JP2005347180A - 非常時の安全性が向上する燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建物 - Google Patents

非常時の安全性が向上する燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建物 Download PDF

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Abstract

【課題】 非常時の安全性が向上する燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】 水素を生成する改質器と、改質器が生成した水素によって電力を発電する複数の燃料電池と、改質器から複数の燃料電池へ水素を供給する配管と、配管の内部に残留している水素を非常時に放出する水素放出部とを備えた。燃料電池は、建物の複数の階のそれぞれに設けられている。水素放出部は、複数の階のいずれよりも高い位置に設けられている。建物の震度を検出する震度検出器と、震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部を用いて水素を放出する制御部とを更に備えても良い。震度検出器は、複数の階のそれぞれに設けられている。制御部は、いずれかの震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部を用いて水素を放出する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、非常時の安全性が向上する燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建物に関する。特に本発明は、内部に残留している水素を非常時に放出する、燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建物に関する。
燃料電池を用いた分散型電源においては、燃料改質型の燃料電池システムが知られている。燃料改質型の燃料電池システムは、都市ガス、プロパンガス等を改質して水素を生成する改質器を備え、改質器が生成する水素を燃料電池に供給する(例えば、特許文献1参照。)。
このようなシステムでは、改質器が生成した水素を、配管を経由して燃料電池に供給する。また、燃料電池から排出される、水素を含む排気ガスを、配管を経由して改質器に供給し、改質器で燃焼させる。
特許2972261号公報
従来のシステムでは、燃料電池が非常停止した場合に、改質器から燃料電池に水素を供給する配管内に水素が残留する。このため、改質器を停止したとき、燃料電池の排気ガスを改質器に供給する配管内に、大気開放された改質器から空気が流入すると、水素と反応して爆発する恐れがあった。
また、燃料電池の運転を停止するときに、残留する水素ガスを改質器で燃焼させるシステムでは、地震等の非常時に改質器が破損した場合に、水素ガスを改質器で燃焼できない恐れがある。このように、システムの故障等が発生した場合に、複雑な制御を行わずに水素ガスを継続的に消費させることが困難であった。
したがって、燃料電池を住宅用の電源として用いる場合、例えば地震等の非常時において、複雑な制御を行うことなく水素ガスを安全に外部に排出させることが望ましい。
このような課題を解決するために、本発明の第1の形態における燃料電池システムは、水素を生成する改質器と、改質器が生成した水素によって電力を発電する複数の燃料電池と、改質器から複数の燃料電池へ水素を供給する配管と、配管の内部に残留している水素を非常時に放出する水素放出部とを備えた。このため、非常時の安全性が向上する。
燃料電池は、建物の複数の階のそれぞれに設けられている。水素放出部は、複数の階のいずれよりも高い位置に設けられている。このため、水素を放出させるための動力を使用することなく、いずれの階の配管の内部の水素をも放出することができる。さらに、放出した水素が建物の内部に進入することを防ぐことができる。また、水素放出部が燃焼した場合でも、水素放出部の燃焼によって各階が受ける損害を低減できる。
また本形態における燃料電池システムは、建物の震度を検出する震度検出器と、震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部を用いて水素を放出する制御部とを更に備えた。このため、建物の揺れによって燃料電池が停止して、燃料電池が配管の内部の水素を消費しなくなる場合でも、配管の内部に水素が残留することを防げる。
また、震度検出器は、複数の階のそれぞれに設けられている。制御部は、いずれかの震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部を用いて水素を放出する。このため、建物の揺れによっていずれかの階の燃料電池が停止して、配管の内部の水素を消費しなくなる場合でも、配管の内部に水素が残留することを防げる。
本発明の他の形態における燃料電池システム制御方法は、改質器を用いて水素を生成するステップと、改質器から複数の燃料電池へ配管を用いて水素を供給するステップと、燃料電池を用いて、改質器が生成した水素によって電力を発電するステップと、配管の内部に残留している水素を非常時に水素放出部を用いて放出するステップとを備えた。
