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JP7525634B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、日本国特許出願２０２０－１８０６６４号（２０２０年１０月２８日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
本開示は、燃料電池装置に関する。
近年、燃料電池を備える発電システムが普及してきている。燃料電池は、水素などの燃料ガス及び酸素などの酸化剤ガスを用いて電気化学反応により発電する。このような発電システムでは、燃料電池が動作していなくても、電力会社から供給される電力が出力される。そのため、ユーザは燃料電池が動作していないことに気付きにくい。例えば特許文献１は、発電システムが発電していない期間が一定期間以上になった場合に、ユーザに気付かせるための情報を報知する発電システムを開示する。
特開２０１４－０４９２１８号公報
一実施形態に係る燃料電池装置は、
燃料電池と、
ユーザへ報知を行い、前記ユーザの操作によって前記燃料電池の排熱を利用した温水を出湯させる第１の電子機器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池が停止中の場合に、前記第１の電子機器に停止中である旨の表示を報知し、該報知後において前記燃料電池の再起動がされていない場合であって、前記ユーザが前記第１の電子機器を操作した場合に、前記第１の電子機器に警告音及び警告表示の少なくとも１つを報知させる。
図１は、一実施形態に係る燃料電池装置の概念的な構成と、燃料電池装置を備える発電システムの構成例を示す図である。 図２は、第１の電子機器の構成例を示す図である。 図３は、第１の電子機器のユーザへの報知を説明するための図である。 図４は、第２の電子機器の構成例を示す図である。 図５は、第２の電子機器のユーザへの報知を説明するための図である。 図６は、一実施形態に係る燃料電池装置の制御部が実行する処理を説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態が説明される。以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法比率などは現実のものと必ずしも一致していない。
図１は、本開示の一実施形態に係る燃料電池装置１０の概念的な構成と、燃料電池装置１０を備える発電システム１の構成例を示す図である。
燃料電池装置１０は、系統に連系又は解列可能である。燃料電池装置１０は、系統に連系した状態で、パワーコンディショナを介して負荷（例えば一般の機器など）に電力を供給できる。パワーコンディショナは、燃料電池装置１０で発電した電力を、系統への出力に適した特性の電力に変換する装置である。また、燃料電池装置１０は、系統から解列した状態で、燃料電池装置１０を構成する各補機類などに電力を供給できる。
発電システム１は、燃料電池装置１０と、第１の電子機器３０と、第２の電子機器４０と、を備える。
第１の電子機器３０は、発電システム１のユーザ（以下、単に「ユーザ」という）へ報知を行い、ユーザの操作によって燃料電池１１の排熱を利用した温水を出湯させる装置である。第１の電子機器３０は、このような機能を備える装置であれば、その種類が限定されるものでないが、本実施形態において給湯リモコンである。給湯リモコンは、住宅などの屋内に設置されて、ユーザの操作によって温水を浴槽などに出湯させる。別の例として、第１の電子機器３０は、工場などで、温水の出湯及び温度などを管理するコンピュータであってよい。このとき、ユーザは発電システム１の管理者であってよい。第１の電子機器３０の構成の詳細については後述する。
第２の電子機器４０は、第１の電子機器３０と通信可能な装置である。第２の電子機器４０は、このような機能を備える装置であれば、その種類が限定されるものでないが、本実施形態において携帯通信端末である。携帯通信端末は、ユーザが携帯可能な端末であって、具体例としてスマートフォン、スマートウォッチ、タブレット端末、ゲーム機又は電子書籍リーダなどである。別の例として、第２の電子機器４０は、第１の電子機器３０と通信可能なカーナビゲーションシステムなどであってよい。第２の電子機器４０の構成の詳細については後述する。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池装置１０は、燃料電池１１、熱交換器１２、循環路１３、液体の流路１４及び制御部１５を含んで構成される。図１の例において、燃料電池装置１０は、さらに改質水タンク１６、改質水ポンプ１７、熱媒タンク１８及び熱媒ポンプ１９を含んで構成されるが、これらの一部又は全部が燃料電池装置１０に含まれない構成又は異なる構成であってよい。つまり、燃料電池装置１０は、図１に示す構成要素の全てを含まなくてよい。また、燃料電池装置１０は、図１に示す以外の構成要素を備えてよい。例えば、熱媒タンク１８に貯水されたお湯が、後述する給湯路２１を介して直接出湯されるようにしてよい。
