燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用燃料电池进行发电的燃料电池系统。
背景技术：
作为已有的燃料电池系统，有这样的记载，即为了能够经济地进行发电运行，有根据电力负荷和热负荷的状况变更运行的系统。例如在供应电力负荷需要的电力的情况下，将燃料电池产生该电力需要的成本与电力系统供应该电力需要的成本加以比较，判断是否由燃料电池供应电力，以判断燃料电池运行的是非的燃料电池系统(例如日本特开2002-190308号公报)。
图17是日本特开2002-190308号公报记载的已有的燃料电池系统。在图17中，燃料生成装置11使天然气等原料在含有水蒸气的气氛中进行改性反应生成包含氢的燃料提供给燃料电池13。燃料电池13利用燃料生成装置11提供的燃料气体与氧化剂供应机构12提供的空气等氧化剂气体进行的电化学反应发电。所发生的电力利用电力供应机构15提供给电力负荷14。电度值检测机构16检测电力负荷14使用的电力，控制装置23将检测出的电力由燃料电池13发电提供的情况下的成本与由电力系统提供的情况下的成本加以比较，判断廉价的电力供应源。如果燃料电池13发电的情况下比较便宜，电力供应机构15就从燃料电池13向电力负荷14供给电力。
另一方面，燃料电池系统在开始发电之前必须把包含燃料电池等的各部分的温度升高到能够发电的温度，因此需要能量。但是在如上所述的已有的燃料电池系统中，存在不考虑启动需要的能量，在启动和停止的次数多的情况下实际成本与计算出的成本的偏差大的问题。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种考虑启动所需要的能量，合理地进行燃料电池的运行的燃料电池系统。为了实现本发明的目的，本发明1的燃料电池系统，具备燃料电池、检测燃料电池系统的供应对象使其发生的电力负荷或热负荷的负荷值的负荷值检测机构、存储所述负荷值检测机构检测出的所述负荷值的履历的负荷值存储机构、以及根据所述负荷值的履历预测今后能发生的负荷值，以该预测负荷值作为负荷值数据进行存储的负荷值预测机构，根据所述负荷值数据决定所述燃料电池的启动预定时刻。借助于此，燃料电池系统能够预测电力供应对象的电力负荷，决定启动时刻，因此能够提供省能、防止地球气候变暖、在经济性方面有利的情况下使燃料电池运行的燃料电池系统。在这里，燃料电池的启动不仅是燃料电池本身的启动，还包含燃料电池启动所必需的诸设备、例如燃料生成装置、氧化剂供应机构等的启动。
本发明2是这样的燃料电池系统，即所述负荷值是所述燃料电池系统的电力供应对象的电力负荷即电度值，所述负荷值数据是电度值数据。
本发明3是这样的燃料电池系统，即还具备计算消耗于电力供应的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的计算机构，所述计算机构根据规定的时段的所述电度值数据，计算利用所述燃料电池进行电力供应的情况下和利用电力系统进行电力供应的情况下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比较所述计算机构的计算值，在利用电力系统进行电力供应的情况下的计算值比较大时，将所述时段的开始时刻作为所述启动预定时刻决定。
本发明4和本发明16是这样的燃料电池系统，即所述计算机构考虑消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，计算利用所述燃料电池进行电力供应，或进行电力供应和热供应的情况下的，电力供应或电力供应和热供应中消耗的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。又，本发明5和本发明17是这样的燃料电池系统，即所述计算机构根据所述燃料电池的温度，计算消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。借助于此，能够预测从燃料电池启动到发电开始为止消耗的一次能源的量等，因此能够提供进行更加正确的运行判断的燃料电池系统。
本发明6和本发明18是这样的燃料电池系统，即还具备从原料生成含氢燃料的燃料生成装置，所述计算机构考虑消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，计算利用所述燃料电池进行电力供应、或进行电力供应和热供应的情况下的，电力供应中，或电力供应和热供应中消耗的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。又，本发明7和本发明19是这样的燃料电池系统，即所述计算机构根据所述燃料生成装置的温度，计算消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。借助于此，燃料电池系统能够预测包含燃料生成装置的升热，从燃料电池的启动到发电开始所消耗的一次能源，因此能够提供进行更加正确的运行判断的燃料电池系统。
本发明8和本发明20是这样的燃料电池系统，即还具备输入机构，利用所述输入机构，可以从一次能源、二氧化碳、和成本中选择所述计算机构的计算项目。因此，使用者能够选择好并切换燃料电池系统的动作，因此能够唤起使用者对节能、防止地球气候变暖、以及经济性方面的关心。
本发明9和本发明21是这样的燃料电池系统，即还具备显示机构，利用所述计算机构的计算值，计算利用所述燃料电池进行电力供应，或进行电力供应和热供应的情况下，和利用电力系统进行电力供应，或利用电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的，一次能源的量、二氧化碳量、和成本中的任一项的差值，所述显示机构显示该差值。因此，使用者能够根据具体数字认识节能、防止地球气候变暖、或经济性，因此能够唤起使用者对节能、防止地球气候变暖、以及经济性方面的关心。
本发明10是这样的燃料电池系统，即还具备回收所述燃料电池的废热加以贮存的蓄热机构以及将所述蓄热机构贮存的热量向外部供应的热供应机构，所述计算机构还根据所述时段的所述电度值数据，计算利用所述蓄热机构回收的热量、在利用外部热供应机构供应该热量的情况下在该热量的供应上消耗的一次能源的量、由其发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，以此计算利用所述燃料电池供给电力和热量的情况下以及利用电力系统和外部热供应机构提供电力供应和热供应的情况下的各所述一次能源的量、所述二氧化碳量或所述成本，比较所述计算机构的计算值，在利用电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的计算值比较大时，将所述时段的开始时刻作为所述启动预定时刻决定。因此，即使是热电联供的燃料电池系统中，也能够提供燃料电池从启动到停止在节能、防止地球气候变暖、经济的情况下使燃料电池运行的燃料电池系统。
本发明11是这样的燃料电池系统，即所述启动预定时刻在每一规定的更新时间进行更新。这样就可以定期判断动作是否合适，因此能够提供进行根据可靠的运行判断的燃料电池系统。
本发明12是这样的燃料电池系统，即还具备显示机构，所述显示机构显示所述启动预定时刻。这样，使用者能够把握燃料电池的启动和停止，因此能够唤起使用者对节能、防止地球气候变暖、以及经济性方面的关心。
本发明13是这样的燃料电池系统，即所述显示机构显示过去的运行履历的燃料电池系统。这样，使用者能够把握燃料电池的启动和停止，因此能够唤起使用者对节能、防止地球气候变暖、以及经济性方面的关心。
本发明14是这样的燃料电池系统，即还具备回收所述燃料电池的废热加以贮存的蓄热机构、将所述蓄热机构贮存的热量向外部供应的热供应机构、以及检测所述蓄热机构的蓄热量的蓄热量检测机构，所述负荷值是所述燃料电池系统的热供应对象的热负荷即热量值。因此，即使是热电联供的燃料电池系统跟踪热负荷使燃料电池运行的情况下，也能够提供燃料电池从启动到停止在节能、防止地球气候变暖、经济的情况下使燃料电池运行的燃料电池系统。
本发明15是这样的燃料电池系统，即还具备计算消耗于热供应和电力供应的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的计算机构，所述计算机构根据所述时段的所述热量值数据，计算利用所述燃料电池进行电力供应和热供应的情况下和利用电力系统和外部热供应装置进行电力供应和热供应的情况下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比较所述计算机构的计算值，在利用所述电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的计算值比较大时，将所述时段的开始时刻作为所述启动预定时刻决定。
本发明22是这样的燃料电池系统，即还具备回收所述燃料电池的废热加以贮存的蓄热机构、将所述蓄热机构贮存的热量向外部供应的热供应机构、检测所述蓄热机构的蓄热量的蓄热量检测机构、以及选择机构，利用所述选择机构，从所述燃料电池系统的热供应对象的热负荷即热量值或所述燃料电池系统的电力供应对象的电力负荷即电度值，选择所述负荷值，通过该选择从电度值数据或热量值数据选择所述负荷值数据。这样，可以根据燃料电池系统的使用情况选择跟踪热负荷的运行或跟踪电力负荷的运行。