本発明の他の形態における建物は、複数の階を有する建物と、水素を生成する改質器と、改質器が生成した水素によって電力を発電する複数の燃料電池と、改質器から複数の燃料電池へ水素を供給する配管と、配管の内部に残留している水素を非常時に放出する水素放出部とを備え、水素放出部は、複数の階のいずれよりも高い位置に設けられている。
また、燃料電池は、建物の複数の階のそれぞれに設けられている。
また本形態における建物は、建物の震度を検出する震度検出器と、震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部を用いて水素を放出する制御部とを更に備えた。震度検出器は、複数の階のそれぞれに設けられている。制御部は、いずれかの震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部を用いて水素を放出する。
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
本発明によれば、水素放出部は配管の内部に残留している水素を非常時に放出する。このため、非常時の安全性が向上する。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の開発手段に必須であるとは限らない。
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム30を備えた建物52の構成の一例を示す図である。本実施形態は、非常時の安全性が向上する燃料電池システムを提供することを目的とする。
燃料電池システム30は、例えば複数の階(10a〜10c、以下10と総称する。)を有する建物52に電力を供給する。建物52において、階10aは最下層の階であり、10cは最上層の階である。燃料電池システム30は、建物52のそれぞれの階10が有する複数の燃料電池サブシステム32を備える。また、燃料電池システム30は、外部配管45、ファン64、水素放出部46、制御部50、および複数の流量制御弁62をさらに備える。
建物52の各階10が有するそれぞれの燃料電池サブシステム32は、改質器40、複数の燃料電池42、複数の負荷54、燃料電池42の各々と改質器40とを接続する配管44、および震度検出器48を備える。
改質器40は水素を生成する。例えば、改質器40は、都市ガス、プロパンガス等を改質することによって水素を生成する。改質器40が生成した水素は、配管44を経由して燃料電池42に供給される。燃料電池42は改質器40が生成した水素によって電力を発電し、燃料電池42の各々に接続された負荷54に電力を供給する。燃料電池42は例えば固体高分子型燃料電池(PEFC)である。例えば、燃料電池42および負荷54は建物52の部屋ごとに設けられ、それぞれの負荷54は、それぞれの負荷54を備える部屋に設けられた燃料電池42から供給される電力を消費する。
震度検出器48は、それぞれの震度検出器48が備えられた階10における震度を検出する。これにより、地震などによって、建物52の階10によって震度が異なるような揺れが発生した場合でも、震度を適切に判断できる。
それぞれの燃料電池サブシステム32が有する配管44は、燃料電池サブシステム32の外部において、外部配管45によって相互に接続される。したがって、改質器40が生成した水素を、いずれの階10に設けられた燃料電池サブシステム32が有する燃料電池42にも供給できる。また、流量制御弁62は、外部配管45に設けられ、各階10の燃料電池サブシステム32のそれぞれが有する配管44の相互の接続と切断を制御する。
水素放出部46は、外部配管45に接続され、配管44の内部に残留している水素を非常時に放出する。さらに水素放出部46は、複数の階10のいずれよりも高い位置に設けられている。水素放出部46は、例えば、上部が建物52の外部に開口することによって、配管44の内部の水素を建物52の外部に放出する。
制御部50は、燃料電池サブシステム32のそれぞれが有する震度検出器48が検出する震度に基づいて、改質器40、燃料電池42、水素放出部46、流量制御弁62、およびファン64を制御する。例えば、制御部50は、震度検出器48が所定以上の震度を検出した場合に、改質器40および燃料電池42が、水素放出部46と流体通路で結合されるよう流量制御弁62を制御して、水素放出部46を用いて配管44の内部の水素を放出させる。このとき制御部50は、改質器40を停止させるとともに、燃料電池42を稼働させて、配管44の内部の水素を消費させる。また、場合によっては、制御部50は、水素放出部46から放出される時間あたりの水素の量を増加させるべくファン64を動作させてもよい。
また、制御部50は、非常時に、水素を放出する必要のある階10の燃料電池サブシステム32を選択し、当該燃料電池サブシステム32が有する改質器40および燃料電池42が、水素放出部46と流体通路で結合されるよう流量制御弁62を制御してよい。また、制御部50は、改質器40が異常停止した場合に、当該改質器40を有する燃料電池システム30の配管44の内部の水素を、水素放出部46を用いて放出させてもよい。