燃料電池１１は、供給されるガス、空気及び改質水を用いて発電する。燃料電池１１は、発電に伴い、高熱の排ガスを排出する。燃料電池１１は、排出路を有する。燃料電池１１は、排出路を介して熱交換器１２に排ガスを送出する。
熱交換器１２は、燃料電池１１が排ガスを介して排出する排熱を、熱媒と熱交換させる。熱媒は、例えば、水、不凍液などの比熱の大きな流体である。熱交換器１２において熱媒との熱交換により排ガスから凝縮した改質水は、改質水タンク１６に貯留される。改質水タンク１６は、改質水を一時的に貯留してよい。改質水タンク１６は、保温材により覆われていてよい。改質水タンク１６に貯留される改質水は、改質水ポンプ１７により昇圧されて、燃料電池１１に供給される。熱交換器１２において凝縮されない排ガスは燃料電池装置１０から、排気される。
循環路１３は、熱媒を、熱交換器１２を通過させながら循環させる。循環路１３は、熱媒を熱交換器１２及び熱媒タンク１８の間で循環させてよい。熱媒タンク１８は、熱媒を貯留してよい。熱媒タンク１８は、保温材により覆われていてよい。
循環路１３には、熱媒ポンプ１９が設けられてよい。熱媒ポンプ１９は、熱媒を昇圧することにより、循環路１３を循環させる。熱媒ポンプ１９は、制御部１５により制御されることにより、稼働してよい。
液体の流路１４は、燃料電池１１の稼働に関連する、循環路１３以外の流路である。液体の流路１４は、例えば、燃料電池１１に改質水を供給する供給路２０、熱媒から得られる熱を利用して温水を出湯する給湯路２１を含む。供給路２０は、改質水タンク１６から改質水ポンプ１７を介して燃料電池１１に接続される。給湯路２１は、例えば、熱媒タンク１８内を通過する。給湯路２１に供給される水は、熱媒タンク１８中の熱媒と熱交換することにより、加熱される。
制御部１５は、１以上のプロセッサ及びメモリを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、及び特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を含んでよい。制御部１５は、１つ又は複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）及びＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎ ａ Ｐａｃｋａｇｅ）のいずれかであってよい。
制御部１５は、燃料電池１１を含む燃料電池装置１０の各構成要素を制御する。例えば、制御部１５は燃料電池１１を動作又は停止させる。また、制御部１５は、第１の電子機器３０と通信可能であって、第１の電子機器３０を制御することができる。例えば、制御部１５は、第１の電子機器３０から必要なデータを取得し、第１の電子機器３０に対して必要な動作を実行させる制御信号を出力する。
本実施形態において、制御部１５は、燃料電池１１が停止中の場合に、第１の電子機器３０に停止中である旨の表示を報知し、報知後において燃料電池１１の再起動がされていない場合であって、ユーザが第１の電子機器３０を操作した場合に、第１の電子機器３０に警告音及び警告表示の少なくとも１つを報知させる。第１の電子機器３０は、例えば屋内に設置される給湯リモコンである。燃料電池１１が停止中の場合に、第１の電子機器３０に停止中である旨の表示を報知しても燃料電池１１が再起動されない場合、ユーザが第１の電子機器３０に報知された表示に気づいていない可能性が高い。一方で、ユーザが第１の電子機器３０を操作した時に、ユーザは第１の電子機器３０の近くにいるか、少なくとも屋内にいる可能性が高い。制御部１５は、このようなタイミングで、第１の電子機器３０を用いて、ユーザに燃料電池１１が停止中であることを示す情報を知らせる。ユーザは、この警告音などによって、第１の電子機器３０に停止中である旨の表示がされていることに気づいていなくても、意図しない燃料電池１１の停止状態が継続していることに容易に気付くことができる。
また、制御部１５は、燃料電池１１の停止の開始から所定期間（一例として１週間）が経過した場合に、第２の電子機器４０への情報伝送を、第１の電子機器３０に実行させてよい。第２の電子機器４０は、例えばスマートフォンなどの携帯通信端末である。そのため、ユーザは、この情報伝送に基づく第２の電子機器４０からの報知によって、例えば外出先であっても、意図しない燃料電池１１の停止状態が継続していることに気付くことができる。また、制御部１５は、所定回数に達するまで、第２の電子機器４０への情報伝送を繰り返し実行させてよい。ユーザは、例えば旅行など長期の外出の場合であっても、意図しない燃料電池１１の停止状態が継続していることに気付くことができる。
