JP2005038676A - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止し、かつシステムの省エネルギー性を向上させる燃料電池コージェネレーションシステムを提供するものである。
【解決手段】電力負荷検出手段５と、熱負荷検出手段１９と、電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段２１と温水消費量予測手段２０とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池１の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を備えたものである。従って、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】電力負荷検出手段５と、熱負荷検出手段１９と、電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段２１と温水消費量予測手段２０とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池１の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を備えたものである。従って、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気と熱とを発生させる燃料電池からの排熱により加熱された湯を貯湯タンクに蓄えるとともに、燃料電池の発電電力量を制御する制御手段とを備えて構成した家庭用燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池の発電電力に応じて発生する熱を貯湯タンクに一旦蓄え、給湯需要に応じて供給するようにしている。給湯需要が多くて、貯湯タンク内の畜熱量が不足した場合、別途設置したボイラーなどの補助加熱装置によって温水を補充していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムでは、補助加熱装置がない場合、貯湯タンク内の昇温された湯を使用者が消費してしまうと湯切れを起こし、使用勝手が悪いという欠点があった。
【０００４】
また、従来一般に、使用電力に応じて発電電力量を制御する、いわゆる電主熱従運転が主体であり、給湯を主体に考える熱主電従運転ではないため、給湯需要に対しての快適性を優先するものではなかった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止し、かつシステムの省エネルギー性を向上させる燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、電力負荷検出手段と、熱負荷検出手段と、検出された電力負荷及び熱負荷の情報に基づいて電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段と温水消費量予測手段とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を備えたものである。
【０００７】
上記発明によれば、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、電力負荷検出手段と、熱負荷検出手段と、検出された電力負荷及び熱負荷の情報に基づいて電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段と温水消費量予測手段とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を備えたものである。
【０００９】
そして、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御するため、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１に記載の熱負荷検出手段を、燃料電池の排熱を回収する貯湯タンクを備え循環積層沸き上げ方式とし、貯湯タンク下部に市水入口と燃料電池往き循環路を上部に温水出口と燃料電池戻り循環路を設け、貯湯タンク内の温度検知手段として上部に貯湯タンク上部温度検出器を設け、温水供給量を検知する水量検知手段を市水入口又は温水出口に連通する水回路に設けた構成とし、熱負荷を貯湯タンク上部温度検出器と供給水量により検出するものである。
【００１１】
これによって、消費される温水の温度と瞬時流量が計測でき熱負荷を検出する事が出来るので、給湯回路に新たに熱負荷を検出する手段を設ける必要もない。
【００１２】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の温水消費量予測手段において、複数日に渡る一定期間における時刻帯別温水消費量を記憶する記憶部を設け、一定期間における計測結果を平均化し１日の時刻帯別温水消費量モデルパターンを決定し記憶部に記憶するとともに記憶手段に記憶している内容を停電時の消失から防護するものである。
【００１３】
そして、熱負荷検出手段の情報を時刻とともに記録し複数日に渡る一定期間における時刻帯別温水消費量を記憶部に記憶し一定期間における計測結果を時刻別に平均化し１日の時刻帯別温水消費量モデルパターンを算出し記憶部に記憶するので、使用者の家庭における１日の給湯の利用パターンがわかる。よって、これに対応した温水貯湯量を燃料電池で発生するように運転することで効率の良い運転ができる。また、停電時にも記憶部は時刻帯別温水消費量モデルパターン等を記憶しているので停電復帰後においても最初から温水消費量を予測する愚もなく最適な燃料電池の運転を再開できる。
【００１４】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１〜３に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、熱負荷への対応を最優先して制御した場合に余剰電力を電熱変換手段で熱に変換するので、燃料電池を熱負荷に優先して稼働させた場合に生ずるかもしれない余剰電力を熱に変換して温水供給に利用出来、熱負荷への対応を最優先できるとともに、燃料の無駄を省き、省エネルギー化を図れる。
