JP2019186109A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
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.
従来から、例えば、下記特許文献1に開示された発電システムが知られている。この従来の発電システムは、システムに故障が発生しておらず、発電しない状態が第一期間以上継続した場合、報知器に発電していない状態が継続していること、又は、発電しない設定になっていることを表示するようになっている。 Conventionally, for example, a power generation system disclosed in Patent Document 1 below is known. In this conventional power generation system, when no failure has occurred in the system and the state in which no power generation continues for the first period or longer, the state in which no power is generated in the alarm device continues, or the power generation system is set to not generate power. Is displayed.
しかしながら、上記従来の発電システム(燃料電池システム)では、長期間発電しない状況で、システムを構成する補機類の動作チェックのみを定期的に行っている場合、即ち、ユーザが意図的に発電を停止している状態であっても、報知器(報知部)がユーザに対して発電を促すように報知がなされる。このため、ユーザは煩わしさを覚える可能性がある。 However, in the above-described conventional power generation system (fuel cell system), in a situation where power generation is not performed for a long period of time, only an operation check of auxiliary machines constituting the system is periodically performed, that is, the user intentionally generates power. Even in a stopped state, a notification is given so that the alarm device (notification unit) prompts the user to generate power. For this reason, the user may feel annoying.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、本発明の目的は、発電可能な状態であるにも拘わらずユーザの意図に反して発電を停止している場合に報知することができる燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of informing when power generation is stopped against a user's intention despite being in a power generation enabled state.
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の発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、供給源から改質用原料供給管を介して供給された改質用原料と改質水を蒸発させた水蒸気とから燃料を生成して燃料電池に燃料を供給する改質部と、を備えた燃料電池モジュールと、改質部に改質水供給管を介して供給する改質水を貯水する改質水タンクと、燃料電池からの燃料オフガス及び酸化剤ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスと貯湯槽から貯湯水供給管を介して供給される循環水との間で熱交換して燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、改質用原料を圧送する改質用原料ポンプ、改質水を圧送する改質水ポンプ、酸化剤ガス供給管に設けられて酸化剤ガスを圧送する酸化剤ガスポンプ、循環水を圧送する循環水ポンプ、及び、貯湯水供給管に設けられて貯湯槽から供給される循環水を冷却するラジエータと、を含む補機と、燃料電池モジュールの作動及び補機の作動を少なくとも制御する制御装置と、制御装置に接続されて、燃料電池モジュールの起動又は停止を選択する選択操作を可能とする操作部と、操作部に設けられて、少なくとも、燃料電池モジュールが停止して発電していない非発電状態を報知する報知部と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、補機が作動しておらず、且つ、燃料電池モジュールが発電するための発電準備条件が成立しない場合、報知部に燃料電池モジュールの非発電状態が継続していることを報知させる。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, and reforming supplied from a supply source through a reforming material supply pipe. A fuel cell module comprising a reforming unit that generates fuel from the raw material and water vapor obtained by evaporating reforming water and supplies the fuel to the fuel cell, and a reforming water supply pipe to the reforming unit A reforming water tank for storing the reforming water to be supplied, combustion exhaust gas generated by burning fuel off-gas and oxidant gas from the fuel cell, and circulating water supplied from the hot water storage tank through the hot water supply pipe A condenser that condenses water vapor contained in the combustion exhaust gas by exchanging heat between them to generate condensed water, a reforming material pump that pumps the reforming material, and a reforming water pump that pumps the reforming water An oxidant that is provided in the oxidant gas supply pipe and pumps the oxidant gas An auxiliary machine including a pump, a circulating water pump that pumps circulating water, and a radiator that is provided in a hot water supply pipe and cools the circulating water supplied from the hot water tank, and the operation of the fuel cell module and the auxiliary machine A control device that controls at least the operation, an operation unit that is connected to the control device and enables a selection operation to select activation or stop of the fuel cell module, and provided in the operation unit, at least the fuel cell module is stopped And a notifying unit that notifies a non-power generation state that is not generating power, and the control device is configured to generate power for generating power by the fuel cell module when the auxiliary machine is not operating. When the preparation condition is not satisfied, the notification unit is notified that the non-power generation state of the fuel cell module is continued.
これによれば、燃料電池システムが、例えば、補機の動作チェックが必要となるような燃料電池モジュールによる発電を長期間停止させる状況ではない場合において、補機が作動しておらず、且つ、発電準備条件が成立しない、即ち、ユーザの意図に反して燃料電池システムの燃料電池モジュールが発電を停止している場合に、制御装置は報知部に燃料電池モジュールの非発電状態が継続していることを報知させることができる。従って、ユーザは、上記状況、例えば、メンテナンス作業後において、自身の意図に反して燃料電池モジュールが非発電状態を継続していることを認識することができ、燃料電池モジュールを発電状態に切り替えることができる。 According to this, for example, when the fuel cell system is not in a situation where power generation by the fuel cell module that requires operation check of the auxiliary machine is stopped for a long period of time, the auxiliary machine is not operating, and When the power generation preparation condition is not satisfied, i.e., when the fuel cell module of the fuel cell system stops generating power against the user's intention, the control device keeps the non-power generation state of the fuel cell module in the notification unit. This can be notified. Therefore, the user can recognize that the fuel cell module continues in the non-power generation state against the intention in the above situation, for example, after the maintenance work, and switches the fuel cell module to the power generation state. Can do.
