专利名称：能量供给系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供给电力、热等的能量供给系统。
背景技术：
作为能量供给系统，以往已知燃气动力发电机、燃气发动机能量供给系统，近年来 特别关注的有使用燃料电池一并供给电力和热的燃料电池系统。作为上述燃料电池系统，提出了以下系统寿命是根据运转时间、运转次数所设定 的，在达到上述寿命时强制停止运转(例如参照专利文献1)。还提出了一种根据运转耐用期间来制定燃料电池的运转计划的燃料电池的运转 方法(例如参照专利文献2)。还提出了一种根据过去的负荷的实际状况来预测负荷并据此决定运转时间段的 热电联产装置的运转计划方法(例如参照专利文献3)。专利文献1 日本特开2005-63903号公报专利文献2 日本特开2007-323843号公报专利文献3 日本特开2003-61245号公报
发明内容
发明要解决的问题在以往的燃料电池、热电联产装置中，通常设定有动作保证期间，并不期望在该动 作保证期间之前达到寿命。在上述以往的燃料电池、热电联产装置中，虽然在一定程度上考 虑这一点，但是有可能导致缩短装置寿命本身。本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够降低在动作保证期间 之前达到运转时间寿命的可能性的同时延长装置寿命的能量供给系统。用于解决问题的方案本发明的发明人们为了解决上述问题而进行了专心研究。其结果得出了以下见解。S卩，例如在使用燃料电池的热电联产系统(cogeneration system)中，如果频繁进 行起动停止，则可能会对装置的寿命产生不良影响。在上述以往的燃料电池、热电联产装置 中，装置寿命是被给予的一个量，并没有考虑到起动停止的次数、起动停止给装置寿命带来 的影响，因此存在装置的寿命反而会缩短的危险。由于起动停止次数和运转时间之间存在 着密切的关系，因此需要调整两者之间的关系来进行适当的运转。为了解决上述问题，本发明的能量供给系统具备能量供给装置，其供给电力和热 中的至少一种；以及控制装置，其构成为设定比上述能量供给装置的动作保证期间短的 第一规定期间内的上述能量供给装置的运转时间的上限值、即第一最大运转时间，以避免 在上述动作保证期间之前达到上述能量供给装置的运转时间寿命，并且，根据所设定的上 述第一最大运转时间，通过运算求出比上述第一规定期间短的第二规定期间内的上述能量
4供给装置的运转时间的上限值、即第二最大运转时间，以避免上述第一规定期间内的上述 能量供给装置的运转时间超过上述第一最大运转时间。通过上述结构，能够在降低在动作保证期间之前达到运转时间寿命的可能性的同 时延长装置的寿命。在参照附图的基础上，根据以下的优选实施方式的详细说明来明确本发明的上述 目的、其它目的、特征以及优点。发明的效果根据本发明的能量供给系统，不会在动作保证期间达到运转时间寿命而能够继续 运转。
图1是表示本发明的实施方式1的能量供给系统的结构例的框图。图2是表示实施方式1的能量供给系统的动作例的流程图。图3是表示实施方式1的能量供给系统的运转历史记录的一例的图。图4是表示利用现有技术的能量供给系统的运转历史记录的一例的图。图5是表示实施方式1的变形例1的能量供给系统的动作例的流程图。图6是表示实施方式1的变形例2的能量供给系统的动作例的流程图。图7是表示实施方式1的变形例3的能量供给系统的动作例的流程图。图8是表示实施方式2的能量供给系统的结构例的框图。图9是表示实施方式2的能量供给系统的动作例的流程图。图10是表示变形例4的能量供给系统的远程控制操作中的运转时刻输入异常的 一例的图。图11是表示实施方式3的能量供给系统的动作例的流程图。图12是表示实施方式4的能量供给系统的动作例的流程图。图13是表示实施方式5的能量供给系统的动作例的流程图。附图标记说明1 燃料电池系统；la 燃料电池单元；Ib 热水储存单元；2 :电力系统；3 :电力消 耗设备；4 电力计；5 热量计；6 控制装置；6a 存储器；6b 需求预测器；6c 运转计划器； 7 远程控制器。
具体实施例方式下面，参照附图来说明本发明的实施方式。本发明的实施方式的能量供给系统具备能量供给装置(例如图1的燃料电池单 元la)，其供给电力和热中的至少一种；以及控制装置(例如图1的控制装置6)，其构成为 设定比上述能量供给装置的动作保证期间短的第一规定期间内的上述能量供给装置的运 转时间的上限值、即第一最大运转时间，该避免在上述能量供给装置的动作保证期间之前 达到上述能量供给装置的运转时间寿命，并且，根据所设定的上述第一最大运转时间，通过 运算求出比上述第一规定期间短的第二规定期间内的上述能量供给装置的运转时间的上 限值、即第二最大运转时间，以避免上述第一规定期间内的上述能量供给装置的运转时间超过上述第一最大运转时间。通过上述结构，能够在使在动作保证期间之前达到运转时间寿命的可能性降低的 同时延长装置的寿命。