【００１５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項１〜４に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、燃料電池の運転を１回／日を基本とし（以後オンオフ１回制御と呼ぶ）、時刻帯別温水消費量モデルパターンによる１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を上回る場合、或いは余剰電力を電熱変換手段で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量を上回る場合は、オンオフ１回制御を中止して１日連続して燃料電池を運転するものである。
【００１６】
よって、通常は電力負荷予測手段によって予測された電力負荷に対応して１日当たり１回燃料電池を運転する電主熱従運転を行うが、１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を上回る場合、或いは余剰電力を電熱変換手段で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量を上回る場合は、温水が慢性的に不足し燃料電池の運転時間が長くなると予測されるので温水消費量と温水貯湯量が等しくなるような燃料電池の稼働率を設定し１日連続して燃料電池を運転する。これによって、湯切れが少なく給湯を快適に使用できる。
【００１７】
また、通常はオンオフ１回制御を行うが冬季のような給湯負荷が大きくなる条件においてはオンオフ１回制御を中止して１日中連続運転を行うことによって燃料電池の起動回数を減らすことが出来、燃料電池の起動エネルギーロスを防止し、燃料電池の劣化に影響を及ぼす間欠運転をより少なくできることで燃料電池の耐久性を向上させることが出来る。
【００１８】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項１〜５に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、オンオフ１回制御を基本とし、時刻帯別温水消費量モデルパターンによる１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を下回る場合、運転開始時刻は時間帯別温水消費量モデルパターンの給湯使用前に燃料電池の起動時間・温水貯湯量から判断して決定し、運転停止時刻は最終給湯使用時刻と温水貯湯量から決定するようにしたものである。
【００１９】
よって、電力負荷予測手段によって予測された電力負荷に対応して１日当たり１回燃料電池を運転する電主熱従運転を行い、１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を下回る場合、運転開始時刻は時間帯別温水消費量モデルパターンの給湯使用前に燃料電池の起動時間・温水貯湯量から判断して決定し、運転停止時刻は最終給湯使用時刻と温水貯湯量から決定するので、家庭における給湯使用開始時刻から給湯使用終了時刻まて湯切れを起こすことなく給湯を快適に使用できる。また、余剰電力は給湯に利用されるので、エネルギーの無駄もない。
【００２０】
加えて、時刻帯別の給湯消費量で都度、燃料電池を運転するのではなく、１日当たりのトータルの給湯消費量を基に１日の運転方法を決めるので、オンオフ１回制御の設定が簡素化され、制御が簡単にできる。
【００２１】
本発明の請求項７記載の発明は、請求項１〜６に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、一定期間ａの間、燃料電池が最大熱負荷出力（発電能力最大）で稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合には、一定期間ｂで運転を停止又はリモコンで警告を発するようにしたものである。
【００２２】
そして、一定期間ａの間、燃料電池が最大熱負荷出力（発電能力最大）で稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合とは、設置された燃料電池コージェネレーションシステムの能力が使用者の家庭における使用条件（温水消費量）を満たしていない場合と、給湯栓が閉め忘れ等で湯が垂れ流し状態等になっている場合とが考えられるため、一定期間ｂで燃料電池の運転を停止又はリモコンで警告を発する。これにより、設置した燃料電池コージェネレーションシステムが能力不足であるとの情報や給湯の閉め忘れ等の異常を使用者に知らしめ、また運転を停止することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図、図２は使用家庭における電力負荷・温水消費量パターンとそれに対応した燃料電池運転の稼働率・排熱回収量パターンを示す。
【００２５】
図１において、１は、燃料電池で水素生成器２と電池スタック３よりなる。水素生成器２は都市ガスなどの燃料を水素に改質し電池スタック３に供給し、電池スタック３は水素と送風器等で供給される大気中の酸素で電気化学的に反応させ発電する。発電された電気はＤＣ５０Ｖ程度なのでインバータ４で昇圧交流化され、ＡＣ２００Ｖとなり電力負荷検出手段５を経由して家庭内の電気器具等の電気負荷に供給される。６は、排熱回収経路で、燃料電池１と熱交換器７との間は冷却水循環ポンプ８を有する冷却水経路９で接続され、熱交換器７と貯湯タンク１０との間は貯湯循環ポンプ１１を有する貯湯経路１２で接続されている。貯湯タンク１０の下部には給水路１３が、貯湯タンク１０の上部には給湯路１４が接続され、給湯路１４の途中には水量検知器１５が、終端には給湯栓１６（給湯負荷）が設けられている。貯湯タンク１０の上部には貯湯タンク上部温度検知器１７を、下部には貯湯タンク下部温度検知器１８を設けてある。熱負荷検出手段１９は給湯栓１６で使用される熱負荷を検出するものであり、そのデータは温水消費量予測手段２０に取り込まれ、電力負荷検出手段５は使用者の家庭における電力負荷を検出するものであり、電力負荷予測手段２１に取り込まれ制御手段２２に入力される。２３はヒータである。２４はリモコンである。
【００２６】
次に一般的な動作、作用について説明する。燃料電池１で発電した電気は電力負荷検出手段５で検知された電力負荷に応じて発電量を制御し家庭内の電気機器に供給される。この時発生する熱は、冷却水循環ポンプ８による冷却水経路９内の水の循環で熱交換器７に伝えられ、さらに貯湯循環ポンプ１１による貯湯経路１２内の水の循環で貯湯タンク１０へ伝えられる。貯湯タンク１０内は常に水で満水になっており、貯湯タンク１０下部から熱交換器７へ引き込まれた水が加熱され貯湯タンク１０上部に戻されると、貯湯タンク１０上部から順に熱い温水が層状に貯えられるいわゆる積層沸き上げが形成されるものである。この貯湯タンク１０内に貯えられた温水が給湯栓１６で使用されると、給水路１３から貯湯タンク１０内に水が補給され温水層は上へ押し上げられるが、常に貯湯タンク１０上部には熱い温水があるため、貯湯タンク１０全体が沸き上がっていなくても高い給湯温度を確保することができるものである。
