JP2014032871A - Fuel supply method and system for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池への燃料供給方法および燃料供給システムに関し、より詳しくは、燃料電池への燃料を途絶えることなく供給する燃料電池への燃料供給方法および燃料電池への燃料供給システムに関する。 The present invention relates to a fuel supply method and a fuel supply system for a fuel cell, and more particularly to a fuel supply method and a fuel supply system for a fuel cell that supply fuel to the fuel cell without interruption.
特許文献１（特開平０５−１９０１８９号公報）には、燃料電池発電装置がその運転中に急激な負荷上昇指令を受けた際、燃料電池に生じるガス欠と、これに起因する燃料電池の損傷とを回避するために実施する保護運転方法が記載されている。そしてこれにより、燃料電池の負荷上昇時におけるガス不足を早期に検知して、燃料電池を「保護停止」させ、燃料電池の損傷を回避するとされている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 05-190189) discloses that when a fuel cell power generation device receives a sudden load increase command during its operation, the fuel cell runs out of gas and the resulting damage to the fuel cell. The protection driving method implemented to avoid the above is described. As a result, gas shortage at the time when the load of the fuel cell rises is detected at an early stage to “stop protection” of the fuel cell and avoid damage to the fuel cell.
特許文献２（特開２００５−３５３２９２号公報）には、所定時間、ガスが流れ続けたときに警報を発するメーターを通過した商用ガスを燃料ガスに改質して導入する燃料電池を備える燃料電池システムに関し、特にマイコンメーターの漏洩検知による警報を回避するため、所定時間毎に所定時間、燃料電池を停止させる」ことが記載されている。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-353292) discloses a fuel cell including a fuel cell that reforms and introduces commercial gas that has passed through a meter that issues an alarm when gas continues to flow for a predetermined time into fuel gas. With regard to the system, it is described that the fuel cell is stopped for a predetermined time every predetermined time in order to avoid an alarm particularly due to leakage detection of the microcomputer meter.
特許文献３（特開２０１１−１７５８１６号公報）には、長時間の連続的なガス使用が一時的に中断される制御される燃料電池システムに関し、（１）ガス使用状況の学習、（２）燃料電池の停止所要時間の考慮により、「メーター対応のための燃料電池の停止タイミング」を最適化することが記載されている。運転停止処理の開始時刻を、ユーザーによるガスの不使用時間帯（ガス器具のユーザーによる使用が無いと推定される時間帯）の開始時よりも早めて設定することで、不使用時間帯の開始に合わせてガス供給を完全に停止でき、これによりマイコンメーターの警報を回避することができるとされている。 Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-175816) relates to a controlled fuel cell system in which continuous gas use for a long time is temporarily interrupted, (1) learning of gas use status, (2) It is described that “the stop timing of the fuel cell for meter correspondence” is optimized in consideration of the time required for stopping the fuel cell. By setting the start time of the shutdown process earlier than the start time of the user's non-use time of gas (the time zone in which it is estimated that the gas appliance is not used by the user), the start of the non-use time zone It is said that the gas supply can be completely stopped at the same time, thereby avoiding the alarm of the microcomputer meter.
特許文献４（特開２０１１−２１０４４９号公報）には、メーターと通信することで、必要時に燃料電池を停止させ、メーターがリセットしたことを受けて燃料電池を再起動する。これにより、メーター対応のための停止時間を減らすことができるとされている。 In Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-210449), the fuel cell is stopped when necessary by communicating with the meter, and the fuel cell is restarted when the meter is reset. Thereby, it is said that the stop time for meter correspondence can be reduced.
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池システムは、電気や熱を発生させられるだけでなく、ＣＯ2排出量削減、一次エネルギー削減などの省エネルギー効果や地球温暖化防止効果を持つことが知られている。しかし、災害などで燃料の供給に不具合が生じた場合、またはガスメーターが持つ安全機能が働いた場合など、燃料電池システムへの燃料の供給が途絶えると、燃料電池は運転を続けることができない。 Fuel cell systems such as solid oxide fuel cells (SOFC) and polymer electrolyte fuel cells (PEFC) not only generate electricity and heat, but also save energy by reducing CO 2 emissions and primary energy. And is known to have a global warming prevention effect. However, if the fuel supply fails due to a disaster or the safety function of the gas meter is activated, the fuel cell cannot continue to operate if the fuel supply to the fuel cell system is interrupted.
