專利名稱：燃料電池系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用燃料電池進行發電的燃料電池系統。
背景技術：
作為已有的燃料電池系統，有這樣的記載，即為了能夠經濟地進行發電運行，有根據電力負荷和熱負荷的狀況變更運行的系統。例如在供應電力負荷需要的電力的情況下，將燃料電池產生該電力需要的成本與電力系統供應該電力需要的成本加以比較，判斷是否由燃料電池供應電力，以判斷燃料電池運行的是非的燃料電池系統(例如日本特開2002-190308號公報)。
圖17是日本特開2002-190308號公報記載的已有的燃料電池系統。在圖17中，燃料生成裝置11使天然氣等原料在含有水蒸氣的氣氛中進行改性反應生成包含氫的燃料提供給燃料電池13。燃料電池13利用燃料生成裝置11提供的燃料氣體與氧化劑供應機構12提供的空氣等氧化劑氣體進行的電化學反應發電。所發生的電力利用電力供應機構15提供給電力負荷14。電度值檢測機構16檢測電力負荷14使用的電力，控制裝置23將檢測出的電力由燃料電池13發電提供的情況下的成本與由電力系統提供的情況下的成本加以比較，判斷廉價的電力供應源。如果燃料電池13發電的情況下比較便宜，電力供應機構15就從燃料電池13向電力負荷14供給電力。
另一方面，燃料電池系統在開始發電之前必須把包含燃料電池等的各部分的溫度升高到能夠發電的溫度，因此需要能量。但是在如上所述的已有的燃料電池系統中，存在不考慮啟動需要的能量，在啟動和停止的次數多的情況下實際成本與計算出的成本的偏差大的問題。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種考慮啟動所需要的能量，合理地進行燃料電池的運行的燃料電池系統。為了實現本發明的目的，本發明1的燃料電池系統，具備燃料電池、檢測燃料電池系統的供應對象使其發生的電力負荷或熱負荷的負荷值的負荷值檢測機構、存儲所述負荷值檢測機構檢測出的所述負荷值的履歷的負荷值存儲機構、以及根據所述負荷值的履歷預測今后能發生的負荷值，以該預測負荷值作為負荷值數據進行存儲的負荷值預測機構，根據所述負荷值數據決定所述燃料電池的啟動預定時刻。借助于此，燃料電池系統能夠預測電力供應對象的電力負荷，決定啟動時刻，因此能夠提供省能、防止地球氣候變暖、在經濟性方面有利的情況下使燃料電池運行的燃料電池系統。在這里，燃料電池的啟動不僅是燃料電池本身的啟動，還包含燃料電池啟動所必需的諸設備、例如燃料生成裝置、氧化劑供應機構等的啟動。
本發明2是這樣的燃料電池系統，即所述負荷值是所述燃料電池系統的電力供應對象的電力負荷即電度值，所述負荷值數據是電度值數據。
本發明3是這樣的燃料電池系統，即還具備計算消耗于電力供應的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的計算機構，所述計算機構根據規定的時段的所述電度值數據，計算利用所述燃料電池進行電力供應的情況下和利用電力系統進行電力供應的情況下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比較所述計算機構的計算值，在利用電力系統進行電力供應的情況下的計算值比較大時，將所述時段的開始時刻作為所述啟動預定時刻決定。
本發明4和本發明16是這樣的燃料電池系統，即所述計算機構考慮消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，計算利用所述燃料電池進行電力供應，或進行電力供應和熱供應的情況下的，電力供應或電力供應和熱供應中消耗的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。又，本發明5和本發明17是這樣的燃料電池系統，即所述計算機構根據所述燃料電池的溫度，計算消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。借助于此，能夠預測從燃料電池啟動到發電開始為止消耗的一次能源的量等，因此能夠提供進行更加正確的運行判斷的燃料電池系統。
本發明6和本發明18是這樣的燃料電池系統，即還具備從原料生成含氫燃料的燃料生成裝置，所述計算機構考慮消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，計算利用所述燃料電池進行電力供應、或進行電力供應和熱供應的情況下的，電力供應中，或電力供應和熱供應中消耗的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。又，本發明7和本發明19是這樣的燃料電池系統，即所述計算機構根據所述燃料生成裝置的溫度，計算消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。借助于此，燃料電池系統能夠預測包含燃料生成裝置的升熱，從燃料電池的啟動到發電開始所消耗的一次能源，因此能夠提供進行更加正確的運行判斷的燃料電池系統。
本發明8和本發明20是這樣的燃料電池系統，即還具備輸入機構，利用所述輸入機構，可以從一次能源、二氧化碳、和成本中選擇所述計算機構的計算項目。因此，使用者能夠選擇好并切換燃料電池系統的動作，因此能夠喚起使用者對節能、防止地球氣候變暖、以及經濟性方面的關心。
本發明9和本發明21是這樣的燃料電池系統，即還具備顯示機構，利用所述計算機構的計算值，計算利用所述燃料電池進行電力供應，或進行電力供應和熱供應的情況下，和利用電力系統進行電力供應，或利用電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的，一次能源的量、二氧化碳量、和成本中的任一項的差值，所述顯示機構顯示該差值。因此，使用者能夠根據具體數字認識節能、防止地球氣候變暖、或經濟性，因此能夠喚起使用者對節能、防止地球氣候變暖、以及經濟性方面的關心。
本發明10是這樣的燃料電池系統，即還具備回收所述燃料電池的廢熱加以貯存的蓄熱機構以及將所述蓄熱機構貯存的熱量向外部供應的熱供應機構，所述計算機構還根據所述時段的所述電度值數據，計算利用所述蓄熱機構回收的熱量、在利用外部熱供應機構供應該熱量的情況下在該熱量的供應上消耗的一次能源的量、由其發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，以此計算利用所述燃料電池供給電力和熱量的情況下以及利用電力系統和外部熱供應機構提供電力供應和熱供應的情況下的各所述一次能源的量、所述二氧化碳量或所述成本，比較所述計算機構的計算值，在利用電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的計算值比較大時，將所述時段的開始時刻作為所述啟動預定時刻決定。因此，即使是熱電聯供的燃料電池系統中，也能夠提供燃料電池從啟動到停止在節能、防止地球氣候變暖、經濟的情況下使燃料電池運行的燃料電池系統。
本發明11是這樣的燃料電池系統，即所述啟動預定時刻在每一規定的更新時間進行更新。這樣就可以定期判斷動作是否合適，因此能夠提供進行根據可靠的運行判斷的燃料電池系統。
本發明12是這樣的燃料電池系統，即還具備顯示機構，所述顯示機構顯示所述啟動預定時刻。這樣，使用者能夠把握燃料電池的啟動和停止，因此能夠喚起使用者對節能、防止地球氣候變暖、以及經濟性方面的關心。
本發明13是這樣的燃料電池系統，即所述顯示機構顯示過去的運行履歷的燃料電池系統。這樣，使用者能夠把握燃料電池的啟動和停止，因此能夠喚起使用者對節能、防止地球氣候變暖、以及經濟性方面的關心。
本發明14是這樣的燃料電池系統，即還具備回收所述燃料電池的廢熱加以貯存的蓄熱機構、將所述蓄熱機構貯存的熱量向外部供應的熱供應機構、以及檢測所述蓄熱機構的蓄熱量的蓄熱量檢測機構，所述負荷值是所述燃料電池系統的熱供應對象的熱負荷即熱量值。因此，即使是熱電聯供的燃料電池系統跟蹤熱負荷使燃料電池運行的情況下，也能夠提供燃料電池從啟動到停止在節能、防止地球氣候變暖、經濟的情況下使燃料電池運行的燃料電池系統。
本發明15是這樣的燃料電池系統，即還具備計算消耗于熱供應和電力供應的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的計算機構，所述計算機構根據所述時段的所述熱量值數據，計算利用所述燃料電池進行電力供應和熱供應的情況下和利用電力系統和外部熱供應裝置進行電力供應和熱供應的情況下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比較所述計算機構的計算值，在利用所述電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的計算值比較大時，將所述時段的開始時刻作為所述啟動預定時刻決定。
本發明22是這樣的燃料電池系統，即還具備回收所述燃料電池的廢熱加以貯存的蓄熱機構、將所述蓄熱機構貯存的熱量向外部供應的熱供應機構、檢測所述蓄熱機構的蓄熱量的蓄熱量檢測機構、以及選擇機構，利用所述選擇機構，從所述燃料電池系統的熱供應對象的熱負荷即熱量值或所述燃料電池系統的電力供應對象的電力負荷即電度值，選擇所述負荷值，通過該選擇從電度值數據或熱量值數據選擇所述負荷值數據。這樣，可以根據燃料電池系統的使用情況選擇跟蹤熱負荷的運行或跟蹤電力負荷的運行。