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて図面を参照しながら説明する。尚、説明に用いる各図は、概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure used for explanation is a conceptual diagram, and the shape of each part may not necessarily be exact.
燃料電池システム1は、図1に示すように、発電ユニット10及び貯湯槽21を備えている。発電ユニット10は、筐体10a、燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水精製器14、改質水タンク15及び制御装置16を備えている。
The fuel cell system 1 includes a
貯湯槽21は、密封式且つ耐圧式の容器である。貯湯槽21内の温度分布は、基本的には、温度の異なる二層に分かれている。上層は比較的温度が高い層(例えば、50℃以上)であり、下層は比較的温度が低い層(例えば、20℃〜40℃)である。上下各層は、それぞれほぼ同一温度である。貯湯槽21は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する(図にて矢印の方向に循環する)貯湯水循環ライン22が接続されている。
The
燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水精製器14、改質水タンク15、制御装置16及び貯湯槽21は、筐体10a内に収容されている。尚、貯湯槽21は、発電ユニット10と別体、即ち、筐体10aの外に設けるようにしても良い。
The
燃料電池モジュール11は、後述するように、改質部33及び燃料電池34を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール11は、改質用原料、改質水及び酸化剤ガス(カソードガス)としての空気(カソードエア)が供給されている。改質用原料としては、天然ガス、LPガス等の改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノール等の改質用液体燃料である。尚、本実施形態においては、改質用原料として、天然ガスを用いる場合を例示する。具体的には、燃料電池モジュール11は、一端が供給源Gs(例えば、都市ガス(天然ガス)のガス供給管)に接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管11aの他端が、後述する蒸発部32に接続されている。改質用原料供給管11aは、改質用原料を蒸発部32に圧送する改質用原料ポンプ11a1が設けられている。
As will be described later, the
又、燃料電池モジュール11は、一端が改質水タンク15に接続されて改質水が供給される改質水供給管11bの他端が蒸発部32(改質部33)に接続されている。改質水供給管11bは、改質水ポンプ11b2が設けられている。更に、燃料電池モジュール11は、一端がカソードエアブロワ11c1(酸化剤ガスポンプ)に接続されてカソードエア(酸化剤ガスであって、例えば、空気)が供給される酸化剤ガス供給管としてのカソードエア供給管11cの他端が接続されている。
The
熱交換器12は、燃料電池モジュール11から排気される燃焼排ガス(後述する改質部33及び燃料電池34の各排熱を含んでいる)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(循環水)との間で熱交換が行われる熱交換器である。又、熱交換器12は、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われ、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器でもある。ここで、貯槽水は、熱交換器12を経ることで燃焼排ガスの排熱を回収する熱媒体(排熱回収水)である。
The
熱交換器12は、燃料電池モジュール11からの排気管11dが接続(貫設)されている。熱交換器12の底部には、水精製器14を介して改質水タンク15に接続されている凝縮水供給管12aが接続されている。
The
このように構成された熱交換器12においては、燃料電池モジュール11からの燃焼排ガスは、排気管11dを通って熱交換器12内に導入され、流通する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。その後、燃焼排ガスは、排気管11dを通って燃焼排ガス用排気口10dから筐体10aの外部に排出される。又、凝縮された凝縮水は、自重で落水し、凝縮水供給管12aを通って水精製器14から改質水タンク15に供給される。一方、熱交換器12に流入した貯湯水は、加熱され、貯湯槽21に向けて流出される。排気管11dには、熱交換器12の下流側から分岐して改質水タンク15の水受け部材15bに連通するドレン管路12bが設けられている。
In the
ここで、上述した熱交換器12、貯湯槽21及び貯湯水循環ライン22から、排熱回収システム20が構成されている。貯湯水循環ライン22上には、貯湯槽21の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ22a(循環水ポンプ)、ラジエータ22b及び熱交換器12が配設されている。排熱回収システム20は、燃料電池モジュール11の排熱を貯湯水に回収して蓄える。貯湯水循環ポンプ22aは、貯湯槽21の下層から貯湯水を汲み出し、貯湯水循環ライン22を構成する貯湯水供給管22cを介して熱交換器12に供給する。
Here, the
ラジエータ22bは、冷却ファン22b1及び冷却ファン22b1を回転駆動する電動モータ22b2を有する空冷式のラジエータであり、貯湯水供給管22cに設けられている。ラジエータ22bは、貯湯水循環ポンプ22aから熱交換器12に向けて供給される貯湯水を冷却する。
The
インバータ装置13は、燃料電池34から出力される直流電力(電圧)を入力し所定の交流電力(電圧)に変換して、交流の系統電源17a及び外部電力負荷17c(例えば、電化製品や照明器具等)に接続されている電源ライン17bに出力する。インバータ装置13は、燃料電池34から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。外部電力負荷17cは、系統電源17aからの電力及びインバータ装置13からの電力が供給される負荷装置である。又、インバータ装置13は、系統電源17aからの交流電力(電圧)を、電源ライン17bを介して入力し所定の直流電力(電圧)に変換し、改質用原料ポンプ11a1、改質水ポンプ11b2、カソードエアブロワ11c1、貯湯水循環ポンプ22a、ラジエータ22bを含む補機Hや制御装置16に出力する。
The
水精製器14は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。水精製器14は、改質水タンク15と連通しており、純水化された凝縮水が改質水タンク15に供給されるようになっている。
The
改質水タンク15は、水精製器14から供給される凝縮水を、蒸発部32を介して改質部33に供給する改質水として、貯水するものである。尚、改質水タンク15は、供給された凝縮水が溢れ出た場合、オーバーフローライン15aを介して水受け部材15bによって受け止められ、排水管15cから筐体10aの外部に排水される。
The reformed
