JP2007305327A - Fuel cell power generation monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電監視システムに関し、特に保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能な燃料電池発電監視システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell power generation monitoring system, and in particular, greatly reduces the number of man-hours required for maintenance, accurately monitors the deterioration state inside the fuel cell, records the state of deterioration, and provides information on the usage history. It relates to a possible fuel cell power generation monitoring system.
我が国では２００５年度より、家庭用燃料電池発電システムの実証試験が開始された。実際の長期利用に関して燃料電池発電システムの問題点の洗い出しや耐久性を調査する目的で、２００５年度は全国で４８０台の燃料電池発電システムが実証試験に入った。今後、２０１０年までに段階的に試験システム数を増やす計画である。燃料電池発電システム内には、センサが配置され水素漏洩や発電異常等の安全面や機能面の監視を実施している。 In Japan, a demonstration test of a household fuel cell power generation system started in FY2005. In fiscal 2005, 480 fuel cell power generation systems entered the verification test nationwide in order to identify problems and investigate durability of the fuel cell power generation system for actual long-term use. In the future, the number of test systems will be gradually increased by 2010. Sensors are arranged in the fuel cell power generation system to monitor safety and functional aspects such as hydrogen leakage and power generation abnormality.
従来の燃料電池発電監視システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。 Prior art documents related to a conventional fuel cell power generation monitoring system include the following.
図９はこのような従来の燃料電池発電監視システムの一例を示す構成ブロック図である。図９において１は電圧、温度及び圧力等を測定する測定手段、２は演算制御手段である。１００は被測定対象である燃料電池発電システムであり、測定手段１及び演算制御手段２は燃料電池発電監視システム１０１を構成している。 FIG. 9 is a block diagram showing an example of such a conventional fuel cell power generation monitoring system. In FIG. 9, 1 is a measuring means for measuring voltage, temperature, pressure and the like, and 2 is an arithmetic control means. Reference numeral 100 denotes a fuel cell power generation system to be measured, and the measuring means 1 and the calculation control means 2 constitute a fuel cell power generation monitoring system 101.
燃料電池発電監視システム１００は測定手段１に接続され、測定手段１は演算制御手段２に接続される。 The fuel cell power generation monitoring system 100 is connected to the measuring means 1, and the measuring means 1 is connected to the calculation control means 2.
ここで、図９に示す従来例の動作を図１０を用いて説明する。図１０は燃料電池発電システム１００の構成ブロック図である。 Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 9 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a configuration block diagram of the fuel cell power generation system 100.
図１０において３は都市ガスに含まれる硫黄分を除去する脱硫器、４は水素を主成分とする改質ガスを取り出す改質器、５は燃料電池本体、６は燃料電池本体５に空気を供給する空気供給装置、７は直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、８は燃料電池本体６から得られる熱を取り出す熱交換器、９はお湯を貯めておく貯湯槽、１０はお湯を供給する補助加熱器である。 In FIG. 10, 3 is a desulfurizer for removing sulfur contained in city gas, 4 is a reformer for taking out reformed gas mainly composed of hydrogen, 5 is a fuel cell body, 6 is air to the fuel cell body 5. An air supply device to be supplied, 7 is an inverter for converting a DC voltage into an AC voltage, 8 is a heat exchanger for extracting heat obtained from the fuel cell main body 6, 9 is a hot water storage tank for storing hot water, and 10 is for supplying hot water. Auxiliary heater.
また、脱硫器３、改質器４、燃料電池本体５、空気供給装置６、インバータ７及び熱交換器８は燃料電池ユニット５０を構成し、貯湯槽９及び補助加熱器１０は貯湯ユニット５１を構成している。燃料電池ユニット５０及び貯湯ユニット５１は燃料電池発電システム１００を構成している。 Further, the desulfurizer 3, the reformer 4, the fuel cell main body 5, the air supply device 6, the inverter 7 and the heat exchanger 8 constitute a fuel cell unit 50, and the hot water tank 9 and the auxiliary heater 10 constitute a hot water storage unit 51. It is composed. The fuel cell unit 50 and the hot water storage unit 51 constitute a fuel cell power generation system 100.
都市ガスを供給するための供給管は脱硫器３の気体導入口に接続され、脱硫器３を経由したガスは改質器４の気体導入口に供給される。改質器４で生成された改質ガスは燃料電池本体５の一方の気体導入口に供給される。また、燃料電池本体５の出力端子はインバータ７の入力端子に接続され、インバータ７の一方の出力端子は燃料電池本体５の入力端子に接続される。 A supply pipe for supplying city gas is connected to the gas inlet of the desulfurizer 3, and the gas passing through the desulfurizer 3 is supplied to the gas inlet of the reformer 4. The reformed gas generated by the reformer 4 is supplied to one gas inlet of the fuel cell main body 5. The output terminal of the fuel cell body 5 is connected to the input terminal of the inverter 7, and one output terminal of the inverter 7 is connected to the input terminal of the fuel cell body 5.
