JP2002083606A - Polyelectrolyte type fuel cell co-generation system - Google Patents

Polyelectrolyte type fuel cell co-generation system

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JP2002083606A
JP2002083606A JP2000269808A JP2000269808A JP2002083606A JP 2002083606 A JP2002083606 A JP 2002083606A JP 2000269808 A JP2000269808 A JP 2000269808A JP 2000269808 A JP2000269808 A JP 2000269808A JP 2002083606 A JP2002083606 A JP 2002083606A
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JP
Japan
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power
fuel cell
polymer electrolyte
gas
hot water
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Application number
JP2000269808A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruhisa Kanbara
輝壽 神原
Yoshiaki Yamamoto
義明 山本
Takeshi Tomizawa
猛 富澤
Hisaaki Gyoten
久朗 行天
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a time pattern which includes a warm-up time, starting from a start until the initiation of supplying electric power and hot water, and termination time of system which includes stopping time of power generation and hot water formation, in a fuel cell cogeneration system. SOLUTION: The fuel cell is operated according to a predetermined time pattern. Then, electric power pattern actually consumed is recorded in advance, and the time pattern prescribed in advance is corrected, based on this record.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】都市ガスなどの燃料を供給
し、発電と給湯とを同時に行う高分子電解質型燃料電池
を用いたコージェネレーションシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cogeneration system using a polymer electrolyte fuel cell which supplies fuel such as city gas and simultaneously performs power generation and hot water supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下に、従来より提案されているの高分
子電解質型燃料電池を用いたコージェネレーションシス
テムの概略について説明する。
2. Description of the Related Art An outline of a conventionally proposed cogeneration system using a polymer electrolyte fuel cell will be described below.

【0003】図1に、従来から提案されているシステム
の例を示した。図1において、11は水素生成器であ
り、都市ガスやプロパンガスなどを燃料とし、これに空
気と水とを加えて、水素ガスを生成する。通常、水素生
成器11で生成した水素ガスは、不純物として数十pp
m程度の一酸化炭素を含有する。12は燃料電池の本体
部分であり、前述の水素ガスを燃料とし、これと空気を
投入することで発電動作を行う。燃料電池は発電の際、
発熱するため、これを動作に適した温度に調整するた
め、冷却しなければならない。この目的のためには通
常、冷却水を燃料電池本体に循環させる。冷却水は発電
動作を行っている燃料電池に通すと、高温の温水にな
り、この温水を使用者に供給することで、給湯作業が出
来る。
FIG. 1 shows an example of a conventionally proposed system. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a hydrogen generator, which uses city gas, propane gas, or the like as a fuel, and adds air and water to the fuel to generate hydrogen gas. Normally, hydrogen gas generated by the hydrogen generator 11 has several tens of pp as impurities.
Contains about m carbon monoxide. Reference numeral 12 denotes a main body of the fuel cell, which performs a power generation operation by using the above-described hydrogen gas as a fuel and charging it with air. Fuel cells are used for power generation.
It generates heat and must be cooled to adjust it to a temperature suitable for operation. For this purpose, cooling water is usually circulated through the fuel cell body. When the cooling water is passed through a fuel cell that is performing a power generation operation, the cooling water becomes high-temperature hot water, and hot water can be supplied by supplying the hot water to a user.

【0004】一方、燃料電池で発電した電力は直流電力
であり、これを100Vの交流に変換するためのインバ
ータ14が必要である。この変換器を通して電力を供給
する。13は制御部であり、水素生成器11、燃料電池
12およびインバーター14に接続し、システムの運転
制御を行う。
[0004] On the other hand, the electric power generated by the fuel cell is DC power, and an inverter 14 for converting the electric power to 100 V AC is required. Power is supplied through this converter. A control unit 13 is connected to the hydrogen generator 11, the fuel cell 12, and the inverter 14, and controls the operation of the system.

【0005】次に、水素生成器11の具体的な構成例を
図2で説明する。図2において、21は脱硫部である。
現在、都市ガスにはターシャリブチルメルカプタンとジ
メチルスルフィドが付臭剤として、数ppm添加されて
いる。この添加剤は、水素生成器で都市ガスを水素ガス
に変換する改質反応を妨害するため、100ppb程度
まで除去しなければならない。この除去方法は、化学的
に分解する方法、または吸着剤を用いて物理的に除去す
る方法が提案されている。
Next, a specific configuration example of the hydrogen generator 11 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a desulfurization unit.
At present, several ppm of tertiary butyl mercaptan and dimethyl sulfide are added to city gas as odorants. This additive must be removed up to about 100 ppb because it interferes with the reforming reaction that converts city gas to hydrogen gas in the hydrogen generator. As this removal method, a method of chemically decomposing or a method of physically removing the same using an adsorbent has been proposed.

【0006】22は改質部であり、都市ガス、天然ガ
ス、LPG等の炭化水素成分またはメタノール等のアル
コールを原料として、これから化学反応により水素ガス
を生成する。この化学反応を改質反応と呼ぶ。改質反応
は原料と水とを反応させる、CH4+2H2O→4H2
+CO2で表される水蒸気改質反応が一般的である。こ
の反応では、Ni系金属または貴金属を触媒として使用
する。セラミックなどの基材に触媒を担持し、これを7
00℃程度まで加熱し、ここに原料と水蒸気とを吹き込
むことで、水素ガスを生成する。このとき、副生成物と
して一酸化炭素が10%程度出来る。高分子電解質型燃
料電池は、燃料に一酸化炭素が混入すると大きく特性が
低下するため、これを20ppm程度にまで削減しなけ
ればならない。改質部22で副生成された一酸化炭素を
このレベルまで削減するために、変成部23と浄化部2
4とを改質部22の下流側に取り付ける。
Reference numeral 22 denotes a reforming section, which uses a hydrocarbon component such as city gas, natural gas, LPG or the like or an alcohol such as methanol as a raw material, and generates a hydrogen gas by a chemical reaction therefrom. This chemical reaction is called a reforming reaction. In the reforming reaction, CH4 + 2H2O → 4H2 reacts the raw material with water.
A steam reforming reaction represented by + CO2 is common. In this reaction, a Ni-based metal or a noble metal is used as a catalyst. The catalyst is supported on a base material such as ceramic,
Heating to about 00 ° C., and blowing the raw material and steam into this generates hydrogen gas. At this time, about 10% of carbon monoxide is produced as a by-product. The characteristics of the polymer electrolyte fuel cell are greatly reduced when carbon monoxide is mixed into the fuel, and this must be reduced to about 20 ppm. In order to reduce the carbon monoxide by-produced in the reforming section 22 to this level, the shift section 23 and the purification section 2
4 is attached to the downstream side of the reforming section 22.

