JP2010153147A - Exhaust-heat recovery device, and fuel cell system - Google Patents

Exhaust-heat recovery device, and fuel cell system Download PDF

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聡 小久保
Hiroaki Kato
浩明 加藤
和政 ▲高▼田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high efficiency of heat collection in an exhaust-heat recovery device and a fuel cell system while aiming at reduced costs and space-saving upon recovering exhaust-heat generated in a device (system) as stored hot water. <P>SOLUTION: The exhaust-heat recovery device includes a stored hot and water circulation line 32 communicated with a stored hot water container 31 and circulating the stored hot water, a first thermal medium circulation line 33 for circulating a first thermal medium which collects exhaust-heat of a reformer 20, a first heat exchanger 35 wherein the stored hot water and the first thermal medium are heat-exchanged, a second heat exchanger 36 located on the stored hot water circulation line 32 and at a downstream side of the stored hot water against the first heat exchanger 35 and arranged between the first heat exchanger 35 and the stored hot water container 31 and heat-exchanging between the stored hot water and the second thermal medium, and a flow rate adjusting means 40 for adjusting a flow rate of the first thermal medium by controlling a first thermal medium circulation means 33a so that inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first thermal medium for circulating the first thermal medium circulation line 33 is set up to be target temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、排熱回収装置および燃料電池システムに関する。   The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus and a fuel cell system.

排熱回収装置および燃料電池システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図1に示されているように、排熱回収装置および燃料電池システムは、貯湯水を貯湯可能な貯湯槽20と、貯湯槽20に連通され貯湯水が循環する貯湯水循環ライン(共用経路26、熱回収往路128a、熱回収復路128b、第2温水経路43、及び第1温水経路42)と、燃料電池114と熱交換する熱媒(発電熱を回収する)が循環する発電熱媒循環経路124と、前記貯湯水循環ラインを循環する貯湯水と発電熱媒循環経路124を循環する熱媒とが熱交換する熱交換器118と、発電熱媒循環経路124に設けられ熱媒を循環させる熱媒ポンプ127と、熱媒三方弁122の出口122cに一端が接続され燃料電池114に他端が接続された経路130と、熱媒三方弁122の出口122bに一端が接続され他端が経路130に接続された経路129と、経路129の途中に設けられた熱媒放熱器120と、熱媒放熱器120に隣接して設けられた熱媒冷却ファン119と、発電熱媒循環経路124の燃料電池114より下流側に設けられた熱媒温度センサ117と、を有している。   As one type of the exhaust heat recovery device and the fuel cell system, the one shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, an exhaust heat recovery device and a fuel cell system are provided with a hot water storage tank 20 capable of storing hot water and a hot water storage line that is connected to the hot water storage tank 20 and circulates hot water. Heat generation heat that circulates the common medium 26, the heat recovery forward path 128a, the heat recovery return path 128b, the second hot water path 43, and the first hot water path 42) and the heat medium (which recovers the generated heat) that exchanges heat with the fuel cell 114 A heat exchanger 118 for exchanging heat between the medium circulation path 124, the hot water circulating in the hot water circulation line and the heat medium circulating in the power generation heat medium circulation path 124, and the heat medium provided in the power generation heat medium circulation path 124. The heat medium pump 127 to be circulated, the path 130 having one end connected to the outlet 122c of the heat medium three-way valve 122 and the other end connected to the fuel cell 114, and one end connected to the outlet 122b of the heat medium three-way valve 122 Has passed 130, a heat medium radiator 120 provided in the middle of the path 129, a heat medium cooling fan 119 provided adjacent to the heat medium radiator 120, and a power generation heat medium circulation path 124. And a heat medium temperature sensor 117 provided on the downstream side of the fuel cell 114.

この排熱回収装置および燃料電池システムにおいては、熱媒温度センサ117が検出する熱媒温度が高くなりすぎると、発電熱の回収が不十分となってしまうため、熱媒放熱器120による放熱を行う。熱媒三方弁122の入口122aと出口122bが連通され、同時に熱媒冷却ファン119が運転される。熱媒三方弁122の入口122aと出口122bが連通されると、熱媒は経路129に流入する。経路129へ流入した熱媒は熱媒放熱器120を通過し、熱媒冷却ファン119から吹付けられる空気によって放熱する。熱媒温度センサ117で検出される熱媒温度が低下すると、熱媒三方弁122の入口122aと出口122cが再び連通される。このような熱媒三方弁122の切替えが繰返されることにより、熱媒の温度は、所定範囲内に維持されるようになっている。
特開2007−57173号公報
In this exhaust heat recovery device and the fuel cell system, if the heat medium temperature detected by the heat medium temperature sensor 117 becomes too high, the generated heat is not recovered sufficiently. Do. The inlet 122a and outlet 122b of the heat medium three-way valve 122 are communicated with each other, and the heat medium cooling fan 119 is operated at the same time. When the inlet 122 a and the outlet 122 b of the heat medium three-way valve 122 communicate with each other, the heat medium flows into the path 129. The heat medium flowing into the path 129 passes through the heat medium radiator 120 and radiates heat by the air blown from the heat medium cooling fan 119. When the heat medium temperature detected by the heat medium temperature sensor 117 is lowered, the inlet 122a and the outlet 122c of the heat medium three-way valve 122 are communicated again. By repeating the switching of the heat medium three-way valve 122 as described above, the temperature of the heat medium is maintained within a predetermined range.
JP 2007-57173 A

上述した特許文献1に記載の排熱回収装置および燃料電池システムにおいては、熱媒の熱交換器入口温度を熱媒温度センサ117で検出し、センサ検出値により三方弁122を切り換え、流路を経路129か経路130に切り換えている。センサ検出値が判定閾値より高い場合は熱媒冷却ファン119を使って熱媒の温度を下げている。センサ検出値が判定閾値より低い場合は熱媒冷却ファン119で冷やす流路129を通さないで流路130を通すようにしている。この方法で、熱交換器入口の温度を制御し熱回収の高効率を図っている。しかし、熱媒冷却ファン119を使って冷やすために放熱が生じ、熱回収の高効率が十分に達成できないという問題があった。また、冷却用(放熱用)の流路を別途設けているので、その流路を構成するための余分なコスト、スペースがかかるという問題があった。   In the exhaust heat recovery apparatus and the fuel cell system described in Patent Document 1 described above, the heat exchanger inlet temperature of the heat medium is detected by the heat medium temperature sensor 117, the three-way valve 122 is switched by the sensor detection value, and the flow path is changed. The route is switched to the route 129 or the route 130. When the sensor detection value is higher than the determination threshold, the heat medium cooling fan 119 is used to lower the temperature of the heat medium. When the sensor detection value is lower than the determination threshold, the flow path 130 is not passed through the flow path 129 cooled by the heat medium cooling fan 119, but the flow path 130 is passed. In this way, the temperature at the inlet of the heat exchanger is controlled to achieve high efficiency in heat recovery. However, there is a problem in that heat is generated due to cooling using the heat medium cooling fan 119, and high efficiency of heat recovery cannot be achieved sufficiently. In addition, since a cooling (heat radiation) flow path is provided separately, there is a problem in that extra cost and space are required to configure the flow path.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、排熱回収装置および燃料電池システムにおいて、装置(システム)内で生じた排熱を貯湯水に回収するにあたって、低コスト・省スペース化を図りつつ熱回収のさらなる高効率化を達成することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In the exhaust heat recovery apparatus and the fuel cell system, when recovering the exhaust heat generated in the apparatus (system) into the hot water, low cost and space saving. It aims at achieving further high efficiency of heat recovery, aiming at improvement.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、貯湯水を貯湯可能な貯湯槽と、貯湯槽に連通され貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、発電装置の排熱を回収した第1熱媒体が循環する第1熱媒体循環ラインと、貯湯水循環ラインを循環する貯湯水と第1熱媒体循環ラインを循環する第1熱媒体とが熱交換する第1熱交換器と、第1熱媒体循環ライン上に設けられ第1熱媒体を循環させる第1熱媒体循環手段と、第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度が目標温度となるように第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する流量調整手段と、を備えたことである。   In order to solve the above problems, the structural features of the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 are a hot water storage tank capable of storing hot water, a hot water circulation line connected to the hot water tank and circulating the hot water. The first heat medium circulation line through which the first heat medium recovered from the exhaust heat of the power generator circulates, the hot water circulating through the hot water circulation line, and the first heat medium circulating through the first heat medium circulation line are heat exchanged. First heat exchanger, first heat medium circulating means provided on the first heat medium circulation line for circulating the first heat medium, and first heat of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line And a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the first heat medium by controlling the first heat medium circulating means so that the inlet temperature of the exchanger becomes a target temperature.

また請求項2に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、請求項1において、流量調整手段は、第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の目標温度と、第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の実測温度と、からフィードバック制御を行って第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整することである。   The exhaust heat recovery apparatus according to claim 2 is characterized in that the flow rate adjusting means is an inlet of the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means by performing feedback control from the target temperature of the temperature and the actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. That is.

また請求項3に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、請求項1または請求項2において、流量調整手段は、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報も考慮して、第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整することである。   Further, in the configuration of the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 3, in claim 1 or 2, the flow rate adjusting means is information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank. Also, the flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means.

また請求項4に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、発電装置は、改質器で改質された改質ガスをアノードガスとして使用する燃料電池を備え、第1熱媒体は改質器の排熱を回収しており、流量調整手段は、改質器で改質された改質ガスをアノードガスとして使用する燃料電池の発電負荷に関する情報も考慮して、第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整することである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust heat recovery apparatus comprising a fuel cell that uses a reformed gas reformed by a reformer as an anode gas. The exhaust heat of the reformer is recovered, and the flow rate adjusting means takes into account information relating to the power generation load of the fuel cell that uses the reformed gas reformed by the reformer as the anode gas. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the circulation means.

また請求項5に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、請求項4において、流量調整手段は、第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の目標温度と、第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の実測温度とから、第1熱媒体循環手段の制御量をPID制御により演算するPID制御部と、PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを燃料電池の発電負荷に関する情報によりスケジュールする第1ゲインスケジュール部と、PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールする第2ゲインスケジュール部と、を備えていることである。   The exhaust heat recovery apparatus according to claim 5 is characterized in that the flow rate adjusting means is the inlet of the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line. A PID control unit that calculates the control amount of the first heat medium circulating means by PID control from the target temperature of the temperature and the actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, and is used for PID control A first gain schedule unit that schedules at least one of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain according to information on the power generation load of the fuel cell; and at least one of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain used for PID control And a second gain schedule unit that schedules one of the hot water from the hot water storage tank into the first heat exchanger according to information related to the temperature of the hot water.

また請求項6に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、請求項4において、流量調整手段は、燃料電池の発電負荷に関する情報を考慮する場合には、燃料電池の発電負荷が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間も合わせて考慮し、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報を考慮する場合には、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間も合わせて考慮して、第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整することである。   Further, in the configuration of the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 6, in claim 4, when the flow rate adjusting means considers information on the power generation load of the fuel cell, the power generation load of the fuel cell fluctuates. In consideration of the first delay time set in advance corresponding to the dead time when the influence appears as a change in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, When considering the information about the temperature of the hot water flowing into the heat exchanger, when the temperature of the hot water changes, the effect appears as a change in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulating means in consideration of the preset second delay time corresponding to the time.

また請求項7に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、請求項5において、流量調整手段は、燃料電池の発電負荷に関する情報を入力し、燃料電池の発電負荷が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する第1遅延処理部と、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報を入力し、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する第2遅延処理部と、をさらに備えたことである。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a feature of the exhaust heat recovery apparatus according to the fifth aspect, wherein the flow rate adjusting means inputs information on the power generation load of the fuel cell and the power generation load of the fuel cell fluctuates. A first delay processing unit that executes a delay process based on a preset first delay time, the effect of which corresponds to a dead time that appears as a change in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium; When the information regarding the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank is input, and the temperature of the hot water varies, the effect is the fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. And a second delay processing unit that executes a delay process based on a preset second delay time corresponding to the dead time that appears as

また請求項8に係る排熱回収装置の発明の構成上の特徴は、請求項4乃至請求項7の何れか一項において、改質器の改質部から燃料電池の燃料極に供給されるアノードガスと第1熱媒体とが熱交換する第3熱交換器、燃料極から改質器のバーナに供給されるアノードオフガスと第1熱媒体とが熱交換する第4熱交換器、バーナから排出される燃焼排ガスと第1熱媒体とが熱交換する第5熱交換器のうちの少なくとも何れか一つによって、改質器の排熱および/または燃料電池の排熱を第1熱媒体に回収することである。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a structural feature of the exhaust heat recovery apparatus according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein the exhaust heat recovery apparatus is supplied from the reforming section of the reformer to the fuel electrode of the fuel cell. From the third heat exchanger for exchanging heat between the anode gas and the first heat medium, from the fourth heat exchanger for exchanging heat between the anode off gas supplied from the fuel electrode to the burner of the reformer and the first heat medium, from the burner The exhaust heat of the reformer and / or the exhaust heat of the fuel cell is converted into the first heat medium by at least one of the fifth heat exchangers that exchange heat between the exhaust gas discharged and the first heat medium. It is to collect.

また請求項9に係る燃料電池システムの発明の構成上の特徴は、請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の排熱回収装置を備えたことである。   A structural feature of the fuel cell system according to claim 9 is that the exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 8 is provided.