改質水タンク15内には、改質水タンク15内に貯水された改質水の水量(水位:以下、「タンク水位」とも称呼する。)を検出する水位センサ15dが配設されている。ここで、水位センサ15dは、例えば、フロート式のセンサであり、フロートの上下量を可変抵抗(ポテンショメータ)により抵抗値に変換し、抵抗値の上下動によって水位(残水量)を検出する方式のセンサである。
In the reforming
制御装置16は、補機Hを作動させて、燃料電池システム1の運転を統括して制御する。制御装置16は、マイクロコンピュータ(図示省略)を有している。マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAM、ROM及びタイマ(何れも図示省略)を備えている。CPUは、燃料電池システム1の統括運転を実施している。RAMは後述する報知プログラムを含む各種プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは後述する報知プログラムを含む各種プログラムを記憶するものである。
The
制御装置16には、操作部としてのリモコン18が有線又は無線によって接続されている。リモコン18は、操作者(ユーザ又はメンテナンス作業者)によって操作されるものである。リモコン18は、図2に示すように、操作者がオンしている間にオン信号を、オフしている間にオフ信号を制御装置16に出力する六つのスイッチ18a〜スイッチ18fを備えている。
A
スイッチ18aは、外部電力負荷17cの消費電力に応じて燃料電池システム1(発電ユニット10)を自動運転させるためのスイッチである。スイッチ18bは、外部電力負荷17cの消費電力に対応することなく燃料電池システム1(発電ユニット10)を運転させるためのスイッチである。スイッチ18cは、スイッチ18a又はスイッチ18bによって運転させた燃料電池システム1(発電ユニット10)の運転を停止させるためのスイッチである。スイッチ18d〜スイッチ18fは、燃料電池システム1(発電ユニット10)の運転モードを選択及び実行等をするためのものである。具体的には、発電ユニット10の運転状態の設定、運転時間等の状態リセット、メンテナンス用の運転モード等が実行可能である。
The
又、リモコン18には、図2に示すように、報知部19が設けられている。報知部19は、八つの表示ランプ19a〜19hと、LEDディスプレイ19iと、から構成される。表示ランプ19a〜19cは、各スイッチ18a〜18cの操作状態に対応して点灯(表示)する。又、表示ランプ19d〜19fは、燃料電池システム1(発電ユニット10)の作動状態を点灯(表示)して報知するものである。
Further, as shown in FIG. 2, the
表示ランプ19gは、メンテナンス作業者がメンテナンス作業時にメンテナンス用の運転モードを設定した場合に点灯(表示)して報知するものである。表示ランプ19hは、燃料電池システム1に発生したエラー、例えば、発電ユニット10(より詳しくは、燃料電池モジュール11)による発電が停止したり補機Hに故障が発生したりした場合に点灯(表示)して報知するものである。
The
LEDディスプレイ19iは、燃料電池モジュール11の発電状態及び発電を停止した非発電状態を含む各種情報を操作者に報知するものである。即ち、LEDディスプレイ19iは、発電ユニット10(燃料電池モジュール11)の運転状態(即ち、発電状態か非発電状態)、リモコン18の操作者が設定した設定内容、運転時間等を表示して報知したり、メンテナンス用の運転モードであることを報知したり、或いは、非発電状態の発電ユニット10の発電の開始を促すように報知したりする。
The LED display 19i notifies the operator of various types of information including the power generation state of the
燃料電池モジュール11は、ケーシング31、蒸発部32、改質部33及び燃料電池34を備えている。ケーシング31は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部32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32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とを混合して改質部33に供給するものである。
The
蒸発部32には、一端が供給源Gsに接続された改質用原料供給管11aが接続されている。又、蒸発部32には、一端(下端)が改質水タンク15に接続された改質水供給管11bの他端が接続されている。
The evaporating
改質部33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32から供給された混合ガス(改質用原料、水蒸気)から水蒸気を含む改質ガス(アノードガス)を生成して改質ガス送出管38から導出するものである。改質部33内には、触媒(例えば、Ru又はNi系の触媒)が充填されており、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等を含んだガスが生成される(水蒸気改質反応)。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33は改質用原料(原燃料)と改質水とから改質ガス(燃料)を生成して燃料電池34に改質ガスを供給する。尚、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
The reforming
燃料電池34は、燃料極、空気極(酸化剤極)及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル34aが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池34は、固体酸化物形燃料電池であり、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34の燃料極には、燃料としての改質ガス、即ち、水素、一酸化炭素、メタンガス等が供給される。動作温度は400〜1000℃程度である。尚、400℃以下でも定格以下の発電量の発電は可能である。又、600℃で発電開始を許可している。水素だけではなく天然ガスや石炭ガス等も直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部33は省略することができる。
The
セル34aの燃料極側には、燃料である改質ガス(アノードガス)が流通する燃料流路34bが形成されている。セル34aの空気極側には、酸化剤ガス(カソードガス)である空気(カソードエア)が流通する空気流路34cが形成されている。
On the fuel electrode side of the
燃料電池34は、マニホールド35上に設けられている。マニホールド35には、改質部33からの改質ガス(アノードガス)が改質ガス送出管38を介して供給される。燃料流路34bは、その下端(一端)がマニホールド35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。カソードエアブロワ11c1によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管11cを介して供給され、空気流路34c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