【0007】変成部23には、Fe−Cr系金属または
Cu−Zn系金属を触媒として用い、これをセラミック
などの基材に担持したものを充填する。この触媒を30
0℃まで加熱し、ここに改質部22で生成された改質ガ
スを注入する。変成部23を通過した改質ガスの一酸化
炭素の濃度は、約1%程度まで下がる。このガスを変成
ガスと呼ぶ。
The metamorphic section 23 is filled with an Fe-Cr-based metal or Cu-Zn-based metal used as a catalyst, which is carried on a base material such as ceramic. This catalyst is
The mixture is heated to 0 ° C., and the reformed gas generated in the reforming section 22 is injected therein. The concentration of the carbon monoxide in the reformed gas that has passed through the shift unit 23 is reduced to about 1%. This gas is called a modified gas.

【0008】24は浄化部であり、変成ガス中に含まれ
る一酸化炭素を、20ppm程度にまで削減する浄化部
である。浄化部は、PtあるいはRu系触媒を用い、一
酸化炭素を選択的に酸化もしくはメタン化することで、
20ppm程度のレベルまで低減する。
Reference numeral 24 denotes a purifying unit which reduces carbon monoxide contained in the shift gas to about 20 ppm. The purification unit selectively oxidizes or methanates carbon monoxide using a Pt or Ru-based catalyst,
Reduce to a level of about 20 ppm.

【0009】以上の構成においては、改質部22、変成
部23及び浄化部24で用いる反応と触媒が個々に異な
り、反応温度も相違する。そのため、それぞれの触媒を
反応温度まで個別に加熱しなければならない。原料ガス
の流れに対して上流に配置した改質部は、700℃程度
の高い温度まで加熱する必要があり、改質部22から出
てきた改質ガスは当然これに近い高い温度にある。この
熱を有効に利用するため、変成部23の触媒の加熱に、
改質ガスの熱を利用する構成が提案されている。しか
し、改質ガスの熱で変成部を加熱する方法は、熱容量の
小さいガスで熱容量の大きい触媒を加熱しなければなら
ない。このため、変成部の触媒温度を所定の温度に加熱
するまである程度の時間が必要になる。
In the above configuration, the reaction and the catalyst used in the reforming section 22, the shift section 23 and the purifying section 24 are different from each other, and the reaction temperature is also different. Therefore, each catalyst must be individually heated to the reaction temperature. It is necessary to heat the reforming section located upstream with respect to the flow of the raw material gas to a high temperature of about 700 ° C., and the reformed gas coming out of the reforming section 22 is naturally at a high temperature close to this. In order to use this heat effectively, heating the catalyst in the shift
A configuration using heat of the reformed gas has been proposed. However, in the method of heating the shift part with the heat of the reformed gas, it is necessary to heat a catalyst having a large heat capacity with a gas having a small heat capacity. For this reason, some time is required until the catalyst temperature of the shift unit is heated to a predetermined temperature.

【0010】一方、炭化水素系の燃料を水蒸気改質する
場合、改質反応で炭素が析出するのを防止するため、燃
料中の炭素数を上回る量の水を供給しなければならな
い。例えば、メタン、LPG等の炭化水素を原料とする
場合、炭素数の2.5倍以上の水を供給し、水蒸気改質
を進行させることが一般的に行われている。このため、
上記の改質反応で生成した改質ガスは水蒸気を含む。こ
のような状態の改質ガスで変成部を加熱すると、変成部
のガス通気経路の低温部分で、改質ガス中の水が凝縮す
ることがある。水の凝縮は、変成部の触媒の温度を安定
に維持するための阻害要因となる。水が凝縮した部分で
は沸点以上の温度とならないため、各反応部温度を上昇
させるにはその水を速やかに再蒸発させることが必要で
ある。
On the other hand, in the case of steam reforming of a hydrocarbon-based fuel, water must be supplied in an amount exceeding the number of carbon atoms in the fuel in order to prevent carbon from being precipitated in the reforming reaction. For example, when a hydrocarbon such as methane and LPG is used as a raw material, it is common practice to supply water having at least 2.5 times the number of carbon atoms to advance steam reforming. For this reason,
The reformed gas generated by the above reforming reaction contains steam. When the metamorphic section is heated with the reformed gas in such a state, water in the reformed gas may condense in a low temperature portion of the gas passage of the metamorphic section. Condensation of water becomes an impediment to maintaining the temperature of the catalyst in the shift section stably. Since the temperature of the condensed water is not higher than the boiling point, it is necessary to rapidly evaporate the water in order to raise the temperature of each reaction section.

【0011】次に、図1で示した燃料電池12の具体的
な構成例を説明する。高分子電解質を用いた燃料電池
は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有す
る酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることで、電
力と熱とを同時に発生させるものである。図3に示した
ようにその構造は、まず、水素イオンを選択的に輸送す
る高分子電解質膜31の両面に、白金系の金属触媒を担
持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層32を形
成する。現在、高分子電解質膜31としては、化1に示
した化学構造を持つパーフルオロスルホン酸が一般的に
使用されている。次に、この触媒反応層の外面に、燃料
ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つ、例えばカーボ
ンペーパーで拡散層33を形成し、この拡散層と触媒反
応層とを合わせて電極34と呼ぶ。
Next, a specific configuration example of the fuel cell 12 shown in FIG. 1 will be described. A fuel cell using a polymer electrolyte generates electricity and heat at the same time by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen such as air. . As shown in FIG. 3, the structure is such that a catalyst reaction layer 32 mainly composed of a carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst is formed on both surfaces of a polymer electrolyte membrane 31 for selectively transporting hydrogen ions. Form. At present, perfluorosulfonic acid having the chemical structure shown in Chemical Formula 1 is generally used as the polymer electrolyte membrane 31. Next, on the outer surface of the catalytic reaction layer, a diffusion layer 33 is formed of, for example, carbon paper having both gas permeability and electron conductivity, and the diffusion layer and the catalytic reaction layer are collectively referred to as an electrode 34. .

