JP2006004833A - Front-end system of fuel cell and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池の前置システム及び燃料電池システムに関し、特に一定時間以上所定の流量のガスが流れたときにガスの流れを遮断し且つ所定時間ガスが流れ続けたときに警報を発するメータを通過した商用ガスを燃料ガスに改質する改質装置を有する燃料電池の前置システム、及びこの燃料電池の前置システムを備える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 front system and a fuel cell system, and more particularly to a meter that cuts off a gas flow when a predetermined flow rate of gas flows for a predetermined time or more and issues an alarm when the gas continues to flow for a predetermined time. The present invention relates to a fuel cell pre-system having a reformer for reforming the passed commercial gas into fuel gas, and a fuel cell system including the fuel cell pre-system.
近年の環境保全に対する関心が高まる中、地球温暖化の原因となる二酸化炭素や窒素酸化物等の有害ガスの排出量を大幅に削減することができる燃料電池を備えた発電システムである燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、一般的に、改質器において原料燃料を改質して水素に富む燃料ガスを生成し、生成された燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電するシステムである。原料燃料は、都市ガス、LPG、消化ガス、メタノール、GTL(Gas to Liquid)や灯油などの種種の原料燃料を使用することができるが、特に分散型電源として家庭に燃料電池システムが設置されるときは、入手容易性の観点から都市ガス等の商用ガスが用いられる。 A fuel cell system that is a power generation system equipped with a fuel cell that can significantly reduce emissions of harmful gases such as carbon dioxide and nitrogen oxides, which cause global warming, in recent years, with increasing interest in environmental conservation. Is attracting attention. In general, a fuel cell system reforms a raw material fuel in a reformer to generate a fuel gas rich in hydrogen, and generates electric power by an electrochemical reaction between the generated fuel gas and an oxidant gas containing oxygen. System. As the raw material fuel, various raw material fuels such as city gas, LPG, digestion gas, methanol, GTL (Gas to Liquid) and kerosene can be used. In particular, a fuel cell system is installed at home as a distributed power source. Sometimes, commercial gas such as city gas is used from the viewpoint of availability.
ところで、商用ガスの供給を受けるときは、安全性の観点から所定時間ガスが流れ続けたときに警報を発したり自動的にガスの流れを遮断するメータを介してガスの供給を受ける場合があり、特に家庭で商用ガスの供給を受ける場合が典型例である。このような保護機能を持つメータは一般にマイコンメータと呼ばれている。マイコンメータは、例えば、ゴム管が外れたときのようにガスが不自然に大量に流れた場合や風呂のつけ放しのように必要以上にガスの使用時間が長い場合など、ガスの流量に応じた所定時間以上所定の変動幅内の流量のガスが流れたときに自動的にガスの流れを遮断し、さらに、ゴム管にヒビがありガスが漏れて微小量のガスが所定時間(例えば30日以上)流れ続けた場合のようなときには警報を発するという機能を持つメータである。 By the way, when receiving supply of commercial gas, from the viewpoint of safety, there is a case where the supply of gas is received through a meter that issues an alarm or automatically shuts off the gas flow when the gas continues to flow for a predetermined time. A typical example is the case where commercial gas is supplied at home. A meter having such a protection function is generally called a microcomputer meter. The microcomputer meter can be used in accordance with the gas flow rate, for example, when the gas flows unnaturally in large quantities, such as when the rubber tube is removed, or when the gas usage time is longer than necessary, such as leaving the bath. When a gas having a flow rate within a predetermined fluctuation range flows for a predetermined time or longer, the gas flow is automatically cut off. Furthermore, there is a crack in the rubber tube, the gas leaks and a minute amount of gas flows for a predetermined time (for example, 30 It is a meter that has a function to issue an alarm when it continues to flow for more than a day.
燃料電池も燃料ガスの原料燃料として商用ガスを用いる場合はマイコンメータを通過したガスを改質器に導入することがあり、特に家庭においてはマイコンメータを介してガスの供給を受けることが一般的である。 When using commercial gas as a raw material for fuel gas, the fuel cell may also introduce gas that has passed through the microcomputer meter into the reformer. In general, the gas is supplied through the microcomputer meter at home. It is.
しかしながら、一定の電力負荷が絶えずある場合は、燃料電池を常に運転させるために燃料電池の運転に合わせて改質器に商用ガスを導入していると、所定時間ガスが流れ続けたときに、それが正常な運転であってもマイコンメータはガス漏れがあったと誤認してガスの流れを遮断し又は警報を発する場合がある。マイコンメータによりガスの流れが遮断された結果改質器に導入されるガスの流れが遮断されると燃料ガスの生成が停止され、燃料ガスの供給が絶たれた燃料電池も停止してしまう。また、警報が発せられた場合はユーザーが警報を止めなければならないという煩わしさがあり、警報を止めるためには所定時間(例えば3分以上)マイコンメータがパルスを検出しない状態、すなわちガスの流れが無い状態にしなければならない。警報を止めるために改質器に導入するガスの流れを遮断すると燃料ガスの生成が停止され、燃料ガスの供給が絶たれた燃料電池も停止してしまう。これらのように、思いがけずに燃料電池が停止する時間帯が電力負荷が大きい時間帯であると多くの電力を外部から購入しなければならず、燃料電池システムを導入したメリットを充分に活かすことができない、すなわち運用効率の低下を招くことになる。一方、安全性の観点からマイコンメータの保護機能を無効にすることは難しい。 However, when there is a constant power load constantly, when the commercial gas is introduced into the reformer in accordance with the operation of the fuel cell in order to always operate the fuel cell, when the gas continues to flow for a predetermined time, Even if it is a normal operation, the microcomputer meter may mistakenly recognize that there is a gas leak and cut off the gas flow or issue an alarm. If the flow of gas introduced into the reformer is cut off as a result of the gas flow being cut off by the microcomputer meter, the production of fuel gas is stopped, and the fuel cell from which the supply of fuel gas is cut off is also stopped. In addition, there is an annoyance that the user has to stop the alarm when the alarm is issued. In order to stop the alarm, the microcomputer meter does not detect the pulse for a predetermined time (for example, 3 minutes or more), that is, the gas flow. There must be no state. If the flow of gas introduced into the reformer to stop the alarm is interrupted, the production of fuel gas is stopped, and the fuel cell from which the supply of fuel gas is cut off is also stopped. Like these, if the time period when the fuel cell stops unexpectedly is a time period when the power load is heavy, a lot of power must be purchased from the outside, and the merit of introducing the fuel cell system can be fully utilized. Cannot be performed, that is, the operation efficiency is reduced. On the other hand, it is difficult to disable the protection function of the microcomputer meter from the viewpoint of safety.
本発明は上述の課題に鑑み、マイコンメータの保護機能を無効にすることなく、ガスの流れの遮断を回避し且つマイコンメータによる警報の発生を回避して、燃料電池システムの運用効率の低下を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention avoids shutting off the gas flow and avoiding an alarm by the microcomputer meter without invalidating the protection function of the microcomputer meter, thereby reducing the operation efficiency of the fuel cell system. It aims at providing the fuel cell system which can be suppressed.
