との差分ΔＴ（温度偏差５
５−２）＝Ｔ_２−Ｔを算出する。 （Ｂ５）ΔＴの絶対値が、予め設定された第２温度差Δ
Ｔ_Ｓ２以上の場合、第２温度差ΔＴ_Ｓ２を、ΔＴ（温度
偏差５５−２）に設定する。あるいは、警報を発し、燃
料電池システム運転者、管理者等に対処させる。 （Ｂ６）運転制御部８７は、ΔＴの値に基づいて、ＰＩ
Ｄ法などの制御方法により、ΔＴを無くすように、燃料
電池１の最適な燃料ガスの流量、及び酸化剤ガスの流量
を決定する。 （Ｂ７）そして、それらの最適な燃料ガスの流量、及び
酸化剤ガスの流量を示すガス流量情報５５−３を出力す
る。 （Ｂ８）燃料電池制御部５０は、ガス流量情報５５−３
を用いて、燃料供給弁４や排ガス再循環ファン２１、燃
料ガスエジェクタ流調弁２２などを調整する。そして、
燃料ガスが、ガス流量情報５５−３の最適な燃料ガスの
流量となるように制御する。同様に、燃料電池制御部５
０は、ガス流量情報５５−３を用いて、空気供給ファン
１５や空気供給弁１６などを調整する。そして、酸化剤
ガスが、ガス流量情報５５−３の最適な酸化剤ガスの流
量となるように制御する。

【００７８】上記のように、常に各運転温度毎に設定さ
れた温度変化レートαで運転するので、燃料電池１のセ
ルや各セラミックス部材にかかる熱応力の抑制、触媒の
賦活化や反応の適正な実施などが出来る。すなわち、燃
料電池１の信頼性、安定性を向上し、運転コストやメン
テナンスコストを低減できる。

【００７９】また、温度変化レートの管理について、短
時間（Δｔ）毎のチェック（Ｂ５）だけでなく、各運転
モードでの運転経過時間（５３）でのチェック（Ｂ３）
も行なっている。すなわち、二重に管理しているので、
管理を確実に実行可能である。

【００８０】本発明の上記実施例により、燃料電池シス
テムの起動や停止、夜間運転のような定常運転とは異な
る運転モードにおいも、最適な温度変化レートに従って
運転することが可能となる。すなわち、不適切な温度変
化レートの発生により、燃料電池１の電極や電解質など
の部剤の劣化、触媒の劣化等を抑制することができる。
また、大きな熱応力の発生によるセラミックス部品の破
壊を防止できる。

【００８１】（実施例２）次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第２の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図３は、
本発明における燃料電池システム及びコジェネレーショ
ンシステムが適用される発電システムの構成を示す図で
ある。

【００８２】発電システムは、燃料供給装置５９、燃料
源切換装置６０、コジェネレーションシステム６１、エ
ネルギー配分制御装置６２、直交変換装置６３、送電装
置６４、２次電池６５、水素製造装置６６、水素貯蔵装
置６７、逆潮流システム６８を具備する。また、配管と
して、燃料供給管Ａ６９−１〜燃料供給管Ｂ６９−２、
水素供給管Ａ７３−１、水素供給管Ｂ７３−２を具備す
る。また、電気配線として、水素用電線７０、電線Ａ７
１−１〜電線Ｆ７１−６、蓄電用電線Ａ７２−１〜蓄電
用電線Ｂ７２−２を具備する。

【００８３】燃料供給装置５９は、コジェネレーション
システム６１の燃料電池の運転に必要な燃料ガスを供給
する。燃料供給装置５９は、複数のボンベや、ガスタン
クやガス生成装置に接続されたガスラインに例示され
る。

【００８４】燃料源切換装置６０は、コジェネレーショ
ンシステム６１の燃料電池の運転に必要な燃料として、
燃料供給装置５９から燃料供給管Ａ６９−１経由で供給
される燃料ガスと、水素貯蔵装置６７（後述）から水素
供給管Ｂ７３−２経由で供給される水素ガスとから、い
ずれか一方を選択する。そして、選択されたガスを燃料
供給管Ｂ６９−２を介してコジェネレーションシステム
６１へ供給する。

【００８５】コジェネレーションシステム６１は、図２
で説明したコジェネレーション装置である。エネルギー
配分制御装置６２は、コジェネレーションシステム６１
で発電された電力を、電線Ａ７１−１経由で受け取り、
電力負荷に供給する。また、その際、余剰電力が生じた
場合には、エネルギー配分制御装置６２は、電力会社の
電力供給系統、２次電池６５及び水素製造装置６６のい
ずれか１つに供給する。

【００８６】ここで、余剰電力は、電力負荷へ供給する
電力を計測する送電装置６４の有する電力計の測定値
と、コジェネレーションシステム６１から供給される電
力を計測するエネルギー配分制御装置６２の有する電力
計の測定値とに基づいて算出する。余剰電力が発生した
場合、電力会社へ逆潮流する電力量は、予め電力会社と
の契約で設定された量、あるいは逆潮流システム６８の
能力で設定される量である。２次電池６５への余剰電力
の供給は、余剰電力から逆潮流する電力を引いて残った
ものについて行なう。ただし、その電力は、２次電池６
５の端子間電圧及びその容量に基づいて定まる。水素製
造装置６６への余剰電力の供給は、余剰電力から逆潮流
する電力及び２次電池６５を充電する電力を除いて残っ
た場合に行なう。

