JP2005267944A - Fuel cell system, and stop control method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯湯槽を備え、燃料電池本体で発生した熱を電池冷却水系を介して貯湯槽に回収することができる燃料電池システムにおいて、燃料電池停止時の熱回収の実施について制御する燃料電池システム及びその停止制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a hot water storage tank and capable of recovering heat generated in the fuel cell main body to the hot water storage tank via a battery cooling water system, and controlling the implementation of heat recovery when the fuel cell is stopped. The present invention relates to a system and its stop control method.
燃料電池システムでは、発電時の化学反応で高温の排熱が発生するため、温水や蒸気の形態で熱エネルギを回収している。そうした熱回収を行う燃料電池システムとして、例えば下記特許文献1のものを挙げることができる。図3は、当該文献に記載された燃料電池システムを示すブロック図である。
この燃料電池本体100では、燃料改質器120によって生成された水素リッチな改質ガスとブロワ130から送り込まれる空気(酸化剤ガス)を用いて発電が行われる。そして、発電の際に燃料電池本体100で発生した熱は、冷却配管101を流れる冷却水によって外部へ搬送され、冷却水が得た熱は熱交換器102を介して配管103の中を流れる水へ伝達され湯となって貯湯槽104へ蓄えられる。
In a fuel cell system, high-temperature exhaust heat is generated by a chemical reaction during power generation, and thus thermal energy is recovered in the form of hot water or steam. As a fuel cell system for performing such heat recovery, for example, the one disclosed in Patent Document 1 below can be cited. FIG. 3 is a block diagram showing the fuel cell system described in the document.
In the fuel cell
燃料電池本体100の発電を終了する場合は、発電停止と同時に燃料電池本体100は熱を発生しなくなるため、これまでは冷却水ポンプ105および市水ポンプ106も搬送動作を停止し、冷却水や市水の循環も停止していた。しかし、この燃料電池システムでは、発電を停止した燃料電池本体100自身はしばらくの間は高温を保っているため、その燃料電池本体100の保有している熱を回収すべく、冷却配管101に設けた温度検出器111が所定のしきい値以下になるまでポンプ105,106を動作させることにより効率良く燃料電池の発熱する熱を回収するようにしている。
When the power generation of the fuel cell
ところで、一般家庭などに設置される燃料電池は、電気エネルギや熱エネルギを24時間必要としない。そのため、住人が外出または就寝した場合には燃料電池システムの運転を停止することが適当である。その一方で、要求される電力量または熱量が急激に上昇する場合があるが、急に燃料電池システムを始動したのでは、改質器による水素の生成が追いつかず、結果的に住人が必要とする電力量または熱量を十分に供給することはできず、不足する電力を電力会社から買う必要があり、また補助的な給湯器を別途用意することなどを行わねばならない。そのため、下記特許文献2では、消費者の行動パターンに基づいて燃料電池システムの運転を制御するシステムが提案されている。
しかしながら、燃料電池システムの運転を停止させる場合に、特許文献1のように常に熱を回収するのは必ずしも好ましい制御方法ではない。例えば、冬場であれば一般家庭でも湯を大量に使用するため、システム停止時に熱回収して貯湯槽104に湯を貯めておけばよいが、夏場であれば湯の使用量が減るため熱回収は余分な湯を蓄えることになる。その一方で、システム停止時に熱回収を行った場合には燃料電池本体100の各部の温度が下がってしまうので、次に起動させる時にはフラッディング防止のため逆に貯湯槽104内の回収熱を利用して、またはヒーターなどで燃料電池本体100を昇温させなければならず非効率である。
However, when the operation of the fuel cell system is stopped, it is not always a preferable control method to always recover heat as in Patent Document 1. For example, a large amount of hot water is used even in general households in winter, so it is sufficient to recover heat when the system is stopped and store hot water in hot
一方、特許文献2では、消費者の行動パターンに基づいて燃料電池システムの運転を制御するため、電力または熱の出力量が消費者による電力または熱の消費量に追いつかない場合に生じる電力不足や湯切れといった問題は解消される。そして、行動パターンに基づいて制御されるため余分な湯を蓄えることもないと考えられる。しかし、特許文献2では、電力不足や湯切れを生じさせない制御であるため、システム停止時にを回収によって燃料電池本体100の各部の温度が下がってした場合に、次に運転を再開する時の起動エネルギについては考慮されていない。
On the other hand, in
そこで、本発明は、燃料電池システムを効率よく運転する熱回収を行う燃料電池システム及びその停止制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that performs heat recovery for efficiently operating the fuel cell system, and a stop control method thereof.
