JP2004342510A

JP2004342510A - Cogeneration system

Info

Publication number: JP2004342510A
Application number: JP2003139097A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Takeuchi; 裕人竹内
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cogeneration system which displays the lifetime of the constituent part of the cogeneration system and can be stably operated by replacing components beforehand. <P>SOLUTION: This is the cogeneration system which generates electricity and heat from a supplied fuel by a fuel cell unit 10 as a cogeneration device, and outputs electricity being supplied to a commercial power supply 1 and outputs heat. The system furthermore comprises an arithmetic unit 42 and a display device 44, and the arithmetic unit predicts the lifetime of the constituent part such as a desulfurization filter 17A and a water filter 17B and displays the lifetime by a component replacement display part 45 of the display device. The lifetime is predicted based on the accumulation operating hour and/or number of starting of the fuel cell unit, and the predicted lifetime against the assumption lifetime for each constituent part is displayed by a level as a remaining lifetime by a lifetime gauge 46 of the display device. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池等のコジェネレーション装置から発生される電気と熱とを利用するコジェネレーションシステムに係り、特に、コジェネレーション装置の構成部の寿命を予測し、予測された寿命を表示するコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の発電システムとしての太陽光発電システムは、商用電源と分散電源との間で電圧の瞬時値を検出するとともに変流器により検出した電流の瞬時値との積の平均値を求める売買電力演算手段と、この売買電力演算手段により求めた平均値の符号に基づいて商用電源側から買電しているか商用電源側に売電しているかを表示する屋内に配置された表示器とを備えることを特徴とするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、この太陽光発電システムは、現在多く普及している太陽電池に関するシステムで、買電中か売電中かを検出するために、商用電源と分岐回路との間の部位の電流の瞬時値と、商用電源と分散電源との間の電圧の瞬時値とを用いているから、屋外に設置した電力量計とは別に買電か売電かの別を検出して表示器に表示することで、リアルタイムにてユーザーに売買電状況を知らせ、導入のメリットを実感できるシステムとなっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２５４４０号公報（段落［０００８］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記構造の太陽光発電システムは、電力の売買状況をユーザーに知らせて、この発電システムを導入した効果を実感できるものであり、この太陽光発電システムは、構成が複雑でないためメンテナンスも殆んど必要でなく、その運転もユーザーが特に操作することはない。ところが、発電の他に熱を発生するコジェネレーションシステムの場合、システムは複雑となり構成部品も多数存在し、且つ構成部品の寿命がそれぞれ異なるため、ユーザーが行うメンテナンスも多くなる。つまり、コジェネレーションシステムの場合、従来の導入メリット表示だけでなく、ユーザーに対してメンテナンス情報を提供することが求められている。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、発電設備ユニットであるコジェネレーション装置を構成する主要部品や消耗部品の寿命を予測して表示し、これによりシステムが故障、停止する前に、部品交換のタイミングをユーザーに知らせ、前もって部品を交換することによりシステムが停止するのを防止でき、安定稼動が可能なコジェネレーション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】
前記目的を達成すべく、本発明に係るコジェネレーションシステムは、供給される燃料からコジェネレーション装置で電気と熱とを生成し、生成された電気を商用電源に供給して出力すると共に前記の熱を出力するシステムであり、このシステムは、さらに演算装置と表示装置とを備え、演算装置はコジェネレーション装置の構成部の寿命を予測し、表示装置により予測寿命を表示することを特徴とする。寿命は残寿命として表示すると、部品交換の時期が分かりやすく好ましい。
【０００８】
前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムは、コジェネレーション装置の構成部の寿命を、経年変化や稼働時間等を基に演算装置で予測して算出し、表示装置でその予測寿命を表示するため、ユーザーは主要構成部や消耗部品が寿命に達して故障する前に予め部品の交換を行え、システムが故障で停止するのを防止でき、システムの安定稼動を達成できる。
【０００９】
また、本発明に係るコジェネレーションシステムの好ましい具体的な態様としては、前記予測寿命は、コジェネレーション装置の累積稼働時間及び／又は起動回数に基づいて算出されることを特徴としている。この構成によれば、コジェネレーション装置の構成部は、一般的に累積稼働時間、起動回数あるいは両者の積に関連して寿命に達するため、この累積稼働時間や起動回数、あるいは両者の積に基づいて寿命を予測することで、主要構成部や消耗部品の部品交換を効率良く行うことができる。
【００１０】
さらに、本発明に係るコジェネレーションシステムの好ましい具体的な他の態様としては、前記予測寿命は、予め作成されている予測寿命とコジェネレーション装置の累積稼働時間及び／又は起動回数との相関グラフに基づいて算出されることを特徴としている。この構成によれば、コジェネレーション装置の主要構成部や消耗部品の寿命は、累積稼働時間や起動回数、あるいはそれらの積と相関があるため、この累積稼働時間や起動回数、あるいはそれらの積と予測寿命との相関に基づいて寿命を予測することで、主要構成部や消耗部品の部品交換をタイミング良く、効率良く行うことができる。
【００１１】
本発明に係るコジェネレーションシステムの好ましい具体的なさらに他の態様としては、前記コジェネレーション装置の構成部の１つは燃料電池であり、前記予測寿命は燃料電池の電圧の変化を予測因子として算出されることを特徴とする。燃料電池の予測寿命は、予め作成されている予測寿命と燃料電池の電圧との相関関係を基に算出されることが好ましい。この構成によれば、燃料電池スタックを構成する１つ、又は複数の燃料電池セルの電圧を計測し、この電圧が一定レベルを下回ったときに寿命に達したと判断でき、また電池寿命が電圧と寿命との相関に基づいて予測でき、燃料電池の故障を防止して効率の良いシステム稼動が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るコジェネレーションシステムの好ましい具体的なさらに他の態様としては、前記予測寿命は、構成部毎に予め設定された想定寿命に対して、構成部毎に表示装置によりレベル表示されることを特徴とする。この構成によれば、演算装置で算出した予測寿命と想定寿命とを比較し、予測寿命が想定寿命に対してどのレベルに達しているかを主要構成部や消耗部品毎に容易に確認できるので、部品交換の時期等を計画的に実行できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコジェネレーションシステムの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るコジェネレーションシステムのシステムブロック図、図２は、図１の燃料電池ユニットを制御するリモコンの正面図と要部斜視図、図３は、データベース内の寿命を予測する相関グラフのイメージ図、図４は、予測寿命を算出して表示する動作を示すフロー図である。
【００１４】
図１において、コジェネレーションシステムは、商用電源１及び都市ガス等の燃料ガス２が供給され、供給される燃料ガス２からコジェネレーション装置（以下、燃料電池ユニットという）１０で電気と熱とを生成して出力し、出力された電気を商用電源１に供給して外部に出力すると共に、熱を外部に出力するシステムである。燃料電池ユニット１０は、主要構成部として燃料を改質する改質装置１１、燃料電池スタック１２、インバータ１３、熱交換器１４を備え、これらは制御装置１５により制御される。
【００１５】