【００２７】
なお、熱負荷検出手段１９は、貯湯タンク上部温度検知器１７と水量検知器１５により消費される温水の温度と瞬時流量が計測でき熱負荷を検出することが出来るので、新たに給湯回路に熱負荷を検出する手段を設ける必要もない。
【００２８】
次に制御方法について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は使用者の家庭における電力負荷と熱負荷（温水消費量）を時刻帯別に検出して、例えば１週間連続で検出し電力負荷予測手段２１と温水消費量予測手段２０の記憶部に記憶し、平均化することで、１日の時刻帯別電力負荷モデルパターンと時刻帯別温水消費量モデルパターンを予測したものである。この各モデルパターンも記憶部に記憶している。なお、停電時においても記憶部を不揮発性メモリで構成することで停電等によるデータの消失がないので停電復帰後においても最初から各モデルパターンを予測する愚もなく運転を再開できる。そしてこの各モデルパターンに対応して燃料電池を運転し、時刻帯別の稼働率を表したのが図２（ｃ）で、運転による排熱回収した温水量を表したのが図２（ｄ）である。実際の燃料電池の稼働率制御は電力負荷を優先して稼働率を制御し、夕方等の最大温水消費量の時刻帯には温水消費量を加味した稼働率に制御する。燃料電池の運転は１回／日を基本とし、図２（ｃ）では５：００に起動し２３：００に停止するもので、電気・温水を使用する６：００より燃料電池の起動時間（１時間）を加算して１時間早く起動を開始、停止は電気・温水を使用し終わる２３：３０より燃料電池の停止時間（０．５時間）を減算して２３：００としたものである。１回／日運転は、燃料電池の特性として連続運転よりもオンオフ運転の方が耐久性が悪くなるため、なるべく定格で連続運転するのが理想であり、使用者の生活パターンの最も基本的なサイクルとして１日という期間を選択したものである。また、起動時には水素生成器や電池スタック等の予熱が必要でエネルギーのロスを生じるとともに稼働開始から発電動作を行うまで１時間程度要し、停止時には水素生成器や電池スタックや配管内の水素を完全に消費するまで発電が持続するので電気を使用し終わる時刻の０．５時間程度前に稼働を停止する。
【００２９】
このように、燃料電池を稼働した場合に、２４：００の時点で次の日の１日の予測された温水消費量Ａ（斜線部）が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量Ｂ（斜線部）より多いと判断した場合は電力負荷を優先した制御を中止し、熱負荷への対応を最優先して制御する。
【００３０】
図３に、熱負荷への対応を最優先した運転モードの一例を示す。図３（ａ）は時刻帯別稼働率を示し、図３（ｂ）に排熱回収による温水貯湯量Ｃ（斜線部）を示す。ここで、Ａ＜Ｃを満たす。この例は、燃料電池の稼働率を一定にした場合のもので、１日の熱負荷をトータルに考え、熱負荷に対応した時刻帯別に稼働率を設定するのではなく１日のトータルの熱負荷を起動時刻から停止時刻まで同じ稼働率で動かすようにしたものである。一定の稼働率で運転するため、燃料電池の耐久性を向上させることもできる。なお、時刻帯によっては余剰電力が生ずるが蓄電池を備え充電しておいたり、電力会社に電力を売電したり、貯湯タンク１０内に配置したヒータ２３によって熱に変換して貯湯タンク１０内の水に供給しても良い。また、当然ながら、電力が不足した場合は商用電源より充足するものである。
【００３１】
このように、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止しでき、１日の使用者の家庭の温水消費量を準備することが出来なくなり給湯使用中に湯切れを起こしシャワーの途中に水を浴びてしまうなどという非常に使用勝手の悪い給湯システムになることを防止できる。特に冬季のような給湯負荷が最大となる条件において効果を発揮できる制御方法である。また、貯湯タンク内の畜熱量が不足した場合に別途設けなければならないボイラー等の補助加熱装置を設置する必要がなく、使用者の設備コストを削減できる。また、燃料電池の発生する電力を無駄なく使用することでシステムの省エネルギー性を向上させ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
（実施例２）
図４、５に、熱負荷への対応を最優先した運転モードの他の実施例の運転条件と実際の運転モードを示す。図４は運転条件を表し、図４（ａ）は１日連続して稼働率８０％で運転した場合を示し、図４（ｂ）に稼働率８０％運転における排熱回収による温水貯湯量Ｄ（斜線部）を示す。図５は実際の運転モードを示す。図５（ａ）は時刻帯別稼働率を示し、図５（ｂ）に排熱回収による温水貯湯量Ｅ（斜線部）を示す。
【００３３】
本実施例２において、実施例１と異なる点は制御方法で、構成は同一であり説明は省略する。図２（ｂ）に示す温水消費量Ａが燃料電池を１日連続して稼働率８０％で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Ｄを上回る場合、或いは余剰電力をヒータ２３で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Ｄを上回る場合は、燃料電池による温水作成能力が上限（８０〜１００％）に近いと考えられるので、オンオフ１回制御を中止して１日連続運転とし、温水消費量Ａに対応する稼働率を設定するものである。オンオフ１回制御でも対応できるが、停止時間が短く、オンオフ運転の欠点である水素生成器や電池スタックの予熱エネルギーロス、水素生成器や電池スタックの劣化を防止できるので連続運転するものである。また、余剰電力は給湯に利用されるので、エネルギーの無駄もない。
【００３４】
具体例で説明する。標準的な家族構成（大人２人・子供２人）の１日の温水消費量（熱負荷）は冬季の場合、入水温度が５℃で沸き上げ温度７０℃で貯湯タンク３５０ｌが必要である。熱負荷は（７０−５）×３５０＝２２７５０ｋｃａｌ（＝２６．５ｋｗ）である。一方、家庭用燃料電池の定格は発電能力１ｋｗ／ｈ、排熱回収熱量は１．２ｋｗ／ｈが標準である。この条件に本実施例の制御方法を当てはめてみると１日当たりの燃料電池からの排熱回収量の８０％は１．２×２４×０．８＝２３ｋｗであり、１日の熱負荷２６．５ｋｗより小さい。よってこの条件では、オンオフ１回制御を停止し、１日連続運転を行う。稼働率を２６．５÷２４÷１．２＝０．９２（９２％）とすることにより１日連続運転する（Ａ＝Ｅ）。