カソードエアブロワ11c1は、電動モータ11c2により駆動されるもので、電動モータ11c2の駆動デューティは、制御装置16によって演算される。カソードエア供給管11cのカソードエアブロワ11c1の下流側に設けられた流量センサ11c3は、カソードエアブロワ11c1が吐出するカソードエア流量を検出する。流量センサ11c3は、検出結果を制御装置16に送信するようになっている。
The cathode air blower 11c1 is driven by the electric motor 11c2, and the drive duty of the electric motor 11c2 is calculated by the
燃料電池34においては、燃料極に供給された燃料である改質ガス(アノードガス)と空気極に供給された酸化剤ガス(カソードガス)とによって発電が行われる。即ち、燃料極では、下記化1及び化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。具体的には、空気極で生成した酸化物イオン(O2−)が電解質を透過し、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。そして、燃料流路34b及び空気流路34cからは、発電に使用されなかった改質ガス及び酸化剤ガスが導出する。尚、反応によって燃料電池34内に生じた水(H2O)は、水精製器14を介して改質水タンク15に送出される。
(化1)
H2+O2−→H2O+2e−
(化2)
CO+O2−→CO2+2e−
(化3)
1/2O2+2e−→O2−
In the
(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−
発電に使用されなかった改質ガス(燃料オフガスとしてのアノードオフガス)は、燃料流路34bから燃焼部36(燃料電池34と改質部33との間に形成された空間)に導出される。同様に、発電に使用されなかった酸化剤ガス(カソードエアとしてのカソードオフガス)は、空気流路34cから燃焼部36に導出される。燃焼部36は、アノードオフガスがカソードオフガスにより燃焼されて、燃焼ガス(火炎37)にて蒸発部32及び改質部33を加熱する。更には、燃料電池モジュール11内を動作温度に加熱している。
The reformed gas (anode offgas as fuel offgas) that has not been used for power generation is led out from the
燃焼部36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36a1,36a2が設けられている。燃焼部36で生じた燃焼排ガスは、電気化学反応によって燃料電池34内に生じた水とともに燃料電池モジュール11から排気管11dを通って熱交換器12に至る。
The
燃料電池システム1を設置した後又はメンテナンスを行う場合には、制御装置16は、メンテナンス作業者によるリモコン18の操作に基づいてメンテナンス用の運転モード(以下、メンテナンスモードと称呼する。)を実行する。メンテンナンスモードでは、予め設定された作動条件によって燃料電池モジュール11を作動、即ち、燃料電池34及び補機Hを作動させる。これにより、設置した後の燃料電池システム1の作動状態が確認されるとともに、交換された補機Hの作動状態が確認される。そして、メンテナンスモードでは、予め設定された作動条件によって燃料電池モジュール11を作動させた後、一旦、発電ユニット10の作動を停止させる。即ち、メンテナンスモードが実行された後においては、燃料電池モジュール11、即ち、燃料電池34及び補機Hは、リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bが操作されるまで、非発電状態を維持する。
After installing the fuel cell system 1 or when performing maintenance, the
メンテナンスモードが選択されると、リモコン18における表示ランプ19gが点灯して発電ユニット10がメンテナンスモードに従って作動していることが報知される。そして、メンテナンスモードを実行した後において、後述するように、故障が発生しておらずユーザが意図しない非発電状態が継続している場合には、LEDディスプレイ19iに通常の運転モード即ち発電モードを設定することを報知する。
When the maintenance mode is selected, the
メンテナンスモードを実行した後に、操作者(例えば、メンテナンス作業者)によってリモコン18が操作されて燃料電池システム1(発電ユニット10)を起動させるときには、制御装置16は、発電モードに先立って暖気モードを実行する。暖気モードでは、制御装置16は、改質用原料ポンプ11a1を駆動させて改質用原料を改質用原料供給管11aを介して燃料電池モジュール11の蒸発部32、改質部33及び燃料電池34から燃焼部36に供給させる。制御装置16は、カソードエアブロワ11c1も作動させ、空気流路34cを介して酸化剤ガスである空気(カソードガス)を燃料電池モジュール11のセル34aの空気極を介して燃焼部36に供給させる。そして、着火ヒータ36a1,36a2が着火すると、燃焼部36において改質用原料が空気により燃焼する。燃焼部36における燃焼熱により、蒸発部32、改質部33及び燃料電池34が加熱される。蒸発部32、改質部33及び燃料電池34が所定の温度域に加熱されると、制御装置16は、改質水ポンプ11b2を作動させて改質部33での改質反応を開始し、暖気モードを終了して発電モードに移行させる。
After executing the maintenance mode, when the
制御装置16が改質水ポンプ11b2を作動させると、改質水タンク15内の改質水は、改質水供給管11bを介して蒸発部32に供給される。改質水は、蒸発部32で加熱されて水蒸気となる。水蒸気は、改質用原料供給管11aから供給される改質用原料とともに改質部33に移動する。改質部33において改質用原料は、水蒸気で改質されて水蒸気を含む改質ガスであるアノードガス(水素含有ガス)となる(吸熱反応)。アノードガスは、燃料流路34bを介して燃料電池34のセル34aの燃料極に供給される。又、カソードエアブロワ11c1が作動して、カソードガス(空気)が空気流路34cを介してセル34aの空気極に供給される。これにより、燃料電池34(燃料電池モジュール11)が発電する。
When the
暖気モード及び発電モードにおいて、燃料電池モジュール11で発生した高温の燃焼排ガスは、電気化学反応により燃料電池34内に生じた水とともに排気管11dを介して凝縮機能を有する熱交換器12(凝縮器)に排出される。高温の燃焼排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器12(凝縮器)で冷却されるため、凝縮されて凝縮水となり、電気化学反応により燃料電池34内に生じた水とともに凝縮水供給管12aを介して改質水タンク15に供給される。
In the warm-air mode and the power generation mode, the high-temperature combustion exhaust gas generated in the
筐体10aには、外気を吸い込むための吸気口10b、筐体10a内の空気を外部に排出するための換気用排気口10c、及び、熱交換器12からの燃焼排ガスを外部に排出するための燃焼排ガス用排気口10dが形成されている。吸気口10bには、逆止弁54が設けられている。逆止弁54は、外部から筐体10a内への空気の流れは許容するが、逆方向の流れを規制するものである。