上記の目的を達成するために請求項1に記載の燃料電池の前置システムは、例えば図1に示すように、一定時間以上所定の流量のガスが流れたときに該ガスの流れを遮断する機能を持つメータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mを導入し、商用ガスG及び原料燃料mを改質して水素に富む燃料ガスhを生成する改質装置31と;改質装置31に商用ガスG及び原料燃料mを供給する原料供給装置38であって、メータ2を通過した商用ガスGの流量に応じた第1の所定時間が経過するまでの間にメータ2を通過した商用ガスGの流量の変動が所定幅内であったときに、商用ガスGの流量の変動が該所定幅以上となるように商用ガスGに替えて原料燃料mを改質装置31に供給する原料供給装置38とを備える。
In order to achieve the above object, the fuel cell pre-system according to
このように構成すると、第1の所定時間が経過するまでの間にメータを通過した商用ガスの流量の変動が所定幅内であったときに商用ガスの流量の変動が該所定幅以上となるように商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を所定幅以上変動させることができ、メータに備えられたガスの流れを遮断する機能が作動することを回避しつつ燃料電池を連続運転させることができる燃料電池の前置システムとなる。なお、「商用ガス」とは、一般には都市ガスやプロパンガスなどの対価を支払って外部から供給を受けるガスをいうが、これに限らずメータを通して供給される炭化水素系の可燃ガスをいう。また、「水素に富む」とは、典型的には、燃料ガスの75%程度を水素が占める状態である。 If comprised in this way, when the fluctuation | variation of the flow volume of the commercial gas which passed the meter by the time until 1st predetermined time passes will be in a predetermined width, the fluctuation | variation of the flow volume of commercial gas will become more than this predetermined width | variety. As described above, since the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas, the flow rate of the gas passing through the meter can be varied by a predetermined width or more, and the function of blocking the gas flow provided in the meter is activated. This is a fuel cell front system that can continuously operate the fuel cell while avoiding this. The “commercial gas” generally refers to a gas that is supplied from the outside by paying a consideration such as city gas or propane gas, but is not limited thereto, and is a hydrocarbon-based combustible gas that is supplied through a meter. Further, “rich in hydrogen” typically means a state where hydrogen occupies about 75% of the fuel gas.
また、請求項2に記載の燃料電池の前置システムは、例えば図1に示すように、請求項1に記載の燃料電池の前置システム130において、前記原料供給装置に代えて、改質装置31に商用ガスG及び原料燃料mを供給する原料供給装置38であって、メータ2を通過した商用ガスGの流量に応じた第1の所定時間が経過するまでの間に改質装置31に導入された商用ガスGの流量の変動が所定幅内であったときに、商用ガスGの流量の変動が該所定幅以上となるように商用ガスGに替えて原料燃料mを改質装置31に供給する原料供給装置38を備える。
Further, the fuel cell pre-system according to claim 2 is a reformer in place of the raw material supply device in the fuel cell pre-system 130 according to
このように構成すると、第1の所定時間が経過するまでの間に改質装置に導入された商用ガスの流量の変動が所定幅内であったときに、商用ガスの流量の変動が該所定幅以上となるように商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を所定幅以上変動させることが可能になり、メータに備えられたガスの流れを遮断する機能が作動することを回避しつつ燃料電池を連続運転させることができる燃料電池の前置システムとなる。 With this configuration, when the fluctuation in the flow rate of the commercial gas introduced into the reformer before the first predetermined time elapses is within a predetermined range, the fluctuation in the flow rate of the commercial gas is Since the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas so that it exceeds the width, the flow rate of the gas passing through the meter can be varied by a predetermined width or more, and the flow of gas provided in the meter can be changed. This is a fuel cell front system capable of continuously operating the fuel cell while avoiding the operation of the blocking function.
また、請求項3に記載の燃料電池の前置システムは、例えば図1に示すように、第2の所定時間ガスが流れ続けたときに警報を発するメータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mを導入し、商用ガスG及び原料燃料mを改質して水素に富む燃料ガスhを生成する改質装置31と;改質装置31に商用ガスG及び原料燃料mを供給する原料供給装置38であって、メータ2にガスGの流れがあった後第2の所定時間が経過するまでの間メータ2に商用ガスGが流れ続けるときに、第3の所定時間の間商用ガスGに替えて原料燃料mを改質装置31に供給する原料供給装置38を備える。
Further, the fuel cell pre-system according to
このように構成すると、第2の所定時間が経過するまでの間メータに商用ガスが流れ続けるときに、第3の所定時間の間商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を第3の所定時間の間停止することができ、これによりメータが警報を発することを回避しつつ燃料電池を連続運転させることができる燃料電池の前置システムとなる。 With this configuration, when the commercial gas continues to flow through the meter until the second predetermined time elapses, the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas for the third predetermined time. The flow rate of the gas passing through the meter can be stopped for a third predetermined time, thereby providing a fuel cell front system capable of continuously operating the fuel cell while preventing the meter from issuing an alarm. .
ここで、「第2の所定時間」は、典型的には、ゴム管にヒビがあってガスが漏れたときのように、所定の流量のガスが一定時間以上流れたときにメータが警報を発するのに要する時間(例えば30日)である。また、「第3の所定時間」は、典型的には、第2の所定時間の計測を中断するために必要な時間(例えば60分)である。また、「ガスが流れ続ける」とは、第3の所定時間以上連続してガスの流れの停止が無い状態をいう。 Here, the “second predetermined time” typically means that the meter gives an alarm when a predetermined flow rate of gas flows for a certain period of time or more, such as when a gas leaks due to a crack in the rubber tube. This is the time required for departure (for example, 30 days). The “third predetermined time” is typically a time (for example, 60 minutes) required to interrupt the measurement of the second predetermined time. Further, “the gas continues to flow” refers to a state in which the gas flow is not stopped continuously for the third predetermined time or more.
また、請求項4に記載の燃料電池の前置システムは、例えば図1に示すように、請求項3に記載の燃料電池の前置システム130において、前記原料供給装置に代えて、改質装置31に商用ガスG及び原料燃料mを供給する原料供給装置38であって、改質装置31に商用ガスGの流れがあった後第2の所定時間が経過するまでの間改質装置31に商用ガスGが流れ続けるときに、第3の所定時間の間商用ガスGに替えて原料燃料mを改質装置31に供給する原料供給装置38を備える。
Further, the fuel cell pre-system according to claim 4 is a reformer in place of the raw material supply device in the fuel cell pre-system 130 according to
このように構成すると、第2の所定時間が経過するまでの間改質装置に商用ガスが流れ続けるときに、第3の所定時間の間商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を第3の所定時間の間停止することができ、これによりメータが警報を発することを回避しつつ燃料電池を連続運転させることができる燃料電池の前置システムとなる。 With this configuration, when the commercial gas continues to flow through the reformer until the second predetermined time elapses, the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas for the third predetermined time. Therefore, the fuel cell pre-system which can stop the flow rate of the gas passing through the meter for a third predetermined time, thereby allowing the fuel cell to continuously operate while avoiding the meter from issuing an alarm. It becomes.
また、請求項5に記載の燃料電池システムは、例えば図1に示すように、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池の前置システムと130;燃料ガスhを導入して電気化学的反応により発電する燃料電池32とを備える。
In addition, the fuel cell system according to
このように構成すると、継続的に燃料電池に燃料ガスが供給されるので、商用ガスを主たる原料として使用し且つ連続運転が可能な燃料電池システムとなる。 If comprised in this way, since fuel gas is continuously supplied to a fuel cell, it will become a fuel cell system which uses commercial gas as a main raw material and can be continuously operated.