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为将上述第二规定期间内的 起动停止次数进行限制为小于规定次数，来运转上述能量供给装置。在上述能量供给系统中，上述第一最大运转时间也可以是固定值。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以根据预先决定的条件改变上述第一 最大运转时间。在上述能量供给系统中，上述预先决定的条件也可以是日历信息、季节信息、大气 温度以及城市用水温度中的至少一个。在上述能量供给系统中，上述第一规定期间也可以是η天、η周、η月、η年中的任 一个，其中η为自然数。在上述能量供给系统中，上述第二规定期间也可以是η小时、η天、η周、η月、η年 中的任一个，其中η为自然数。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以根据预先决定的模式来改变上述第 一规定期间。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为设定上述第一最大运转时间 和上述第二最大运转时间以使每单位运转时间的能量成本削减量最大。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为设定上述第一最大运转时间 和上述第二最大运转时间以使上述能量供给装置的能量消耗量最小。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为设定上述第一最大运转时间 和上述第二最大运转时间以使由上述能量供给装置进行能量供给的对象的消耗能量削减 量最大。在上述能量供给系统中，也可以还具备操作器(例如图10的远程控制器7)，该操 作器用于输入上述能量供给装置的起动时刻和停止时刻，上述控制装置构成为在通过上 述操作器输入的上述起动时刻至上述停止时刻的时间未超过上述第二最大运转时间的情 况下，上述控制装置将通过上述操作器输入的上述起动时刻和上述停止时刻设定为装置起 动时刻和装置停止时刻，该装置起动时刻和装置停止时刻是上述能量供给装置的起动时刻 和停止时刻，在通过上述操作器输入的上述起动时刻至上述停止时刻的时间超过上述第二 最大运转时间的情况下，上述控制装置不将通过上述操作器输入的上述起动时刻和上述停 止时刻设定为上述装置起动时刻和上述装置停止时刻。在上述能量供给系统中，也可以还具备通知器，该通知器构成为在通过上述操作 器输入的上述起动时刻至上述停止时刻的时间超过上述第二最大运转时间的情况下，该通 知器通知上述时间超过了上述第二最大运转时间。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为根据上述能量供给装置的累 计运转时间来更新上述第一最大运转时间。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为在上述第二规定期间内的 上述能量供给装置的运转时间小于上述第二最大运转时间的情况下，上述控制装置也可以 计算上述第二最大运转时间与上述第二规定期间内的上述能量供给装置的运转时间之差并将该差进行累计，将累计得到的时间作为累计剩余运转时间进行存储。在上述能量供给系统中，上述控制装置也可以构成为在上述累计剩余运转时间变 为预先设定的第三规定期间的情况下，上述控制装置重新设定上述第一最大运转时间。此外，除了优选使用燃料电池作为本实施方式中的“能量供给装置”以外，内燃机 型的发电机等也能够被用作本实施方式中的“能量供给装置”。(实施方式1)图1是表示本发明的实施方式的能量联供系统的结构例的框图，示出了燃料电池 系统作为此处的能量供给系统的一例。本实施方式的能量供给系统1具备燃料电池单元Ia和热水储存单元lb，由燃料电 池单元Ia产生的电力和来自电力系统2的电力一起被供给至电力消耗设备3，其中，上述燃 料电池单元Ia利用燃料电池进行发电，上述热水储存单元Ib使用通过燃料电池单元Ia的 燃料电池的发电而同时产生的热来使城市用水升温而作为温水并储存。由电力计4测量电力消耗设备3所消耗的电力负荷量，由位于控制装置6中的存 储器6a依次存储该电力负荷量。另外，储存在热水储存单元Ib中的温水从自来水管的水龙头等作为温水被供给， 由热量计5对作为温水所利用的热负荷量进行测量，由位于控制装置6中的存储器6a依次 存储该热负荷量。热量计5例如包括测量城市用水温度的温度传感器(未图示)、测量从热水储存单 元Ib供给的温水的温度的温度传感器(未图示)以及测量从热水储存单元Ib供给的温水 的流量的流量计(未图示)，根据城市用水与温水之间的温度差和温水的流量之积，来计算 作为温水所利用的热负荷量。另外，在燃料电池系统1中配备有备用热水供水器(未图示)使得在热水储存单 元Ib内的温水用完的情况下也能够供给温水。控制装置6控制燃料电池单元Ia和能量供给系统1的运转。