本发明23是这样的燃料电池系统，即所述负荷值存储机构区别宅中有人和无人而存储所述负荷值，利用所述选择机构可以从根据宅中有人时的所述电度值数据的决定、根据宅中无人时的所述电度值数据的决定、根据宅中有人时的所述热量值数据的决定、根据宅中无人时的所述热量值数据的决定中任意选择所述燃料电池的启动预先时刻的决定。这样，可以更正确地预测电度值和热量值。
本发明24是这样的燃料电池系统，即还具备能够任意设定所述燃料电池的启动预定时刻的运行时刻设定机构。这样，可以也考虑使用者的预定行动来设定燃料电池的启动，因此能够更正确地使燃料电池系统运行。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照


的下述最佳实施形态的详细说明中可以了解清楚。

图1是本发明实施形态1的燃料电池系统的结构图。
图2是本发明实施形态1的燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图。
图3是本发明实施形态1的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图4是本发明实施形态2的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图5是本发明实施形态3的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图6是本发明实施形态4的燃料电池系统的结构图。
图7是本发明实施形态4的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图8是本发明实施形态5的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图9是本发明实施形态6的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图10是本发明实施形态7的燃料电池系统的结构图。
图11是本发明实施形态7的燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图。
图12是本发明实施形态7的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图13是本发明实施形态8的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图14是本发明实施形态9的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。
图15是本发明实施形态10的燃料电池系统的结构图。
图16是本发明实施形态10的燃料电池系统的控制流程前半部分的流程图。
图17是已有的燃料电池系统的结构图。
最佳实施方式实施形态1图1是本发明实施形态1的燃料电池系统的结构图。本实施形态的燃料电池系统由以下部分构成，即从天然气等原料气体生成含氢燃料气体的燃料生成装置11、供给氧化剂的氧化剂供应机构12、利用燃料生成装置11提供的燃料气体与氧化剂供应机构12提供的空气等氧化剂气体进行的电化学反应发生电和热的燃料电池13、将燃料电池13发生的电力提供给空调和冰箱等电力负荷14的电力供应机构15、检测电力负荷14使用的电力的电度值检测机构16、以及控制燃料电池系统的动作的控制装置23。
电力供应机构15由逆变器、开闭器等构成。
控制装置23具有存储电度值检测机构16的检测值的电度值存储机构17、根据存储的电度值履历预测电力负荷14使用的电度值Wt(t分钟后的电度值Wt)，存储由该电度值Wt构成的电度值数据的电度值预测机构18、运行控制机构19、以及显示机构42。在这里，燃料电池13的启动不仅需要燃料电池13本身，也包含燃料电池启动需要的诸设备，例如燃料生成装置11、氧化剂供应机构12等。
运行控制机构19根据电度值预测机构18存储的电度值数据决定燃料电池的启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，同时根据这些时刻T1、T2、T3使燃料电池13启动、开始发电和停止工作。
而且，在这里，控制装置23具备根据电度值数据进行运算，将计算结果提供给运行控制机构19的计算机构20、21、22。第1计算机构20计算利用燃料电池13发电提供电度值数据的规定的时段的电度值的情况下消耗的一次能源的量。第2计算机构21计算由电力系统提供电度值数据的规定的时段的电度值的情况下消耗的一次能源的量。第3计算机构22计算使燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时消耗的一次能源的量。
又，运行控制机构19具备定时器(未图示)，每到规定的更新时间，运行控制机构19就动作，对启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3进行更新。以此判断是否适合定期动作，因此能够实现更加可靠的燃料电池系统的动作。
显示机构42显示运行控制机构19设定的启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。而且，显示机构42从电度值存储机构17存储的电度值的履历中显示过去的发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3间、即燃料电池系统发电产生的电度值履历。而且，显示机构42在运行控制机构19计算出下述步骤S14A、S14B或S14C中比较的值之间的差值之后将其计算结果加以显示。以此能够唤起使用者对节省能源、环境负担、或经济性的关心。
控制装置23由例如微电脑构成。而且控制装置23具有的各机构17～22利用CPU执行该微电脑的内部存储器存储的规定的程序(以下称为“时刻决定程序”)加以实现。而且在该时刻决定程序的执行中，必要的数据存储于例如微电脑内部的存储器中。
下面对如上所述构成的本实施形态就燃料电池开始启动之前的动作进行说明。图2和图3是表示燃料电池系统的控制流程、即时刻决定程序的内容的流程图。
如图2所示，在步骤S1中，电度值检测机构16持续检测电度值，电度值存储机构17将该检测出的电度值加以存储。在这里，电度值检测机构16每隔1秒钟进行一次电度值检测。
在步骤S2中，电度值预测机构18根据电度值存储机构17存储的电度值的履历，预测今后24小时内电力负荷14要使用的以1分钟为单位的电度值Wt，作为电度值数据加以存储。
接着，运行控制机构19根据电度值预测机构18存储的电度值数据选定规定的值，在这里是选定比燃料电池13的最低发电量Wmin高的电度值大量分布的时段。
在这里，在步骤S3，运行控制机构19将当前时刻T0代入时刻T。
在步骤S4，运行控制机构19判断从T到规定时间X1(例如30分钟)后为止的电度值Wt(WT～WT+30为止的30个)的Y1％以上(例如80％，24个以上)是否为燃料电池系统的最低发电量Wmin以上。如果判断为是，就在步骤S5将T假定为启动预定时刻T1。如果判断为否，就在步骤S6将T起一分钟以后的时刻作为T(T＝T+1min)，然后返回步骤S4。
在步骤S7-1，运行控制机构19在时刻T上加上启动所需要的时间Ts(例如60分钟)，假定为发电开始的预定时刻T2。
在步骤S7-2，运行控制机构19将发电开始的预定时刻T2代入T。
在步骤S7-3，运行控制机构19判断从T到规定时间X1(例如30分钟)后为止的电度值Wt(WT～WT+30为止的30个)的Y1％以上(例如80％，24个以上)是否为燃料电池系统的最低发电量Wmin以上。如果判断为是，就进入步骤S8。如果判断为否，就在步骤S7-4将T起(启动所需要的时间Ts-1分钟)以前的时刻作为T，然后返回步骤S4。
在步骤S8，运行控制机构19判断从T到规定时间X2(例如60分钟)后为止的电度值Wt(WT～WT+60为止的60个)的Y2％以上(例如80％，48个以上)是否为燃料电池系统的最低发电量Wmin以下。如果判断为是，就在步骤S9将T假定为停止预定时刻T3。如果判断为否，就在步骤S10将T起一分钟以后的时刻作为T，然后返回步骤S8。
如上所述进行，假定燃料电池的启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，进入接着图2的I的图3的I以后的步骤，考虑消耗的一次能源的量，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。
在步骤S11A，第1计算机构20利用式(1)根据包含燃料电池13、燃料生成装置11等的燃料电池系统的发电效率EWE计算在燃料电池13开始发电供应的情况下从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的发电产生电度值Wt需要的原料气体量QGFCEt。然后，利用式(2A)，根据每单位原料气体的一次能源的量AGFCB计算从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间燃料电池系统发电提供电力的情况下消耗的一次能源的量AFCEt，以从T2到T3对AFCEt进行累计的值作为燃料电池发电的一次能源的量AFCE。
