JP2012119332A - Fuel battery system, and method for operating fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel cell.
以下に、従来の燃料電池システムについて説明する。 A conventional fuel cell system will be described below.
図3に示すように、従来の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤を用いて発電を行う燃料電池1と、天然ガスなどの発電原料に水を添加して改質し水素に富んだ燃料ガスを生成する燃料生成器2と、酸化剤としての空気を燃料電池1に供給するブロア3と、燃料電池1が発生する熱を外部へ取り出す第1の熱媒体として冷却水を燃料電池1へ流通せしめる冷却配管4と、冷却配管4に位置し冷却水を搬送する冷却水ポンプ5と、第1の熱媒体としての冷却水の熱を第2の熱媒体としての市水に伝達する熱交換器6と、市水を貯蔵する貯湯漕7と、熱交換器6と貯湯漕7を接続する市水配管8と、市水を搬送する市水ポンプ9からなる。
As shown in FIG. 3, the conventional fuel cell system includes a
燃料電池1は燃料生成器2により生成された水素に富んだ燃料ガスとブロア3が供給する空気から電力と熱を発生させる。燃料生成器2は天然ガスなどの発電原料に水を添加して水素に富んだ燃料ガスを生成するため、天然ガスなどを燃焼させるバーナ(図示せず)により高温(約700℃)に維持されている。
The
燃料電池1にて発生した熱は、冷却配管4の中を流れる冷却水によって外部へ搬送される。冷却水の流量は冷却水が燃料電池1から流出するところに設置された燃料電池温度検知器10が検知する冷却水の温度Tfが目標温度Tr1(約70℃)と一致するように冷却水ポンプ5の搬送能力を調節する。ここで、温度を燃料電池1の温度は燃料電池1から流出する温度とほぼ等しいと考えられるので、燃料電池温度検知器10が検知する温度を燃料電池1の温度と見なす。
Heat generated in the
冷却水が得た熱は熱交換器6を介して市水配管8の中を流れる市水へ伝達される。市水の流量は市水が熱交換器6から流出するところに設置された市水温度検知器11が検知する市水の温度Twが目標温度Tr2(約60℃)と一致するように市水ポンプ9の搬送能力を調節する。
The heat obtained by the cooling water is transmitted to the city water flowing through the
このような燃料電池システムにおいて、燃料電池1の発電を終了する際には、発電原料を燃料生成器2へ供給するのを停止するのと同時に、燃料生成器2と、燃料電池1の原料ガスおよび燃料ガスの流通経路とへ窒素などの不活性ガスを送り、可燃ガスを燃料電池システム内から廃棄することが一般的に行われる。また、発電停止と同時に燃料電池1は熱を発生しなくなるため、冷却水ポンプ5および市水ポンプ9も搬送動作を停止し、冷却水や市水の循環も停止する。
In such a fuel cell system, when the power generation of the
上記従来例のような燃料電池システムにおいて、発電終了後、約700℃の燃料生成器2内から、燃料ガスの流通経路を経由してきた窒素などの不活性ガスは、燃料電池1を通過して、燃料電池1より外部へ排出される。
In the fuel cell system as in the conventional example described above, after the power generation is completed, the inert gas such as nitrogen that has passed through the fuel gas distribution path from the
しかしながらこの時、燃料生成器2および流通経路に残留している燃料ガスは、その温度をほぼ保ったまま、不活性ガスに後押しされる形で燃料電池1内を通過して外部へ排出されることになる。したがって、燃料電池1の内部は、この燃料ガスが通過する部分だけ高温になることが考えられる。
However, at this time, the fuel gas remaining in the
燃料電池1に固体高分子型を用いている場合は、電解質に用いられる固体高分子膜は湿潤であることが必要であるが、高温かつ加湿されていない不活性ガスが固体高分子膜の近傍を流れると固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生し、燃料電池1の発電効率を著しく低下させる原因となる。
When the solid polymer type is used for the
次に、燃料電池1が発電を停止しても、燃料電池1自身は、しばらくの間は約70℃程度の温度を保っている。これは環境温度に比べると高い温度であるため、燃料電池1の保有している熱は、冷却水の循環を停止した後は外部へ放出されるのみであり、発電に際して発生した熱を有効に利用するためには発電後も燃料電池1が保有している熱を利用することが必要であった。
Next, even if the
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、発電終了後に燃料電池の発電効率を低下させる事態を引き起こすことのない燃料電池システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a fuel cell system that does not cause a situation in which the power generation efficiency of the fuel cell is lowered after the end of power generation.