また、燃料電池の運転中に燃料の供給が突然途絶えることは、燃料電池の劣化を引き起こし、燃料電池の寿命を著しく縮めてしまう原因となる。特許文献１のような方法で燃料電池を停止させる機能を備えることにより、影響を僅かに低減させることはできるものの、根本的な解決には至らない。特にスタックがセラミックで構成されているＳＯＦＣにおいては、運転中の燃料供給停止はスタックの酸化還元反応につながるため、劣化する傾向が著しい。 In addition, sudden interruption of fuel supply during the operation of the fuel cell causes deterioration of the fuel cell, which significantly shortens the life of the fuel cell. Although the influence can be slightly reduced by providing the function of stopping the fuel cell by the method as described in Patent Document 1, it does not lead to a fundamental solution. In particular, in an SOFC in which the stack is made of ceramic, stopping fuel supply during operation leads to an oxidation-reduction reaction of the stack, so that the tendency to deteriorate is remarkable.
さらに、運転中の燃料供給停止ではないにせよ、燃料電池を停止させることも、燃料電池の劣化を引き起こして燃料電池の寿命を縮めてしまう原因となる。特にスタックが運転中に高温に保たれているＳＯＦＣにおいては、運転を停止させることでスタックの温度が大幅に低下するため、ヒートショックによりスタックが劣化し、燃料電池の寿命の短縮を引き起こす。そのため特にＳＯＦＣでは、燃料電池を連続運転させることが通常である。しかし、ガスメーターにガスが約１箇月間流れ続けると、ガスメーターはガス管からの漏洩の可能性があると判断し、警報を発してしまう。この警報の発生を防ぐため、ＳＯＦＣでは約１箇月に１回、燃料電池の運転を意図的に停止させている（特許文献２〜４）。しかし前述の通り、運転の停止は燃料電池の寿命の短縮化を引き起こすため、好ましくない。
Furthermore, even if the fuel supply is not stopped during operation, stopping the fuel cell also causes deterioration of the fuel cell and shortens the life of the fuel cell. In particular, in an SOFC in which the stack is kept at a high temperature during operation, the temperature of the stack is greatly reduced by stopping the operation. Therefore, the stack deteriorates due to heat shock, and the life of the fuel cell is shortened. Therefore, in particular in SOFC, it is normal to operate the fuel cell continuously. However, if the gas continues to flow to the gas meter for about one month, the gas meter determines that there is a possibility of leakage from the gas pipe and issues an alarm. In order to prevent the occurrence of this alarm, SOFC intentionally stops the operation of the fuel cell about once a month (
ここで、上記ガスメーターに関し、マイコンメーターと呼ばれるガスメーターにおいては、その主な安全機能として以下（１）〜（７）のようなときに、ガスの供給を自動的に遮断する機能を備えている。
また、下記（８）の場合には警報を発する機能を備えており、上記“ガスメーターにガスが約１箇月間流れ続けると、ガスメーターはガス管からの漏洩の可能性があると判断し、警報を発してしまう。”とは、このことを意味している。
（１）一時的に極めて多くのガスが使用された場合
（２）急に多くのガスが使用された場合
（３）長時間、一定量のガスが使用され続けた場合
（４）震度５強相当以上の地震が発生した場合
（５）メーターに振動やショックが加わったとき
（６）流れるガスの圧力が低下した場合
（７）警報器、不完全燃焼警報器が作動した場合（連動している場合のみ）
（８）３０日間連続してガスの流れを感知している場合
Here, regarding the gas meter, a gas meter called a microcomputer meter has a function of automatically shutting off gas supply in the following cases (1) to (7) as main safety functions.
In the case of (8) below, it has a function to issue an alarm. If the gas continues to flow to the gas meter for about one month, the gas meter determines that there is a possibility of leakage from the gas pipe. This means this.
(1) When an extremely large amount of gas is used temporarily (2) When a large amount of gas is used suddenly (3) When a certain amount of gas is used for a long time (4) Seismic intensity 5+ (5) When vibration or shock is applied to the meter (6) When the pressure of the flowing gas drops (7) When the alarm or incomplete combustion alarm is activated (in conjunction) Only)
(8) When sensing gas flow for 30 consecutive days
そのように意図的に運転を停止させることは、燃料電池を連続して運転させていれば得られたはずの「ＣＯ2排出量削減、一次エネルギー削減」などの省エネルギー効果や地球温暖化防止効果を消滅させるばかりでなく、停止や再起動のために余計なエネルギーを消費してしまうため、好ましくない。 Intentionally stopping the operation in this way is an energy saving effect such as “CO 2 emission reduction, primary energy reduction” that would have been obtained if the fuel cell was operated continuously, and a global warming prevention effect. This is not preferable because it consumes extra energy for stopping and restarting.