空気を供給するための供給管は空気供給装置６の気体導入口に接続され、空気供給装置６からの空気は燃料電池本体５の他方の気体導入口に供給される。インバータ７の他方の出力は交流電圧として出力される。 A supply pipe for supplying air is connected to a gas introduction port of the air supply device 6, and air from the air supply device 6 is supplied to the other gas introduction port of the fuel cell main body 5. The other output of the inverter 7 is output as an AC voltage.
燃料電池本体５の熱媒体排出口は熱交換器８の熱媒体導入口に接続され、熱交換器８の熱媒体排出口は燃料電池本体５の熱媒体導入口に接続される。貯湯槽９からの循環水は熱交換器８の循環水導入口に供給され、熱交換器８からの循環水は貯湯槽９の循環水導入口に供給される。 The heat medium outlet of the fuel cell main body 5 is connected to the heat medium inlet of the heat exchanger 8, and the heat medium outlet of the heat exchanger 8 is connected to the heat medium inlet of the fuel cell body 5. Circulating water from the hot water tank 9 is supplied to the circulating water inlet of the heat exchanger 8, and circulating water from the heat exchanger 8 is supplied to the circulating water inlet of the hot water tank 9.
また、水道管は貯湯槽９の導入口に接続され、貯湯槽９からのお湯は補助加熱器１０の導入口に供給される。そして、補助加熱器１０を経由して外部にお湯が供給される。 The water pipe is connected to the inlet of the hot water tank 9, and hot water from the hot water tank 9 is supplied to the inlet of the auxiliary heater 10. Then, hot water is supplied to the outside via the auxiliary heater 10.
都市ガスは脱硫器３に入ると改質触媒に有害である硫黄分が除去され、さらに、改質器４で水素を主成分とする改質ガスが取り出される。そして、この改質ガスが燃料電池本体５に実装されているセルの燃料極（以下、単に燃料極という。）に供給される。一方、空気供給装置６により空気が燃料電池本体５に実装されているセルの空気極（以下、単に空気極という。）に供給される。 When the city gas enters the desulfurizer 3, sulfur content that is harmful to the reforming catalyst is removed, and further, the reformer 4 takes out the reformed gas mainly composed of hydrogen. Then, the reformed gas is supplied to the fuel electrode (hereinafter simply referred to as the fuel electrode) of the cell mounted on the fuel cell main body 5. On the other hand, air is supplied to an air electrode (hereinafter simply referred to as an air electrode) of a cell mounted on the fuel cell body 5 by the air supply device 6.
そして、燃料極に供給された水素が触媒により水素イオンと電子に分解される。電子は直流電流としてインバータ７に入力され、水素イオンは固体高分子膜を通って空気極に移動する。インバータ７に入力された電子は空気極に戻され、水素イオンは空気極に供給された空気中の酸素及び電子と結合して水となる。 The hydrogen supplied to the fuel electrode is decomposed into hydrogen ions and electrons by the catalyst. Electrons are input to the inverter 7 as a direct current, and hydrogen ions move to the air electrode through the solid polymer film. Electrons input to the inverter 7 are returned to the air electrode, and hydrogen ions are combined with oxygen and electrons in the air supplied to the air electrode to become water.
この時、同時に熱が発生し、この熱は熱交換器８に送られる。貯湯槽９には水が供給され、この水が熱交換器８と貯湯槽９を循環することにより温められる。貯湯槽９に貯められたお湯は必要な時に補助加熱器１０を経由して供給される。補助加熱器１０は、貯湯槽９に貯められたお湯で供給しきれない時に、貯湯槽９に供給された水を加熱してお湯を作り出し、供給する。 At this time, heat is generated at the same time, and this heat is sent to the heat exchanger 8. Water is supplied to the hot water tank 9, and this water is heated by circulating through the heat exchanger 8 and the hot water tank 9. Hot water stored in the hot water tank 9 is supplied via the auxiliary heater 10 when necessary. When the auxiliary heater 10 cannot supply the hot water stored in the hot water tank 9, the auxiliary heater 10 heats the water supplied to the hot water tank 9 to produce hot water.
図９に示す従来例では、このような燃料電池発電監視システム１００の運転時の電池電圧、温度、運転圧力及び水蒸気圧力等の物理状態諸量を測定手段１に取り込み、これらのデータを演算制御手段２に送り、所定のプログラムを用いて電極基体の腐食進行速度、腐食量及び腐食量積算値を求める。 In the conventional example shown in FIG. 9, physical state quantities such as battery voltage, temperature, operating pressure, and water vapor pressure during operation of the fuel cell power generation monitoring system 100 are taken into the measuring means 1 and these data are arithmetically controlled. It sends to the means 2 and calculates | requires the corrosion progress rate, corrosion amount, and corrosion amount integrated value of an electrode base | substrate using a predetermined program.