また、本発明は、発電終了後にも燃料電池の保持する熱を利用することができる燃料電池システムを得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that can utilize the heat retained by the fuel cell even after the end of power generation.
第1の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
第1の熱媒体と第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
コントローラとを備え、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、前記コントローラが、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる、燃料電池システムである。
A first aspect of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power by receiving supply of a fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulation means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing a second heat medium in the second heat medium path;
A heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium;
With a controller,
In the fuel cell system, the controller operates the first heat medium circulation unit and the second heat medium circulation unit even after power generation of the polymer electrolyte fuel cell is stopped.
第2の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
第1の熱媒体と第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
コントローラとを備え、
燃料と酸化剤の前記固体高分子型燃料電池への供給が停止した後も、前記コントローラが、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる、燃料電池システムである。
A second aspect of the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power by receiving supply of fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulation means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing a second heat medium in the second heat medium path;
A heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium;
With a controller,
In the fuel cell system, the controller operates the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means even after the supply of the fuel and the oxidant to the polymer electrolyte fuel cell is stopped. is there.
第3の本発明は、前記熱交換器を通過した第2の熱媒体としての市水を貯える貯湯漕を備え、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段の動作時に、前記熱交換器を通過した市水が、前記貯湯漕に供給される、第1または第2の本発明の燃料電池システムである。 A third aspect of the present invention includes a hot water storage tank for storing city water as a second heat medium that has passed through the heat exchanger, and the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means are in operation. In the fuel cell system according to the first or second aspect of the present invention, city water that has passed through the heat exchanger is supplied to the hot water tank.
第4の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の前記第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
前記第1の熱媒体と前記第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる燃料電池システムの運転方法である。
A fourth aspect of the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power upon receiving supply of fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulating means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing the second heat medium in the second heat medium path;
A method for operating a fuel cell system comprising a heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium,
This is a method of operating a fuel cell system in which the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means are operated even after power generation of the polymer electrolyte fuel cell is stopped.
第5の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の前記第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
前記第1の熱媒体と前記第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料と前記酸化剤の前記固体高分子型燃料電池への供給が停止した後も、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる燃料電池システムの運転方法である。
A fifth aspect of the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power by receiving supply of a fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulating means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing the second heat medium in the second heat medium path;
A method for operating a fuel cell system comprising a heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium,
An operation method of a fuel cell system in which the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means are operated even after supply of the fuel and the oxidant to the polymer electrolyte fuel cell is stopped. is there.
第6の本発明は、前記第1の熱媒体循環動作及び前記第2の熱媒体循環手段の動作時に、前記熱交換器を通過した第2の熱媒体としての市水が、貯湯漕に供給される、第4または第5の本発明の燃料電池システムの運転方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, city water as the second heat medium that has passed through the heat exchanger is supplied to the hot water tank when the first heat medium circulation operation and the second heat medium circulation means are operated. The operation method of the fuel cell system according to the fourth or fifth aspect of the present invention.
以上説明したところから明らかなように、本発明は、発電終了後に燃料電池の発電効率を低下させる事態を引き起こすことのない燃料電池システムを提供することができる。 As is apparent from the above description, the present invention can provide a fuel cell system that does not cause a situation in which the power generation efficiency of the fuel cell is lowered after the end of power generation.
また、燃料電池で発生した熱を効率よく外部へ取り出し、有効な形態で熱を利用する燃料電池システムを提供することができる。 Further, it is possible to provide a fuel cell system that efficiently extracts heat generated in the fuel cell to the outside and uses the heat in an effective form.
