JP2005085663A5 - - Google Patents

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燃料電池システムFuel cell system

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system that generates electricity using a fuel cell.

従来の燃料電池システムとしては、電力と熱の双方を効率よく最大限に利用している燃料電池発電システムがあった(例えば、特許文献1参照)。図12は、前記特許文献1に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。 Is a conventional fuel cell systems, there is a fuel cell power generation system utilizing both power and heat efficiently to maximize (e.g., see Patent Document 1). Figure 12 shows a conventional fuel cell system described in Patent Document 1.

図12において、天然ガスやメタノールなどの原料燃料および水蒸気改質反応に必要な原料水から水素に富んだガスを生成する水素生成器1と、酸化剤ガスとしての空気を供給するためのブロアファンで構成される送風器2と、供給空気を加湿する空気加湿器3と、水素生成器1で得られた生成ガスと送風器2からの酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池4と、燃料電池4にて発電された直流電力を交流200Vに変換する直流交流変換器5と、水素生成器1で得られた生成ガス、送風器2からの酸化剤ガスおよび燃料電池4から、それぞれの排熱を回収して得られた湯を貯蔵する貯湯タンク6と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器7と、家庭内の電力負荷での負荷電力を検知する負荷電力検知手段8で構成されている。   In FIG. 12, a hydrogen generator 1 for generating a gas rich in hydrogen from a raw material fuel such as natural gas or methanol and a raw water necessary for a steam reforming reaction, and a blower fan for supplying air as an oxidant gas An air humidifier 3 for humidifying the supply air, a fuel cell 4 for generating electricity by reacting the product gas obtained in the hydrogen generator 1 and the oxidant gas from the air blower 2; From the DC / AC converter 5 that converts the DC power generated by the fuel cell 4 into AC 200V, the generated gas obtained by the hydrogen generator 1, the oxidant gas from the blower 2, and the fuel cell 4, respectively. A hot water storage tank 6 for storing hot water obtained by recovering the exhaust heat of the water, a controller 7 for controlling a series of operations from start-up to power generation, and load power detection for detecting load power at a household power load Consists of means 8

ここで制御器7は、負荷電力検知手段8により家庭内の電力負荷に応じて、直流交流変換器5からの発電出力を制御し、かつ生成ガス、酸化剤ガスおよび燃料電池4からの排熱を回収して、電力および熱の双方を効率よく制御していた。また電力大負荷時間帯に貯湯タンク6の湯を自動的に浴槽等に供給していた。
特開2002−352834号公報
Here, the controller 7 controls the power generation output from the DC / AC converter 5 according to the power load in the home by the load power detection means 8, and the generated gas, the oxidant gas, and the exhaust heat from the fuel cell 4. And efficiently controlling both electric power and heat. In addition, hot water in the hot water storage tank 6 is automatically supplied to a bathtub or the like during a power heavy load time period.
JP 2002-352834 A

しかしながら、前記従来の構成では、電力負荷が小さい時間帯では発電が停止していたり、電力負荷がオンオフを頻繁に繰り返している際は、仮に発電していても電力を無駄にしていたり、あるいは停止中のときは効率が悪く再起動するためには起動エネルギーを必要とするという課題を有していた。   However, in the conventional configuration, when the power load is small, the power generation is stopped, or when the power load is frequently turned on and off, the power is wasted even if it is generated or stopped. When it was inside, it was inefficient and had the problem of requiring startup energy to restart.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムの発電を電力負荷が小さいときでも発電を継続させ、余剰電力を熱に変えて湯として利用できるようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the conventional problems, the power generation of the fuel cell system to continue the power generation even when the power load is small, the fuel cell system which is adapted surplus power can be used as hot water instead of the hot The purpose is to provide.

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、貯湯タンクにヒータを有し、電力を熱に変え、湯として貯湯タンクに貯蔵するものである。 In order to solve the above conventional problems, the fuel cell system of the present invention has a heater in the hot water storage tank, varying the power to the heat, it is to stored in the hot water storage tank as hot water.

本構成によって、電力負荷が小さくなった場合でも、余剰電力を熱に変えて貯湯タンクに湯として貯蔵することにより、発電を引き続き継続でき、さらにシステムの発停が頻繁に行われることによる起動時のエネルギーの無駄を防止することができる。   With this configuration, even when the power load is reduced, the surplus power can be converted into heat and stored as hot water in the hot water storage tank, so that power generation can be continued and the system can be started and stopped frequently. It is possible to prevent waste of energy.

