JP2016103363A - Fuel battery system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery system that can be supplied with water used for power generation from the outside and suppress reduction of the power generation amount.SOLUTION: A fuel battery system has a fuel battery 1, a heat exchange unit 2 for performing heat-exchange between exhaust gas discharged from the fuel battery and heat medium to reduce exhaust gas temperature and withdraw water, a storage tank 4 for storing the heat medium heated by the heat-exchange with the exhaust gas, a detector 41 for detecting the temperature state of the heat medium in the storage tank, a circulation flow path 8 for circulating the heat medium in the storage tank through the heat-exchange unit, a heat radiation unit 3 for making the heat medium flowing in the circulation flow path radiate heat, a heater 5 for heating the heat medium flowing in the circulation flow path, a calculator 6 for calculating heat radiation tolerance of the heat radiation unit, and an output controller 7 for controlling power generation output of the fuel battery. When the heat medium in the storage tank is determined to reach a full storage state, the output controller controls the power generation output of the fuel battery so that the power generation output is larger than the lowest power generation output within a range where the heat radiation tolerance has a positive value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は燃料電池から排出された排ガスから発電に必要となる水を回収することができる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system capable of recovering water necessary for power generation from exhaust gas discharged from a fuel cell.

燃料電池で発電するにあたり、例えば、原料を水蒸気改質するときなどに水が必要となる。そこで、このような発電に必要とされる水を燃料電池から排出された排ガスから回収することができる燃料電池発電装置が提案されている(例えば、特許文献1)。   When generating electricity with a fuel cell, for example, water is required when steam reforming the raw material. Therefore, a fuel cell power generation device has been proposed that can recover the water required for such power generation from the exhaust gas discharged from the fuel cell (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載された燃料電池発電装置は、燃料電池から排出される酸化剤ガスを凝縮する凝縮器を備え、凝縮器から排出される凝縮水を燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方の加湿に利用する。   The fuel cell power generator described in Patent Document 1 includes a condenser that condenses the oxidant gas discharged from the fuel cell, and the condensed water discharged from the condenser is humidified by at least one of the fuel gas and the oxidant gas. To use.

特開2003−45471号公報JP 2003-45471 A

本発明は、発電に用いるための水を外部から供給することなく得ることができるとともに、発電量の低下を抑制する燃料電池システムを提供する。   The present invention provides a fuel cell system that can be obtained without supplying water to be used for power generation from the outside and suppresses a decrease in the amount of power generation.

本発明に係る燃料電池システムの一態様(aspect)は、上記した課題を解決するために、燃料電池と、前記燃料電池から排出される排ガスと熱媒体との間で熱交換し、該排ガスの温度を低下させ、該燃料電池の発電に利用する水を回収する熱交換部と、前記熱交換部における前記排ガスとの熱交換により加熱された前記熱媒体を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内の前記熱媒体の温度状態を検知する検知部と、前記貯蔵タンク内の前記熱媒体を、前記熱交換部を通じて循環させる循環流路と、前記循環流路を流通する前記熱媒体を放熱させる放熱部と、前記循環流路を流通する前記熱媒体を加熱するヒータと、前記放熱部により前記熱媒体から放熱させることが可能な最大放熱量から、前記熱交換部および前記ヒータにおいて該熱媒体に伝熱させた熱量を差し引くことで求められる値である、前記放熱部の放熱余裕度を算出する算出部と、前記燃料電池の発電出力を制御する出力制御部と、を備え、前記出力制御部は、前記検知部の検知結果に基づき前記貯蔵タンク内の前記熱媒体が満蓄状態に達したと判定した場合、前記算出部により算出される前記放熱余裕度が正の値となる範囲内で、予め設定されている前記燃料電池の発電量の下限値である最低発電出力よりも大きくなるように前記燃料電池の発電出力を制御する。   In order to solve the above-described problem, an aspect of a fuel cell system according to the present invention performs heat exchange between a fuel cell, exhaust gas discharged from the fuel cell, and a heat medium, and A heat exchanging section for recovering water used for power generation of the fuel cell, a storage tank for storing the heat medium heated by heat exchange with the exhaust gas in the heat exchanging section, and the storage tank A detection unit that detects a temperature state of the heat medium in the storage tank, a circulation channel that circulates the heat medium in the storage tank through the heat exchange unit, and the heat medium that circulates in the circulation channel In the heat exchanging unit and the heater, a heat dissipating part, a heater that heats the heat medium flowing through the circulation channel, and a maximum heat dissipating amount that can be dissipated from the heat medium by the heat dissipating part. A calculation unit that calculates a heat dissipation margin of the heat dissipation unit, which is a value obtained by subtracting the amount of heat transferred to the medium, and an output control unit that controls a power generation output of the fuel cell, and the output When the control unit determines that the heat medium in the storage tank has reached the full storage state based on the detection result of the detection unit, the range in which the heat dissipation margin calculated by the calculation unit is a positive value. The power generation output of the fuel cell is controlled to be larger than a preset minimum power generation output that is a lower limit value of the power generation amount of the fuel cell.

本発明の一態様によれば、発電に用いるための水を外部から供給することなく得ることができるとともに、発電量の低下を抑制することができるという効果を奏する。   According to one embodiment of the present invention, water for use in power generation can be obtained without being supplied from the outside, and an effect that a decrease in power generation amount can be suppressed can be achieved.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 図2に示す燃料電池システムの実施例1に関する概略構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure regarding Example 1 of the fuel cell system shown in FIG. 図2に示す燃料電池システムの実施例2に関する概略構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure regarding Example 2 of the fuel cell system shown in FIG. 図4に示す実施例2の燃料電池システムの変形例に関する概略構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure regarding the modification of the fuel cell system of Example 2 shown in FIG.

(本発明の一形態を得るに至った経緯)
本発明者らは、発電時に発生する排ガスから熱を回収し、回収した熱により加熱された水を貯留する貯湯タンクを備えた燃料電池システムに関して鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
(Background to obtaining one embodiment of the present invention)
The present inventors have earnestly studied a fuel cell system including a hot water storage tank that recovers heat from exhaust gas generated during power generation and stores water heated by the recovered heat. As a result, the following knowledge was obtained.

まず、燃料電池は、高い発電効率と高品位な排熱の二次利用とを可能とするため、分散電源としての利用が期待されている。燃料電池を分散電源として利用する分散型発電システムを有効に機能させるためには、発電時に原料を安定的に供給する必要がある。なお、一般的に、燃料電池の原料は、既存のインフラストラクチャーから供給される、例えば、天然ガスを主成分とする天然ガス(都市ガス)、LPG、ガソリン、灯油等が利用される。   First, the fuel cell is expected to be used as a distributed power source because it enables high power generation efficiency and secondary use of high-quality exhaust heat. In order to effectively function a distributed power generation system that uses a fuel cell as a distributed power source, it is necessary to stably supply raw materials during power generation. In general, the raw material of the fuel cell is supplied from an existing infrastructure, for example, natural gas (city gas) mainly composed of natural gas, LPG, gasoline, kerosene, or the like is used.

ところで、燃料電池は、水素含有ガス(改質ガス)と、空気等の酸化剤ガスとを電気化学反応(発電反応)させることにより、電力と熱とを同時に発生させる。ここで、供給された原料に対する代表的な改質方法としては、空気の共存下で改質を行う部分酸化改質と、水蒸気の共存下で改質を行う水蒸気改質が挙げられる。前者よりも後者の方が、発電効率が高くなるため、同量の原料消費における稼動時間が後者の方が長くなり、燃費が節約できる。このため燃料電池を分散電源として利用する場合、水蒸気改質により原料を改質する構成の方が有利である。   By the way, a fuel cell generates electric power and heat simultaneously by causing an electrochemical reaction (power generation reaction) between a hydrogen-containing gas (reformed gas) and an oxidant gas such as air. Here, typical reforming methods for the supplied raw material include partial oxidation reforming in which reforming is performed in the presence of air and steam reforming in which reforming is performed in the presence of steam. Since the latter has higher power generation efficiency than the former, the latter has a longer operating time for consumption of the same amount of raw material, and fuel consumption can be saved. For this reason, when using a fuel cell as a distributed power supply, the structure which reforms a raw material by steam reforming is more advantageous.

しかしながら、水蒸気改質により改質ガスを生成し、燃料電池を分散電源として利用する分散型発電システムを機能させるためには、上記した原料に加えて、水を安定的に該分散型発電システムに供給する必要がある。ここで、燃料電池から排出された排ガスには水分が含まれている。そこで、発電に利用する水を排ガス中から回収することで安定的な水の供給を図ることができる。なお、このように外部の水源から水を供給させることなく、系内で水を回収し、この水の供給を行うことができることを水自立できると称する。   However, in order to function a distributed power generation system that generates reformed gas by steam reforming and uses a fuel cell as a distributed power source, in addition to the above-described raw materials, water is stably supplied to the distributed power generation system. It is necessary to supply. Here, the exhaust gas discharged from the fuel cell contains moisture. Accordingly, stable water supply can be achieved by collecting water used for power generation from the exhaust gas. In addition, it can be said that water can be recovered in the system without supplying water from an external water source and the water can be supplied.

ここで、本発明者らが、このように排ガス中の水を回収して安定的に水の供給を図る構成を有しつつ、発電時に発生する熱を湯として貯める貯湯タンクを備えた燃料電池システムの動作を検討したところ以下の問題が生じることに気がついた。   Here, the fuel cell having a hot water storage tank that stores the heat generated during power generation as hot water while the present inventors have configured to recover the water in the exhaust gas and stably supply the water as described above. After examining the operation of the system, I noticed the following problems.