この結果、燃料電池発電システム１００の運転時の電池電圧、温度、運転圧力及び水蒸気圧力等の物理状態諸量を測定手段１に取り込み、これらのデータを演算制御手段２に送り、所定のプログラムを用いて電極基体の腐食進行速度、腐食量及び腐食量積算値を求めることにより、燃料電池を停止して目視及び触診を行う必要が無くなるので、電極基体の腐食状況を容易に把握することが可能になる。 As a result, the physical state quantities such as the battery voltage, temperature, operating pressure, and water vapor pressure during operation of the fuel cell power generation system 100 are taken into the measuring means 1 and these data are sent to the arithmetic control means 2 to execute a predetermined program. By using the electrode substrate to determine the corrosion progress rate, corrosion amount, and integrated value of corrosion amount, it is not necessary to stop the fuel cell and perform visual inspection and palpation, so it is possible to easily grasp the corrosion state of the electrode substrate. become.
しかし、図９に示す従来例では、プログラムで使用される演算式は決められているため、燃料電池発電システム１００を構成する部材が変わった時は、その部材に合わせて演算式も変えなければならないので、プログラムの保守に膨大な工数がかかるという問題点があった。 However, in the conventional example shown in FIG. 9, since the arithmetic expression used in the program is determined, when the member constituting the fuel cell power generation system 100 is changed, the arithmetic expression must be changed in accordance with the member. Therefore, there is a problem that it takes a lot of man-hours to maintain the program.
従って本発明が解決しようとする課題は、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能な燃料電池発電監視システムを実現することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to greatly reduce the man-hours required for maintenance, accurately monitor the deterioration state inside the fuel cell power generation system, record the state of deterioration, and provide information on the history of the use state Is to realize a fuel cell power generation monitoring system capable of
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
燃料電池発電システムを監視する燃料電池発電監視システムにおいて、
燃料電池発電システムの各部の物理量を測定するセンサと、ネットワークに相互に接続され、前記センサから得られる物理量を収集し、データに変換するデータ収集装置と、前記データを前記ネットワークを介して受信し、前記データに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させ、前記燃料電池発電システムの動作を模擬して得られた値を監視する演算制御装置とを備えたことにより、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視することが可能になる。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In a fuel cell power generation monitoring system for monitoring a fuel cell power generation system,
Sensors that measure physical quantities of each part of the fuel cell power generation system, a data collection device that is mutually connected to a network, collects physical quantities obtained from the sensors, and converts them into data, and receives the data via the network And an arithmetic and control unit that changes the parameters of the simulation model to follow the data and monitors the values obtained by simulating the operation of the fuel cell power generation system. Therefore, it is possible to accurately monitor the deterioration state inside the fuel cell power generation system.
請求項２記載の発明は、
燃料電池発電システムを監視する燃料電池発電監視システムにおいて、
燃料電池発電システムの各部の物理量を測定するセンサと、第１のネットワークに相互に接続され、前記センサから得られる物理量を収集し、データに変換するデータ収集装置と、前記第１のネットワーク及び第２のネットワークにそれぞれ相互に接続され、前記データを格納するデータベースと、前記データを前記第２のネットワークを介して前記データベースから取得し、前記データに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させ、前記燃料電池発電システムの動作を模擬して得られた値を監視する演算制御装置とを備えたことにより、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。
The invention according to claim 2
In a fuel cell power generation monitoring system for monitoring a fuel cell power generation system,
Sensors that measure physical quantities of respective parts of the fuel cell power generation system, a data collection device that is mutually connected to the first network, collects physical quantities obtained from the sensors, and converts them into data, the first network, and the first network Two databases connected to each other, the database storing the data, the data is acquired from the database via the second network, and the parameters of the simulation model are changed to follow the data, By providing an arithmetic and control unit that monitors the values obtained by simulating the operation of the fuel cell power generation system, the number of man-hours required for maintenance can be greatly reduced and the deterioration status inside the fuel cell power generation system can be accurately monitored. In addition, it is possible to record the state of deterioration and provide information on the history of usage.
請求項３記載の発明は、
請求項２記載の燃料電池発電監視システムにおいて、
前記演算制御装置が、
前記データベースに格納されている前記データに基づいて最適な再生処置を決定することにより、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。
The invention described in claim 3
The fuel cell power generation monitoring system according to claim 2,
The arithmetic and control unit is
By determining the optimal regeneration procedure based on the data stored in the database, the number of man-hours required for maintenance is greatly reduced, the deterioration state inside the fuel cell power generation system is accurately monitored, and the state of deterioration is also monitored. It is possible to record and provide information on usage history.
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電監視システムにおいて、
前記演算制御装置が、
前記シミュレーションモデルを用いて前記燃料電池発電システム内部の実際には測定不可能な値を計算することにより、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。
The invention according to claim 4
In the fuel cell power generation monitoring system according to any one of claims 1 to 3,
The arithmetic and control unit is
By using the simulation model to calculate values that are not actually measurable inside the fuel cell power generation system, the maintenance man-hours can be greatly reduced and the deterioration status inside the fuel cell power generation system can be accurately monitored. At the same time, it is possible to record the state of deterioration and provide information on the history of usage.