【0012】[0012]

【化1】 Embedded image

【0013】次に、供給する燃料ガスが外にリークした
り、二種類の燃料ガスが互いに混合しないように、電極
の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガス
ケットを配置する。このシール材やガスケットは、電極
及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立て、
これを、MEA(電極電解質膜接合体)35と呼ぶ。
Next, a gas sealing material or a gasket is arranged around the electrode with a polymer electrolyte membrane interposed therebetween so that the supplied fuel gas does not leak outside or the two types of fuel gas do not mix with each other. This sealing material and gasket are integrated with the electrode and polymer electrolyte membrane beforehand,
This is referred to as MEA (electrode electrolyte membrane assembly) 35.

【0014】次に、図4において、MEAの外側にはこ
れを機械的に固定するための導電性のセパレータ板41
を配置する。セパレータ板41のMEA35と接触する
部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰
ガスを運び去るためのガス流路42を形成する。ガス流
路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパレ
ータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的で
ある。このように、一対のセパレータ41でMEA35
を固定し、片側のガス流路に燃料ガスを供給し、他方の
ガス流路に酸化剤ガスを供給することで0.8V程度の
起電力を発生させることが出来る。一対のセパレータで
MEAを固定したものを単電池43と呼ぶ。しかし、通
常、燃料電池を電源として使うとき、数ボルトから数百
ボルトの電圧を必要とする。このため、実際には、単電
池43を必要とする個数だけ直列に連結する。このと
き、セパレータ41の裏表の両面にガス流路42を形成
し、セパレータ/MEA/セパレータ/MEAの繰り返
しで、直列の連結構成にする。
Next, in FIG. 4, a conductive separator plate 41 for mechanically fixing the MEA is provided outside the MEA.
Place. In a portion of the separator plate 41 which comes into contact with the MEA 35, a gas flow path 42 for supplying a reaction gas to the electrode surface and carrying away generated gas and surplus gas is formed. Although the gas flow path can be provided separately from the separator plate, a method of providing a gas flow path by providing a groove on the surface of the separator is general. Thus, the MEA 35 is formed by the pair of separators 41.
Is fixed, the fuel gas is supplied to one gas flow path, and the oxidizing gas is supplied to the other gas flow path, so that an electromotive force of about 0.8 V can be generated. A cell in which the MEA is fixed by a pair of separators is referred to as a unit cell 43. However, usually, when a fuel cell is used as a power supply, a voltage of several volts to several hundred volts is required. Therefore, in practice, the required number of unit cells 43 are connected in series. At this time, the gas passages 42 are formed on both sides of the separator 41, and the separator / MEA / separator / MEA is repeated to form a series connection configuration.

【0015】ガス流路に燃料ガスを供給するためは、燃
料ガスを供給する配管を、使用するセパレータの枚数に
分岐し、その分岐先を直接セパレータ状の溝につなぎ込
む配管治具が必要となる。この治具をマニホールドと呼
び、上記のような燃料ガスの供給配管から直接つなぎ込
むタイプを外部マニホールドを呼ぶ。このマニホールド
には、構造をより簡単にした内部マニホールドと呼ぶ形
式のものがある。内部マニホールドとは、ガス流路を形
成したセパレータ板に、貫通した孔を設け、ガス流露の
出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接燃料ガスを
供給するものである。
In order to supply the fuel gas to the gas flow path, a pipe jig for dividing the pipe for supplying the fuel gas into the number of separators to be used and connecting the branch directly to the separator-like groove is required. Become. This jig is called a manifold, and the type directly connected from the fuel gas supply pipe as described above is called an external manifold. There is a type of this manifold called an internal manifold which has a simpler structure. In the internal manifold, a through hole is provided in a separator plate in which a gas flow path is formed, an inlet / outlet for gas flow is passed to the hole, and fuel gas is supplied directly from the hole.

【0016】燃料電池は運転中に発熱するので、電池を
良好な温度状態に維持するために、冷却水等を流通し、
冷却する必要がある。通常、1〜3セル毎に冷却水を流
す冷却部をセパレータとセパレータとの間に挿入する
が、セパレータの背面に冷却水流路を設けて冷却部とす
る場合が多い。上述のセパレータの表面の構成を図5の
(a)に、また、裏面の構成を図5の(b)に示した。
図5の(a)は、燃料ガスまたは酸化剤ガスの流路を形
成したものであり、図5の(b)は、冷却水を循環させ
るための溝を形成したものである。図5の(a)におい
て、51aは燃料ガスを注入するための孔であり、51
bはこのガスを排出するための孔である。52aは酸化
剤ガスを注入するための孔であり、52bはこのガスを
排出するための孔である。53aは冷却水を注入するた
めの孔であり、53bはこれを排出するための孔であ
る。51aから注入した燃料ガスは、ガス流路の凹部5
4を通じて、途中蛇行しながら51bへと導かれる。5
5はガス流路の凸部である。56は、燃料ガス、酸化剤
ガス及び冷却水をシールするためのシール剤である。
Since the fuel cell generates heat during operation, cooling water or the like is circulated in order to maintain the battery in a good temperature state.
Requires cooling. Usually, a cooling unit for flowing cooling water every 1 to 3 cells is inserted between the separators. In many cases, a cooling water flow path is provided on the back surface of the separator to serve as a cooling unit. The configuration of the front surface of the separator is shown in FIG. 5A, and the configuration of the back surface is shown in FIG. 5B.
FIG. 5A shows a case where a flow path for a fuel gas or an oxidizing gas is formed, and FIG. 5B shows a case where a groove for circulating cooling water is formed. In FIG. 5A, reference numeral 51a denotes a hole for injecting a fuel gas.
b is a hole for discharging this gas. 52a is a hole for injecting the oxidizing gas, and 52b is a hole for discharging this gas. 53a is a hole for injecting cooling water, and 53b is a hole for discharging it. The fuel gas injected from 51a is supplied to the concave portion 5 of the gas flow path.
Through 4, it is guided to 51 b while meandering. 5
Reference numeral 5 denotes a convex portion of the gas flow path. Reference numeral 56 denotes a sealant for sealing the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water.

【0017】また、このような高分子電解質型燃料電池
に用いるセパレータは、導電性が高く、かつ燃料ガスに
対して高いガス気密性を持ち、更に水素/酸素を酸化還
元する際の反応に対して高い耐食性、即ち耐酸性を持つ
必要がある。このような理由で従来のセパレータは、グ
ラッシーカーボン板の表面に切削加工でガス流路を形成
したり、またガス流路溝を形成したプレス金型にバイン
ダーと共に膨張黒鉛粉末を入れ、これをプレス加工した
後、加熱焼成することで作製していた。
Further, the separator used in such a polymer electrolyte fuel cell has high conductivity, high gas tightness with respect to the fuel gas, and is resistant to a reaction when redoxing hydrogen / oxygen. High corrosion resistance, that is, acid resistance. For this reason, the conventional separator forms a gas channel by cutting on the surface of a glassy carbon plate, or puts expanded graphite powder together with a binder into a press die with gas channel grooves, and presses it. After processing, it was produced by heating and firing.