また、例えば図1に示すように、一定時間以上所定の流量のガスが流れたときに該ガスの流れを遮断する機能を持つメータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mを導入し、商用ガスG及び原料燃料mを改質して水素に富む燃料ガスhを生成する改質装置31と;燃料ガスhを導入し電気化学的反応により発電して熱を発生する燃料電池32と;燃料電池32で発生した熱を温水を媒体として蓄えると共に、商用ガスGを導入し燃焼して温水uを加熱する第1の補助加熱器42A及び商用ガスGを導入し燃焼して外部から導入し循環する温水wを加熱する第2の補助加熱器42Bの少なくとも一方を有する貯湯ユニット4と;改質装置31に商用ガスG及び原料燃料mを供給する原料供給装置38であって、メータ2を通過した商用ガスGの流量に応じた第1の所定時間が経過するまでの間に改質装置31に導入された商用ガスGの流量と第1の補助加熱器42A及び第2の補助加熱器42Bの少なくとも一方に導入された商用ガスGの流量との合計の商用ガスGの流量の変動が所定幅内であったときに、商用ガスGの流量の変動が該所定幅以上となるように商用ガスGに替えて原料燃料mを改質装置31に供給する原料供給装置38とを備える燃料電池システム1としてもよい。
Further, as shown in FIG. 1, for example, when a gas having a predetermined flow rate flows for a predetermined time or longer, the commercial gas G that has passed through the meter 2 having a function of blocking the flow of the gas and the raw material fuel m that does not pass through the meter 2 are used. A
このように構成すると、メータを通過した商用ガスの流量に応じた第1の所定時間が経過するまでの間に改質装置に導入された商用ガスの流量と第1の補助加熱器及び第2の補助加熱器の少なくとも一方に導入された商用ガスの流量との合計の商用ガスの流量の変動が所定幅内であったときに、商用ガスの流量の変動が該所定幅以上となるように商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を所定幅以上変動させることが可能になり、メータに備えられたガスの流れを遮断する機能が作動することを回避して燃料電池を連続運転することができる燃料電池システムとなる。 If comprised in this way, the flow volume of the commercial gas introduced into the reformer, the 1st auxiliary heater, and the 2nd until the 1st predetermined time according to the flow volume of the commercial gas which passed the meter passes. When the fluctuation of the total commercial gas flow rate with the commercial gas flow rate introduced into at least one of the auxiliary heaters is within a predetermined range, the fluctuation of the commercial gas flow rate is greater than or equal to the predetermined width. Since the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas, the flow rate of the gas passing through the meter can be varied by a predetermined width or more, and the function of blocking the gas flow provided in the meter is activated. This is a fuel cell system that can continuously operate the fuel cell while avoiding this.
また、例えば図1に示すように、第2の所定時間ガスが流れ続けたときに警報を発するメータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mを導入し、商用ガスG及び原料燃料mを改質して水素に富む燃料ガスhを生成する改質装置31と;燃料ガスhを導入し電気化学的反応により発電して熱を発生する燃料電池32と;燃料電池32で発生した熱を温水を媒体として蓄えると共に、商用ガスGを導入し燃焼して温水uを加熱する第1の補助加熱器42A及び商用ガスGを導入し燃焼して外部から導入し循環する温水wを加熱する第2の補助加熱器42Bの少なくとも一方を有する貯湯ユニット4と;改質装置31に商用ガスG及び原料燃料mを供給する原料供給装置38であって、改質装置31並びに第1の補助加熱器42A及び第2の補助加熱器42Bのいずれか一つに商用ガスGを導入した後第2の所定時間が経過するまでの間改質装置31並びに第1の補助加熱器42A及び第2の補助加熱器42Bのいずれか一つに商用ガスGを導入し続けるときに、第1の補助加熱器42A及び第2の補助加熱器42Bが停止中の第3の所定時間の間商用ガスGに替えて原料燃料mを改質装置31に供給する原料供給装置38を備える燃料電池システム1としてもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 1, the commercial gas G that has passed the meter 2 that issues an alarm when the gas continues to flow for the second predetermined time and the raw material fuel m that does not pass the meter 2 are introduced, and the commercial gas G and A reforming
このように構成すると、第2の所定時間が経過するまでの間改質装置並びに第1の補助加熱器及び第2の補助加熱器のいずれか一つに商用ガスを導入し続けるときに、第1の補助加熱器及び第2の補助加熱器が停止中の第3の所定時間の間商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を第3の所定時間の間遮断することができ、メータが警報を発することを回避して燃料電池を連続運転することができる燃料電池システムとなる。 With this configuration, when the commercial gas is continuously introduced into any one of the reforming device and the first auxiliary heater and the second auxiliary heater until the second predetermined time elapses, Since the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas for the third predetermined time when the first auxiliary heater and the second auxiliary heater are stopped, the flow rate of the gas passing through the meter is changed to the third flow rate. The fuel cell system can be shut off for a predetermined time, and the fuel cell system can continuously operate the fuel cell while preventing the meter from issuing an alarm.
本発明によれば、第1の所定時間が経過するまでの間にメータを通過した商用ガスの流量の変動が所定幅内であったときに該所定幅以上の流量の商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給するので、メータを通過するガスの流量を所定幅以上変動させることができ、メータに備えられたガスの流れを遮断する機能が作動することを回避しつつ燃料電池を連続運転させることができる燃料電池の前置システムとなる。また、第2の所定時間が経過するまでの間に、第3の所定時間の間商用ガスに替えて原料燃料を改質装置に供給する場合は、メータを通過するガスの流量を第3の所定時間の間停止することができ、これによりメータが警報を発することを回避しつつ燃料電池を連続運転させることができる燃料電池の前置システムとなる。 According to the present invention, when the fluctuation of the flow rate of the commercial gas that has passed through the meter before the first predetermined time elapses is within a predetermined range, the raw material is replaced with the commercial gas having a flow rate of the predetermined width or more. Since the fuel is supplied to the reformer, the flow rate of the gas passing through the meter can be varied by a predetermined width or more, and the fuel cell can be operated while avoiding the function of shutting off the gas flow provided in the meter. This is a fuel cell front system that can be operated continuously. When the raw material fuel is supplied to the reformer instead of the commercial gas for the third predetermined time before the second predetermined time elapses, the flow rate of the gas passing through the meter is set to the third flow rate. The fuel cell front system can be stopped for a predetermined time, and the fuel cell can be continuously operated while avoiding the meter from issuing an alarm.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図中、破線は制御信号を表す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or equivalent devices are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the figure, a broken line represents a control signal.
図1を参照して本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1を説明するブロック図である。燃料電池システム1は、燃料電池ユニット3と貯湯ユニット4と消費電力計39と制御装置9と電力を蓄えるバッテリー61とを備えている。
The configuration of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a
燃料電池ユニット3は、メータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mを導入し少なくとも一方を改質装置31に送る原料供給装置38と、原料供給装置38から送られる商用ガスG及び原料燃料mの少なくとも一方を導入して改質し水素に富む燃料ガスhを生成する改質装置31と、燃料ガスhと酸素を含有する酸化剤ガスaとを導入して電気化学的反応により発電し、水及び熱を発生する燃料電池32とを備えている。
The