QGFCEt＝Wt/EWE……(1)AFCEt＝QGFCEt·AGFCB……(2A)在步骤S12A，第3计算机构22计算出燃料电池系统启动时消耗的一次能源的量，作为燃料电池启动一次能源的量AFCS。而且，运行控制机构19将第1计算机构20输出的燃料电池发电一次能源的量AFCE和第3计算机构22输出的燃料电池启动一次能源的量AFCS相加作为第1燃料电池一次能源的量AFC1。
在步骤S13A，第2计算机构21根据电力系统的每单位电力的一次能源的量AEB，利用式(3A)计算出电度值数据的从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟电力系统提供电度值Wt的情况下消耗的一次能源的量AEt，以从T2到T3对AEt进行累计得到的值作为电力系统一次能源的量AE。
AEt＝Wt·AEB……(3A)在步骤S14，运行控制机构19将第1燃料电池一次能源的量AFC1和电力系统一次能源的量AE加以比较。如果第1燃料电池一次能源的量AFC1小于电力系统一次能源的量AE，则进入步骤S15A，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S17A，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果第1燃料电池一次能源的量AFC1大于电力系统一次能源的量AE，则进入步骤S16A，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S18A，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图3的II的图2的II返回步骤S4，反复进行以后的步骤。
利用上面所述的方法，将燃料电池启动时消耗的一次能源的量也包括在内的燃料电池系统消耗的一次能源的量与电力系统消耗的一次能源的量加以比较，能够判断燃料电池系统的运行和停止。这样，即使是在燃料电池系统频繁反复进行启动和停止的运行状态下，抑制能源的浪费能够使燃料电池系统运行。
实施形态2图4是本发明实施形态2的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态2形成实施形态1的燃料电池系统的运行控制机构19在二氧化碳(以下省略为CO2)发生量上进行比较，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。也就是第1计算机构20对电度值数据的规定的时段的电度值由燃料电池13发电提供时发生的CO2量进行计算。第2计算机构21对电度值数据的规定的时段的电度值由电力系统发电提供时发生的CO2量进行计算。第3计算机构22对燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时发生的CO2量进行计算。
因此，实施形态2的燃料电池系统的结构和燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图由于与实施形态1的图1和图2相同，其说明省略。
以下对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
如图4所示，在步骤S11B中，第1计算机构20在燃料电池13进行发电和供电的情况下利用式(1)根据燃料电池系统的发电效率EWE计算从电度值数据的发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的发电产生电度值Wt需要的原料气体量QGFCEt。然后，利用式(2B)，根据每单位原料气体的CO2发生量BGFCB计算从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间燃料电池系统发电提供电力的情况下发生的CO2量BFCEt，以从T2到T3对BFCFt进行累计的值作为燃料电池发电的CO2发生量BFCE。
BFCEt＝QGFCEt·BGFCB……(2B)在步骤S12B，第3计算机构22计算出燃料电池系统启动时发生的CO2量，作为燃料电池启动的CO2发生量BFCS。而且，运行控制机构19将第1计算机构20输出的燃料电池发电的CO2发生量BFCE和第3计算机构22输出的燃料电池启动的CO2发生量BFCS相加作为第1燃料电池CO2发生量BFC1。
在步骤S13B，第2计算机构21根据电力系统的每单位电力的CO2发生量BEB，利用式(3B)计算出电度值数据的从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟电力系统提供电度值Wt的情况下发生的CO2量BEt，以从T2到T3对BEt进行累计得到的值作为电力系统的CO2发生量BE。
BEt＝Wt·BEB……(3B)在步骤S14B，运行控制机构19将第1燃料电池的CO2发生量BFC1和电力系统的CO2发生量BE加以比较。如果第1燃料电池的CO2发生量BFC1小于电力系统CO2发生量BE，则进入步骤S15B，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S17B，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果第1燃料电池的CO2发生量BFC1大于电力系统CO2发生量BE，则进入步骤S16B，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S18B，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图3的II的图2的II返回步骤S4，反复进行以后的步骤。
利用上面所述的方法，将燃料电池启动时发生的CO2量也包括在内的燃料电池系统中发生的CO2量与电力系统中发生的CO2量加以比较，能够判断燃料电池系统的运行和停止。这样，即使是在燃料电池系统频繁反复进行启动和停止的运行状态下，也能够在燃料电池系统运行时抑制CO2的发生，进而对防止地球变暖作出贡献。
实施形态3图5是本发明实施形态3的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态3形成实施形态1的燃料电池系统的运行控制机构19在成本上进行比较，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。也就是第1计算机构20对电度值数据的规定的时段的电度值由燃料电池13发电提供时发生的成本进行计算。第2计算机构21对电度值数据的规定的时段的电度值由电力系统发电提供时发生的成本进行计算。第3计算机构22对燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时发生的成本进行计算。
因此，实施形态3的燃料电池系统的结构和燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图由于与实施形态1的图1和图2相同，其说明省略。
以下对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
如图5所示，在步骤S11C中，第1计算机构20在燃料电池13进行发电和供电的情况下利用式(1)根据燃料电池系统的发电效率EWE计算从电度值数据的发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的发电产生电度值Wt需要的原料气体量QGFCEt。然后，利用式(2C)，根据原料气体的计量价格CGFCB计算从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间燃料电池系统发电提供电力的情况下发生的成本CFCEt，以从T2到T3对CFCEt进行累计的值作为燃料电池发电的成本CFCE。
CFCEt＝QGFCEt·CGFCB……(2C)在步骤S12C，第3计算机构22计算出燃料电池系统启动时发生的成本，作为燃料电池启动成本CFCS。而且，运行控制机构19将第1计算机构20输出的燃料电池成本CFCE和第3计算机构22输出的燃料电池启动成本CFCS相加作为第1燃料电池成本CFC1。
在步骤S13C，第2计算机构21根据电力系统的电表计量价格CEB，利用式(3C)计算出电度值数据的从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟电力系统提供电度值Wt的情况下发生的成本CEt，以从T2到T3对CEt进行累计得到的值作为电力系统的成本CE。
CEt＝Wt·CEB……(3C)在步骤S14C，运行控制机构19将第1燃料电池的成本CFC1和电力系统的成本CE加以比较。如果第1燃料电池的成本CFC1小于电力系统成本CE，则进入步骤S15C，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S17C，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果第1燃料电池的成本CFC1大于电力系统成本CE，则进入步骤S16C，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S18C，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图3的II的图2的II返回步骤S4，反复进行以后的步骤。
