JP2014182884A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To supply output power of a fuel cell neither too much nor too little as further as possible with respect to power consumption required during independent power generation operation in a fuel cell system.SOLUTION: During an independent preparation operation that is an operation until output power of a fuel cell becomes first power corresponding to maximum power consumption of a variable load device during an independent power generation operation, a control device controls the variable load device so as to increase power consumption of the variable load device at a first predetermined speed (step S202), derives a raw fuel throw-in amount to be supplied by a raw fuel supply device from a value which is obtained by adding an offset value corresponding to the increase of the power consumption of the variable load device to be controlled to an output current value detected by a current sensor, and a map or a relational expression indicating a relation between the raw fuel throw-in amount and an output current of the fuel cell (step S204), and controls the raw fuel supply device in such a manner that a raw fuel supply amount becomes the derived raw fuel throw-in amount (step S206).

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

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。燃料電池システムにおいては、系統の停電発生時に、受電系統を系統から遮断し、受電系統の自立負荷に非常用電源として燃料電池発電装置より電源を供給している。この場合、連系用遮断器を遮断すると共にインバータを一旦停止させ、燃料電池発電装置が自立負荷に供給できる最大の電気出力に相当する原燃料、反応空気及び改質用蒸気を予め供給し、かつ自立負荷の接続を確認したのちに、インバータの再起動を行わせるようになっている。   As one type of fuel cell system, one shown in Patent Document 1 is known. In the fuel cell system, when a power failure occurs in the system, the power receiving system is disconnected from the system, and power is supplied from the fuel cell power generator as an emergency power source to the self-sustained load of the power receiving system. In this case, the interconnection circuit breaker is shut off and the inverter is temporarily stopped, and the raw fuel, reaction air, and reforming steam corresponding to the maximum electric output that the fuel cell power generation apparatus can supply to the self-supporting load are supplied in advance. In addition, after confirming the connection of the self-supporting load, the inverter is restarted.

特開2005−203145号公報JP 2005-203145 A

しかしながら、上述した燃料電池システムにおいては、自立発電運転中においても必要な原燃料は出力電流に応じて設定される。一方、燃料電池の内部抵抗は燃料電池自身の温度、環境温度や積算運転時間によって異なるため、出力電圧は変化しひいては出力電流も変化する。したがって、出力電力が必要な消費電力より小さいときには、燃料電池の電極が酸化して劣化する。一方、出力電力が必要な消費電力より大きいときには、燃料電池の熱バランスが崩れ燃料電池の温度が著しく上昇する。このように、必要な消費電力に対して出力電力の過不足があると、いろいろな問題が発生する。   However, in the fuel cell system described above, the necessary raw fuel is set according to the output current even during the independent power generation operation. On the other hand, since the internal resistance of the fuel cell varies depending on the temperature of the fuel cell itself, the environmental temperature, and the accumulated operation time, the output voltage changes and the output current also changes. Therefore, when the output power is smaller than the required power consumption, the electrodes of the fuel cell are oxidized and deteriorated. On the other hand, when the output power is greater than the required power consumption, the heat balance of the fuel cell is lost and the temperature of the fuel cell rises significantly. As described above, various problems occur when the output power is excessive or insufficient with respect to the necessary power consumption.

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、燃料電池システムにおいて、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池の出力電力をできるだけ過不足なく供給することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to supply the output power of the fuel cell as much as possible to the required power consumption during the self-sustaining power generation operation in the fuel cell system. To do.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、燃料電池の出力電流を検出する電流センサと、系統電源の送電が停止された場合であって系統電源と解列された燃料電池を発電させる自立発電運転中において、燃料電池からの出力電力のみが供給されて、消費電力が可変に制御できる可変負荷装置と、を備えた燃料電池システムであって、燃料の原料となる原燃料を燃料電池システムに供給する原燃料供給装置と、燃料電池システムを制御する制御装置と、をさらに備え、制御装置は、自立発電運転中であって、燃料電池の出力電力が可変負荷装置の最大消費電力に相当する第1の電力量となるまでの間の運転である自立準備運転中においては、可変負荷装置の消費電力を第1の所定速度で上昇させるように可変負荷装置を制御する第1の可変負荷装置制御部と、電流センサによって検出された出力電流値に、第1の可変負荷装置制御部によって制御される可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当するオフセット値を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原燃料供給装置によって供給される原燃料投入量を導出する第1の原燃料投入量導出部と、原燃料の供給量が、第1の原燃料投入量導出部によって導出された原燃料投入量となるように原燃料供給装置を制御する第1の原燃料供給制御部と、を備えている。   In order to solve the above-described problem, a fuel cell system according to claim 1 is configured such that a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a current sensor that detects an output current of the fuel cell, and power transmission of the system power supply are stopped. And a variable load device capable of variably controlling the power consumption by supplying only the output power from the fuel cell during the self-sustaining power generation operation of generating power from the system power source and the fuel cell disconnected from the system power source. A fuel cell system, further comprising: a raw fuel supply device that supplies raw fuel that is a raw material of fuel to the fuel cell system; and a control device that controls the fuel cell system, the control device being in a self-sustaining power generation operation During the self-supporting operation, which is the operation until the output power of the fuel cell reaches the first power amount corresponding to the maximum power consumption of the variable load device, the power consumption of the variable load device is A first variable load device control unit that controls the variable load device so as to increase at a predetermined speed, and a variable load device that is controlled by the first variable load device control unit to an output current value detected by a current sensor Supplied by the raw fuel supply device from a value obtained by adding an offset value corresponding to the amount of increase in power consumption and a map or relational expression showing the relationship between the input amount of raw fuel and the output current of the fuel cell A first raw fuel input amount deriving unit for deriving the raw fuel input amount, and a raw fuel supply device so that the raw fuel supply amount becomes the raw fuel input amount derived by the first raw fuel input amount deriving unit And a first raw fuel supply control unit that controls the engine.

また請求項2に係る発明は、請求項1に係る燃料電池システムにおいて、制御装置は、自立準備運転が完了した後の自立発電運転中において、燃料電池の出力電力を第1の電力量を超えて第2の電力量まで増大させるときには、自立発電運転中にのみ出力電力が供給される自立運転時負荷装置と可変負荷装置との総消費電力を第2の所定速度で上昇させるように可変負荷装置を制御する第2の可変負荷装置制御部と、電流センサによって検出された出力電流値に、第2の可変負荷装置制御部によって制御される総消費電力の上昇分に相当するオフセット値を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原燃料供給装置によって供給される原燃料投入量を導出する第2の原燃料投入量導出部と、原燃料の供給量が、第2の原燃料投入量導出部によって導出された原燃料投入量となるように原燃料供給装置を制御する第2の原燃料供給制御部と、を備えている。   According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first aspect, the control device causes the output power of the fuel cell to exceed the first power amount during the self-sustaining power generation operation after the self-sustaining preparation operation is completed. When increasing to the second power amount, the variable load is set so that the total power consumption of the load device and the variable load device during the independent operation to which the output power is supplied only during the autonomous power generation operation is increased at the second predetermined speed. An offset value corresponding to an increase in total power consumption controlled by the second variable load device control unit is added to the output current value detected by the second variable load device control unit that controls the device and the current sensor. The second raw fuel input for deriving the raw fuel input amount supplied by the raw fuel supply device from the obtained value and the map or relational expression showing the relationship between the input amount of the raw fuel and the output current of the fuel cell Quantity derivation And a second raw fuel supply control unit that controls the raw fuel supply device so that the supply amount of the raw fuel becomes the raw fuel input amount derived by the second raw fuel input amount deriving unit. Yes.

また請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に係る燃料電池システムにおいて、制御装置は、燃料電池の出力電力のうち余剰電力が生じる場合には、可変負荷装置の消費電力を調整して余剰電力を消費させて、出力電力が第1の電力量または第2の電力量に一定となるように制御する余剰電力調整部を、さらに備えている。   According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect, the control device adjusts the power consumption of the variable load device when surplus power is generated in the output power of the fuel cell. The surplus power is consumed, and the surplus power adjusting unit that controls the output power to be constant at the first power amount or the second power amount is further provided.

また請求項4に係る発明は、請求項1ないし請求項3の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、制御装置は、オフセット値を、燃料電池の積算運転時間が長いほど大きくなるように補正する第1のオフセット設定部を、さらに備えている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, the control device corrects the offset value to increase as the accumulated operation time of the fuel cell increases. And a first offset setting unit.

また請求項5に係る発明は、請求項1ないし請求項4の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、原燃料と改質用水蒸気とから燃料を生成する改質部と、燃料電池と改質部とを少なくとも収容する断熱性を有する筐体と、筐体内の温度を検出する温度センサと、をさらに備え、制御装置は、オフセット値を、温度センサによって検出される筐体内の温度が低いほど大きくなるように補正する第2のオフセット設定部を、さらに備えている。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, wherein a reforming unit that generates fuel from raw fuel and reforming steam, and a fuel cell are modified. And a temperature sensor that detects a temperature inside the housing, and the control device detects an offset value by using the temperature sensor, and the temperature inside the housing is low. A second offset setting unit that corrects the value to become larger is further provided.

上記のように構成した請求項1に係る発明においては、第1の可変負荷装置制御部が、自立発電運転中であって、燃料電池の出力電力が可変負荷装置の最大消費電力に相当する第1の電力量となるまでの間の運転である自立準備運転中においては、可変負荷装置の消費電力を第1の所定速度で上昇させるように可変負荷装置を制御する。第1の原燃料投入量導出部が、電流センサによって検出された出力電流値に、第1の可変負荷装置制御部によって制御される可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当するオフセット値を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原燃料供給装置によって供給される原燃料投入量を導出する。そして、第1の原燃料供給制御部が、原燃料の供給量が、第1の原燃料投入量導出部によって導出された原燃料投入量となるように原燃料供給装置を制御する。これにより、自立準備運転中において、燃料電池の出力電力の消費先である可変負荷装置を所定速度で上昇させるとともに、可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。よって、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池の出力電力をできるだけ過不足なく供給することができる。   In the invention according to claim 1 configured as described above, the first variable load device control unit is in a self-sustaining power generation operation, and the output power of the fuel cell corresponds to the maximum power consumption of the variable load device. During the self-sustaining preparation operation, which is an operation until the amount of electric power becomes 1, the variable load device is controlled so as to increase the power consumption of the variable load device at the first predetermined speed. The first raw fuel input amount deriving unit adds an offset value corresponding to an increase in power consumption of the variable load device controlled by the first variable load device control unit to the output current value detected by the current sensor. The raw fuel input amount supplied by the raw fuel supply device is derived from the obtained value, a map or a relational expression showing the relationship between the input amount of the raw fuel and the output current of the fuel cell. Then, the first raw fuel supply control unit controls the raw fuel supply device so that the raw fuel supply amount becomes the raw fuel input amount derived by the first raw fuel input amount deriving unit. As a result, during the self-supporting operation, the variable load device that consumes the output power of the fuel cell is raised at a predetermined speed, and the fuel cell outputs at an increase rate corresponding to the increase in the power consumption of the variable load device Raw fuel can be input so that current and thus output power can be generated. Therefore, during the self-sustaining power generation operation, the output power of the fuel cell can be supplied as much as possible with respect to the necessary power consumption.

上記のように構成した請求項2に係る発明においては、請求項1に係る燃料電池システムにおいて、制御装置は、自立準備運転が完了した後の自立発電運転中において、燃料電池の出力電力を第1の電力量を超えて第2の電力量まで増大させるときには、自立発電運転中にのみ出力電力が供給される自立運転時負荷装置と可変負荷装置との総消費電力を第2の所定速度で上昇させるように可変負荷装置を制御する第2の可変負荷装置制御部と、電流センサによって検出された出力電流値に、第2の可変負荷装置制御部によって制御される総消費電力の上昇分に相当するオフセット値を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原燃料供給装置によって供給される原燃料投入量を導出する第2の原燃料投入量導出部と、原燃料の供給量が、第2の原燃料投入量導出部によって導出された原燃料投入量となるように原燃料供給装置を制御する第2の原燃料供給制御部と、を備えている。これにより、自立準備運転完了後の自立発電運転中においても、燃料電池の出力電力の消費先である可変負荷装置を所定速度で上昇させるとともに、可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。よって、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池の出力電力をできるだけ過不足なく供給することができる。   In the invention according to claim 2 configured as described above, in the fuel cell system according to claim 1, the control device controls the output power of the fuel cell during the self-sustaining power generation operation after the self-sustained preparation operation is completed. When the power amount is increased beyond the first power amount to the second power amount, the total power consumption of the load device and the variable load device during the self-sustaining operation in which output power is supplied only during the self-sustaining power generation operation is set at the second predetermined speed. A second variable load device control unit that controls the variable load device to increase the output current value detected by the current sensor, and an increase in the total power consumption controlled by the second variable load device control unit. The raw fuel input amount supplied by the raw fuel supply device is derived from the value obtained by adding the corresponding offset value and the map or relational expression showing the relationship between the input amount of the raw fuel and the output current of the fuel cell. A second raw fuel input amount deriving unit and a second raw fuel supply device that controls the raw fuel supply device so that the raw fuel supply amount becomes the raw fuel input amount derived by the second raw fuel input amount deriving unit. And a fuel supply control unit. As a result, even during the self-sustained power generation operation after the completion of the self-sustained preparatory operation, the variable load device that consumes the output power of the fuel cell is increased at a predetermined speed, and the increase corresponding to the increase in the power consumption of the variable load device At a rate, the fuel cell can be charged so that it can generate output current and thus output power. Therefore, during the self-sustaining power generation operation, the output power of the fuel cell can be supplied as much as possible with respect to the necessary power consumption.

上記のように構成した請求項3に係る発明においては、請求項1または請求項2に係る燃料電池システムにおいて、制御装置は、燃料電池の出力電力のうち余剰電力が生じる場合には、可変負荷装置の消費電力を調整して余剰電力を消費させて、出力電力が第1の電力量または第2の電力量に一定となるように制御する余剰電力調整部を、さらに備えている。これにより、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池の出力電力をより確実に過不足なく供給することができる。   In the invention according to claim 3 configured as described above, in the fuel cell system according to claim 1 or 2, when the surplus power is generated in the output power of the fuel cell, the control device has a variable load. It further includes a surplus power adjustment unit that adjusts the power consumption of the device to consume surplus power and controls the output power to be constant at the first power amount or the second power amount. As a result, during the self-sustaining power generation operation, the output power of the fuel cell can be more reliably supplied to the necessary power consumption without excess or deficiency.

上記のように構成した請求項4に係る発明においては、請求項1ないし請求項3の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、制御装置は、オフセット値を、燃料電池の積算運転時間が長いほど大きくなるように補正する第1のオフセット設定部を、さらに備えている。これにより、燃料電池の積算運転時間の長さに応じて、燃料電池の出力電力の消費先である可変負荷装置を所定速度で上昇させることができ、ひいてはその可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。   In the invention according to Claim 4 configured as described above, in the fuel cell system according to any one of Claims 1 to 3, the control device sets the offset value to a long cumulative operation time of the fuel cell. A first offset setting unit that corrects the value to become larger is further provided. As a result, the variable load device that consumes the output power of the fuel cell can be increased at a predetermined speed according to the length of the cumulative operation time of the fuel cell, and as a result, the amount of increase in power consumption of the variable load device can be increased. The raw fuel can be introduced so that the fuel cell can generate the output current and hence the output power at the rate of increase corresponding to.