また、燃料電池は比較的一定量の燃料を消費するため、ガスメーターが持つ「長時間、一定量のガスが使用され続けた場合に、ガス供給を遮断する」という安全機能を作動させてしまう恐れがある。そのため、従来の燃料電池システムでは、貯湯ユニットの補助熱源機を一定時間毎に燃焼させて、ガスメーターに流れるガスの流量を一時的に増大させることにより、前記安全機能の作動を防いでいる。しかし、給湯などの熱需要がない場合に補助熱源機を燃焼させると、補助熱源機において沸騰防止などの保護機能が作動する恐れがあり、その回避のために特別な制御が必要となる。 In addition, since fuel cells consume a relatively constant amount of fuel, there is a risk of activating the safety function of the gas meter that shuts off the gas supply when a certain amount of gas is used for a long time. There is. Therefore, in the conventional fuel cell system, the operation of the safety function is prevented by burning the auxiliary heat source unit of the hot water storage unit at regular intervals and temporarily increasing the flow rate of the gas flowing to the gas meter. However, if the auxiliary heat source machine is burned when there is no heat demand such as hot water supply, a protective function such as boiling prevention may be activated in the auxiliary heat source machine, and special control is required to avoid it.
また、燃料電池は、燃料を昇圧するポンプを有している。何らかの理由で燃料電池への燃料の供給が途絶えると、最終的には燃料電池は運転状態を維持することができなくなって停止するものの、停止するまでには一定の時間を要する。その間、前記昇圧ポンプは、燃料が供給されていないガス管内の気体を吸引することになり、機器外のガス管を負圧に至らしめる。通常、ガス管に接続されているガスメーターやガス機器は、ガス管が負圧になった場合の耐性を有していないため、これらの装置に不具合が発生する恐れがある。 The fuel cell has a pump for boosting the fuel. If the supply of fuel to the fuel cell is interrupted for some reason, the fuel cell will eventually be unable to maintain its operating state and will stop, but it will take a certain time to stop. Meanwhile, the booster pump sucks the gas in the gas pipe to which fuel is not supplied, and brings the gas pipe outside the device to a negative pressure. Normally, gas meters and gas equipment connected to the gas pipes do not have the resistance when the gas pipes have a negative pressure, and there is a risk that these devices may fail.
本発明は、燃料電池システムへの燃料の供給が途絶えた場合、またはガスメーターの安全機能の作動を防ぐために燃料電池を停止する必要が生じた場合に、燃料電池システムに燃料を供給する手段を提供することで、災害時などの電力・熱の供給、燃料電池の寿命短縮化の防止、燃料電池の運転による省エネルギー効果や地球温暖化防止効果の向上、燃料電池外のガス管の負圧化防止を実現することを目的とする。さらに、本発明の利用により、ガスメーターが持つ「長時間、一定量のガスが使用され続けた場合に、ガス供給を遮断する」という安全機能の作動の防止が実現可能となる。 The present invention provides means for supplying fuel to a fuel cell system when the fuel supply to the fuel cell system is interrupted or when it is necessary to stop the fuel cell to prevent the safety function of the gas meter from operating By doing so, it is possible to supply power and heat in the event of a disaster, prevent shortening of the life of the fuel cell, improve the energy saving effect and prevent global warming by operating the fuel cell, and prevent negative pressure on the gas pipe outside the fuel cell It aims at realizing. Furthermore, the use of the present invention makes it possible to prevent the operation of the safety function of the gas meter “shut off the gas supply when a certain amount of gas continues to be used for a long time”.
本発明（１）は、燃料貯蔵容器をガスメーターから燃料電池へ連結するガス管に配置して備えることにより、燃料電池への燃料を途絶えることなく供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池への燃料供給方法である。 The present invention (1) is characterized in that a fuel storage container is disposed in a gas pipe connected from a gas meter to a fuel cell, thereby supplying fuel to the fuel cell without interruption. It is a fuel supply method.
本発明（２）は、本発明（１）の燃料供給方法において、燃料電池への燃料供給を燃料貯蔵容器からの供給に切り替えるに際し、燃料圧力の検知手段、燃料流量の検知手段、計時手段のいずれかにより切り替えることを特徴とする燃料電池への燃料供給方法である。 According to the present invention (2), in the fuel supply method of the present invention (1), when the fuel supply to the fuel cell is switched to the supply from the fuel storage container, the fuel pressure detection means, the fuel flow rate detection means, the time measurement means It is a fuel supply method to a fuel cell characterized by switching by either.
本発明（３）は、本発明（１）または（２）の燃料供給方法において、燃料電池への燃料供給を燃料貯蔵容器からの供給に切り替えるに際し、ガスメーターからの信号、燃料電池からの信号のいずれかをもって切り替えることを特徴とする燃料電池への燃料供給方法である。 According to the present invention (3), in the fuel supply method of the present invention (1) or (2), when the fuel supply to the fuel cell is switched to the supply from the fuel storage container, the signal from the gas meter, the signal from the fuel cell It is a fuel supply method to a fuel cell characterized by switching with either.