本発明の燃料電池システムは、水素リッチな燃料と酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池本体と、その燃料電池本体と冷却水ポンプによって冷却水を循環させる冷却配管を介して連結された熱交換器と、その熱交換器と熱回収ポンプによって水や湯を送り込む熱回収配管を介して連結された貯湯槽と、ユーザによる時間毎の電力使用量や湯使用量など過去の使用状況を示す使用データを格納し、前記冷却水ポンプおよび熱回収ポンプの駆動を制御するコントローラと、前記貯湯槽内に蓄えられている湯量を計測するための第1センサとを有し、前記コントローラは、前記第1センサからの計測結果および前記使用データに基づいて、システム停止時に、前記貯湯槽内における現貯湯量と、次のシステム起動時までのユーザーの湯使用推定量とを算出して比較を行い、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には、前記冷却水ポンプおよび熱回収ポンプを駆動させて前記燃料電池本体で発生した熱を前記熱交換器を介して湯に変えて前記貯湯槽に回収するようにしたものであることを特徴とする。 The fuel cell system of the present invention is connected to a fuel cell main body that generates power using hydrogen-rich fuel and oxidant gas, and the fuel cell main body and a cooling pipe that circulates cooling water using a cooling water pump. Past usage conditions such as heat exchangers, hot water storage tanks connected via heat recovery pipes that feed water and hot water with the heat exchangers and heat recovery pumps, and power consumption and hot water usage by users by time A controller for storing the usage data to be shown and controlling the driving of the cooling water pump and the heat recovery pump, and a first sensor for measuring the amount of hot water stored in the hot water storage tank, Based on the measurement result from the first sensor and the use data, when the system is stopped, the current hot water storage amount in the hot water tank and the user's hot water use estimation until the next system startup When the amount of stored hot water is less than the estimated amount of user hot water used, the cooling water pump and the heat recovery pump are driven to generate heat generated in the fuel cell main body. In this case, the hot water storage tank is used to change the water into hot water.
また、本発明の燃料電池システムは、前記貯湯槽には湯温を計測するための第2センサが設けられ、前記コントローラが、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも多い場合でも、第2センサから測定された貯湯槽に蓄えられた湯の下部温度が所定温度より低い場合には、前記冷却水ポンプと熱回収ポンプとを駆動させて前記燃料電池本体の熱を前記熱交換器で湯に変えて前記貯湯槽に回収するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記第1センサ及び第2センサが、複数の熱電対を前記貯湯槽の高さ方向に配置させたものであることを特徴とする。
更に、本発明の燃料電池システムは、外気温を測定する外気温センサを有し、前記コントローラが、システム停止時に燃料電池本体から回収できる熱回収エネルギと、次の起動時に燃料電池本体を昇温させるために必要となった起動エネルギ低減量とを比較し、熱回収エネルギの方が小さい場合には熱回収を行わないようにしたものであることを特徴とする。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the hot water storage tank is provided with a second sensor for measuring the hot water temperature, and the controller is configured to perform the second operation even when the current hot water storage amount is larger than the estimated user hot water usage amount. When the lower temperature of the hot water stored in the hot water tank measured from the sensor is lower than a predetermined temperature, the cooling water pump and the heat recovery pump are driven to heat the fuel cell main body with the heat exchanger. Instead of this, the hot water storage tank is used for collection.
The fuel cell system of the present invention is characterized in that the first sensor and the second sensor have a plurality of thermocouples arranged in the height direction of the hot water tank.
Furthermore, the fuel cell system of the present invention has an outside air temperature sensor for measuring the outside air temperature, and the controller increases the heat recovery energy that can be recovered from the fuel cell body when the system is stopped and the temperature of the fuel cell body at the next start-up. Compared with the reduction amount of the startup energy required to make the heat recovery, the heat recovery is not performed when the heat recovery energy is smaller.