上記のように構成した請求項5に係る発明においては、請求項1ないし請求項4の何れか一項に係る燃料電池システムにおいて、原燃料と改質用水蒸気とから燃料を生成する改質部と、燃料電池と改質部とを少なくとも収容する断熱性を有する筐体と、筐体内の温度を検出する温度センサと、をさらに備え、制御装置は、オフセット値を、温度センサによって検出される筐体内の温度が低いほど大きくなるように補正する第2のオフセット設定部を、さらに備えている。これにより、燃料電池と改質部とを少なくとも収容する断熱性を有する筐体の温度に応じて、燃料電池の出力電力の消費先である可変負荷装置を所定速度で上昇させることができ、ひいてはその可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。   In the invention according to claim 5 configured as described above, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, the reforming unit that generates fuel from the raw fuel and the reforming steam. And a heat-insulating housing that houses at least the fuel cell and the reforming unit, and a temperature sensor that detects a temperature in the housing, and the control device detects the offset value by the temperature sensor. A second offset setting unit that corrects the temperature so that the temperature increases as the temperature in the housing decreases is further provided. As a result, the variable load device that is the consumption destination of the output power of the fuel cell can be raised at a predetermined speed in accordance with the temperature of the casing having heat insulation that houses at least the fuel cell and the reforming unit, and thus The raw fuel can be introduced so that the fuel cell can generate the output current and hence the output power at an increase rate corresponding to the increase in power consumption of the variable load device.

本発明による燃料電池システムの実施形態を示す概要図である。1 is a schematic diagram showing an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図1に示す発電機の概要図である。It is a schematic diagram of the generator shown in FIG. 本発明による燃料電池システムの停電が発生した場合における動作のフローチャートである。3 is a flowchart of an operation when a power failure occurs in the fuel cell system according to the present invention. 本発明による燃料電池システムの自立準備運転に係るサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the subroutine which concerns on the self-supporting preparatory operation of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの原燃料の投入量の導出に係るサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the subroutine which concerns on derivation | leading-out of the input amount of the raw fuel of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの自立準備運転完了後に係るサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the subroutine which concerns after completion of the self-supporting preparatory operation of the fuel cell system by this invention. 原燃料投入量と出力電流(出力電力)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between raw fuel input amount and output current (output electric power). 上段は可変負荷装置の時間変化を示し、下段は出力電流(出力電力)および原燃料投入量の時間変化を示す図である。The upper part shows the change over time of the variable load device, and the lower part shows the change over time in the output current (output power) and the raw fuel input amount. 本発明による燃料電池システムの原燃料の投入量の導出に係る他のサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the other subroutine which concerns on derivation | leading-out of the input amount of the raw fuel of the fuel cell system by this invention. 燃料電池モジュール内の温度と温度補正量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature in a fuel cell module, and a temperature correction amount. 燃料電池モジュール内の温度と燃料電池の内部抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature in a fuel cell module, and the internal resistance of a fuel cell. 燃料電池の積算運転時間と温度補正量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the integral operation time of a fuel cell, and a temperature correction amount. 燃料電池の積算運転時間と燃料電池の内部抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the integrated operation time of a fuel cell, and the internal resistance of a fuel cell. 本発明による燃料電池システムの一制御例のタイムチャートである。It is a time chart of the example of 1 control of the fuel cell system by the present invention. 本発明による燃料電池システムの他の実施形態における燃料電池の概要図である。It is a schematic diagram of the fuel cell in other embodiment of the fuel cell system by this invention.

以下、本発明による燃料電池システムの実施形態の一つである実施例について説明する。図1はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、発電ユニット10および貯湯ユニット20を備えている。   Hereinafter, an example which is one of the embodiments of the fuel cell system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this fuel cell system. The fuel cell system includes a power generation unit 10 and a hot water storage unit 20.

発電ユニット10は、発電装置11、電源基板13および燃料電池制御装置19(以下、制御装置19という。)を備えている。発電装置11は、電力(本実施形態では交流電力)を発生させるものであり、直流電力を発電する発電機11aおよび電力変換装置11bから構成されている。図2に示すように、発電機11aは、燃料電池モジュール40を含んで構成されている。   The power generation unit 10 includes a power generation device 11, a power supply board 13, and a fuel cell control device 19 (hereinafter referred to as a control device 19). The power generator 11 generates electric power (AC power in the present embodiment), and includes a generator 11a that generates DC power and a power converter 11b. As shown in FIG. 2, the generator 11 a includes a fuel cell module 40.

燃料電池モジュール40は、ケーシング41、蒸発部42、改質部43および燃料電池44を備えている。ケーシング41は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング41内には、蒸発部42、改質部43、燃料電池44および第1燃焼部46である燃焼空間R3が配設されている。ケーシング41内は、その内部の温度を検出する温度センサ41bが設けられており、その検出結果が制御装置19に出力されるようになっている。   The fuel cell module 40 includes a casing 41, an evaporation unit 42, a reforming unit 43, and a fuel cell 44. The casing 41 is formed in a box shape from a heat insulating material. In the casing 41, an evaporation section 42, a reforming section 43, a fuel cell 44, and a combustion space R3 that is a first combustion section 46 are disposed. The casing 41 is provided with a temperature sensor 41 b that detects the temperature inside the casing 41, and the detection result is output to the control device 19.

蒸発部42は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部42は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して混合ガスを改質部43に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、LPGなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。   The evaporating section 42 is heated by a combustion gas, which will be described later, and evaporates the supplied reforming water to generate steam, and preheats the supplied reforming raw material. The evaporation unit 42 mixes the steam generated in this way with the preheated reforming raw material and supplies a mixed gas to the reforming unit 43. As reforming raw materials, there are gas fuels for reforming such as natural gas and LPG, and liquid fuels for reforming such as kerosene, gasoline and methanol.

この蒸発部42には、一端(下端)が水タンク61内に配設された給水管51の他端が接続されている。給水管51には、改質水ポンプ51aが設けられている。改質水ポンプ51aは、蒸発部42に改質水を供給するとともにその改質水供給量(供給流量(単位時間あたりの流量))を調整するものである。   One end (lower end) of the water supply pipe 51 provided in the water tank 61 is connected to the evaporation unit 42. The water supply pipe 51 is provided with a reforming water pump 51a. The reforming water pump 51a supplies reforming water to the evaporation section 42 and adjusts the reforming water supply amount (supply flow rate (flow rate per unit time)).

また、蒸発部42には、改質用原料の供給源(以下、供給源という。)Gsからの改質用原料が改質用原料供給管52を介して供給されている。供給源Gsは、例えば都市ガスのガス供給管、LPガスのガスボンベである。改質用原料供給管52には、原料ポンプ52aが設けられている。   Further, a reforming material from a reforming material supply source (hereinafter referred to as a supply source) Gs is supplied to the evaporation section 42 via a reforming material supply pipe 52. The supply source Gs is, for example, a gas supply pipe for city gas or a gas cylinder for LP gas. The reforming material supply pipe 52 is provided with a material pump 52a.

原料ポンプ52aは、燃料電池44に燃料を供給する供給装置(すなわち燃料電池システムに燃料の原料となる原燃料(改質用原料)を供給する原燃料供給装置)であり、制御装置19からの制御指令値にしたがって供給源Gsからの燃料供給量(供給流量(単位時間あたりの流量))を調整するものである。この原料ポンプ52aは、改質用原料を吸入し改質部43に圧送する圧送装置である。   The raw material pump 52 a is a supply device that supplies fuel to the fuel cell 44 (that is, a raw fuel supply device that supplies raw fuel (reforming raw material) as a fuel raw material to the fuel cell system). The fuel supply amount (supply flow rate (flow rate per unit time)) from the supply source Gs is adjusted according to the control command value. The raw material pump 52 a is a pumping device that sucks the raw material for reforming and pumps it to the reforming unit 43.

改質部43は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部42から供給された混合ガス(改質用原料および水蒸気)から改質ガスを生成して導出するものである。混合ガスが触媒によって反応し、改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている(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素が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は燃料電池44の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス(メタンガス)、改質に使用されなかった改質水(水蒸気)を含んでいる。このように、改質部43は改質用原料と改質水とから燃料である改質ガスを生成して燃料電池44に供給する。   The reforming unit 43 is heated by a combustion gas described later and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction, so that the reformed gas is generated from the mixed gas (the reforming raw material and steam) supplied from the evaporation unit 42. Is generated and derived. The mixed gas reacts with a catalyst and is reformed to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas (so-called steam reforming reaction). At the same time, a so-called carbon monoxide shift reaction occurs in which carbon monoxide and hydrogen produced by the steam reforming reaction react to transform into hydrogen gas and carbon dioxide. These generated gases (so-called reformed gas) are led out to the fuel electrode of the fuel cell 44. The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. As described above, the reforming unit 43 generates reformed gas that is fuel from the reforming raw material and the reformed water, and supplies the reformed gas to the fuel cell 44.

燃料電池44は、燃料と酸化剤ガスとにより発電するものである。燃料電池44は、燃料極、空気極(酸化剤極)、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル44aが図2の左右方向に積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池44は、固体酸化物燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池44の燃料極には、燃料としての水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。セル44aの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路44bが形成されている。セル44aの空気極側には、酸化剤ガスである空気(カソードエア)が流通する空気流路44cが形成されている。空気流路44cには、カソードエアがカソードエアブロワ54a(またはカソードエアポンプ)によって供給されている。燃料電池44内は、その内部の温度を検出する温度センサ44dが設けられており、その検出結果が制御装置19に出力されるようになっている。   The fuel cell 44 generates power using fuel and oxidant gas. The fuel cell 44 is configured by laminating a fuel electrode, an air electrode (oxidant electrode), and a plurality of cells 44a made of electrolyte interposed between the two electrodes in the left-right direction in FIG. The fuel cell 44 of this embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas or the like as fuel is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 44. On the fuel electrode side of the cell 44a, a fuel flow path 44b through which the reformed gas as the fuel flows is formed. An air flow path 44c through which air (cathode air) that is an oxidant gas flows is formed on the air electrode side of the cell 44a. Cathode air is supplied to the air flow path 44c by a cathode air blower 54a (or a cathode air pump). The fuel cell 44 is provided with a temperature sensor 44 d that detects the temperature inside the fuel cell 44, and the detection result is output to the control device 19.

燃料電池44は、図2に示すように、マニホールド45上に設けられている。マニホールド45には、改質部43からの改質ガスが改質ガス供給管53を介して供給される。燃料流路44bは、その下端(一端)がマニホールド45の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。空気流路44cの下端には、一端がカソードエアブロワ54aに接続されたカソードエア供給流路54が連通されており、カソードエアが空気流路44cの下端から導入され上端から導出されるようになっている。   The fuel cell 44 is provided on a manifold 45 as shown in FIG. The reformed gas from the reforming unit 43 is supplied to the manifold 45 via the reformed gas supply pipe 53. The lower end (one end) of the fuel flow path 44b is connected to the fuel outlet of the manifold 45, and the reformed gas led out from the fuel outlet is introduced from the lower end and led out from the upper end. . A cathode air supply channel 54 having one end connected to the cathode air blower 54a is communicated with the lower end of the air channel 44c so that the cathode air is introduced from the lower end of the air channel 44c and led out from the upper end. It has become.

燃料電池44においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化1および化2に示す反応が生じ、空気極では、下記化3に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン(O2−)が電解質を通過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路44bおよび空気流路44cからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス(空気)が導出する。
(化1)
+O2−→HO+2e
(化2)
CO+O2−→CO+2e
(化3)
1/2O+2e→O2−
In the fuel cell 44, power generation is performed by the fuel supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the air electrode. That is, the reaction shown in Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 below occurs at the fuel electrode, and the reaction shown in Chemical Formula 3 below occurs at the air electrode. That is, oxide ions (O 2− ) generated at the air electrode pass through the electrolyte and react with hydrogen at the fuel electrode to generate electrical energy. Therefore, the reformed gas and the oxidant gas (air) that have not been used for power generation are derived from the fuel flow path 44b and the air flow path 44c.
(Chemical formula 1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e
(Chemical formula 2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e
(Chemical formula 3)
1 / 2O 2 + 2e → O 2−

そして、燃料流路44bおよび空気流路44cから導出した、発電に使用されなかった改質ガス(アノードオフガス)は、燃料電池44と蒸発部42(改質部43)の間の燃焼空間R3にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス(カソードオフガス)によって燃焼され、その燃焼ガス(火炎47)によって蒸発部42および改質部43が加熱される。さらには、燃料電池モジュール40内を動作温度に加熱している。   Then, the reformed gas (anode off gas) derived from the fuel flow path 44b and the air flow path 44c and not used for power generation enters the combustion space R3 between the fuel cell 44 and the evaporation section 42 (reforming section 43). The oxidant gas (cathode off-gas) that has not been used for power generation is burned, and the evaporation part 42 and the reforming part 43 are heated by the combustion gas (flame 47). Furthermore, the inside of the fuel cell module 40 is heated to the operating temperature.

このように、燃焼空間R3が、燃料電池44からのアノードオフガスと燃料電池44からのカソードオフガスとが燃焼されて改質部43を加熱する第1燃焼部46である。すなわち、第1燃焼部46は、燃料電池44からの未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼ガスを導出する燃焼部である。   As described above, the combustion space R3 is the first combustion unit 46 that heats the reforming unit 43 by burning the anode off-gas from the fuel cell 44 and the cathode off-gas from the fuel cell 44. That is, the first combustion unit 46 is a combustion unit that introduces a combustible gas containing unused fuel from the fuel cell 44 and burns it with an oxidant gas to derive the combustion gas.

第1燃焼部46(燃焼空間R3)では、アノードオフガスが燃焼されて火炎47が発生している。燃焼空間R3で生じた燃焼ガスは、その後は導出口41aから燃料電池モジュール40の外に排気される。
第1燃焼部46には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ46a1,46a2が設けられている。この着火ヒータ46a1,46a2は交流電源の負荷装置である。着火ヒータ46a1,46a2の総消費電力は、合わせて100Wである。
In the first combustion section 46 (combustion space R3), the anode off gas is burned and a flame 47 is generated. Thereafter, the combustion gas generated in the combustion space R3 is exhausted out of the fuel cell module 40 through the outlet 41a.
The first combustion unit 46 is provided with a pair of ignition heaters 46a1 and 46a2 for igniting the anode off gas. The ignition heaters 46a1 and 46a2 are AC power supply load devices. The total power consumption of the ignition heaters 46a1 and 46a2 is 100W in total.

排熱回収システムは、燃料電池モジュール40の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える排熱回収系である。排熱回収システムは、貯湯水を貯湯する貯湯槽21と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン24と、燃料電池モジュール40からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器25と、が備えられている。   The exhaust heat recovery system is an exhaust heat recovery system that recovers and stores exhaust heat in stored hot water by exchanging heat between the exhaust heat of the fuel cell module 40 and the stored hot water. The exhaust heat recovery system includes a hot water tank 21 for storing hot water, a hot water circulation line 24 for circulating the hot water, and a heat exchanger for exchanging heat between the combustion exhaust gas from the fuel cell module 40 and the hot water. 25.

貯湯槽21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21の柱状容器の下部には水道水などの水(低温の水)が補給され、貯湯槽21に貯留された高温の温水が貯湯槽21の柱状容器の上部から導出されるようになっている。   The hot water storage tank 21 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 replenished to the lower part of the columnar container of the hot water tank 21, and hot hot water stored in the hot water tank 21 is led out from the upper part of the columnar container of the hot water tank 21. ing.

貯湯水循環ライン24の一端は貯湯槽21の下部に、他端は貯湯槽21の上部に接続されている。貯湯水循環ライン24上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ24a、熱交換器25および貯湯水用ヒータ24bが配設されている。   One end of the hot water circulation line 24 is connected to the lower part of the hot water tank 21, and the other end is connected to the upper part of the hot water tank 21. A hot water circulation pump 24a, a heat exchanger 25, and a hot water heater 24b are disposed on the hot water circulation line 24 in order from one end to the other.