本発明の燃料電池システムによれば、電力負荷が最低発電電力以下となった場合でも、余剰電力を貯湯タンク内のヒータに供給することにより、電力を熱に変えて湯として貯湯タンクに貯蔵するという構成により、発電を引き続き継続させてエネルギーを無駄に捨てる必要がなくなる。さらにシステムの発停が頻繁に行われることがなくなるので、起動時のエネルギーロスをなくすことができる。 According to the fuel cell system of the present invention the storage, even if the power load is equal to or less than a minimum generated power, by supplying a surplus power to the heater in the hot water storage tank, a hot water storage tank as hot water by changing the power to the heat This configuration eliminates the need to continuously generate power and waste energy. Furthermore, since the system is not frequently started and stopped, energy loss at startup can be eliminated.

第1の発明は、水素生成器と、水素生成器で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、運転開始から発電までの一連の動作を制御する制御器と、燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器と、電力負荷での負荷電力を検知する負荷電力検知手段と、水素生成器で得られた生成ガスや酸化剤ガスおよび燃料電池からの排熱を利用して得られた湯を貯蔵する貯湯タンクと、貯湯タンクに接続されたヒータとを備え、一日の負荷電力が変動している場合において、負荷電力が燃料電池システムの最低発電電力を下回らないように発電電力を出力し、負荷電力検知手段により負荷電力が最低発電電力以下になった場合、制御器は直流交流変換器からの電力をヒータに供給して熱に変換することにより発電を継続することにより、電力負荷が最低発電電力以下となった場合でも、余剰電力を貯湯タンク内のヒータに供給することにより、電力を熱に変えて湯として貯湯タンクに貯蔵するという構成により、発電を引き続き継続させてエネルギーを無駄に捨てる必要がなくなる。さらにシステムの発停が頻繁に行われることがなくなるので、起動時のエネルギーロスをなくすことができる。 A first invention includes a hydrogen generator, a fuel cell that generates power by reacting a product gas obtained by the hydrogen generator and an oxidant gas, and a controller that controls a series of operations from the start of operation to power generation A DC / AC converter for converting DC power generated by the fuel cell into AC power, load power detection means for detecting load power at the power load, and a product gas or oxidant obtained by the hydrogen generator A hot water storage tank for storing hot water obtained by utilizing exhaust heat from the gas and the fuel cell, and a heater connected to the hot water storage tank , when the load power of the day fluctuates, When the generated power is output so that it does not fall below the minimum generated power of the fuel cell system, and the load power falls below the minimum generated power by the load power detection means, the controller supplies the heater with the power from the DC / AC converter. Converting to heat Even if the power load is below the minimum generated power by continuing the power generation, the surplus power is supplied to the heater in the hot water storage tank, so that the power is converted into heat and stored in the hot water storage tank as hot water Thus, it is not necessary to continue power generation and waste energy. Furthermore, since the system is not frequently started and stopped, it is possible to eliminate the energy loss at the time of startup.

第2の発明は、特に、第1の発明に加え、気温検知手段を備え、制御器は、家庭内気温と外気温との差が一定以上の場合は、直流交流変換器からの電力をヒータに供給して熱に変換する比率を増加させることにより、湯量不足を解消するとともに、電力負荷が低下しても発電を継続できエネルギーロスをなくす事ができる。   In particular, in addition to the first invention, the second invention is provided with an air temperature detecting means, and when the difference between the home air temperature and the outside air temperature is equal to or greater than a certain value, the controller heaters the electric power from the DC / AC converter. By increasing the ratio of supply to heat and converting it into heat, the shortage of hot water can be solved, and power generation can be continued even if the power load is reduced, and energy loss can be eliminated.

第3の発明は、特に、第1の発明に加え、月日を計測する計時手段により、低温期(例えば11月から3月)には発電電力をヒータに供給する比率を増加させるという構成により、湯量不足を解消するとともに、電力負荷が低下しても発電を継続できエネルギーロスをなくす事ができる。   In addition to the first invention, the third invention has a configuration in which the ratio of supplying generated power to the heater is increased in the low temperature period (for example, from November to March) by the time measuring means for measuring the date. In addition to eliminating the shortage of hot water, power generation can be continued even if the power load is reduced, and energy loss can be eliminated.

第4の発明は、特に、第1の発明に加え、貯湯タンク内の湯量の使用状況を検知する湯使用量検知手段により、湯の使用量が一定以上となった場合には、発電電力をヒータに供給する比率を増加させるという構成により、湯量不足を解消するとともに、電力負荷が低下しても発電を継続できエネルギーロスをなくす事ができる。   In addition to the first invention, the fourth aspect of the invention provides the generated power when the amount of hot water used exceeds a certain level by the hot water usage amount detecting means for detecting the amount of hot water used in the hot water storage tank. With the configuration in which the ratio supplied to the heater is increased, the shortage of hot water can be solved, and power generation can be continued even if the power load is reduced, and energy loss can be eliminated.

