JP2009181941A

JP2009181941A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2009181941A
Application number: JP2008022654A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ohashi; 哲雄大橋
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-08-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain power consumption to the minimum consumed at a rotating machine, an isolation valve, a sensor or the like in each state of a fuel cell system. <P>SOLUTION: The fuel cell system 30 is structured of a fuel cell unit 41 equipped with a fuel treatment device 50 converting fuel gas g1 into hydrogen and a power generation system 43 generating power with the fuel gas g1 supplied from the fuel treatment device 50 as well as a control unit 44 for operating and controlling the power generation system 43, and a hot-water storage tank 42 generating hot water w5 with the use of exhausted heat from the fuel treatment device 50. The control unit 44 controls to stop power feeding to at least a group among a rotating machine group M, an isolation valve group V and a sensor group S, at the time of operation stoppage of the power generation system 43. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムにおける補機への電源供給制御技術に関する。 The present invention relates to a technique for controlling power supply to auxiliary equipment in a fuel cell system.

燃料電池システムは、化石燃料が有している化学エネルギーを直接電気に変換し、この発電を自動車や家庭用として応用するシステムが開発されている。 A fuel cell system has been developed in which chemical energy contained in fossil fuels is directly converted into electricity, and this power generation is applied to automobiles and households.

燃料電池システムの燃料電池は、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を発生させるものであり、高い発電効率で電気エネルギーを取り出すことができる。 A fuel cell of a fuel cell system generates hydrogen directly by reacting hydrogen as a fuel with oxygen as an oxidant, and can extract electric energy with high power generation efficiency.

また、この種の燃料電池システムは、燃料電池本体にて発電に伴い生成される排熱を温水として回収することで、総合効率の向上を図ることができるとともに、静かで有害な排ガスを出さないという環境性に優れた特徴を有している。 In addition, this type of fuel cell system can improve the overall efficiency by collecting the exhaust heat generated by power generation in the fuel cell main body as hot water, and does not emit quiet and harmful exhaust gas. It has a feature that is excellent in environmental properties.

近年まで、比較的大型のＰＡＦＣ（りん酸形燃料電池）が主に開発されてきたが、最近では小型のＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）の開発が活性化し、家庭用燃料電池システムの普及も間近な状況となっている。 Until recently, relatively large PAFCs (phosphoric acid fuel cells) have been mainly developed, but recently, the development of small PEFCs (solid polymer fuel cells) has been activated and the spread of household fuel cell systems The situation is close.

この燃料電池システムの燃料電池は、都市ガスやＬＰＧなどの燃料を水素に変換する燃料処理装置、発電部である燃料電池本体、燃料電池本体より発電された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、制御装置、熱交換器、ポンプやブロワなどの回転機、センサ、電磁弁などから構成されている。 The fuel cell of this fuel cell system includes a fuel processing device that converts fuel such as city gas and LPG into hydrogen, a fuel cell main body that is a power generation unit, an inverter that converts DC voltage generated from the fuel cell main body into AC voltage, It consists of a control device, a heat exchanger, a rotating machine such as a pump and a blower, a sensor, and a solenoid valve.

従来の典型的な燃料電池システムは、電気と同時に有効に利用できる熱を発生し、エネルギーを多段的に活用しつつ最大限の省エネルギー性を達成することが可能なシステムが提供されている（例えば、特許文献１参照）。 A conventional typical fuel cell system generates heat that can be used effectively simultaneously with electricity, and a system capable of achieving maximum energy saving while using energy in multiple stages is provided (for example, , See Patent Document 1).

図４は、従来の燃料電池システムの構成を示す概要図である。図５は、従来の燃料電池システムの出力制御装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional fuel cell system. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an output control device of a conventional fuel cell system.

図４に示す従来の燃料電池システム１は、燃料電池本体２、インバータ３、排熱熱交換器４、余剰電力ヒータ５、発電制御部（燃料処理装置）６、暖房熱交換器７、貯湯槽８、補助熱源９および給湯用制御部１０を備えている。 A conventional fuel cell system 1 shown in FIG. 4 includes a fuel cell body 2, an inverter 3, an exhaust heat exchanger 4, a surplus power heater 5, a power generation control unit (fuel processing device) 6, a heating heat exchanger 7, and a hot water tank. 8. An auxiliary heat source 9 and a hot water supply control unit 10 are provided.

燃料電池本体２は、供給された天然ガスから水素を作り出し水素および空気から発電を行うと共に、発電時に発生する熱（以下、「排熱」という。）を出力する。インバータ３には、燃料電池本体２から出力される電気と商用電源から送電される電気とが入力される。 The fuel cell main body 2 generates hydrogen from the supplied natural gas and generates power from hydrogen and air, and outputs heat generated during power generation (hereinafter referred to as “exhaust heat”). Electricity output from the fuel cell main body 2 and electricity transmitted from a commercial power source are input to the inverter 3.

そして、インバータ３は、電力負荷で要求される電力に応じて、燃料電池本体２から出力される電力を施設内の電気機器等の電力負荷に供給するようになっている。 The inverter 3 supplies the power output from the fuel cell main body 2 to a power load such as an electric device in the facility according to the power required by the power load.

燃料電池本体２において発電時に発生する排熱は、燃料電池本体２の冷却水により取り出される。 Waste heat generated during power generation in the fuel cell main body 2 is taken out by the cooling water of the fuel cell main body 2.

インバータ３は、電力負荷で要求される電力に応じて、燃料電池本体２から出力される電力を施設内の電気機器等の電力負荷に供給するために設けられる。 The inverter 3 is provided to supply the power output from the fuel cell main body 2 to a power load such as an electrical device in the facility according to the power required by the power load.

排熱熱交換器４は、蓄熱装置である貯湯槽８から供給される循環水と熱交換される。この循環水は、循環ポンプ１１により貯湯槽８の下部から取り出され、排熱熱交換器４に送られる。排熱熱交換器４において排熱が供給された循環水は、余剰電力ヒータ５及び暖房熱交換器７を経て貯湯槽８の上部に戻される。 The exhaust heat exchanger 4 exchanges heat with circulating water supplied from a hot water tank 8 that is a heat storage device. The circulating water is taken out from the lower part of the hot water tank 8 by the circulation pump 11 and sent to the exhaust heat exchanger 4. The circulating water supplied with the exhaust heat in the exhaust heat exchanger 4 is returned to the upper part of the hot water tank 8 through the surplus power heater 5 and the heating heat exchanger 7.

ここで、余剰電力ヒータ５は、余剰な電力を消費させ、燃料電池本体２から商用電源側への電力の逆潮流を防止する働きをする。また、余剰電力ヒータ５は、供給される電力を熱に変換し、電熱変換により発生する熱を、循環水に供給する。これにより、余剰電力は循環水により熱として回収されるようになっている。 Here, the surplus power heater 5 has a function of consuming surplus power and preventing reverse power flow from the fuel cell main body 2 to the commercial power source. The surplus power heater 5 converts the supplied power into heat, and supplies the heat generated by the electrothermal conversion to the circulating water. Thereby, surplus electric power is collect | recovered as heat with circulating water.

発電制御部６は、電流センサ１２により電力負荷に供給される電流を検出するとともに、電流センサ１３により商用電源から供給される電流を検出する。これにより、発電制御部６は、電力負荷において消費された電力及び商用電源から供給された電力を検出することができる。 The power generation control unit 6 detects the current supplied to the power load by the current sensor 12 and detects the current supplied from the commercial power source by the current sensor 13. Thereby, the power generation control unit 6 can detect the power consumed in the power load and the power supplied from the commercial power source.

暖房熱交換器７は、循環水に供給された熱を、暖房機器等の暖房負荷（図示せず）に循環される熱媒体に熱交換する。暖房負荷の熱媒体は、熱媒循環ポンプ１４により暖房負荷から暖房熱交換器７に送られた後、補助熱源９を通って再び暖房負荷に戻される。 The heating heat exchanger 7 exchanges heat supplied to the circulating water with a heat medium circulated to a heating load (not shown) such as a heating device. The heat medium of the heating load is sent from the heating load to the heating heat exchanger 7 by the heat medium circulation pump 14 and then returned to the heating load again through the auxiliary heat source 9.