原料供給装置38は、メータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mを導入し、少なくとも一方を改質装置31に送ることができるように構成されている。原料供給装置38は、メータ2を通過した商用ガスGを導入するノズルと、メータ2を通過しない原料燃料mを導入するノズルと、メータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mの少なくとも一方を導出するノズルとを有している。原料供給装置38は、メータ2を通過した商用ガスGの流量を調整し且つ流れを遮断することができる流量調整弁とメータ2を通過しない原料燃料mの流量を調整し且つ流れを遮断することができる流量調整弁とを備えている。供給される原料燃料mの圧力が不足するときは、原料燃料が気体の場合はファン又はブロワを備え、液体の場合はポンプを備える。原料供給装置38に導入される原料燃料mは、タンクに溜めて燃料電池ユニット3内に保有しておいてもよい。原料供給装置38と制御装置9との間には信号ケーブルが敷設されている。原料供給装置38は、制御装置9からの信号を受信して、メータ2を通過した商用ガスG及びメータ2を通過しない原料燃料mのいずれか一方又は両方を、それぞれの流量調整弁で適切に流量調整した上で改質装置31に送ることができるように構成されている。メータ2を通過した商用ガスGを導入するノズルには配管53が接続されており、配管53にはガス流量計37が配置されている。配管53は燃料電池ユニット3外の配管52に接続されており、配管52にはメータ2が配置されている。
The raw
原料燃料mには、LPG、消化ガス、メタノール、GTL(Gas to Liquid)や灯油のような、改質して水素に富む燃料ガスhを生成することができる原料が用いられる。なお、都市ガス等の商用ガスを用いてもよいが、安全性の観点からガス漏れ時にガスを遮断したり警報を発したりする安全装置を備えていることが好ましい。この安全装置はメータ2と同様の機能を有するメータ2とは別のメータであってもよいが、ここで原料供給装置38に導入される原料燃料mとしての商用ガスは、燃料電池システム1に主として導入される商用ガスではないので本明細書における「メータ2を通過した商用ガス」には該当しない。また、この場合の原料燃料mとしての商用ガスは燃料電池ユニット3(改質装置31)専用に供給されるので、燃料電池ユニット3(改質装置31)内にてガス漏れが検知できるようにしてもよい。
As the raw material fuel m, a raw material that can be reformed to generate a fuel gas h rich in hydrogen, such as LPG, digestion gas, methanol, GTL (Gas to Liquid) and kerosene, is used. Although commercial gas such as city gas may be used, it is preferable to provide a safety device that shuts off gas or issues an alarm when gas leaks from the viewpoint of safety. The safety device may be a meter different from the meter 2 having the same function as that of the meter 2, but the commercial gas as the raw material fuel m introduced into the raw
ガス流量計37と制御装置9との間には信号ケーブルが敷設されている。ガス流量計37は、原料供給装置38に導入されるメータ2を通過した商用ガスGの流量を計測し、計測したガスGの流量を信号として制御装置9に送信することができるように構成されている。
A signal cable is laid between the
メータ2は、一定時間以上所定の流量のガスが流れたときにガスGの流れを遮断し、且つ所定時間ガスが流れ続けたときには警報を発する機能(安全装置)を持っており、マイコンメータと呼ばれることもある。メータ2は、例えば、ゴム管が外れたときのようにガスが不自然に大量に流れた場合や風呂のつけ放しのように必要以上にガスの使用時間が長い場合など、一定時間以上所定の流量のガスが流れたときに自動的にガスの流れを遮断し、さらに、ゴム管にヒビがありガスが漏れて微小量のガスが所定時間流れ続けた場合のようなときには警報を発するように構成されている。メータ2と制御装置9との間には信号ケーブルが敷設され、メータ2を通過するガスGの流量を信号として制御装置9に送信することができるよう構成されている。なお、メータ2を通過したガスGは、改質装置31、補助加熱器42A、42B、及びシステム外のガスコンロ等のガス器具99などに供給される。
The meter 2 has a function (safety device) that shuts off the flow of the gas G when a predetermined flow rate of gas flows for a predetermined time or more and issues an alarm when the gas continues to flow for a predetermined time. Sometimes called. The meter 2 can be used for a predetermined period of time or longer, for example, when a large amount of gas flows unnaturally, such as when the rubber tube is removed, or when the gas usage time is longer than necessary, such as leaving the bath. When the flow rate of gas flows, the gas flow is automatically shut off, and an alarm is issued when there is a crack in the rubber tube and a small amount of gas continues to flow for a specified time. It is configured. A signal cable is laid between the meter 2 and the
メータ2にガスGが流れ始めてから流れを遮断するまでに要する時間は、メータ2を流れるガスGの流量によって異なる。例えば図2に示すように、メータ2を流れるガスGの流量が比較的多い場合はガスGの流れを遮断するまでに要する時間が比較的短かく、メータ2を流れるガスGの流量が比較的少ない場合はガスGの流れを遮断するまでに要する時間が比較的長い。この、ガスGの流量とガスGの流れを遮断するまでに要する時間との関係が「メータを通過した商用ガスの流量に応じた第1の所定時間」に相当する。また、所定時間の計測は、ガスの流量の変動が所定量以上あった場合に中断され、改めて計測される。第1の所定時間の計測を中断するのに必要なガス流量の変動幅は使用するメータによって異なり、典型的には、ある一定時間毎のガスGの流量を積算して、ガスGの積算量が直前の積算量に比べて一定量以上変動していれば第1の所定時間の計測を中断するように構成されている。この第1の所定時間の計測を中断するのに必要なガスの流量の変動幅が「所定幅」に相当する。 The time required from the start of the flow of the gas G to the meter 2 until the flow is cut off depends on the flow rate of the gas G flowing through the meter 2. For example, as shown in FIG. 2, when the flow rate of the gas G flowing through the meter 2 is relatively high, the time required to cut off the flow of the gas G is relatively short, and the flow rate of the gas G flowing through the meter 2 is relatively low. When the amount is small, it takes a relatively long time to block the flow of the gas G. The relationship between the flow rate of the gas G and the time required to shut off the flow of the gas G corresponds to “a first predetermined time corresponding to the flow rate of the commercial gas that has passed through the meter”. Further, the measurement for a predetermined time is interrupted when the fluctuation of the gas flow rate exceeds a predetermined amount, and is measured again. The fluctuation range of the gas flow rate necessary for interrupting the measurement for the first predetermined time differs depending on the meter used. Typically, the accumulated amount of the gas G is obtained by integrating the flow rate of the gas G every certain time. Is configured to interrupt the measurement for the first predetermined time if it fluctuates by a certain amount or more compared to the previous integrated amount. The fluctuation range of the gas flow rate necessary for interrupting the measurement for the first predetermined time corresponds to the “predetermined width”.
また、所定時間ガスが流れ続けたときに警報を発する場合における「所定時間」は、本実施の形態では30日であり、これが第2の所定時間に相当する。また、第2の所定時間ガスが流れ続けていても流れる量が極めて少量であるときはメータ2が警報を発することを回避することができるが、この場合における「極めて少量」とは、一般的に10mL/min程度以下の量なので、実質的に第2の所定時間(30日)以内に一度ガスの流れを遮断する必要がある。また、メータ2は、第2の所定時間(30日)以内に所定時間の間ガスの流れが無い場合にガス漏れがなく正常であると判断し第2の所定時間(30日)の計測を中断して新たに第2の所定時間(30日)の計測を開始するが、この場合の「所定時間」は、本実施の形態では60分であり、これが第3の所定時間に相当する。 Further, the “predetermined time” when the alarm is issued when the gas continues to flow for a predetermined time is 30 days in the present embodiment, and this corresponds to the second predetermined time. Further, even if the gas continues to flow for the second predetermined time, it can be avoided that the meter 2 issues an alarm when the flow amount is very small. In this case, “very small amount” is generally used. Therefore, it is necessary to cut off the gas flow once within the second predetermined time (30 days). Also, the meter 2 determines that there is no gas leakage and is normal when there is no gas flow for a predetermined time within the second predetermined time (30 days), and measures the second predetermined time (30 days). The measurement is interrupted and measurement of the second predetermined time (30 days) is newly started. In this case, the “predetermined time” is 60 minutes in the present embodiment, and this corresponds to the third predetermined time.