一方、本発明に係る燃料電池システムの停止制御方法は、燃料電池本体において燃料と酸化剤ガスを用いて発電を行うものであり、その燃料電池本体で発電に際して発生した熱を冷却水を循環させて熱交換器に移し、更にその熱交換器に送った水を湯に変えて貯湯槽に熱を回収するようにした燃料電池システムであって、そのシステム停止時に、貯湯槽内における現貯湯量と、次のシステム起動までのユーザーの湯使用推定量との比較を行い、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には燃料電池本体で発生した熱を熱交換器を介して湯に変えて貯湯槽に回収するようにしたことを特徴とする。 On the other hand, the fuel cell system stop control method according to the present invention generates power using fuel and oxidant gas in the fuel cell main body, and circulates cooling water through the heat generated during power generation in the fuel cell main body. This is a fuel cell system in which the water sent to the heat exchanger is converted into hot water and heat is recovered in the hot water storage tank. When the system is stopped, the amount of hot water currently stored in the hot water storage tank And the estimated amount of hot water used by the user until the next system start-up, and if the amount of hot water stored is less than the estimated amount of hot water used by the user, the heat generated in the fuel cell body is heated via the heat exchanger. It is characterized in that it is collected in a hot water tank instead of.
また、本発明に係る燃料電池システムの停止制御方法は、ユーザによる時間毎の電力使用量や湯使用量など過去の使用状況を示す使用データを保有し、その使用データを基に次のシステム起動までのユーザーの湯使用推定量を求めて貯湯槽内における現貯湯量との比較を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る燃料電池システムの停止制御方法は、貯湯槽内における現貯湯量が、次のシステム起動までに必要とするユーザーの湯使用推定量よりも多い場合であっても、貯湯槽に蓄えられた湯の温度が所定温度より低い場合には、システム停止時に燃料電池本体の熱を熱交換器を介して湯に変えて貯湯槽に回収するようにしたことを特徴とする。
更に、本発明に係る燃料電池システムの停止制御方法は、システム停止時に燃料電池本体から回収できる熱回収エネルギと、次の起動時に燃料電池本体を昇温させるために必要となった起動エネルギ低減量とが比較され、熱回収エネルギの方が小さい場合には熱回収を行わないようにしたことを特徴とする。
In addition, the fuel cell system stop control method according to the present invention holds usage data indicating past usage conditions such as hourly power consumption and hot water usage by the user, and starts the next system based on the usage data. It is characterized in that the estimated amount of hot water used by the user is obtained and compared with the current amount of hot water stored in the hot water tank.
Further, the fuel cell system stop control method according to the present invention provides a hot water storage tank even when the current hot water storage amount in the hot water storage tank is larger than the estimated amount of hot water usage of the user required until the next system activation. When the temperature of the hot water stored in the battery is lower than a predetermined temperature, the heat of the fuel cell main body is changed to hot water through a heat exchanger and recovered in the hot water storage tank when the system is stopped.
Furthermore, the fuel cell system stop control method according to the present invention includes a heat recovery energy that can be recovered from the fuel cell main body when the system is stopped, and a startup energy reduction amount that is required to raise the temperature of the fuel cell main body at the next start-up. Is compared, and when the heat recovery energy is smaller, heat recovery is not performed.
よって、本発明の燃料電池システムによれば、ユーザによる時間毎の電力使用量や湯使用量など過去の使用状況を示す使用データを格納し、前記冷却水ポンプおよび熱回収ポンプの駆動を制御するコントローラを有し、システム停止時に貯湯槽内における現貯湯量と、次のシステム起動時までのユーザーの湯使用推定量とを算出して比較を行い、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には、前記冷却水ポンプおよび熱回収ポンプを駆動させて前記燃料電池本体で発生した熱を前記熱交換器を介して湯に変えて前記貯湯槽に回収するように構成したので、貯湯槽内の現貯湯量がユーザー湯使用推定量より少ない場合に熱回収するため、湯切れを防止することができるとともに、停止時に貯湯槽内の現貯湯量が十分な場合には熱回収しないので、次の起動時には起動エネルギを低減させて効率よく燃料電池システムを運転することができるようになった。 Therefore, according to the fuel cell system of the present invention, usage data indicating past usage conditions such as hourly power usage and hot water usage by the user is stored, and the driving of the cooling water pump and the heat recovery pump is controlled. It has a controller to calculate and compare the amount of hot water stored in the hot water tank when the system is shut down and the estimated amount of hot water used by the user until the next system startup. When the amount is small, the cooling water pump and the heat recovery pump are driven to convert the heat generated in the fuel cell main body into hot water via the heat exchanger and recovered in the hot water storage tank. Since heat is recovered when the amount of hot water stored in the tank is less than the estimated amount of user hot water used, it is possible to prevent hot water from running out, and when the amount of hot water stored in the hot water tank is sufficient at the time of stoppage, heat recovery is possible. Not because it has become possible to operate the next startup efficiently the fuel cell system by reducing the starting energy during.