本発明（４）は、本発明（１）〜（３）のいずれかの燃料供給方法において、燃料電池への燃料供給を燃料貯蔵容器からの供給に切り替えるに際し、燃料電池の運転を低出力（ゼロ出力を含む）運転に制御することを特徴とする燃料電池への燃料供給方法である。 According to the present invention (4), in the fuel supply method of any one of the present inventions (1) to (3), when the fuel supply to the fuel cell is switched to the supply from the fuel storage container, the operation of the fuel cell is reduced ( A fuel supply method for a fuel cell, characterized in that the operation is controlled (including zero output).
本発明（５）は、本発明（１）〜（４）のいずれかの燃料供給方法において、貯蔵容器に大気圧を超える圧力で燃料が貯蔵されたボンベを用いるか、または貯蔵容器にガス吸着剤を用いてなることを特徴とする燃料電池への燃料供給方法である。 In the fuel supply method according to any one of the present inventions (1) to (4), the present invention (5) uses a cylinder in which fuel is stored at a pressure exceeding atmospheric pressure in the storage container, or gas is adsorbed in the storage container. A fuel supply method for a fuel cell, characterized by using an agent.
本発明（６）は、本発明（１）〜（５）のいずれかの燃料供給方法において、燃料電池が固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池への燃料供給方法である。 The present invention (6) is the fuel supply method according to any one of the present inventions (1) to (5), wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell. .
本発明（７）は、燃料貯蔵容器をガスメーターから燃料電池へ連結するガス管に配置して備えることにより、燃料電池への燃料を途絶えることなく供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池への燃料供給システムである。 According to the present invention (7), a fuel cell is characterized in that fuel is supplied to the fuel cell without interruption by providing the fuel storage container in a gas pipe connected from the gas meter to the fuel cell. It is a fuel supply system.
本発明（８）は、本発明（７）の燃料供給システムにおいて、燃料電池への燃料供給を燃料貯蔵容器からの供給に切り替えるに際し、燃料圧力の検知手段、燃料流量の検知手段計時手段のいずれかにより切り替えることを特徴とする燃料電池への燃料供給システムである。 According to the present invention (8), in the fuel supply system of the present invention (7), when the fuel supply to the fuel cell is switched to the supply from the fuel storage container, any one of the fuel pressure detecting means and the fuel flow rate detecting means and the timing means This is a fuel supply system for a fuel cell, which is switched depending on whether or not.
本発明（９）は、本発明（７）または（８）の燃料供給システムにおいて、燃料電池への燃料供給を燃料貯蔵容器からの供給に切り替えるに際し、ガスメーターからの信号、燃料電池からの信号のいずれかをもって切り替えることを特徴とする燃料電池への燃料供給システムである。 According to the present invention (9), in the fuel supply system of the present invention (7) or (8), when the fuel supply to the fuel cell is switched to the supply from the fuel storage container, the signal from the gas meter, the signal from the fuel cell A fuel supply system for a fuel cell, which is switched at any time.
本発明（１０）は、本発明（７）〜（９）の燃料供給システムにおいて、燃料電池への燃料供給を燃料貯蔵容器からの供給に切り替えるに際し、燃料電池の運転を低出力（ゼロ出力を含む）運転に制御することを特徴とする燃料電池への燃料供給システムである。 According to the present invention (10), when the fuel supply system of the present invention (7) to (9) is switched from the fuel supply to the fuel cell to the supply from the fuel storage container, the operation of the fuel cell is reduced to a low output (zero output). A fuel supply system for a fuel cell, characterized in that the operation is controlled.
本発明（１１）は、本発明（７）〜（１０）の燃料供給システムにおいて、貯蔵容器に大気圧を超える圧力で燃料が貯蔵されたボンベを用いるか、または貯蔵容器にガス吸着剤を用いてなることを特徴とする燃料電池への燃料供給システムである。 According to the present invention (11), in the fuel supply system of the present invention (7) to (10), a cylinder in which fuel is stored at a pressure exceeding atmospheric pressure is used in the storage container, or a gas adsorbent is used in the storage container. A fuel supply system for a fuel cell.
本発明（１２）は、本発明（７）〜（１１）の燃料供給システムにおいて、燃料電池が固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池への燃料供給システムである。 The present invention (12) is the fuel supply system according to any one of the present inventions (7) to (11), wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.
本発明によれば、下記（１）〜（６）の効果が得られる。
（１）本発明によれば、災害などで燃料の供給に不具合が生じた場合、またはガスメーターが持つ安全機能が働いた場合など、燃料電池システムへの燃料の供給が途絶えた場合でも、燃料電池は運転を続けることができ、電気・熱を供給することができる。
（２）本発明によれば、燃料電池の運転中に燃料の供給が突然途絶えることによる燃料電池の劣化を無くすることができる。これにより燃料電池を長寿命化することができる。
According to the present invention, the following effects (1) to (6) can be obtained.