改質装置31は、改質に必要な改質熱を得るための燃焼部31aを有する。また、改質装置31は、原料供給装置38から送られてくる商用ガスG及び原料燃料mを導入するノズルと、改質剤sを導入するノズルと、改質反応により生成される燃料ガスhを導出するノズルとを有する。さらに、燃焼部31aに、燃料電池32から排出されるアノードオフガスpを導入するノズルを有する。改質装置31で生成された燃料ガスhを導出するノズルは、燃料電池32の燃料極32aと接続されている。
The
燃料電池32は、固体高分子形燃料電池であり、燃料極32aと空気極32bと冷却水流路32cとを有する。燃料極32aには、改質装置31で生成され導入される燃料ガスhを導入するノズルと、アノードオフガスpを排出するノズルが配置されている。空気極32bには、ブロワ88から送出される酸化剤ガスaを導入するノズルと、カソードオフガスqを排出するノズルが配置されている。冷却水流路32cには、循環ポンプ35により圧送される冷却流体としての冷却水cを導入するノズルと、冷却水cを導出するノズルが配置されている。
The
空気極32bに酸化剤ガスaを送るブロワ88と制御装置9との間には信号ケーブルが敷設されている。ブロワ88は制御装置9からの信号を受信して回転翼の回転数を調整し、燃料極32aに送られる燃料ガスhの流量に応じた流量の酸化剤ガスaを空気極32bに送るように構成されている。
A signal cable is laid between the
改質装置31及び燃料電池32、原料供給装置38を備える燃料電池ユニット3は、さらに燃料電池32で発電された直流電流を交流電流に変換するインバータ33、燃料電池32で発生した熱を貯湯ユニット4に蓄えるために熱交換する熱交換器34、冷却水流路32c及び熱交換器34に冷却水cを循環させる循環ポンプ35、熱交換器34及び貯湯ユニット4に排熱温水tを循環させる循環ポンプ36を備えている。
The
貯湯ユニット4は、燃料電池32からの排熱を温水として蓄える貯湯槽41と、貯湯槽41から導出されて主として給湯に使用される消費温水uを加熱することができる補助加熱器42Aと、主として暖房や浴槽の追い炊き用に循環される循環温水wを加熱することができる補助加熱器42Bと、消費温水uの流量を計測する消費温水流量計49Aと、循環温水wの流量を計測する循環温水流量計49Bとを備えている。
The hot water storage unit 4 includes a hot
貯湯槽41は、上部には温度が上昇した排熱温水tを導入するノズルと給湯器具等の給湯負荷に向けて消費温水uを導出するノズルとが、下部には温度が下がった排熱温水tを熱交換器34に向けて導出するノズルが配置されている。また、貯湯槽41内の上部には電気で発熱する発熱体62が配置されている。
The hot
補助加熱器42Aは、貯湯槽41から導出される温度が高い消費温水uが流れる配管54に配置されている。補助加熱器42Aは、流量調整弁48Aを介して商用ガスGを導入し、導入したガスを燃焼させて配管54内を流れる消費温水uを加熱できるように構成されている。流量調整弁48Aは電動二方弁で、補助加熱器42Aに導入するガスGの流量を調整し、ガスGの流れを遮断できるように構成されている。流量調整弁48Aと制御装置9との間には信号ケーブルが敷設されている。流量調整弁48Aは制御装置9からの信号を受信して弁の開閉動作をすることにより、補助加熱器42AへのガスGの導入を制御して配管54内を流れる消費温水uの温度を制御することができるように構成されている。
The auxiliary heater 42 </ b> A is disposed in the
補助加熱器42Bは、循環温水wが流れる配管55に配置されている。補助加熱器42Bは、流量調整弁48Bを介して商用ガスGを導入し、導入したガスを燃焼させて配管55内を流れる循環温水wを加熱できるように構成されている。流量調整弁48Bは電動二方弁で、補助加熱器42Bに導入するガスGの流量を調整し、ガスGの流れを遮断できるように構成されている。流量調整弁48Bと制御装置9との間には信号ケーブルが敷設されている。流量調整弁48Bは制御装置9からの信号を受信して弁の開閉動作をすることにより、補助加熱器42BへのガスGの導入を制御して配管55内を流れる循環温水wの温度を制御することができるように構成されている。
The
補助加熱器42Aの上流側の配管54には温度検知器43が、下流側の配管54には温度検知器44がそれぞれ配置されている。補助加熱器42Bの上流側の配管55には温度検知器45が、下流側の配管55には温度検知器46がそれぞれ配置されている。各温度検知器43、44、45、46と制御装置9との間には信号ケーブルがそれぞれ敷設されている。温度検知器43、44は配管54内を流れる消費温水uの温度をそれぞれ検知し、検知した消費温水uの温度を信号として制御装置9にそれぞれ送信することができるように構成されている。温度検知器45、46は配管55内を流れる循環温水wの温度をそれぞれ検知し、検知した循環温水wの温度を信号として制御装置9にそれぞれ送信することができるように構成されている。
A
温度検知器44の下流側の配管54及び温度検知器46の下流側の配管55には消費温水流量計49A、循環温水流量計49Bがそれぞれ配置されている。消費温水流量計49Aは、貯湯槽41から導出される消費温水uの量、すなわち給湯負荷の量を計測できるように構成されている。循環温水流量計49Bは、暖房器具や風呂の追い炊き配管を流れる循環温水wの量、すなわち暖房負荷や追い炊き負荷(以下「温水負荷」という。)の量を計測できるように構成されている。消費温水流量計49A、循環温水流量計49Bと制御装置9との間には信号ケーブルがそれぞれ敷設されており、消費温水流量計49A、循環温水流量計49Bで計測される温水の流量の計測結果を随時信号としてそれぞれ制御装置9に送信することができるように構成されている。
A consumed hot
消費電力計39は、燃料電池32で発電されインバータ33で交流に変換された電気と商用電源から供給を受ける電気Eとを導入し、機器の動力や電灯などの電力負荷に電気を供給するように構成されている。消費電力計39は、電力負荷がどれくらいあったか、燃料電池ユニット3の発電量はどれくらいあったか、商用電源から電力の供給をどれくらい受けたかについて計測することができるように構成されている。消費電力計39と制御装置9との間には信号ケーブルが敷設されており、消費電力計39で計測される発電電流の量や電力負荷の計測結果を随時信号として制御装置9に送信することができるように構成されている。
The
制御装置9は、メータ2からのガスG流量の信号を受信して又はガス流量計37からのガスG流量の信号を受信して、燃料電池ユニット3に導入されるガスGの流量とその流量に対応したメータを通過するガスGの流れが遮断されるまでの時間を把握することができるように構成されている。また、制御装置9は、消費温水流量計49A及び温度検知器43、44並びに循環温水流量計49B及び温度検知器45、46からの温水の流量及び温度の信号をそれぞれ受信して、補助加熱器42A、42Bを通過する温水の流量と温度差を把握することにより、貯湯ユニット4に導入されたガスGの流量を把握することができるように構成されている。つまり、補助加熱器42A、42Bで使用されるガスGの量は、理論上、(「温水流量」×「補助加熱器前後の温度差」)/「補助加熱器に導入するガスGに固有の単位流量あたりの発熱量」から導かれる。また、制御装置9は、メータ2、ガス流量計37、消費温水流量計49A及び循環温水流量計49B、温度検知器43、44、45、46から受信したそれぞれの信号に基づいて、メータ2の安全装置が作動してガスGの流れが遮断されてしまうことが無いように、必要に応じて原料供給装置38に信号を送信して商用ガスG及び原料燃料mの選択と流量調整を行なわせて、適切な原料を適正量改質装置31に送らせることができるように構成されている。
The
また、制御装置9は、消費電力計39からの電力負荷計測信号を随時受信して、一日のうちのどの時間帯に電力負荷がどれくらいあったか、燃料電池ユニット3の発電量はどれくらいあったか、商用電源から電力の供給をどれくらい受けたかの計測結果を少なくとも第2の所定時間(30日)分保持できるように構成されている。また、消費温水流量計49Aからの給湯負荷信号及び循環温水流量計49Bからの温水負荷計測信号を随時受信して、一日のうちのどの時間帯に給湯負荷及び温水負荷がどれくらいあったかの計測結果を少なくとも第2の所定時間(30日)分保持できるように構成されている。制御装置9は、消費電力計39並びに消費温水流量計49A及び循環温水流量計49Bから受信したそれぞれの信号に基づいて、燃料電池32での必要な発電量及び必要な温水量を割り出し、必要に応じて原料供給装置38に信号を送信して商用ガスG及び原料燃料mの選択と流量調整を行なわせ、流量調整弁48A、48Bに開度調節信号を送信し、必要に応じてブロワ88に回転数調整信号を送信して燃料電池システム1の運転・停止を制御できるように構成されている。
Further, the
バッテリー61は、燃料電池ユニット3で発電された電力が電力負荷よりも多い場合に余剰電力を蓄えることができるように構成されている。また、バッテリー61は、燃料電池ユニット3で発電された電力が電力負荷よりも少ない場合又は電力負荷がバッテリー61の充電量で足りる場合には、放電して電力負荷の一部又は全部に充当することができるように構成されている。
The
なお、メータ2を通過した商用ガスGは、燃料電池システム1を構成する燃料電池ユニット3及び貯湯ユニット4以外である、燃料電池システム1外のコンロ等のガス器具99にも供給されている。
The commercial gas G that has passed through the meter 2 is also supplied to a
続いて図1を参照して燃料電池システム1の作用について説明する。燃料電池32の起動に際し、原料供給装置38ではメータ2を通過した商用ガスGを導入し、導入した商用ガスGを燃料電池32の発電電流に応じた量に調整して改質装置31に送る。この時点では原料燃料mを導入しない。
Next, the operation of the