また、本発明に係る燃料電池システムの停止制御方法においても、システム停止時に、貯湯槽内における現貯湯量と、次のシステム起動までのユーザーの湯使用推定量との比較を行い、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には燃料電池本体で発生した熱を熱交換器を介して湯に変えて貯湯槽に回収するようにしたので、貯湯槽内の現貯湯量がユーザー湯使用推定量より少ない場合に熱回収するため、湯切れを防止することができるとともに、停止時に貯湯槽内の現貯湯量が十分な場合には熱回収しないので、次の起動時には起動エネルギを低減させて効率よく燃料電池システムを運転することができるようになった。 Further, in the fuel cell system stop control method according to the present invention, when the system is stopped, the current hot water storage amount in the hot water storage tank is compared with the estimated hot water usage amount of the user until the next system start-up, and the current hot water storage amount Is less than the estimated amount of user hot water used, the heat generated in the fuel cell body is converted into hot water via a heat exchanger and recovered in the hot water storage tank. Since heat is recovered when the amount is less than the estimated usage, it is possible to prevent running out of hot water, and heat recovery is not performed when the amount of hot water stored in the hot water tank is sufficient at the time of stoppage. As a result, the fuel cell system can be operated efficiently.
次に、本発明に係る燃料電池システム及びその停止制御方法について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、本実施形態の燃料電池システムを示したブロック図である。
本実施の形態の燃料電池システムは、水蒸気を混合した都市ガスから改質反応によって水素を生成する燃料改質器1を有し、その燃料改質器1によって生成された水素リッチな改質ガスと不図示のブロワから送り込まれる空気(酸化剤ガス)を用いて発電を行う燃料電池本体3とが接続されている。なお、燃料電池本体3の燃料極に送られる燃料は、この改質ガス以外にも純水素、改質ガス以外の水素含有ガスがあり、また直接メタノール型ではメタノールを液体で供給する場合もある。
Next, a fuel cell system and a stop control method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the fuel cell system of the present embodiment.
The fuel cell system of the present embodiment has a fuel reformer 1 that generates hydrogen by a reforming reaction from city gas mixed with steam, and the hydrogen-rich reformed gas generated by the fuel reformer 1 And a fuel cell
燃料改質器1と燃料電池本体3との間には、改質ガス中の余剰水分を回収する凝縮器2が接続されている。また、この燃料電池システムは、燃料電池本体3で発生した熱を回収するための熱交換器4が接続されている。すなわち、燃料電池本体3と熱交換器4との間には冷却水を流す冷却配管6が接続され、その冷却配管6には燃料電池本体3と熱交換器4との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプ8が設けられている。
更に、燃料電池システムには、燃料電池本体3から回収した熱によって暖められた湯を貯めておく貯湯槽5が設けられ、この貯湯槽5と熱交換器4との間には熱回収配管7が接続されている。そして、その熱回収配管7にも貯湯槽5内の水を循環させるための熱回収ポンプ9が設けられている。
A
Further, the fuel cell system is provided with a hot
燃料電池本体3は、燃料改質器1により生成された水素に富んだ改質ガスと不図示のブロアから供給される空気とにより電力が得られ、その際熱も発生する。一方、燃料改質器1で生成された改質ガスは、都市ガスなどの発電原料に水を添加して水素に富んだガスであり、バーナによって加熱されているため高温多湿な状態になっている。従って、燃料改質器1からの改質ガスをそのまま燃料電池本体3へ送り込むと、燃料電池本体3の温度が低いため、その飽和水蒸気が凝縮して電解質膜を過剰に濡らしてしまいフラッディングを引き起こす原因となる。そのため、凝縮器2によって燃料改質器1からの改質ガスについて、その水分を落とすとともに温度を下げて燃料電池本体3へと供給するようにしている。
The fuel cell
一方、運転中の燃料電池本体3は発熱して温度が上がるが、起動時にはその燃料電池本体3自身の温度が低い状態にある。そこで、フラッディングを回避するため前述したように凝縮器2を通して改質ガス中の水分を落とすが、それだけでは十分でないため燃料電池本体3をヒータで暖めるなどしなければならずエネルギを必要とする。そこで、貯湯槽5を備える本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池本体3の温度を上げるのに必要な湯が貯湯槽5内にある場合には、不図示のヒータを使用することなく、その貯湯槽5から熱交換器4へ湯を送り、その熱を冷却水に伝えて燃料電池本体3を昇温させるようにする。