すなわち、貯湯タンク内が満蓄状態となった場合であって、貯湯タンク内の湯を外部に排出させることができない構成のとき、燃料電池は貯湯タンクの上限蓄熱量を超えないようにするために、発電出力を下げ、排出ガスから回収される熱量を下げる必要がある。このとき、発電出力を予め設定された下限値まで下げると発電量が低下し、例えば、家庭などで消費する電力量のうち、燃料電池の発電により賄える電力量が小さくなってしまい、経済性が低下する場合があった。なお、これ以降では、燃料電池において予め設定された発電出力の下限値を、最低発電出力Q4と称する。   That is, when the hot water storage tank is fully stored and the hot water in the hot water storage tank cannot be discharged to the outside, the fuel cell does not exceed the upper limit heat storage amount of the hot water storage tank. In addition, it is necessary to reduce the power generation output and the amount of heat recovered from the exhaust gas. At this time, if the power generation output is lowered to a preset lower limit value, the power generation amount is reduced. For example, among the electric energy consumed at home and the like, the amount of power that can be provided by the power generation of the fuel cell is reduced, and the economic efficiency is reduced. There was a case of decline. Hereinafter, the lower limit value of the power generation output set in advance in the fuel cell is referred to as the minimum power generation output Q4.

例えば、背景技術で提示した特許文献1の燃料電池発電装置は、排ガスと循環水との熱交換で凝縮を行う凝縮器の熱交換能力を基に、燃料電池の発電出力を制御する構成となっている。このような構成で貯湯タンクが満蓄状態となった場合、燃料電池における水自立は維持できるが、発電により賄える電力量の低下を防ぐ事ができない場合があることを見出し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。   For example, the fuel cell power generation device of Patent Document 1 presented in the background art is configured to control the power generation output of the fuel cell based on the heat exchange capability of a condenser that performs condensation by heat exchange between exhaust gas and circulating water. ing. When the hot water storage tank is fully stored in such a configuration, water self-sustained in the fuel cell can be maintained, but it has been found that there is a case where it is not possible to prevent a reduction in the amount of power that can be covered by power generation, and the present invention has been achieved. . The present invention specifically provides the following modes.

本発明の第1の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出される排ガスと熱媒体との間で熱交換し、該排ガスの温度を低下させ、該燃料電池の発電に利用する水を回収する熱交換部と、前記熱交換部における前記排ガスとの熱交換により加熱された前記熱媒体を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内の前記熱媒体の温度状態を検知する検知部と、前記貯蔵タンク内の前記熱媒体を、前記熱交換部を通じて循環させる循環流路と、前記循環流路を流通する前記熱媒体を放熱させる放熱部と、前記循環流路を流通する前記熱媒体を加熱するヒータと、前記放熱部により前記熱媒体から放熱させることが可能な最大放熱量から、前記熱交換部および前記ヒータにおいて該熱媒体に伝熱させた熱量を差し引くことで求められる値である、前記放熱部の放熱余裕度を算出する算出部と、前記燃料電池の発電出力を制御する出力制御部と、を備え、前記出力制御部は、前記検知部の検知結果に基づき前記貯蔵タンク内の前記熱媒体が満蓄状態に達したと判定した場合、前記算出部により算出される前記放熱余裕度が正の値となる範囲内で、予め設定されている前記燃料電池の発電量の下限値である最低発電出力よりも大きくなるように前記燃料電池の発電出力を制御する。   The fuel cell system according to the first aspect of the present invention is configured to exchange heat between a fuel cell and an exhaust gas discharged from the fuel cell and a heat medium, to reduce the temperature of the exhaust gas, and to generate electric power from the fuel cell. A heat exchanging unit that collects water used for the heat exchange, a storage tank that stores the heat medium heated by heat exchange with the exhaust gas in the heat exchanging unit, and a temperature state of the heat medium in the storage tank is detected A circulating flow path for circulating the heat medium in the storage tank through the heat exchange section, a heat dissipating section for dissipating the heat medium flowing through the circulation flow path, and a flow through the circulation flow path Subtracting the amount of heat transferred to the heat medium in the heat exchanging unit and the heater from the heater that heats the heat medium and the maximum heat radiation amount that can be dissipated from the heat medium by the heat dissipating unit. Asking A calculation unit that calculates a heat dissipation margin of the heat dissipation unit, and an output control unit that controls a power generation output of the fuel cell, and the output control unit is based on a detection result of the detection unit. When it is determined that the heat medium in the storage tank has reached a fully stored state, the heat dissipation margin calculated by the calculation unit is within a range in which the heat dissipation margin is a positive value. The power generation output of the fuel cell is controlled to be larger than the minimum power generation output that is the lower limit value of the power generation amount.

上記構成によると、熱交換部を備えるため、排ガスと熱媒体との間における熱交換により排ガスから燃料電池の発電に利用する水を回収することができる。すなわち、外部の水源から水を供給することなく系内にて発電に利用する水を回収することができる。   According to the said structure, since the heat exchange part is provided, the water utilized for the electric power generation of a fuel cell can be collect | recovered from waste gas by the heat exchange between waste gas and a heat medium. That is, the water used for power generation can be recovered in the system without supplying water from an external water source.

また、放熱部、熱交換部、ヒータを備えるため、循環流路を流通する熱媒体の温度を調整することができる。さらに、算出部を備えるため、放熱部における放熱余裕度を求めることができる。このため、貯蔵タンク内の熱媒体が満蓄状態に達したときに、熱媒体放熱部で放熱させ、熱媒体の温度を低下させることができるか否か把握することができる。また、出力制御部を備えるため、放熱余裕度が正の値となる範囲内で、つまり、放熱部において熱媒体を放熱することができる範囲内で、最低発電出力よりも大きい発電出力となるように燃料電池の発電出力を制御することができる。   Moreover, since the heat radiating part, the heat exchanging part, and the heater are provided, the temperature of the heat medium flowing through the circulation channel can be adjusted. Furthermore, since the calculation unit is provided, the heat dissipation margin in the heat dissipation unit can be obtained. For this reason, when the heat medium in a storage tank reaches a full storage state, it can be grasped | ascertained whether it can radiate with a heat medium thermal radiation part, and the temperature of a heat medium can be reduced. In addition, since the output control unit is provided, the power generation output is larger than the minimum power generation output within a range where the heat dissipation margin is a positive value, that is, within a range where the heat medium can be radiated in the heat dissipation unit. In addition, the power generation output of the fuel cell can be controlled.

したがって、本発明の第1の態様に係る燃料電池システムは、満蓄状態に達したと判定された場合に最低発電出力で燃料電池が発電を行う構成と比較して、燃料電池の発電により賄える発電量の低下を抑制することができる。   Therefore, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention can be covered by the power generation of the fuel cell as compared with the configuration in which the fuel cell generates power at the minimum power generation output when it is determined that the fully stored state has been reached. A decrease in the amount of power generation can be suppressed.

よって、発電に用いるための水を外部から供給することなく得ることができるとともに、発電量の低下を抑制することができるという効果を奏する。   Therefore, it is possible to obtain water for use in power generation without supplying it from the outside, and it is possible to suppress the decrease in power generation amount.

本発明の第2の態様に係る燃料電池システムは、上記した第1の態様において、前記算出部は、前記放熱部における熱交換量を算出することで、前記熱媒体の放熱量の最大値を求める第1熱交換量算出部と、前記熱交換部における熱交換量を算出することで、前記排ガスから前記熱媒体に伝熱した熱量を求める第2熱交換量算出部と、前記ヒータにより出力される熱量を検知することで、該ヒータから前記熱媒体に伝熱した熱量を求めるヒータ出力検知部と、前記第1熱交換量算出部によって求めた前記熱媒体からの放熱量の最大値から、前記第2熱交換量算出部および前記ヒータ出力検知部により求めた、前記熱媒体に伝熱した熱量を差し引いて前記放熱部の前記放熱余裕度を算出する放熱余裕度算出部と、を備えるように構成されていてもよい。   In the fuel cell system according to a second aspect of the present invention, in the first aspect described above, the calculation unit calculates a heat exchange amount in the heat dissipation unit, thereby obtaining a maximum value of the heat dissipation amount of the heat medium. The first heat exchange amount calculation unit to be obtained, the second heat exchange amount calculation unit to obtain the amount of heat transferred from the exhaust gas to the heat medium by calculating the heat exchange amount in the heat exchange unit, and output by the heater From the maximum value of the amount of heat released from the heat medium obtained by the heater output detector that obtains the amount of heat transferred from the heater to the heat medium, and the first heat exchange amount calculator. A heat dissipation margin calculation unit that calculates the heat dissipation margin of the heat dissipation unit by subtracting the amount of heat transferred to the heat medium obtained by the second heat exchange amount calculation unit and the heater output detection unit. Configured as Good.

本発明の第3の態様に係る燃料電池システムは、上記した第2の態様において、前記循環流路を流通する前記熱媒体の流量を検知する熱媒体流量検知部と、前記放熱部に流入する前記熱媒体の温度である放熱部入口温度を測定する放熱部入口温度センサと、前記放熱部から流出する前記熱媒体の温度である放熱部出口温度を測定する放熱部出口温度センサと、をさらに備え、前記第1熱交換量算出部は、前記放熱部入口温度センサによって測定された放熱部入口温度と、前記放熱部出口温度センサによって測定された放熱部出口温度と、前記熱媒体流量検知部により検知された前記循環流路を流通する熱媒体の流量とから、前記放熱部における熱交換量を算出するように構成されていてもよい。   In the fuel cell system according to the third aspect of the present invention, in the second aspect described above, the heat medium flow rate detection unit that detects the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path, and the heat radiation unit flow A heat radiating unit inlet temperature sensor that measures a heat radiating unit inlet temperature that is a temperature of the heat medium; and a heat radiating unit outlet temperature sensor that measures a heat radiating unit outlet temperature that is a temperature of the heat medium flowing out of the heat radiating unit. The first heat exchange amount calculation unit includes a heat radiation unit inlet temperature measured by the heat radiation unit inlet temperature sensor, a heat radiation unit outlet temperature measured by the heat radiation unit outlet temperature sensor, and the heat medium flow rate detection unit. The heat exchange amount in the heat radiating section may be calculated from the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path detected by the above.