貯湯水循環ポンプ24aは、貯湯槽21の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン24を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽21の上部に吐出するものであり、その流量(送出量)が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ24aは、図示しない温度センサの検出温度(貯湯水の貯湯槽21の入口温度)が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。   The hot water circulating pump 24a sucks in hot water stored in the lower part of the hot water tank 21, passes the hot water circulating line 24 in the direction of the arrow in the drawing, and discharges it to the upper part of the hot water tank 21, and its flow rate (delivery amount) is controlled. It has come to be. The hot water circulating pump 24a is controlled in its delivery amount so that the temperature detected by a temperature sensor (not shown) (the temperature at the inlet of the hot water storage hot water tank 21) falls within a predetermined temperature or temperature range.

貯湯水用ヒータ24bは、貯湯水循環ライン24を加熱して凍結を防止するためのヒータである。この貯湯水用ヒータ24bは交流電源の負荷装置である。貯湯水用ヒータ24bの総消費電力は、100Wである。   The hot water storage heater 24b is a heater for heating the hot water circulation line 24 to prevent freezing. This hot water heater 24b is a load device of an AC power supply. The total power consumption of the hot water heater 24b is 100W.

熱交換器25は、燃料電池モジュール40から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽21からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。熱交換器25は、ケーシング25aを備えている。ケーシング25aの上部には、燃料電池モジュール40のケーシング41の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口41aに連通している。ケーシング25aの下部には、排気管55が接続されている。ケーシング25aの底部には、純水器62に接続されている凝縮水供給管56が接続されている。ケーシング25a内には、貯湯水循環ライン24に接続されている熱交換部25bが配設されている。   The heat exchanger 25 is a heat exchanger that is supplied with the combustion exhaust gas exhausted from the fuel cell module 40 and is supplied with hot water from the hot water storage tank 21 to exchange heat between the combustion exhaust gas and the hot water. The heat exchanger 25 includes a casing 25a. The upper part of the casing 25a communicates with an outlet 41a provided at the lower part of the casing 41 of the fuel cell module 40 and from which the combustion exhaust gas is led out. An exhaust pipe 55 is connected to the lower part of the casing 25a. A condensed water supply pipe 56 connected to the pure water device 62 is connected to the bottom of the casing 25a. In the casing 25a, a heat exchanging portion 25b connected to the hot water circulation line 24 is disposed.

このように構成された熱交換器25においては、燃料電池モジュール40からの燃焼排ガスは、導出口41aを通ってケーシング25a内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部25bを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管55を通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管56を通って純水器62に供給される(自重で落水する)。一方、熱交換部25bに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。   In the heat exchanger 25 configured as described above, the combustion exhaust gas from the fuel cell module 40 is introduced into the casing 25a through the outlet 41a, and passes through the heat exchange section 25b through which the hot water is circulated. Heat is exchanged with water to be condensed and cooled. The condensed combustion exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 55. Further, the condensed water condensed is supplied to the pure water device 62 through the condensed water supply pipe 56 (falls by its own weight). On the other hand, the hot water stored in the heat exchange unit 25b is heated and discharged.

ケーシング41の導出口41aには、第2燃焼部48が設けられている。第2燃焼部48は、第1燃焼部46から排気されるガスである第1燃焼部オフガス、すなわち、第1燃焼部46から排気される未使用の可燃性ガス(例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など)を導入し燃焼して導出するものである。第2燃焼部48は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒(例えばセラミックハニカムまたは、メタルハニカムと貴金属の触媒である。)で構成されている。   A second combustion section 48 is provided at the outlet 41 a of the casing 41. The second combustion section 48 is a first combustion section off-gas that is a gas exhausted from the first combustion section 46, that is, an unused combustible gas (for example, hydrogen, methane gas, one exhaust gas) exhausted from the first combustion section 46. Carbon oxide etc.) is introduced and burned out. The second combustion section 48 is composed of a combustion catalyst (for example, a ceramic honeycomb or a metal honeycomb and noble metal catalyst) that is a catalyst for burning a combustible gas.

第2燃焼部48には、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃性ガスを燃焼させるための燃焼触媒ヒータ48aが設けられている。この燃焼触媒ヒータ48aは交流電源の負荷装置である。燃焼触媒ヒータ48aは消費電力が可変に制御できるものであり、その最大消費電力は200Wである。燃焼触媒ヒータ48aは制御装置19の指示によって制御されるものである。   The second combustion section 48 is provided with a combustion catalyst heater 48a for heating the combustion catalyst to the catalyst activation temperature and burning the combustible gas. The combustion catalyst heater 48a is a load device of an AC power source. The combustion catalyst heater 48a can be variably controlled in power consumption, and its maximum power consumption is 200W. The combustion catalyst heater 48 a is controlled by an instruction from the control device 19.

なお、上述した着火ヒータ46a1,46a2と燃焼触媒ヒータ48aとから、消費電力が可変に制御できる可変負荷装置L(特許請求の範囲に記載の可変負荷装置)が構成されている。この可変負荷装置Lは、系統電源30の送電が停止された場合であって系統電源30と解列された燃料電池44を発電させる自立発電運転中において、燃料電池44からの出力電力のみが供給されて、消費電力が可変に制御できる可変負荷装置である。この可変負荷装置Lは、貯湯水用ヒータ24bをさらに加えて構成するようにしてもよい。また、可変負荷装置Lは、燃料電池システムの内部の負荷装置で構成するだけでなく、燃料電池システムの外部の負荷装置で構成するようにしてもよく、内外両方の負荷装置で構成するようにしてもよい。   The ignition heaters 46a1 and 46a2 and the combustion catalyst heater 48a described above constitute a variable load device L (variable load device described in claims) that can control power consumption variably. This variable load device L supplies only the output power from the fuel cell 44 when the power transmission of the system power source 30 is stopped and during the self-sustaining power generation operation that generates power from the fuel cell 44 disconnected from the system power source 30. Thus, the variable load device can control the power consumption variably. The variable load device L may be configured by further adding a hot water heater 24b. In addition, the variable load device L may be configured not only by the load device inside the fuel cell system but also by a load device outside the fuel cell system, or by both internal and external load devices. May be.

また、燃料電池システムは、水タンク61および純水器62を備えている。水タンク61は、純水器62から導出された純水を貯めておくものである。純水器62は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器62は、熱交換器25からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器62は、配管57を介して水タンク61に連通しており、純水器62内の純水は配管57を通って水タンク61に導出される。   The fuel cell system also includes a water tank 61 and a pure water device 62. The water tank 61 stores the pure water derived from the pure water device 62. The deionizer 62 contains activated carbon and an ion exchange resin, and is filled with, for example, flaky activated carbon and a granular ion exchange resin. Depending on the state of the water to be treated, a hollow fiber filter may be installed. The deionizer 62 purifies the condensed water from the heat exchanger 25 with activated carbon and ion exchange resin. The deionizer 62 communicates with the water tank 61 through a pipe 57, and the deionized water in the deionizer 62 is led to the water tank 61 through the pipe 57.

図1に示すように、発電機11aと電力変換装置11bとの間には、電流センサ11a1が設けられている。電流センサ11a1は、発電機11a(すなわち燃料電池44)の出力電流を検出する電流センサであり、その検出結果が制御装置19に送信されるようになっている。なお、電流センサ11a1に代えて電力センサを設けるようにしてもよい。   As shown in FIG. 1, a current sensor 11a1 is provided between the generator 11a and the power converter 11b. The current sensor 11 a 1 is a current sensor that detects the output current of the generator 11 a (that is, the fuel cell 44), and the detection result is transmitted to the control device 19. A power sensor may be provided instead of the current sensor 11a1.

電力変換装置11bは、燃料電池44から供給された直流電流を交流電流に変換するものである。また、電力変換装置11bは、変換した交流電流を出力する機能を備えている。電力変換装置11bには、送電線14の一端が接続されており、電力変換装置11bの交流電力が送電線14に出力されるようになっている。送電線14の他端には、第1負荷装置15が接続されている。電力変換装置11bが出力する電力は、必要に応じて送電線14を介して第1負荷装置15に供給されるようになっている。第1負荷装置15は、電灯、アイロン、テレビ、洗濯機、電気コタツ、電気カーペット、エアコン、冷蔵庫などの電気器具である。   The power converter 11b converts the direct current supplied from the fuel cell 44 into an alternating current. The power converter 11b has a function of outputting the converted alternating current. One end of the power transmission line 14 is connected to the power conversion device 11b, and the AC power of the power conversion device 11b is output to the power transmission line 14. A first load device 15 is connected to the other end of the power transmission line 14. The power output from the power converter 11b is supplied to the first load device 15 via the power transmission line 14 as necessary. The first load device 15 is an electric appliance such as an electric lamp, iron, television, washing machine, electric kotatsu, electric carpet, air conditioner, and refrigerator.

電力変換装置11bの交流電力の出力部には、センサ11b1が設けられている。センサ11b1は、電力変換装置11b(燃料電池44)から出力される電流または電圧の少なくともいずれか一つを検出するものである。センサ11b1が電圧と電流の両方を検出していれば、それらの値を乗じることにより、接続されている負荷装置例えば着火ヒータ46a1,46a2、燃焼触媒ヒータ48a、貯湯水用ヒータ24b、第2負荷装置18などの消費電力は算出される。また、センサ11b1が電圧または電流のいずれか1つを検出している場合は、制御装置19はいずれか一つの検出値から上記負荷装置の消費電力を算出する。具体的には、負荷装置は、家庭内で使用される電気機器であるため、停電時に使用されるものについてあらかじめ調査することができる。調査結果から選定された複数の電気機器の電圧または電流と電力の関係を把握しておき、電圧または電流の値に対応する電力の値をまとめた表を制御プログラムに記憶させておく。制御装置19はこの表に従って、検出された電圧または電流のいずれか一方に対応する電力の値を負荷装置の消費電力として算出する。   The sensor 11b1 is provided in the output part of the alternating current power of the power converter device 11b. The sensor 11b1 detects at least one of current and voltage output from the power conversion device 11b (fuel cell 44). If the sensor 11b1 detects both voltage and current, the load devices connected, for example, the ignition heaters 46a1 and 46a2, the combustion catalyst heater 48a, the hot water heater 24b, and the second load are multiplied by these values. The power consumption of the device 18 and the like is calculated. Further, when the sensor 11b1 detects any one of voltage and current, the control device 19 calculates the power consumption of the load device from any one of the detected values. Specifically, since the load device is an electric device used in the home, the load device used in the event of a power failure can be investigated in advance. The relationship between the voltage or current and power of a plurality of electrical devices selected from the survey results is grasped, and a table summarizing the power values corresponding to the voltage or current values is stored in the control program. In accordance with this table, the control device 19 calculates the power value corresponding to either the detected voltage or current as the power consumption of the load device.

また、電力変換装置11bは、電源ライン31および送電線14を介して供給される系統電源30からの交流電力を直流電力に変換して出力する機能も備えている。電力変換装置11bが出力する直流電力は、電源基板13に出力される。電源基板13は、供給された直流電力を所定の直流電力に変換して制御装置19、補機10bなどに供給している。補機10bは、改質水ポンプ51a、原料ポンプ52aや各部位の温度センサなどの発電ユニット10を作動させるのに必要であって直流電流で作動するものから構成されている。   The power converter 11b also has a function of converting AC power from the system power supply 30 supplied via the power supply line 31 and the power transmission line 14 into DC power and outputting the DC power. The DC power output from the power conversion device 11 b is output to the power supply board 13. The power supply board 13 converts the supplied DC power into predetermined DC power and supplies it to the control device 19 and the auxiliary machine 10b. The auxiliary machine 10b is configured to operate with a direct current, which is necessary for operating the power generation unit 10 such as the reforming water pump 51a, the raw material pump 52a, and the temperature sensor of each part.

送電線14上であって電力変換装置11bと第1負荷装置15の間には、一端が系統電源30に接続された電源ライン31の他端が接続部14aで接続されている。また、電源ライン31上には、配電盤32が配設されている。発電ユニット10が発電する電力より第1負荷装置15の消費電力が上回った場合、その不足電力は、電源ライン31から配電盤32を介して系統電源30からの電力が供給されるようになっている。このように、第1負荷装置15は、系統電源30からの電力および電力変換装置11bからの電力が供給されるようになっている。   On the power transmission line 14, between the power converter 11 b and the first load device 15, the other end of the power supply line 31 whose one end is connected to the system power supply 30 is connected by the connecting portion 14 a. A distribution board 32 is disposed on the power line 31. When the power consumption of the first load device 15 exceeds the power generated by the power generation unit 10, the insufficient power is supplied from the system power supply 30 from the power supply line 31 via the switchboard 32. . As described above, the first load device 15 is supplied with power from the system power supply 30 and power from the power conversion device 11b.

また、電源ライン31上であって系統電源30と配電盤32の間には、電流センサ31aが配設されている。電流センサ31aは、系統電源30から電力変換装置11bへ供給される電力の電流を検出するものである。なお、本実施形態においては、系統電源30の電流を検出するために電流センサ31aを配設しているが、系統電源30から電力変換装置11bへ供給される電力を検出する電力センサを配設するようにしても良い。   A current sensor 31 a is disposed on the power supply line 31 between the system power supply 30 and the switchboard 32. The current sensor 31a detects a current of power supplied from the system power supply 30 to the power converter 11b. In the present embodiment, the current sensor 31a is provided to detect the current of the system power supply 30, but a power sensor that detects the power supplied from the system power supply 30 to the power converter 11b is provided. You may make it do.

また、送電線14上であって電力変換装置11bと接続部14aの間には、ブレーカ14bが配設されている。系統電源30からの送電が行われている場合であって、何らかの原因により送電線14に異常な電流(例えば過電流)が流れたときに、ブレーカ14bは自動で送電線14を開路とするようになっている。   Moreover, the breaker 14b is arrange | positioned on the power transmission line 14 and between the power converter device 11b and the connection part 14a. The breaker 14b automatically opens the power transmission line 14 when power is transmitted from the system power supply 30 and an abnormal current (for example, overcurrent) flows through the power transmission line 14 for some reason. It has become.

また、送電線14上であって電力変換装置11bとブレーカ14bとの間に第1開閉器14cが設けられている。第1開閉器14cは、開路または閉路することにより電力変換装置11bと系統電源30とを電気的に遮断または接続するものである。   Moreover, the 1st switch 14c is provided on the power transmission line 14 between the power converter device 11b and the breaker 14b. The first switch 14c electrically disconnects or connects the power converter 11b and the system power supply 30 by opening or closing the circuit.

また、送電線14上であってブレーカ14bと第1開閉器14cとの間に電圧センサ100aが設けられている。電圧センサ100aは、その配置場所の電圧を検出してその検出結果を制御装置19に出力する。   A voltage sensor 100a is provided on the power transmission line 14 and between the breaker 14b and the first switch 14c. The voltage sensor 100 a detects the voltage at the arrangement location and outputs the detection result to the control device 19.

また、送電線14上であって電力変換装置11bと第1開閉器14cとの間には、一端が自立用出力端子16に接続された送電線17aの他端が接続されている。送電線17aには、第2開閉器17a1および電力センサ17a2が設けられている。第2開閉器17a1は、電力変換装置11bと自立用出力端子16(ひいては第2負荷装置18)との間に配設され、開路または閉路することにより、電力変換装置11bと第2負荷装置18とを電気的に遮断または接続する開閉装置である。電力センサ17a2は、電力変換装置11bから第2負荷装置18に電力が供給されている場合、第2負荷装置18の消費電力を検出してその検出結果を制御装置19に出力する。   In addition, the other end of the power transmission line 17a having one end connected to the self-sustained output terminal 16 is connected on the power transmission line 14 between the power conversion device 11b and the first switch 14c. The power transmission line 17a is provided with a second switch 17a1 and a power sensor 17a2. The second switch 17a1 is disposed between the power conversion device 11b and the self-supporting output terminal 16 (and thus the second load device 18), and is opened or closed, whereby the power conversion device 11b and the second load device 18 are opened. Is an opening / closing device that is electrically disconnected or connected. When power is supplied from the power conversion device 11 b to the second load device 18, the power sensor 17 a 2 detects the power consumption of the second load device 18 and outputs the detection result to the control device 19.