【００８７】直交変換装置６３は、コジェネレーション
システム６１で発電された直流の電力を、電線Ｂ７１−
２経由で受け取り、然るべき電圧及び周波数を有する交
流電力に変換する。

【００８８】送電装置６４は、直交変換装置６３で変換
された交流電力を、電線Ｃ７１−３経由で受け取り、電
線Ｄ７１−４経由で電力負荷へ供給する。また、コジェ
ネレーションシステム６１で発電された電力の内、電力
負荷で消費されない余剰電力が発生し、電力会社の電力
供給系統へ逆潮流する場合には、電線Ｅ７１−５経由で
逆潮流システム６８へ供給する。電力負荷へ供給する電
力を計測する電力計と、電力会社の電力供給系統へ逆潮
流する電力を計測する電力計とを有する。それらの計測
結果は、エネルギー配分制御装置６２へ出力される。

【００８９】逆潮流システム６８は、送電装置６４から
供給された交流電力（余剰電力）を、逆潮流する電力に
求められる然るべき特性（予め電力会社との契約で設
定）を有する交流電力へ変換する。そして、その交流電
力を電線Ｆ７１−６経由で電力会社の電力供給系統へ逆
潮流する。

【００９０】２次電池６５は、既述の余剰電力の内、電
力会社との契約や、装置の容量の上限、電力逆潮流レー
トの制限等の理由により逆潮流できない分を、充電用電
線Ａ７２−１経由で蓄電する。この２次電池６５の電力
は、コジェネレーションシステム６１で発電する電力で
は、電力負荷を賄いきれない場合に、充電用電線Ｂ７２
−２−エネルギー配分制御装置６２経由で電力負荷へ供
給する。水素製造装置６６の電力としても使用すること
が出来る。また、コジェネレーションシステム６１に電
気自動車用の電気充電スタンドを併設すれば、電気自動
車や燃料電池自動車のバッテリーの充電用に用いること
が出来る。

【００９１】水素製造装置６６は、既述の余剰電力の
内、逆潮流が出来ず、且つ、装置の容量の上限、蓄電レ
ートの制限等の理由により２次電池６５に蓄電出来ない
分を、水素用電線７０経由で供給される。そして、水素
製造装置６６は、その電力を用いて、水の電気分解によ
り水素ガスを製造する。水素貯蔵装置６７は、水素製造
装置６６で製造された水素ガスを水素供給管Ａ７３−１
経由で受け取り、貯蔵する。また、コジェネレーション
システム６１の燃料電池の運転用に水素供給管Ｂ７３−
１経由で水素ガスを燃料源切換装置６０へ供給する。ま
た、コジェネレーションシステム６１に燃料電池自動車
用の水素補給スタンドを併設すれば、燃料電池自動車の
水素供給用に用いることが出来る。

【００９２】（Ｃ）燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 （Ｃ１）図２に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステム６１は、然るべき運転モードにおい
て、燃料電池制御部５０により制御されながら運転され
る。その際、燃料供給装置５９は、燃料ガスを燃料源切
換装置６０に供給している。燃料源切換装置６０は、燃
料ガスをコジェネレーションシステム６１に供給してい
る。コジェネレーションシステム６１の燃料電池１は、
燃料ガスと酸化剤ガス（図示せず）とを供給され、発電
を行ない、燃料電池電力として出力している。 （Ｃ２）通常、電力負荷に追従して発電を行なうので、
余剰電力の発生は無い。従って、エネルギー配分制御装
置６２は、直交変換装置６３−送電装置６４経由で、燃
料電池電力を電力負荷へ供給する。 （Ｃ３）燃料電池１は、起動／停止に時間がかかるの
で、連続運転を行っている。そのとき、運転維持のため
の最低電力を維持する必要があり、夜間のような電力負
荷が低下する場合には、余剰電力が発生することがあ
る。エネルギー配分制御装置６２は、送電装置６４から
の電力負荷へ供給する電力の測定値と、コジェネレーシ
ョンシステム６１から供給される電力の測定値とに基づ
いて余剰電力を算出する。 （Ｃ４）余剰電力が発生した場合、余剰電力の有効な処
理方法として、エネルギー配分制御装置６２は、送電装
置６４を制御して、余剰電力分を、電線Ｆ７１−６経由
で電力会社の電力供給系統へ逆潮流する。 （Ｃ５）電力供給系統へ逆潮流が出来ない場合、あるい
はそれでも余剰電力が存在する場合には、エネルギー配
分制御装置６２は、２次電池６５に、余剰電力を供給す
る。２次電池６５は、余剰電力を蓄える。 （Ｃ６）更に、２次電池６５に蓄電が出来ない場合、あ
るいはそれでも余剰電力が存在する場合には、エネルギ
ー配分制御装置６２は、水素製造装置６６へ、余剰電力
を供給する。水素製造装置６６は、市水から純水を製造
し、純水を電気分解することにより水素ガスを製造す
る。 （Ｃ７）水素製造装置６６により製造された水素ガス
は、水素貯蔵装置６７で貯蔵する。このとき、運転維持
のための最低電力で、水素製造装置６６が運転可能であ
れば、運転維持のための最低電力の発電を効率的に継続
することが可能となる。

