专利名称：发电及废热供暖装置、发电及废热供暖方法、程序、以及媒体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用燃料电池进行发电的发电及废热供暖(cogeneration)装置、发电及废热供暖方法、程序、以及媒体。
背景技术：
(A)图6中展示出在日本特开平1994-325774号中揭示的以往的燃料电池发电系统的构成。
燃料电池41，使燃料气体供给装置42供给的燃料气体与空气供给装置43供给的空气中的氧反应，，产生直流电流。
产生的直流电流，由电力变换器44变换成交流电流输出。燃料电池的排热，通过水蒸汽分离器45供给到蓄热器46。
控制装置47，控制充放电装置48及电力变换器44，即使从燃料电池41送出的电流值为一定，也能通过对充放电装置48的充放电、与蓄热器46的热交换，根据外部负载对电力输出进行控制。
(B)图15中展示出以往的发电及废热供暖系统的构成。以往的发电及废热供暖系统，利用城市煤气那样的含沼气等的碳化氢的燃料由热电气并给装置101内部的发电部102进行发电。作为发电部102进行的发电方法，包括利用内燃机及气轮机使发电机转动进行发电的方法，以及利用改质器变成含氢的气体、由燃料电池进行发电的方法。发电获得的电力与商业电网连网，提供给电力负载。
图16展示一般住宅中的电力负载的变化，是任意单位的图。住宅中的电力消费，随时间变化大。深夜及外出时的电力消费仅几十瓦。而使用马达等时则高达数十千瓦。与热电气并给装置101的发电量比较，电力负载大时，其差值可由市电供给。另外，在发电量方面比较，电力负载小时，将其差值向市电供给，这是所谓的逆潮流。这里，在逆潮流时买入发电及废热供暖装置发电的电力要比电力购入时的价格便宜得多，所以，提高控制、调整发电量、使逆潮流的电力量减少是贯常的做法。因此，热电气并给装置的额定发电量被设定在最大负载的一半以下。
此外，通过发电部102变换的能量，约为被供能量的20～30％，其余的能量作为热能排出。这部分热能被作为蒸汽和热水回收，提供给供水负载。热能量与发电量大体成比例。因此，在降低电力负载，降低发电量时，热能量也降低。一般，电力负载与供水负载的变化是不一致的，所以，需要积蓄另外的能量。为此，采用蓄水箱103。
(A)但是，前述以往的燃料电池发电系统中(参照图6)，根据变化大的外部负载控制电力输出时，从燃料电池41送出的电流值一定，所以，充放电装置48的放电量或充电量较大。为此，燃料电池发电系统并不是经济的系统，本发明者注意到了这一点。
更具体地说，电力和热的使用量，如图7～8所示，一日中变化大，从早晨、白天、黄昏，到夜间需要高，此外时段为低负载，低需要(图7的期间A，图8的期间B)。此外，随着季节变化，夏天要冷、冬天要热，存在需要上的变化。为此，平时将燃料电池41的发电量保持一定的运转，(1)给充放电装置48的蓄电量及给蓄热器46的蓄热量产生过分不足，(2)需要容量大的充放电装置48，不但费用上升而且装置系统的空间也要增大。
(B)此外，在以往的发电及废热供暖系统(参照图15)中，由于电力、热各自的需要变化起落大，难以保证经济性。
更具体地说，(1)由于电力负载变动大，几乎只有部分负载在运转，所以，发电总量小，热电并给时的光热费的减低效果不大。(2)由于发电及供水负载的急剧变化，难以适从正确的负载，对电力负载的自给率下降，难以获得光热费的减低效果。(3)住宅的电力负载及热水负载不一致，蓄水箱增大，相对电力负载、热水负载集中，所以，不适合热水供给。(4)此外，这些结果使涉及发电及废热供暖系统的初期投资加大，设置本身有难度。
发明内容
本发明是针对前述课题而提出的，目的在于提供能够利用燃料电池进行经济的发电的发电及废热供暖装置、发电及废热供暖方法、程序、以及媒体。
本发明的第1方面所述的发电及废热供暖装置，包括进行供给消费对象用的电力及热的生成的电力热生成装置，存储前述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储器，以及根据前述存储的数据，控制调整前述进行的电力及/或热的生成用的控制装置。
如本发明的第1方面所述的第2方面所述的发电及废热供暖装置，还包括检测前述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的检测装置，以及根据前述检测结果，更新前述存储的数据的更新装置。
如本发明的第2方面所述的第3方面所述的发电及废热供暖装置，还包括对前述电力热生成装置供给生成前述电力及热用的燃料的燃料供给装置；调整前述进行的电力及/或热的生成用的控制，是前述燃料的供给的控制如本发明的第3方面所述的第4方面所述的发电及废热供暖装置，还包括进行利用前述生成的电力的充电及利用前述充电的电力的放电的蓄电装置。
如本发明的第4方面所述的第5方面所述的发电及废热供暖装置，前述燃料的供给的控制，根据前述蓄电装置的蓄电量进行。
如本发明的第3方面所述的第6方面所述的发电及废热供暖装置，还包括利用前述生成的热进行贮藏热水的蓄水装置，以及利用前述生成的电力对前述蓄水进行加热的加热装置。
如本发明的第1方面所述的第7方面所述的发电及废热供暖装置，根据用户的指令对前述存储的数据进行变更的用户指令数据变更装置。
如本发明的第1方面所述的第8方面所述的发电及废热供暖装置，被提供前述生成的电力及热的消费对象，是多个，前述多个消费对象的前述电力及/或热量消费随时间的变化，是前述各消费对象的前述电力及/或热量消费的、有关前述多个消费对象的全部总合计量随时间的变化。
如本发明的第8方面所述的第9方面所述的发电及废热供暖装置，前述各消费对象的前述电力及/或热量消费随时间的变化，是补足的。
如本发明的第9方面所述的第10方面所述的发电及废热供暖装置，所谓前述各消费对象的前述电力及/或热量消费随时间的变化是补足的，是前述消费对象进行的前述电力及/或热量消费的时间区域，完全不同于前述多个消费对象的全部。
如本发明的第10方面所述的第11方面所述的发电及废热供暖装置，