【００３５】
なお、オンオフ１回制御する場合は稼働率１００％で熱負荷２６．５ｋｗを用意できるようにするには２６．５÷１．２＝２２ｈとなり、例えば、２：００に起動し２４：００に停止することになる。
【００３６】
なお、本実施例では運転条件として稼働率を８０％としたが、季節、その他の条件によって最適な値に設定するものである。
【００３７】
よって本実施例の制御を行えば、燃料電池の運転において稼働率の高い８０〜１００％で１日連続運転を行うことが出来、オンオフ１回制御に比べて水素生成器や電池スタックの予熱ロスが生じることがなく省エネルギーにできるとともに、水素生成器や電池スタックのオンオフによる劣化を防止でき耐久性を高めることができる。加えて、時刻帯別の給湯消費量で都度、燃料電池を運転するのではなく、１日当たりのトータルの給湯消費量を基に１日の運転方法を決めるので、オンオフ１回制御の設定が簡素化され、制御が簡単にできる。そして、冬季のような給湯負荷が最大となる条件おいても湯切れを起こすことなく、給湯を快適に使用することができ、給湯機等の補助熱源を設置する必要もなく経済的である。
【００３８】
なお、時刻帯によっては余剰電力が生ずるが蓄電池を備え充電しておいたり、電力会社に電力を売電したり、貯湯タンク１０内に配置したヒータ２３によって熱に変換して貯湯タンク１０内の水に供給しても良い。余剰電力を貯湯タンク内の水に供給する場合はこの熱量を考慮して稼働率を引き下げるようにしても良い。また、当然ながら、電力が不足した場合は商用電源より充足するものである。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示す温水消費量Ａが燃料電池を１日連続して稼働率８０％で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Ｄを下回る場合、或いは余剰電力をヒータ２３で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Ｄを下回る場合は、実施例１と同様の制御を行う。
【００４０】
（実施例３）
本実施例３において、実施例２と異なる点は制御方法で、構成は同一であり説明は省略する。実施例２において、図２（ｂ）に示す温水消費量Ａが燃料電池を１日連続して稼働率８０％で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Ｄを上回る場合、或いは余剰電力をヒータ２３で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Ｄを上回る場合は、燃料電池による温水作成能力が上限（８０〜１００％）に近いと考えられるので、オンオフ１回制御を中止して１日連続運転とし、温水消費量Ａに対応する稼働率を設定するものであるが、その稼働率が１００％で１日稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合が３日続くと燃料電池の運転を停止又はリモコン２４で警告を発する。これは、設置された燃料電池コージェネレーションシステムの能力が使用者の家庭における使用条件（温水消費量）を満たしていない場合と、給湯栓が閉め忘れ等で湯が垂れ流し状態等になっている場合とが考えられるための対応であり、設置した燃料電池コージェネレーションシステムが能力不足であるとの情報を使用者に知らしめ、定格出力の大きいものに交換したり、給湯機等の補助熱源を設置して使用者の給湯の使い勝手を良くできる。また、給湯栓の閉め忘れ等の異常を使用者に知らしめ、また運転を停止することで、無駄なエネルギーを消費することを防止できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御するため、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図
【図２】（ａ）同システムの使用家庭における電力負荷パターンを示す図
（ｂ）同システムの使用家庭における温水消費量パターンを示す図
（ｃ）同システムの燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｄ）同システムの排熱回収による温水量パターンを示す図
【図３】（ａ）同システムの熱負荷への対応を最優先した燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｂ）同システムの熱負荷への対応を最優先した排熱回収による温水量パターンを示す図
【図４】（ａ）本発明の実施例２における燃料電池コージェネレーションシステムの燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｂ）同システムの排熱回収による温水量パターンを示す図
【図５】（ａ）同システムの燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｂ）同システムの排熱回収による温水量パターンを示す図
【符号の説明】
１ 燃料電池
５ 電力負荷検出手段
１０ 貯湯タンク
１２ 貯湯経路（燃料電池往き循環路、燃料電池戻り循環路）
１５ 水量検知器（水量検知手段）
１７ 貯湯タンク上部温度検出器
１９ 熱負荷検出手段
２０ 温水消費量予測手段
２１ 電力負荷予測手段
２２ 制御手段
２３ ヒータ（電熱変換手段）
２４ リモコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気と熱とを発生させる燃料電池からの排熱により加熱された湯を貯湯タンクに蓄えるとともに、燃料電池の発電電力量を制御する制御手段とを備えて構成した家庭用燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池の発電電力に応じて発生する熱を貯湯タンクに一旦蓄え、給湯需要に応じて供給するようにしている。給湯需要が多くて、貯湯タンク内の畜熱量が不足した場合、別途設置したボイラーなどの補助加熱装置によって温水を補充していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムでは、補助加熱装置がない場合、貯湯タンク内の昇温された湯を使用者が消費してしまうと湯切れを起こし、使用勝手が悪いという欠点があった。
【０００４】