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態による燃料電池システムの構成要素は従来例と同じ図3で示され、同じ構成要素については同じ番号を付与している。
(First embodiment)
The components of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention are shown in FIG. 3 which is the same as the conventional example, and the same components are given the same numbers.
図3に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤を用いて発電を行う燃料電池1と、天然ガスなどの発電原料に水を添加して改質し水素に富んだ燃料ガスを生成する燃料生成器2と、酸化剤としての空気を燃料電池1に供給するブロア3と、燃料電池1が発生する熱を外部へ取り出す第1の熱媒体として冷却水を燃料電池1へ流通せしめる冷却配管4と、冷却配管4に位置し冷却水を搬送する冷却水ポンプ5と、第1の熱媒体としての冷却水の熱を第2の熱媒体としての市水に伝達する熱交換器6と、市水を貯蔵する貯湯漕7と、熱交換器6と貯湯漕7を接続する市水配管8と、市水を搬送する市水ポンプ9とを備えている。
As shown in FIG. 3, the fuel cell system of the present embodiment includes a
また、図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムの発電中および発電停止後の冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転形態を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing an operation mode of the cooling
以上のような構成を有する本実施の形態による燃料電池システムの動作を、以下に説明する。 The operation of the fuel cell system according to the present embodiment having the above configuration will be described below.
燃料電池1は、燃料生成器2により生成された水素に富んだ燃料ガスとブロア3が供給する空気とから、電力および熱を発生させる。
The
燃料生成器2は、天然ガスなどの発電原料に水を添加して水素に富んだ燃料ガスを生成するため、天然ガスなどを燃焼させるバーナ(図示せず)により高温(約700℃)に維持されている。
The
燃料電池1にて発生した熱は、冷却配管4の中を流れる冷却水によって外部へ搬送される。冷却水の流量は、冷却水が燃料電池1から流出するところに設置された燃料電池温度検知器10が検知する冷却水の温度Tfが目標温度Tr1(約70℃)と一致する冷却水ポンプ5の搬送能力を調節する。ここで、温度を燃料電池1の温度は燃料電池1から流出する温度とほぼ等しいと考えられるので、燃料電池温度検知器10が検知する温度を燃料電池1の温度と見なしてもよい。
Heat generated in the
冷却水が得た熱は、熱交換器6を介して市水配管8の中を流れる市水へ伝達される。市水の流量は、市水が熱交換器6から流出するところに設置された市水温度検知器11が検知する市水の温度Twが、目標温度Tr2(約60℃)と一致するように市水ポンプ9の搬送能力を調節する。
The heat obtained by the cooling water is transmitted to the city water flowing through the
次に、燃料電池1の発電を終了する際には、原料ガスおよび水を燃料生成器2へ供給するのを停止するのと同時に、燃料生成器2から燃料電池1への原料ガスおよび燃料ガスの流通経路と、燃料電池1内における原料ガスおよび燃料ガスの流通経路との両方に窒素などの不活性ガスを送り、燃料生成器、流通経路および燃料電池1内に残留する可燃ガスを燃料電池システム内から排出する。
Next, when the power generation of the
以上までの動作は従来例の燃料電池システムと同様であるが、以後の動作については、図1のフローチャートを参照して説明を行う。 The operation so far is the same as that of the conventional fuel cell system, but the subsequent operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、燃料電池温度検知器10は、燃料電池1の温度に相当する、燃料電池1から流出する冷却水の温度Tfを検知する(001)。
First, the fuel cell temperature detector 10 detects the temperature Tf of the cooling water flowing out from the
検知した温度Tfが、予め定めた目標温度Tr1より高い場合には、冷却水ポンプ5の冷却水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Tfが目標温度Tr1より低い場合には冷却水ポンプ5の冷却水搬送能力を小さくする(002)。ここで、冷却水ポンプ5の冷却水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるPIDコントローラを用いて、冷却水の温度Tfが目標温度Tr1に一致するように冷却水ポンプ5の冷却水搬送動力を演算して、冷却水ポンプ5を運転すればよい。
When the detected temperature Tf is higher than the predetermined target temperature Tr1, the cooling water transfer capacity of the cooling
続いて、市水温度検知器11は、熱交換器6から流出する市水の温度Twを検知する(003)。 Subsequently, the city water temperature detector 11 detects the temperature Tw of city water flowing out from the heat exchanger 6 (003).