前述消费对象，是在(1)房间布置，(2)面积，(3)居住人员方面完全不同的多个住宅。
如本发明的第11方面所述的第12方面所述的发电及废热供暖装置，前述电力热生成装置，是前述各住宅租借租金不同的多个燃料电池，如本发明的第1方面所述的第13方面所述的发电及废热供暖装置，前述电力热生成装置，是多台，调整前述进行的电力及/或热的生成用的控制，是变更前述多台内应运转的台数用的控制。
本发明的第14方面所述的发电及废热供暖方法，包括下述步骤进行供给消费对象用的电力及热的生成的电力热生成步骤，存储前述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储步骤，以及观察前述存储的数据、估计在前述消费对象应产生的电力及/或热量消费的变化、开始调整前述进行的电力及/或热的生成用的控制的控制步骤。
本发明的第15方面所述的一种程序，在计算机中执行下列步骤的全部或一部分，下述步骤为存储如第14方面所述的发电及废热供暖方法的、与所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图相关的数据的存储步骤，以及观察所述存储的数据、估计在所述消费对象应产生的电力及/或热量消费的变化、开始调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制的控制步骤。
本发明的第16方面所述的一种媒体，承载如本发明第15方面所述的程序，可通过计算机进行处理。
图1是本发明的实施形态1的燃料电池发电装置的构成框图。
图2是本发明的实施形态2的燃料电池发电装置的构成框图。
图3是本发明的实施形态3的燃料电池发电装置的构成框图。
图4是本发明的实施形态4的燃料电池发电装置的构成框图。
图5是本发明的实施形态5的燃料电池发电装置的构成框图。
图6是以往的燃料电池发电系统的构成框图。
图7是表示一般家庭的一日中不同时间的电力使用量变化的说明用图。
图8是表示一般家庭的一日中不同时间的热量需要量变化的说明用图。
图9是表示一般家庭的一日中不同时间的供水需要量变化的说明用图。
图10是本发明的实施形态6的别的燃料电池发电装置的构成框图。
图11是表示本发明的实施形态6的发电及废热供暖系统的构成图。
图12是表示本发明的实施形态7的发电及废热供暖系统的构成图。
图13是表示本发明的实施形态7的住宅B的电力负载的变化图。
图14是表示本发明的实施形态7的住宅A、B及C的合计电力负载的变化图。
图15是表示以往的发电及废热供暖系统的构成图。
图16是表示本发明的实施形态7的住宅A的电力负载的变化图。
(标号的说明)1燃料电池2燃料气体供给装置3氧化剂气体供给装置4流量控制装置5电力变换装置7系统电源8负载电力检测装置9电力负载10计时装置11存储器12电力控制装置101，111，121热电气并给装置103，112，122蓄水箱113，124功率计114，125水量计115运转模式决定装置116，126运转控制装置118 住宅123 备用炉
127住宅A128住宅B129住宅C具体实施形态下面，参照附图对本发明的实施形态进行说明。
(实施形态1)首先，对本实施形态1的燃料电池发电装置的构成进行说明。这里，图2是本发明实施形态1的燃料电池发电装置的构成图。
1是进行提供给消费对象的电力热的生成的燃料电池，以改质器·氢储藏合金·氢储气瓶等为代表的燃料气体供给装置2，与以送风扇·送风储气瓶等为代表的氧化剂气体供给装置3连接。
4是对从燃料气体供给装置2供给的燃料气体流量与从氧化剂气体供给装置3供给的氧化剂气体流量进行控制的流量控制装置。
5是电力变换装置，通过连接，将来自燃料电池1的直流电力变换成交流电力输出。
6是与电力变换装置5电气连接的输出线，途中分开，一方与系统电源7连接，另一方与负载电力检测装置8及电力负载9分别作电气连接。
10是测量时刻，时间的计时器等的计时装置。
11是存储各时刻的使用电力量的半导体存储器等的存储器。
12是电力控制装置，内藏存储器11，具有以下功能(1)输入通过负载电力检测装置8检测的负载电力量、由计时装置10来的计时信号、以及来自电力变换装置5的燃料电池1的产生电压、电流，(2)将各时刻的负载电力量存储在存储器11，(3)根据来自存储器11的负载电力量存储器信息、向流量控制装置4输出与电力负载的日负载特性对应的燃料气体及氧化剂气体的流量控制信号。
下面，对本实施形态1的燃料电池发电装置的动作进行说明。此外，在说明本实施形态1的燃料电池发电装置的动作的同时，对本发明的发电及废热供暖方法的一实施形态进行说明(以下的实施形态，也同样)。
由燃料气体供给装置2供给的燃料气体及由氧化剂气体供给装置3供给的氧化剂气体中的氧，在燃料电池1中进行反应，产生直流电流。
产生的直流电流被送到电力变换装置5，变换成与系统电源7同样电压的交流电流，通过输出线6提供给电力负载9。这里，在相对于电力负载9的负载电力、燃料电池1的输出电力不足时，也从系统电源7供给电力，反之，在相对于负载电力的输出电力过剩时，向系统电源7返回电力、即所谓的系统连线。
用燃料电池发电装置进行发电的优点之一，在于发电效率的高低带来的效益。在相对于负载电力输出电力不足时，从系统电源7买入价高的电力，在相对于负载电力输出电力过剩时，向系统电源7返回(或者极低价地)返回电力，这一般是划不来的。为此，在保持相对于电力负载的输出电力无过不足时，可根据负载电力的变化对输出电力进行跟踪。
作为跟踪装置，通过负载电力检测装置8预先检测电力负载9的负载电力，电力控制装置12使与该电力负载的时间一起变化的曲线图存储在存储器11中。且，电力控制装置12根据存储在存储器11中的曲线图，向流量控制装置4输出指令，使发电输出与电力负载相对应。
流量控制装置4，对从燃料气体供给装置2供给燃料电池1的燃料气体流量、和从氧化剂气体供给装置3供给燃料电池1的氧化剂气体流量中的任一个进行控制，使之成为与电力控制装置12的输出指令对应的流量。此外，电力变换装置5，将燃料电池1产生的直流电流变换成系统电源7的交流电力。