自立用出力端子16は、系統電源30からの電力供給が停止(以下、停電とする)された場合に発電装置11(燃料電池44)を発電させて電力変換装置11bからの電力のみを第2負荷装置18に供給する発電運転(以下、自立発電運転とする)中のみに使用されるものである。第2負荷装置18は、自立用出力端子16に着脱可能に接続されるものである。第2負荷装置18は、第1負荷装置15と同様の電気器具であるが、停電の場合における自立発電運転中のみに、使用者が使用したい電気器具について、自立用出力端子16に接続して使用されるものである。第2負荷装置18は、自立発電運転中にのみ燃料電池44からの出力電力が供給される。   When the power supply from the system power supply 30 is stopped (hereinafter referred to as a power failure), the output terminal 16 for self-sustained power generation is performed by the power generation device 11 (fuel cell 44) and only the power from the power conversion device 11b is second. It is used only during a power generation operation (hereinafter referred to as a self-sustained power generation operation) supplied to the load device 18. The second load device 18 is detachably connected to the self-supporting output terminal 16. The second load device 18 is an electric appliance similar to the first load device 15, but the electric appliance that the user wants to use is connected to the self-sustained output terminal 16 only during the self-sustaining power generation operation in the event of a power failure. It is what is used. The second load device 18 is supplied with output power from the fuel cell 44 only during the self-sustaining power generation operation.

また、送電線14上であって電力変換装置11bと第1開閉器14cとの間には、一端が着火ヒータ46a1,46a2に接続された送電線17bの他端が接続されている(図2参照)。送電線17bには、第3開閉器17b1が設けられている。第3開閉器17b1は、開路または閉路することにより、電力変換装置11bと着火ヒータ46a1,46a2とを電気的に遮断または接続する開閉装置である。   Further, the other end of the power transmission line 17b having one end connected to the ignition heaters 46a1 and 46a2 is connected on the power transmission line 14 between the power converter 11b and the first switch 14c (FIG. 2). reference). The power transmission line 17b is provided with a third switch 17b1. The third switch 17b1 is an open / close device that electrically disconnects or connects the power converter 11b and the ignition heaters 46a1 and 46a2 by opening or closing the circuit.

また、送電線14上であって電力変換装置11bと第1開閉器14cとの間には、一端が燃焼触媒ヒータ48bに接続された送電線17cの他端が接続されている。送電線17cには、第4開閉器17c1が設けられている。第4開閉器17c1は、開路または閉路することにより、電力変換装置11bと燃焼触媒ヒータ48bとを電気的に遮断または接続する開閉装置である。   Further, the other end of the power transmission line 17c having one end connected to the combustion catalyst heater 48b is connected on the power transmission line 14 between the power converter 11b and the first switch 14c. The power switch 17c is provided with a fourth switch 17c1. The fourth switch 17c1 is an open / close device that electrically disconnects or connects the power converter 11b and the combustion catalyst heater 48b by opening or closing the circuit.

また、送電線14上であって電力変換装置11bと第1開閉器14cとの間には、一端が貯湯水用ヒータ24bに接続された送電線17dの他端が接続されている。送電線17dには、第5開閉器17d1が設けられている。第5開閉器17d1は、開路または閉路することにより、電力変換装置11bと貯湯水用ヒータ24bとを電気的に遮断または接続する開閉装置である。   Further, the other end of the power transmission line 17d having one end connected to the hot water heater 24b is connected on the power transmission line 14 between the power converter 11b and the first switch 14c. The power transmission line 17d is provided with a fifth switch 17d1. The fifth switch 17d1 is a switch that electrically disconnects or connects the power conversion device 11b and the hot water heater 24b by opening or closing the circuit.

制御装置19は、発電装置11(燃料電池44)の制御を少なくとも行うもの(燃料電池システムを制御するもの)である。具体的には、系統電源30から電力供給があるときは、第1負荷装置15の消費電力となるように燃料電池44の発電量の制御を行う。このとき、燃料電池44の発電する電力が第1負荷装置15の消費電力を下回る場合は、その不足電力を系統電源30から受電して補うようになっている。停電の場合は、燃料電池44の発電量が一定の出力電力(例えば定格の半分(350W))となるように制御している。なお、第2負荷装置18の消費電力となるように燃料電池44の発電量の制御を行ってもよい。
また、第1〜第5開閉器14c,17a1,17b1,17c1,17d1は、制御装置19からの指示に従って、開閉制御されるようになっている。
The control device 19 is for at least controlling the power generation device 11 (fuel cell 44) (for controlling the fuel cell system). Specifically, when power is supplied from the system power supply 30, the power generation amount of the fuel cell 44 is controlled so that the power consumption of the first load device 15 is achieved. At this time, when the power generated by the fuel cell 44 is lower than the power consumption of the first load device 15, the insufficient power is received from the system power supply 30 to compensate. In the case of a power failure, the amount of power generated by the fuel cell 44 is controlled to be a constant output power (for example, half of the rating (350 W)). The power generation amount of the fuel cell 44 may be controlled so that the power consumption of the second load device 18 is achieved.
The first to fifth switches 14c, 17a1, 17b1, 17c1, 17d1 are controlled to be opened and closed in accordance with instructions from the control device 19.

制御装置19は、センサ11b1の検出信号が入力されるようになっている。制御装置19はセンサ11b1の検出信号に基づいて、系統電源30の停電を検出することができる。また、制御装置19は、電流センサ31aの検出信号が入力されるようになっている。制御装置19は、入力された電流センサ31aの信号に基づいて、系統電源30の停電を検出するようにしてもよい。具体的には、センサ11b1(または電流センサ31a)によって検出された系統電源30の電流が所定電流以下(例えば定格の1/10以下)である場合は、系統電源30は停電であると検出される。このように、電流センサ31aを、発電装置11と系統電源30との間に配設されて、その配設された位置の電流または電圧の少なくともいずれか一つを検出する検出装置(上述した)として使用してもよい。   The control device 19 receives a detection signal from the sensor 11b1. The control device 19 can detect a power failure of the system power supply 30 based on the detection signal of the sensor 11b1. Further, the control device 19 is configured to receive a detection signal of the current sensor 31a. The control device 19 may detect a power failure of the system power supply 30 based on the input signal of the current sensor 31a. Specifically, when the current of the system power supply 30 detected by the sensor 11b1 (or the current sensor 31a) is a predetermined current or less (for example, 1/10 or less of the rating), the system power supply 30 is detected as a power failure. The As described above, the current sensor 31a is disposed between the power generation device 11 and the system power supply 30, and detects at least one of the current and voltage at the disposed position (described above). May be used as

貯湯ユニット20は、図1に示すように、上述した貯湯槽21、貯湯槽制御装置22および電源基板23を備えている。
貯湯槽21の内部には残湯量検出センサである温度センサ群21aが設けられている。この温度センサ群21aによる各位置での湯温の検出結果に基づいて貯湯槽21内の残湯量が、この温度センサ群21aの検出結果が送信される貯湯槽制御装置22によって導出されるようになっている。残湯量は、貯湯槽21内に蓄えられた熱量を表している。
As shown in FIG. 1, the hot water storage unit 20 includes the hot water storage tank 21, the hot water storage tank control device 22, and the power supply substrate 23 described above.
Inside the hot water storage tank 21, a temperature sensor group 21a which is a remaining hot water amount detection sensor is provided. Based on the detection result of the hot water temperature at each position by the temperature sensor group 21a, the remaining hot water amount in the hot water storage tank 21 is derived by the hot water tank control device 22 to which the detection result of the temperature sensor group 21a is transmitted. It has become. The amount of remaining hot water represents the amount of heat stored in the hot water storage tank 21.

貯湯槽21には、給湯管26が接続されている。給湯管26には、上流から順番に補助加熱装置であるガス湯沸かし器(図示省略)、温度センサ26aおよび流量センサ26bが配設されている。ガス湯沸かし器は、給湯管26を通過する貯湯槽21からの湯水を加熱して給湯するようになっている。温度センサ26aはガス湯沸かし器を通過した後の湯水の温度を検出するものであり、その検出信号は貯湯槽制御装置22に送信されるようになっている。また、流量センサ26bは、貯湯槽21から供給されている単位時間あたりの湯水消費量(給湯量)を検出するものである。   A hot water supply pipe 26 is connected to the hot water storage tank 21. The hot water supply pipe 26 is provided with a gas water heater (not shown), a temperature sensor 26a, and a flow rate sensor 26b, which are auxiliary heating devices in order from the upstream. The gas water heater heats hot water from the hot water tank 21 passing through the hot water supply pipe 26 to supply hot water. The temperature sensor 26 a detects the temperature of the hot water after passing through the gas water heater, and the detection signal is transmitted to the hot water tank control device 22. The flow rate sensor 26 b detects the amount of hot water consumption (hot water supply amount) per unit time supplied from the hot water storage tank 21.

給湯管26には、貯湯槽21に貯留している湯水を給湯として利用する湯水使用場所A2に設置されている複数の湯利用機器A2aが接続されている。この湯利用機器としては、浴槽、シャワ、キッチン(キッチンの蛇口)、洗面所(洗面所の蛇口)などがある。また、給湯管26には、貯湯槽21の湯水を熱源として利用する湯水使用場所A2に設置されている熱利用機器A2bが接続されている。この熱利用機器としては、浴室暖房、床暖房、浴槽の湯の追い炊き機構などがある。   The hot water supply pipe 26 is connected to a plurality of hot water use devices A2a installed in a hot water use place A2 that uses hot water stored in the hot water tank 21 as hot water supply. Examples of the hot water using equipment include a bathtub, shower, kitchen (kitchen faucet), and washroom (toilet faucet). Further, the hot water supply pipe 26 is connected to a heat utilization device A2b installed in a hot water use place A2 that uses hot water in the hot water tank 21 as a heat source. Examples of the heat utilization device include bathroom heating, floor heating, and a hot water bathing mechanism.

貯湯槽制御装置22は、制御装置19と互いに通信可能に接続されている。貯湯槽制御装置22は、温度センサ群21aの検出結果に基づいて、貯湯水循環ポンプ24aを作動させて湯水を循環させ加熱することにより貯湯槽21の残湯量の制御をする。電源基板23は、系統電源30からの交流電力を所定の直流電力に変換して貯湯槽制御装置22へ供給している。   The hot water tank control device 22 is connected to the control device 19 so as to communicate with each other. The hot water tank control device 22 controls the remaining hot water amount in the hot water tank 21 by operating the hot water circulating pump 24a to circulate and heat the hot water based on the detection result of the temperature sensor group 21a. The power supply board 23 converts AC power from the system power supply 30 into predetermined DC power and supplies it to the hot water tank control device 22.

さらに、貯湯ユニット20は、貯湯槽制御リモコン27を備えている。貯湯槽制御リモコン27は、貯湯槽制御装置22と互いに通信可能に接続されて、貯湯槽21内の湯水の残湯量、給湯温度および湯水消費量などの貯湯槽21の貯湯状況や、発電機11aの発電する電力や使用電力量などの発電ユニット10の運転状況が表示される。   Further, the hot water storage unit 20 includes a hot water tank control remote controller 27. The hot water tank control remote controller 27 is connected to the hot water tank control device 22 so as to be communicable with each other. The hot water storage state of the hot water tank 21 such as the remaining hot water amount, hot water supply temperature and hot water consumption in the hot water tank 21, and the generator 11a. The operation status of the power generation unit 10 such as the power generated and the amount of power used is displayed.

次に、上述した燃料電池システムの系統電源30から送電がある場合の基本的動作の一例について説明する。制御装置19は、図示しないスタートスイッチが押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。ここで、系統電源30から電力の供給がある場合は、第1開閉器14cは閉路に、第2開閉器17a1は開路となるように制御装置19によって制御されている。このように、系統電源30からの電力供給が正常である場合、すなわち発電機11aが系統電源30と系統連系されている場合、発電機11aが発電を行うことを系統連系発電という。   Next, an example of a basic operation when power is transmitted from the system power supply 30 of the fuel cell system described above will be described. When the start switch (not shown) is pressed and the operation is started, or when the operation is started according to the planned operation, the control device 19 starts the start-up operation. Here, when power is supplied from the system power supply 30, the control device 19 controls the first switch 14 c to be closed and the second switch 17 a 1 to be opened. Thus, when the power supply from the grid power supply 30 is normal, that is, when the generator 11a is grid-connected to the grid power supply 30, the generation of power by the generator 11a is referred to as grid-connected power generation.

起動運転が開始されるときは、制御装置19は、モータ駆動のポンプなどの補機10bを作動させ、発電機11aの蒸発部42に燃料および改質水の供給を開始する。上述したように、蒸発部42では混合ガスが生成されて、混合ガスは改質部43に供給される。改質部43では、供給された混合ガスから改質ガスが生成されて、改質ガスが燃料電池44に供給される。改質部43が所定温度以上となれば、起動運転は終了し、定常運転(通常発電運転)が開始される。   When the start-up operation is started, the control device 19 operates the auxiliary machine 10b such as a motor-driven pump and starts supplying fuel and reforming water to the evaporation unit 42 of the generator 11a. As described above, a mixed gas is generated in the evaporation unit 42, and the mixed gas is supplied to the reforming unit 43. In the reforming unit 43, the reformed gas is generated from the supplied mixed gas, and the reformed gas is supplied to the fuel cell 44. If the reforming unit 43 becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the start-up operation is terminated and the steady operation (normal power generation operation) is started.

通常発電運転中では、制御装置19は、発電機11aの発電する電力が、センサ11b1からの検出信号に基づいて算出される第1負荷装置15の電力となるように補機10bを制御して、改質ガスおよびカソードエアを発電機11aに供給する。上述したように、発電機11aの発電する電力より第1負荷装置15の電力が上回った場合、その不足電力を系統電源30から受電して補うようになっている。   During the normal power generation operation, the control device 19 controls the auxiliary device 10b so that the power generated by the generator 11a becomes the power of the first load device 15 calculated based on the detection signal from the sensor 11b1. Then, the reformed gas and the cathode air are supplied to the generator 11a. As described above, when the electric power of the first load device 15 exceeds the electric power generated by the generator 11a, the insufficient electric power is received from the system power supply 30 and compensated.

このような発電運転中に、図示しないストップスイッチが押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって運転が停止される場合には、制御装置19は、燃料電池システムの停止運転(停止処理)を実施する。
制御装置19は、燃料電池44から電力を引くのを停止し、蒸発部42へ供給する原燃料および水(改質用蒸気)、ならびに空気極へ供給する空気(反応用空気)の量を燃料電池モジュール40の温度に合わせて変更し、燃料電池モジュール40の温度が一定温度以下まで下がると停止する。
In such a power generation operation, when a stop switch (not shown) is pressed to stop the power generation operation, or when the operation is stopped according to the operation plan, the control device 19 stops the fuel cell system ( Stop processing).
The control device 19 stops drawing electric power from the fuel cell 44, and fuels the amount of raw fuel and water (reforming steam) supplied to the evaporation section 42 and air (reaction air) supplied to the air electrode. It changes according to the temperature of the battery module 40, and stops when the temperature of the fuel cell module 40 falls below a certain temperature.