燃料電池ユニット１０には、燃料として都市ガスあるいはＬＰガス等の燃料ガス２が供給され、供給された燃料ガス２は改質装置１１にて水素に変換され、燃料電池スタック１２に送られる。燃料電池スタック１２内では水素と酸素を反応させて直流の電気と熱が発生する。出力される直流電力はインバータ１３にて交流電力に変換され、電気制御装置１６及び分電盤３０を介して商用電源１の幹線ライン３に供給される。分電盤３０は主幹ブレーカ３１、個別ブレーカ３２を備えており、電気制御装置１６では電気負荷３３に見合った電気を燃料電池ユニット１０から出力するように制御装置１５に指令を出す。この燃料電池ユニット１０の構成部は、稼働時間や起動回数等に基づく寿命を有しており、稼働時間等が長くなると交換する必要がある。
【００１６】
改質装置１１と、燃料電池スタック１２で発生する熱は熱交換器１４を介して温水循環路１９から、温水として貯湯装置２０に貯められる。熱交換器１４に入る配管１９Ａには温度センサ１８Ａが設置され、熱交換器１４から出る配管１９Ｂには温度センサ１８Ｂが設置されている。ここでは、貯湯タンク２１の水をポンプＰで引き、熱交換器１４との水循環により発生熱を回収し、貯湯タンク２１内の水温を高めることができる。このようにして貯湯タンク２１に蓄えられた温水は、貯湯タンク２１上部の給湯管から出湯される。このとき必要に応じて上水５と混合され、補助熱源６０を介して給湯配管６１により給湯負荷６２に接続され利用される。
【００１７】
補助熱源６０は必ずしも必要ではないが、貯湯タンク２１の温度が低いときに所望の温度まで昇温させるもので、燃料ガス２を配管６３により供給して加熱するようにしてもよく、また電気ヒータ等で加熱するようにしてもよい。補助熱源６０から給湯負荷６２には給湯配管６１として一般給湯配管６１Ａ、浴槽往き配管６１Ｂ及び浴槽戻り配管６１Ｃが接続される。補助熱源６０は熱関連部用リモコンとして、台所設置のリモコン５０Ａと、浴室設置のリモコン５０Ｂが設置され、それぞれ台所用給湯の温度設定と、浴室給湯の温度設定や湯量設定等を行うものである。
【００１８】
燃料ガス２は配管４を介して改質装置１１に供給され、配管４には改質装置１１の前に脱硫フィルタ１７Ａが設置されている。脱硫フィルタ１７Ａは、燃料である都市ガスあるいはＬＰガス等に含まれる硫黄分を取り除くものである。民生用の燃料ガス２には安全のため硫黄による香り付けがされている。こうした硫黄分は改質装置１１の劣化を招く要因となるため取り除く必要がある。この脱硫フィルタ１７Ａはシステムの稼動時間等に関連する寿命を有し、所定の期間で交換する必要がある。
【００１９】
また、上水５は配管６を介して熱交換器１４及び貯湯タンク２１に供給され、熱交換器１４の前には水フィルタ１７Ｂが設置されている。燃料電池ユニット１０内の燃料電池スタック１２や改質装置１１には不純物の混じっていない水が要求されるため、水フィルタ１７Ｂにて水道水を浄化する。特に燃料電池スタック１２では、使用水に金属イオンやミネラル分が混入すると劣化を招くため、水フィルタ１７Ｂにはイオン交換樹脂などの高レベルのフィルタが要求される。この水フィルタ１７Ｂも稼動時間等に関連する寿命を有し、所定の期間で交換する必要がある。水フィルタ１７Ｂで不純物が除去された上水は、燃料電池ユニット１０内の各部に供給される。
【００２０】
燃料電池ユニット１０の運転には燃料電池ユニット用リモコン（以下、リモコンという）４０を用いる。リモコン４０には、設定装置４１、演算装置４２、記憶装置４３、表示装置４４が備えてある。設定装置４１は日付や、演算させる各種の情報、数値を入力するものである。演算装置４２は入力された情報や数値を基に、このシステムを導入した効果として、導入エネルギーの料金低減効果や、排出ガス低減効果等の各種演算を行うと共に、例えば燃料電池ユニット１０の各構成部の寿命を記憶装置４３のデータベースを用いて予測、算出するとともに、表示装置４４で表示する。演算装置４２及び記憶装置４３はマイクロコンピュータ４０Ａで構成されると好適である。なお、リモコン４０は、熱関連部用リモコン５０Ａや５０Ｂと一体型でもよい。
【００２１】
ここで、図２を参照して、リモコン４０の設定装置４１及び表示装置４４等の詳細を説明する。設定装置４１の設定部４１ａはテンキーや入力キーを備えており、電気、ガスの料金入力部、ＣＯ_２排出原単位量入力部、日時入力部、燃料電池スタック（ＦＣ）及び給湯の効率入力部、運転方式を連続運転、ＤＳＳ運転、自動切換運転に切換える運転方式設定部、寿命の安全率設定部４１ｂを備えている。本発明は、燃料電池ユニットの各構成部の寿命を表示することを特徴とするものであり、本実施形態では燃料電池スタック１２、脱硫フィルタ１７Ａ、水フィルタ１７Ｂの各安全率を設定できるように構成されている。なお、ＤＳＳ（ＤａｉｌｙＳｔａｒｔ−Ｕｐ＆Ｓｈｕｔｄｏｗｎ）運転は、１日に１度起動、停止を行う運転である。
【００２２】
設定装置４１のモード切換部４１ｃは入力モードと、表示モードを切換える。また、操作部４１ｄは、燃料電池発電、電力負荷、削減金額、燃料電池発熱、熱負荷、運転方式、削減ＣＯ_２量の各操作キーを備え、例えば導入エネルギーの削減金額や削減ＣＯ_２量を算出させることができ、削減金額や排出ＣＯ_２ガスの低減量の積算期間を設定する積算操作部を備えている。
【００２３】
表示装置４４は液晶表示又はＬＥＤ等を備え、設定部４１ａで入力された例えば電気料金単価やガス料金単価を表示すると共に、これらの単価を用いて、このシステムで削減できた削減金額や、削減ＣＯ_２量を表示する。また、寿命安全率設定部４１ｂで設定された安全率を基に、このシステムの累積稼動時間及び／又は起動回数に基づいて燃料電池スタック１２、脱硫フィルタ１７Ａ、水フィルタ１７Ｂ等の各寿命を演算装置４２で算出し、表示する寿命表示部として部品交換表示部４５を備えている。
【００２４】
部品交換表示部４５には、構成部品毎に寿命ゲージ４６と交換通知ランプ４７がついている。寿命ゲージ４６には寿命予測した時点で、構成部毎に想定寿命に対する予測寿命を表示するもので、現状の残寿命が寿命ゲージでアナログ的に表示され、交換時期のマークを通過すると交換通知ランプ４７が点灯し、ユーザーに交換時期であることを知らせる。最初が緑の点灯で交換時期になると赤に点灯するようにしてもよい。
【００２５】
また、図２に示すリモコン４０では、その他の表示として、コジェネレーションシステムの導入効果を示す機能を設けてもよい。例えば設定装置４１にて、商用ベースの「単位量当たりのガス代」、「単位ガス量当たりのＣＯ_２排出量」、「単位量当たりの電気代」、「単位電気量当たりのＣＯ_２排出量」を入力する。入力された値は記憶装置４３に蓄積される。こうしたデータベースを予め設定しておく。そして、このシステムにて使用するガスのエネルギー量と、出力される電気エネルギー及び熱エネルギーをモニタし、それらエネルギーに見合う商用ベースの料金とＣＯ_２排出量を演算装置４２で算出する。それらの料金収支から経済性効果度（削減金額）、エネルギー収支から環境性効果度（削減ＣＯ_２量）を表示する。リモコン４０は、図２ｂに示すように、ケース４０ａに開閉式のカバー４０ｂを備えるようにしてもよい。
【００２６】
リモコン４０は、制御装置１５と接続されており、制御装置１５による燃料電池ユニット１０の起動に合わせて、起動情報として起動回数や停止回数が記憶装置４３に入力されると共に、燃料電池ユニット１０を運転している稼働時間が積算されて記憶装置４３に入力される。一方、記憶装置４３は、図３に示されるように、構成部の寿命を予測するグラフとして、図３ａの稼働時間に基づく寿命を予測する相関グラフＧ１と、図３ｂの起動回数に基づく寿命を予測する相関グラフＧ２と、図３ｃの稼働時間と起動回数の積に基づく寿命を予測する相関グラフＧ３とを予め作成して記憶している。本実施形態では燃料電池スタック１２の寿命予測グラフとしてデータベースＡに相関グラフＧ３を記憶する共に、脱硫フィルタ１７Ａと水フィルタ１７Ｂの寿命予測グラフとして、それぞれデータベースＢとデータベースＣに相関グラフＧ１を記憶している。図３の各グラフはイメージとして表現している。
【００２７】
データベースＡは、燃料電池スタック１２に関するものである。燃料電池ユニット１０の起動回数、稼働時間をパラメータにした燃料電池スタック１２の寿命予測グラフが予め設定されており、それを参照することにより燃料電池スタック１２の残寿命を予測することができるものである。すなわち、図３ａに示す稼働時間に関する相関グラフＧ１と、図３ｂに示す起動回数に関する相関グラフＧ２との積である図３ｃの相関グラフＧ３を用いて寿命を予測するものである。ここで、燃料電池スタックの寿命は、最大出力が一定率を下回った時、例えば９０％までしか出力しなくなった時と定義される。この状態に到達するタイミングを燃料電池ユニット１０の起動回数、稼働時間で予測する。
【００２８】
なお、データベースＡの寿命予測グラフの代わりに、対応表あるいは換算式を用いて寿命を予測してもよい。また、燃料電池スタック１２の寿命を予測する相関グラフとして、相関グラフＧ１と、相関グラフＧ２との積である相関グラフＧ３を使用せず、稼働時間だけに基づく相関グラフＧ１だけ、あるいは起動回数だけに基づく相関グラフＧ２だけを使用して寿命予測するようにしてもよい。
【００２９】
データベースＢは、脱硫フィルタ１７Ａに関するものである。燃料電池ユニット１０の稼働時間をパラメータにした脱硫フィルタ１７Ａの寿命予測する相関グラフＧ１が予め設定されており、それを参照することにより脱硫フィルタ１７Ａの残寿命を予測することができる。なお、データベースＢの寿命予測グラフの代わりに、対応表あるいは換算式を用いて寿命を予測してもよい。ここで脱硫フィルタ１７Ａの寿命は、硫黄分が改質装置１１にある一定量以上の混入がある時と定義される。この状態に到達するタイミングを燃料電池ユニット１０の稼働時間で予測する。
【００３０】
データベースＣは、水フィルタ１７Ｂに関するものである。燃料電池ユニット１０の稼働時間をパラメータにした水フィルタ１７Ｂの寿命予測する相関グラフＧ１が予め設定されており、それを参照することにより水フィルタ１７Ｂの残寿命を予測することができる。なお、データベースＣの寿命予測グラフの代わりに、対応表あるいは換算式を用いて寿命を予測してもよい。ここで水フィルタ１７Ｂの寿命は、水の電気抵抗が燃料電池ユニット１０のある一定値以上になった時と定義される。この状態に到達するタイミングを燃料電池ユニット１０の稼働時間に基づいて予測する。