The
換気用排気口10cには、電動モータによって駆動される補機Hとしての換気ファン55が設けられている。換気ファン55は、筐体10a内の空気(換気排気)を外部に送出するものである。
A
貯湯槽21には、図1に示すように、高圧給水源Sw(例えば、水道管)に減圧弁41を介して接続された給水管42から水道水が給水される。給水管42に設けられた水温計測装置67、例えば、サーミスタ等によって水道水の温度が計測され、制御装置16に出力される。貯湯槽21は、上述した貯湯水循環ライン22による排熱回収によって温められて生成した、例えば、70℃に調整された湯を貯める。
As shown in FIG. 1, tap water is supplied to the hot
貯湯槽21の湯は、湯供給管61から混合弁62に流入する。混合弁62は、給水管42と水供給管42aを介して接続されている。混合弁62は、貯湯槽21から湯供給管61を介して流入する湯と高圧給水源Swから給水管42、水供給管42aを介して流入する水との湯/水混合比を調整して、貯湯槽21の湯の温度よりも低い設定温度、例えば、30℃に調整された混合湯を生成する。混合湯は、混合湯供給管63を介して給湯器Whの給水側に接続される。給湯器Whは、混合湯供給管63から給水された混合湯を直接又は加熱して、給湯栓69から給湯するものである。
Hot water in the
図1に示すように、給水管42を混合湯供給管63に接続するバイパス通路64には、非通電時に開状態となるノーマルオープンの電磁開閉弁65が設けられている。電磁開閉弁65は、例えば、混合弁62又は混合弁62の制御系の故障によって湯と水の混合(制御)ができなくなり、混合湯供給管63の混合湯の温度が上昇して予め設定された混合湯上限温度(例えば、50℃)を超えた場合に、制御装置16によって開状態に切り替えられる。電磁開閉弁65が開状態とされて給水管42から水を混合湯供給管63に導くことにより、混合湯供給管63における混合湯の温度を下げて、異常高温出湯を防止する。混合湯の温度は、混合湯供給管63のバイパス通路64との合流部よりも下流側に設けられた湯温計測装置66、例えば、サーミスタ等により計測され、制御装置16に出力される。
As shown in FIG. 1, the
ところで、上述したように、メンテナンスモードを実行した後に、例えば、メンテナンス作業者がメンテナンスモードから発電モードへの設定の切り替えを失念してしまった場合には、ユーザがリモコン18の表示ランプ19gを確認しない限り、燃料電池システム1(発電ユニット10)は発電停止の状態即ち非発電状態を維持することになる。この場合、メンテナンス作業が実行されており、燃料電池34及び補機Hには故障等が発生していないため、補機の動作チェックが必要となるような長期間発電を停止させる状況ではない。従って、発電ユニット10(燃料電池モジュール11)は、発電可能な状態であるにも拘わらず、ユーザの意図に反して非発電状態が継続することになる。この場合、ユーザは、燃料電池システム1を設置しているにも拘らず、意図せず電力会社から電力を購入する状態になってしまう。
By the way, as described above, after the maintenance mode is executed, for example, when the maintenance worker forgets to switch the setting from the maintenance mode to the power generation mode, the user confirms the
そこで、制御装置16は、図3に示す報知プログラムを実行し、ユーザに対して発電モードの設定を促す。尚、この報知プログラムの実行によって発電モードの設定を促されたユーザが非発電状態を維持したい事情がある場合には、ユーザはリモコン18のスイッチ18cを操作して、発電ユニット10による発電を意図的に停止させて非発電状態を維持することができる。
Therefore, the
制御装置16は、報知プログラムの実行をステップS10にて開始し、続くステップS11にて、補機Hが動作していないか否かを判定する。即ち、制御装置16は、補機Hの作動、具体的には、改質用原料ポンプ11a1、改質水ポンプ11b2、カソードエアブロワ11c1、貯湯水循環ポンプ22a、ラジエータ22b等が、例えば、メンテナンスモードが実行されてから一定期間動作していなければ、「Yes」と判定してステップS12に進む。一方、制御装置16は、メンテナンスモードが実行されてから一定期間が経過するまでに例えば暖気モード等によって補機Hが動作していれば、「No」と判定してステップS14に進み、報知プログラムの実行を一旦終了する。そして、制御装置16は、所定時間が経過した後、再び、ステップS10にて報知プログラムの実行を開始する。
The
ステップS12においては、制御装置16は、発電準備条件が成立していないか否かを判定する。即ち、制御装置16は、発電ユニット10(燃料電池モジュール11)に故障が発生していないにも拘わらず発電準備条件が成立していなければ、即ち、非発電状態であれば、「Yes」と判定してステップS13に進む。一方、制御装置16は、発電準備条件が成立していれば、即ち、発電状態であれば、「No」と判定してステップS14に進み、報知プログラムの実行を一旦終了する。
In step S12, the
ここで、発電準備条件は、以下の六つの条件のうちの少なくとも一つである。即ち、発電準備条件は、(1)改質用原料が改質用原料供給管11aを流れていること、(2)改質水が改質水供給管11bを流れていること、(3)酸化剤ガスであるカソードガスが酸化剤ガス供給管であるカソードエア供給管11cを流れていること、(4)循環水である貯湯水が貯湯水供給管22c(貯湯水循環ライン22)を流れていること、(5)燃料電池モジュール11の温度が所定温度(例えば、600℃)よりも高いこと、及び、(6)リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bが操作されていて燃料電池モジュール11の起動を選択する選択操作がなされていること、のうちの何れか一つである。
Here, the power generation preparation condition is at least one of the following six conditions. That is, the power generation preparation conditions are as follows: (1) the reforming raw material flows through the reforming raw
従って、制御装置16は、前記ステップS12にて、発電準備条件(1)として、改質用原料が改質用原料供給管11aを流れていなければ、発電準備条件(1)が成立しておらず、従って、「Yes」と判定してステップS13に進む。又、制御装置16は、前記ステップS12にて、発電準備条件(2)として、改質水が改質水供給管11bを流れていなければ、発電準備条件(2)が成立しておらず、従って、「Yes」と判定してステップS13に進む。又、制御装置16は、前記ステップS12にて、発電準備条件(3)として、カソードガスがカソードエア供給管11cを流れていなければ、発電準備条件(3)が成立しておらず、従って、「Yes」と判定してステップS13に進む。
Therefore, in step S12, if the reforming material does not flow through the reforming