改質装置31では、改質用水である改質剤sと原料供給装置38から送られてきたメータ2を通過した商用ガスGとが導入されて改質剤sと商用ガスGとの水蒸気改質反応により水素に富む燃料ガスhが生成される。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応に必要な熱は燃焼部31aで燃焼用ガスが燃焼されることにより得られる。生成された燃料ガスhは燃料電池32の燃料極32aに送られる。
In the
燃料電池32では、燃料極32aに導入された燃料ガスhとブロワ88により空気極32bに導入された酸化剤ガスaとの電気化学的反応により発電し、水と熱を発生する。反応に使われなかった燃料ガスh及び酸化剤ガスaは、それぞれアノードオフガスp、カソードオフガスqとして燃料電池32から排出される。アノードオフガスpは改質装置31の燃焼部31aに導かれ、水蒸気改質反応に必要な熱を得るために燃焼用ガスとして燃焼される。燃料電池32で発電した電流は直流電流であり、インバータ33にて交流電流に変換されて消費電力計39に送電される。水は空気極32bで発生し、発生した水が水蒸気の場合はカソードオフガスqと混合して排出され、水滴の場合は酸化剤ガスaの風圧によりカソードオフガスqと共に排出される。発生した熱は冷却水流路32cを流れる冷却水cにより冷却される。冷却水流路32cで受熱した冷却水cは循環ポンプ35により熱交換器34に圧送され、排熱温水tと熱交換される。
In the
排熱温水tは、貯湯ユニット4の貯湯槽41下部の温度が低い部分から採水されて循環ポンプ36により熱交換器34に圧送される。熱交換器34で冷却水cから受熱して温度が上昇した排熱温水tは、貯湯槽41上部に戻される。温度が上昇して貯湯槽41に戻った排熱温水tは、貯湯槽41の上部から消費温水uとして混合水栓などの給湯負荷に向けて導出される。貯湯槽41から導出される消費温水uの温度が給湯負荷が必要とする温度以上であれば補助加熱器42Aは起動しないが、貯湯槽41から導出される消費温水uの温度が給湯負荷が必要とする温度以下であれば流量調整弁48Aで流量調整されたガスGが補助加熱器42Aに供給されて補助加熱器42Aが起動し、消費温水uを所定の温度になるように加熱する。補助加熱器42Aの発停の判断は温度検知器43で検知される温度に基づいて行なわれ、流量調整弁48Aの開度調整は温度検知器44で検知される温度に基づいて行なわれる。給湯負荷に向けて導出される消費温水uの流量は消費温水流量計49Aで計測され、計測された流量は信号として随時制御装置9に送信される。
The waste heat hot water t is sampled from a portion at a lower temperature of the hot
一方、不図示の暖房器具や風呂の追い炊きなどが運転されると循環温水wが循環を開始し、暖房器具や風呂の追い炊きなどの運転が停止されると循環温水wの循環が停止する。循環温水wが循環している間は、流量調整弁48Bで流量調整されたガスGが補助加熱器42Bに供給されて補助加熱器42Bが起動し、循環温水wを所定の温度になるように加熱する。流量調整弁48Bの開度調整は、温度検知器46で検知される温度に基づいて行なわれる。流れる循環温水wの流量は消費温水流量計49Bで計測され、計測された流量は信号として随時制御装置9に送信される。
On the other hand, when a heating appliance (not shown) or a reheating bath is operated, the circulating hot water w starts to circulate. When an operation such as a heating appliance or a reheating bath is stopped, the circulation of the circulating hot water w stops. . While the circulating hot water w is circulating, the gas G whose flow rate is adjusted by the flow
燃料電池ユニット3から消費電力計39に送電された電流は、不図示の電灯や電気機器などの電力負荷に向けて送電される。燃料電池ユニット3で発電された電力では要求される電力負荷に対して不足する場合は、不足分の電力を商用電源から供給を受け、燃料電池ユニット3で発電された電力と商用電源から供給を受けた電力Eとが合流して電力負荷に送電される。電力負荷に送電される電力は、消費電力計39で計測され、計測された電力は信号として随時制御装置9に送信される。
The current transmitted from the
上述のように商用ガスGから供給を受けメータ2を通過したガスGは、燃料電池ユニット3、貯湯ユニット4、燃料電池システム1外のガス器具99などに分配される。電力負荷が安定していれば、燃料電池ユニット3は一定量のガスを導入して一定量の電流を発電するように運転を続ける。このとき、他のガスを使用する機器の運転も安定している場合はメータ2を通過するガス流量の変動が少なく、ガス流量の変動が所定幅内のままガス流量に対応する第1の所定時間が経過するとメータ2の安全装置が作動してガスGの供給が遮断され、ひいては燃料電池ユニット3で発電することができなくなる。また、燃料電池ユニット3は、一度停止すると再起動から定常運転に至るまでに相当の時間を要し、さらに燃料電池の起動・停止の際には予熱等の発電に供されない燃料を消費する。燃料電池ユニット3で発電されないときは商用電源から電力の供給を受けて電力負荷を賄うことになるが、このような場合は燃料電池ユニット3の立ち上がりに必要な時間や消費する燃料と相俟って、燃料電池システム1のエネルギ損失が大きくなる。
As described above, the gas G supplied from the commercial gas G and passing through the meter 2 is distributed to the
このような不都合を回避するため、ガスGの流量の変動が所定幅内であったときに、メータ2の安全装置が作動してガスGの流れが遮断する前に、所定幅以上の流量のガスGを減らし、減らしたガスGの量から生成される燃料ガスhの量に相当する量の原料燃料mを原料供給装置38を介して改質装置31に導入する。このようにすることでメータ2を通過するガスGの流量を所定幅以上変動させて、マイコンメータの保護機能を無効にすることなくメータ2でガスGの流れが遮断されることを防ぎ、燃料電池32の連続運転を可能にしている。
In order to avoid such an inconvenience, when the fluctuation of the flow rate of the gas G is within a predetermined range, the flow rate of a predetermined width or more is required before the safety device of the meter 2 is activated and the flow of the gas G is interrupted. The amount of the raw material fuel m corresponding to the amount of the fuel gas h generated from the reduced amount of the gas G is introduced into the
また、燃料電池32は電力負荷がある限り運転を続けようとし、燃料電池32の運転を継続するには改質装置31にガスGを導入し続ける必要があるが、メータ2をガスが連続して第3の所定時間(60分)以上停止することなく第2の所定時間(30日)以上流れ続けた場合はメータ2が警報を発し、警報を止めるにはガスの流れを遮断しなければならない。警報を止めるためにガスの流れを遮断しなければならない時間帯が電力負荷が多い時間帯であった場合は、燃料電池ユニット3の発電電力が使用できなくなり運用効率が低下する。また、上述のように、燃料電池は一度停止すると起動して定常運転に戻るまでに相当の時間がかかるため、定常運転になるまでの時間に電力負荷の多い時間帯が来てしまうと効率のよい燃料電池システム1の運転ができなくなる。また、警報を止めるためにガスの流れを遮断しなければならない時間帯が給湯負荷や温水負荷が多い時間帯であったときは、補助加熱器42A、42Bに供給されるガスも遮断されてしまうため要求される温度まで消費温水u及び循環温水wの温度を上昇させることができなくなる。
Further, the
このような不都合を回避するため、燃料電池システム1は、メータ2にガスGの流れがあった後第2の所定時間(30日)が経過するまでの間に、第3の所定時間(60分)の間メータ2を通過した商用ガスGに替えてメータ2を通過しない原料燃料mを改質装置31に導入する。このようにすることで第3の所定時間(60分)以上の間メータ2における商用ガスGの流れを止め、メータ2が警報を発するのを回避して、燃料電池32の連続運転を可能にしている。
In order to avoid such an inconvenience, the
以下、図3及び図4を参照してこれらの不都合を回避する場合の作用をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明で使用する構成の符号については、適宜図1を参照するものとする。 Hereinafter, the operation for avoiding these disadvantages will be described in more detail with reference to FIGS. In addition, about the code | symbol of the structure used by the following description, FIG. 1 shall be referred suitably.