【0018】また、近年、従来より使用されたカーボン
材料に代えて、ステンレスなどの金属板を用いる試みが
行われている。金属板を用いたセパレータは、金属板が
高温で酸化性の雰囲気に曝されるため、長期間使用する
と、金属板の腐食や溶解が起こる。金属板が腐食する
と、腐食部分の電気抵抗が増大し、電池の出力が低下す
る。また、金属板が溶解すると、溶解した金属イオンが
高分子電解質に拡散し、これが高分子電解質のイオン交
換サイトにトラップされ、結果的に高分子電解質自身の
イオン電導性が低下する。このような劣化を避けるため
金属板の表面にある程度の厚さを持つ金メッキを施すこ
と通例であった。
In recent years, attempts have been made to use a metal plate such as stainless steel in place of a conventionally used carbon material. In a separator using a metal plate, the metal plate is exposed to an oxidizing atmosphere at a high temperature, so that the metal plate is corroded or dissolved when used for a long period of time. When the metal plate is corroded, the electric resistance of the corroded portion increases, and the output of the battery decreases. Further, when the metal plate is dissolved, the dissolved metal ions diffuse into the polymer electrolyte and are trapped at ion exchange sites of the polymer electrolyte. As a result, the ion conductivity of the polymer electrolyte itself decreases. In order to avoid such deterioration, it has been customary to apply gold plating having a certain thickness to the surface of the metal plate.

【0019】さらに、特開平6−333580号公報で
提案されているように、エポキシ樹脂などに金属粉を混
ぜることで作成した導電性樹脂で作成したセパレータが
検討されている。
Further, as proposed in JP-A-6-333580, a separator made of a conductive resin made by mixing a metal powder with an epoxy resin or the like is being studied.

【0020】以上のようなMEAとセパレータおよび冷
却部を交互に重ねていき、10〜200セル積層した
後、集電板と絶縁板を介し、端板でこれを挟み、締結ボ
ルトで両端から固定するのが一般的な構造であり、これ
を燃料電池スタックと呼ぶ。この概略を図6に示した。
図6において、61は単電池であり、必要とする数だけ
積層する。62は端板であり、複数の締結ボルト63で
締め上げる。64a、65a及び66aはそれぞれ、酸
化剤ガス、燃料ガス、冷却水注入用の孔であり、64
b、65b及び66bはそれぞれこれらの排出用の孔で
ある。
The MEA, the separator, and the cooling section as described above are alternately stacked, and 10 to 200 cells are stacked. Then, the stack is sandwiched between end plates via a current collector plate and an insulating plate, and fixed from both ends with fastening bolts. This is a general structure, which is called a fuel cell stack. This is shown schematically in FIG.
In FIG. 6, reference numeral 61 denotes a unit cell, which is stacked in a required number. An end plate 62 is tightened up by a plurality of fastening bolts 63. 64a, 65a and 66a are holes for oxidizing gas, fuel gas and cooling water injection, respectively.
Reference numerals b, 65b, and 66b denote holes for these discharges, respectively.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の燃料電池コージェネレーションシステム
は、システムを起動してから、電力と温水との供給を開
始するまで、いわゆる暖気のための時間が必要である。
また、システムを停止した時も、発電と温水生成が瞬間
的に停止するものでない。つまり、燃料電池コージェネ
レーションシステムはシステムの起動と停止が鈍感であ
り、これを補うため、蓄電部と貯湯タンクとを設ける必
要がある。しかし、蓄電部に現在市販されている鉛蓄電
池を用いると、蓄電容量も制限があり、また充放電サイ
クルを繰り返すことによりその容量が低下するため、燃
料電池で作った電力を蓄えきれずに、捨ててしまわなけ
ればならない状況も起こりうる。また、電力負荷が燃料
電池から得られる電力を上回る場合には、足りない分を
商用電力から供給し、逆の場合には逆潮流により売電す
ることもできるが、今のところ売電価格が極めて低いこ
とから、売電をすればするほどランニングコストが高く
なるという課題もある。
However, the fuel cell cogeneration system having the above-described structure requires a so-called warm-up time from the start of the system to the start of supply of electric power and hot water. It is.
Further, even when the system is stopped, the power generation and the generation of hot water are not stopped instantaneously. That is, in the fuel cell cogeneration system, starting and stopping the system are insensitive, and in order to compensate for this, it is necessary to provide a power storage unit and a hot water storage tank. However, when a currently available lead storage battery is used for the power storage unit, the storage capacity is also limited, and the capacity is reduced by repeating the charge / discharge cycle, so that the power generated by the fuel cell cannot be stored, There may be situations where you have to throw it away. In addition, if the power load exceeds the power obtained from the fuel cell, the shortage can be supplied from commercial power, and in the opposite case, the power can be sold by reverse power flow. Since it is extremely low, there is also a problem that the more electricity is sold, the higher the running cost becomes.

【0022】さらに、給湯を行う際に、貯湯タンクの中
に温水が貯まるまでに時間をかかり、また冬場など外気
温度が低いときにこれをそのまま使用すると、給湯の温
度が低いという課題があった。そのため、給湯タンクは
断熱構造で作成した上、さらに加熱用のヒーターを取り
付ける必要がある。そして、このヒーターを働かせる電
力は燃料電池から供給することになり、いわゆる変換効
率が下がり、燃料電池コージェネレーションシステムを
導入する利点が低下する。また、給湯負荷が大きい場合
には、追い炊き用の給湯機を別に設置しなければなら
ず、このようにすると、さらに、燃料電池コージェネレ
ーションシステムを導入する利点が低下するという課題
がある。
Further, when hot water is supplied, it takes a long time for hot water to be stored in the hot water storage tank, and when the outside air temperature is low, such as in winter, the temperature of the hot water is low. . Therefore, the hot water supply tank needs to be made of a heat insulating structure, and further needs to be equipped with a heater for heating. Then, electric power for operating the heater is supplied from the fuel cell, so-called conversion efficiency is reduced, and the advantage of introducing the fuel cell cogeneration system is reduced. In addition, when the hot water supply load is large, a separate hot water heater must be installed, and in this case, there is a problem that the advantage of introducing the fuel cell cogeneration system is further reduced.