図２は、第１の電子機器３０の構成例を示す図である。図３は、第１の電子機器３０のユーザへの報知を説明するための図である。図２に示すように、第１の電子機器３０は、第１の通信部３１と、第１の報知部３２と、第１の制御部３３と、を備えてよい。
第１の通信部３１は、燃料電池装置１０及び第２の電子機器４０と有線及び無線の少なくとも一方によって通信するためのインタフェースである。第１の通信部３１は、４Ｇ（４ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）及び５Ｇ（５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）などのモバイル通信規格、有線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格及び無線ＬＡＮ規格などのそれぞれに対応する通信インタフェースを含み得る。第１の通信部３１は、一例として、燃料電池装置１０と有線で、第２の電子機器４０と無線で通信してよい。
第１の報知部３２は、ユーザに対して情報を報知する。第１の報知部３２は、画像を表示するディスプレイを含んで構成されてよい。ディスプレイは、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）又は有機ＥＬパネル（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｐａｎｅｌ）などであってよい。本実施形態において、ディスプレイは、入力機能を備えるタッチパネルディスプレイ（タッチスクリーンディスプレイ）である。本実施形態において、第１の報知部３２は、音を出力するスピーカーも備える。図３に示すように、例えば燃料電池１１が停止中であってユーザが第１の電子機器３０を操作した場合に、第１の報知部３２は警告音を発してよい。また、第１の報知部３２は、燃料電池１１が停止中であることを示す表示（例えば警告表示であってよい）を示してよい。この場合、燃料電池１１が停止して最初に表示する停止中よりも、より視覚的に訴える表示とすることがよい。警告音と警告表示は同時に報知されてよい。
第１の制御部３３は、制御部１５からの制御信号に基づいて、第１の通信部３１及び第１の報知部３２の動作を制御する。第１の制御部３３は、ユーザによって情報の伝送先として登録された第２の電子機器４０の情報（以下、「登録情報」という）を管理してよい。第１の制御部３３は、登録情報をアクセス可能な記憶装置（例えばメモリ又はＨＤＤなど）に記憶し、管理情報を燃料電池装置１０の制御部１５に出力してよい。また、第１の制御部３３は、ユーザの操作に基づいて、温水の出湯に関する制御及び制御部１５への情報の出力を実行してよい。例えばユーザの操作が、浴槽に温水をためるためにボタンを押すことであれば、第１の制御部３３は、温水を出湯させるとともに、ユーザが第１の電子機器３０を操作したとの情報を制御部１５に出力してよい。また、例えばユーザの操作が、タッチパネルディスプレイの設定画面で燃料電池１１を再起動させるものであれば、第１の制御部３３は、ユーザが燃料電池１１を再起動させる操作をしたとの情報を制御部１５に出力してよい。
図４は、第２の電子機器４０の構成例を示す図である。図５は、第２の電子機器４０のユーザへの報知を説明するための図である。図４に示すように、第２の電子機器４０は、第２の通信部４１と、第２の報知部４２と、第２の制御部４３と、を備えてよい。
第２の通信部４１は、第１の電子機器３０と有線及び無線の少なくとも一方によって通信するためのインタフェースである。第２の通信部４１は、４Ｇ及び５Ｇなどのモバイル通信規格、有線ＬＡＮ規格及び無線ＬＡＮ規格などのそれぞれに対応する通信インタフェースを含み得る。本実施形態において、第２の通信部４１は、第１の電子機器３０と無線通信を行う。
第２の報知部４２は、ユーザに対して情報を報知する。第２の報知部４２は、画像を表示するディスプレイを含んで構成されてよい。ディスプレイは、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬパネルなどであってよい。ディスプレイは、入力機能を備えるタッチパネルディスプレイであってよい。第２の報知部４２は、音を出力するスピーカーを備えてよい。図５に示すように、例えば燃料電池１１の停止の開始から所定期間が経過した場合に、第２の報知部４２は燃料電池１１の再起動を促すメッセージを表示してよい。また、第２の報知部４２は警告音を発してよい。