本発明の第4の態様に係る燃料電池システムは、上記した第2の態様において、前記循環流路を流通する前記熱媒体の流量を検知する熱媒体流量検知部と、前記熱交換部に流入する前記熱媒体の温度である熱交換部入口温度を測定する第1熱交換部入口温度センサと、前記熱交換部から流出する前記熱媒体の温度である熱交換部出口温度を測定する第1熱交換部出口温度センサと、をさらに備え、前記第2熱交換量算出部は、前記第1熱交換部入口温度センサによって測定された熱交換部入口温度と、前記第1熱交換部出口温度センサによって測定された熱交換部出口温度と、前記熱媒体流量検知部により検知された前記循環流路を流通する前記熱媒体の流量とから、前記熱交換部における熱交換量を算出するように構成されていてもよい。   A fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect described above, wherein the heat medium flow rate detection unit detects the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path, and flows into the heat exchange unit. A first heat exchange section inlet temperature sensor that measures a heat exchange section inlet temperature that is a temperature of the heat medium, and a first heat exchange section outlet temperature that is a temperature of the heat medium flowing out of the heat exchange section. A heat exchange unit outlet temperature sensor, wherein the second heat exchange amount calculation unit includes a heat exchange unit inlet temperature measured by the first heat exchange unit inlet temperature sensor and the first heat exchange unit outlet temperature. The amount of heat exchange in the heat exchange unit is calculated from the heat exchange unit outlet temperature measured by the sensor and the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path detected by the heat medium flow rate detection unit. It may be configured.

本発明の第5の態様に係る燃料電池システムは、上記した第2の態様において、前記燃料電池から排出される前記排ガスが流通する排ガス流路と、前記排ガス流路を流通する前記排ガスの流量を検知する排ガス流量検知部と、前記熱交換部に流入する前記排ガスの温度である熱交換部入口温度を測定する第2熱交換部入口温度センサと、前記熱交換部から流出する前記排ガスの温度である熱交換部出口温度を測定する第2熱交換部出口温度センサと、をさらに備え、前記第2熱交換量算出部は、前記第2熱交換部入口温度センサによって測定された前記熱交換部入口温度と、前記第2熱交換部出口温度センサによって測定された前記熱交換部出口温度と、前記排ガス流量検知部により検知された前記循環流路を流通する前記排ガスの流量とから、前記熱交換部における熱交換量を算出するように構成されていてもよい。   The fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect described above, wherein the exhaust gas flow path through which the exhaust gas discharged from the fuel cell flows, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path. An exhaust gas flow rate detection unit that detects the temperature, a second heat exchange unit inlet temperature sensor that measures the temperature of the heat exchange unit inlet that is the temperature of the exhaust gas flowing into the heat exchange unit, and the exhaust gas that flows out of the heat exchange unit A second heat exchange section outlet temperature sensor that measures a heat exchange section outlet temperature, which is a temperature, and the second heat exchange amount calculation section is configured to measure the heat measured by the second heat exchange section inlet temperature sensor. Such as the temperature at the inlet of the exchange, the temperature at the outlet of the heat exchanger measured by the outlet temperature sensor at the second heat exchanger, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the circulation channel detected by the exhaust gas flow rate detector. It may be configured to calculate the amount of heat exchange in the heat exchange section.

以下、各実施の形態の具体例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, specific examples of the embodiments will be described with reference to the drawings.

なお、以下では、全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。   In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof may be omitted.

(実施の形態)
(燃料電池システムの構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。
(Embodiment)
(Configuration of fuel cell system)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、燃料電池システムは、燃料電池1と、熱交換部2と、放熱部3と、貯蔵タンク4と、検知部41と、循環流路8と、ヒータ5と、算出部6と、出力制御部7と、を備えてなる構成である。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 1, a heat exchange unit 2, a heat radiating unit 3, a storage tank 4, a detection unit 41, a circulation channel 8, a heater 5, and a calculation unit. 6 and an output control unit 7.

燃料電池1は、燃料と空気(発電用空気)との反応により発電を行うものであり、例えば、高温動作可能なSOFC等を例示することができる。燃料は、例えば、天然ガスを主成分とする天然ガス(都市ガス)等の原料を改質して得られた水素含有ガスを利用することができる。また、燃料電池1は定格時の発電出力および最低発電出力Q4が予め設定されており、最低発電出力Q4を下限値として何段階かに発電出力を切り替えることができるように構成されている。   The fuel cell 1 generates power by a reaction between fuel and air (power generation air), and examples thereof include a SOFC that can operate at high temperature. As the fuel, for example, a hydrogen-containing gas obtained by reforming a raw material such as natural gas (city gas) mainly containing natural gas can be used. The fuel cell 1 is configured such that the rated power generation output and the minimum power generation output Q4 are set in advance, and the power generation output can be switched in several steps with the minimum power generation output Q4 as a lower limit.

熱交換部2は、燃料電池1から排出される排ガスと熱媒体との間で熱交換し、この排ガスの温度を低下させ、燃料電池1の発電に利用する水を回収する。つまり、熱交換部2は、燃料電池1から排出される排ガスと熱媒体との熱交換により、排熱を熱媒体によって回収することができる。また、熱媒体によって排熱が回収されることで排ガスの温度が降下される。このため、排ガス中に含まれる水分を凝縮させ、水を得ることができる。なお、熱交換部2としては、例えば、プレート型熱交換器が例示することができるが、これに限定されない。なお、本実施の形態1に係る燃料電池システムでは熱媒体として水を例示できる。また、発電に利用する水とは、例えば、燃料電池1が水蒸気改質反応によって原料を改質する構成の場合、この水蒸気改質反応で利用するための改質水とすることができる。熱交換部2は、特に図示していないが、排ガス中から得た水を貯留する凝縮水タンクと配管を通じて接続された構成であってもよい。   The heat exchanging unit 2 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell 1 and the heat medium, lowers the temperature of the exhaust gas, and recovers water used for power generation of the fuel cell 1. That is, the heat exchanging unit 2 can recover the exhaust heat by the heat medium by heat exchange between the exhaust gas discharged from the fuel cell 1 and the heat medium. Further, the exhaust gas is recovered by the heat medium, so that the temperature of the exhaust gas is lowered. For this reason, the water contained in the exhaust gas can be condensed to obtain water. In addition, as the heat exchange part 2, although a plate type heat exchanger can be illustrated, for example, it is not limited to this. In the fuel cell system according to Embodiment 1, water can be exemplified as the heat medium. The water used for power generation can be, for example, reformed water for use in the steam reforming reaction when the fuel cell 1 is configured to reform the raw material by the steam reforming reaction. Although not shown in particular, the heat exchanging unit 2 may be configured to be connected to a condensed water tank that stores water obtained from the exhaust gas through a pipe.

貯蔵タンク4は、熱交換部2における排ガスとの熱交換により加熱された熱媒体を貯蔵する。本実施の形態1に係る燃料電池システムにおいて、熱媒体を水としたとき、貯蔵タンク4は、貯湯タンクを例示することができる。貯蔵タンク4には、図1に示すように循環流路8が接続されており、貯蔵タンク4内の熱媒体が該循環流路8を流通して、熱交換部2およびヒータ5で加熱され戻ってくるように構成されている。また、貯蔵タンク4を貯湯タンクとする場合、特に図示していないが、貯湯タンクは例えば市水を給水するための給水流路と、貯湯タンク内に貯留された湯を設備内に給湯するための給湯流路とが設けられた構成となっていてもよい。そして、給湯流路を通じて貯湯タンク内の湯が消費された場合、その消費した分を賄うように給水流路を通じて水が供給される。なお、この貯蔵タンク4には検知部41が設けられている。   The storage tank 4 stores the heat medium heated by heat exchange with the exhaust gas in the heat exchange unit 2. In the fuel cell system according to Embodiment 1, when the heat medium is water, the storage tank 4 can be exemplified by a hot water storage tank. As shown in FIG. 1, a circulation channel 8 is connected to the storage tank 4, and the heat medium in the storage tank 4 flows through the circulation channel 8 and is heated by the heat exchange unit 2 and the heater 5. It is configured to come back. Further, when the storage tank 4 is a hot water storage tank, although not particularly illustrated, the hot water storage tank supplies, for example, a water supply channel for supplying city water and hot water stored in the hot water storage tank into the facility. The hot water supply flow path may be provided. When hot water in the hot water storage tank is consumed through the hot water supply channel, water is supplied through the water supply channel so as to cover the consumed amount. The storage tank 4 is provided with a detection unit 41.

検知部41は、貯蔵タンク4内の熱媒体の温度状態を検知する。検知部41は、貯蔵タンク4内において所定温度以上となる熱媒体の量を検知する。ここで所定温度とは、熱交換部2およびヒータ5により加熱された熱媒体が貯蔵タンク4内に貯留される際に設定されている温度である。検知部41は、例えば、円筒形の貯蔵タンク4において鉛直方向に所定間隔で設けられ、この貯蔵タンク4内に貯留されている熱媒体の温度を測定する複数の温度センサによって実現できる。検知部41は、検知結果を主制御部に送信する。   The detection unit 41 detects the temperature state of the heat medium in the storage tank 4. The detection unit 41 detects the amount of the heat medium that becomes a predetermined temperature or higher in the storage tank 4. Here, the predetermined temperature is a temperature set when the heat medium heated by the heat exchange unit 2 and the heater 5 is stored in the storage tank 4. The detection unit 41 can be realized by, for example, a plurality of temperature sensors that are provided at predetermined intervals in the vertical direction in the cylindrical storage tank 4 and measure the temperature of the heat medium stored in the storage tank 4. The detection unit 41 transmits the detection result to the main control unit.