利用上面所述的方法，将把燃料电池启动时发生的成本也考虑在内的燃料电池系统的成本与电力系统的成本加以比较，能够判断燃料电池系统的运行和停止。这样，即使是在燃料电池系统频繁反复进行启动和停止的运行状态下，也能够使燃料电池系统经济地运行。
又，控制装置23具备切换开关、键盘、鼠标等输入机构(未图示)、实施形态1～实施形态3的各第1～第3计算机构、运行控制机构19、以及显示机构42，只要能够利用输入机构选择实施形态1～实施形态3即可。借助于此，能够根据使用者的选择切换燃料电池系统的动作。
实施形态4图6是本发明实施形态4的燃料电池系统的结构图。对与实施形态1相同的结构要素标以相同的符号并省略其说明。
本实施形态中的燃料电池系统，在图1的燃料电池系统上增加将燃料电池13维持于规定的温度的冷却水循环用的冷却水路径24、使冷却水通往冷却水路径24的冷却水泵25、蓄热机构27、使冷却水从燃料电池13回收的热传递到贮存的热水中的热交换器26、利用贮存的热水从燃料电池13回收热作为温水贮存于蓄热机构27的贮存热水路径28、使贮存热水流向贮存热水路径28的贮存热水泵29、以及从蓄热机构27向热水提供设备和暖气设备等热负载30供应的热供应机构31。
控制装置23还具备根据电度值数据进行计算，将计算结果提供给控制机构19的第4计算机构36。
第4计算机构36根据电度值数据的规定时段的电度值，计算将与燃料电池系统中回收的热量相当的热量提供给热供应系统35的情况下，消耗的一次能源的量。在这里，热供应系统35利用蒸汽管道和燃气热水器等外部热供应机构构成。
下面对如上所述构成的实施形态4说明燃料电池启动开始之前的动作。图7是燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态4的燃料电池系统的动作，其步骤111A以前的动作与在步骤S10之前的燃料电池系统的控制流程的流程图、即实施形态1的图2相同，因此省略其说明。
下面对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
在图2的步骤S10以前，在假定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，进入接着图2的I的图7的I以后的步骤，考虑消耗的一次能源的量决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。
从步骤S111A到S113A与实施形态1、即图3的步骤S11A～S13A相同，省略其说明。
在步骤S114A，第4计算机构36在燃料电池系统进行发电和供电的情况下利用式(4)根据热回收效率EWE计算从电度值数据的发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的发电产生电度值Wt进行供电时随着发电回收的热量HFCt。
HFCt＝Wt/EWE·EWH……(4)在步骤S115A中，第4计算机构36根据热供应系统的热效率EH，利用式(5)计算出热供应系统35提供回收热量HFCt的情况下所需要的热供应系统热量QGHt。在这里，热供应系统热量QGHt用城市煤气提供的情况下作为城市煤气量计算，在蒸汽供热的情况下作为蒸汽量计算出。然后，根据热供应系统35的每单位热量的一次能源的量AGHB，利用式(6A)计算出热供应系统35提供HFCt的情况下所消耗的一次能源的量AHt，以从T2到T3对AHt进行累计得到的值作为热供应系统一次能源的量AH。
QGHt＝HFCt/EE……(5)AHt＝QGHt·AGHB……(6A)在步骤S16A，运行控制机构19将电力系统一次能源的量AE与热供应系统一次能源的量AH之和与第1燃料电池一次能源的量AFC1加以比较。如果AFC1小于AE+AH，则进入步骤S117A，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S119A，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果AFC1大于AE+AH，则进入步骤S120A，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S120A，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图7的II的图2的II返回步骤S4，反复进行以后的步骤。
利用本实施形态的燃料电池系统的结构及其动作，回收伴随燃料电池系统发电产生的热时，能够得到实施形态1所述的效果，同时也能够反映出通过提供回收的热减少热供应系统消耗的一次能源的量，能够在燃料电池系统运行时抑制能源的浪费。
实施形态5图8是本发明实施形态5的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态5形成由实施形态4的燃料电池系统的运行控制机构19对CO2的发生量进行比较，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。也就是第1计算机构20计算燃料电池13发电产生并提供电度值数据的规定的时段的电度值的情况下的CO2量。第2计算机构21计算电力系统提供电度值数据的规定的时段的电度值的情况下的CO2量。第3计算机构22计算燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时发生的CO2量。第4计算机构36计算热供应系统35提供相应于电度值数据的规定的时段的电度值在燃料电池系统中回收的热量在由热供应系统提供的情况下发生的CO2量。
从而，实施形态5的燃料电池系统的结构和表示燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图与实施形态4的图6和实施形态1的图2相同，因此省略其说明。
下面对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
在图2的步骤S10以前，在假定燃料电池的启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，进入接着图2的I的图8的I以后的步骤，考虑发生的CO2量决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。
从步骤S111B到S113B与实施形态2、即图4的步骤S11B～S13B相同，省略其说明。
步骤S114B与实施形态4、即图7的步骤S1114A相同，省略其说明。
在步骤S115B，第4计算机构36利用式(5)根据热供应系统的热效率EH计算在热供应系统35提供回收热量的情况下需要的热供应系统的热量QGHt。然后根据热供应系统35的每单位热量的CO2发生量BGHB，利用式(6B)计算热供应系统35提供HFCt的情况下发生的CO2量BHt，以从T2到T3对BHt进行累计得到的值作为热供应系统CO2的发生量BH。
BHt＝QGHt·BGHB……(6B)在步骤S116B，运行控制机构19将电力系统CO2发生量BE与热供应系统CO2发生量BH之和同第1燃料电池的CO2发生量BFC1加以比较。如果BFC1小于BE+BH，则进入步骤S117B，运行控制机构19决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S119B，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果BFC1大于BE+BH，则进入步骤S120B，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S120B，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图8的II的图2的II返回步骤S4，反复进行以后的步骤。
利用本实施形态的燃料电池系统的结构及其动作，回收伴随燃料电池系统发电产生的热使用时，能够得到实施形态2所述的效果，同时也能够反映出通过提供回收的热减少热供应系统的CO2发生量，进而能够在燃料电池系统运行时对防止地球温室化作出贡献。
实施形态6图9是本发明实施形态6的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态6形成由实施形态4的燃料电池系统的运行控制机构19对成本进行比较，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。也就是第1计算机构20计算燃料电池13发电产生并提供电度值数据的规定的时段的电度值的情况下的成本。第2计算机构21计算电力系统提供电度值数据的规定的时段的电度值的情况下的成本。第3计算机构22计算燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时发生成本。第4计算机构36计算热供应系统35提供相应于电度值数据的规定的时段的电度值在燃料电池系统中回收的热量在由热供应系统35提供的情况下发生成本。