貯湯槽８は、台所、風呂等の給湯負荷へ温湯を供給する場合には、貯湯槽８の上層の温湯が、補助熱源９を介して送水される。そして、給湯による貯湯槽８内の水の減少分は、貯湯槽８の底部からの給水により補われる。この給水量は、流量センサ１１により検出される。また、給水時の水の温度は、温度センサ１２により検出される。 When the hot water tank 8 supplies hot water to a hot water supply load such as a kitchen or a bath, the hot water in the upper layer of the hot water tank 8 is fed through the auxiliary heat source 9. And the decrease in the water in the hot water tank 8 due to the hot water supply is compensated by the water supply from the bottom of the hot water tank 8. This amount of water supply is detected by the flow sensor 11. Moreover, the temperature of water at the time of water supply is detected by the temperature sensor 12.

給湯用制御部１０は、複数の温度センサ１２や流量センサ１１により検出される湯温や給水量、補助熱源９により発生した熱量、熱媒循環ポンプ１３の熱媒循環流量等から、暖房負荷や給湯負荷において実際に消費された熱量や貯湯槽８における放熱損失を検出するように設けられる。 The hot water supply control unit 10 determines the heating load and the water supply amount from the hot water temperature and the water supply amount detected by the plurality of temperature sensors 12 and the flow rate sensors 11, the heat amount generated by the auxiliary heat source 9, the heat medium circulation flow rate of the heat medium circulation pump 13, and the like. It is provided so as to detect the amount of heat actually consumed in the hot water supply load and the heat dissipation loss in the hot water storage tank 8.

また、燃料電池システム１には省エネ度が最大となる演算機能を有する出力制御装置１５を備えている。この出力制御装置１５は、図５に示すように、負荷消費量予測手段１６、負荷記憶手段１７、有効消費エネルギー算出手段１８、省エネ性評価手段１９、発電出力最適化手段２０、運転計画記憶手段２１及びシステム制御手段２２を有している。 Further, the fuel cell system 1 includes an output control device 15 having a calculation function that maximizes the degree of energy saving. As shown in FIG. 5, the output control device 15 includes a load consumption amount prediction unit 16, a load storage unit 17, an effective consumption energy calculation unit 18, an energy saving evaluation unit 19, a power generation output optimization unit 20, and an operation plan storage unit. 21 and system control means 22.

特に、システム制御手段２２によれば、燃料電池システム１の燃料電池本体２、インバータ３、余剰電力ヒータ５、補助熱源９、循環ポンプ２３、熱媒循環ポンプ１３等の運転制御を行う。このシステム制御手段２２は、燃料電池本体運転制御手段２４を有している。この燃料電池本体運転制御手段２４は、運転計画記憶手段２１に格納された１日の発電出力｛Ｗ_ｐ（ｎ）；ｎ＝０，…，２３｝に従って燃料電池本体２の発電出力の制御を行う。 In particular, according to the system control means 22, operation control of the fuel cell main body 2, the inverter 3, the surplus power heater 5, the auxiliary heat source 9, the circulation pump 23, the heat medium circulation pump 13 and the like of the fuel cell system 1 is performed. The system control means 22 has a fuel cell main body operation control means 24. The fuel cell main body operation control means 24 controls the power generation output of the fuel cell main body 2 in accordance with the daily power generation output {W _p (n); n = 0,..., 23} stored in the operation plan storage means 21. Do.

この制御により、消費電力量のみならず消費熱量も含めてコージェネレーション装置の省エネ量又は省エネ度が最大となるように最適化することができる。 By this control, it is possible to optimize not only the power consumption but also the energy consumption of the cogeneration device so that the energy saving amount or degree of energy saving is maximized.

従って、従来よりも省エネルギー性に優れた燃料電池システムとなり、発電量を最適化しようとする点において有効となるものである。
特開２００５−１２９０６号公報 Therefore, the fuel cell system is more energy-saving than before, and is effective in optimizing the power generation amount.
JP-A-2005-12906

しかしながら、従来の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転停止時（不稼動時）や運転停止後の降温過程において、強制空冷用のポンプやブロワなどの回転機,遮断弁,センサに常時電源が供給されており、待機電力を消費していた。また、運転時にもセンサによるプロセスデータの連続監視や遮断弁の保持電力などにより電力を消費しており、発電効率の向上を阻害するという課題があった。 However, according to the conventional fuel cell system, when the fuel cell system is shut down (during non-operation) or during the cooling process after the shutdown, the rotary machine such as a forced air cooling pump or blower, shut-off valve, and sensor are always installed. Power was supplied and standby power was consumed. In addition, during operation, power is consumed by continuous monitoring of process data by a sensor and power held by a shut-off valve, which hinders improvement in power generation efficiency.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、燃料電池システムの不稼動時あるいは更に運転時において回転機,遮断弁,センサなどで消費される電力を最小限に抑えることにより、省エネルギー性に優れた高い発電効率を保持した燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of saving energy by minimizing the power consumed by the rotating machine, shut-off valve, sensor, etc. when the fuel cell system is not in operation or during operation. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that maintains excellent power generation efficiency.

上記目的を達成するために、本発明によれば、燃料ガスを水素に変換する燃料処理装置および当該燃料処理装置から前記燃料ガスが供給されて発電する発電システムおよびこの発電システムの稼動制御を行う制御ユニットを備えた燃料電池ユニットと、前記燃料処理装置からの排熱を利用して生成された温水を蓄える貯湯タンクとから構成される燃料電池システムであって、
前記発電システムは、前記燃料処理装置へ改質水を供給する貯水タンクと、
前記燃料処理装置からの排熱を、排熱空気を介して前記貯湯タンク側へ伝熱する熱交換器システムと、前記燃料処理装置，燃料電池本体，貯水タンクおよび熱交換器システムへの燃料ガス，空気，改質水のそれぞれを供給するブロワ用回転機群およびポンプと、前記燃料処理装置，燃料電池本体，貯水タンク，熱交換器システムへの燃料ガス，空気，改質水それぞれの供給を遮断する遮断弁群と、
前記燃料処理装置，燃料電池本体，貯水タンク，熱交換器システムへの燃料ガス，空気，改質水の供給量を検知するセンサ群と、を備え、前記制御ユニットは、前記発電システムの稼動停止時に、前記回転機群，遮断弁群およびセンサ群の少なくとも一群への電力供給を停止するよう制御することを特徴とする燃料電池システムを提供する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a fuel processing device that converts fuel gas into hydrogen, a power generation system that generates power by supplying the fuel gas from the fuel processing device, and operation control of the power generation system are performed. A fuel cell system comprising a fuel cell unit provided with a control unit, and a hot water storage tank for storing hot water generated using exhaust heat from the fuel processing device,
The power generation system includes a water storage tank that supplies reformed water to the fuel processor,
A heat exchanger system for transferring waste heat from the fuel processor to the hot water storage tank side via exhaust heat air, and fuel gas to the fuel processor, fuel cell body, water tank, and heat exchanger system , A blower rotating machine group and a pump for supplying air, reformed water, and fuel gas, air, and reformed water to the fuel processing device, fuel cell main body, water storage tank, and heat exchanger system, respectively. A shutoff valve group to shut off;
A sensor group for detecting the amount of fuel gas, air, and reformed water supplied to the heat treatment system, the fuel cell body, the water tank, and the heat exchanger system, and the control unit stops the operation of the power generation system. A fuel cell system is characterized in that control is performed to stop power supply to at least one of the rotating machine group, the shut-off valve group, and the sensor group.