本發明23是這樣的燃料電池系統，即所述負荷值存儲機構區別宅中有人和無人而存儲所述負荷值，利用所述選擇機構可以從根據宅中有人時的所述電度值數據的決定、根據宅中無人時的所述電度值數據的決定、根據宅中有人時的所述熱量值數據的決定、根據宅中無人時的所述熱量值數據的決定中任意選擇所述燃料電池的啟動預先時刻的決定。這樣，可以更正確地預測電度值和熱量值。
本發明24是這樣的燃料電池系統，即還具備能夠任意設定所述燃料電池的啟動預定時刻的運行時刻設定機構。這樣，可以也考慮使用者的預定行動來設定燃料電池的啟動，因此能夠更正確地使燃料電池系統運行。
本發明的上述目的、其他目的、特征以及優點從參照
的下述最佳實施形態的詳細說明中可以了解清楚。
圖1是本發明實施形態1的燃料電池系統的結構圖。
圖2是本發明實施形態1的燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖。
圖3是本發明實施形態1的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖4是本發明實施形態2的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖5是本發明實施形態3的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖6是本發明實施形態4的燃料電池系統的結構圖。
圖7是本發明實施形態4的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖8是本發明實施形態5的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖9是本發明實施形態6的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖10是本發明實施形態7的燃料電池系統的結構圖。
圖11是本發明實施形態7的燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖。
圖12是本發明實施形態7的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖13是本發明實施形態8的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖14是本發明實施形態9的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。
圖15是本發明實施形態10的燃料電池系統的結構圖。
圖16是本發明實施形態10的燃料電池系統的控制流程前半部分的流程圖。
圖17是已有的燃料電池系統的結構圖。
最佳實施方式實施形態1圖1是本發明實施形態1的燃料電池系統的結構圖。本實施形態的燃料電池系統由以下部分構成，即從天然氣等原料氣體生成含氫燃料氣體的燃料生成裝置11、供給氧化劑的氧化劑供應機構12、利用燃料生成裝置11提供的燃料氣體與氧化劑供應機構12提供的空氣等氧化劑氣體進行的電化學反應發生電和熱的燃料電池13、將燃料電池13發生的電力提供給空調和冰箱等電力負荷14的電力供應機構15、檢測電力負荷14使用的電力的電度值檢測機構16、以及控制燃料電池系統的動作的控制裝置23。
電力供應機構15由逆變器、開閉器等構成。
控制裝置23具有存儲電度值檢測機構16的檢測值的電度值存儲機構17、根據存儲的電度值履歷預測電力負荷14使用的電度值Wt(t分鐘后的電度值Wt)，存儲由該電度值Wt構成的電度值數據的電度值預測機構18、運行控制機構19、以及顯示機構42。在這里，燃料電池13的啟動不僅需要燃料電池13本身，也包含燃料電池啟動需要的諸設備，例如燃料生成裝置11、氧化劑供應機構12等。
運行控制機構19根據電度值預測機構18存儲的電度值數據決定燃料電池的啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，同時根據這些時刻T1、T2、T3使燃料電池13啟動、開始發電和停止工作。
而且，在這里，控制裝置23具備根據電度值數據進行運算，將計算結果提供給運行控制機構19的計算機構20、21、22。第1計算機構20計算利用燃料電池13發電提供電度值數據的規定的時段的電度值的情況下消耗的一次能源的量。第2計算機構21計算由電力系統提供電度值數據的規定的時段的電度值的情況下消耗的一次能源的量。第3計算機構22計算使燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時消耗的一次能源的量。
又，運行控制機構19具備定時器(未圖示)，每到規定的更新時間，運行控制機構19就動作，對啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3進行更新。以此判斷是否適合定期動作，因此能夠實現更加可靠的燃料電池系統的動作。
顯示機構42顯示運行控制機構19設定的啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。而且，顯示機構42從電度值存儲機構17存儲的電度值的履歷中顯示過去的發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3間、即燃料電池系統發電產生的電度值履歷。而且，顯示機構42在運行控制機構19計算出下述步驟S14A、S14B或S14C中比較的值之間的差值之后將其計算結果加以顯示。以此能夠喚起使用者對節省能源、環境負擔、或經濟性的關心。
控制裝置23由例如微電腦構成。而且控制裝置23具有的各機構17～22利用CPU執行該微電腦的內部存儲器存儲的規定的程序(以下稱為“時刻決定程序”)加以實現。而且在該時刻決定程序的執行中，必要的數據存儲于例如微電腦內部的存儲器中。
下面對如上所述構成的本實施形態就燃料電池開始啟動之前的動作進行說明。圖2和圖3是表示燃料電池系統的控制流程、即時刻決定程序的內容的流程圖。
如圖2所示，在步驟S1中，電度值檢測機構16持續檢測電度值，電度值存儲機構17將該檢測出的電度值加以存儲。在這里，電度值檢測機構16每隔1秒鐘進行一次電度值檢測。
在步驟S2中，電度值預測機構18根據電度值存儲機構17存儲的電度值的履歷，預測今后24小時內電力負荷14要使用的以1分鐘為單位的電度值Wt，作為電度值數據加以存儲。
接著，運行控制機構19根據電度值預測機構18存儲的電度值數據選定規定的值，在這里是選定比燃料電池13的最低發電量Wmin高的電度值大量分布的時段。
在這里，在步驟S3，運行控制機構19將當前時刻T0代入時刻T。
在步驟S4，運行控制機構19判斷從T到規定時間X1(例如30分鐘)后為止的電度值Wt(WT～WT+30為止的30個)的Y1％以上(例如80％，24個以上)是否為燃料電池系統的最低發電量Wmin以上。如果判斷為是，就在步驟S5將T假定為啟動預定時刻T1。如果判斷為否，就在步驟S6將T起一分鐘以后的時刻作為T(T＝T+1min)，然后返回步驟S4。
在步驟S7-1，運行控制機構19在時刻T上加上啟動所需要的時間Ts(例如60分鐘)，假定為發電開始的預定時刻T2。
在步驟S7-2，運行控制機構19將發電開始的預定時刻T2代入T。
在步驟S7-3，運行控制機構19判斷從T到規定時間X1(例如30分鐘)后為止的電度值Wt(WT～WT+30為止的30個)的Y1％以上(例如80％，24個以上)是否為燃料電池系統的最低發電量Wmin以上。如果判斷為是，就進入步驟S8。如果判斷為否，就在步驟S7-4將T起(啟動所需要的時間Ts-1分鐘)以前的時刻作為T，然后返回步驟S4。
在步驟S8，運行控制機構19判斷從T到規定時間X2(例如60分鐘)后為止的電度值Wt(WT～WT+60為止的60個)的Y2％以上(例如80％，48個以上)是否為燃料電池系統的最低發電量Wmin以下。如果判斷為是，就在步驟S9將T假定為停止預定時刻T3。如果判斷為否，就在步驟S10將T起一分鐘以后的時刻作為T，然后返回步驟S8。
如上所述進行，假定燃料電池的啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，進入接著圖2的I的圖3的I以后的步驟，考慮消耗的一次能源的量，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。
在步驟S11A，第1計算機構20利用式(1)根據包含燃料電池13、燃料生成裝置11等的燃料電池系統的發電效率EWE計算在燃料電池13開始發電供應的情況下從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的發電產生電度值Wt需要的原料氣體量QGFCEt。然后，利用式(2A)，根據每單位原料氣體的一次能源的量AGFCB計算從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間燃料電池系統發電提供電力的情況下消耗的一次能源的量AFCEt，以從T2到T3對AFCEt進行累計的值作為燃料電池發電的一次能源的量AFCE。