因而，实施形态6的燃料电池系统的结构和表示燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图与实施形态4的图6和实施形态1的图2相同，因此省略其说明。
下面对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
在图2的步骤S10以前，在假定燃料电池启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，进入接着图2的I的图9的I以后的步骤，考虑消耗的成本决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。
从步骤S111C到S113C与实施形态3、即图5的步骤S11C～S13C相同，省略其说明。
步骤S114C与实施形态4、即图7的步骤S1114A相同，省略其说明。
在步骤S115C，第4计算机构36利用式(5)根据热供应系统的热效率EH计算在热供应系统35提供回收热量HFCt的情况下需要的热供应系统的热量QGHt。然后根据热供应系统(35)的每单位热量的计量收费CGHB，利用式(6C)计算热供应系统35提供HFCt的情况下发生的成本CHt，以从T2到T3对CHt进行累计得到的值作为热供应系统的成本CH。
CHt＝QGHt·CGHB……(6C)在步骤S116C，运行控制机构19将电力系统的成本CE与热供应系统的成本CH之和同第1燃料电池的成本CFC1加以比较。如果CFC1小于CE+CH，则进入步骤S117C，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S119C，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果CFC1大于CE+CH，则进入步骤S120C，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S120C，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图9的II的图2的II返回步骤S4，反复进行以后的步骤。
利用本实施形态的燃料电池系统的结构及其动作，回收伴随燃料电池系统发电产生的热使用时，能够得到实施形态3所述的效果，同时也能够反映出通过提供回收的热减少热供应系统的成本，能够使燃料电池系统经济地运行。
实施形态7图10是本发明实施形态7的燃料电池系统的结构图。对于与实施形态4相同的结构要素标以相同的符号并且省略其说明。
本实施形态的燃料电池系统以检测在热负荷30中使用的热量的热量值检测机构32代替图6的燃料电池系统的电度值检测机构16。而且还具备检测蓄热机构27中贮存的热量的蓄热量检测机构39。
控制装置23以存储热量值检测机构32的检测值的热量值存储机构33和根据存储的热量值的履历预测热负荷30所使用的热量值Ht(t分钟后的热量值Ht)，存储由该热量值Ht构成的热量值数据的热量值预测机构34，代替电度值存储机构17和电度值预测机构18。而且具备根据热量值数据进行计算，将计算结果提供给运行控制机构19的第1～第5计算机构20、21、22、36、40。
第1计算机构20计算由燃料电池13向蓄热机构27提供热量值数据的规定的时段的热量值的情况下消耗的一次能源的量。第2计算机构21计算燃料电池13提供热量值数据的规定的时段的热量值的情况下对电力负荷14提供的电力量，并计算由电力系统提供该电力量的情况下消耗的一次能源的量。第3计算机构22计算燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时消耗的一次能源的量。第4计算机构36计算由热供应系统35提供热量值数据的规定的时段的热量值的情况下消耗的一次能源的量。第5计算机构40根据蓄热量检测机构39的检测值计算取得的蓄热机构27的蓄热量，根据热量值数据等计算蓄热机构27的蓄热收支的预测值。
下面就如上所述构成的本实施形态说明其燃料电池启动之前的动作。图11和图12是表示燃料电池的控制流程的流程图。在图11中，步骤S202中热量值检测机构32持续对热量值进行检测，热量值存储机构33存储该检测出的热量值。在这里，热量值检测机构32每间隔一秒钟进行一次热量值检测。
在步骤S204，热量值预测机构34根据热量值存储机构33存储的热量值履历，预测今后24小时在热负荷30可能使用的1分钟为单位的热量值Ht，将其作为热量值数据加以存储。
接着，运行控制机构19根据热量值预测机构34存储的热量值数据，将蓄热机构27的蓄热量减少的时刻假定为启动预定时刻T1。
在这里，在步骤S205，运行控制机构19在时刻T中代入当前时刻T0。
在步骤S206，第5计算机构根据蓄热量检测机构39的检测值计算当前时刻T0的蓄热量GST0。然后将蓄热量GST0代入时刻T的蓄热量GSt。
在步骤S207，运行控制机构19判断从热量值数据的当前时刻T0到时刻T间热量值Ht的累加值HT是否为蓄热量GSt的Y1％以上(例如80％以上)。如果判断为是，就进入步骤S208。将T假定为启动预定时刻T1。如果判断为否，就进入步骤S209。将T起一分钟以后的时刻作为T(T＝T+1min)，然后返回步骤S207。
在步骤S210，运行控制机构19在时刻T上加上启动所需要的时间Ts(例如60分钟)，假定为发电开始的预定时刻T2。
接着，根据热量值预测机构34存储的热量值数据，将蓄热机构27的蓄热量十分丰富的时刻假定为停止预定时刻T3。
在这里，在步骤S211，第5计算机构40对从启动预定时刻T1到发电开始预定时刻T2间的热量值数据的热量值Ht进行累加，计算出启动时的热量值HT1，将GSt减去HT及HT1的差值代入GSt。
在步骤S212，第5计算机构40在时刻T，将从燃料电池回收的热回收量HRt与蓄热量GSt相加，再减去时刻T的热量值数据的热量Ht，计算出蓄热量GSt。
在步骤S213，运行控制机构19判断在时刻T蓄热量GSt是否大于蓄热机构27的最大蓄热量GSmax。如果判断为是，在步骤S214，运行控制机构19就将T假定为停止预定时刻T3。如果判断为否，就在步骤S215将T起1分钟后的时刻作为T，然后返回步骤S212。
如上所述假定燃料电池的启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，进入接着图11的V的图12的V以后的步骤，考虑消耗的一次能源的量，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。
在步骤S216A，第1计算机构20利用式(7)根据包含燃料电池13、燃料生成装置11等的燃料电池系统的热回收效率EWH计算在燃料电池13发电供应的情况下热量值数据的，从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的热量值Ht的发电需要的原料气体量QGFCHt。然后，利用式(8A)，根据每单位原料气体的一次能源的量AGFCB计算从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间燃料电池系统发电提供电力和供热的情况下消耗的一次能源的量AFCHt，以从T2到T3对AFCHt进行累计的值作为燃料电池发电的一次能源的量AFCH。
QGFCHt＝Ht/EWH……(7)AFCHt＝QGFCHt·AGFCB……(8A)在步骤S217A，第3计算机构22计算出燃料电池系统启动时消耗的一次能源的量，作为燃料电池启动一次能源的量AFCS。而且，运行控制机构19将第1计算机构20输出的燃料电池发电一次能源的量AFCH和第3计算机构22输出的燃料电池启动一次能源的量AFCS相加作为第2燃料电池一次能源的量AFC2。
在步骤S218A，第4计算机构根据热供应系统的热效率EH，利用式(9)计算热供应系统35提供热量值Ht的情况下需要的热供应系统热量QGHt。然后，根据热供应系统的每单位热量的一次能源的量AGHB，利用式(10A)计算热供应系统35供应Ht的情况下消耗的一次能源的量AHt，以从T2到T3对AHt进行累计得到的值作为热供应系统一次能源的量AH。
QGHt＝Ht/EH……(9)AHt＝QGHt·AGHB……(10A)在步骤S219A，第2计算机构20根据发电效率EWE利用式(11)计算电力系统发电并提供电度值数据的从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的热量值Ht的情况下发生的电度值WFCt，利用式(12A)计算电力系统提供WFCt的情况下的一次能源的量AEt，以从T2到T3对AEt进行累计得到的值作为电力系统一次能源的量AE。