なお、検知部41により貯蔵タンク4内のすべての位置で、熱媒体の温度がこの所定温度以上となったと検知された場合、これ以上、燃料電池システムにおいて蓄熱運転が不可能となる。燃料電池システムでは、このように蓄熱運転が不可能になった状態となったとき、主制御部が貯蔵タンク4は満蓄と判定する。   In addition, when the detection unit 41 detects that the temperature of the heat medium has become equal to or higher than the predetermined temperature at all positions in the storage tank 4, no further heat storage operation is possible in the fuel cell system. In the fuel cell system, when the heat storage operation becomes impossible in this way, the main control unit determines that the storage tank 4 is fully stored.

循環流路8は、貯蔵タンク4内の熱媒体を、熱交換部2を通じて循環させる流路である。循環流路8は、例えば、この循環流路8中に設けられる機器とこれらの機器を接続する配管またはホース等で構成される。   The circulation channel 8 is a channel for circulating the heat medium in the storage tank 4 through the heat exchange unit 2. The circulation flow path 8 is constituted by, for example, equipment provided in the circulation flow path 8 and piping or a hose connecting these equipment.

放熱部3は、循環流路8を流通する熱媒体を放熱させる。放熱部3は、例えば、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と該熱交換器に空気を供給するファンとから構成することができる。例えば、主制御部が、ファンの回転数を制御して単位時間当たりに移動させる空気量を調整したり、循環流路8を流通させる熱媒体の単位時間あたりの流量を調整したりすることで、放熱部3による熱媒体の放熱量を制御することができる。   The heat radiating section 3 radiates heat from the heat medium flowing through the circulation channel 8. The heat radiating unit 3 can be composed of, for example, a heat exchanger that exchanges heat between the heat medium and air and a fan that supplies air to the heat exchanger. For example, the main control unit adjusts the amount of air moved per unit time by controlling the number of rotations of the fan, or adjusts the flow rate per unit time of the heat medium flowing through the circulation flow path 8. The heat radiation amount of the heat medium by the heat radiation part 3 can be controlled.

なお、放熱部3を熱交換器とファンとから構成する場合、熱交換器は、主にプレートフィン型熱交換器を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、ファンは、外部から熱交換器に空気を供給し、該空気と熱媒体との間で熱交換させることにより、熱媒体を放熱させるものであればよい。ファンとしては、例えば、軸流ファンを用いることができるが、これに限定されるものではない。   In addition, when the thermal radiation part 3 is comprised from a heat exchanger and a fan, although a plate fin type heat exchanger can mainly be used for a heat exchanger, it is not limited to this. Moreover, the fan should just be what can thermally radiate a heat medium by supplying air to a heat exchanger from the outside and making it heat-exchange between this air and a heat medium. For example, an axial fan can be used as the fan, but the fan is not limited to this.

ヒータ5は、循環流路8を流通する熱媒体を加熱する。本実施の形態に係る燃料電池システムでは、運転中、電力負荷に対して燃料電池1の発電出力が大きくなってしまう場合がある。このような場合では、燃料電池1の発電で得られた電力が余ってしまう。そこで、その余剰分の電力を利用してヒータ5を稼働させる。また、ヒータ5は、燃料電池1以外の別の電力供給源にも接続されていてもよい。このように別の電力供給源と接続されている構成の場合、上記した余剰分の電力がないときであっても、必要に応じて該ヒータ5を稼働させることができる点で有利である。ヒータ5は、主として循環流路8の一部を構成する配管と一体になったヒータが用いられるが、これに限定されるものではない。   The heater 5 heats the heat medium flowing through the circulation flow path 8. In the fuel cell system according to the present embodiment, the power generation output of the fuel cell 1 may increase with respect to the power load during operation. In such a case, the electric power obtained by the power generation of the fuel cell 1 is left. Therefore, the heater 5 is operated using the surplus power. Further, the heater 5 may be connected to another power supply source other than the fuel cell 1. Thus, in the case of the configuration connected to another power supply source, it is advantageous in that the heater 5 can be operated as needed even when there is no surplus power. As the heater 5, a heater integrated with a pipe constituting a part of the circulation flow path 8 is mainly used, but the heater 5 is not limited to this.

算出部6は、放熱部3により熱媒体から放熱させることが可能な最大放熱量から、熱交換部2およびヒータ5により熱媒体に伝熱させた熱量を差し引くことで求められる値である、放熱部3の放熱余裕度を算出する。ここで、熱媒体の放熱量は、該熱媒体の保有する熱量と循環流路8を流通する熱媒体の流量に起因して変動する。このため、最大放熱量とは、放熱余裕度を算出する際の熱媒体を、最大流量で循環流路8を流通させ、放熱部3の放熱能力を最大限に発揮させたときに求められる放熱量(熱交換量)の値である。   The calculation unit 6 is a value obtained by subtracting the amount of heat transferred to the heat medium by the heat exchange unit 2 and the heater 5 from the maximum heat radiation amount that can be radiated from the heat medium by the heat radiating unit 3. The heat dissipation margin of part 3 is calculated. Here, the heat dissipation amount of the heat medium varies due to the heat amount of the heat medium and the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path 8. For this reason, the maximum heat radiation amount is the discharge required when the heat medium for calculating the heat radiation margin is circulated through the circulation flow path 8 at the maximum flow rate and the heat radiation capability of the heat radiation part 3 is maximized. It is a value of the amount of heat (heat exchange amount).

出力制御部7は、燃料電池1の発電出力を制御する。より具体的には出力制御部7は、検知部41の検知結果に基づき貯蔵タンク4内の熱媒体が満蓄状態に達したと判定した場合、算出部6により算出される放熱余裕度が正の値となる範囲内で、予め設定されている燃料電池1の発電量の下限値である最低発電出力よりも大きくなるように燃料電池1の発電出力を制御する。出力制御部7は、例えば、燃料電池1に燃料を供給する燃料供給ポンプおよび発電用空気を供給する空気ブロワの流量をそれぞれ調節する事によって、燃料電池1の発電出力を制御することができる。   The output control unit 7 controls the power generation output of the fuel cell 1. More specifically, when the output control unit 7 determines that the heat medium in the storage tank 4 has reached the full storage state based on the detection result of the detection unit 41, the heat dissipation margin calculated by the calculation unit 6 is correct. The power generation output of the fuel cell 1 is controlled so as to be larger than the minimum power generation output that is a lower limit value of the power generation amount of the fuel cell 1 set in advance. The output control unit 7 can control the power generation output of the fuel cell 1 by adjusting the flow rates of a fuel supply pump that supplies fuel to the fuel cell 1 and an air blower that supplies power generation air, for example.

なお、算出部6と出力制御部7とは、例えば、主制御部が不図示のメモリから読み出したプログラムを実行することで、実現することができる。主制御部は、燃料電池システムが備える各部の各種動作を制御するものであり、不図示の演算処理部およびメモリを備えてなる構成である。演算処理部としては、MPU、またはCPUが例示され、メモリとしては、例えば不揮発性メモリ等が例示されるがこれに限定されるものではない。また、本実施の形態に係る燃料電池システムでは、1つの主制御部により算出部6と出力制御部7とを実現させる構成としたが、それぞれが別々の制御部によって実現される構成としてもよい。   The calculation unit 6 and the output control unit 7 can be realized, for example, by executing a program read from a memory (not shown) by the main control unit. The main control unit controls various operations of each unit included in the fuel cell system, and includes a calculation processing unit and a memory (not shown). The arithmetic processing unit is exemplified by an MPU or CPU, and the memory is exemplified by a nonvolatile memory, but is not limited thereto. Further, in the fuel cell system according to the present embodiment, the calculation unit 6 and the output control unit 7 are realized by one main control unit, but each may be realized by a separate control unit. .

ここで、図2を参照して、算出部6の構成についてより詳細に説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように算出部6は、第1熱交換量算出部61と、第2熱交換量算出部62と、ヒータ出力検知部63と、放熱余裕度算出部64を備える。   Here, with reference to FIG. 2, the structure of the calculation part 6 is demonstrated in detail. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the calculation unit 6 includes a first heat exchange amount calculation unit 61, a second heat exchange amount calculation unit 62, a heater output detection unit 63, and a heat dissipation margin calculation unit 64.

第1熱交換量算出部61は、放熱部3における熱交換量を算出することで、熱媒体の放熱量の最大値を求める。すなわち、貯蔵タンク4内が満蓄状態に達したと判定した際、その時点の熱媒体を、最大流量で循環流路8を流通させたときの、放熱部3における熱交換量を第1熱交換量算出部61は算出し、熱媒体の放熱量の最大値である最大放熱量(最大熱交換量)Q2を求める。   The first heat exchange amount calculation unit 61 calculates the heat exchange amount in the heat radiating unit 3 to obtain the maximum value of the heat dissipation amount of the heat medium. That is, when it is determined that the inside of the storage tank 4 has reached the full storage state, the heat exchange amount in the heat radiating unit 3 when the heat medium at that time is circulated through the circulation flow path 8 at the maximum flow rate is the first heat. The exchange amount calculation unit 61 calculates and obtains a maximum heat release amount (maximum heat exchange amount) Q2 which is the maximum value of the heat release amount of the heat medium.