図3は、メータ2によりガスGの流れが遮断されるのを回避して燃料電池32を連続運転する動作を説明するフローチャートである。
改質装置31や補助加熱器42A、42Bなどが起動してメータ2を通過した商用ガスGがこれらに供給されると、メータ2はガスの流れを検知すると共に制御装置9に流量信号を送信する。流量信号を受信した制御装置9は第1の所定時間の計測を開始する(S301)。上述のように第1の所定時間はメータ2を流れるガスの流量によって異なり、ガスGの流量と第1の所定時間との関係は図2に例示してある。図2によると、例えばメータ2を流れるガスGの流量が12L/minのときの第1の所定時間は140分である。この例によると、メータ2を流れるガスGの流量が12L/minから所定幅以上変動しなければ140分経過した時点でメータ2の安全装置が作動し、メータ2を流れるガスGの流れが遮断されることになる。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of continuously operating the
When the
なお、メータ2から直接流量の信号を受信することができない場合は、原料供給装置38の上流に配置されたガス流量計37から受信する信号に基づいて第1の所定時間の計測を開始することにより、燃料電池ユニット3が原因となってメータ2の安全装置が作動することを回避することができる。メータ2から直接流量の信号を受信することができない場合であって、より第1の所定時間の計測を正確に行ないたい場合は、ガス流量計37に加えて消費温水流量計49Aと温度検知器43、44及び循環温水流量計49Bと温度検知器45、46からの信号を受信してこれらへの商用ガスGの供給状況を把握して第1の所定時間の計測を開始してもよい。また、メータ2を通過したガスGの流量の把握は、メータ2の直近下流(メータ2を通過したガスGが各機器に分岐される手前)に流量計を設置して行なってもよい。
When the flow rate signal cannot be directly received from the meter 2, the measurement of the first predetermined time is started based on the signal received from the
第1の所定時間の計測が開始されるとメータ2を通過したガスGの流量の変動が所定幅以上あったか否かの判断をする(S302)。ガスGの流量の変動が所定幅以上あったときは第1の所定時間の計測を開始するステップ(S301)に戻り、ガスGの流量の変動が所定幅以上ないときは次のステップに進む。「所定幅」は、メータ2の安全装置が作動する第1の所定時間の計測を中断するために必要なガスG流量の変動量であり、上述のようにある一定時間毎のガスGの流量を積算して、ガスGの積算量が直前の積算量に比べて一定量以上ガスG流量の変動があるか否かで判断している。 When the measurement for the first predetermined time is started, it is determined whether or not the fluctuation of the flow rate of the gas G that has passed through the meter 2 has exceeded a predetermined width (S302). When the change in the flow rate of the gas G is greater than or equal to the predetermined width, the process returns to the step of starting measurement for the first predetermined time (S301), and when the change in the flow rate of the gas G is not greater than the predetermined width, the process proceeds to the next step. The “predetermined width” is a fluctuation amount of the gas G flow rate necessary for interrupting the measurement of the first predetermined time during which the safety device of the meter 2 operates, and the flow rate of the gas G every certain time as described above. And the accumulated amount of the gas G is determined by whether or not the gas G flow rate has fluctuated by a certain amount or more compared to the immediately preceding accumulated amount.
ガスGの流量の変動が所定幅以上ないときは、第1の所定時間が経過するまでの残り時間が5分以上あるか否かの判断をする(S303)。第1の所定時間が経過するまで残り5分以上あればメータ2を通過したガスGの流量の変動が所定幅以上あったか否かの判断をするステップ(S302)に戻り、残り5分になったときは次のステップに進む。 If the change in the flow rate of the gas G is not greater than the predetermined range, it is determined whether or not the remaining time until the first predetermined time elapses is 5 minutes or more (S303). If the remaining time is 5 minutes or more until the first predetermined time elapses, the process returns to the step (S302) for determining whether or not the fluctuation of the flow rate of the gas G that has passed through the meter 2 is greater than or equal to the predetermined width. When it goes to the next step.
第1の所定時間の計測開始からメータ2を通過したガスGの流量の変動が所定幅以上なく、第1の所定時間が経過するまで残り5分になったときは、制御装置9は原料供給装置38に信号を送信し、所定幅以上のガスGの流量の変動があるように改質装置31に供給するメータ2を通過した商用ガスGの流量を減少させ、減らしたガスGの量から生成される燃料ガスhの量に相当する量の原料燃料mを原料供給装置38を介して改質装置31に導入する(S304)。このようにしてメータ2を通過する商用ガスGの流れが遮断することを回避して、燃料電池32を連続運転することを可能にする。
When the change in the flow rate of the gas G that has passed through the meter 2 from the start of the measurement for the first predetermined time is not more than a predetermined width and the remaining 5 minutes until the first predetermined time elapses, the
所定幅以上のガスGの流量の変動があるように、ガスGに替えて原料燃料mを導入すると第1の所定時間の計測を開始するステップ(S301)に戻り、以下同様のステップを繰り返す。商用ガスGに替えて改質装置に供給した原料燃料mを再び商用ガスGに戻すタイミングは、第1の所定時間の計測が中断されて改めて第1の所定時間の計測が開始された後であればいつでもよい。
上記の、メータ2でガスGの流れが遮断されることを回避する措置と並行して、メータ2が警報を発するのを回避する措置も行なわれる。
When the raw material fuel m is introduced instead of the gas G so that the flow rate of the gas G exceeds the predetermined width, the process returns to the step (S301) for starting the measurement for the first predetermined time, and the same steps are repeated thereafter. The timing for returning the raw material fuel m supplied to the reformer instead of the commercial gas G to the commercial gas G again is after the measurement for the first predetermined time is interrupted and the measurement for the first predetermined time is started again. Anytime if you want.
In parallel with the above-described measure for avoiding the flow of the gas G being blocked by the meter 2, a measure for avoiding the meter 2 from issuing an alarm is also performed.
図4は、メータ2が警報を発するのを回避して燃料電池32を連続運転する動作を説明するフローチャートである。
改質装置31や補助加熱器42A、42Bなどが起動してメータ2を通過した商用ガスGがこれらに供給されると、メータ2はガスの流れを検知すると共に制御装置9に流量信号を送信する。流量信号を受信した制御装置9は第2の所定時間の計測を開始する(S401)。本実施の形態では第2の所定時間は30日である。なお、メータ2から直接流量の信号を受信することができない場合は、上述のメータ2でガスGの流れが遮断されることを回避する措置の場合と同様に、原料供給装置38の上流に配置されたガス流量計37やガス流量計37に加えて消費温水流量計49Aと温度検知器43、44及び循環温水流量計49Bと温度検知器45、46から受信する信号に基づいて第2の所定時間の計測を開始してもよく、メータ2の直近下流に流量計を設置してメータ2を通過したガスGの流量を把握してもよい。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of continuously operating the
When the
第2の所定時間の計測が開始されると、メータ2を通過するガスGの流れが第3の所定時間連続して停止したか否かを判断する(S402)。第3の所定時間連続して停止したときは第2の所定時間の計測を開始するステップ(S401)に戻り、第3の所定時間連続して停止したと認められない場合は次のステップに進む。本実施例では第3の所定時間は60分である。 When the measurement of the second predetermined time is started, it is determined whether or not the flow of the gas G passing through the meter 2 has been continuously stopped for the third predetermined time (S402). When the operation is stopped continuously for the third predetermined time, the process returns to the step (S401) for starting the measurement of the second predetermined time, and when it is not recognized that the operation is continuously stopped for the third predetermined time, the process proceeds to the next step. . In the present embodiment, the third predetermined time is 60 minutes.