【００９３】発電システム全体のコストを低減するため
に、余剰電力の配分の順序を、第１番目に電力供給系
統、第２番目に２次電池６５、第３番目に水素製造装置
６６／水素貯蔵装置６７としている。これは、余剰電力
の最初の行き先を電力供給系統にすることにより、２次
電池６５及び水素製造装置６６／水素貯蔵装置６７の容
量を小さくすることが出来、システムのコストを低減す
ることが出来る。また、２次電池６５のコスト＜水素製
造装置６６／水素貯蔵装置６７のコスト、であるから、
２番目の行き先を２次電池６５にすることにより、水素
製造装置６６／水素貯蔵装置６７の容量を小さくするこ
とが出来、システムのコストを低減することが出来る。

【００９４】本発明の上記実施例により、夜間のような
電力負荷の著しく少ない状況においても、余剰電力無駄
無く有効に用いることが出来、システムとしての効率が
向上し、ランニングコストを低減することが出来る。そ
して、そのシステムの設備コストを低く抑えながら、そ
れらを実施することが可能となる。

【００９５】また、コジェネレーションシステム６１に
電気自動車／燃料電池自動車用の電気充電／水素補給ス
タンドを併設すれば、電気自動車や燃料電池自動車のバ
ッテリーの充電用及び燃料電池自動車の水素供給用に用
いることが出来る。

【００９６】（実施例３）次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第３の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図４は、
第３の実施の形態において適用される運転補正部の構成
を示す図である。

【００９７】運転補正部９７は、１次補正部７８、２次
補正部７９、３次補正部８０、加算部８１〜加算部８
３、補正制御部４９を具備し、燃料電池制御部５０に属
する。燃料電池制御部５０が、燃料電池システムから取
得している熱負荷の実測値（後述）としての熱負荷情報
７４の入力に基づいて、燃料電池システムへの運転指令
としての運転補正情報４２を出力する。ここで、熱負荷
の実測値は、図２の熱利用設備４８における単位時間あ
たりの熱量の消費量である。それは、例えば、温水循環
ライン３８を流れる温水の流量と、その温水の温度変化
により容易に計算できる。実測値として、温水の流量が
一定であれば、単に温水の温度を用いることも可能であ
る。

【００９８】１次補正部７８は、１日前、あるいは１週
間前の同じ曜日における、実際の熱負荷の需要の変化量
に基づいて、その日の、その時間での熱負荷の需要を予
測し、予測の結果としての１次補正情報８４を出力す
る。予測方法としては、例えば以下のような方法があ
る。 （Ｄ）熱負荷の需要の予測（１次補正情報８４） （Ｄ１）１週間前の同じ曜日における実際の熱負荷の需
要の変化のデータ１日分（以下「実績需要曲線Ｄ
_０（ｔ）」）を、燃料電池制御部５０の記憶部（図示せ
ず）から取得する。 （Ｄ２）季節や月、曜日、天気、地域などの要素に基づ
いて、予め設定された係数β（ｔ）を、燃料電池制御部
５０の記憶部（図示せず）から取得する。 （Ｄ３）Ｄ_０（ｔ）に、係数βをかけて、その日の熱負
荷の需要の予測曲線Ｄ（ｔ）＝β（ｔ）Ｄ_０（ｔ）を求
める。 （Ｄ４）需要の予測曲線Ｄ（ｔ）＝β（ｔ）Ｄ_０（ｔ）
から、需要を予測する時刻ｔ_１での、熱負荷の需要の予
測Ｄ（ｔ_１）＝β（ｔ_１）Ｄ_０（ｔ_１）を読み出し、１
次補正情報８４とする。

【００９９】加算部８１は、熱負荷の需要の予測である
１次補正情報８４（Ｄ（ｔ_１））と、熱負荷の需要の実
測値Ｄ_１（ｔ_１）とを比較する（差を取る）。そして、
それらに基づいて、その差分ΔＤ_１＝Ｄ_１（ｔ_１）−Ｄ
（ｔ_１）を、第１差分７５として、加算部８２へ出力す
る。なお、加算部８１は、１次補正部７８に含まれてい
ても良い。

【０１００】２次補正部７９は、その日の特殊事情の情
報に基づいて、その日の、その時間での熱負荷の需要の
変動を予測し、予測の結果としての２次補正情報を出力
する。予測方法としては、例えば以下のような方法があ
る。特殊事情は、例えば、同じ電力系統内の他の発電プ
ラントの停止である。この場合、その発電プラントが賄
っていた熱量を、他の発電プラントで分担する必要があ
る。従って、その発電プラントが賄っていた熱量を、他
の発電プラントの数で割った熱量の負担が増加する。こ
の増加分ΔＤ_２を２次補正情報８５として出力する。

【０１０１】加算部８２は、第１差分７５（ΔＤ_１）と
２次補正情報８５（ΔＤ_２）とを比較する（差を取
る）。そして、それらに基づいて、その差分ΔＤ_３を第
２差分７６として加算部８３へ出力する。なお、加算部
８２は、２次補正部７９に含まれていても良い。なお、
２次補正情報８５（ΔＤ_２）は、その種類により第１差
分７５（ΔＤ_１）に加える場合もある。