第2熱交換量算出部62は、熱交換部2における熱交換量を算出することで、熱交換部2において排ガスから熱媒体に伝熱した熱量(熱交換量Q1)を求める。   The second heat exchange amount calculation unit 62 calculates the heat exchange amount in the heat exchange unit 2, thereby obtaining the amount of heat (heat exchange amount Q1) transferred from the exhaust gas to the heat medium in the heat exchange unit 2.

ヒータ出力検知部63は、ヒータ5により出力される熱量を検知することで、ヒータ5から熱媒体に伝熱した熱量を求める。ヒータ出力検知部63は、例えば、電力負荷と燃料電池1の出力との差から余剰の電力を求め、該電力からヒータ5により熱媒体に伝熱させた熱量(伝熱量Q3)を求める構成としてもよい。   The heater output detection unit 63 obtains the amount of heat transferred from the heater 5 to the heat medium by detecting the amount of heat output from the heater 5. For example, the heater output detection unit 63 obtains surplus power from the difference between the power load and the output of the fuel cell 1, and obtains the amount of heat (heat transfer amount Q3) transferred from the power to the heat medium by the heater 5. Also good.

放熱余裕度算出部64は、第1熱交換量算出部61によって求めた放熱部3の最大放熱量Q2から、第2熱交換量算出部62およびヒータ出力検知部63により求めた、これらから熱媒体に伝熱させた熱量(Q1+Q3)を差し引いて放熱部3の放熱余裕度を算出する。放熱余裕度算出部64は、算出した結果を出力制御部7に出力する。   The heat dissipation margin calculation unit 64 calculates heat from the maximum heat dissipation amount Q2 of the heat dissipation unit 3 determined by the first heat exchange amount calculation unit 61 and the heat dissipation amount calculated by the second heat exchange amount calculation unit 62 and the heater output detection unit 63. The heat dissipation margin of the heat radiating part 3 is calculated by subtracting the amount of heat (Q1 + Q3) transferred to the medium. The heat dissipation margin calculation unit 64 outputs the calculated result to the output control unit 7.

(燃料電池の出力制御)
次に、上述した図2を参照して、燃料電池システムにおける燃料電池1の出力制御について説明する。より具体的には、貯蔵タンク4が満蓄状態となったと判定された時における燃料電池1の出力制御について説明する。
(Fuel cell output control)
Next, output control of the fuel cell 1 in the fuel cell system will be described with reference to FIG. 2 described above. More specifically, output control of the fuel cell 1 when it is determined that the storage tank 4 has become fully stored will be described.

まず、主制御部の出力制御部7は、検知部41による検知結果に基づき、貯蔵タンク4内が満蓄状態に達したか否か判定する。ここである時刻t0において、出力制御部7が満蓄状態に達したと判定した場合、放熱余裕度を算出するように算出部6に指示する。この出力制御部7からの指示に応じて、算出部6では、第1熱交換量算出部61が満蓄状態に達したと判定した時点(時刻t0)における放熱部3による最大放熱量(最大熱交換量)Q2を算出する。つまり、第1熱交換量算出部61は、時刻t0のときの、放熱部3における熱媒体の入出温度と、循環流路8を流通する熱媒体の流量の最大値とから最大放熱量Q2を計算する。また、第2熱交換量算出部62が、熱交換部2における排ガスと熱媒体との間の熱交換量Q1を算出する。さらに、ヒータ出力検知部63が、ヒータ5により出力される熱量を示す伝熱量Q3を算出する。そして、算出部6では、放熱余裕度算出部64が、算出された最大放熱量Q2から算出された熱交換量Q1および伝熱量Q3を差し引き、放熱部3の放熱余裕度を算出する。   First, the output control unit 7 of the main control unit determines whether or not the inside of the storage tank 4 has reached the full storage state based on the detection result by the detection unit 41. If it is determined at time t0 that the output control unit 7 has reached the full storage state, the calculation unit 6 is instructed to calculate the heat dissipation margin. In response to the instruction from the output control unit 7, the calculation unit 6 determines the maximum heat radiation amount (maximum) by the heat radiation unit 3 at the time point (time t0) when the first heat exchange amount calculation unit 61 determines that the full storage state has been reached. Heat exchange amount) Q2 is calculated. That is, the first heat exchange amount calculation unit 61 calculates the maximum heat dissipation amount Q2 from the heat medium input / output temperature in the heat dissipation unit 3 and the maximum value of the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path 8 at time t0. calculate. Further, the second heat exchange amount calculation unit 62 calculates the heat exchange amount Q1 between the exhaust gas and the heat medium in the heat exchange unit 2. Further, the heater output detection unit 63 calculates a heat transfer amount Q3 indicating the amount of heat output by the heater 5. In the calculation unit 6, the heat dissipation margin calculation unit 64 subtracts the heat exchange amount Q1 and the heat transfer amount Q3 calculated from the calculated maximum heat dissipation amount Q2 to calculate the heat dissipation margin of the heat dissipation unit 3.

ここで、算出部6により算出された放熱余裕度が0以上の場合(Q2−Q1−Q3≧0の場合)、出力制御部7は、次の時刻t1において、最低発電出力Q4よりも放熱余裕度分だけ発電出力を大きくした発電量(Q4+Q2−Q1−Q3)で出力するように燃料電池1を制御する。なお、t0は満蓄状態に達したと判定したときの時刻である。一方、t1は、出力制御部7からの指示に応じた発電出力を、燃料電池1が出力する時刻であり、t1は、t0に出力制御部7からの制御指示に燃料電池1が応答するために必要な時間Δtを加えた時刻となる。   Here, when the heat dissipation margin calculated by the calculation unit 6 is 0 or more (when Q2−Q1−Q3 ≧ 0), the output control unit 7 determines that the heat dissipation margin is greater than the minimum power generation output Q4 at the next time t1. The fuel cell 1 is controlled so as to output at a power generation amount (Q4 + Q2-Q1-Q3) in which the power generation output is increased by the degree. Note that t0 is the time when it is determined that the fully stored state has been reached. On the other hand, t1 is the time when the fuel cell 1 outputs the power generation output according to the instruction from the output control unit 7, and t1 is because the fuel cell 1 responds to the control instruction from the output control unit 7 at t0. Is the time obtained by adding the necessary time Δt.

ところで、満蓄状態に達したと判定された場合、燃料電池1は停止させられるか、もしくは予め設定されている最低発電出力Q4にて発電が継続される。燃料電池1がSOFCの場合は、再起動までに時間がかかったり、スタックが破損したりする等の理由から燃料電池1を停止させることを選択できないため、最低発電出力Q4で発電することとなる
また、放熱余裕度が0以上の場合とは、放熱部3において熱媒体をさらに放熱させる余力があるということであり、満蓄状態に達したと判定された時点(t0)において、燃料電池1は、最低発電出力Q4で発電するよりも、より大きな発電出力で発電させることができる。本実施の形態に係る燃料電池システムでは、燃料電池1は、上記したように最低発電出力Q4よりも放熱余裕度の分だけ発電出力をあげて発電する構成であるがこれに限定されるものではない。燃料電池1は、少なくとも放熱余裕度が正の値となる範囲内で、最低発電出力Q4よりも大きな発電出力となるように構成されていればよい。
When it is determined that the fully stored state has been reached, the fuel cell 1 is stopped or power generation is continued at the preset minimum power output Q4. When the fuel cell 1 is an SOFC, it cannot be selected to stop the fuel cell 1 because it takes a long time to restart or the stack is damaged, and thus power is generated at the minimum power output Q4. Further, the case where the heat dissipation margin is 0 or more means that there is a surplus capacity to further dissipate the heat medium in the heat dissipating unit 3, and when it is determined that the fully stored state is reached (t0), the fuel cell 1 Can generate power with a larger power generation output than when generating power with the lowest power generation output Q4. In the fuel cell system according to the present embodiment, as described above, the fuel cell 1 is configured to increase the power generation output by the amount of the heat dissipation margin from the minimum power generation output Q4 as described above, but is not limited thereto. Absent. The fuel cell 1 should just be comprised so that it may become a power generation output larger than the minimum power generation output Q4 in the range from which the heat radiation margin becomes a positive value at least.

以上のように、放熱余裕度が0以上の場合(Q2−Q1−Q3≧0の場合)、燃料電池1の発電出力を、あらかじめ設定された最低発電出力Q4よりも高くできる。このため、満蓄状態に達したと判定された場合に最低発電出力Q4で燃料電池1が発電を行う構成と比較して、燃料電池1の発電により賄える発電量の低下を抑制することができる。   As described above, when the heat dissipation margin is 0 or more (when Q2-Q1-Q3 ≧ 0), the power generation output of the fuel cell 1 can be made higher than the preset minimum power generation output Q4. For this reason, compared with the structure in which the fuel cell 1 generates power with the minimum power generation output Q4 when it is determined that the full storage state has been reached, it is possible to suppress a decrease in the amount of power generated by the power generation of the fuel cell 1. .

一方、算出部6により算出された放熱余裕度が0未満の場合(Q2−Q1−Q3<0の場合)、出力制御部7は、時刻t1において、最低発電出力Q4で出力するように燃料電池1を制御する。   On the other hand, when the heat dissipation margin calculated by the calculation unit 6 is less than 0 (when Q2-Q1-Q3 <0), the output control unit 7 outputs the fuel cell so as to output at the minimum power generation output Q4 at time t1. 1 is controlled.

(実施例1)
次に、本実施の形態に係る燃料電池システムの実施例1について図3を参照して説明する。実施例1では、第1熱交換量算出部61による放熱部3における熱交換量の算出方法の一例について説明する。図3は、図2に示す燃料電池システムの実施例1に関する概略構成の一例を示すブロック図である。
Example 1
Next, Example 1 of the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, an example of a method for calculating the heat exchange amount in the heat radiating unit 3 by the first heat exchange amount calculating unit 61 will be described. FIG. 3 is a block diagram showing an example of a schematic configuration related to Example 1 of the fuel cell system shown in FIG.

