JP4501259B2

JP4501259B2 - Fuel cell power generation system

Info

Publication number: JP4501259B2
Application number: JP2000268134A
Authority: JP
Inventors: 稔彦吉田; 陽一郎柏木; 壮一津田; 健夫小島; 輝士福田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002075391A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、家庭で用いられる燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビルや住宅の電力エネルギー源として燃料電池を用いることが検討されている。燃料電池は、周知のように、たとえば酸素と水素とを化学反応させることで生じる起電力を利用するものであり、化学エネルギーが直接的に電気エネルギーに変換されるので優れた変換効率が得られる。
【０００３】
また、燃料電池の作動は発熱を伴うため、さらにその熱を利用してトータルなエネルギー効率を高め、これによりトータルコスト効率を高めることが検討されている。
【０００４】
特開２０００−１８７１８公報には、燃料電池からの排熱を利用して湯を製造、貯留及び給湯可能とすることで、電力と湯との両方が得られるシステムが開示されている。このシステムには、電力を発生する燃料電池と、該燃料電池の動作を制御する制御装置と、湯を給湯可能に貯えることができる貯湯槽と、前記燃料電池の排熱によって前記貯湯槽内の湯を加熱可能な熱交換器とが備えられている。前記制御装置には、前記貯湯槽に設けられたセンサから該貯湯槽内の貯湯量及び湯温に関する情報が送られるようになっている。また、前記貯湯槽には、前記燃料電池の電力を利用して該貯湯槽内の湯を加熱可能な電熱ヒータが備えられている。そしてこのシステムでは、前記貯湯量及び湯温と、前記燃料電池の電力を消費する負荷側の消費電力と、予め定められた所望の貯湯量及び湯温との比較に基づいて、前記制御装置が前記燃料電池の動作及び前記電熱ヒータの出力の制御を行うようになっている。これにより、所望の貯湯量及び湯温の湯が効率よく製造できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記システムでは、前記貯湯量が所望のものと記載されているのみで、その具体的な湯量に関しては格別な配慮がなされていない状態であった。
【０００６】
本発明の目的は、湯の製造量（貯湯量）の適正化により、トータルコスト効率を高くすることができる燃料電池発電システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池で発生した直流電力を交流に変換するインバータを備え、該インバータ及び配電盤を介して前記燃料電池と商用電源とを連系させるとともに、前記燃料電池からの排熱を利用して湯を製造するようにした燃料電池発電システムにおいて、過去の前記湯の消費パターンに基づいて貯湯槽の目標貯湯量を決定するとともに、貯湯量が前記目標貯湯量になるように前記燃料電池の動作を制御する制御装置を設け、前記制御装置は、決定された目標貯湯量が一定値よりも小さくて前記湯の保温には不適な場合に前記目標貯湯量を一定値に引き上げることを要旨とする。
【０００８】
この発明では、燃料電池からの廃熱を利用して湯が製造される。制御装置は、前記燃料電池の動作を制御することで湯の製造量を調節する。前記制御装置は、過去の湯の消費パターンに基づいて貯湯槽の目標貯湯量を決定する。この目標貯湯量は、消費が予想される湯量を満足し、かつ、その湯量から過大にならない範囲内で設定される。そして、前記制御装置は、前記貯湯槽の貯湯量が前記目標貯湯量になるように前記燃料電池の動作を制御する。つまり、この発明によれば、無用な湯の作りすぎを抑えることができるようになるため、トータルコスト効率をよくすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記過去の湯の消費パターンは、過去所定期間の最大消費湯量であることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記過去の湯の消費パターンは、過去所定期間の平均消費湯量であることを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１に従って説明する。
図１に示すように、燃料電池発電システムは、燃料電池１１、改質器１２及びインバータ１３を備えている。燃料電池１１は例えば固体高分子形の燃料電池からなり、改質器１２で原燃料から改質された改質ガスと、空気とが供給され、改質ガス中の水素を空気中の酸素と反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する。原燃料としては例えば都市ガスやＬＰガス等が使用される。