On the other hand, the operating
燃料電池システムの運転時には、燃料電池本体3で発生した熱は冷却配管6の中を流れる冷却水によって外部へ搬送される。すなわち、燃料電池本体3で発生した熱は、冷却水ポンプ8の駆動により燃料電池本体3と熱交換器4との間で冷却水が循環する。このとき、冷却水が燃料電池本体3の熱を奪い熱交換器4側へと伝達する。一方、熱回収ポンプ9の駆動により熱回収配管7を流して熱交換器4へ水が送り込まれると、その熱交換器4で熱交換が行われ湯に変えられる。従って、燃料電池本体3で発生した熱は、こうして湯となって貯湯槽5へ回収される。そして、この湯が家庭などでそのまま使用される他、前述したように燃料電池システムを起動させる際に燃料電池本体3を昇温させるための熱源として使用される。
During operation of the fuel cell system, heat generated in the fuel cell
ところで、本実施形態の燃料電池システムには、このシステム全体を制御するコントローラ10を有し、その記憶装置にはシステムを停止させる際の熱回収を制御する停止制御プログラムが格納されている。また、貯湯槽5には、貯湯槽センサ11が設置されており、この計測信号からコントローラ10では湯量とともに湯温を検出することができるようになっている。すなわち、本実施形態の貯湯槽センサ11としては、例えば複数の熱電対を貯湯槽5の高さ方向に配置させたものが考えられる。これにより、温度測定とともに、各高さの熱電対の測定温度によって湯面の高さを測定することができる。更に、本システムには外気温センサ12が設置され、それがコントローラ11に接続されている。そして、コントローラ11は、前述したように冷却配管6内に冷却水を循環させたり、熱回収配管7に水を流す冷却水ポンプ8や熱回収ポンプ9に対し、駆動制御できるように接続されている。
By the way, the fuel cell system of this embodiment has a
この燃料電池システムでは、ユーザによる時間毎の電力使用量や湯使用量など、過去における使用状況が使用データとして記憶されており、この使用データを基に起動・停止が自動的に行われるようになっている。なお、使用データは、ユーザの生活パターンを燃料電池システムの使用状況からコントローラ10の学習機能によって逐次更新されるようになっている。
そして、本実施形態の特徴である停止制御プログラムもこの使用データを利用し、貯湯槽センサ11や外気温センサ12からの計測信号を参考にしながら冷却水ポンプ8や熱回収ポンプ9の駆動を制御するように構成されている。ここで、図2は、停止制御プログラムによって実行される停止制御方法のフローチャートを示した図である。
In this fuel cell system, past usage conditions such as power consumption and hot water usage by the user are stored as usage data, and start / stop is automatically performed based on this usage data. It has become. The usage data is sequentially updated by the learning function of the
The stop control program, which is a feature of the present embodiment, also uses this use data to control driving of the cooling
コントローラ10は、時間毎の電力使用量や湯使用量に関する使用データから現時点における電力要求や湯要求を予測し(デマンド予測)、燃料電池システムの起動・停止を自動で制御している。
そこで、そのデマンド予測からシステム停止命令が発せられると(S101)、燃料改質器1から燃料電池本体3への改質ガスの送り込みが停止して発電が止められる。このとき、貯湯槽5の貯湯槽センサ11から計測信号がコントローラ10へ送られ、停止時の貯湯量が確認される。一方、コントローラ10では、格納された使用データから次のシステム起動時までにユーザーによって使用される貯湯槽5内の湯量が求められる。
The
Therefore, when a system stop command is issued from the demand prediction (S101), the supply of the reformed gas from the fuel reformer 1 to the fuel cell
従って、システム停止命令があると、貯湯槽5内における現貯湯量と、次のシステム起動までのユーザー湯使用推定量との比較が行われる(S102)。そして、この比較により現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には(S102:NO)、コントローラ10から冷却水ポンプ8や熱回収ポンプ9に駆動信号が送られて熱回収が行われる。すなわち、冷却配管6を流れる冷却水によって燃料電池本体3から熱を奪い、熱交換器4で熱回収配管7を流れる水を湯に換えて貯湯槽5に送り込むことで、燃料電池本体3の熱を回収する(S111)。
Therefore, when there is a system stop command, the current hot water storage amount in the hot
そして、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも多い場合には(S102:YES)、貯湯槽センサ11によって貯湯槽5内に蓄えられた湯の下部温度が確認される(S103)。比較温度は50℃であり、貯湯下部温度が50℃以上の場合には(S103:NO)、コントローラ10から冷却水ポンプ8や熱回収ポンプ9に駆動信号が送られることはなく、熱回収は行われない(S112)。貯湯槽5内に蓄えられた湯の温度が十分であるからである。つまり、本実施形態では、貯湯下部温度が50℃未満の場合には(S103:YES)、貯湯槽5内に蓄えられた湯の温度を上げるための熱回収を一定条件(S104)の下で行うこととしている。