上記のように構成した請求項1に係る排熱回収装置の発明においては、流量調整手段が、第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度が目標温度となるように第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。すなわち、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整するだけで第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。したがって、従来のごとく冷却(放熱)用の流路を別途設けなくて第1熱媒体の温度を目標温度とすることができるので、第1熱媒体に回収した熱を従来のように冷却(放熱)用の流路で放熱することなく第1熱交換器において貯湯水に回収することができ、すなわち熱回収効率を低下させることなく熱回収の高効率を達成することができる。これと同時に、冷却(放熱)用の流路を別途設けなくてすむので、低コスト・省スペース化を達成することができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 configured as described above, the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line is the target temperature. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means so that That is, the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger can be set to the target temperature only by adjusting the flow rate of the first heat medium by controlling the first heat medium circulation means. Therefore, the temperature of the first heat medium can be set as the target temperature without providing a separate cooling (heat radiation) flow path as in the prior art, so that the heat recovered in the first heat medium can be cooled (heat radiation) as in the prior art. ) Can be recovered in the hot water storage in the first heat exchanger without radiating heat in the first flow path, that is, high efficiency of heat recovery can be achieved without lowering the heat recovery efficiency. At the same time, it is not necessary to separately provide a cooling (heat radiation) flow path, so that low cost and space saving can be achieved.

上記のように構成した請求項2に係る排熱回収装置の発明においては、請求項1において、流量調整手段は、第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の目標温度と、第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の実測温度と、からフィードバック制御を行って第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。これにより、簡単な構成により、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整するだけで第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 2 configured as described above, in claim 1, the flow rate adjusting means is the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means by performing feedback control from the target temperature of the inlet temperature and the actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. To do. Thus, with a simple configuration, the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger can be set as the target temperature only by adjusting the flow rate of the first heat medium by controlling the first heat medium circulation means. it can.

上記のように構成した請求項3に係る排熱回収装置の発明においては、請求項1または請求項2において、流量調整手段は、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報も考慮して、第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。これにより、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その変動に伴って第1熱交換器で熱交換した後の第1熱媒体の温度が変動しても、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報も考慮して、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 3 configured as described above, in claim 1 or claim 2, the flow rate adjusting means relates to the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank. In consideration of the information, the flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means. Thereby, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank fluctuates, the temperature of the first heat medium after the heat exchange in the first heat exchanger fluctuates with the fluctuation. In addition, taking into account information related to the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank, the flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means and flows into the first heat exchanger. The temperature of the 1st heat medium to perform can be made into target temperature.

上記のように構成した請求項4に係る排熱回収装置の発明においては、発電装置は、改質器で改質された改質ガスをアノードガスとして使用する燃料電池を備え、第1熱媒体は改質器の排熱を回収しており、流量調整手段は、改質器で改質された改質ガスをアノードガスとして使用する燃料電池の発電負荷に関する情報も考慮して、第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。これにより、燃料電池の発電負荷が変動した際に、その変動に伴って改質器からの排熱回収量が変動するためその排熱を回収した第1熱媒体の温度が変動しても、燃料電池の発電負荷に関する情報も考慮して、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 4 configured as described above, the power generation apparatus includes a fuel cell using the reformed gas reformed by the reformer as an anode gas, and the first heat medium Recovers the exhaust heat of the reformer, and the flow rate adjusting means takes into account the information regarding the power generation load of the fuel cell that uses the reformed gas reformed by the reformer as the anode gas. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the medium circulation means. Thereby, when the power generation load of the fuel cell fluctuates, the amount of exhaust heat recovered from the reformer varies with the variation, so even if the temperature of the first heat medium that recovered the exhaust heat fluctuates, Considering information on the power generation load of the fuel cell, the first heat medium circulating means is controlled to adjust the flow rate of the first heat medium, and the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger is set as the target temperature. be able to.

上記のように構成した請求項5に係る排熱回収装置の発明においては、請求項4において、PID制御部が、第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の目標温度と、第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の実測温度とから、第1熱媒体循環手段の制御量をPID制御により演算し、第1ゲインスケジュール部が、PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを燃料電池の発電負荷に関する情報によりスケジュールし、第2ゲインスケジュール部が、PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールする。これにより、PID制御部で実行されるPID制御の各ゲインは、燃料電池の発電負荷に関する情報および/または貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールされる。したがって、燃料電池の発電負荷が変動した際に、その変動に伴って改質器からの排熱回収量が変動するためその排熱を回収した第1熱媒体の温度も変動しても、燃料電池の発電負荷に関する情報を考慮して、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その変動に伴って第1熱交換器で熱交換した後の第1熱媒体の温度も変動しても、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報を考慮して第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 5 configured as described above, in claim 4, the PID control unit is the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line. Based on the target temperature of the inlet temperature and the actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, the control amount of the first heat medium circulating means is calculated by PID control, and the first gain schedule unit Schedule at least one of proportional gain, integral gain and differential gain used for control according to information on fuel cell power generation load, and second gain schedule unit uses proportional gain, integral gain and differential gain used for PID control Is scheduled according to information about the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank. Thereby, each gain of the PID control executed by the PID control unit is scheduled by information regarding the power generation load of the fuel cell and / or information regarding the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank. Therefore, when the power generation load of the fuel cell fluctuates, the amount of exhaust heat recovered from the reformer fluctuates with the fluctuation, so even if the temperature of the first heat medium that recovered the exhaust heat also fluctuates, the fuel In consideration of the information about the power generation load of the battery, the first heat medium circulating means is controlled to adjust the flow rate of the first heat medium, and the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger is set as the target temperature. Can do. Further, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank changes, even if the temperature of the first heat medium after the heat exchange in the first heat exchanger also changes with the change, The first heat medium circulating means is controlled in consideration of the information about the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank to adjust the flow rate of the first heat medium and flows into the first heat exchanger. The temperature of one heat medium can be set as the target temperature.

上記のように構成した請求項6に係る排熱回収装置の発明においては、請求項4において、流量調整手段は、燃料電池の発電負荷に関する情報を考慮する場合には、燃料電池の発電負荷が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間も合わせて考慮し、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報を考慮する場合には、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間も合わせて考慮して、第1熱媒体循環手段を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。これにより、燃料電池の発電負荷が変動した際に、その影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 6 configured as described above, in claim 4, when the flow rate adjusting means considers information on the power generation load of the fuel cell, the power generation load of the fuel cell is In consideration of the first delay time set in advance, which corresponds to the dead time at which the influence of the fluctuation appears as the fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, When considering the information about the temperature of the hot water flowing into one heat exchanger, when the temperature of the hot water changes, the effect appears as the fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulating means in consideration of the second delay time set in advance corresponding to the dead time. Thereby, when the power generation load of the fuel cell fluctuates, the first heat medium circulation can be performed at an appropriate timing even if a dead time occurs in which the effect appears as a fluctuation in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. The temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger can be set as the target temperature by controlling the means to adjust the flow rate of the first heat medium. Further, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank fluctuates, even if a dead time occurs in which the effect appears as a fluctuation in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, It is possible to control the first heat medium circulating means at an appropriate timing to adjust the flow rate of the first heat medium and to set the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger as the target temperature.

上記のように構成した請求項7に係る排熱回収装置の発明においては、請求項5において、第1遅延処理部が、燃料電池の発電負荷に関する情報を入力し、燃料電池の発電負荷が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行し、第2遅延処理部が、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度に関する情報を入力し、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する。これにより、燃料電池の発電負荷が変動した際に、その影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その影響が第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 7 configured as described above, in claim 5, the first delay processing unit inputs information on the power generation load of the fuel cell, and the power generation load of the fuel cell fluctuates. A delay process is executed based on a preset first delay time corresponding to a dead time in which the influence appears as a fluctuation in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. The delay processing unit inputs information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank, and when the temperature of the hot water changes, the influence of the first heat exchanger of the first heat medium is affected. Delay processing is executed based on a second delay time set in advance, which corresponds to a dead time that appears as a change in inlet temperature. Thereby, when the power generation load of the fuel cell fluctuates, the first heat medium circulation can be performed at an appropriate timing even if a dead time occurs in which the effect appears as a fluctuation in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. The temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger can be set as the target temperature by controlling the means to adjust the flow rate of the first heat medium. Further, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank fluctuates, even if a dead time occurs in which the effect appears as a fluctuation in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, It is possible to control the first heat medium circulating means at an appropriate timing to adjust the flow rate of the first heat medium and to set the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger as the target temperature.

上記のように構成した請求項8に係る排熱回収装置の発明においては、請求項1乃至請求項7の何れか一項において、改質器の改質部から燃料電池の燃料極に供給されるアノードガスと第1熱媒体とが熱交換する第3熱交換器、燃料極から改質器のバーナに供給されるアノードオフガスと第1熱媒体とが熱交換する第4熱交換器、バーナから排出される燃焼排ガスと第1熱媒体とが熱交換する第5熱交換器のうちの少なくとも何れか一つによって、改質器の排熱および/または燃料電池の排熱を第1熱媒体に回収する。これにより、改質器の排熱および/または燃料電池の排熱を第1熱媒体に確実に回収することができる。   In the invention of the exhaust heat recovery apparatus according to claim 8 configured as described above, the exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 7 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell from the reforming section of the reformer. A third heat exchanger for exchanging heat between the anode gas and the first heat medium, a fourth heat exchanger for exchanging heat between the anode off gas supplied from the fuel electrode to the burner of the reformer and the first heat medium, and a burner The exhaust heat of the reformer and / or the exhaust heat of the fuel cell is converted into the first heat medium by at least one of the fifth heat exchangers that exchange heat between the combustion exhaust gas discharged from the first heat medium. To recover. Thereby, the exhaust heat of the reformer and / or the exhaust heat of the fuel cell can be reliably recovered in the first heat medium.

上記のように構成した請求項9に係る燃料電池システムの発明においては、請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の排熱回収装置を備えている。これにより、上述した請求項1から請求項8の発明の作用効果のある燃料電池システムを提供することができる。   In the invention of the fuel cell system according to claim 9 configured as described above, the exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 8 is provided. As a result, a fuel cell system having the operational effects of the first to eighth aspects of the invention can be provided.

以下、本発明による排熱回収装置を備えた燃料電池システムの一実施の形態について図面を参照して説明する。図1は燃料電池システムの構成を示す構成ブロック図である。この燃料電池システムは、燃料電池10、改質器20、排熱回収装置30、および制御装置40を備えている。   Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system including an exhaust heat recovery apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system. This fuel cell system includes a fuel cell 10, a reformer 20, an exhaust heat recovery device 30, and a control device 40.

燃料電池10は、燃料(例えば水素を含む改質ガス)および酸化剤ガス(例えば酸素を含む空気)が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧(例えば40V)を出力するものである。本実施の形態では、燃料電池10は高分子電解質形を例に挙げて説明する。燃料電池10は、発電した電力を外部電力負荷13に供給するものである。例えば、燃料電池10の最大出力電力は1000Wであり、最低出力電力は300Wである。   The fuel cell 10 is supplied with a fuel (for example, reformed gas containing hydrogen) and an oxidant gas (for example, air containing oxygen), generates electric power through a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and outputs a DC voltage (for example, 40 V). It is. In the present embodiment, the fuel cell 10 will be described by taking a polymer electrolyte type as an example. The fuel cell 10 supplies the generated power to the external power load 13. For example, the maximum output power of the fuel cell 10 is 1000 W, and the minimum output power is 300 W.

改質器20は、原料(改質用燃料)を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池10に供給するものであり、バーナ(燃焼部)21および改質部22を含んで構成されている。原料としては天然ガス、LPG、灯油、ガソリン、メタノールなどがある。本実施の形態では原料は天然ガスである。   The reformer 20 steam-reforms the raw material (reforming fuel) and supplies hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell 10, and includes a burner (combustion unit) 21 and a reforming unit 22. It is configured. Examples of raw materials include natural gas, LPG, kerosene, gasoline, and methanol. In the present embodiment, the raw material is natural gas.

バーナ21は、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池10の燃料極からアノードオフガス(燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス)が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼用空気で燃焼し、その燃焼ガスで改質部22を加熱するものである。   The burner 21 is supplied with combustion fuel and combustion air from the outside during start-up operation, or anode off-gas (reformed gas that is supplied to the fuel cell and discharged without being used) from the fuel electrode of the fuel cell 10 during steady operation. Are supplied, each supplied combustible gas is burned with combustion air, and the reforming unit 22 is heated with the combustion gas.

改質部22は、外部から供給された原料に蒸発器からの水蒸気(改質水)を混合した混合ガスを改質部22に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している(いわゆる一酸化炭素シフト反応)。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は燃料電池10の燃料極に導出される。   The reforming unit 22 reforms a mixed gas obtained by mixing the raw material supplied from the outside with water vapor (reformed water) from the evaporator by using a catalyst charged in the reforming unit 22 to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas. (So-called steam reforming reaction). At the same time, carbon monoxide and steam generated by the steam reforming reaction are converted into hydrogen gas and carbon dioxide (so-called carbon monoxide shift reaction). These generated gases (so-called reformed gas) are led to the fuel electrode of the fuel cell 10.

なお、この改質部22には、図示しないCOシフト部およびCO浄化部も備えられている。COシフト部は、改質部22からの改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてCO浄化部に導出される。CO浄化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたCO浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)燃料電池10の燃料極に導出される。   The reforming unit 22 is also provided with a CO shift unit and a CO purification unit (not shown). The CO shift unit is converted into hydrogen gas and carbon dioxide gas by reacting carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas from the reforming unit 22 with a catalyst filled therein. As a result, the reformed gas is led to the CO purification unit with a reduced carbon monoxide concentration. The CO purification unit generates carbon dioxide by reacting carbon monoxide remaining in the reformed gas with CO purification air further supplied from the outside using a catalyst filled therein. As a result, the reformed gas is led to the fuel electrode of the fuel cell 10 with the carbon monoxide concentration further reduced (10 ppm or less).