第5の発明は、特に、第1の発明に加え、系統電源への逆潮流を検知する逆潮流検知手段により、逆潮流を検知した場合は、逆潮流分の電力をヒータに供給するという構成により、逆潮流を防止することができる。   In the fifth aspect of the invention, in addition to the first aspect of the invention, when the reverse power flow is detected by the reverse power flow detecting means for detecting the reverse power flow to the system power supply, the power for the reverse power flow is supplied to the heater. Thus, reverse power flow can be prevented.

第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明に加え、貯湯タンクの最下部に湯温検出サーミスタを備え、湯温検出サーミスタにより、貯湯タンク内の湯温が最下部まで、一定以上に達した場合、湯の供給温度を設定温度より上げて供給するという構成により、貯湯タンク内の湯温を調節できる。   In addition to any one of the first to fifth inventions, the sixth invention is provided with a hot water temperature detection thermistor at the bottom of the hot water storage tank, and the hot water temperature detection thermistor allows the hot water temperature in the hot water storage tank to reach the lowest temperature. When the temperature reaches a certain level or more, the hot water temperature in the hot water storage tank can be adjusted by a configuration in which the hot water supply temperature is raised from the set temperature.

第7の発明は、特に、第6の発明に加え、貯湯タンクに冷却ファンを備え、貯湯タンク内の湯温が最下部まで、一定以上に達した場合、冷却ファンにより、貯湯タンク内の湯を冷却するという構成により、貯湯タンク内の湯温を調節できる。   In addition to the sixth invention, the seventh invention is provided with a cooling fan in the hot water storage tank, and when the hot water temperature in the hot water storage tank reaches a certain level or more up to the lowermost part, the hot water in the hot water storage tank is The temperature of the hot water in the hot water storage tank can be adjusted by the configuration of cooling the water.

第8の発明は、特に、第6又は第7の発明に加え、貯湯タンク内の湯温が最下部まで上限に達した場合、異常報知するという構成により、事前に使用者に湯の使用を促し、燃料電池システムの発電を継続できることになる。   In particular, in addition to the sixth or seventh invention, the eighth invention is configured to notify the user in advance of the use of hot water when the hot water temperature in the hot water storage tank reaches the upper limit up to the lowest level. The power generation of the fuel cell system can be continued.

以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成図である。図1において、図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 1)
Figure 1 is a block diagram of a fuel cell system in the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG.

図1において、ヒータ9は貯湯タンク6内に設置され、余剰電力を熱に変換し、貯湯タンク6内に湯を貯蔵するためのものである。負荷電力検知手段8により負荷電力が最低発電電力以下となった場合、制御器7は直流交流変換器5からの電力をヒータ9に供給して熱に変換することにより発電を継続する構成としている。   In FIG. 1, the heater 9 is installed in the hot water storage tank 6 to convert surplus power into heat and store hot water in the hot water storage tank 6. When the load power becomes lower than the minimum generated power by the load power detection means 8, the controller 7 is configured to continue power generation by supplying power from the DC / AC converter 5 to the heater 9 and converting it to heat. .

ここで図2の燃料電池システムの動作を示すフローチャートを使って説明する。ステップ1で燃料電池システムを起動させ、水素生成器1にて水素リッチなガスが生成され、各部の温度が設定温度に達すれば、ステップ2において発電に入る。そしてステップ3において負荷電力検知手段8により家庭内の電力負荷に応じて、電力負荷追従運転を行う。そしてステップ4において電力負荷が最低発電電力以下(ここでは400W以下)であると検知されれば、ステップ5で最低発電電力400Wを維持して出力する。そしてステップ6において計算により発電電力から負荷電力を引いた値を余剰電力とする。そしてステップ7においてその余剰電力をヒータ9に供給し、電力を熱に変換して消費させるものである。 Here, the operation of the fuel cell system of FIG. 2 will be described using a flowchart. In step 1, the fuel cell system is activated, and hydrogen-rich gas is generated in the hydrogen generator 1. If the temperature of each part reaches the set temperature, power generation is started in step 2. In step 3, the load power detection means 8 performs a power load following operation according to the power load in the home. If it is detected in step 4 that the power load is equal to or lower than the minimum generated power (here, 400 W or lower), the minimum generated power 400 W is maintained and output in step 5. In step 6, a value obtained by subtracting the load power from the generated power by calculation is set as surplus power. In step 7, the surplus power is supplied to the heater 9, and the power is converted into heat and consumed.