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電監視システムにおいて、
前記演算制御装置が、
前記シミュレーションモデルを実時間より高速に動作させ、前記燃料電池発電システムから得られる各部の値を予測することにより、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。
The invention according to claim 5
The fuel cell power generation monitoring system according to any one of claims 1 to 4,
The arithmetic and control unit is
By operating the simulation model faster than real time and predicting the value of each part obtained from the fuel cell power generation system, the man-hours required for maintenance are greatly reduced, and the deterioration situation inside the fuel cell power generation system is accurately determined. It is possible to monitor and record the state of deterioration and to provide information on the usage history.
請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料電池発電監視システムにおいて、
前記演算制御装置が、
前記シミュレーションモデルの値が予め設定した値若しくは範囲から外れた場合に異常を検出することにより、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。
The invention described in claim 6
In the fuel cell power generation monitoring system according to any one of claims 1 to 5,
The arithmetic and control unit is
By detecting an abnormality when the value of the simulation model deviates from a preset value or range, the man-hours required for maintenance are greatly reduced, and the deterioration status inside the fuel cell power generation system is accurately monitored and the deterioration It is possible to record the status and provide information on the usage history.
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，４，５及び請求項６の発明によれば、センサを介して燃料電池発電システムの物理量を測定し、この物理量をデータ収集装置でデータに変換すると共にネットワークを経由し、演算制御装置でこのデータに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させることにより、燃料電池発電システム内部のリアルタイムでは測定不可能な値を計算で求められ、大きな事故や機器の故障に至る前に異常を検出できるので、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視することが可能になる。
The present invention has the following effects.
According to the first, fourth, fifth and sixth aspects of the present invention, the physical quantity of the fuel cell power generation system is measured via the sensor, the physical quantity is converted into data by the data collection device, and the calculation control is performed via the network. By changing the parameters of the simulation model so that the device follows this data, values that cannot be measured in real time inside the fuel cell power generation system can be obtained by calculation, and abnormalities can be detected before a major accident or equipment failure occurs. Since it can be detected, the number of man-hours required for maintenance can be greatly reduced, and the deterioration status inside the fuel cell power generation system can be accurately monitored.
請求項２，３，４，５及び請求項６の発明によれば、センサを介して燃料電池発電システムの物理量を測定し、この物理量をデータ収集装置でデータに変換すると共にネットワークを経由し、このデータをデータベースに格納し、演算制御装置でこのデータに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させることにより、燃料電池発電システム内部のリアルタイムでは測定不可能な値を計算で求められ、大きな事故や機器の故障に至る前に異常を検出できるので、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。 According to the inventions of claims 2, 3, 4, 5 and 6, the physical quantity of the fuel cell power generation system is measured via the sensor, and the physical quantity is converted into data by the data collection device and via the network. By storing this data in a database and changing the parameters of the simulation model so that it follows the data by the arithmetic and control unit, a value that cannot be measured in real time inside the fuel cell power generation system can be obtained by calculation. Can detect anomalies before they break down or equipment failure, greatly reducing the number of man-hours required for maintenance, accurately monitoring the deterioration status inside the fuel cell power generation system and recording the deterioration status, Information can be provided.
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池発電監視システムの一実施例を示す構成ブロック図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a fuel cell power generation monitoring system according to the present invention.
図１において１００は図９及び図１０と同一符号を付してあり、１１は燃料電池発電システム１００の各部の物理量を測定するセンサ、１２はセンサ１１からのデータを収集するデータ収集装置、１３はデータ収集装置１２からのデータを格納するデータベース、１４はシミュレータが動作する演算制御装置、１５は予測シミュレータが動作する演算制御装置である。 In FIG. 1, reference numeral 100 denotes the same reference numerals as those in FIGS. 9 and 10, 11 denotes a sensor that measures a physical quantity of each part of the fuel cell power generation system 100, 12 denotes a data collection device that collects data from the sensor 11, and 13. Is a database that stores data from the data collection device 12, 14 is an arithmetic control device on which the simulator operates, and 15 is an arithmetic control device on which the prediction simulator operates.
また、５２はインターネット等のネットワークであり、センサ１１、データ収集装置１２、データベース１３、演算制御装置１４、演算制御装置１５及びネットワーク５２は燃料電池発電監視システム１０２を構成している。データベース１３、演算制御装置１４及び演算制御装置１５は監視を行う監視センターに設置されている。 Reference numeral 52 denotes a network such as the Internet, and the sensor 11, the data collection device 12, the database 13, the calculation control device 14, the calculation control device 15, and the network 52 constitute a fuel cell power generation monitoring system 102. The database 13, the calculation control device 14, and the calculation control device 15 are installed in a monitoring center that performs monitoring.