排熱回収装置30は、貯湯槽31、貯湯水循環ライン32、貯湯水循環ポンプ32b、凝縮用冷媒循環ライン(第1熱媒体循環ライン)33、凝縮用冷媒循環ポンプ(第1熱媒体循環手段)33a、燃料電池熱媒体循環ライン(第2熱媒体循環ライン)34、燃料電池熱媒体循環ポンプ(第2熱媒体循環手段)34a、第1熱交換器35、第2熱交換器36、および凝縮器37を含んで構成されている。   The exhaust heat recovery device 30 includes a hot water tank 31, a hot water circulation line 32, a hot water circulation pump 32b, a condensing refrigerant circulation line (first heat medium circulation line) 33, and a condensing refrigerant circulation pump (first heat medium circulation means) 33a. , Fuel cell heat medium circulation line (second heat medium circulation line) 34, fuel cell heat medium circulation pump (second heat medium circulation means) 34a, first heat exchanger 35, second heat exchanger 36, and condenser 37.

貯湯槽31は、貯湯水を貯湯可能なタンクである。貯湯槽31は、1つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽31の柱状容器の下部には水道水などの水(低温の水)が導入管31aを介して補給されるようになっている。貯湯槽31に貯留された高温の温水が貯湯槽31の柱状容器の上部から導出管31bを介して導出されるようになっている。   The hot water storage tank 31 is a tank capable of storing hot water. The hot water storage tank 31 is provided with one columnar container, in which hot water is stored in a layered manner, that is, the temperature of the upper part is the highest and lower as it goes to the lower part, and the temperature of the lower part is the lowest. It has become so. Water (low-temperature water) such as tap water is supplied to the lower part of the columnar container of the hot water tank 31 through the introduction pipe 31a. Hot hot water stored in the hot water tank 31 is led out from the upper part of the columnar container of the hot water tank 31 through the outlet pipe 31b.

貯湯水循環ライン32は、貯湯槽31に連通され貯湯水が循環するライン(配管系)である。貯湯水循環ライン32の一端は貯湯槽31の下部に、他端は貯湯槽31の上部に接続されている。貯湯水循環ライン32上には、一端から他端に向かって順番に、温度センサ32a、貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ32bおよび第1熱交換器35が配設されている。温度センサ32aは、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度(貯湯水第1熱交換器入口温度)を検出して制御装置40に送出するものである。温度センサ32aは、貯湯槽31と第1熱交換器35の間に設けられるものであり、本体ハウジングH内に設けられるのが望ましい。貯湯水循環ポンプ32bは、貯湯槽31の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン32を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽31の上部に送出するものであり、制御装置40によって制御されてその吐出量(送出量)が制御されるようになっている。   The stored hot water circulation line 32 is a line (pipe system) that communicates with the hot water storage tank 31 and circulates the stored hot water. One end of the hot water circulation line 32 is connected to the lower part of the hot water tank 31, and the other end is connected to the upper part of the hot water tank 31. A temperature sensor 32a, a hot water circulating pump 32b as hot water circulating means, and a first heat exchanger 35 are arranged on the hot water circulating line 32 in order from one end to the other end. The temperature sensor 32 a detects the temperature of the hot water flowing from the hot water storage tank 31 into the first heat exchanger 35 (the hot water first heat exchanger inlet temperature) and sends it to the control device 40. The temperature sensor 32 a is provided between the hot water tank 31 and the first heat exchanger 35, and is preferably provided in the main body housing H. The hot water circulating pump 32b sucks hot water in the lower part of the hot water tank 31, passes the hot water circulating line 32 in the direction of the arrow in the figure, and sends it to the upper part of the hot water tank 31, and is controlled by the control device 40. The discharge amount (delivery amount) is controlled.

凝縮用冷媒循環ライン(第1熱媒体循環ライン)33は、改質器20の排熱を回収した凝縮用冷媒(第1熱媒体)が循環するライン(配管系)である。凝縮用冷媒としては、プロピレングリコール水溶液などの不凍液や水を使用する。凝縮用冷媒循環ライン33上には、第1熱交換器35を起点に上流から下流に向かって順番に、第1熱交換器35、凝縮用冷媒循環ポンプ33a、第1凝縮器37a、第2凝縮器37b、第3凝縮器37cおよび温度センサ33bが配設されている。   The condensing refrigerant circulation line (first heat medium circulation line) 33 is a line (piping system) through which the condensing refrigerant (first heat medium) recovered from the exhaust heat of the reformer 20 circulates. As the condensing refrigerant, an antifreeze such as an aqueous propylene glycol solution or water is used. On the condensing refrigerant circulation line 33, the first heat exchanger 35, the condensing refrigerant circulation pump 33a, the first condenser 37a, and the second heat exchanger 35 are sequentially arranged from the upstream to the downstream starting from the first heat exchanger 35. A condenser 37b, a third condenser 37c, and a temperature sensor 33b are provided.

凝縮用冷媒循環ポンプ(第1熱媒体循環手段)33aは、凝縮用冷媒循環ライン33上に設けられ凝縮用冷媒を循環させるポンプである。凝縮用冷媒循環ポンプ33aは、凝縮用冷媒循環ライン33で図示矢印方向へ凝縮用冷媒を循環させるものであり、制御装置40によって制御されてその吐出量(送出量)が制御されるようになっている。温度センサ33bは、凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度(凝縮用冷媒第1熱交換器入口温度)を検出するものであり、その検出結果を制御装置40に送信するようになっている。   The condensation refrigerant circulation pump (first heat medium circulation means) 33a is a pump that is provided on the condensation refrigerant circulation line 33 and circulates the condensation refrigerant. The condensing refrigerant circulation pump 33a circulates the condensing refrigerant in the direction indicated by the arrow in the condensing refrigerant circulation line 33. The condensing refrigerant circulation pump 33a is controlled by the control device 40 to control its discharge amount (delivery amount). ing. The temperature sensor 33b detects the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for condensing refrigerant (condensing refrigerant first heat exchanger inlet temperature), and transmits the detection result to the control device 40. ing.

第1凝縮器(アノードオフガス凝縮器)37aは、凝縮用冷媒が供給されるとともに燃料電池10の燃料極から排出されるアノードオフガスが供給され、凝縮用冷媒とアノードオフガスが熱交換するように構成されている。第1凝縮器37aは、凝縮用冷媒とアノードオフガスとの熱交換によりアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器(第4熱交換器)である。第1凝縮器37aは、燃料電池10のアノードオフガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。   The first condenser (anode off-gas condenser) 37a is configured such that the condensation refrigerant is supplied and the anode off-gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell 10 is supplied, and heat is exchanged between the condensation refrigerant and the anode off-gas. Has been. The first condenser 37a is a condenser (fourth heat exchanger) that condenses water vapor in the anode off gas by heat exchange between the condensing refrigerant and the anode off gas. The first condenser 37a collects the exhaust heat of the anode off gas of the fuel cell 10 into a condensing refrigerant.

第2凝縮器(燃焼排ガス凝縮器)37bは、凝縮用冷媒が供給されるとともにバーナ21から排出される燃焼排ガスが供給され、凝縮用冷媒と燃焼排ガスが熱交換するように構成されている。第2凝縮器37bは、凝縮用冷媒と燃焼排ガスとの熱交換により燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器(第5熱交換器)である。第2凝縮器37bは、改質器20の燃焼排ガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。   The second condenser (combustion exhaust gas condenser) 37b is configured such that the condensation refrigerant is supplied and the combustion exhaust gas discharged from the burner 21 is supplied, and the condensation refrigerant and the combustion exhaust gas exchange heat. The second condenser 37b is a condenser (fifth heat exchanger) that condenses water vapor in the combustion exhaust gas by heat exchange between the condensing refrigerant and the combustion exhaust gas. The second condenser 37b collects the exhaust heat of the combustion exhaust gas from the reformer 20 into a condensing refrigerant.

第3凝縮器(アノードガス凝縮器)37cは、凝縮用冷媒が供給されるとともに改質器20から燃料電池10の燃料極に供給されるアノードガス(改質ガス)が供給され、凝縮用冷媒とアノードガスが熱交換するように構成されている。第3凝縮器37cは、凝縮用冷媒とアノードガスとの熱交換によりアノードガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器(第3熱交換器)である。第2凝縮器37bは、改質器20のアノードガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。   The third condenser (anode gas condenser) 37c is supplied with a condensing refrigerant and is supplied with an anode gas (reformed gas) supplied from the reformer 20 to the fuel electrode of the fuel cell 10, and the condensing refrigerant. The anode gas is configured to exchange heat. The third condenser 37c is a condenser (third heat exchanger) that condenses water vapor in the anode gas by heat exchange between the condensing refrigerant and the anode gas. The second condenser 37b recovers the exhaust heat of the anode gas of the reformer 20 into a condensing refrigerant.

本実施の形態では、凝縮用冷媒循環ライン33を循環する凝縮用冷媒は、アノードガス、燃焼排ガス、アノードオフガスの順番に熱交換するようになっている。なお、凝縮器の配列順は、本実施の形態の順番と異なる順番でもよい。また、図第4凝縮器(カソードオフガス凝縮器)を設けるようにしてもよい。この第4凝縮器は、燃料電池10の空気極から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮用冷媒との熱交換により凝縮する凝縮器である。第4凝縮器は、燃料電池10のカソードオフガスの排熱を凝縮用冷媒に回収する。   In the present embodiment, the condensing refrigerant circulating in the condensing refrigerant circulation line 33 exchanges heat in the order of anode gas, combustion exhaust gas, and anode off gas. The order in which the condensers are arranged may be different from the order in the present embodiment. In addition, a fourth condenser (cathode off-gas condenser) may be provided. The fourth condenser is a condenser that condenses water vapor in the cathode off-gas discharged from the air electrode of the fuel cell 10 by heat exchange with the condensing refrigerant. The fourth condenser recovers the exhaust heat of the cathode off gas of the fuel cell 10 into a condensing refrigerant.

燃料電池熱媒体循環ライン(第2熱媒体循環ライン)34は、燃料電池10と熱交換する燃料電池熱媒体(第2熱媒体)が循環するライン(配管系)である。貯湯水循環ライン32、凝縮用冷媒循環ライン33および燃料電池熱媒体循環ライン34は互いに独立して設けられている。燃料電池熱媒体循環ライン34上には、燃料電池10を起点に上流から下流に向かって順番に、燃料電池10、第2熱交換器36、および燃料電池熱媒体循環ポンプ34aが配設されている。   The fuel cell heat medium circulation line (second heat medium circulation line) 34 is a line (piping system) through which a fuel cell heat medium (second heat medium) that exchanges heat with the fuel cell 10 circulates. The hot water circulation line 32, the condensing refrigerant circulation line 33, and the fuel cell heat medium circulation line 34 are provided independently of each other. On the fuel cell heat medium circulation line 34, the fuel cell 10, the second heat exchanger 36, and the fuel cell heat medium circulation pump 34 a are arranged in order from upstream to downstream starting from the fuel cell 10. Yes.

燃料電池熱媒体循環ポンプ(第2熱媒体循環手段)34aは、燃料電池熱媒体循環ライン34上に設けられ燃料電池熱媒体を循環させるポンプである。燃料電池熱媒体循環ポンプ34aは、燃料電池熱媒体循環ライン34で燃料電池熱媒体を図示矢印方向へ循環させるものであり、制御装置40によって制御されてその吐出量(送出量)が制御されるようになっている。   The fuel cell heat medium circulation pump (second heat medium circulation means) 34a is a pump provided on the fuel cell heat medium circulation line 34 to circulate the fuel cell heat medium. The fuel cell heat medium circulation pump 34a circulates the fuel cell heat medium in the direction indicated by the arrow in the fuel cell heat medium circulation line 34, and is controlled by the control device 40 to control its discharge amount (delivery amount). It is like that.

第1熱交換器35は、貯湯水循環ライン32と凝縮用冷媒循環ライン33とが熱交換可能な構成とされており、貯湯水循環ライン32を循環する貯湯水と凝縮用冷媒循環ライン33を循環する凝縮用冷媒とが熱交換する熱交換器である。   The first heat exchanger 35 is configured such that heat can be exchanged between the hot water circulation line 32 and the condensing refrigerant circulation line 33, and circulates through the hot water circulating through the hot water circulation line 32 and the condensing refrigerant circulation line 33. The heat exchanger exchanges heat with the condensing refrigerant.

第2熱交換器36は、貯湯水循環ライン32上であって第1熱交換器35に対して貯湯水の下流側でかつ第1熱交換器35と貯湯槽31との間に設けられている。第2熱交換器36は、貯湯水循環ライン32と燃料電池熱媒体循環ライン34とが熱交換可能な構成とされており、貯湯水循環ライン32を循環する貯湯水と燃料電池熱媒体循環ライン34を循環する第2熱媒体とが熱交換する熱交換器である。   The second heat exchanger 36 is provided on the hot water circulation line 32, downstream of the hot water with respect to the first heat exchanger 35, and between the first heat exchanger 35 and the hot water tank 31. . The second heat exchanger 36 is configured such that heat can be exchanged between the hot water circulating line 32 and the fuel cell heat medium circulating line 34, and the hot water circulating through the hot water circulating line 32 and the fuel cell heat medium circulating line 34 are connected to each other. The heat exchanger exchanges heat with the circulating second heat medium.