また、従来一般に、使用電力に応じて発電電力量を制御する、いわゆる電主熱従運転が主体であり、給湯を主体に考える熱主電従運転ではないため、給湯需要に対しての快適性を優先するものではなかった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止し、かつシステムの省エネルギー性を向上させる燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、電力負荷検出手段と、熱負荷検出手段と、検出された電力負荷及び熱負荷の情報に基づいて電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段と温水消費量予測手段とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を備えたものである。
【０００７】
上記発明によれば、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、電力負荷検出手段と、熱負荷検出手段と、検出された電力負荷及び熱負荷の情報に基づいて電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段と温水消費量予測手段とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を備えたものである。
【０００９】
そして、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御するため、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、電力需要に関わらず運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１に記載の熱負荷検出手段を、燃料電池の排熱を回収する貯湯タンクを備え循環積層沸き上げ方式とし、貯湯タンク下部に市水入口と燃料電池往き循環路を上部に温水出口と燃料電池戻り循環路を設け、貯湯タンク内の温度検知手段として上部に貯湯タンク上部温度検出器を設け、温水供給量を検知する水量検知手段を市水入口又は温水出口に連通する水回路に設けた構成とし、熱負荷を貯湯タンク上部温度検出器と供給水量により検出するものである。
【００１１】
これによって、消費される温水の温度と瞬時流量が計測でき熱負荷を検出する事が出来るので、給湯回路に新たに熱負荷を検出する手段を設ける必要もない。
【００１２】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の温水消費量予測手段において、複数日に渡る一定期間における時刻帯別温水消費量を記憶する記憶部を設け、一定期間における計測結果を平均化し１日の時刻帯別温水消費量モデルパターンを決定し記憶部に記憶するとともに記憶手段に記憶している内容を停電時の消失から防護するものである。
【００１３】
そして、熱負荷検出手段の情報を時刻とともに記録し複数日に渡る一定期間における時刻帯別温水消費量を記憶部に記憶し一定期間における計測結果を時刻別に平均化し１日の時刻帯別温水消費量モデルパターンを算出し記憶部に記憶するので、使用者の家庭における１日の給湯の利用パターンがわかる。よって、これに対応した温水貯湯量を燃料電池で発生するように運転することで効率の良い運転ができる。また、停電時にも記憶部は時刻帯別温水消費量モデルパターン等を記憶しているので停電復帰後においても最初から温水消費量を予測する愚もなく最適な燃料電池の運転を再開できる。
【００１４】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１〜３に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、熱負荷への対応を最優先して制御した場合に余剰電力を電熱変換手段で熱に変換するので、燃料電池を熱負荷に優先して稼働させた場合に生ずるかもしれない余剰電力を熱に変換して温水供給に利用出来、熱負荷への対応を最優先できるとともに、燃料の無駄を省き、省エネルギー化を図れる。
【００１５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項１〜４に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、燃料電池の運転を１回／日を基本とし（以後オンオフ１回制御と呼ぶ）、時刻帯別温水消費量モデルパターンによる１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を上回る場合、或いは余剰電力を電熱変換手段で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量を上回る場合は、オンオフ１回制御を中止して１日連続して燃料電池を運転するものである。
【００１６】
よって、通常は電力負荷予測手段によって予測された電力負荷に対応して１日当たり１回燃料電池を運転する電主熱従運転を行うが、１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を上回る場合、或いは余剰電力を電熱変換手段で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量を上回る場合は、温水が慢性的に不足し燃料電池の運転時間が長くなると予測されるので温水消費量と温水貯湯量が等しくなるような燃料電池の稼働率を設定し１日連続して燃料電池を運転する。これによって、湯切れが少なく給湯を快適に使用できる。
【００１７】
また、通常はオンオフ１回制御を行うが冬季のような給湯負荷が大きくなる条件においてはオンオフ１回制御を中止して１日中連続運転を行うことによって燃料電池の起動回数を減らすことが出来、燃料電池の起動エネルギーロスを防止し、燃料電池の劣化に影響を及ぼす間欠運転をより少なくできることで燃料電池の耐久性を向上させることが出来る。
【００１８】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項１〜５に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、オンオフ１回制御を基本とし、時刻帯別温水消費量モデルパターンによる１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を下回る場合、運転開始時刻は時間帯別温水消費量モデルパターンの給湯使用前に燃料電池の起動時間・温水貯湯量から判断して決定し、運転停止時刻は最終給湯使用時刻と温水貯湯量から決定するようにしたものである。