(1) According to the present invention, even when the fuel supply to the fuel cell system is interrupted, such as when a failure occurs in the fuel supply due to a disaster or when the safety function of the gas meter is activated, the fuel cell Can continue to operate and can supply electricity and heat.
(2) According to the present invention, it is possible to eliminate the deterioration of the fuel cell due to the sudden interruption of the fuel supply during the operation of the fuel cell. Thereby, the life of the fuel cell can be extended.
（３）本発明によれば、ガスメーターにガスが約１箇月間流れ続けることによるガスメーターの警報発生を防ぐために燃料電池を停止させる必要を無くすることができる。これにより運転を停止させることよる燃料電池の劣化を無くし、燃料電池を長寿命化することができる。
（４）本発明によれば、ガスメーターにガスが約１箇月間流れ続けることによるガスメーターの警報発生を防ぐために燃料電池を停止させる必要を無くすることができる。これにより燃料電池の持つ省エネルギー効果や地球温暖化防止効果を増大させ、さらに燃料電池を停止させ再起動させるための余計なエネルギー消費を防ぐことができる。
(3) According to the present invention, it is possible to eliminate the need to stop the fuel cell in order to prevent the gas meter from generating an alarm due to the gas continuously flowing in the gas meter for about one month. As a result, the deterioration of the fuel cell caused by stopping the operation can be eliminated, and the life of the fuel cell can be extended.
(4) According to the present invention, it is possible to eliminate the need to stop the fuel cell in order to prevent the gas meter from generating an alarm due to the gas continuously flowing in the gas meter for about one month. As a result, the energy saving effect and the global warming prevention effect of the fuel cell can be increased, and unnecessary energy consumption for stopping and restarting the fuel cell can be prevented.
（５）本発明によれば、ガスメーターに長時間一定量のガスが流れ続けることによるガスメーターのガス供給遮断を防ぐ目的で、貯湯ユニットに補助熱源機を一定時間毎に燃焼させるなどの特別な制御を搭載する必要がなくなる。
（６）本発明によれば、何らかの理由で燃料電池への燃料の供給が途絶えた場合でも、燃料電池内の昇圧ポンプにより燃料電池外のガス管を負圧に至らしめる恐れがなくなる。
(5) According to the present invention, for the purpose of preventing the gas meter from shutting off the gas supply due to a constant amount of gas flowing through the gas meter for a long time, special control such as causing the hot water storage unit to burn the auxiliary heat source unit at regular intervals No need to install.
(6) According to the present invention, even if the supply of fuel to the fuel cell is interrupted for some reason, there is no risk of the gas pipe outside the fuel cell reaching a negative pressure by the booster pump in the fuel cell.
〈燃料電池システムの説明〉
図１は、従来の燃料電池システムにおける燃料電池ユニット、貯湯ユニット等の態様例を説明する図である。この態様例での燃料電池システムは電気と熱を発生させる「燃料電池ユニット」と、熱を貯湯槽に蓄えて利用する「貯湯ユニット」の２つの装置ユニットで構成されている。
<Description of fuel cell system>
FIG. 1 is a diagram for explaining a mode example of a fuel cell unit, a hot water storage unit, etc. in a conventional fuel cell system. The fuel cell system in this embodiment is composed of two device units: a “fuel cell unit” that generates electricity and heat, and a “hot water storage unit” that stores and uses heat in a hot water storage tank.
〈燃料電池ユニットの説明〉
燃料電池ユニットに入った燃料は、ポンプによって圧力を高められ、燃料処理装置で水素リッチなガスに改質された後、燃料電池スタックに送られる。例えば都市ガスの場合は通常２ｋＰａ程度の圧力で燃料が供給されているが、ＰＥＦＣやＳＯＦＣでは燃料処理装置や燃料電池スタックなどの圧力損失が比較的大きくて十分な燃料の流通が困難なため、ポンプを使って圧力を高めている。
<Description of fuel cell unit>
The fuel that has entered the fuel cell unit is increased in pressure by a pump, reformed into a hydrogen-rich gas by a fuel processing device, and then sent to the fuel cell stack. For example, in the case of city gas, fuel is usually supplied at a pressure of about 2 kPa. However, PEFC and SOFC have a relatively large pressure loss in fuel processing devices, fuel cell stacks, etc., and it is difficult to circulate fuel sufficiently. The pressure is increased using a pump.