このように構成された排熱回収装置30によれば、燃料電池10の発電にて発生した排熱(熱エネルギー)は、燃料電池熱媒体に回収され、第2熱交換器36を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱(昇温)する。さらに、燃料電池10に供給されるアノードガスの排熱も、第3凝縮器37cを介して燃料電池熱媒体に回収され、第2熱交換器36を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱(昇温)する。   According to the exhaust heat recovery apparatus 30 configured as described above, the exhaust heat (heat energy) generated by the power generation of the fuel cell 10 is recovered in the fuel cell heat medium and stored in the hot water via the second heat exchanger 36. As a result, the hot water is heated (heated up). Further, the exhaust heat of the anode gas supplied to the fuel cell 10 is also recovered to the fuel cell heat medium via the third condenser 37c, and is recovered to the hot water storage via the second heat exchanger 36. As a result, Heat the stored hot water (heat up).

燃料電池10から排出されるアノードオフガスの排熱は、第1凝縮器37aを介して凝縮用冷媒に回収され、第1熱交換器35を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱(昇温)する。さらに、バーナ21からの燃焼排ガスの排熱も、第2凝縮器37bを介して凝縮用冷媒に回収され、第1熱交換器35を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱(昇温)する。   The exhaust heat of the anode off-gas discharged from the fuel cell 10 is recovered by the condensing refrigerant via the first condenser 37a, and recovered by the hot water via the first heat exchanger 35. As a result, the hot water is Heat (heat up). Further, the exhaust heat of the combustion exhaust gas from the burner 21 is also recovered into the condensing refrigerant via the second condenser 37b, and is recovered into the hot water storage via the first heat exchanger 35. As a result, the hot water is heated. (Raise the temperature).

燃料電池10から排出される排熱は、燃料電池10から排出されるアノードオフガスの排熱だけでなく、燃料電池10の発電で発生する排熱が含まれている。改質装置20にて発生する排熱は、アノードガスの排熱、バーナ25からの燃焼排ガスの排熱、および改質装置20と熱交換する排熱(改質装置自身の排熱)が含まれている。   The exhaust heat exhausted from the fuel cell 10 includes not only exhaust heat of the anode off-gas exhausted from the fuel cell 10 but also exhaust heat generated by power generation of the fuel cell 10. The exhaust heat generated in the reformer 20 includes exhaust heat of the anode gas, exhaust heat of the combustion exhaust gas from the burner 25, and exhaust heat exchanged with the reformer 20 (exhaust heat of the reformer itself). It is.

燃料電池システムはさらに、インバータ11を有している。インバータ11は、燃料電池10から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源12および外部電力負荷13に接続されている電源ライン14に出力する第1機能と、系統電源12からの交流電圧を電源ライン14を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機に出力する第2機能と、を有している。   The fuel cell system further includes an inverter 11. The inverter 11 receives a DC voltage output from the fuel cell 10, converts the DC voltage into a predetermined AC voltage, and outputs the AC voltage to a power line 14 connected to the AC system power supply 12 and the external power load 13; A second function of inputting an AC voltage from the system power supply 12 through the power supply line 14, converting the AC voltage into a predetermined DC voltage, and outputting the same to the auxiliary machine.

系統電源(または商用電源)12は、該系統電源12に接続された電源ライン14を介して外部電力負荷13に電力を供給するものである。燃料電池10はインバータ11を介して電源ライン14に接続されている。外部電力負荷13は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。   The system power supply (or commercial power supply) 12 supplies power to the external power load 13 via the power supply line 14 connected to the system power supply 12. The fuel cell 10 is connected to a power supply line 14 via an inverter 11. The external power load 13 is a load driven by an AC power supply, and is an electrical appliance such as a dryer, a refrigerator, or a television.

補機は、改質器20に改質用燃料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプおよび電磁式バルブ、燃料電池10に空気を供給するためのモータ駆動のポンプ、燃料電池10に改質ガス、空気(酸素)を供給するための電磁式バルブ、排熱回収装置30の各ポンプ32b,33a,34aなどから構成されている。   The auxiliary machine includes a motor-driven pump and an electromagnetic valve for supplying reforming fuel, water, and air to the reformer 20, a motor-driven pump for supplying air to the fuel cell 10, and the fuel cell 10. An electromagnetic valve for supplying reformed gas and air (oxygen), and each pump 32b, 33a, 34a of the exhaust heat recovery device 30 are configured.

インバータ11は、電力センサ11aを備えている。電力センサ11aは、インバータ11から電源ライン14へ、または電源ライン14からインバータ11への電力の電圧を検出するものである。電力センサ11aの検出結果は、制御装置40に入力されるようになっている。電力センサ11aは電流センサと電圧センサを備えており、両センサが検出した電流と電圧に基づいて電力を検出するものである。なお、電流センサと電圧センサは、単相3線である系統電源12のR相、S相を片方ずつ検出している。電流センサと電圧センサは、R相、S相用にそれぞれ2個のセンサを有している。インバータ11から電源ライン14へ、または電源ライン14からインバータ11への電力は、R相の電流と電圧との積、およびS相の電流と電圧との積を加算して得ることができる。   The inverter 11 includes a power sensor 11a. The power sensor 11 a detects the voltage of power from the inverter 11 to the power supply line 14 or from the power supply line 14 to the inverter 11. The detection result of the power sensor 11a is input to the control device 40. The power sensor 11a includes a current sensor and a voltage sensor, and detects power based on the current and voltage detected by both sensors. Note that the current sensor and the voltage sensor detect the R phase and the S phase of the system power supply 12 that are single-phase three-wires one by one. The current sensor and the voltage sensor each have two sensors for the R phase and the S phase. The power from the inverter 11 to the power supply line 14 or from the power supply line 14 to the inverter 11 can be obtained by adding the product of the R-phase current and voltage and the product of the S-phase current and voltage.

電源ライン14には、電力センサ14aが備えられている。電力センサ14aは、系統電源12に対する電力の入出力および電力量を検知するものであり、その検知結果が制御装置40に入力されている。電力センサ14aは、電流センサ11aと同様な構成である。   The power line 14 is provided with a power sensor 14a. The power sensor 14 a detects power input / output and power amount with respect to the system power supply 12, and the detection result is input to the control device 40. The power sensor 14a has the same configuration as the current sensor 11a.

さらに、燃料電池システムは、制御装置40を備えている。制御装置40には、上述した各温度センサ32a,33b、各電力センサ11a,14a、各ポンプ32b,33a,34aが接続されている(図1参照)。制御装置40は、マイクロコンピュータ(図示省略)を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAMおよびROM(いずれも図示省略)を備えている。CPUは、図8のフローチャートに対応したプログラムを実行して、燃料電池システムの運転を行っている。RAMは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは前記プログラムを記憶するものである。   Further, the fuel cell system includes a control device 40. The control device 40 is connected to the temperature sensors 32a, 33b, the power sensors 11a, 14a, and the pumps 32b, 33a, 34a described above (see FIG. 1). The control device 40 includes a microcomputer (not shown), and the microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected through a bus. The CPU executes a program corresponding to the flowchart of FIG. 8 to operate the fuel cell system. The RAM temporarily stores variables necessary for executing the program, and the ROM stores the program.

制御装置40は、燃料電池10が発電可能な状態において、電圧センサ11aにより検知されるインバータ11からの出力電力、および電圧センサ14aにより検知される系統電源12に入出する電力に基づいて外部電力負荷13で消費される消費電力を算出する。例えば、インバータ11からの出力電力と系統電源12に入出する電力との和が消費電力として算出される。制御装置40は、燃料電池10の発電電力が、入力した消費電力となるように、改質器20に供給する原料、水などの供給量を制御する。なお、消費電力が燃料電池10の最大発電電力を超える場合には、燃料電池10は最大発電電力で運転される。消費電力に対して燃料電池10が発電すべき電力(発電可能な電力)を発電負荷(発電負荷電力)とする。   In the state in which the fuel cell 10 is capable of generating power, the control device 40 generates an external power load based on the output power from the inverter 11 detected by the voltage sensor 11a and the power input to and output from the system power source 12 detected by the voltage sensor 14a. The power consumption consumed in 13 is calculated. For example, the sum of the output power from the inverter 11 and the power input to and output from the system power supply 12 is calculated as the power consumption. The control device 40 controls the supply amount of the raw material, water, etc. supplied to the reformer 20 so that the generated power of the fuel cell 10 becomes the input power consumption. When the power consumption exceeds the maximum generated power of the fuel cell 10, the fuel cell 10 is operated with the maximum generated power. The power to be generated by the fuel cell 10 with respect to the power consumption (power that can be generated) is defined as a power generation load (power generation load power).

なお、上述した燃料電池10(直流電力を発生する発電器)と改質器20とインバータ11(発電器から供給された直流電力を交流電力に変換して出力する変換器)とを含んでなる(備えている)発電装置が構成されている。本実施の形態の発電装置はいわゆる燃料電池発電装置である。この発電装置は電力負荷13に電力を供給するものである。また、発電装置としては、燃料電池発電装置の他に、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービンなどの原動機とこの原動機によって駆動される発電機から構成されたものでもよい。貯湯槽31は発電装置の排熱を回収した湯水を貯湯するものである。   The fuel cell 10 described above (a generator that generates DC power), a reformer 20, and an inverter 11 (a converter that converts DC power supplied from the generator into AC power and outputs it) are included. A power generator is provided. The power generator of the present embodiment is a so-called fuel cell power generator. This power generator supplies power to the power load 13. In addition to the fuel cell power generation device, the power generation device may include a prime mover such as a diesel engine, a gas engine, a gas turbine, or a micro gas turbine, and a generator driven by the prime mover. The hot water storage tank 31 stores hot water from which the exhaust heat of the power generator is recovered.

燃料電池システムは、図2に示す制御システムにより凝縮用冷媒循環ライン33の温度をフィードバック制御(PID制御)により調整している。図2には、制御装置40、凝縮用冷媒循環ポンプ33a、凝縮用冷媒循環ポンプ33aの電動モータ(図示省略)のドライバ回路33a1、凝縮用冷媒循環ライン33、および温度センサ33bが示されている。制御装置40のPID制御部43は、制御信号を演算する制御器であり、その制御信号(本実施の形態ではデューティ比duty[%])をアクチュエータである凝縮用冷媒循環ポンプ33aに出力する。凝縮用冷媒循環ポンプ33aは、制御信号であるデューティ比dutyを操作量である凝縮用冷媒循環ライン33の流量(単位時間あたり流量:mL/min)に変換するものである。凝縮用冷媒循環ライン33は制御対象である。温度センサ33bは、凝縮用冷媒循環ライン33の凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度を観測するものである。温度センサ33bの検出値(凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の実測温度)は、PID制御部43に出力されるようになっている。   The fuel cell system adjusts the temperature of the condensing refrigerant circulation line 33 by feedback control (PID control) using the control system shown in FIG. FIG. 2 shows a control device 40, a condensing refrigerant circulation pump 33a, a driver circuit 33a1 of an electric motor (not shown) of the condensing refrigerant circulation pump 33a, a condensing refrigerant circulation line 33, and a temperature sensor 33b. . The PID control unit 43 of the control device 40 is a controller that calculates a control signal, and outputs the control signal (duty ratio duty [%] in the present embodiment) to the condensing refrigerant circulation pump 33a that is an actuator. The condensing refrigerant circulation pump 33a converts the duty ratio duty, which is a control signal, into a flow rate of the condensing refrigerant circulation line 33, which is an operation amount (flow rate per unit time: mL / min). The condensing refrigerant circulation line 33 is a control target. The temperature sensor 33b observes the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant in the condensing refrigerant circulation line 33. The detection value of the temperature sensor 33 b (actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant) is output to the PID control unit 43.

制御装置40は、図2、図3に示すように、第1遅延処理部41、第2遅延処理部42、およびPID制御部43を有している。
第1遅延処理部41は、燃料電池10の発電負荷に関する情報を入力し、燃料電池10の発電負荷が変動した際にその影響が凝縮用冷媒(第1熱媒体)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する。すなわち、第1遅延処理部41は、燃料電池10の発電負荷に関する情報から、発電負荷の変動量を算出し、その変動量に応じた第1の遅れ時間を算出する。このとき、変動量と遅れ時間の相関関係を示すマップ、演算式を使用すればよい。本実施の形態では、この第1の遅れ時間は、例えば数百秒に設定されている。
As illustrated in FIGS. 2 and 3, the control device 40 includes a first delay processing unit 41, a second delay processing unit 42, and a PID control unit 43.
The first delay processing unit 41 inputs information related to the power generation load of the fuel cell 10, and when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates, the effect is the first heat exchanger 35 of the refrigerant for condensation (first heat medium). The delay process is executed based on a first delay time set in advance, which corresponds to a dead time that appears as a fluctuation in the inlet temperature. That is, the first delay processing unit 41 calculates the fluctuation amount of the power generation load from the information regarding the power generation load of the fuel cell 10 and calculates the first delay time according to the fluctuation amount. At this time, a map or an arithmetic expression indicating the correlation between the fluctuation amount and the delay time may be used. In the present embodiment, the first delay time is set to several hundred seconds, for example.

第1遅延処理部41は、燃料電池10の発電負荷に関する情報を入力し、その入力した情報を第1の遅れ時間だけ遅延させて第1ゲインスケジュール部43cに出力する。   The first delay processing unit 41 inputs information related to the power generation load of the fuel cell 10, delays the input information by a first delay time, and outputs the delayed information to the first gain scheduling unit 43c.