【０１０２】３次補正部８０は、従来知られたＡＲＭＡ
（Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｍｏｖｉｎｇ ａｖｅ
ｒａｇｅ）モデル等による統計処理を用いて、その日の
短時間（数分〜数時間の予め設定された時間）前の熱負
荷の需要の実測値に基づいて、予め設定された短時間毎
（数１０分毎〜１時間毎）の予測値と実測値の誤差とを
生成する。この時の偶発的変動値である予測値ΔＤ_４を
３次補正情報８６として出力する。

【０１０３】加算部８３は、第２差分７６（ΔＤ_３）と
３次補正情報８６（ΔＤ_４）とを比較する（差を取
る）。そして、それらに基づいて、その差分Δ_５を第３
差分７７として補正制御部４９へ出力する。なお、加算
部８３は、３次補正部８０に含まれていても良い。な
お、３次補正情報８６（ΔＤ_４）は、その種類により第
２差分７６（ΔＤ_３）に加える場合もある。

【０１０４】補正制御部４９は、第３差分７７（Δ
Ｄ_５）の値に基づいて、ＰＩＤ法などの制御方法によ
り、温水循環ライン３８に流す最適な温水の流量、ある
いは、排ガス燃焼部１２に供給する補助燃料ガスの流量
を決定する。そして、それらの最適な温水の流量、ある
いは、補助燃料ガスの量を示す運転補正情報４２を出力
する。ガス流量情報は、燃料電池制御部５０において、
温水の流量、あるいは、補助燃料ガスの量を制御するの
に用いられる。

【０１０５】なお、補正制御部４９は、加算部８１〜加
算部８３を含んでいても良い。

【０１０６】次に、本発明における燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの第３の実施の形態の動
作について説明する。

【０１０７】（Ｅ）燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 （Ｅ１）図２に示す燃料電池システムを有するコジェネ
レーションシステムは、然るべき運転モードにおいて、
燃料電池制御部５０により制御されながら運転される。
その際、温水熱交換部１４において、熱交換され高温と
なった温水は、温水／空気ラインＢ３７−３−温水／空
気切換弁Ｂ４６−温水循環ラインＢ３８−２−温水流調
弁４７−温水循環ラインＣ３８−３経由で熱利用設備４
８に供給される。熱利用設備４８は、温水の熱量を利用
する。低温となった温水は、温水循環ラインＡ３８−１
−温水／空気切換弁Ａ４５−温水／空気ラインＡ３７−
２経由で温水熱交換部１４へ還流される。そのとき、熱
利用設備４８は、自身が消費する熱量（熱負荷の需要）
を測定する。その熱負荷の需要の実測値は、熱負荷情報
７４として、燃料電池制御部５０へ出力される。 （Ｅ２）運転補正部９７は、得られた熱負荷情報７４に
基づいて、既述の（Ｄ）の方法により、１次補正情報８
４を算出する。 （Ｅ３）運転補正部９７は、１次補正情報８４と、熱負
荷情報７４との差分である第１差分７５を算出する。 （Ｅ４）運転補正部９７は、２次補正情報８５を算出す
る。 （Ｅ５）運転補正部９７は、２次補正情報８５と、第１
差分７５との差分（又は加算したもの）である第２差分
７６を算出する。 （Ｅ６）運転補正部９７は、３次補正情報８６を算出す
る。 （Ｅ７）運転補正部９７は、３次補正情報８６と、第２
差分７６との差分（又は加算したもの）である第３差分
７７を算出する。 （Ｅ８）運転補正部９７は、第３差分７７の値に基づい
て、ＰＩＤ法などの制御方法により、温水循環ライン３
８に流す最適な温水の流量、あるいは、排ガス燃焼部１
２へ供給する補助燃料ガスの流量を決定し、運転補正情
報４２として出力する。 （Ｅ９）運転補正情報４２は、燃料電池制御部５０にお
いて、温水の流量、あるいは、燃料排ガスの量を制御す
るのに用いられる。 （Ｅ１０）燃料電池制御部５０は、運転補正情報４２を
用いて、温水流調弁４を調整することにより、温水の流
量を制御する。また、補助燃料供給弁２０を調整するこ
とにより、排ガス燃焼部１２に供給される補助燃料ガス
の流量を制御する。そして、温水が熱利用設備４８に最
適な熱量を供給するように制御する。

【０１０８】熱負荷の変化に対しては、熱容量の影響に
より、素早く供給量を変動させることは困難であった。
すなわち、熱負荷の需要の変化に対して、フィードバッ
ク制御では、遅れが発生し、素早く対応することが難し
かった。しかし、上記のように、過去の熱負荷の実績
や、特殊事情、短時間毎の統計処理により、精度良く熱
負荷の需要の予測を行なうことにより、熱量の生成に関
してフィードフォワード制御を行なうことが可能とな
る。

【０１０９】本発明の上記実施例により、熱負荷が減少
してもフィードフォワードで制御を行なっており、迅速
に対応でき、応答の遅れを抑制することが出来る。そし
て、燃料電池システムが発生する熱エネルギーを無駄に
することが無く、効率よく使用することが可能となる。
また、熱負荷が増加しても同様に迅速に対応でき、応答
の遅れを抑制することが出来る。そして、熱利用設備に
供給する熱量に不足が無く、かつ過剰な供給を行なうこ
とも無い。すなわち、省エネルギーなシステムとなり、
運転コストを低減することが可能となる。