また図3における1日の運転動作図に示すように、一日の負荷電力が変動している場合において、負荷電力が燃料電池システムの最低発電電力を下回らないように発電電力を出力するようにしており、通常は負荷電力に追従して発電電力を出力するが、負荷電力が最低電力(ここでは400W)以下となっても、発電電力は400Wを維持して出力するものである。 Further, as shown in the daily operation diagram in FIG. 3 , when the load power of the day fluctuates, the generated power is output so that the load power does not fall below the minimum generated power of the fuel cell system. and, although usually outputs the generated power to follow the load power, load power minimum power is also equal to or smaller than (where 400W is), generated power and outputs to maintain 400W.

かかる構成によれば、電力負荷が最低発電電力以下となった場合でも、余剰電力を貯湯タンク6内のヒータ9に供給することにより、電力を熱に変えて湯として貯湯タンク6に貯蔵するので、発電を引き続き継続させてエネルギーを無駄に捨てる必要がなくなる。さらにシステムの発停が頻繁に行われることがなくなるので、起動時のエネルギーロスをなくすことができる。   According to such a configuration, even when the power load becomes equal to or lower than the minimum generated power, by supplying surplus power to the heater 9 in the hot water storage tank 6, the power is converted into heat and stored in the hot water storage tank 6 as hot water. This eliminates the need to continue power generation and waste energy. Furthermore, since the system is not frequently started and stopped, it is possible to eliminate the energy loss at the time of startup.

なお、本実施の形態において、電力を熱に変換するものとして、ヒータ9を設けたが、IH(インダクションヒータ)や単なる電熱器でも良い。   In this embodiment, the heater 9 is provided to convert electric power into heat, but an IH (induction heater) or a simple electric heater may be used.

(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2における燃料電池システムの構成図である。図4において、図1および図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
Figure 4 is a block diagram of a fuel cell system in the second embodiment of the present invention. 4, the same components as those in FIGS. 1 and 12 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図4において、気温検知手段10は家庭内気温および外気温を検知するものである。制御器7は気温検知手段10にて検知された家庭内気温と外気温との温度差をもとに発電電力をヒータ9に供給する比率を変える構成としている。ここでは家庭内気温と外気温との差が5℃以上の場合に、ヒータ9への電力の供給比率を変えるものである。例えば、(表1)において、家庭内気温から外気温を引いた値が、5℃以上10℃未満の場合はヒータ9への通電比率をその時点の10%アップとし、10℃以上15℃未満の差の場合は20%アップ、15℃以上20℃未満の差の場合は35%アップ、20℃以上の差の場合は50%アップとするものである。ここで家庭内気温と外気温との差を基準としたが、それぞれの温度そのものよりも相対気温にて判断する方がより体感を表しているからである。   In FIG. 4, the air temperature detecting means 10 detects the home air temperature and the outside air temperature. The controller 7 is configured to change the ratio of supplying the generated power to the heater 9 based on the temperature difference between the home air temperature and the outside air temperature detected by the air temperature detecting means 10. Here, when the difference between the home air temperature and the outside air temperature is 5 ° C. or more, the power supply ratio to the heater 9 is changed. For example, in (Table 1), when the value obtained by subtracting the outside temperature from the home temperature is 5 ° C. or more and less than 10 ° C., the energization ratio to the heater 9 is increased by 10% from that point, and 10 ° C. or more and less than 15 ° C. The difference is 20% up, the difference between 15 ° C. and less than 20 ° C. is 35% up, and the difference between 20 ° C. and more is 50% up. Here, the difference between the home air temperature and the outside air temperature is used as a reference, but it is because the judgment is based on the relative temperature rather than each temperature itself.

Figure 2005085663
Figure 2005085663

かかる構成によれば、気温検知手段10により家庭内気温と外気温との差が一定以上の場合は、発電電力をヒータ9に供給する比率を増加させるので、電力よりも湯量を増加させることにより湯量不足を解消するとともに、電力負荷が低下しても発電を継続できエネルギーロスをなくす事ができる。   According to such a configuration, when the difference between the home air temperature and the outside air temperature is greater than or equal to a certain level by the air temperature detection means 10, the ratio of supplying the generated power to the heater 9 is increased, so by increasing the amount of hot water rather than the power In addition to eliminating the shortage of hot water, power generation can be continued even if the power load is reduced, and energy loss can be eliminated.

なお、本実施の形態において、家庭内気温から外気温を引いた値をもとにヒータ9への電力の供給比率を変えたが、もちろん外気温そのものあるいは家庭内気温そのものにより比率をかえても良い。また温度差間隔の設定および比率のアップ率の値は自由に変えても良い。   In the present embodiment, the supply ratio of electric power to the heater 9 is changed based on the value obtained by subtracting the outside temperature from the inside temperature. However, the ratio may be changed according to the outside temperature itself or the inside temperature itself. good. Further, the setting of the temperature difference interval and the value of the ratio increase rate may be freely changed.