【００３１】
前記の如く構成された本実施形態のコジェネレーションシステムの動作について以下に説明する。例えば、リモコン４０の設定装置４１を用いて、日時を入力するときは、「日付」キーを押して、「０３」年、「０４」月、「３０」日と入力する。続いて、「時刻」キーを押して、例えば現在の時刻を「１３」時、「２０」分、「３０」秒というように入力する。また、燃料電池の変換効率は、効率の「ＦＣ」キーを押して３５％として「０．３５」と入力し、給湯器の熱効率は「給湯」キーを押して７５％として「０．７５」と入力する。
【００３２】
電気料金やガス料金を入力するときは、料金の「電気」キーを押してから、全国の電力会社の平均電気料金である「２５．４」円／ｋＷｈを入力する。また、「ガス」キーを押してから、全国のガス会社の平均ガス料金である「１３３．１」円／立方メートルを入力する。排出炭酸ガス量としては、全国の電力会社の平均で、１キロワット時に対する炭酸ガス排出量に相当する炭素原子グラム数は、（火力発電所を基準とした場合）１１６ｇ−Ｃ／ｋＷｈであるので、ＣＯ_２排出の「電気」キーを押して、「１１６」ｇ−Ｃ／ｋＷｈを入力する。さらに、都市ガスは６４０ｇ−Ｃ／立方メートルであり、１１０００ｋｃａｌ／立方メートルの熱量を有しているため、５０ｇ−Ｃ／ｋＷｈとなるので、「ガス」キーを押して、「５０」ｇ−Ｃ／ｋＷｈを入力する。電気料金やガス料金に変動があった場合は、設定装置４１から再入力して変更する。
【００３３】
つぎに、本発明の特徴点である燃料電池ユニット１０を構成する構成部として、燃料電池スタック（ＦＣ）１２、脱硫フィルタ１７Ａ、水フィルタ１７Ｂの各寿命の算出について、図４を参照して詳細に説明する。この算出にあたり、予め各構成部の寿命安全率をリモコン４０の設定部４１ｂで設定しておく。例えば、「ＦＣ」キーを押してからテンキーで燃料電池スタックの安全率を入力し、同様に「脱硫Ｆ」キーを押してから安全率を入力し、さらに「水Ｆ」キーを押してから安全率を入力する。ここで安全率は１未満の数値となる。
【００３４】
図４において、燃料電池ユニットを起動する（ステップＳ１）。燃料電池ユニット１０の起動情報を制御装置１５から記憶装置４３に送る（ステップＳ２）。そして、燃料電池ユニットの稼働時間情報を制御装置１５から、記憶装置４３に送る（ステップＳ３）。これらの記憶装置４３に蓄積された情報はデータベース化され、予め設定されている装置の構成部の寿命との相関グラフ（データベースＡ〜Ｃ）を取り込んで（ステップＳ４〜Ｓ６）から、各構成部品の残寿命を演算装置４２で予測して算出する（ステップＳ７）。
【００３５】
すなわち、稼働時間から残寿命を予測する場合は、データベースＡの相関グラフＧ１を参照して残寿命を予測し、起動回数から残寿命を予測する場合は、データベースＢの相関グラフＧ２を参照して残寿命を予測し、稼働時間と起動回数の積から残寿命を予測する場合は、データベースＣの相関グラフＧ３を参照して残寿命を予測する。そして、各構成部品に予め設定してある安全率α〜γ（１未満）を取り込んで（ステップＳ８〜Ｓ１０）、予測された寿命に安全率を掛ける、あるいは安全余裕分を引き、最終的な残寿命を算出し、その値を表示装置４４で表示する（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。
【００３６】
例えば、燃料電池スタック１２の寿命を予測するときは、図３ｃの相関グラフＧ３を参照して残寿命を予測し、安全率γを考慮して破線に示す横軸との交点を想定寿命として残寿命を算出し、表示する。なお、安全率はこのタイミングでなく、予め相関グラフに反映されていてもよい。また、全ての安全率を一律の、例えば「０．８５」としてもよい。
【００３７】
データベースＡ〜Ｃを用いて予測した構成部ごとの寿命は、部品交換表示部４５の寿命ゲージ４６でアナログ的に表示されるため、各構成部の寿命がどのくらい残っているかを容易に確認できる。このため、寿命がくる前に予め部品を交換でき、システムの故障を防止して安定して稼動することができる。この残寿命は、残り日数や残り時間で表示することができ、最初に残り日数で表示し、次いで残り時間で表示するようにしてもよい。
【００３８】
つぎに、本発明の他の実施形態を図５〜７に基づき詳細に説明する。図５は本発明に係るコジェネレーションシステムで使用する燃料電池スタックの概略構成図、図６はデータベース内の燃料電池スタックの寿命を予測する相関グラフのイメージ図、図７は燃料電池スタックの寿命を予測して表示する動作を示すフロー図である。なお、この実施形態は前記した実施形態が３つの構成部の寿命を予測するのに対し、１つの構成部として燃料電池の寿命を、出力される電圧の変化を予測因子として算出することを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
図５において、燃料電池スタック１２は通常、複数の燃料電池（セル）７１が直列接続して成り立っており、セル１つの電圧は０．６〜０．９Ｖ程度である。燃料電池の出力電力によってセル電圧は異なり、一般に出力電力が大きいほどセル電圧は小さい（図６ａ参照）。家庭用の燃料電池コジェネレーションシステムの場合、このセル７１が数十個集まって燃料電池スタック１２を構成している。燃料電池スタック１２は、複数のセル７１が集電板７２、絶縁盤７３、締付板７４で挟まれて構成されている。
【００４０】
ここで、計測するセル電圧は燃料電池スタック１２を構成するセルのいずれでもよいが、複数のセルの電圧の平均値を求めるのが好ましい。例えば、プラス側で１つ、マイナス側で１つ、中央で１つの計３つのセル電圧の平均値を求める。燃料電池スタックの寿命は、最大出力が一定電圧を下回ったとき、例えば９０％までしか出力しなくなったときと定義される。この状態に到達するタイミングを燃料電池の電圧低下の変化で予測する。
【００４１】
図６ａは、燃料電池スタックの出力電力とセル電圧の相関グラフ、図６ｂは、セル電圧と残寿命との相関グラフＧ４であり、予め作成され記憶装置４３に記憶されている。燃料電池スタックの出力電力ごとにセル電圧が決まるため、図６ｂは、ある出力電力での場合となる。定格出力時のセル電圧で判断するようにすることもできる。この実施形態でも、算出された残寿命に安全率を掛け、あるいは安全余裕分を引き、最終的な残寿命として表示装置４４の寿命ゲージ４６にレベル表示する。
【００４２】
つぎに、前記の寿命を予測して表示する動作について図７を参照して説明する。この実施形態においては、燃料電池ユニットを起動し（ステップＳ１１）、燃料電池スタックの出力電力の値を制御装置１５から記憶装置４３に送る（ステップＳ１２）。次いで、燃料電池のセル電圧の値を制御装置１５から記憶装置４３に送る（ステップＳ１３）。セル電圧の値と、燃料電池スタックの出力電力の値をパラメータにした燃料電池スタックの寿命予測の相関グラフＧ４（データベースＤ）を取り込む（ステップＳ１４）。そして、記憶装置４３に蓄積された燃料電池のセル電圧から燃料電池スタックの残寿命を演算装置４２で算出する（ステップＳ１５）。この後、安全率δを取り込み（ステップＳ１６）、燃料電池スタックの残寿命に安全率δを掛けた値を算出し、その値を表示装置４４で表示する（ステップＳ１７）。なお、安全率を掛ける代わりに、安全余裕分を引くようにしてもよい。
【００４３】
表示装置４４では、寿命ゲージ４６で予測された寿命がアナログ的にレベル表示され、セル電圧が高いときはマークが寿命ゲージ４６の左方に位置し、セル電圧が徐々に低くなるとマークの位置が右方に移動していく。そして、マークの位置が交換時期に到達すると、交換通知ランプ４７が点灯してユーザーに交換時期を知らせる。これにより、ユーザーは故障が起こる前に、あるいは効率が悪くなる前に燃料電池スタックを交換でき、コジェネレーションシステムの効率の良い安定稼動を達成することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、コジェネレーション装置として燃料電池の例を示したが、デイーゼルエンジンやガスタービンエンジン等の原動機により発電機を駆動し、排熱を利用する形式の熱電併給装置でもよい。燃料として燃料ガスの例を示したが、液体燃料でもよい。
【００４５】
また、燃料電池はリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等、適宜のものを使用することができる。電気料金体系やガス料金体系、ＣＯ_２排出量等の数値を設定装置で入力する例について説明したが、これらの数値は予め入力されたものでもよく、インターネット等で取り込んだデータでもよい。さらに、寿命を予測するデータベースの相関グラフとして、双曲線状の例を示したが、右下がりの直線状でもよい。
【００４６】
前記した第１の実施の形態では、燃料電池スタック、脱硫フィルタ、及び水フィルタの残寿命を予測して表示する例を示したが、前記３つの内の１つ、例えば燃料電池スタックのみの残寿命を予測して表示するように構成してもよいのは勿論である。この場合は、寿命予測グラフを記憶するデータベースは１つでよい。さらに、４つ以上の構成部の寿命を予測して表示するように構成してもよい。また、寿命を予測する構成部として、熱交換器等の寿命を予測してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のコジェネレーションシステムは、コジェネレーション装置の稼働時間や起動回数等に基づいて構成部の寿命を予測して表示するので、システムが故障、停止する前に部品交換のタイミングをユーザーに知らせ、慌てることなく前もってユーザーがメンテナンスをすることができる。また、燃料電池の電圧の低下を計測して、燃料電池スタックの寿命を予測できるため、システムが故障、停止する前に燃料電池スタックを交換でき、システムの効率良い安定稼動を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコジェネレーションシステムの一実施形態の要部構成図。
【図２】（ａ）は図１の燃料電池ユニットを制御するリモコンの正面図、（ｂ）はその要部斜視図。