燃料電池発電システム１００はセンサ１１に接続され、センサ１１はデータ収集装置１２に接続される。データ収集装置１２及びデータベース１３はネットワーク５２にそれぞれ相互に接続される。データベース１３は演算制御装置１４に接続され、演算制御装置１４は演算制御装置１５に接続される。 The fuel cell power generation system 100 is connected to a sensor 11, and the sensor 11 is connected to a data collection device 12. The data collection device 12 and the database 13 are connected to the network 52, respectively. The database 13 is connected to the arithmetic control device 14, and the arithmetic control device 14 is connected to the arithmetic control device 15.
ここで、図１に示す実施例の動作を図２、図３、図４、図５、図６、図７及び図８を用いて説明する。図２は燃料電池スタック電圧を示す特性図、図３は燃料電池セル有効電極面積のシミュレーション結果を表す図、図４は改質器温度を示す特性図、図５は改質器での改質反応の反応速度定数のシミュレーション結果を表す図、図６は改質器出口での改質ガスの水素組成比のシミュレーション結果を表す図、図７は燃料電池スタック電圧を示す特性図、図８は燃料電池セル有効面積の予測シミュレーション結果を表す図である。 Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8. 2 is a characteristic diagram showing the fuel cell stack voltage, FIG. 3 is a diagram showing the simulation result of the effective area of the fuel cell, FIG. 4 is a characteristic diagram showing the reformer temperature, and FIG. 5 is the reforming in the reformer. FIG. 6 is a diagram showing the simulation result of the reaction rate constant of the reaction, FIG. 6 is a diagram showing the simulation result of the hydrogen composition ratio of the reformed gas at the outlet of the reformer, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the fuel cell stack voltage, and FIG. It is a figure showing the prediction simulation result of a fuel cell effective area.
演算制御装置１４は、データ収集装置１２を制御することにより、センサ１１を介して燃料電池発電システム１００の燃料電池スタック電圧等の物理量を測定する。測定された物理量はデータ収集装置１２によりデータに変換され、ネットワーク５２を経由してデータベース１３に格納されると共に演算制御装置１４に送信される。 The arithmetic control device 14 controls the data collection device 12 to measure a physical quantity such as the fuel cell stack voltage of the fuel cell power generation system 100 via the sensor 11. The measured physical quantity is converted into data by the data collection device 12, stored in the database 13 via the network 52, and transmitted to the arithmetic control device 14.
演算制御装置１４は受信した燃料電池スタック電圧データにシミュレーションモデルのスタック電圧が追従するようにパラメータを動かしてシミュレーションを行う。演算制御装置１４は図２中”ＣＨ０１”に示す燃料電池スタック電圧の計測値に図２中”ＴＲ０１”に示すシミュレーション値が一致するように、シミュレーションモデルの燃料電池セル有効電極面積を変化させる。 The arithmetic and control unit 14 performs a simulation by moving parameters so that the stack voltage of the simulation model follows the received fuel cell stack voltage data. The arithmetic and control unit 14 changes the fuel cell effective electrode area of the simulation model so that the simulation value indicated by “TR01” in FIG. 2 matches the measured value of the fuel cell stack voltage indicated by “CH01” in FIG.
例えば、何らかの原因により燃料電池内が加湿過多になり、若しくは、ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度が増してセル内の電解質膜に施された触媒がＣＯ被毒し、若しくは、電解質膜に水が付着して発電に寄与するセル有効電極面積が小さくなった場合、燃料電池発電システム１００は出力電流を一定に保とうとするため、都市ガスを多く取り込むように動作する。 For example, the fuel cell is excessively humidified for some reason, or the CO (carbon monoxide) concentration in the gas is increased and the catalyst applied to the electrolyte membrane in the cell is poisoned by CO, or the electrolyte membrane When the cell effective electrode area contributing to power generation is reduced due to water adhesion, the fuel cell power generation system 100 operates to take in a large amount of city gas in order to keep the output current constant.
燃料電池発電システム１００に流入する都市ガスの流量は、燃料電池スタック電圧と同様に、センサ１１を介して測定され、ネットワーク５２を経由して演算制御装置１４に送信される。 The flow rate of the city gas flowing into the fuel cell power generation system 100 is measured via the sensor 11 and transmitted to the arithmetic and control unit 14 via the network 52, similarly to the fuel cell stack voltage.
そして、演算制御装置１４は測定データを受信すると、シミュレーションモデルへ流入する都市ガスの流量を反映させる。これにより、シミュレーションモデルの出力電流は増加するが、演算制御装置１４がシミュレーションモデルの出力電流を一定に保とうとするため、図３中”ＣＨ０２”に示すようにセル有効電極面積を小さくしてバランスを取る。 And the calculation control apparatus 14 will reflect the flow volume of the city gas which flows in into a simulation model, if measurement data is received. As a result, the output current of the simulation model increases, but since the arithmetic and control unit 14 tries to keep the output current of the simulation model constant, the cell effective electrode area is reduced and balanced as shown by “CH02” in FIG. I take the.