【０１１０】（実施例４）次に、本発明における燃料電
池システム及びコジェネレーションシステムの第４の実
施の形態について、図面を参照して説明する。図５は、
第４の実施の形態において適用される非常制御部の構成
を示す図である。

【０１１１】非常制御部９８は、燃焼器失火判定部８８
と、非常停止制御部８９とを具備し、燃料電池制御部５
０に属する。燃料電池制御部５０が燃料電池システムの
起動燃焼部７において各測定機器から取得している各種
情報（後述）について、それらの情報の入力に基づい
て、燃料電池１の運転を制御するための機器対処情報９
１及びガス対処情報９２を出力する。

【０１１２】燃焼器失火判定部８８は、起動燃焼器７の
火炎情報９３と、起動燃焼器７のガス濃度情報９４と、
起動燃焼器７の温度情報９５とに基づいて、起動燃焼器
７のバーナーの火炎の失火の判定を行なう。そして、失
火と判定した場合に、失火を示す失火情報９０を出力す
る。但し、火炎情報９３は、起動燃焼器７のバーナーの
火炎の状態（火炎が存在するかどうか）を示す。ここで
は、起動燃焼器７のフレームロッドの火炎の検知信号で
ある。ガス濃度情報９４は、起動燃焼器７内での燃料ガ
ス及び酸化剤ガスの濃度を示す。起動燃焼器７の燃料ガ
スの濃度を測定するメタン濃度計、及び酸化剤ガスの濃
度を測定する酸素濃度計の測定値である。温度情報９５
は、起動燃焼器７内での雰囲気及び火炎の温度を示す。
起動燃焼器７内の雰囲気温度を測定する熱電対、及びバ
ーナーの火炎の温度を測定する熱電対の測定値である。
上記の各情報は、燃料電池制御部５０経由で取得しても
良いし、直接取得しても良い。

【０１１３】失火の判定は、以下の場合、失火と判定す
る。 （Ｆ）失火の判定 火炎情報９３については、 ａ．フレームロッドの火炎の検知信号が、火炎検知せず
の信号を出力した場合。ガス濃度情報９４については、 ｂ１．メタン濃度計におけるメタン濃度が増加した場
合。 ｂ２．酸素濃度計における酸素濃度が増加した場合。 温度情報９５については、 ｃ１．起動燃焼器７の雰囲気温度が低下した場合。 ｃ２．バーナーの火炎の温度が低下した場合。 である。これらのうち、１つでも発生した場合に、直ち
に失火と判定する。ただし、予め設定された時間内に、
これらのうち２つ（あるいは、それ以上でも良い）発生
した場合に、失火と判定するとしても良い。その場合に
は、より確実な判定をすることが出来る。非常停止制御
部８９は、燃焼器失火判定部８８から失火情報９０の入
力に基づいて、起動燃焼部７への燃料ガス及び酸化剤ガ
スの供給を停止するための指令であるガス対処情報９２
を出力する。それと同時に、燃料電池１を停止するため
の指令である機器対処情報９１を出力する。それらの情
報は、燃料電池制御部５０において、起動燃焼部７への
燃料ガス及び酸化剤ガスの流量の制御、及び燃料電池１
の運転を停止する制御に用いられる。

【０１１４】次に、本発明における燃料電池システム及
びコジェネレーションシステムの第４の実施の形態の動
作について説明する。

【０１１５】（Ｇ）燃料電池システム及びコジェネレー
ションシステムの動作 （Ｇ１）燃料電池の立上げ時、先ず、パイロット燃焼部
２９にメタン及び空気を供給し、燃焼を行なう。その燃
焼排ガスで、燃料電池本体２及び燃料電池１の燃料系供
給ラインに残留する酸素成分をパージする。そして、燃
料電池１を加熱するために、メイン燃焼部３０にメタン
及び空気を供給し、パイロット燃焼部２９の種火を用い
て、燃焼を開始する。その高熱の燃焼ガスにより、燃料
系供給ライン及び燃料電池１が加熱される。燃料電池１
の運転温度まで昇温する。非常制御部９８は、燃料電池
制御部５０から、予め設定された時間間隔Δｔ毎に、起
動燃焼器７のフレームロッドの火炎の検知信号（火炎情
報９３）、起動燃焼器７のメタン濃度及び酸素濃度（ガ
ス濃度情報９４）、起動燃焼器７内の雰囲気温度及びバ
ーナーの火炎の温度（温度情報９５）を取得する。 （Ｇ２）非常制御部９８は、既述の（Ｆ）の方法によ
り、起動燃焼器７のバーナーの火炎の失火の判定を行な
う。 （Ｇ３）非常制御部９８は、失火と判定した場合に、失
火を示す失火情報９０を出力する。 （Ｇ４）非常制御部９８は、失火情報９０の入力に基づ
いて、起動燃焼部７への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給
を停止するための指令であるガス対処情報９２を出力す
る。それと同時に、燃料電池１を停止するための指令で
ある機器対処情報９１を出力する。 （Ｇ５）燃料電池制御部５０は、ガス対処情報９２に基
づいて、パイロット燃焼部２９へのメタンと空気の供給
を停止するために、パイロット燃料供給弁２５とパイロ
ット空気供給弁２８の弁を閉止し、起動空気供給ファン
２６を停止する。それと共に、メイン燃焼部３０へのメ
タンと空気の供給を停止するために、燃料供給弁４と起
動空気供給弁２７を閉止する。同時に、燃料電池制御部
５０は、機器対処情報９１に基づいて、燃料電池１の起
動時に動作していた各弁を閉止し、各機器を停止する。
その他、停止に関わる各種制御を行なう。