検知した温度Twが、予め定めた目標温度Tr2より高い場合には、市水ポンプ9の市水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Twが目標温度Tr2より低い場合には、市水ポンプ9の市水搬送能力を小さくする(004)。ここで、市水ポンプ9の市水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるPIDコントローラを用いて、市水の温度Twが目標温度Tr2に一致するように市水ポンプ9の市水搬送動力を演算して、市水ポンプ9を運転すればよい。
When the detected temperature Tw is higher than a predetermined target temperature Tr2, the
次に、燃料電池システムが発電停止されているかどうかを、図示しないシステムのコントローラが判断し(005)、発電継続中であれば再び処理002へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。 Next, a controller of a system (not shown) determines whether or not the fuel cell system has stopped generating power (005). If power generation is continuing, the process returns to step 002 to repeat the operation based on the above flow.
一方、燃料電池1の発電が停止される場合は、燃料発生器2からの燃料ガスの供給およびブロア3からの空気の供給は停止し、燃料生成器2および燃料電池1への不活性ガスの導入が開始されるが、燃料電池温度検知器10は、冷却水の温度Tfと、予め定めたしきい温度Te1(約60℃)とを比較して(006)、冷却水の温度Tfがしきい温度Te1(約60℃)よりも高い場合には処理002へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。
On the other hand, when the power generation of the
冷却水の温度Tfがしきい温度Te1(約60℃)よりも低くなった場合には、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転を停止する。
When the temperature Tf of the cooling water is lower than the threshold temperature Te1 (about 60 ° C.), the operation of the cooling
以上のように、本実施の形態においては、燃料電池1が発する熱を外部へ搬送するための冷却水ポンプ5と市水ポンプ9は、燃料電池1が発電停止しても運転しつづけるため、燃料生成器2と燃料電池1の原料ガスおよび燃料ガスの流通経路へ窒素などの不活性ガスを燃料電池1へ送っても、不活性ガスおよび不活性ガスにより搬送される高熱の残留燃料ガスが保持している熱は、冷却水を通して外部へ排出されるため、燃料電池1が部分的にも高温になることはない。そのため、燃料電池1に固体高分子型を用いていても固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生せず、燃料電池1の発電効率を著しく低下させる事態は発生しない。
As described above, in the present embodiment, the cooling
また、燃料電池システムの発電を停止する時点において、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9は燃料電池1が発電停止しても運転しつづけ、冷却水の温度Tfがしきい温度Te1より低くなった時点で停止するようにすることにより、燃料電池1の発電時に発生していた熱を効率よく回収することが可能になる。
Further, at the time when the power generation of the fuel cell system is stopped, the cooling
また、冷却水の温度Tfがしきい温度Te1より低い場合には冷却水ポンプ5と市水ポンプ9を停止するため、貯湯している市水の温度を必要以上に低下させることがなく、利用価値の高い温度で市水の貯湯を維持させることが可能である。
Further, when the temperature Tf of the cooling water is lower than the threshold temperature Te1, the cooling
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を図面を参照して説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施の形態も、第1の実施の形態と同じく、従来例の燃料電池システムと同様の構成を有するため、説明には図3を用い、この詳細な説明は本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムのものに準ずるものとする。 Since this embodiment also has the same configuration as that of the conventional fuel cell system as in the first embodiment, FIG. 3 is used for the description, and this detailed description is based on the first embodiment of the present invention. It shall conform to that of the fuel cell system in the embodiment.
また、図2は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池システムの発電中および発電停止後の冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転形態を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an operation mode of the cooling
以上のような構成を有する本実施の形態による燃料電池システムの動作を、以下に説明する。 The operation of the fuel cell system according to the present embodiment having the above configuration will be described below.