WFCt＝Ht/EWH·EWE……(11)AEt＝WFCt·AEB……(12A)在步骤S220，运行控制机构19将电力系统一次能源的量AE与热供应系统一次能源的量AH之和，同第2燃料电池一次能源的量AFC2加以比较。如果AFC2小于AE+AH，则进入步骤S221A，运行控制机构19决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S223A，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果AFC2大于AE+AH，则进入步骤S222，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S224，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图12的VI的图11的VI返回步骤S207，反复进行以后的步骤。
利用本实施形态的结构和动作，在热电联供的燃料电池系统的热跟踪运行时，能够反映被减少的电力系统的一次能源的量，能够在抑制能源浪费的情况下使燃料电池系统运行。
又，燃料电池系统也可以形成兼备实施形态7的结构和实施形态4的结构的系统，可以在控制装置23设置能够选择实施形态7或实施形态4的选择开关(未图示)。采用这样的结构，则能够根据燃料电池系统的使用情况选择热负荷跟踪运行或电力负荷跟踪运行。
还有，在电度值存储机构17和热量值存储机构33存储电度值和热量值时，如果区别有人在和没有人在的情况进行存储，则电度值预测机构18和热量值预测机构34可以根据有人在和没有人在的选择，形成电度值数据和热量值数据。具体地说，在控制装置23上设置选择机构，形成使用者可以选择有人在和没有人在，以此区别有人在和没有人在电度值存储机构17和热量值存储机构33存储电度值和热量值的结构。借助于此，能够更加正确地预测电度值和热量值。
还有，也可以在控制装置23上设置运行时刻输入机构(未图示)，形成使用者能够任意设定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。这样，也能够考虑使用者预定的行动，更加可靠地使燃料电池系统运行。
实施形态8图13是本发明实施形态8的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态8形成能够在实施形态7的燃料电池系统的运行控制机构19就CO2发生量进行比较之后决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。也就是第1计算机构20对热量值数据的规定的时段的热量值由燃料电池13提供给蓄热机构27时发生的CO2量进行计算。第2计算机构21对热量值数据的规定的时段的热量值由燃料电池13提供时提供给电力负荷14的电力量进行计算，并且计算电力系统提供该电力量的情况下发生的CO2量。第3计算机构22对燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时发生的CO2量进行计算。第4计算机构36对热量值数据的规定的时段的热量值由热供应系统35提供的情况下发生的CO2量进行计算。
因而，实施形态8的燃料电池系统的结构和表示燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图与实施形态7的图10和图11相同，因此省略其说明。
下面对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
如图13所示，在步骤S216B，第1计算机构20利用式(7)根据燃料电池系统的热回收效率EWH计算在燃料电池13发电供应的情况下热量值数据从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的热量值Ht的，发电需要的原料气体量QGFCHt。然后，利用式(8B)，根据每单位原料气体的CO2发生量BGFCB计算从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间燃料电池系统发电提供电力并供热的情况下发生的CO2发生量BFCHt，以从T2到T3对BFCHt进行累计的值作为燃料电池发电的CO2发生量BFCH。
BFCHt＝QGFCHt·BGFCB……(8B)在步骤S217B，第3计算机构22计算出燃料电池系统启动时发生的CO2量，作为燃料电池启动的CO2发生量BFCS。而且，运行控制机构19将第1计算机构20输出的燃料电池的CO2发生量BFCH和第3计算机构22输出的燃料电池启动CO2发生量BFCS相加作为第2燃料电池CO2发生量BEC2。
在步骤S218B，第4计算机构根据热供应系统的热效率EH，利用式(9)计算出热供应系统35提供热量值Ht的情况下所需要的热供应系统热量QGHt。然后，根据热供应系统35的每单位热量的CO2发生量BGHB，利用式(10B)计算出热供应系统35提供Ht的情况下发生的CO2量BHt，以从T2到T3对BHt进行累计得到的值作为热供应系统发生的CO2量BH。
BHt＝QGHt·BGHB……(10B)在步骤S219B，第2计算机构根据发电效率EWE利用式(11)计算燃料电池系统发电并提供热量值数据的从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3的每一分钟的热量值Ht的情况下发生的电度值WFCt，利用式(12B)计算电力系统提供WFCt的情况下的CO2发生量BEt，以从T2到T3对BEt进行累计得到的值作为电力系统CO2发生量BE。
BEt＝WFCt·BEB……(12B)在步骤S220B，运行控制机构19将电力系统的CO2发生量BE与热供应系统的CO2发生量BH之和，同燃料电池系统的CO2发生量BFC2加以比较。如果BFC2小于BE+BH，则进入步骤S221B，运行控制机构19决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S223B，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果BFC2大于BE+BH，则进入步骤S222B，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S224B，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图13的VI的图11的VI返回步骤S207，反复进行以后的步骤。
利用本实施形态的燃料电池系统的结构和动作，在热电联供的燃料电池系统进行热跟踪运行时，能够反映被减少的电力系统的CO2发生量，从而能够在对防止地球温室化作出贡献的情况下使燃料电池系统运行。
实施形态9图14是本发明实施形态9的燃料电池系统的控制流程的后半部分的流程图。实施形态9形成能够在实施形态7的燃料电池系统的运行控制机构19就成本进行比较之后决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的结构。也就是第1计算机构20对热量值数据的规定的时段的热量值由燃料电池13提供给蓄热机构27时发生的成本进行计算。第2计算机构21对热量值数据的规定的时段的热量值由燃料电池13提供时燃料电池13提供给电力负荷14的电力量进行计算，并且计算电力系统提供该电力量的情况下发生的成本。第3计算机构22对燃料电池13、燃料生成装置11等燃料电池系统启动时发生的成本进行计算。第4计算机构36对热量值数据的规定的时段的热量值由热供应系统35提供的情况下发生的成本进行计算。
因而，实施形态9的燃料电池系统的结构和表示燃料电池系统的控制流程的前半部分的流程图与实施形态7的图10和图11相同，因此省略其说明。
下面对燃料电池系统的控制流程的后半部分进行说明。
如图14所示，在步骤S216C，第1计算机构20利用式(7)根据燃料电池系统的热回收效率EWH计算在燃料电池13发电供应的情况下热量值数据从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间的每一分钟的热量值Ht的，发电需要的原料气体量QGFCHt。然后，利用式(8B)，根据每单位原料气体的计量费用CGFCB计算从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3之间燃料电池系统发电提供电力并供热的情况下发生的成本CFCHt，以从T2到T3对CFCHt进行累计的值作为燃料电池发电成本CFCH。
CFCHt＝QGFCHt·CGFCB……(8C)在步骤S127C，第3计算机构22计算燃料电池系统启动时发生的成本，作为燃料电池启动的成本CFCS。而且，运行控制机构19将第1计算机构20输出的燃料电池的成本CFCH和第3计算机构22输出的燃料电池启动成本CFCS相加作为第2燃料电池的成本CFC2。
在步骤S218C，第4计算机构根据热供应系统的热效率EH，利用式(9)计算出热供应系统35提供热量值Ht的情况下所需要的热供应系统热量QGHt。然后，根据热供应系统的计量费用CGHB，利用式(10C)计算热供应系统35提供Ht的情况下发生的成本CHt，以从T2到T3对CHt进行累计得到的值作为热供应系统的成本CH。
此CHt＝QGHt·CGHB……(10C)在步骤S219C，第2计算机构根据发电效率EWE利用式(11)计算燃料电池系统发电并提供热量值数据的从发电开始预定时刻T2到停止预定时刻T3的每一分钟的热量值Ht的情况下发电的电度值WFCt，由式(12C)计算电力系统提供WFCt的情况下的成本CEt，以从T2到T3对CEt进行累计得到的值作为电力系统的成本CE。