【０１１６】本実施例では、起動時にガスの予熱を行な
う燃焼器について説明したが、起動時だけでなく、燃料
電池の定常運転時にガスの予熱を行なう燃焼器を用いて
いる場合には、その燃焼器にも利用可能である。

【０１１７】本発明の上記実施例により、燃料電池シス
テムの起動時に、燃料電池１及び周辺ガスラインの加熱
用の起動燃焼器７が失火しても、素早く失火を検知し、
迅速に停止作業を実行する。従って、燃料ガスの充満に
よる爆発の危険性が無い。すなわち、安全に起動を実行
することが可能となる。

【０１１８】

【発明の効果】本発明により、燃料電池を有するコジェ
ネレーションシステムにおいて、発生するエネルギーを
有効に利用することが出来、システム起動／停止時の運
転を適切に制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池システム及びコジェネレーシ
ョンシステムの第１の実施の形態における運転制御部の
構成図である。

【図２】本発明である燃料電池システム及びコジェネレ
ーションシステムの実施の形態における構成を示す図で
ある。

【図３】本発明における燃料電池システム及びコジェネ
レーションシステムの第２の実施の形態に関わる発電シ
ステムの構成図である。

【図４】本発明の燃料電池システム及びコジェネレーシ
ョンシステムの第３の実施の形態における運転補正部の
構成図である。

【図５】本発明の燃料電池システム及びコジェネレーシ
ョンシステムの第４の実施の形態における非常制御部の
構成図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池部 ２ 燃料電池本体 ３−１ センサ ３−２ 燃料濃度計 ３−３ 酸化剤濃度計 ３−４ 温度計Ａ ３−５ 温度計Ｂ ４ 燃料供給弁 ５ 排ガス昇温熱交換部 ６ 燃料エジェクタ ７ 起動燃焼部 ８−１ 燃料圧力計 ８−２ 空気圧力計 ９ 濃度計 １０ 再生熱交換部 １１−１ 燃料温度計 １１−２ 空気温度計 １２ 排ガス燃焼部 １３ 空気予熱部Ａ １４ 温水熱交換部 １５ 空気供給ファン １６ 空気供給弁 １７ インテーク空気冷却部 １８ スタック冷却部 １９ 補助燃料供給部 ２０ 補助燃料供給弁 ２１ 排ガス再循環ファン ２２ 燃料ガスエジェクタ流調弁 ２３ 排ガスエジェクタ流調弁 ２４ 排ガスエジェクタ ２５ パイロット燃料供給弁 ２６ 起動空気供給ファン ２７ 起動空気供給弁 ２８ パイロット空気供給弁 ２９ パイロット燃焼部 ３０ メイン燃焼部 ３１−１ 燃料供給ラインＡ ３１−２ 燃料供給ラインＢ ３１−３ 燃料供給ラインＣ ３１−４ 燃料供給ラインＤ ３１−５ 燃料供給ラインＥ ３１−６ 燃料供給ラインＦ ３１−７ 燃料供給ラインＧ ３１−８ 燃料供給ラインＨ ３１−９ 燃料供給ラインＩ ３２−１ 起動燃料供給ラインＡ ３２−２ 起動燃料供給ラインＢ ３３−１ 起動空気供給ラインＡ ３３−２ 起動空気供給ラインＢ ３３−３ 起動空気供給ラインＣ ３３−４ 起動空気供給ラインＤ ３３−５ 起動空気供給ラインＥ ３４ 燃料循環ライン ３５−１ 空気供給ラインＡ ３５−２ 空気供給ラインＢ ３５−３ 空気供給ラインＣ ３５−４ 空気供給ラインＤ ３５−５ 空気供給ラインＥ ３５−６ 空気供給ラインＦ ３５−７ 空気供給ラインＧ ３５−８ 空気供給ラインＨ ３５−９ 空気供給ラインＩ ３６−１ 補助燃料供給ラインＡ ３６−２ 補助燃料供給ラインＢ ３７−１ 空気予熱ラインＡ ３７−２ 温水／空気ラインＡ ３７−３ 温水／空気ラインＢ ３７−４ 空気予熱ラインＢ ３８−１ 温水循環ラインＡ ３８−２ 温水循環ラインＢ ３８−３ 温水循環ラインＣ ３９−１ 空気バイパスラインＡ ３９−２ 空気バイパスラインＢ ３９−３ 空気バイパスラインＣ ４０−１ 排ガスラインＡ ４０−２ 排ガスラインＢ ４０−３ 排ガスラインＣ ４０−４ 排ガスラインＤ ４１−１ 排ガス再循環ラインＡ ４１−２ 排ガス再循環ラインＢ ４１−３ 排ガス再循環ラインＣ ４１−４ 排ガス再循環ラインＤ ４１−５ 排ガス再循環ラインＥ ４１−６ 排ガス再循環ラインＦ ４１−７ 排ガス再循環ラインＧ ４２ 運転補正情報 ４３ 空気予熱部Ｂ ４４ 空気バイパス弁 ４５ 温水／空気切換弁Ａ ４６ 温水／空気切換弁Ｂ ４７ 温水流調弁 ４８ 熱利用設備 ４９ 補正制御部 ５０ 燃料電池制御部 ５１ ケーブル ５２ 運転情報 ５３ 時間情報 ５４ 温度情報 ５５−１ 目標温度情報 ５５−２ 温度偏差 ５５−３ ガス流量情報 ５６ 温度設定部 ５７ 加算部 ５８ 温度制御部 ５９ 燃料供給装置 ６０ 燃料源切換装置 ６１ コジェネレーションシステム ６２ エネルギー配分制御装置 ６３ 直交変換装置 ６４ 送電装置 ６５ ２次電池 ６６ 水素製造装置 ６７ 水素貯蔵装置 ６８ 逆潮流システム ６９−１ 燃料供給管Ａ ６９−２ 燃料供給管Ｂ ７０ 水素用電線 ７１−１ 電線Ａ ７１−２ 電線Ｂ ７１−３ 電線Ｃ ７１−４ 電線Ｄ ７１−５ 電線Ｅ ７１−６ 電線Ｆ ７２−１ 蓄電用電線Ａ ７２−２ 蓄電用電線Ｂ ７３−１ 水素供給管Ａ ７３−２ 水素供給管Ａ ７４ 熱負荷情報 ７５ 第１差分 ７６ 第２差分 ７７ 第３差分 ７８ １次補正部 ７９ ２次補正部 ８０ ３次補正部 ８１ 加算部 ８２ 加算部 ８３ 加算部 ８４ １次補正情報 ８５ ２次補正情報 ８６ ３次補正情報 ８７ 運転制御部 ８８ 燃焼器失火判定部 ８９ 非常停止制御部 ９０ 失火情報 ９１ 機器対処情報 ９２ ガス対処情報 ９３ 火炎情報 ９４ ガス濃度情報 ９５ 温度情報 ９６ 本体温度計 ９７ 運転補正部 ９８ 非常制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ａ Ｚ 8/12 8/12 (72)発明者 渡部 正治 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 岸沢 浩 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 横谷 武久 東京都港区高輪二丁目19番13号 株式会社 菱友システム技術内 (72)発明者 村田 良一 東京都港区高輪二丁目19番13号 株式会社 菱友システム技術内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA11 BA13 DD03 KK31 KK46 MM12