このような停止運転が終了すると、燃料電池システムは待機状態(待機時)となる。待機時は、燃料電池システムの発電停止状態(すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。)のことであり、発電指示(スタートスイッチのオンなど)を待っている状態のことである。すなわち、停止運転状態終了時点の状態が維持される。   When such a stop operation ends, the fuel cell system enters a standby state (standby state). The standby state is the power generation stop state of the fuel cell system (that is, the start operation, the power generation operation, or the stop operation is not in progress), and waits for a power generation instruction (such as turning on the start switch). It is a state of being. That is, the state at the end of the stop operation state is maintained.

次に、系統電源30が停電した場合の燃料電池システムの動作の一例について、図3に示すフローチャートに沿って説明する。
系統電源30からの電力供給が正常である場合に、すなわち第1開閉器14cが閉路され第2開閉器17a1が開路されて発電機11a(燃料電池44)が系統電源30と系統連系されている場合に、系統電源30が停電すると、制御装置19は、ステップS102において、「YES」と判定し、プログラムをステップS104に進める。一方、系統電源30からの電力供給が正常である場合には、ステップS102の処理を繰り返し実行する。なお、系統電源30の停電判定は、上述したように、センサ11b1(または電流センサ31a)によって検出された系統電源30の電流が所定電流以下(例えば定格の1/10以下)である場合は、系統電源30は停電であると判定される。
Next, an example of the operation of the fuel cell system when the system power supply 30 fails will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
When the power supply from the system power supply 30 is normal, that is, the first switch 14c is closed, the second switch 17a1 is opened, and the generator 11a (fuel cell 44) is system-connected to the system power supply 30. If the system power supply 30 fails, the control device 19 determines “YES” in step S102 and advances the program to step S104. On the other hand, when the power supply from the system power supply 30 is normal, the process of step S102 is repeatedly executed. As described above, the power failure determination of the system power supply 30 is performed when the current of the system power supply 30 detected by the sensor 11b1 (or the current sensor 31a) is equal to or less than a predetermined current (for example, 1/10 or less of the rating) It is determined that the system power supply 30 is a power failure.

制御装置19は、ステップS104において、第1開閉器14cが開路されて燃料電池44が系統電源30と解列し、運転に必要な補機の電力分のみの発電を行う。なお、出力電力は、内部負荷装置である着火ヒータ46a1,46a2や燃焼触媒ヒータ48aで消費するようにすればよい。   In step S104, the control device 19 opens the first switch 14c so that the fuel cell 44 is disconnected from the system power source 30 and generates power only for the auxiliary power necessary for operation. Note that the output power may be consumed by the ignition heaters 46a1 and 46a2 and the combustion catalyst heater 48a which are internal load devices.

制御装置19は、発電停止の開始時点から所定時間が経過すると(ステップS106にて「YES」と判定し)、自立発電(自立運転)を開始する。なお所定時間は例えば5分である。具体的には、制御装置19は、ステップS108において、図4に示すサブルーチンのフローチャートに沿ったプログラムを所定の短時間毎に繰り返し実行する。   When a predetermined time has elapsed from the start of power generation stop (determined as “YES” in step S106), control device 19 starts self-sustaining power generation (self-sustaining operation). The predetermined time is, for example, 5 minutes. Specifically, in step S108, the control device 19 repeatedly executes the program according to the flowchart of the subroutine shown in FIG. 4 every predetermined short time.

制御装置19は、ステップS202において、可変負荷装置Lを制御する。具体的には、制御装置19は、自立発電運転中であって、燃料電池44の出力電力が可変負荷装置Lの最大消費電力に相当する第1の電力量(本実施形態では300W)となるまでの間の運転である自立準備運転中においては、可変負荷装置Lの消費電力を第1の所定速度で上昇させるように可変負荷装置Lを制御する(第1の可変負荷装置制御部)。   In step S202, the control device 19 controls the variable load device L. Specifically, the control device 19 is in a self-sustaining power generation operation, and the output power of the fuel cell 44 becomes the first power amount (300 W in the present embodiment) corresponding to the maximum power consumption of the variable load device L. During the self-supporting preparatory operation, the variable load device L is controlled to increase the power consumption of the variable load device L at the first predetermined speed (first variable load device control unit).

可変負荷装置Lは、上述したように、消費電力が固定(100W)の着火ヒータ46a1,46a2と、消費電力が可変(0〜200W)の燃焼触媒ヒータ48aとから構成されている。よって、可変負荷装置Lの消費電力は、0〜100Wの範囲においては着火ヒータ46a1,46a2をオフに維持するとともに燃焼触媒ヒータ48aの消費電力を変更制御することで実現できる。100〜300Wの範囲においては着火ヒータ46a1,46a2をオンに維持するとともに燃焼触媒ヒータ48aの消費電力を変更制御することで実現できる。   As described above, the variable load device L includes the ignition heaters 46a1 and 46a2 whose power consumption is fixed (100 W) and the combustion catalyst heater 48a whose power consumption is variable (0 to 200 W). Therefore, the power consumption of the variable load device L can be realized by maintaining the ignition heaters 46a1 and 46a2 in the OFF range and changing and controlling the power consumption of the combustion catalyst heater 48a in the range of 0 to 100W. In the range of 100 to 300 W, the ignition heaters 46a1 and 46a2 are kept on and the power consumption of the combustion catalyst heater 48a is changed and controlled.

なお、第1の所定速度は、原燃料の投入量の時間あたりの増大分に相当する。しかし、原燃料の増大は、燃料電池44の出力電力(出力電流)の時間あたりの増大分を越えないように設定されるのが好ましい。   The first predetermined speed corresponds to an increase per hour in the input amount of raw fuel. However, the increase in the raw fuel is preferably set so as not to exceed the increase per unit time in the output power (output current) of the fuel cell 44.

制御装置19は、ステップS204において、原燃料の投入量を導出する。具体的には、制御装置19は、電流センサ11a1によって検出された出力電流値に、ステップS202(第1の可変負荷装置制御部)において制御される可変負荷装置Lの消費電力の上昇分(前記第1の所定速度)に相当するオフセット値α(基準オフセット値α0)を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原料ポンプ52a(原燃料供給装置)によって供給される原燃料投入量Aを導出する(第1の原燃料投入量導出部)。   In step S204, the control device 19 derives the input amount of the raw fuel. Specifically, the control device 19 increases the power consumption of the variable load device L controlled in step S202 (first variable load device control unit) to the output current value detected by the current sensor 11a1 (described above). A value obtained by adding an offset value α (reference offset value α0) corresponding to the first predetermined speed) and a map or relational expression showing the relationship between the input amount of raw fuel and the output current of the fuel cell 44. The raw fuel input amount A supplied by the raw material pump 52a (raw fuel supply device) is derived (first raw fuel input amount deriving unit).

図7および図8を参照して説明する。図7は、原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップである。横軸に原燃料投入量(供給量)を示し、縦軸に出力電流(出力電力)を示している。なお、出力電力を一定としているため、縦軸を出力電力とすることができる。図7に示すように、原燃料投入量が0からA0までの間においては、出力電流は一定値I0である。原燃料投入量がA0を越えると、出力電流は原燃料投入量が大きくなるほど大きくなる(例えば正比例の関係にある)。原燃料投入量がA1のとき、出力電流はI1+α0(後述する)である。なお、投入量は単位時間あたりの流量である。   This will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a map showing the relationship between the input amount of raw fuel and the output current of the fuel cell 44. The horizontal axis indicates the raw fuel input amount (supply amount), and the vertical axis indicates the output current (output power). Since the output power is constant, the vertical axis can be the output power. As shown in FIG. 7, when the raw fuel input amount is between 0 and A0, the output current is a constant value I0. When the raw fuel input amount exceeds A0, the output current increases as the raw fuel input amount increases (eg, has a direct proportional relationship). When the raw fuel input amount is A1, the output current is I1 + α0 (described later). The input amount is a flow rate per unit time.

図8は、上段に可変負荷装置Lの消費電力の時間変化を示し、下段に燃料電池44の出力電流I(太い実線)と原燃料投入量A(細い実線)とを示す。可変負荷装置Lの消費電力は第1の所定速度で上昇するように調整されている。このとき、時刻t1から時刻t2まで、時刻t2から時刻t3までの各時間はTで同一であり、時間Tの間の消費電力の上昇分がΔLである。時間Tは制御サイクル時間であり、例えば100msに設定されている。また、基準オフセット値α0は、可変負荷装置Lの消費電力の上昇分(すなわち可変負荷装置Lの負荷上昇速度分の電流)に相当する値に設定するのが好ましい。可変負荷装置Lの消費電力の上昇分としては、前記第1の所定速度でもよいし、所定時間の上昇分(本実施形態ではΔL)でもよい。   FIG. 8 shows the time variation of the power consumption of the variable load device L in the upper stage, and shows the output current I (thick solid line) and raw fuel input amount A (thin solid line) of the fuel cell 44 in the lower stage. The power consumption of the variable load device L is adjusted so as to increase at the first predetermined speed. At this time, the times from time t1 to time t2 and from time t2 to time t3 are the same at T, and the increase in power consumption during time T is ΔL. Time T is a control cycle time, and is set to 100 ms, for example. The reference offset value α0 is preferably set to a value corresponding to an increase in power consumption of the variable load device L (that is, a current corresponding to the load increase speed of the variable load device L). The amount of increase in power consumption of the variable load device L may be the first predetermined speed or an amount of increase for a predetermined time (ΔL in this embodiment).

ステップS204の処理は、図5に示すサブルーチンのフローチャートに沿ったプログラムを実行する処理である。ステップS212において、電流センサ11a1によって検出された出力電流値Iを取得する。ステップS214において、可変負荷装置Lの消費電力の上昇分に相当する基準オフセット値α0を演算する。このとき、上昇速度と基準オフセット値との関係を予め測定し記憶しておけば、上昇速度とその関係とから基準オフセット値α0を演算することができる。ステップS216において、ステップS212にて取得した出力電流値Iに、ステップS214にて演算した基準オフセット値α0を加算する(加算値=I+α0)。ステップS218において、ステップS216にて演算した加算値と、図7に示す原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップと、からステップS216にて演算した加算値に応じた原燃料の投入量を導出する。   The process of step S204 is a process of executing a program according to the flowchart of the subroutine shown in FIG. In step S212, the output current value I detected by the current sensor 11a1 is acquired. In step S214, a reference offset value α0 corresponding to an increase in power consumption of the variable load device L is calculated. At this time, if the relationship between the rising speed and the reference offset value is measured and stored in advance, the reference offset value α0 can be calculated from the rising speed and the relationship. In step S216, the reference offset value α0 calculated in step S214 is added to the output current value I acquired in step S212 (addition value = I + α0). In step S218, the addition value calculated in step S216 and the map indicating the relationship between the input amount of raw fuel and the output current of the fuel cell 44 shown in FIG. 7 are used in accordance with the addition value calculated in step S216. The amount of raw fuel input is derived.

例えば、図8に示すように、時刻t2のときには、電流センサ11a1によって検出された出力電流値I1が取得される(ステップS212)。可変負荷装置Lの消費電力の上昇分(制御されている)から基準オフセット値α0が演算される(ステップS214)。出力電流値I1に基準オフセット値α0を加算して加算値(=I1+α0)が演算される(ステップS216)。そして、加算値(I1+α0)と図7に示すマップとから、加算値(I1+α0)に応じた原燃料の投入量A1が導出される(ステップS218)。
なお、改質蒸気および反応空気の各投入量も、原燃料の投入量と同様に、導出すればよい。このとき、改質蒸気および反応空気の各投入量は、図7に相当する各マップを使用すればよい。
For example, as shown in FIG. 8, at time t2, the output current value I1 detected by the current sensor 11a1 is acquired (step S212). The reference offset value α0 is calculated from the increase (controlled) in the power consumption of the variable load device L (step S214). The added value (= I1 + α0) is calculated by adding the reference offset value α0 to the output current value I1 (step S216). Then, from the added value (I1 + α0) and the map shown in FIG. 7, the input amount A1 of the raw fuel corresponding to the added value (I1 + α0) is derived (step S218).
In addition, what is necessary is just to derive | lead-out each input amount of reforming steam and reaction air similarly to the input amount of raw fuel. At this time, the respective maps corresponding to FIG. 7 may be used for the input amounts of reformed steam and reaction air.

制御装置19は、プログラムを図4のステップS206に戻し、ステップS206において、ステップS218にて導出した原燃料投入量A1となるように原料ポンプ52aを制御する。なお、改質水ポンプ51aは、改質蒸気投入量となるように制御され、カソードエアブロワ54aは、反応空気投入量となるように制御される。   The control device 19 returns the program to step S206 in FIG. 4, and in step S206, controls the raw material pump 52a so that the raw fuel input amount A1 derived in step S218 is obtained. The reforming water pump 51a is controlled to have a reforming steam input amount, and the cathode air blower 54a is controlled to have a reaction air input amount.

制御装置19は、燃料電池44の出力電力が第1の電力量(300W)に到達するまでは、ステップS110にて「NO」の判定を繰り返し、上述した自立準備運転を継続する。一方、燃料電池44の出力電力が第1の電力量(300W)を越えると、制御装置19は、ステップS110にて「YES」と判定し、ステップS112において、自立準備運転を終了する。ステップS110において、電流センサ11a1によって検出された出力電流に一定である出力電圧を乗算することで出力電力を演算するようにしてもよく、出力電力を第1の電力量に相当する第1電流値と比較するようにしてもよい。また、燃料電池44の出力電力を電力計により直接測定するようにしてもよい。なお、出力電力の演算に電流センサ11a1の検出値を用いる場合、燃料電池44の電圧を用い、補機10bと電力変換装置11bの変換効率分を減算する。   The control device 19 repeats the determination of “NO” in step S110 until the output power of the fuel cell 44 reaches the first power amount (300 W), and continues the above-described independent preparation operation. On the other hand, when the output power of the fuel cell 44 exceeds the first power amount (300 W), the control device 19 determines “YES” in step S110, and ends the self-supporting preparation operation in step S112. In step S110, the output power may be calculated by multiplying the output current detected by the current sensor 11a1 by a constant output voltage, and the output power is a first current value corresponding to the first power amount. You may make it compare with. Further, the output power of the fuel cell 44 may be directly measured by a wattmeter. In addition, when using the detected value of the current sensor 11a1 for the calculation of the output power, the voltage of the fuel cell 44 is used to subtract the conversion efficiency of the auxiliary machine 10b and the power converter 11b.

制御装置19は、ステップS112において、自立準備運転を完了し、燃料電池44が一定の出力電力(例えば300W)となるように制御する。また、制御装置19は、第2開閉器17a1を開路から閉路へと切り替えて、燃料電池44の出力電力を自立用出力端子16からのみ出力可能とする。このとき、制御装置19は、図6に示すサブルーチンのフローチャートに沿ったプログラムを所定の短時間毎に繰り返し実行する。   In step S112, the control device 19 completes the self-supporting preparation operation, and controls the fuel cell 44 to have a constant output power (for example, 300 W). Further, the control device 19 switches the second switch 17a1 from the open circuit to the closed circuit so that the output power of the fuel cell 44 can be output only from the self-supporting output terminal 16. At this time, the control device 19 repeatedly executes the program according to the flowchart of the subroutine shown in FIG. 6 every predetermined short time.