第２の制御部４３は、第１の電子機器３０から伝送される燃料電池１１の停止状態に関する情報に基づいて、第２の通信部４１及び第２の報知部４２の動作を制御する。また、第２の制御部４３は、データ通信、音声通話などの携帯通信端末としての機能を実現するために、第２の電子機器４０の全体を制御する。
図６は、燃料電池装置１０の制御部１５が実行する処理を説明するためのフローチャートである。
制御部１５は、燃料電池１１の状態を判定し、燃料電池１１が停止中であれば（ステップＳ１のＹｅｓ）、第１の電子機器３０に燃料電池１１が停止中であることを示す表示をさせる（ステップＳ２）。制御部１５は、燃料電池１１の停止の開始から燃料電池１１が再起動するまで、ユーザの在宅又は外出に関係なく、第１の電子機器３０に停止中の表示を報知させてよい。ここで、制御部１５は、燃料電池１１が動作中であれば、ユーザへの報知の処理を特に行わない（ステップＳ１のＮｏ）。
続いて、燃料電池１１が再起動されたかどうかを確認する（ステップＳ３）。制御部１５は、燃料電池１１が再起動した場合に（ステップＳ３のＹｅｓ）、一連の処理を終了する。制御部１５は、燃料電池１１が再起動しない場合に（ステップＳ３のＮｏ）、ステップＳ４の処理に進む。ここで、このステップＳ３の判定は、例えば燃料電池１１が停止してから１日以内とすることができる。
続いて、制御部１５は、第１の電子機器３０へのユーザ操作がある場合に（ステップＳ４のＹｅｓ）、第１の電子機器３０に警告音及び警告表示の少なくとも１つを報知させる（ステップＳ５）。ユーザは、例えば警告音によって燃料電池１１の停止に気付いた場合に、第１の電子機器３０の設定画面で燃料電池１１を再起動させてよい。制御部１５は、燃料電池１１が再起動した場合に（ステップＳ６のＹｅｓ）、一連の処理を終了する。
制御部１５は、第１の電子機器３０へのユーザ操作がない場合（ステップＳ４のＮｏ）又は燃料電池１１が再起動しない場合に（ステップＳ６のＮｏ）、ステップＳ７の処理に進む。
制御部１５は、燃料電池１１の停止が開始してから所定期間が経過していなければ（ステップＳ７のＮｏ）、ステップＳ４の処理に戻る。ここで、所定期間は一例として１週間であるが、これに限定されない。
制御部１５は、燃料電池１１の停止が開始してから所定期間が経過した場合に（ステップＳ７のＹｅｓ）、第２の電子機器４０が登録されているかを判定する（ステップＳ８）。制御部１５は、第２の電子機器４０が登録されていなければ（ステップＳ８のＮｏ）、一連の処理を終了する。
制御部１５は、第２の電子機器４０が登録されている場合に（ステップＳ８のＹｅｓ）、第２の電子機器４０への情報伝送を第１の電子機器３０に実行させる（ステップＳ９）。第２の電子機器４０は、第１の電子機器３０から伝送された情報に基づいて、例えば燃料電池１１の再起動を促すメッセージを表示する（図５参照）。ユーザは、例えば第２の電子機器４０のメッセージによって燃料電池１１の停止に気付いた場合に、在宅時に第１の電子機器３０の設定画面で燃料電池１１を再起動させてよい。また、ユーザは、遠隔操作が可能である場合に、第２の電子機器４０を使って第１の電子機器３０を操作することによって、燃料電池１１を再起動させてよい。
制御部１５は、燃料電池１１が再起動した場合に（ステップＳ１０のＹｅｓ）、一連の処理を終了する。制御部１５は、燃料電池１１が再起動しない場合に（ステップＳ１０のＮｏ）、第２の電子機器４０への情報伝送が所定回数に達したかを判定する（ステップＳ１１）。ここで、所定回数は一例として３回であるが、これに限定されない。
制御部１５は、第２の電子機器４０への情報伝送が所定回数に達していれば（ステップＳ１１のＹｅｓ）、一連の処理を終了する。制御部１５は、第２の電子機器４０への情報伝送が所定回数に達していない場合に（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ９の処理に戻る。つまり、制御部１５は、第２の電子機器４０への情報伝送を第１の電子機器３０に再び実行させる。
以上のように、本実施形態に係る燃料電池装置１０は、上記の構成によって、ユーザの意図しない燃料電池１１の停止状態を回避できる。燃料電池１１が停止していると、ユーザはＣＯ２（二酸化炭素）の削減、一次エネルギー削減、電気代削減などの発電システム１の利点及び利益を十分に享受することができない。本実施形態に係る燃料電池装置１０は、ユーザのこのような不利益を回避させることができる。
また、本実施形態に係る燃料電池装置１０は、第２の電子機器４０への情報伝送を第１の電子機器３０に実行させることによって、ユーザが第１の電子機器３０における報知に気付かない場合及び第１の電子機器３０の近くにいない場合であっても、燃料電池１１の停止状態をユーザに報知することが可能である。そのため、ユーザに燃料電池１１の再起動を促し、燃料電池１１の停止状態を回避する効果を高めることができる。