QGFCEt＝Wt/EWE……(1)AFCEt＝QGFCEt·AGFCB……(2A)在步驟S12A，第3計算機構22計算出燃料電池系統啟動時消耗的一次能源的量，作為燃料電池啟動一次能源的量AFCS。而且，運行控制機構19將第1計算機構20輸出的燃料電池發電一次能源的量AFCE和第3計算機構22輸出的燃料電池啟動一次能源的量AFCS相加作為第1燃料電池一次能源的量AFC1。
在步驟S13A，第2計算機構21根據電力系統的每單位電力的一次能源的量AEB，利用式(3A)計算出電度值數據的從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘電力系統提供電度值Wt的情況下消耗的一次能源的量AEt，以從T2到T3對AEt進行累計得到的值作為電力系統一次能源的量AE。
AEt＝Wt·AEB……(3A)在步驟S14，運行控制機構19將第1燃料電池一次能源的量AFC1和電力系統一次能源的量AE加以比較。如果第1燃料電池一次能源的量AFC1小于電力系統一次能源的量AE，則進入步驟S15A，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S17A，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果第1燃料電池一次能源的量AFC1大于電力系統一次能源的量AE，則進入步驟S16A，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S18A，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖3的II的圖2的II返回步驟S4，反復進行以后的步驟。
利用上面所述的方法，將燃料電池啟動時消耗的一次能源的量也包括在內的燃料電池系統消耗的一次能源的量與電力系統消耗的一次能源的量加以比較，能夠判斷燃料電池系統的運行和停止。這樣，即使是在燃料電池系統頻繁反復進行啟動和停止的運行狀態下，抑制能源的浪費能夠使燃料電池系統運行。
實施形態2圖4是本發明實施形態2的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態2形成實施形態1的燃料電池系統的運行控制機構19在二氧化碳(以下省略為CO2)發生量上進行比較，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。也就是第1計算機構20對電度值數據的規定的時段的電度值由燃料電池13發電提供時發生的CO2量進行計算。第2計算機構21對電度值數據的規定的時段的電度值由電力系統發電提供時發生的CO2量進行計算。第3計算機構22對燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時發生的CO2量進行計算。
因此，實施形態2的燃料電池系統的結構和燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖由于與實施形態1的圖1和圖2相同，其說明省略。
以下對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
如圖4所示，在步驟S11B中，第1計算機構20在燃料電池13進行發電和供電的情況下利用式(1)根據燃料電池系統的發電效率EWE計算從電度值數據的發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的發電產生電度值Wt需要的原料氣體量QGFCEt。然后，利用式(2B)，根據每單位原料氣體的CO2發生量BGFCB計算從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間燃料電池系統發電提供電力的情況下發生的CO2量BFCEt，以從T2到T3對BFCFt進行累計的值作為燃料電池發電的CO2發生量BFCE。
BFCEt＝QGFCEt·BGFCB……(2B)在步驟S12B，第3計算機構22計算出燃料電池系統啟動時發生的CO2量，作為燃料電池啟動的CO2發生量BFCS。而且，運行控制機構19將第1計算機構20輸出的燃料電池發電的CO2發生量BFCE和第3計算機構22輸出的燃料電池啟動的CO2發生量BFCS相加作為第1燃料電池CO2發生量BFC1。
在步驟S13B，第2計算機構21根據電力系統的每單位電力的CO2發生量BEB，利用式(3B)計算出電度值數據的從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘電力系統提供電度值Wt的情況下發生的CO2量BEt，以從T2到T3對BEt進行累計得到的值作為電力系統的CO2發生量BE。
BEt＝Wt·BEB……(3B)在步驟S14B，運行控制機構19將第1燃料電池的CO2發生量BFC1和電力系統的CO2發生量BE加以比較。如果第1燃料電池的CO2發生量BFC1小于電力系統CO2發生量BE，則進入步驟S15B，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S17B，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果第1燃料電池的CO2發生量BFC1大于電力系統CO2發生量BE，則進入步驟S16B，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S18B，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖3的II的圖2的II返回步驟S4，反復進行以后的步驟。
利用上面所述的方法，將燃料電池啟動時發生的CO2量也包括在內的燃料電池系統中發生的CO2量與電力系統中發生的CO2量加以比較，能夠判斷燃料電池系統的運行和停止。這樣，即使是在燃料電池系統頻繁反復進行啟動和停止的運行狀態下，也能夠在燃料電池系統運行時抑制CO2的發生，進而對防止地球變暖作出貢獻。
實施形態3圖5是本發明實施形態3的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態3形成實施形態1的燃料電池系統的運行控制機構19在成本上進行比較，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。也就是第1計算機構20對電度值數據的規定的時段的電度值由燃料電池13發電提供時發生的成本進行計算。第2計算機構21對電度值數據的規定的時段的電度值由電力系統發電提供時發生的成本進行計算。第3計算機構22對燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時發生的成本進行計算。
因此，實施形態3的燃料電池系統的結構和燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖由于與實施形態1的圖1和圖2相同，其說明省略。
以下對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
如圖5所示，在步驟S11C中，第1計算機構20在燃料電池13進行發電和供電的情況下利用式(1)根據燃料電池系統的發電效率EWE計算從電度值數據的發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的發電產生電度值Wt需要的原料氣體量QGFCEt。然后，利用式(2C)，根據原料氣體的計量價格CGFCB計算從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間燃料電池系統發電提供電力的情況下發生的成本CFCEt，以從T2到T3對CFCEt進行累計的值作為燃料電池發電的成本CFCE。
CFCEt＝QGFCEt·CGFCB……(2C)在步驟S12C，第3計算機構22計算出燃料電池系統啟動時發生的成本，作為燃料電池啟動成本CFCS。而且，運行控制機構19將第1計算機構20輸出的燃料電池成本CFCE和第3計算機構22輸出的燃料電池啟動成本CFCS相加作為第1燃料電池成本CFC1。
在步驟S13C，第2計算機構21根據電力系統的電表計量價格CEB，利用式(3C)計算出電度值數據的從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘電力系統提供電度值Wt的情況下發生的成本CEt，以從T2到T3對CEt進行累計得到的值作為電力系統的成本CE。
CEt＝Wt·CEB……(3C)在步驟S14C，運行控制機構19將第1燃料電池的成本CFC1和電力系統的成本CE加以比較。如果第1燃料電池的成本CFC1小于電力系統成本CE，則進入步驟S15C，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S17C，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果第1燃料電池的成本CFC1大于電力系統成本CE，則進入步驟S16C，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S18C，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖3的II的圖2的II返回步驟S4，反復進行以后的步驟。