【００１４】
インバータ１３は入力側が燃料電池１１の出力側に接続され、出力側が配電盤１４を介して負荷１５に接続されている。インバータ１３は、燃料電池１１からの直流電力を交流電力に変換する。その交流電力は、配電盤１４を介して負荷１５側に供給されるようになっている。
【００１５】
配電盤１４は、商用電源（系統電源）１６とも接続されている。配電盤１４は、原則的にはインバータ１３からの交流電力を負荷１５側に供給し、この供給電力が負荷１５の要求電力に足りないときには商用電源１６から電力を補うように構成されている。
【００１６】
この燃料電池発電システムには、燃料電池１１に湯を製造可能なほどの排熱を伴う発電をさせるか否かをコントロール可能な制御装置１７が設けられている。制御装置１７からは、燃料電池１１に前述の発電をさせるか否かをコントロールするための制御信号が、改質器１２に対して出力されるようになっている。この制御信号により、改質器１２から燃料電池１１への前記改質ガスの供給量が増減され、燃料電池１１の発電がコントロールされるようになっている。例えば、前記制御信号が、燃料電池１１に湯を製造可能なほどの排熱を伴う発電をさせる旨のものである場合には、改質器１２から燃料電池１１には、該燃料電池１１が所定の一定出力で発電するように前記改質ガスが供給される。このときの燃料電池１１の出力値は、該燃料電池１１の燃費効率や寿命を考慮したものに決定される。また、前記制御信号が、燃料電池１１に前述の発電をさせない旨のものである場合には、改質器１２から燃料電池１１には、該燃料電池１１がスタンバイ状態を保つことができる程度の量の前記改質ガスが供給されるようになっている。
【００１７】
燃料電池１１には、配管１８が連結されている。燃料電池１１は、該配管１８の途中に介在するように配置されている。配管１８の上流側は、水道に連結され、下流側は貯湯槽１９に連結されている。配管１８の上流側の途中、つまり前記水道と燃料電池１１との間には、バルブ２０が設けられている。バルブ２０は、制御装置１７からの制御信号に基づいて開閉するようになっている。制御装置１７は、燃料電池１１を前述の所定の一定出力で発電させているとき（湯を製造可能なほどの排熱を伴う発電をさせているとき）には、バルブ２０が開くように該バルブ２０に対して制御信号を出力するようになっている。バルブ２０が開状態になると、前記水道側から、単位時間当たり一定流量の水道水が配管１８の上流側を介して燃料電池１１に供給されるようになっている。この水道水は、燃料電池１１からの排熱により加熱されて湯となった後に配管１８の下流側を介して貯湯槽１９に供給されるようになっている。なお、燃料電池１１は、この水道水に熱を奪われることによって、発電に適した温度に保たれるようになっている。
【００１８】
燃料電池１１が前述の所定の一定出力で発電していないとき（湯を製造可能なほどの排熱を伴う発電をしていないとき）には、制御装置１７はバルブ２０に対して該バルブ２０が閉じるように制御信号を出力するようになっている。この制御信号によりバルブ２０が閉状態となると、貯湯槽１９には湯が供給されないようになっている。なお、燃料電池１１がスタンバイ状態のときに発する熱は、大気中に放熱され、配管１８内の湯の温度を過度に上昇させるようには作用しないようになっている。
【００１９】
貯湯槽１９に貯えられた湯は、該貯湯槽１９に連結された給湯管２１から、風呂や台所などに供給されるようになっている。貯湯槽１９内の貯湯量は、該貯湯槽１９に設けられた湯量計２２によって計測可能になっている。制御装置１７には、この湯量計２２によって計測された貯湯量に関する計測信号が常時入力されるようになっている。制御装置１７は、この計測信号から把握される貯湯槽１９内の貯湯量を常時監視するようになっており、この貯湯量の変化から、湯の消費量及びその消費量の変化つまり湯の消費パターンを把握できるようになっている。
【００２０】
制御装置１７は、過去の前記湯の消費パターンに基づいて、貯湯槽１９の目標貯湯量を決定するようになっている。この目標貯湯量は、１日を複数の時間帯に分けて、その時間帯別に決定されるようになっている。例えば、１日を、食事の前後、入浴時、夜間及び昼間に分けて、これらの時間帯別に把握された前記湯の消費パターンによってそれぞれの時間帯別に前記目標貯湯量が決定されるようになっている。この目標貯湯量は、例えば、前記各時間帯における過去１ケ月内の最大消費湯量よりもやや多い湯量に決定される。そして、制御装置１７は、燃料電池１１の発電時間の長さ（即ち、貯湯槽１９への湯の供給時間の長さ）を制御することで、貯湯槽１９の貯湯量を、該貯湯量が前記目標貯湯量になるように調整するようになっている。なお、時刻の経過により前記時間帯が替わり、前記目標貯湯量が実際の貯湯槽１９の貯湯量を下回るように変化した場合には、その後に湯が使用されて実際の貯湯量が前記目標貯湯量を下回るようになるまで貯湯槽１９には湯が供給されないようになっている。
【００２１】