むだ時間が生じる理由を図4および図5を参照して説明する。(1)発電負荷が1000Wから300Wに変動(減少)する。図5において時刻t1に発電負荷の変動(減少)が開始する。(2)この発電負荷の変動に伴って改質部22に投入する原料流量が変化(減少)する。(3)改質部22、燃料電池10を通過して燃料電池10から流出するアノードオフガスの流量が変化(減少)する。(4)第1凝縮器37aにおいて、アノードオフガスから凝縮用冷媒に与えることができる熱量が変化(減少)する。すなわち熱交換量が変化(減少)する。(5)凝縮用冷媒循環ライン33であって第1熱交換器35の下流において、凝縮用冷媒の温度が変化(低下)し、凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度も変化(低下)する。図5において、時刻t2に凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度の低下が開始する。   The reason why the dead time occurs will be described with reference to FIG. 4 and FIG. (1) The power generation load fluctuates (decreases) from 1000 W to 300 W. In FIG. 5, the fluctuation (decrease) in the power generation load starts at time t1. (2) The flow rate of the raw material charged into the reforming unit 22 changes (decreases) with the fluctuation of the power generation load. (3) The flow rate of the anode off gas that passes through the reforming unit 22 and the fuel cell 10 and flows out of the fuel cell 10 changes (decreases). (4) In the first condenser 37a, the amount of heat that can be given from the anode off gas to the condensing refrigerant changes (decreases). That is, the amount of heat exchange changes (decreases). (5) In the condensing refrigerant circulation line 33 and downstream of the first heat exchanger 35, the temperature of the condensing refrigerant changes (decreases), and the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant also changes (decreases). To do. In FIG. 5, at the time t2, the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant starts to decrease.

このように、発電負荷の変動開始(時刻t1)から、その変動の影響が凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるまで(時刻t2)には、改質部22からの改質ガスが燃料電池10に到達するにかかる時間、燃料電池10からのアノードオフガスが第1凝縮器37aに到達するにかかる時間、第1凝縮器37aからの凝縮用冷媒が第1熱交換器37aに到達するにかかる時間の合計時間必要である。その分タイムラグ(むだ時間)が生じるわけである。   Thus, from the start of fluctuation of the power generation load (time t1) until the influence of the fluctuation appears as fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the refrigerant for condensation (time t2), the reforming unit 22 The time required for the reformed gas to reach the fuel cell 10, the time required for the anode off-gas from the fuel cell 10 to reach the first condenser 37a, and the refrigerant for condensation from the first condenser 37a perform the first heat exchange. The total time required to reach the container 37a is required. A time lag (dead time) will occur accordingly.

第2遅延処理部42は、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を入力し、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が凝縮用冷媒(第1熱媒体)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する。すなわち、第2遅延処理部42は、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報から、その貯湯水の温度の変動量を算出し、その変動量に応じた第2の遅れ時間を算出する。このとき、変動量と遅れ時間の相関関係を示すマップ、演算式を使用すればよい。本実施の形態では、この第2の遅れ時間は、例えば数百秒に設定されている。   The second delay processing unit 42 receives information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 and the influence of the refrigerant when the temperature of the hot water changes fluctuates (first The delay process is executed based on a preset second delay time corresponding to a dead time that appears as a change in the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the heat medium. That is, the second delay processing unit 42 calculates the amount of fluctuation in the temperature of the hot water from the information related to the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31, and the second delay processing unit 42 2 delay time is calculated. At this time, a map or an arithmetic expression indicating the correlation between the fluctuation amount and the delay time may be used. In the present embodiment, the second delay time is set to several hundred seconds, for example.

第2遅延処理部42は、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を入力し、その入力した情報を第2の遅れ時間だけ遅延させて第2ゲインスケジュール部43dに出力する。   The second delay processing unit 42 inputs information related to the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water storage tank 31, delays the input information by a second delay time, and a second gain schedule unit. Output to 43d.

むだ時間が生じる理由を図6および図7を参照して説明する。(1)例えば風呂を湯張りするために貯湯槽31の導出部31bからお湯(高温(例えば60℃)の貯湯水)が導出されると、貯湯槽31の導入部31aから低温(例えば20℃)の水道水が補給される。(2)補給された水道水は、貯湯水循環ポンプ32bの駆動により貯湯槽31から貯湯水循環ライン32を流通し第1熱交換器35に流入する。このように低温の貯湯水が貯湯槽31から本体ハウジングHひいては第1熱交換器35に流入し始め貯湯水の温度が低下(変動)し始めると(図7において時刻t11)、貯湯水の第1熱交換器35の入口温度が低下し始める。(3)第1熱交換器35において、貯湯水から凝縮用冷媒に与えることができる熱量が変化(減少)する。すなわち熱交換量が変化(減少)する。(4)凝縮用冷媒循環ライン33であって第1熱交換器35の下流において、凝縮用冷媒の温度が変化(低下)し、凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度も変化(低下)する。図7において、時刻t12に凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度の低下が開始する。   The reason why the dead time occurs will be described with reference to FIGS. (1) For example, when hot water (high-temperature (for example, 60 ° C.) hot-water storage water) is derived from the outlet 31b of the hot water tank 31 in order to fill the bath, the low temperature (for example, 20 ° C.) from the inlet 31a of the hot water tank 31 ) Tap water. (2) The replenished tap water flows from the hot water tank 31 through the hot water circulation line 32 and flows into the first heat exchanger 35 by driving of the hot water circulation pump 32b. In this way, when the low temperature hot water starts to flow from the hot water storage tank 31 into the main body housing H and then the first heat exchanger 35 and the temperature of the hot water starts to decrease (fluctuate) (time t11 in FIG. 7), 1 The inlet temperature of the heat exchanger 35 starts to decrease. (3) In the first heat exchanger 35, the amount of heat that can be given from the hot water to the condensing refrigerant changes (decreases). That is, the amount of heat exchange changes (decreases). (4) In the condensing refrigerant circulation line 33 and downstream of the first heat exchanger 35, the temperature of the condensing refrigerant changes (decreases), and the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant also changes (decreases). To do. In FIG. 7, at the time t12, the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant starts to decrease.

このように、貯湯水の温度の変動開始(時刻t11)から、その変動の影響が凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるまで(時刻t12)には、貯湯槽31からの貯湯水が第1熱交換器35に到達するにかかる時間、第1凝縮器37aからの凝縮用冷媒が第1熱交換器37aに到達するにかかる時間の合計時間必要である。その分タイムラグ(むだ時間)が生じるわけである。   Thus, from the start of the temperature change of the hot water (time t11) until the influence of the change appears as a change in the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant (time t12), the hot water storage tank 31. The total time of the time required for the hot-water storage water from reaching the first heat exchanger 35 and the time required for the refrigerant for condensation from the first condenser 37a to reach the first heat exchanger 37a is required. A time lag (dead time) will occur accordingly.

PID制御部43は、凝縮用冷媒循環ライン33を流通する凝縮用冷媒(第1熱媒体)の第1熱交換器35の入口温度の目標温度と、凝縮用冷媒(第1熱媒体)の第1熱交換器35の入口温度の実測温度とから、凝縮用冷媒循環ポンプ33aの制御信号値である吐出量(モータの回転数)をPID制御により演算する。   The PID control unit 43 sets the target temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the condensing refrigerant (first heat medium) flowing through the condensing refrigerant circulation line 33 and the first temperature of the condensing refrigerant (first heat medium). 1 From the actually measured temperature of the inlet temperature of the heat exchanger 35, the discharge amount (rotation speed of the motor), which is the control signal value of the condensing refrigerant circulation pump 33a, is calculated by PID control.

PID制御部43は、減算器43a、PID制御器43b、第1ゲインスケジュール部43c、第2ゲインスケジュール部43d、および乗除算器43eを有している。   The PID control unit 43 includes a subtractor 43a, a PID controller 43b, a first gain schedule unit 43c, a second gain schedule unit 43d, and a multiplier / divider 43e.

減算器43aは、温度センサ33bから取得した、凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の実測温度を入力するとともに、制御装置40の記憶装置(図示しない)に予め記憶されている、凝縮用冷媒循環ライン33を流通する凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の目標温度を入力する。減算器43aは、読み込んだ目標温度から読み込んだ実測温度を減算して偏差eを算出してPID制御器43bに出力する。   The subtractor 43a inputs the actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the refrigerant for condensation acquired from the temperature sensor 33b, and is stored in advance in a storage device (not shown) of the control device 40. The target temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant flowing through the condensing refrigerant circulation line 33 is input. The subtractor 43a calculates the deviation e by subtracting the read actual temperature from the read target temperature, and outputs it to the PID controller 43b.

PID制御器43bは、凝縮用冷媒循環ライン33を流通する凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の目標温度と、凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の実測温度とから、凝縮用冷媒循環ポンプ32bの制御信号値をPID制御により演算する。PID制御器43bは、減算器43aで算出した偏差eを入力し、その偏差eに基づいて凝縮用冷媒循環ポンプ32bの回転数(ポンプの吐出量(流量))である制御信号値を算出する。この場合、凝縮用冷媒循環ポンプ32bがPWM制御されていれば、制御信号値はPWM制御のデューティ比(duty)である。   The PID controller 43b includes a target temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant flowing through the condensing refrigerant circulation line 33, and an actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant. Then, the control signal value of the condensing refrigerant circulation pump 32b is calculated by PID control. The PID controller 43b receives the deviation e calculated by the subtractor 43a, and calculates a control signal value that is the rotational speed (pump discharge amount (flow rate)) of the condensing refrigerant circulation pump 32b based on the deviation e. . In this case, if the condensing refrigerant circulation pump 32b is PWM-controlled, the control signal value is a duty ratio (duty) of PWM control.

PID制御器43bは、PID制御(速度形)を行うものである。PID制御器43bは、偏差eに比例した出力値を出力する比例動作器、偏差eの時間積分に比例した出力値を出力する積分動作器、および偏差eの時間変化率に比例した出力値を出力する微分動作器(それぞれ図示省略)を有している。PID制御器43bは、比例動作器、積分動作器および微分動作器による各出力値を加算した値を、凝縮用冷媒循環ポンプ32bのフィードバック制御信号値dutyとして算出する。このように、PID制御器43bは、凝縮用冷媒循環ライン33を流通する凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の目標温度と、凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の実測温度とに基づいてフィードバック制御信号値dutyを算出するものである。   The PID controller 43b performs PID control (speed type). The PID controller 43b has a proportional actuator that outputs an output value proportional to the deviation e, an integral actuator that outputs an output value proportional to the time integral of the deviation e, and an output value proportional to the time change rate of the deviation e. Differentiating actuators (not shown) for outputting are provided. The PID controller 43b calculates a value obtained by adding the output values of the proportional operation unit, the integration operation unit, and the differentiation operation unit as the feedback control signal value duty of the condensing refrigerant circulation pump 32b. In this way, the PID controller 43b has a target temperature for the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant flowing through the condensing refrigerant circulation line 33 and an inlet temperature for the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant. The feedback control signal value duty is calculated based on the actually measured temperature.

PID制御器43bで行われるPID制御は、比例動作器、積分動作器および微分動作器のすべての機能を発揮するものだけでなく、比例動作器および積分動作器の機能のみを発揮するPI制御、比例動作器の機能のみを発揮するP制御も含むものとする。P制御もPI制御もいずれもフィードバック制御信号値を算出するものである。   The PID control performed by the PID controller 43b is not only one that exhibits all the functions of the proportional operation unit, the integration operation unit, and the differentiation operation unit, but also the PI control that exhibits only the functions of the proportional operation unit and the integration operation unit. It also includes P control that exhibits only the function of the proportional actuator. Both P control and PI control calculate the feedback control signal value.

本実施の形態では、PID制御器43bでPI制御が行われる場合について説明する。この場合、デューティ比dutyは下記の数1で演算される。演算結果は、乗除算器43eに出力される。   In the present embodiment, a case where PI control is performed by the PID controller 43b will be described. In this case, the duty ratio duty is calculated by the following formula 1. The calculation result is output to the multiplier / divider 43e.

Figure 2010153147
Figure 2010153147

ここで、Kpは比例ゲインであり、eは上述した差分であり、Tiは積分時間である。積分ゲインはKp/Tiである。   Here, Kp is a proportional gain, e is the above-described difference, and Ti is an integration time. The integral gain is Kp / Ti.

なお、PID制御器43bでPID制御が行われる場合には、デューティ比dutyは下記の数2で演算される。演算結果は、乗除算器43eに出力される。   When PID control is performed by the PID controller 43b, the duty ratio duty is calculated by the following formula 2. The calculation result is output to the multiplier / divider 43e.

Figure 2010153147
Figure 2010153147

ここで、Kpは比例ゲインであり、eは上述した上記差分であり、Tiは積分時間であり、Tdは微分時間である。積分ゲインはKp/Tiであり、微分ゲインはKp・Tdである。   Here, Kp is a proportional gain, e is the above-described difference, Ti is an integration time, and Td is a differentiation time. The integral gain is Kp / Ti, and the differential gain is Kp · Td.

第1ゲインスケジュール部43cは、前記PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを燃料電池10の発電負荷に関する情報によりスケジュールするものである。すなわち、第1ゲインスケジュール部43cは、第1遅延処理41で処理され出力された燃料電池10の発電負荷に関する情報を入力する。第1ゲインスケジュール部43cは、発電負荷と係数K1との相関関係を示すマップ、演算式を使用して第1遅延処理41から入力した値に応じた係数K1を演算して、乗除算器43eに出力する。   The first gain schedule unit 43 c schedules at least one of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain used for the PID control based on information related to the power generation load of the fuel cell 10. That is, the first gain schedule unit 43c inputs information regarding the power generation load of the fuel cell 10 processed and output by the first delay process 41. The first gain schedule unit 43c calculates a coefficient K1 corresponding to the value input from the first delay process 41 using a map and an arithmetic expression indicating the correlation between the power generation load and the coefficient K1, and then a multiplier / divider 43e. Output to.