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について装置を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は装置の各構成部が実行するステップを含む方法としても実現し得るものである。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、制御部１５は、第２の電子機器４０への情報伝送を、燃料電池１１の停止の開始から所定期間が経過することだけでなく、燃料電池１１の再起動による利益に基づいて実行させてよい。つまり、制御部１５は、燃料電池１１の再起動による利益を計算し、所定期間が経過した場合であって、かつ、利益があると判定する場合に、第２の電子機器４０への情報伝送を、第１の電子機器３０に実行させてよい。利益の計算は、例えば電力会社から供給される電力価格、温水を出湯させる時間などに基づいて実行されてよい。制御部１５は、計算した利益が閾値を超える場合に利益があると判定してよい。閾値は、例えば１０００円などの固定の値であってよいし、季節などによって変動する値であってよい。例えば、第２の電子機器４０が報知するメッセージに計算された利益を含めることによって、ユーザに対してさらに燃料電池１１の再起動を促すことができる。
例えば、制御部１５は、第１の電子機器３０へのユーザ操作がある場合に、第１の電子機器３０に警告音及び警告表示の少なくとも１つを報知させるにあたり、燃料電池１１の再起動による利益に基づいて実行させてよい。
例えば、制御部１５は、第２の電子機器４０への情報伝送を繰り返す場合に、情報伝送の間隔を変更させてよい。例えば、制御部１５は、１回目と２回目の情報伝送の時間間隔よりも、２回目と３回目の情報伝送の時間間隔を短くさせてよい。また、制御部１５は、季節などによって第２の電子機器４０への情報伝送の間隔を変更させてよい。例えば冬季の方が、夏季よりも温水を出湯させることが多いため、燃料電池１１の停止によるユーザの不利益が大きい。そのため、制御部１５は、冬季に第２の電子機器４０への情報伝送を繰り返す場合に、夏季よりも短い時間間隔で再伝送させてよい。
１ 発電システム
１０ 燃料電池装置
１１ 燃料電池
１２ 熱交換器
１３ 循環路
１４ 流路
１５ 制御部
１６ 改質水タンク
１７ 改質水ポンプ
１８ 熱媒タンク
１９ 熱媒ポンプ
２０ 供給路
２１ 給湯路
３０ 第１の電子機器
３１ 第１の通信部
３２ 第１の報知部
３３ 第１の制御部
４０ 第２の電子機器
４１ 第２の通信部
４２ 第２の報知部
４３ 第２の制御部

Claims (7)

  1. 燃料電池と、
    ユーザへ報知を行い、前記ユーザの操作によって前記燃料電池の排熱を利用した温水を出湯させる第１の電子機器を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記燃料電池が停止中の場合に、前記第１の電子機器に停止中である旨の表示を報知し、該報知後において前記燃料電池の再起動がされていない場合であって、前記ユーザが前記第１の電子機器を操作した場合に、前記第１の電子機器に警告音及び警告表示の少なくとも１つを報知させる、燃料電池装置。
  2. 前記制御部は、前記燃料電池の停止の開始から所定期間が経過した場合に、前記第１の電子機器と通信可能な第２の電子機器への情報伝送を、前記第１の電子機器に実行させる、請求項１に記載の燃料電池装置。
  3. 前記制御部は、所定回数に達するまで前記第２の電子機器への情報伝送を繰り返し実行させる、請求項２に記載の燃料電池装置。
  4. 前記制御部は、前記燃料電池の再起動による利益を計算し、前記所定期間が経過した場合であって、かつ、利益があると判定する場合に、前記第２の電子機器への情報伝送を、前記第１の電子機器に実行させる、請求項２又は３に記載の燃料電池装置。
  5. 前記第２の電子機器は、前記ユーザが携帯可能な携帯通信端末である、請求項２から４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
  6. 前記制御部は、前記燃料電池の再起動による利益を計算し、利益があると判定する場合であって、前記ユーザが前記第１の電子機器を操作した場合に、前記第１の電子機器に警告音及び警告表示の少なくとも１つを報知させる、請求項１に記載の燃料電池装置。
  7. 前記第１の電子機器は、屋内に設置される給湯リモコンである、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
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