まず、燃料電池温度検知器10は、燃料電池1の温度に相当する燃料電池1から流出する冷却水の温度Tfを検知する(001)。
First, the fuel cell temperature detector 10 detects the temperature Tf of the cooling water flowing out from the
検知した温度Tfが、予め定めた目標温度Tr1より高い場合には、冷却水ポンプ5の冷却水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Tfが目標温度Tr1より低い場合には冷却水ポンプ5の冷却水搬送能力を小さくする(002)。ここで、冷却水ポンプ5の冷却水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるPIDコントローラを用いて、冷却水の温度Tfが目標温度Tr1に一致するように冷却水ポンプ5の冷却水搬送動力を演算して冷却水ポンプ5を運転すればよい。
When the detected temperature Tf is higher than the predetermined target temperature Tr1, the cooling water transfer capacity of the cooling
続いて、市水温度検知器11は、熱交換器6から流出する市水の温度Twを検知する(003)。検知した温度Twが、予め定めた目標温度Tr2より高い場合には、市水ポンプ9の市水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Twが目標温度Tr2より低い場合には、市水ポンプ9の市水搬送能力を小さくする(004)。ここで、市水ポンプ9の市水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるPIDコントローラを用いて、市水の温度Twが目標温度Tr2に一致するように市水ポンプ9の市水搬送動力を演算して市水ポンプ9を運転すればよい。
Subsequently, the city water temperature detector 11 detects the temperature Tw of city water flowing out from the heat exchanger 6 (003). When the detected temperature Tw is higher than a predetermined target temperature Tr2, the
そして、燃料電池システムが発電停止されているかどうかを、図示しないシステムのコントローラが判断し(005)、発電継続中であれば再び処理002へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。 Then, the controller of the system (not shown) determines whether or not the fuel cell system has stopped generating power (005). If power generation is continuing, the process returns to step 002 to repeat the operation based on the above flow.
一方、燃料電池1の発電が停止された場合には、市水の温度Twと、予め定めたしきい温度Te2(約55℃)とを比較して(006)、市水の温度Twがしきい温度Te2(約55℃)よりも高い場合には処理002へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。
On the other hand, when the power generation of the
市水の温度Twがしきい温度Te2(約55℃)よりも低くなった場合には、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転を停止する。
When the city water temperature Tw becomes lower than the threshold temperature Te2 (about 55 ° C.), the cooling
以上のように、本実施の形態においては、燃料電池システムの発電を停止する時点において、燃料電池1が発する熱を外部へ搬送するための冷却水ポンプ5と市水ポンプ9は燃料電池1が発電停止しても運転しつづけ、市水の温度Twがしきい温度Te2より低くなった時点で停止するようにすることにより、燃料電池1の発電時に発生し、発電の停止後に燃料電池1内に保たれていた熱も効率よく回収することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, when the power generation of the fuel cell system is stopped, the cooling
また、市水の温度Twがしきい温度Te2より低い場合には、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9を停止するため、貯湯している市水の温度を必要以上に低下させることがなく、利用価値の高い温度で市水の貯湯を維持させることが可能である。
When the city water temperature Tw is lower than the threshold temperature Te2, the cooling
また、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9を停止するタイミングを、熱を実際に利用する市水の温度で決めるため、正確な貯湯温度の管理が可能となる。
In addition, since the timing of stopping the cooling
さらに、第1の実施の形態と同様、発電停止に際して燃料生成器2と燃料電池1の原料ガスおよび燃料ガスの流通経路へ窒素などの不活性ガスを燃料電池1へ送っても、不活性ガスおよび不活性ガスにより搬送される高熱の残留燃料ガスが保持している熱は冷却水を通して外部へ排出されるため、燃料電池1が部分的にも高温になることはない。そのため、燃料電池1に固体高分子型を用いていても固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生せず、燃料電池1の発電効率を著しく低下させる事態は発生しない。
Further, as in the first embodiment, when power generation is stopped, the inert gas such as nitrogen is sent to the
なお、本発明の第1の実施の形態、第2の実施の形態において、燃料電池1の目標温度Tr1を70℃、市水の目標温度Tr2を60℃としているが目標温度Tr1は燃料電池1の発電が効率良く行われる温度に設定されるべきで70℃に限るものではなく、目標温度Tr2も市水を貯湯タンク7へ貯める温度として望まれる温度に設定されるべきで60℃に限るものではない。
In the first and second embodiments of the present invention, the target temperature Tr1 of the