本実施例における燃料電池システム30を備えた建物52によれば、水素放出部46が、配管44の内部に残留している水素を非常時に放出するので、非常時の安全性が向上する。また、水素放出部46が、複数の階10のいずれよりも高い位置に設けられているので、水素を放出させるための動力を使用することなく、いずれの階10の配管44の内部の水素をも放出することができる。さらに、放出した水素が建物52の内部に進入することを防ぐことができる。また、水素放出部46が燃焼した場合でも、水素放出部46の燃焼によって各階10が受ける損害を低減できる。
また、震度検出器48が複数の階10のそれぞれに設けられているので、建物52の階10によって震度が異なるような揺れが発生した場合でも、震度を適切に判断できる。また、制御部50が、震度検出器48が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部46を用いて水素を放出するので、建物52の揺れによって燃料電池42が停止して、燃料電池42が配管44の内部の水素を消費しなくなる場合でも、配管44の内部に水素が残留することを防げる。また、燃料電池42が、建物52の複数の階10のそれぞれに設けられているので、いずれかの階10の燃料電池42が非常時に電力の供給を停止した場合であっても、別の階10の燃料電池42によって電力を負荷54に供給することができる。
図2は、制御部50の動作の詳細を示すフローチャートの一例を示す図である。制御部50は、複数の震度検出器48によって検出された震度の各々について、予め定めた基準震度を超えているか否かを判定する(S302)。
S302において、いずれの震度検出器48によって検出された震度も、予め定めた基準震度を超えていない場合は、S302の判定を繰り返す。
S302において、いずれかの震度検出器48によって検出された震度が、予め定めた基準震度を超えている場合は、制御部50は、改質器40の運転を停止させ(S304)、水素放出部46を開口させる(S306)。さらに、制御部50は、改質器40および燃料電池42が、水素放出部46と流体通路で結合されるよう流量制御弁62を制御する(S308)。
さらに、制御部50は、配管44の内部の水素が放出されたか否かを判断する(S310)。S310において、制御部50は、配管44および外部配管45の内部の水素の濃度に基づいて、配管44の内部の水素が放出されたか否かを判断してよい。この場合、制御部50は、少なくとも水素放出部46、流量制御弁62の近傍、改質器40の近傍、および燃料電池42の近傍における水素の濃度に基づいて、配管44の内部の水素が放出されたか否かを判断することが望ましい。
S310において、配管44の内部の水素が放出されたと判断した場合、水素放出部46を閉口し(S312)、処理を終了する。また、S310において配管44の内部の水素が放出されていないと判断した場合は、S310に処理を移し、配管44の内部の水素が放出されるまでS310の判定を繰り返す。
なお、S302で震度を判断するとき、制御部50に、それぞれの震度検出器48に対応する基準震度が予め与えられ、それぞれの震度検出器48が検出した震度が、対応する基準震度より大きい場合に、S304に処理を進めてもよい。
また、S304で制御部50が改質器40を停止させるとき、基準震度を越える震度を検出した震度検出器48が設置された階以上の階10が有する燃料電池サブシステム32の改質器40を停止するよう制御してもよい。この場合S308において、制御部50は、当該燃料電池サブシステム32の改質器40および燃料電池42が、水素放出部46と流体通路で結合するよう、流量制御弁62を制御する。
また、S304において制御部50は、改質器40が運転を停止してから、予め定めた期間、運転を停止した改質器40から水素を供給される燃料電池42を稼働させ、当該改質器40と当該燃料電池42との間の配管44の内部に残存する水素を消費させてもよい。このために制御部50は、改質器40が水素の供給を開始してから水素の供給を停止するまでの間に、改質器40が生成した水素の量をそれぞれの改質器40に対応づけて管理し、さらに、改質器40が水素の供給を開始してから水素の供給を停止するまでの間に、燃料電池42が消費した水素の量を燃料電池42に対応づけて管理する。そして、制御部50は、改質器40が水素の供給を停止したときに、配管44の内部に残留している水素の量を算出し、配管44の内部に残留している水素を燃料電池42が消費するのに要する期間、燃料電池42を稼働させてよい。燃料電池42は、このとき余剰に生成した電力を、例えば接地電位に放電することが好ましい。
また、制御部50は、発電を停止していない燃料電池42がある場合に、発電を停止した燃料電池42が、電力を供給するべき負荷54に電力を供給させることが好ましい。例えば通常時、それぞれの燃料電池42は、それぞれの燃料電池42を備える部屋が有する負荷54に電力を供給する。非常時にいずれかの燃料電池42が停止した場合、制御部50は、停止していない燃料電池42と負荷54とを接続し、停止していない燃料電池42から、電力を供給するべき負荷54に電力を供給する。
また、複数の負荷54には、予め優先度が定められており、制御部50は、いずれかの燃料電池42の発電を停止した場合に、発電を停止していない燃料電池42の総発電力と、負荷54の優先度とに基づいて、電力を供給するべき負荷54を選択して、電力を供給してもよい。