利用上面所述的方法，將把燃料電池啟動時發生的成本也考慮在內的燃料電池系統的成本與電力系統的成本加以比較，能夠判斷燃料電池系統的運行和停止。這樣，即使是在燃料電池系統頻繁反復進行啟動和停止的運行狀態下，也能夠使燃料電池系統經濟地運行。
又，控制裝置23具備切換開關、鍵盤、鼠標等輸入機構(未圖示)、實施形態1～實施形態3的各第1～第3計算機構、運行控制機構19、以及顯示機構42，只要能夠利用輸入機構選擇實施形態1～實施形態3即可。借助于此，能夠根據使用者的選擇切換燃料電池系統的動作。
實施形態4圖6是本發明實施形態4的燃料電池系統的結構圖。對與實施形態1相同的結構要素標以相同的符號并省略其說明。
本實施形態中的燃料電池系統，在圖1的燃料電池系統上增加將燃料電池13維持于規定的溫度的冷卻水循環用的冷卻水路徑24、使冷卻水通往冷卻水路徑24的冷卻水泵25、蓄熱機構27、使冷卻水從燃料電池13回收的熱傳遞到貯存的熱水中的熱交換器26、利用貯存的熱水從燃料電池13回收熱作為溫水貯存于蓄熱機構27的貯存熱水路徑28、使貯存熱水流向貯存熱水路徑28的貯存熱水泵29、以及從蓄熱機構27向熱水提供設備和暖氣設備等熱負載30供應的熱供應機構31。
控制裝置23還具備根據電度值數據進行計算，將計算結果提供給控制機構19的第4計算機構36。
第4計算機構36根據電度值數據的規定時段的電度值，計算將與燃料電池系統中回收的熱量相當的熱量提供給熱供應系統35的情況下，消耗的一次能源的量。在這里，熱供應系統35利用蒸汽管道和燃氣熱水器等外部熱供應機構構成。
下面對如上所述構成的實施形態4說明燃料電池啟動開始之前的動作。圖7是燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態4的燃料電池系統的動作，其步驟111A以前的動作與在步驟S10之前的燃料電池系統的控制流程的流程圖、即實施形態1的圖2相同，因此省略其說明。
下面對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
在圖2的步驟S10以前，在假定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，進入接著圖2的I的圖7的I以后的步驟，考慮消耗的一次能源的量決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。
從步驟S111A到S113A與實施形態1、即圖3的步驟S11A～S13A相同，省略其說明。
在步驟S114A，第4計算機構36在燃料電池系統進行發電和供電的情況下利用式(4)根據熱回收效率EWE計算從電度值數據的發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的發電產生電度值Wt進行供電時隨著發電回收的熱量HFCt。
HFCt＝Wt/EWE·EWH……(4)在步驟S115A中，第4計算機構36根據熱供應系統的熱效率EH，利用式(5)計算出熱供應系統35提供回收熱量HFCt的情況下所需要的熱供應系統熱量QGHt。在這里，熱供應系統熱量QGHt用城市煤氣提供的情況下作為城市煤氣量計算，在蒸汽供熱的情況下作為蒸汽量計算出。然后，根據熱供應系統35的每單位熱量的一次能源的量AGHB，利用式(6A)計算出熱供應系統35提供HFCt的情況下所消耗的一次能源的量AHt，以從T2到T3對AHt進行累計得到的值作為熱供應系統一次能源的量AH。
QGHt＝HFCt/EE……(5)AHt＝QGHt·AGHB……(6A)在步驟S16A，運行控制機構19將電力系統一次能源的量AE與熱供應系統一次能源的量AH之和與第1燃料電池一次能源的量AFC1加以比較。如果AFC1小于AE+AH，則進入步驟S117A，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S119A，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果AFC1大于AE+AH，則進入步驟S120A，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S120A，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖7的II的圖2的II返回步驟S4，反復進行以后的步驟。
利用本實施形態的燃料電池系統的結構及其動作，回收伴隨燃料電池系統發電產生的熱時，能夠得到實施形態1所述的效果，同時也能夠反映出通過提供回收的熱減少熱供應系統消耗的一次能源的量，能夠在燃料電池系統運行時抑制能源的浪費。
實施形態5圖8是本發明實施形態5的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態5形成由實施形態4的燃料電池系統的運行控制機構19對CO2的發生量進行比較，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。也就是第1計算機構20計算燃料電池13發電產生并提供電度值數據的規定的時段的電度值的情況下的CO2量。第2計算機構21計算電力系統提供電度值數據的規定的時段的電度值的情況下的CO2量。第3計算機構22計算燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時發生的CO2量。第4計算機構36計算熱供應系統35提供相應于電度值數據的規定的時段的電度值在燃料電池系統中回收的熱量在由熱供應系統提供的情況下發生的CO2量。
從而，實施形態5的燃料電池系統的結構和表示燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖與實施形態4的圖6和實施形態1的圖2相同，因此省略其說明。
下面對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
在圖2的步驟S10以前，在假定燃料電池的啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，進入接著圖2的I的圖8的I以后的步驟，考慮發生的CO2量決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。
從步驟S111B到S113B與實施形態2、即圖4的步驟S11B～S13B相同，省略其說明。
步驟S114B與實施形態4、即圖7的步驟S1114A相同，省略其說明。
在步驟S115B，第4計算機構36利用式(5)根據熱供應系統的熱效率EH計算在熱供應系統35提供回收熱量的情況下需要的熱供應系統的熱量QGHt。然后根據熱供應系統35的每單位熱量的CO2發生量BGHB，利用式(6B)計算熱供應系統35提供HFCt的情況下發生的CO2量BHt，以從T2到T3對BHt進行累計得到的值作為熱供應系統CO2的發生量BH。
BHt＝QGHt·BGHB……(6B)在步驟S116B，運行控制機構19將電力系統CO2發生量BE與熱供應系統CO2發生量BH之和同第1燃料電池的CO2發生量BFC1加以比較。如果BFC1小于BE+BH，則進入步驟S117B，運行控制機構19決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S119B，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果BFC1大于BE+BH，則進入步驟S120B，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S120B，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖8的II的圖2的II返回步驟S4，反復進行以后的步驟。
利用本實施形態的燃料電池系統的結構及其動作，回收伴隨燃料電池系統發電產生的熱使用時，能夠得到實施形態2所述的效果，同時也能夠反映出通過提供回收的熱減少熱供應系統的CO2發生量，進而能夠在燃料電池系統運行時對防止地球溫室化作出貢獻。
實施形態6圖9是本發明實施形態6的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態6形成由實施形態4的燃料電池系統的運行控制機構19對成本進行比較，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。也就是第1計算機構20計算燃料電池13發電產生并提供電度值數據的規定的時段的電度值的情況下的成本。第2計算機構21計算電力系統提供電度值數據的規定的時段的電度值的情況下的成本。第3計算機構22計算燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時發生成本。第4計算機構36計算熱供應系統35提供相應于電度值數據的規定的時段的電度值在燃料電池系統中回收的熱量在由熱供應系統35提供的情況下發生成本。