発電負荷と係数K1との相関関係を示すマップは、図3の第1ゲインスケジュール部43c内に示すように、発電負荷が大きくなるにしたがって係数K1が小さくなるようになっている。係数K1は上限値および下限値が設定されている。   The map showing the correlation between the power generation load and the coefficient K1 is such that the coefficient K1 decreases as the power generation load increases, as shown in the first gain schedule unit 43c of FIG. The coefficient K1 has an upper limit value and a lower limit value.

第2ゲインスケジュール部43dは、前記PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールするものである。すなわち、第2ゲインスケジュール部43dは、第2遅延処理42で処理され出力された貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を入力する。第2ゲインスケジュール部43dは、その貯湯水第1熱交換器入口温度と係数K2との相関関係を示すマップ、演算式を使用して第2遅延処理42から入力した値に応じた係数K2を演算して、乗除算器43eに出力する。   The second gain schedule unit 43d schedules at least one of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain used for the PID control according to information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31. To do. That is, the second gain schedule unit 43d inputs information regarding the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 processed and output by the second delay process 42. The second gain schedule unit 43d uses a map indicating the correlation between the hot water first heat exchanger inlet temperature and the coefficient K2, a coefficient K2 corresponding to the value input from the second delay process 42 using an arithmetic expression. Calculate and output to the multiplier / divider 43e.

貯湯水第1熱交換器入口温度と係数K2との相関関係を示すマップは、図3の第2ゲインスケジュール部43d内に示すように、貯湯水第1熱交換器入口温度が高くなるにしたがって係数K2が小さくなるようになっている。係数K2は上限値および下限値が設定されている。   As shown in the second gain schedule unit 43d of FIG. 3, the map showing the correlation between the hot water first heat exchanger inlet temperature and the coefficient K2 increases as the hot water first heat exchanger inlet temperature increases. The coefficient K2 is reduced. The coefficient K2 has an upper limit value and a lower limit value.

乗除算器43eは、PID制御器43bで演算されたduty、第1ゲインスケジュール部43cで演算された係数K1、および第2ゲインスケジュール部43dで演算された係数K2を入力する。そして、乗除算器43eは、dutyを乗算し係数K1で除算し(係数K1の逆数を乗算し)係数K2で除算し(係数K2の逆数を乗算し)して、スケジュール後のdutyを演算し凝縮用冷媒循環ポンプ33aの電動モータ(図示省略)のドライバ回路33a1に出力する。   The multiplier / divider 43e receives the duty calculated by the PID controller 43b, the coefficient K1 calculated by the first gain schedule unit 43c, and the coefficient K2 calculated by the second gain schedule unit 43d. The multiplier / divider 43e multiplies the duty, divides by the coefficient K1 (multiplies the reciprocal of the coefficient K1), divides by the coefficient K2 (multiplies the reciprocal of the coefficient K2), and calculates the duty after the schedule. It outputs to the driver circuit 33a1 of the electric motor (illustration omitted) of the condensing refrigerant circulation pump 33a.

このように、スケジュール後のdutyは下記数3で示される。   Thus, the duty after the schedule is expressed by the following formula 3.

Figure 2010153147
Figure 2010153147

上記数3から理解できるように、本実施の形態において、係数K1およびK2は比例ゲインKpをスケジュールする定数である。すなわち、比例ゲインKpはKp×(1/K1)×(1/K2)でスケジュールされている。なお、上記数1および数3はPID制御を位置形で表している。   As can be understood from Equation 3, in the present embodiment, the coefficients K1 and K2 are constants for scheduling the proportional gain Kp. That is, the proportional gain Kp is scheduled as Kp × (1 / K1) × (1 / K2). The above formulas 1 and 3 represent the PID control in a position form.

なお、本実施の形態では、比例ゲインKpのみをスケジュールするようにしたが、積分ゲインKiをスケジュールすることは可能であり、微分ゲインKdをスケジュールすることも可能である。
積分ゲインKiをスケジュールした場合には、下記数4でスケジュール後のdutyが示される。
In this embodiment, only the proportional gain Kp is scheduled. However, the integral gain Ki can be scheduled, and the differential gain Kd can also be scheduled.
When the integral gain Ki is scheduled, the duty after the schedule is expressed by the following equation (4).

Figure 2010153147
Figure 2010153147

ここで、係数K1’およびK2’は積分ゲインKiをスケジュールする定数である。すなわち、積分ゲインKiはKi×K1’×K2’でスケジュールされている。なお、上記数4はPID制御を位置形で表している。   Here, the coefficients K1 'and K2' are constants for scheduling the integral gain Ki. That is, the integral gain Ki is scheduled as Ki × K1 ′ × K2 ′. The above formula 4 represents the PID control in a position form.

微分ゲインKdをスケジュールした場合には、下記数5でスケジュール後のdutyが示される。   When the differential gain Kd is scheduled, the duty after the schedule is shown by the following formula 5.

Figure 2010153147
Figure 2010153147

ここで、係数K1”およびK2”は微分ゲインKdをスケジュールする定数である。すなわち、微分ゲインKdはKd×(1/K1”)×(1/K2”)でスケジュールされている。なお、上記数5はPID制御を位置形で表している。   Here, the coefficients K1 "and K2" are constants for scheduling the differential gain Kd. That is, the differential gain Kd is scheduled as Kd × (1 / K1 ″) × (1 / K2 ″). The above formula 5 represents the PID control in a position form.

次に、上述した燃料電池システムの作動について図8のフローチャートに沿って説明する。制御装置40は、図示しない主電源がオン状態にあるとき、上記フローチャートに対応したプログラムを所定時間毎に実行する。制御装置40は、ステップ102において、温度センサ33bから取得した、凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の実測温度(temp_r)を取得(受信)するとともに、制御装置40の記憶装置(図示しない)に予め記憶されている、凝縮用冷媒循環ライン33を流通する凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の目標温度(temp_t)を取得(受信)する。   Next, the operation of the above-described fuel cell system will be described with reference to the flowchart of FIG. The control device 40 executes a program corresponding to the above flowchart every predetermined time when a main power supply (not shown) is in an on state. In step 102, the control device 40 acquires (receives) the measured temperature (temp_r) of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the refrigerant for condensation acquired from the temperature sensor 33 b, and also stores the storage device ( A target temperature (temp_t) of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the condensing refrigerant circulating in the condensing refrigerant circulation line 33, which is stored in advance (not shown), is acquired (received).

制御装置40は、上述したPID制御器43bの処理と同様に、ステップ104において、凝縮用冷媒循環ライン33を流通する凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の目標温度(temp_t)と、凝縮用冷媒の第1熱交換器35の入口温度の実測温度(temp_r)とから、凝縮用冷媒循環ポンプ32bの制御信号値(duty_pre)をPID制御により演算する。duty_preは上記数1の左辺のdutyと同義である。duty_preは下記数6で求められる。   Similarly to the processing of the PID controller 43b described above, the control device 40 determines the target temperature (temp_t) of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for the condensing refrigerant circulating in the condensing refrigerant circulation line 33 in step 104. The control signal value (duty_pre) of the condensing refrigerant circulation pump 32b is calculated by PID control from the measured temperature (temp_r) of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for condensing refrigerant. duty_pre is synonymous with the duty on the left side of Equation 1 above. The duty_pre is calculated by the following equation (6).

(数6)
duty_pre=ctrl_pi(temp_t,temp_r)
(Equation 6)
duty_pre = ctrl_pi (temp_t, temp_r)

制御装置40は、ステップ102,104の処理と並行して、ステップ106において、燃料電池10の発電負荷(inv)を取得(受信)するとともに、発電負荷の変動に応じたむだ時間に相当する第1の遅延時間(Delay_inv)を取得(受信)する。続けて、制御装置40は、ステップ108において、発電負荷(inv)と第1の遅延時間(Delay_inv)とから、スケジュールの係数(K1)を計算する。K1は下記数7で求められる。   In parallel with the processing of steps 102 and 104, the control device 40 acquires (receives) the power generation load (inv) of the fuel cell 10 in step 106, and corresponds to a dead time corresponding to the fluctuation of the power generation load. 1 (Delay_inv) is acquired (received). Subsequently, in Step 108, the control device 40 calculates a schedule coefficient (K1) from the power generation load (inv) and the first delay time (Delay_inv). K1 is obtained by the following equation (7).

(数7)
K1=calc_K1(inv,Delay_inv)
(Equation 7)
K1 = calc_K1 (inv, Delay_inv)

さらに、制御装置40は、ステップ102,104の処理と並行して、ステップ110において、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度(タンク湯温という。tank)を取得(受信)するとともに、タンク湯温の変動に応じたむだ時間に相当する第2の遅延時間(Delay_tank)を取得(受信)する。続けて、制御装置40は、ステップ112において、タンク湯温(tank)と第2の遅延時間(Delay_tank)とから、スケジュールの係数(K2)を計算する。K2は下記数8で求められる。   Further, in parallel with the processing of Steps 102 and 104, the control device 40 obtains the temperature of hot water stored in the first heat exchanger 35 from the hot water storage tank 31 (referred to as tank hot water temperature, tank) in Step 110 ( And receiving (receiving) a second delay time (Delay_tank) corresponding to the dead time corresponding to the fluctuation of the tank hot water temperature. Subsequently, in Step 112, the control device 40 calculates a schedule coefficient (K2) from the tank hot water temperature (tank) and the second delay time (Delay_tank). K2 is obtained by the following equation (8).

(数8)
K2=calc_K2(tank,Delay_tank)
(Equation 8)
K2 = calc_K2 (tank, Delay_tank)

そして、制御装置40は、上述した乗除算器43eの処理と同様に、ステップ114において、定数スケジュール後のduty(duty_gs)を計算する。このdutyは下記数9で求められる。   Then, similarly to the processing of the multiplier / divider 43e described above, the control device 40 calculates the duty (duty_gs) after the constant schedule in Step 114. This duty is obtained by the following equation (9).

(数9)
duty_gs=ctrl_gs(duty_pre,K1,K2)
(Equation 9)
duty_gs = ctrl_gs (duty_pre, K1, K2)

さらに、制御装置40は、ステップ116において、出力dutyの最大値(Max_duty)および最小値(Min_duty)を取得(受信)する。そして、制御装置40は、ステップ118において、ステップ114で計算した定数スケジュール後のduty(duty_gs)のガード処理を行う。duty_gsが最大値(Max_duty)以上の場合には、Max_dutyをduty_gsとする。duty_gsが最小値(Min_duty)以下の場合には、Min_dutyをduty_gsとする。そして、処理後のdutyをduty_outとする。   Further, in step 116, the control device 40 acquires (receives) the maximum value (Max_duty) and the minimum value (Min_duty) of the output duty. In step 118, the control device 40 performs guard processing for the duty (duty_gs) after the constant schedule calculated in step 114. When the duty_gs is equal to or greater than the maximum value (Max_duty), the Max_duty is set to duty_gs. When the duty_gs is equal to or smaller than the minimum value (Min_duty), the Min_duty is set to duty_gs. Then, the processed duty is set to duty_out.

そして、制御装置40は、ステップ120において、凝縮用冷媒循環ポンプ33aを駆動するドライバ回路33a1に制御信号値(duty_out)を送信する。なお、上記数6から数9の右辺カッコ内の符号は引数を表している。例えば上記数6ではtemp_tやtemp_rである。   In step 120, the control device 40 transmits a control signal value (duty_out) to the driver circuit 33a1 that drives the condensing refrigerant circulation pump 33a. In addition, the code | symbol in the right parenthesis of the said Formula 6 to Formula 9 represents the argument. For example, in the above equation 6, temp_t and temp_r.

さらに、図9および図10を参照して本実施の形態の作用・効果について説明する。図9は燃料電池10の発電負荷に変動(1000Wから300W)が生じた場合である。この場合、第1遅延処理部41と第1ゲインスケジュール部43cによって計算された係数K1により比例ゲインKpがスケジュールされてPID制御器43bでdutyが演算される。そのdutyで凝縮用冷媒循環ポンプ33aが駆動される。この結果が、図9に示されている。   Further, operations and effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 shows a case where a fluctuation (1000 W to 300 W) occurs in the power generation load of the fuel cell 10. In this case, the proportional gain Kp is scheduled by the coefficient K1 calculated by the first delay processing unit 41 and the first gain scheduling unit 43c, and the duty is calculated by the PID controller 43b. The condensation refrigerant circulation pump 33a is driven with the duty. The result is shown in FIG.

図9から明らかなように、燃料電池10の発電負荷の変動に際して、凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度は目標温度に対して±約1℃の範囲での変動に抑制されていることが確認できる。すなわち、PID制御のゲインスケジュールを実施しないPID制御のみによる凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度の変動と比較して、その変動が小さく抑制されていることが確認できる。この場合は、図5に示しており、凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度は目標温度に対して±約1℃の範囲で変動している。   As is apparent from FIG. 9, when the power generation load of the fuel cell 10 varies, the inlet temperature of the first heat exchanger of the condensing refrigerant is suppressed to variation within a range of about ± 1 ° C. with respect to the target temperature. Can be confirmed. That is, it can be confirmed that the fluctuation is suppressed to be small compared to the fluctuation of the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant by only PID control in which the gain schedule of PID control is not performed. In this case, as shown in FIG. 5, the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant fluctuates in a range of ± about 1 ° C. with respect to the target temperature.