这里，输出电力的控制，只通过电力变换装置5的直流电流控制进行。但是，例如，当燃料电池1产生的直流电流少时向燃料电池1供给的燃料气体流量仍一定的场合，在燃料电池1内反应的燃料气体的比率(燃料气体利用率)下降，许多燃料气体被浪费。效率很差。因此，电力控制装置12，流量控制装置4，将燃料气体流量及氧化剂气体流量控制在适当值，使经常维持效率于最适当的状态。
在这一系列的跟踪控制中，一般家庭中的负载电力，如图7所示，在一日中，在短时间内有激烈的变化，且，平均电力也随时在增减。一般，最大电力使用时与最小电力使用时，通常以3∶1～2∶1的比率变化。特别是，夜间不活动的家庭转向白天消费(图7的期间A)，最小电力使用被继续。这样的电力负载需要，在各家庭大体都有周期性、规律性，常见到同样的负载曲线图重复出现。
电力控制装置12，使负载电力检测装置8检测的负载电力量，作为表示对计时装置10计测的时刻的电力的负载电力量存储器信息(1日的时刻与使用电力量的关系)，被存储在存储器11。此外，电力控制装置12，向前述流量控制装置4输出燃料气体及氧化剂气体的流量控制信号，使各时刻的电力输出成为负载电力量存储器信息中表示的电力输出。
电力控制装置12，通常使负载电力检测装置8检测的负载电力量，作为表示对计时装置10计测的时刻的电力的负载电力量存储器信息，更新存储在存储器11。为此，即使该负载电力量存储器信息变动(例如，家庭人数变化，家用电器的增减使负载曲线图变化)，通常也能将最新的负载电力曲线图作为消费对象固有的需要特性进行存储，通过学习运转最新的负载曲线图，可得到经济的运转。
此外，因季节而需要的变动，作为日电力负载特性作同样的日更新，可使全年实现经济的运转。此外，实际的使用电力负载在短时间内产生激烈变化的方面也很多见，但通过把对应于负载电力量存储器信息的曲线图的电力输出以与燃料电池1的负载跟踪性能一致的速度变化预先进行，可以实现燃料电池发电装置的稳定运转，并实现长寿命化，提高可靠性。
此外，含燃料电池1的装置，与本发明的电力热生成装置对应，含存储器11的装置，与本发明的存储器对应，含电力控制装置12及流量控制装置4的装置，与本发明的控制装置对应。此外，含负载电力检测装置8的装置，与本发明的检测装置对应，含电力控制装置12的装置，与本发明的更新装置对应。此外，含燃料气体供给装置2及氧化剂气体供给装置3的装置，与本发明的燃料供给装置对应。此外，本实施形态的燃料电池发电装置，与本发明的发电及废热供暖装置对应。
前述的本实施形态中，与时间一起变化的、电力负载中必要的负载电力量的曲线图被存储在存储器11，电力控制装置12，向流量控制装置4发出输出指令，使成为与电力负载对应的发电输出。但是，与时间一起变化的、热负载中必要的负载热量的曲线图被存储在存储器11，如图10所示，对应于电力控制装置12的热输出量控制装置12A通过其他途径设置，该热输出量控制装置12A，可根据存储在存储器11的负载热量的曲线图，向流量控制装置4发输出指令，使输出对应于热负载的发热量。
此外，更具体地说，如图10所示的燃料电池发电装置，具有如下的构成。
即亦，16A是作为回收燃料电池1的发电反应产生的排热的排热回收装置(贮藏热水装置)的蓄水箱。
经冷却水通路18A使燃料电池1与热交换器17A连通，冷却水循环泵19A使冷却水循环，使燃料电池1的排热回收。热交换器17A中进行的热交换排热，向蓄水箱16A传递、蓄水。
20A是作为使蓄水箱16A的排热回收量利用直流电力或交流电力进一步增加的加热装置的加热器。
21A是对作为加热器20A的电源的燃料电池1的直流输出及系统电源7的交流输出进行切换的切换装置。
22A是检测从蓄水箱16A的输出的热输出的热负载检测装置，根据由检测蓄水箱16A的给水温度的给水温度传感器23A送出的给水温度及给水流量及热水温度，计算蓄水箱16A的热输出。
24A是向蓄水箱16A供水用的给水泵。
此外，设置检测从蓄水箱16A实际输出的热输出量的热负载检测装置22A，以及把存储在存储器11的热量的曲线图更新为利用热负载检测装置22A检测的热输出量的曲线图的更新装置12A。为此，根据被更新的曲线图，热输出量控制装置12A可向流量控制装置4发输出指令，使对应于热负载的发热量被输出。这样，有可能优先运转热负载、对热负载需要平常不会过于不足、实现发热量方面所述的经济的运转。
(实施形态2)首先，对本实施形态2的燃料电池发电装置的构成进行说明。此外，图2是本发明的实施形态2的燃料电池发电装置的构成图。
图2中，对与图1的实施形态1的燃料电池发电装置中具有同样的功能的部分，带上同一标号，对它们的功能，请参照图1，这里说明从略。
13是贮藏燃料电池1发电的直流电力的2次电池。
利用控制2次电池13中的充电及放电的充放电控制装置14，控制燃料电池1的充电及向电力变换装置5的放电。
15是电力贮藏控制装置，具有以下功能(1)输入由负载电力检测装置8检测的负载电力量及由来自计时装置10的计时信号，(2)使各时刻的负载电力量存储在存储器11，(3)根据来自存储器11的负载电力量存储器信息，向流量控制装置4输出对应于电力负载的日负载特性的燃料气体及氧化剂气体的流量控制信号，(4)经充放电控制装置14控制2次电池13的充放电量。
设置2次电池的目的，是针对前述实施形态1的系统连线中对负载电力的输出电力的过于不足导致的经济性不佳，利用2次电池13的充放电，可大大减少来自系统电源7的电力供给量及向系统电源7的电力返回量，以改善经济性。
此外，对本实施形态2的燃料电池发电装置的动作进行说明。
一般家庭中的负载电力，如图7所示，在一日中，在短时间内有激烈的变化，且，平均电力也随时在增减。一般，最大电力使用时与最小电力使用时，通常以3∶1～2∶1的比率变化。特别是，夜间不活动的家庭转向白天消费(图7的期间A)，最小电力使用被继续。这样的电力负载需要，在各家庭大体都有周期性、规律性，常见到同样的负载曲线图重复出现。
首先，通过负载电力检测装置8检测电力负载9的负载电力，电力贮藏控制装置15使与该负载电力的时间一起变化的曲线图存储在存储器11。