また、本発明の第1の実施の形態で、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転を停止するしきい温度Te1を60℃としたが、市水を貯湯タンク7へ貯める温度として望まれる温度に熱交換器6でのロスを考えて数度上に設定されるべきで60℃に限るものではない。
In the first embodiment of the present invention, the threshold temperature Te1 for stopping the operation of the cooling
さらに、本発明の第2の実施の形態で、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転を停止するしきい温度Te2を55℃としたが、市水を貯湯タンク7へ貯める温度として望まれる温度に設定されるべきで55℃に限るものではない。
Furthermore, in the second embodiment of the present invention, the threshold temperature Te2 for stopping the operation of the cooling
また、上記の各実施の形態において、燃料電池1は本発明の燃料電池の一例であり、冷却配管4は本発明の冷却循環系の一例である。また冷却水ポンプ5は本発明の熱媒体循環手段の一例であり、熱交換器6および市水ポンプ9は本発明の放熱手段または熱交換器の一例であり、燃料電池温度検出器10および市水温度検知機11は本発明の温度検出手段の一例である。また冷却配管4内を搬送される冷却水は本発明の第1の熱媒体の一例であり、市水配管8内を搬送される市水は本発明の第2の熱媒体の一例である。
In each of the above embodiments, the
しかしながら、本発明は上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の温度検出手段は、燃料電池1の温度を直接測定して、その温度を得るようにしても良い。また熱交換器11の温度を測定するようにしてもよい。市水配管8の温度を測定するようにしてもよい。要するに、本発明の温度検出手段は、燃料電池の温度を直接的または間接的に検出することができる、または本発明の第2の熱媒体の温度を検出できればよく、その測定部位によって限定されることはない。
However, the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and the temperature detecting means of the present invention may directly measure the temperature of the
また、本発明の第1の熱媒体は、冷却水(H20)に限定する必要はなく、他に不凍液など、絶縁性で、燃料電池の熱を充分に担持可能な媒体であればよい。 The first heat medium of the present invention need not be limited to cooling water (H 2 0), but may be any other medium that is insulative and can sufficiently carry the heat of the fuel cell, such as antifreeze. .
また、本発明の放熱手段は、貯湯層7および市水配管8を省略して、熱交換器6が空気中に熱を放出するような構成であってもよい。この場合、熱媒体循環手段に対応するポンプ5だけが、所定のしきい値になるまで動作することになる。また、放熱手段が、熱媒体の循環など、放熱のための動作を行うような構成であっても、熱媒体循環手段だけが、燃料電池への燃料および酸化剤の供給停止後も、動作するものであってもよい。
Further, the heat dissipating means of the present invention may be configured such that the hot
以上のような本発明は、燃料電池1の発電停止後、冷却水の温度Trがしきい温度Te1(約60℃)より低くなる、もしくは、市水の温度Twがしきい温度Te2(約55℃)より低くなるまで、冷却水ポンプ5と市水ポンプ9の運転を継続することにより、発電中に燃料電池1が発生した熱を効率よく回収することが可能となる。冷却水もしくは市水の温度がしきい温度より低くなった時に冷却水ポンプ5と市水ポンプ9を停止するため、貯湯している市水の温度を必要以上に低下させることがなく、利用価値の高い温度で市水の貯湯を維持させることが可能である。
In the present invention as described above, after the power generation of the
また、発電停止後に原料ガス、燃料ガス経路を通過してきた不活性ガスによる燃料電池1の温度上昇を招かないため、燃料電池1に固体高分子型を用いていても固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生せず、燃料電池1の発電効率を著しく低下させる事態は発生せず、信頼性の高い燃料電池システムの提供が可能となる。
In addition, since the temperature of the
1 燃料電池
2 燃料生成器
3 ブロア
4 冷却配管
5 冷却水ポンプ
6 熱交換器
7 貯湯漕
8 市水配管
9 市水ポンプ
10 燃料電池温度検知器
11 市水温度検知器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
第1の熱媒体と第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
コントローラとを備え、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、前記コントローラが、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる、燃料電池システム。 A polymer electrolyte fuel cell that generates electric power upon receipt of fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulation means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing a second heat medium in the second heat medium path;
A heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium;
With a controller,
A fuel cell system in which the controller operates the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means even after power generation of the polymer electrolyte fuel cell is stopped.