【００１９】
よって、電力負荷予測手段によって予測された電力負荷に対応して１日当たり１回燃料電池を運転する電主熱従運転を行い、１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を下回る場合、運転開始時刻は時間帯別温水消費量モデルパターンの給湯使用前に燃料電池の起動時間・温水貯湯量から判断して決定し、運転停止時刻は最終給湯使用時刻と温水貯湯量から決定するので、家庭における給湯使用開始時刻から給湯使用終了時刻まて湯切れを起こすことなく給湯を快適に使用できる。また、余剰電力は給湯に利用されるので、エネルギーの無駄もない。
【００２０】
加えて、時刻帯別の給湯消費量で都度、燃料電池を運転するのではなく、１日当たりのトータルの給湯消費量を基に１日の運転方法を決めるので、オンオフ１回制御の設定が簡素化され、制御が簡単にできる。
【００２１】
本発明の請求項７記載の発明は、請求項１〜６に記載の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、一定期間ａの間、燃料電池が最大熱負荷出力（発電能力最大）で稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合には、一定期間ｂで運転を停止又はリモコンで警告を発するようにしたものである。
【００２２】
そして、一定期間ａの間、燃料電池が最大熱負荷出力（発電能力最大）で稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合とは、設置された燃料電池コージェネレーションシステムの能力が使用者の家庭における使用条件（温水消費量）を満たしていない場合と、給湯栓が閉め忘れ等で湯が垂れ流し状態等になっている場合とが考えられるため、一定期間ｂで燃料電池の運転を停止又はリモコンで警告を発する。これにより、設置した燃料電池コージェネレーションシステムが能力不足であるとの情報や給湯の閉め忘れ等の異常を使用者に知らしめ、また運転を停止することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図、図２は使用家庭における電力負荷・温水消費量パターンとそれに対応した燃料電池運転の稼働率・排熱回収量パターンを示す。
【００２５】
図１において、１は、燃料電池で水素生成器２と電池スタック３よりなる。水素生成器２は都市ガスなどの燃料を水素に改質し電池スタック３に供給し、電池スタック３は水素と送風器等で供給される大気中の酸素で電気化学的に反応させ発電する。発電された電気はＤＣ５０Ｖ程度なのでインバータ４で昇圧交流化され、ＡＣ２００Ｖとなり電力負荷検出手段５を経由して家庭内の電気器具等の電気負荷に供給される。６は、排熱回収経路で、燃料電池１と熱交換器７との間は冷却水循環ポンプ８を有する冷却水経路９で接続され、熱交換器７と貯湯タンク１０との間は貯湯循環ポンプ１１を有する貯湯経路１２で接続されている。貯湯タンク１０の下部には給水路１３が、貯湯タンク１０の上部には給湯路１４が接続され、給湯路１４の途中には水量検知器１５が、終端には給湯栓１６（給湯負荷）が設けられている。貯湯タンク１０の上部には貯湯タンク上部温度検知器１７を、下部には貯湯タンク下部温度検知器１８を設けてある。熱負荷検出手段１９は給湯栓１６で使用される熱負荷を検出するものであり、そのデータは温水消費量予測手段２０に取り込まれ、電力負荷検出手段５は使用者の家庭における電力負荷を検出するものであり、電力負荷予測手段２１に取り込まれ制御手段２２に入力される。２３はヒータである。２４はリモコンである。
【００２６】
次に一般的な動作、作用について説明する。燃料電池１で発電した電気は電力負荷検出手段５で検知された電力負荷に応じて発電量を制御し家庭内の電気機器に供給される。この時発生する熱は、冷却水循環ポンプ８による冷却水経路９内の水の循環で熱交換器７に伝えられ、さらに貯湯循環ポンプ１１による貯湯経路１２内の水の循環で貯湯タンク１０へ伝えられる。貯湯タンク１０内は常に水で満水になっており、貯湯タンク１０下部から熱交換器７へ引き込まれた水が加熱され貯湯タンク１０上部に戻されると、貯湯タンク１０上部から順に熱い温水が層状に貯えられるいわゆる積層沸き上げが形成されるものである。この貯湯タンク１０内に貯えられた温水が給湯栓１６で使用されると、給水路１３から貯湯タンク１０内に水が補給され温水層は上へ押し上げられるが、常に貯湯タンク１０上部には熱い温水があるため、貯湯タンク１０全体が沸き上がっていなくても高い給湯温度を確保することができるものである。
【００２７】
なお、熱負荷検出手段１９は、貯湯タンク上部温度検知器１７と水量検知器１５により消費される温水の温度と瞬時流量が計測でき熱負荷を検出することが出来るので、新たに給湯回路に熱負荷を検出する手段を設ける必要もない。
【００２８】
次に制御方法について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は使用者の家庭における電力負荷と熱負荷（温水消費量）を時刻帯別に検出して、例えば１週間連続で検出し電力負荷予測手段２１と温水消費量予測手段２０の記憶部に記憶し、平均化することで、１日の時刻帯別電力負荷モデルパターンと時刻帯別温水消費量モデルパターンを予測したものである。この各モデルパターンも記憶部に記憶している。なお、停電時においても記憶部を不揮発性メモリで構成することで停電等によるデータの消失がないので停電復帰後においても最初から各モデルパターンを予測する愚もなく運転を再開できる。そしてこの各モデルパターンに対応して燃料電池を運転し、時刻帯別の稼働率を表したのが図２（ｃ）で、運転による排熱回収した温水量を表したのが図２（ｄ）である。実際の燃料電池の稼働率制御は電力負荷を優先して稼働率を制御し、夕方等の最大温水消費量の時刻帯には温水消費量を加味した稼働率に制御する。燃料電池の運転は１回／日を基本とし、図２（ｃ）では５：００に起動し２３：００に停止するもので、電気・温水を使用する６：００より燃料電池の起動時間（１時間）を加算して１時間早く起動を開始、停止は電気・温水を使用し終わる２３：３０より燃料電池の停止時間（０．５時間）を減算して２３：００としたものである。１回／日運転は、燃料電池の特性として連続運転よりもオンオフ運転の方が耐久性が悪くなるため、なるべく定格で連続運転するのが理想であり、使用者の生活パターンの最も基本的なサイクルとして１日という期間を選択したものである。また、起動時には水素生成器や電池スタック等の予熱が必要でエネルギーのロスを生じるとともに稼働開始から発電動作を行うまで１時間程度要し、停止時には水素生成器や電池スタックや配管内の水素を完全に消費するまで発電が持続するので電気を使用し終わる時刻の０．５時間程度前に稼働を停止する。