制御装置19は、ステップS242において、電力センサ17a2から第2負荷装置18の消費電力を取得する。制御装置19は、ステップS244において、燃料電池44の一定の出力電力(300W)から第2負荷装置18の消費電力を減算して、燃料電池44の余剰電力を導出する。そして、制御装置19は、ステップS246において、余剰電力と同じ電力にて消費するように可変負荷装置Lの消費電力を調整する。すなわち、制御装置19は、燃料電池44の出力電力のうち余剰電力が生じる場合には、可変負荷装置Lの消費電力を調整して前記余剰電力を消費させて、出力電力が一定の出力電力(上述した第1の電力量または後述する第2の電力量)に一定となるように制御する(余剰電力調整部)。   In step S242, the control device 19 acquires the power consumption of the second load device 18 from the power sensor 17a2. In step S244, the control device 19 subtracts the power consumption of the second load device 18 from the constant output power (300 W) of the fuel cell 44 to derive surplus power of the fuel cell 44. And the control apparatus 19 adjusts the power consumption of the variable load apparatus L so that it may consume with the same electric power as a surplus electric power in step S246. That is, when surplus power is generated in the output power of the fuel cell 44, the control device 19 adjusts the power consumption of the variable load device L to consume the surplus power, and the output power with a constant output power ( Control is performed so as to be constant to the above-described first power amount or second power amount described later (surplus power adjustment unit).

制御装置19は、第2負荷装置18の消費電力が第3の電力量(50W)に到達するまでは、ステップS114にて「NO」の判定を繰り返し、上述した第1の電力量にて一定の出力電力での燃料電池44の発電を継続する。一方、第2負荷装置18の消費電力が第3の電力量(50W)を越えると、制御装置19は、ステップS114にて「YES」と判定し、ステップS116において、出力電力の上限の増大を開始する。   The control device 19 repeats the determination of “NO” in step S114 until the power consumption of the second load device 18 reaches the third power amount (50 W), and is constant at the first power amount described above. The power generation of the fuel cell 44 with the output power of is continued. On the other hand, when the power consumption of the second load device 18 exceeds the third power amount (50 W), the control device 19 determines “YES” in step S114, and increases the upper limit of the output power in step S116. Start.

第3の電力量は、後述する第2の電力量と第1の電力量との差分である。第1の電力量は、上述したように、可変負荷装置Lの最大消費電力に相当する電力量(本実施形態では300W)である。第2の電力量は、第1の電力量より大きい値であり、燃料電池44の自立発電運転中における最大出力電力(例えば350W)である。
制御装置19は、ステップS114において、電力センサ17a2によって検出された第2負荷装置18の消費電力が第3の電力量より大きいか否かを判定している。
The third power amount is a difference between a second power amount and a first power amount which will be described later. As described above, the first power amount is the power amount (300 W in the present embodiment) corresponding to the maximum power consumption of the variable load device L. The second power amount is a value larger than the first power amount, and is the maximum output power (for example, 350 W) during the self-sustaining power generation operation of the fuel cell 44.
In step S114, the control device 19 determines whether or not the power consumption of the second load device 18 detected by the power sensor 17a2 is larger than the third power amount.

制御装置19は、ステップS116において、基本的には上述したステップS108と同様な処理を行う。
制御装置19は、上述したステップS202と同様に、前記自立準備運転が完了した後の自立発電運転中において、燃料電池44の出力電力を、第1の電力量を超えて第2の電力量まで増大させるときには、自立発電運転中にのみ出力電力が供給される第2負荷装置18(自立運転時負荷装置)と可変負荷装置Lとの総消費電力を第2の所定速度で上昇させるように可変負荷装置Lを制御する(第2の可変負荷装置制御部)。
In step S116, the control device 19 basically performs the same process as in step S108 described above.
Similarly to step S202 described above, the control device 19 increases the output power of the fuel cell 44 from the first power amount to the second power amount during the self-sustaining power generation operation after the self-sustained preparation operation is completed. When increasing, it is variable so that the total power consumption of the second load device 18 (load device during the self-sustaining operation) to which output power is supplied only during the self-sustaining power generation operation and the variable load device L is increased at the second predetermined speed. The load device L is controlled (second variable load device control unit).

具体的には、制御装置19は、電力センサ17a2から第2負荷装置18の消費電力を取得し、第2負荷装置18の消費電力の時間変化と第2の所定速度との差分を算出し、その差分を可変負荷装置Lで調整する。なお、第2の所定速度は、第1の所定速度と同様に設定されるものであり、第1の所定速度と同一でもよく、早くても遅くてもよい。   Specifically, the control device 19 acquires the power consumption of the second load device 18 from the power sensor 17a2, calculates the difference between the time change of the power consumption of the second load device 18 and the second predetermined speed, The difference is adjusted by the variable load device L. The second predetermined speed is set in the same manner as the first predetermined speed, and may be the same as the first predetermined speed or may be faster or slower.

制御装置19は、上述したステップS204と同様に、電流センサ11a1によって検出された出力電流値に、前記第2の可変負荷装置制御部によって制御される前記総消費電力の上昇分(前記第2の所定速度)に相当するオフセット値α(基準オフセット値α0)を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池の出力電流との関係を示すマップ(図7)または関係式と、から原料ポンプ52a(原燃料供給装置)によって供給される原燃料投入量Aを導出する(第2の原燃料投入量導出部)。
なお、改質蒸気および反応空気の各投入量も、原燃料の投入量と同様に、導出すればよい。このとき、改質蒸気および反応空気の各投入量は、図7に相当する各マップを使用すればよい。
制御装置19は、上述したステップS206と同様に、前記第2の原燃料投入量導出部にて導出した原燃料投入量Aとなるように原料ポンプ52aを制御する。
As in step S204 described above, the control device 19 increases the total power consumption controlled by the second variable load device control unit to the output current value detected by the current sensor 11a1 (the second power supply). From a value obtained by adding an offset value α (reference offset value α0) corresponding to a predetermined speed) and a map (FIG. 7) or a relational expression showing the relationship between the input amount of raw fuel and the output current of the fuel cell A raw fuel input amount A supplied by the raw material pump 52a (raw fuel supply device) is derived (second raw fuel input amount deriving unit).
In addition, what is necessary is just to derive | lead-out each input amount of reforming steam and reaction air similarly to the input amount of raw fuel. At this time, the respective maps corresponding to FIG. 7 may be used for the input amounts of reformed steam and reaction air.
Similarly to step S206 described above, the control device 19 controls the raw material pump 52a so that the raw fuel input amount A derived by the second raw fuel input amount deriving unit is obtained.

制御装置19は、燃料電池44の出力電力が第2の電力量(350W)に到達するまでは、ステップS118にて「NO」の判定を繰り返し、上述した出力電力の増大制御を継続する。一方、燃料電池44の出力電力が第2の電力量(350W)を越えると、制御装置19は、ステップS118にて「YES」と判定し、ステップS120において、自立定常発電運転を開始する。なお、ステップS118においては、ステップS110の処理と同様に、出力電力を検出したり演算したりすればよい。
制御装置19は、ステップS120において、出力電力の増大制御を完了し、燃料電池44が一定の出力電力(例えば350W)となるように制御し、自立定常発電を開始する。自立定常発電は、燃料電池44の自立発電運転中における最大出力電力にて発電することである。
なお、制御装置19は、第2負荷装置18の消費電力量が減少すると、燃料電池44の出力電力を第2の電力量から第1の電力量に切り替える。
The control device 19 repeats the determination of “NO” in step S118 until the output power of the fuel cell 44 reaches the second power amount (350 W), and continues the above-described increase control of the output power. On the other hand, when the output power of the fuel cell 44 exceeds the second power amount (350 W), the control device 19 determines “YES” in step S118, and starts a self-sustained steady-state power generation operation in step S120. In step S118, the output power may be detected or calculated in the same manner as in step S110.
In step S120, the control device 19 completes the increase control of the output power, controls the fuel cell 44 to have a constant output power (for example, 350 W), and starts self-sustained steady-state power generation. Self-sustained steady power generation is to generate power at the maximum output power during the self-sustaining power generation operation of the fuel cell 44.
Note that when the power consumption of the second load device 18 decreases, the control device 19 switches the output power of the fuel cell 44 from the second power amount to the first power amount.

制御装置19は、自立定常発電中において、系統電源30の復電を検出するまでは、ステップS122にて「NO」の判定を繰り返し、上述した自立定常発電を継続する。一方、系統電源30の復電を検出すると、制御装置19は、ステップS122にて「YES」と判定し、ステップS124において、自立発電運転を終了し、ステップS126において、上述した通常発電運転を開始する。ステップS122において、電圧センサ100aによって検出された系統電源30の電圧が所定電圧以上(例えば定格の9/10以上)である場合は、系統電源30は復電したと判定される。なお、ステップS114,118においても、ステップS122と同様に復電の検出を行っており、復電が検出されると、自立発電運転を終了し通常発電運転を開始する。   The control device 19 repeats the determination of “NO” in step S122 until the power recovery of the system power supply 30 is detected during the autonomous steady power generation, and continues the autonomous stationary power generation described above. On the other hand, when power recovery of the system power supply 30 is detected, the control device 19 determines “YES” in step S122, ends the self-sustaining power generation operation in step S124, and starts the above-described normal power generation operation in step S126. To do. In step S122, when the voltage of the system power source 30 detected by the voltage sensor 100a is equal to or higher than a predetermined voltage (for example, 9/10 or higher of the rating), it is determined that the system power source 30 has recovered. In Steps S114 and 118, power recovery is detected in the same manner as in Step S122. When power recovery is detected, the self-sustaining power generation operation is terminated and the normal power generation operation is started.

また、制御装置19は、上述した図5に示すサブルーチンに代えて、図9に示すサブルーチンのフローチャートに沿ったプログラムを実行するようにしてもよい。この図9に示すサブルーチンにおいては、基準オフセット値α0を、燃料電池モジュール40の温度および燃料電池44の積算運転時間の少なくとも何れか一方に基づいて補正して得た、補正オフセット値α1を用いている。   Further, the control device 19 may execute a program according to the flowchart of the subroutine shown in FIG. 9 instead of the subroutine shown in FIG. In the subroutine shown in FIG. 9, the reference offset value α0 is corrected using the correction offset value α1 obtained by correcting the reference offset value α0 based on at least one of the temperature of the fuel cell module 40 and the accumulated operation time of the fuel cell 44. Yes.

具体的には、図5に示すステップS214とステップS216との間に、ステップS222〜ステップS230までの処理を行う。
ステップS222において、制御装置19は、温度センサ41bによって検出(その後記憶)された燃料電池モジュール40内の温度であって停電発生時点(または自立運転開始時点)の温度を取得する。燃料電池モジュール40内の温度に代えて燃料電池44の温度を温度センサ44dから取得するようにしてもよい。
Specifically, processing from step S222 to step S230 is performed between step S214 and step S216 shown in FIG.
In step S222, the control device 19 obtains the temperature in the fuel cell module 40 detected (and stored thereafter) by the temperature sensor 41b and the temperature at the time of the occurrence of a power failure (or when the autonomous operation starts). Instead of the temperature in the fuel cell module 40, the temperature of the fuel cell 44 may be acquired from the temperature sensor 44d.

ステップS224において、制御装置19は、予め記憶している燃料電池モジュール40内の温度と温度補正値との相関を示すマップ(図10)と、ステップS222にて取得した温度とから、温度補正値β1を演算する。具体的には、図10を用いて取得した温度と基準温度Tnとの差分に応じた温度補正値β1を演算する。例えば、取得した温度が基準温度TnよりΔTだけ高いTn+1であるときは、温度補正値は+β1aであり、取得した温度が基準温度TnよりΔTだけ低いTn-1であるときは、温度補正値は−β1aである。基準温度Tnは、基準オフセット値α0に対応する温度である。   In step S224, the control device 19 calculates the temperature correction value from the map (FIG. 10) showing the correlation between the temperature in the fuel cell module 40 stored in advance and the temperature correction value, and the temperature acquired in step S222. β1 is calculated. Specifically, the temperature correction value β1 corresponding to the difference between the temperature acquired using FIG. 10 and the reference temperature Tn is calculated. For example, when the acquired temperature is Tn + 1 higher than the reference temperature Tn by ΔT, the temperature correction value is + β1a, and when the acquired temperature is Tn-1 lower than the reference temperature Tn by ΔT, the temperature correction is performed. The value is -β1a. The reference temperature Tn is a temperature corresponding to the reference offset value α0.

図10に示すマップは、図11に示す燃料電池44の内部抵抗と燃料電池モジュール40内の温度との関係であるマップから算出できる。燃料電池44の内部抵抗と燃料電池モジュール40内の温度とは、燃料電池モジュール40内の温度が高くなるほど内部抵抗が小さくなる逆比例の関係にある。例えば、基準温度Tnのとき基準抵抗値rnであり、温度Tn-1のとき基準抵抗値rnより大きい抵抗rn+1であり、温度Tn+1のとき基準抵抗値rnより小さい抵抗rn-1である。   The map shown in FIG. 10 can be calculated from the map that is the relationship between the internal resistance of the fuel cell 44 and the temperature in the fuel cell module 40 shown in FIG. The internal resistance of the fuel cell 44 and the temperature in the fuel cell module 40 are in an inversely proportional relationship that the internal resistance decreases as the temperature in the fuel cell module 40 increases. For example, a reference resistance value rn at the reference temperature Tn, a resistance rn + 1 larger than the reference resistance value rn at the temperature Tn-1, and a resistance rn-1 smaller than the reference resistance value rn at the temperature Tn + 1. is there.

ステップS226において、制御装置19は、燃料電池44の積算運転時間を演算する。具体的には、燃料電池システムを設置した時点から現時点までの運転時間を積算する。
ステップS228において、制御装置19は、予め記憶している燃料電池44の積算運転時間と温度補正値との相関を示すマップ(図12)と、ステップS226にて演算した積算運転時間とから、温度補正値β2を演算する。具体的には、図12を用いて積算運転時間に応じた運転時間補正値β2を演算する。例えば、積算運転時間がTMnであるときは、運転時間補正値はβ2bであり、積算運転時間がTMnより長いTMn+1であるときは、運転時間補正値はβ2a(β2bより小さい)である。基準オフセット値α0に対応する積算運転時間は0時間である。
In step S226, the control device 19 calculates the accumulated operation time of the fuel cell 44. Specifically, the operation time from when the fuel cell system is installed to the present time is integrated.
In step S228, the control device 19 calculates the temperature from the map (FIG. 12) showing the correlation between the accumulated operation time of the fuel cell 44 stored in advance and the temperature correction value, and the accumulated operation time calculated in step S226. The correction value β2 is calculated. Specifically, an operation time correction value β2 corresponding to the accumulated operation time is calculated using FIG. For example, when the accumulated operation time is TMn, the operation time correction value is β2b, and when the accumulated operation time is TMn + 1 longer than TMn, the operation time correction value is β2a (less than β2b). The accumulated operation time corresponding to the reference offset value α0 is 0 hour.

図12に示すマップは、図13に示す燃料電池44の内部抵抗と積算運転時間との関係であるマップから算出できる。燃料電池44の内部抵抗と積算運転時間とは、積算運転時間が長くなるほど内部抵抗が大きくなる正比例の関係にある。例えば、積算運転時間が0であるとき基準抵抗値であり、TMnであるとき抵抗値rnであり、TMn+1であるとき抵抗値rn+1である。   The map shown in FIG. 12 can be calculated from the map that is the relationship between the internal resistance of the fuel cell 44 and the accumulated operation time shown in FIG. The internal resistance of the fuel cell 44 and the integrated operation time are in a directly proportional relationship that the internal resistance increases as the integrated operation time increases. For example, when the accumulated operation time is 0, the reference resistance value is obtained, when TMn is obtained, the resistance value is rn, and when TMn + 1 is obtained, the resistance value is rn + 1.

そして、制御装置19は、ステップS230において、基準オフセット値α0を温度補正値β1および運転時間補正値β2により補正して補正オフセット値α1を演算する。そして、ステップS216において、ステップS212にて取得した出力電流値Iに、ステップS230にて演算した補正オフセット値α1を加算する。   In step S230, the control device 19 calculates the correction offset value α1 by correcting the reference offset value α0 with the temperature correction value β1 and the operation time correction value β2. In step S216, the correction offset value α1 calculated in step S230 is added to the output current value I acquired in step S212.