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
第1の熱媒体と第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
コントローラとを備え、
燃料と酸化剤の前記固体高分子型燃料電池への供給が停止した後も、前記コントローラが、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる、燃料電池システム。 A polymer electrolyte fuel cell that generates electric power upon receipt of fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulation means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing a second heat medium in the second heat medium path;
A heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium;
With a controller,
A fuel cell system in which the controller operates the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means even after the supply of fuel and oxidant to the polymer electrolyte fuel cell is stopped.
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の前記第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
前記第1の熱媒体と前記第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる燃料電池システムの運転方法。 A polymer electrolyte fuel cell that generates electric power upon receipt of fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulating means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing the second heat medium in the second heat medium path;
A method for operating a fuel cell system comprising a heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium,
A method of operating a fuel cell system in which the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means are operated even after power generation of the polymer electrolyte fuel cell is stopped.
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池の有する熱を担持する第1の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第1の熱媒体を循環させる第1の熱媒体循環手段と、
第2の熱媒体が流れる第2の熱媒体経路と、
前記第2の熱媒体経路内の前記第2の熱媒体を流すための第2の熱媒体循環手段と、
前記第1の熱媒体と前記第2の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料と前記酸化剤の前記固体高分子型燃料電池への供給が停止した後も、前記第1の熱媒体循環手段及び前記第2の熱媒体循環手段を動作させる燃料電池システムの運転方法。 A polymer electrolyte fuel cell that generates electric power upon receipt of fuel and an oxidant;
A cooling circulation system in which a first heat medium supporting the heat of the polymer electrolyte fuel cell, which is provided so as to pass through the polymer electrolyte fuel cell, circulates inside,
First heat medium circulating means for circulating the first heat medium in the cooling circulation system;
A second heat medium path through which the second heat medium flows;
Second heat medium circulating means for flowing the second heat medium in the second heat medium path;
A method for operating a fuel cell system comprising a heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium and the second heat medium,
A method of operating a fuel cell system, wherein the first heat medium circulation means and the second heat medium circulation means are operated even after the supply of the fuel and the oxidant to the polymer electrolyte fuel cell is stopped.
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---|---|---|---|---|
JPH0268447A (en) * | 1988-09-01 | 1990-03-07 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Additional heating device for bath tub |
JPH06223859A (en) * | 1993-01-28 | 1994-08-12 | Mazda Motor Corp | Fuel cell automobile |
JPH09312165A (en) * | 1996-05-23 | 1997-12-02 | Aqueous Res:Kk | Fuel cell generating device and operating method thereof |
JP2000340244A (en) * | 1999-05-25 | 2000-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid polymer fuel cell cogeneration system |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0268447A (en) * | 1988-09-01 | 1990-03-07 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Additional heating device for bath tub |
JPH06223859A (en) * | 1993-01-28 | 1994-08-12 | Mazda Motor Corp | Fuel cell automobile |
JPH09312165A (en) * | 1996-05-23 | 1997-12-02 | Aqueous Res:Kk | Fuel cell generating device and operating method thereof |
JP2000340244A (en) * | 1999-05-25 | 2000-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid polymer fuel cell cogeneration system |
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