【図３】データベース内の寿命予測の相関グラフを示し、（ａ）は稼働時間と残寿命との相関、（ｂ）は起動回数と残寿命との相関、（ｃ）は稼働時間と起動回数との積と残寿命との相関を示すイメージ図。
【図４】構成部の予測寿命を算出して表示する動作を示すフロー図。
【図５】図１に使用する燃料電池スタックの概略構成図。
【図６】データベース内の寿命予測の相関グラフを示し、（ａ）は出力電力とセル電圧との相関、（ｂ）はセル電圧と残寿命との相関を示すイメージ図。
【図７】燃料電池スタックの予測寿命を算出して表示する動作を示すフロー図。
【符号の説明】
１…商用電源、２…燃料ガス、１０…燃料電池ユニット（コジェネレーション装置）、１２…燃料電池スタック（構成部）、１５…制御装置、１６…電気制御装置、１７Ａ…脱硫フィルタ（構成部）、１７Ｂ…水フィルタ（構成部）、３３…電気負荷、４０…燃料電池ユニット用リモコン、４２…演算装置、４３…記憶装置、４４…表示装置、４５…部品交換表示部（寿命表示部）、４６…寿命ゲージ、４７…交換通知ランプ、６２…給湯負荷、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…相関グラフ（寿命予測グラフ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cogeneration system that uses electricity and heat generated from a cogeneration device such as a fuel cell, and more particularly to a cogeneration system that predicts the life of components of the cogeneration device and displays the predicted life. Regarding the generation system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a solar power generation system as this type of power generation system detects an instantaneous value of a voltage between a commercial power supply and a distributed power supply and calculates an average value of a product of the instantaneous value of a current detected by a current transformer. Trading power calculation means, and an indoorly arranged indicator for displaying whether power is being purchased from the commercial power supply or sold to the commercial power supply based on the sign of the average value obtained by the trading power calculation means. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
In other words, this photovoltaic power generation system is a system related to solar cells that is widely used at present. In order to detect whether the power is being purchased or sold, the instantaneous value of the current between the commercial power supply and the branch circuit is detected. And the instantaneous value of the voltage between the commercial power supply and the distributed power supply, so it is necessary to detect whether the power is purchased or sold separately from the electricity meter installed outdoors and display it on the display. The system informs users in real time of the status of power purchase and sale and allows them to realize the merits of introduction.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-225440 (paragraph [0008], FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The photovoltaic power generation system having the above structure is capable of notifying the user of the power trading status and realizing the effect of introducing the power generation system, and the photovoltaic power generation system has almost no maintenance because the configuration is not complicated. It is not necessary and the user does not need to operate it. However, in the case of a cogeneration system that generates heat in addition to power generation, the system is complicated, there are many components, and the life of the components is different from each other. In other words, in the case of a cogeneration system, it is required to provide maintenance information to the user in addition to displaying the conventional introduction merits.
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and its purpose is to predict and display the life of the main parts and consumable parts constituting the cogeneration device that is a power generation unit, Thus, before the system breaks down or stops, the user is informed of the timing of component replacement, and the system can be prevented from stopping by replacing components in advance, thereby providing a cogeneration system capable of stable operation. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a cogeneration system according to the present invention generates electricity and heat from a supplied fuel in a cogeneration device, supplies the generated electricity to a commercial power supply, outputs the electricity, and simultaneously generates the heat. The system further comprises a computing device and a display device, wherein the computing device predicts the life of the components of the cogeneration device, and displays the predicted life on the display device. If the life is displayed as the remaining life, it is preferable to easily understand the timing of component replacement.
[0008]