此外，根据存储在存储器11的曲线图，电力贮藏控制装置15向流量控制装置4进行输出指令，使成为对应于电力负载的发电输出。
流量控制装置4，对从燃料气体供给装置2供给燃料电池1的燃料气体流量、和从氧化剂气体供给装置3供给燃料电池1的氧化剂气体流量中的任一个进行控制，使之成为与电力贮藏控制装置15的输出指令对应的流量。
此外，电力变换装置5，将燃料电池1产生的直流电流变换成系统电源7的交流电力。
这里，电力贮藏控制装置15，使对电力负载9的发电电力的不足部分通过2次电池13由充放电控制装置14补充输出。
此外，电力贮藏控制装置15，把负载电力检测装置8检测的负载电力量作为表示计时装置10计测的时刻的电力的负载电力量存储器信息(1日的时刻与使用电力量的关系)存储在存储器11。此外，电力贮藏控制装置15，把控制燃料气体及氧化剂气体的流量用的流量控制信号向流量控制装置4输出，使得各时刻的电力输出成为负载电力量存储器信息中表示的输出电力。此外，电力贮藏控制装置15，在燃料电池1的电力负载低、且适合2′次电池13的充电的燃料电池1的输出电压高的时间区域(图7的期间A)，可确保通过充放电控制装置14向2次电池13进行充电用的充电时间。
本实施形态中的这些一系列的运转控制，是在实施形态1的跟踪控制中，加入2次电池13的蓄电量控制的运转控制。实际的负载电力，与根据负载电力量存储器信息的平均输出电力比较，变动是相当大的。为此，2次电池13的蓄电量，平时不止能实现通常使补偿的放电量与充电量大体相等的电力输出控制。因此，在本实施形态中，在判断为根据存储器11的负载电力量存储器信息能确保充电的时间区域，可确保2次电池13的蓄电量。
这样，使输出电力紧密地跟踪负载电力的变化，使对负载电力的输出电力无过分不足，可减少与系统电源7的电力授受，获得经济的运转。
此外，含2次电池13的装置，对应于本发明的蓄电装置。此外，含电力贮藏控制装置15及充放电控制装置14的装置，对应于本发明的控制装置。此外，本实施形态的燃料电池发电装置，对应于本发明的发电及废热供暖装置。
(实施形态3)首先，对本实施形态3的燃料电池发电装置的构成进行说明。此外，图3是本发明的实施形态2的燃料电池发电装置的构成图。
在图3中，凡具有与图1所示的实施形态1的燃料电池发电装置、及图2所示的实施形态2的燃料电池发电装置同样功能的部分，带上同样的标号，对它们的功能，可参照图1，2，这里说明从略。
16是作为从燃料电池1回收发电反应产生的排热的排热回收装置的蓄水箱。
经冷却水通路18使燃料电池1与热交换器17连通，利用冷却水循环泵19使冷却水循环，使燃料电池1的排热回收。热交换器17中进行的热交换排热，向蓄水箱16传递、蓄水。
20是作为使蓄水箱16的排热回收量利用直流电力或交流电力进一步增加的加热装置的加热器。
21是对作为加热器20的电源的燃料电池1的直流输出及系统电源7的交流输出进行切换的切换装置。
22是检测从蓄水箱16输出的热输出的热负载检测装置。
根据由检测供给蓄水箱16的给水温度的给水温度传感器23送出的给水温度及给水流量及热水温度，计算蓄水箱16的热输出。
24是向蓄水箱16供水用的给水泵。
25是热电力贮藏控制装置，具有以下功能(1)输入由负载电力检测装置8检测的负载电力量、由热负载检测装置22检测的热负载量、以及来自计时装置10的计时信号，(2)使各时刻的负载电力量及热负载量存储在存储器11，(3)根据来自存储器11的负载电力存储器信息及热负载存储器信息，向流量控制装置4输出对应于电力负载的日负载特性的燃料气体及氧化剂气体的流量控制信号，(4)经充放电控制装置14控制2次电池13的充放电量，(5)输出对应于加热器20的热负载的日负载特性的加热控制信号。
设置2次电池13的目的，与实施形态2的方面相同。
下面，对本实施形态3的燃料电池发电装置的动作进行说明。
一般家庭中的负载电力，如图7所示，在一日中，在短时间内有激烈的变化，且，平均电力也随时在增减。一般，最大电力使用时与最小电力使用时，通常以3∶1～2∶1的比率变化。特别是，夜间不活动的家庭转向白天消费(图7的期间A)，最小电力使用被继续。这样的电力负载需要，在各家庭大体都有周期性、规律性，常见到同样的负载曲线图重复出现。
此外，蓄水箱16的热(热水)的使用量，如图9所示，一日中变化大，从早晨、白天、黄昏，到夜间需要高，此外时段使用量少，特别是，夜间不活动的家庭转向白天消费(图9的期间C)，热水使用量几乎没有。这样的热(热水)负载需要，与电力负载需要一样，在各家庭大体都有周期性、规律性，常见到同样的负载曲线图重复出现。
因此，负载电力检测装置8，检测电力负载9的负载电力，热电力贮藏控制装置25使与该负载电力的时间一起变化的曲线图存储在存储器11。此外，根据存储在存储器11的曲线图，热电力贮藏控制装置25向流量控制装置4进行输出指令，使成为对应于电力负载的发电输出。
流量控制装置4，对对应于输出指令的、从燃料气体供给装置2供给燃料电池1的燃料气体流量、和从氧化剂气体供给装置3供给燃料电池1的氧化剂气体流量进行适当控制。
此外，电力变换装置5，将燃料电池1产生的直流电流变换成系统电源7的交流电力。
这里，热电力贮藏控制装置25，使对电力负载9的发电电力的不足部分通过2次电池13由充放电控制装置14补充输出。
此外，热电力贮藏控制装置25，把负载电力检测装置8检测的负载电力量作为表示计时装置10计测的时刻的电力的负载电力量存储器信息(1日的时刻与使用电力量的关系)存储在存储器11。此外，热电力贮藏控制装置25，根据该负载电力量存储器信息，把燃料气体及氧化剂气体的流量控制信号向流量控制装置4输出，使得各时刻的电力输出成为负载电力量存储器信息中表示的输出电力。此外，热电力贮藏控制装置15，在燃料电池1的电力负载低、且适合2次电池13的充电的燃料电池1的输出电压高的时间区域(图7的期间A)，可确保通过充放电控制装置14向2次电池13进行充电用的充电时间。