また、制御装置１７には、外部からの情報入力が可能な入力装置２３が接続されている。前記目標貯湯量は、この入力装置２３を介してマニュアル設定できるようになっている。例えば、制御装置１７によって決定された前記目標貯湯量は、この操作により設定変更できるようになっている。なお、入力装置２３から制御装置１７へは前記外部情報に関する入力信号が送られるようになっている。また、制御装置１７から入力装置２３へは前記設定内容や貯湯槽１９の貯湯量などを含む制御装置１７の各種情報を入力装置２３側のモニタに表示するための表示信号が送られるようになっている。
【００２２】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）例えば、必要以上に湯が製造され続け、貯湯槽１９が満タンになった場合、それ以上に製造された分の湯は廃棄されることになり、エネルギーが無駄に消費されたことになり、トータルコスト効率は低くなる。また、たとえ貯湯槽１９が満タンになるまでに至らなかったとしても、要求湯量よりも余分に製造された分の湯に関してはその製造過程において無駄にエネルギーが消費されたことになり、又保存過程において余分にエネルギーが消費されたことになる。これに対し、本実施形態では、制御装置１７が、過去の湯の消費パターンに基づいて貯湯槽１９の目標貯湯量を決定し、貯湯槽１９の貯湯量が前記目標貯湯量になるように燃料電池１１の動作を制御するようにした。前記目標貯湯量は、消費が予想される湯量を満足するとともにその湯量から過大にならない程度のものとして、過去１ケ月内の最大消費湯量よりもやや多い量に決定されるようにした。つまり、貯湯槽１９の貯湯量が、実際の要求湯量に近くなるように調節可能になる。これにより、無用な湯の作りすぎを抑えることが可能になるため、燃料電池発電システムのトータルコスト効率をよくすることができる。
【００２３】
（２）前記目標貯湯量を、１日を複数の時間帯に分けて、その時間帯別に決定するようにした。これにより、前記目標貯湯量を、さらに高精度に実際の要求湯量に近づかせることができるようになる。つまり、無用な湯の作りすぎをさらに抑えることができるようになる。したがって、燃料電池発電システムのトータルコスト効率をさらによくすることができるようになる。
【００２４】
（３）入力装置２３を介して、前記目標貯湯量をマニュアル設定できるようにした。これにより、前記目標貯湯量を、過去の湯の消費パターンに基づいて制御装置１７が決定したものとは異なる値に変更することができるようになる。したがって、例えば、イレギュラーな湯の消費状況にも対応可能となる。また、燃料電池１１の発電時間を意図的に変更することが可能になる。
【００２５】
（４）一般に燃料電池は大幅な出力の増減が繰り返されるとその寿命が短くなるという性質を持っている。これに対し、本実施形態の燃料電池１１は、湯を製造可能なほどの排熱を伴う発電時の出力が一定値となるように動作されるようになっている。これにより、燃料電池１１の寿命を延ばすことが可能になる。また、燃料電池１１の出力値が燃費効率や寿命を考慮したものに決定されることで、燃料電池１１の寿命がさらに長くなるとともにエネルギー効率がよくなる。
【００２６】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
○ 前記実施形態では、１日を、食事の前後、入浴時、夜間及び昼間に分けて、これらの時間帯別に把握された前記湯の消費パターンによってそれぞれの時間帯別に前記目標貯湯量を決定するようにした。しかし、時間帯の分け方は、これに限定されない。さらに多くの時間帯に分けてもよく、少なくてもよい。また、時間帯分けをせず、前記目標貯湯量を終日同じ値を示すものとしてもよい。
【００２７】
○ 前記実施形態では、前記目標貯湯量を、過去１ケ月内の湯の消費パターンに基づいて決定するようにしたが、１ケ月に限定されない。例えば、数日であってもよく、数週間または数ケ月であってもよい。
【００２８】
○ 前記目標貯湯量を、過去の曜日別の湯の消費パターンに基づいて曜日別に決定するようにしてもよい。また、曜日別ではなく、平日と休日とに分けて決定するようにしてもよい。これらによれば、前記目標貯湯量を、前記湯の消費パターンの曜日などによる変化に対応させることができるため、該目標貯湯量がより実情に即したものとなる。
【００２９】
○ 前記実施形態では、前記目標貯湯量を、過去の最大消費湯量よりもやや多い湯量に決定するようにしたが、これに限定されない。例えば、前記目標貯湯量が貯湯槽１９のキャパシティに対して過小で、湯の保温には不適なものである場合には、前記目標貯湯量を、湯の保温に適した一定値（所定湯量）にまで引き上げて決定するようにしてもよい。この場合、湯の保温効率をよくすることができる。
【００３０】
○ 過去の消費湯量のピーク値（最大消費湯量）が過大で、これに基づいて決定された前記目標貯湯量が無用に大きなものとなる場合には、過去の消費湯量の平均値に基づいて前記目標貯湯量を決定するようにしてもよい。また、この平均値は、前記ピーク値など、特異な値を除いたものであってもよい。これによれば、前記目標貯湯量をより実情に即したものにすることができる。