【0023】本発明は、上述したこのような従来の高分
子電解質型燃料電池コージェネレーションシステムの課
題を考慮して、短時間で高温の温水を安定的に供給する
とともに、負荷変動時や給湯負荷が大きい時にも経済的
なメリットを持たせることを目的とするものである。
In consideration of the above-mentioned problems of the conventional polymer electrolyte fuel cell cogeneration system, the present invention stably supplies high-temperature hot water in a short time, It is intended to provide economical benefits even when is large.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の高分子電解質型燃料電池コージェネレーショ
ンシステムは、炭化水素系の原料から水素を含有する燃
料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器で得ら
れた燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う高分子
電解質型燃料電池と、前記水素生成器または前記高分子
電解質型燃料電池の少なくとも一方で発生する熱を回収
する冷却水循環部と、前記冷却水循環部で得られた熱の
少なくとも一部を蓄える貯湯タンクと、前記高分子電解
質型燃料電池で発生した電力の少なくとも一部を蓄える
電力蓄電部と、前記高分子電解質型燃料電池で発生した
直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記交流
電力と商用電力との系統連携を行う電力系統連携制御部
と、前記水素生成器と前記高分子電解質型燃料電池と前
記冷却水循環部と前記電力蓄電部と前記電力変換部と前
記電力系統連携制御部の動作を制御するシステム制御部
とを備え、使用者に電力供給と給湯とを行う高分子電解
質型燃料電池コージェネレーションシステムであって、
前記システム制御部は、前記使用者の電力消費及び給湯
消費の時間推移と、前記高分子電解質型燃料電池コージ
ェネレーションシステムが所定量の発電と給湯とを行う
ため必要とする前記水素生成器に供給する前記炭化水素
系の原料の量とを予め入力し、前記入力値に従い前記高
分子電解質型燃料電池コージェネレーションシステムを
運転し、前記運転と同時に実際に前記使用者が消費した
電力と給湯量を記録し、予め定めた前記使用者の電力消
費及び給湯消費の時間推移を前記記録値に基づき補正す
ることで、前記水素生成器へ供給する前記炭化水素系の
原料量を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a polymer electrolyte fuel cell cogeneration system of the present invention comprises a hydrogen generator for generating a fuel gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based raw material, A polymer electrolyte fuel cell that generates power using the fuel gas and the oxidant gas obtained by the hydrogen generator, and heat generated by at least one of the hydrogen generator and the polymer electrolyte fuel cell A cooling water circulating unit, a hot water storage tank for storing at least a part of heat obtained in the cooling water circulating unit, a power storage unit for storing at least a part of electric power generated in the polymer electrolyte fuel cell, and the polymer A power conversion unit that converts DC power generated by the electrolyte fuel cell into AC power, a power system cooperation control unit that performs system cooperation between the AC power and commercial power, and the hydrogen generation unit. And a system control unit that controls the operation of the polymer electrolyte fuel cell, the cooling water circulation unit, the power storage unit, the power conversion unit, and the power system cooperation control unit, and supplies power and hot water to a user. A polymer electrolyte fuel cell cogeneration system,
The system control unit supplies time transitions of the power consumption and hot water consumption of the user and supplies the hydrogen generator required for the polymer electrolyte fuel cell cogeneration system to generate a predetermined amount of power and supply hot water. The amount of the hydrocarbon-based raw material to be input is input in advance, and the polymer electrolyte fuel cell cogeneration system is operated according to the input value, and simultaneously with the operation, the power and hot water supply actually consumed by the user are calculated. By recording and correcting a predetermined time transition of the user's power consumption and hot water consumption based on the recorded value, the amount of the hydrocarbon-based raw material supplied to the hydrogen generator is controlled. I do.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】(第1の実施の形態)図7に、本発明の第
1の実施の形態である高分子電解質型燃料電池コージェ
ネレーションシステムの構成を示した。都市ガスは、ブ
ロアー71を経て、水素生成器72に吹き込まれる。水
素生成器72で生成した水素ガスは、加湿器73で加湿
した後、燃料電池74に供給する。燃料電池74に供給
する酸化剤ガスは、ブロアー75から空気を導入し、加
湿器76で加湿する。燃料電池74で発電した直流電力
は、電力制御部79に送り、蓄電部710及び商用電力
と系統連携しつつ、消費者に供給する。燃料電池74か
ら排出された空気は、凝縮器77で外気により冷却さ
れ、除湿される。得られた凝縮水は貯湯タンク78に蓄
えられる。回収された水は、水素生成装置72および加
湿器73に送られ、燃料改質および燃料側加湿に利用す
る。
(First Embodiment) FIG. 7 shows a configuration of a polymer electrolyte fuel cell cogeneration system according to a first embodiment of the present invention. City gas is blown into a hydrogen generator 72 via a blower 71. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 72 is supplied to a fuel cell 74 after being humidified by a humidifier 73. The oxidizing gas supplied to the fuel cell 74 is introduced into the air from a blower 75 and humidified by a humidifier 76. The DC power generated by the fuel cell 74 is sent to the power control unit 79, and is supplied to consumers while being system-linked with the power storage unit 710 and commercial power. The air discharged from the fuel cell 74 is cooled by outside air in the condenser 77 and dehumidified. The obtained condensed water is stored in the hot water storage tank 78. The recovered water is sent to the hydrogen generator 72 and the humidifier 73 and used for fuel reforming and fuel-side humidification.

【0027】燃料電池74は発熱するため、給水器71
1から冷却水を注入する。この冷却水は、燃料電池74
を循環した後、90℃程度の温水となり、貯湯タンク7
8へ導入する。貯湯タンク78には、サーミスターとヒ
ーターとを設置し、蓄えた温水を所定の温度になるよう
に制御する。
Since the fuel cell 74 generates heat, the water supply 71
Inject cooling water from 1. This cooling water is supplied to the fuel cell 74.
Circulates into hot water of about 90 ° C.
To 8. A thermistor and a heater are installed in the hot water storage tank 78, and the stored hot water is controlled so as to reach a predetermined temperature.