又、制御装置16は、前記ステップS12にて、発電準備条件(4)として、貯湯水が貯湯水供給管22c(貯湯水循環ライン22)を流れてなければ、発電準備条件(4)が成立しておらず、従って、「Yes」と判定してステップS13に進む。又、制御装置16は、前記ステップS12にて、発電準備条件(5)として、燃料電池モジュール11の温度(運転温度)が所定温度(例えば、600℃)未満であれば、発電準備条件(5)が成立しておらず、従って、「Yes」と判定してステップS13に進む。更に、制御装置16は、前記ステップS12にて、発電準備条件(6)として、リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bが操作されておらず、その結果、燃料電池モジュール11の起動を選択する選択操作がなされてなれば、発電準備条件(6)が成立しておらず、従って、「Yes」と判定してステップS13に進む。
In step S12, the
ステップS13においては、制御装置16は、リモコン18のLEDディスプレイ19iに、メンテナンスモードが実行されてから発電ユニット10即ち燃料電池モジュール11が非発電状態を継続している旨のメッセージを表示させ、操作者であるユーザに報知する。尚、この場合、制御装置16は、LEDディスプレイ19iにメッセージを表示させることに加えて、図示を省略するスピーカから音声を出力させてユーザに報知することも可能である。これにより、ユーザは、本来であればメンテナンスモードから発電モードに切り替えられて発電ユニット10(燃料電池モジュール11)が発電状態であるはずが、ユーザの意図に反して非発電状態を継続していることを認識することができる。ユーザは、報知を受けた後、例えば、リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bをONとし、燃料電池システム1(発電ユニット10)を発電状態とする。
In step S13, the
前記ステップS13にてユーザに非発電状態であることを報知すると、制御装置16は、ステップS14に進み、報知プログラムの実行を一旦終了する。そして、制御装置16は、所定時間が経過した後、再び、ステップS10にて報知プログラムの実行を開始する。
When notifying the user of the non-power generation state in step S13, the
以上の説明からも理解できるように、上記実施形態の燃料電池システム1は、燃料(アノードガス)と酸化剤ガス(カソードガス)とにより発電する燃料電池34と、供給源Gsから改質用原料供給管11aを介して供給された改質用原料と改質水を蒸発させた水蒸気とから燃料(アノードガス)を生成して燃料電池34に燃料を供給する改質部33と、を備えた燃料電池モジュール11と、改質部33に改質水供給管11bを介して供給する改質水を貯水する改質水タンク15と、燃料電池34からの燃料オフガス及び酸化剤ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスと貯湯槽21から貯湯水供給管22cを介して供給される循環水としての貯湯水との間で熱交換して燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器としての熱交換器12と、改質用原料を圧送する改質用原料ポンプ11a1、改質水を圧送する改質水ポンプ11b2、酸化剤ガス供給管であるカソードエア供給管11cに設けられて酸化剤ガス(カソードガス)を圧送する酸化剤ガスポンプとしてのカソードエアブロワ11c1循環水としての貯湯水を圧送する循環水ポンプとしての貯湯水循環ポンプ22aと、及び、貯湯水供給管22cに設けられて貯湯槽21から供給される貯湯水を冷却するラジエータ22bと、を含む補機Hと、燃料電池モジュール11の作動及び補機Hの作動を少なくとも制御する制御装置16と、制御装置16に接続されて、燃料電池モジュール11の起動又は停止を選択する選択操作を可能とする操作部としてのリモコン18と、リモコン18に設けられて、少なくとも、燃料電池モジュール11が停止して発電していない非発電状態を報知する報知部19と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置16は、補機Hが作動しておらず、且つ、燃料電池モジュール11が発電するための発電準備条件が成立しない場合、報知部19に燃料電池モジュール11の非発電状態が継続していることを報知させる。
As can be understood from the above description, the fuel cell system 1 of the above embodiment includes a
この場合、発電準備条件は、改質用原料が改質用原料供給管11aを流れていること、改質水が改質水供給管11bを流れていること、酸化剤ガスであるカソードガスが酸化剤ガス供給管であるカソードエア供給管11cを流れていること、循環水である貯湯水が貯湯水供給管22c(貯湯水循環ライン22)を流れていること、燃料電池モジュール11の温度が所定温度よりも高いこと、及び、リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bが操作されていて燃料電池モジュール11の起動を選択する選択操作がなされていること、のうちの何れか一つである。
In this case, the power generation preparation condition is that the reforming raw material flows through the reforming raw
これらによれば、燃料電池システム1が、例えば、補機Hの動作チェックが必要となるような発電ユニット10(燃料電池モジュール11)による発電を長期間停止させる状況ではない場合、具体的には、メンテナンス作業が行われた場合において、補機Hが作動しておらず、且つ、発電準備条件が成立しない、即ち、ユーザの意図に反して燃料電池システム1の発電ユニット10(燃料電池モジュール11)が発電を停止している場合に、制御装置16は報知部19に燃料電池モジュール11の非発電状態が継続していることを報知させることができる。従って、ユーザは、メンテナンス作業後において、自身の意図に反して燃料電池モジュール11が非発電状態を継続していることを認識することができ、燃料電池モジュール11を発電状態に切り替えることができる。
According to these, when the fuel cell system 1 is not in a situation in which power generation by the power generation unit 10 (fuel cell module 11) that requires an operation check of the auxiliary machine H is not stopped for a long period of time, specifically, When the maintenance work is performed, the auxiliary machine H is not operating and the power generation preparation condition is not satisfied, that is, the power generation unit 10 (the fuel cell module 11) of the fuel cell system 1 contrary to the user's intention. ) Stops the power generation, the