また、制御部50は、それぞれの燃料電池サブシステム32ごとに、それぞれの負荷54の優先度に基づいて、停止していない燃料電池42に接続するか否かを制御してもよい。例えば、地震時にいずれかの燃料電池42を停止した場合においても、制御部50は、それぞれの燃料電池サブシステム32に予め定められた電力を分配し、それぞれの燃料電池サブシステム32において優先度の高い負荷54を、停止していない燃料電池42に接続する。
以上説明した動作により、制御部50が、いずれかの震度検出器48が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部46を用いて水素を放出するので、建物52の揺れによっていずれかの階10の燃料電池42が停止して、配管44の内部の水素を消費しなくなる場合でも、配管44の内部に水素が残留することを防げる。
なお、本実施例では、建物52の各階10に改質器40が設置されているが、他の方法としては、建物52に一の改質器40を設け、外部配管45に改質器40を接続して全ての燃料電池42に水素を供給してもよい。この場合、建築物52の最下層の階10aに改質器40を設置することが望ましい。また、非常時には、改質器40を停止し、流量制御弁62を制御して配管44内の水素を水素放出部46から放出する。なお非常時に、ある階10より下層の階10が有する燃料電池サブシステム32の燃料電池42のみに水素を供給する場合には、改質器40の運転を継続させ、当該燃料電池サブシステム32の燃料電池42に水素を供給すべく流量制御弁62を制御する。さらに、当該燃料電池サブシステム32以外の燃料電池42が、水素放出部46と流体通路で結合されるよう流量制御弁62を制御し、水素放出部46から水素を放出する。
図3は、制御部50が有するコンピュータ500の構成の一例を示す図である。本例において、コンピュータ500は、燃料電池システムを図1および図2において説明した、燃料電池システム30として機能させるプログラムを格納する。
コンピュータ500は、CPU700と、ROM702と、RAM704と、通信インターフェース706と、ハードディスクドライブ710と、フレキシブルディスクドライブ712と、CD−ROMドライブ714とを備える。CPU700は、ROM702、RAM704、ハードディスクドライブ710、フレキシブルディスク720、及び/又はCD−ROM722に格納されたプログラムに基づいて動作する。
例えば、燃料電池システム30を機能させるプログラムは、コンピュータ500を、図1および図2に関連して説明した制御部50として機能させ、燃料電池システムを機能させる。
通信インターフェース706は、例えば改質器40、燃料電池42、震度検出器48、水素放出部46、流量制御弁62、およびファン64と通信し、それぞれの状態等に関する情報を受信し、またそれぞれを制御する制御信号を送信する。格納装置の一例としてのハードディスクドライブ710、ROM702、又はRAM704は、設定情報、及びCPU700を動作させるためのプログラム等を格納する。また、当該プログラムは、フレキシブルディスク720、CD−ROM722等の記録媒体に格納されていてもよい。
フレキシブルディスクドライブ712は、フレキシブルディスク720がプログラムを格納している場合、フレキシブルディスク720からプログラムを読み取りCPU700に提供する。CD−ROMドライブ714は、CD−ROM722がプログラムを格納している場合、CD−ROM722からプログラムを読み取りCPU700に提供する。
また、プログラムは記録媒体から直接RAMに読み出されて実行されても、一旦ハードディスクドライブ710にインストールされた後にRAM704に読み出されて実行されてもよい。更に、上記プログラムは単一の記録媒体に格納されても複数の記録媒体に格納されても良い。また記録媒体に格納されるプログラムは、オペレーティングシステムとの共同によってそれぞれの機能を提供してもよい。例えば、プログラムは、機能の一部または全部を行うことをオペレーティングシステムに依頼し、オペレーティングシステムからの応答に基づいて機能を提供するものであってもよい。
プログラムを格納する記録媒体としては、フレキシブルディスク、CD−ROMの他にも、DVD、PD等の光学記録媒体、MD等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、ICカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリー等を用いることができる。又、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはRAM等の格納装置を記録媒体として使用してもよい。
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、水素放出部46は配管44の内部に残留している水素を非常時に放出するので、非常時の安全性が向上する。
また、水素放出部46は複数の階10のいずれよりも高い位置に設けられているので、水素を放出させるための動力を使用することなく、いずれの階10の配管44の内部の水素をも放出することができる。さらに、放出した水素が建物52の内部に進入することを防ぐことができる。また、水素放出部46が燃焼した場合でも、水素放出部46の燃焼によって各階10が受ける損害を低減できる。
制御部50は、震度検出器48が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部46を用いて水素を放出するので、建物52の揺れによって燃料電池42が停止して、燃料電池42が配管44の内部の水素を消費しなくなる場合でも、配管44の内部に水素が残留することを防げる。