【0028】電力制御部79の詳細を図8に示した。図
8で、中央制御部84は、電圧変換器81と、DC/A
Cインバーター82と、記憶部83と、燃料電池74
と、蓄電部710とに接続し、AC商用電力に系統連結
する。その動作は、燃料電池74からの直流電力を電圧
変換器81で所定の電圧まで昇圧または減圧し、外部負
荷からの電力要求を受け、発電量が多いときは、蓄電器
710に余剰分を蓄え、発電量が不足したときは、AC
商用電力から電力を補充する。このとき、外部負荷およ
びAC商用電力に電力を送るときは、DC/ACインバ
ーター82で直流/直流変換を行う。また、中央制御部
84は図7の水素生成器72、空気注入部のブロアー7
5、都市ガス注入部のブロアー71の動作も制御する。
蓄電池710には、定格12V,50Ahの鉛蓄電池を
直列に10個接続したものを1モジュールとして、この
モジュールを3ヶ並列に接続することで、120V×1
50Ah=18kWhとした。
FIG. 8 shows the details of the power control section 79. In FIG. 8, the central control unit 84 includes a voltage converter 81 and a DC / A
C inverter 82, storage unit 83, fuel cell 74
And the power storage unit 710 to be system-connected to AC commercial power. The operation is to increase or decrease the DC power from the fuel cell 74 to a predetermined voltage by the voltage converter 81, receive a power request from an external load, and store a surplus in the battery 710 when the amount of power generation is large, When power generation is insufficient, AC
Replenish power from commercial power. At this time, when power is sent to an external load and AC commercial power, DC / DC conversion is performed by the DC / AC inverter 82. The central control unit 84 includes the hydrogen generator 72 of FIG. 7 and the blower 7 of the air injection unit.
5. The operation of the blower 71 of the city gas injection unit is also controlled.
The storage battery 710 is a module in which ten lead-acid batteries rated at 12 V and 50 Ah are connected in series, and three modules are connected in parallel to obtain 120 V × 1.
50Ah = 18kWh.

【0029】また、上記のシステムにおいて、燃料電池
は燃料電池の電極面積を180cm2とし、単セルを8
0ヶ直列に積層し電池モジュールとした。運転条件は、
燃料電池の冷却水の注入温度を75℃とし、空気極側へ
は、露天温度が50℃になるように加湿した空気を注入
した。このときの酸素利用率が40%となるように、空
気の注入量を制御した。また、燃料極側へは、露天温度
が70℃になるように加湿した改質ガスを注入した。こ
のときの水素利用率が70%となるように、改質ガスの
注入量を制御した。以上の運転条件が定格運転の条件で
あり、このとき、電池電圧56V、電流36Aで2kW
の発電量を得る。改質ガスは、都市ガスを原料として前
述の水素生成器から供給する。以上の運転で、発電量を
下げるには、水素生成期への都市ガスの注入量を下げ、
燃料電池への改質ガスを絞り、これに連動して燃料電池
への空気の注入量も絞り、結果として電流値を下げるこ
とで行う。
In the above-mentioned system, the fuel cell has an electrode area of 180 cm 2 and a single cell of 8 fuel cells.
Zero batteries were stacked in series to make a battery module. The operating conditions are
The injection temperature of the cooling water for the fuel cell was set to 75 ° C., and humidified air was injected to the air electrode side such that the outdoor temperature became 50 ° C. The injection amount of air was controlled so that the oxygen utilization at this time was 40%. Further, a humidified reformed gas was injected into the fuel electrode side so that the outdoor temperature became 70 ° C. The injection amount of the reformed gas was controlled so that the hydrogen utilization at this time was 70%. The above operating conditions are the conditions for rated operation. At this time, 2 kW at a battery voltage of 56 V and a current of 36 A
To obtain the amount of power generated. The reformed gas is supplied from the above-described hydrogen generator using city gas as a raw material. With the above operation, to reduce the amount of power generation, reduce the amount of city gas injected during the hydrogen generation period,
This is performed by reducing the reformed gas to the fuel cell, and in conjunction with this, reducing the amount of air injected into the fuel cell, thereby reducing the current value.

【0030】本発明のポイントは、図8の記憶部83を
用いて、使用者の電力消費と給湯消費の時間推移と、所
定量の発電と給湯とを行うため必要とする水素生成器に
供給する都市ガスの量とを予め入力し、この入力値に従
いシステムの運転を制御することにある。さらに、運転
と同時に実際に使用者が消費した電力と給湯量を記録
し、前述の記録値をこれに基づき補正する。
The point of the present invention is that, using the storage unit 83 in FIG. 8, the time transition of the power consumption and hot water consumption of the user and the supply to the hydrogen generator required for generating a predetermined amount of power and hot water supply. And the amount of city gas to be used is input in advance, and the operation of the system is controlled according to the input value. Further, the power actually consumed by the user and the amount of hot water supplied at the same time as the driving are recorded, and the recorded values are corrected based on the recorded values.

【0031】図9に、電力の要求パターンの一例を示し
た。また、図10に給湯の要求パターンの一例を示し
た。図9及び図10は、会社員の夫、主婦、小学生の子
供2人の家族構成の4人家族で、5月1日にモニターし
たものである。図9により、家庭用の消費電力は朝と晩
に集中し、深夜は小さいことが判明した。給湯もこれに
近く、晩の入浴時が特に給湯量が大きいことが判明し
た。そこで、図11に示した発電量のパターンに従い、
燃料電池の発電を強制的に行った。
FIG. 9 shows an example of the required power pattern. FIG. 10 shows an example of a hot water supply request pattern. FIG. 9 and FIG. 10 are four families of a family consisting of a husband of an office worker, a housewife, and two children of elementary school children, which were monitored on May 1. From FIG. 9, it was found that household power consumption was concentrated in the morning and evening, and was small at midnight. Hot water supply was close to this, and it turned out that the amount of hot water was particularly large at the time of evening bathing. Therefore, according to the power generation pattern shown in FIG.
The power generation of the fuel cell was forcibly performed.

【0032】図11に示した発電量のパターンの目的を
以下に示す。まず、午前0時から午前7時までは最低量
として決めた0.4kWの発電を行い、実際の消費から
余った電力は、蓄電器710に蓄え、7時から9時の朝
のピークに備える。7時から9時の間は、発電量を1.
2kWとし、実際の使用での不足分は蓄電器710から
補充する。つぎに、9時から12時までは0.6kWの
運転を行い、12時から14時までは1.0kWで運転
する。14時から18時までは再び0.6kWで運転
し、18時から20時までは一日のピークである1.8
kWの運転を行う。20時から22時まではこれを1.
2kWに落として、22時から24時までを再度0.6
kWとする。
The purpose of the power generation amount pattern shown in FIG. 11 is as follows. First, from 0:00 am to 7:00 am, a power of 0.4 kW determined as the minimum amount is generated, and the surplus power from the actual consumption is stored in the battery 710 to prepare for the morning peak from 7:00 to 9:00. From 7:00 to 9:00, the amount of power generation is 1.
The power is set to 2 kW, and the shortage in actual use is replenished from the battery 710. Next, the operation is performed at 0.6 kW from 9:00 to 12:00, and the operation is performed at 1.0 kW from 12:00 to 14:00. From 14:00 to 18:00, it is operated again at 0.6 kW, and from 18:00 to 20:00, which is the peak of the day, 1.8.
kW operation is performed. From 10:00 to 22:00 this is 1.
After dropping to 2 kW, the time between 22:00 and 24:00 was 0.6 again.
kW.