因而，實施形態6的燃料電池系統的結構和表示燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖與實施形態4的圖6和實施形態1的圖2相同，因此省略其說明。
下面對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
在圖2的步驟S10以前，在假定燃料電池啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，進入接著圖2的I的圖9的I以后的步驟，考慮消耗的成本決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。
從步驟S111C到S113C與實施形態3、即圖5的步驟S11C～S13C相同，省略其說明。
步驟S114C與實施形態4、即圖7的步驟S1114A相同，省略其說明。
在步驟S115C，第4計算機構36利用式(5)根據熱供應系統的熱效率EH計算在熱供應系統35提供回收熱量HFCt的情況下需要的熱供應系統的熱量QGHt。然后根據熱供應系統(35)的每單位熱量的計量收費CGHB，利用式(6C)計算熱供應系統35提供HFCt的情況下發生的成本CHt，以從T2到T3對CHt進行累計得到的值作為熱供應系統的成本CH。
CHt＝QGHt·CGHB……(6C)在步驟S116C，運行控制機構19將電力系統的成本CE與熱供應系統的成本CH之和同第1燃料電池的成本CFC1加以比較。如果CFC1小于CE+CH，則進入步驟S117C，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S119C，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果CFC1大于CE+CH，則進入步驟S120C，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S120C，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖9的II的圖2的II返回步驟S4，反復進行以后的步驟。
利用本實施形態的燃料電池系統的結構及其動作，回收伴隨燃料電池系統發電產生的熱使用時，能夠得到實施形態3所述的效果，同時也能夠反映出通過提供回收的熱減少熱供應系統的成本，能夠使燃料電池系統經濟地運行。
實施形態7圖10是本發明實施形態7的燃料電池系統的結構圖。對于與實施形態4相同的結構要素標以相同的符號并且省略其說明。
本實施形態的燃料電池系統以檢測在熱負荷30中使用的熱量的熱量值檢測機構32代替圖6的燃料電池系統的電度值檢測機構16。而且還具備檢測蓄熱機構27中貯存的熱量的蓄熱量檢測機構39。
控制裝置23以存儲熱量值檢測機構32的檢測值的熱量值存儲機構33和根據存儲的熱量值的履歷預測熱負荷30所使用的熱量值Ht(t分鐘后的熱量值Ht)，存儲由該熱量值Ht構成的熱量值數據的熱量值預測機構34，代替電度值存儲機構17和電度值預測機構18。而且具備根據熱量值數據進行計算，將計算結果提供給運行控制機構19的第1～第5計算機構20、21、22、36、40。
第1計算機構20計算由燃料電池13向蓄熱機構27提供熱量值數據的規定的時段的熱量值的情況下消耗的一次能源的量。第2計算機構21計算燃料電池13提供熱量值數據的規定的時段的熱量值的情況下對電力負荷14提供的電力量，并計算由電力系統提供該電力量的情況下消耗的一次能源的量。第3計算機構22計算燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時消耗的一次能源的量。第4計算機構36計算由熱供應系統35提供熱量值數據的規定的時段的熱量值的情況下消耗的一次能源的量。第5計算機構40根據蓄熱量檢測機構39的檢測值計算取得的蓄熱機構27的蓄熱量，根據熱量值數據等計算蓄熱機構27的蓄熱收支的預測值。
下面就如上所述構成的本實施形態說明其燃料電池啟動之前的動作。圖11和圖12是表示燃料電池的控制流程的流程圖。在圖11中，步驟S202中熱量值檢測機構32持續對熱量值進行檢測，熱量值存儲機構33存儲該檢測出的熱量值。在這里，熱量值檢測機構32每間隔一秒鐘進行一次熱量值檢測。
在步驟S204，熱量值預測機構34根據熱量值存儲機構33存儲的熱量值履歷，預測今后24小時在熱負荷30可能使用的1分鐘為單位的熱量值Ht，將其作為熱量值數據加以存儲。
接著，運行控制機構19根據熱量值預測機構34存儲的熱量值數據，將蓄熱機構27的蓄熱量減少的時刻假定為啟動預定時刻T1。
在這里，在步驟S205，運行控制機構19在時刻T中代入當前時刻T0。
在步驟S206，第5計算機構根據蓄熱量檢測機構39的檢測值計算當前時刻T0的蓄熱量GST0。然后將蓄熱量GST0代入時刻T的蓄熱量GSt。
在步驟S207，運行控制機構19判斷從熱量值數據的當前時刻T0到時刻T間熱量值Ht的累加值HT是否為蓄熱量GSt的Y1％以上(例如80％以上)。如果判斷為是，就進入步驟S208。將T假定為啟動預定時刻T1。如果判斷為否，就進入步驟S209。將T起一分鐘以后的時刻作為T(T＝T+1min)，然后返回步驟S207。
在步驟S210，運行控制機構19在時刻T上加上啟動所需要的時間Ts(例如60分鐘)，假定為發電開始的預定時刻T2。
接著，根據熱量值預測機構34存儲的熱量值數據，將蓄熱機構27的蓄熱量十分豐富的時刻假定為停止預定時刻T3。
在這里，在步驟S211，第5計算機構40對從啟動預定時刻T1到發電開始預定時刻T2間的熱量值數據的熱量值Ht進行累加，計算出啟動時的熱量值HT1，將GSt減去HT及HT1的差值代入GSt。
在步驟S212，第5計算機構40在時刻T，將從燃料電池回收的熱回收量HRt與蓄熱量GSt相加，再減去時刻T的熱量值數據的熱量Ht，計算出蓄熱量GSt。
在步驟S213，運行控制機構19判斷在時刻T蓄熱量GSt是否大于蓄熱機構27的最大蓄熱量GSmax。如果判斷為是，在步驟S214，運行控制機構19就將T假定為停止預定時刻T3。如果判斷為否，就在步驟S215將T起1分鐘后的時刻作為T，然后返回步驟S212。
如上所述假定燃料電池的啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，進入接著圖11的V的圖12的V以后的步驟，考慮消耗的一次能源的量，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。
在步驟S216A，第1計算機構20利用式(7)根據包含燃料電池13、燃料生成裝置11等的燃料電池系統的熱回收效率EWH計算在燃料電池13發電供應的情況下熱量值數據的，從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的熱量值Ht的發電需要的原料氣體量QGFCHt。然后，利用式(8A)，根據每單位原料氣體的一次能源的量AGFCB計算從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間燃料電池系統發電提供電力和供熱的情況下消耗的一次能源的量AFCHt，以從T2到T3對AFCHt進行累計的值作為燃料電池發電的一次能源的量AFCH。
QGFCHt＝Ht/EWH……(7)AFCHt＝QGFCHt·AGFCB……(8A)在步驟S217A，第3計算機構22計算出燃料電池系統啟動時消耗的一次能源的量，作為燃料電池啟動一次能源的量AFCS。而且，運行控制機構19將第1計算機構20輸出的燃料電池發電一次能源的量AFCH和第3計算機構22輸出的燃料電池啟動一次能源的量AFCS相加作為第2燃料電池一次能源的量AFC2。
在步驟S218A，第4計算機構根據熱供應系統的熱效率EH，利用式(9)計算熱供應系統35提供熱量值Ht的情況下需要的熱供應系統熱量QGHt。然后，根據熱供應系統的每單位熱量的一次能源的量AGHB，利用式(10A)計算熱供應系統35供應Ht的情況下消耗的一次能源的量AHt，以從T2到T3對AHt進行累計得到的值作為熱供應系統一次能源的量AH。
QGHt＝Ht/EH……(9)AHt＝QGHt·AGHB……(10A)在步驟S219A，第2計算機構20根據發電效率EWE利用式(11)計算電力系統發電并提供電度值數據的從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的熱量值Ht的情況下發生的電度值WFCt，利用式(12A)計算電力系統提供WFCt的情況下的一次能源的量AEt，以從T2到T3對AEt進行累計得到的值作為電力系統一次能源的量AE。
WFCt＝Ht/EWH·EWE……(11)AEt＝WFCt·AEB……(12A)在步驟S220，運行控制機構19將電力系統一次能源的量AE與熱供應系統一次能源的量AH之和，同第2燃料電池一次能源的量AFC2加以比較。如果AFC2小于AE+AH，則進入步驟S221A，運行控制機構19決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S223A，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果AFC2大于AE+AH，則進入步驟S222，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S224，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖12的VI的圖11的VI返回步驟S207，反復進行以后的步驟。