図１において、都市ガスあるいは天然ガス等の原燃料ガス（図１では“燃料”と表示している）はポンプを経て、すなわちポンプを介して、燃料処理装置へ供給される。燃料処理装置では、原燃料ガスが改質され、改質ガスは燃料電池スタックに供給される。改質ガスは、燃料電池がＳＯＦＣのときはそのまま発電用燃料として利用され、燃料電池がＰＥＦＣのときはＣＯ変成器、ＣＯ酸化器を経て発電用燃料として利用される。 In FIG. 1, raw fuel gas such as city gas or natural gas (indicated as “fuel” in FIG. 1) is supplied to a fuel processing apparatus via a pump, that is, via the pump. In the fuel processing apparatus, the raw fuel gas is reformed, and the reformed gas is supplied to the fuel cell stack. The reformed gas is directly used as a power generation fuel when the fuel cell is a SOFC, and is used as a power generation fuel via a CO converter and a CO oxidizer when the fuel cell is a PEFC.
燃料電池スタックには、ＰＥＦＣの場合は固体高分子が用いられ、ＳＯＦＣの場合はセラミックが用いられている。燃料電池スタックで発生した電力は、インバーターで交流に変換され、燃料電池外に出力される。 In the fuel cell stack, solid polymer is used in the case of PEFC, and ceramic is used in the case of SOFC. Electric power generated in the fuel cell stack is converted into alternating current by an inverter and output to the outside of the fuel cell.
〈貯湯ユニット〉
燃料電池スタックで発生した熱はお湯として貯湯槽に蓄えられ、給湯などの熱需要に利用される。図１に示す例では記載されていないが、暖房の熱需要に利用される場合もある。貯湯槽に蓄えられた熱を使い切り、なお熱需要がある場合は、補助熱源機が燃焼して熱を供給する。
<Hot water storage unit>
The heat generated in the fuel cell stack is stored as hot water in a hot water tank and used for heat demand such as hot water supply. Although not described in the example shown in FIG. 1, it may be used for the heat demand of heating. When the heat stored in the hot water tank is used up and there is still a demand for heat, the auxiliary heat source burns and supplies heat.
〈本発明の態様〉
図２は本発明の態様を説明する図である。図２において、都市ガスあるいは天然ガス等の原燃料ガスは、導管１からガスメーター（マイコンメーター）２を経て、ガス管３へ流れる。ガス管３は、途中分岐し、原燃料ガスを貯湯ユニットや家庭内でのガス機器用の燃料として供給する。符号４はそのための分岐管である。ガス管３のうち、分岐管４が分岐する位置より下流側に開閉弁５を設ける。分岐しない原燃料ガスは、さらにガス管３中を流れ、燃料電池ユニット１１へ供給される。
<Aspect of the Present Invention>
FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention. In FIG. 2, raw fuel gas such as city gas or natural gas flows from a conduit 1 through a gas meter (microcomputer meter) 2 to a
本発明においては、原燃料ガス貯蔵容器６をガスメーター（マイコンメーター）２から燃料電池ユニット１１へ連結するガス管３に配置して備える。この構成は本発明において重要な構成である。これにより、燃料電池システムへ供給する燃料を途絶えることなく供給できるようにすることができるものである。符号７は貯蔵容器６からの原燃料ガス導出管であり、原燃料ガス導出管７は開閉弁８を介してガス管３に連結している。当該原燃料ガス導出管７のガス管３への連結位置は開閉弁５より下流側である。
In the present invention, the raw fuel gas storage container 6 is provided in the
本発明の燃料電池システムにおける燃料供給方法および燃料供給システムにおいては、代替のガス供給方式を付加することにより、ガス供給の異常やその他必要時に、燃料電池の運転継続を可能にするものである。 In the fuel supply method and fuel supply system in the fuel cell system of the present invention, by adding an alternative gas supply method, the fuel cell can be continuously operated in the event of an abnormal gas supply or other necessity.
〈実施例〉
図３は、本発明における原燃料ガス貯蔵容器に、天然ガス自動車用の燃料ボンベを用いた場合の実施例である。図２における「原燃料ガス貯蔵容器６」が図３における「燃料ボンベ」に相当してる。
<Example>
FIG. 3 shows an embodiment in which a fuel cylinder for a natural gas vehicle is used for the raw fuel gas storage container in the present invention. The “raw fuel gas storage container 6” in FIG. 2 corresponds to the “fuel cylinder” in FIG.
燃料ボンベには２０ＭＰａの圧力で燃料が貯蔵されており、減圧弁によって約２ｋＰａに減圧されて燃料電池に供給される。原燃料ガス貯蔵容器にはこのように１ＭＰａ以上の高圧で貯蔵されたボンベを用いることが容器のコンパクト性、燃料貯蔵量の確保の観点では好ましいが、より低圧の容器でも構わない。なお、１ＭＰａ以下の圧力で貯蔵する場合は、活性炭などのガス吸着剤を用いた貯蔵容器であれば、貯蔵容器の体積あたりの燃料貯蔵量を増大できるという観点で好ましい。 Fuel is stored in the fuel cylinder at a pressure of 20 MPa, and the pressure is reduced to about 2 kPa by a pressure reducing valve and supplied to the fuel cell. As the raw fuel gas storage container, it is preferable to use a cylinder stored at a high pressure of 1 MPa or more from the viewpoint of ensuring the compactness of the container and the amount of fuel stored, but a lower pressure container may be used. In addition, when storing at a pressure of 1 MPa or less, a storage container using a gas adsorbent such as activated carbon is preferable from the viewpoint that the amount of fuel stored per volume of the storage container can be increased.