また、図３に示すようにシミュレーションモデルのセル有効電極面積がセル有効電極面積正常範囲から外れた場合、演算制御装置１４は異常を検出する。この異常検出により、監視センターの監視作業者は燃料電池発電システム１００が自動停止する前に電解質膜に付着した水分を除去するような処置を保守作業者に指示し、大きな損傷を受ける前に処置することが可能になる。 Further, as shown in FIG. 3, when the cell effective electrode area of the simulation model deviates from the cell effective electrode area normal range, the arithmetic and control unit 14 detects an abnormality. By detecting this abnormality, the monitoring worker of the monitoring center instructs the maintenance worker to take a measure to remove the water adhering to the electrolyte membrane before the fuel cell power generation system 100 automatically stops, and takes measures before the major damage. It becomes possible to do.
次に燃料電池発電システム１００の改質器に関するシミュレーションについて説明する。演算制御装置１４は図４中”ＣＨ０３”に示す改質器温度の計測値に図４中”ＴＲ０２”に示すシミュレーション値が一致するように、図５中”ＣＨ０４”に示すようにシミュレーションモデルの改質反応の反応速度定数を変化させる。 Next, simulation regarding the reformer of the fuel cell power generation system 100 will be described. The arithmetic and control unit 14 uses the simulation model shown in “CH04” in FIG. 5 so that the measured value of the reformer temperature shown in “CH03” in FIG. 4 matches the simulation value shown in “TR02” in FIG. The reaction rate constant of the reforming reaction is changed.
さらに、演算制御装置１４は改質器出口での改質ガスの水素組成比を計算し、監視を行う。例えば、図６中”ＣＨ０５”に示すように水素組成比が正常範囲から外れた場合、改質器内の触媒活性などの低下が考えられるので、監視センターの監視作業者は改質器の還元作業を行うように保守作業者に指示を出す。 Further, the arithmetic and control unit 14 calculates and monitors the hydrogen composition ratio of the reformed gas at the reformer outlet. For example, when the hydrogen composition ratio deviates from the normal range as indicated by “CH05” in FIG. 6, the catalytic activity in the reformer may decrease, so the monitoring worker at the monitoring center must reduce the reformer. Instruct maintenance workers to perform work.
このように、演算制御装置１４は実際にはリアルタイムでは測定不可能な値を計算し、その計算結果を監視することにより、燃料電池発電システム１００の内部の劣化状況を正確に監視できるので、大きな事故や機器の故障に至る前に異常を検出することが可能になる。 In this way, the arithmetic and control unit 14 can calculate a value that cannot be measured in real time and monitor the calculation result, thereby accurately monitoring the internal deterioration state of the fuel cell power generation system 100. Abnormalities can be detected before an accident or equipment failure occurs.
また、データ収集装置１２からネットワーク５２を経由して送られてくるデータをデータベース１３に格納することで、燃料電池発電システム１００の内部の劣化の状態を記録しておくことが可能になる。さらに、データベース１３に格納されたデータを参照することにより、いつでも使用状況の履歴に関する情報を閲覧することが可能になる。 Further, by storing the data sent from the data collection device 12 via the network 52 in the database 13, it becomes possible to record the state of deterioration inside the fuel cell power generation system 100. Further, by referring to the data stored in the database 13, it is possible to view information on the usage history at any time.
次に燃料電池発電システム１００に関する予測シミュレーションについて説明する。演算制御装置１４は図７中”ＣＨ０６”に示すスタック電圧の計測値に図７中”ＴＲ０３”に示すシミュレーション値が一致するように、図８中”ＣＨ０７”に示すようにシミュレーションモデルの燃料電池セル有効電極面積を変化させる。 Next, a prediction simulation related to the fuel cell power generation system 100 will be described. The arithmetic and control unit 14 makes the simulation model fuel cell as shown by “CH07” in FIG. 8 so that the measured value of the stack voltage shown by “CH06” in FIG. 7 matches the simulation value shown by “TR03” in FIG. The cell effective electrode area is changed.
図８中”ＰＯ０１”に示す時刻で未来予測を開始すると、演算制御装置１４はその時点でのシミュレーションパラメータを演算制御装置１５に送信する。演算制御装置１５はシミュレーションパラメータを受信し、実時間より高速にシミュレーションを開始する。 When the future prediction is started at the time indicated by “PO01” in FIG. 8, the arithmetic control device 14 transmits the simulation parameters at that time to the arithmetic control device 15. The arithmetic and control unit 15 receives the simulation parameters and starts the simulation faster than the real time.
そして、図８中”ＳＩ０１”に示すように、図８中”ＰＯ０１”での燃料電池発電システム１００の運転条件で運転を続けた場合の未来予測値を得ることができる。この未来予測値を用いて異常を予測し、事故を未然に防ぐことが可能になる。 Then, as indicated by “SI01” in FIG. 8, it is possible to obtain a predicted future value when the operation is continued under the operation condition of the fuel cell power generation system 100 at “PO01” in FIG. It is possible to predict an abnormality using this predicted future value and prevent an accident.