If the current hot water storage amount is larger than the user hot water usage estimation amount (S102: YES), the lower temperature of the hot water stored in the hot
そこで、貯湯下部温度が50℃未満の場合には、システムを停止させる際に熱回収ポンプ9などを駆動させて燃料電池本体3から回収できる熱回収エネルギ(システム毎の固定値)と、次起動時に燃料電池本体3を昇温させるために必要となった起動エネルギ低減量とが比較される(S104)。
システム停止時に熱回収が行われると残った排熱が回収できるが、燃料電池本体3の各部の温度が下がるため、次に起動させる時に燃料電池本体3を昇温させなければならないので起動エネルギが多く必要となる。その一方、システム停止時に熱回収が行われなければ、排熱は残ったままで燃料電池本体3の各部の温度低下を防止する。ただし、次の起動までの時間が長かったり外気温が低い状態では、熱回収を行わなくても燃料電池本体3の各部の温度が下がってしまい、熱回収したときと同じように起動エネルギが必要になってしまう。
Therefore, when the temperature of the hot water storage is lower than 50 ° C., the heat recovery energy (fixed value for each system) that can be recovered from the
If the heat recovery is performed when the system is stopped, the remaining exhaust heat can be recovered. However, since the temperature of each part of the fuel cell
そこで、先ずコントローラ10では、外気温センサ12で測定された外気温の他、熱容量からの計算や実験データを基にマップが作成され、使用データによって確認される次のシステム起動時までの時間から自然放熱量が求められる。そして、回収せずに燃料電池本体3に熱量が残ってもそれは自然放熱によって減少するため、求めた自然放熱量から次にシステム起動させる際に要する起動エネルギである起動エネルギ低減量が求められる。
よって、貯湯下部温度が50℃未満の場合には、この次起動エネルギ低下量と熱回収エネルギとが比較され(S104)、熱回収エネルギの方が小さければ(S104:NO)、コントローラ10からは冷却水ポンプ8や熱回収ポンプ9に駆動信号は送られことなく熱回収は行われない(S113)。この場合は、システム起動時に回収した熱回収エネルギを使用して燃料電池本体3を昇温させるよりも、回収することなく残した排熱の熱量によって燃料電池本体3の温度を保持した方が、必要とする起動エネルギを抑えることができるからである。
Therefore, the
Therefore, when the hot water storage lower temperature is less than 50 ° C., the next startup energy reduction amount is compared with the heat recovery energy (S104), and if the heat recovery energy is smaller (S104: NO), the
一方、熱回収エネルギの方が大きければ(S104:YES)、コントローラ10からは冷却水ポンプ8や熱回収ポンプ9に駆動信号が送られ熱回収が行われる(S114)。この場合は、次のシステム起動まで時間が長かったり外気温が低いため、自然放熱によって次にシステムを起動させる際の起動エネルギを抑えるだけの熱量が燃料電池本体3に残らないため、システム停止時には熱を回収して湯に変えておいた方が燃料電池本体3の排熱を有効に活用できるからである。すなわち、底部の温度が50℃未満になっている貯湯槽5の湯の温度上げることができ、次の起動時の際に燃料電池本体3を昇温させる起動エネルギを蓄えることにもなるからである。
On the other hand, if the heat recovery energy is larger (S104: YES), a drive signal is sent from the
よって、以上説明した燃料電池システム及びその停止制御方法によれば、貯湯槽5内の現貯湯量がユーザー湯使用推定量より少ない場合に熱回収するため、湯切れを防止することができるとともに、停止時に貯湯槽5内の現貯湯量が十分な場合には熱回収しないので、次の起動時には起動エネルギを低減させて効率よく燃料電池システムを運転することができるようになった。
また、貯湯槽5内の現貯湯量が十分な場合でも湯の下部温度を測定して熱回収することにより、湯の温度を適度な値にすることができる。特にその際、熱回収エネルギと起動エネルギの低減量を比較することで熱回収をすべきか否かについて判断しているため、この点でも起動エネルギを低減させて効率よく燃料電池システムを運転することができるようになった。
Therefore, according to the fuel cell system and its stop control method described above, since the heat is recovered when the current hot water storage amount in the hot
Moreover, even when the amount of hot water stored in the
なお、本発明に係る燃料電池システム及びその停止制御方法は、前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 The fuel cell system and the stop control method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the fuel cell system.