本实施形态中的这些一系列的运转控制，是在实施形态1的跟踪控制中，加入2次电池13的蓄电量控制的运转控制。实际的负载电力，与根据负载电力量存储器信息的平均输出电力比较，变动是相当大的。为此，2次电池13的蓄电量，平时不止能实现通常使补偿的放电量与充电量大体相等的电力输出控制。因此，在本实施形态中，在判断为根据存储器11的负载电力量存储器信息能确保充电的时间区域，可确保2次电池13的蓄电量。
这样，使输出电力紧密地跟踪负载电力的变化，使对负载电力的输出电力无过分不足，可减少与系统电源7的电力授受，获得经济的运转。
此外，热电力贮藏控制装置25，把热负载检测装置22检测的热负载量作为表示计时装置10计测的时刻的热使用量的热负载存储器信息存储在存储器11。此外，热电力贮藏控制装置25，可根据该热负载存储器信息、通过计算求得有燃料电池1的发电得到的排热回收量。热电力贮藏控制装置25，根据计算得到的排热回收量与按照热负载存储器信息预想的热负载实际需要的差，在图9的期间C为了给加热器20增加电力供给量，使燃料电池1多发电，以确保预测的热供给量的不足部分。
当然，算出的排热回收量比预想的热负载需要大时，不用给加热器20供给电力，只要加上2次电池13的充电部分，进行燃料电池的发电。
这样，严格按照热负载需要的变化供热，可使热负载需要方面所述的热供给不会产生过分不足，可经济地进行运转。
当然，在前述实施形态中，对加热器20的电力供给是根据燃料电池1的发电的直流电力运转的，利用来自系统电源7的一般交流电源的廉价的深夜电力也能得到同样效果。
此外，含蓄水箱12的装置对应于本发明的蓄水装置，含加热器20的装置对应于本发明的加热装置。此外，含热负载检测装置22的装置对应于本发明的检测装置。此外，本实施形态的燃料电池发电装置，对应于本发明的发电及废热供暖装置。
此外，前述实施形态的热电力贮藏控制装置25，(1)将存储在存储器11的电力量的曲线图更新为由负载电力检测装置8检测的负载电力量的曲线图，及/或(2)也可将存储在存储器11的热量的曲线图更新为由热负载检测装置22检测的热负载量的曲线图。此时，提供给更新后的燃料电池1的燃料气体及氧化剂气体的供给量，可根据更新的曲线图决定。
(实施形态4)对本实施形态4的燃料电池发电装置的构成及动作进行说明。此外，图4是本发明的实施形态4的燃料电池发电装置的构成图。
在图4中，凡具有与图1所示的实施形态1的燃料电池发电装置、及图2所示的实施形态2的燃料电池发电装置同样功能的部分，带上同样的标号，对它们的功能，可参照图1，2，这里说明从略。
本实施形态的特征，在于设置检测2次电池13的充电电力量的充电电力量检测装置26。
此外，含充电电力量检测装置26的装置，对应于本发明的检测装置。此外，本实施形态的燃料电池发电装置对应于本发明的发电及废热供暖装置。
更具体地说，由负载电力检测装置8检测的负载电力低于如图7所示的第1电力值时(即，使用电力少，加上2次电池13充电用的充电电流，才能提供必要的电力时)，电力贮藏控制装置15，在充电电力量检测装置26检测的充电电力量达到规定的充电电力量(例如，100％充电)前，向流量控制装置4输出产生加上2次电池13的充电电力的电力用的流量控制信号。
实际的负载电力，比之根据负载电力量存储器信息的平均输出电力，变动较大，所以，2次电池13的蓄电量，平时不止能实现通常使补偿的放电量与充电量大体相等的电力输出控制。因此，在考虑到根据存储器11的负载电力量存储器信息进行充电的余量的时间区域，可确保2次电池13的蓄电量，利用充电电力量检测装置26检测2次电池13的充电终了，可防止过充电引起的2次电池13的性能劣化，实现延长燃料电池发电装置的寿命。
(实施形态5)对本实施形态5的燃料电池发电装置的构成及动作进行说明。此外，图5是本发明的实施形态5的燃料电池发电装置的构成图。
在图5中，凡具有与图1所示的实施形态1的燃料电池发电装置、及图3所示的实施形态3的燃料电池发电装置同样功能的部分，带上同样的标号，对它们的功能，可参照图1，3，这里说明从略。
本实施形态的特征，在于设置检测2次电池13的充电电力量的充电电力量检测装置26、以及使蓄水箱16的排热回收量增加的排热回收量增加输入装置(用遥控装置等进行热需要的紧急增加及输入其增加量)27。
更具体地说，由负载电力检测装置8检测的负载电力低于如图7所示的第2电力值时(即，使用电力量相当少，加上向加热器20供给使2次电池13充电用的充电电流、及使蓄水箱16的排热回收量增加用的加热电力量才能提供必要的电力时)，热电力贮藏控制装置25，在充电电力量检测装置26检测的充电电力量达到规定的充电电力量(例如，100％充电)、且，确保对加热器20供给必要的加热电力量之前，向流量控制装置4输出产生把2次电池13的充电电力与加热器20必要的加热电力相加的流量控制信号。
与前述实施形态4同样，实际的负载电力，比之根据负载电力量存储器信息的平均输出电力，变动较大，所以，2次电池13的蓄电量，平时不止能实现通常使补偿的放电量与充电量大体相等的电力输出控制。因此，在考虑到根据存储器11的负载电力量存储器信息进行充电的余量的时间区域，在确保2次电池13的蓄电量的同时，利用充电电力量检测装置26检测2次电池13的充电终了，可防止过充电引起的2次电池13的性能劣化，实现延长燃料电池发电装置的寿命。
此外，在本实施形态中，设置着通过用户的手动操作使蓄水箱16的排热回收量增加的排热回收量增加输入装置27。因此，对于通过根据由热负载检测装置22及计时装置10及存储器11求得的热负载存储器信息进行的排热回收仍不能供给的紧急热需要，可通过前述用户的手动操作运转加热器20的措施处理。这样，在消费对象活动停止期间的夜间到早晨这段低电力负载需要时间区域，可进行加热器20的补偿运转弥补不足部分，以确保必要的热需要量及2次电池的必要充电量。
此外，含排热回收量增加输入装置27的装置，对应于本发明的用户指令数据变更装置。此外，本实施形态的燃料电池发电装置，对应于本发明发电及废热供暖装置。
(实施形态6)对本实施形态的发电及废热供暖系统的构成进行说明。此外，图11是本发明的实施形态6的发电及废热供暖系统的构成图。