(実施の形態3)
図5は本発明の実施の形態3における燃料電池システムの構成図である。図5において、図1、図4および図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 3)
Figure 5 is a block diagram of a fuel cell system in a third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those in FIGS. 1, 4, and 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6において計時手段11は月日を計測できる時計機能を有するものである。制御器7は計時手段11により、ここでは11から3月までの低温期を検知し、この時期においては発電電力をヒータ9に供給する比率を変える構成としている。例えば(表2)において、11月では発電電力をヒータ9への通電比率をその時点の5%アップさせる。同様に12月は10%アップ。1月は20%アップ、2月は30%アップ、3月は10%アップさせることにより湯量の確保を行うものである。   In FIG. 6, the time measuring means 11 has a clock function capable of measuring the date. The controller 7 detects the low temperature period from November to March by the time measuring means 11 and changes the ratio of supplying the generated power to the heater 9 at this time. For example, in (Table 2), in November, the energization ratio of the generated power to the heater 9 is increased by 5%. Similarly, December is up 10%. The amount of hot water is secured by increasing 20% in January, increasing 30% in February, and increasing 10% in March.

Figure 2005085663
Figure 2005085663

かかる構成によれば、計時手段11により、低温期(例えば11月から3月)には発電電力をヒータ9に供給する比率を増加させるので、湯量不足を解消するとともに、電力負荷が低下しても発電を継続できエネルギーロスをなくす事ができる。   According to such a configuration, since the ratio of supplying generated power to the heater 9 is increased by the time measuring means 11 during the low temperature period (for example, from November to March), the shortage of hot water is solved and the power load is reduced. However, power generation can be continued and energy loss can be eliminated.

なお、本実施の形態において、低温期を11月から3月としたが、設置場所により時期をずらしても良く、当然ヒータ9に供給する比率を変えても良い。   In the present embodiment, the low temperature period is from November to March. However, the timing may be shifted depending on the installation location, and naturally the ratio supplied to the heater 9 may be changed.

(実施の形態4)
図6は本発明の実施の形態4における燃料電池システムの構成図である。図6において、図1、図4、図5および図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 4)
6 is a block diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, and 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6において、湯使用量検知手段12は、貯湯タンク6内の湯の使用量を検知するものである。制御器7は湯使用量検知手段12により、湯の使用量が一定以上(ここでは毎分5L(リットル)以上)となれば、発電電力をヒータ9に供給する比率を変える構成としている。例えば(表3)において、湯の使用量が毎分5L以上10L未満となれば、ヒータ9への通電比率をその時点の5%アップさせる。同様に毎分10L以上15L未満では10%アップ、毎分15L以上20L未満では30%アップ、毎分20L以上では50%アップさせることにより湯量の確保を行うものである。   In FIG. 6, the hot water usage detection means 12 detects the usage of hot water in the hot water storage tank 6. The controller 7 is configured to change the ratio of supplying the generated power to the heater 9 when the amount of hot water used exceeds a certain value (here, 5 L (liters) or more) by the hot water usage detection means 12. For example, in Table 3, if the amount of hot water used is 5 L or more and less than 10 L per minute, the energization ratio to the heater 9 is increased by 5% at that time. Similarly, the amount of hot water is secured by increasing 10% at a rate of 10L or more and less than 15L / min, increasing 30% at a rate of 15L or more and less than 20L / min, and increasing by 50% at 20L or more per minute.

Figure 2005085663
Figure 2005085663

かかる構成によれば、湯使用量検知手段12により、湯の使用量が一定以上となった場合には、発電電力をヒータに供給する比率を増加させるので、湯量不足を解消するとともに、電力負荷が低下しても発電を継続できエネルギーロスをなくす事ができる。   According to such a configuration, when the amount of hot water used reaches a certain level or more by the hot water usage detection means 12, the ratio of supplying the generated power to the heater is increased. Even if the power drops, power generation can be continued and energy loss can be eliminated.

なお、本実施の形態において、最低使用量を毎分5Lとしたが、家庭の使用状況に合わせて設定量をかえても良い。   In the present embodiment, the minimum usage amount is 5 L per minute, but the set amount may be changed according to the usage situation at home.

(実施の形態5)
図7は本発明の実施の形態5における燃料電池システムの構成図である。図7において、図1、図4、図5、図6および図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 5)
Figure 7 is a block diagram of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention. 7, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, and 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7において、逆潮流検知手段13は発電電力が家庭内の負荷電力を上回り、系統電源へ逆に電力が送られることを検知するものである。制御器7は、逆潮流検知手段13により、電力が逆潮流していることを検知した場合は、逆潮流分に相当する電力をヒータ9に供給し、逆潮流を防止する構成としている。   In FIG. 7, the reverse power flow detecting means 13 detects that the generated power exceeds the load power in the home and the power is sent back to the system power source. The controller 7 is configured to prevent the reverse power flow by supplying the power corresponding to the reverse power flow to the heater 9 when the reverse power flow detecting means 13 detects that the power is flowing backward.