燃料電池への燃料供給を燃料ボンベからの供給に切り替えるためには、切替弁を用いる。通常の状態では燃料電池はガスメーターの下流側に位置しているため、ガスメーターがガスを遮断すると燃料電池への燃料供給は途絶えるが、切替弁により燃料ボンベからの供給に切り替えることで、燃料電池の運転を継続することが可能となる。 In order to switch the fuel supply to the fuel cell to the supply from the fuel cylinder, a switching valve is used. Under normal conditions, the fuel cell is located on the downstream side of the gas meter, so when the gas meter shuts off the gas, the fuel supply to the fuel cell is interrupted, but by switching to the supply from the fuel cylinder with the switching valve, the fuel cell It becomes possible to continue driving.
切替弁には切替制御装置が接続されており、自動での切替が可能である。燃料ボンベからの供給に切り替える場合としては、ガス供給に異常が生じたことを検知した場合、ガスメーターの警報発生または遮断発生を防ぐ場合、のいずれかである。 A switching control device is connected to the switching valve, and automatic switching is possible. The case of switching to the supply from the fuel cylinder is one of detecting the occurrence of an abnormality in the gas supply and the case of preventing the occurrence of an alarm or shut-off of the gas meter.
ガス供給に異常が生じた場合（何らかの理由でガスメーターによるガス遮断が発生した場合を含む）、圧力センサによって検知されるガス管内の圧力値が所定の値以下になったことをもって切替制御装置が切替弁を動作させる。なお、圧力センサは、燃料電池内、ガスメーター内、ガスメーターから燃料電池につながるガス管内のどこに設置されていても良い。また、圧力センサの代わりに、所定の圧力値以下になったことを判定する機能を持つ圧力スイッチ、またはガス流量センサなどの流量検出手段を用いても良い。 When an abnormality occurs in the gas supply (including when the gas meter shuts off for some reason), the switching control device switches when the pressure value in the gas pipe detected by the pressure sensor falls below the specified value. Operate the valve. The pressure sensor may be installed anywhere in the fuel cell, in the gas meter, or in the gas pipe connected from the gas meter to the fuel cell. Further, instead of the pressure sensor, a pressure switch having a function of determining that the pressure has become equal to or lower than a predetermined pressure value, or a flow rate detection means such as a gas flow rate sensor may be used.
さらに、ガス供給に異常が生じた場合は燃料電池の運転継続が困難になるため、ガス圧力やガス流量の検出手段によらず、燃料電池の運転状態に異常が発生した信号を燃料電池から受けた場合に切替弁を動作させても良い。同様に、ガスメーターによる遮断が発生した信号をガスメーターから受けた場合に、切替弁を動作させても良い。 Furthermore, if an abnormality occurs in the gas supply, it becomes difficult to continue the operation of the fuel cell. Therefore, a signal indicating an abnormality in the operating state of the fuel cell is received from the fuel cell regardless of the means for detecting the gas pressure or the gas flow rate. In this case, the switching valve may be operated. Similarly, the switching valve may be operated when a signal indicating that the gas meter has shut off is received from the gas meter.
ガスメーターの警報発生または遮断発生を防ぐ場合、すなわち「ガスメーターにガスが約１箇月間流れ続けると発する警報」または「ガスメーターに長時間、一定量のガスが使用され続けることで起こる遮断」を防止する場合には、切替制御装置内に計時手段を設け、前回の切替動作から所定の時間が経過したことをもって切替弁を動作させる。この計時手段は、切替制御装置内でなく、ガスメーター、燃料電池ユニット、貯湯ユニットのどこに設けられていても良い。 To prevent the gas meter from generating an alarm or shut-off, that is, to prevent an “alarm that is triggered when gas continues to flow in the gas meter for about one month” or “a shut-off that occurs when a certain amount of gas is used for a long time in the gas meter” In such a case, a clock means is provided in the switching control device, and the switching valve is operated when a predetermined time has elapsed since the previous switching operation. This time measuring means may be provided anywhere in the gas meter, the fuel cell unit, and the hot water storage unit, not in the switching control device.