【００３１】
○ 貯湯槽１９に、該貯湯槽１９内の湯を加熱可能な電熱ヒータを設けてもよい。これによれば、湯温の低下を抑えたり、湯温の上昇を早めたりすることができるようになる。また、燃料電池１１の電力を利用して前記電熱ヒータを駆動可能にすることで、燃料電池１１の余剰電力を熱に変換して利用することができる。なお、前記余剰電力は、燃料電池１１の発電量に対して負荷１５側の消費電力量が少ないときの、前記発電量と前記消費電力量との差を指している。
【００３２】
○ 燃料電池１１の出力した直流電力を充電可能な二次電池（蓄電池）を設け、該燃料電池１１の余剰電力を貯えるようにしてもよい。これによれば、要求電力量が多い場合などに前記二次電池の電力を利用することで、商用電源１６側からの電力量を減らすことができる。
【００３３】
○ 配管１８の途中に、燃料電池１１から貯湯槽１９に供給された湯量を計測するとともに制御装置１７に対してその湯量に関する信号を出力可能な供給量計を設けてもよい。これによれば、制御装置１７が湯量計２２による貯湯量情報のみを参照する場合に比較して、前記供給量計からの湯量情報を併せて参照可能とすることで、湯の消費パターンがより把握され易くなる。なお、給湯管２１の途中に、貯湯槽１９から排出された湯量を計測するとともに制御装置１７に対してその湯量に関する信号を出力可能な排出量計を設けて、制御装置１７がこの排出量計からの湯量情報と湯量計２２からの貯湯量情報とを参照するようにしてもよい。
【００３４】
○ 制御装置１７は、入力装置２３を介して前記目標貯湯量と共にマニュアル設定された時間情報に基づいて、前記目標貯湯量を所定時間後に所望値に変更するタイマー機能を備えていてもよい。これによれば、所定時間後に貯湯槽１９の目標貯湯量を所望のものにすることができる。したがって、前記目標貯湯量の所望値設定を、前記目標貯湯量が所望値に変更される時点よりも所定時間だけ前に行うことができる。
【００３５】
○ 制御装置１７は、入力装置２３を介して前記目標貯湯量と共にマニュアル設定された時間情報に基づいて、貯湯槽１９の貯湯量が所定時間後に前記目標貯湯量の所望値になるように燃料電池１１の動作を制御する機能を備えていてもよい。これによれば、所定時間後に貯湯槽１９の貯湯量を所望のものにすることができる。したがって、所望の時間後に所望の貯湯量を確保することが可能になるため、湯を有効に使うことができるようになる。
【００３６】
○ 入力装置２３は設けられていなくてもよい。つまり、前記目標貯湯量を入力装置２３などを介して外部から入力可能な構成となっていなくてもよい。
次に、前記実施形態から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、その効果とともに以下に記載する。
【００３７】
（１）前記貯湯槽の目標貯湯量は、一日のうちの複数の時間帯別に決定されること。これによれば、貯湯槽の目標貯湯量が、１日の中で変化する要求湯量に対して、より沿ったものとなる。
【００３８】
（２）前記一日のうちの複数の時間帯は、食事の前後、入浴時、夜間及び昼間であること。食事の前後と入浴時と夜間と昼間とは、互いに要求湯量に大きく差が出易い時間帯であるため、これによれば、それぞれの時間帯について目標貯湯量を決定することで、該目標貯湯量がより実際の要求湯量に即したものとなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項に記載の発明によれば、燃料電池発電システムにおいて、湯の製造量（貯湯量）の適正化により、トータルコスト効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の燃料電池発電システムの概要を示す構成図。
【符号の説明】
１１…燃料電池、１３…インバータ、１４…配電盤、１６…商用電源、１７…制御装置、１９…貯湯槽、２３…入力装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power generation system used at home, for example.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use of fuel cells as power energy sources for buildings and houses has been studied. As is well known, a fuel cell uses an electromotive force generated by, for example, a chemical reaction between oxygen and hydrogen. Since chemical energy is directly converted into electric energy, excellent conversion efficiency can be obtained. .