ここで、図8のフローチャートを使って説明する。ステップ11で燃料電池システムを起動させ、水素生成器1にて水素リッチなガスが生成され、各部の温度が設定温度に達すれば、ステップ12において発電に入る。そしてステップ13において負荷電力検知手段8により家庭内の電力負荷に応じて、電力負荷追従運転を行う。そしてステップ14において家庭内の電力負荷が発電電力より小さくなっていると検知されれば、ステップ15で計算により発電電力から負荷電力を引いた値を余剰電力とする。そしてステップ16においてその余剰電力をヒータ9に供給し、電力を熱に変換して消費させるものである。   Here, it demonstrates using the flowchart of FIG. In step 11, the fuel cell system is activated, and hydrogen-rich gas is generated in the hydrogen generator 1. When the temperature of each part reaches the set temperature, power generation is started in step 12. In step 13, the load power detection means 8 performs the power load following operation according to the power load in the home. If it is detected in step 14 that the household power load is smaller than the generated power, a value obtained by subtracting the load power from the generated power by calculation in step 15 is set as surplus power. In step 16, the surplus power is supplied to the heater 9, and the power is converted into heat and consumed.

また図9における1日の運転動作図に示すように、理論的には家庭内の電力負荷に追従して発電電力を出力しているが、負荷電力は常に細かく変動しており、負荷電力値よりも若干小さい電力値を発電しているものの、厳密には図の三角形領は逆潮流を起こしていることになる。このためその都度ヒータ9に電力を供給し、電力を熱に変換して消費し、逆潮流を防止するものである。   In addition, as shown in the daily operation chart in FIG. 9, theoretically, the generated power is output following the power load in the home, but the load power always fluctuates finely, and the load power value Strictly speaking, the triangular area in the figure is causing a reverse power flow, although it generates a slightly smaller power value. For this reason, electric power is supplied to the heater 9 each time, and the electric power is converted into heat and consumed, thereby preventing reverse power flow.

かかる構成によれば、逆潮流検知手段13により、逆潮流を検知した場合は、逆潮流分の電力をヒータ9に供給するので、逆潮流を防止することができる。   According to such a configuration, when the reverse power flow is detected by the reverse power flow detection means 13, the power for the reverse power flow is supplied to the heater 9, so that the reverse power flow can be prevented.

(実施の形態6)
図10は本発明の実施の形態6における燃料電池システムの構成図である。図10において、図1、図4、図5、図6、図7および図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 6)
Figure 10 is a block diagram of a fuel cell system in a sixth embodiment of the present invention. 10, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, 7, and 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図10において、湯温検出サーミスタ14は、貯湯タンク6の最下部に設置され、貯湯タンク6の最下部の湯温を検知するものである。制御器7は、湯温検出サーミスタ14により、貯湯タンク6の最下部の温度が、貯湯タンク6内の湯温の上限、例えば80℃に達した場合は、貯湯タンク内がすべて80℃に達したことを意味しているので、湯を使用して温度を下げる必要がある。ここでは湯を使用する際の設定温度を1℃ずつ最大5℃まで上げて供給する構成としている。最初は1℃設定温度を上げるが、湯温の下降状況から、湯温をさらに下げる必要がある場合はさらに設定温度を上げて、最大5℃までとし、やけど等の危険性を極力避けるものである。   In FIG. 10, the hot water temperature detection thermistor 14 is installed at the lowermost part of the hot water storage tank 6 and detects the hot water temperature at the lowermost part of the hot water storage tank 6. When the temperature at the bottom of the hot water storage tank 6 reaches the upper limit of the hot water temperature in the hot water storage tank 6, for example, 80 ° C., the controller 7 reaches 80 ° C. in the hot water storage tank. It means that it is necessary to lower the temperature using hot water. Here, it is set as the structure which raises preset temperature at the time of using hot water to 1 degreeC at a maximum to 5 degreeC. At first, raise the set temperature by 1 ° C, but if it is necessary to lower the hot water temperature further, raise the set temperature to a maximum of 5 ° C to avoid the risk of burns as much as possible. is there.

かかる構成によれば、湯温検出サーミスタ14により、貯湯タンク6内の湯温が最下部まで、一定以上に達した場合、湯の供給温度を設定温度より上げて供給するので、貯湯タンク6内の湯温を調節できるものである。   According to this configuration, when the hot water temperature in the hot water storage tank 6 reaches a certain level or more by the hot water temperature detection thermistor 14, the hot water supply temperature is raised from the set temperature and supplied. The temperature of the hot water can be adjusted.