図10は、貯湯槽31から第1熱交換器35に導入される貯湯水の温度に変動(例えば45℃から20℃)が生じた場合である。この場合、第2遅延処理部42と第2ゲインスケジュール部43dによって計算された係数K2により比例ゲインKpがスケジュールされてPID制御器43bでdutyが演算される。そのdutyで凝縮用冷媒循環ポンプ33aが駆動される。この結果が、図10に示されている。   FIG. 10 shows a case where a change (for example, 45 ° C. to 20 ° C.) occurs in the temperature of the hot water introduced from the hot water tank 31 to the first heat exchanger 35. In this case, the proportional gain Kp is scheduled by the coefficient K2 calculated by the second delay processing unit 42 and the second gain scheduling unit 43d, and the duty is calculated by the PID controller 43b. The condensation refrigerant circulation pump 33a is driven with the duty. The result is shown in FIG.

図10から明らかなように、貯湯槽31から第1熱交換器35に導入される貯湯水の温度の変動に際して、凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度は目標温度に対して±約2℃の範囲での変動に抑制されていることが確認できる。すなわち、PID制御のゲインスケジュールを実施しないPID制御のみによる凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度の変動と比較して、その変動が小さく抑制されていることが確認できる。この場合は、図5に示しており、凝縮用冷媒の第1熱交換器入口温度は目標温度に対して+1℃から−6℃の範囲で変動している。   As apparent from FIG. 10, when the temperature of the hot water stored in the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 varies, the inlet temperature of the first heat exchanger of the condensing refrigerant is about ± 2 with respect to the target temperature. It can be confirmed that the fluctuation is suppressed in the range of ° C. That is, it can be confirmed that the fluctuation is suppressed to be small compared to the fluctuation of the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant by only PID control in which the gain schedule of PID control is not performed. In this case, as shown in FIG. 5, the first heat exchanger inlet temperature of the condensing refrigerant fluctuates in the range of + 1 ° C. to −6 ° C. with respect to the target temperature.

上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、流量調整手段(制御装置40)が、第1熱媒体循環ライン(凝縮用冷媒循環ライン33)を流通する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度が目標温度となるように第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。すなわち、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整するだけで第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。したがって、従来のごとく冷却(放熱)用の流路を別途設けなくて第1熱媒体の温度を目標温度とすることができるので、第1熱媒体に回収した熱を従来のように冷却(放熱)用の流路で放熱することなく第1熱交換器において貯湯水に回収することができ、すなわち熱回収効率を低下させることなく熱回収の高効率を達成することができる。これと同時に、冷却(放熱)用の流路を別途設けなくてすむので、低コスト・省スペース化を達成することができる。   As is apparent from the above description, in the present embodiment, the flow rate adjusting means (control device 40) is a first heat medium (for condensation) that circulates through the first heat medium circulation line (condensation refrigerant circulation line 33). The flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means (condensing refrigerant circulation pump 33a) so that the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the refrigerant becomes the target temperature. That is, the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger can be set to the target temperature only by adjusting the flow rate of the first heat medium by controlling the first heat medium circulation means. Therefore, the temperature of the first heat medium can be set as the target temperature without providing a separate cooling (heat radiation) flow path as in the prior art, so that the heat recovered in the first heat medium can be cooled (heat radiation) as in the prior art. ) Can be recovered in the hot water storage in the first heat exchanger without radiating heat in the first flow path, that is, high efficiency of heat recovery can be achieved without lowering the heat recovery efficiency. At the same time, it is not necessary to separately provide a cooling (heat radiation) flow path, so that low cost and space saving can be achieved.

また、流量調整手段(制御装置40)は、第1熱媒体循環ライン(凝縮用冷媒循環ライン33)を流通する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の目標温度と、第1熱媒体の第1熱交換器の入口温度の実測温度と、からフィードバック制御を行って第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御することにより第1熱媒体の流量を調整する。これにより、簡単な構成により、第1熱媒体循環手段を制御して第1熱媒体の流量を調整するだけで第1熱交換器に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   Further, the flow rate adjusting means (the control device 40) sets the target of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensation refrigerant) flowing through the first heat medium circulation line (condensation refrigerant circulation line 33). By controlling the first heat medium circulation means (condensing refrigerant circulation pump 33a) by performing feedback control from the temperature and the measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium, the first heat medium Adjust the flow rate. Thus, with a simple configuration, the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger can be set as the target temperature only by adjusting the flow rate of the first heat medium by controlling the first heat medium circulation means. it can.

また、流量調整手段(制御装置40)は、燃料電池10の発電負荷に関する情報、および貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報の少なくとも何れか一方も考慮して、第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御することにより第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整する。これにより、燃料電池10の発電負荷が変動した際に、その変動に伴って改質器20からの排熱回収量が変動するためその排熱を回収した第1熱媒体の温度が変動しても、燃料電池10の発電負荷に関する情報を考慮して、第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その変動に伴って第1熱交換器35で熱交換した後の第1熱媒体の温度が変動しても、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を考慮して、第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   The flow rate adjusting means (control device 40) also takes into account at least one of information on the power generation load of the fuel cell 10 and information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31. The flow rate of the first heat medium (condensation refrigerant) is adjusted by controlling the first heat medium circulation means (condensation refrigerant circulation pump 33a). Thereby, when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates, the amount of exhaust heat recovered from the reformer 20 fluctuates with the variation, so the temperature of the first heat medium that recovered the exhaust heat fluctuates. In consideration of the information regarding the power generation load of the fuel cell 10, the first heat medium circulation means (condensing refrigerant circulation pump 33a) is controlled to adjust the flow rate of the first heat medium and flow into the first heat exchanger 35. The temperature of the 1st heat medium to perform can be made into target temperature. Further, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 changes, the temperature of the first heat medium after the heat exchange in the first heat exchanger 35 fluctuates with the change. Even in this case, the first heat medium is controlled by controlling the first heat medium circulation means (condensing refrigerant circulation pump 33a) in consideration of the information about the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31. And the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger 35 can be set as the target temperature.

また、PID制御部43bが、第1熱媒体循環ライン(凝縮用冷媒循環ライン33)を流通する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の目標温度と、第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の実測温度とから、第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)の制御量をPID制御により演算し、第1ゲインスケジュール部43cが、PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを燃料電池の発電負荷に関する情報によりスケジュールし、第2ゲインスケジュール部43dが、PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールする。これにより、PID制御部43bで実行されるPID制御の各ゲインは、燃料電池10の発電負荷に関する情報および/または貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールされる。したがって、燃料電池10の発電負荷が変動した際に、その変動に伴って改質器20からの排熱回収量が変動するためその排熱を回収した第1熱媒体の温度も変動しても、燃料電池10の発電負荷に関する情報を考慮して、第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その変動に伴って第1熱交換器35で熱交換した後の第1熱媒体(凝縮用冷媒)の温度も変動しても、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を考慮して第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体の温度を目標温度とすることができる。   In addition, the PID control unit 43b has a target temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensation refrigerant circulation line 33) flowing through the first heat medium circulation line (condensation refrigerant circulation line 33), From the measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 for one heat medium (condensation refrigerant), the control amount of the first heat medium circulation means (condensation refrigerant circulation pump 33a) is calculated by PID control, and the first The gain schedule unit 43c schedules at least one of proportional gain, integral gain, and differential gain used for PID control based on information related to the power generation load of the fuel cell, and the second gain schedule unit 43d uses it for PID control. At least one of proportional gain, integral gain, and differential gain is scheduled based on information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31. To Le. Thereby, each gain of the PID control executed by the PID control unit 43b is scheduled by information on the power generation load of the fuel cell 10 and / or information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31. Is done. Therefore, when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates, the amount of exhaust heat recovered from the reformer 20 fluctuates with the variation, so the temperature of the first heat medium that recovered the exhaust heat also fluctuates. In consideration of the information regarding the power generation load of the fuel cell 10, the first heat medium circulation means (condensing refrigerant circulation pump 33a) is controlled to adjust the flow rate of the first heat medium (condensing refrigerant) to perform the first heat exchange. The temperature of the first heat medium flowing into the vessel 35 can be set as the target temperature. In addition, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 fluctuates, the first heat medium (condensation refrigerant) after heat exchange in the first heat exchanger 35 is accompanied by the fluctuation. ), The first heat medium circulation means (condensing refrigerant circulation pump 33a) is controlled in consideration of the information about the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31. The flow rate of the first heat medium (condensing refrigerant) is adjusted, and the temperature of the first heat medium flowing into the first heat exchanger 35 can be set as the target temperature.

また、流量調整手段(制御装置40)は、燃料電池10の発電負荷に関する情報を考慮する場合には、燃料電池10の発電負荷が変動した際にその影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間も合わせて考慮し、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を考慮する場合には、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間も合わせて考慮して、第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御することにより第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整する。これにより、燃料電池10の発電負荷が変動した際に、その影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の温度を目標温度とすることができる。   Further, when considering the information regarding the power generation load of the fuel cell 10, the flow rate adjusting means (the control device 40) is affected by the first heat medium (condensing refrigerant) when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates. The hot water storage that flows into the first heat exchanger 35 from the hot water storage tank 31 is also taken into account in consideration of a preset first delay time corresponding to a dead time that appears as a change in the inlet temperature of the first heat exchanger 35. When considering the information on the temperature of the water, when the temperature of the stored hot water fluctuates, the dead time appears as the fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensing refrigerant). The first heat medium (condensing refrigerant) of the first heat medium (condensation refrigerant) is controlled by controlling the first heat medium circulation means (condensation refrigerant circulation pump 33a) in consideration of the preset second delay time. Adjust the flow rate. Thereby, when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates, even if a dead time occurs in which the influence appears as a fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensing refrigerant), it is appropriate. The first heat medium (condensation refrigerant circulation pump 33a) is controlled at the timing to adjust the flow rate of the first heat medium (condensation refrigerant) and flow into the first heat exchanger 35 (condensation refrigerant). The temperature of the refrigerant can be set as the target temperature. Further, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 fluctuates, the effect is the fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensing refrigerant). Even if a dead time appears, the first heat medium circulating means (condensing refrigerant circulation pump 33a) is controlled at an appropriate timing to adjust the flow rate of the first heat medium (condensing refrigerant), and the first heat exchanger 35 The temperature of the first heat medium (condensation refrigerant) flowing into the refrigerant can be set as the target temperature.

また、第1遅延処理部41が、燃料電池10の発電負荷に関する情報を入力し、燃料電池10の発電負荷が変動した際にその影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行し、第2遅延処理部42が、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度に関する情報を入力し、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する。これにより、燃料電池10の発電負荷が変動した際に、その影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の温度を目標温度とすることができる。また、貯湯槽31から第1熱交換器35に流入する貯湯水の温度が変動した際に、その影響が第1熱媒体(凝縮用冷媒)の第1熱交換器35の入口温度の変動として現れるむだ時間が生じても、適切なタイミングで第1熱媒体循環手段(凝縮用冷媒循環ポンプ33a)を制御して第1熱媒体(凝縮用冷媒)の流量を調整し第1熱交換器35に流入する第1熱媒体(凝縮用冷媒)の温度を目標温度とすることができる。   Further, the first delay processing unit 41 inputs information related to the power generation load of the fuel cell 10, and when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates, the effect is the first heat exchange of the first heat medium (condensing refrigerant). A delay process is executed based on a preset first delay time corresponding to a dead time that appears as a change in the inlet temperature of the vessel 35, and the second delay processing unit 42 performs first heat exchange from the hot water tank 31. The information regarding the temperature of the hot water flowing into the storage device 35 is input, and when the temperature of the hot water is changed, the effect is the change in the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensing refrigerant). Delay processing is executed based on a preset second delay time corresponding to the dead time that appears. Thereby, when the power generation load of the fuel cell 10 fluctuates, even if a dead time occurs in which the influence appears as a fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensing refrigerant), it is appropriate. The first heat medium (condensation refrigerant circulation pump 33a) is controlled at the timing to adjust the flow rate of the first heat medium (condensation refrigerant) and flow into the first heat exchanger 35 (condensation refrigerant). The temperature of the refrigerant can be set as the target temperature. Further, when the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger 35 from the hot water tank 31 fluctuates, the effect is the fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger 35 of the first heat medium (condensing refrigerant). Even if a dead time appears, the first heat medium circulating means (condensing refrigerant circulation pump 33a) is controlled at an appropriate timing to adjust the flow rate of the first heat medium (condensing refrigerant), and the first heat exchanger 35 The temperature of the first heat medium (condensation refrigerant) flowing into the refrigerant can be set as the target temperature.

また、改質器20の改質部22から燃料電池10の燃料極に供給されるアノードガスと第1熱媒体とが熱交換する第3熱交換器(第3凝縮器37c)、燃料極から改質器20のバーナ21に供給されるアノードオフガスと第1熱媒体とが熱交換する第4熱交換器(第1凝縮器37a)、バーナ21から排出される燃焼排ガスと第1熱媒体とが熱交換する第5熱交換器(第2凝縮器37b)のうちの少なくとも何れか一つによって、改質器20の排熱および/または燃料電池10の排熱を第1熱媒体に回収する。これにより、改質器20の排熱および/または燃料電池10の排熱を第1熱媒体に確実に回収することができる。   A third heat exchanger (third condenser 37c) in which the anode gas supplied from the reforming unit 22 of the reformer 20 to the fuel electrode of the fuel cell 10 and the first heat medium exchange heat, and from the fuel electrode. A fourth heat exchanger (first condenser 37a) in which the anode off-gas supplied to the burner 21 of the reformer 20 and the first heat medium exchange heat, combustion exhaust gas discharged from the burner 21, and the first heat medium. The exhaust heat of the reformer 20 and / or the exhaust heat of the fuel cell 10 is recovered to the first heat medium by at least one of the fifth heat exchangers (second condenser 37b) that exchange heat with . Thereby, the exhaust heat of the reformer 20 and / or the exhaust heat of the fuel cell 10 can be reliably recovered in the first heat medium.