【００２９】
このように、燃料電池を稼働した場合に、２４：００の時点で次の日の１日の予測された温水消費量Ａ（斜線部）が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量Ｂ（斜線部）より多いと判断した場合は電力負荷を優先した制御を中止し、熱負荷への対応を最優先して制御する。
【００３０】
図３に、熱負荷への対応を最優先した運転モードの一例を示す。図３（ａ）は時刻帯別稼働率を示し、図３（ｂ）に排熱回収による温水貯湯量Ｃ（斜線部）を示す。ここで、Ａ＜Ｃを満たす。この例は、燃料電池の稼働率を一定にした場合のもので、１日の熱負荷をトータルに考え、熱負荷に対応した時刻帯別に稼働率を設定するのではなく１日のトータルの熱負荷を起動時刻から停止時刻まで同じ稼働率で動かすようにしたものである。一定の稼働率で運転するため、燃料電池の耐久性を向上させることもできる。なお、時刻帯によっては余剰電力が生ずるが蓄電池を備え充電しておいたり、電力会社に電力を売電したり、貯湯タンク１０内に配置したヒータ２３によって熱に変換して貯湯タンク１０内の水に供給しても良い。また、当然ながら、電力が不足した場合は商用電源より充足するものである。
【００３１】
このように、給湯需要に対する快適性を第一に制御し電力需要は二次的に考慮することで、湯切れを防止しでき、１日の使用者の家庭の温水消費量を準備することが出来なくなり給湯使用中に湯切れを起こしシャワーの途中に水を浴びてしまうなどという非常に使用勝手の悪い給湯システムになることを防止できる。特に冬季のような給湯負荷が最大となる条件において効果を発揮できる制御方法である。また、貯湯タンク内の畜熱量が不足した場合に別途設けなければならないボイラー等の補助加熱装置を設置する必要がなく、使用者の設備コストを削減できる。また、燃料電池の発生する電力を無駄なく使用することでシステムの省エネルギー性を向上させ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
（実施例２）
図４、５に、熱負荷への対応を最優先した運転モードの他の実施例の運転条件と実際の運転モードを示す。図４は運転条件を表し、図４（ａ）は１日連続して稼働率８０％で運転した場合を示し、図４（ｂ）に稼働率８０％運転における排熱回収による温水貯湯量Ｄ（斜線部）を示す。図５は実際の運転モードを示す。図５（ａ）は時刻帯別稼働率を示し、図５（ｂ）に排熱回収による温水貯湯量Ｅ（斜線部）を示す。
【００３３】
本実施例２において、実施例１と異なる点は制御方法で、構成は同一であり説明は省略する。図２（ｂ）に示す温水消費量Ａが燃料電池を１日連続して稼働率８０％で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Ｄを上回る場合、或いは余剰電力をヒータ２３で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Ｄを上回る場合は、燃料電池による温水作成能力が上限（８０〜１００％）に近いと考えられるので、オンオフ１回制御を中止して１日連続運転とし、温水消費量Ａに対応する稼働率を設定するものである。オンオフ１回制御でも対応できるが、停止時間が短く、オンオフ運転の欠点である水素生成器や電池スタックの予熱エネルギーロス、水素生成器や電池スタックの劣化を防止できるので連続運転するものである。また、余剰電力は給湯に利用されるので、エネルギーの無駄もない。
【００３４】
具体例で説明する。標準的な家族構成（大人２人・子供２人）の１日の温水消費量（熱負荷）は冬季の場合、入水温度が５℃で沸き上げ温度７０℃で貯湯タンク３５０ｌが必要である。熱負荷は（７０−５）×３５０＝２２７５０ｋｃａｌ（＝２６．５ｋｗ）である。一方、家庭用燃料電池の定格は発電能力１ｋｗ／ｈ、排熱回収熱量は１．２ｋｗ／ｈが標準である。この条件に本実施例の制御方法を当てはめてみると１日当たりの燃料電池からの排熱回収量の８０％は１．２×２４×０．８＝２３ｋｗであり、１日の熱負荷２６．５ｋｗより小さい。よってこの条件では、オンオフ１回制御を停止し、１日連続運転を行う。稼働率を２６．５÷２４÷１．２＝０．９２（９２％）とすることにより１日連続運転する（Ａ＝Ｅ）。
【００３５】
なお、オンオフ１回制御する場合は稼働率１００％で熱負荷２６．５ｋｗを用意できるようにするには２６．５÷１．２＝２２ｈとなり、例えば、２：００に起動し２４：００に停止することになる。
【００３６】
なお、本実施例では運転条件として稼働率を８０％としたが、季節、その他の条件によって最適な値に設定するものである。
【００３７】
よって本実施例の制御を行えば、燃料電池の運転において稼働率の高い８０〜１００％で１日連続運転を行うことが出来、オンオフ１回制御に比べて水素生成器や電池スタックの予熱ロスが生じることがなく省エネルギーにできるとともに、水素生成器や電池スタックのオンオフによる劣化を防止でき耐久性を高めることができる。加えて、時刻帯別の給湯消費量で都度、燃料電池を運転するのではなく、１日当たりのトータルの給湯消費量を基に１日の運転方法を決めるので、オンオフ１回制御の設定が簡素化され、制御が簡単にできる。そして、冬季のような給湯負荷が最大となる条件おいても湯切れを起こすことなく、給湯を快適に使用することができ、給湯機等の補助熱源を設置する必要もなく経済的である。
【００３８】
なお、時刻帯によっては余剰電力が生ずるが蓄電池を備え充電しておいたり、電力会社に電力を売電したり、貯湯タンク１０内に配置したヒータ２３によって熱に変換して貯湯タンク１０内の水に供給しても良い。余剰電力を貯湯タンク内の水に供給する場合はこの熱量を考慮して稼働率を引き下げるようにしても良い。また、当然ながら、電力が不足した場合は商用電源より充足するものである。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示す温水消費量Ａが燃料電池を１日連続して稼働率８０％で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Ｄを下回る場合、或いは余剰電力をヒータ２３で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Ｄを下回る場合は、実施例１と同様の制御を行う。
【００４０】
（実施例３）