本発明によれば、燃料電池システムの不稼動時あるいは更に運転時において回転機,遮断弁,センサなどで消費される電力を最小限に抑えることにより、省エネルギー性に優れた高い発電効率を保持した燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, high power generation efficiency excellent in energy saving is maintained by minimizing the power consumed by the rotating machine, shut-off valve, sensor, etc. when the fuel cell system is not in operation or further in operation. A fuel cell system can be provided.

本発明に係る燃料電池システムの実施形態について説明する。 An embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described.

図１は、本発明に係る燃料電池システムの実施形態を示す概要図である。図２は、図１に示す燃料電池システムの燃料電池ユニットの発電システムおよび出力制御装置を示す系統図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. FIG. 2 is a system diagram showing a power generation system and an output control device of the fuel cell unit of the fuel cell system shown in FIG.

図１に示す燃料電池システム３０は、一般家屋３１において実施した例を示している。燃料電池システム３０は、１ＫＷ程度の電力供給を標準として利用可能になされたものであって、例えば室内の電灯３２あるいはエアコン３３の電源として利用したり、また、燃料電池システム３０の温水供給機能を利用して、一般家屋３１内の例えば風呂における温水用のシャワー３５、台所の蛇口３６あるいは床暖房システム３４に接続して利用することができるものである。 The fuel cell system 30 shown in FIG. 1 shows an example implemented in a general house 31. The fuel cell system 30 can use a power supply of about 1 KW as a standard. For example, the fuel cell system 30 can be used as a power source for an indoor lamp 32 or an air conditioner 33, and the hot water supply function of the fuel cell system 30 can be used. It can be used by being connected to, for example, a hot water shower 35 in a general house 31, a kitchen faucet 36, or a floor heating system 34.

この燃料電池システム３０は、図２に示すように、燃料電池ユニット４１と、貯湯タンク４２とから構成される。 The fuel cell system 30 includes a fuel cell unit 41 and a hot water storage tank 42 as shown in FIG.

燃料電池ユニット４１は、発電システム４３と、制御ユニット４４とから構成される。 The fuel cell unit 41 includes a power generation system 43 and a control unit 44.

発電システム４３は、発電制御機能を有する燃料処理装置５０と、この燃料処理装置５０により発電制御される燃料電池本体５１と、燃料処理装置５０および燃料電池本体５１に対して水成分ｗ１を供給する貯水タンク５２と、貯湯タンク４２へ温水を供給する機能を有する熱交換器システム５３を備える。 The power generation system 43 supplies a fuel processing device 50 having a power generation control function, a fuel cell main body 51 controlled by the fuel processing device 50 to generate power, and a water component w1 to the fuel processing device 50 and the fuel cell main body 51. A water storage tank 52 and a heat exchanger system 53 having a function of supplying hot water to the hot water storage tank 42 are provided.

また、発電システム４３には、燃料処理装置５０に対して燃料ガスｇを供給するバーナ燃焼ラインＬ１と、発電用空気ａ１を供給する空気供給ラインＬ２と、選択酸化用空気ａ２を供給する選択酸化用空気供給ラインＬ３と、貯水タンク５２から改質水ｗ２を供給する改質水供給ラインＬ４と、バーナ燃焼ラインＬ１内には、燃料処理装置５０にて生成された水素の一部に余剰が生じた場合、リサイクルさせるためにリサイクル遮断弁Ｖ３を有するリサイクルラインＬ５が設けられる。燃料電池本体５１に対しては、水素極５１ａに対して燃料ガスｇ１を供給する燃料ガス供給ラインＬ６が設けられる。また、燃料処理装置５０から燃料電池本体５１へ供給した燃料ガスｇ１の残余分を燃料処理装置５０へフィードバックさせる残余燃料戻しラインＬ７が設けられる。 Further, the power generation system 43 includes a burner combustion line L1 for supplying the fuel gas g to the fuel processing device 50, an air supply line L2 for supplying the power generation air a1, and a selective oxidation for supplying the selective oxidation air a2. In the air supply line L3, the reformed water supply line L4 for supplying the reformed water w2 from the water storage tank 52, and the burner combustion line L1, there is a surplus in a part of the hydrogen generated in the fuel processor 50. If it occurs, a recycle line L5 having a recycle shut-off valve V3 is provided for recycling. For the fuel cell main body 51, a fuel gas supply line L6 for supplying the fuel gas g1 to the hydrogen electrode 51a is provided. In addition, a residual fuel return line L7 for feeding back the remaining fuel gas g1 supplied from the fuel processing device 50 to the fuel cell main body 51 to the fuel processing device 50 is provided.

また、バーナ燃焼ラインＬ１側へ流れる燃料ガスｇ１の残余の燃料ガスｇ１は、燃料遮断弁Ｖ４および燃料供給圧力センサＳ２を介して燃料処理装置５０内への燃料供給を行う燃料供給ラインＬ８が設けられる。 Further, the remaining fuel gas g1 of the fuel gas g1 flowing to the burner combustion line L1 side is provided with a fuel supply line L8 for supplying fuel into the fuel processing device 50 via the fuel cutoff valve V4 and the fuel supply pressure sensor S2. It is done.

バーナ燃焼ラインＬ１は、燃料元遮断弁Ｖ１，燃料元圧センサＳ１，燃料流量計６０，燃料供給ブロワ用回転機Ｍ１およびバーナ燃料遮断弁Ｖ２を直列に接続し、燃料処理装置５０に接続される。 The burner combustion line L1 is connected to the fuel processor 50 by connecting the fuel source cutoff valve V1, the fuel source pressure sensor S1, the fuel flow meter 60, the fuel supply blower rotating machine M1, and the burner fuel cutoff valve V2 in series. .

空気供給ラインＬ２は、燃料処理装置５０に対して発電用空気ａ１を供給するために、バーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２に直列にバーナ空気流量計６１が直列に接続して構成され、バーナ燃焼ラインＬ１と燃料処理装置５０の接合部に共通に接合して設けられる。 The air supply line L2 is configured by connecting a burner air flow meter 61 in series to the burner air blower rotating machine M2 in order to supply the power generation air a1 to the fuel processing device 50, and the burner combustion line. A common joint is provided at the joint between L1 and the fuel processor 50.

選択酸化用空気供給ラインＬ３は、燃料処理装置５０に対して選択酸化用空気ａ２を供給するために、選択酸化用空気ブロワ用回転機Ｍ３に直列に選択酸化用空気遮断弁Ｖ５が直列に接続して構成され、この選択酸化用空気遮断弁Ｖ５側が燃料処理装置５０に接続される。 The selective oxidation air supply line L3 is connected in series to the selective oxidation air blower rotating machine M3 in order to supply the selective oxidation air a2 to the fuel processing device 50 in series. The selective oxidation air shut-off valve V5 is connected to the fuel processor 50.

改質水供給ラインＬ４は、燃料処理装置５０に対して貯水タンク５２から改質水ｗ２を供給するために改質水ポンプＰ１を介して接続される。 The reforming water supply line L4 is connected via a reforming water pump P1 to supply the reforming water w2 from the water storage tank 52 to the fuel processing device 50.

残余燃料戻しラインＬ７は、燃料処理装置５０燃料電池本体５１へ供給された燃料ガスｇ１のうち、消費されなかった残燃料ｇ１を電池出口燃料遮断弁Ｖ７を介してリサイクルさせるために設けられる。 The remaining fuel return line L7 is provided to recycle the remaining fuel g1 that has not been consumed in the fuel gas g1 supplied to the fuel cell main body 51 through the cell outlet fuel cutoff valve V7.

また、燃料処理装置５０からは、排熱空気である排ガスａ３を、後述する熱交換器システム５３の熱交換器５４の放熱側５４ａに熱伝導させるための第一の排ガスラインＬ９が設けられる。 Further, the fuel processing device 50 is provided with a first exhaust gas line L9 for conducting heat exhaust gas a3, which is exhaust heat air, to the heat radiation side 54a of the heat exchanger 54 of the heat exchanger system 53 described later.