利用本實施形態的結構和動作，在熱電聯供的燃料電池系統的熱跟蹤運行時，能夠反映被減少的電力系統的一次能源的量，能夠在抑制能源浪費的情況下使燃料電池系統運行。
又，燃料電池系統也可以形成兼備實施形態7的結構和實施形態4的結構的系統，可以在控制裝置23設置能夠選擇實施形態7或實施形態4的選擇開關(未圖示)。采用這樣的結構，則能夠根據燃料電池系統的使用情況選擇熱負荷跟蹤運行或電力負荷跟蹤運行。
還有，在電度值存儲機構17和熱量值存儲機構33存儲電度值和熱量值時，如果區別有人在和沒有人在的情況進行存儲，則電度值預測機構18和熱量值預測機構34可以根據有人在和沒有人在的選擇，形成電度值數據和熱量值數據。具體地說，在控制裝置23上設置選擇機構，形成使用者可以選擇有人在和沒有人在，以此區別有人在和沒有人在電度值存儲機構17和熱量值存儲機構33存儲電度值和熱量值的結構。借助于此，能夠更加正確地預測電度值和熱量值。
還有，也可以在控制裝置23上設置運行時刻輸入機構(未圖示)，形成使用者能夠任意設定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。這樣，也能夠考慮使用者預定的行動，更加可靠地使燃料電池系統運行。
實施形態8圖13是本發明實施形態8的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態8形成能夠在實施形態7的燃料電池系統的運行控制機構19就CO2發生量進行比較之后決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。也就是第1計算機構20對熱量值數據的規定的時段的熱量值由燃料電池13提供給蓄熱機構27時發生的CO2量進行計算。第2計算機構21對熱量值數據的規定的時段的熱量值由燃料電池13提供時提供給電力負荷14的電力量進行計算，并且計算電力系統提供該電力量的情況下發生的CO2量。第3計算機構22對燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時發生的CO2量進行計算。第4計算機構36對熱量值數據的規定的時段的熱量值由熱供應系統35提供的情況下發生的CO2量進行計算。
因而，實施形態8的燃料電池系統的結構和表示燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖與實施形態7的圖10和圖11相同，因此省略其說明。
下面對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
如圖13所示，在步驟S216B，第1計算機構20利用式(7)根據燃料電池系統的熱回收效率EWH計算在燃料電池13發電供應的情況下熱量值數據從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的熱量值Ht的，發電需要的原料氣體量QGFCHt。然后，利用式(8B)，根據每單位原料氣體的CO2發生量BGFCB計算從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間燃料電池系統發電提供電力并供熱的情況下發生的CO2發生量BFCHt，以從T2到T3對BFCHt進行累計的值作為燃料電池發電的CO2發生量BFCH。
BFCHt＝QGFCHt·BGFCB……(8B)在步驟S217B，第3計算機構22計算出燃料電池系統啟動時發生的CO2量，作為燃料電池啟動的CO2發生量BFCS。而且，運行控制機構19將第1計算機構20輸出的燃料電池的CO2發生量BFCH和第3計算機構22輸出的燃料電池啟動CO2發生量BFCS相加作為第2燃料電池CO2發生量BEC2。
在步驟S218B，第4計算機構根據熱供應系統的熱效率EH，利用式(9)計算出熱供應系統35提供熱量值Ht的情況下所需要的熱供應系統熱量QGHt。然后，根據熱供應系統35的每單位熱量的CO2發生量BGHB，利用式(10B)計算出熱供應系統35提供Ht的情況下發生的CO2量BHt，以從T2到T3對BHt進行累計得到的值作為熱供應系統發生的CO2量BH。
BHt＝QGHt·BGHB……(10B)在步驟S219B，第2計算機構根據發電效率EWE利用式(11)計算燃料電池系統發電并提供熱量值數據的從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3的每一分鐘的熱量值Ht的情況下發生的電度值WFCt，利用式(12B)計算電力系統提供WFCt的情況下的CO2發生量BEt，以從T2到T3對BEt進行累計得到的值作為電力系統CO2發生量BE。
BEt＝WFCt·BEB……(12B)在步驟S220B，運行控制機構19將電力系統的CO2發生量BE與熱供應系統的CO2發生量BH之和，同燃料電池系統的CO2發生量BFC2加以比較。如果BFC2小于BE+BH，則進入步驟S221B，運行控制機構19決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S223B，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果BFC2大于BE+BH，則進入步驟S222B，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S224B，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖13的VI的圖11的VI返回步驟S207，反復進行以后的步驟。
利用本實施形態的燃料電池系統的結構和動作，在熱電聯供的燃料電池系統進行熱跟蹤運行時，能夠反映被減少的電力系統的CO2發生量，從而能夠在對防止地球溫室化作出貢獻的情況下使燃料電池系統運行。
實施形態9圖14是本發明實施形態9的燃料電池系統的控制流程的后半部分的流程圖。實施形態9形成能夠在實施形態7的燃料電池系統的運行控制機構19就成本進行比較之后決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的結構。也就是第1計算機構20對熱量值數據的規定的時段的熱量值由燃料電池13提供給蓄熱機構27時發生的成本進行計算。第2計算機構21對熱量值數據的規定的時段的熱量值由燃料電池13提供時燃料電池13提供給電力負荷14的電力量進行計算，并且計算電力系統提供該電力量的情況下發生的成本。第3計算機構22對燃料電池13、燃料生成裝置11等燃料電池系統啟動時發生的成本進行計算。第4計算機構36對熱量值數據的規定的時段的熱量值由熱供應系統35提供的情況下發生的成本進行計算。
因而，實施形態9的燃料電池系統的結構和表示燃料電池系統的控制流程的前半部分的流程圖與實施形態7的圖10和圖11相同，因此省略其說明。
下面對燃料電池系統的控制流程的后半部分進行說明。
如圖14所示，在步驟S216C，第1計算機構20利用式(7)根據燃料電池系統的熱回收效率EWH計算在燃料電池13發電供應的情況下熱量值數據從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間的每一分鐘的熱量值Ht的，發電需要的原料氣體量QGFCHt。然后，利用式(8B)，根據每單位原料氣體的計量費用CGFCB計算從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3之間燃料電池系統發電提供電力并供熱的情況下發生的成本CFCHt，以從T2到T3對CFCHt進行累計的值作為燃料電池發電成本CFCH。
CFCHt＝QGFCHt·CGFCB……(8C)在步驟S127C，第3計算機構22計算燃料電池系統啟動時發生的成本，作為燃料電池啟動的成本CFCS。而且，運行控制機構19將第1計算機構20輸出的燃料電池的成本CFCH和第3計算機構22輸出的燃料電池啟動成本CFCS相加作為第2燃料電池的成本CFC2。
在步驟S218C，第4計算機構根據熱供應系統的熱效率EH，利用式(9)計算出熱供應系統35提供熱量值Ht的情況下所需要的熱供應系統熱量QGHt。然后，根據熱供應系統的計量費用CGHB，利用式(10C)計算熱供應系統35提供Ht的情況下發生的成本CHt，以從T2到T3對CHt進行累計得到的值作為熱供應系統的成本CH。
此CHt＝QGHt·CGHB……(10C)在步驟S219C，第2計算機構根據發電效率EWE利用式(11)計算燃料電池系統發電并提供熱量值數據的從發電開始預定時刻T2到停止預定時刻T3的每一分鐘的熱量值Ht的情況下發電的電度值WFCt，由式(12C)計算電力系統提供WFCt的情況下的成本CEt，以從T2到T3對CEt進行累計得到的值作為電力系統的成本CE。