なお、本発明は、燃料電池システム以外の排熱回収装置、例えば、ガスエンジンコージェネレーションシステムなどのコージェネレーションシステムにも適用できる。この場合、ガスエンジンの排熱(排ガスや冷却水)から熱回収している。また燃料電池としては、高分子電解質形に限らず、固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などにも適用できる。この場合、固体酸化物形には改質器は存在するが、第2熱媒体が存在しない。このようなシステムでも本発明を適用できる。   The present invention can also be applied to an exhaust heat recovery device other than a fuel cell system, for example, a cogeneration system such as a gas engine cogeneration system. In this case, heat is recovered from exhaust heat (exhaust gas or cooling water) of the gas engine. Further, the fuel cell is not limited to the polymer electrolyte type, but can be applied to a solid oxide form, a phosphoric acid form, a molten carbonate form, a solid oxide form, and the like. In this case, the solid oxide form has a reformer but no second heat medium. The present invention can also be applied to such a system.

本発明による排熱回収装置を適用した燃料電池システムの一実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one Embodiment of the fuel cell system to which the waste heat recovery apparatus by this invention is applied. 図1に示す燃料電池システムの制御システムを示す図である。It is a figure which shows the control system of the fuel cell system shown in FIG. 図2に示すPID制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the PID control part shown in FIG. 燃料電池の発電負荷が変動した場合のむだ時間が生じる理由を説明するための図(システム構成図)である。It is a figure (system block diagram) for demonstrating the reason for the dead time when the power generation load of the fuel cell fluctuates. 燃料電池の発電負荷が変動した場合のむだ時間が生じる理由を説明するための図(発電負荷、凝縮用冷媒第1熱交換器入口温度のタイムチャート)である。It is a figure for explaining the reason why dead time occurs when the power generation load of the fuel cell fluctuates (a time chart of the power generation load and the refrigerant first heat exchanger inlet temperature for condensing). 貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水温度が変動した場合のむだ時間が生じる理由を説明するための図(システム構成図)である。It is a figure (system block diagram) for demonstrating the reason for the dead time when the stored hot water temperature which flows into a 1st heat exchanger from a hot water tank changes. 貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水温度が変動した場合のむだ時間が生じる理由を説明するための図(貯湯水第1熱交換器入口温度、凝縮用冷媒第1熱交換器入口温度のタイムチャート)である。The figure for demonstrating the reason for the dead time when the temperature of the stored hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank fluctuates (the stored water first heat exchanger inlet temperature, the refrigerant first heat exchanger inlet for condensation) Temperature time chart). 図1に示す制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. 燃料電池の発電負荷が変動した場合における本実施の形態による作用・効果を説明するための図(発電負荷、凝縮用冷媒第1熱交換器入口温度のタイムチャート)である。It is a figure (time chart of power generation load and refrigerant | coolant 1st heat exchanger inlet temperature for a condensation) for demonstrating the effect | action and effect by this Embodiment when the power generation load of a fuel cell fluctuates. 貯湯槽から第1熱交換器に流入する貯湯水温度が変動した場合における本実施の形態による作用・効果を説明するための図(貯湯水第1熱交換器入口温度、凝縮用冷媒第1熱交換器入口温度のタイムチャート)である。The figure for demonstrating the effect | action and effect by this Embodiment in case the temperature of the hot water which flows in into a 1st heat exchanger from a hot water tank fluctuates (The hot water 1st heat exchanger inlet temperature, the refrigerant | coolant 1st heat | fever for condensation) It is a time chart of exchanger inlet temperature.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池、11…インバータ、11a…電力センサ、12…系統電源、13…電力負荷、14…電源ライン、14a…電力センサ、20…改質器、21…バーナ、22…改質部、31…貯湯槽、32…貯湯水循環ライン、32a…温度センサ、32b…貯湯水循環ポンプ、33…凝縮用冷媒循環ライン(第1熱媒体循環ライン)、33a…凝縮用冷媒循環ポンプ(第1熱媒体循環手段)、33b…温度センサ、34…燃料電池熱媒体循環ライン(第2熱媒体循環ライン)、34a…燃料電池熱媒体循環ポンプ(第2熱媒体循環手段)、35…第1熱交換器、36…第2熱交換器、37a…第1凝縮器(第4熱交換器)、37b…第2凝縮器(第5熱交換器)、37c…第3凝縮器(第3熱交換器)、40…制御装置(流量調整手段)、41…第1遅延処理部、42…第2遅延処理部、43…PID制御部、43c…第1ゲインスケジュール部、43d…第2ゲインスケジュール部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 11 ... Inverter, 11a ... Electric power sensor, 12 ... System power supply, 13 ... Electric power load, 14 ... Power supply line, 14a ... Electric power sensor, 20 ... Reformer, 21 ... Burner, 22 ... Reformer, 31 ... Hot water storage tank, 32 ... Hot water circulation line, 32a ... Temperature sensor, 32b ... Hot water circulation pump, 33 ... Condensation refrigerant circulation line (first heat medium circulation line), 33a ... Condensation refrigerant circulation pump (first heat medium) Circulating means), 33b ... temperature sensor, 34 ... fuel cell heat medium circulation line (second heat medium circulation line), 34a ... fuel cell heat medium circulation pump (second heat medium circulation means), 35 ... first heat exchanger. , 36 ... second heat exchanger, 37a ... first condenser (fourth heat exchanger), 37b ... second condenser (fifth heat exchanger), 37c ... third condenser (third heat exchanger) 40 ... Control device (flow rate adjusting means) 1 ... first delay processing unit, 42 ... second delay processing unit, 43 ... PID controller, 43c ... first gain scheduling unit, 43d ... second gain scheduling unit.

Claims (9)

貯湯水を貯湯可能な貯湯槽と、
前記貯湯槽に連通され前記貯湯水が循環する貯湯水循環ラインと、
発電装置の排熱を回収した第1熱媒体が循環する第1熱媒体循環ラインと、
前記貯湯水循環ラインを循環する貯湯水と前記第1熱媒体循環ラインを循環する第1熱媒体とが熱交換する第1熱交換器と、
前記第1熱媒体循環ライン上に設けられ前記第1熱媒体を循環させる第1熱媒体循環手段と、
前記第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度が目標温度となるように前記第1熱媒体循環手段を制御することにより前記第1熱媒体の流量を調整する流量調整手段と、
を備えたことを特徴とする排熱回収装置。
A hot water storage tank capable of storing hot water,
A hot water circulation line communicating with the hot water tank and circulating the hot water;
A first heat medium circulation line through which the first heat medium recovered from the exhaust heat of the power generation device circulates;
A first heat exchanger for exchanging heat between the hot water circulating through the hot water circulation line and the first heat medium circulating through the first heat medium circulation line;
First heat medium circulation means provided on the first heat medium circulation line for circulating the first heat medium;
The flow rate of the first heat medium is controlled by controlling the first heat medium circulation means so that the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line becomes a target temperature. A flow rate adjusting means for adjusting
An exhaust heat recovery apparatus comprising:
請求項1において、前記流量調整手段は、前記第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の前記目標温度と、前記第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の実測温度と、からフィードバック制御を行って前記第1熱媒体循環手段を制御することにより前記第1熱媒体の流量を調整することを特徴とする排熱回収装置。   2. The flow rate adjusting means according to claim 1, wherein the flow rate adjusting means includes the target temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line, and the first temperature of the first heat medium. An exhaust heat recovery apparatus that adjusts the flow rate of the first heat medium by controlling the first heat medium circulating means by performing feedback control from the measured temperature of the inlet temperature of the heat exchanger. 請求項1または請求項2において、前記流量調整手段は、前記貯湯槽から前記第1熱交換器に流入する前記貯湯水の温度に関する情報も考慮して、前記第1熱媒体循環手段を制御することにより前記第1熱媒体の流量を調整することを特徴とする排熱回収装置。   3. The flow rate adjusting unit according to claim 1, wherein the flow rate adjusting unit controls the first heat medium circulating unit in consideration of information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water storage tank. Thus, the exhaust heat recovery apparatus is characterized in that the flow rate of the first heat medium is adjusted. 請求項3において、前記発電装置は、
改質器で改質された改質ガスをアノードガスとして使用する燃料電池を備え、
前記第1熱媒体は前記改質器の排熱を回収しており、
前記流量調整手段は、前記改質器で改質された改質ガスをアノードガスとして使用する燃料電池の発電負荷に関する情報も考慮して、前記第1熱媒体循環手段を制御することにより前記第1熱媒体の流量を調整することを特徴とする排熱回収装置。
The power generation device according to claim 3,
A fuel cell that uses the reformed gas reformed by the reformer as the anode gas,
The first heat medium recovers exhaust heat of the reformer;
The flow rate adjusting means controls the first heat medium circulating means by taking into account information relating to a power generation load of a fuel cell that uses the reformed gas reformed by the reformer as an anode gas. 1. An exhaust heat recovery apparatus that adjusts the flow rate of a heat medium.
請求項4において、前記流量調整手段は、
前記第1熱媒体循環ラインを流通する第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の前記目標温度と、前記第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の実測温度とから、第1熱媒体循環手段の制御量をPID制御により演算するPID制御部と、
前記PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを前記燃料電池の発電負荷に関する情報によりスケジュールする第1ゲインスケジュール部と、
前記PID制御に使用する比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの少なくとも何れか一つを前記貯湯槽から前記第1熱交換器に流入する前記貯湯水の温度に関する情報によりスケジュールする第2ゲインスケジュール部と、を備えていることを特徴とする排熱回収装置。
The flow rate adjusting means according to claim 4,
From the target temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium flowing through the first heat medium circulation line and the actually measured temperature of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. A PID control unit that calculates a control amount of the first heat medium circulating means by PID control;
A first gain scheduling unit that schedules at least one of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain used for the PID control according to information on the power generation load of the fuel cell;
A second gain scheduling unit that schedules at least one of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain used for the PID control according to information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank; And an exhaust heat recovery apparatus.
請求項4において、前記流量調整手段は、前記燃料電池の発電負荷に関する情報を考慮する場合には、前記燃料電池の発電負荷が変動した際にその影響が前記第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間も合わせて考慮し、前記貯湯槽から前記第1熱交換器に流入する前記貯湯水の温度に関する情報を考慮する場合には、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が前記第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間も合わせて考慮して、前記第1熱媒体循環手段を制御することにより前記第1熱媒体の流量を調整することを特徴とする排熱回収装置。   5. The flow rate adjusting means according to claim 4, wherein when the information regarding the power generation load of the fuel cell is taken into account, the influence of the first heat of the first heat medium is affected when the power generation load of the fuel cell fluctuates. Considering a preset first delay time corresponding to a dead time that appears as a change in the inlet temperature of the exchanger, it relates to the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank. When considering the information, when the temperature of the stored hot water fluctuates, it is set in advance corresponding to a dead time in which the effect appears as a fluctuation of the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. The exhaust heat recovery apparatus is characterized in that the flow rate of the first heat medium is adjusted by controlling the first heat medium circulation means in consideration of the second delay time. 請求項5において、前記流量調整手段は、
前記燃料電池の発電負荷に関する情報を入力し、前記燃料電池の発電負荷が変動した際にその影響が前記第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第1の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する第1遅延処理部と、
前記貯湯槽から前記第1熱交換器に流入する前記貯湯水の温度に関する情報を入力し、該貯湯水の温度が変動した際にその影響が前記第1熱媒体の前記第1熱交換器の入口温度の変動として現れるむだ時間に相当する、予め設定されている第2の遅れ時間に基づいて遅延処理を実行する第2遅延処理部と、をさらに備えたことを特徴とする排熱回収装置。
The flow rate adjusting means according to claim 5,
Information related to the power generation load of the fuel cell is input, and when the power generation load of the fuel cell fluctuates, the effect corresponds to a dead time that appears as a fluctuation in the inlet temperature of the first heat exchanger of the first heat medium. A first delay processing unit for executing a delay process based on a preset first delay time;
Information on the temperature of the hot water flowing into the first heat exchanger from the hot water tank is input, and when the temperature of the hot water changes, the influence of the first heat exchanger of the first heat medium is affected. An exhaust heat recovery apparatus, further comprising: a second delay processing unit that executes a delay process based on a second delay time set in advance, which corresponds to a dead time that appears as a change in inlet temperature. .
請求項4乃至請求項7の何れか一項において、前記改質器の改質部から前記燃料電池の燃料極に供給されるアノードガスと前記第1熱媒体とが熱交換する第3熱交換器、前記燃料極から前記改質器のバーナに供給されるアノードオフガスと前記第1熱媒体とが熱交換する第4熱交換器、前記バーナから排出される燃焼排ガスと前記第1熱媒体とが熱交換する第5熱交換器のうちの少なくとも何れか一つによって、前記改質器の排熱および/または前記燃料電池の排熱を前記第1熱媒体に回収することを特徴とする排熱回収装置。   The third heat exchange according to any one of claims 4 to 7, wherein the anode gas supplied from the reforming unit of the reformer to the fuel electrode of the fuel cell and the first heat medium exchange heat. A fourth heat exchanger for exchanging heat between the anode off-gas supplied from the fuel electrode to the burner of the reformer and the first heat medium, a combustion exhaust gas discharged from the burner, and the first heat medium The exhaust heat of the reformer and / or the exhaust heat of the fuel cell is recovered into the first heat medium by at least one of the fifth heat exchangers that exchange heat with the first heat medium. Heat recovery device. 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の排熱回収装置を備えたことを特徴とする燃料電池システム。

A fuel cell system comprising the exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 8.

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