【0033】次に、実際に図11に示した発電パーター
ンに従い、燃料電池の運転を行い、実際に使用した電力
の消費量をモニターし、結果を図12に示した。その結
果、図11に示した発電パターの総発電量と、図12に
示した実際に消費した総発電量との差は、図11に示し
た発電パターの総発電量の方が2kWh多く、この差は
蓄電器710に蓄電することで、カバーされた。次に、
図12に示した実際に使用した電力の消費量の時間パタ
ーンを時間平均処理することで補正し、これを新しい発
電パターンとし、図13に示した。そして、次に日の運
転を、図13に示したパターンで行った。次の日の運転
を図13に示したパターンで行った結果、図13に示し
た発電パターの総発電量と、実際に消費した総発電量と
の差は、図13に示した発電パターの総発電量の方が
0.5kWh少なかった。
Next, the operation of the fuel cell was actually performed in accordance with the power generation pattern shown in FIG. 11, and the amount of power consumption actually used was monitored. The results are shown in FIG. As a result, the difference between the total power generation amount of the power generation putter shown in FIG. 11 and the total power generation amount actually consumed shown in FIG. 12 is larger by 2 kWh in the total power generation amount of the power generation putter shown in FIG. This difference was covered by storing electricity in the battery 710. next,
The time pattern of the actually used power consumption shown in FIG. 12 is corrected by performing time averaging processing, and this is set as a new power generation pattern, and is shown in FIG. Then, the day operation was performed in the pattern shown in FIG. The operation of the next day was performed according to the pattern shown in FIG. 13, and as a result, the difference between the total power generation amount of the power generation putter shown in FIG. The total power generation was lower by 0.5 kWh.

【0034】以上の運転の結果、あらかじめ想定した運
転パターンと、実際に消費した電力パターンとが完全に
一致することはなかったが、このような運転の仕方を採
用することで、高分子電解質型燃料電池を用いたコージ
ェネレーションシステムの時間追随性の遅れをカバーす
ることが出来た。
As a result of the above operation, the operation pattern assumed in advance and the actually consumed electric power pattern did not completely match. However, by adopting such an operation method, the polymer electrolyte type It was possible to cover the delay of the time tracking of the cogeneration system using the fuel cell.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、消費
者が要求する電力供給及び給湯と、燃料電池で作ること
の出来る電力及び給湯との時間的なズレをなくすこと
で、実運転時の変換効率を高めることが出来た。さら
に、高温の温水を安定的に供給することができ、また、
電力負荷が変動した時にも迅速に対応すること、およ
び、給湯負荷が増加した場合にも対応した運転ができ
た。つまり、快適で経済的なシステムが実現した。
As described above, the present invention eliminates the time lag between the electric power supply and hot water supply required by the consumer and the electric power and hot water supply that can be made by the fuel cell, thereby realizing the actual operation. The conversion efficiency at the time was able to be improved. Furthermore, high-temperature hot water can be supplied stably,
It was possible to respond quickly even when the power load fluctuated, and to operate in response to an increase in the hot water supply load. In short, a comfortable and economical system was realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】燃料電池を用いたコージェネレーションシステ
ムの一般的な構成を示した図
FIG. 1 shows a general configuration of a cogeneration system using a fuel cell.

【図2】水素生成器の一般的な構成を示した図FIG. 2 is a diagram showing a general configuration of a hydrogen generator.

【図3】燃料電池の構成要素であるMEAの構成を示し
た断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an MEA that is a component of the fuel cell.

【図4】燃料電池の構成を示した断面図FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell.

【図5】燃料電池の構成要素であるセパレータの構成を
示した外観図
FIG. 5 is an external view showing a configuration of a separator which is a component of the fuel cell.

【図6】燃料電池の構成を示した外観図FIG. 6 is an external view showing the configuration of a fuel cell.

【図7】本発明の実施形態であるコージェネレーション
システムの構成を示した図
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態であるコージェネレーション
システムの構成要素である電力制御部の構成を示した図
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a power control unit which is a component of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.

【図9】電力の要求パターンを示した図FIG. 9 is a diagram showing a power request pattern;

【図10】給湯の要求パターンを示した図FIG. 10 is a diagram showing a hot water supply request pattern;

【図11】あらかじめ定めた燃料電池の発電パターンを
示す図
FIG. 11 is a view showing a predetermined power generation pattern of a fuel cell.

【図12】実際に使用した消費電力のパターンを示す図FIG. 12 is a diagram showing a pattern of power consumption actually used;