(実施の形態7)
図11は本発明の実施の形態7における燃料電池システムの構成図である。図11において、図1、図4、図5、図6、図7、図10および図12と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 7)
Figure 11 is a block diagram of a fuel cell system according to a seventh embodiment of the present invention. 11, the same components as those in FIGS. 1, 4, 5, 6, 7, 10, and 12 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図11において、冷却ファン15は貯湯タンク6内に設置され、貯湯タンク6内の湯を冷却し、湯温を下げる役目を果たす。制御器7は湯温検出サーミスタ14により、貯湯タンク6の最下部の温度が、貯湯タンク6内の湯温の上限、例えば80℃に達した場合は、貯湯タンク内がすべて80℃に達したことを意味しているので、湯温を下げる必要がある。ここでは冷却ファン15により強制的に冷風を送り、湯温を下げる構成としている。   In FIG. 11, the cooling fan 15 is installed in the hot water storage tank 6 and serves to cool the hot water in the hot water storage tank 6 and lower the hot water temperature. When the temperature of the lowest part of the hot water storage tank 6 reaches the upper limit of the hot water temperature in the hot water storage tank 6, for example, 80 ° C., the controller 7 has reached 80 ° C. in the hot water storage tank. This means that it is necessary to lower the hot water temperature. Here, the cooling fan 15 forcibly sends cool air to lower the hot water temperature.

かかる構成によれば、貯湯タンク6内の湯温が最下部まで、一定以上に達した場合、冷却ファンにより、貯湯タンク内の湯を冷却するので、貯湯タンク6内の湯温を調節できるものである。   According to such a configuration, when the hot water temperature in the hot water storage tank 6 reaches a certain level or more up to the lowest part, the hot water in the hot water storage tank is cooled by the cooling fan, so that the hot water temperature in the hot water storage tank 6 can be adjusted. It is.

また、貯湯タンク6内の湯温が最下部まで上限に達した場合、異常報知するという構成としている。   Moreover, when the hot water temperature in the hot water storage tank 6 reaches an upper limit to the lowest part, it is set as the structure which alert | reports abnormality.

かかる構成によれば、貯湯タンク6内の湯温が最下部まで上限に達した場合、異常報知するので、事前に使用者に湯の使用を促し、燃料電池システムの発電を継続できることになる。   According to such a configuration, when the hot water temperature in the hot water storage tank 6 reaches the uppermost limit, an abnormality is notified, so that the user can be encouraged to use hot water in advance and power generation of the fuel cell system can be continued.

本発明の燃料電池システムの制御装置は、電力負荷が最低発電電力以下となった場合でも、余剰電力を貯湯タンク内に設けたヒータに供給することにより、電力を熱に変えて湯として貯湯タンクに貯蔵するという構成により、発電を引き続き継続させるため、システムの起動時のエネルギーロスをなくすことができるので、燃料電池を用いて発電を行うことに有用である。また他の電池や動力源を用いたコージェネレーションシステムにも応用が可能である。   The control device for a fuel cell system according to the present invention supplies a surplus power to a heater provided in the hot water storage tank even when the power load is lower than the minimum generated power, thereby converting the electric power into heat and the hot water storage tank as hot water. Since the power generation is continued by the configuration of storing in the battery, it is possible to eliminate the energy loss at the time of starting the system, which is useful for performing power generation using the fuel cell. It can also be applied to cogeneration systems using other batteries and power sources.

本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの動作を示すフローチャートFlow chart showing the operation of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの一日の運転動作図Running operation diagram of one day of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態2における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system in the second embodiment of the present invention 本発明の実施の形態3における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system in a third embodiment of the present invention 本発明の実施の形態4における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention 本発明の実施の形態5における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention 本発明の実施の形態5における燃料電池システムの動作を示すフローチャートFlow chart showing the operation of the fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention 本発明の実施の形態5における燃料電池システムの一日の運転動作図Running operation diagram of one day of a fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention 本発明の実施の形態6における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system in a sixth embodiment of the present invention 本発明の実施の形態7における燃料電池システムの構成図Block diagram of a fuel cell system according to a seventh embodiment of the present invention 従来の燃料電池システムの構成図Configuration diagram of a conventional fuel cell system

符号の説明Explanation of symbols

1 水素生成器
4 燃料電池
5 直流交流変換器
6 貯湯タンク
7 制御器
8 負荷電力検知手段
9 ヒータ
10 気温検知手段
11 計時手段
12 湯使用量検知手段
13 逆潮流検知手段
14 湯温検出サーミスタ
15 冷却ファン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 4 Fuel cell 5 DC / AC converter 6 Hot water storage tank 7 Controller 8 Load electric power detection means 9 Heater 10 Air temperature detection means 11 Timekeeping means 12 Hot water usage detection means 13 Reverse power flow detection means 14 Hot water temperature detection thermistor 15 Cooling fan