図3に示すように、実施例1に係る燃料電池システムは、図2に示す実施の形態に係る燃料電池システムの構成において、さらに、熱媒体流量検知部9と、放熱部入口温度センサ33と、放熱部出口温度センサ34とを備える点で異なる。それ以外の点については同一となるため、同一部材には同じ符号を付し、それら部材の説明については省略する。   As shown in FIG. 3, the fuel cell system according to Example 1 includes, in the configuration of the fuel cell system according to the embodiment shown in FIG. 2, a heat medium flow rate detection unit 9, a heat radiation unit inlet temperature sensor 33, and The difference is that it includes a heat radiating section outlet temperature sensor 34. Since it becomes the same about other points, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and description about these members is abbreviate | omitted.

熱媒体流量検知部9は、循環流路8を流通する熱媒体の流量を検知する。例えば、特に図示していないが、循環流路8には、貯蔵タンク4に貯留された熱媒体を循環させるための循環ポンプが設けられている。そこで、熱媒体流量検知部9は、この循環ポンプへの入力電流と電圧および該循環ポンプの操作量から、循環流路8を流通する熱媒体の単位時間あたりの流量を検知する構成であってもよい。あるいは、熱媒体流量検知部9は、循環流路8に直接設けられ、この循環流路8を流通する熱媒体の単位時間あたりの流量を計測する流量計測装置であってもよい。なお、循環流路8を流通する熱媒体が水の場合、上記した循環ポンプは、主にブランジャー式やマグネット式などの水ポンプが用いることができる。   The heat medium flow rate detection unit 9 detects the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path 8. For example, although not particularly illustrated, the circulation channel 8 is provided with a circulation pump for circulating the heat medium stored in the storage tank 4. Therefore, the heat medium flow rate detection unit 9 is configured to detect the flow rate per unit time of the heat medium flowing through the circulation flow path 8 from the input current and voltage to the circulation pump and the operation amount of the circulation pump. Also good. Alternatively, the heat medium flow rate detection unit 9 may be a flow rate measurement device that is directly provided in the circulation flow path 8 and measures the flow rate per unit time of the heat medium flowing through the circulation flow path 8. In addition, when the heat medium which distribute | circulates the circulation flow path 8 is water, the above-mentioned circulation pump can mainly use water pumps, such as a blanker type and a magnet type.

放熱部入口温度センサ33は、放熱部3に流入する熱媒体の温度である放熱部入口温度を測定する。例えば、放熱部入口温度センサ33は、循環流路8において貯蔵タンク4と放熱部3とをつなぐ配管内や継手内、または放熱部3の入口側の流路内に設置することができる。放熱部入口温度センサ33は、主にサーミスタを用いることができるが、これに限定されるものではない。   The heat radiating portion inlet temperature sensor 33 measures the heat radiating portion inlet temperature, which is the temperature of the heat medium flowing into the heat radiating portion 3. For example, the heat radiating portion inlet temperature sensor 33 can be installed in a pipe or a joint connecting the storage tank 4 and the heat radiating portion 3 in the circulation flow path 8 or in a flow channel on the inlet side of the heat radiating portion 3. The heat radiation part inlet temperature sensor 33 can mainly use a thermistor, but is not limited to this.

一方、放熱部出口温度センサ34は、放熱部3から流出する熱媒体の温度である放熱部出口温度を測定する。例えば、放熱部出口温度センサ34は、循環流路8において放熱部3と熱交換部2とをつなぐ配管内や継手内、または放熱部3の出口側の流路内に設置することができる。放熱部出口温度センサ34は、主にサーミスタを用いることができるが、これに限定されるものではない。   On the other hand, the heat radiating portion outlet temperature sensor 34 measures the heat radiating portion outlet temperature, which is the temperature of the heat medium flowing out from the heat radiating portion 3. For example, the heat radiating portion outlet temperature sensor 34 can be installed in a pipe or a joint connecting the heat radiating portion 3 and the heat exchanging portion 2 in the circulation flow path 8 or in a flow passage on the outlet side of the heat radiating portion 3. Although the thermistor can mainly be used for the heat radiating portion outlet temperature sensor 34, it is not limited to this.

上記した構成において、第1熱交換量算出部61は、放熱部3における熱交換量を以下の式(1)、(2)を用いて求めることができる。
Q=H2−H1 ・・・(1)
ここでQは、放熱部3における熱交換量[W]、H1は熱媒体の放熱部入口エンタルピー[W]、H2は、熱媒体の放熱部出口エンタルピー[W]をそれぞれ示す。なお、各エンタルピーH[W]は、以下の式(2)に示す関係から求めることができる。
H ∝ m×F ・・・(2)
(F:熱媒体の温度のn次関数、m:熱媒体の流量[mol/s])
つまり、放熱部入口温度センサ33および放熱部出口温度センサ34の検知結果を用いて、式(2)により放熱部入口エンタルピー[W]と放熱部出口エンタルピー[W]とを求める。そして、これら求めたエンタルピーの値を用いて式(1)により放熱部3における熱交換量を求めることができる。
In the configuration described above, the first heat exchange amount calculation unit 61 can obtain the heat exchange amount in the heat radiating unit 3 using the following equations (1) and (2).
Q = H2-H1 (1)
Here, Q is the heat exchange amount [W] in the heat radiating section 3, H1 is the heat radiating section inlet enthalpy [W] of the heat medium, and H2 is the heat radiating section outlet enthalpy [W]. In addition, each enthalpy H [W] can be calculated | required from the relationship shown in the following formula | equation (2).
H ∝ m × F (2)
(F: n-order function of temperature of heat medium, m: flow rate of heat medium [mol / s])
That is, using the detection results of the heat radiation part inlet temperature sensor 33 and the heat radiation part outlet temperature sensor 34, the heat radiation part inlet enthalpy [W] and the heat radiation part outlet enthalpy [W] are obtained by the equation (2). And the heat exchange amount in the thermal radiation part 3 can be calculated | required by Formula (1) using the value of these calculated | required enthalpies.

なお、本実施の形態に係る燃料電池システムでは、放熱部3における熱媒体の最大放熱量Q2を求める構成である。このため、熱媒体流量検知部9により検知される熱媒体の流量は、循環流路8を流通する熱媒体の流量の最大値となる。   In the fuel cell system according to the present embodiment, the maximum heat dissipation amount Q2 of the heat medium in the heat dissipation portion 3 is obtained. For this reason, the flow rate of the heat medium detected by the heat medium flow rate detection unit 9 is the maximum value of the flow rate of the heat medium flowing through the circulation flow path 8.

(実施例2)
次に、本実施の形態に係る燃料電池システムの実施例2について図4を参照して説明する。実施例2では、第2熱交換量算出部62による熱交換部2における熱交換量の算出方法の一例について説明する。図4は、図2に示す燃料電池システムの実施例2に関する概略構成の一例を示すブロック図である。
(Example 2)
Next, Example 2 of the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, an example of a calculation method of the heat exchange amount in the heat exchange unit 2 by the second heat exchange amount calculation unit 62 will be described. FIG. 4 is a block diagram showing an example of a schematic configuration related to Example 2 of the fuel cell system shown in FIG.

図4に示すように、実施例2に係る燃料電池システムは、図2に示す実施の形態に係る燃料電池システムの構成において、さらに、熱媒体流量検知部9と、第1熱交換部入口温度センサ21と、第1熱交換部出口温度センサ22とを備える。それ以外の点については同一となるため、同一部材には同じ符号を付し、それら部材の説明については省略する。また、熱媒体流量検知部9は、実施例1に係る燃料電池システムが備える熱媒体流量検知部9と同様であるため説明は省略する。   As shown in FIG. 4, the fuel cell system according to Example 2 further includes a heat medium flow rate detection unit 9 and a first heat exchange unit inlet temperature in the configuration of the fuel cell system according to the embodiment shown in FIG. 2. The sensor 21 and the 1st heat exchange part exit temperature sensor 22 are provided. Since it becomes the same about other points, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and description about these members is abbreviate | omitted. The heat medium flow rate detection unit 9 is the same as the heat medium flow rate detection unit 9 included in the fuel cell system according to the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

第1熱交換部入口温度センサ21は、熱交換部2に流入する熱媒体の温度である熱交換部入口温度を測定する。例えば、第1熱交換部入口温度センサ21は、循環流路8において放熱部3と熱交換部2とをつなぐ配管内や継手内、または熱交換部2の入口側の流路内に設置することができる。第1熱交換部入口温度センサ21は、主にサーミスタを用いることができるが、これに限定されるものではない。   The first heat exchange unit inlet temperature sensor 21 measures the heat exchange unit inlet temperature, which is the temperature of the heat medium flowing into the heat exchange unit 2. For example, the first heat exchange unit inlet temperature sensor 21 is installed in a pipe or a joint connecting the heat radiating unit 3 and the heat exchange unit 2 in the circulation channel 8 or in a channel on the inlet side of the heat exchange unit 2. be able to. Although the thermistor can mainly be used for the 1st heat exchange part entrance temperature sensor 21, it is not limited to this.

一方、第1熱交換部出口温度センサ22は、熱交換部2から流出する熱媒体の温度である熱交換部出口温度を測定する。例えば、第1熱交換部出口温度センサ22は、循環流路8において熱交換部2とヒータ5とをつなぐ配管内や継手内、または熱交換部2の出口側の流路内に設置することができる。第1熱交換部出口温度センサ22は、主にサーミスタを用いることができるが、これに限定されるものではない。   On the other hand, the first heat exchange unit outlet temperature sensor 22 measures the heat exchange unit outlet temperature, which is the temperature of the heat medium flowing out from the heat exchange unit 2. For example, the first heat exchange unit outlet temperature sensor 22 is installed in a pipe or a joint connecting the heat exchange unit 2 and the heater 5 in the circulation channel 8 or in a channel on the outlet side of the heat exchange unit 2. Can do. Although the thermistor can mainly be used for the 1st heat exchange part exit | outlet temperature sensor 22, it is not limited to this.