1 燃料改質器
2 凝縮器
3 燃料電池本体
4 熱交換器
5 貯湯槽
6 冷却配管
7 熱回収配管
8 冷却水ポンプ
9 熱回収ポンプ
10 コントローラ
11 貯湯槽センサ
12 外気温センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
その燃料電池本体と冷却水ポンプによって冷却水を循環させる冷却配管を介して連結された熱交換器と、
その熱交換器と熱回収ポンプによって水や湯を送り込む熱回収配管を介して連結された貯湯槽と、
ユーザによる時間毎の電力使用量や湯使用量など過去の使用状況を示す使用データを格納し、前記冷却水ポンプおよび熱回収ポンプの駆動を制御するコントローラと、
前記貯湯槽内に蓄えられている湯量を計測するための第1センサとを有し、
前記コントローラは、前記第1センサからの計測結果および前記使用データに基づいて、システム停止時に、前記貯湯槽内における現貯湯量と、次のシステム起動時までのユーザーの湯使用推定量とを算出して比較を行い、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には、前記冷却水ポンプおよび熱回収ポンプを駆動させて前記燃料電池本体で発生した熱を前記熱交換器を介して湯に変えて前記貯湯槽に回収するようにしたものであることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell body that generates power using hydrogen-rich fuel and oxidant gas;
A heat exchanger connected to the fuel cell body and a cooling pipe for circulating cooling water by a cooling water pump;
A hot water tank connected through a heat recovery pipe that feeds water and hot water by the heat exchanger and a heat recovery pump;
A controller that stores usage data indicating past usage conditions such as power consumption and hot water usage by the user every hour, and controls the driving of the cooling water pump and the heat recovery pump;
A first sensor for measuring the amount of hot water stored in the hot water tank,
The controller calculates a current hot water storage amount in the hot water storage tank and an estimated hot water usage amount of the user until the next system start-up when the system is stopped based on the measurement result from the first sensor and the use data. If the current hot water storage amount is less than the estimated user hot water use amount, the heat generated by the fuel cell body is driven via the heat exchanger by driving the cooling water pump and the heat recovery pump. A fuel cell system, wherein the fuel cell system is adapted to be collected in the hot water tank instead of hot water.
前記貯湯槽には湯温を計測するための第2センサが設けられ、前記コントローラは、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも多い場合でも、第2センサから測定された貯湯槽に蓄えられた湯の下部温度が所定温度より低い場合には、前記冷却水ポンプと熱回収ポンプとを駆動させて前記燃料電池本体の熱を前記熱交換器で湯に変えて前記貯湯槽に回収するようにしたものであることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The hot water storage tank is provided with a second sensor for measuring the hot water temperature, and the controller is stored in the hot water storage tank measured from the second sensor even when the current hot water storage amount is larger than the estimated amount of user hot water usage. When the lower temperature of the hot water is lower than a predetermined temperature, the cooling water pump and the heat recovery pump are driven so that the heat of the fuel cell main body is changed to hot water by the heat exchanger and recovered in the hot water storage tank. A fuel cell system characterized by being made.