CEt＝WFCt·CEB……(12C)在步驟S220C，運行控制機構19將電力系統的成本CE與熱供應系統的成本CH之和，同燃料電池系統的成本CFC2加以比較。如果CFC2小于CE+CH，則進入步驟S221C，運行控制機構19決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3，在步驟S223C，運行控制機構19在啟動預定時刻T1使燃料電池系統啟動。另一方面，如果CFC2大于CE+CH，則進入步驟S222C，運行控制機構19取消啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的假定，即禁止在啟動預定時刻T1啟動燃料電池，在步驟S224C，運行控制機構19在時刻T中代入運行停止預定時刻T3，從接著圖14的VI的圖11的VI返回步驟S207，反復進行以后的步驟。
利用本實施形態的燃料電池系統的結構和動作，在熱電聯供的燃料電池系統進行熱跟蹤運行時，能夠反映被減少的電力系統的成本，從而能夠在更經濟的條件下使燃料電池系統運行。
實施形態10圖15是本發明實施形態10的燃料電池系統的結構圖。大約與實施形態4相同的結構要素，標以相同的符號，并省略其說明。
本實施形態的燃料電池系統是在圖6的燃料電池系統的結構上增加在燃料電池啟動時直接或間接檢測支配燃料電池的啟動速度的部位的溫度的溫度檢測機構。在這里，具備燃料生成裝置11的燃料生成裝置溫度檢測機構41。或在燃料電池13具備燃料電池溫度檢測機構也能夠得到相同的效果。
下面對如上所述構成的實施形態10說明燃料電池啟動開始之前的動作。圖16是燃料電池系統的控制流程前半部分的流程圖。在圖16中，步驟S301～S308與實施形態1、即圖2的步驟S1～S6相同，其說明省略。
在步驟S309，第3計算機構22根據燃料生成裝置溫度檢測機構41在當前時刻T0檢測出的檢測溫度K0判斷啟動模式。在這里，檢測溫度K0高于規定的溫度KF的情況下，判定啟動模式為短期啟動模式，在小于KF的情況下判定為長期啟動模式。還有，燃料生成裝置11和燃料電池13的啟動預定時刻T1的溫度可以根據作為外部空氣溫度和從當前時刻T0到啟動預定時刻T1的時間的函數的放熱量推測。在這里，為了判別啟動模式，也可以將使用這些函數推測的啟動預定時刻T1的燃料生成裝置11的溫度(啟動時的溫度)K1和規定溫度KF加以比較。或預先制作將檢測溫度K0和外部氣體溫度的溫度差與從當前時刻T0到啟動預定時刻T1的時間作為變數的啟動模式對應表存儲于第3計算機構22，第3計算機構根據啟動模式對應表選擇啟動模式。或第3計算機構22根據啟動時的溫度K1和發電開始時需要的溫度(發電開始溫度)K2的溫度差，計算出啟動所需時間TS。
步驟S310-1中，運行控制機構19將相應于各啟動模式預先設定的啟動所需時間TS(例如長期啟動模式為60分鐘，短期啟動模式為30分鐘)與時刻T相加，假定為發電開始預定時刻T2。
在步驟S310-2，運行控制機構19發電開始預定時刻T2代入T。
在步驟S310-3，運行控制機構19判斷從T到規定時間X1(例如30分鐘)后為止的電度值Wt(WT～WT+30為止的30個)的Y1％以上(例如80％，24個以上)是否為燃料電池系統的最低發電量Wmin以上。如果判斷為是，就進入步驟S311。如果判斷為否，就在步驟S310-4，將T起(啟動所需時間TS-1分鐘)以前的時刻作為T，然后返回步驟S306。
在步驟S311～S313，與實施形態1、即圖2的步驟S8～S10相同，省略其說明。
如上所述進行假定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，進入連接圖16的VII的圖17的VII以后的步驟，考慮消耗的一次能源的量，決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。
具體地說，與實施形態4、即圖7的步驟S111A～S120A相同，省略其說明。
但是，在步驟S112A中，第3計算機構22根據啟動所需時間TS或啟動模式，計算或決定使燃料電池系統啟動時消耗的一次能源的量，作為燃料電池啟動一次能源的量AFCS。
利用本實施形態的燃料電池系統的結構及其動作，能夠得到實施形態4所述的效果，同時，根據燃料電池系統的溫度狀態，能夠預測、計算啟動所需時間TS和燃料電池啟動一次能源的量AFCS，因此，能夠在使燃料電池運行時進一步抑制能源的浪費。
還有，在假定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，也可以在圖17的VII以后的步驟，利用與實施形態5、即圖8的步驟S111B～S120B相同的動作，考慮發生的CO2的量也可以決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。但是，在步驟S112B，第3計算機構22根據啟動所需時間TS或啟動模式計算或決定燃料電池系統啟動時發生的CO2量，將其作為燃料電池啟動的CO2發生量BFCS。
借助于此，能夠得到實施形態5所述的效果，同時根據燃料電池系統的溫度狀態預測、計算啟動所需時間TS和燃料電池啟動的CO2發生量BFCS，因此能夠在燃料電池系統運行時抑制CO2發生量，從而對防止地球溫室化作出貢獻。
又，可以在假定了燃料電池的啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3之后，在圖17的VII以后的步驟中，利用與實施形態6、即圖9的步驟S111C～S120C相同的動作，考慮成本決定啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3。但是，在步驟S112C，第3計算機構22根據啟動所需時間TS或啟動模式計算或決定燃料電池系統啟動時所需的成本，以其為燃料電池啟動成本CFCS。
以此能夠得到實施形態6所述的效果，同時根據燃料電池系統的溫度狀態，能夠預測并計算啟動所需時間TS和燃料電池啟動成本CFCS，因此能夠在更經濟的條件下使燃料電池系統運行。
在這里，所謂控制裝置不僅是單獨的控制裝置，而且還意味著多個控制裝置協同動作進行控制的控制裝置群。因此，控制裝置23也可以不必由單獨的控制裝置構成，而采用多個控制裝置分散配置，使他們協同工作對燃料電池系統的動作進行控制的結構。
還有，發電效率EWE、熱回收效率EWH、每單位原料氣體的一次能源的量AGFCB、每單位電力的一次能源的量AEB、每單位原料氣體的CO2發生量BGFCB、每單位電力的CO2發生量BEB、原料氣體的計量費用CGFCB、電力系統的電表計量費用CEB、燃料電池啟動的一次能源的量AFCS、燃料電池啟動的CO2發生量BFCS、燃料電池啟動成本CFCS、熱供應系統35的每單位熱量的一次能源的量AGHB、熱供應系統35的每單位熱量的CO2發生量BGHB、熱供應系統的計量費用CGHB、熱供應系統熱效率EH以及啟動所需時間TS也可以在控制裝置23中預先設定，或者也可以在控制裝置23中具備輸入機構(未圖示)，使其能夠進行輸入，能夠在控制裝置23內的使用這些數據的各機構中進行存儲、更新。
又，每單位原料氣體的一次能源的量AGFCB也可以是以AEB石油換算的重量單位，又可以是熱量單位。
單位原料氣體的CO2發生量BGFCB可以是以石油換算的重量單位，也可以是熱量單位。
每單位電力的CO2發生量BEB可以根據電力系統的發電設備的種類，發電設備和供電設備的熱效率預先算出，或從電力公司得到。
還有，電度值預測機構18和熱量值預測機構34為了建立電度值數據和熱量值數據，有必要在電度值存儲機構17和熱量值存儲機構33中存儲電度值和熱量值。該存儲通常需要從電度值和熱量值檢測開始后半個月到一個月的時間，因此，利用運動控制機構進行的，啟動預定時刻T1、發電開始預定時刻T2和停止預定時刻T3的決定是在熱量電池系統設置后半個月到1個月之后。或者也可以在燃料電池系統設置之前預先檢測供應對象的電度值和熱量值，將該履歷預先存儲于電度值存儲機構17和熱量值存儲機構33。
根據上述說明，所屬領域的技術人員可以明白本發明的各種改良和其他實施形態。從而，上述說明只能解釋為例子，其目的是對所屬領域的技術人員說明執行本發明的最佳形態。可以在不脫離本發明的精神的條件下對本發明的結構及其功能的詳細情況作實質性的變更。
工業應用性本發明對于能夠考慮能源資源、環境負荷或經濟性進行運行的燃料電池系統和燃料電池熱電聯供系統是有用的。
權利要求
1.一種燃料電池系統，其特征在于，具備燃料電池、檢測燃料電池系統的供應對象使其發生的電力負荷或熱負荷的負荷值的負荷值檢測機構、存儲所述負荷值檢測機構檢測出的所述負荷值履歷的負荷值存儲機構、以及根據所述負荷值的履歷預測今后能發生的負荷值，以該預測負荷值作為負荷值數據進行存儲的負荷值預測機構，根據所述負荷值數據決定所述燃料電池的啟動預定時刻。
2.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，所述負荷值是所述燃料電池系統的電力供應對象的電力負荷即電度值，所述負荷值數據是電度值數據。