上記した構成において、第2熱交換量算出部62は、熱交換部2における熱交換量を上記した式(1)、(2)を用いて求めることができる。ただし、式(1)においてQは、熱交換部2における熱交換量[W]、H1は熱媒体の熱交換部入口エンタルピー[W]、H2は、熱媒体の熱交換部出口エンタルピー[W]となる。また、式(2)において、Fは、熱媒体の温度のn次関数、mは熱媒体の流量[mol/s]となる。   In the configuration described above, the second heat exchange amount calculation unit 62 can obtain the heat exchange amount in the heat exchange unit 2 using the above-described equations (1) and (2). However, in Formula (1), Q is the heat exchange amount [W] in the heat exchange section 2, H1 is the heat exchange section entrance enthalpy [W] of the heat medium, and H2 is the heat exchange section exit enthalpy [W] of the heat medium. It becomes. In Equation (2), F is an n-order function of the temperature of the heat medium, and m is the flow rate [mol / s] of the heat medium.

以上のように、第2熱交換量算出部62は、上記の式(1)、(2)を用いることで、第1熱交換部入口温度センサ21で計測した温度と第1熱交換部出口温度センサ22で計測した温度、および熱媒体流量検知部9によって検知された熱媒体の流量から、熱交換部2における排ガスと熱媒体との間の熱交換量Q1を算出できる。   As described above, the second heat exchange amount calculation unit 62 uses the above equations (1) and (2), so that the temperature measured by the first heat exchange unit inlet temperature sensor 21 and the first heat exchange unit outlet From the temperature measured by the temperature sensor 22 and the flow rate of the heat medium detected by the heat medium flow rate detection unit 9, the heat exchange amount Q1 between the exhaust gas and the heat medium in the heat exchange unit 2 can be calculated.

なお、熱交換部2における熱交換量を算出する構成は上記した実施例2の構成に限定されるものではない。以下において熱交換部2における熱交換量を算出する別の構成を、実施例2の変形例として説明する。   In addition, the structure which calculates the heat exchange amount in the heat exchange part 2 is not limited to the structure of Example 2 mentioned above. Hereinafter, another configuration for calculating the heat exchange amount in the heat exchange unit 2 will be described as a modification of the second embodiment.

(実施例2の変形例)
実施例2の変形例を、図5を参照して説明する。図5は、図4に示す実施例2の燃料電池システムの変形例に関する概略構成の一例を示すブロック図である。
(Modification of Example 2)
A modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing an example of a schematic configuration related to a modification of the fuel cell system of the embodiment 2 shown in FIG.

図5に示すように、実施例2の変形例に係る燃料電池システムは、図4に示す実施例2に係る燃料電池システムの構成と比べて以下の点で異なる。すなわち、実施例2の変形例に係る燃料電池システムでは、排ガス流路10を流通する排ガスの流量を検知する排ガス流量検知部11をさらに備え、第1熱交換部入口温度センサ21および第1熱交換部出口温度センサ22の代わりに、第2熱交換部入口温度センサ23および第2熱交換部出口温度センサ24を有する。これ以外は、実施例2の変形例に係る燃料電池システムは、実施例2の燃料電池システムと同様の構成となるため、同一の部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。   As shown in FIG. 5, the fuel cell system according to the modification of the second embodiment differs from the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment shown in FIG. 4 in the following points. That is, the fuel cell system according to the modification of the second embodiment further includes an exhaust gas flow rate detection unit 11 that detects the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 10, and includes the first heat exchange unit inlet temperature sensor 21 and the first heat. Instead of the exchange unit outlet temperature sensor 22, a second heat exchange unit inlet temperature sensor 23 and a second heat exchange unit outlet temperature sensor 24 are provided. Except for this, the fuel cell system according to the modification of the second embodiment has the same configuration as that of the fuel cell system of the second embodiment. Therefore, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

排ガス流量検知部11は、例えば、排ガス流路10における熱交換部2と排気口(不図示)との間に設けられ、この排ガス流路10を流通する排ガスの単位時間あたりの流量を計測する流量計測装置であってもよい。あるいは、主制御部が、予め、燃料電池1の燃料利用率と空気利用率と排出ガス流量との対応関係を示したテーブルを不図示のメモリに保持し、排ガス流量検知部11は、該テーブルを参照して、燃料電池1の燃料利用率と空気利用率とから排ガス流量を推定する構成であってもよい。   The exhaust gas flow rate detection unit 11 is provided, for example, between the heat exchange unit 2 and the exhaust port (not shown) in the exhaust gas channel 10 and measures the flow rate per unit time of the exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 10. It may be a flow rate measuring device. Alternatively, the main control unit holds in advance a table showing the correspondence relationship between the fuel usage rate, the air usage rate, and the exhaust gas flow rate of the fuel cell 1 in a memory (not shown), and the exhaust gas flow rate detection unit 11 Referring to FIG. 6, the exhaust gas flow rate may be estimated from the fuel utilization rate and air utilization rate of the fuel cell 1.

第2熱交換部入口温度センサ23は、熱交換部2に流入する排ガスの温度である熱交換部入口温度を測定する。例えば、第2熱交換部入口温度センサ23は、排ガスが流通する排ガス流路10において、燃料電池1と熱交換部2とをつなぐ配管内や継手内、または熱交換部2の入口側の流路内に設置することができる。第2熱交換部入口温度センサ23は、主にサーミスタを用いることができるが、これに限定されるものではない。   The second heat exchange unit inlet temperature sensor 23 measures the heat exchange unit inlet temperature, which is the temperature of the exhaust gas flowing into the heat exchange unit 2. For example, the second heat exchange unit inlet temperature sensor 23 is a flow in the exhaust gas flow path 10 through which exhaust gas flows, in a pipe or a joint connecting the fuel cell 1 and the heat exchange unit 2, or on the inlet side of the heat exchange unit 2. Can be installed in the road. Although the thermistor can mainly be used for the 2nd heat exchange part entrance temperature sensor 23, it is not limited to this.

一方、第2熱交換部出口温度センサ24は、熱交換部2から流出する排ガスの温度である熱交換部出口温度を測定する。例えば、第1熱交換部出口温度センサ22は、排ガス流路10において、熱交換部2と排ガスが排気される排気口(不図示)との間における配管内や継手内、または熱交換部2の出口側の流路内に設置することができる。第1熱交換部出口温度センサ22は、主にサーミスタを用いることができるが、これに限定されるものではない。   On the other hand, the second heat exchange unit outlet temperature sensor 24 measures the heat exchange unit outlet temperature, which is the temperature of the exhaust gas flowing out from the heat exchange unit 2. For example, the first heat exchange unit outlet temperature sensor 22 is provided in the exhaust gas passage 10 in a pipe or joint between the heat exchange unit 2 and an exhaust port (not shown) through which exhaust gas is exhausted, or in the heat exchange unit 2. It can be installed in the flow path on the outlet side. Although the thermistor can mainly be used for the 1st heat exchange part exit | outlet temperature sensor 22, it is not limited to this.

上記した構成において、第2熱交換量算出部62は、熱交換部2における熱交換量を上記した式(1)、(2)を用いて求めることができる。ただし、式(1)においてQは、熱交換部2における熱交換量[W]、H1は排ガスの熱交換部入口エンタルピー[W]、H2は、排ガスの熱交換部出口エンタルピー[W]となる。また、式(2)において、Fは、排ガスの温度のn次関数、mは排ガスの流量[mol/s]となる。   In the configuration described above, the second heat exchange amount calculation unit 62 can obtain the heat exchange amount in the heat exchange unit 2 using the above-described equations (1) and (2). However, in Formula (1), Q is the heat exchange amount [W] in the heat exchange unit 2, H1 is the heat exchange unit inlet enthalpy [W] of exhaust gas, and H2 is the heat exchange unit outlet enthalpy [W] of exhaust gas. . In equation (2), F is an n-order function of the temperature of the exhaust gas, and m is the flow rate [mol / s] of the exhaust gas.

以上のように、第2熱交換量算出部62は、上記の式(1)、(2)を用いることで、第2熱交換部入口温度センサ23で計測した温度と第2熱交換部出口温度センサ24で計測した温度、および排ガス流量検知部11によって検知された排ガスの流量から、熱交換部2における排ガスと熱媒体との間の熱交換量Q1を算出できる。   As described above, the second heat exchange amount calculation unit 62 uses the above formulas (1) and (2), and the temperature measured by the second heat exchange unit inlet temperature sensor 23 and the second heat exchange unit outlet From the temperature measured by the temperature sensor 24 and the flow rate of the exhaust gas detected by the exhaust gas flow rate detection unit 11, the heat exchange amount Q1 between the exhaust gas and the heat medium in the heat exchange unit 2 can be calculated.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are apparent to persons skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明の燃料電池システムは、水自立と高い経済性が共に要求される燃料電池システムにおいて有用である。   The fuel cell system of the present invention is useful in a fuel cell system that requires both water independence and high economic efficiency.