如图11所示，本实施形态的发电及废热供暖系统，以含有城市煤气的沼气等的碳化氢的燃料为原料用热电气供给装置111进行发电。
用此时产生的热生成热水。热水贮藏于蓄水箱112中。在本实施形态中，展示用3个热电气供给装置的例。并设蓄水箱112。
这些电力及热水通过功率计113及水量计114供给到负载侧。
功率计113及水量计114的检测值，被送到运转模式决定装置115，用这里处理的信息，通过设置于各热电气并给装置111的运转控制装置116控制运转。
在蓄水箱112的出口处，设置热水量调整阀117，根据运转控制装置116的指令进行调整。
此外，含热电气并给装置111的装置对应于本发明的电力热生成装置，含运转模式决定装置115及运转控制装置116的装置对应于本发明的存储器及控制装置。此外，含功率计113及水量计114的装置对应于本发明的检测装置。此外，含蓄水箱112的装置对应于本发明的蓄水装置。此外，本实施形态的发电及废热供暖系统对应于本发明的发电及废热供暖装置。
下面，对这样的本实施形态的发电及废热供暖系统的动作进行说明。此外，在说明本实施形态的发电及废热供暖系统的动作的同时，对本发明的发电及废热供暖方法的一实施形态进行说明(在以下的实施形态中，也同样)。
各家庭的消费电力及消费热水量，通过功率计113及水量计114检测，并送到运转模式决定装置115。
运转模式决定装置115，根据各时点的消费量的总合计状态决定最适当的运转模式，将控制信号送到运转控制装置116。例如，电力负载的总合计少时，仅使热电气并给装置111中的某一个运转。此外，根据电力负载的总合计，控制热电气供给装置111的运转台数。
发电时产生的热，对蓄水箱112中的水加热。此时的热量，大体与发电量成比率，因此，可按照各热电气并给装置111的动作时间使蓄水箱112的蓄水量变化。
因此，运转模式决定装置115，根据各时点的各蓄水箱112的蓄水量的总合计及各家庭的热水消费量的总合计，决定从各蓄水箱取最适当的供给量，并将控制信号送到运转控制装置116，调整热水调整阀117，向各家庭供给热水。
电费及热水费，举一个各家庭申请的方式的例说明之。通过设置于各家的功率计114及水量计115检测，用运转控制装置116记录。按照这样的方式，以租用协议设置各热电气并给装置及蓄水箱，也可采用光热费的各家申请系统。
这样，通过对涉及应运转的热电气并给装置111台数的运转模式进行调节，可提供能提高运转效率、明显减低光热费的发电及废热供暖系统。此外，这样的运转模式的调节，对一所房子场合当然也有效。
(实施形态7)首先，对本实施形态的发电及废热供暖系统的构成进行说明。此外，图12是本发明的实施形态7的发电及废热供暖系统的构成图。
以含有城市煤气的沼气等的碳化氢的燃料为原料，用热电气供给装置121进行发电。
用此时产生的热生成热水。热水贮藏于蓄水箱122中。在蓄水箱122的出口处，设置有附加的备用的燃烧器123。
负载侧，有住宅127(住宅A)，住宅128(住宅B)，及住宅129(住宅C)3户。经过功率计124及水量计125向负载侧供给电力和热水。
功率计124及水量计125的信息，被集中于运转控制装置126中，用来控制热电气供给装置121。
此外，含热电气并给装置121的装置对应于本发明的电力热生成装置，含运转控制装置126的装置对应于本发明的存储器及控制装置。此外，含蓄水箱122的装置对应于本发明的蓄水装置，含备用燃烧器123的装置对应于本发明的加热装置。此外，本实施形态的发电及废热供暖系统对应于本发明的发电及废热供暖装置。
下面，对这样的本实施形态的发电及废热供暖系统的动作进行说明。
某时间区域中的住宅A的电力消费量(任意单位)，如图6所示。
一般住宅中的电力消费，随时间变动大。
深夜无人时的电力消费为10瓦。而在启动马达等时可高达10千瓦。
例如，发电量涉及图16的纵轴，设置10的热电气供给装置121时，在绝大部分时间区域都不能进行额定运转，成为部分负载运转。
此外，某时间区域中的住宅B的电力消费量(任意单位)，如图13所示。住宅B与住宅A比较，房间布置或居住面积或人员构成不同，所以电力消费量的变化也不同。
图14表示对某时间区域中的、房间布置、居住面积、人员构成不同的住宅C的电力消费(任意单位)进一步相加的总合计的电力消费量的总电力消费量。
此外，在本实施形态中，发电量涉及图16的纵轴，导入10的热电气并给装置121。
这样，对于各消费对象进行电力及热的消费的时间区域，与多个消费对象全体的方面是完全不同的，各消费对象的电力及热的消费的时间的变化是补足的。结果，与户的住宅中使用的方面比较，3户使用时的热电气并给装置121的运转状况超过2倍。因此，光热费的减低效果更大。
此外，在本实施形态中，3户中设置1台热电气并给装置121及蓄水箱122。
电费及热水费，举一个各家庭申请的方式的例说明之。通过设置于各家的功率计124及水量计125检测，用运转控制装置126记录。
按照这样的方式，以租用协议设置热电气并给装置121及蓄水箱122，也可采用光热费的各家申请系统。
当然，与前述的实施形态6同样，各户不仅有热电气并给装置121及/或蓄水箱122，还可引入利用以外的热传并给装置及/或蓄水箱的租用协议。按照这样的方式，各利用者可选择更廉价的电气或热的供给，更有效地利用热及电气。
此外，考虑到3户使用时产生供热水不足的方面，可使用备用燃烧器123应对可能碰到的热水不足的方面。控制这样的备用燃烧器，可用运转控制装置126，也可用与运转控制装置126连接的其他的控制装置构成。
这样，可提供运转效率高、光热费的减低效果大的发电及废热供暖系统。
以上详细说明了本实施形态1～7。
此外，本发明中，包括通过计算机执行前述发明的发电及废热供暖装置的全部或一部的装置(或，装置、元件、电路、部件等)用的程序，即亦与计算机对应工作的程序。当然，计算机不限于CPU等纯硬件，也可包含固件及OS甚至外部设备。
此外，本发明中，包括通过计算机执行前述发明的发电及废热供暖方法的全部或一部的步骤(或，工序、动作、作用等)用的程序，即亦与计算机对应工作的程序。