メータ2を通過するガスGの流れが第3の所定時間連続して停止したと認められない場合は、第2の所定時間(30日)が経過するまでの残り時間が1時間以上あるか否かの判断をする(S403)。第2の所定時間が経過するまで残り1時間以上あればメータ2を通過するガスGの流れが第3の所定時間(60分)連続して停止したか否かを判断するステップ(S402)に戻り、残り1時間になったときは次のステップに進む。 If it is not recognized that the flow of the gas G passing through the meter 2 has continuously stopped for the third predetermined time, whether or not the remaining time until the second predetermined time (30 days) elapses is 1 hour or more Is determined (S403). In the step (S402) of determining whether or not the flow of the gas G passing through the meter 2 is continuously stopped for the third predetermined time (60 minutes) if the remaining one hour or more until the second predetermined time elapses. Return to the next step when the remaining 1 hour is reached.
第2の所定時間(30日)経過まで残り1時間になったときは、制御装置9は原料供給装置38に信号を送信し、メータ2を通過した商用ガスGの改質装置31への供給を止め、替わりに原料燃料mを少なくとも第3の所定時間(60分)改質装置31に供給する(S404)。このとき、メータ2を通過するガスGの流れは完全に停止される。
When the remaining one hour has elapsed until the second predetermined time (30 days) has elapsed, the
第3の所定時間(60分)以上メータ2を通過した商用ガスGに代替して原料燃料mを改質装置31へ供給したら、改質装置31へ供給する原料を再びメータ2を通過した商用ガスGに戻してもよい(S405)。改質装置31へ第3の所定時間以上商用ガスGに代替して原料燃料mを供給した後、再びメータ2を通過した商用ガスGに戻したときは、第2の所定時間(30日)の計測を開始するステップ(S401)に戻り、以下同様のステップを繰り返す。このようにしてメータ2が警報を発するのを回避して、燃料電池32を連続運転することを可能にする。
When the raw material fuel m is supplied to the
以上の説明では、改質方式は水蒸気改質方式として説明したが、部分酸化改質方式やオートサーマル改質方式であってもよい。部分酸化改質方式やオートサーマル改質方式を採用した場合は燃焼部31aが不要になり、燃料電池ユニット3をコンパクトにすることができる。
In the above description, the reforming method has been described as the steam reforming method, but it may be a partial oxidation reforming method or an autothermal reforming method. When the partial oxidation reforming method or the autothermal reforming method is adopted, the
以上の説明では第2の所定時間は30日、第3の所定時間は60分であるとして説明したが、これらに限定されないことはいうまでもない。 In the above description, the second predetermined time is 30 days, and the third predetermined time is 60 minutes. However, it is needless to say that the second predetermined time is not limited to these.
以上の説明では、第2の所定時間が経過するまでの間にメータ2を通過した商用ガスGに替えてメータ2を通過しない原料燃料mを改質装置31に供給するタイミングを特に考慮しなかったが、電力負荷が最小となる時間帯に切替動作を行なうことにより、原料燃料mの使用を最小限に抑制することができる。また、制御装置9が信号として受信した一日のうちのどの時間帯に給湯負荷及び温水負荷がどれくらいあったかの計測結果から給湯負荷及び温水負荷が無い時間が第3の所定時間以上継続すると予想される時間帯に切替動作を行なうことにより、第2の所定時間の計測の中断を最小時間で行なうことができる。給湯負荷がある時間帯であっても貯湯槽41に十分な蓄熱量があれば切替動作を行なっても第2の所定時間の計測の中断を最小時間で行なうことができる。この場合において、電力負荷並びに給湯負荷及び温水負荷に基づいて商用ガスGと原料燃料mの切替のタイミングを判断してもよいし、電力負荷のみに基づいて、又は電力負荷と給湯負荷に基づいて商用ガスGと原料燃料mの切替のタイミングを判断してもよい。
In the above description, the timing at which the raw material fuel m that does not pass through the meter 2 is supplied to the
以上のように、本実施の形態に係る燃料電池システム1は、メータ2の保護機能を無効にすることなく、メータ2でガスGの流れが遮断されることを回避すると共にメータ2が警報を発するのを回避して連続運転することができる。
As described above, the
1 燃料電池システム
2 メータ
31 改質装置
32 燃料電池
38 原料供給装置
130 燃料電池の前置システム
G 商用ガス
m 原料燃料
h 燃料ガス
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記改質装置に前記商用ガス及び原料燃料を供給する原料供給装置であって、前記メータを通過した商用ガスの流量に応じた第1の所定時間が経過するまでの間に前記メータを通過した商用ガスの流量の変動が所定幅内であったときに、該商用ガスの流量の変動が該所定幅以上となるように前記商用ガスに替えて前記原料燃料を前記改質装置に供給する原料供給装置とを備える;
燃料電池の前置システム。 A commercial gas that has passed a meter that has a function of blocking the flow of gas when a predetermined flow rate of gas flows for a certain period of time or a raw material fuel that does not pass through the meter is introduced to reform the commercial gas and the raw material fuel. A reformer that produces hydrogen-rich fuel gas;
A raw material supply device that supplies the reformer with the commercial gas and raw material fuel, and passes through the meter before a first predetermined time corresponding to the flow rate of the commercial gas that has passed through the meter. When the fluctuation of the flow rate of the commercial gas is within a predetermined range, the raw material that supplies the raw material fuel to the reformer instead of the commercial gas so that the fluctuation of the flow rate of the commercial gas becomes equal to or greater than the predetermined width A supply device;
Fuel cell front system.
請求項1に記載の燃料電池の前置システム。 Instead of the raw material supply device, a raw material supply device that supplies the commercial gas and raw material fuel to the reformer until a first predetermined time corresponding to the flow rate of the commercial gas that has passed through the meter has elapsed. When the fluctuation of the flow rate of the commercial gas introduced into the reformer during the period is within a predetermined range, the commercial gas is changed to the commercial gas so that the fluctuation of the flow rate of the commercial gas is not less than the predetermined width. A raw material supply device for supplying raw material fuel to the reformer;
The fuel cell front system according to claim 1.
前記改質装置に前記商用ガス及び原料燃料を供給する原料供給装置であって、前記メータに前記商用ガスの流れがあった後第2の所定時間が経過するまでの間前記メータに前記商用ガスが流れ続けるときに、第3の所定時間の間前記商用ガスに替えて前記原料燃料を前記改質装置に供給する原料供給装置とを備える;
燃料電池の前置システム。 A commercial gas that has passed a meter that issues an alarm when gas continues to flow for a second predetermined time and a raw material fuel that does not pass through the meter are introduced, and the commercial gas and the raw material fuel are reformed to produce a fuel gas rich in hydrogen. A reformer to produce;
A raw material supply apparatus for supplying the commercial gas and raw material fuel to the reformer, wherein the commercial gas is supplied to the meter until a second predetermined time elapses after the commercial gas flows in the meter. A raw material supply device that supplies the raw material fuel to the reformer instead of the commercial gas for a third predetermined time when
Fuel cell front system.
請求項3に記載の燃料電池の前置システム。 Instead of the raw material supply device, the raw material supply device supplies the commercial gas and the raw material fuel to the reformer, and a second predetermined time elapses after the commercial gas flows in the reformer. A raw material supply device for supplying the raw material fuel to the reforming device instead of the commercial gas for a third predetermined time when the commercial gas continues to flow into the reforming device until
The fuel cell front system according to claim 3.
前記燃料ガスを導入して電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える;
燃料電池システム。
A fuel cell front system according to any one of claims 1 to 4, and
A fuel cell that introduces the fuel gas and generates power by an electrochemical reaction;
Fuel cell system.
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