震度検出器48は複数の階10のそれぞれに設けられているので、建物52の階10によって震度が異なるような揺れが発生した場合でも、震度を適切に判断できる。また制御部50は、いずれかの震度検出器48が所定以上の震度を検出した場合に、水素放出部46を用いて水素を放出するので、建物52の揺れによっていずれかの階10の燃料電池42が停止して、配管44の内部の水素を消費しなくなる場合でも、配管44の内部に水素が残留することを防げる。
また、燃料電池42は建物52の複数の階10のそれぞれに設けられているので、いずれかの階10の燃料電池42が非常時に電力の供給を停止した場合であっても、別の階10の燃料電池42によって電力を供給することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
本発明の実施形態に係る燃料電池システム30を備えた建物52の構成の一例を示す。 制御部50の動作の詳細を示すフローチャートの一例を示す。 制御部50が有するコンピュータ500の構成の一例を示す。
符号の説明
10・・・階、30・・・燃料電池システム、32・・・燃料電池サブシステム、40・・・改質器、42・・・燃料電池、44・・・配管、45・・・外部配管、46・・・水素放出部、48・・・震度検出器、50・・・制御部、52・・・建物、54・・・負荷、62・・・流量制御弁、64・・・ファン、500・・・コンピュータ、700・・・CPU、702・・・ROM、704・・・RAM、706・・・通信インターフェース、710・・・ハードディスクドライブ、712・・・フレキシブルディスクドライブ、714・・・CD−ROMドライブ、720・・・フレキシブルディスク、722・・・CD−ROM

Claims (11)

  1. 水素を生成する改質器と、
    前記改質器が生成した水素によって電力を発電する複数の燃料電池と、
    前記改質器から複数の前記燃料電池へ水素を供給する配管と、
    前記配管の内部に残留している水素を非常時に放出する水素放出部と
    を備える燃料電池システム。
  2. 前記燃料電池は、建物の複数の階のそれぞれに設けられており、
    前記水素放出部は、前記複数の階のいずれよりも高い位置に設けられている請求項1に記載の燃料電池システム。
  3. 前記建物の震度を検出する震度検出器と、
    前記震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、前記水素放出部を用いて水素を放出する制御部と
    を更に備える請求項2に記載の燃料電池システム。
  4. 前記震度検出器は、前記複数の階のそれぞれに設けられており、
    前記制御部は、いずれかの前記震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、前記水素放出部を用いて水素を放出する請求項3に記載の燃料電池システム。
  5. 改質器を用いて水素を生成するステップと、
    前記改質器から複数の燃料電池へ配管を用いて水素を供給するステップと、
    燃料電池を用いて、前記改質器が生成した水素によって電力を発電するステップと、
    前記配管の内部に残留している水素を非常時に水素放出部を用いて放出するステップと
    を備える燃料電池システム制御方法。
  6. 震度検出器を用いて建物の震度を検出するステップと、
    前記震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、前記水素放出部を用いて水素を放出する制御ステップと
    を更に備える請求項5に記載の燃料電池システム制御方法。
  7. 前記震度検出器は、複数の階のそれぞれに設けられており、
    前記制御ステップは、いずれかの前記震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、前記水素放出部を用いて水素を放出する請求項6に記載の燃料電池システム制御方法。
  8. 複数の階を有する建物と、
    水素を生成する改質器と、
    前記改質器が生成した水素によって電力を発電する複数の燃料電池と、
    前記改質器から複数の前記燃料電池へ水素を供給する配管と、
    前記配管の内部に残留している水素を非常時に放出する水素放出部と
    を備え、
    前記水素放出部は、前記複数の階のいずれよりも高い位置に設けられている建物。
  9. 前記燃料電池は、建物の複数の階のそれぞれに設けられている請求項8に記載の建物。
  10. 前記建物の震度を検出する震度検出器と、
    前記震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、前記水素放出部を用いて水素を放出する制御部と
    を更に備える請求項9に記載の建物。
  11. 前記震度検出器は、前記複数の階のそれぞれに設けられており、
    前記制御部は、いずれかの前記震度検出器が所定以上の震度を検出した場合に、前記水素放出部を用いて水素を放出する請求項10に記載の建物。
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