The cogeneration system of the present invention configured as described above calculates and predicts the life of the components of the cogeneration device using an arithmetic device based on aging, operating time, and the like, and displays the predicted life on a display device. Therefore, the user can replace parts before the main components and consumable parts reach the end of their service life and break down, prevent the system from stopping due to a breakdown, and achieve stable operation of the system.
[0009]
In a preferred specific embodiment of the cogeneration system according to the present invention, the predicted life is calculated based on the accumulated operation time and / or the number of startups of the cogeneration device. According to this configuration, since the component of the cogeneration device generally reaches the life in relation to the accumulated operating time, the number of startups, or the product of both, the component is based on the accumulated operating time, the number of startups, or the product of both. By estimating the service life, the main components and consumable parts can be efficiently replaced.
[0010]
Further, as another preferable specific specific embodiment of the cogeneration system according to the present invention, the predicted life is represented by a correlation graph between the predicted life prepared in advance and the cumulative operation time and / or the number of startups of the cogeneration apparatus. It is characterized in that it is calculated based on this. According to this configuration, the life of the main components and consumable parts of the cogeneration device is correlated with the cumulative operation time and the number of startups, or the product thereof, and therefore, the cumulative operation time and the number of startups, or the product thereof. By predicting the life based on the correlation with the predicted life, it is possible to efficiently replace the main components and consumable parts with good timing.
[0011]
In still another preferred embodiment of the cogeneration system according to the present invention, one of the components of the cogeneration device is a fuel cell, and the predicted life is calculated by using a change in voltage of the fuel cell as a prediction factor. It is characterized by being performed. It is preferable that the predicted life of the fuel cell is calculated based on a correlation between the predicted life created in advance and the voltage of the fuel cell. According to this configuration, the voltage of one or a plurality of fuel cells constituting the fuel cell stack is measured, and when this voltage falls below a certain level, it can be determined that the life has been reached, and the battery life is determined to be equal to the voltage. And the life of the fuel cell can be predicted, thereby preventing the failure of the fuel cell and operating the system efficiently.
[0012]
Further, as still another preferable and specific aspect of the cogeneration system according to the present invention, the predicted life is displayed as a level on a display device for each component with respect to an estimated life preset for each component. It is characterized by that. According to this configuration, the life expectancy calculated by the arithmetic device is compared with the life expectancy, and it is possible to easily confirm at which level the life expectancy has reached the life expectancy for each of the main components and consumable parts. It is possible to systematically execute replacement of parts and the like.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a cogeneration system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a system block diagram of a cogeneration system according to the present embodiment, FIG. 2 is a front view and a perspective view of a main part of a remote controller for controlling the fuel cell unit of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an operation of calculating and displaying a predicted life.
[0014]
In FIG. 1, a cogeneration system is supplied with a commercial power supply 1 and a fuel gas 2 such as a city gas, and generates electricity and heat from a supplied fuel gas 2 in a cogeneration device (hereinafter referred to as a fuel cell unit) 10. This is a system that supplies the output electricity to the commercial power supply 1 and outputs it to the outside, and also outputs heat to the outside. The fuel cell unit 10 includes, as main components, a reformer 11 for reforming fuel, a fuel cell stack 12, an inverter 13, and a heat exchanger 14, which are controlled by a controller 15.