[0003]
Further, since the operation of the fuel cell is accompanied by heat generation, it has been studied to further increase the total energy efficiency by using the heat, thereby increasing the total cost efficiency.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-18718 discloses a system in which both electric power and hot water can be obtained by making use of exhaust heat from a fuel cell to manufacture, store and supply hot water. The system includes a fuel cell that generates electric power, a control device that controls the operation of the fuel cell, a hot water storage tank that can store hot water so that hot water can be supplied, and an exhaust heat of the fuel cell that stores the hot water in the hot water storage tank. And a heat exchanger capable of heating hot water. Information about the amount of hot water stored in the hot water storage tank and the hot water temperature is sent to the control device from a sensor provided in the hot water storage tank. Further, the hot water storage tank is provided with an electric heater capable of heating the hot water in the hot water storage tank using the electric power of the fuel cell. In this system, based on a comparison of the hot water storage amount and hot water temperature, power consumption on the load side that consumes power of the fuel cell, and a predetermined desired hot water storage amount and hot water temperature, the control device Control of the operation of the fuel cell and the output of the electric heater is performed. Thereby, the desired hot water storage amount and hot water can be efficiently manufactured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the system, only the amount of hot water stored is described as desired, and no particular consideration has been given to the specific amount of hot water.
[0006]
An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system capable of increasing the total cost efficiency by optimizing the amount of hot water produced (the amount of hot water stored).
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an invention according to claim 1 includes an inverter that converts DC power generated in a fuel cell into AC, and connects the fuel cell and a commercial power source via the inverter and a switchboard. And determining a target hot water storage amount of the hot water storage tank based on a past consumption pattern of the hot water, and a hot water storage system in a fuel cell power generation system configured to produce hot water using waste heat from the fuel cell. A control device is provided for controlling the operation of the fuel cell so that the amount becomes the target hot water storage amount, and the control device is not suitable for keeping the hot water warm because the determined target hot water storage amount is smaller than a predetermined value. In summary, the target hot water storage amount is raised to a constant value .
[0008]
In the present invention, hot water is produced using waste heat from the fuel cell. The control device adjusts the amount of hot water produced by controlling the operation of the fuel cell. The said control apparatus determines the target hot water storage amount of a hot water tank based on the past hot water consumption pattern. This target hot water storage amount is set within a range that satisfies the amount of hot water expected to be consumed and does not become excessive from the amount of hot water. And the said control apparatus controls operation | movement of the said fuel cell so that the amount of hot water storage of the said hot water storage tank may become the said target hot water storage amount. That is, according to the present invention, it is possible to suppress the excessive production of useless hot water, so that the total cost efficiency can be improved.
[0009]
The gist of the invention described in claim 2 is that, in the invention described in claim 1, the past hot water consumption pattern is a maximum amount of hot water consumed in a predetermined past period .
[0010]
The invention according to claim 3 is summarized in that, in the invention according to claim 1, the consumption pattern of the past hot water is an average amount of hot water consumed in a predetermined past period .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation system includes a fuel cell 11, a reformer 12, and an inverter 13. The fuel cell 11 is composed of, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and is supplied with a reformed gas reformed from the raw fuel by the reformer 12 and air, and converts the hydrogen in the reformed gas into oxygen in the air. It reacts to generate DC electrical energy (DC power). As the raw fuel, for example, city gas or LP gas is used.
[0014]
The input side of the inverter 13 is connected to the output side of the fuel cell 11, and the output side is connected to the load 15 via the switchboard 14. The inverter 13 converts the DC power from the fuel cell 11 into AC power. The AC power is supplied to the load 15 via the switchboard 14.
[0015]
The switchboard 14 is also connected to a commercial power supply (system power supply) 16. The switchboard 14 is configured to supply the AC power from the inverter 13 to the load 15 side in principle, and to supplement the power from the commercial power supply 16 when the supplied power is insufficient for the required power of the load 15.