1 燃料電池
2 熱交換部
3 放熱部
4 貯蔵タンク
5 ヒータ
6 算出部
7 出力制御部
8 循環流路
9 熱媒体流量検知部
10 排ガス流路
11 排ガス流量検知部
21 第1熱交換部入口温度センサ
22 第1熱交換部出口温度センサ
23 第2熱交換部入口温度センサ
24 第2熱交換部出口温度センサ
33 放熱部入口温度センサ
34 放熱部出口温度センサ
41 検知部
61 第1熱交換量算出部
62 第2熱交換量算出部
63 ヒータ出力検知部
64 放熱余裕度算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Heat exchange part 3 Heat radiation part 4 Storage tank 5 Heater 6 Calculation part 7 Output control part 8 Circulation flow path 9 Heat medium flow rate detection part 10 Exhaust gas flow path 11 Exhaust gas flow rate detection part 21 1st heat exchange part inlet temperature sensor 22 1st heat exchanging part exit temperature sensor 23 2nd heat exchanging part entrance temperature sensor 24 2nd heat exchanging part exit temperature sensor 33 heat dissipation part entrance temperature sensor 34 heat dissipating part exit temperature sensor 41 detection part 61 1st heat exchange amount calculation part 62 Second heat exchange amount calculation unit 63 Heater output detection unit 64 Heat dissipation margin calculation unit

Claims (5)

燃料電池と、
前記燃料電池から排出される排ガスと熱媒体との間で熱交換し、該排ガスの温度を低下させ、該燃料電池の発電に利用する水を回収する熱交換部と、
前記熱交換部における前記排ガスとの熱交換により加熱された前記熱媒体を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンク内の前記熱媒体の温度状態を検知する検知部と、
前記貯蔵タンク内の前記熱媒体を、前記熱交換部を通じて循環させる循環流路と、
前記循環流路を流通する前記熱媒体を放熱させる放熱部と、
前記循環流路を流通する前記熱媒体を加熱するヒータと、
前記放熱部により前記熱媒体から放熱させることが可能な最大放熱量から、前記熱交換部および前記ヒータにおいて該熱媒体に伝熱させた熱量を差し引くことで求められる値である、前記放熱部の放熱余裕度を算出する算出部と、
前記燃料電池の発電出力を制御する出力制御部と、を備え、
前記出力制御部は、前記検知部の検知結果に基づき前記貯蔵タンク内の前記熱媒体が満蓄状態に達したと判定した場合、前記算出部により算出される前記放熱余裕度が正の値となる範囲内で、予め設定されている前記燃料電池の発電量の下限値である最低発電出力よりも大きくなるように前記燃料電池の発電出力を制御する燃料電池システム。
A fuel cell;
Heat exchange between the exhaust gas discharged from the fuel cell and the heat medium, a temperature of the exhaust gas is reduced, and a heat exchange unit recovers water used for power generation of the fuel cell;
A storage tank for storing the heat medium heated by heat exchange with the exhaust gas in the heat exchange unit;
A detection unit for detecting a temperature state of the heat medium in the storage tank;
A circulation channel for circulating the heat medium in the storage tank through the heat exchange unit;
A heat dissipating part for dissipating the heat medium flowing through the circulation channel;
A heater for heating the heat medium flowing through the circulation channel;
The value of the heat radiating part is a value obtained by subtracting the amount of heat transferred to the heat medium in the heat exchange part and the heater from the maximum heat radiated amount that can be radiated from the heat medium by the heat radiating part. A calculation unit for calculating a heat dissipation margin;
An output control unit for controlling the power generation output of the fuel cell,
When the output control unit determines that the heat medium in the storage tank has reached a fully stored state based on the detection result of the detection unit, the heat dissipation margin calculated by the calculation unit is a positive value. A fuel cell system that controls the power generation output of the fuel cell to be larger than a preset minimum power generation output that is a preset lower limit value of the power generation amount of the fuel cell.
前記算出部は、
前記放熱部における熱交換量を算出することで、前記熱媒体の放熱量の最大値を求める第1熱交換量算出部と、
前記熱交換部における熱交換量を算出することで、前記排ガスから前記熱媒体に伝熱した熱量を求める第2熱交換量算出部と、
前記ヒータにより出力される熱量を検知することで、該ヒータから前記熱媒体に伝熱した熱量を求めるヒータ出力検知部と、
前記第1熱交換量算出部によって求めた前記熱媒体からの放熱量の最大値から、前記第2熱交換量算出部および前記ヒータ出力検知部により求めた、前記熱媒体に伝熱した熱量を差し引いて前記放熱部の前記放熱余裕度を算出する放熱余裕度算出部と、を備える請求項1に記載の燃料電池システム。
The calculation unit includes:
Calculating a heat exchange amount in the heat radiating unit, a first heat exchange amount calculating unit for obtaining a maximum value of the heat dissipation amount of the heat medium;
Calculating a heat exchange amount in the heat exchange unit, thereby obtaining a second heat exchange amount calculation unit for obtaining an amount of heat transferred from the exhaust gas to the heat medium;
A heater output detector that detects the amount of heat transferred from the heater to the heat medium by detecting the amount of heat output by the heater;
The amount of heat transferred to the heat medium determined by the second heat exchange amount calculation unit and the heater output detection unit from the maximum value of the heat dissipation amount from the heat medium determined by the first heat exchange amount calculation unit. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a heat dissipation margin calculation unit that subtracts and calculates the heat dissipation margin of the heat dissipation unit.
前記循環流路を流通する前記熱媒体の流量を検知する熱媒体流量検知部と、
前記放熱部に流入する前記熱媒体の温度である放熱部入口温度を測定する放熱部入口温度センサと、
前記放熱部から流出する前記熱媒体の温度である放熱部出口温度を測定する放熱部出口温度センサと、をさらに備え、
前記第1熱交換量算出部は、
前記放熱部入口温度センサによって測定された放熱部入口温度と、前記放熱部出口温度センサによって測定された放熱部出口温度と、前記熱媒体流量検知部により検知された前記循環流路を流通する熱媒体の流量とから、前記放熱部における熱交換量を算出する請求項2に記載の燃料電池システム。
A heat medium flow rate detection unit for detecting the flow rate of the heat medium flowing through the circulation channel;
A heat radiation part inlet temperature sensor for measuring a heat radiation part inlet temperature which is a temperature of the heat medium flowing into the heat radiation part;
A heat radiating portion outlet temperature sensor for measuring a heat radiating portion outlet temperature which is a temperature of the heat medium flowing out from the heat radiating portion, and
The first heat exchange amount calculation unit includes:
The heat radiation part inlet temperature measured by the heat radiation part inlet temperature sensor, the heat radiation part outlet temperature measured by the heat radiation part outlet temperature sensor, and the heat flowing through the circulation channel detected by the heat medium flow rate detection part The fuel cell system according to claim 2, wherein a heat exchange amount in the heat radiating unit is calculated from a flow rate of the medium.
前記循環流路を流通する前記熱媒体の流量を検知する熱媒体流量検知部と、
前記熱交換部に流入する前記熱媒体の温度である熱交換部入口温度を測定する第1熱交換部入口温度センサと、
前記熱交換部から流出する前記熱媒体の温度である熱交換部出口温度を測定する第1熱交換部出口温度センサと、をさらに備え、
前記第2熱交換量算出部は、
前記第1熱交換部入口温度センサによって測定された熱交換部入口温度と、前記第1熱交換部出口温度センサによって測定された熱交換部出口温度と、前記熱媒体流量検知部により検知された前記循環流路を流通する前記熱媒体の流量とから、前記熱交換部における熱交換量を算出する請求項2に記載の燃料電池システム。
A heat medium flow rate detection unit for detecting the flow rate of the heat medium flowing through the circulation channel;
A first heat exchange unit inlet temperature sensor that measures a heat exchange unit inlet temperature that is a temperature of the heat medium flowing into the heat exchange unit;
A first heat exchange section outlet temperature sensor that measures a heat exchange section outlet temperature that is a temperature of the heat medium flowing out of the heat exchange section,
The second heat exchange amount calculation unit
The heat exchanger inlet temperature measured by the first heat exchanger inlet temperature sensor, the heat exchanger outlet temperature measured by the first heat exchanger outlet temperature sensor, and detected by the heat medium flow detector. The fuel cell system according to claim 2, wherein a heat exchange amount in the heat exchange unit is calculated from a flow rate of the heat medium flowing through the circulation channel.
前記燃料電池から排出される前記排ガスが流通する排ガス流路と、
前記排ガス流路を流通する前記排ガスの流量を検知する排ガス流量検知部と、
前記熱交換部に流入する前記排ガスの温度である熱交換部入口温度を測定する第2熱交換部入口温度センサと、
前記熱交換部から流出する前記排ガスの温度である熱交換部出口温度を測定する第2熱交換部出口温度センサと、をさらに備え、
前記第2熱交換量算出部は、
前記第2熱交換部入口温度センサによって測定された前記熱交換部入口温度と、前記第2熱交換部出口温度センサによって測定された前記熱交換部出口温度と、前記排ガス流量検知部により検知された前記循環流路を流通する前記排ガスの流量とから、前記熱交換部における熱交換量を算出する請求項2に記載の燃料電池システム。
An exhaust gas passage through which the exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
An exhaust gas flow rate detection unit for detecting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path;
A second heat exchange section inlet temperature sensor for measuring a heat exchange section inlet temperature which is a temperature of the exhaust gas flowing into the heat exchange section;
A second heat exchange part outlet temperature sensor for measuring a heat exchange part outlet temperature which is a temperature of the exhaust gas flowing out from the heat exchange part,
The second heat exchange amount calculation unit
Detected by the heat exchanger inlet temperature measured by the second heat exchanger inlet temperature sensor, the heat exchanger outlet temperature measured by the second heat exchanger outlet temperature sensor, and the exhaust gas flow rate detector. The fuel cell system according to claim 2, wherein a heat exchange amount in the heat exchange unit is calculated from a flow rate of the exhaust gas flowing through the circulation flow path.
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