また、燃料電池本体５１に対しては、水素極５１ａに対して燃料ガスｇ１を供給する燃料ガス供給ラインＬ６と、燃料電池本体５１の酸素極５１ｂに対して発電用空気ａ１を供給する空気供給ラインＬ１０と、燃料電池本体５１へ貯水タンク５２から水成分ｗ１を供給する冷却水供給ラインＬ１１とを備えている。 For the fuel cell main body 51, a fuel gas supply line L6 for supplying the fuel gas g1 to the hydrogen electrode 51a, and an air supply for supplying power generation air a1 to the oxygen electrode 51b of the fuel cell main body 51. A line L10 and a cooling water supply line L11 for supplying the water component w1 from the water storage tank 52 to the fuel cell main body 51 are provided.

燃料ガス供給ラインＬ６は、燃料電池本体５１の水素極５１ａに対して改質された燃料ガス（以下、改質ガスという。）ｇ２を供給するラインで、燃料供給量を調節する電池出口燃料遮断弁Ｖ７が設けられる。 The fuel gas supply line L6 is a line for supplying a reformed fuel gas (hereinafter referred to as a reformed gas) g2 to the hydrogen electrode 51a of the fuel cell main body 51, and is a battery outlet fuel cutoff for adjusting the fuel supply amount. A valve V7 is provided.

空気供給ラインＬ１０は、燃料電池本体５１の酸素極５１ｂに対して発電用空気ａ１を供給するラインで、この空気ａ１を供給するカソード空気ブロワ用回転機Ｍ４，カソード空気流量計６２および電池入口空気遮断弁Ｖ８が設けられる。 The air supply line L10 is a line that supplies power generation air a1 to the oxygen electrode 51b of the fuel cell main body 51. The cathode air blower rotating machine M4 that supplies this air a1, the cathode air flow meter 62, and the battery inlet air. A shut-off valve V8 is provided.

冷却水供給ラインＬ１１は、燃料電池本体５１に対して貯水タンク５２から水成分ｗ１を供給するためのラインで、このラインの電池冷却水圧を検知して水圧信号を出力する水圧センサＳ３を備えている。 The cooling water supply line L11 is a line for supplying the water component w1 from the water storage tank 52 to the fuel cell main body 51, and includes a water pressure sensor S3 that detects the battery cooling water pressure of this line and outputs a water pressure signal. Yes.

更に、燃料電池本体５１から出た排ガスａ３を電池出口空気遮断弁Ｖ９を介して第一の排ガスラインＬ９に通じるように第二の排ガスラインＬ１２が設けられる。 Furthermore, a second exhaust gas line L12 is provided so that the exhaust gas a3 emitted from the fuel cell main body 51 is communicated with the first exhaust gas line L9 via the battery outlet air shutoff valve V9.

更に、燃料電池本体５１には、冷却水供給ラインＬ１１で供給された電池冷却水ｗ３の余剰分を電池冷却水ポンプＰ２を介して貯水タンク５２へ戻す電池冷却水循環ラインＬ１３が設けられる。 Further, the fuel cell main body 51 is provided with a battery cooling water circulation line L13 for returning an excess of the battery cooling water w3 supplied through the cooling water supply line L11 to the water storage tank 52 via the battery cooling water pump P2.

また、燃料電池本体５１には、貯水タンク５２に対して熱交換器５４で熱交換した後の凝縮水ｗ４を回収する凝縮水供給ラインＬ１４とを備えている。 Further, the fuel cell main body 51 is provided with a condensed water supply line L14 for recovering the condensed water w4 after heat exchange with the water storage tank 52 by the heat exchanger 54.

更には、貯水タンク５２には、水位センサＳ４が設けられ、水位が監視されるようになっている。 Further, the water storage tank 52 is provided with a water level sensor S4 so that the water level is monitored.

熱交換器システム５３は、放熱側５４ａと吸熱側５４ｂが設けられ、そしてこの吸熱側５４ｂには、任意に受水する給湯用水を貯湯タンク４２へ強制循環させる循環水ポンプＰ３が設けられる。 The heat exchanger system 53 is provided with a heat radiating side 54a and a heat absorbing side 54b, and the heat absorbing side 54b is provided with a circulating water pump P3 that forcibly circulates hot water for arbitrarily receiving water to the hot water storage tank 42.

次に、制御ユニット４４について説明する。 Next, the control unit 44 will be described.

制御ユニット４４は、図２に示すように、出力制御装置４５と、消費電力検出手段４６とから構成される。 As shown in FIG. 2, the control unit 44 includes an output control device 45 and power consumption detection means 46.

出力制御装置４５は、燃料電池本体５１に対して供給される燃料ガスｇ１，改質ガスｇ２，水成分ｗ１，改質水ｗ２，電池冷却水ｗ３等の供給あるいは循環させる流体の供給量を発電力に応じて自動的に制御可能に設けられる。 The output control device 45 generates fuel gas g1, reformed gas g2, water component w1, reformed water w2, battery cooling water w3, and the like supplied to the fuel cell main body 51 or the supply amount of fluid to be circulated. It is provided so as to be automatically controllable according to force.

消費電力検出手段４６は、出力制御装置４５にて制御された結果、得られた電力量に応じて常に最適なシステム運用ができるように出力制御装置４５側と協同作動するものである。 The power consumption detection means 46 cooperates with the output control device 45 side so that the optimum system operation can always be performed according to the amount of power obtained as a result of being controlled by the output control device 45.

一方、貯湯タンク４２は、図２に示すように、燃料電池ユニット４１側に設けられる熱交換システム５３の貯湯用水の循環水ポンプＰ３を介して熱交換器５４の吸熱側５４ｂに循環させて吸熱した温水ｗ５が蓄えられる。そしてこの温水ｗ５が、例えば図示しない給湯器へ供給可能に設けられる。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the hot water storage tank 42 is circulated to the heat absorption side 54b of the heat exchanger 54 via the circulating water pump P3 for hot water storage water 53 of the heat exchange system 53 provided on the fuel cell unit 41 side. Warm water w5 is stored. And this warm water w5 is provided so that supply to the hot water heater which is not illustrated, for example is possible.

出力制御装置４５は、具体的には図３に示すように、図示しない運転指令部より運転指令（発電出力指令）を受けて運転時様態の監視を始める運転状態監視部７０と、消費電力検出手段４６から消費電力検出信号を受けて補機電源最適化制御部７１と、この補機電源最適化制御部７１により演算された最適化データをデータ収集してセンサ群Ｓ（Ｓ１〜Ｓ４）の検出値の制御を行うデータ収集制御部７２と、補機電源最適化制御部７１の最適化制御信号を受けつつセンサ群Ｓの設定値の範囲でシステム制御するシステム制御部７３とより構成される。 Specifically, as shown in FIG. 3, the output control device 45 receives an operation command (power generation output command) from an operation command unit (not shown) and starts monitoring an operating state, and power consumption detection. In response to the power consumption detection signal from the means 46, the auxiliary power supply optimization control unit 71 and the optimization data calculated by the auxiliary power supply optimization control unit 71 are collected to obtain the sensor group S (S1 to S4). A data collection control unit 72 that controls the detection value, and a system control unit 73 that controls the system within the set value range of the sensor group S while receiving an optimization control signal from the auxiliary power supply optimization control unit 71. .

補機電源電力としては、通常運転時で５０〜６０Ｗ程度であるが、待機時にあっては、ほぼ１０Ｗ程度が消費されている。 Auxiliary power supply power is about 50 to 60 W during normal operation, but about 10 W is consumed during standby.

この出力制御装置４５は、運転指令部より運転指令を受けることにより、センサ群Ｓ、ポンプ群Ｐ、ブロワ用回転機群Ｍ、ファンＦおよび遮断弁群Ｖの省電力な最適的制御を行うことができるものである。 The output control device 45 performs optimum power-saving control of the sensor group S, the pump group P, the blower rotating machine group M, the fan F, and the shutoff valve group V by receiving an operation command from the operation command unit. It is something that can be done.