此外，本发明的一部的装置(或，装置、元件、电路、部件等)、本发明的一部的步骤(或，工序、动作、作用等)，表示这多个的装置或步骤内的几种装置或步骤，或表示一种装置或步骤内的一部的功能或一部的动作。
此外，本发明的一部的装置(或，元件、电路、部件等)，表示这些多个装置内的几个装置，或表示1个装置内的一部的装置(或，元件、电路、部件等)，或一部的装置内的一部的功能。
此外，记录本发明的程序、计算机可读取的记录媒体也包括在本发明中。此外，本发明的程序的一利用形态，可以是记录于用计算机可读取的记录媒体、与计算机对应工作的态样。此外，本发明的程序的一利用形态，可以是在传输媒体中传输、用计算机可读取、与计算机对应工作的态样。此外，作为记录媒体，包含ROM等，作为传输媒体，包括因特网等传输媒体、光、电波、音波等。
此外，本发明的构成，用软件、硬件都可实现。
此外，本发明中，包括承载通过计算机执行前述发明的发电及废热供暖装置的全部或一部的装置的全部或一部的功能用的程序的、可用计算机读取且读取的前述程序可与计算机对应工作、执行前述功能的媒体。
此外，本发明中，包括承载通过计算机执行前述发明的发电及废热供暖方法的全部或一部的步骤的全部或一部的动作用的程序的、可用计算机读取且读取的前述程序可与计算机对应工作、执行前述动作的媒体。
本发明，可迅速对应于电力及/或热的需要变化，提供使必要的电力量及/或热量产生的燃料电池发电装置。这样的燃料电池发电装置，包括以下功能(1)将通过负载电力量检测装置检测的负载电力量利用计时装置的计时信号作为负载电力量存储器信息存储在存储器，根据这个负载电力量存储器信息，向流量控制装置输出对应于电力负载的日负载特性的燃料气体及氧化剂气体的流量控制信号，因此，通常可将最新的负载电力曲线图作为需要对象固有的需要特性进行存储，通过学习运转最新的负载曲线图，可兼顾跟踪负载的不急变的稳定运转及经济的运转两方面。
(2)对于随季节变化，需要对象的人员的增减等需要变动，也可通过更新学习日电力负载特性，进行与平时的负载需要一致的经济的运转。
(3)根据燃料电池的负载电力量存储器信息，通过在低负载时间区域向2次电池进行充电，可确保充电电压及充电时间，实现防止2次电池的劣化、和长寿命化。
(4)根据热负载检测装置取得的热负载存储器信息，在低负载时间区域，可确保对2次电池的充电及热负载实需要不足时的热供给量，使确实对应于需要对象的热需要，且提高便利性。
(5)通过充电电力量检测装置检测2次电池的充电终了，可防止过充电引起的2次电池的性能劣化，实现燃料电池发电装置的长寿命化。
(6)通过排热回收量增加输入装置，对于按照热负载存储器信息的排热回收量不足的紧急的热需要方面，通过运用加热装置进行不足部分的补偿运转，可确保必要的热需要量，提高便利性。
本发明可提供效率高及稳定运转的发电及废热供暖系统。这样的发电及废热供暖系统包括以下功能(1)对应于多个住宅的负载，在不增大发电总量的方面下通过热电并给使光热费的减低效果增大。
(2)以负载不同的多个住宅为对象，使发电及供热水的变动缓和，容易更正确地进行负载跟踪，使增加对电力负载的自给率、减低光热费的效果容易实现。
(3)通过多个住宅内的购买及租用协议，可减少有关发电及废热供暖系统的初期投资，并容易设置。
(4)由于采用备用燃烧器，使住宅的电力负载与热水负载即使不一致，也可对应采用小的蓄水箱。使初期投资减少。
工业上的实用性从以上可知，本发明具有诸如利用燃料电池进行较经济的发电的优点。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种发电及废热供暖系统，其特征在于，包括进行供给消费对象用的电力及热的生成的电力热生成装置，存储所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储器，以及根据所述存储的数据，控制调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制装置。
2.如权利要求1所述的发电及废热供暖系统，其特征在于，还包括检测所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的检测装置，以及根据所述检测结果，更新所述存储的数据的更新装置。
3.如权利要求2所述的发电及废热供暖系统，其特征在于，还包括对所述电力热生成装置供给生成所述电力及热用的燃料的燃料供给装置；所述调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制，是所述燃料的供给的控制。
4.如权利要求3所述的发电及废热供暖系统，其特征在于，还包括进行利用所述生成的电力的充电及利用所述充电的电力的放电的蓄电装置。
5.如权利要求4所述的发电及废热供暖系统，其特征在于，所述燃料的供给的控制，根据所述蓄电装置的蓄电量进行。
6.如权利要求3所述的发电及废热供暖系统，其特征在于，还包括利用所述生成的热进行贮藏热水的蓄水装置，以及利用所述生成的电力对所述蓄水进行加热的加热装置。
7.如权利要求1所述的发电及废热供暖系统，其特征在于，根据用户的指令对所述存储的数据进行变更的用户指令数据变更装置。
8.(删除)9.(删除)10.(删除)11.(删除)12.(删除)13.(删除)
14.一种发电及废热供暖方法，其特征在于，包括下述步骤进行供给消费对象用的电力及热的生成的电力热生成步骤，存储所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储步骤，以及观察所述存储的数据、估计在所述消费对象应产生的电力及/或热量消费的变化、开始调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制的控制步骤。