[0016]
This fuel cell power generation system is provided with a control device 17 capable of controlling whether or not to cause the fuel cell 11 to generate power with exhaust heat enough to produce hot water. From the control device 17, a control signal for controlling whether or not the fuel cell 11 generates the above-described power generation is output to the reformer 12. By this control signal, the supply amount of the reformed gas from the reformer 12 to the fuel cell 11 is increased or decreased, and the power generation of the fuel cell 11 is controlled. For example, when the control signal is to cause the fuel cell 11 to generate power with exhaust heat that can produce hot water, the reformer 12 sends the fuel cell 11 to the fuel cell 11. The reformed gas is supplied so as to generate power at a predetermined constant output. The output value of the fuel cell 11 at this time is determined in consideration of the fuel efficiency and life of the fuel cell 11. Further, when the control signal indicates that the fuel cell 11 does not generate the power, the reformer 12 sends the fuel cell 11 to the fuel cell 11 so that the fuel cell 11 can maintain the standby state. An amount of the reformed gas is supplied.
[0017]
A pipe 18 is connected to the fuel cell 11. The fuel cell 11 is disposed so as to be interposed in the middle of the pipe 18. The upstream side of the pipe 18 is connected to the water supply, and the downstream side is connected to the hot water storage tank 19. A valve 20 is provided on the upstream side of the pipe 18, that is, between the water supply and the fuel cell 11. The valve 20 opens and closes based on a control signal from the control device 17. The control device 17 causes the valve 20 to open when the fuel cell 11 is generating power at the above-mentioned predetermined constant output (when generating power with exhaust heat that can produce hot water). A control signal is output to the valve 20. When the valve 20 is opened, tap water having a constant flow rate per unit time is supplied from the water supply side to the fuel cell 11 via the upstream side of the pipe 18. This tap water is heated by exhaust heat from the fuel cell 11 to become hot water, and then supplied to the hot water tank 19 via the downstream side of the pipe 18. The fuel cell 11 is kept at a temperature suitable for power generation by depriving the tap water of heat.
[0018]
When the fuel cell 11 is not generating electric power at the above-mentioned predetermined constant output (when not generating electric power with exhaust heat that can produce hot water), the control device 17 controls the valve 20 with respect to the valve 20. A control signal is output so as to close. When the valve 20 is closed by this control signal, hot water is not supplied to the hot water tank 19. The heat generated when the fuel cell 11 is in the standby state is dissipated into the atmosphere, and does not act so as to excessively increase the temperature of the hot water in the pipe 18.
[0019]
Hot water stored in the hot water storage tank 19 is supplied from a hot water supply pipe 21 connected to the hot water storage tank 19 to a bath or kitchen. The amount of hot water stored in the hot water storage tank 19 can be measured by a hot water meter 22 provided in the hot water storage tank 19. A measurement signal related to the amount of hot water measured by the hot water meter 22 is constantly input to the control device 17. The control device 17 constantly monitors the amount of hot water stored in the hot water storage tank 19 ascertained from this measurement signal. From this change in the amount of hot water, the consumption of hot water and the change in its consumption, that is, the consumption of hot water. The pattern can be grasped.
[0020]
The control device 17 determines the target hot water storage amount of the hot water storage tank 19 based on the past hot water consumption pattern. This target hot water storage amount is determined for each time zone by dividing one day into a plurality of time zones. For example, the target hot water storage amount is determined for each time period according to the consumption pattern of the hot water obtained by dividing one day before and after a meal, at the time of bathing, at night and during the daytime. ing. For example, the target hot water storage amount is determined to be a slightly larger amount of hot water than the maximum amount of hot water consumed in the past month in each time zone. Then, the control device 17 controls the length of the power generation time of the fuel cell 11 (that is, the length of time for supplying hot water to the hot water storage tank 19), whereby the hot water storage amount of the hot water storage tank 19 is determined by the hot water storage amount. The target hot water storage amount is adjusted. In addition, when the said time zone changes with progress of time and the said target hot water storage amount changes so that the hot water storage amount of the actual hot water storage tank 19 may fall, hot water is used after that and an actual hot water storage amount becomes the said target hot water storage amount. Hot water is not supplied to the hot water tank 19 until the amount falls below.