控制装置6还具有需求预测器6b，其根据存储在存储器6a中的电力负荷需求 和热负荷需求的过去的历史记录，来预测将来的电力负荷需求和热负荷需求的时间序列模 式；运转计划器6c，其根据由需求预测器6b预测出的电力负荷需求和热负荷需求的时间序 列模式，来决定燃料电池系统的起动时刻和停止时刻；运转计划器6d，其设定规定期间(例 如一天)内的燃料电池系统能够运转的最大运转时间；以及期间设定器6e，其设定规定期 间。需求预测器6b读出存储在存储器6a中的固定期间(例如一年)内的热负荷需求 的产生历史记录和电力负荷需求的历史记录，根据该历史记录，估计并运算在将来的规定 期间(例如一天)内随着时间推移而改变的电力负荷的预测需求以及在将来的规定期间 (例如一天)内随着时间推移而改变的热负荷的预测需求(下面将它们简称为“电力负荷 预测需求”和“热负荷预测需求”)，并将这些电力负荷预测需求和热负荷预测需求依次存储 到存储器6a中。此外，期望的是估计电力负荷预测需求和热负荷预测需求所需的过去的电力负荷 的电力消耗历史记录和热负荷的热消耗历史记录的存储期间为系统能够适当地掌握设置 有本实施方式的燃料电池系统的对象中的电力和热的消耗周期的期间，例如在将燃料电池系统设置于普通家庭 的情况下，所述过去的电力负荷的电力消耗历史记录和热负荷的热消 耗历史记录的存储期间是几天 几个月左右。另外，已经提出了各种根据电力负荷和热负荷的产生历史记录来估计电力负荷预 测需求和热负荷预测需求的方法，在此省略其详细说明。运转计划器6d为了避免在燃料电池单元Ia的动作保证期间(例如10年)之前 达到燃料电池单元Ia的运转时间寿命(例如4万个小时)，设定比动作保证期间短第一规 定期间(例如一周)内的燃料电池单元Ia的运转时间的上限值、即第一最大运转时间，并 且，该运转计划器6d根据所设定的第一最大运转时间，通过运算求出比第一规定期间短的 第二规定期间(例如一天)内的燃料电池单元Ia的运转时间的上限值、即第二最大运转时 间来进行设定，使得第一规定期间内的燃料电池单元Ia的运转时间不超过第一最大运转 时间。利用上述结构，能够同时实现如下效果降低在动作保证期间之前达到运转时间 寿命的可能性，抑制装置寿命降低。控制装置6以第二规定期间内的燃料电池单元Ia的运转时间不超过第二最大运 转时间的方式运转燃料电池单元la。具体地说，例如逐一设定燃料电池单元Ia的起动时刻 和停止时刻，使得第二规定期间内的燃料电池单元Ia的运转时间不超过第二最大运转时 间。即，起动时刻至停止时刻的时间是预定运转时间，只要使该预定运转时间不超过第二最 大运转时间即可。此时，例如也可以决定第二规定期间内的起动时刻和停止时刻，以使后述 的能量成本削减量最大并且使起动时刻至停止时刻的时间成为第二最大运转时间。也可以 决定起动时刻和停止时刻使得起动时刻至停止时刻的时间不等于第二最大运转时间或者 小于第二最大运转时间。关于决定起动时刻和停止时刻的具体方法，也可以适当地参照后 述的变形例等。作为一例，将动作保证期间(商品寿命)设为10年，将运转时间寿命(耐久时间) 设为4万个小时，将第一规定期间设为一周，将第二规定期间设为一天。此时，例如根据10 年=521. 4周，能够将第一最大运转时间设为4万个小时+521. 4周=76. 7小时/周。另 夕卜，能够将第二最大运转时间例如设为大于或等于7. 7个小时且小于或等于20个小时的规 定时间。考虑到效率，优选的是将第二最大运转时间设定为大于或等于一定的下限值(例 如7. 7个小时)。既可以通过由操作者输入第一最大运转时间并将其存储到控制装置6的未图示 的存储部中，也可以由控制装置6根据动作保证时间、运转时间寿命以及第一规定期间进 行运算来自动求出第一最大运转时间。在后者的情况下，例如可以通过由操作者输入动作 保证期间、运转时间寿命以及第一规定期间来将它们存储到控制装置6的未图示的存储部 中。例如能够通过下面的式(1)求出第一最大运转时间。第一最大运转时间=运转时间寿命/(动作保证期间/第一规定期间)··· (1)能够由控制装置6根据所设定的第一最大运转时间进行运算来自动地求出第二 最大运转时间。表1示出了在将第一规定期间设为一周、将第二规定期间设为一天、将第一最大 运转时间设为76. 7小时的情况下由控制装置6设定的第二最大运转时间的一例。[表 1]
权利要求
1.一种能量供给系统，具备能量供给装置，其供给电力和热中的至少一种；以及控制装置，其构成为设定比上述能量供给装置的动作保证期间短的第一规定期间内 的上述能量供给装置的运转时间的上限值、即第一最大运转时间，以避免在上述动作保证 期间之前达到上述能量供给装置的运转时间寿命，并且，根据所设定的上述第一最大运转时间，通过运算求出并设定比上述第一规定期间短的 第二规定期间内的上述能量供给装置的运转时间的上限值、即第二最大运转时间，以避免 上述第一规定期间内的上述能量供给装置的运转时间超过上述第一最大运转时间。