本実施例３において、実施例２と異なる点は制御方法で、構成は同一であり説明は省略する。実施例２において、図２（ｂ）に示す温水消費量Ａが燃料電池を１日連続して稼働率８０％で運転した場合の排熱回収における温水貯湯量Ｄを上回る場合、或いは余剰電力をヒータ２３で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量Ｄを上回る場合は、燃料電池による温水作成能力が上限（８０〜１００％）に近いと考えられるので、オンオフ１回制御を中止して１日連続運転とし、温水消費量Ａに対応する稼働率を設定するものであるが、その稼働率が１００％で１日稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合が３日続くと燃料電池の運転を停止又はリモコン２４で警告を発する。これは、設置された燃料電池コージェネレーションシステムの能力が使用者の家庭における使用条件（温水消費量）を満たしていない場合と、給湯栓が閉め忘れ等で湯が垂れ流し状態等になっている場合とが考えられるための対応であり、設置した燃料電池コージェネレーションシステムが能力不足であるとの情報を使用者に知らしめ、定格出力の大きいものに交換したり、給湯機等の補助熱源を設置して使用者の給湯の使い勝手を良くできる。また、給湯栓の閉め忘れ等の異常を使用者に知らしめ、また運転を停止することで、無駄なエネルギーを消費することを防止できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、予測された温水消費量が燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御するため、冬季のような給湯負荷が最大となる条件において燃料電池の稼働率を大とし（発電能力大）、運転することで、湯切れを防止し、給湯を快適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図
【図２】（ａ）同システムの使用家庭における電力負荷パターンを示す図
（ｂ）同システムの使用家庭における温水消費量パターンを示す図
（ｃ）同システムの燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｄ）同システムの排熱回収による温水量パターンを示す図
【図３】（ａ）同システムの熱負荷への対応を最優先した燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｂ）同システムの熱負荷への対応を最優先した排熱回収による温水量パターンを示す図
【図４】（ａ）本発明の実施例２における燃料電池コージェネレーションシステムの燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｂ）同システムの排熱回収による温水量パターンを示す図
【図５】（ａ）同システムの燃料電池稼働率パターンを示す図
（ｂ）同システムの排熱回収による温水量パターンを示す図
【符号の説明】
１ 燃料電池
５ 電力負荷検出手段
１０ 貯湯タンク
１２ 貯湯経路（燃料電池往き循環路、燃料電池戻り循環路）
１５ 水量検知器（水量検知手段）
１７ 貯湯タンク上部温度検出器
１９ 熱負荷検出手段
２０ 温水消費量予測手段
２１ 電力負荷予測手段
２２ 制御手段
２３ ヒータ（電熱変換手段）
２４ リモコン
Claims (7)
- 電力負荷検出手段と、熱負荷検出手段と、検出された電力負荷及び熱負荷の情報に基づいて電力負荷及び温水消費量を予測する電力負荷予測手段と温水消費量予測手段とを備え、予測された電力負荷又は及び温水消費量を参照して燃料電池の運転停止を行うとともに、予測された温水消費量が前記燃料電池の排熱回収による温水貯湯量より多いと判断した場合は熱負荷への対応を最優先して制御する制御手段を含む燃料電池コージェネレーションシステム。
- 熱負荷検出手段は、燃料電池の排熱を回収する貯湯タンクを備え循環積層沸き上げ方式とし、前記貯湯タンク下部に市水入口と燃料電池往き循環路を上部に温水出口と燃料電池戻り循環路を設け、前記貯湯タンク内の温度検知手段として上部に貯湯タンク上部温度検出器を設け、温水供給量を検知する水量検知手段を市水入口又は温水出口に連通する水回路に設けた構成とし、熱負荷を前記貯湯タンク上部温度検出器と供給水量により検出する請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 温水消費量予測手段は、複数日に渡る一定期間における時刻帯別温水消費量を記憶する記憶部を設け、一定期間における計測結果を平均化し１日の時刻帯別温水消費量モデルパターンを決定し記憶部に記憶するとともに前記記憶手段に記憶している内容を停電時の消失から防護する請求項１又は２記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 熱負荷への対応を最優先して制御した場合に余剰電力を電熱変換手段で熱に変換する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 燃料電池の運転を１回／日を基本とし（以後オンオフ１回制御と呼ぶ）、時刻帯別温水消費量モデルパターンによる１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を上回る場合、或いは余剰電力を電熱変換手段で熱に変換し排熱回収に加算した温水貯湯量を上回る場合は、オンオフ１回制御を中止して１日連続して燃料電池を運転する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- オンオフ１回制御を基本とし、時刻帯別温水消費量モデルパターンによる１日の温水消費量が、１日連続して稼働率一定値以上で燃料電池を運転した場合の排熱回収による温水貯湯量を下回る場合、運転開始時刻は時間帯別温水消費量モデルパターンの給湯使用前に燃料電池の起動時間・温水貯湯量から判断して決定し、運転停止時刻は最終給湯使用時刻と温水貯湯量から決定するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 一定期間ａの間、燃料電池が最大熱負荷出力（発電能力最大）で稼働してもその温水貯湯量が予測された温水消費量に満たない場合には、一定期間ｂで運転を停止又はリモコンで警告を発するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
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