この結果、センサ１１を介して燃料電池発電システム１００の燃料電池スタック電圧等の物理量を測定し、この物理量をデータ収集装置１２でデータに変換すると共にネットワーク５２を経由し、このデータをデータベース１３に格納し、演算制御装置１４でこのデータに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させることにより、燃料電池発電システム１００内部のリアルタイムでは測定不可能な値を計算で求められ、大きな事故や機器の故障に至る前に異常を検出できるので、保守にかかる工数を大幅に削減し、燃料電池発電システム内部の劣化状況を正確に監視すると共に劣化の状態を記録し、使用状況の履歴に関する情報の提供が可能になる。 As a result, a physical quantity such as the fuel cell stack voltage of the fuel cell power generation system 100 is measured via the sensor 11, and the physical quantity is converted into data by the data collection device 12 and this data is transferred to the database 13 via the network 52. By storing and changing the parameters of the simulation model so that the arithmetic and control unit 14 follows this data, a value that cannot be measured in real time inside the fuel cell power generation system 100 can be obtained by calculation. Since abnormalities can be detected before failure occurs, the number of man-hours required for maintenance is greatly reduced, the deterioration status inside the fuel cell power generation system is accurately monitored, the deterioration status is recorded, and information on the usage history is provided. Is possible.
なお、図１に示す実施例においてデータベース１３を構成要素の１つとしているが、必ずしもこのようにする必要は無く、燃料電池発電システム１００内部の劣化の状態を記録しないのであればデータベース１３は無くてもよい。 Although the database 13 is one of the components in the embodiment shown in FIG. 1, it is not always necessary to do this, and there is no database 13 if the state of deterioration inside the fuel cell power generation system 100 is not recorded. May be.
また、図１に示す実施例において監視対象である燃料電池発電システム１００は図１０に示すように定置式家庭用燃料電池としているが、必ずしもこれに限定されるものでは無く、定置式業務用燃料電池や自動車用燃料電池を監視対象としてもよい。 Further, although the fuel cell power generation system 100 to be monitored in the embodiment shown in FIG. 1 is a stationary household fuel cell as shown in FIG. 10, it is not necessarily limited to this, and a stationary commercial fuel. Batteries and automobile fuel cells may be monitored.
また、図１に示す実施例において通常のシミュレーションを演算制御装置１４で行い、予測シミュレーションを演算制御装置１５で行っているが、必ずしもこのようにする必要は無く、通常のシミュレーションと予測シミュレーションを１つの演算制御装置で行ってもよい。 In the embodiment shown in FIG. 1, the normal simulation is performed by the arithmetic and control unit 14 and the prediction simulation is performed by the arithmetic and control unit 15. However, it is not always necessary to do this. One arithmetic control device may be used.
また、図１に示す実施例において監視対象である燃料電池発電システム１００は１台としているが、必ずしもこのようにする必要は無く、複数台を同時に監視してもよい。この場合、監視対象である燃料電池発電システムのシミュレーションモデルが共通ならば、予測シミュレータは１台で構わない。 In the embodiment shown in FIG. 1, the number of fuel cell power generation systems 100 to be monitored is one. However, this is not always necessary, and a plurality of fuel cell power generation systems 100 may be monitored simultaneously. In this case, if the simulation model of the fuel cell power generation system to be monitored is common, only one prediction simulator may be used.
また、図１に示す実施例においてセンサ１１からデータ収集装置１２への経路、データ収集装置１２からネットワーク５２への経路、若しくは、ネットワーク５２からデータベース１３への経路は有線通信、若しくは、無線通信のどちらでもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the route from the sensor 11 to the data collection device 12, the route from the data collection device 12 to the network 52, or the route from the network 52 to the database 13 is wired communication or wireless communication. either will do.
また、図２及び図３に示す実施例において燃料電池発電システム１００の燃料電池スタック電圧にシミュレーションモデルの値が追従するようにセルの有効電極面積を変化させているが、必ずしもこれに限定されるものでは無く、触媒活性等を変化させてシミュレーションを行ってもよい。 In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the effective electrode area of the cell is changed so that the value of the simulation model follows the fuel cell stack voltage of the fuel cell power generation system 100, but this is not necessarily limited thereto. The simulation may be performed by changing the catalyst activity or the like instead of the above.
同様に、図４及び図５に示す実施例において燃料電池発電システム１００の改質器温度にシミュレーションモデルの値が追従するように改質反応での反応速度定数を変化させているが、必ずしもこれに限定されるものでは無く、水素の組成を決定づける反応器の伝熱係数を変化させてシミュレーションを行ってもよい。 Similarly, in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the reaction rate constant in the reforming reaction is changed so that the value of the simulation model follows the reformer temperature of the fuel cell power generation system 100. However, the simulation may be performed by changing the heat transfer coefficient of the reactor that determines the composition of hydrogen.