さらに、上述した制御による燃料電池システムの作動の一例を図14を参照して説明する。燃料電池44の出力電力を実線で示し、第2負荷装置18の消費電力を網掛け部分で示す。時刻t1から自立発電運転が開始される。時刻t1から燃料電池44の出力電力が第1の電力量(300W)に到達するまで(時刻t2)の間においては、上述したように自立準備運転が行われる。   Furthermore, an example of the operation of the fuel cell system by the control described above will be described with reference to FIG. The output power of the fuel cell 44 is indicated by a solid line, and the power consumption of the second load device 18 is indicated by a shaded portion. Independent power generation operation is started from time t1. From the time t1 until the output power of the fuel cell 44 reaches the first power amount (300 W) (time t2), the self-supporting preparation operation is performed as described above.

具体的には、可変負荷装置Lの消費電力を第1の所定速度で上昇させるように可変負荷装置Lを制御する。電流センサ11a1によって検出された出力電流値に、可変負荷装置Lの消費電力の上昇分(前記第1の所定速度)に相当するオフセット値α(基準オフセット値α0)を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原料ポンプ52aによって供給される原燃料投入量Aを導出する。そして、原燃料投入量A1となるように原料ポンプ52aを制御する。
このように、時刻t1から時刻t2までの間においては、可変負荷装置Lによってのみ、燃料電池44の出力電力が消費される。
Specifically, the variable load device L is controlled to increase the power consumption of the variable load device L at a first predetermined speed. A value obtained by adding an offset value α (reference offset value α0) corresponding to an increase in power consumption of the variable load device L (the first predetermined speed) to the output current value detected by the current sensor 11a1; The raw fuel input amount A supplied by the raw material pump 52a is derived from a map or relational expression showing the relationship between the input amount of raw fuel and the output current of the fuel cell 44. And the raw material pump 52a is controlled so that it may become raw fuel input amount A1.
Thus, the output power of the fuel cell 44 is consumed only by the variable load device L during the period from time t1 to time t2.

そして、時刻t2に、自立準備運転が終了するとともに、自立用出力端子から燃料電池44からの出力が開始される。この時刻t2から第2負荷装置18の消費電力が50Wを越える時刻t3までの間においては、燃料電池44の出力電力が第1の電力量に一定となるように制御される。燃料電池44の出力電力の余剰電力、すなわち燃料電池44の出力電力から第2負荷装置18の消費電力を差し引いた電力を可変負荷装置Lで消費するように可変負荷装置Lの消費電力を調整する。   Then, at time t2, the self-supporting preparation operation is completed, and output from the fuel cell 44 is started from the self-supporting output terminal. From time t2 to time t3 when the power consumption of the second load device 18 exceeds 50 W, the output power of the fuel cell 44 is controlled to be constant to the first power amount. The surplus power of the output power of the fuel cell 44, that is, the power obtained by subtracting the power consumption of the second load device 18 from the output power of the fuel cell 44 is adjusted so as to be consumed by the variable load device L. .

第2負荷装置18の消費電力が50Wを越えると(時刻t3)、燃料電池44の出力電力の増大を開始する。時刻t3から燃料電池44の出力電力が第2の電力量(350W)に到達するまで(時刻t4)の間においては、上述したように燃料電池44の出力電力の増大が行われる。   When the power consumption of the second load device 18 exceeds 50 W (time t3), the output power of the fuel cell 44 starts increasing. From the time t3 until the output power of the fuel cell 44 reaches the second power amount (350 W) (time t4), the output power of the fuel cell 44 is increased as described above.

具体的には、第2負荷装置18と可変負荷装置Lとの総消費電力を第2の所定速度で上昇させるように可変負荷装置Lを制御する。電流センサ11a1によって検出された出力電流値に、第2負荷装置18と可変負荷装置Lとの総消費電力の上昇分(前記第2の所定速度)に相当するオフセット値α(基準オフセット値α0)を加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原料ポンプ52aによって供給される原燃料投入量Aを導出する。そして、原燃料投入量A1となるように原料ポンプ52aを制御する。
このように、時刻t3から時刻t4までの間においては、第2負荷装置18と可変負荷装置Lによって、燃料電池44の出力電力が消費される。
Specifically, the variable load device L is controlled so that the total power consumption of the second load device 18 and the variable load device L is increased at a second predetermined speed. An offset value α (reference offset value α0) corresponding to an increase in the total power consumption of the second load device 18 and the variable load device L (the second predetermined speed) is added to the output current value detected by the current sensor 11a1. The raw fuel input amount A supplied by the raw material pump 52a is derived from the value obtained by adding the above and a map or relational expression showing the relationship between the input amount of the raw fuel and the output current of the fuel cell 44. And the raw material pump 52a is controlled so that it may become raw fuel input amount A1.
Thus, the output power of the fuel cell 44 is consumed by the second load device 18 and the variable load device L from time t3 to time t4.

時刻t5に、第2負荷装置18の消費電力が増大すると、燃料電池44の出力電力の余剰電力、すなわち燃料電池44の出力電力から第2負荷装置18の消費電力を差し引いた電力を可変負荷装置Lで消費するように可変負荷装置Lの消費電力を調整する。   When the power consumption of the second load device 18 increases at time t5, the surplus power of the output power of the fuel cell 44, that is, the power obtained by subtracting the power consumption of the second load device 18 from the output power of the fuel cell 44 is variable load device. The power consumption of the variable load device L is adjusted so as to consume at L.

本実施形態によれば、制御装置19(第1の可変負荷装置制御部)が、自立発電運転中であって、燃料電池44の出力電力が可変負荷装置Lの最大消費電力に相当する第1の電力量となるまでの間の運転である自立準備運転中においては、可変負荷装置Lの消費電力を第1の所定速度で上昇させるように可変負荷装置Lを制御する(ステップS202)。制御装置19(第1の原燃料投入量導出部)が、電流センサ11a1によって検出された出力電流値に、第1の可変負荷装置制御部によって制御される可変負荷装置Lの消費電力の上昇分に相当するオフセット値αを加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原料ポンプ52a(原燃料供給装置)によって供給される原燃料投入量を導出する(ステップS204)。そして、第1の原燃料供給制御部が、原燃料の供給量が、第1の原燃料投入量導出部によって導出された原燃料投入量となるように原料ポンプ52a(原燃料供給装置)を制御する。これにより、自立準備運転中において、燃料電池44の出力電力の消費先である可変負荷装置Lを所定速度で上昇させるとともに、可変負荷装置Lの消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池44が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。よって、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池44の出力電力をできるだけ過不足なく供給することができる。また、燃料電池44の劣化を防止することができるとともに、ロバスト性を確保することができる。また、初めから原燃料を多量に投入することによる熱暴走を抑制することができる。   According to the present embodiment, the control device 19 (first variable load device control unit) is in a self-sustaining power generation operation, and the output power of the fuel cell 44 corresponds to the maximum power consumption of the variable load device L. During the self-supporting preparatory operation, which is the operation until the amount of electric power becomes, the variable load device L is controlled so as to increase the power consumption of the variable load device L at the first predetermined speed (step S202). The control device 19 (first raw fuel input amount deriving unit) increases the power consumption of the variable load device L controlled by the first variable load device control unit to the output current value detected by the current sensor 11a1. Is supplied by the raw material pump 52a (raw fuel supply device) from the value obtained by adding the offset value α corresponding to the above and a map or relational expression showing the relationship between the input amount of the raw fuel and the output current of the fuel cell 44. The raw fuel input amount is derived (step S204). Then, the first raw fuel supply control unit controls the raw material pump 52a (raw fuel supply device) so that the supply amount of the raw fuel becomes the raw fuel input amount derived by the first raw fuel input amount deriving unit. Control. As a result, during the self-sustaining preparation operation, the variable load device L that is the consumption destination of the output power of the fuel cell 44 is raised at a predetermined speed, and the fuel is increased at a rate corresponding to the increase in the power consumption of the variable load device L. Raw fuel can be input so that the battery 44 can generate output current and thus output power. Therefore, during the self-sustaining power generation operation, the output power of the fuel cell 44 can be supplied as much as possible with respect to the necessary power consumption. Further, deterioration of the fuel cell 44 can be prevented and robustness can be ensured. In addition, thermal runaway caused by supplying a large amount of raw fuel from the beginning can be suppressed.

また、制御装置19は、自立準備運転が完了した後の自立発電運転中において、燃料電池44の出力電力を第1の電力量を超えて第2の電力量まで増大させるときには、自立発電運転中にのみ出力電力が供給される第2負荷装置18(自立運転時負荷装置)と可変負荷装置Lとの総消費電力を第2の所定速度で上昇させるように可変負荷装置Lを制御する第2の可変負荷装置制御部と、電流センサ11a1によって検出された出力電流値に、第2の可変負荷装置制御部によって制御される総消費電力の上昇分に相当するオフセット値αを加えて得た値と、原燃料の投入量と燃料電池44の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から原料ポンプ52a(原燃料供給装置)によって供給される原燃料投入量を導出する第2の原燃料投入量導出部と、原燃料の供給量が、第2の原燃料投入量導出部によって導出された原燃料投入量となるように原料ポンプ52a(原燃料供給装置)を制御する第2の原燃料供給制御部と、を備えている。これにより、自立準備運転完了後の自立発電運転中においても、燃料電池44の出力電力の消費先である可変負荷装置Lを所定速度で上昇させるとともに、可変負荷装置Lの消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池44が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。よって、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池44の出力電力をできるだけ過不足なく供給することができる。   In addition, the control device 19 performs the self-sustaining power generation operation when the output power of the fuel cell 44 is increased beyond the first power amount to the second power amount during the self-sustaining power generation operation after the self-sustained preparation operation is completed. The variable load device L is controlled so as to increase the total power consumption of the second load device 18 (load device during self-sustained operation) to which the output power is supplied only to and the variable load device L at a second predetermined speed. A value obtained by adding an offset value α corresponding to an increase in total power controlled by the second variable load device control unit to the output current value detected by the variable load device control unit and the current sensor 11a1. And a map or relational expression showing the relationship between the input amount of the raw fuel and the output current of the fuel cell 44, and a second raw fuel input amount derived from the raw material pump 52a (raw fuel supply device). Fuel injection The second raw fuel supply for controlling the raw material pump 52a (raw fuel supply device) so that the supply amount of the raw fuel is derived by the deriving unit and the second raw fuel input amount deriving unit. And a control unit. As a result, even during the self-sustaining power generation operation after the self-sustained preparatory operation is completed, the variable load device L that is the consumption destination of the output power of the fuel cell 44 is increased at a predetermined speed, and the power consumption of the variable load device L is increased. Raw fuel can be input so that the fuel cell 44 can generate output current and thus output power at a corresponding rate of increase. Therefore, during the self-sustaining power generation operation, the output power of the fuel cell 44 can be supplied as much as possible with respect to the necessary power consumption.

また、制御装置19は、燃料電池44の出力電力のうち余剰電力が生じる場合には、可変負荷装置Lの消費電力を調整して余剰電力を消費させて、出力電力が第1の電力量または第2の電力量に一定となるように制御する余剰電力調整部(ステップS246)を、さらに備えている。これにより、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池44の出力電力をより確実に過不足なく供給することができる。   Further, when surplus power is generated in the output power of the fuel cell 44, the control device 19 adjusts the power consumption of the variable load device L to consume the surplus power, and the output power is the first power amount or A surplus power adjustment unit (step S246) that controls the second power amount to be constant is further provided. Thereby, the output power of the fuel cell 44 can be more reliably supplied without excess or deficiency with respect to the required power consumption during the independent power generation operation.

また、制御装置19は、オフセット値を、燃料電池44の積算運転時間が長いほど大きくなるように補正する第1のオフセット設定部(ステップS226−230)を、さらに備えている。これにより、燃料電池44の積算運転時間の長さに応じて、燃料電池44の出力電力の消費先である可変負荷装置Lを所定速度で上昇させることができ、ひいてはその可変負荷装置Lの消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池44が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。   The control device 19 further includes a first offset setting unit (step S226-230) that corrects the offset value so as to increase as the accumulated operation time of the fuel cell 44 increases. As a result, the variable load device L that is the consumption destination of the output power of the fuel cell 44 can be increased at a predetermined speed in accordance with the length of the accumulated operation time of the fuel cell 44, and consequently the consumption of the variable load device L is increased. The raw fuel can be introduced so that the fuel cell 44 can generate the output current and hence the output power at a rate of increase corresponding to the increase in power.

また、原燃料と改質用水蒸気とから燃料を生成する改質部43と、燃料電池44と改質部43とを少なくとも収容する断熱性を有する筐体41と、筐体41内の温度を検出する温度センサ41bと、をさらに備え、制御装置19は、オフセット値を、温度センサ41bによって検出される筐体41内の温度が低いほど大きくなるように補正する第2のオフセット設定部(ステップS222,224,230)を、さらに備えている。これにより、燃料電池44と改質部43とを少なくとも収容する断熱性を有する筐体41の温度(ひいては相関関係にある燃料電池44の温度)に応じて、燃料電池44の出力電力の消費先である可変負荷装置Lを所定速度で上昇させることができ、ひいてはその可変負荷装置Lの消費電力の上昇分に相当する上昇率にて燃料電池が出力電流ひいては出力電力を発生できるように原燃料を投入することできる。   In addition, a reforming unit 43 that generates fuel from raw fuel and reforming steam, a casing 41 that has at least heat insulation that accommodates the fuel cell 44 and the reforming unit 43, and a temperature inside the casing 41 are set. And a second offset setting unit (step) for correcting the offset value so that the offset value increases as the temperature in the casing 41 detected by the temperature sensor 41b decreases. S222, 224, 230) is further provided. Thereby, the consumption destination of the output power of the fuel cell 44 according to the temperature of the casing 41 having heat insulation that accommodates at least the fuel cell 44 and the reforming unit 43 (and thus the temperature of the fuel cell 44 having a correlation). The variable load device L can be raised at a predetermined speed, so that the fuel cell can generate the output current and thus the output power at an increase rate corresponding to the increase in power consumption of the variable load device L. Can be inserted.

なお、上述した実施形態においては、燃料電池44の出力電圧を一定としたが、燃料電池44の電流−電圧特性を用いて制御するようにしてもよい。燃料電池44の電流−電圧特性は、電流が大きくなるほど電圧が小さくなる関係である。これによれば、より精度よく電流を算出し、より精度よく原燃料投入量を制御することができる。   In the above-described embodiment, the output voltage of the fuel cell 44 is constant, but it may be controlled using the current-voltage characteristics of the fuel cell 44. The current-voltage characteristic of the fuel cell 44 has a relationship that the voltage decreases as the current increases. According to this, it is possible to calculate the current more accurately and control the raw fuel input amount more accurately.

また、上述した実施形態においては、原燃料の投入量を導出するようにしたが、原燃料の投入量と同様に、改質水の投入量、酸化剤ガスの投入量を導出し、その供給量を制御するようにしてもよい。原燃料の投入量は、改質水の投入量、酸化剤ガスの投入量とよい相関があるからである。これによれば、改質水投入量および酸化剤ガス投入量も、原燃料投入量と同様に、自立発電運転中、必要な消費電力に対して燃料電池44の出力電力をできるだけ過不足なく供給することができる。また、燃料電池44の劣化を防止することができるとともに、ロバスト性を確保することができる。   In the embodiment described above, the input amount of raw fuel is derived, but the input amount of reforming water and the input amount of oxidant gas are derived and supplied in the same manner as the input amount of raw fuel. The amount may be controlled. This is because the input amount of raw fuel has a good correlation with the input amount of reforming water and the input amount of oxidant gas. According to this, similarly to the raw fuel input amount, the reforming water input amount and the oxidant gas input amount are supplied as much as possible with the output power of the fuel cell 44 as much as possible during the self-sustaining power generation operation. can do. Further, deterioration of the fuel cell 44 can be prevented and robustness can be ensured.