[0015]
Fuel gas 2 such as city gas or LP gas is supplied to the fuel cell unit 10 as fuel, and the supplied fuel gas 2 is converted into hydrogen by the reformer 11 and sent to the fuel cell stack 12. In the fuel cell stack 12, hydrogen and oxygen react to generate DC electricity and heat. The output DC power is converted into AC power by the inverter 13 and supplied to the main line 3 of the commercial power supply 1 via the electric control device 16 and the distribution board 30. The distribution board 30 includes a main breaker 31 and an individual breaker 32, and the electric control device 16 issues a command to the control device 15 to output electricity corresponding to the electric load 33 from the fuel cell unit 10. The components of the fuel cell unit 10 have a life based on the operating time, the number of startups, and the like, and need to be replaced when the operating time and the like become longer.
[0016]
Heat generated in the reformer 11 and the fuel cell stack 12 is stored as hot water in a hot water storage device 20 from a hot water circulation path 19 via a heat exchanger 14. A temperature sensor 18A is installed in a pipe 19A that enters the heat exchanger 14, and a temperature sensor 18B is installed in a pipe 19B that exits the heat exchanger 14. Here, the water in the hot water storage tank 21 can be raised by pumping water from the hot water storage tank 21 and recovering the generated heat by water circulation with the heat exchanger 14. The hot water stored in hot water storage tank 21 in this manner is discharged from a hot water supply pipe above hot water storage tank 21. At this time, the water is mixed with the tap water 5 as needed, and connected to a hot water supply load 62 via a hot water supply pipe 61 via an auxiliary heat source 60 for use.
[0017]
Although the auxiliary heat source 60 is not always necessary, the auxiliary heat source 60 raises the temperature to a desired temperature when the temperature of the hot water storage tank 21 is low. For example, heating may be performed. A general hot water supply pipe 61A, a bathtub going pipe 61B, and a bathtub return pipe 61C are connected as hot water supply pipes 61 from the auxiliary heat source 60 to the hot water supply load 62. The auxiliary heat source 60 is provided with a remote controller 50A installed in the kitchen and a remote controller 50B installed in the bathroom as a remote controller for the heat-related portion. .
[0018]
The fuel gas 2 is supplied to the reformer 11 via the pipe 4, and the pipe 4 is provided with a desulfurization filter 17 </ b> A before the reformer 11. The desulfurization filter 17A removes sulfur contained in city gas, LP gas, or the like, which is a fuel. The fuel gas 2 for consumer use is scented with sulfur for safety. Since such sulfur content causes deterioration of the reformer 11, it needs to be removed. The desulfurization filter 17A has a life related to the operation time of the system and the like, and needs to be replaced in a predetermined period.
[0019]
Further, the tap water 5 is supplied to the heat exchanger 14 and the hot water storage tank 21 via the pipe 6, and a water filter 17B is installed in front of the heat exchanger 14. Since the fuel cell stack 12 and the reformer 11 in the fuel cell unit 10 require water containing no impurities, tap water is purified by the water filter 17B. In particular, in the fuel cell stack 12, if metal ions or minerals are mixed in the water used, the deterioration will be caused. Therefore, a high-level filter such as an ion exchange resin is required for the water filter 17B. The water filter 17B also has a life related to the operating time and the like, and needs to be replaced in a predetermined period. The clean water from which impurities have been removed by the water filter 17B is supplied to each part in the fuel cell unit 10.
[0020]
The fuel cell unit 10 is operated using a fuel cell unit remote controller (hereinafter referred to as a remote controller) 40. The remote controller 40 includes a setting device 41, an arithmetic device 42, a storage device 43, and a display device 44. The setting device 41 is for inputting a date, various types of information to be calculated, and numerical values. The arithmetic unit 42 performs various calculations such as a reduction effect of the introduced energy and an exhaust gas reduction effect as an effect of introducing this system based on the input information and numerical values. The life of the unit is predicted and calculated using the database of the storage device 43 and displayed on the display device 44. It is preferable that the arithmetic unit 42 and the storage unit 43 are constituted by a microcomputer 40A. The remote controller 40 may be integrated with the remote controller for heat-related units 50A and 50B.
[0021]
Here, the setting device 41 and the display device 44 of the remote controller 40 will be described in detail with reference to FIG. Setting portion 41a of the setting device 41 includes a numeric keypad, input keys, electric, charge input part of the gas, CO ₂ emissions per unit amount input unit, the date and time input unit, a fuel cell stack (FC) and efficiency input of hot water And an operation mode setting unit for switching the operation mode between continuous operation, DSS operation, and automatic switching operation, and a life safety factor setting unit 41b. The present invention is characterized by displaying the life of each component of the fuel cell unit. In the present embodiment, each safety factor of the fuel cell stack 12, the desulfurization filter 17A, and the water filter 17B can be set. It is configured. The DSS (Daily Start-Up & Shutdown) operation is an operation that starts and stops once a day.
[0022]
The mode switching unit 41c of the setting device 41 switches between the input mode and the display mode. The operation unit 41d, a fuel cell power generation, power load, reducing amount, a fuel cell generates heat, the heat load, operating system, with each operation key in the reduction amount of CO _2, for example, the reduction amount and reduction amount of CO ₂ introduced energy An integration operation unit that can be calculated and sets an integration period of the amount of reduction and the amount of reduction of the emitted CO ₂ gas is provided.
[0023]
The display device 44 includes a liquid crystal display or an LED, and displays, for example, a unit price of electricity and a unit price of gas input by the setting unit 41a. The amount of CO ₂ is indicated. Further, based on the safety factor set by the life safety factor setting unit 41b, the respective lifetimes of the fuel cell stack 12, the desulfurization filter 17A, the water filter 17B, and the like are calculated based on the cumulative operation time and / or the number of startups of the system. A component replacement display section 45 is provided as a life display section that is calculated and displayed by the device 42.
[0024]
The component replacement display section 45 has a life gauge 46 and a replacement notification lamp 47 for each component. When the life is predicted, the life gauge 46 displays the predicted life with respect to the estimated life for each component. The current remaining life is displayed in analog form on the life gauge, and when the mark passes the replacement time, a replacement notification lamp is displayed. 47 is lit to inform the user that it is time to replace. Green light may be turned on first and red light may be turned on at the time of replacement.
[0025]
Further, the remote controller 40 shown in FIG. 2 may be provided with a function indicating the effect of introducing the cogeneration system as another display. For example, in the setting device 41, “gas cost per unit amount”, “CO ₂ emission amount per unit gas amount”, “electricity cost per unit amount”, “CO ₂ emission amount per unit amount” ". The input value is stored in the storage device 43. Such a database is set in advance. Then, the amount of energy of the gas used in this system, the output electric energy and the heat energy are monitored, and the calculation unit 42 calculates the commercial base fee and CO ₂ emission corresponding to the energy. The degree of economic effect (reduction amount) is displayed from the charge balance, and the degree of environmental effect (reduced CO ₂ amount) is displayed from the energy balance. As shown in FIG. 2B, the remote controller 40 may include a cover 40b that can be opened and closed on a case 40a.