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。 In carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、メンテナンスモードから発電モードへの切り替えがなされなかった場合、制御装置16が報知プログラムを実行し、ユーザに非発電状態であることを報知するようにした。この場合、燃料電池モジュール11及び補機Hのうちの少なくとも一方のメンテナンスが行われる場合において、メンテナンスの開始からメンテナンスが終了して燃料電池モジュール11を起動させるまでの間、制御装置16が、報知部19にメンテナンスが行われていることを断続的に報知させるようにすることも可能である。この場合、制御装置16は、リモコン18に設けられたLEDディスプレイ19iにメンテナンスモードが実行されている旨のメッセージを表示したり、図示省略のスピーカを介して音を断続的に発生させたりして報知することができる。
For example, in the above embodiment, when the switching from the maintenance mode to the power generation mode is not performed, the
このように、メンテナンスモードが実行されていることを報知することにより、メンテナンス作業者に対して、メンテナンスが終了した時点で、リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bをONとしてメンテナンスモードから発電モード(自動運転)に切り替えることを促すことができる。これにより、メンテナンス作業者がメンテナンスモードから発電モードへの切り替えを失念することを抑制し、その結果、ユーザの意図に反して非発電状態が継続することを効果的に抑制することができる。
In this way, by notifying that the maintenance mode is being executed, the maintenance operator is switched from the maintenance mode to the power generation mode (automatic mode) by turning on the
万が一、メンテナンス作業者が上記報知にも拘らず、メンテナンスモードから発電モードへの切り替えを失念した場合であっても、上記実施形態と同様に、制御装置16が報知プログラムを実行することにより、ユーザに直接に非発電状態であることを報知することができる。従って、ユーザは、自身の意図に反して非発電状態が継続していることを認識することができ、リモコン18のスイッチ18a又はスイッチ18bをONとしてメンテナンスモードから発電モード(自動運転)に切り替えることができる。
Even if the maintenance worker forgets to switch from the maintenance mode to the power generation mode in spite of the notification, the
1…燃料電池システム、10…発電ユニット、10a…筐体、10b…吸気口、10c…換気用排気口、10d…燃焼排ガス用排気口、11…燃料電池モジュール、11a…改質用原料供給管、11a1…改質用原料ポンプ、11b…改質水供給管、11b2…改質水ポンプ、11c…カソードエア供給管、11c1…カソードエアブロワ(酸化剤ポンプ)、11c2…電動モータ、11c3…流量センサ、11d…排気管、12…熱交換器(凝縮器)、12a…凝縮水供給管、12b…ドレン管路、13…インバータ装置、14…水精製器、15…改質水タンク、15a…オーバーフローライン、15b…水受け部材、15c…排水管、15d…水位センサ、16…制御装置、17a…系統電源、17b…電源ライン、17c…外部電力負荷、18…リモコン(操作部)、18a〜18f…スイッチ、19…報知部、19a〜19h…表示ランプ、19i…LEDディスプレイ、20…排熱回収システム、21…貯湯槽、22…貯湯水循環ライン、22a…貯湯水循環ポンプ(循環水ポンプ)、22b…ラジエータ、22b1…冷却ファン、22b2…電動モータ、22c…貯湯水供給管、31…ケーシング、32…蒸発部、33…改質部、34…燃料電池、34a…セル、34b…燃料流路、34c…空気流路、35…マニホールド、36…燃焼部、36a1,36a2…着火ヒータ、37…火炎、38…改質ガス送出管、41…減圧弁、42…給水管、42a…水供給管、54…逆止弁、55…換気ファン、61…湯供給管、62…混合弁、63…混合湯供給管、64…バイパス通路、65…電磁開閉弁、66…湯温計測装置、67…水温計測装置、69…給湯栓、Gs…供給源、H…補機、Sw…高圧給水源、Wh…給湯器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 10 ... Power generation unit, 10a ... Housing, 10b ... Intake port, 10c ... Exhaust port for ventilation, 10d ... Exhaust port for combustion exhaust gas, 11 ... Fuel cell module, 11a ... Reformation material supply pipe 11a1 ... reforming raw material pump, 11b ... reformed water supply pipe, 11b2 ... reformed water pump, 11c ... cathode air supply pipe, 11c1 ... cathode air blower (oxidant pump), 11c2 ... electric motor, 11c3 ... flow
Claims (3)
前記改質部に改質水供給管を介して供給する前記改質水を貯水する改質水タンクと、
前記燃料電池からの燃料オフガス及び前記酸化剤ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスと貯湯槽から貯湯水供給管を介して供給される循環水との間で熱交換して前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、
前記改質用原料を圧送する改質用原料ポンプ、前記改質水を圧送する改質水ポンプ、酸化剤ガス供給管に設けられて前記酸化剤ガスを圧送する酸化剤ガスポンプ、前記循環水を圧送する循環水ポンプと、及び、前記貯湯水供給管に設けられて前記貯湯槽から供給される前記循環水を冷却するラジエータと、を含む補機と、
前記燃料電池モジュールの作動及び前記補機の作動を少なくとも制御する制御装置と、
前記制御装置に接続されて、前記燃料電池モジュールの起動又は停止を選択する選択操作を可能とする操作部と、