【図13】補正後の燃料電池の発電パターンを示す図FIG. 13 is a diagram showing a power generation pattern of a fuel cell after correction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 水素生成器 12 燃料電池 13 制御部 14 AC−DCコンバータ 21 脱硫部 22 改質部 23 変性部 24 浄化部 31 水素イオン伝導性高分子電解質膜 32 触媒反応層 33 拡散層 34 電極 35 MEA 41 セパレータ 42 ガス流通溝 43 単電池 51a 燃料ガスを注入するための孔 51b 燃料ガスを排出するための孔 52a 酸化剤ガスを注入するための孔 52b 酸化剤ガスを排出するための孔 53a 冷却水を注入するための孔 53b 冷却水を排出するための孔 54 ガス流路の凹部 55 ガス流路の凸部 56 シール材 61 単電池 62 端板 62b 端板 63 締結ボルト 64a 酸化剤ガス注入用の孔 64b 燃料ガス注入用の孔 65a 冷却水注入用の孔 65b 酸化剤ガス排出用の孔 66a 燃料ガス排出用の孔 66b 冷却水排出用の孔 71 ブロアー 72 水素生成器 73 加湿器 74 燃料電池 75 ブロアー 76 加湿器 77 凝縮器 78 貯湯タンク 79 電力制御部 710 蓄電部 711 給水器 81 電圧変換器 82 DC/ACインバータ 83 記憶部 84 中央制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Hydrogen generator 12 Fuel cell 13 Control part 14 AC-DC converter 21 Desulfurization part 22 Reforming part 23 Modification part 24 Purification part 31 Hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane 32 Catalytic reaction layer 33 Diffusion layer 34 Electrode 35 MEA 41 Separator 42 Gas flow groove 43 Single cell 51a Hole for injecting fuel gas 51b Hole for discharging fuel gas 52a Hole for injecting oxidizing gas 52b Hole for discharging oxidizing gas 53a Injecting cooling water Hole 53b hole for discharging cooling water 54 concave portion of gas flow channel 55 convex portion of gas flow channel 56 sealing material 61 unit cell 62 end plate 62b end plate 63 fastening bolt 64a hole for oxidant gas injection 64b Hole for fuel gas injection 65a Hole for cooling water injection 65b Hole for oxidant gas discharge 66a Hole for fuel gas discharge 6 b Hole for cooling water discharge 71 Blower 72 Hydrogen generator 73 Humidifier 74 Fuel cell 75 Blower 76 Humidifier 77 Condenser 78 Hot water storage tank 79 Power control unit 710 Power storage unit 711 Water supply unit 81 Voltage converter 82 DC / AC inverter 83 Storage unit 84 Central control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G05F 1/67 G05F 1/67 B (72)発明者 富澤 猛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 行天 久朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC08 5H027 AA06 BA01 DD00 DD03 DD06 MM04 MM09 MM26 5H420 BB14 CC03 DD03 EB13 FF05 NB04 NE02 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) // G05F 1/67 G05F 1/67 B (72) Inventor Takeshi Tomizawa 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Inside Electric Industry Co., Ltd. FF05 NB04 NE02

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系の原料から水素を含有する燃
料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器で得ら
れた燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う高分子
電解質型燃料電池と、前記水素生成器または前記高分子
電解質型燃料電池の少なくとも一方で発生する熱を回収
する冷却水循環部と、前記冷却水循環部で得られた熱の
少なくとも一部を蓄える貯湯タンクと、前記高分子電解
質型燃料電池で発生した電力の少なくとも一部を蓄える
電力蓄電部と、前記高分子電解質型燃料電池で発生した
直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記交流
電力と商用電力との系統連携を行う電力系統連携制御部
と、前記水素生成器と前記高分子電解質型燃料電池と前
記冷却水循環部と前記電力蓄電部と前記電力変換部と前
記電力系統連携制御部の動作を制御するシステム制御部
とを備え、使用者に電力供給と給湯とを行う高分子電解
質型燃料電池コージェネレーションシステムであって、
前記システム制御部は、前記使用者の電力消費及び給湯
消費の時間推移と、前記高分子電解質型燃料電池コージ
ェネレーションシステムが所定量の発電と給湯とを行う
ため必要とする前記水素生成器に供給する前記炭化水素
系の原料の量とを予め入力し、前記入力値に従い前記高
分子電解質型燃料電池コージェネレーションシステムを
運転し、前記運転と同時に実際に前記使用者が消費した
電力量を記録し、予め定めた前記使用者の電力消費の時
間推移を前記記録値に基づき補正することで、前記水素
生成器へ供給する前記炭化水素系の原料量を制御するこ
とを特徴とする高分子電解質型燃料電池コージェネレー
ションシステム。
1. A hydrogen generator for generating a fuel gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based raw material, and a polymer electrolyte type for generating electric power using the fuel gas and the oxidizing gas obtained by the hydrogen generator. A fuel cell, a cooling water circulation unit that recovers heat generated in at least one of the hydrogen generator or the polymer electrolyte fuel cell, and a hot water storage tank that stores at least a part of the heat obtained in the cooling water circulation unit. A power storage unit that stores at least a part of the power generated by the polymer electrolyte fuel cell; a power conversion unit that converts DC power generated by the polymer electrolyte fuel cell into AC power; A power system cooperation control unit for performing system cooperation with electric power, the hydrogen generator, the polymer electrolyte fuel cell, the cooling water circulation unit, the power storage unit, the power conversion unit, and the power system cooperation control. A polymer electrolyte fuel cell cogeneration system comprising a system control unit that controls the operation of the unit, and performs power supply and hot water supply to a user,
The system control unit supplies time transitions of the power consumption and hot water consumption of the user and supplies the hydrogen generator required for the polymer electrolyte fuel cell cogeneration system to generate a predetermined amount of power and supply hot water. And the amount of the hydrocarbon-based raw material to be input in advance, operating the polymer electrolyte fuel cell cogeneration system according to the input value, and recording the amount of power actually consumed by the user simultaneously with the operation. Correcting a predetermined time transition of the power consumption of the user based on the recorded value, thereby controlling an amount of the hydrocarbon-based raw material supplied to the hydrogen generator. Fuel cell cogeneration system.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004335368A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Sekisui Chem Co Ltd Fuel cell system
WO2004109832A1 (en) * 2003-06-03 2004-12-16 Hitachi, Ltd. Fuel cell power generating system with learning control
JP2005044713A (en) * 2003-07-25 2005-02-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Cogeneration system and its operating method
JP2005222857A (en) * 2004-02-06 2005-08-18 Hitachi Ltd Fuel cell power generation system
US7968239B2 (en) 2002-11-07 2011-06-28 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system with multiple warm-up mechanisms
JP2012109072A (en) * 2010-11-16 2012-06-07 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel battery, fuel battery system, and method for operation thereof

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7968239B2 (en) 2002-11-07 2011-06-28 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system with multiple warm-up mechanisms
JP2004335368A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Sekisui Chem Co Ltd Fuel cell system
JP4638132B2 (en) * 2003-05-09 2011-02-23 積水化学工業株式会社 Fuel cell system
WO2004109832A1 (en) * 2003-06-03 2004-12-16 Hitachi, Ltd. Fuel cell power generating system with learning control
JP2004362857A (en) * 2003-06-03 2004-12-24 Hitachi Ltd Fuel cell power generation system having learning control
JP2005044713A (en) * 2003-07-25 2005-02-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Cogeneration system and its operating method
JP2005222857A (en) * 2004-02-06 2005-08-18 Hitachi Ltd Fuel cell power generation system
JP4704690B2 (en) * 2004-02-06 2011-06-15 株式会社日立製作所 Fuel cell power generation system
JP2012109072A (en) * 2010-11-16 2012-06-07 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel battery, fuel battery system, and method for operation thereof

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