[0026]
The remote controller 40 is connected to the control device 15. When the control device 15 starts the fuel cell unit 10, the number of starts and the number of stops are input as start-up information to the storage device 43. The operating hours during operation are integrated and input to the storage device 43. On the other hand, as shown in FIG. 3, the storage device 43 stores the correlation graph G1 that predicts the lifetime based on the operation time in FIG. 3A and the lifetime based on the number of startups in FIG. A correlation graph G2 to be predicted and a correlation graph G3 to predict the life based on the product of the operation time and the number of startups in FIG. 3C are created and stored in advance. In the present embodiment, the correlation graph G3 is stored in the database A as the life prediction graph of the fuel cell stack 12, and the correlation graph G1 is stored in the databases B and C as the life prediction graphs of the desulfurization filter 17A and the water filter 17B, respectively. ing. Each graph in FIG. 3 is represented as an image.
[0027]
Database A relates to the fuel cell stack 12. A life prediction graph of the fuel cell stack 12 in which the number of startups and the operating time of the fuel cell unit 10 are set as parameters is set in advance, and the remaining life of the fuel cell stack 12 can be predicted by referring to the graph. is there. That is, the life is predicted using the correlation graph G3 in FIG. 3C, which is the product of the correlation graph G1 relating to the operating time shown in FIG. 3A and the correlation graph G2 relating to the number of times of activation shown in FIG. 3B. Here, the life of the fuel cell stack is defined as the time when the maximum output falls below a certain rate, for example, when the output only reaches 90%. The timing at which this state is reached is predicted based on the number of times the fuel cell unit 10 has been started and the operating time.
[0028]
Note that the life may be predicted using a correspondence table or a conversion formula instead of the life prediction graph of the database A. Further, as a correlation graph for estimating the life of the fuel cell stack 12, the correlation graph G3 which is a product of the correlation graph G1 and the correlation graph G2 is not used. May be used only by using the correlation graph G2 based on.
[0029]
The database B relates to the desulfurization filter 17A. A correlation graph G1 for predicting the life of the desulfurization filter 17A using the operating time of the fuel cell unit 10 as a parameter is set in advance, and the remaining life of the desulfurization filter 17A can be predicted by referring to the correlation graph G1. Note that the life may be predicted using a correspondence table or a conversion formula instead of the life prediction graph of the database B. Here, the life of the desulfurization filter 17A is defined as the time when the sulfur content of the reformer 11 exceeds a certain amount. The timing at which this state is reached is predicted based on the operating time of the fuel cell unit 10.
[0030]
The database C relates to the water filter 17B. A correlation graph G1 for predicting the life of the water filter 17B using the operating time of the fuel cell unit 10 as a parameter is set in advance, and the remaining life of the water filter 17B can be predicted by referring to the correlation graph G1. Note that the life may be predicted using a correspondence table or a conversion formula instead of the life prediction graph in the database C. Here, the life of the water filter 17B is defined as the time when the electric resistance of water becomes equal to or more than a certain value of the fuel cell unit 10. The timing to reach this state is predicted based on the operating time of the fuel cell unit 10.
[0031]
The operation of the cogeneration system of the present embodiment configured as described above will be described below. For example, when inputting the date and time using the setting device 41 of the remote controller 40, the user presses the "date" key and inputs "03" year, "04" month and "30" day. Subsequently, the "time" key is pressed, and the current time is input, for example, "13" hours, "20" minutes, "30" seconds. In addition, the conversion efficiency of the fuel cell is input by pressing the “FC” key for efficiency of 35% and inputting “0.35”, and the thermal efficiency of the water heater is inputting “755% by pressing the“ hot water supply ”key and inputting“ 0.75 ”. I do.
[0032]
When inputting an electricity rate or gas rate, press the "Electricity" key of the rate, and then enter "25.4" yen / kWh, which is the average electricity rate of electric power companies nationwide. After pressing the "gas" key, the user inputs "133.1" yen / cubic meter, which is the average gas rate of gas companies nationwide. As for the amount of carbon dioxide emitted, the average number of carbon atoms equivalent to the amount of carbon dioxide emitted per kilowatt-hour is 116 g-C / kWh (based on a thermal power plant) on average for electric power companies nationwide. press the "electric" key of CO ₂ emissions, to enter the "116" g-C / kWh. Furthermore, since city gas is 640 g-C / cubic meter and has a calorific value of 11000 kcal / cubic meter, it becomes 50 g-C / kWh. Therefore, press the "gas" key to change "50" g-C / kWh. input. If there is a change in the electricity bill or the gas bill, the bill is re-input from the setting device 41 and changed.
[0033]
Next, the calculation of the life of each of the fuel cell stack (FC) 12, the desulfurization filter 17A, and the water filter 17B as the constituent parts of the fuel cell unit 10, which is a feature of the present invention, will be described in detail with reference to FIG. Will be described. For this calculation, the life safety factor of each component is set in advance by the setting unit 41b of the remote controller 40. For example, press the "FC" key, enter the safety factor of the fuel cell stack with the numeric keypad, press the "desulfurization F" key, enter the safety factor, and then press the "water F" key and enter the safety factor. I do. Here, the safety factor is a numerical value less than 1.
[0034]
In FIG. 4, the fuel cell unit is started (step S1). The activation information of the fuel cell unit 10 is sent from the control device 15 to the storage device 43 (step S2). Then, the operation time information of the fuel cell unit is sent from the control device 15 to the storage device 43 (step S3). The information stored in the storage device 43 is stored in a database, and a correlation graph (databases A to C) with the life of the component of the device which is set in advance is fetched (steps S4 to S6). Is calculated by estimating the remaining life of the computer (step S7).
[0035]
That is, when the remaining life is predicted from the operating time, the remaining life is predicted by referring to the correlation graph G1 of the database A, and when the remaining life is predicted from the number of starts, the correlation graph G2 of the database B is referred to. When estimating the remaining life and estimating the remaining life from the product of the operating time and the number of starts, the remaining life is estimated with reference to the correlation graph G3 of the database C. Then, the safety factors α to γ (less than 1) set in advance are taken into each component (steps S8 to S10), and the predicted life is multiplied by the safety factor, or the safety margin is subtracted to obtain the final safety margin. The remaining life is calculated, and the value is displayed on the display device 44 (steps S11 to S13).
[0036]
For example, when predicting the life of the fuel cell stack 12, the remaining life is predicted with reference to the correlation graph G3 in FIG. 3C, and the intersection with the abscissa indicated by the broken line is considered as the expected life in consideration of the safety factor γ. Calculate and display lifetime. Note that the safety factor may be reflected in the correlation graph in advance, not at this timing. Further, all the safety factors may be uniform, for example, “0.85”.
[0037]
The life of each component predicted using the databases A to C is displayed in an analog manner on the life gauge 46 of the component replacement display unit 45, so that it is easy to check how long the life of each component remains. For this reason, parts can be replaced in advance before the end of the life, and the system can be stably operated while preventing a system failure. The remaining life can be displayed by the number of remaining days or the remaining time, and may be displayed by the number of remaining days first, and then by the remaining time.
[0038]
Next, another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell stack used in the cogeneration system according to the present invention, FIG. 6 is an image diagram of a correlation graph for predicting the life of the fuel cell stack in a database, and FIG. 7 is a prediction of the life of the fuel cell stack. It is a flowchart which shows the operation | movement which displays. This embodiment is characterized in that the above-described embodiment predicts the life of three components, but calculates the life of the fuel cell as one component using a change in output voltage as a prediction factor. And The same reference numerals are given to other substantially equivalent components, and detailed description will be omitted.