また、図１に示す実施例においてネットワーク５２を介して監視を行っているが、必ずしもこのようにする必要は無く、ネットワーク５２を使用せずに燃料電池発電システム１００のすぐ近くで監視を行ってもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, monitoring is performed via the network 52, but it is not always necessary to do so, and monitoring is performed in the immediate vicinity of the fuel cell power generation system 100 without using the network 52. Also good.
また、図１に示す実施例において演算制御装置１４がデータベース１３に格納されているデータに基づいて、劣化した部品の交換や部品の再生（処理により実用に耐えうるレベルまで部品を再生する）等の最適な再生処置を決定してもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the arithmetic and control unit 14 replaces a deteriorated part, regenerates the part (regenerates the part to a level that can be practically used by the process) based on the data stored in the database 13 and the like. The optimal regenerative treatment may be determined.
１ 測定手段
２ 演算制御手段
３ 脱硫器
４ 改質器
５ 燃料電池本体
６ 空気供給装置
７ インバータ
８ 熱交換器
９ 貯湯槽
１０ 補助加熱器
１１ センサ
１２ データ収集装置
１３ データベース
１４，１５ 演算制御装置
５０ 燃料電池ユニット
５１ 貯湯ユニット
５２ ネットワーク
１００ 燃料電池発電システム
１０１，１０２ 燃料電池発電監視システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement means 2 Calculation control means 3 Desulfurizer 4 Reformer 5 Fuel cell main body 6 Air supply apparatus 7 Inverter 8 Heat exchanger 9 Hot water storage tank 10 Auxiliary heater 11 Sensor 12 Data collection apparatus 13 Database 14, 15 Calculation control apparatus 50 Fuel cell unit 51 Hot water storage unit 52 Network 100 Fuel cell power generation system 101, 102 Fuel cell power generation monitoring system
Claims (6)
燃料電池発電システムの各部の物理量を測定するセンサと、
ネットワークに相互に接続され、前記センサから得られる物理量を収集し、データに変換するデータ収集装置と、
前記データを前記ネットワークを介して受信し、前記データに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させ、前記燃料電池発電システムの動作を模擬して得られた値を監視する演算制御装置と
を備えたことを特徴とする燃料電池発電監視システム。 In a fuel cell power generation monitoring system for monitoring a fuel cell power generation system,
A sensor for measuring the physical quantity of each part of the fuel cell power generation system;
A data collection device that is mutually connected to a network, collects physical quantities obtained from the sensors, and converts them into data;
An arithmetic and control unit that receives the data via the network, changes a parameter of a simulation model so as to follow the data, and monitors a value obtained by simulating the operation of the fuel cell power generation system; A fuel cell power generation monitoring system characterized by that.
燃料電池発電システムの各部の物理量を測定するセンサと、
第１のネットワークに相互に接続され、前記センサから得られる物理量を収集し、データに変換するデータ収集装置と、
前記第１のネットワーク及び第２のネットワークにそれぞれ相互に接続され、前記データを格納するデータベースと、
前記データを前記第２のネットワークを介して前記データベースから取得し、前記データに追従するようにシミュレーションモデルのパラメータを変化させ、前記燃料電池発電システムの動作を模擬して得られた値を監視する演算制御装置と
を備えたことを特徴とする燃料電池発電監視システム。 In a fuel cell power generation monitoring system for monitoring a fuel cell power generation system,
A sensor for measuring the physical quantity of each part of the fuel cell power generation system;
A data collection device connected to a first network, collecting physical quantities obtained from the sensors, and converting them into data;
A database connected to each of the first network and the second network and storing the data;
The data is acquired from the database via the second network, the parameters of the simulation model are changed so as to follow the data, and the value obtained by simulating the operation of the fuel cell power generation system is monitored. A fuel cell power generation monitoring system comprising an arithmetic and control unit.
前記データベースに格納されている前記データに基づいて最適な再生処置を決定することを特徴とする
請求項２記載の燃料電池発電監視システム。 The arithmetic and control unit is
The fuel cell power generation monitoring system according to claim 2, wherein an optimal regeneration treatment is determined based on the data stored in the database.
前記シミュレーションモデルを用いて前記燃料電池発電システム内部の実際には測定不可能な値を計算することを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電監視システム。 The arithmetic and control unit is
4. The fuel cell power generation monitoring system according to claim 1, wherein a value that is not actually measurable inside the fuel cell power generation system is calculated using the simulation model. 5.
前記シミュレーションモデルを実時間より高速に動作させ、前記燃料電池発電システムから得られる各部の値を予測することを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電監視システム。 The arithmetic and control unit is
The fuel cell power generation monitoring system according to any one of claims 1 to 4, wherein the simulation model is operated at a speed higher than real time to predict values of each part obtained from the fuel cell power generation system.
前記シミュレーションモデルの値が予め設定した値若しくは範囲から外れた場合に異常を検出することを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料電池発電監視システム。
The arithmetic and control unit is
The fuel cell power generation monitoring system according to any one of claims 1 to 5, wherein an abnormality is detected when a value of the simulation model is out of a preset value or range.
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