[0021]
In addition, an input device 23 capable of inputting information from the outside is connected to the control device 17. The target hot water storage amount can be manually set via the input device 23. For example, the target hot water storage amount determined by the control device 17 can be set and changed by this operation. An input signal related to the external information is sent from the input device 23 to the control device 17. Further, a display signal for displaying various information of the control device 17 including the set contents and the amount of hot water stored in the hot water storage tank 19 on the monitor on the input device 23 side is sent from the control device 17 to the input device 23. ing.
[0022]
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) For example, when hot water continues to be produced more than necessary, and the hot water tank 19 becomes full, more hot water produced is discarded and energy is wasted. And the total cost efficiency is low. Even if the hot water storage tank 19 does not reach a full level, the extra hot water produced in excess of the required amount of hot water is wasted in the production process, and stored. Extra energy is consumed in the process. On the other hand, in this embodiment, the control device 17 determines the target hot water storage amount of the hot water storage tank 19 based on the past hot water consumption pattern, and the fuel is stored so that the hot water storage amount of the hot water storage tank 19 becomes the target hot water storage amount. The operation of the battery 11 was controlled. The target hot water storage amount is determined to be a slightly larger amount than the maximum hot water consumption in the past month, as satisfying the amount of hot water expected to be consumed and not exceeding the amount of hot water. That is, the amount of hot water stored in the hot water tank 19 can be adjusted to be close to the actual required amount of hot water. Accordingly, it is possible to suppress excessive production of unnecessary hot water, so that the total cost efficiency of the fuel cell power generation system can be improved.
[0023]
(2) The target hot water storage amount is determined for each time zone by dividing one day into a plurality of time zones. As a result, the target hot water storage amount can be brought closer to the actual required hot water amount with higher accuracy. That is, it becomes possible to further suppress the excessive production of useless hot water. Therefore, the total cost efficiency of the fuel cell power generation system can be further improved.
[0024]
(3) The target hot water storage amount can be manually set via the input device 23. As a result, the target hot water storage amount can be changed to a value different from that determined by the control device 17 based on the past hot water consumption pattern. Therefore, for example, it is possible to cope with irregular hot water consumption. In addition, the power generation time of the fuel cell 11 can be changed intentionally.
[0025]
(4) In general, a fuel cell has a property that its life is shortened when a significant increase / decrease in output is repeated. On the other hand, the fuel cell 11 of the present embodiment is operated so that the output during power generation with exhaust heat that can produce hot water becomes a constant value. As a result, the life of the fuel cell 11 can be extended. Further, since the output value of the fuel cell 11 is determined in consideration of the fuel efficiency and the life, the life of the fuel cell 11 is further increased and the energy efficiency is improved.
[0026]
The embodiment is not limited to the above, and may be, for example, as follows.
In the above embodiment, the target hot water storage amount is determined for each time period according to the consumption pattern of the hot water obtained by dividing each day into before and after meals, bathing, nighttime and daytime. I did it. However, the way of dividing the time zone is not limited to this. Further, it may be divided into more time zones or less. Moreover, it is good also as what shows the same value for the said target hot water storage amount all day without dividing into time zones.
[0027]
In the embodiment, the target hot water storage amount is determined based on the consumption pattern of hot water within the past month, but is not limited to one month. For example, it may be several days, several weeks, or several months.
[0028]
(Circle) you may make it determine the said target hot water storage amount according to a day of the week based on the consumption pattern of the hot water according to the past day of the week. Further, the determination may be made separately for weekdays and holidays, not for each day of the week. According to these, since the target hot water storage amount can be made to correspond to changes in the hot water consumption pattern depending on the day of the week, the target hot water storage amount becomes more realistic.
[0029]
In the embodiment, the target hot water storage amount is determined to be a slightly larger amount of hot water than the past maximum hot water consumption, but is not limited thereto. For example, when the target hot water storage amount is too small with respect to the capacity of the hot water tank 19 and is unsuitable for hot water heat insulation, the target hot water storage amount is set to a constant value (predetermined hot water amount) suitable for hot water heat insulation. You may make it decide to raise to). In this case, the heat retention efficiency of hot water can be improved.
[0030]
○ When the peak value of the past hot water consumption (maximum hot water consumption) is excessive and the target hot water storage volume determined based on this is unnecessarily large, based on the average value of the past hot water consumption The target hot water storage amount may be determined. The average value may be a value excluding a specific value such as the peak value. According to this, it is possible to make the target hot water storage amount more suitable for the actual situation.