[0039]
In FIG. 5, the fuel cell stack 12 is usually formed by connecting a plurality of fuel cells (cells) 71 in series, and the voltage of one cell is about 0.6 to 0.9V. The cell voltage varies depending on the output power of the fuel cell. Generally, the higher the output power, the lower the cell voltage (see FIG. 6A). In the case of a fuel cell cogeneration system for home use, the fuel cell stack 12 is composed of dozens of these cells 71. The fuel cell stack 12 includes a plurality of cells 71 sandwiched between a current collecting plate 72, an insulating plate 73, and a fastening plate 74.
[0040]
Here, the cell voltage to be measured may be any of the cells constituting the fuel cell stack 12, but it is preferable to calculate the average value of the voltages of a plurality of cells. For example, the average value of a total of three cell voltages, one on the plus side, one on the minus side, and one at the center is determined. The life of the fuel cell stack is defined as when the maximum output falls below a certain voltage, for example, when the output only reaches 90%. The timing at which this state is reached is predicted by the change in the voltage drop of the fuel cell.
[0041]
FIG. 6A is a correlation graph between the output power of the fuel cell stack and the cell voltage, and FIG. 6B is a correlation graph G4 between the cell voltage and the remaining life, which is created in advance and stored in the storage device 43. Since the cell voltage is determined for each output power of the fuel cell stack, FIG. 6B shows the case of a certain output power. The determination can be made based on the cell voltage at the time of rated output. Also in this embodiment, the calculated remaining life is multiplied by the safety factor or the safety margin is subtracted, and the level is displayed on the life gauge 46 of the display device 44 as the final remaining life.
[0042]
Next, the operation of predicting and displaying the life will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fuel cell unit is started (step S11), and the value of the output power of the fuel cell stack is sent from the control device 15 to the storage device 43 (step S12). Next, the value of the cell voltage of the fuel cell is sent from the control device 15 to the storage device 43 (step S13). The correlation graph G4 (database D) for predicting the life of the fuel cell stack using the cell voltage value and the output power value of the fuel cell stack as parameters (step S14). Then, the arithmetic unit 42 calculates the remaining life of the fuel cell stack from the cell voltage of the fuel cell stored in the storage device 43 (step S15). Thereafter, the safety factor δ is taken in (step S16), a value obtained by multiplying the remaining life of the fuel cell stack by the safety factor δ is calculated, and the value is displayed on the display device 44 (step S17). Note that instead of multiplying by the safety factor, a safety margin may be subtracted.
[0043]
In the display device 44, the life predicted by the life gauge 46 is analogously displayed as a level. When the cell voltage is high, the mark is located to the left of the life gauge 46, and when the cell voltage is gradually lowered, the position of the mark is changed. Move to the right. When the position of the mark reaches the replacement time, the replacement notification lamp 47 is turned on to notify the user of the replacement time. Thus, the user can replace the fuel cell stack before a failure occurs or before the efficiency becomes poor, and the efficient and stable operation of the cogeneration system can be achieved.
[0044]
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various designs may be made without departing from the spirit of the present invention described in the appended claims. Changes can be made. For example, although a fuel cell has been described as an example of a cogeneration device, a cogeneration device that uses a waste heat to drive a generator by a prime mover such as a diesel engine or a gas turbine engine may be used. Although the example of the fuel gas is shown as the fuel, a liquid fuel may be used.
[0045]
Further, as the fuel cell, an appropriate type such as a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid electrolyte type, or the like can be used. Electrical charge system and gas pricing structure, an example has been described in which input setting device the numerical value of the CO ₂ emissions, etc., these values may be those previously input, may be data captured by the Internet or the like. Further, as the correlation graph of the database for predicting the life, an example of a hyperbolic shape is shown, but it may be a linear shape falling to the right.
[0046]
In the first embodiment described above, an example is shown in which the remaining life of the fuel cell stack, the desulfurization filter, and the water filter is predicted and displayed. Needless to say, the life may be predicted and displayed. In this case, one database may store the life expectancy graph. Furthermore, the configuration may be such that the life of four or more components is predicted and displayed. Further, as a component for estimating the life, the life of the heat exchanger or the like may be estimated.
[0047]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the cogeneration system of the present invention predicts and displays the life of the components based on the operation time and the number of startups of the cogeneration device, so that the system can be malfunctioned or stopped before it stops. The user is notified of the timing of component replacement, and the user can perform maintenance in advance without panic. Further, since the life of the fuel cell stack can be predicted by measuring a decrease in the voltage of the fuel cell, the fuel cell stack can be replaced before the system breaks down or stops, and efficient and stable operation of the system can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part configuration diagram of an embodiment of a cogeneration system according to the present invention.
2A is a front view of a remote controller for controlling the fuel cell unit of FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view of a main part thereof.
3 shows a correlation graph of life expectancy prediction in a database, wherein (a) shows a correlation between operation time and remaining life, (b) shows a correlation between the number of activations and remaining life, and (c) shows an operation time and number of activations. FIG. 5 is an image diagram showing a correlation between a product of the above and a remaining life.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of calculating and displaying a predicted life of a component.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell stack used in FIG.
6A and 6B are graphs showing correlation graphs of life prediction in a database, wherein FIG. 6A is a conceptual diagram showing a correlation between output power and cell voltage, and FIG. 6B is a conceptual diagram showing a correlation between cell voltage and remaining life.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation of calculating and displaying a predicted life of the fuel cell stack.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial power supply, 2 ... Fuel gas, 10 ... Fuel cell unit (cogeneration apparatus), 12 ... Fuel cell stack (component), 15 ... Control device, 16 ... Electric control device, 17A ... Desulfurization filter (component) , 17B: water filter (component), 33: electric load, 40: remote controller for fuel cell unit, 42: arithmetic unit, 43: storage device, 44: display device, 45: component replacement display unit (life display unit), 46: life gauge, 47: replacement notification lamp, 62: hot water supply load, G1, G2, G3, G4: correlation graph (life prediction graph)

Claims

A cogeneration system that generates electricity and heat from a supplied fuel by a cogeneration device, supplies the electricity to a commercial power supply and outputs the heat, and outputs the heat.
The system further includes a computing device and a display device,
A cogeneration system, wherein the computing device predicts a life of a component of the cogeneration device and displays the predicted life on the display device.

The cogeneration system according to claim 1, wherein the predicted life is calculated based on an accumulated operation time and / or the number of times of activation of the cogeneration device.

2. The cogeneration system according to claim 1, wherein the predicted life is calculated based on a correlation graph of a predicted life and a cumulative operation time and / or the number of startups of the cogeneration device that are created in advance.

The cogeneration system according to claim 1, wherein one of the components of the cogeneration device is a fuel cell, and the predicted life is calculated using a change in the voltage of the fuel cell as a prediction factor.

5. The cogeneration system according to claim 4, wherein the predicted life is calculated based on a correlation between a previously created predicted life and a voltage of the fuel cell. 6.

The said predicted life is level-displayed by the said display apparatus for every said component with respect to the estimated life previously set for every said component, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Cogeneration system.