3.根據權利要求2所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備計算消耗于電力供應的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的計算機構，所述計算機構根據規定的時段的所述電度值數據，計算利用所述燃料電池進行電力供應的情況下和利用電力系統進行電力供應的情況下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比較所述計算機構的計算值，在利用電力系統進行電力供應的情況下的計算值比較大時，將所述時段的開始時刻作為所述啟動預定時刻決定。
4.根據權利要求3所述的燃料電池系統，其特征在于，所述計算機構考慮消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，計算利用所述燃料電池進行電力供應的情況下的，消耗于電力供應中消耗的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
5.根據權利要求4所述的燃料電池系統，其特征在于，所述計算機構根據所述燃料電池的溫度，計算消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
6.根據權利要求3所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備從原料生成含氫燃料的燃料生成裝置，所述計算機構考慮消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，計算利用所述燃料電池進行電力供應的情況下的，消耗于電力供應中的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
7.根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于，所述計算機構根據所述燃料生成裝置的溫度，計算消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
8.根據權利要求3所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備輸入機構，利用所述輸入機構，可以從一次能源、二氧化碳、和成本中選擇所述計算機構的計算項目。
9.根據權利要求3所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備顯示機構，利用所述計算機構的計算值，計算利用所述燃料電池進行電力供應的情況下和利用電力系統進行電力供應的情況下的，一次能源的量、二氧化碳量、和成本中的任一項的差值，所述顯示機構顯示該差值。
10.根據權利要求3所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備回收所述燃料電池的廢熱加以貯存的蓄熱機構以及將所述蓄熱機構貯存的熱量向外部供應的熱供應機構，所述計算機構還根據所述時段的所述電度值數據，計算利用所述蓄熱機構回收的熱量、在利用外部熱供應機構供應該熱量的情況下在該熱量的供應上消耗的一次能源的量、由其發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，以此計算利用所述燃料電池供應電力和熱量的情況下以及利用電力系統和外部熱供應機構供應電力供應和熱供應的情況下的各所述一次能源的量、所述二氧化碳量或所述成本，比較所述計算機構的計算值，在利用電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的計算值比較大時，將所述時段的開始時刻作為所述啟動預定時刻決定。
11.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，所述啟動預定時刻在每一規定的更新時間進行更新。
12.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備顯示機構，所述顯示機構顯示所述啟動預定時刻。
13.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，所述顯示機構顯示過去的運行履歷。
14.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備回收所述燃料電池的廢熱加以貯存的蓄熱機構、將所述蓄熱機構貯存的熱量向外部供應的熱供應機構、以及檢測所述蓄熱機構的蓄熱量的蓄熱量檢測機構，所述負荷值是所述燃料電池系統的熱供應對象的熱負荷即熱量值，所述負荷值數據是熱量值數據。
15.根據權利要求14所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備計算消耗于熱供應和電力供應的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的計算機構，所述計算機構根據所述時段的所述熱量值數據，計算利用所述燃料電池進行電力供應和熱供應的情況下和利用電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比較所述計算機構的計算值，在利用所述電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的計算值比較大時，將所述時段的開始時刻作為所述啟動預定時刻決定。
16.根據權利要求15所述的燃料電池系統，其特征在于，所述計算機構考慮消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，計算利用所述燃料電池進行電力供應和熱供應的情況下的，消耗于電力供應和熱供應中消耗的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
17.根據權利要求16所述的燃料電池系統，其特征在于，所述計算機構根據所述燃料電池的溫度，計算消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
18.根據權利要求15所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備從原料生成含氫燃料的燃料生成裝置，所述計算機構考慮消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，計算利用所述燃料電池進行電力供應和熱供應的情況下的，消耗于電力供應和熱供應中的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
19.根據權利要求18所述的燃料電池系統，其特征在于，所述計算機構根據所述燃料生成裝置的溫度，計算消耗于所述燃料電池的啟動的一次能源的量、因此發生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
20.根據權利要求15所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備輸入機構，利用所述輸入機構，可以從一次能源、二氧化碳、和成本中選擇所述計算機構的計算項目。
21.根據權利要求15所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備顯示機構，利用所述計算機構的計算值，計算利用所述燃料電池進行電力供應和熱供應的情況下和利用電力系統和外部熱供應機構進行電力供應和熱供應的情況下的，一次能源的量、二氧化碳量、和成本中的任一項的差值，所述顯示機構顯示該差值。
22.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備回收所述燃料電池的廢熱加以貯存的蓄熱機構、將所述蓄熱機構貯存的熱量向外部供應的熱供應機構、檢測所述蓄熱機構的蓄熱量的蓄熱量檢測機構、以及選擇機構，利用所述選擇機構，從所述燃料電池系統的熱供應對象的熱負荷即熱量值或所述燃料電池系統的電力供應對象的電力負荷即電度值，選擇所述負荷值，通過該選擇從電度值數據或熱量值數據選擇所述負荷值數據。
23.根據權利要求22所述的燃料電池系統，其特征在于，所述負荷值存儲機構區別宅中有人和無人而存儲所述負荷值，利用所述選擇機構可以從根據宅中有人時的所述電度值數據的決定、根據宅中無人時的所述電度值數據的決定、根據宅中有人時的所述熱量值數據的決定、根據宅中無人時的所述熱量值數據的決定中任意選擇所述燃料電池的啟動預先時刻的決定。
24.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于，還具備能夠任意設定所述燃料電池的啟動預定時刻的運行時刻設定機構。
全文摘要
本發明的燃料電池系統，具備燃料電池(13)、檢測燃料電池系統的供應對象(14)使其發生的電力負荷或熱負荷的負荷值的負荷值檢測機構(16)、存儲所述負荷值檢測機構(16)檢測出的所述負荷值的履歷的負荷值存儲機構(17)、以及根據所述負荷值的履歷預測今后能發生的負荷值，以該預測負荷值作為負荷值數據進行存儲的負荷值預測機構(18)，根據所述負荷值數據決定所述燃料電池(13)的啟動預定時刻。
文檔編號H01M8/06GK1706060SQ200480001350
公開日2005年12月7日 申請日期2004年7月26日 優先權日2003年7月25日
發明者田中良和, 西川隆, 尾關正高, 中村彰成 申請人:松下電器產業株式會社