計時手段で計測された約１箇月以内の所定時間において燃料電池への燃料供給を燃料ボンベからの供給に切り替えることにより、燃料電池が消費するガスはガスメーターを流れなくなり、「ガスメーターにガスが約１箇月間流れ続けると発する警報」を防止することができる。また、計時手段で計測された所定時間において燃料電池への燃料供給を燃料ボンベからの供給に切り替えることにより、燃料電池が消費するガスはガスメーターを流れなくなり、「ガスメーターに長時間、一定量のガスが使用され続けることで起こる遮断」を防止することができる。 By switching the fuel supply to the fuel cell from the fuel cylinder for a predetermined time within about one month measured by the time measuring means, the gas consumed by the fuel cell stops flowing through the gas meter. It is possible to prevent an “alarm that is issued when the flow continues for months”. In addition, by switching the fuel supply to the fuel cell from the fuel cylinder at a predetermined time measured by the time measuring means, the gas consumed by the fuel cell stops flowing through the gas meter. Can be prevented by continuing to be used.
〈貯蔵容器のコンパクト性を重視して天然ガス自動車用燃料ボンベとしては比較的小型の５０Ｌ容器を用いた場合の実施例〉
本実施例において、貯蔵容器のコンパクト性を重視し、天然ガス自動車用燃料ボンベとしては比較的小型の５０Ｌ容器を用いた場合、当該燃料ボンベによる燃料供給で運転可能な燃料電池の時間は、次のように計算される。燃料は２０ＭＰａの高圧で貯蔵されているため、標準状態に換算すると約１０Ｎｍ3が貯蔵されている。燃料電池が定格７００Ｗ発電するＳＯＦＣであれば、その燃料消費量は、７００Ｗ発電時すなわち最高消費時で２．５ＮＬ／ｍｉｎ、ゼロ出力（０Ｗ発電）時すなわち最低消費時で１．０ＮＬ／ｍｉｎ程度である。そのため７００Ｗ発電ならば約３日間、ゼロ出力運転なら約１週間、燃料電池の運転が可能となる。
<Embodiment in which a relatively small 50 L container is used as a fuel cylinder for a natural gas vehicle with an emphasis on the compactness of the storage container>
In this embodiment, when the compactness of the storage container is emphasized and a relatively small 50 L container is used as a fuel cylinder for a natural gas vehicle, the time of the fuel cell that can be operated with the fuel supply by the fuel cylinder is as follows. It is calculated as follows. Since the fuel is stored at a high pressure of 20 MPa, about 10 Nm 3 is stored in terms of the standard state. If the fuel cell is an SOFC that generates 700 W of rated power, the fuel consumption is about 2.5 NL / min at 700 W power generation, that is, at the maximum consumption, and about 1.0 NL / min at zero output (0 W power generation), that is, at the minimum consumption. It is. Therefore, the fuel cell can be operated for about 3 days for 700 W power generation and for about a week for zero output operation.
ここで、災害時などガス供給に異常が生じた場合は、非常時に電力・熱を供給することのメリットが大きいため、燃料電池の出力には特に制限は与えず、定格までの運転を可能とすることが好ましい。 Here, if there is an abnormality in the gas supply such as during a disaster, the benefits of supplying power and heat in an emergency are great, so there is no particular restriction on the output of the fuel cell, and operation up to the rating is possible. It is preferable to do.
一方、ガスメーターの警報発生または遮断発生を防ぐために燃料ボンベからの燃料供給に切り替える場合は、燃料電池に定格までの運転を許可すると、貯蔵容器内の有限な燃料の使い果たし、貯蔵容器の交換が必要になる恐れがある。使い果たさないとしても、災害時などガス供給に異常が生じた際、燃料電池が運転可能な時間を減少させてしまうため、好ましくない。従って、ガスメーターの警報発生または遮断発生を防ぐために燃料ボンベからの燃料供給に切り替える場合は、燃料電池に信号を与えることで、燃料電池の運転を低出力（ゼロ出力を含む）運転に制御することが好ましい。 On the other hand, when switching to fuel supply from a fuel cylinder in order to prevent gas meter alarms or shut-offs, if the fuel cell is allowed to operate up to its rating, the finite fuel in the storage container must be used up and the storage container must be replaced There is a risk of becoming. Even if it is not exhausted, it is not preferable because the time during which the fuel cell can be operated is reduced when an abnormality occurs in the gas supply such as during a disaster. Therefore, when switching to fuel supply from a fuel cylinder in order to prevent gas meter alarms or shut-offs, control the fuel cell operation to low output (including zero output) operation by giving a signal to the fuel cell. Is preferred.
１、３ ガス管
２ ガスメーター（マイコンメーター）
４ 分岐管
５、８ 開閉弁
６ 原燃料ガス貯蔵容器
７ 貯蔵容器６からの原燃料ガス導出管
１１ 燃料電池ユニット
１２ 給湯ユニット
1, 3
4 Branch pipes 5, 8 On-off valve 6 Raw fuel gas storage container 7 Raw fuel gas outlet pipe from the storage container 6 11
Claims (12)
The fuel supply system according to any one of claims 7 to 11, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.
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