15.一种程序，在计算机中执行下列步骤的全部或一部分，其特征在于，下述步骤为存储如权利要求14所述的发电及废热供暖方法的、与所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图相关的数据的存储步骤，以及观察所述存储的数据、估计在所述消费对象应产生的电力及/或热量消费的变化、开始调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制的控制步骤。
16.一种媒体，其特征在于，承载如权利要求15所述的程序，可通过计算机进行处理。
权利要求
1.一种发电及废热供暖装置，其特征在于，包括进行供给消费对象用的电力及热的生成的电力热生成装置，存储所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储器，以及根据所述存储的数据，控制调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制装置。
2.如权利要求1所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，还包括检测所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的检测装置，以及根据所述检测结果，更新所述存储的数据的更新装置。
3.如权利要求2所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，还包括对所述电力热生成装置供给生成所述电力及热用的燃料的燃料供给装置；所述调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制，是所述燃料的供给的控制。
4.如权利要求3所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，还包括进行利用所述生成的电力的充电及利用所述充电的电力的放电的蓄电装置。
5.如权利要求4所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，所述燃料的供给的控制，根据所述蓄电装置的蓄电量进行。
6.如权利要求3所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，还包括利用所述生成的热进行贮藏热水的蓄水装置，以及利用所述生成的电力对所述蓄水进行加热的加热装置。
7.如权利要求1所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，根据用户的指令对所述存储的数据进行变更的用户指令数据变更装置。
8.如权利要求1所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，被提供所述生成的电力及热的消费对象，是多个，所述多个消费对象的所述电力及/或热量消费随时间的变化，是所述各消费对象的所述电力及/或热量消费的、有关所述多个消费对象的全部总合计量随时间的变化。
9.如权利要求8所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，所述各消费对象的所述电力及/或热量消费随时间的变化，是补足的。
10.如权利要求9所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，所谓所述各消费对象的所述电力及/或热量消费随时间的变化是补足的，是所述消费对象进行的所述电力及/或热量消费的时间区域完全不同于所述多个消费对象的全部。
11.如权利要求10所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，所述消费对象，是在(1)房间布置，(2)面积，(3)居住人员方面完全不同的多个住宅。
12.如权利要求11所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，所述电力热生成装置，是所述各住宅租借租金不同的多个燃料电池，所述各住宅的租金，是根据所述各住宅的电力及/或热量消费决定的。
13.如权利要求1所述的发电及废热供暖装置，其特征在于，所述电力热生成装置，是多台，调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制，是变更所述多台内应运转的台数用的控制。
14.一种发电及废热供暖方法，其特征在于，包括进行供给消费对象用的电力及热的生成的电力热生成步骤，存储所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储步骤，以及观察所述存储的数据、估计在所述消费对象应产生的电力及/或热量消费的变化、开始调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制的控制步骤。
15.一种程序，在计算机中执行下列步骤的全部或一部分，其特征在于，下述步骤为存储如权利要求14所述的发电及废热供暖方法的、与所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图相关的数据的存储步骤，以及观察所述存储的数据、估计在所述消费对象应产生的电力及/或热量消费的变化、开始调整所述进行的电力及/或热的生成用的控制的控制步骤。
16.一种媒体，其特征在于，承载如权利要求15所述的程序，可通过计算机进行处理。
全文摘要
谋求利用燃料电池进行更经济的发电。提供一种包括以下部分的燃料电池发电装置进行供给消费对象用的电力及热的生成的燃料电池1，存储所述消费对象的电力及/或热量消费随时间变化的过去的曲线图中的相关数据的存储器11，以及根据所述存储的数据，控制调整所述进行的电力的生成用的电力控制装置12及流量控制装置4。
文档编号F02G5/04GK1465113SQ02802489
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月13日 优先权日2001年6月18日
发明者宫内伸二, 上田哲也, 懸忍, 山本義明, 生駒光博 申请人:松下电器产业株式会社