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力として
   の燃料電池電力を発電する燃料電池と、 前記燃料電池の運転状態としての運転情報と、前記燃料
   電池の運転経過時間としての時間情報と、前記燃料電池
   の運転温度としての温度情報とに基づいて、前記運転温
   度が、予め設定された温度変化レートで変化するよう
   に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの目標値としての
   ガス流量情報を出力する運転制御部と、 を具備する、燃料電池システム。
2. 【請求項２】前記運転制御部は、 前記運転情報と前記時間情報と前記温度情報とに基づい
   て、前記運転温度が前記温度変化レートで変化する場合
   の、予め設定された時間間隔後の前記運転温度の目標値
   としての目標温度情報を出力する温度設定部と、 前記目標温度情報と前記時間間隔後の前記温度情報とに
   基づいて、前記ガス流量情報を出力する温度制御部と、 を具備する、 請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 【請求項３】前記運転経過時間は、前記燃料電池の運転
   モード毎に計測され、 前記温度設定部は、前記運転経過時間と前記温度変化レ
   ートとに基づいて求まる許容運転温度と、前記運転温度
   との差の絶対値が、予め設定された第１温度差以上の場
   合、前記運転温度を前記目標値とする、 請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 【請求項４】前記温度制御部は、前記目標値と前記時間
   間隔後の前記運転温度との差が、予め設定された第２温
   度差以上の場合、前記第２温度差に基づいて、前記ガス
   流量情報を出力する、請求項２又は３に記載の燃料電池
   システム。
5. 【請求項５】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力として
   の燃料電池電力を発電する燃料電池と、 前記燃料電池の発電の際に生成される熱を利用する熱利
   用設備の熱負荷の状態としての熱負荷情報と、前記熱負
   荷の需要の予測値とに基づいて、前記燃料電池の運転条
   件の補正としての運転補正情報を出力する運転補正部
   と、 を具備する、 燃料電池システム。
6. 【請求項６】前記運転補正部は、 予め設定された過去の日における実際の１日の熱負荷の
   需要の変化に基づいて、予測対象日の１日の熱負荷の需
   要の予測を行ない、予測の結果としての１次補正情報を
   出力する１次補正部と、 前記予測対象日の特殊事情に基づいて、前記特殊事情に
   よる熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果としての
   ２次補正情報を出力する２次補正部と、 直前の予め設定された時間前における実際の熱負荷の需
   要の変化に基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の
   需要の予測を行ない、予測の結果としての３次補正情報
   を出力する３次補正部と、 前記熱負荷情報と、前記１次補正情報と、前記２次補正
   情報と、前記３次補正情報とに基づいて、前記運転補正
   情報を出力する補正制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
7. 【請求項７】燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方
   の予熱を行なう燃焼器と、 前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスにより電力としての燃
   料電池電力を発電する燃料電池と、 前記燃焼器の火炎の状態としての火炎情報と、前記燃料
   ガス及び前記酸化剤ガスの前記燃焼器内での濃度として
   のガス濃度情報と、前記燃焼器内の温度としての温度情
   報とに基づいて、前記火炎の失火の判定を行ない、失火
   と判定した場合に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの
   目標値としてのガス対処情報と、前記燃料電池の運転を
   制御する機器対処情報とを出力する非常制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
8. 【請求項８】前記非常制御部は、 前記火炎情報と、前記ガス濃度情報と、前記温度情報と
   に基づいて、前記火炎の失火の判定を行ない、失火と判
   定した場合に、失火情報を出力する燃焼器失火判定部
   と、 前記失火情報に基づいて、前記ガス対処情報と、前記機
   器対処情報とを出力する非常停止制御部と、 を具備する、請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 【請求項９】前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池で
   ある、 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池システ