CEt＝WFCt·CEB……(12C)在步骤S220C，运行控制机构19将电力系统的成本CE与热供应系统的成本CH之和，同燃料电池系统的成本CFC2加以比较。如果CFC2小于CE+CH，则进入步骤S221C，运行控制机构19决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3，在步骤S223C，运行控制机构19在启动预定时刻T1使燃料电池系统启动。另一方面，如果CFC2大于CE+CH，则进入步骤S222C，运行控制机构19取消启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的假定，即禁止在启动预定时刻T1启动燃料电池，在步骤S224C，运行控制机构19在时刻T中代入运行停止预定时刻T3，从接着图14的VI的图11的VI返回步骤S207，反复进行以后的步骤。
利用本实施形态的燃料电池系统的结构和动作，在热电联供的燃料电池系统进行热跟踪运行时，能够反映被减少的电力系统的成本，从而能够在更经济的条件下使燃料电池系统运行。
实施形态10图15是本发明实施形态10的燃料电池系统的结构图。大约与实施形态4相同的结构要素，标以相同的符号，并省略其说明。
本实施形态的燃料电池系统是在图6的燃料电池系统的结构上增加在燃料电池启动时直接或间接检测支配燃料电池的启动速度的部位的温度的温度检测机构。在这里，具备燃料生成装置11的燃料生成装置温度检测机构41。或在燃料电池13具备燃料电池温度检测机构也能够得到相同的效果。
下面对如上所述构成的实施形态10说明燃料电池启动开始之前的动作。图16是燃料电池系统的控制流程前半部分的流程图。在图16中，步骤S301～S308与实施形态1、即图2的步骤S1～S6相同，其说明省略。
在步骤S309，第3计算机构22根据燃料生成装置温度检测机构41在当前时刻T0检测出的检测温度K0判断启动模式。在这里，检测温度K0高于规定的温度KF的情况下，判定启动模式为短期启动模式，在小于KF的情况下判定为长期启动模式。还有，燃料生成装置11和燃料电池13的启动预定时刻T1的温度可以根据作为外部空气温度和从当前时刻T0到启动预定时刻T1的时间的函数的放热量推测。在这里，为了判别启动模式，也可以将使用这些函数推测的启动预定时刻T1的燃料生成装置11的温度(启动时的温度)K1和规定温度KF加以比较。或预先制作将检测温度K0和外部气体温度的温度差与从当前时刻T0到启动预定时刻T1的时间作为变数的启动模式对应表存储于第3计算机构22，第3计算机构根据启动模式对应表选择启动模式。或第3计算机构22根据启动时的温度K1和发电开始时需要的温度(发电开始温度)K2的温度差，计算出启动所需时间TS。
步骤S310-1中，运行控制机构19将相应于各启动模式预先设定的启动所需时间TS(例如长期启动模式为60分钟，短期启动模式为30分钟)与时刻T相加，假定为发电开始预定时刻T2。
在步骤S310-2，运行控制机构19发电开始预定时刻T2代入T。
在步骤S310-3，运行控制机构19判断从T到规定时间X1(例如30分钟)后为止的电度值Wt(WT～WT+30为止的30个)的Y1％以上(例如80％，24个以上)是否为燃料电池系统的最低发电量Wmin以上。如果判断为是，就进入步骤S311。如果判断为否，就在步骤S310-4，将T起(启动所需时间TS-1分钟)以前的时刻作为T，然后返回步骤S306。
在步骤S311～S313，与实施形态1、即图2的步骤S8～S10相同，省略其说明。
如上所述进行假定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，进入连接图16的VII的图17的VII以后的步骤，考虑消耗的一次能源的量，决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。
具体地说，与实施形态4、即图7的步骤S111A～S120A相同，省略其说明。
但是，在步骤S112A中，第3计算机构22根据启动所需时间TS或启动模式，计算或决定使燃料电池系统启动时消耗的一次能源的量，作为燃料电池启动一次能源的量AFCS。
利用本实施形态的燃料电池系统的结构及其动作，能够得到实施形态4所述的效果，同时，根据燃料电池系统的温度状态，能够预测、计算启动所需时间TS和燃料电池启动一次能源的量AFCS，因此，能够在使燃料电池运行时进一步抑制能源的浪费。
还有，在假定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，也可以在图17的VII以后的步骤，利用与实施形态5、即图8的步骤S111B～S120B相同的动作，考虑发生的CO2的量也可以决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。但是，在步骤S112B，第3计算机构22根据启动所需时间TS或启动模式计算或决定燃料电池系统启动时发生的CO2量，将其作为燃料电池启动的CO2发生量BFCS。
借助于此，能够得到实施形态5所述的效果，同时根据燃料电池系统的温度状态预测、计算启动所需时间TS和燃料电池启动的CO2发生量BFCS，因此能够在燃料电池系统运行时抑制CO2发生量，从而对防止地球温室化作出贡献。
又，可以在假定了燃料电池的启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3之后，在图17的VII以后的步骤中，利用与实施形态6、即图9的步骤S111C～S120C相同的动作，考虑成本决定启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3。但是，在步骤S112C，第3计算机构22根据启动所需时间TS或启动模式计算或决定燃料电池系统启动时所需的成本，以其为燃料电池启动成本CFCS。
以此能够得到实施形态6所述的效果，同时根据燃料电池系统的温度状态，能够预测并计算启动所需时间TS和燃料电池启动成本CFCS，因此能够在更经济的条件下使燃料电池系统运行。
在这里，所谓控制装置不仅是单独的控制装置，而且还意味着多个控制装置协同动作进行控制的控制装置群。因此，控制装置23也可以不必由单独的控制装置构成，而采用多个控制装置分散配置，使他们协同工作对燃料电池系统的动作进行控制的结构。
还有，发电效率EWE、热回收效率EWH、每单位原料气体的一次能源的量AGFCB、每单位电力的一次能源的量AEB、每单位原料气体的CO2发生量BGFCB、每单位电力的CO2发生量BEB、原料气体的计量费用CGFCB、电力系统的电表计量费用CEB、燃料电池启动的一次能源的量AFCS、燃料电池启动的CO2发生量BFCS、燃料电池启动成本CFCS、热供应系统35的每单位热量的一次能源的量AGHB、热供应系统35的每单位热量的CO2发生量BGHB、热供应系统的计量费用CGHB、热供应系统热效率EH以及启动所需时间TS也可以在控制装置23中预先设定，或者也可以在控制装置23中具备输入机构(未图示)，使其能够进行输入，能够在控制装置23内的使用这些数据的各机构中进行存储、更新。
又，每单位原料气体的一次能源的量AGFCB也可以是以AEB石油换算的重量单位，又可以是热量单位。
单位原料气体的CO2发生量BGFCB可以是以石油换算的重量单位，也可以是热量单位。
每单位电力的CO2发生量BEB可以根据电力系统的发电设备的种类，发电设备和供电设备的热效率预先算出，或从电力公司得到。
还有，电度值预测机构18和热量值预测机构34为了建立电度值数据和热量值数据，有必要在电度值存储机构17和热量值存储机构33中存储电度值和热量值。该存储通常需要从电度值和热量值检测开始后半个月到一个月的时间，因此，利用运动控制机构进行的，启动预定时刻T1、发电开始预定时刻T2和停止预定时刻T3的决定是在热量电池系统设置后半个月到1个月之后。或者也可以在燃料电池系统设置之前预先检测供应对象的电度值和热量值，将该履历预先存储于电度值存储机构17和热量值存储机构33。
根据上述说明，所属领域的技术人员可以明白本发明的各种改良和其他实施形态。从而，上述说明只能解释为例子，其目的是对所属领域的技术人员说明执行本发明的最佳形态。可以在不脱离本发明的精神的条件下对本发明的结构及其功能的详细情况作实质性的变更。