次に、燃料電池システム３０の作用を燃料電池システムの運転（発電）時および運転停止時に区分して説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 30 will be described separately when the fuel cell system is operated (power generation) and when the operation is stopped.

［燃料電池システムの運転時］
燃料電池システム３０の運転時において、都市ガスやＬＰＧなどの燃料ガスｇ１は、発電システム４３のバーナ燃焼ラインＬ１に導入され、燃料元遮断弁Ｖ１を介して燃料処理装置５０へ導入される。 [During fuel cell system operation]
During the operation of the fuel cell system 30, the fuel gas g1 such as city gas or LPG is introduced into the burner combustion line L1 of the power generation system 43, and is introduced into the fuel processing device 50 via the fuel source cutoff valve V1.

先ず、バーナ燃焼ラインＬ１に供給された燃料ガスｇ１は、燃料元圧センサＳ１および燃料流量計６０にて状態監視がなされ、燃料供給ブロワ用回転機Ｍ１により流量調整がなされる。 First, the state of the fuel gas g1 supplied to the burner combustion line L1 is monitored by the fuel source pressure sensor S1 and the fuel flow meter 60, and the flow rate is adjusted by the fuel supply blower rotating machine M1.

そして、燃料供給ブロワ用回転機Ｍ１を通じた燃料ガスｇ１の一部は、バーナ燃料ガスとしてバーナ燃料遮断弁Ｖ２を介する一方、空気供給ラインＬ２のバーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２にて調整された空気ａ１と混合して、燃料処理装置５０のバーナ燃焼に利用する。このバーナ空気量はバーナ空気流量計６１にて監視され、バーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２にて適切な流量に調整される。なお、この流量調整時には、燃料元圧センサＳ１および燃料流量計６０への電源供給（電力消費）がなされると同時に制御ユニット４４の出力制御装置４５においてデータ収集を連続的または断続的に行なう。 A part of the fuel gas g1 through the fuel supply blower rotating machine M1 passes through the burner fuel cutoff valve V2 as burner fuel gas, while the air adjusted by the burner air blower rotating machine M2 in the air supply line L2. It is mixed with a1 and used for burner combustion of the fuel processor 50. This burner air amount is monitored by the burner air flow meter 61 and adjusted to an appropriate flow rate by the burner air blower rotating machine M2. During the flow rate adjustment, power is supplied (power consumption) to the fuel source pressure sensor S1 and the fuel flow meter 60, and at the same time, data collection is performed continuously or intermittently in the output control device 45 of the control unit 44.

また、このバーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２にての流量の調整時に、バーナ空気流量計６１への電源供給およびデータ収集を連続的または断続的に行なつてもよい。 Further, when adjusting the flow rate at the burner air blower rotating machine M2, power supply to the burner air flow meter 61 and data collection may be performed continuously or intermittently.

また、バーナ燃焼ラインＬ１から導入された燃料ガスｇ１の残りの燃料ガスｇ１はリサイクルラインＬ５のリサイクル遮断弁Ｖ３を介して燃料処理装置５０へ導入され、改質水供給ラインＬ４の改質水ポンプＰ１にて燃料処理装置５０へ導入された改質水ｗ２の作用により、主に水素と二酸化炭素に改質される。この時、燃料処理装置５０内部の圧力は燃料供給圧力センサＳ２にて監視される。ここで、燃料供給圧力センサＳ２への電源供給も行われ、また、出力制御装置４５によるデータ収集も行われる。 Further, the remaining fuel gas g1 of the fuel gas g1 introduced from the burner combustion line L1 is introduced into the fuel processing device 50 via the recycle cutoff valve V3 of the recycle line L5, and the reformed water pump of the reformed water supply line L4. The reformed water w2 introduced into the fuel processing apparatus 50 at P1 is mainly reformed into hydrogen and carbon dioxide. At this time, the pressure inside the fuel processor 50 is monitored by the fuel supply pressure sensor S2. Here, power supply to the fuel supply pressure sensor S2 is also performed, and data collection by the output control device 45 is also performed.

さらに、燃料処理装置５０の触媒の種類により燃料処理装置５０で生成した水素の一部を、燃料供給ブロワ用回転機Ｍ１の上流に戻すことが必要になる場合があるが、この場合は、リサイクルラインＬ５のリサイクル遮断弁Ｖ３を介してなされる。また、燃料処理装置５０へは、改質ガスｇ２中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する目的で、選択酸化用空気供給ラインＬ３の選択酸化用空気ブロワ用回転機Ｍ３にて選択酸化用空気遮断弁Ｖ５を介して空気が送られる。 Furthermore, depending on the type of catalyst in the fuel processor 50, it may be necessary to return a part of the hydrogen generated in the fuel processor 50 to the upstream side of the fuel supply blower rotating machine M1, but in this case, recycling is required. This is done via a recycle shutoff valve V3 in line L5. Further, for the purpose of converting the carbon monoxide in the reformed gas g2 into carbon dioxide, the selective oxidation air is supplied to the fuel processing device 50 by the selective oxidation air blower rotator M3 of the selective oxidation air supply line L3. Air is sent through the shut-off valve V5.

改質ガスｇ２は、燃料ガス供給ラインＬ６の電池入口燃料遮断弁Ｖ６を介して、燃料電池本体５１へ供給される。この電池本体５１にて消費されなかった残燃料は、残余燃料戻しラインＬ７の電池出口燃料遮断弁Ｖ７を介して、再度、燃料処理装置５０へ供給され、バーナ燃焼に利用される。さらに、燃焼後の排ガスａ３は、第二の排ガスラインＬ１２から熱交換器５４を介して外部へ放出される。この熱交換器５４の２次側、すなわち、吸熱側５４ｂには、循環水ポンプＰ３により外部から水が供給され、排ガスａ３と熱交換がなされることにより温水ｗ５が生成され、例えば家庭用給湯として利用される。 The reformed gas g2 is supplied to the fuel cell main body 51 via the battery inlet fuel cutoff valve V6 of the fuel gas supply line L6. The remaining fuel that has not been consumed in the battery main body 51 is supplied again to the fuel processing device 50 via the battery outlet fuel cutoff valve V7 of the remaining fuel return line L7 and used for burner combustion. Further, the exhaust gas a3 after combustion is discharged to the outside through the heat exchanger 54 from the second exhaust gas line L12. The secondary side of the heat exchanger 54, that is, the heat absorption side 54b, is supplied with water from the outside by the circulating water pump P3 and exchanges heat with the exhaust gas a3 to generate hot water w5. Used as

また、燃料電池本体５１へは電池入口空気遮断弁Ｖ８を介して、カソード空気ブロワ用回転機Ｍ４にて空気が供給される。このカソード空気量はカソード空気流量計６２にて監視され、カソード空気ブロワ用回転機Ｍ４にて適切な流量に調整される。ここで、カソード空気流量計６２への電源供給がなされ、また、出力制御装置４５により連続的あるいは断続的にデータ収集がなされる。そして、燃料電池本体５１を出た空気は第二の排ガスラインＬ１２を介して、第一の排ガスラインＬ９と混合し、熱交換器５４を介して外部へ排出される。 In addition, air is supplied to the fuel cell main body 51 by the cathode air blower rotating machine M4 via the battery inlet air cutoff valve V8. The cathode air amount is monitored by a cathode air flow meter 62 and adjusted to an appropriate flow rate by a cathode air blower rotating machine M4. Here, power is supplied to the cathode air flow meter 62, and data is collected continuously or intermittently by the output control device 45. Then, the air exiting the fuel cell main body 51 is mixed with the first exhaust gas line L9 via the second exhaust gas line L12, and is discharged to the outside via the heat exchanger 54.

