JP2015018729A - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
Description
このような従来の燃料電池システムは、図9に示すように、発電を実施する燃料電池ユニット100と、熱を蓄える貯湯ユニット200で構成される。燃料電池ユニット100は、還元剤ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池1と、都市ガスやプロパン、灯油などの炭化水素系原料に水蒸気を添加して改質し、水素を多く含んだ還元剤ガスを生成する水素生成装置2と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池1に供給する空気供給装置3と、燃料電池1で発電と同時に発生した熱を冷却する冷却媒体を流通する冷却経路4および冷却水ポンプ5と、経路に接続され冷却媒体から蓄熱媒体に熱を回収する熱交換器6と、蓄熱媒体を流通する蓄熱経路7および蓄熱水ポンプ8と、燃料電池1で発電された直流電力を交流電力に変換し、家庭の電化製品などの電力負荷に供給する電力変換装置9とで構成され、貯湯ユニット200は、蓄熱経路7に接続され熱交換器6により熱を回収した蓄熱媒体を蓄える蓄熱槽10と、蓄熱槽に蓄えられる蓄熱媒体の温度を計測する蓄熱温度センサ11と、燃料電池システム内のこれら各機器を制御する制御器12とで構成される。
と、前記冷却媒体と蓄熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器と、前記蓄熱媒体を蓄える蓄熱槽と、前記熱交換器での熱回収後に前記蓄熱槽に戻る前記蓄熱媒体の温度を計測する蓄熱槽入口温度計測手段と、制御器とを備える。
前記制御器は、前記蓄熱槽入口温度計測手段により計測された蓄熱槽入口温度が第一の閾値よりも低い場合、前記燃料電池に許容される最低発電量を増加させることにより、蓄熱槽入口温度計測手段で計測された蓄熱槽入口温度が第一の閾値以下に低下した場合、最低発電量を増加させるので、最低発電量における熱回収量が増加して放熱の影響が小さくなり、蓄熱槽入口温度の低下を防止することができる。
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
置され間接的に冷却媒体を加熱してもよい。さらに、冷却経路4に設置されてもよく、蓄熱経路7に設置されてもよい。
の状況で蓄熱経路の放熱が大きく蓄熱槽入口温度の低下が発生する場合の動作について説明する。この運転制御は、発電運転時に上記の事象が発生した場合に、制御器12によって遂行される。
本実施の形態1の変形例1において、制御器12は、最低発電量における発電が第二の所定時間継続したか(例えば、60分)、さらには、その間の蓄熱温度センサ11により計測した蓄熱槽入口の蓄熱媒体の温度が第一の閾値よりも高い第二の閾値(例えば、60℃)以上を継続したかどうか判断する(図3ステップS21)。条件を満足した場合、現在の燃料電池システムの最低発電量が初期設定値(例えば200W)であるかどうかを判断する(図3ステップS22)。初期設定値でない場合、最低発電量を所定量(例えば、50W)低下させ負荷追従運転を継続する(図3ステップS23)。一方、ステップS21において条件を満足しない場合、蓄熱槽入口の蓄熱媒体の温度が第一の閾値(例えば、50℃)以上を第一の所定時間(例えば30分)継続したかどうか判断する(図3ステップS24)。条件を満足する場合、燃料電池システムの最低発電量を所定量(例えば、50W)増加させ負荷追従運転を継続する(図3ステップS25)。
図4は本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
本実施の形態2の変形例1において、最低発電量を増加させた時点で外気温度センサ19により計測された外気温度を記憶する記憶装置(図示せず)を制御器12に備え、最低発電量を増加させた時点から外気温度が所定値以上上昇した場合、最低発電量の設定を初期化するものである。
さくなった時間帯の運転において、個別の燃料電池システムの設置状態や環境に応じて最低発電量を低下させるため、蓄熱槽入口温度の低下を防止できるとともに、より低い発電量での運転が可能となり、燃料電池システムの省エネ性能をより向上することができる。
本実施の形態2の変形例2において、最低発電量を増加させた時刻を記憶する記憶装置(図示せず)を制御器12に備え、最低発電量を増加させた時点から所定時間経過した場合、最低発電量の設定を増加させるものである。