2.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为将上述第二规定期间内的起动停止次数限制为小于规定次数， 来运转上述能量供给装置。
3.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述第一最大运转时间和/或上述第二最大运转时间是固定值。
4.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置根据预先决定的条件改变上述第一最大运转时间和/或上述第二最大 运转时间。
5.根据权利要求3所述的能量供给系统，其特征在于，上述预先决定的条件是日历信息、季节信息、大气温度以及城市用水温度中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述第一规定期间是η天、η周、η月、η年中的任一个，其中η为自然数。
7.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述第二规定期间是η小时、η天、η周、η月、η年中的任一个，其中η为自然数。
8.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于， 上述控制装置根据预先决定的模式来改变上述第一规定期间。
9.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为设定上述第一最大运转时间和上述第二最大运转时间以使每单 位运转时间的能量成本削减量最大。
10.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为设定上述第一最大运转时间和上述第二最大运转时间以使上述 能量供给装置的能量消耗量最小。
11.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为设定上述第一最大运转时间和上述第二最大运转时间以使由上 述能量供给装置供给能量的对象的消耗能量削减量最大。
12.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，还具备操作器，该操作器用于输入上述能量供给装置的起动时刻和停止时刻， 上述控制装置构成为在通过上述操作器输入的上述起动时刻至上述停止时刻的时间未超过上述第二最大 运转时间的情况下，上述控制装置将通过上述操作器输入的上述起动时刻和上述停止时刻设定为装置起动时刻和装置停止时刻，该装置起动时刻和装置停止时刻是上述能量供给装 置的起动时刻和停止时刻，在通过上述操作器输入的上述起动时刻至上述停止时刻的时间超过上述第二最大运 转时间的情况下，上述控制装置不将通过上述操作器输入的上述起动时刻和上述停止时刻 设定为上述装置起动时刻和上述装置停止时刻。
13.根据权利要求11所述的能量供给系统，其特征在于，还具备通知器，该通知器构成为在通过上述操作器输入的上述起动时刻至上述停止 时刻的时间超过上述第二最大运转时间的情况下，该通知器通知上述时间超过了上述第二 最大运转时间。
14.根据权利要求1所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为根据上述能量供给装置的累计运转时间来更新上述第一最大运 转时间。
15.根据权利要求14所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为在上述第二规定期间内的上述能量供给装置的运转时间小于上 述第二最大运转时间的情况下，上述控制装置计算上述第二最大运转时间与上述第二规定 期间内的上述能量供给装置的运转时间之差并将该差进行累计，将累计得到的时间作为累 计剩余运转时间进行存储。
16.根据权利要求14所述的能量供给系统，其特征在于，上述控制装置构成为在上述累计剩余运转时间变为预先设定的第三规定期间的情况 下，重新设定上述第一最大运转时间。
全文摘要
本发明提供了一种能量供给系统，其具备能量供给装置(1a)，其供给电力和热中的至少一种；以及控制装置(6)，其构成为设定比动作保证期间短的第一规定期间内的上述能量供给装置的运转时间的上限值、即第一最大运转时间，以避免在上述动作保证期间之前达到运转时间寿命，并且，根据所设定的上述第一最大运转时间，通过运算求出比上述第一规定期间短的第二规定期间内的上述能量供给装置的运转时间的上限值、即第二最大运转时间，以避免上述第一规定期间内的上述能量供给装置的运转时间超过上述第一最大运转时间。
文档编号H01M8/00GK102149984SQ20108000254
公开日2011年8月10日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年3月23日
发明者小原英夫, 尾关正高, 田中良和, 金子广明, 鹈饲邦弘 申请人:松下电器产业株式会社