また、燃料電池本体５１へは、貯水タンク５２から電池冷却水ポンプＰ２により水が供給され、燃料電池本体５１入口の電池冷却水の水圧センサＳ３により、圧力が監視される。この貯水タンク５２の水位は、水位センサＳ４により監視される。ここで、電池冷却水の水圧センサＳ３及び水位センサＳ４への電源供給がなされる一方、出力制御装置４５のセンサ群Ｓによるデータ収集を連続的あるいは断続的に行なわれる。 Further, water is supplied to the fuel cell main body 51 from the water storage tank 52 by the battery cooling water pump P2, and the pressure is monitored by the water pressure sensor S3 of the battery cooling water at the inlet of the fuel cell main body 51. The water level in the water storage tank 52 is monitored by a water level sensor S4. Here, power is supplied to the water pressure sensor S3 and the water level sensor S4 of the battery cooling water, while data collection by the sensor group S of the output control device 45 is performed continuously or intermittently.

次に、以上に記したセンサ群Ｓへの連続的あるいは断続的な電源供給および出力制御装置４５によるデータ収集について、図３を参照して具体的に説明する。 Next, continuous or intermittent power supply to the sensor group S described above and data collection by the output control device 45 will be specifically described with reference to FIG.

図３に示す運転状態監視部７０にて発電システム４３の状態が確認され、補機電源最適化制御部７１にて間欠的な電源供給およびデータ収集の方法が選択される。その結果が、システム制御部７３へ伝えられ、圧力センサＳ１〜Ｓ３、水位センサＳ４、流量計６０〜６２の連続的あるいは断続的な電源供給および出力制御装置４５によるデータ収集がなされる。 The operation state monitoring unit 70 shown in FIG. 3 confirms the state of the power generation system 43, and the auxiliary power supply optimization control unit 71 selects an intermittent power supply and data collection method. The result is transmitted to the system control unit 73, and the pressure sensors S1 to S3, the water level sensor S4, and the flow meters 60 to 62 are continuously or intermittently supplied with power and the output control device 45 collects data.

以上の作用により、発電システム４３の発電時においてセンサ群Ｓや流量計６０〜６２で消費される電力を必要最小限に抑えることができる。 With the above operation, the power consumed by the sensor group S and the flow meters 60 to 62 during power generation by the power generation system 43 can be minimized.

また、燃料電池システム３０の発電出力が一定である場合は、状態変化が少ないと考えられるので通常より長い間隔とし、発電出力を変動させる場合は、データ収集を密に行ない監視する必要があるため通常より短かい間隔とする。これにより、プロセスの状態監視による電源消費を必要最小限に低減することができる。 In addition, when the power generation output of the fuel cell system 30 is constant, it is considered that the state change is small, so it is necessary to set a longer interval than usual, and when the power generation output is fluctuated, it is necessary to closely monitor and collect data. The interval is shorter than usual. As a result, power consumption due to process state monitoring can be reduced to a necessary minimum.

そして、センサ群Ｓや流量計６０〜６２への電源供給およびデータ収集は、図３に示す出力制御装置４５にてなされるので、運転状態監視部７０にて発電システム４３の状態が常に確認され、補機電源最適化制御部７１にて断続的な電源供給およびデータ収集の方法が選択できる。その結果が、システム制御部７３へ伝えられ、圧力センサＳ１〜Ｓ３、水位センサＳ４、流量計６０〜６２の断続的な電源供給およびデータ収集がなされる。 Since power supply and data collection to the sensor group S and the flow meters 60 to 62 are performed by the output control device 45 shown in FIG. 3, the operating state monitoring unit 70 always confirms the state of the power generation system 43. The auxiliary power optimization control unit 71 can select an intermittent power supply and data collection method. The result is transmitted to the system control unit 73, and intermittent power supply and data collection of the pressure sensors S1 to S3, the water level sensor S4, and the flow meters 60 to 62 are performed.

したがって、発電システム４３の稼動時にあっては、遮蔽弁群Ｖの開閉状態を、例えば永久磁石などで機械的に保持する機構を備えた遮断弁、例えば通常遮断弁は外部からの電源により開または閉位置が電気的に保持されるが、位置を保持するのに電力を要しない弁を用いることにより、遮断弁群Ｖによる消費電力を低減させることができる。 Therefore, when the power generation system 43 is in operation, a shut-off valve having a mechanism that mechanically holds the open / close state of the shielding valve group V with, for example, a permanent magnet, for example, a normal shut-off valve is opened or closed by an external power supply. Although the closed position is electrically held, the power consumption by the shutoff valve group V can be reduced by using a valve that does not require electric power to hold the position.

このような弁を採用することにより、一層の省エネルギー性が高められる。 By adopting such a valve, further energy saving is enhanced.

［燃料電池システムの運転停止時］
燃料電池システム３０の運転停止時には、燃料処理装置５０の内部圧力を一定の範囲に保持するため、燃料供給ラインＬ８の燃料供給圧力センサＳ２にて圧力状態の監視がなされ、必要に応じてバーナ燃焼ラインＬ１の燃料元遮断弁Ｖ１および燃料供給ライン燃料遮断弁Ｖ４が開放される。また、燃料処理装置５０の温度が一定値以上となっている場合は、空気供給ラインＬ２のバーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２の強制動作により、降温操作がなされる。ここで、バーナ空気流量はバーナ空気流量計６１にて監視され、バーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２にて適切な流量に調整される。一方、貯湯タンク４２の循環水ポンプＰ３は、貯湯タンク４２独自の外部指令により、本指令に応じた動作がなされる。 [When the fuel cell system is shut down]
When the operation of the fuel cell system 30 is stopped, the pressure state is monitored by the fuel supply pressure sensor S2 of the fuel supply line L8 in order to keep the internal pressure of the fuel processing device 50 within a certain range, and burner combustion is performed as necessary. The fuel source cutoff valve V1 and the fuel supply line fuel cutoff valve V4 in the line L1 are opened. Further, when the temperature of the fuel processing device 50 is equal to or higher than a certain value, the temperature lowering operation is performed by the forced operation of the burner air blower rotating machine M2 of the air supply line L2. Here, the burner air flow rate is monitored by the burner air flow meter 61 and adjusted to an appropriate flow rate by the burner air blower rotating machine M2. On the other hand, the circulating water pump P3 of the hot water storage tank 42 is operated according to this command by an external command unique to the hot water storage tank 42.

その他の回転機群Ｍ，センサ群Ｓについては、燃料電池システム３０の停止時に動作する必要がないので、図３に示す出力制御装置４５にて電源停止操作がなされる。 Since the other rotating machine group M and sensor group S do not need to operate when the fuel cell system 30 is stopped, the power control operation is performed by the output control device 45 shown in FIG.

具体的には、運転状態監視部７０にて燃料電池システム３０の状態が確認され、補機電源最適化制御部７１にて電源供給の必要性について判断される。 Specifically, the state of the fuel cell system 30 is confirmed by the operation state monitoring unit 70, and the necessity for power supply is determined by the auxiliary machine power supply optimization control unit 71.

その結果、システム制御部７３により不要な補機への電源供給が停止される。 As a result, the system controller 73 stops the power supply to unnecessary auxiliary machines.

電源供給が停止される対象は、まず回転機群Ｍとしては、燃料供給ブロワ用回転機Ｍ１、選択酸化用空気ブロワ用回転機Ｍ３、カソード空気ブロワ用回転機Ｍ４、電池冷却水ポンプＰ２、改質水ポンプＰ１、が挙げられる。次に、センサ群Ｓとしては、燃料元圧センサＳ１，水圧センサＳ３および水位センサＳ４、バーナ空気流量計６１およびカソード空気流量計６２が挙げられる。 The target for which power supply is stopped is as follows. The rotating machine group M includes a fuel supply blower rotary machine M1, a selective oxidation air blower rotary machine M3, a cathode air blower rotary machine M4, a battery cooling water pump P2, The quality water pump P1 is mentioned. Next, examples of the sensor group S include a fuel source pressure sensor S1, a water pressure sensor S3 and a water level sensor S4, a burner air flow meter 61, and a cathode air flow meter 62.