前記操作部に設けられて、少なくとも、前記燃料電池モジュールが停止して発電していない非発電状態を報知する報知部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記補機が作動しておらず、且つ、前記燃料電池モジュールが発電するための発電準備条件が成立しない場合、前記報知部に前記燃料電池モジュールの前記非発電状態が継続していることを報知させる、燃料電池システム。 Generating the fuel from a fuel cell that generates electric power using fuel and an oxidant gas, a reforming material supplied from a supply source via a reforming material supply pipe, and water vapor obtained by evaporating the reforming water, A fuel cell module comprising: a reforming unit that supplies the fuel to the fuel cell;
A reforming water tank for storing the reforming water supplied to the reforming section via a reforming water supply pipe;
Heat is exchanged between the combustion exhaust gas generated by burning the fuel off-gas and the oxidant gas from the fuel cell and the circulating water supplied from the hot water storage tank through the hot water supply pipe, and is contained in the combustion exhaust gas. A condenser that condenses water vapor to produce condensed water;
A reforming material pump that pumps the reforming material, a reforming water pump that pumps the reforming water, an oxidant gas pump that is provided in an oxidant gas supply pipe and pumps the oxidant gas, and the circulating water An auxiliary machine that includes a circulating water pump that pumps and a radiator that is provided in the hot water supply pipe and that cools the circulating water supplied from the hot water tank;
A control device for controlling at least the operation of the fuel cell module and the operation of the auxiliary machine;
An operation unit connected to the control device and enabling a selection operation to select activation or stop of the fuel cell module;
A fuel cell system provided with the operation unit, and at least a notification unit that notifies a non-power generation state in which the fuel cell module is stopped and is not generating power,
The controller is
When the auxiliary machine is not operating and the power generation preparation condition for generating power by the fuel cell module is not satisfied, the notification unit notifies that the non-power generation state of the fuel cell module continues. Let the fuel cell system.
前記改質用原料が前記改質用原料供給管を流れていること、
前記改質水が前記改質水供給管を流れていること、
前記酸化剤ガスが前記酸化剤ガス供給管を流れていること、
前記循環水が前記貯湯水供給管を流れていること、
前記燃料電池モジュールの温度が所定温度よりも高いこと、及び、
前記操作部から前記燃料電池モジュールの前記起動を選択する前記選択操作がなされていること、のうちの何れか一つである、請求項1に記載の燃料電池システム。 The power generation preparation condition is as follows:
The reforming material is flowing through the reforming material supply pipe;
The reforming water is flowing through the reforming water supply pipe;
The oxidant gas flows through the oxidant gas supply pipe;
The circulating water flows through the hot water supply pipe,
The temperature of the fuel cell module is higher than a predetermined temperature; and
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the selection operation for selecting the activation of the fuel cell module is performed from the operation unit.
前記燃料電池モジュール及び前記補機のうちの少なくとも一方のメンテナンスが行われる場合において、前記メンテナンスの開始から前記メンテナンスが終了して前記燃料電池モジュールを起動させるまでの間、前記報知部に前記メンテナンスが行われていることを断続的に報知させる、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 The controller is
In the case where maintenance of at least one of the fuel cell module and the auxiliary machine is performed, the maintenance is performed in the notification unit from the start of the maintenance until the maintenance is finished and the fuel cell module is started. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is informed intermittently of being performed.
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