工业应用性本发明对于能够考虑能源资源、环境负荷或经济性进行运行的燃料电池系统和燃料电池热电联供系统是有用的。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备燃料电池、检测燃料电池系统的供应对象使其发生的电力负荷或热负荷的负荷值的负荷值检测机构、存储所述负荷值检测机构检测出的所述负荷值履历的负荷值存储机构、以及根据所述负荷值的履历预测今后能发生的负荷值，以该预测负荷值作为负荷值数据进行存储的负荷值预测机构，根据所述负荷值数据决定所述燃料电池的启动预定时刻。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述负荷值是所述燃料电池系统的电力供应对象的电力负荷即电度值，所述负荷值数据是电度值数据。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备计算消耗于电力供应的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的计算机构，所述计算机构根据规定的时段的所述电度值数据，计算利用所述燃料电池进行电力供应的情况下和利用电力系统进行电力供应的情况下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比较所述计算机构的计算值，在利用电力系统进行电力供应的情况下的计算值比较大时，将所述时段的开始时刻作为所述启动预定时刻决定。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述计算机构考虑消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，计算利用所述燃料电池进行电力供应的情况下的，消耗于电力供应中消耗的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述计算机构根据所述燃料电池的温度，计算消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备从原料生成含氢燃料的燃料生成装置，所述计算机构考虑消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，计算利用所述燃料电池进行电力供应的情况下的，消耗于电力供应中的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述计算机构根据所述燃料生成装置的温度，计算消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
8.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备输入机构，利用所述输入机构，可以从一次能源、二氧化碳、和成本中选择所述计算机构的计算项目。
9.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备显示机构，利用所述计算机构的计算值，计算利用所述燃料电池进行电力供应的情况下和利用电力系统进行电力供应的情况下的，一次能源的量、二氧化碳量、和成本中的任一项的差值，所述显示机构显示该差值。
10.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备回收所述燃料电池的废热加以贮存的蓄热机构以及将所述蓄热机构贮存的热量向外部供应的热供应机构，所述计算机构还根据所述时段的所述电度值数据，计算利用所述蓄热机构回收的热量、在利用外部热供应机构供应该热量的情况下在该热量的供应上消耗的一次能源的量、由其发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，以此计算利用所述燃料电池供应电力和热量的情况下以及利用电力系统和外部热供应机构供应电力供应和热供应的情况下的各所述一次能源的量、所述二氧化碳量或所述成本，比较所述计算机构的计算值，在利用电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的计算值比较大时，将所述时段的开始时刻作为所述启动预定时刻决定。
11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述启动预定时刻在每一规定的更新时间进行更新。
12.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备显示机构，所述显示机构显示所述启动预定时刻。
13.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述显示机构显示过去的运行履历。
14.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备回收所述燃料电池的废热加以贮存的蓄热机构、将所述蓄热机构贮存的热量向外部供应的热供应机构、以及检测所述蓄热机构的蓄热量的蓄热量检测机构，所述负荷值是所述燃料电池系统的热供应对象的热负荷即热量值，所述负荷值数据是热量值数据。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备计算消耗于热供应和电力供应的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本的计算机构，所述计算机构根据所述时段的所述热量值数据，计算利用所述燃料电池进行电力供应和热供应的情况下和利用电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的，各所述一次能源的量、所述二氧化碳量、或所述成本，比较所述计算机构的计算值，在利用所述电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的计算值比较大时，将所述时段的开始时刻作为所述启动预定时刻决定。
16.根据权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于，所述计算机构考虑消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，计算利用所述燃料电池进行电力供应和热供应的情况下的，消耗于电力供应和热供应中消耗的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其特征在于，所述计算机构根据所述燃料电池的温度，计算消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
18.根据权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备从原料生成含氢燃料的燃料生成装置，所述计算机构考虑消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本，计算利用所述燃料电池进行电力供应和热供应的情况下的，消耗于电力供应和热供应中的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
19.根据权利要求18所述的燃料电池系统，其特征在于，所述计算机构根据所述燃料生成装置的温度，计算消耗于所述燃料电池的启动的一次能源的量、因此发生的二氧化碳量、或消耗于其中的成本。
20.根据权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备输入机构，利用所述输入机构，可以从一次能源、二氧化碳、和成本中选择所述计算机构的计算项目。
21.根据权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备显示机构，利用所述计算机构的计算值，计算利用所述燃料电池进行电力供应和热供应的情况下和利用电力系统和外部热供应机构进行电力供应和热供应的情况下的，一次能源的量、二氧化碳量、和成本中的任一项的差值，所述显示机构显示该差值。
22.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备回收所述燃料电池的废热加以贮存的蓄热机构、将所述蓄热机构贮存的热量向外部供应的热供应机构、检测所述蓄热机构的蓄热量的蓄热量检测机构、以及选择机构，利用所述选择机构，从所述燃料电池系统的热供应对象的热负荷即热量值或所述燃料电池系统的电力供应对象的电力负荷即电度值，选择所述负荷值，通过该选择从电度值数据或热量值数据选择所述负荷值数据。
23.根据权利要求22所述的燃料电池系统，其特征在于，所述负荷值存储机构区别宅中有人和无人而存储所述负荷值，利用所述选择机构可以从根据宅中有人时的所述电度值数据的决定、根据宅中无人时的所述电度值数据的决定、根据宅中有人时的所述热量值数据的决定、根据宅中无人时的所述热量值数据的决定中任意选择所述燃料电池的启动预先时刻的决定。
24.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备能够任意设定所述燃料电池的启动预定时刻的运行时刻设定机构。
全文摘要
本发明的燃料电池系统，具备燃料电池(13)、检测燃料电池系统的供应对象(14)使其发生的电力负荷或热负荷的负荷值的负荷值检测机构(16)、存储所述负荷值检测机构(16)检测出的所述负荷值的履历的负荷值存储机构(17)、以及根据所述负荷值的履历预测今后能发生的负荷值，以该预测负荷值作为负荷值数据进行存储的负荷值预测机构(18)，根据所述负荷值数据决定所述燃料电池(13)的启动预定时刻。
文档编号H01M8/06GK1706060SQ200480001350
公开日2005年12月7日 申请日期2004年7月26日 优先权日2003年7月25日
发明者田中良和, 西川隆, 尾关正高, 中村彰成 申请人:松下电器产业株式会社