また、発電システム４３の停止過程で、燃料処理装置５０の内部温度を降温させるため、空気供給ラインＬ２のバーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２、改質水供給ラインＬ４の改質水ポンプＰ１を動作させる。このバーナ空気量はバーナ空気流量計６１にて監視され、バーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２にて適切な流量に調整される。また、循環水ポンプＰ３は、制御ユニット４４からの図示しない外部指令により、本指令に応じた動作がなされる。 Further, in the process of stopping the power generation system 43, the burner air blower rotating machine M2 of the air supply line L2 and the reforming water pump P1 of the reforming water supply line L4 are operated in order to lower the internal temperature of the fuel processing device 50. . This burner air amount is monitored by the burner air flow meter 61 and adjusted to an appropriate flow rate by the burner air blower rotating machine M2. Further, the circulating water pump P3 is operated in accordance with this command by an external command (not shown) from the control unit 44.

その他の回転機群Ｍ，センサ群Ｓについては、発電システム４３の運転停止時と同様に、システム制御部７３により不要な補機への電源供給が停止される。 For the other rotating machine group M and sensor group S, the power supply to unnecessary auxiliary machines is stopped by the system control unit 73 in the same manner as when the operation of the power generation system 43 is stopped.

電源供給が停止される対象もまた発電システム４３の運転停止時と同様である。 The target for which power supply is stopped is also the same as when the operation of the power generation system 43 is stopped.

なお、燃料電池システム３０により得られた直流電力は、別途図示しないインバータを通して、交流化して家庭用機器等の電源として利用することができる。 The direct current power obtained by the fuel cell system 30 can be converted into alternating current through an inverter (not shown) and used as a power source for household equipment.

また、発電システム４３の稼動時にあって、電力不使用時などで電力の逆潮が生じ得る場合には、燃料電池ユニット４１内に設けられるヒータ（図示せず）に接続して電力消費させるようにすることもできる。 In addition, when the power generation system 43 is in operation and a reverse power flow may occur when the power is not used, the power is consumed by connecting to a heater (not shown) provided in the fuel cell unit 41. It can also be.

以上説明したように、本発明の燃料電池システム３０によれば、
燃料ガスｇ１を水素に変換する燃料処理装置５０および当該燃料処理装置５０から燃料ガスｇ１が供給されて発電する発電システム４３およびこの発電システム４３の稼動制御を行う制御ユニット４４を備えた燃料電池ユニット４１と、燃料処理装置５０からの排熱を利用して生成された温水を蓄える貯湯タンク４２とから構成され、燃料電池ユニット４１は、発電システム４３および当該発電システム４３の発電を制御する制御ユニット４４を具備する。 As described above, according to the fuel cell system 30 of the present invention,
A fuel cell unit including a fuel processing device 50 that converts the fuel gas g1 into hydrogen, a power generation system 43 that is supplied with the fuel gas g1 from the fuel processing device 50, and a control unit 44 that controls the operation of the power generation system 43 41 and a hot water storage tank 42 for storing hot water generated by using the exhaust heat from the fuel processing device 50, the fuel cell unit 41 is a control unit that controls the power generation system 43 and the power generation of the power generation system 43. 44.

発電システムは、燃料処理装置５０へ改質水ｗ２を供給する貯水タンク５２と、燃料処理装置５０からの排熱を、排ガスａ３を介して貯湯タンク４２側へ伝熱する熱交換器システム５３の熱交換器５４と、燃料処理装置５０，燃料電池本体５１，貯水タンク５２および熱交換器５４への燃料ガスｇ１，空気ａ１，ａ２，改質水ｗ２それぞれを供給するブロワ用回転機群Ｍと、燃料処理装置５０，燃料電池本体５１，貯水タンク５２，熱交換器５４への燃料ガスｇ１，空気ａ１，ａ２，改質水ｗ２それぞれの供給を遮断する遮断弁群Ｖと、燃料処理装置５０，燃料電池ユニット４１，貯水タンク５２，熱交換器５４への燃料ガスｇ１，空気ａ１，ａ２，改質水ｗ２の供給量を検知するセンサ群Ｓを備える。制御ユニット４４は、発電システム４３の稼動停止時に、回転機群Ｍ，遮断弁群Ｖおよびセンサ群Ｓの少なくとも一群への電力供給を停止するよう制御するようにしたから、
燃料電池システム３０の種々の状態において回転機群Ｍ,遮断弁群Ｖ,センサ群Ｓなどで消費される電力を最小限に抑えることにより、省エネルギー性に優れた高い発電効率を保持した燃料電池システムを提供することができる。 The power generation system includes a water storage tank 52 that supplies reformed water w2 to the fuel processing device 50, and a heat exchanger system 53 that transfers exhaust heat from the fuel processing device 50 to the hot water storage tank 42 side through the exhaust gas a3. A heat exchanger 54, a rotating machine group M for a blower for supplying the fuel gas g1, air a1, a2, reformed water w2 to the fuel processor 50, the fuel cell main body 51, the water storage tank 52, and the heat exchanger 54, and , A fuel processing device 50, a fuel cell main body 51, a water storage tank 52, a shutoff valve group V for shutting off the supply of fuel gas g1, air a1, a2 and reformed water w2 to the heat exchanger 54, and the fuel processing device 50. , A fuel cell unit 41, a water storage tank 52, and a sensor group S that detects the amount of fuel gas g1, air a1, a2, and reformed water w2 supplied to the heat exchanger 54. Since the control unit 44 controls to stop power supply to at least one of the rotating machine group M, the shutoff valve group V, and the sensor group S when the operation of the power generation system 43 is stopped,
A fuel cell system that maintains high power generation efficiency with excellent energy saving by minimizing the power consumed by the rotating machine group M, the shutoff valve group V, the sensor group S, etc. in various states of the fuel cell system 30 Can be provided.

また、本発明の燃料電池システム３０によれば、センサ群Ｓは、発電システム４３の稼動時において、特に稼動状態が安定している場合には、当該センサ群Ｓの電力受給を断続的に行なうことができるようにシステム構成したから、より一層の省電力を効果が得られる。 Further, according to the fuel cell system 30 of the present invention, the sensor group S intermittently receives power from the sensor group S when the power generation system 43 is operating, particularly when the operating state is stable. Since the system is configured so as to be able to achieve this, further power saving can be achieved.

更に、センサ群Ｓは、当該センサ群Ｓへの電力受給間隔を、前記発電システム４３による発電出力が一定である場合には、発電出力が変動している場合より長くなるようにシステム構成したから、さらにより一層の省電力を効果が得られる。 Furthermore, the sensor group S is configured such that the power reception interval to the sensor group S is longer when the power generation output by the power generation system 43 is constant than when the power generation output fluctuates. In addition, even more power saving can be obtained.

更にまた、センサ群Ｓは、発電システム４３の稼動停止後の燃料処理装置の降温過程では、上記降温過程でのシステム制御上の変動要因が少ないことから、電力受給間隔を通常時と比べ相対的に長くさせたシステム構成としたから、更にまた、より一層の省電力を効果が得られる。 Furthermore, the sensor group S has a relatively low power receiving interval compared to the normal time because there are few fluctuation factors in the system control in the temperature lowering process in the temperature lowering process of the fuel processor after the operation of the power generation system 43 is stopped. In addition, since the system configuration is long, the power can be saved more effectively.

また、遮断弁群Ｖは、発電システム４３の稼動時においても、遮断または開放時の消費電力が伴わない構成を採用することにより、当該遮断弁群Ｖに関わる電力消費を皆無とすることができるので、より一層の省電力を効果が得られる。 Moreover, even when the power generation system 43 is in operation, the shut-off valve group V can eliminate power consumption related to the shut-off valve group V by adopting a configuration that does not involve power consumption during shut-off or opening. Therefore, the effect of further power saving can be obtained.