また、上述した実施形態における燃料電池44は固体酸化物燃料電池であったが、本発明を高分子電解質形燃料電池に適用するようにしても良い。この場合、発電機11aは、図15に示すように、主として燃料電池71aおよび改質器71bから構成されている。
燃料電池71aは、燃料ガス(水素ガス)および酸化剤ガス(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流(例えば40V)を出力するものである。
改質器71bは、燃料(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71aに供給するものであり、バーナ(燃焼部)71b1、改質部71b2、一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という)71b3および一酸化炭素選択酸化反応部(以下、CO選択酸化部という)71b4から構成されている。燃料としては、天然ガス、LPG、灯油、ガソリンおよびメタノールなどがある。
バーナ71b1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71aの燃料極からアノードオフガス(燃料電池71aに供給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して燃焼ガスを改質部71b2に導出するものである。
Further, although the fuel cell 44 in the above-described embodiment is a solid oxide fuel cell, the present invention may be applied to a polymer electrolyte fuel cell. In this case, the generator 11a is mainly composed of a fuel cell 71a and a reformer 71b as shown in FIG.
The fuel cell 71a is supplied with a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidant gas (air containing oxygen), generates electric power through a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and outputs a direct current (for example, 40 V).
The reformer 71b steam-reforms the fuel (reforming fuel) and supplies a hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell 71a. The reformer 71b is a burner (combustion unit) 71b1, a reforming unit 71b2, and a monoxide. It consists of a carbon shift reaction part (hereinafter referred to as CO shift part) 71b3 and a carbon monoxide selective oxidation reaction part (hereinafter referred to as CO selective oxidation part) 71b4. Examples of the fuel include natural gas, LPG, kerosene, gasoline, and methanol.
The burner 71b1 is supplied with combustion fuel and combustion air from the outside during start-up operation, or anode off-gas (reformed gas discharged without being supplied to the fuel cell 71a) from the fuel electrode of the fuel cell 71a during steady operation. The supplied combustible gas is combusted and the combustion gas is led to the reforming unit 71b2.

改質部71b2は、外部から供給された燃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71b2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COシフト部71b3に導出される。
COシフト部71b3は、こ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選択酸化部71b4に導出される。
CO選択酸化部71b4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71aの燃料極に導出される。
The reforming unit 71b2 reforms a mixed gas obtained by mixing the fuel supplied from the outside with water vapor (reformed water) from the evaporator by using a catalyst charged in the reforming unit 71b2, and 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 CO shift unit 71b3.
The CO shift unit 71b3 is converted into hydrogen gas and carbon dioxide by reacting carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas with a catalyst filled therein. Thus, the reformed gas is led to the CO selective oxidation unit 71b4 with the carbon monoxide concentration reduced.
The CO selective oxidation unit 71b4 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 further reduced in carbon monoxide concentration (10 ppm or less) and is led to the fuel electrode of the fuel cell 71a.

さらに、本発明による燃料電池システムの他の実施形態として、自立用出力端子16が省略されている実施形態も考えられる。この場合、系統電源30の送電がある場合または停電の場合であっても常に第2負荷装置18が第2開閉器17a1に直接接続されている。系統電源30からの送電があるときは、第2開閉器17a1を開路とするため、第2負荷装置18には電力供給はされない。一方、停電の場合における自立発電運転中には、第2開閉器17a1を閉路とするため、使用者によらず、自動的に第2負荷装置18へ発電機11aからの電力のみが供給されることになる。   Further, as another embodiment of the fuel cell system according to the present invention, an embodiment in which the self-supporting output terminal 16 is omitted is also conceivable. In this case, the second load device 18 is always directly connected to the second switch 17a1 even when there is power transmission from the system power supply 30 or a power failure. When there is power transmission from the system power supply 30, the second switch 17 a 1 is opened, so that no power is supplied to the second load device 18. On the other hand, since the second switch 17a1 is closed during a self-sustained power generation operation in the event of a power failure, only the power from the generator 11a is automatically supplied to the second load device 18 regardless of the user. It will be.

10…発電ユニット、11…発電装置、11a…発電機、41…筺体、41b…温度センサ、43…改質部、44…燃料電池、11b…電力変換装置、11b1…電流センサ、14…送電線、14c…第1開閉器、15…第1負荷装置、17a…送電線、17a1…第2開閉器、18…第2負荷装置、19…燃料電池制御装置(第1および第2の負荷装置制御部、第1および第2の原燃料投入量導出部、第1および第2の原燃料供給制御部、余剰電力調整部、第1および第2のオフセット補正部)、20…貯湯ユニット、21…貯湯槽、22…貯湯槽制御装置、24…湯水循環回路、25…熱交換器、25a…ケーシング、27…貯湯槽制御リモコン、30…系統電源、31…電源ライン、31a…電流センサ、46a1,46a2…着火ヒータ、48b…燃焼触媒ヒータ、100a…電圧センサ、L…可変負荷装置。


DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power generation unit, 11 ... Power generation apparatus, 11a ... Generator, 41 ... Housing, 41b ... Temperature sensor, 43 ... Reformer, 44 ... Fuel cell, 11b ... Power converter, 11b1 ... Current sensor, 14 ... Transmission line , 14c ... 1st switch, 15 ... 1st load device, 17a ... Power transmission line, 17a1 ... 2nd switch, 18 ... 2nd load device, 19 ... Fuel cell control device (1st and 2nd load device control) , First and second raw fuel input amount derivation unit, first and second raw fuel supply control unit, surplus power adjustment unit, first and second offset correction unit), 20... Hot water storage unit, 21. Hot water storage tank, 22 ... Hot water tank control device, 24 ... Hot water circulation circuit, 25 ... Heat exchanger, 25a ... Casing, 27 ... Hot water tank control remote control, 30 ... System power supply, 31 ... Power line, 31a ... Current sensor, 46a1, 46a2 ... ignition Motor, 48b ... combustion catalyst heater, 100a ... voltage sensor, L ... variable load device.


Claims (5)

燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の出力電流を検出する電流センサと、
系統電源の送電が停止された場合であって前記系統電源と解列された前記燃料電池を発電させる自立発電運転中において、前記燃料電池からの出力電力のみが供給されて、消費電力が可変に制御できる可変負荷装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料の原料となる原燃料を前記燃料電池システムに供給する原燃料供給装置と、
前記燃料電池システムを制御する制御装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記自立発電運転中であって、前記燃料電池の出力電力が前記可変負荷装置の最大消費電力に相当する第1の電力量となるまでの間の運転である自立準備運転中においては、前記可変負荷装置の消費電力を第1の所定速度で上昇させるように前記可変負荷装置を制御する第1の可変負荷装置制御部と、
前記電流センサによって検出された出力電流値に、前記第1の可変負荷装置制御部によって制御される前記可変負荷装置の消費電力の上昇分に相当するオフセット値を加えて得た値と、前記原燃料の投入量と前記燃料電池の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から前記原燃料供給装置によって供給される原燃料投入量を導出する第1の原燃料投入量導出部と、
前記原燃料の供給量が、前記第1の原燃料投入量導出部によって導出された前記原燃料投入量となるように前記原燃料供給装置を制御する第1の原燃料供給制御部と、
を備えた燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A current sensor for detecting an output current of the fuel cell;
When the power transmission of the system power supply is stopped and during the self-sustaining power generation operation that generates power from the fuel cell separated from the system power supply, only the output power from the fuel cell is supplied and the power consumption is variable. A fuel cell system comprising a variable load device that can be controlled,
A raw fuel supply device for supplying raw fuel as a raw material of the fuel to the fuel cell system;
A control device for controlling the fuel cell system,
The controller is
During the self-sustaining power generation operation and during the self-sustained preparatory operation that is an operation until the output power of the fuel cell reaches the first power amount corresponding to the maximum power consumption of the variable load device, the variable A first variable load device controller that controls the variable load device to increase the power consumption of the load device at a first predetermined speed;
A value obtained by adding an offset value corresponding to an increase in power consumption of the variable load device controlled by the first variable load device controller to the output current value detected by the current sensor; A first raw fuel input amount deriving unit for deriving a raw fuel input amount supplied by the raw fuel supply device from a map or a relational expression showing a relationship between a fuel input amount and an output current of the fuel cell;
A first raw fuel supply control unit that controls the raw fuel supply device so that a supply amount of the raw fuel becomes the raw fuel input amount derived by the first raw fuel input amount deriving unit;
A fuel cell system comprising:
前記制御装置は、
前記自立準備運転が完了した後の自立発電運転中において、前記燃料電池の出力電力を前記第1の電力量を超えて第2の電力量まで増大させるときには、前記自立発電運転中にのみ前記出力電力が供給される自立運転時負荷装置と前記可変負荷装置との総消費電力を第2の所定速度で上昇させるように前記可変負荷装置を制御する第2の可変負荷装置制御部と、
前記電流センサによって検出された出力電流値に、前記第2の可変負荷装置制御部によって制御される前記総消費電力の上昇分に相当するオフセット値を加えて得た値と、前記原燃料の投入量と前記燃料電池の出力電流との関係を示すマップまたは関係式と、から前記原燃料供給装置によって供給される原燃料投入量を導出する第2の原燃料投入量導出部と、
前記原燃料の供給量が、前記第2の原燃料投入量導出部によって導出された前記原燃料投入量となるように前記原燃料供給装置を制御する第2の原燃料供給制御部と、
を備えた請求項1の燃料電池システム。
The controller is
When the output power of the fuel cell is increased beyond the first power amount to the second power amount during the self-sustaining power generation operation after the self-sustained preparatory operation is completed, the output is performed only during the self-sustained power generation operation. A second variable load device controller that controls the variable load device so as to increase the total power consumption of the load device and the variable load device to which electric power is supplied at a second predetermined speed;
A value obtained by adding an offset value corresponding to an increase in the total power consumption controlled by the second variable load device control unit to the output current value detected by the current sensor, and input of the raw fuel A second raw fuel input amount deriving unit for deriving the raw fuel input amount supplied by the raw fuel supply device from a map or a relational expression showing the relationship between the amount and the output current of the fuel cell;
A second raw fuel supply control unit that controls the raw fuel supply device so that the supply amount of the raw fuel becomes the raw fuel input amount derived by the second raw fuel input amount deriving unit;
A fuel cell system according to claim 1 comprising:
前記制御装置は、前記燃料電池の出力電力のうち余剰電力が生じる場合には、前記可変負荷装置の消費電力を調整して前記余剰電力を消費させて、前記出力電力が前記第1の電力量または前記第2の電力量に一定となるように制御する余剰電力調整部を、さらに備えた請求項1または請求項2の燃料電池システム。   When surplus power is generated in the output power of the fuel cell, the control device adjusts the power consumption of the variable load device to consume the surplus power, and the output power is the first power amount. The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising a surplus power adjustment unit that controls the second electric energy to be constant. 前記制御装置は、前記オフセット値を、前記燃料電池の積算運転時間が長いほど大きくなるように補正する第1のオフセット設定部を、さらに備えた請求項1ないし請求項3の何れか一項の燃料電池システム。   4. The control device according to claim 1, further comprising a first offset setting unit that corrects the offset value so that the accumulated operation time of the fuel cell increases. 5. Fuel cell system. 前記原燃料と改質用水蒸気とから前記燃料を生成する改質部と、
前記燃料電池と前記改質部とを少なくとも収容する断熱性を有する筐体と、
前記筐体内の温度を検出する温度センサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記オフセット値を、前記温度センサによって検出される筐体内の温度が低いほど大きくなるように補正する第2のオフセット設定部を、さらに備えた請求項1ないし請求項4の何れか一項の燃料電池システム。
A reforming section for producing the fuel from the raw fuel and reforming steam;
A housing having at least heat insulation for housing the fuel cell and the reforming unit;
A temperature sensor for detecting the temperature in the housing;
Further comprising
5. The control device according to claim 1, further comprising: a second offset setting unit that corrects the offset value so that the offset value increases as the temperature in the housing detected by the temperature sensor decreases. A fuel cell system according to claim 1.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016072106A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Power control method of power supply system, and power supply system
JP2016103365A (en) * 2014-11-27 2016-06-02 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP2017152339A (en) * 2016-02-26 2017-08-31 アイシン精機株式会社 System interconnection control device
JP2017157272A (en) * 2016-02-29 2017-09-07 アイシン精機株式会社 Fuel battery system
WO2017209123A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 日立造船株式会社 Fuel cell system
WO2018021349A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 京セラ株式会社 Power generation unit and method for controlling same
JP6381714B1 (en) * 2017-03-10 2018-08-29 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and fuel cell control program
JP2019160447A (en) * 2018-03-08 2019-09-19 アイシン精機株式会社 Power generation system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02168571A (en) * 1988-08-17 1990-06-28 Tohoku Electric Power Co Inc Control method for fuel battery power generating device
JPH0465065A (en) * 1990-07-02 1992-03-02 Fuji Electric Co Ltd Fuel cell power generator
JP2004288387A (en) * 2003-03-19 2004-10-14 Ebara Ballard Corp Fuel cell power generation system
JP2005268149A (en) * 2004-03-22 2005-09-29 Osaka Gas Co Ltd Power supply system
JP2008103278A (en) * 2006-10-20 2008-05-01 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2008152997A (en) * 2006-12-15 2008-07-03 Toshiba Corp Fuel cell power generating device and its control method
JP2012212573A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Toto Ltd Solid oxide fuel cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02168571A (en) * 1988-08-17 1990-06-28 Tohoku Electric Power Co Inc Control method for fuel battery power generating device
JPH0465065A (en) * 1990-07-02 1992-03-02 Fuji Electric Co Ltd Fuel cell power generator
JP2004288387A (en) * 2003-03-19 2004-10-14 Ebara Ballard Corp Fuel cell power generation system
JP2005268149A (en) * 2004-03-22 2005-09-29 Osaka Gas Co Ltd Power supply system
JP2008103278A (en) * 2006-10-20 2008-05-01 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2008152997A (en) * 2006-12-15 2008-07-03 Toshiba Corp Fuel cell power generating device and its control method
JP2012212573A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Toto Ltd Solid oxide fuel cell

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016072106A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Power control method of power supply system, and power supply system
JP2016103365A (en) * 2014-11-27 2016-06-02 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP2017152339A (en) * 2016-02-26 2017-08-31 アイシン精機株式会社 System interconnection control device
JP2017157272A (en) * 2016-02-29 2017-09-07 アイシン精機株式会社 Fuel battery system
EP3467923A4 (en) * 2016-05-31 2020-01-15 Hitachi Zosen Corporation Fuel cell system
WO2017209123A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 日立造船株式会社 Fuel cell system
KR102312074B1 (en) * 2016-05-31 2021-10-12 히다치 조센 가부시키가이샤 fuel cell system
US11056699B2 (en) 2016-05-31 2021-07-06 Hitachi Zosen Corporation Fuel cell system
KR20190015308A (en) * 2016-05-31 2019-02-13 히다치 조센 가부시키가이샤 Fuel cell system
WO2018021349A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 京セラ株式会社 Power generation unit and method for controlling same
JP2018152205A (en) * 2017-03-10 2018-09-27 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and fuel cell control program
US10971747B2 (en) 2017-03-10 2021-04-06 Tokyo Gas Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell control program
WO2018163964A1 (en) * 2017-03-10 2018-09-13 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and fuel cell control program
JP6381714B1 (en) * 2017-03-10 2018-08-29 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and fuel cell control program
JP2019160447A (en) * 2018-03-08 2019-09-19 アイシン精機株式会社 Power generation system
JP7056245B2 (en) 2018-03-08 2022-04-19 株式会社アイシン Power generation system

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