本実施の形態2の変形例3において、制御器12は、燃料電池システムが発電運転か否かを判断する(図8ステップS61)。ステップS61において、発電運転の場合、蓄熱温度センサ11により計測した蓄熱槽入口の蓄熱媒体の温度が第一の閾値(例えば、50℃)以下に低下したかどうか判断する(図8ステップS62)。蓄熱槽入口温度が第一の閾値以下に低下した場合、燃料電池システムの最低発電量を所定量(例えば、50W)増加させ負荷追従運転を継続する(図8ステップS63)。以後、所定の時間間隔(例えば30分)で同様の動作を実施する(図8ステップS64)。一方、ステップS61において発電運転でない場合、制御器12は、燃料電池システムの最低発電量を初期設定地に変更し、次回発電運転時に再びステップS61から動作を実施する(図8ステップS65)。
おける冬期の運転などにおいて、蓄熱槽入口温度の低下が防止でき、例えば家庭用の燃料電池コージェネレーションシステム等として有用である。
2 水素生成装置
3 空気供給装置
4 冷却経路
5 冷却水ポンプ
6 熱交換器
7 蓄熱経路
8 蓄熱水ポンプ
9 電力変換装置
10 蓄熱槽
11 蓄熱温度センサ
12 制御器
13 冷却温度センサ
14 余剰電力消費ヒータ
15 酸化剤ガス供給経路
16 還元剤ガス供給経路
17 直流電力経路
18 交流電力経路
19 外気温度センサ
100 燃料電池ユニット
200 貯湯ユニット
Claims (7)
- 水素を含む還元剤ガスと、空気などの酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電にともなって発生する熱を回収する冷却媒体を通流する冷却経路と、前記冷却媒体から熱を回収し蓄熱する蓄熱媒体を通流する蓄熱経路と、前記冷却媒体と蓄熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器と、前記蓄熱媒体を蓄える蓄熱槽と、前記熱交換器での熱回収後に前記蓄熱槽に戻る前記蓄熱媒体の温度を計測する蓄熱槽入口温度計測手段と、制御器とを備え、前記制御器は、前記蓄熱槽入口温度計測手段により計測された蓄熱槽入口温度が第一の閾値よりも低い場合、前記燃料電池に許容される最低発電量を増加させることを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記制御器は、前記最低発電量を増加させた後、蓄熱槽入口温度が、前記第一の閾値より高く設定された第二の閾値よりも高い状態を所定時間継続した場合、前記最低発電量を低下させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 気温を計測する外気温計測手段をさらに備え、前記制御器は、前記最低発電量を増加させた後、前記外気温計測手段により計測された外気温度が第三の閾値よりも高い状態を所定時間継続した場合、前記最低発電量を低下させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 気温を計測する外気温計測手段をさらに備え、前記制御器は、前記最低発電量を増加させた後、前記外気温計測手段により計測された外気温が、最低発電量を増加させた際に計測した外気温よりも、第四の閾値以上高い状態を所定時間継続した場合、前記燃料電池に許容される最低発電量を低下させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記制御器は、前記最低発電量を増加させた後、所定の時間が経過した場合、前記最低発電量を低下させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記制御器は、前記最低発電量を増加させた後、発電運転を停止した場合、前記最低発電量を初期値に戻すことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
- 前記燃料電池と前記熱交換器と前記制御機と前記冷却経路とを発電ユニットとして構成し、前記蓄熱槽と前記蓄熱槽入口温度計測手段とを貯湯ユニットとして構成して、前記蓄熱経路は、前記発電ユニットと前記貯湯ユニットとの間を通流するよう構成されている請求項1〜6記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
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