更に、発電システム４３の稼動停止後の燃料処理装置５０の降温過程で、ブロワ用回転機群Ｍのバーナ空気ブロワ用回転機Ｍ２により、燃料処理装置５０を強制空冷するように設けた構成を採用したので、間接的に発電システム４３の発電効率向上に寄与させることができる。 Further, a configuration is adopted in which the fuel processor 50 is forcibly air-cooled by the burner air blower rotating machine M2 of the blower rotating machine group M in the temperature lowering process of the fuel processing apparatus 50 after the operation of the power generation system 43 is stopped. Therefore, the power generation efficiency of the power generation system 43 can be indirectly contributed to.

本発明に係る燃料電池システムの実施形態を示す概要図。1 is a schematic diagram showing an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１に示す燃料電池システムの燃料電池ユニットの発電システムおよび出力制御装置を示す系統図。FIG. 2 is a system diagram showing a power generation system and an output control device of a fuel cell unit of the fuel cell system shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池システムの制御ユニットを示すブロック図。The block diagram which shows the control unit of the fuel cell system shown in FIG. 従来の燃料電池システムの構成を示す概要図。The schematic diagram which shows the structure of the conventional fuel cell system. 従来の燃料電池システムの発電システムに対する出力制御装置の関係を示すブロック図。The block diagram which shows the relationship of the output control apparatus with respect to the electric power generation system of the conventional fuel cell system.

Explanation of symbols

３０燃料電池システム
３１一般家屋
３２電灯
３３エアコン
３４床暖房システム
３５シャワー
３６蛇口
４１燃料電池ユニット
４２貯湯タンク
４３発電システム
４４制御ユニット
４５出力制御装置
４６消費電力検出手段
５０燃料処理装置
５１燃料電池本体
５１ａ水素極
５１ｂ酸素極
５２貯水タンク
５３熱交換器システム
５４熱交換器
５４ａ放熱側
５４ｂ吸熱側
６０燃料流量計
６１バーナ空気流量計
６２カソード空気流量計
７０運転状態監視部
７１補機電源最適化制御部
７２データ収集制御部
７３システム制御部
Ｌ１バーナ燃焼ライン
Ｌ２，Ｌ１０空気供給ライン
Ｌ３選択酸化用空気供給ライン
Ｌ４改質水供給ライン
Ｌ５リサイクルライン
Ｌ６燃料ガス供給ライン
Ｌ７残余燃料戻しライン
Ｌ８燃料供給ライン
Ｌ９第一の排ガスライン
Ｌ１１冷却水供給ライン
Ｌ１２第二の排ガスライン
Ｌ１３電池冷却水循環ライン
Ｌ１４凝縮水供給ライン
ａ１発電用空気
ａ２選択酸化用空気
ａ３排ガス（排熱空気）
ｇ１燃料ガス
ｇ２改質ガス（燃料ガス）
ｗ１水成分
ｗ２改質水
ｗ３電池冷却水
ｗ４凝縮水
ｗ５温水
Ｖ（Ｖ１〜Ｖ９）遮断弁群
Ｖ１燃料元遮断弁
Ｖ２バーナ燃料遮断弁
Ｖ３リサイクル遮断弁
Ｖ４燃料遮断弁
Ｖ５選択酸化用空気遮断弁
Ｖ６電池入口燃料遮断弁
Ｖ７電池出口燃料遮断弁
Ｖ８電池入口空気遮断弁
Ｖ９電池出口空気遮断弁
Ｍ（Ｍ１〜Ｍ４）ブロワ用回転機群
Ｍ１燃料供給ブロワ用回転機
Ｍ２バーナ空気ブロワ用回転機
Ｍ３選択酸化用空気ブロワ用回転機
Ｍ４カソード空気ブロワ用回転機
Ｆファン
Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）ポンプ群
Ｐ１改質水ポンプ
Ｐ２電池冷却水ポンプ
Ｐ３循環水ポンプ
Ｓ（Ｓ１〜Ｓ８）センサ群
Ｓ１燃料元圧力センサ
Ｓ２燃料供給圧力センサ
Ｓ３水圧センサ
Ｓ４水位センサ 30 fuel cell system 31 general house 32 electric lamp 33 air conditioner 34 floor heating system 35 shower 36 faucet 41 fuel cell unit 42 hot water tank 43 power generation system 44 control unit 45 output control device 46 power consumption detection means 50 fuel processing device 51 fuel cell main body 51a Hydrogen electrode 51b Oxygen electrode 52 Water storage tank 53 Heat exchanger system 54 Heat exchanger 54a Heat release side 54b Heat absorption side 60 Fuel flow meter 61 Burner air flow meter 62 Cathode air flow meter 70 Operating state monitoring unit 71 Auxiliary power source optimization control unit 72 Data collection control unit 73 System control unit L1 Burner combustion line L2, L10 Air supply line L3 Selective oxidation air supply line L4 Reformed water supply line L5 Recycle line L6 Fuel gas supply line L7 Residual fuel return line L8 Fuel supply line L9 First Gas line L11 cooling water supply line L12 second exhaust gas line L13 battery coolant circulation line L14 condensed water supplying line a1 generating air a2 selective oxidation air a3 exhaust gas (exhaust heat air)
g1 Fuel gas g2 Reformed gas (fuel gas)
w1 Water component w2 Reformed water w3 Battery cooling water w4 Condensed water w5 Hot water V (V1 to V9) Shutoff valve group V1 Fuel source shutoff valve V2 Burner fuel shutoff valve V3 Recycle shutoff valve V4 Fuel shutoff valve V5 Selective oxidation air shutoff valve V6 Battery inlet fuel shut-off valve V7 Battery outlet fuel shut-off valve V8 Battery inlet air shut-off valve V9 Battery outlet air shut-off valve M (M1 to M4) Blower rotating machine group M1 Fuel supply blower rotating machine M2 Burner air blower rotating machine M3 Rotating machine for selective oxidation air blower M4 Rotating machine for cathode air blower F Fan P (P1 to P3) Pump group P1 Reformed water pump P2 Battery cooling water pump P3 Circulating water pump S (S1 to S8) Sensor group S1 Fuel source Pressure sensor S2 Fuel supply pressure sensor S3 Water pressure sensor S4 Water level sensor

Claims

A fuel processing device that converts fuel gas into hydrogen, a power generation system that generates electric power when the fuel gas is supplied from the fuel processing device, a fuel cell unit that includes a control unit that controls operation of the power generation system, and the fuel processing device A fuel cell system comprising a hot water storage tank for storing hot water generated by utilizing exhaust heat from
The power generation system includes a water storage tank that supplies reformed water to the fuel processor,
A heat exchanger system for transferring exhaust heat from the fuel processing device to the hot water storage tank side via exhaust heat air;
A blower rotating machine group and a pump for supplying fuel gas, air, and reformed water to the fuel processor, the fuel cell main body, the water storage tank, and the heat exchanger system,
A shutoff valve group for shutting off the supply of fuel gas, air, and reformed water to the fuel processor, the fuel cell body, the water tank, and the heat exchanger system;
A sensor group for detecting the amount of fuel gas, air, and reformed water supplied to the fuel processor, the fuel cell body, the water tank, and the heat exchanger system;
The control unit controls the power supply to stop at least one of the rotating machine group, the shut-off valve group, and the sensor group when the operation of the power generation system is stopped.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the sensor group intermittently receives power from the sensor group when the power generation system is in operation.

2. The sensor group according to claim 1, wherein when the power generation output by the power generation system is constant, the sensor group makes the power reception interval to the sensor group longer than when the power generation output fluctuates. Fuel cell system.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the sensor group has a relatively long power receiving interval compared to a normal time in a temperature lowering process of the fuel processing apparatus after the operation of the power generation system is stopped.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the shut-off valve group has a configuration that does not involve power consumption during shut-off or open when the power generation system is in operation.

The burner air blower rotary machine of the blower rotary machine group is configured such that the fuel processing apparatus is forcibly air-cooled in the temperature lowering process of the fuel processing apparatus after the operation of the power generation system is stopped. The fuel cell system described.