[0031]
A hot water tank 19 may be provided with an electric heater capable of heating the hot water in the hot water tank 19. According to this, it becomes possible to suppress the decrease in the hot water temperature or to accelerate the increase in the hot water temperature. Further, by making the electric heater driveable using the electric power of the fuel cell 11, the surplus electric power of the fuel cell 11 can be converted into heat and used. The surplus power indicates the difference between the power generation amount and the power consumption amount when the power consumption amount on the load 15 side is smaller than the power generation amount of the fuel cell 11.
[0032]
A secondary battery (storage battery) that can charge the DC power output from the fuel cell 11 may be provided to store surplus power of the fuel cell 11. According to this, the electric energy from the commercial power source 16 side can be reduced by using the electric power of the secondary battery when the required electric energy is large.
[0033]
A supply meter that measures the amount of hot water supplied from the fuel cell 11 to the hot water storage tank 19 and outputs a signal related to the amount of hot water to the control device 17 may be provided in the middle of the pipe 18. According to this, compared with the case where the control device 17 refers only to the hot water storage amount information by the hot water meter 22, the hot water consumption pattern is further improved by making it possible to refer to the hot water amount information from the supply meter. It becomes easy to grasp. A discharge meter that measures the amount of hot water discharged from the hot water storage tank 19 and can output a signal related to the amount of hot water to the control device 17 is provided in the middle of the hot water supply pipe 21. The hot water amount information from the hot water amount and the hot water storage amount information from the hot water meter 22 may be referred to.
[0034]
The control device 17 may include a timer function for changing the target hot water storage amount to a desired value after a predetermined time based on time information manually set together with the target hot water storage amount via the input device 23. According to this, the target hot water storage amount of the hot water storage tank 19 can be made desired after a predetermined time. Therefore, the desired value of the target hot water storage amount can be set a predetermined time before the time when the target hot water storage amount is changed to the desired value.
[0035]
The control device 17 controls the fuel cell so that the hot water storage amount of the hot water storage tank 19 becomes a desired value of the target hot water storage amount after a predetermined time based on the time information manually set together with the target hot water storage amount via the input device 23. 11 may be provided with a function of controlling the operation. According to this, the hot water storage amount of the hot water storage tank 19 can be made desired after a predetermined time. Therefore, it becomes possible to secure a desired hot water storage amount after a desired time, so that hot water can be used effectively.
[0036]
O Input device 23 does not need to be provided. That is, the target hot water storage amount may not be configured to be input from the outside via the input device 23 or the like.
Next, technical ideas other than the invention described in the claims that can be grasped from the embodiment will be described below together with the effects thereof.
[0037]
(1) a target amount of hot water storage before Symbol hot water tank will be decided by a plurality of time zones of the day. According to this, the target hot water storage amount of the hot water storage tank becomes more in line with the required hot water amount that changes during the day.
[0038]
(2) includes a plurality of time zone of the previous Symbol one day, before and after the meal, that bathing at the time, is the nighttime and daytime. Before and after meals, at the time of bathing, at night, and during the day, there are times when there is a large difference in the required amount of hot water. Therefore, according to this, by determining the target hot water storage amount for each time zone, The amount is more in line with the actual required hot water volume.
[0039]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the invention described in each claim , in the fuel cell power generation system, the total cost efficiency can be increased by optimizing the amount of hot water produced (the amount of hot water stored).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a fuel cell power generation system according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fuel cell, 13 ... Inverter, 14 ... Distribution board, 16 ... Commercial power supply, 17 ... Control apparatus, 19 ... Hot water tank, 23 ... Input device.

Claims

An inverter that converts direct current power generated in the fuel cell into alternating current is provided, and the fuel cell and the commercial power source are connected via the inverter and the switchboard, and hot water is produced using the exhaust heat from the fuel cell. In the fuel cell power generation system designed to
Determining a target hot water storage amount of the hot water tank based on the past hot water consumption pattern, and providing a control device for controlling the operation of the fuel cell so that the hot water storage amount becomes the target hot water storage amount ;
The said control apparatus raises the said target hot water storage amount to a fixed value, when the determined target hot water storage amount is smaller than a fixed value and is unsuitable for the heat insulation of the said hot water, The fuel cell power generation system characterized by the above-mentioned .

The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the past hot water consumption pattern is a maximum amount of hot water consumed during a predetermined period in the past .

The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the past hot water consumption pattern is an average amount of hot water consumed during a predetermined period in the past .