Claims (8)

水素生成器と、前記水素生成器で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、運転開始から発電までの一連の動作を制御する制御器と、前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器と、電力負荷での負荷電力を検知する負荷電力検知手段と、前記水素生成器で得られた生成ガスや酸化剤ガスおよび前記燃料電池からの排熱を利用して得られた湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続されたヒータとを備え、一日の負荷電力が変動している場合において、負荷電力が燃料電池システムの最低発電電力を下回らないように発電電力を出力し、前記負荷電力検知手段により負荷電力が最低発電電力以下になった場合、前記制御器は前記直流交流変換器からの電力を前記ヒータに供給して熱に変換することにより発電を継続することを特徴とする燃料電池システム。 A hydrogen generator, a fuel cell that generates power by reacting a product gas obtained by the hydrogen generator and an oxidant gas, a controller that controls a series of operations from start of operation to power generation, and the fuel cell A DC / AC converter for converting the DC power generated at the AC power into AC power, load power detection means for detecting load power at the power load, the generated gas or oxidant gas obtained by the hydrogen generator, and the a hot water storage tank for storing hot water obtained by using the exhaust heat from the fuel cell, and a heater connected to the hot water storage tank, when the load power of the day is fluctuating load power fuel When the generated power is output so that it does not fall below the minimum generated power of the battery system, and the load power becomes lower than the minimum generated power by the load power detection means, the controller converts the power from the DC / AC converter to the heater. To serve Fuel cell system, characterized by continuing the power generation by converting into heat by. 気温検知手段を備え、制御器は、家庭内気温と外気温との差が一定以上の場合は、直流交流変換器からの電力をヒータに供給して熱に変換する比率を増加させることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 A temperature detecting means is provided, and the controller increases the ratio of supplying electric power from the DC / AC converter to the heater and converting it to heat when the difference between the domestic temperature and the outside temperature is a certain level or more. The fuel cell system according to claim 1 . 月日を計測する計時手段を備え、秋から冬の低温期には、制御器は、直流交流変換器からの電力をヒータに供給して熱に変換する比率を増加させることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 It is provided with a time measuring means for measuring the date, and in the low temperature period from autumn to winter, the controller increases the ratio of supplying electric power from the DC / AC converter to the heater and converting it into heat. Item 4. The fuel cell system according to Item 1 . 貯湯タンク内の湯量の使用状況を検知する湯使用量検知手段を備え、制御器は、湯の使用量が一定以上となれば、直流交流変換器からの電力をヒータに供給して熱に変換する比率を増加させることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 Hot water usage detection means that detects the usage status of hot water in the hot water storage tank is provided, and if the hot water usage exceeds a certain level, the controller supplies power from the DC / AC converter to the heater and converts it into heat. The fuel cell system according to claim 1, wherein the ratio of increasing is increased . 系統電源への逆潮流を検知する逆潮流検知手段を備え、逆潮流を検知した場合、制御器は、逆潮流分の電力をヒータに供給して逆潮流を防止することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 A reverse power flow detecting means for detecting a reverse power flow to the system power supply is provided, and when the reverse power flow is detected, the controller supplies the power for the reverse power flow to the heater to prevent the reverse power flow. 1. The fuel cell system according to 1 . 貯湯タンクの最下部に湯温検出サーミスタを備え、前記貯湯タンク内の最下部までの温度が一定以上に達した場合、制御器は湯の供給温度を設定温度より上げて供給することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 A hot water temperature detection thermistor is provided at the lowermost part of the hot water storage tank, and when the temperature to the lowermost part in the hot water storage tank reaches a certain level or more, the controller raises the hot water supply temperature above the set temperature and supplies it. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5 . 貯湯タンクに冷却ファンを備え、前記貯湯タンク内の最下部までの温度が一定以上に達した場合、制御器は前記冷却ファンにより前記貯湯タンク内の湯を冷却することを特徴とする請求項6記載の燃料電池システム。 The hot water storage tank is provided with a cooling fan, and the controller cools the hot water in the hot water storage tank by the cooling fan when the temperature up to the lowest part in the hot water storage tank reaches a certain level or more. The fuel cell system described . 貯湯タンク内の最下部までの温度が限度に達した場合、制御器は異常報知することを特徴とする請求項6又は7記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6 or 7, wherein when the temperature up to the lowermost part in the hot water storage tank reaches a limit, the controller notifies an abnormality .
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