   ム。
10. 【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか一項に記載の
    燃料電池システムと、 前記燃料電池の発電の際に生成される熱を利用する前記
    熱利用設備と、 を具備する,コジェネレーションシステム。
11. 【請求項１１】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
    ての燃料電池電力を発電し、電力負荷へ供給する燃料電
    池と、 前記燃料電池電力の内、電力負荷で使用されない余剰電
    力を、電力会社の電力供給系統へ逆潮流する逆潮流シス
    テムと、 前記余剰電力を蓄電する２次電池と、 前記余剰電力を用い、水素の製造を行なう水素製造装置
    と、 前記水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、 前記余剰電力を前記逆潮流、前記余剰電力の蓄電、前記
    水素の製造の優先度で分配するエネルギー配分制御部
    と、 を具備する、 コジェネレーションシステム。
12. 【請求項１２】前記燃料電池は、前記水素貯蔵装置に貯
    蔵された前記水素を前記燃料ガスとして使用する、 請求項１１に記載のコジェネレーションシステム。
13. 【請求項１３】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
    ての燃料電池電力を発電する燃料電池の運転状態として
    の運転情報と、前記燃料電池の運転経過時間としての時
    間情報と、前記燃料電池の運転温度としての温度情報と
    を取得するステップと、 前記運転情報と前記時間情報と前記温度情報とに基づい
    て、前記運転温度が前記温度変化レートで変化する場合
    の、予め設定された時間間隔後の前記運転温度の目標値
    としての目標温度情報を出力するステップと、 前記目標温度情報と前記時間間隔後の前記温度情報とに
    基づいて、前記ガス流量情報を出力するステップと、 を具備する、 燃料電池システム運転方法。
14. 【請求項１４】燃料ガス及び酸化剤ガスにより電力とし
    ての燃料電池電力を発電する燃料電池の発電の際に生成
    される熱を利用する熱利用設備の熱負荷の状態としての
    熱負荷情報を取得するステップと、 予め設定された過去の日における実際の１日の熱負荷の
    需要の変化に基づいて、予測対象日の１日の熱負荷の需
    要の予測を行ない、予測の結果としての１次補正情報を
    算出するステップと、 前記熱負荷情報と前記１次補正情報との差分である第１
    差分を算出するステップと、 前記予測対象日の特殊事情に基づいて、前記特殊事情に
    よる熱負荷の需要の予測を行ない、予測の結果としての
    ２次補正情報を出力するステップと、 前記第１差分と、前記２次補正情報との差分である第２
    差分を算出するステップと、 直前の予め設定された時間前における実際の熱負荷の需
    要の変化に基づいて、予め設定された時間毎の熱負荷の
    需要の予測を行ない、予測の結果としての３次補正情報
    を算出するステップと、 前記第２差分と、前記３次補正情報との差分である第３
    差分を算出するステップと、 前記第３差分に基づいて、前記燃料電池の運転条件の補
    正としての運転補正情報を算出するステップと、 を具備する、燃料電池システム運転方法。
15. 【請求項１５】燃料電池に用いる燃料ガス及び酸化剤ガ
    スの少なくとも一方の予熱を行なう燃焼器の火炎の状態
    としての火炎情報と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガス
    の前記燃焼器内での濃度としてのガス濃度情報と、前記
    燃焼器内の温度としての温度情報とに基づいて、前記火
    炎の失火の判定を行なうステップと、 失火と判定した場合に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガ
    スを、予め設定された手順に基づいて停止するステップ
    と、 前記燃料電池の運転を、予め設定された手順に基づいて
    停止するステップと、を具備する、 燃料電池システム運転方法。
16. 【請求項１６】コジェネレーションシステムの有する燃
    料電池が発電した電力としての燃料電池電力を電力負荷
    へ供給するステップと、 前記燃料電池電力の内、前記電力負荷で使用されない電
    力としての第１余剰電力を、電力会社の電力供給系統に
    逆潮流するステップと、 前記電力供給系統に供給できない分の前記第１余剰電力
    としての第２余剰電力を、２次電池へ供給するステップ
    と、 前記２次電池に供給できない分の前記第２余剰電力とし
    ての第３余剰電力を、水素製造装置へ供給するステップ
    と、 前記水素製造装置で生成された水素を水素貯蔵装置に貯
    蔵するステップと、を具備する、 コジェネレーションシステム運転方法。
17. 【請求項１７】請求項１３〜請求項１６のいずれか一項
    に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログ
    ラム。