前記第1センサ及び第2センサは、複数の熱電対を前記貯湯槽の高さ方向に配置させたものであることを特徴とする燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel cell system, wherein the first sensor and the second sensor are a plurality of thermocouples arranged in a height direction of the hot water storage tank.
外気温を測定する外気温センサを有し、前記コントローラは、システム停止時に燃料電池本体から回収できる熱回収エネルギと、次の起動時に燃料電池本体を昇温させるために必要となった起動エネルギ低減量とを比較し、熱回収エネルギの方が小さい場合には熱回収を行わないようにしたものであることを特徴とする燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 2 or 3,
The controller has an outside air temperature sensor that measures outside air temperature, and the controller recovers heat recovery energy that can be recovered from the fuel cell main body when the system is stopped, and the startup energy reduction required to raise the temperature of the fuel cell main body at the next start-up. A fuel cell system characterized in that heat recovery is not performed when the amount of heat recovery energy is smaller than the amount of heat recovery energy.
そのシステム停止時に、貯湯槽内における現貯湯量と、次のシステム起動までのユーザーの湯使用推定量との比較を行い、現貯湯量がユーザー湯使用推定量よりも少ない場合には燃料電池本体で発生した熱を熱交換器を介して湯に変えて貯湯槽に回収するようにしたことを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 The fuel cell body uses the fuel and oxidant gas to generate power. The heat generated in the fuel cell body during power generation is circulated through the cooling water, transferred to the heat exchanger, and further sent to the heat exchanger. A fuel cell system in which water is converted into hot water and heat is collected in a hot water tank,
When the system is shut down, the current hot water storage in the hot water tank is compared with the user's estimated hot water usage until the next system startup. The fuel cell system stop control method is characterized in that the heat generated in is converted into hot water through a heat exchanger and recovered in a hot water storage tank.
ユーザによる時間毎の電力使用量や湯使用量など過去の使用状況を示す使用データを保有し、その使用データを基に次のシステム起動までのユーザーの湯使用推定量を求めて貯湯槽内における現貯湯量との比較を行うことを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 In the fuel cell system stop control method according to claim 5,
Stores usage data indicating past usage conditions, such as the amount of power used and the amount of hot water used by the user, and calculates the estimated amount of hot water usage for the user until the next system startup based on the usage data. A stop control method for a fuel cell system, characterized in that comparison is made with the current hot water storage amount.
貯湯槽内における現貯湯量が、次のシステム起動までに必要とするユーザーの湯使用推定量よりも多い場合であっても、貯湯槽に蓄えられた湯の温度が所定温度より低い場合には、システム停止時に燃料電池本体の熱を熱交換器を介して湯に変えて貯湯槽に回収するようにしたことを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 In the fuel cell system stop control method according to claim 5 or 6,
Even if the amount of hot water stored in the hot water tank is larger than the estimated amount of hot water used by the user until the next system start-up, if the temperature of the hot water stored in the hot water tank is lower than the specified temperature, A fuel cell system stop control method characterized in that when the system is stopped, the heat of the fuel cell main body is changed to hot water via a heat exchanger and recovered in a hot water storage tank.
システム停止時に燃料電池本体から回収できる熱回収エネルギと、次の起動時に燃料電池本体を昇温させるために必要となった起動エネルギ低減量とが比較され、熱回収エネルギの方が小さい場合には熱回収を行わないようにしたことを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 In the fuel cell system stop control method according to claim 7,
If the heat recovery energy that can be recovered from the fuel cell body at the time of system shutdown is compared with the amount of startup energy reduction required to raise the temperature of the fuel cell body at the next startup, and the heat recovery energy is smaller A stop control method for a fuel cell system, wherein heat recovery is not performed.
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JP2004076137A JP2005267944A (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Fuel cell system, and stop control method of the same |
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JP2017048998A (en) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | 長府工産株式会社 | Pure hydrogen type hot water storage unit |
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- 2004-03-17 JP JP2004076137A patent/JP2005267944A/en active Pending
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